從記錄材料方面來看,目前已有文獻(xiàn)報(bào)道的微全息存儲(chǔ)的記錄材料主要有光熱塑料、光折變晶體和光致聚合物.2005年,美國通用電氣的Dubois等在光熱塑料中進(jìn)行微全息存儲(chǔ)研究,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在摻染料的光熱塑材料中進(jìn)行微全息存儲(chǔ)是可能的,全息圖的反射率可以達(dá)到3%,但微全息圖的維度(尺寸)比利用高斯光束的束腰值計(jì)算出來的大得多,會(huì)導(dǎo)致復(fù)用度下降,從而降低存儲(chǔ)密度.2003年,Tverdokhleb等提出了再摻鐵鈮酸鋰晶體中進(jìn)行多層微全息存儲(chǔ),采用同軸多階相移(Multilevel Phase Shift)和多層記錄的方法來提高存儲(chǔ)密度,在8mm×8mm×0.9mm的晶體材料中記錄50層透射式的微全息圖,相鄰層間隔為12um,每層全息圖用八階相移編碼進(jìn)行復(fù)用,材料的最大折射率調(diào)制幅度為3×10-³.2007年,Steinberg等采用雙光子記錄技術(shù)在鉭酸鋰晶體(LiTaO3)中記錄透射式的微全息圖,實(shí)現(xiàn)了3×3×3陣列的微全息記錄圖,每個(gè)全息圖尺寸為1.0um×1.4um×10×um,材料的折射率調(diào)制幅度△n=1.07×10-³.光折變晶體作為記錄材料,噪聲低,材料無收縮,但是記錄信息對(duì)寫入和讀出光敏感,易于被擦除,即使是在暗保存條件下,信息的存儲(chǔ)壽命也比較短.與鈮酸鋰晶體相比,鉭酸鋰晶體內(nèi)存儲(chǔ)的信息暗保存時(shí)間長,采用雙光子記錄的技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)非易失性的讀出,但是其可實(shí)現(xiàn)的折射率調(diào)制范圍又比鈮酸鋰晶體低.從綜合性能來看,適用于大容量高密度微全息存儲(chǔ),并有望走出實(shí)用化的材料仍然是光致聚合物.
微全息存儲(chǔ)技術(shù)提出伊始是在杜邦的光致聚合物(HRF-800型)材料中進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)研究,隨后在幾種不同類型的光致聚合物中(如杜邦的自由基聚合物和Aprils陽離子開環(huán)聚合物等)分別進(jìn)行了微全息存儲(chǔ)特性研究.用于微全息存儲(chǔ)的光致聚合物材料主要要求幾方面的性能:材料對(duì)記錄光的響應(yīng)閾值、材料靈敏度、折射率調(diào)制范圍.這里所指的“靈敏度”定義為單位能流在材料中產(chǎn)生的折射率變化,它決定了要達(dá)到目標(biāo)折射率調(diào)制幅度或目標(biāo)衍射效率所需必要的光強(qiáng),從而影響全息圖記錄的曝光時(shí)間、記錄速率等.材料的折射率調(diào)制范圍△n直接和寫入的全息圖衍射效率相關(guān).材料性能所要達(dá)到的具體指標(biāo)根據(jù)實(shí)際全息存儲(chǔ)系統(tǒng)的目標(biāo)存儲(chǔ)密度、數(shù)據(jù)記錄或讀取的速率等參數(shù)來確定.根據(jù)美國通用電氣全球研究中心的報(bào)道,如果要求微全息存儲(chǔ)盤單層面存儲(chǔ)容量達(dá)25GB/層,記錄速率為4.5Mbit/s,存儲(chǔ)20層數(shù)據(jù),全息圖目標(biāo)反射率不小于0.1%的情形下所要求的光致聚合物材料的靈敏度約為0.004cm²/J(記錄光強(qiáng)度為150mW/cm²),最大折射率調(diào)制幅度0.02.目前,通用電氣已開發(fā)出了滿足這一要求的光致聚合物材料.
除了材料的性能,為實(shí)現(xiàn)高密度大容量的微全息存儲(chǔ),還要利用不同的復(fù)用技術(shù).由于微全息存儲(chǔ)記錄的仍然是體積全息圖,所以可以利用體全息圖的布拉格選擇性進(jìn)行波長復(fù)用和角度復(fù)用或者是兩者組合的復(fù)用技術(shù)來實(shí)現(xiàn)高密度大容量的信息存儲(chǔ).2006年Yang等將高斯光斑尺寸減小到1um,焦深20um,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了利用兩臺(tái)激光器和窄帶光源在(400~650nm)可實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)15bit的復(fù)用度.2010年,日本NEC的Katayama等對(duì)波長與角度組合復(fù)用技術(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,實(shí)驗(yàn)給出了單點(diǎn)10bit的復(fù)用度,其中包含兩個(gè)波長復(fù)用,對(duì)應(yīng)于每個(gè)波長記錄時(shí),采用了5個(gè)角度復(fù)用.Katayama等還提出了采用頁面式體全息存儲(chǔ)中的調(diào)制碼(如2:4碼,9:16碼)對(duì)波長和角度進(jìn)行編碼,可充分利用材料的動(dòng)態(tài)范圍,增加存儲(chǔ)的密度和容量.如果將上述技術(shù)與位移復(fù)用技術(shù)組合,有望在適當(dāng)減少記錄層數(shù)的情形下,實(shí)現(xiàn)微全息存儲(chǔ)太字節(jié)量級(jí)的存儲(chǔ)容量.
在微全息技術(shù)發(fā)展的進(jìn)程中,對(duì)于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究一直受到了頗多關(guān)注.2005年Rob-ertR.McLeod等提出了一種微全息多層存儲(chǔ)盤的系統(tǒng)構(gòu)型,在標(biāo)準(zhǔn)的光盤讀寫驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)增加一個(gè)額外的反射單元(置于記錄材料下方)和共焦針孔(置于數(shù)據(jù)探測(cè)器前),可以在快速旋轉(zhuǎn)的全息光致聚合物盤中實(shí)現(xiàn)微全息圖的多層記錄和讀出,實(shí)驗(yàn)證明微全息存儲(chǔ)可以達(dá)到與頁面式存儲(chǔ)相同量級(jí)的讀出速率,同時(shí)預(yù)言約在1mm厚的材料中實(shí)現(xiàn)1TB的存儲(chǔ)容量.2007年Orlic等參數(shù)一個(gè)沒有伺服裝置的準(zhǔn)動(dòng)態(tài)微全息記錄系統(tǒng),存儲(chǔ)材料采用Aprilis的光致聚合物,微全息圖可以縮小到200~300nm,記錄光波長可采用532nm或405nm,軌道間距減小到500nm,相鄰信息層間距為2um.2009年,GE(美國通用電氣研究中心)的微全息存儲(chǔ)研究組宣布在自行開發(fā)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上,利用新開發(fā)的光致聚合物材料,以405nm的脈沖激光器作為記錄光源,在120cm大小的光盤上實(shí)現(xiàn)500GB的存儲(chǔ)容量,其靜態(tài)實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)原理圖所示.系統(tǒng)采用405nm的脈沖激光器作為記錄光源,利用兩束相向傳播的光束干涉實(shí)現(xiàn)全息圖的記錄,用于聚焦信號(hào)光束的透鏡和存儲(chǔ)材料都置于三維調(diào)節(jié)臺(tái)(3-axis stage)上以實(shí)現(xiàn)信息的復(fù)用存儲(chǔ),數(shù)據(jù)接收采用共焦探測(cè)的方式.
Sony公司的Miyamoto等也提出了一種微全息存儲(chǔ)系統(tǒng)的構(gòu)型,系統(tǒng)也采用405nm激光器和兩束相向傳播高斯光束干涉的形式,但是其軌道尋址和自動(dòng)聚焦控制等伺服裝置實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)在全息圖寫入和讀出過程中的動(dòng)態(tài)控制.系統(tǒng)的數(shù)值孔徑為0.51,可實(shí)現(xiàn)的軌道間距為1.1um,每層可以實(shí)現(xiàn)1.9GB的存儲(chǔ)容量,層間距為25um.盡管其軌道間尋址的線速度還比較小,層間距也較大,但是該系統(tǒng)有可能實(shí)現(xiàn)10層存儲(chǔ).該系統(tǒng)主要的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在再現(xiàn)信息的探測(cè)精度上.
綜上所述,微全息存儲(chǔ)技術(shù)值得肯定的優(yōu)勢(shì)是其驅(qū)動(dòng)技術(shù)與系統(tǒng)組件和傳統(tǒng)的光學(xué)存儲(chǔ)系統(tǒng)相似,所以與現(xiàn)有的CD、DVD等存儲(chǔ)系統(tǒng)兼容性強(qiáng).然而,微全息存儲(chǔ)技術(shù)也有其固有的缺陷.由于是按位式的串行存儲(chǔ),使該技術(shù)難以達(dá)到很高的數(shù)據(jù)傳輸速率;用于該系統(tǒng)的存儲(chǔ)材料要求是光學(xué)非線性的,所以材料的制備技術(shù)須額外考慮.記錄過程中由于參與干涉的兩束光須動(dòng)態(tài)聚焦到介質(zhì)的同一體積內(nèi),所以微全息存儲(chǔ)系統(tǒng)的伺服系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜.在進(jìn)行多層存儲(chǔ)時(shí)會(huì)引起光束的畸變,因而顯著地限制了實(shí)際可以達(dá)到的存儲(chǔ)密度.由此看來,微全息存儲(chǔ)技術(shù)要走向?qū)嵱?還須對(duì)上述缺陷進(jìn)行技術(shù)攻關(guān),已完善存儲(chǔ)系統(tǒng)的整體性能.
體全息存儲(chǔ)技術(shù)作為最有潛力海量信息存儲(chǔ)技術(shù),發(fā)展至今無論是“頁面式”存儲(chǔ)還是“位式”體全息存儲(chǔ)技術(shù)都有應(yīng)用型的系統(tǒng)面世,但是其性能還不夠完善.體全息存儲(chǔ)器由于技術(shù)和系統(tǒng)成本的原因目前還智能應(yīng)用于某些專業(yè)的海量存儲(chǔ)領(lǐng)域.在未來的發(fā)展中,體全息存儲(chǔ)技術(shù)還須在存儲(chǔ)材料和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上進(jìn)一步突破,提高和完善整體性能,同時(shí)減小體全息存儲(chǔ)器的尺寸,降低其成本.如果能在上述方面有所突破,體全息存儲(chǔ)技術(shù)也必將打開其他應(yīng)用領(lǐng)域的大門.
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