读取精度接近100%！5D激光存储可将500TB数据写入单张光盘

2021-11-03 15:46

近期，南安普顿大学的研究人员开发了一种新的磁盘写入技术，据称其密度是蓝光的1万倍。这种新的数据存储写入方法，使用激光可以在光盘大小的玻璃上存储数百TB的数据。

新的“5D”光学数据存储方法使用激光技术将高密度纳米结构写入二氧化硅玻璃，使磁盘的密度比蓝光光盘高出1万倍。

在实验中，他们利用这种激光书写方法，在一英寸的硅玻璃样品中“写”入了6GB的数据——证据显示，四个正方形的尺寸都只有8.8×8.8毫米。

在透明材料中存储5D光学数据，无疑是一大突破。事实上，在现实应用中，单是要以足够快的速度和足够高的密度写入数据也已经是一种挑战。

而为了克服这一障碍，研究人员使用高重复频率的飞秒激光制造出含有单个纳米级结构的微小凹坑，每个凹坑的直径仅为500×50纳米。该方法的写入速度为每秒100万体素，相当于每秒记录约230 KB的数据(超过100页文本)。

“我们使用的物理机制是通用的，”研究人员表示。“我们预计，这种节能的书写方法也可以用于3D集成光学和微流体透明材料的快速纳米结构。”

在整个过程中，研究人员并没有直接使用飞秒激光在玻璃上写字，而是利用光来产生近场增强（near-field enhancement）。在近场增强中，由单脉冲微爆炸产生了各向同性纳米空隙，并由几个弱光脉冲产生纳米层状结构。使用近场增强使纳米结构最小化热损伤，这是其他使用高重复率激光的方法所存在的问题。

由于纳米结构是各向异性的，它们产生的双折射可以通过光的慢轴方向(第四维，与纳米层状结构的方向相对应)和延迟强度(第五维，由纳米结构的大小定义)来表征。当数据被记录到玻璃中，慢轴方向和延迟强度可以分别由光的偏振和强度来控制。

这种新方法将数据写入速度提高到了新的水平，研究人员们得以在合理的时间内写入数万兆字节的数据。一方面，高精确的纳米结构能够帮助实现更高的数据容量，因为在单位体积中可以写入更多的体素。而使用脉冲光，则可以减少书写所需的能量。

研究小组使用这种方法，将5GB的文本数据写入一个传统光盘大小的二氧化硅玻璃光盘上，读取精度接近100%。实现存储后，每个体素包含4位信息，每两个体素对应一个文本字符。根据该方法提供的写入密度，光盘将能够容纳500 TB的数据。

研究人员表示，随着系统升级，在大约60天内写入这一体量的数据将有望成为现实。

该研究小组的负责人彼得·卡赞斯基(Peter Kazansky)表示：“在目前的系统下，我们有能力保存TB级的数据。例如，可以用来保存一个人的DNA信息。”

接下来，该团队的目标是提高书写速度，并使该技术在实验室环境之外可用。为了实际的数据存储应用，还必须开发更快的读取数据的方法。这项研究发表在《光学》（Optica）杂志上。

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