一、光存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展方向
以光學(xué)、集成光學(xué)、光子效應(yīng)、體全息技術(shù)、光感生或磁感生超分辨率等原理為基礎(chǔ)的新一代光存儲(chǔ)技術(shù)將朝著以下幾個(gè)方向發(fā)展:
(1)利用光學(xué)非輻射場(chǎng)與光學(xué)超衍射極限分辨率的研究成果,進(jìn)一步減小記錄信息符尺寸。因光束照射到物體表面時(shí),無(wú)論透射或反射都會(huì)形成傳播場(chǎng)(傳播波)和非輻射(隱失波)。傳播波攜帶著物體結(jié)構(gòu)的低頻信息,容易被探測(cè)器探測(cè)。隱失波攜帶描述物體精細(xì)結(jié)構(gòu)的高頻信息,沿物體表面?zhèn)鞑?。只要把這一部分信息撲捉到,就可提高系統(tǒng)的分辨率。
(2)采用近場(chǎng)光學(xué)原理設(shè)計(jì)超分辨率的光學(xué)系統(tǒng),使數(shù)值孔徑超過1.0,相當(dāng)于探測(cè)器進(jìn)入介質(zhì)的輻射場(chǎng),從而能夠得到超精細(xì)結(jié)構(gòu)信息,突破衍射極限,獲得更高的分辨率,可使經(jīng)典光學(xué)顯微鏡的分辨率提高兩個(gè)數(shù)量級(jí),面密度提高4個(gè)數(shù)量級(jí)。
(3)以光量子效應(yīng)代替目前的光熱效應(yīng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的寫入與讀出,從原理上將存儲(chǔ)密度提高到分子量級(jí)甚至原子量級(jí),而且由于量子效應(yīng)沒有熱學(xué)過程,其反應(yīng)速度可達(dá)到皮秒量級(jí)(1O-12秒),另外,由于記錄介質(zhì)的反應(yīng)與其吸收的光子數(shù)有關(guān),可以使記錄方式從目前的二存儲(chǔ)變成多值存儲(chǔ),使存儲(chǔ)容量提高許多倍。
(4)三維多重體全息存儲(chǔ),利用某些光學(xué)晶體的光折變效應(yīng)記錄全息圖形圖像,包括二值的或有灰階的圖像信息,由于全息圖像對(duì)空間位置的敏感性,這種方法可以得到極高的存儲(chǔ)容量,并基于光柵空間相位的變化,體全息存儲(chǔ)器還有可能進(jìn)行選擇性擦除及重寫。
(5)利用當(dāng)代物理學(xué)的其它成就,包括光子回波時(shí)域相干光子存儲(chǔ)原理、光子俘獲存儲(chǔ)原理、共振熒光、超熒光和光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)效應(yīng)、光子誘發(fā)光致變色的光化學(xué)效應(yīng)、雙光子三維體相光致變色效應(yīng),以及借助許多新的工具和技術(shù),諸如掃描隧道顯微鏡(STM)、原子力顯微鏡(AFM)、光學(xué)集成技術(shù)及微光纖陣列技術(shù)等,提高存儲(chǔ)密度和構(gòu)成多層、多重、多灰階、高速、并行讀寫海量存儲(chǔ)系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)已證明目前的技術(shù)可使光存儲(chǔ)密度達(dá)到40-100Gbits/in2。
二、光存儲(chǔ)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)
(1)高密、高效、高速的母盤刻錄技術(shù)
采用短波激光和大數(shù)值孔徑的物鏡,可使道間距減小,比特長(zhǎng)度減小,從而可提高光盤的刻錄密度;采用脈寬調(diào)制,可顯著提高記錄效率。
(2)DVD單面盤的精密注塑及雙盤的封裝技術(shù)
將DVD母盤、模板生產(chǎn)線挑選出的合格模板,用精密注塑機(jī)注塑成形,制得的DVD半成品經(jīng)適當(dāng)冷卻,送入濺射室,根據(jù)不同要求,分別濺射金或鉛,然后進(jìn)行粘合劑旋涂、封裝、紫外光固化、在線檢測(cè)、商標(biāo)印刷等,制成DVD只讀光盤。
(3)光盤記錄介質(zhì)
DVD-RAM光盤是否穩(wěn)定可靠,記錄介質(zhì)是關(guān)鍵,而材料設(shè)計(jì)能否滿足高速存儲(chǔ)的要求,又取決于記錄介質(zhì)能否在兩個(gè)穩(wěn)定態(tài)之間實(shí)現(xiàn)快速可逆相變。國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)相變介質(zhì)材料設(shè)計(jì)都是基于激光的熱效應(yīng),信息寫入用液相快淬實(shí)現(xiàn);信息的擦除用晶核形成、晶粒長(zhǎng)大來(lái)完成。由于熱效應(yīng)是能量積累過程,寫入一個(gè)比特需較長(zhǎng)時(shí)間,約幾十納秒,而且介質(zhì)在經(jīng)歷幾十萬(wàn)次的寫/擦循環(huán)后會(huì)出現(xiàn)信噪比下降的熱疲勞。隨著記錄激光采用短波長(zhǎng),激光的熱效應(yīng)逐漸減弱,而激光光子的激發(fā)作用變得突出;所以新的材料設(shè)計(jì)基于激光的光效應(yīng)。對(duì)半導(dǎo)體類型介質(zhì)來(lái)講,寫入一個(gè)比特只要幾十皮秒,使記錄速率獲得數(shù)量級(jí)的提高。這種基于非線性光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)變化效應(yīng)的記錄介質(zhì)稱為光雙穩(wěn)態(tài)記錄介質(zhì),它可以是無(wú)機(jī)材料,也可以是有機(jī)材料或無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合材料。