英國南安普頓大學(xué)的一支科學(xué)家團(tuán)隊(duì)，剛剛展示了他們最新研發(fā)的 5D 高速節(jié)能激光寫入技術(shù)。其特點(diǎn)是能夠在石英玻璃中產(chǎn)生納米機(jī)構(gòu)，并借此在一塊 1 英寸的石英玻璃樣品中嘗試記錄了 6GB 的數(shù)據(jù)。如下圖所示，四個方塊區(qū)域的小邊長都是 8.8 毫米，此外研究人員還“順手”在玻璃載體上刻印了校徽和校名。
高密度 5D 光存儲適用于長期數(shù)據(jù)存檔（圖自：University of Southampton）
南安普敦大學(xué)博士研究員 Yuhao Lei 表示：
隨著個人與組織機(jī)構(gòu)生成數(shù)據(jù)的爆發(fā)式增長，我們迫切需要找到具有更高容量、更低能耗、以及長壽命的高效數(shù)據(jù)存儲形式。
盡管當(dāng)前基于云端系統(tǒng)的存儲方案已經(jīng)相當(dāng)普及，但它們在設(shè)計上更側(cè)重于臨時數(shù)據(jù)。
好消息是，這項(xiàng)快速節(jié)能的激光寫入技術(shù)，可以讓石英玻璃形成高密度的納米結(jié)構(gòu)。更棒的是，這些可長期維持的 5D 光學(xué)數(shù)據(jù)的存儲密度，是當(dāng)前藍(lán)光光盤方案的 10000 倍以上。
研究團(tuán)隊(duì)指出，基于玻璃載體的 5D 數(shù)據(jù)存儲，有望在國家檔案館、博物館、圖書館、或私營機(jī)構(gòu)的長期數(shù)據(jù)存儲等領(lǐng)域發(fā)揮最大的效力。
在近日出版的《光學(xué)》（Optica）期刊中，研究團(tuán)隊(duì)描述了這項(xiàng)“編寫”數(shù)據(jù)的新方法，可知其具有兩個光學(xué)維度 / 三個空間維度。
信息寫入速度方面，這套方案可達(dá)成每秒百萬次（體素單位：Voxels），相當(dāng)于每秒記錄大約 230KB 的數(shù)據(jù)（超過 100 頁的文本）。
Yu Hao Lei 表示，其采用了通用的物理機(jī)制，因而預(yù)計這種節(jié)能的寫入方法還可用于透明材料的快速納米結(jié)構(gòu)化，以應(yīng)用于 3D 集成光學(xué)和微流體等領(lǐng)域。
盡管此前已經(jīng)有人證明過基于透明材料的 5D 光學(xué)數(shù)據(jù)存儲，但在數(shù)據(jù)寫入速度和信息存儲密度上，大家一直在努力克服這方面的艱難挑戰(zhàn)。
本例中，南安普敦大學(xué)研究人員選用了相當(dāng)“常見”的飛秒激光器，來創(chuàng)建包含單個納米薄片狀結(jié)構(gòu)的微小凹坑（僅占用 500×50 納米）。
不過他們也沒有直接使用飛秒激光器在玻璃上寫入，而是利用了激光產(chǎn)生的“近場增強(qiáng)”光學(xué)現(xiàn)象，意味納米薄片狀結(jié)構(gòu)會受到來自各向同性納米空隙的一些微弱光脈沖。
近場增強(qiáng)（near-field enhancement）會最小化納米結(jié)構(gòu)的熱損傷，但對于使用高重復(fù)率激光器的其它方案來說，反而會遇到一些問題。
由于納米結(jié)構(gòu)具有各向異性，它們會產(chǎn)生雙折射。其特征在于光的慢軸取向（對應(yīng)于納米片狀結(jié)構(gòu)取向的第四維度）和延遲強(qiáng)度（對應(yīng)于納米結(jié)構(gòu)尺寸定義的第五維度）。
當(dāng)數(shù)據(jù)被記錄到玻璃中時，慢軸方向和延遲強(qiáng)度可以分別由光的偏振和強(qiáng)度控制。基于此，新方法將數(shù)據(jù)寫入速度提升到了更加實(shí)用的水平，而該校研究團(tuán)隊(duì)也展示了可在合理時間內(nèi)寫入的數(shù)十 GB 數(shù)據(jù)。
此外高度局部化的精密納米結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)容量，因?yàn)閱挝惑w積中可以寫入更多體素，并且能夠利用脈沖光來減少數(shù)據(jù)寫入過程所需的能源開銷。
作為檢驗(yàn)，研究人員嘗試將 5GB 文本數(shù)據(jù)寫入到了與傳統(tǒng) CD 光盤差不多的石英玻璃盤片上，然后實(shí)現(xiàn)了接近 100% 的讀取準(zhǔn)確率。
可知每個體素都包含了 4-bit 信息，且每兩個體素對應(yīng)一個文本字符。最終得益于極高的寫入密度，這張“光盤”理論上可容納 500TB 級別的數(shù)據(jù)。
若后續(xù)引入升級后的并行寫入系統(tǒng)，他們還可在大約 60 天內(nèi)寫入如此龐大的數(shù)據(jù)量。展望未來，研究團(tuán)隊(duì)希望能夠讓這套方案變得更加切實(shí)可行。
