光儲存的原理

光存儲技術(shù)是用激光照射介質(zhì)，通過激光與介質(zhì)的相互作用使介質(zhì)發(fā)生物理、化學(xué)變化，將信息存儲下來的技術(shù)。其基本物理原理是：存儲介質(zhì)受到激光照射后，介質(zhì)的某種性質(zhì)(如反射率、反射光極化方向等)發(fā)生改變，介質(zhì)性質(zhì)的不同狀態(tài)映射為不同的存儲數(shù)據(jù)，存儲數(shù)據(jù)的讀出則通過識別存儲單元性質(zhì)的變化來實現(xiàn)。

光存儲技術(shù)的發(fā)展方向：

1、多層藍(lán)光存儲技術(shù)

既然一層藍(lán)光存儲的密度無法滿足市場需求，那么就肯定有人嘗試將多層藍(lán)光堆疊起來。多層藍(lán)光光存儲的實現(xiàn)途徑主要有基于熒光染料的多層光盤、基于光學(xué)開關(guān)層的多 層光盤、多波長多層存儲技術(shù)和微全息多層存儲技術(shù)等。目前多層的100 GB 藍(lán)光光盤在光盤庫已普遍采用，300 GB 藍(lán)光光盤目前已經(jīng)研制出樣盤，正在解決大規(guī)模生產(chǎn)的工藝問題，預(yù)計2021 年初量產(chǎn)。由于受記錄層透過率的限制，已有研究證明藍(lán)光單張光盤的層數(shù)一般不超過40 層，存儲容量不超過1 TB。與在線服務(wù)的串流服務(wù)相比，藍(lán)光光盤的優(yōu)勢在于超高比特率(最高108 Mbps)，而一般在線4 K 超清串流只有16 Mbps。 

2、多波長多階光存儲

多波長光存儲的原理主要利用光致變色材料的分子級光開關(guān)效應(yīng)。光致變色材料的變色機理：物質(zhì)吸收光子后，內(nèi)部電子從分子的一個能級躍遷到另一個能級或者固體中的離子從一個位置轉(zhuǎn)移到另一個位置并改變它的價態(tài)，使其呈現(xiàn)不同的光譜，從而導(dǎo)致光致變色。同一時刻在光致變色材料中利用不同的激光波長，可實現(xiàn)多波長和多層并行信息存。

3、雙光束超分辨率光存儲技術(shù)

其基本原理類似于2014年諾貝爾化學(xué)獎得主Hell 發(fā)明的熒光成像技術(shù)，最早于1994 年提出。其中一束光作為記錄誘導(dǎo)光，另一束特殊調(diào)制后的光具有空心光強分布特性，作用于記錄介質(zhì)上時能夠產(chǎn)生“刪除”效應(yīng)，抑制光記錄的過程。因而這種雙束光記錄方式能夠突破衍射極限進一步縮小記錄點尺寸。

4、近場光存儲技術(shù)

近場光存儲的原理是將入射光束通過光學(xué)系統(tǒng)形成直徑小于100 nm 的存儲光斑，而光學(xué)系統(tǒng)出射端面與存儲介質(zhì)的間距保持在深亞微米范圍內(nèi)，將光斑直接耦合到存儲介質(zhì)進行存儲。近場光學(xué)分辨率突破了瑞利衍射極限，達到了納米量級，這一重要性質(zhì)使得光學(xué)成像分辨率有可能提高幾十倍甚至上百倍。

5、全息存儲技術(shù)

全息存儲是一種高密度三維光存儲技術(shù)，采用的是與傳統(tǒng)二維存儲完全不同的機理：激光器輸出激光束經(jīng)分光鏡分為兩束光，一束光經(jīng)過空間調(diào)制器后攜帶物體的二維信息成為物光，另一束作為參考光束。兩束光相遇發(fā)生干涉，使得數(shù)據(jù)信息以全息圖的方式被記錄在存儲材料中，能夠保存其完整的空間相位信息。

未來應(yīng)用場景：

記錄密度高是光存儲技術(shù)最突出的特點，也是用作計算機外設(shè)最具吸引力的方面。但是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和制造工藝的改善，磁記錄技術(shù)也在不斷取得新的進展。目前，與磁盤相比，光盤單機的存儲容量已無絕對優(yōu)勢，而存取速度差距并無明顯縮小。因此，提高記錄密度，從而提高光存儲的容量，以及提高讀寫速度是光存儲技術(shù)研究工作的主要方向。超高密度光存儲技術(shù)代表著信息存儲的發(fā)展方向，國內(nèi)外競爭的非常激烈。相對于國外的發(fā)展態(tài)勢，國內(nèi)仍然存在一定的差距。光存儲方向的研究，是為了滿足日益發(fā)展的信息技術(shù)的需要，所以，各種存儲技術(shù)都是以提高存儲容量、密度、可靠性和數(shù)據(jù)傳輸率作為主要發(fā)展目標(biāo)。

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