魔盘，方寸神话

黄晓静

·想象一下，未来5年内的某一天，当你身体不舒服随便走进一家医院，医生将你口袋里的医疗保健卡插进电脑，眨眼之间，跃入眼帘的是自你出生以来的全部病历信息，包括透视、做CT以及某次摔伤做核磁共振扫描的图片，还有成长阶段各个时期身体的各项指标检查结果……这一切离我们已经很近。如此超大容量的数据存储技术即将走出实验室。新技术的成功催生了新一代的存储方式，这就是“三维立体存储数据技术”，即全息存储。

全息存储被《福布斯》杂志评为未来10大“最酷”技术之一。想了解全息存储的巨大优势，首先得了解现行的存储媒介(CD、DVD、磁盘)。拿CD来说，激光把数据刻录在感光聚合物的表面上，形成或凹或凸的小点(相当于二进制中的0或1)；部分DVD提供2个刻录层，在这种情况下，光盘的面积很快就成为不可逾越的物理极限。但容量更高、速度更快、可靠性更强，永远是用户对硬盘孜孜以求的目标。全息存储技术的优势就在于，它能够在光碟的同一位置上向纵深刻录，从而立体存储数以万计的全息数据。这使得和DVD碟片大小的全息光盘，其容量达到1.6TB(1TB=1024GB)，可以存储350倍于现行DVD标准(4.7GB容量)的内容。

海量的信息储存

全息技术主要是利用激光技术，拍摄出完整的三维影像，真实反映了拍摄物体的全部信息，而不是过去只体现物体一面的二维数据。全息存储与全息照相完全相同，同样利用了光的干涉原理。与其他存储技术不同，全息存储技术并不仅仅利用介质表面，它通过在整个存储介质内记录干涉图案来存储数据，这些干涉图案是由两束激光在某种晶体上相交来改变材料的光学特性所形成。

全息存储是受全息照相的启发而研制的，当你明白全息照相的技术原理，对于全息存储就可以更好地理解。我们在拍摄全息照片时，对应的拍摄设备并不是普通照相机，而是一台激光器。该激光器产生的激光束被分光镜一分为二，其中一束被命名为“物光束”，直接照射到被拍摄的物体：另一束则被称为“参考光束”，直接照射到感光胶片上。当物光束照射到所摄物体之后，形成的反射光束同样会照射到胶片上，此时物体的完整信息就能被胶片记录下来，全息照相的摄制过程就这样完成了。乍看过去，全息照片上只有一些乱七八糟的条纹，但当我们使用一束激光去照射这张照片时，真实的原始立体图像就会栩栩如生地展现出来。

全息存储技术同样需要激光束的帮忙，研发人员要为它配备一套高效率的全息照相系统。首先利用一束激光照射晶体内部不透明的小方格，记录成为原始图案后，再使用一束激光聚焦形成信号源，另外述需要一束参考激光作为校准。当信号源光束和参考光束在晶体中相遇后，晶体中就会展现出多折射角度的图案，这样在晶体中就形成了光栅。一个光栅可以储存一批数据，称为一页。我们把使用全息存储技术制成的存储器称为全息存储器。全息存储器在存储和读取数据时都是以页为单位。

早些时候，美国奥勒冈大学曾经使用“钇铝石榴石”(一种可用于产生激光束的氧化铝合成晶石)作为记录材料进行全息存储实验，研究人员将1 760位数据序列进行编码并输入激光束中，然后将它们成功地存储在晶体上，还进行了多次的反复读取，从而证明全息存储是可行的。最近，美国的印菲斯技术公司，以传统的“双光束干涉法”为基础研制出全息存储器，其信号光束和参照光束分别来自不同的方向，照射在同一位置上。日本日立万胜公司宣布，采用这种技术也研制出了全息存储器。

全息存储光盘的设计与较早前报道的在旋转的光盘上记录全息页数据(在全息编码前将源数据编码为页数据)的方式不同，由于后者在光盘上没有像传统光盘那样，预制保证伺服机构准确而高效寻址的伺服信息，因此商业化前景不明朗。若想在指定的位置上记录全息数据，则必须在光盘上加入伺服信息，而这对于全息光盘来讲，将是一个重大的挑战。因为预制的伺服信息(地址信息)将有可能破坏全息成像的效果，进而增加数据噪音。日本的一家公司采用同线全息技术，其信号光束和参照光束来自相同的方向，将全息记录技术实用化做出了关键努力，通过它可以大幅度简化全息记录技术应用难度。同线全息技术在一个光束中整合了一个参考激光与一个信号激光。它们创建了一个包含数据的干涉三维全息构图。这个图像将通过一个单一物镜在存储介质上显现。借助这个突破性的装置，可以显著地简化并缩小全息成像系统的设计难度与外形体积。光学拾取元件的尺寸还可以进一步缩小，也可以省去防振装置，同时它还能与CD和DVD光盘高度兼容，并且运作成本低。

仍在保密的材料

最先开始此项研究的是美国贝尔实验室的化学家们，他们在1994年迈出了第一步。但成功地刻录一份可读文件却是4年之后的事，其中的困难可想而知。今天，尽管制造商出于商业上的原因，不愿透露材料的具体配方，但我们知道解决方法在于将两种聚合物(其实是塑料)进行混合，第一种起感光作用，第二种则保证材料的强度。在操作过程中，要把这项脱胎于全息摄影的技术成功地运用于数据存储却不是一朝一夕就能办到的。仅仅这项研发就花去了相当长的时间，工程师们甚至不得不向研究人员求助，以获得一种适于三维数据记录的材料。显然，这块骨头比预计的要难啃得多。因为无论是从均匀性还是体积上来说，这种材料都，必须非常稳定。更确切地讲，全息存储碟片3.5毫米厚的数据层(DVD数据层厚1.5毫米)中的任何一部分，其光学特性必须完全一致，并保持物理性质和化学性质的绝对稳定。这样当激光读写到每个点时，才能保证准确无误，并且不会损坏之前记录的数据。再者，这种材料『必须能够经受一切考验。任何因老化或微热而引起的极微小变化，都可能会对存储的信息产生不可弥补的后果。在三维空间中，哪怕是一点点变形都将给数据带来严重破坏。

欢呼胜利为时过早

使用全息存储技术后，一块方糖大小的立方体就能存储高达1TB的数据，这么高的容量并不是空穴来风。由于一个晶体有无数个面，我们只要改变激光束的入射角度，就可以在一块晶体中存储数量惊人的数据。打个形象的比喻，我们可以把全息存储器看成像书本一样，这也是其用小体积实现大容量的原理所在。

目前在全息存储技术上出现了两种技术方案，一种方案，采存储介质为两层光敏聚合物，介质厚度为1.5毫米，并被安置在了全息碟片的两层塑料外壳中间。另一方案是同线全息技术，初期的目标用户是医疗保健机构。

全息存储技术尽管拥有容量大、速度快等近平完美的特性。但全息技术的发展却并非一帆风顺。全息技术要面对的头号挑战就是信号的干扰问题。由于全息采用的是用激光曝光光盘上的图像，然后用韧镜捕捉进行解码。这样的工作原理，就导致了全息驱动器对于光的干涉和其他噪音的干扰非常敏感，因此不得不通过更为复杂的纠错和编码方式来保证数据的准确性。这种做法的“副作用”是全息存储驱动器的读写速度无法提升。按照22MB，S的读写速度，要写满一张1TB容量的全息光盘所耗费的时间实在惊人。

不过，研究人员已经取得了长足的进步，或许所有问题在2011年前后，就可以迎刃而解了。全息存储几乎可以永久保存数据，在切断电能供应的条件下，数据可在感光介质中保存数百年之久，这一点也远优于硬盘。与传统硬盘不一样，全息存储器不需要任何移动部件，数据读写操作为非接触式，使用寿命、数据可靠性、安全性都达到理想的状况。与目前的存储技术相比，全息存储在容量、速度和可靠性方面都极具发展潜力。由于全息存储器是以页作为读写单位，不同页面的数据可以同时并行读写，理论上其存储速度将相当迅速。据估算，未来全息存储可以实现1GB／S的传输速度，从网上给你好友传输一部喜爱的电影，一般在眨眼之间即可完成。

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