光存储，风景无限好……

施坚

随着社会的发展和技术的进步，人们对信息的需求不断增加，对信息数据存储的要求也越来越高；特别是对存储容量和速率无止境的需求，促进了各种存储技术的发展，其中包括光存储技术。

光存储技术是用激光照射介质，通过激光与介质的相互作用使介质发生物理、化学变化，将信息存储下来的技术。其基本物理原理是：存储介质受到激光照射后，介质的某种性质（如反射率、反射光极化方向等）发生改变，介质性质的不同状态映射为不同的存储数据；存储数据的读出则通过识别存储单元性质的变化来实现。

光盘存储

光盘存储技术是通过光学的方法写入和读出数据的存储技术，即用激光照射介质，改变存储单元的某种性质，如反射率、反射光极化方向等，利用这种性质的改变来存储二进制数据，CD光盘即是利用了这一工作原理。

具体说，光盘存储技术首先将数据经光调制器转换成二进制，使激光源输出强度不同的光束。然后调制后的激光束通过光路系统，经物镜聚焦照射到介质上将数据模式灼刻在具有反射能力的扁平盘片上。激光在盘片上刻出的小坑代表“1”，空白处代表“0”。读取数据时，光检测器检测出光强和极化方向等的变化，观察激光经过的每一个点，以确定它是否反射激光。如果不反射激光，就表示“1”；如果激光被反射回来，就表示“0”，从而依次读出存储在光盘上的数据。由于激光光束可以聚焦到很小的直径，因此它比磁、半导体等存储介质有较高的存储容量，而这正是存储大容量数据和多媒体信息所必需的。通常使用的CD光盘的容量一般为700M。近些年流行的蓝光光盘采用的是接近蓝色可见光的波长为405纳米的蓝紫光技术，HD DVD也采用蓝紫光技术，容量可达50G以上，甚至几百G。刻录的激光波长就是这支“笔”的“笔尖”，“笔尖”更细，“字”也就写得更多了。

无论上面提到的哪种光盘，由于存在面密度限制，面积成为不可逾越的物理极限。而且传统光盘存储受衍射分辨率极限的限制，即使采用数值孔径更大的聚焦镜和更短的波长，也很难大幅提高它们的存储密度，而且光学头和盘面之间有很近的距离，光学头需要相对记录介质做机械运动，导致光机系统比较复杂，正逐渐接近其物理极限，存取时间只能限于毫秒量级。另外信息只能按位串行存取，因此传输速率有限。

全息存储

20世纪60年代初，随着激光器的出现，美国科学家范·希尔登提出了全息数据存储的概念，即“三维立体存储数据技术”。2005年，全息存储被《福布斯》杂志评为未来十大“最酷”技术之一。

全息技术主要利用了激光技术，但与其他光存储技术不同，全息存储技术并不仅仅利用介质表面，它以通过在整个存储介质内记录干涉图案来存储数据，而且会拍摄出完整的三维影像，真实反映被拍摄物体的全部信息，而不像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。在全息光存储中，数据信息以全息图的形式被记录在存储材料中。同时，全息存储器在存储和读取数据时，都是以页为单位。由于这种存储方式可以实现信息的多重存储： 一个晶体有无数个面，而且通过改变激光的角度、波长或相位，可在同一体积上存储多个信息页，这样一块晶体中便可存储数量惊人的数据：一块方糖大小的立方体就能存储高达1TB（1TB=1024GB）的数据。

由此看来，全息存储既实现了高品质的三维影像数据存储，又实现了整个存储介质几乎是无间隙的整体存储。事实上，全息存储的优点还体现在数据的保存和读写上。全息存储几乎可以永久保存数据，在切断电源供应的条件下，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。同时，由于全息存储器以页作为读写单位，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每秒1GB的传输速度，从网上传输一部电影，眨眼之间即可完成。

与传统硬盘不一样，全息存储器因为不采用机械的方法操作光束移动，为非接触式的，而且不需要任何移动部件即可实现利用激光束无惯性电子控制对数据进行并行读写，存储材料使用寿命、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。

玻璃存储

不知大家是否还记得《超人》系列影片中的这样一个场景，在北极冰原，年轻的克拉克·肯特发现了一块水晶玻璃，其中储存着超人父母乔·艾尔及拉拉的全息影像和声音记录。通过将一个玻璃记忆棒插入该水晶玻璃管，超人便获取了这些信息。

不久前，英国科学家首次研发出一种类似于科幻电影《超人》中的“记忆晶体”的玻璃存储器（如题图所示）。这种存储器块头小，存储能力强，一块比手机屏幕还小的玻璃存储器便可存储50GB的数据，与一张蓝光光盘的存储量相当。

英国科学家使用激光让玻璃块中的原子重新排列，让玻璃“变身”为新式存储器。他们首先让一束激光聚焦，随后将名为三维像素（voxels）的小点铭刻进纯净的石英玻璃内，使玻璃变得有点模糊，光通过玻璃时会发生极化（偏振）。极化过程改变了光通过玻璃的方式及路径，制造出了极光漩涡，以此将信息记录于玻璃内。玻璃存储器内的信息阅读方式与光纤内的数据一样，可以利用光学解码器读取这些三维像素包含的信息，而且，其中存储的数据也可以利用激光进行清除、重写等操作，就像使用普通硬盘一样。

相比于普通硬盘存储器，玻璃存储器更稳定，更耐用。现在的硬盘存储器的寿命仅为几十年，且很容易被高温和湿气破坏。而这种玻璃存储器能耐受983℃的高温，即使在水中也不会受到任何破坏，信息可以在里面安全存储几千年，“玻璃存储器有望变成一种非常稳定、安全的便携式存储方式”。而且我们可以预见“玻璃存储器将让博物馆和诸如国家档案中心这样的机构大大受益”，足以满足这些组织和机构每隔5～10年就必须为其庞大的数据备份的需求，大大突破了现有硬盘存储器寿命较短的瓶颈。

随着科技的不断进步，也许在不久的将来，普通电脑用户便可将数据存储到玻璃制造的硬盘上。

【责任编辑】赵 菲endprint