5D光学数据存储突破，光盘可保存500TB

曹欣欣

个人数据存储的天花板有望突破

由于存储量日渐增多，很多摄影爱好者喜欢在家里面刻盘，光盘的价格便宜，但是存储空间不大。近日英国南安普敦大学的研究人员开发出一种快速、高效的激光写入方法，曾用于在石英玻璃中生产高密度的纳米结构。现在，这种技术可用于长期五维 （5D） 光学数据存储，其密度是蓝光光盘的 10000 倍以上。

“个人和组织正在生成越来越大的数据集，迫切需要具有高容量、低能耗和长寿命的更高效的数据存储形式。”研究人员认为：“虽然基于云的系统更多地是为临时数据设计的，但我们相信玻璃中的5D存储对于国家档案馆、博物馆、图书馆或私人组织的长期数据存储可能有用。”

（a） 激光写入设置示意图。EOM 是电光调制器，QWP 是四分之一波片。

（b） 由 100 个能量为 30 nJ 的激光脉冲在1到10 MHz的不同重复频率下写入的体素的慢轴（波片中传播速度慢的光矢量）方位角图像;（b） 中的脉冲持续时间和波长分别为 250 fs 和 515 nm。

石英玻璃内部双折射结构实现激光书写

该技术利用两个光学维度和三个空间维度，这种新颖的方法可以以每秒 1000000个体素（体积元素Volume Pixel）的速度写入，相当于每秒 230 KB 的数据。看起来并不是非常快的速度，但新技术的吸引力不是它的速度，而是在相对较小的物理空间中的巨大存储容量。目前使用具有高重复率的飞秒激光器，创建的单个纳米薄片状结构的微小凹坑，每个凹坑的尺寸仅为 500纳米×50 纳米。

写入时间太长，普及尚待时日

这种节能写入方法也可用于透明材料的快速纳米结构化，以应用于 3D 集成光学和微流體。由于纳米结构是各向异性的，它们会产生双折射，其特征在于光的慢轴取向（第四维，对应于纳米片状结构的取向）和延迟强度（第五维，由尺寸定义纳米结构）。随着数据被记录到玻璃中，慢轴方向和延迟强度可以分别由光的偏振和强度控制。随着纳米结构的精确定位，容量增加。此外，通过使用脉冲光，减少了写入的能量需求。

各向异性纳米结构的成像

（a） 由两个播种脉冲引起的体素慢轴方位角的图像和八个写入脉冲，重复率为 500 kHz，脉冲持续时间为 190 fs，波长为 515 nm。伪色表示慢轴方位角。

（b） 抛光和 KOH 蚀刻后纳米片状结构的 SEM 图像;

（c） （b） 中虚线方块中的扩大区域;

（d） 由两个种子脉冲产生的各向同性纳米空隙的 SEM 图像;

（e） 模拟从纳米空隙到纳米薄片的演变，由顶部（底部）图像的两个（八个）写入脉冲产生。

该方法的写入密度意味着用户可以将 500 TB 的数据放在同一张光盘上，但执行并行写入的升级系统写入这么多数据大约需要 60 天。研究人员现在正在努力提高该方法的写入速度。为了使该方法具有实际意义，还需要开发更快的阅读方法。