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近日，國外研究人員開發(fā)了一種快速且節(jié)能的激光寫入方法，用于在石英玻璃中生產(chǎn)高密度納米結(jié)構(gòu)。這些微小結(jié)構(gòu)可用于長期五維（5D）光學(xué)數(shù)據(jù)存儲，其密度是藍(lán)光光盤存儲技術(shù)的1萬倍以上。

“個(gè)人和組織正在生成越來越大的數(shù)據(jù)集，迫切需要具有高容量、低能耗和長壽命的高效數(shù)據(jù)存儲形式，”英國南安普敦大學(xué)博士研究員Yuhao Lei說，“雖然基于云系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)更多的臨時(shí)數(shù)據(jù)，但存儲在玻璃上的5D數(shù)據(jù)可能是更長期數(shù)據(jù)存儲的有效方式。這種方法有望將成為國家檔案館、博物館、圖書館或私人組織提供支持。”

此前，盡管科研人員已經(jīng)證明透明材料存儲5D光學(xué)數(shù)據(jù)的可行性。但事實(shí)證明，以足夠快的速度和足夠高的密度寫入數(shù)據(jù)在實(shí)際應(yīng)用中仍然具有挑戰(zhàn)性。為了克服這一障礙，研究人員使用了具有高重復(fù)率的飛秒激光器，以創(chuàng)建包含單個(gè)納米薄片狀結(jié)構(gòu)的微小凹坑，每個(gè)凹坑的尺寸僅為500nm×50nm。

研究人員并沒有使用飛秒激光器在玻璃上直寫，而是利用光產(chǎn)生的一種稱為近場增強(qiáng)的光學(xué)現(xiàn)象，其中納米薄片狀結(jié)構(gòu)是由一些微弱的光脈沖所產(chǎn)生，而這些光脈沖則來自單脈沖微爆產(chǎn)生的各向同性納米空隙。使用近場增強(qiáng)可以使納米結(jié)構(gòu)熱損傷最小化，這對于使用高重復(fù)率激光器的其他方法來說是有問題的。

■研究人員開發(fā)了一種新的快速、節(jié)能的激光寫入方法，用于在石英玻璃中生產(chǎn)納米結(jié)構(gòu)。使用這種方法在一英寸石英玻璃樣品中記錄了6GB數(shù)據(jù)。圖中的四個(gè)正方形每個(gè)尺寸僅為8.8mm×8.8mm（來源：南安普敦大學(xué)）

由于納米結(jié)構(gòu)是各向異性的，它們會產(chǎn)生雙折射，其特征在于光的慢軸取向（第四維，對應(yīng)于納米片狀結(jié)構(gòu)的取向）和延遲強(qiáng)度（第五維，由納米結(jié)構(gòu)的尺寸定義）。當(dāng)數(shù)據(jù)被記錄到玻璃中時(shí)，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。

“這種新方法將數(shù)據(jù)寫入速度提高到實(shí)用水平，因此我們可以在合理的時(shí)間內(nèi)寫入數(shù)十GB的數(shù)據(jù)，”Lei談到，“高度局部化、精密的納米結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)容量，因?yàn)閱挝惑w積內(nèi)可以寫入更多的體素。此外，使用脈沖激光還可減少寫入時(shí)所需的能量。”

在玻璃CD上寫入數(shù)據(jù)

研究人員使用新方法將5GB的文本數(shù)據(jù)寫入到大約與傳統(tǒng)光盤大小相同的石英玻璃盤上，讀取準(zhǔn)確度接近100%。每個(gè)體素包含四位信息，每兩個(gè)體素對應(yīng)一個(gè)文本字符。憑借該方法提供的寫入密度，光盤將能夠容納500TB的數(shù)據(jù)。研究人員表示，通過對允許并行寫入的系統(tǒng)進(jìn)行升級，大約60天內(nèi)就能寫入如此大量的數(shù)據(jù)。

“利用當(dāng)前的系統(tǒng)，我們有能力保存數(shù)TB的數(shù)據(jù)。例如這些數(shù)據(jù)可用于保存?zhèn)€人的DNA信息。”研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Peter G. Kazansky說。現(xiàn)在，研究人員正在努力提高寫入速度，并使該技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室外使用。同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)還在為實(shí)際數(shù)據(jù)存儲應(yīng)用開發(fā)更快的數(shù)據(jù)讀取方法。