光存储技术

光存储技术发展现状班级：07111306学号：1120131797姓名：程显达1.引言光存储技术是利用光子与物质的作用，将各种信息比如图像、语言、文字等相关数据记录下来，需要的时候再将其读出的存储技术。光存储技术具有非接触式读写、寿命长、信息位的价格低等优点，随着光量子数据存储技术、三维体存储技术、近场光学技术、光学集成技术的发展，光存储技术必将成为信息产业中的支柱技术。2.光存储技术的原理从概念上讲，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。它的基本物理原理为：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。对于介质的选取，只要材料的某种性质对光敏感，在被信息调制过的光束照射下，能产生物理、化学性质的改变，并且这种改变能在随后的读出过程中使读出光的性质发生变化，都可以作为光学存储的介质。举一个例子来简单说明原理，目前得到广泛应用的CD光盘、DVD光盘等光存储介质以二进制数据的形式来存储信息。信息写入过程中，将编码后的数据送入光调制器，使激光源输出强度不同的光束。调制后的激光束通过光路系统，经物镜聚焦照射到介质上。存储介质经激光照射后被烧蚀出小凹坑，所以在存储介质上存在被烧蚀和未烧蚀两种不同的状态，分别对应两种不同的二进制状态0或1。读取信息时，激光扫描介质，在凹坑处入射光不返回，无凹坑处入射光大部分返回。根据光束反射能力的不同，将存储介质上的二进制信息读出，再将这些二进制代码解码为原始信息。3.光存储技术的优点(1).存储密度高，存储容量大。信息的存储密度表征单位面值或单位体积可存储的二进制位数，用以表示各种存储方法的性能治标。电子存储器的存储密度约104-106bit/cm2，即使是超大规模集成电子存储器也不会超过106bit/cm2。光学存储器的理论极限值：面存储密度为1/λ2；体存储密度为1/λ3。按λ=500nm计算，存储密度为1Tbit/cm3。(2).光盘采用的是非接触式读写，读写头与盘片间通常有2mm的举例，这使得盘片不会有磨损，所以可靠性高、寿命长，信息不会因为反复的读写而产生信息衰减；记录介质上附有透明保护层，因此光盘表面上的灰尘和划痕对记录信息的影响很小，使得光盘保存的条件要求大大降低；焦距的改变可以改变记录层的相对位置，使得光存储实现多层记录成为了可能；盘片可以自由的更换，并且还可以保持极高的存储密度，这给用户带来了极大的便利，扩大了存储容量。(3).由于激光是一种高强度光源，聚焦激光光斑具有很高的功率，光学记录能达到非常高的速度。(4).并行程度高。光子之间不会相互作用，所以光计算的并行处理能力远远高于电子计算。(5).光盘上的信息可以很方便的复制，使光盘记录的信息寿命变为无限长。(6).压制工艺简单，使光存储的位信息价格低廉，为光盘产品的大量推广应用创造了必要的条件。4.经典光存储设备(1).只读式光盘记录介质为涂有光刻胶的玻璃盘基。在调制后的激光束的照射下，再经过曝光、显影、脱胶等过程，正像母盘上就出现凹凸的信号结构。之后利用蒸发和电镀技术，得金属负像母盘，最后用注塑法或光聚合法在金属母盘上复制光盘。读出信息：激光照射在凹坑上，利用凹坑与周围介质反射率差别读出信息。(2).CD-R光盘利用热效应来记录信息：用聚焦激光束照射CD-R光盘中的有机染料记录层，照射点的染料发生汽化，形成与记录信息对应的坑点，完成信息的记录。利用坑点与周围介质反射率的区别来读出信息。(3).可擦写光盘1).相变型存储材料的光盘：记录信息时，利用高功率调制后的激光束照射记录介质，形成非晶相记录点，非晶相记录点的反射率与未被照射的晶态部分有着明显的差异；读出信息时，用低功率的激光照射存储单元，利用反射光的差异来读出信息；擦除信息时，使用低功率宽脉冲激光照射相记录点，使其变回晶态。2).磁光存储材料的光盘：记录信息时，利用聚焦激光束，照射记录介质为磁化方向单向规则排列的垂直磁光膜，使其发生热磁效应，使记录点的磁化方向发生变化，从而完成信息记录；读出信息时，利用法拉第效应和克尔效应；擦除信息时，利用激光作用，改变偏磁场的方向，删除记录信息。光盘存储原理图：5.超高密度存储之光学体全息存储光学体全息存储是超高密度存储最重要的研究领域之一，一般的光学体全息数据存储原理可以简单描述为：带存储的数据经空间光调制器（SLM）被调制到信号光上，形成一二维信息页，然后与参考光在记录介质中干涉形成体全息图并被介质记录，利用体全息图的布拉格选择性，改变参考光的入射角度或波长以实现多重存储。光学体全息数据存储具有如下几个显著特性：(1).数据冗余度高：因为信息是以全息图的形式存储在一定的扩展体积内，所以具有高度的冗余性，在传统的磁盘或光盘存储中，每一个比特位占一定的空间，当存储密度增大时，存储介质的缺陷尺寸和数据单元大小相同时，会导致对应数据的丢失，但是对于全息存储，缺陷只会使所有的信号的强度降低，并不会导致数据的丢失。(2).数据并行传输：因为信息是以页为单位的并行读写，所以它具有极高的数据传输率，其极限值将主要由I/O器件决定，目前的多信道CCD探测阵列的运行速度已达128MHz，采用巨并行探测阵列的全息存储系统的数据传输率有望达1Gbyte/s。(3).存储密度高：利用体全息图的布拉格选择性或其他选择特性，可以在同一个存储体积内多重存储很多全息图，因此系统的有效存储密度很高。(4).寻址速度快：参考光可采用圣光、电光等非机械式寻址方式，系统的寻址速度很快，数据访问时间可降至亚毫秒范围甚至更低。(5).具有关联寻址的功能：对于块状角度复用体全息存储，如果在读出时不用参考光而是改由物光中的某个图像照射公共体积内由角度多重法存储的多重全息图，那么将会读出一系列方向不同的“参考光”，各个光的强度大小对应存储图像与输入图像之间的相似程度，利用这个关联特性，可以实现寻址操作。6.光存储技术的发展趋势(1).在记录密度不变的环境下提高性能VCD和DVD都可以利用自动换盘系统，组成光盘库、光盘塔、光盘阵列等来提高系统的存储容量、数据传输率和多数据存储的可靠性。如果将以上进行有机结合，则可以极大提高存储容量、数据传输率和明显改善数据的可靠性。(2).综合利用其他技术开发下一代新产品高密度数据存储技术1).利用光学非辐射场与光学超衍射极限分辨率的研究成果，进一步减小信息符的尺寸。因为光束照射到物体表面时，无论透射还是反射都会形成传播场和隐失波，传播场携带物体结构的低频信息，容易被探测器探测，隐失波携带描述物体精细结构的高频信息，沿着物体表面传输，只要把这一部分的信息捕捉到，就可以提高分辨率。2).采用近场光学原理设计超分辨率的光学系统，使数值孔径超过1.0，从而能够得到超精细结构信息，突破衍射极限，获得更高的分辨率。3).以光量子效应代替目前的光热效应实现数据的写入和读出，将存储密度提高到分子量级甚至原子量级，并且由于量子效应没有热学过程，所以反应速度可达到皮秒量级，而且，由于记录介质的反应和其吸收的光子数有关，可以使记录方式从二存储变为多值存储，提高存储容量。4)三维多重体全息存储，利用某些光学晶体的光折变效应记录全系图形图像，包括二值的或有灰阶的图像信息，由于全息图像对空间位置有敏感性，所以这种方法可以获得极高的存储容量，并基于光栅空间相位的变化，体全息存储器还有可能有擦除和重写功能。5).利用物理学的一些原理，比如光子回波时域相干光子存储原理、光子俘获存储原理、共振荧光、超荧光和光学双稳态效应、光子诱发光致变色的光化学效应、双光子三维体相光致变色效应等，并借助一些新的工具和技术，比如原子力显微镜、扫描隧道显微镜、光学集成技术、微光纤阵列技术等，提高存储密度和构成多层、多重、多灰阶、高速、并行读写海量存储系统。总之，光存储技术在迅速的发展，有人估计，光盘的容量每8年提高10倍，但是性能的提高速度却远远不及科技的发展和需要，所以，可以采用以上方法来提高光存储设备的各项性能。