全息存儲(chǔ)是依�(jù)全息�(shù)的原�,將信息以全息照相的方式存儲(chǔ)起來,它利用 兩�(gè)光波之間�耦合和解耦合� 可以把信息存�(chǔ)和信息之間的比較(相關(guān))� �(shí)�� 甚至�(lián)想的功能�(jié)合起來,也就是可以把信息存儲(chǔ)和信息處理結(jié)合起�。優(yōu)�(diǎn)是超高密度,具有極大的提升潛��
用于全息信息存儲(chǔ)的記錄介�(zhì)較多,可保存信息的全息圖用銀鹽干�、銀鹽非漂白型位相全息干�、光聚合物及光致抗蝕劑等;可擦除重復(fù)使用的實(shí)�(shí)記錄材料有光�(dǎo)熱塑�、有�(jī)或無�(jī)光折變材料等�
全息存儲(chǔ)在存�(chǔ)容量方面具有巨大的優(yōu) �(shì),原因是�
(1)全息存儲(chǔ)具有存儲(chǔ)容量大的�(yōu)�(shì)。用感光干板作為普通照相記錄信息時(shí)� 信息存儲(chǔ)密度的數(shù)量級(jí)一般為 105bit/mm2;用平面全息圖存�(chǔ)信息�(shí),存�(chǔ)密度 一般可提高一�(gè)�(shù)量級(jí)�(dá) 106bit/mm2;如果用體全息圖存儲(chǔ)信息�(shí),存�(chǔ)密度� 高達(dá) 1013bit/mm2�
(2)全息存儲(chǔ)具有極大的冗余性,存儲(chǔ)介質(zhì)的局部缺陷和損傷不會(huì)引起信息 丟失�
(3)全息存儲(chǔ)具有讀取速率高和能并行讀取的特點(diǎn),每�(gè)�(shù)�(jù)頁可包含�(dá) 1Mbit 的信�,寫人一頁的�(shí)間在 100ms 左右,讀信息的時(shí)間可以小� 100s� 而磁盤的尋址�(shí)間至少需� 10ms�
全息存儲(chǔ)是受全息照相的啟�(fā)而研制的� �(dāng)你明白全息照相的技�(shù)原理,對(duì)于全 息存�(chǔ)就可以更好地理解。我�?cè)谂臄z 全息照片�(shí),對(duì)�(yīng)的拍攝設(shè)備并不是� 通照相機(jī),而是一�(tái)激光器。該激光器 �(chǎn)生的激光束被分光鏡一分為�,其� 一束被命名為“物光束�,直接照射到 被拍攝的物體,另一束則被稱為“參� 光束�,直接照射到感光膠片�� �(dāng)物光束照射到所攝物體之后,� 成的反射光束同樣�(huì)照射到膠片上� 此時(shí)物體的完整信息就能被膠片� 錄下�,全息照相的攝制過程就� 樣完成了。乍看過�,全息照片上 只有一些亂七八糟的條紋,但�(dāng)� 們使用一束激光去照射這張照片�(shí)� 真實(shí)的原始立體圖像就�(huì)栩栩如生 地展�(xiàn)出來�
全息存儲(chǔ)技�(shù)同樣需要激光束的幫 �,研�(fā)人員要為它配備一套高� 率的全息照相系統(tǒng)。首先利用一� 激光照射晶體內(nèi)部不透明的小方格� 記錄成為原始圖案�,再使用一� 激光聚焦形成信�(hào)源,另外還需� 一束參考激光作為校�(zhǔn)。當(dāng)信號(hào)� 光束和參考光束在晶體中相遇后� 晶體中就�(huì)展現(xiàn)出多折射角度的圖 案,這樣在晶體中就形成了光柵� 一�(gè)光柵可以�(chǔ)存一批數(shù)�(jù),稱為一�� 我們把使用全息存儲(chǔ)技�(shù)制成的存�(chǔ)� 稱為全息存儲(chǔ)�,全息存�(chǔ)器在存儲(chǔ)� 讀取數(shù)�(jù)�(shí)都是以頁為單位�
盡管全息存儲(chǔ)技�(shù)尚未步入�(yīng)用階�,但它的光明前景毋庸置疑,未� 10 年它將取代目前磁存儲(chǔ)和光存儲(chǔ)的主流地�� 面對(duì)如此誘人的一塊大蛋糕� � � 存儲(chǔ)技�(shù)�(lǐng)域的各大廠商早已摩拳擦掌,而在這一�(zhēng)奪戰(zhàn)中,美國(guó)� InPhase 公司和日本的 Optware 公司扮演了先行� 的角��
1.Optware——實(shí)用化的�
早在 2003 年的 ODS(光存�(chǔ)系統(tǒng)�(huì)�)�(huì)議上� Optware 就向外界公布了對(duì)� 息光盤的�(cè)試數(shù)�(jù)。在�(cè)試過程中 Optware 首次使用� 能夠商用化的全息存儲(chǔ) 系統(tǒng)。�(jìn)� 2004 �,Optware 便將這套系統(tǒng)命名� HVD(Holographic Versatile Disc,全息通用光盤)。根�(jù) HVD 的標(biāo)�(zhǔn),使用全息記錄技�(shù)� HVD 光盤(� 徑為 12cm)的容量可提升� 1TB,這將是目� DVD �(biāo)�(zhǔn)容量 (4.7GB)� 200 �� 而且在數(shù)�(jù)傳輸率方�,也將到�(dá) 1GB/s,遠(yuǎn)高于�(xiàn)有的硬盤水平,是目前 DVD 主流速度(16×,約 22MB/s)� 40 �。Optware 表示未來還可�(jìn)一步提� HVD � 存儲(chǔ)容量和速度�
Optware 的全息產(chǎn)品廣泛應(yīng)用了一種稱為同線全息存�(chǔ)技�(shù)的關(guān)�(�(shí)際上 就是在一�(gè)光束中整合了一束參考激光與一束信�(hào)激�)。借助這項(xiàng)技 �(shù)� Optware 可以大大�(jiǎn)化全息成像系�(tǒng)的設(shè)�(jì)難度和體�,并�(jìn)一步實(shí)�(xiàn) HVD �(qū)�(dòng) 器與 DVD � CD 的兼��
�(xiàn)階段 Optware 已經(jīng)開始向商�(yè)用戶銷售 200GB 容量 HVD �(chǎn)品, 并表示在� 期內(nèi)還將把存�(chǔ)容量提升� 1TB。不過,初期 HVD �(chǎn)品的� �(jià)也高得驚人—� 一� HVD �(qū)�(dòng)器的�(jià)格在 2 萬美元左�,每張光盤的成本則為 100 美元!不過� 隨著技�(shù)的成熟和生產(chǎn)�(guī)模不斷擴(kuò)�,到 2007 年以 �,HVD �(qū)�(dòng)器的成本�(huì)� 速下降�
2.InPhase——高容量的追求�
相對(duì)� Optware 快速的全息商品化步�� 來自美國(guó)� InPhase 公司也毫不示 弱。在 2005 � 4 月的 NAB2005 展會(huì) �,InPhase 公司首次展出了其商品化的� 息驅(qū)�(dòng)器。相�(duì)� HVD 來說,InPhase 的產(chǎn)品被稱作全息卡可能更為合適。HVD 的外形和一� DVD � �,但� InPhase 的全息光盤產(chǎn)品則在光盤外面多了�(gè)�(zhǎng) 方形的保�(hù)�,使得產(chǎn)品的外觀和我�?cè)�?jīng)使用� MO 有幾分相似�
為了� Optware 一較高�,在 2005 � 4 月的展會(huì)�,InPhase 就聯(lián)合萬� 公司拿出了單次可寫入的全息光盤產(chǎn)品。相�(duì)� Optware 在實(shí)�(xiàn)寫入方面遇到 的困�,InPhase 似乎有更多的�(yōu)�(shì)。在�(shí)�(xiàn)寫入的同�(shí),InPhase 還同�(shí)將旗 下全息光盤的存儲(chǔ)密度提升� 200Gbit/平方英寸。這一存儲(chǔ)密度已經(jīng)超過了包 含硬盤在�(nèi)的現(xiàn)有存�(chǔ)介質(zhì)。而在此密度下,InPhase 推出的代全息存儲(chǔ)�(shè) 備單光盤的容量成� 地達(dá)到了 300GB� Optware 代產(chǎn)品多出了整整 100GB� � 盡管容量提升,但 InPhase 的全息方案在讀取速度方面卻遇到了一些困�。數(shù)�(jù) 傳輸速度目前在投�(chǎn)�(shí)將達(dá)� 160Mb/s(� 20MB/s)左右�
盡管有比較明顯的容量?jī)?yōu)�(shì),但 InPhase 沒有停止在容量方面的探索� 2006 � 3 � 27 �� InPhase 宣布成功�(jìn)行了存儲(chǔ)密度�(dá) 515Gbit/平方英寸的全 息光存儲(chǔ)演示,這意味著 InPhase 可以� 12cm 的光盤上�(shí)�(xiàn)超過 1.6TB 的存�(chǔ) 容量。要知道目前容量硬盤的存�(chǔ) 密度也僅� 214Gbit/平方英寸�
存儲(chǔ)中的�(fù)用技�(shù)是全息光存儲(chǔ)所特有的技�(shù)特征,采用合理的�(fù)用技�(shù)可以有效地增加系�(tǒng)的存�(chǔ)容量,提高存�(chǔ)系統(tǒng)的性能。全息光存儲(chǔ)中的�(fù)用技�(shù)主要包括空間�(fù)�、體積復(fù)用和混合�(fù)用三大類�
空間�(fù)用技�(shù)是將記錄介質(zhì)的二維平面劃分成不同的區(qū)域,在每一�(gè)區(qū)域中單獨(dú)存儲(chǔ)一幅全息圖??臻g�(fù)用技�(shù)是發(fā)展得最早的�(fù)用技�(shù),主要適合于平面型記錄材�,存�(chǔ)材料中的存儲(chǔ)格式類似于硬盤和光盤??臻g�(fù)用技�(shù)的優(yōu)�(diǎn)是:由于相鄰的全息圖在空間并不重疊,因此再現(xiàn)出的頁面之間可以完全避免�?dāng)_噪聲,每�(gè)全息圖的衍射效率也都可以�(dá)到單�(gè)全息圖所能達(dá)到的衍射效率。此�,由于存�(chǔ)的所有全息圖都可以采用相同的參考光角度,因此系�(tǒng)的光路設(shè)�(jì)和構(gòu)架相�(duì)�(jiǎn)�。單純空間復(fù)用技�(shù)的主要缺�(diǎn)是不能充分利用存�(chǔ)材料的厚度來增加系統(tǒng)的存�(chǔ)容量,因此沒有充分利用全息存�(chǔ)技�(shù)的潛力實(shí)�(xiàn)存儲(chǔ)容量�
為了彌補(bǔ)空間�(fù)用技�(shù)的缺陷,人們提出了體積�(fù)用技�(shù)。體積復(fù)用技�(shù)分為三種:角度復(fù)用、位相復(fù)用和波長(zhǎng)�(fù)�。下面我們分別�(jìn)行介��
角度�(fù)用:這是一種使用最�,研究最為充分的�(fù)用技�(shù),它利用了體積全息圖的角度選擇性,使不同的信息頁面可以互不相干地疊加在同一�(gè)空間區(qū)域內(nèi)。每幅全息圖在記錄和讀出時(shí)所采用的物光和參考光的夾角都各不相同,但采用的激光波�(zhǎng)是固定的。對(duì)角度的調(diào)整可以通過旋轉(zhuǎn)反光鏡或聲光偏轉(zhuǎn)器來�(shí)�(xiàn)。角度復(fù)用技�(shù)可以有效地增大存�(chǔ)容量,提高存�(chǔ)密度。但角度�(fù)用存�(chǔ)的全息圖�(shù)目越�,平均衍射效率就越低,并且由于串抗干擾的疊加將導(dǎo)致讀出數(shù)�(jù)的信噪比下降,這些因素也影響和限制了角度復(fù)用技�(shù)可以�(shí)�(xiàn)的存�(chǔ)容量�
位相�(fù)用:為了克服角度�(fù)用技�(shù)�?dāng)_噪聲較大的缺�(diǎn),人們又提出了正交位相編碼復(fù)用技�(shù)。在這種�(fù)用技�(shù)中,參考光的波�(zhǎng)和光束角度都是固定的,而位相編碼一般使用確定性位相編碼中的正交位相編碼。正交位相編碼的概念是——每�(gè)全息圖的參考光都是由一組平面波束的集合組成,對(duì)其中每�(gè)光束都�(jìn)行純位相�(diào)�,即相對(duì)位相延遲�0即π。每組這樣的光束集合代表一�(gè)存儲(chǔ)圖像的地址,且和其它所有地址都正交。讀出信息時(shí),只有該地址參考光束對(duì)�(yīng)的全息圖的衍射效率,而對(duì)于其它全息圖則是相消干涉,理論上其衍射效率均為零。因�,位相復(fù)用技�(shù)可以提高讀出過程中全息圖的衍射效率,增加讀出數(shù)�(jù)的信噪比,并且可以使�(duì)存儲(chǔ)�(shù)�(jù)的尋址通過改變光束的位相而不是改變光束的方向來實(shí)�(xiàn),從而使尋址過程更快�
波長(zhǎng)�(fù)用:由于全息圖的再現(xiàn)�(duì)讀出光的波�(zhǎng)也十分敏�,所以波�(zhǎng)�(fù)用也是全息光存儲(chǔ)的主要復(fù)用方式之一。波�(zhǎng)�(fù)用也是基于全息光存儲(chǔ)所具有的布喇格角選擇性,只是此時(shí)每幅存儲(chǔ)的全息圖是與一�(gè)特定的光源波�(zhǎng)相對(duì)�(yīng),記錄和讀出過程中參考光和物光之間的夾角保持不變�
,談?wù)劵旌�?fù)用技�(shù)?;旌�?fù)用技�(shù)就是將上述幾種復(fù)用方法結(jié)合使�,以便充分利用各種復(fù)用方法的�(yōu)�(diǎn),提高系�(tǒng)的存�(chǔ)容量。主要的幾種混合�(fù)用技�(shù)包括稀疏波�(zhǎng)—角度復(fù)用、空間—角度復(fù)用以及空間—位相復(fù)用等�,在此不再贅��
此外,隨著技�(shù)的發(fā)展,人們又提出了一些新型的�(fù)用技�(shù)。例如,1999年V.Markov等人提出的靜�(tài)散斑�(fù)用技�(shù)�2001�,清華大�(xué)提出了利用全息光存儲(chǔ)系統(tǒng)中隨�(jī)相位極自身位移產(chǎn)生的�(dòng)�(tài)散斑�(shí)�(xiàn)的動(dòng)�(tài)散斑�(fù)用技�(shù)�。相信隨著科技的不斷�(jìn)�,會(huì)有更多的�(fù)用技�(shù)得到開發(fā)和應(yīng)�,從而可以更加充分地�(fā)掘全息光存儲(chǔ)的存�(chǔ)潛力,實(shí)�(xiàn)大容�、高密度的數(shù)字存�(chǔ)�