全息存儲技術(shù)詳解

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1、全息存儲技術(shù)詳解激光全息存儲技術(shù)是一種利用激光全息攝影原理將圖文等信息記錄在感光介質(zhì)上的大容量信息存儲技術(shù)，它有可能取代磁存儲和光學存儲技術(shù)，成為下一代的高容量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)。傳統(tǒng)的存儲方式將每一個比特都記為記錄介質(zhì)表面磁或光的變化，而全息存儲中將信息記錄在介質(zhì)的體積內(nèi)，而且利用不同角度的光線可以在同樣的區(qū)域內(nèi)記錄多個信息圖像。另外，磁存儲和光存儲每次都只能讀寫一個比特的信息，而全息存儲可以并行的讀寫數(shù)百萬比特，這樣可以使信號的傳輸速率大大超過目前光存儲的速度。記錄數(shù)據(jù)　　全息數(shù)據(jù)存儲在光敏光學材料上通過非光學相干圖樣來記錄信息。一束激光首先被分成兩部分，產(chǎn)生暗像素

2、和亮像素。通過調(diào)整參考光的角度、波長和介質(zhì)的位置，理論上可以在同一個空間記錄下數(shù)千比特張全息圖像。數(shù)據(jù)存儲密度的極限是幾十TB/立方厘米。2006年，InPhase科技發(fā)表了一份白皮書，稱他們已經(jīng)實現(xiàn)了500Gb/平方英寸的存儲密度。據(jù)此我們可以推測出一張普通的光盤（寫入半徑大約4厘米）可以存儲約3896.6Gb的信息。讀取數(shù)據(jù)　　通過重新產(chǎn)生相通的參考光來重建全息圖像可以將存儲的數(shù)據(jù)讀出。參考光聚焦在光敏材料之上，照亮了合適的干涉圖樣，光線在干涉圖樣上發(fā)生衍射，衍射圖案投影到檢測器上。檢測器可以并行的將數(shù)據(jù)讀出，一次就可以讀出超過1兆比特的信息，因此數(shù)據(jù)率非常高

3、。記錄在全息驅(qū)動器中的文件的訪問時間可以做到在200毫秒以下。保存壽命　　全息數(shù)據(jù)存儲可以為公司提供保存信息的新方法。如果使用一次寫入多次讀取的方法，可以保證內(nèi)容的安全，防止存儲的的信息被重寫或者修改。全息存儲制造商認為，這種技術(shù)可以提供安全的數(shù)據(jù)存儲方案，儲存數(shù)據(jù)的內(nèi)容50年也不會發(fā)生變化，遠遠超過當前的數(shù)據(jù)存儲技術(shù)。反對觀點認為，數(shù)據(jù)讀取技術(shù)每十年就會發(fā)生巨大的變化，因此盡管有能力將數(shù)據(jù)保存50-100年，但是很有可能需要用到數(shù)據(jù)的時候卻無法找到合適的讀取設(shè)備來讀取。然而，性能很好的存儲方案可以持續(xù)使用很長的時間，另外，即使技術(shù)更新?lián)Q代了，仍然可能有后向兼容的

4、解決方案，就像現(xiàn)在的DVD技術(shù)后向兼容CD技術(shù)一樣。常用術(shù)語　　敏感性指的是單位曝光量所能產(chǎn)生的折射率調(diào)制的變化幅度。衍射效率和調(diào)制指數(shù)與有效厚度的平方成正比。動態(tài)范圍決定了在同一個體積內(nèi)可以存儲多少張全息圖像?？臻g光調(diào)制器是像素化輸入設(shè)備（液晶面板），用來將數(shù)據(jù)疊加在物光線上。技術(shù)細節(jié)　　一般情況下，全息存儲是一種一次寫入多次讀寫的存儲技術(shù)，這是由于在寫入數(shù)據(jù)的時候，存儲介質(zhì)發(fā)生了不可逆的變化?？芍貙懙娜⒋鎯夹g(shù)可以通過晶體的光致折變效應(yīng)來實現(xiàn)：　　　　　　　　　　　　　　　　　　?從兩個光源產(chǎn)生的相干光可以在介質(zhì)上產(chǎn)生干涉圖樣。這兩束光分別稱為參考光和信號光

5、。當出現(xiàn)相長干涉的時候，干涉圖樣顯示為亮班，材料中的電子接受了光的能量，可以發(fā)生從材料價帶向?qū)У能S遷。電子躍遷后價帶含有正電，留下的位置稱為空穴。在可重寫的全息圖像材料中，要求空穴不可移動。當出現(xiàn)相消干涉的時候，光的能量比較低，因此電子不會發(fā)生躍遷。導(dǎo)帶中的電子可以在材料中自由移動。電子的運動受到兩種相反的力的作用，第一種是電子和躍遷后留下的空穴之間的庫侖力的作用，這個力使得電子難以移動，甚至會將電子拉回空穴。第二個力是擴散作用產(chǎn)生的，它使電子移向電子密度較低的地方。如果庫侖力不夠強，電子就會移動至暗條紋處。在電子躍遷一開始，電子就有一定的概率與空穴重新結(jié)合，回

6、到價帶。結(jié)合率越高，電子能夠移動到暗條紋處的數(shù)量就越少。這個速度會影響全息圖像的強度。　　在一部分電子移動到暗條紋處并與其中的空洞結(jié)合以后，在暗區(qū)的電子和在亮區(qū)的空穴間就會建立一個永久的空間電場。由于電光效應(yīng)，這個電場會影響到晶體的折射率。當信息需要從全息圖像中讀取出來的時候，只需要參考光就可以重建全息圖像。參考光以和寫入全息圖像的時候完全相同的放射照射在材料商。由于寫入的時候折射率發(fā)生了變化，光線會分裂為兩部分，其中之一將會重建存儲了信息的信號光。一些檢測器比如電荷耦合元件（CCD）照相機可以用來將信息轉(zhuǎn)化為更容易使用的形式。理論上一個邊長為寫入光波波長的立方體

7、可以存儲1比特的信息。例如，氦氖激光器所發(fā)出的紅色激光波長為632.8納米，每立方毫米就可以存儲4Gb的數(shù)據(jù)。實際上，數(shù)據(jù)密度會遠遠低于理論密度，主要是由于以下幾個原因：需要使用糾錯編碼　　需要考慮光學系統(tǒng)的缺陷和約束　　高密度的記錄的成本也會更高，需要考慮到成本和性能的折衷　　設(shè)計技術(shù)的約束（目前磁記錄的硬盤已經(jīng)面臨著這個問題了，磁疇結(jié)構(gòu)使得硬盤制造無法達到理論上的極限）　　現(xiàn)在的存儲技術(shù)每次都只能讀寫一個比特的信息，而全息存儲技術(shù)可以使用一束光并行的讀寫數(shù)據(jù)。雙色記錄全息數(shù)據(jù)記錄的設(shè)備在雙色全息記錄的過程中，參考光和信號光固定使用一個特殊的波長（綠光、紅光、甚

8、至紅外光）