Výzkumníci vyvinuli novou rychlou a energeticky účinnou metodu laserového zápisu pro výrobu nanostruktur v křemičitém skle. Použili metodu k záznamu 6 GB dat ve vzorku křemičitého skla o velikosti jednoho palce. Všechny čtyři čtverce na obrázku měří pouhých 8.8 x 8.8 mm. Metodou laserového psaní také napsali univerzitní logo a značku na sklo. Kredit: Yuhao Lei a Peter G. Kazansky, University of Southampton
Díky pokrokům je optické úložiště s vysokou hustotou 5D praktické pro dlouhodobou archivaci dat.
Výzkumníci vyvinuli rychlou a energeticky účinnou metodu laserového zápisu pro výrobu nanostruktur s vysokou hustotou v křemičitém skle. Tyto drobné struktury lze použít pro dlouhodobé pětirozměrné (5D) optické ukládání dat, které je více než 10,000 XNUMXkrát hustší než technologie ukládání optických disků Blue-Ray.
„Jednotlivci a organizace generují stále větší datové sady, což vytváří zoufalou potřebu efektivnějších forem ukládání dat s vysokou kapacitou, nízkou spotřebou energie a dlouhou životností,“ řekl doktorand Yuhao Lei z University of Southampton ve Velké Británii. "Zatímco cloudové systémy jsou navrženy spíše pro dočasná data, věříme, že 5D ukládání dat ve skle by mohlo být užitečné pro dlouhodobé ukládání dat pro národní archivy, muzea, knihovny nebo soukromé organizace."
In Optica, časopis Optica Publishing Group pro vysoce působivý výzkum, Lei a kolegové popisují svou novou metodu zápisu dat, která zahrnuje dva optické rozměry plus tři prostorové rozměry. Nový přístup dokáže zapisovat rychlostí 1,000,000 230 100 voxelů za sekundu, což odpovídá záznamu asi XNUMX kilobajtů dat (více než XNUMX stránek textu) za sekundu.
"Fyzický mechanismus, který používáme, je obecný," řekl Lei. "Předpokládáme, že tato energeticky účinná metoda psaní by mohla být také použita pro rychlou nanostrukturu v průhledných materiálech pro aplikace v 3D integrované optice a mikrofluidice."
Rychlejší a lepší laserové psaní
Ačkoli bylo 5D optické ukládání dat v průhledných materiálech demonstrováno již dříve, zápis dat dostatečně rychlý a s dostatečně vysokou hustotou pro aplikace v reálném světě se ukázal jako náročný. Aby vědci překonali tuto překážku, použili femtosekundový laser s vysokou opakovací frekvencí k vytvoření malých jamek obsahujících jedinou strukturu podobnou nanolamele o rozměrech pouze 500 x 50 nanometrů.
Namísto použití femtosekundového laseru k zápisu přímo do skla vědci využili světlo k vytvoření optického jevu známého jako vylepšení blízkého pole, ve kterém je struktura podobná nanolamele vytvořena několika slabými světelnými pulzy z izotropního nanovoidu. generované jednopulzní mikroexploze. Použití vylepšení blízkého pole k vytvoření nanostruktur minimalizovalo tepelné poškození, které bylo problematické pro jiné přístupy, které používají lasery s vysokou opakovací frekvencí.
Protože jsou nanostruktury anizotropní, vytvářejí dvojlom, který lze charakterizovat pomalou orientací osy světla (4. rozměr, odpovídající orientaci nanolamelovité struktury) a silou retardace (5. rozměr, definovaný velikostí nanostruktury). Jak jsou data zaznamenávána do skla, pomalá orientace osy a síla retardace mohou být řízeny polarizací a intenzitou světla.
„Tento nový přístup zlepšuje rychlost zápisu dat na praktickou úroveň, takže můžeme zapsat desítky gigabajtů dat za rozumnou dobu,“ řekl Lei. „Vysoce lokalizované a přesné nanostruktury umožňují vyšší datovou kapacitu, protože na jednotkový objem lze zapsat více voxelů. Použití pulzního světla navíc snižuje energii potřebnou pro psaní.“
Zápis dat na skleněné CD
Výzkumníci použili svou novou metodu k zápisu 5 gigabajtů textových dat na disk z křemičitého skla o velikosti běžného kompaktního disku s téměř 100% čtením. přesnost. Každý voxel obsahoval čtyři bity informací a každé dva voxely odpovídaly textovému znaku. S hustotou zápisu dostupnou z metody by disk byl schopen pojmout 500 terabajtů dat. Díky upgradům systému, které umožňují paralelní zápis, by podle vědců mělo být možné zapsat takové množství dat přibližně za 60 dní.
„Se současným systémem máme možnost uchovat terabajty dat, která by mohla být použita například k uchování informací z osobních DNA“ řekl Peter G. Kazansky, vedoucí výzkumného týmu.
Vědci nyní pracují na zvýšení rychlosti zápisu své metody a na tom, aby byla technologie použitelná i mimo laboratoř. Pro praktické aplikace pro ukládání dat bude také nutné vyvinout rychlejší metody pro čtení dat.
Odkaz: „Vysokorychlostní ultrarychlá laserová anizotropní nanostruktura řízením depozice energie prostřednictvím vylepšení blízkého pole“ od Yuhao Lei, Masaaki Sakakura, Lei Wang, Yanhao Yu, Huijun Wang, Gholamreza Shayeganrad a Peter G. Kazansky, 28. října 2021, Optica.
DOI: 10.1364/OPTICA.433765
