Исследователи разработали новый быстрый и энергоэффективный метод лазерной записи для создания наноструктур в кварцевом стекле. Они использовали этот метод для записи данных размером 6 ГБ в образец кварцевого стекла диаметром один дюйм. Размер каждого из четырех квадратов составляет всего 8.8 х 8.8 мм. Они также использовали метод лазерного письма, чтобы написать логотип университета и отметку на стекле. Предоставлено: Юхао Лей и Питер Г. Казанский, Саутгемптонский университет.
Достижения делают оптические накопители высокой плотности 5D практичными для долгосрочного архивирования данных.
Исследователи разработали быстрый и энергоэффективный метод лазерной записи для создания наноструктур высокой плотности в кварцевом стекле. Эти крошечные структуры могут использоваться для долговременного пятимерного (5D) оптического хранения данных, которое более чем в 10,000 XNUMX раз плотнее, чем технология хранения оптических дисков Blue-Ray.
«Частные лица и организации создают все более крупные наборы данных, вызывая острую потребность в более эффективных формах хранения данных с высокой емкостью, низким энергопотреблением и длительным сроком службы», - сказал доктор-исследователь Юхао Лей из Университета Саутгемптона в Великобритании. «Хотя облачные системы больше предназначены для временных данных, мы считаем, что хранение данных 5D в стекле может быть полезно для долгосрочного хранения данных для национальных архивов, музеев, библиотек или частных организаций».
In Оптика, Журнал высокоэффективных исследований Optica Publishing Group, Лей и его коллеги описывают свой новый метод записи данных, охватывающий два оптических измерения плюс три пространственных измерения. Новый подход позволяет писать со скоростью 1,000,000 230 100 вокселей в секунду, что эквивалентно записи около XNUMX килобайт данных (более XNUMX страниц текста) в секунду.
«Используемый нами физический механизм является универсальным, - сказал Лей. «Таким образом, мы ожидаем, что этот энергоэффективный метод записи также может быть использован для быстрого наноструктурирования прозрачных материалов для приложений в трехмерной интегрированной оптике и микрофлюидике».
Лазерное письмо быстрее и лучше
Хотя оптическое хранение данных 5D в прозрачных материалах было продемонстрировано и раньше, запись данных с достаточной скоростью и плотностью, достаточной для реальных приложений, оказалась сложной задачей. Чтобы преодолеть это препятствие, исследователи использовали фемтосекундный лазер с высокой частотой повторения для создания крошечных ямок, содержащих единственную структуру, подобную наноламелле, размером всего 500 на 50 нанометров каждая.
Вместо того, чтобы использовать фемтосекундный лазер для записи непосредственно в стекло, исследователи использовали свет для создания оптического явления, известного как усиление ближнего поля, при котором структура, подобная наноламелле, создается несколькими слабыми световыми импульсами из изотропного нановидения. генерируется однократным импульсным микровзрывом. Использование усиления ближнего поля для создания наноструктур минимизировало тепловое повреждение, которое было проблематичным для других подходов, в которых используются лазеры с высокой частотой повторения.
Поскольку наноструктуры являются анизотропными, они создают двойное лучепреломление, которое можно охарактеризовать ориентацией медленной оси света (4-е измерение, соответствующее ориентации структуры, подобной наноламеллам) и силой замедления (5-е измерение, определяемое размером наноструктуры). По мере того, как данные записываются в стекло, ориентацией медленной оси и силой замедления можно управлять с помощью поляризации и интенсивности света соответственно.
«Этот новый подход улучшает скорость записи данных до практического уровня, поэтому мы можем записывать десятки гигабайт данных за разумное время», - сказал Лей. «Высоко локализованные прецизионные наноструктуры позволяют увеличить объем данных, поскольку в единицу объема можно записать больше вокселей. Кроме того, использование импульсного света снижает энергию, необходимую для письма ».
Запись данных на стеклянный компакт-диск
Исследователи использовали свой новый метод для записи 5 гигабайт текстовых данных на диск из кварцевого стекла размером с обычный компакт-диск с почти 100% считыванием. точность. Каждый воксель содержал четыре бита информации, и каждые два вокселя соответствовали текстовому символу. При плотности записи, доступной для этого метода, диск сможет вместить 500 терабайт данных. По словам исследователей, с обновлением системы, позволяющим параллельную запись, можно будет записать такой объем данных примерно за 60 дней.
«С нынешней системой у нас есть возможность сохранять терабайты данных, которые можно использовать, например, для сохранения информации из личных данных человека. ДНК- сказал руководитель исследовательского коллектива Петр Казанский.
В настоящее время исследователи работают над увеличением скорости написания своего метода и над тем, чтобы технологию можно было использовать за пределами лаборатории. Для практических приложений хранения данных также необходимо разработать более быстрые методы чтения данных.
Ссылка: «Высокоскоростное сверхбыстрое лазерное анизотропное наноструктурирование за счет управления отложением энергии посредством усиления ближнего поля» Юхао Лей, Масааки Сакакура, Лей Ван, Янхао Ю, Хуэйджун Ван, Голамреза Шаеганрад и Питер Г. Казанский, 28 октября 2021 г., Оптика.
DOI: 10.1364 / OPTICA.433765
