研究人员开发了一种新的快速且节能的激光写入方法，用于在二氧化硅玻璃中生产纳米结构。 他们使用该方法在一英寸的石英玻璃样品中记录了 6 GB 的数据。 图中的四个正方形每个尺寸仅为 8.8 X 8.8 毫米。 他们还使用激光书写的方法在玻璃上书写大学标志和标记。 图片来源：南安普顿大学的 Yuhao Lei 和 Peter G. Kazansky
进步使高密度、5D 光学存储可用于长期数据存档。
研究人员开发了一种快速且节能的激光写入方法，用于在石英玻璃中生产高密度纳米结构。 这些微小的结构可用于长期的五维 (5D) 光学数据存储，其密度是蓝光光盘存储技术的 10,000 倍以上。
“个人和组织正在生成越来越大的数据集，迫切需要具有高容量、低能耗和长寿命的更高效的数据存储形式，”来自英国南安普顿大学的博士研究员 Yuhao Lei 说。 “虽然基于云的系统更多地是为临时数据设计的，但我们相信玻璃中的 5D 数据存储对于国家档案馆、博物馆、图书馆或私人组织的长期数据存储可能很有用。”
In 。光学，Optica Publishing Group 的高影响力研究期刊，Lei 及其同事描述了他们编写包含两个光学维度和三个空间维度的数据的新方法。 新方法可以以每秒 1,000,000 个体素的速度写入，这相当于每秒记录大约 230 KB 的数据（超过 100 页的文本）。
“我们使用的物理机制是通用的，”雷说。 “因此，我们预计这种节能写入方法也可用于透明材料中的快速纳米结构，用于 3D 集成光学和微流体应用。”
更快、更好的激光书写
尽管之前已经展示了透明材料中的 5D 光学数据存储，但对于实际应用而言，足够快且具有足够高密度的数据写入已被证明具有挑战性。 为了克服这一障碍，研究人员使用具有高重复率的飞秒激光来创建包含单个纳米片状结构的微小凹坑，每个尺寸仅为 500 x 50 纳米。
研究人员没有使用飞秒激光直接在玻璃上书写，而是利用光来产生一种称为近场增强的光学现象，其中纳米薄片状结构是由来自各向同性纳米空隙的一些微弱光脉冲创建的由单脉冲微爆产生。 使用近场增强使纳米结构最小化热损伤，这对于使用高重复率激光的其他方法来说是有问题的。
由于纳米结构是各向异性的，它们产生的双折射可以通过光的慢轴方向（第 4 维，对应于纳米片状结构的方向）和延迟强度（第 5 维，由纳米结构的尺寸定义）来表征。 随着数据被记录到玻璃中，慢轴方向和延迟强度可以分别通过光的偏振和强度来控制。
“这种新方法将数据写入速度提高到了实用水平，因此我们可以在合理的时间内写入数十 GB 的数据，”雷说。 “高度局部化、精密的纳米结构能够提供更高的数据容量，因为可以在单位体积中写入更多的体素。 此外，使用脉冲光可以减少写入所需的能量。”
在玻璃 CD 上写入数据
研究人员使用他们的新方法将 5 GB 的文本数据写入到石英玻璃磁盘上，该磁盘大小与传统光盘差不多，读取率接近 100% . 每个体素包含四位信息，每两个体素对应一个文本字符。 凭借该方法提供的写入密度，该磁盘将能够保存 500 TB 的数据。 研究人员表示，通过升级允许并行写入的系统，在大约 60 天内写入这么多数据应该是可行的。
“使用当前系统，我们有能力保存数 TB 的数据，例如，这些数据可用于保存一个人的信息 的DNA，”研究团队负责人 Peter G. Kazansky 说。
研究人员现在正在努力提高他们方法的写入速度，并使该技术在实验室外可用。 还必须为实际的数据存储应用开发更快的读取数据的方法。
参考文献：“通过近场增强控制能量沉积实现高速超快激光各向异性纳米结构”，作者：Yuhao Lei、Masaaki Sakakura、Lei Wang、Yanhao Yu、Huijun Wang、Gholamreza Shayeganrad 和 Peter G. Kazansky，28 年 2021 月 XNUMX 日， 。光学.
DOI：10.1364/OPTICA.433765
