光存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展方向和關(guān)鍵技術(shù)

一、光存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展方向

以光學(xué)、集成光學(xué)、光子效應(yīng)、體全息技術(shù)、光感生或磁感生超分辨率等原理為基礎(chǔ)的新一代光存儲(chǔ)技術(shù)將朝著以下幾個(gè)方向發(fā)展：

（1）利用光學(xué)非輻射場(chǎng)與光學(xué)超衍射極限分辨率的研究成果，進(jìn)一步減小記錄信息符尺寸。因光束照射到物體表面時(shí)，無(wú)論透射或反射都會(huì)形成傳播場(chǎng)（傳播波）和非輻射（隱失波）。傳播波攜帶著物體結(jié)構(gòu)的低頻信息，容易被探測(cè)器探測(cè)。隱失波攜帶描述物體精細(xì)結(jié)構(gòu)的高頻信息，沿物體表面?zhèn)鞑?。只要把這一部分信息撲捉到，就可提高系統(tǒng)的分辨率。

（2）采用近場(chǎng)光學(xué)原理設(shè)計(jì)超分辨率的光學(xué)系統(tǒng)，使數(shù)值孔徑超過(guò)1.0，相當(dāng)于探測(cè)器進(jìn)入介質(zhì)的輻射場(chǎng)，從而能夠得到超精細(xì)結(jié)構(gòu)信息，突破衍射極限，獲得更高的分辨率，可使經(jīng)典光學(xué)顯微鏡的分辨率提高兩個(gè)數(shù)量級(jí)，面密度提高4個(gè)數(shù)量級(jí)。

（3）以光量子效應(yīng)代替目前的光熱效應(yīng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的寫(xiě)入與讀出，從原理上將存儲(chǔ)密度提高到分子量級(jí)甚至原子量級(jí)，而且由于量子效應(yīng)沒(méi)有熱學(xué)過(guò)程，其反應(yīng)速度可達(dá)到皮秒量級(jí)（1O-12秒），另外，由于記錄介質(zhì)的反應(yīng)與其吸收的光子數(shù)有關(guān)，可以使記錄方式從目前的二存儲(chǔ)變成多值存儲(chǔ)，使存儲(chǔ)容量提高許多倍。

（4）三維多重體全息存儲(chǔ)，利用某些光學(xué)晶體的光折變效應(yīng)記錄全息圖形圖像，包括二值的或有灰階的圖像信息，由于全息圖像對(duì)空間位置的敏感性，這種方法可以得到極高的存儲(chǔ)容量，并基于光柵空間相位的變化，體全息存儲(chǔ)器還有可能進(jìn)行選擇性擦除及重寫(xiě)。

（5）利用當(dāng)代物理學(xué)的其它成就，包括光子回波時(shí)域相干光子存儲(chǔ)原理、光子俘獲存儲(chǔ)原理、共振熒光、超熒光和光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)效應(yīng)、光子誘發(fā)光致變色的光化學(xué)效應(yīng)、雙光子三維體相光致變色效應(yīng)，以及借助許多新的工具和技術(shù)，諸如掃描隧道顯微鏡（STM）、原子力顯微鏡（AFM）、光學(xué)集成技術(shù)及微光纖陣列技術(shù)等，提高存儲(chǔ)密度和構(gòu)成多層、多重、多灰階、高速、并行讀寫(xiě)海量存儲(chǔ)系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)已證明目前的技術(shù)可使光存儲(chǔ)密度達(dá)到40-100Gbits／in2。

二、光存儲(chǔ)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)

（1）高密、高效、高速的母盤(pán)刻錄技術(shù)

采用短波激光和大數(shù)值孔徑的物鏡，可使道間距減小，比特長(zhǎng)度減小，從而可提高光盤(pán)的刻錄密度；采用脈寬調(diào)制，可顯著提高記錄效率。

（2）DVD單面盤(pán)的精密注塑及雙盤(pán)的封裝技術(shù)

將DVD母盤(pán)、模板生產(chǎn)線挑選出的合格模板，用精密注塑機(jī)注塑成形，制得的DVD半成品經(jīng)適當(dāng)冷卻，送入濺射室，根據(jù)不同要求，分別濺射金或鉛，然后進(jìn)行粘合劑旋涂、封裝、紫外光固化、在線檢測(cè)、商標(biāo)印刷等，制成DVD只讀光盤(pán)。

（3）光盤(pán)記錄介質(zhì)

DVD-RAM光盤(pán)是否穩(wěn)定可靠，記錄介質(zhì)是關(guān)鍵，而材料設(shè)計(jì)能否滿足高速存儲(chǔ)的要求，又取決于記錄介質(zhì)能否在兩個(gè)穩(wěn)定態(tài)之間實(shí)現(xiàn)快速可逆相變。國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)相變介質(zhì)材料設(shè)計(jì)都是基于激光的熱效應(yīng)，信息寫(xiě)入用液相快淬實(shí)現(xiàn)；信息的擦除用晶核形成、晶粒長(zhǎng)大來(lái)完成。由于熱效應(yīng)是能量積累過(guò)程，寫(xiě)入一個(gè)比特需較長(zhǎng)時(shí)間，約幾十納秒，而且介質(zhì)在經(jīng)歷幾十萬(wàn)次的寫(xiě)／擦循環(huán)后會(huì)出現(xiàn)信噪比下降的熱疲勞。隨著記錄激光采用短波長(zhǎng)，激光的熱效應(yīng)逐漸減弱，而激光光子的激發(fā)作用變得突出；所以新的材料設(shè)計(jì)基于激光的光效應(yīng)。對(duì)半導(dǎo)體類(lèi)型介質(zhì)來(lái)講，寫(xiě)入一個(gè)比特只要幾十皮秒，使記錄速率獲得數(shù)量級(jí)的提高。這種基于非線性光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)變化效應(yīng)的記錄介質(zhì)稱為光雙穩(wěn)態(tài)記錄介質(zhì)，它可以是無(wú)機(jī)材料，也可以是有機(jī)材料或無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合材料。