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全息光学数据存储技术

2022-04-12

  自1982年进入市场以来,光学数据存储技术为人们的生活提供了极大的便利。光盘(CD)、数字通用光盘(DVD)和蓝光光盘(BD)作为典型的二维光学存储介质,通过非接触式激光扫描实现了数据存储与读取。然而,它们仍然难以满足人们对更大存储密度和更高存储/读取速率的需求。全息数据存储具有极高的数据存储容量(>1TB/disc),远高于其他光学数据存储方式。此外,全息数据存储可采用整“页”同时编码的方式进行,数据读取也以“页”为单位完成,因此具有极高的理论数据存储/读取速率(~10GB/s)。全息数据存储还具有这样的优势:存储介质的局部缺陷和损失不会影响数据的完整性,适用于极端工作条件下的数据存储。

  全息数据存储的过程将待存储的数据通过编码得到二维数据页,然后传送至空间光调制器,进而转换为像素阵列。物光被空间光调制器的像素阵列调制,再与参考光相干,从而在记录介质上通过形成干涉图案的方式实现数据存储。数据读取的过程为:再现光照射存储有数据的记录介质后发生衍射,产生的衍射图案被光电检测器转化为电信号,最后被解码输出,显示存储的原始数据。

  采用光学复用技术(角度复用、波长复用、相位复用等)可显著提高全息数据存储密度。例如,通过改变参考光的入射角度、波长和相位等参数可将不同信息存储在材料内部的同一位置。1994年,美国加州理工学院Campbell等通过波长复用技术,成功将102幅全息图存储在8mm×8mm×8mm的掺铁铌酸锂(LiNbO3:Fe)晶体中。2006年,日本产业技术综合研究院开发了一种基于偶氮苯高分子的全息记录介质,其存储容量可达200~300GB,是传统高密度数字光碟存储容量的十倍。日本广播公司(NHK)科学技术研究实验室于2017年获得了近2TB/disc的存储容量,数据传输速率可达65MB/s。由于理论与方法日趋成熟,全息数据存储有望成为下一代光学数据存储的主流技术。开发大容量、高稳定性且成本低廉的全息记录材料是实现全息数据存储大规模应用的关键。

  全息防伪

  全息技术在防伪领域的应用日益普遍。在防伪产品上附加全息图,不仅显著提升了防伪效果,也增强了防伪产品的艺术性,对防伪产品的提质、增值起到了重要作用。1988年,澳大利亚首次推出了带有全息防伪标识的塑料钞,开启了全息防伪钞票时代。迄今为止,全息标识仍是钞票防伪的重要途径。加拿大2011年发行的塑料钞就应用了“透明全息窗”。最近,武汉华工图像技术开发有限公司推出了全息二维码的防伪技术,显著提升了防伪功能性、鉴别多样性及商品溯源性。但目前流行的全息防伪标识大多通过模压成型得到,裸眼3D效果不显著。美国杜邦、斑马等公司相继推出了具有显著立体效果的防伪标识,如杜邦公司的“IZON”全息防伪标识,显著提升了防伪标识的不可复制性和艺术性。

  文章内容引用自专业教材,以便高分子科学工程、光学工程等领域的科技工作者作研究参考,未经本书原作者的许可,任何第三方不得复制或者转载本文内容。