光資訊科技在資訊儲存中的探討論文

摘要：近年來，光資訊科技取得了很大的進展，並且應用範圍愈來愈廣，關注程度愈來愈高。資訊化時代下，資訊儲存需求較以往有了很大的提升，這也從一定程度上促進了光資訊儲存技術的發展。相對於傳統儲存技術而言，光儲存技術容量大、密度大、儲存時間長，並且生產成本較低，具有極大的優勢。其中全息儲存、近場光學儲存、多階光學儲存等已經在某些領域中已經得到了應用。基於此，本文對資訊儲存技術進行了綜合性闡述，並對光資訊科技在資訊儲存中的應用進行了探討，以供參考。

關鍵詞：光資訊科技；資訊儲存；發展趨勢；介質

1.傳統儲存技術概述

目前，傳統儲存技術主要包括半導體儲存、磁儲存及光碟儲存等，具體如下：（1）半導體儲存。半導體儲存的主要資訊載體是半導體整合電路，按功能可分為RAM（隨機存取儲存器）與ROM（只讀儲存器）[1]，按照儲存原理可為動態儲存器與靜態儲存器。以下為各型別半導體儲存器的特徵：（2）磁儲存。磁儲存是上一代主流的儲存技術。目前，磁儲存技術依然具有一定的應用範圍，如磁帶便是典型的磁儲存介質。磁儲存技術主要通過磁致電阻效應進行讀寫。磁致電阻磁頭是核心構件之一。它的電阻會隨著磁場的變化而逐漸改變。通常情況下，磁儲存都採取分離式設計，寫入由感應磁頭完成，讀取由磁致電阻磁頭進行。相對而言，磁儲存具有較好的穩定性，但如果儲存密度較高，則會對穩定性產生一定程度影響[2]。記錄時，可通過感應式薄膜磁頭將資訊寫入磁碟當中，讀取過程則由巨磁電阻磁頭完成。從發展角度來看，磁儲存技術已經不能跟上當前資訊儲存需求，其應用範圍也會變得愈來愈窄。（3）光碟儲存。光碟儲存依然是當前較為主流的資訊儲存方式。以寫入方式進行劃分，光碟儲存又被分為ROM、WORM及RW[3]。其中ROW最為常見，只能從光碟上讀取已經記錄的資訊，但無法將新資訊寫入其中或修改原本已經記錄的資訊。其主要儲存介質材料為偶氮化合物等有機化合物。RW可進行重複讀寫，成本相對偏高。與其他傳統儲存技術相比，光碟儲存還是具有一定的優勢。首先，光碟儲存資訊容量較大，具有較高的資料儲存密度，保證了儲存的質量，且便攜性較好。例如，新型的藍光光碟尺寸不會超過0.2um，其容量超過10G[4]。在系統整合作用下可使其容量達到PB級水準，具有良好的適用性。其次，成本較低，製作工藝較為簡單，製作效率高。另外，光碟儲存較為穩定，資訊儲存時間長。正常環境下，光碟資訊資料儲存時間可超過100年。但隨著新型儲存介質如SSD(SolidStateDrives)的出現，光碟儲存會市場會受到一定程度衝擊，未來可能會被逐漸替代。

2.光資訊儲存技術分析

隨著計算機技術與資訊科技的不斷髮展，極大程度上擴充了資訊流通量，並給資訊儲存帶來了新的要求。除了擴增容量外，還需要保證資訊讀寫速度及穩定性。光資訊科技的發展為資訊儲存優化帶來了新的途徑。

2.1全息儲存

全息儲存是目前較為成熟的光資訊儲存技術之一。該技術是基於全息照相技術實現的。其最大特徵便是具有超高的儲存密度及儲存容量。在控制晶片作用下，全息儲存總容量可達1*10^3T，較半導體儲存介質及傳統光碟而言，具有明顯優勢。另外，全息儲存以頁作為讀寫單位，不同頁面單位可對資料進行同時並行讀寫，儲存速度極為迅速，資訊傳輸速度高達1G/s,且隨機訪問時間低於1ms。體全息儲存是一種具有代表性的全息儲存技術。該技術基於鐳射干涉實現。體全息儲存中記錄體中涵蓋了每一個資訊位。記錄介質上不存在同資訊位所對應的記錄單元。因此，體全息技術儲存過程中要先對資料資訊進行編碼處理，獲取對應的數字資料流。然後，以頁為單位將所獲的資料流輸送至SLM上，並通過光學干涉圖樣將相關訊號記錄於感光材料上。干涉圖樣是經過兩束鐳射相互干涉形成。這兩束鐳射由一束鐳射分離所得，特徵相同。其中一束鐳射為參考光，另外一束鐳射在SLM作用下[5]，會成為資訊資料載體而作為物光存在。干涉圖樣會對感光材料產生作用，使其發生化學變化或物理變化，從而改變材料的折射率、吸收率及厚度，讓干涉圖樣被儲存。讀取時，通過相同光速的鐳射對儲存介質進行照射，並將光訊號轉變為電訊號，以獲取儲存資訊。當然，全息儲存要實現商品化還有很長一段路要走，但它的存在為資訊儲存體系發展帶來了一條新的途徑。

2.2近場光學儲存

近場光學源於上世紀80年代，它的出現使得光學分辨極限產生了革命性的突破，給相關領域發展帶來了巨大支援。近年來，近場光學技術被逐漸應用於資訊儲存當中，其關注度也愈來愈高。對於資訊儲存而言，其首要目標便是提升儲存密度。由於目前的光學讀寫、磁光學讀寫都會受到衍射極限限制，所以利用較短的鐳射波長對儲存密度的提升效果並不理想。然而，近場光學則構建出了一種新的方式，有利於提升儲存密度。相關研究表明，以Pt/Co多層磁光膜作為儲存載體[6]，並利用近場磁光偏轉方法進行資料資訊記錄，其密度可達45Gbits/inch2。目前，近場表面等離子增強散射、近場二向色法色法等技術都有了顯著進步，為近場光學儲存提供了有力的技術支援，使得整個技術體系愈加成熟。固體浸沒透鏡技術是近場儲存技術的重要分支。固體浸沒透鏡技術以高折射率的固體浸沒透鏡為核心所構建，經過其聚焦作用，可將鐳射能量傳遞於儲存介質中。其儲存容量與光學頭系統存在密切聯絡，提升光學頭孔徑，可有效降低輻照光斑尺寸，使光學儲存容量提升。為保證隱失場耦合強度達到要求，光學頭與儲存介質之間的.距離要控制在0.1倍波長範圍內。實際應用過程中，盤旋轉的穩定性會對光學頭與儲存介質之間的距離產生直接影響，進而造成光學元件出現波動，而降低光通量輸出與光學解析度。目前，近場光學儲存技術普及的最大瓶頸在於固體浸沒透鏡的質量要求較高，並且製作工藝較為複雜。如果能對相關工藝進一步優化，並保證固體浸沒透鏡質量，近場光學儲存技術將會得到更大的應用空間。

2.3多階光儲存

早期多階光儲存以坑深調製為代表，其中Cialmeitrcs公司研究出了具備8種不同坑深多階只讀光碟[7]，如下圖1所示：圖1PDM多階技術從圖中可以看出，這種結構的多階只讀光碟，訊號坑寬度固定為tmin，且深度存在M種可能，代表了不同的階次。不同深度的資訊坑在光電探測器上會表現出不同光強，以實現多階儲存方案，保證了讀出訊號具有多階性。相對於傳統光碟相比，基於多階光儲存的光碟可大幅度提升儲存容量。總體上來看，多階光儲存技術可在不改變光學數值孔徑的情況下，採取相關資訊處理技術與編碼技術來增強資料傳輸效率，進一步提升儲存容量及儲存質量。

2.4介質多階光儲存

介質多階光儲存是由多階光儲存演變而來，誕生於90年代。早期的介質多階光儲存以電子俘獲多階技術為主。該技術基於光子效應具備了很高的反應速度，可實現納秒級的讀寫。另外，利用電子俘獲多階技術可在多個能級上記錄相關資料。受到市場限制，該技術並未得到普及，但為介質多階光儲存後續發展奠定了良好的基礎。之後，部分結晶多階技術成為了介質多階光儲存的代表性技術。該技術以相變材料為基礎，通過對材料結晶程度進行控制來實現多階儲存。隨後，清華大學光碟國家工程研究中心提出了光致變色多階技術。該技術較結晶多階技術根據優勢，其多階光儲存系能更優。利用不同的波長光照射相關材料，會讓材料化學狀態發生改變，並且可實現快速逆變轉換。通過兩種不同的狀態來表示二進位制的“0”與“1”，便可實現素質儲存。光致變色材料對入射光可進行選擇性吸收，若採取不同的材料構建記錄層，便可利用不同波長的鐳射進行並行讀寫，即可實現多波長儲存。

3.光資訊儲存技術展望

從發展角度來看，光儲存技術將逐漸替代磁儲存技術，佔據資訊儲存的主要地位。目前，光儲存技術還處於發展階段，儘管部分技術已較為成熟，但依然具有被深度挖掘的潛力，相關產品離物理極限還存在著較大的距離。當然，光資訊儲存技術要實現完全普及還有一個漫長的過程，在其不斷髮展的過程中，資訊儲存與處理將會相互結合，形成一個不受容量、空間、時間所限制的綜合化資訊系統，為使用者帶來更大的便利。

4.結語

光資訊儲存技術經過多年發展，其技術體系已逐步成熟。相對於傳統儲存技術而言，它具備高容量、高密度、低成本、高穩定性的特徵。未來，光資訊儲存技術將獲得更大的應用空間，並逐漸滲透到各行各業當中，值得期待。

參考文獻：

[1]張美芳.長期儲存的數字資訊質量控制的研究[J].檔案學通訊,2011,（01）:80-84.

[2]謝華成,範黎林.雲環境下海量非結構化資訊儲存技術探究[J].製造業自動化,2012,（16）:28-30+67.

[3]木合亞提尼亞孜別克,古力沙吾利塔裡甫.儲存技術及其發展趨勢[J].中國科技資訊,2011,（10）:108+116.

[4]方晶,黃卓婷,周雲.一種應用於光資訊儲存介質材料的吡啶偶氮苯液晶化合物的製備與表徵[J].材料科學與工程學報,2013,（06）:846-851.

[5]苑繼雄,顧磊,王彥鑫.淺談光資訊科學與技術及其應用[J].才智,2012,（06）:67.

[6]張小明.三維光資訊儲存的方法[J].電子世界,2012（,22）:96.

[7]馬勇.影響光儲存介質資訊儲存質量的因素暨提高光儲存介質資訊儲存質量的方法[J].影像技術,2008,（06）:19-22.