南安普顿大学的研究人员开发出一种快速激光书写方法 和节能 在石英玻璃中生产高密度纳米结构. 这些微小的结构 可用于光学数据存储 长期五维（5D），密度比蓝光光盘存储技术高 10.000 倍以上。
这种类型的数据存储使用三层 纳米点 在玻璃盘上. 点的大小、方向和位置（三个维度）给出了用于编码数据的五个“维度”。
根据研究人员， 5D 磁盘可能在 13.8 亿年后仍然可读， 但如果当时有人还在附近阅读它会令人惊讶。 短期内，5D光学介质在加热到1.000摄氏度后也能存活。
技术 博士研究员雷宇浩使用飞秒激光开发 高重复率。 该过程从产生纳米真空的播种脉冲开始，但快速脉冲实际上并不需要写入数据。 重复的弱脉冲利用一种称为近场增强的现象以更平滑的方式雕刻纳米结构。 研究人员评估了不同功率级别的激光脉冲，并发现了一种可以在不损坏石英玻璃盘的情况下加快写入速度的级别。
研究报告最大数据速率为每秒 XNUMX 万体素，但在 5D 光学系统中，每一位都需要多个体素。 这相当于每秒大约 230 KB 的数据速率。 此时，可以填满其中一个磁盘，其容量估计为 500 TB。 这么大的数据写下来大概需要两个月的时间，之后就无法更改了。
“个人和组织正在生成越来越大的数据集，迫切需要高容量、低功耗和长寿命的更高效的数据存储形式，”来自英国南安普敦大学的研究员 Yuhao Lei 说。 “虽然基于云的系统更适合临时数据，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很有用。”补充说。
尽管过去已经证明了透明材料上的 5D 光学数据存储， 已经表明 很难为现实世界的应用程序以足够快的速度和足够的密度写入数据。 为了克服这一障碍，研究人员使用高重复率飞秒激光创建了包含独特纳米薄片状结构的小孔，每个孔的尺寸仅为 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，而是利用光产生一种称为近场增强的光学现象，其中由几个弱脉冲产生纳米薄片状结构。 由单脉冲微爆炸产生的纳米真空。 使用近场增强来制造纳米结构已经最大限度地减少了热损伤，这对于使用高频重复激光器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，对应于纳米层压结构的方向）和延迟力（第 5 维，由纳米结构尺寸定义）来表征）。 当数据记录在玻璃上时，慢轴方向和延迟强度可以分别由偏振和光强度控制。
“这种新方法将数据写入速度提高到实用水平，因此我们可以在合理的时间内写入数十 GB 的数据，”雷说。 高度局部化的精密纳米结构允许更大的数据容量，因为在单位体积中可以写入更多的体素。 此外，脉冲光的使用降低了写入所需的能量。 «
研究人员使用他们的新方法将 5 GB 的文本数据写入玻璃磁盘。 二氧化硅的大小与传统的光盘一样， 读数准确度接近 100%。 每个体素包含四位信息，并且两个体素都匹配文本的一个字符。 凭借该方法提供的写入密度，磁盘可以容纳 500 TB 的数据。 研究人员表示，通过允许并行写入的系统更新，应该可以在大约 60 天内写入如此大量的数据。
使用当前的系统，我们有能力保留数 TB 的数据，这些数据可以被使用， 例如，保存一个人的 DNA 信息，他现在正在努力提高其方法的写入速度并使该技术在实验室外可用。 还需要为实际的数据仓库应用开发更快的数据读取方法。
数据来源： https://www.osapublishing.org/