光存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
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.實(shí)現(xiàn)低價(jià)位DVD系列光盤及驅(qū)動(dòng)器的規(guī)模生產(chǎn)
直徑為120mm的DVD光盤單面容量4.7GB,雙面容量9.4GB,如果改成雙面雙層,容量可達(dá)到18GB,組成了標(biāo)稱容量為5GB、9GB、10GB、18GB的DVD-5、DVD-9、DVD-10、DVD-18的光盤系列,只要這種光盤及光盤機(jī)的生產(chǎn)成本能降低到當(dāng)今CD-ROM或CD-R光盤及光盤機(jī)的價(jià)位,就足夠滿足一般信息系統(tǒng)及家用電器的需求。由于DVD系列產(chǎn)品仍以傳統(tǒng)的光盤制造技術(shù)為基礎(chǔ),基本工作原理沒有改變,只是將信息符坑點(diǎn)的尺寸從原來的0.83μm降低到0.4μm,信道間距從原來的1.6μm降低到0.74μm。這種光盤機(jī)的結(jié)構(gòu)原理也沒有太大的變化,所用的半導(dǎo)體激光器的波長(zhǎng)略有縮短,一旦形成規(guī)模,成本必將大幅度下降。目前,加工這種高密度光盤母盤及盤片注塑的設(shè)備及技術(shù)都已完全成熟。
2.進(jìn)一步提高DVD光盤質(zhì)量、成品率及功能
目前,DVD光盤的成品率,無論是母盤制作還是最終產(chǎn)品的成品率都低于普通CD光盤,從而也影響其生產(chǎn)成本。各種生產(chǎn)光盤的專用加工和測(cè)試設(shè)備還需要進(jìn)一步更新,將深紫外超分辨率曝光技術(shù)、電子束曝光技術(shù)、多層光致抗蝕劑技術(shù)、無顯影曝光技術(shù)、4X或更高速的刻錄技術(shù)等引入母盤制作,以便進(jìn)一步提高母盤質(zhì)量和成品率。DVD光盤及光盤機(jī)將在功能上進(jìn)行改進(jìn),首先是多功能化,包括光盤機(jī)和盤片的多功能化,即一臺(tái)光盤機(jī)可用于只讀、一次寫入不可擦除及可直接改寫等不同盤片,而盤片也可能作成同時(shí)具有只讀和可擦寫功能。此外隨著編碼技術(shù)和集成電路技術(shù)的進(jìn)步,光盤機(jī)的編碼及控制軟件功能還將進(jìn)一步改進(jìn),將分散的視頻、音頻、編碼、解碼、調(diào)制、解調(diào)、通道控制、伺服控制重新整合成少數(shù)芯片甚至單一芯片,不僅能降低成本,還會(huì)大大提高系統(tǒng)的可靠性。為了使光盤機(jī)使用更方便,其另一改進(jìn)方向是光盤機(jī)的智能,使人一機(jī)界面更加簡(jiǎn)單,操作更為簡(jiǎn)便。
3.在記錄密度不變的條件下提高系統(tǒng)性能
無論是VCD或DVD光盤都可以利用自動(dòng)換盤系統(tǒng),組成光盤庫(kù)、光盤塔、光盤陣列,實(shí)現(xiàn)提高整個(gè)系統(tǒng)的容量、數(shù)據(jù)傳輸率及多數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的可靠性。如果將光盤庫(kù)、光盤塔及光盤陣列與自動(dòng)換盤系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合,可以大大提高系統(tǒng)容量、數(shù)據(jù)傳輸率和顯著改善存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的可靠性。目前最大的光盤庫(kù)容量已可達(dá)到TB量級(jí)(即1012字節(jié))。4.綜合利用其它新技術(shù)開發(fā)下一代新產(chǎn)品高密度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)始終是信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展中不可缺少的關(guān)鍵研究領(lǐng)域,預(yù)計(jì)到2005年,新型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和第三代多媒體出現(xiàn)時(shí),計(jì)算機(jī)外部存儲(chǔ)容量至少應(yīng)為100GB,數(shù)據(jù)傳輸率至少為40Mbps,現(xiàn)有的各種光盤都不能滿足要求,即使上面提到的DVD-RAM光盤系統(tǒng)也與此目標(biāo)相距甚遠(yuǎn)。需要采用新技術(shù)和新材料,研究開發(fā)出新一代高密度、高速光存儲(chǔ)技術(shù)和系統(tǒng)。雖然目前所進(jìn)行的研究尚處于實(shí)驗(yàn)室階段。許多理論問題、實(shí)驗(yàn)技術(shù)問題及工程問題還待深入研究,但從所取得的初步成果中能看出其發(fā)展方向包括:
?。?)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)鞑ァV灰堰@一部分信息撲捉到,就可提高系統(tǒng)的分辨率。
?。?)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)。
?。?)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)沒有熱學(xué)過程,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。
?。?)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。
(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。