光全息存储——打造PB级别光盘

参赛作者：葛胡军

光全息存储技术在半个多世纪的发展中不断创新，逐步走向实用化，极有可能成为下一代存储技术的主角。目前最常见的光存储技术就是光盘，如果用波长 λ 的光作为数据存储的光源，则其理论存储面密度为1/λ2 。如下图所示，光全息存储技术突破了传统光盘存储的二维面存储模式，采用三维体光学存储技术，将物的振幅和相位信息以全息图的形式记录，三维体存储理论存储密度为1/λ3 ，可以将存储密度提升一个维度。目前常见的蓝光光盘存储容量为25GB，而采用全息存储技术后，相同大小的光盘存储容量可以达到PB级别，是蓝光光盘的500倍。

光全息存储技术突破了传统光盘存储的二维面存储模式，采用三维体光学存储技术，将物的振幅和相位信息以全息图的形式记录。光全息存储主要工作过程分为：干涉记录和衍射读取。如下图所示，在干涉记录中，光经过空间光调制器把需要存储的数据编码调制到信息光中，称为物光。物光与另一束参考光在存储材料中相互干涉，形成复杂的光场分布，从而把光波中载有的信息记录到存储材料中形成全息图。在衍射读取过程中，只需要使用和记录时所用相同的参考光对已记录在存储材料中的全息图进行照射，由于体全息光栅的衍射效应，将会在记录时信息光方向上衍射重建出信息光。信息光实际上与原始物光的光场分布时一致的，通过CCD或者CMOS等传感其采集重建的信息光，完成存储数据的读取。

光全息存储技术还具有记录速度快，信息不易丢失以及便于长期保存等好处。利用全息摄影机，通过使银盐感光介质感光成像的拍摄方法，将普通缩微胶片上的影像摄制成全息图，具有操作简便，记录快速的特点。由于全息图中的每个细部都包含有被记录信息的全部内容，因此，当全息图因擦伤出现划痕，造成全息图局部破坏时，其记录的内容也不会丢失。尽管在还原时全息图再现的影像反差会有所下降，但是全息图所记录的全部内容仍可被显示出来。 记录在全息银盐感光介质上的全息图具有能够长期保存的特点，其保存寿命同普通银盐缩微胶片相当。试验表明，银盐记录载体的保存寿命可达数百年以上。

来源: 华中科技大学武汉光电国家研究中心