從記錄材料方面來看,目前已有文獻報道的微全息存儲的記錄材料主要有光熱塑料、光折變晶體和光致聚合物.2005年,美國通用電氣的Dubois等在光熱塑料中進行微全息存儲研究,實驗結(jié)果表明,在摻染料的光熱塑材料中進行微全息存儲是可能的,全息圖的反射率可以達到3%,但微全息圖的維度(尺寸)比利用高斯光束的束腰值計算出來的大得多,會導致復用度下降,從而降低存儲密度.2003年,Tverdokhleb等提出了再摻鐵鈮酸鋰晶體中進行多層微全息存儲,采用同軸多階相移(Multilevel Phase Shift)和多層記錄的方法來提高存儲密度,在8mm×8mm×0.9mm的晶體材料中記錄50層透射式的微全息圖,相鄰層間隔為12um,每層全息圖用八階相移編碼進行復用,材料的最大折射率調(diào)制幅度為3×10-³.2007年,Steinberg等采用雙光子記錄技術在鉭酸鋰晶體(LiTaO3)中記錄透射式的微全息圖,實現(xiàn)了3×3×3陣列的微全息記錄圖,每個全息圖尺寸為1.0um×1.4um×10×um,材料的折射率調(diào)制幅度△n=1.07×10-³.光折變晶體作為記錄材料,噪聲低,材料無收縮,但是記錄信息對寫入和讀出光敏感,易于被擦除,即使是在暗保存條件下,信息的存儲壽命也比較短.與鈮酸鋰晶體相比,鉭酸鋰晶體內(nèi)存儲的信息暗保存時間長,采用雙光子記錄的技術可以實現(xiàn)非易失性的讀出,但是其可實現(xiàn)的折射率調(diào)制范圍又比鈮酸鋰晶體低.從綜合性能來看,適用于大容量高密度微全息存儲,并有望走出實用化的材料仍然是光致聚合物.
微全息存儲技術提出伊始是在杜邦的光致聚合物(HRF-800型)材料中進行的實驗研究,隨后在幾種不同類型的光致聚合物中(如杜邦的自由基聚合物和Aprils陽離子開環(huán)聚合物等)分別進行了微全息存儲特性研究.用于微全息存儲的光致聚合物材料主要要求幾方面的性能:材料對記錄光的響應閾值、材料靈敏度、折射率調(diào)制范圍.這里所指的“靈敏度”定義為單位能流在材料中產(chǎn)生的折射率變化,它決定了要達到目標折射率調(diào)制幅度或目標衍射效率所需必要的光強,從而影響全息圖記錄的曝光時間、記錄速率等.材料的折射率調(diào)制范圍△n直接和寫入的全息圖衍射效率相關.材料性能所要達到的具體指標根據(jù)實際全息存儲系統(tǒng)的目標存儲密度、數(shù)據(jù)記錄或讀取的速率等參數(shù)來確定.根據(jù)美國通用電氣全球研究中心的報道,如果要求微全息存儲盤單層面存儲容量達25GB/層,記錄速率為4.5Mbit/s,存儲20層數(shù)據(jù),全息圖目標反射率不小于0.1%的情形下所要求的光致聚合物材料的靈敏度約為0.004cm²/J(記錄光強度為150mW/cm²),最大折射率調(diào)制幅度0.02.目前,通用電氣已開發(fā)出了滿足這一要求的光致聚合物材料.
除了材料的性能,為實現(xiàn)高密度大容量的微全息存儲,還要利用不同的復用技術.由于微全息存儲記錄的仍然是體積全息圖,所以可以利用體全息圖的布拉格選擇性進行波長復用和角度復用或者是兩者組合的復用技術來實現(xiàn)高密度大容量的信息存儲.2006年Yang等將高斯光斑尺寸減小到1um,焦深20um,實驗驗證了利用兩臺激光器和窄帶光源在(400~650nm)可實現(xiàn)單點15bit的復用度.2010年,日本NEC的Katayama等對波長與角度組合復用技術進行了實驗研究,實驗給出了單點10bit的復用度,其中包含兩個波長復用,對應于每個波長記錄時,采用了5個角度復用.Katayama等還提出了采用頁面式體全息存儲中的調(diào)制碼(如2:4碼,9:16碼)對波長和角度進行編碼,可充分利用材料的動態(tài)范圍,增加存儲的密度和容量.如果將上述技術與位移復用技術組合,有望在適當減少記錄層數(shù)的情形下,實現(xiàn)微全息存儲太字節(jié)量級的存儲容量.
在微全息技術發(fā)展的進程中,對于驅(qū)動系統(tǒng)的研究一直受到了頗多關注.2005年Rob-ertR.McLeod等提出了一種微全息多層存儲盤的系統(tǒng)構(gòu)型,在標準的光盤讀寫驅(qū)動系統(tǒng)內(nèi)增加一個額外的反射單元(置于記錄材料下方)和共焦針孔(置于數(shù)據(jù)探測器前),可以在快速旋轉(zhuǎn)的全息光致聚合物盤中實現(xiàn)微全息圖的多層記錄和讀出,實驗證明微全息存儲可以達到與頁面式存儲相同量級的讀出速率,同時預言約在1mm厚的材料中實現(xiàn)1TB的存儲容量.2007年Orlic等參數(shù)一個沒有伺服裝置的準動態(tài)微全息記錄系統(tǒng),存儲材料采用Aprilis的光致聚合物,微全息圖可以縮小到200~300nm,記錄光波長可采用532nm或405nm,軌道間距減小到500nm,相鄰信息層間距為2um.2009年,GE(美國通用電氣研究中心)的微全息存儲研究組宣布在自行開發(fā)實驗系統(tǒng)上,利用新開發(fā)的光致聚合物材料,以405nm的脈沖激光器作為記錄光源,在120cm大小的光盤上實現(xiàn)500GB的存儲容量,其靜態(tài)實驗測試系統(tǒng)原理圖所示.系統(tǒng)采用405nm的脈沖激光器作為記錄光源,利用兩束相向傳播的光束干涉實現(xiàn)全息圖的記錄,用于聚焦信號光束的透鏡和存儲材料都置于三維調(diào)節(jié)臺(3-axis stage)上以實現(xiàn)信息的復用存儲,數(shù)據(jù)接收采用共焦探測的方式.
Sony公司的Miyamoto等也提出了一種微全息存儲系統(tǒng)的構(gòu)型,系統(tǒng)也采用405nm激光器和兩束相向傳播高斯光束干涉的形式,但是其軌道尋址和自動聚焦控制等伺服裝置實現(xiàn)了系統(tǒng)在全息圖寫入和讀出過程中的動態(tài)控制.系統(tǒng)的數(shù)值孔徑為0.51,可實現(xiàn)的軌道間距為1.1um,每層可以實現(xiàn)1.9GB的存儲容量,層間距為25um.盡管其軌道間尋址的線速度還比較小,層間距也較大,但是該系統(tǒng)有可能實現(xiàn)10層存儲.該系統(tǒng)主要的優(yōu)勢體現(xiàn)在再現(xiàn)信息的探測精度上.
綜上所述,微全息存儲技術值得肯定的優(yōu)勢是其驅(qū)動技術與系統(tǒng)組件和傳統(tǒng)的光學存儲系統(tǒng)相似,所以與現(xiàn)有的CD、DVD等存儲系統(tǒng)兼容性強.然而,微全息存儲技術也有其固有的缺陷.由于是按位式的串行存儲,使該技術難以達到很高的數(shù)據(jù)傳輸速率;用于該系統(tǒng)的存儲材料要求是光學非線性的,所以材料的制備技術須額外考慮.記錄過程中由于參與干涉的兩束光須動態(tài)聚焦到介質(zhì)的同一體積內(nèi),所以微全息存儲系統(tǒng)的伺服系統(tǒng)相對復雜.在進行多層存儲時會引起光束的畸變,因而顯著地限制了實際可以達到的存儲密度.由此看來,微全息存儲技術要走向?qū)嵱?還須對上述缺陷進行技術攻關,已完善存儲系統(tǒng)的整體性能.
體全息存儲技術作為最有潛力海量信息存儲技術,發(fā)展至今無論是“頁面式”存儲還是“位式”體全息存儲技術都有應用型的系統(tǒng)面世,但是其性能還不夠完善.體全息存儲器由于技術和系統(tǒng)成本的原因目前還智能應用于某些專業(yè)的海量存儲領域.在未來的發(fā)展中,體全息存儲技術還須在存儲材料和驅(qū)動系統(tǒng)上進一步突破,提高和完善整體性能,同時減小體全息存儲器的尺寸,降低其成本.如果能在上述方面有所突破,體全息存儲技術也必將打開其他應用領域的大門.
