光存储技术发展方向和关键技术

        一、光存储技术的发展方向

        以光学、集成光学、光子效应、体全息技术、光感生或磁感生超分辨率等原理为基础的新一代光存储技术将朝着以下几个方向发展：

      （1）利用光学非辐射场与光学超衍射极限分辨率的研究成果，进一步减小记录信息符尺寸。因光束照射到物体表面时，无论透射或反射都会形成传播场（传播波）和非辐射（隐失波）。传播波携带着物体结构的低频信息，容易被探测器探测。隐失波携带描述物体精细结构的高频信息，沿物体表面传播。只要把这一部分信息扑捉到，就可提高系统的分辨率。

      （2）采用近场光学原理设计超分辨率的光学系统，使数值孔径超过1.0，相当于探测器进入介质的辐射场，从而能够得到超精细结构信息，突破衍射极限，获得更高的分辨率，可使经典光学显微镜的分辨率提高两个数量级，面密度提高4个数量级。

      （3）以光量子效应代替目前的光热效应实现数据的写入与读出，从原理上将存储密度提高到分子量级甚至原子量级，而且由于量子效应没有热学过程，其反应速度可达到皮秒量级（1O-12秒），另外，由于记录介质的反应与其吸收的光子数有关，可以使记录方式从目前的二存储变成多值存储，使存储容量提高许多倍。

      （4）三维多重体全息存储，利用某些光学晶体的光折变效应记录全息图形图像，包括二值的或有灰阶的图像信息，由于全息图像对空间位置的敏感性，这种方法可以得到极高的存储容量，并基于光栅空间相位的变化，体全息存储器还有可能进行选择性擦除及重写。

      （5）利用当代物理学的其它成就，包括光子回波时域相干光子存储原理、光子俘获存储原理、共振荧光、超荧光和光学双稳态效应、光子诱发光致变色的光化学效应、双光子三维体相光致变色效应，以及借助许多新的工具和技术，诸如扫描隧道显微镜（STM）、原子力显微镜（AFM）、光学集成技术及微光纤阵列技术等，提高存储密度和构成多层、多重、多灰阶、高速、并行读写海量存储系统。实验已证明目前的技术可使光存储密度达到40-100Gbits／in2。

        二、光存储发展的关键技术

      （1）高密、高效、高速的母盘刻录技术

        采用短波激光和大数值孔径的物镜，可使道间距减小，比特长度减小，从而可提高光盘的刻录密度；采用脉宽调制，可显著提高记录效率。

      （2）DVD单面盘的精密注塑及双盘的封装技术

        将DVD母盘、模板生产线挑选出的合格模板，用精密注塑机注塑成形，制得的DVD半成品经适当冷却，送入溅射室，根据不同要求，分别溅射金或铅，然后进行粘合剂旋涂、封装、紫外光固化、在线检测、商标印刷等，制成DVD只读光盘。

      （3）光盘记录介质

        DVD-RAM光盘是否稳定可靠，记录介质是关键，而材料设计能否满足高速存储的要求，又取决于记录介质能否在两个稳定态之间实现快速可逆相变。国内外传统相变介质材料设计都是基于激光的热效应，信息写入用液相快淬实现；信息的擦除用晶核形成、晶粒长大来完成。由于热效应是能量积累过程，写入一个比特需较长时间，约几十纳秒，而且介质在经历几十万次的写／擦循环后会出现信噪比下降的热疲劳。随着记录激光采用短波长，激光的热效应逐渐减弱，而激光光子的激发作用变得突出；所以新的材料设计基于激光的光效应。对半导体类型介质来讲，写入一个比特只要几十皮秒，使记录速率获得数量级的提高。这种基于非线性光学双稳态变化效应的记录介质称为光双稳态记录介质，它可以是无机材料，也可以是有机材料或无机-有机复合材料。