Технология 3D оптическая запись информации
Основным недостатком существующих портативных носителей информации (CD-ROM, DVD, Blue-Ray диски) является конечный предел для увеличения плотности информации на таком носителе (порядка 0,6 мкм для CD-ROM и 0,3 мкм для Blue-Ray). Этот предел связан не с отсутствием технологий, позволяющих наносить более мелкий рисунок т.н. питов (углублений, отвечающих логическому «1», в отличие от участков ровной поверхности диска, соответствующих «0») на несущий информацию слой такого диска (сформированный напыленным металлом, органическим или неорганическим красителем), а обусловлен принципиальным ограничением размеров питов, накладываемым длиной читающего/пишущего лазерного луча (780 нм для CD-ROM, 405 нм для Blue-Ray). Именно этим объясняется отсутствие особых преимуществ у 2D-носителей информации (т.н. protein coated disc, PCD) на базе бактериородопсина (за исключением лишь высокой скорости записи информации в таких устройствах, время первичных процессов фотоизомеризации ретиналя в молекуле бактериородопсина составляет 0,5 нс, что на два порядка меньше времени записи одного пита на скорости 52X для дисков CD-R), хотя они и позволяют теоретически увеличить объем хранимой на стандартном 12-сантиметровм диске информации до десятков терабайт.
Основным недостатком существующих портативных носителей информации (CD-ROM, DVD, Blue-Ray диски) является конечный предел для увеличения плотности информации на таком носителе (порядка 0,6 мкм для CD-ROM и 0,3 мкм для Blue-Ray). Этот предел связан не с отсутствием технологий, позволяющих наносить более мелкий рисунок т.н. питов (углублений, отвечающих логическому «1», в отличие от участков ровной поверхности диска, соответствующих «0») на несущий информацию слой такого диска (сформированный напыленным металлом, органическим или неорганическим красителем), а обусловлен принципиальным ограничением размеров питов, накладываемым длиной читающего/пишущего лазерного луча (780 нм для CD-ROM, 405 нм для Blue-Ray). Именно этим объясняется отсутствие особых преимуществ у 2D-носителей информации (т.н. protein coated disc, PCD) на базе бактериородопсина (за исключением лишь высокой скорости записи информации в таких устройствах, время первичных процессов фотоизомеризации ретиналя в молекуле бактериородопсина составляет 0,5 нс, что на два порядка меньше времени записи одного пита на скорости 52X для дисков CD-R), хотя они и позволяют теоретически увеличить объем хранимой на стандартном 12-сантиметровм диске информации до десятков терабайт.
3D оптичесая запись информации является запись в любой форме оптического хранения данных , в которых информация может быть записана и / или считываться с трехмерном разрешении (в отличие от двумерного разрешение, например, на CD ).
Это нововведение имеет потенциал, чтобы обеспечить запись петабайт ( 1000 Тб ) на уровне накопителя размером DVD -диска . Запись данных и считывание достигается за счет фокусировки лазера в среде. Однако, из-за объемного характера структуры данных, лазерный луч должен проходить через другие точки данных, прежде чем она достигнет точки, где возможно чтение или запись. Поэтому, из-за своего рода нелинейности требуется обеспечить, чтобы другие точки данных не мешали доступу -адресации к нужной точке.
Коммерческий продукт на основе 3D оптических хранилищ=накопителей данных еще не прибыл на массовый рынок, хотя некоторые компании активно развивают эту технологию и утверждают, что результат"скоро" будет получен
Обзор
Текущий оптического хранения данных средств массовой информации, таких как CD и DVD хранят данные в виде серии светоотражающих обозначений на внутренней поверхности диска. В целях увеличения емкости, это возможно для дисков, чтобы провести два или даже больше этих данных слоев, но их количество строго ограничено, поскольку решение лазер взаимодействует с каждого слоя, что она проходит через на пути в имя слоя . Эти взаимодействия приводит к появлению шума, который ограничивает технологии около 10 слоев. 3D оптических хранения данных методов обойти эту проблему с помощью методов адресации, где только специально имя воксела (объемных пикселей) взаимодействует с существенно решении света. Это неизбежно связано нелинейных данных чтения и записи методы, в частности, нелинейной оптике .
3D оптических хранения данных, связанных с (и конкурирует с) голографического хранения данных . Традиционные примеры голографической хранения не обращаются в третье измерение, и поэтому они не строго "3D", но в последнее время 3D голографические хранения была реализована за счет использования microholograms. Layer-выбор многослойной технологии (где многослойных дисков есть слои, которые могут быть индивидуально активированный например, электрические) также тесно связаны между собой.
Схематическое изображение сечения через 3D оптических дисков хранения (желтый), а также трек с данными (оранжевый марок). Четыре данных слоев видели, с лазерной настоящее время решения третьей сверху. Лазера проходит через первые два слоя и взаимодействует только с третьей, так как здесь на свет высокой интенсивности.
В качестве примера, прототип 3D оптических систем хранения данных можно использовать диск, который выглядит как прозрачный DVD. Диск содержит много слоев информации, каждый на различной глубине в средствах массовой информации, и каждый, состоящий из DVD-как спиральной дорожке. Для того, чтобы записать информацию на диск лазерный доводится до внимания на определенную глубину в средствах массовой информации, что соответствует особый слой информации. Когда лазер включен, он вызывает фотохимические изменения в средствах массовой информации. Как диска спины и головки чтения / записи движется вдоль радиуса, слой написано так же, как DVD-R написано. Глубина фокус может быть изменен, а другой совсем другой слой информации написано. Расстояние между слоями может быть от 5 до 100 мкм , что позволяет> 100 слоев информации, которая будет храниться на одном диске.
Для того чтобы прочитать данные обратно (в данном примере), аналогичная процедура используется только на этот раз вместо вызывает фотохимические изменения в средствах массовой информации лазерного причины флуоресценции . Это достигается, например с помощью меньшей мощности лазера или другой длине волны лазера. Интенсивности или длине волны флуоресценции отличается в зависимости от того, СМИ было написано в этой точке, так и путем измерения излучаемого света считывания данных.
Размер отдельных хромофора молекулы или фотоактивных центров окраски намного меньше, чем размер фокуса лазера (которая определяется дифракционный предел ). Поэтому свет адреса большого числа (возможно, даже 10 +9 ) молекул в любой момент времени, так среде действует как однородная масса, а не матрицы структурирована по позиции хромофоров.
История
Истоки поля восходит к 1950, когда Иегуда Hirshberg разработали фотохромные спиропиранов и предложил их использования в хранилищах данных. В 1970-х годов, Валерий Barachevskii показали , что это фотохромизм может быть произведено по-фотонного возбуждения два и, наконец, в конце 1980-х годов Питер Т. Rentzepis показали, что это может привести к трехмерным хранения данных. Это доказательство-концепции системы стимулировало большое количество исследований и развития, и в последующие десятилетия многие академических и коммерческих групп работал на 3D оптических хранения данных продуктов и технологий. Большинство разработанных систем основаны в некоторой степени от оригинальной идеи Rentzepis. Широкий круг физических явлений, для чтения данных и записи были исследованы, большое количество химических систем для среды были разработаны и оценены, и большая работа была проведена в решении проблем, связанных с оптическими системами, необходимые для чтения и записи данных. В настоящее время несколько групп по-прежнему работает на решения с различным уровнем развития и интереса к коммерциализации (см. ниже).] процессы для создания письменных данных
Запись данных в 3D оптических носителях, что требует изменения происходят в среде при возбуждении. Это изменение, как правило, фотохимические реакции какой-то, хотя и другие возможности существуют. Химические реакции , которые были исследованы включают photoisomerizations , photodecompositions и фотообесцвечивания , и полимеризации посвящения. Большинство исследованных были фотохромных соединений, которые включают азобензолов , спиропиранов , стильбены , фульгидов и diarylethenes . Если фотохимические изменения обратимы , то перезаписываемых хранения данных может быть достигнуто, по крайней мере в принципе. Кроме того, многоуровневой записи , где данные записываются в " оттенки серого ", а не как" о "и" выключено "сигналы, технически возможно.
письменном виде нерезонансного поглощения многофотонной
Хотя Есть много нелинейных оптических явлений, только многофотонное поглощение способно введения в СМИ значительной энергии, необходимой для электронного возбуждения молекулярных частиц и вызывают химические реакции. двухфотонного поглощения является сильнейшим многофотонного поглощения на сегодняшний день, но все это очень слабое явление, что приводит к низкой чувствительности СМИ. Таким образом, многие исследования были направлены на обеспечение хромофоров с высоким двухфотонного поглощения сечения .
Дать по-фотонного поглощения 2 может быть достигнуто путем фокусировки Дать лазера на точку, где фотохимический процесс записи не требуется. Длина волны лазерного Дать выбрана так, что она не является линейно поглощается средой, и, следовательно, не взаимодействует со средой, кроме координатора. На координационных 2-поглощения фотонов точка становится значительным, потому что это нелинейный процесс зависит от квадрата лазерного флюенса .
Дать поглощением 2-фотон может также быть достигнуто действием двух лазеров на совпадение. Этот метод обычно используется для достижения параллельной записи информации на один раз. Один лазер проходит через средства массовой информации, определяющих линии или плоскости. Второй лазер является то, направленных на точки на этой линии или плоскости, что написание лучшего. Совпадение лазеров в этих точках возбужденного поглощения 2-фотонов, что приводит к написанию фотохимии.в письменном виде последовательного поглощения многофотонной
Другой подход к повышению чувствительности СМИ в том, чтобы использовать резонансное поглощении двух (также известный как "1 +1" или "последовательной" 2-фотонного поглощения). Нерезонансное двухфотонного поглощения (как правило, используются) слабо, так как в целях возбуждения на место, два захватывающих фотоны должны прибыть в хромофора в почти точно то же время. Это происходит потому, хромофора не может взаимодействовать с одним фотоном в одиночку. Однако, если хромофора имеет энергии уровня, соответствующего (слабая) поглощение одного фотона, то это может быть использовано как ступенькой , что позволяет больше свободы в время прибытия фотонов и, следовательно, гораздо более высокой чувствительностью. Однако такой подход приводит к потере нелинейности по сравнению с нерезонансным-фотонного поглощения 2 (так как каждый поглощении шаг 1 по существу линейный), и, следовательно, риск ущерба для 3D разрешение системы.
Microholography
В микро- голографии , сфокусированных пучков света используются для записи submicrometre размера голограмм в фоторефрактивных материала, как правило, использование коллинеарных пучках. Дать процесс может использовать те же виды средств массовой информации, которые используются в других видах голографической хранения данных , и может использовать 2-фотонных процессов в форме голограммы.
Запись данных в процессе производства
Данные также могут быть созданы в производстве средств массовой информации, как в случае с большинством форматов оптических дисков для коммерческого распространения данных. В этом случае, пользователь не может записать на диск - это диск формата. Данные могут быть написана нелинейно-оптических методов, но в этом случае использование очень мощных лазеров является приемлемым так СМИ чувствительность становится менее важной проблемой.
Изготовление дисков, содержащих данные формованные или печатном в свои 3D структура была также продемонстрирована. Например, диск, содержащий данные в 3D, может быть построен сэндвич вместе большое количество тончайшие дисков, каждый из которых формируется или напечатаны с одного слоя информации. В результате ROM диск может быть считан с помощью 3D метод чтения.
Другие подходы к написанию
Другие методы для записи данных в трех измерениях, также были рассмотрены, в том числе:
Стойких спектральных провалов (PSHB), которая также предоставляет возможность спектрального мультиплексирования увеличить плотность записи данных. Однако, PSHB СМИ в настоящее время требует чрезвычайно низких температурах, чтобы сохранить для того, чтобы избежать потери данных.
Пустота образование , где микроскопические пузырьки вводятся в СМИ высокой интенсивности лазерного облучения.
Хромофора Полинг , где лазерно-индуцированной переориентации хромофоров в структуре средств массовой информации приводит к читаемым изменения. процессы для чтения данных
Чтение данных из 3D оптической памяти была проведена по-разному. Хотя некоторые из этих полагаться на нелинейность взаимодействия света материи для получения 3D резолюции, другие используют методы, которые пространственно фильтр линейного отклика СМИ. Чтение методы включают в себя:
Два поглощения фотонов (в результате чего либо поглощения или флуоресценции). Этот метод, по существу двухфотонной микроскопии .
Линейные возбуждения флуоресценции с конфокальной обнаружения. Этот метод, по существу конфокальной лазерной сканирующей микроскопии . Он предлагает возбуждения с гораздо меньшей степени, чем лазер делает двухфотонного поглощения, но имеет некоторые потенциальные проблемы, потому что решение свет взаимодействует со многими другими точками данных в дополнение к той, которая на имя.
Измерение небольшие различия в преломления между двумя данными государствами. Этот метод обычно используют контрастный микроскоп фазы или отражения конфокальной микроскопии . Нет поглощения света необходимо, поэтому нет риска повреждения данных при чтении, но требуется преломления несоответствие диск может ограничить толщину (т.е. количество слоев данных), что средства массовой информации могут достичь за счет накопленных случайных ошибок волнового фронта , которые уничтожают пятна фокусировки качества.
Генерация второй гармоники было продемонстрировано, как метод для чтения данных, записанных в поляризованных полимерной матрице.
Оптической когерентной томографии была также продемонстрирована как параллельный метод чтения.
Это нововведение имеет потенциал, чтобы обеспечить запись петабайт ( 1000 Тб ) на уровне накопителя размером DVD -диска . Запись данных и считывание достигается за счет фокусировки лазера в среде. Однако, из-за объемного характера структуры данных, лазерный луч должен проходить через другие точки данных, прежде чем она достигнет точки, где возможно чтение или запись. Поэтому, из-за своего рода нелинейности требуется обеспечить, чтобы другие точки данных не мешали доступу -адресации к нужной точке.
Коммерческий продукт на основе 3D оптических хранилищ=накопителей данных еще не прибыл на массовый рынок, хотя некоторые компании активно развивают эту технологию и утверждают, что результат"скоро" будет получен
Обзор
Текущий оптического хранения данных средств массовой информации, таких как CD и DVD хранят данные в виде серии светоотражающих обозначений на внутренней поверхности диска. В целях увеличения емкости, это возможно для дисков, чтобы провести два или даже больше этих данных слоев, но их количество строго ограничено, поскольку решение лазер взаимодействует с каждого слоя, что она проходит через на пути в имя слоя . Эти взаимодействия приводит к появлению шума, который ограничивает технологии около 10 слоев. 3D оптических хранения данных методов обойти эту проблему с помощью методов адресации, где только специально имя воксела (объемных пикселей) взаимодействует с существенно решении света. Это неизбежно связано нелинейных данных чтения и записи методы, в частности, нелинейной оптике .
3D оптических хранения данных, связанных с (и конкурирует с) голографического хранения данных . Традиционные примеры голографической хранения не обращаются в третье измерение, и поэтому они не строго "3D", но в последнее время 3D голографические хранения была реализована за счет использования microholograms. Layer-выбор многослойной технологии (где многослойных дисков есть слои, которые могут быть индивидуально активированный например, электрические) также тесно связаны между собой.
Схематическое изображение сечения через 3D оптических дисков хранения (желтый), а также трек с данными (оранжевый марок). Четыре данных слоев видели, с лазерной настоящее время решения третьей сверху. Лазера проходит через первые два слоя и взаимодействует только с третьей, так как здесь на свет высокой интенсивности.
В качестве примера, прототип 3D оптических систем хранения данных можно использовать диск, который выглядит как прозрачный DVD. Диск содержит много слоев информации, каждый на различной глубине в средствах массовой информации, и каждый, состоящий из DVD-как спиральной дорожке. Для того, чтобы записать информацию на диск лазерный доводится до внимания на определенную глубину в средствах массовой информации, что соответствует особый слой информации. Когда лазер включен, он вызывает фотохимические изменения в средствах массовой информации. Как диска спины и головки чтения / записи движется вдоль радиуса, слой написано так же, как DVD-R написано. Глубина фокус может быть изменен, а другой совсем другой слой информации написано. Расстояние между слоями может быть от 5 до 100 мкм , что позволяет> 100 слоев информации, которая будет храниться на одном диске.
Для того чтобы прочитать данные обратно (в данном примере), аналогичная процедура используется только на этот раз вместо вызывает фотохимические изменения в средствах массовой информации лазерного причины флуоресценции . Это достигается, например с помощью меньшей мощности лазера или другой длине волны лазера. Интенсивности или длине волны флуоресценции отличается в зависимости от того, СМИ было написано в этой точке, так и путем измерения излучаемого света считывания данных.
Размер отдельных хромофора молекулы или фотоактивных центров окраски намного меньше, чем размер фокуса лазера (которая определяется дифракционный предел ). Поэтому свет адреса большого числа (возможно, даже 10 +9 ) молекул в любой момент времени, так среде действует как однородная масса, а не матрицы структурирована по позиции хромофоров.
История
Истоки поля восходит к 1950, когда Иегуда Hirshberg разработали фотохромные спиропиранов и предложил их использования в хранилищах данных. В 1970-х годов, Валерий Barachevskii показали , что это фотохромизм может быть произведено по-фотонного возбуждения два и, наконец, в конце 1980-х годов Питер Т. Rentzepis показали, что это может привести к трехмерным хранения данных. Это доказательство-концепции системы стимулировало большое количество исследований и развития, и в последующие десятилетия многие академических и коммерческих групп работал на 3D оптических хранения данных продуктов и технологий. Большинство разработанных систем основаны в некоторой степени от оригинальной идеи Rentzepis. Широкий круг физических явлений, для чтения данных и записи были исследованы, большое количество химических систем для среды были разработаны и оценены, и большая работа была проведена в решении проблем, связанных с оптическими системами, необходимые для чтения и записи данных. В настоящее время несколько групп по-прежнему работает на решения с различным уровнем развития и интереса к коммерциализации (см. ниже).] процессы для создания письменных данных
Запись данных в 3D оптических носителях, что требует изменения происходят в среде при возбуждении. Это изменение, как правило, фотохимические реакции какой-то, хотя и другие возможности существуют. Химические реакции , которые были исследованы включают photoisomerizations , photodecompositions и фотообесцвечивания , и полимеризации посвящения. Большинство исследованных были фотохромных соединений, которые включают азобензолов , спиропиранов , стильбены , фульгидов и diarylethenes . Если фотохимические изменения обратимы , то перезаписываемых хранения данных может быть достигнуто, по крайней мере в принципе. Кроме того, многоуровневой записи , где данные записываются в " оттенки серого ", а не как" о "и" выключено "сигналы, технически возможно.
письменном виде нерезонансного поглощения многофотонной
Хотя Есть много нелинейных оптических явлений, только многофотонное поглощение способно введения в СМИ значительной энергии, необходимой для электронного возбуждения молекулярных частиц и вызывают химические реакции. двухфотонного поглощения является сильнейшим многофотонного поглощения на сегодняшний день, но все это очень слабое явление, что приводит к низкой чувствительности СМИ. Таким образом, многие исследования были направлены на обеспечение хромофоров с высоким двухфотонного поглощения сечения .
Дать по-фотонного поглощения 2 может быть достигнуто путем фокусировки Дать лазера на точку, где фотохимический процесс записи не требуется. Длина волны лазерного Дать выбрана так, что она не является линейно поглощается средой, и, следовательно, не взаимодействует со средой, кроме координатора. На координационных 2-поглощения фотонов точка становится значительным, потому что это нелинейный процесс зависит от квадрата лазерного флюенса .
Дать поглощением 2-фотон может также быть достигнуто действием двух лазеров на совпадение. Этот метод обычно используется для достижения параллельной записи информации на один раз. Один лазер проходит через средства массовой информации, определяющих линии или плоскости. Второй лазер является то, направленных на точки на этой линии или плоскости, что написание лучшего. Совпадение лазеров в этих точках возбужденного поглощения 2-фотонов, что приводит к написанию фотохимии.в письменном виде последовательного поглощения многофотонной
Другой подход к повышению чувствительности СМИ в том, чтобы использовать резонансное поглощении двух (также известный как "1 +1" или "последовательной" 2-фотонного поглощения). Нерезонансное двухфотонного поглощения (как правило, используются) слабо, так как в целях возбуждения на место, два захватывающих фотоны должны прибыть в хромофора в почти точно то же время. Это происходит потому, хромофора не может взаимодействовать с одним фотоном в одиночку. Однако, если хромофора имеет энергии уровня, соответствующего (слабая) поглощение одного фотона, то это может быть использовано как ступенькой , что позволяет больше свободы в время прибытия фотонов и, следовательно, гораздо более высокой чувствительностью. Однако такой подход приводит к потере нелинейности по сравнению с нерезонансным-фотонного поглощения 2 (так как каждый поглощении шаг 1 по существу линейный), и, следовательно, риск ущерба для 3D разрешение системы.
Microholography
В микро- голографии , сфокусированных пучков света используются для записи submicrometre размера голограмм в фоторефрактивных материала, как правило, использование коллинеарных пучках. Дать процесс может использовать те же виды средств массовой информации, которые используются в других видах голографической хранения данных , и может использовать 2-фотонных процессов в форме голограммы.
Запись данных в процессе производства
Данные также могут быть созданы в производстве средств массовой информации, как в случае с большинством форматов оптических дисков для коммерческого распространения данных. В этом случае, пользователь не может записать на диск - это диск формата. Данные могут быть написана нелинейно-оптических методов, но в этом случае использование очень мощных лазеров является приемлемым так СМИ чувствительность становится менее важной проблемой.
Изготовление дисков, содержащих данные формованные или печатном в свои 3D структура была также продемонстрирована. Например, диск, содержащий данные в 3D, может быть построен сэндвич вместе большое количество тончайшие дисков, каждый из которых формируется или напечатаны с одного слоя информации. В результате ROM диск может быть считан с помощью 3D метод чтения.
Другие подходы к написанию
Другие методы для записи данных в трех измерениях, также были рассмотрены, в том числе:
Стойких спектральных провалов (PSHB), которая также предоставляет возможность спектрального мультиплексирования увеличить плотность записи данных. Однако, PSHB СМИ в настоящее время требует чрезвычайно низких температурах, чтобы сохранить для того, чтобы избежать потери данных.
Пустота образование , где микроскопические пузырьки вводятся в СМИ высокой интенсивности лазерного облучения.
Хромофора Полинг , где лазерно-индуцированной переориентации хромофоров в структуре средств массовой информации приводит к читаемым изменения. процессы для чтения данных
Чтение данных из 3D оптической памяти была проведена по-разному. Хотя некоторые из этих полагаться на нелинейность взаимодействия света материи для получения 3D резолюции, другие используют методы, которые пространственно фильтр линейного отклика СМИ. Чтение методы включают в себя:
Два поглощения фотонов (в результате чего либо поглощения или флуоресценции). Этот метод, по существу двухфотонной микроскопии .
Линейные возбуждения флуоресценции с конфокальной обнаружения. Этот метод, по существу конфокальной лазерной сканирующей микроскопии . Он предлагает возбуждения с гораздо меньшей степени, чем лазер делает двухфотонного поглощения, но имеет некоторые потенциальные проблемы, потому что решение свет взаимодействует со многими другими точками данных в дополнение к той, которая на имя.
Измерение небольшие различия в преломления между двумя данными государствами. Этот метод обычно используют контрастный микроскоп фазы или отражения конфокальной микроскопии . Нет поглощения света необходимо, поэтому нет риска повреждения данных при чтении, но требуется преломления несоответствие диск может ограничить толщину (т.е. количество слоев данных), что средства массовой информации могут достичь за счет накопленных случайных ошибок волнового фронта , которые уничтожают пятна фокусировки качества.
Генерация второй гармоники было продемонстрировано, как метод для чтения данных, записанных в поляризованных полимерной матрице.
Оптической когерентной томографии была также продемонстрирована как параллельный метод чтения.
-
- Технология CD
- Технология CD-R
- Технология CD-RW
- Технология CD-RX
- Технология DVD
- Технология DVD-R
- Технология DVD-D
- Технология DD
- Технология HDDVD
- Технология EVD
- Технология BD
- Технология UMD
- Технология HVD
- Технология HDVMD
- Технология UDO
- Технология FVD
- Технология 3D
- Технология MD
- Программы
- Статьи
- Вопросы и ответы