光子存储技术资料

光子存储技术Page2数据储存：利用储存介质的双稳态特性，来分别代表数据信息“0”和“1”。光存储：利用光学方法来改变材料的状态，即进行数据写入和利用光作为载体进行数据读出。Page3利用光的热效应来改变物质的状态；也可以利用光将材料激发到激发态，利用激发态的特征进行双态存储。双态存储（右图）：0态物质在一种光子作用下可变为1态物质，而1态物质在另一种能量的光子作用下又可返回到0态。Page4光子存储是基于光子同记录介质的直接相互作用，即记录介质首先吸收光子。这种光被物质吸收的过程非常快，达飞秒量级，其结果首先是导致一种短命激发态的形成，进而发生状态或结构的变化，即从1态转变为0态。这种光子同物质或记录介质之间的直接作用基础上的存储方式，决定了它的最大优点在于超高记录速度、超高密度和超高分辨率。Page5光子存储记录方式1、斑点式2、矢量式3、图像式4、全息式和其他多维形式Page61、斑点式最常见的技术。将激光通过一个圆形透镜将其聚焦成为一个斑点，作用到记录介质上，靠光子与介质之间的相互作用完成信息记录。一个斑点即一个信息位。波长越短，斑点越小。Page72、矢量式通过激光一维列阵实现的。从一个斑点扩展到一条线。具有较高的带宽。具有高记录密度和高处理速度的特点。Page83、图像式从记录一条线扩展为同时记录一个平面图像。通过激光二维列阵实现记录格式。更大容量，更高速度。Page94、全息式和其他多维形式通过角度、位相、波长和空间等多功能实现全息式光存储。存储密度可达1012-1013bit/cm3。Page10光子储存技术1、光致变色存储2、光谱烧孔存储3、电子俘获光存储4、光折变存储Page11一、光致变色存储光致变色现象是指一个化合物（A），在收到一定波长的光照射时，可进行特定的化学反应或物理效应，获得产物（B），由于结构的改变导致其吸收光谱发生明显的变化。而在另一波长的光照射或热的作用下，产物（B）又能恢复到原来的形式。如下式所示：AB光光或热Page12光致变色前后的状态A和B通过分子和材料的设计，可以实现不同时间刻度的双稳。从信息存储的角度来看，合适能量的光子作用到A上使其变为B即可完成存储过程，在另一种能量的光子或热的作用下所记录的信息可以被擦除。由此可见，光致变色材料非常适合于可擦重写型光存储。Page13（1）有机光致变色信息存储原理：光诱导的吸收光谱可逆变化。保护层：起到保护反射层的作用。反射层：喷镀的金属膜，读取数据时用来反射激光。盘基：是透明聚碳酸脂材料。Page14有机光致变色存储介质应具备以下条件：①有良好的抗疲劳性能；②热稳定性好，能长期保存信息；③灵敏度高，能快速写入和擦除信息；④能与半导体激光器匹配使用。Page15（2）双光子三维存储①双光子信息的记录与读出双光子三维存储方法有两种：一是垂直双光束写入，如图6-5（a）；一是相对相遇双光束写入，如图6-5（b）。Page16②双光子影像记录与读出把要存储的图像或信息置于一束光束中，将其透射或反射光谱引入到三维存储器，另一束光通过圆筒聚焦器，将其引入三维存储器。Page17二、光谱烧孔存储基本原理利用不同格位或环境的原子分子对不同频率的光吸收率不同来加以识别。用激光作为光源激发一部分原子，使他们到达激发态，留在基态上的数目明显减少。因此，吸收光谱内出现一个凹陷，这种现象称为光谱烧孔。Page18烧孔分类按照过程中是否发生了化学变化，烧孔可分为光化学烧孔和光物理烧孔。光物理烧孔：把单电子从基态激发到激发态，在吸收光谱中得到孔是光物理烧孔。这种孔是瞬态孔，烧孔光撤除以后，孔将以一定的速率恢复；光化学烧孔：在光化学烧孔中，离子或分子的结构或价态发生变化。如果物质发生了分解，这种变化就不可恢复了。Page19如图6-9所示，改变激光频率可以在非均匀线形内不同频率上烧出孔。将信息在频率上编码，如图中1110101，每一位分别对应不同的频率，1和0分别用孔的有无表示。Page20三、电子俘获存储基本原理：一种光激励发光现象。光激励发光是指材料受到辐射时，产生的自由电子和空穴被俘获在晶体内部的陷阱中，从而将辐射能量存储起来，当受到光激励时，这些电子和空穴脱离陷阱而复合发光。因而这种材料被形象地称为“电子俘获材料”。Page21优点高密度存储响应快擦写次数多制备方便造价低应用方便灵活Page22电子俘获光存储写入与读出简单原理如图6-10所示Page23过程1表示晶体受电离辐射产生跃过禁带的自由电子和空穴；过程2、4表示自由电子被俘获并暂时存储在陷阱中；过程3、5表示存储在陷阱中的电子和空穴在受可见光或红外光激励时跃迁出陷阱，又处于自由状态；过程6、7、8表示这些自由电子和空穴可以在材料中的某些发光中心离子的局域能级上发生复合，而把它们所带的能量释放出来从而完成整个读出及写入过程。Page24电子俘获光存储材料1、MFX类型材料（M=Ba、Sr、Ca，X=Cl、Br）2、碱土金属硫化物电子俘获材料（Sr:eU，Sm及CaS:eU，Ce等双稀土掺杂）3、其他类型电子俘获材料（KCl:eU2+，KBr：Eu2+等）Page25四、光折变存储光折变存储主要指将光折变材料用于光全息存储，因此在介绍光折变存储之前先简单的介绍一下全息存储。Page261、全息图的记录与再现全息存储是依据全息学的原理，将信息以全息照相的方式存储起来；全息照相则是把物光的强度分布和位相分布完整的记录下来，由于记录了物体的全部信息，因此我们把这种照相技术称为全息照相术或全息术。全息术包括两个过程：记录与再现Page27全息记录的一般光路如图6-11所示。自激光器输出的光束经分束器BS分为两束：一束经反射镜M1反射和透镜L1扩束后投射到记录介质H上作为参考光R，另一束经M2反射和L2扩束后照射到物体上，再经物体表面的漫反射作为物光波也投射在记录介质上，形成物光O。参考光和物光相干，将记录介质置于该干涉场中，于是就将物光波的全部信息以干涉条纹的形式记录下来，这就是波前记录过程。Page28读出过程利用了光过程的衍射，再次利用参考光照明全息图使衍射光束经受空间调制，从而精细地复现出写入过程中与此参考光干涉的物光束的波面，这就是全息图的再现过程，如图6-12。Page292、光折变效应光折变效应：即光致折射率变化效应，指在介质在光场的作用下，通过电光效应使其折射率呈现空间不均匀变化的现象。1966年Ashkin等人将激光束聚焦在铁电材料（LiNbO3和LiTaO3）上进行光倍频实验时，意外的发现强光辐射会引起折射率的变化，从而严重破坏了相位匹配条件。Page30假定光折变介质含有一定类型的杂质和缺陷，所有的施主杂质占据同一个深能级。（1）这些施主杂质通过吸收光而电离，光电子被激发至导带，可通过扩散或漂移在导带中运动。（2）被电离的施主成为未被电子占据的空态，它们可作为俘获光电子的陷阱。（3）当光电子迁移至暗区时，被该出的陷阱复合，形成空间电荷的分离。（4）分离的空间电荷在晶体内建立了空间电荷场，空间电荷场通过电光效应在晶体内引起与入射光强的空间分布相对应的折射率变化。Page313、光折变存储图6-15中存储介质为理想配比的1mm厚的掺镨铌酸锂晶体，掺杂浓度为0.2%，写入光波长为800nm。该光束经分束后，一束作为参考光，另一束经空间光调制器SLM后携带数字信息作为物光束。掺镨铌酸锂晶体置于物光束和参考光的相干场中。在476nm门光束的均匀照射下，晶体中发生光折变过程，这样就记录了物光束中的数字信息。图中晶体绕垂直轴转180。，可实现位相共轭读出，并由电荷耦合器件CCD将数据并行传到计算机中。