[科普中国]-图像光存储

光储存是指用光电工程技术与方法，将信息储存于光学可读的介质上。 图像光存储是将用光储存技术将图像信息存储在光存储材料上。按照光存储材料来分，图像光存储可分为短时图像光存储和永久图像光存储。短时图像光存储适合实时存储，图像信息保存时间较短，而永久图像光存储与之相反。

简介随着社会的发展和技术的进步，人们产生图像数据越来越多，图像数据（Image Data）是指用数值表示的各像素（pixel）的灰度值的集合。图像数据一般包含信息较多，对信息数据存储的要求也越来越高。现有的存储技术， 如磁存储和半导体存储等虽然仍在不断地改进以满足人们对存储容量和速率等的要求。图像光存储简单来说是利用有关光存储技术提高图像数据的存储容量在光存储材料中。图像光存储有以下的优点：①存储密度高，光盘道密度比磁盘高几十倍；②存储寿命长；③非接触式读/写和擦；④信息的信噪比高；⑤信息位的价格低。提高图像光存储容量一般两方面着手：光存储技术和光存储材料。

光存储材料一种性能优良的光存储存储介质，应该具备与所采用的激光相适应的光学性能（反射率、折射率、吸收系数等，能够形成清晰而稳定的记录点，并具有对记录、擦除的响应快，记录信息稳定性好，保存寿命长等优点。为了实现超高密度记录，需要不断研究和开发新型的光存储介质。光存储材料分为只读式光存储材料、可擦写光存储材料、磁光存储材料以及非线性磁光效应材料。磁光记录材料主要分为以下几大类：

Mn基多晶薄膜。这种材料的优点是磁光克尔角大，是研究最早的磁光材料。这种材料有低温相和高温相两个相。低温相的居里点高(360℃)，高温相居里点较低，有利于磁光记录，但Ms较低，读出信号小，而且存在不稳定的缺点。人们试图通过掺杂和元素取代的方法稳定高温相，降低低温相的居里温度和晶粒尺寸，改善薄膜的磁光性能，但迄今尚未获得满意效果，仍在研究中。

石榴石系单晶薄膜。等石榴石薄膜材料的优点是在短波长时的磁光效应大，读出信号幅度高，并具有优良的抗氧化、抗辐射性能，适合于军事、航天等恶劣环境使用，缺点是对激光的吸收小，反射小，写人灵敏度低，对基片要求高(需使用耐高温的玻璃或GGG衬底)，所以制造成本高。

稀土一过渡族金属非晶薄膜。这种非晶态合金的成分可以连续变化，能够在较大范围内调节薄膜的磁性能。重稀土一过渡族金属非晶薄膜具有居里点低，无晶界噪声，单轴各向异性大，矫顽力高等优良性能。是实用化磁光盘普遍采用的材料1。

光存储技术全息存储技术是一种利用激光全息摄影原理将图文等信息记录在感光介质上的大容量信息存储技术，它有可能取代磁存储和光学存储技术，成为下一代的高容量数据存储技术。传统的存储方式将每一个比特都记为记录介质表面磁或光的变化，而全息存储中将信息记录在介质的体积内，而且利用不同角度的光线可以在同样的区域内记录多个信息图像。全息光存储技术可以不用机械的方法操作光束移动， 而利用激光束无惯性电子控制对数据进行并行读写， 缩短了存取时间2。由于采用复用技术大幅提高了存储容量。全息数据存储可以为公司提供保存信息的新方法。如果使用一次写入多次读取的方法，可以保证内容的安全，防止存储的的信息被重写或者修改。全息存储制造商认为，这种技术可以提供安全的数据存储方案，储存数据的内容50年也不会发生变化，远远超过当前的数据存储技术。反对观点认为，数据读取技术每十年就会发生巨大的变化，因此尽管有能力将数据保存50-100年，但是很有可能需要用到数据的时候却无法找到合适的读取设备来读取。然而，性能很好的存储方案可以持续使用很长的时间，另外，即使技术更新换代了，仍然可能有后向兼容的解决方案，就像DVD技术后向兼容CD技术一样。

光谱烧孔存储，固体基质中的掺杂分子由于局域环境的差异出现能级的非均匀加宽。当用窄频带激光照射后，在掺杂分子吸收带内，在激光频率处出现吸收的减小。这种现象称为光谱烧孔。该烧孔可以用相同频率的激光读出。由于可以通过改变激光频率在吸收带内烧出多个孔，即利用频率维来记录信息，从而可在一个光斑存储多个信息。光谱烧孔包括单光子光谱烧孔、双光子光谱烧孔（光子选通光谱烧孔）。单光子烧孔，电子容易自陷阱由声子支助返回，即烧孔不稳定，因此，研究中一般采用双光子光谱烧孔(光子选通光谱烧孔)。光子选通光谱烧孔中，第1个光子用来选频，第2个光子用来选通。只有2个光子同时作用才能完成烧孔，这样只用选频光多次读出信息时就不会破坏写人的信息。

电子俘获光存储，通过低能量激光俘获特定斑点处的电子实现存储，同样具有较小的记录点尺寸和较高的存储密度。电子俘获光存储是利用电子俘获材料(ETM)的光谱特性，通过使用不同波长的低能量激光俘获、释放光盘特定斑点处的电子来实现光信息的写、读、擦过程，是一种高度局域化的光电子过程。从理论上讲，其写、读、擦循环不受介质物理性能退化的影响；实测结果表明，其读、写、擦次数达次以上且速率快至纳秒量级。借助这种材料的固有线性，可使其存储密度远远高于其他类型的光存储介质。电子俘获光存储技术除了高密度存储的优点外，还具有响应快，擦写次数多，制备方便，造价低，应用方便灵活等优点3。

本词条内容贡献者为:

王慧维 - 副研究员 - 西南大学