來自：2。5萬人已關注 光行天下 江蘇鐳射聯盟陳長軍轉載

研究人員已經開發出一種快速節能的鐳射寫入技術，可以讓石英玻璃中產生高密度奈米結構。這些微小的結構可長期維持5D光學資料的儲存密度，是當前藍光光碟儲存技術的10000倍以上。

英國南安普敦大學博士研究員雷玉浩（Yuhao Lei）表示：“隨著個人與組織機構生成資料的爆發式增長，我們迫切需要找到具有更高容量、更低能耗、以及長壽命的高效資料儲存形式。”儘管當前基於雲端系統的儲存方案已經相當普及，但它們在設計上更側重於臨時資料。基於玻璃載體的5D資料儲存，有望在國家檔案館、博物館、圖書館、或私營機構的長期資料儲存等領域發揮最大的效力。

利用新方法在一英寸石英玻璃樣品中寫入6GB資料，四個正方形尺寸只有8。8x8。8毫米，並刻上大學標誌和名稱。

在《光學》（Optica）期刊中，研究團隊描述了這項“編寫”資料的新方法，可知其具有兩個光學維度/三個空間維度。資訊寫入速度方面，這套方案可達成每秒百萬次（體素單位：Voxels），相當於每秒記錄大約230KB的資料（超過100頁的文字）。

Yuhao Lei說：“我們使用的物理機制是通用的，因此，預計這種節能的寫入方法也可用於透明材料的快速奈米結構化，應用於3D整合光學和微流體等領域。”

更快、更好的鐳射寫入

儘管此前已經有人證明過基於透明材料的 5D 光學資料儲存，但在資料寫入速度和資訊儲存密度上，大家一直在努力克服這方面的艱難挑戰。本例中，南安普敦大學研究人員選用了相當“常見”的飛秒鐳射器，來建立包含單個奈米薄片狀結構的微小凹坑（僅佔用 500×50 奈米）。

研究人員也沒有直接使用飛秒鐳射器在玻璃上寫入，而是利用了鐳射產生的“近場增強”光學現象，意味奈米薄片狀結構會受到來自各向同性奈米空隙的一些微弱光脈衝。近場增強（near-field enhancement）會最小化奈米結構的熱損傷，但對於使用高重複率鐳射器的其它方案來說，反而會遇到一些問題。

由於奈米結構具有各向異性，它們會產生雙折射。其特徵在於光的慢軸取向（對應於奈米片狀結構取向的第四維度）和延遲強度（對應於奈米結構尺寸定義的第五維度）。當資料被記錄到玻璃中時，慢軸方向和延遲強度可以分別由光的偏振和強度控制。

Yuhao Lei說：“新方法將資料寫入速度提升到了更加實用的水平，而該校研究團隊也展示了可在合理時間內寫入的數十GB 資料。”此外高度區域性化的精密奈米結構可實現更高的資料容量，因為單位體積中可以寫入更多體素，並且能夠利用脈衝光來減少資料寫入過程所需的能源開銷。

在玻璃CD上寫入資料

研究人員使用新方法將5GB文字資料寫入到了與傳統CD光碟差不多的石英玻璃碟片上，讀出精度接近100%。可知每個體素都包含了4-bit資訊，且每兩個體素對應一個文字字元。最終得益於極高的寫入密度，這張“光碟”理論上可容納 500TB級別的資料。研究人員介紹，若後續引入升級後的並行寫入系統，他們還可在大約 60 天內寫入如此龐大的資料量。

研究小組負責人彼得·卡贊斯基（Peter G。 Kazansky）說：“在目前的系統下，我們有能力儲存TB的資料，例如，這些資料可以用來儲存來自一個人DNA資訊。

研究人員正在努力提高該方法的寫入速度，並使這項技術在實驗室之外使用。還需要為實際的資料儲存應用開發更快的資料讀取方法。

相關連結：https：//phys。org/news/2021-10-high-speed-laser-method-terabytes-cd-sized。html

參考文獻：Yuhao Lei et al， High speed ultrafast laser anisotropic nanostructuring by energy deposition control via near-field enhancement，

Optica

（2021）。 DOI： 10。1364/OPTICA。433765