Шанхайський інститут оптики та точного машинобудування (SIPM) робить прорив у дослідженні оптичного зберігання даних 3D із надвеликою ємністю та надвисокою роздільною здатністю

Нещодавно Шанхайський інститут точного оптичного обладнання (SIPM) Китайської академії наук (CAS) у співпраці з Шанхайським технологічним інститутом (SIT) та іншими дослідницькими установами здійснив прорив у надвисокій роздільній здатності надвеликої ємності. дослідження тривимірної оптичної пам'яті. Дослідницька група використала першу міжнародну технологію оптичного зберігання з надвисокою роздільною здатністю регульованої люмінесценції з подвійним променем, яка вперше записує та зчитує інформацію в результаті експериментального прориву в межі дифракції межі, реалізації розміру точки. 54 нм, інтервал 70 нм із суперроздільністю сховища даних і завершив 100-шаровий багатошаровий запис, еквівалентну місткість одного диска до рівня Pb, прорив Китаю в галузі інформації зберігання ключових основних технологій і досягнення сталого розвитку цифрової економіки дослідницька група досягла прогресу в дослідженні тривимірного оптичного сховища надвеликої ємності з ультрароздільною здатністю. Для Китаю дуже важливо розвинути ключову базову технологію у сфері зберігання інформації та реалізувати сталий розвиток цифрової економіки. Результати дослідження були опубліковані 22 лютого 2024 року в журналі Nature. Першим автором статті є доктор Хао Руан з Шанхайського інституту оптичного обладнання (SIOM), а відповідними авторами є академік Мін Гу, директор Інституту досліджень фотонних мікросхем Шанхайського технологічного інституту (SIT), і професор Цзін Вен Шанхайського технологічного інституту (SIT). Доктор Чжао Мяо, докторант SIPM, і професор Вен Цзін з Шанхайського технологічного інституту (SIT) є першими спільними авторами статті.
Технологія оптичного зберігання даних має унікальні переваги: ​​вона екологічна, енергозберігаюча, безпечна та надійна, має термін служби 50-100 років, що дуже підходить для довгострокового недорогого зберігання масивних даних. Однак через обмеження межі дифракції максимальна ємність традиційних комерційних оптичних дисків становить лише близько ста гігабайт (ГБ). В епоху великих даних зі збільшенням обсягу інформації подолання дифракційної межі, зменшення розміру інформаційної точки та збільшення ємності одного диска вже давно є невпинною погонею за оптичною пам’яттю.
У 1994 році німецький вчений професор Штефан В. Хелл запропонував технологію мікроскопії із втратами випромінювання, яка вперше довела, що межа оптичної дифракції може бути порушена, і отримала Нобелівську премію з хімії в 2014 році. Після більш ніж 20 років дослідження Розвиток, результати оптичної надроздільності були реалізовані в ряді областей, таких як мікрозображення, лазерне нанопряме записування тощо, і було вирішено питання запису інформації надвисокої роздільної здатності. Однак традиційні барвники дуже сприйнятливі до спалаху флуоресценції в агрегатному стані, що призводить до втрати інформації, а також є труднощі з анігіляцією фоновим шумом на нанорозмірі, що призводить до труднощів зчитування суперроздільної здатності. інформації та зазвичай покладається на зчитування електронного мікроскопа, що обмежує застосування технології надроздільної здатності в області оптичного зберігання. Таким чином, розробка синхронної реалізації запису з надвисокою роздільною здатністю, зчитування з надвисокою роздільною здатністю, тривимірного зберігання та довгострокових носіїв займає більше 10 років у галузі дослідницьких проблем оптичного зберігання, які потрібно вирішити.
У 1980-х роках академік Шанхайського інституту оптичного машинобудування Ган Фусі започаткував дослідження китайської технології зберігання цифрових оптичних дисків, дослідницька група активно працює над оптичною пам’яттю. Покладаючись на багату науково-дослідницьку базу та інноваційні технологічні рішення, засновані на технології двопроменевої надвисокої роздільної здатності та накопичувальних носіях люмінесценції, викликаної агрегацією, у записі та читанні інформації подолали дифракційну межу межі, реалізацію розміру точки 54 нм, відстань між дорогами 70 нм для зберігання даних із надвисокою роздільною здатністю та завершено 100-багатошаровий запис, еквівалентна ємність одного диска становить близько 1,6 Пб. Після прискореного тестування старіння носія на оптичному диску більше 40 років, прискореного повторного зчитування Більше 40 років, прискореного повторного зчитування флуоресцентний контраст все ще досягає 20,5:1. Це перший раз у світі, коли реалізовано рівень свинцю в оптичному накопичувачі надвеликої ємності, висока оцінка рецензента: «Це проривна інновація технології оптичного зберігання на рівні Pb...» «У порівнянні з іншими існуючими технологіями , ця технологія забезпечує найвищу щільність оптичної поверхні зберігання з точки зору продуктивності...""Результати дослідження можуть призвести до прориву в сховищі архівних даних центрів обробки даних, вирішуючи проблеми технології зберігання великої ємності та енергозбереження...".
Усе, від оптичної мікроскопії до оптичних технологій зберігання даних, обмежено оптичною дифракційною межею. Серед 125 найсучасніших наукових проблем у світі, опублікованих Science у 2021 році, подолання дифракційної межі є ще вищим у галузі фізики. Успішна розробка цього оптичного диска з надвисокою роздільною здатністю вирішує цю фізичну проблему як у записі, так і в читанні інформації, що допомагає Китаю розвинути ключові основні технології у сфері зберігання даних і відіграватиме важливу роль у цифровій економіці великих даних. задоволення основних потреб у сфері інформаційної індустрії.
У майбутньому дослідницька група прискорить оригінальні інновації та ключові технологічні дослідження, сприятиме інтеграції та індустріалізації оптичних накопичувачів надвеликої ємності та розширить їх перехресне застосування в галузі оптичного мікрозображення, оптичного дисплея, оптичного обробка інформації, щоб отримувати все більше чудових інноваційних результатів.
Дослідницька робота була підтримана великими проектами Шанхайської науково-технічної комісії та Національною ключовою програмою досліджень і розробок.

Рисунок 1. Схематична діаграма підготовки оптичного диска класу Pb і режиму читання/запису

Малюнок 2. Результати запису інформації з високою роздільною здатністю

Малюнок 3 100-результати відновлення запису рівня та декодування двійкового коду

Рисунок 4 Фізична фотографія оптичного диска