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隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，特別是多媒體技術(shù)的發(fā)展，需要處理和存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量大幅度增加。例如，一部通常長(zhǎng)度的電影沒(méi)有壓縮的數(shù)據(jù)量將超過(guò)10TB。大型探測(cè)器，如哈勃望遠(yuǎn)鏡所傳回的數(shù)據(jù)量達(dá)到10TB/天；醫(yī)學(xué)及大地遙感圖數(shù)據(jù)量巨大。顯然現(xiàn)在基于二維方式的光存儲(chǔ)器已難于滿足這種日益增長(zhǎng)的要求了?，F(xiàn)行的CD、磁光和相變光盤(pán)的容量在650MB左右，即使新興的DVD光盤(pán)，單面單層的DVD-5的容量也只達(dá)到4.7GB。雖然，現(xiàn)可使用波長(zhǎng)為0.41μm（藍(lán)光）的GaN半導(dǎo)體激光器，即HD-DVD光盤(pán)，其存儲(chǔ)容量可達(dá)27GB，是高密度數(shù)字多功能光盤(pán)，但還不能滿足信息時(shí)代發(fā)展的需要。因此，必須研發(fā)新的超高密度光電存儲(chǔ)系統(tǒng)。除全息存儲(chǔ)以外，短期有實(shí)用前景的超高密度光電存儲(chǔ)技術(shù)，主要有雙光子雙穩(wěn)態(tài)三維數(shù)字存儲(chǔ)、近場(chǎng)光學(xué)存儲(chǔ)、電子俘獲存儲(chǔ)、光譜燒孔存儲(chǔ)等新技術(shù)。

一、雙光子雙穩(wěn)態(tài)三維存儲(chǔ)技術(shù)

（1）三維存儲(chǔ)的概念。由于光相互之間不會(huì)被屏蔽，所以光存儲(chǔ)較之磁存儲(chǔ)更為容易實(shí)現(xiàn)三維存儲(chǔ)。傳統(tǒng)的光存儲(chǔ)是存儲(chǔ)在光盤(pán)或全息膜等二維存儲(chǔ)介質(zhì)上，而三維存儲(chǔ)則是像一摞二維光存儲(chǔ)介質(zhì)，故存儲(chǔ)容量很大。從理論上說(shuō)，在三維存儲(chǔ)中，一個(gè)記錄點(diǎn)可存儲(chǔ)于λ3的體積內(nèi)，也就是說(shuō)，對(duì)于一個(gè)體積為丫的存儲(chǔ)體來(lái)說(shuō)，如使用的存儲(chǔ)波長(zhǎng)為λ，則其存儲(chǔ)量可達(dá)到V/λ3。如選用波長(zhǎng)為CD中使用的780nm時(shí)，一個(gè)1cm3的存儲(chǔ)體可存儲(chǔ)2x1012bit，即2.5x1011B。相當(dāng)于300張CD-ROM盤(pán)的存儲(chǔ)量。因此，三維存儲(chǔ)可在不改變激光波長(zhǎng)的情況下，極大地提高存儲(chǔ)密度。由于其密度與波長(zhǎng)的三次方成反比，因此縮短波長(zhǎng)在三維存儲(chǔ)中會(huì)獲得比二維更大的容量。

三維存儲(chǔ)是指利用雙波長(zhǎng)、多波長(zhǎng)、多偏振態(tài)光波和光波干涉等方法在存儲(chǔ)體上實(shí)現(xiàn)體存儲(chǔ)的方法。三維存儲(chǔ)主要包括頁(yè)面存儲(chǔ)、多層存儲(chǔ)、多色存儲(chǔ)和全息存儲(chǔ)等幾個(gè)方面。如全息存儲(chǔ)，其最小記錄斑點(diǎn)是λxλ，在立體全息存儲(chǔ)中，存儲(chǔ)量擴(kuò)大了（d/λ）倍，存儲(chǔ)密度仍為V/λ3。因此，在三維存儲(chǔ)中，不管是逐點(diǎn)記錄還是全息記錄方式，其記錄密度均為1/λ3。

（2）雙光子吸收的光致色變?nèi)S存儲(chǔ)。具有雙光子吸收的光致變材料的發(fā)現(xiàn)，為逐點(diǎn)三維存儲(chǔ)提供了實(shí)現(xiàn)的可能。利用光子作用下發(fā)生的化學(xué)變化實(shí)現(xiàn)信息存儲(chǔ)，是一種光子吸收的存儲(chǔ)技術(shù)，它的反應(yīng)時(shí)間極短（皮秒或飛秒），能夠?qū)崿F(xiàn)高速存儲(chǔ)；此外，由于這種反應(yīng)建立在分子尺度上，因此理論上可將單個(gè)信息符尺度縮小到分子量級(jí)，從而有利于大幅提高介質(zhì)的存儲(chǔ)密度，實(shí)現(xiàn)高密度存儲(chǔ)。由于其反應(yīng)時(shí)間短和分子量級(jí)上的尺度，突破了傳統(tǒng)熱效應(yīng)存儲(chǔ)在時(shí)間和空間上的極限。

①雙光子吸收的光致色變材料的光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)效應(yīng)。許多光致變色材料，如螺毗喃、螺惡嗪、俘精酸酎及二芳基環(huán)烯分子等，具有相對(duì)穩(wěn)定的光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)效應(yīng)，每一種狀態(tài)對(duì)一特定波長(zhǎng)的光線有明顯的吸收。在一定條件下，以該狀態(tài)吸收波長(zhǎng)的激光照射，可使之激發(fā)至另—穩(wěn)定狀態(tài)，而且該過(guò)程是可逆的。光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)記錄根據(jù)這一光化學(xué)現(xiàn)象，以這兩種穩(wěn)定狀態(tài)來(lái)表示數(shù)字“0”和“1”，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。讀出時(shí)，用兩種波長(zhǎng)之一的激光以較小功率照射，通過(guò)檢測(cè)反射率變化或熒光效應(yīng)即可辨別讀出點(diǎn)處的記錄介質(zhì)處于何種穩(wěn)定狀態(tài)，從而讀出記錄信息。

任何一個(gè)光子都可以穿透介質(zhì)而不被吸收，只有當(dāng)兩個(gè)光子聚焦于一點(diǎn)，能量疊加才會(huì)導(dǎo)致光致變色反應(yīng)發(fā)生，從而實(shí)現(xiàn)光信息記錄。同時(shí)為了能有效讀出相應(yīng)的信息，材料還需具有熒光特性，它需要三種不同波長(zhǎng)的激光。寫(xiě)入與上述類(lèi)似，也是使用短波長(zhǎng)激光（如355nm）使介質(zhì)發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)的，分子從狀態(tài)“0”變成狀態(tài)“1”。讀出時(shí)使用較長(zhǎng)波長(zhǎng)（如590nm）的激光，處于狀態(tài)“1”的分子在該波長(zhǎng)激光照射下會(huì)發(fā)出熒光，而處于狀態(tài)“0”的分子則不會(huì)，因此通過(guò)檢測(cè)讀出光照射下介質(zhì)的熒光效應(yīng)，就可以區(qū)分所寫(xiě)入的信號(hào)。對(duì)于發(fā)熒光材料而言，只要提高分子的熒光量子產(chǎn)率，就可以避免分子在讀出光照射下發(fā)生狀態(tài)變化，因此這是一種無(wú)損讀出過(guò)程。擦除時(shí)由于需要更高的能量，因此需要用兩束光同時(shí)照射（如1064nm+590nm）。

由于一定光致色變材料對(duì)一定波長(zhǎng)的光線有吸引并反應(yīng)，而對(duì)其他波長(zhǎng)的光線不敏感。因此，若記錄層含有吸收帶不同的多種或多層光致色變材料，則可用相應(yīng)的多種波長(zhǎng)分別寫(xiě)入和讀出，從而實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)的多重記錄。通過(guò)多重多維記錄，在不改變光斑尺寸的情況下，能進(jìn)一步提高單盤(pán)存儲(chǔ)容量。

②光致色變存儲(chǔ)的優(yōu)缺點(diǎn)。光致色變存儲(chǔ)化合物作為光存儲(chǔ)介質(zhì)有許多優(yōu)點(diǎn)。

•靈敏度高、速度快，可達(dá)納米量級(jí)：

•可用旋轉(zhuǎn)涂布法制作光盤(pán)，制作成本低；

•信噪比高、抗磁性好；

•光學(xué)性能可通過(guò)改變分子結(jié)構(gòu)來(lái)調(diào)整，有利于有機(jī)合成等。

但是，光致色變的實(shí)用化，還需解決與半導(dǎo)體激光器波長(zhǎng)相適應(yīng)、熱穩(wěn)定性、寫(xiě)擦疲勞等問(wèn)題。

（3）雙光子吸收光學(xué)存儲(chǔ)的形式。實(shí)際上，任何光性質(zhì)的不同，都可用于信息的光記錄和讀出，所以雙光子吸收光學(xué)存儲(chǔ)有很多種形式。

•光致色變存儲(chǔ)；

•光敏聚合物存儲(chǔ)；

•光致熒光漂白存儲(chǔ)；

•光折變效應(yīng)存儲(chǔ)等。