Only Perception: 科學家示範以 3D 方式儲存資訊

2008-03-19

科學家示範以 3D 方式儲存資訊

Information Storage in Three Dimensions
http://www.physorg.com/news125058183.html

by Laura Mgrdichian

這是第一次，研究者利用基於光的技術，成功地將玻璃材料轉變成三維的資訊儲存器。這項成就或許是這種材料真正實作的一大進步，有潛力在一立方公分中貯存數 Tb（約 125 GB）的資料。

此研究由來自於 Bordeaux 1 大學（法國波爾多四所大學之一）的科學家所完成。一篇描述此研究的論文在 2/13 發表於 Optics Letters 線上版。

"增加記憶裝置之資料儲存能力的需求，以及 HD 技術的成長，需要用到以 3D 光學為基礎的系統，" 物理學家 Lionel Canioni 表示，該論文的作者之一。

目前已利用幾種方法來探索基於光學的三維資訊儲存器。方法之一是基於光致變色（photochromism，光變色、感光變色）的現象，簡單的說，就是某種材料暴露於電磁輻射（光）下，可逆轉地改變顏色 -- 換言之，經歷某種化學變化。一種日常的例子就是「變色」型太陽眼鏡。

光致變色是「單光子」激發的例子之一，這表示，光源（如雷射光束）中的每個光子刺激材料中單一一個電子。當這些電子快速地變成非激發態時，每個都會發射單一個光子，其能量幾乎等於所吸收的光子。

另一種有希望的方法，由 Canioni 等人所探索，涉及到多光子激發（multi-photon excitation） -- 也因此稍微複雜一點。因為每個受刺激的電子吸收超過一個光子，故雷射與較少量的材料起交互作用。這讓儲存材料能以更高的空間解析度，在三維中被活化，這就允許更大量的資訊儲存密度。

這個小組所使用的材料是特殊類型的磷酸鋅（zinc phosphate）玻璃，那包含銀離子。樣本是 1 mm 厚、無色且高度拋光。研究者以非常短暫、強烈的雷射光脈衝照射樣本，雷射光在樣本內可聚焦達 200 微米（μm）。該團體改變雷射功率，以及樣本所接受的脈衝次數，並測量材料的照射區域如何吸收與重新發射光。

他們注意到，這種照射導致銀原子形成緊緊塞在一起的原子簇（clusters），具有奈米的尺度，可與那樣的分子相較。在某些雷射功率值與脈衝次數下，銀原子簇會以一種關鍵頻率重新發射雷射光 -- 尤其是，頻率比（原本的）雷射光還要高出三倍，稱為第三諧波（third-harmonic）。研究者使用來自於強烈雷射的光束，將資訊「寫入」此材料中。同樣的光束，不過強度較弱，可從原子簇中誘發第三諧波，那可用來將資訊讀出。

在大約 200 微米深的地方，該小組寫入三層資訊，每層包含 12 x 12 的位元隔，每個位元間隔 3 微米，每層相間 10 微米（這相當於每立方公分 1 Gb）。在第一、第二與第三層中，Canioni 等人個別寫入 U、B 與 1（即 University of Bordeaux 1），利用位元來形成字元。

他們藉由將樣本加熱，來測試影像的持久性。當以攝氏 400 度加熱 20 分鐘後，所寫入的資訊突然不見，這時玻璃已經重組自己了。重新拋光此樣本後，資訊可再度寫入。

Canioni 說，"我們能聲明，此記錄在標準狀態下（可達攝氏 85 度）相當穩定。即便是經歷過數小時的曝曬，第三諧波的訊號依然有改變。"

※ 相關報導：

＊ Three-dimensional optical data storage using third-harmonic generation in silver zinc phosphate glass
http://www.opticsinfobase.org/abstract.cfm?URI=ol-33-4-360