Шанхайский институт оптики и точного машиностроения (SIPM) совершает прорыв в исследовании оптических 3D-хранилищ сверхбольшой емкости и сверхвысокого разрешения

Недавно Шанхайский институт оптического прецизионного машиностроения (SIPM) Китайской академии наук (CAS) в сотрудничестве с Шанхайским технологическим институтом (SIT) и другими исследовательскими институтами совершил прорыв в области сверхвысокого разрешения сверхбольшой емкости. исследование трехмерной оптической памяти. Исследовательская группа использовала первую в мире двухлучевую регулируемую технологию оптического хранения сверхразрешения, индуцированную агрегацией, впервые в области записи и считывания информации, что стало экспериментальным прорывом в дифракционном пределе, реализации размера точки. 54 нм, расстояние 70 нм сверхвысокого разрешения хранилища данных и завершение 100- многослойной записи, эквивалентная емкость одного диска до уровня Pb, прорыв Китая в области информации хранения ключевых основных технологий и достижения устойчивого развития цифровой экономики, исследовательская группа добилась прогресса в исследовании трехмерной оптической памяти сверхбольшой емкости со сверхвысоким разрешением. Для Китая имеет большое значение прорыв в ключевых технологиях в области хранения информации и реализация устойчивого развития цифровой экономики. Результаты исследования были опубликованы 22 февраля 2024 года в журнале Nature. Первым автором статьи является доктор Хао Жуань из Шанхайского института оптических машин (SIOM), а соавторами — академик Мин Гу, директор Научно-исследовательского института фотонных чипов Шанхайского технологического института (SIT), и профессор Цзин Вэнь. Шанхайского технологического института (SIT). Доктор Чжао Мяо, научный сотрудник SIPM, и профессор Вэнь Цзин из Шанхайского технологического института (SIT) являются первыми авторами статьи.
Технология оптического хранения обладает уникальными преимуществами: экологичность, энергосбережение, безопасность и надежность, срок службы 50-100 лет, что очень подходит для долгосрочного недорогого хранения больших объемов данных. Однако из-за ограничения дифракционного предела максимальная емкость традиционных коммерческих оптических дисков составляет всего порядка ста гигабайт (ГБ). В эпоху больших данных с увеличением объема информации преодоление дифракционного предела, уменьшение размера информационной точки и увеличение емкости одного диска уже давно являются неустанным стремлением к области оптического хранения.
В 1994 году немецкий ученый профессор Стефан В. Хелл предложил технологию микроскопии потерь с возбужденным излучением, которая впервые доказала, что предел оптической дифракции может быть нарушен, и получил Нобелевскую премию по химии в 2014 году. После более чем 20 лет исследований В ходе развития результаты оптического сверхразрешения были реализованы в ряде областей, таких как микроизображения, лазерная нано-прямая запись и т. д., а также была решена запись информации со сверхвысоким разрешением. Однако традиционные красители очень чувствительны к вспышкам флуоресценции в агрегированном состоянии, что приводит к потере информации, а также существует сложность их уничтожения фоновым шумом на наноуровне, что приводит к трудностям считывания сверхразрешенных данных. информации и обычно полагается на показания сканирования электронного микроскопа, что ограничивает применение технологии сверхвысокого разрешения в области оптического хранения данных. Таким образом, разработка синхронной реализации записи со сверхвысоким разрешением, чтения со сверхвысоким разрешением, трехмерного хранения и носителей с длительным сроком службы требует более 10 лет в области исследования проблем оптического хранения, которые необходимо решить.
В 1980-х годах академик Шанхайского института оптической техники Ган Фуси стал пионером в исследовании китайской технологии хранения цифровых оптических дисков, исследовательская группа работала в области оптического хранения. Опираясь на богатую исследовательскую базу и инновационные технологические решения, основанные на двухлучевой технологии сверхразрешения и носителях данных с люминесценцией, вызванной агрегацией, при написании и чтении информации преодолели дифракционный предел, реализация размера точки 54 нм, расстояние между дорогами хранения данных сверхвысокого разрешения 70 нм и завершенная многослойная запись 100-, эквивалентная емкость одного диска составляет около 1,6 Пб. После ускоренного тестирования старения оптического диска срок службы носителя более 40 лет, ускоренное повторное чтение. Более 40 лет, ускоренное повторное чтение флуоресцентного контраста по-прежнему достигает 20,5:1. Впервые в мире реализован уровень Pb для оптической памяти сверхбольшой емкости, высокая оценка рецензента: «Это прорывная инновация в технологии оптической памяти на уровне Pb...» «По сравнению с другими существующими технологиями , эта технология обеспечивает самую высокую плотность поверхности оптического хранилища с точки зрения производительности...""Результаты исследования могут привести к прорыву в хранении архивных данных в центрах обработки данных, решая проблемы технологий хранения, связанные с большой емкостью и энергосбережением...".
Все, от оптической микроскопии до технологий хранения оптических данных, ограничено пределом оптической дифракции. Среди 125 самых передовых научных задач в мире, опубликованных журналом Science в 2021 году, нарушение дифракционного предела стоит еще выше в области физики. Успешная разработка этого оптического диска сверхвысокого разрешения решает эту физическую проблему как при записи, так и при чтении информации, что поможет Китаю прорваться через ключевые базовые технологии в области хранения данных и сыграет важную роль в цифровой экономике больших данных. удовлетворить основные потребности в сфере информационной индустрии.
В будущем исследовательская группа ускорит оригинальные инновации и исследования ключевых технологий, будет способствовать интеграции и индустриализации оптических хранилищ сверхбольшой емкости, а также расширит их перекрестное применение в области оптического микроизображения, оптического дисплея, оптических систем. обработки информации, чтобы производить все более и более превосходные инновационные результаты.
Исследовательская работа поддерживается крупными проектами Шанхайской комиссии по науке и технологиям и Национальной ключевой программой исследований и разработок.

Рис. 1. Принципиальная схема подготовки оптического диска Pb-класса и режима чтения/записи.

Рис. 2. Результаты записи информации сверхвысокого разрешения

Рисунок 3 100-результаты восстановления записи слоя и декодирования двоичного кода

Рисунок 4. Физическая фотография оптического диска.