第2期(总 第13期)
2001年9月
中 国 计 量 学 院 学 报J OURNAL OF CHIN A INST ITU TE OF M ETROLOGY №.2(Sep.13)Ma r.2001 【文章编号】 1004-1540(2001)02-0006-07
【收稿日期】 2001-04-09
【作者简介】 金国藩(1929-),男,浙江绍兴人,教授,中国工程院院士、国家教育部科技委副主任,目前所从事的科学研究为计算全息,二元光学,光计算.超高密度光存储技术的现状和今后的发展
金国藩,张培琨
(清华大学精仪系光电工程研究所,北京 100084)
【摘 要】 文章综述了光存储领域的研究进展,主要包括体全息存储、近场光学存储和双光子双稳态存
储技术.在介绍各种存储技术发展现状的同时,分析了各自的优势和存在的问题.从整个光存储学科发
展的角度给出了未来的趋势.
【关键词】 光存储;体全息;近场光学;双光子
【中图分类号】 T N 29;O438 【文献标识码】 A
1 信息时代的光学存储
21世纪人类进入信息社会,知识经济成为推动社会进步,促进科技发展的强大动力,信息存储、传输与处理是提高社会整体发展水平最重要的保障条件之一.全球的信息量今后几年会以更快的速度增长.由于信息的多媒体化,人们需要处理的不仅是数据、文字、声音、图像,而且是活动图像和高清晰的图像等.一页A 4文件为2KB (千字节),而一张A 4彩色照片就占5M B (兆字节),放一分钟广播级的FMV 就要占40M B,可见信息量与日俱增.在信息技术的几个环节(获取、传输、存储、显示、处理)中,信息存储是关键.20世纪80年代到90年代,人们最关心的是信息处理,即如何提高计算机芯片的处理速率和效率,全球掀起的计算机主处理器竞争已使本世纪可达1GHz 的处理速度;随后通信网络的掀起及数据共享和通信使人们认识了网络时代的到来;面对21世纪,人们又在考虑如何有效地存储和管理越来越多的数据和如何应用这些数据,信息存储空间日益拥挤,信息数据的采集和数据管理体系的复杂性越来越高,以及网络的普及,导致21世纪信息技术的浪潮将在存储领域兴起.
光信息存储(简称光存储)作为继磁存储之后新兴起的重要信息存储技术(目前以光盘为代表的光学数字数据存储技术)已成为现代信息社会中不可缺少的信息载体.与磁存储技术相比,现有的光盘存储技术具有许多特点:(1)数据存储密度高、容量大、携带方便.目前普通的á120mm 的光盘能存储650M B,是硬磁盘的几十倍,软盘的几百倍.(2)寿命长、功能多.在常温环境下数据保存寿命在100年以上,且可根据用途采用不同介质制成只读型、一次写入型或可擦除型等不同功能的光盘.(3)非接触式读/写和擦.(4)信息的载噪比高,光盘的载噪比可达50dB 以上.(5)生产成本低廉、数据复制工艺简单、效率高.
以CD 系列为代表的第一代光盘技术产品的存储容量仍为十年前的650M B;第二代DVD 系列的单面双层存储容量为8.5GB,盘容量为17GB [1]
;2000年日本Sony 公司采用兰光激光器实现单面存储容量达25GB 的高密度DVR 已见报道[2].尽管如此,作为计算机科学中的关键研究领域
的高密度数据存储,为了满足预计到2005年新型网络系统和第三代多媒体出现时计算机外部存储容量至少应为100GB ,数据传输率至少为50M B /s 的需求,则必须运用新原理,启用新材料才有可能研究出新一代超高密度、超快速存储系统
.
图1 时代对信息存储量的要求
图2 光存储的未来发展趋势
实际上,各发达国家都已投入了大量人力财力开展超高密度、超快速数据存储方面的研究.尽管人们在开展各式各样的高密度存储研究,但一致看好短期有实用前景的存储方法主要集中在三维体全息、近场光学存储、双光子效应存储等方面.美国Jet Pro pulsion 实验室、Rockw ell 科学中心、Stanford 大学、亚利桑那大学光学中心、Carnegie Mello n 大学数据存储系统中心、IBM 、AT &T 、NIST ,日本松下、NT T 、SONY 、SEIKO 等研究机构都在开展三维体全息、近场光学存储、双光子效应存储等方面的研究.我国也将这方面的研究列入了国家重点基础研究发展规划(973)项目中,以便跟上国际高新技术发展的步伐并获得自主的知识产权
.
图3 由于激光波长的减小和物镜数值孔
径的增大,DV D 盘面的坑点尺寸可
以减小而提高了DV D
的存储密度图4 体全息存储原理图
2 光学体全息存储的发展现状
光学体全息存储是超高密度存储最重要的研究领域之一.早在1963年美国科学家Pieter J.van Heerden 就曾提出利用全息术进行数据存储的概念[3]
,起初由于缺少合适的记录材料以及当时的光学及光电子元器件技术还不成熟,因而在随后很长一段时间内,体全息存储的研究工作进展很小.目前,随着计算机科学和现代信息处理技术的不断发展,一方面,对于具有大容量、高传输率、可快速存取的数据存储系统提出了日益迫切的要求,另一方面,随着新型优良全息记录材料(如光折7 第2期金国藩,等:超高密度光存储技术的现状和今后的发展
8中 国 计 量 学 院 学 报2001年
变晶体和光聚合物)的研制出现以及相关元器件,如高密度空间光调制器(SLM)和CCD光电探测阵列制造技术的不断进步,可满足各种实际应用要求的体全息数据存储系统正逐步成为可能,人们对体全息存储的兴趣又重新高涨起来.一般的光学体全息数据存储基理可简单描述为:待存储的数据(数字或模拟)经空间光调制器(SLM)被调制到信号光上,形成一二维信息页,然后与参考光在记录介质中干涉形成体全息图并被介质记录,利用体全息图的布拉格选择性,改变参考光的入射角度或波长以实现多重存储.
1991年加州理工学院(CIT)的F.H.M ok等人[4]在1立方厘米掺铁铌酸锂晶体中存储并高保真地再现了500幅高分辨率军用车辆全息图成为再度掀起体全息存储技术研究热潮的标志.1994年斯坦福大学Hesselink领导的研究小组把数字化的压缩图像和视频数据存储在全息存储器中,图像质量无显着下降[5].1995年由美国政府和工业部门主持,投资约7000万美元,实施了光折变信息存储材料(PRISM)项目和全息数据存储系统(HDSS)项目,预期在5年内开发出具有容量为1万亿位数据、存取速率为每秒1000MB的一次写入或可重复写入的全息数据存取系统.1997年CIT的Allen Pu和D.Psaltis使用球面参考光通过移位复用在1mm厚的掺铁铌酸锂晶体上获得面密度为100bits/L m2的体全息存储[6];1998年Bell实验室的K.Curtis等利用相关复用技术(Cor relation M utiplex ing)在掺铁铌酸锂中的存储面密度超过了350bits/L m2[7].1999年D.Psaltis 等人又在铌酸锂晶体中记录了160,000幅全息图;H.J.Eichler(Berlin Technical U niversity,Ger-many)提出采用微全息盘式存储方案,使用1微米光腰的激光采用10个波长复用以及16个角度复用可以在CD大小的盘上两层共存储100Gby te的容量[8].以上研究结果表明体全息存储面密度至少能达到几百bits/L m2,而现有的二层四面的DVD总的面密度也仅近似为20bits/L m2.显然,体全息存储可使存储容量较目前光盘呈数量级地提高.在克服光折变晶体固有的读写时已有存储信息被部分擦除的缺点方面,研究焦点集中在光致聚合物全息存储和双光子无挥发双掺光折变晶体的全息存储上.2000年A.Adibi和D.Psaltis等用紫外和红光在双掺锰和铁的铌酸锂晶体上实现了无挥发全息存储[9].
我国在光折变非线性光学材料与效应的基础研究中也已取得许多成果,非线性光学晶体生长技术在国际上取得较高的地位.1998年以来清华大学相继完成单一公共体积中存储1000幅[10],动态散斑全息存储[11]及系统小型化的研究;、北京工业大学实现了盘式单轨2000幅和盘式多轨10000幅全息图像存储的验证性实验[12].
光学体全息数据存储具有如下几个显着特征:
(1)数据冗余度高:信息是以全息图的形式存储在一定的扩展体积内,因而具有高度的冗余性.在传统的磁盘或光盘存储中,每一数据比特占据一定的空间位置,当存储密度增大,存储介质的缺陷尺寸与数据单元大小相当时,必将引起对应数据丢失,而对全息存储来说,缺陷只会使得所有的信号强度降低,而不致引起数据丢失.
(2)数据并行传输:信息以页为单位,并行读写,因而可具有极高的数据传输率,其极限值将主要由I/O器件(SLM及CCD)来决定.目前多信道CCD探测阵列的运行速度已可达128M Hz,采用巨并行探测阵列的全息存储系统的数据传输率将有望达1Gbyte/s[13].
(3)存储密度高:利用体全息图的布拉格选择性或其它选择特性,可在同一存储体积内多重存储很多全息图,因而系统的有效存储密度很高.存储密度的理论极限值为1/K3,其中(为光波波长,在可见光谱区中,该值约为1012bits/cm3.现已发展了多种复用存储技术,例如,1991年C.Denz等采用相位编码复用技术[14]、1992年A.Yariv等采用波长复用技术[15]、1993年F.H.Mo k采用角度复用技术[16]、D.Psaltis等1995年采用移位复用技术[17]、1996年C.C.Sun等采用随机相位编码复用技术[18]以及随后其它不同的混合复用技术分别实现了多重全息存储.
(4)寻址速度快:参考光可采用声光、电光等非机械式寻址方式,因而系统的寻址速度很快,数据访问时间可降至亚毫秒范围或更低.例如,美国Ro ckw ell 于2000年提出的两种分别存储100MB 和1GB 的系统都是利用声光调制器来实现小于50L s 的寻址功能[19],而传统磁盘系统的机械寻址需要10m s.
(5)具有关联寻址功能:对于块状角度复用体全息存储,如果在读出时不用参考光而改由物光中的某幅图像(或其部分)照射公共体积内由角度多重法存储的多重全息图,那么将会读出一系列不同方向的“参考光”,各光的强度大小代表对应存储图像与输入图像之间的相似程度,利用此关联特性,可以实现内容寻址操作,该功能对基于图像相关运算的快速目标识别(如原Holoplex 公司利用体全息存储技术已做成一种高速“全息指纹识别系统”,其样机存储1,000幅指纹图像,在一秒钟内便可完成输入指纹与所有存储内容的快速准确比较[5];清华大学建立了基于体全息存储的快速人脸识别光电混合系统,在1秒内实现200幅人脸快速识别[20-22]
)、自动导航(如CIT 的D.Psaltis 利用体全息存储器特有的内容关联存储特性,构成的快速车辆导航系统[5])、卫星星图匹配定位、大型数据库的检索与管理等应用十分重要.
目前制约体全息存储的关键仍在于获取合适的存储记录材料
.图5 探针型近场存储
图6 超分辨率近场结构存储
3
近场光学存储的发展现状
图7 固体源没透镜近场存储近场光学存储是超高密度光存储的另一重要研
究领域.基于超衍射分辨的近场光学原理和方法的
近场存储将可能使存储密度提高几个数量级.存储
线宽可以达到10～50nm ,相应的理论存储密度可以
达到1000GB/in 2以上.近场固体浸没透镜(SIL )虽
然只能够得到100nm 左右存储光斑,但存储密度也
提高了十倍,达到40GB/in 2以上.国外所建立已能够进行存取数据操作的实验系统可分为三种:
(1)探针型近场存储,它是将激光束通过直径非常小的孔对存储介质进行记录和读取,当记录介质距小孔相当近,则通过小孔的光便在光盘上形成尺寸与小孔相当的记录点.1996年Hosaka 用这种方法以785nm 的激光在相变介质上获得了60nm 的记录点[23],而经典光学显微镜的衍射受限分辨率约为250nm 左右;1999年贝尔实验室的A.Partovi 小组抛弃传统的光纤探针,采用250nm 大小孔径的微小孔径激光(VSAL ,v er y -sm all -aperture laser )(波长为980nm )获得了250nm 的记录点[24].(2)超分辨率近场结构存储(super-RENS)是在盘片中距记录层20nm 处加掩模层,基于近场9
第2期金国藩,等:超高密度光存储技术的现状和今后的发展
增强效应和近场表面等离子波效应,掩模层在激光照射下产生纳米尺寸隐失场,在近场区域内所产生的光斑直径要小于衍射极限分辨尺寸,从而实现超分辨率的记录点.目前日本的To minag a 利用这种方法已得到81nm 的记录点[25].
(3)固体浸没透镜(Solid Im mersio n Lens,SIL)近场存储,是通过使用高数值孔径的固体浸没透镜来减小读写光斑的直径.SIL 底面和记录介质之间距离保持在近场范围内,聚焦在SIL 底面的光斑通过近场耦合将隐失场光能量传到记录介质中实现高密度的记录,其理论上可获得直径为125nm 的光斑.1999年丰田科技学院的A.Chekanov 等人用SIL 方案在磁光介质上获得了150nm 的记录点[26]
.
国内近场光学的研究大多集中于近场光学成像、近场光学荧光探测等.北京大学曾使用探针式近场光学显微镜系统进行了量子阱、量子线、激光器近场光谱和生物样品成象实验.清华大学建立了近场光学显微镜系统,自制了纳米光纤探针对多种样品进行成象,分辨率达到50～100nm.设计了固体浸没透镜式近场光学超高密度存储系统,同时在进行super -RENS 光盘的研究.中国科技大学对有源和无源光纤探针进行了研究.
近场光学存储的优势突出在读写光斑的减小大大提高存储的面密度和容量,同时可以充分利用已有的相关技术,与现有的光盘存储系统兼容,如硬盘驱动器的空气悬浮技术等而无需另行重新设计开发新的系统.但如何控制高速旋转的记录盘片表面与近场光学读写头间距保持在近场范围是一难题.图8 双光子数据存储实验装置4光学双光子双稳态三维数字记录的发展现状
光学双光子双稳态三维数字记录基本原理是根据两种光子同
时作用于原子时,能使介质的原子中某一特定能级上的电子激发至
另一稳态,并使其光学性能发生变化,所以若使两个光束从两个方
向聚焦至材料的空间同一点时,便可实现三维空间的寻址与写入,
读出.利用材料折射率、吸收度、荧光或电性质的改变来实现存储.
信号由于是荧光读出,在未写入点无荧光,是零背景过程,所以读出
灵敏度很高.由于此反应属于原子对光量子的吸收过程,反应速度
为皮秒级,而最小记录单元,理论上可达到原子级.这种方法能实
现T bits/cm 3的体密度,可达到40MB/s 的传输率.国际上最有代
表性的是美国加州大学San Dieg o 分校及Call &Recall 公司,其
100层的记录方法已见报道.1997年,A.S.Dvo rnikov 等人(Uni-
versity of Califo rnia,U SA.)采用双光束写入、单光束读出的方案,
材料为罗丹明B,制成立方体形状:10×10×10mm 3,存储100层共
1M b ,10000bit /层,信息单元的间距为30L m .写入时,掩膜被Nd :YAG 锁模脉冲(波长1064nm ,脉宽35ps)照射,成像在立方体材料上形成4mm ×4m m 平面.532nm 倍频的激光束变形聚焦成80L m ×5mm 的片状,与立方体内的IR 图像平面对齐,从而记录信息.读出采用200L w 、CW 型、543nm 的He -Ne 激光器[27].
1998年,Y.kaw ata,S.Kaw ata 等人(Osaka Univer sity,Japan)用双光子吸收技术,采用单光束写入、单光束读出方案,在光折变晶体LiNbO 3(10×10mm ×800L m)上进行了三维光学记录.层间距约20L m,信息单元的间距是5L m,记录了7层.写入采用T i:Sapphire 锁模脉冲(波长762nm ,
脉宽130fs ,峰值光强0.4KW /L m 2)和NA =0.85的物镜.读出采用背面光照方式,利用Zernike 相10中 国 计 量 学 院 学 报2001年
衬显微镜,物镜NA =0.75.推测密度为33Gbits /cm 3(1.2×1.8×14.2L m )[28].
1999年,H .E .Pudavar 等人(State U niversity of N ew Yo rk ,)同样采用单光束写入、单光束读出方案,材料为掺杂AF240(2%)光色变分子的有机聚合物(来源于U S Airforce Resear ch Labora-to ry ),结构为多层盘片式.实验存储密度为100Gbits/cm 3(推算依据:层间距10L m,位间距1L m).写入时,采用Ar 离子泵浦的T i :Sapphire 锁模脉冲(波长798nm ,脉宽70fs ,重复频率90MHz ,平均功率200mw ),60×油浸物镜和XYZ 扫描平台.读出时采用同样的激光器,但平均功率低,为10～20m w [29].此外,俄罗斯的N.I.Kor oteev 等人(M osco w State U niversity ),使用NP 光色变分子材料搭建了单光束写入、单光束读出装置.存储材料每层厚1L m,层间距30L m,点间距1.7L m [30].
国内清华大学从1995年开始这一研究,初步建立了针对有机介质的记录物理模型,并完成了对双光子记录介质特性测试专用设备的研制,获国家发明专利.
对于已有的双光子存储方案,我们可以看出:(1)在双光束记录结构中,由于对各自光束的峰值功率要求不太高,可以采用皮秒级的Nd:YAG 锁模脉冲激光器.(2)在单光束记录结构中,由于对光束的峰值功率要求很高,必须采用飞秒级的T i :Sapphire 锁模脉冲激光器.然而,大型和昂贵的飞秒T i :Sapphire 锁模脉冲激光器成为制约双光子存储实用化的一个主要因素.(3)存储体的形状多采用立方体(cube)、或多层盘片结构,且大都采用XYZ 平台寻址.(4)记录信息的读取,普遍采用“共焦显微”系统以及CCD 摄像头.(5)对于光色变材料的信息,可以采用双光子读出或者单光子读出方案.单光子方案易于采用“pag e By pag e ”
的读出系统.但是单光子读出方案的层间窜扰要大于双光子读出方案,因此必须采用“共焦显微”结构.(6)在光色变存储方案中,AF240材料的存储密度可达到100Gbits/cm 3以上.而在光折变材料方案中,由于球差和擦除作用,使在LiNbO3(铌酸锂)晶体中仅能达到33Gbits /cm 3.另外,由于是荧光读出也就对弱信号检测提出更高的要求
.图9 提高光学存储密度不同可行方案
5 超高密度光存储技术的发展趋势
除了上述所种光存储技术外,还有许多其它
存储技术也在发展之中,如光谱烧孔技术(目前其
工作温度要求低温是最主要的障碍)、激光微爆存
储技术和电子俘获存储技术等等.所以这些技术
都是以提高存储容量、密度、可靠性和数据传输率
作是其高密度光存储技术的主要发展目标.只要
是利用光来改变某种稳定物质的物理或化学状态
记录信息的各种方法都属于光存储技术的研究范畴.但从整个学科发展的角度预测,今后高密度光存储技术的主要发展可能着重于:
(1)数字式记录仍是最基本和有效的方式,人们对信息的使用仍然主要基于计算机和网络,各类信息都要数字化.
(2)进一步缩小记录单元是发展高密度光存储的一有效途径.近场超分辨存储就是典型的尝试.随着精密技术及弱信号处理等相关技术的进步,相信信息的记录单元将从目前的分子团逐渐减小到单原子或分子量级.
(3)从目前的二维存储向多维存储发展.所谓的多维包括两方面的含义,一方面是指记录单元空间尺度的多维,即平面存储拓展到三维体存储,已有的努力如双光子多层存储及1999年V.M ar ko v 等(M etr olaser Inc.,California U SA )利用散斑全息实现的多层全息存储等[31];另一方面是指复用维数的多维,例如H .J .Eichler 提出的微全息存储技术就是将传统的光盘存储位用微全11
第2期金国藩,等:超高密度光存储技术的现状和今后的发展
12中 国 计 量 学 院 学 报2001年
息光栅来表示,利用全息的波长或角度选择特性使实际存储复用维数得到增加[9].
(4)并行读写逐步代替串行读写提高数据的读取传输率.并行读写功能是体全息页面存储的一个固有特性,也是体全息存储被普遍重视的原因之一.
(5)改善和发展存储系统的寻址方法,努力实现无机械寻址功能的实用化,从根本上解决目前难以提高随机寻址速度的问题.这方面体全息存储系统中的声光调制寻址和相位编码寻址就是很好的尝试.
(6)光学信息存储同光学信息处理精密结合以提高信息系统整体性能及功能,充分利用光学特性实现信息存储、传输、处理和计算的集成.
【参 考 文 献】
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Optics of applied ultraviolet and extreme ultraviolet
CHEN Xing-dan
(Changchun Inst itute of O ptics,F ine M echanism and P hy sics,
Chinese A cademy of Sciences ,Chang chun 130022,China )
Abstract :This paper intr oduces so me research findings in shor t w avelength o ptics of Chang chun Institute of Optics and Fine mechanism in eighties and nineties of last century.
Key words :ultraviolet ;extreme ultraviolet
(上接第12页)
Trends in reseach on super -high density optical storage
JIN Guo-fan,ZHANG Pei-kun
(State K ey La bo rat or y o f Pr ecision M easur em ent T echno lo gy and Instr ument s
Depar tment o f Pr ecision Instr ument s ,T sing hua U niver sity ,Beijing 100084,China )
Abstract :Nov el optical storage is an indispensable important sto rage technolo gy in mo dern infor-mation society.In this paper,the recent research pro gress in optical storage,including the vol-um e holo graphic storage and near -field optical storage as w ell as tw o -pho to n optical stor ag e ,is review ed.At the same tim e the adv antage and disadv antage o f each storag e technology are ana-lyzed.T he developing tendency on super-hig h density stor ag e is g iv en fro m the point of view of w ho le optical storage .Key words :optical storage ;volume holo gram ;near -field optics ;and tw o -photon 15 第2期陈星旦:应用紫外?极紫外
信息存储发展史 远古信息存储 1.结绳记事 结绳记事是文字发明前，人们所使用的一种记事方法。即在一条绳子上打结，用以记事。上古时期的中国及秘鲁印地安人皆有此习惯，即到近代，一些没有文字的民族，仍然采用结绳记事来传播信息 上古无文字，结绳以记事。《易．系辞下》:"上古结绳而治，后世圣人易之以书契。"孔颖达疏:"结绳者，郑康成注云，事大大结其绳，事小小结其绳，义或然 也。"晋葛洪《抱朴子．钧世》:"若舟车之代步涉，文墨之改结绳，诸后作而善于前事。"后以指上古时代。例如：奇普（Quipu或khipu）是古代印加人的一种结绳记事的方法，用来计数或者记录历史。它是由许多颜色的绳结编成的。这种结绳记事方法已经失传，目前还没有人能够了解其全部含义。结绳记事（计数）：原始社会创始的以绳结形式反映客观经济活动及其数量关系的记录方式。结绳记事（计数）是被原始先民广泛使用的记录方式之一。文献记载：“上古结绳而治，后世圣人易以书契，百官以治，万民以察”（《易·系辞下》）。虽然目前末发现原始先民遗留下的结绳实物，但原始社会绘画遗存中的网纹图、陶器上的绳纹和陶制网坠等实物均提示出先民结网是当时渔猎的主要条件，因此，结绳记事（计数）作为当时的记录方式具有客观基础的。其结绳方法，据古书记载为：“事大，大结其绳；事小，小结其绳，之多少，随物众寡”（《易九家言》），即根据事件的性质、规模或所涉数量的不同结系出不同的绳结。民族学资料表明，近现代有些少数民族仍在采用结绳的方式来记录客观活动 2.甲骨文文字纸张 甲骨文是中国已发现的古代文字中时代最早、体系较为完整的文字。甲骨文主要指殷墟甲骨文，又称为“殷墟文字”、“殷契”，是殷商时代刻在龟甲兽骨上的文字。19世纪末年在殷代都城遗址被今河南安阳小屯发现，继承了陶文的造字方法，是中国商代后期（前14～前11世
研究方向介绍：目前超高密度光存储技术有两个方向，三维体存储和近场光存储。三维体存储包括:体全息数据存储、双光子吸收存储和多层存储.体全息数据存储容量大、寻址快、存储寿命长;双光子吸收存储也属于多层记录存储,存储形式多样。海量存储的另一个研究方向是近场光存储,该技术与传统光存储显著的区别在于:用纳米尺寸的光学探针距记录介质纳米距离实现纳米尺寸光点的记录,从而实现超高密度光存储。 心得体会：本实验室利用金纳米棒实现高密度光存储用的是双光子双稳态存储技术。这种工作方式来源于光致色变，存储介质具有两个吸收带，在波长1的光照射下，介质由状态1完全变到状态2；同样在波长2的光照射下，介质由状态2完全变到状态1。但目前存在以下几种问题：1.读写效率十分低下，实验室环境下读写一次需要大概3天的时间，离真正产业化还很远。2.不同层记录的图像会出现互相串扰的现象。3.读写时需要锁膜脉冲照射，实验条件要求比较严格。但其存储密度或加密性能相比现有技术能有飞跃式的突破。 阅读文献:Five-dimensional optical recording mediated bysurface plasmons in gold nanorods 文献笔记：多路复用光存储提供了一个非平行的尝试(可寻址的多层储存)来增加信息存储密度（可超过1 Tbit/cm3）。尽管波长，极性和空间维度都被用于多路复用，这些尝试从来没有被整合成一个单独的技术使其能从量级上增加信息储存度。该技术主要的障碍是缺乏能在波长极性和空间维度（也就是提供正交的五维）中有很好选择性的合适存储媒介。但该小组提出用金纳米棒的表面等离子共振现象（SPR）来探索实现五维光学存储的可能。纵向SPR具有优秀的波长和偏振敏感性，而光热存储机制提供轴向选择性需要不同的能量阈值。这种记录方式使用纵向SPR调制双光子荧光，它拥有相比常见的线性检测机制的一种增强的波长和角度选择性。结合高截面双光子荧光，这能实现非破坏性，无杂讯的读取。这种技术能被用于光学图像，加密和高密度数据存储。 研究方向介绍：太赫兹波适用于电磁辐射的毫米波波段的高频边缘之间的频率，300 gigahertz (3×1011Hz），和低频率的远红外光带边缘，3000 GHz (3×1012 Hz）。对应的波长的辐射在该频带范围从1mm 到0.1mm（或100μm）。物质的太赫兹光谱（包括透射谱和反射谱）包含着非常丰富的物理和化学信息，所以研究物质在该波段的光谱对于物质结构的探索具有重要意义；其次是因为太赫兹脉冲光源与传统光源相比具有很多独特的性质。但太赫兹辐射被大气层强烈的吸收，限制了通信距离。 阅读文献:Terahertz field enhancement by a metallic nano slit operating beyond the skin-depth limit 文献笔记：金属特殊的光学性质是很多领域研究应用的核心，包括等离子体和超材料。一个重要的超材料 文献笔记：该小组使用飞秒激光伴以合适的功率和速度扫描硅晶片的表面来形成一维和二维的阵列孔。其潜在的物理机制被通过基于有限不同时域技术的数值分析来披露。最初形成的光栅的长度和深度对一维和二维的阵列孔的形成有重要的影响。在硅表面有这些纳米孔的阵列能让其展现不同的结构颜色，由于其通过小孔高效的衍射白光。
2019年，第46卷，第3期Editorial 光存储技术与未来发展 ——专题导读 大数据时代对海量数据的长效低成本存储提出了更高的要求。但是，目前主流的数据保存方法，如磁盘、磁带和固态硬盘等，都存在维护成本高、电力消耗大、记录密度低、保存时间短、读取速度慢等问题。面对如此巨大的数据存储量，现有存储方式在低成本、长寿命等方面逐渐显露出问题的端倪。因此，迫切需要一种新型的存储技术，以弥补现有存储方式的不足。 以CD、DVD和BD光盘为代表的传统光存储技术，在保持数据时具有低成本和长寿命等优点，从上世纪八十年代开始发展至今，已经普及到各家各户。近些年，由于网络传送速度的提高，经历了数代进步的光盘市场逐渐变得萧条起来。但是，面对大数据时代对长期低耗保存的需求，光存储技术又迎来了它的春天。目前，传统光盘存储技术已经广泛应用到数据存储行业，以全息、多维变量和超分辨等为代表的新型光存储技术也在渐渐完善和发展，有些已接近于产业化。《光存储技术发展现状及展望》综述了各种光存储技术；在全息光存储方面，《光全息数据存储——新发展时机已至》概括了全息光存储技术的沿革和现状，《相位调制的同轴全息存储》综述了全息光存储在增加一维相位调制变量之后提高记录密度的有效方法，《应用于高密度存储的偏光全息技术研究进展》介绍了利用偏振这一维调制变量进一步提高全息存储记录密度的方法，《面向体全息存储技术的光致聚合物材料研究进展》着重回顾了全息存储材料的研究现状和未来发展趋势；除了全息光存储利用相位和偏振增加调制维度外，利用三维空间、波长和偏振的五维调制方式可通过《基于无序金纳米棒编码的多维光信息存储》和《大容量光存储的维度扩展》两篇文章来了解；除此之外采用双光束实现超分辨光存储的技术也是近年研究的热点，《超分辨光存储研究进展》和《面向产业化应用的双光束超分辨数据存储技术》是这一领域的两篇代表性文章。最后我们还选择了四篇研究论文：《一种基于信息物理集成的光盘自动标识系统》介绍了光盘存储系统中对批量光盘自动标识的系统，《一种用于光盘数据存储的冗余恢复码纠错方法》介绍了一种针对蓝光光盘数据存储的数据进行纠错恢复的方法，《全息掺杂光致聚合物的吸收光谱定量化分析》介绍了近期热门的掺杂光致聚合物的分析方法，《GdFeCo材料全光磁反转的微观三温度模型研究》介绍了磁光存储的新进展，为快速、大面积超快激光诱导的全光磁反转提供了有效手段。 希望此次推出的“光存储技术与未来发展”专题，通过综述目前支撑光存储技术发展的核心技术基础，展现创新的光存储技术，探讨未来光存储技术的发展趋势，为广大同行在研究未来光存储技术的物理机制，开发相应存储材料的时候，能够起到抛砖引玉之功效，更新我们对存储认知的传统观念，为光存储领域的发展带来新的进步。同时，推动这门古老技术的更新换代，开拓新型存储技术市场，确保我们的数据财富能够长久安全地保存下去。 最后需要说明的是，文中对技术的评价和未来预测等观点纯属作者个人之认知，不代表本刊编辑的观点。 专题特邀组稿人： 福建师范大学谭小地教授 华中科技大学谢长生教授 暨南大学李向平教授
国内光通信产业发展现状分析 一、光电线缆及光器件发展成就 中投顾问在《2017-2021 年光通信行业深度调研及投资前景预测报告》中指出，2011-2015 年，我国光电线缆及光器件行业企业紧跟国家发展战略部署，围绕创新驱动、转型发展作出了艰苦努力，取得令人鼓舞的成绩。截止十二五末，行业企业完成工业产值同比增加26%。对国家的税收贡献达900.07 亿。行业31 家上市公司的总销售规模达到2205.78 亿人民币。占整个产业比例41.3%。产业资本边界清晰，以民营+上市为主的格局基本形成。产业结构不断优化，光纤预制棒、光纤光缆、光器件、战略新兴产业和传统的同轴电缆、数据电缆、铁路信号电缆、高频电子线缆组件等五大产业格局市场竞争能力不断提高。 我国光纤预制棒、光纤、光缆产品，光纤预制棒十二五末打破国外垄断国产化率由不到30%提高至约80%，预制棒技术实现了群体突破，国内总的预制棒产能超过5000 吨。已成功开发出了自主知识产权的光纤预制棒制造设备。总规模已达935 亿人民币。光纤、光缆产能充足，供应全球市场份额的一半以上。光纤、光缆的产能分别是2.4 亿公里和2.8 亿芯公里。企业总数达150 家以上，其中规模较大的光缆企业在40 家左右，能同时生产光纤、光缆的企业在20 家左右，光纤预制棒、光纤及光缆一体化的企业有10 家左右。已经成为全球光纤光缆第一产能大国，同时一些领军企业已经进入了国际领先行列。实现了光纤拉丝成套设备国产化，而且部分光纤拉丝成套设备开始销售到海外。生产OPGW、OPPC 和海光缆等光单元用的焊管生产线基本实现国产化。该产业集群十二五未共完成销售收入1330.63 亿人民币，占
中国光纤通信技术的现状及未来 光纤通信是我国高新技术中与国际差距较小的领域之一。光纤通信由于其具有的一系列特点, 使其在传输平台中居于十分重要的地位。虽然目前移动通信, 甚至卫星移动通信的热浪再现高波,但 Telecom99的展示说明,光纤通信仍然是最主要的传输手段。在北美,信息量的 80%以上是通过光纤网来传输的。在我国光纤通信也得到广泛的应用,全国通信网的传输光纤化比例已高达 82%。光纤通信技术的应用基本达到国际同类水平,自主开发的光纤通信产品也比较接近国际同类产品水平, 但实验室的研究水平还有一定的差距。本文扼要回顾我国光通信走过的历程, 并从光纤光缆、光器件、光传输设备和系统等几方面介绍光通信的研发、应用现状, 展望光通信在我国的应用前景, 将激励我们为振兴我国光通信民族产业做出更大的贡献。 1 我国光通信历程的回顾 我国的光通信起步较早, 70年代初就开始了大气传输光通信的研究,随之又进行光纤和光电器件的研究,自 1977年初,研制出第一根石英光纤起,跨过一道道难关,取得了一个又一个零的突破。如今回顾起来,所经历的“里程碑”依然历历在目: 1977年,第一根短波长 (0. 85mm 阶跃型石英光纤问世,长度为 17m ,衰减系数为300dB/km。 研制出 Si-APD 。 1978年,阶跃光纤的衰减降至 5dB/km。 研制出短波长多模梯度光纤,即 G .651光纤。 研制出 GaAs-LD 。 1979年,研制出多模长波长光纤,衰减为 1dB/km。 建成 5.7km 、 8Mb/s光通信系统试验段。
1980年, 1300nm 窗口衰减降至 0.48dB/km, 1550nm 窗口衰减 为 0.29dB/km。 研制出短波长用的 GaAlAs-LD 。 1981年,研制出长波长用的 InGaAsP-LD 和 PIN 探测器。 多模光纤活动连接器进入实用。 研制出 34Mb/s光传输设备。 1982年,研制成功长波长用的激光器组件和探测器组件 (PIN-FET。 研制出光合波分波器、光耦合器、光衰减器、滤光器等无源器件。 研制出 140Mb/s光传输设备。 1984年,武汉、天津 34Mb/s市话中继光传输系统工程建成 (多模。 1985年,研制出 1300nm 单模光纤,衰减达 0.40dB/km。 1986年,研制出动态单纵模激光器。 1988年,全长 245km 的武汉椌V輻沙市 34Mb/s多模光缆通信系统工程通过邮电部鉴定验收。 扬州——高邮 4Mb/s单模光缆通信系统工程通过邮电部鉴定验收。 1989年,汉阳——汉南 40Mb/s单模光传输系统工程通过邮电部鉴定验收。 1990年, 研制出 G .652标准单模光纤, 最小衰减达 0.35dB/km。到 1992年降至0.26dB/km。成功地研制出 1550nm 分布反馈激光器 (DFB-LD。 1991年,研制出 G .653色散位移光纤。最小衰减达 0.22dB/km。
存储技术应用现状调查 摘要在如今的存储市场上，有大量可供选择的技术。而且人们根据这些不同的选项可以作出很多不同的决定。有三个比较全面的存储选项值得你考虑：直连存储（DAS）、网络直连存储（NAS）、和存储区域网络（SAN）。正如你所期望的，每个选项都会满足特定的需要，并且每个选项都会有自己的优点和缺点，在作出决定之前你需要权衡一下利弊。 关键词直连存储；网络直连存储；存储区域网络 1.存储技术的介绍 1.1直连存储 在DAS(Direct Attached Storage)方式中，存储设备是通过电缆直接到服务器的。I/O(输入/输出)请求直接发送到存储设备。对于多个服务器或多台PC的环境，使用DAS方式设备的初始费用可能比较低，可是这种连接方式下，每台PC或服务器单独拥有自己的存储磁盘，容量的再分配困难；对于整个环境下的存储系统管理，工作烦琐而重复，没有集中管理解决方案。所以整体的拥有成本(TCO)较高。 任何曾经接触过服务器的人都会对DAS比较熟悉。DAS是一种将存储介质直接安装在服务器上或者安装在服务器外的存储方式。例如，将存储介质连接到服
务器的外部SCSI通道上也可以认为是一种直连存储方式。 DAS已经存在了很长时间，并且在很多情况下仍然是一种不错的存储选择。由于这种存储方式在磁盘系统和服务器之间具有很快的传输速率，因此，虽然在一些部门中一些新的SAN 设备已经开始取代DAS，但是在要求快速磁盘访问的情况下，DAS仍然是一种理想的选择。更进一步地，在DAS环境中，运转大多数的应用程序都不会存在问题，所以你没有必要担心应用程序问题，从而可以将注意力集中于其他可能会导致问题的领域。然而，DAS并不是总是具有美好的一面。首要的一个问题是IT经理必须要经常面对所谓的"空间问题"问题，这些问题需要考虑以下常见的方面：对于一个新的服务器，我需要多少存储空间？如果物资不充沛但需要增加空间时我应该如何做？目前市场上的一些选项可以帮助你减轻与这些问题相关的存储负担，但是不管怎样，你也需要对这种存储方式进行一次较好的评估，否则的话，你对存储所做的扩展将只是一个没有预测的表面上的需要。另外，你还需要管理几乎所有基于服务器的DAS系统，这意味着你需要在适当的位置上有一个监控服务器上每个物理单元的磁盘使用率工具。大多数的IT经理都不希望其磁盘空间在工作日的中间出现不够用的情况。在很多情况下，DAS是一种理想的选择：如果你的存储系统中需要快速访问，但是公司目前还不能接受最新的SAN技术的价格时或者SAN技术在你的公司中还不是一种必要的技术时，这是一种理想的选择。对于那些对成本非常敏感的客户来说，在很长一段时间内，DAS将仍然是一种比较便宜的存储机制。当然，这是在只考虑硬件物理介质成本的情况下才有这种结论。如果与其他的技术进行一个全面的比较--考虑到管理开销和存储效率等方面的因素的话，你就会发现，DAS将不再占有绝对的优势。对于那些非常小的不再需要其他存储介质的环境来说，这也是一种理想的选择。 1.2网络直连存储 NAS(Network Attached Storage)是一种将分布、独立的数据整合为大型、集中化管理的数据中心，以便于对不同主机和应用服务器进行访问的技术。它是一种专用数据存储服务器。它以数据为中心，将存储设备与服务器彻底分离，集中管理数据，从而释放带宽、提高性能、降低总拥有成本、保护投资。其成本远远低于使用服务器存储，而效率却远远高于后者。
光存储技术和微缩胶片技术各自优缺点及其应用领域 班级：计算机072 学号：072523 姓名：吴磊 摘要：光存储技术和微缩胶片技术作为多媒体存储技术的重要组成部分，分别在不同的领域里发挥着不可替代的作用，但不可避免的两者都有一定的优缺点，随着数字时代的快速发展，多媒体存储技术的格局也必将为之发生改变。 引言 近几年来,信息存储技术飞速发展,各种曾经是高不可攀的存储设备,如高容量硬盘、可擦写CD以及磁光盘(MO)等,其价格都在大幅度下降。存储设备价格的普遍下滑给很多人带来一种困惑:多媒体存储技术的未来之路到底指向何方？飞速发展且日趋成熟的光存储技术与传统的微缩胶片技术究竟孰优孰劣？ 作为经典的电子信息存储技术,磁带已经被人们使用几十年了。随着硬盘、可擦写C D、MO等技术的发展,磁带技术会不会有朝一日被淘汰出局,与古老的结绳记事一样永远地成为历史呢? 从整体来看,信息存储全貌就象是一个金字塔,根据性能与价格的不同,包括几个技术层次(需要注意的是,我们这里所指的"性能"只是指数据的存取速度,并不包括该技术可靠性、可管理性等其它方面)。位于金字塔最底层的就是微缩胶片技术。微缩胶片所能提供的存储空间是十分有限的, 而且现今人们需要存储的不仅仅是文字信息,还包括声音、动画等多媒体信息。很显然,微缩胶片在这方面是无能为力的。相比之下光存储技术很好的实现了这一多媒体时代的要求，满足了使用者对除了简单的文字信息之外的多媒体信息的存储传播和使用。 光存储技术是采用激光照射介质，激光与介质相互作用，导致介质的性质发生变化而将信息存储下来的。读出信息是用激光扫描介质，识别出存储单元性质的变化。在实际操作中，通常都是以二进制数据形式存储信息的，所以首先要将信息转化为二进制数据。写入时，将主机送来的数据编码，然后送入光调制器，这样激光源就输出强度不同的光束。 伴随信息资源的数字化和信息量的迅猛增长，对存储器的存储密度、存取速率及存储寿命的要求不断提高。在这种情况下，光存储技术应运而生。多媒体应用系统存储的信息包括文本、图形、图象、动画视频影象和声音等多种媒体信息。这些媒体信息的信息量特别大，经数字化后，它们要求占用巨大的存储空间。传统的磁存储方式和设备存在着一定的限制，光存储技术的的发展则为多媒体信息的存储提供了新的方法和若干技术保证。光存储技术具有存储密度高、存储寿命长、非接触式读写和檫出、信息的信噪比高、信息位的价格低，检索方便等优点。而微缩胶片是数码相机时代之前的当代科技产物，人类利用胶卷摄影技术，复制书籍、报纸、杂志等出版物上的文字和图片之类，汇集制作为一个小胶片。该胶片有16-mm和35-mm两种型号。因为以当时的科技极限，微缩胶片比原物可以保存较长的时间，便于查阅，方便分类。及在以后的电子化过程中占有绝对的优势。此种方法大量的应用于以前的图书馆、档案馆等机构中。在一片数字革命浪潮过后，缩微保存需要长期保持为一个高度受重视和保护的地位。缩微胶片能保持经久不衰，是因为它的实践性。不同于数字时代，缩微胶片是一个几乎静态的技术，它是通过精心设计的国家级标准产品。当创建和存储根据这些标准做成的缩微胶片后，它们拥有500年的寿命。还值得一提的是，数字数据需要系统的使用一个复杂的检索访问他们需要的信息，而缩微胶卷（即缩微胶片和缩微胶片）对信息的读取则相对简单得多。 缩微胶片现在仍然是最普遍被接受的档案格式。由于它具备很好的可读性，可以被大多数人使用。35mm缩微胶片的使用提高了微小的文件的清晰程度。现在微缩胶片还被一些人认为是保存文档材料的最完美的媒介。除此之外它还有以下优点： 1．通过微缩胶片缩微档案文献收藏是较经济的方式。
光纤通信技术的现状及前景 摘要：近年来，光纤通信技术得到了长足的发展，新技术不断涌现，这大幅提高了通信能力，并使光纤通信的应用范围不断扩大。 关键词：光纤通信传输发展 引言 光纤通信是利用光作为信息载体、以光纤作为传输的通信方式。在光纤通信系统中,作为载波的光波频率比电波的频率高得多,而作为传输介质的光纤又比同轴电缆或导波管的损耗低得多,所以说光纤通信的容量要比微波通信大几十倍。光纤是用玻璃材料构造的,它是电气绝缘体,因而不需要担心接地回路,光纤之间的串绕非常小；光波在光纤中传输,不会因为光信号泄漏而担心传输的信息被人窃听；光纤的芯很细,由多芯组成光缆的直径也很小,所以用光缆作为传输信道,使传输系统所占空间小,解决了地下管道拥挤的问题。 自光纤通信问世以来，整个通信领域发生了革命性变化，它使高速率、大容量的通信成为可能。由于光纤通信具有损耗低、传输频带宽、容量大、体积小、重量轻、抗电磁干扰、不易串音等优点而备受业内人士的青睐，发展非常迅速。光纤通信系统的传输容量从1980～2000年2O年间增加了近10000倍，传输速度在过去的1O年中提高了约100倍。目前我国长途传输网的光纤化比例已超过80％，预计到2010年，全国光缆建设总长度将再增加约105km，并且将有11个大城市铺设10G以上的大容量光纤通信网络。 1.光纤通信技术的现状 光纤通信的发展依赖于光纤通信技术的进步。近年来，光纤通信技术得到了长足的发展，新技术不断涌现，这大幅提高了通信能力，并使光纤通信的应用范围不断扩大。 1.1波分复用技术 波分复用(WDM，Wavelength Division Multiplexing)技术可以充分利用单模光纤低损耗区带来的巨大带宽资源，根据每一信道光波的频率或波长不同将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道。把光波作为信号的载波，在发送端采用波分复用器(合波器)将不同规定波长的信号光载波合并起来送人l根光纤进行传输。在接收端，再用1个波分复用器(分波器)将这些不同波长承载不同信号的光载波分开的复用方式。由于不同波长的光载波信号可以看作互相独立(不考虑光纤非线性时)，从而在1根光纤中可实现多路光信号的复用传输。 DWDM系统除了波长数和传输容量不断增加外，光传输距离也从约600km大幅扩展至2000km 以上。 1.2 宽带放大器技术 进一步提高传输容量、增大光放大器带宽的方法有掺饵氟化物光纤放大器、碲化物光纤放大器、控制掺饵光纤放大器与普通的EDFA组合、拉曼光纤放大器。 1.3 色散补偿技术 对高速信道来说,在1 5 5 0 n m 波段约18p s ( mmok m) 的色散将导致冲展宽而引起误码, 限制高速信号长距离传输。对采用常规光纤的10Gb i t / s 系统来说,色散限制仅仅为5 0 k m。因此,长距离传输中必须采用色散补偿技术。 1.4 孤子WDM传输技术 超大容量传输系统中,色散是限制传输距离和容量的一个主要因素。在高速光纤通信系统中，使用孤子传输技术的好处是可以利用光纤本身的非线性来平衡光纤的色散,因而可以显著增加无中继传输距离。 1.5光纤接入技术 光纤接入网是信息高速公路的“最后一公里”。实现信息传输的高速化，满足大众的需求，
光通信的历史、现状、发展趋势 06007235 方云龙光通信的历史： 原始形式的光通信是通过中国古代的“烽火台”报警，欧洲人用旗语传送信息。1880年，美国人贝尔(Bell)发明了用光波作载波传送话音的“光电话”。贝尔光电话是现代光通信的雏型。 1960年，美国人梅曼(Maiman)发明了第一台红宝石激光器，给光通信带来了新的希望。激光器的发明和应用，使沉睡了80年的光通信进入一个崭新的阶段。 1966年，英籍华裔学者高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤(Optical Fiber)进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光通信——光纤通信的基础。通过“原材料的提纯制造出适合于长距离通信使用的低损耗光纤”这一发展方向。 1970年，美国康宁(Corning)公司研制成功损耗20dB/km的石英光纤。把光纤通信的研究开发推向一个新阶段。 1973 年，美国贝尔(Bell)实验室的光纤损耗降低到2.5dB/km。1974 年降低到1.1dB/km。 1976 年，日本电报电话(NTT)公司将光纤损耗降低到0.47 dB/km(波长1.2μm)。在以后的10 年中，波长为1.55 μm的光纤损耗：1979 年是0.20 dB/km，1984年是0.157 dB/km，1986 年是0.154 dB/km，接近了光纤最低损耗的理论极限。 1970年，美国贝尔实验室、日本电气公司(NEC)和前苏联先后，研制成功室温下连续振荡的镓铝砷(GaAlAs)双异质结半导体激光器(短波长)。虽然寿命只有几个小时，但它为半导体激光器的发展奠定了基础。1977 年，贝尔实验室研制的半导体激光器寿命达到10万小时。1979年美国电报电话(AT&T)公司和日本电报电话公司研制成功发射波长为1.55 μm的连续振荡半导体激光器。 1976 年，美国在亚特兰大(Atlanta)进行了世界上第一个实用光纤通信系统的现场试验。1980 年，美国标准化FT - 3光纤通信系统投入商业应用。 1976 年和1978 年，日本先后进行了速率为34 Mb/s的突变型多模光纤通信系统，以及速率为100 Mb/s的渐变型多模光纤通信系统的试验。1983年敷设了纵贯日本南北的光缆长途干线。 随后，由美、日、英、法发起的第一条横跨大西洋TAT-8海底光缆通信系统于1988年建成。第一条横跨太平洋TPC-3/HAW-4 海底光缆通信系统于1989年建成。从此，海底光缆通信系统的建设得到了全面展开，促进了全球通信网的发展。 现状： 目前国内光纤光缆的生产能力过剩，供大于求。特种光纤如FTTH（光纤到户）用光纤仍需进口，但总量不大，国内生产光纤光缆价格与国际市场没有差别，成本无法再降，已经是零利润，在国际市场没有太强竞争力，出口量很小。二十年来的光技术的两个主要发展，WDM（Wavelength Division Multiplexing：波分复用）和PON（Passive Optical Network：无源光纤网络），这两个已经相对比较成熟。 今天，40Gbps的光通信系统得到广泛商用。作为新一代光网络的领军技术，40G商用大门的开启，满足日益增长的带宽需求同时，还为ROADM、先进光调制技术、超强EFC等新技术的应用赢得了市场发展空间，并为全光网的演进、升级创造了条件。不过，这只是40Gbps的一个开始，要承担起未来传输主力的重任，40G还需要很多路要走。现在对40Gbps，乃至更高速率的100Gbps而言，光学硬件的发展是关键，同时还必须与其他光通讯技术协同发展，包括复杂的调制技术、信号处理技术、并行接口、主动追踪和补偿技术，这些条件
存储技术的应用现状 如今的时代是一个信息爆炸的时代，为了挖掘信息的巨大潜能，物尽其用，我们必须将它们有效的存储管理起来。所以信息的存储在信息技术中举足轻重，存储技术的发展无疑也推动着时代的进步和发展。当然存储技术日新月异，风起云涌，了解最新的存储技术对我们提升专业素质和扩展视野也有着至关重要的意义。 直连储存（DAS）是一种存储器直接连接到服务器的架构。应用程序使用块级的存取协议从DAS访问数据。基于存储设备相对主机的位置，DAS可以分为内置DAS和外置DAS两种。主机的内部磁盘、磁带库和直接连接的外部磁盘组都是一些DAS的实例。DAS拥有几个优势，如简便、容易配置和管理等，更进一步地，在DAS环境中，运转大多数的应用程序都不会存在问题，所以不必要担心应用程序问题。在DAS存储体系结构中，为避免出现单点错误，通常采用多个服务器共享一个存储系统。当需要增加系统的存储容量时，一般采用增加磁盘陈列(RAID)方式。但它在可扩展性和可用性方便的局限现状了其在企业存储解决方案中的应用。于是出现了NAS和SAN等其他存储技术。 存储区域网（SAN）通过光纤通道交换机连接服务器和存储器并传输数据。它是一个集中式管理的高速存储网络，由多供应商存储系统、存储管理软件、应用程序服务器和网络硬件组成。SAN实现了存储整合，允许多个服务器贡献存储设备。他允许用户连接分散在不同地方的服务器和存储器。SAN由服务器、网络基础设备和存储设备构成。根据存储网路所采用的传输协议和物理介质的不同，SAN由FCSAN、IPSAN等多种实现方式，FCSAN采用高速的光纤通道构成存储网路，是SAN的主流技术。由于SAN的基础是存储接口，所以是与传统网络不同的一种网络，常常被称为服务器后面的网络。SAN整合了存储，降低了存储的服务交付成本，更有利于组织管理。SAN减少了总的运营开销和失效时间，并且使得应用的部署更加便捷。但SAN有两个较大的缺陷：成本和复杂性，特别是在光纤信道中这些缺陷尤其明显。尽管SAN消除了“存储孤岛”，但它们的初期实现却在企业内造成了“SAN孤岛”。 网络连接存储（NAS）是一种连接到局域网的基于IP的文件共享设备。NAS
磁光存储 姓名：赵友娟学号：20081326032 班级：08应用物理学 摘要：本文主要综述了磁光存储的原理特点，磁光存储材料，一些能够提高磁光存储的技术，最后说明了磁光存储技术在我国的一些运用和发展方向。 关键字：磁光存储材料发展 0、引言 当今世界已经进入了信息化时代。信息量的爆炸式增长对信息存储技术提出了越来越高的要求，对高存储容量，高数据存取速度，高性能价格比存储设备不断增长的需求进一步推进了存储记录技术的发展。 磁光效应就是一束入射光进入具有固定磁矩的物质内部传输或者在物质界面反射时，波的传播特性发生改变。1845年，英国物理学家Faraday首次发现了磁致旋光效应。其后一百多年，人们又不断发现了新的磁光效应和建立了磁光理论，但磁光效应并未获得广泛应用。直到1950年代，磁光效应才被广泛应用于磁性材料磁畴结构的观察和研究。磁光记录是用激光在磁性薄膜介质上进行记录或重放的记录技术。 上世纪70年代，由于发现了GdCo薄膜具有垂直于薄膜表面的单轴异性，而且具有磁光克尔效应才使磁光材料逐渐应用于器件。1988年磁光盘的问世，是信息存储技术的重大突破。到90年代BiGa代DyIG抗毁伤磁光盘或加固磁光盘的成功应用，以及光纤通信无源磁光器件，如环型器、隔离器、调制器、开关等在近10年的研究发展，使磁光材料与器件成为现代通信、航空、航天、雷达、医疗不可缺少的关键材料。 磁光存储作为一种光存储和磁存储并存的存储方式，既有光存储的大容量，又有磁存储的可擦重写、自由插换和硬磁盘相接近的平均存取速度的优点。特别磁光盘具有保存时间长、可靠性高、使用寿命长、误码率小等优异性能。磁光盘发展的主要方向是提高存储密度，以求降低记录位的成本。磁光盘可通过缩短记录激光波长、磁超分辨读出技术(MSR)、磁畴放大读出技术(MAMMOS)、畴壁移动检测技术(DWDD)等方法使记录密度大幅度提高，而利用磁光超分辨近场结构光存储有望实现超高密度存储。 随着现代通信技术的发展，特别是近年来随着THz通信和成像技术的兴起，磁光子器件、磁调磁光子晶体以及磁光型THz调制器、滤波器、波导开关都将在未来的THz通信、光通信和微波/毫米波通信中发挥极其重要的作用, 因此对磁光材料和磁光器件的研究和开发可以说刚刚起步，其理论、模型、设计以及新效应、新器件、乃至新系统需要我们不断地探索。 1、磁光存储的原理及特点 在磁光记录的记录过程中，是用激光照射从而使局部升温来实现的。由于温度上升，被
第2期(总 第13期) 2001年9月 中 国 计 量 学 院 学 报J OURNAL OF CHIN A INST ITU TE OF M ETROLOGY №.2(Sep.13)Ma r.2001 【文章编号】 1004-1540(2001)02-0006-07 【收稿日期】 2001-04-09 【作者简介】 金国藩(1929-),男,浙江绍兴人,教授,中国工程院院士、国家教育部科技委副主任,目前所从事的科学研究为计算全息,二元光学,光计算.超高密度光存储技术的现状和今后的发展 金国藩,张培琨 (清华大学精仪系光电工程研究所,北京 100084) 【摘 要】 文章综述了光存储领域的研究进展,主要包括体全息存储、近场光学存储和双光子双稳态存 储技术.在介绍各种存储技术发展现状的同时,分析了各自的优势和存在的问题.从整个光存储学科发 展的角度给出了未来的趋势. 【关键词】 光存储;体全息;近场光学;双光子 【中图分类号】 T N 29;O438 【文献标识码】 A 1 信息时代的光学存储 21世纪人类进入信息社会,知识经济成为推动社会进步,促进科技发展的强大动力,信息存储、传输与处理是提高社会整体发展水平最重要的保障条件之一.全球的信息量今后几年会以更快的速度增长.由于信息的多媒体化,人们需要处理的不仅是数据、文字、声音、图像,而且是活动图像和高清晰的图像等.一页A 4文件为2KB (千字节),而一张A 4彩色照片就占5M B (兆字节),放一分钟广播级的FMV 就要占40M B,可见信息量与日俱增.在信息技术的几个环节(获取、传输、存储、显示、处理)中,信息存储是关键.20世纪80年代到90年代,人们最关心的是信息处理,即如何提高计算机芯片的处理速率和效率,全球掀起的计算机主处理器竞争已使本世纪可达1GHz 的处理速度;随后通信网络的掀起及数据共享和通信使人们认识了网络时代的到来;面对21世纪,人们又在考虑如何有效地存储和管理越来越多的数据和如何应用这些数据,信息存储空间日益拥挤,信息数据的采集和数据管理体系的复杂性越来越高,以及网络的普及,导致21世纪信息技术的浪潮将在存储领域兴起. 光信息存储(简称光存储)作为继磁存储之后新兴起的重要信息存储技术(目前以光盘为代表的光学数字数据存储技术)已成为现代信息社会中不可缺少的信息载体.与磁存储技术相比,现有的光盘存储技术具有许多特点:(1)数据存储密度高、容量大、携带方便.目前普通的á120mm 的光盘能存储650M B,是硬磁盘的几十倍,软盘的几百倍.(2)寿命长、功能多.在常温环境下数据保存寿命在100年以上,且可根据用途采用不同介质制成只读型、一次写入型或可擦除型等不同功能的光盘.(3)非接触式读/写和擦.(4)信息的载噪比高,光盘的载噪比可达50dB 以上.(5)生产成本低廉、数据复制工艺简单、效率高. 以CD 系列为代表的第一代光盘技术产品的存储容量仍为十年前的650M B;第二代DVD 系列的单面双层存储容量为8.5GB,盘容量为17GB [1] ;2000年日本Sony 公司采用兰光激光器实现单面存储容量达25GB 的高密度DVR 已见报道[2].尽管如此,作为计算机科学中的关键研究领域
光通信技术现状及其发展趋势探讨 前言：光通信是以光导纤维（即光纤）为传输媒质，以光波作为载波的一种通信方式。光通信涉及的技术领域包括光器件、光传输、光信号处理、光交换技术、光网络技术以及光网络的融合技术等等。光通信正朝着高速率、大容量。长距离、网络化、智能化的方向发展。本文主要对光通信技术现今的发展状况，以及在今后的发展趋势进行了简要的阐述。 一、目前光通信技术的发展现状 1.1密集播分复用技术 密集波分复用技术简称DWDM，是光纤数据的一种传输技术，该种技术是利用激光的波长，按照比特位并行传输或字符串行传输方式在光纤内传送数据。DWDM是光网络的重要组成部分，它可以让IP协议、ATM和同步光纤网络、同步数字序列协议下承载的电子邮件、视频、多媒体、数据和语音等数据都通过统一的光纤层传输。在被开发后，基于其能在很大的程度上提高了光纤系统对于信息数据的传输量，而被广泛关注与应用。 1.2光纤接入网技术
光纤接入网，指的是在接入网过程中，利用光纤为核心的传输媒质，以此来实现用户数据信息传递的形式。光纤接入网并不是传统意义方面光纤传输系统，实际上是针对接入网环境中，所设计的较为特殊的光纤传输网络。光纤接入网主要有以下几方面的特点，其一是网络覆盖范围一般较小，在实际应用过程中不需要中继器，基于众多用户的信息数据共享光纤，导致光功率及波长的配比，存在需要利用光纤放大器来进行功率补偿的状况。其二是满足各种宽带业务的传输，并且传输质量好、数据信息传递的可靠性较高。其三是光纤接入网所应用的范围较为广阔。其四是，该项技术投放使用的过程中投资成本大，在网络管理方面较为复杂，在远端供电方面较难。 1.3 EDFA技术 EDFA是掺铒光纤放大器的缩写，是对数据信号光放大的有源光器件。基于EDFA工作时的波长为1550nm，与光纤的较低损耗波段较为一致，并且该种技术研发至今比较成熟，在实际中得到广泛的应用。掺铒光纤就是EDFA的核心元件，掺铒光纤主要将石英光纤当做基质材料，在其纤芯当中融入了相应比例稀土原素铒离子。在一定的泵浦光注入到掺铒光纤中时，铒离子从低能级直接被激发到高能级，基于铒离子在高能级时寿命较短，这就使得较快以非辐射跃迁的状态，直接到较高能级上，与此同时在该能级以及低能级间迅速形成粒
长沙理工大学 《存储技术基础》课程论文 存储技术应用现状调查 方雷江 学院：计算机与通信学院专业：网络工程 班级：网络1101班学号：201158080122 学生姓名：方雷江指导教师：刘青 课程成绩：完成日期：2014年5月3日
存储技术应用现状调查 学生姓名：方雷江指导老师：刘青 【摘要】随着信息化的迅速发展，越来越多的信息被数据化，网络数据信息爆炸性的增长，使网络存储技术变得越来越重要。采用何种方式完成数据的网络存储，如何提高网络存储的安全性，稳定性，如何提高网络存储的效率是现在网络存储最关心的问题。而今，为了迎接前所未有的挑战，为了充分利用资源，存储已经作为构成计算机系统的主要架构和电子商务的基础设施之一，不再仅是充当外围设备的角色，逐步从系统中独立出来成为一个完整的系统。存储虚拟化、存储资源管理、数据迁移和灾难恢复等存储应用有了广阔的发展空间。这些功能的实现,又都离不开存储管理软件。企业存储信息,不仅仅是为了保存信息,而是要使用信息,为企业产生效益。虽国信息化程度与发达国家相比有不小的差距,但日益蓬勃的信息化建设,使得国内对存储的需求量迅速增长。下面是我通过在网上以及书籍杂志中查找资料，针对存储技术在当前社会的应用现状以及发展前景的分析。 关键字：存储技术；DAS；NAS；SAN；ISCSI；FCIP 1 数据存储技术应用现状 按照存储设备的连接方式,数据存储有以下三种形式:DAS、NAS和SAN。1.1 DAS(Direct Access Storage) DAS即直连方式存储，英文全称是Direct Attached Storage。中文翻译成“直接附加存储”。顾名思义，在这种方式中，存储设备是通过电缆（通常是SCSI 接口电缆）直接到服务器的。I/O（输入/输出）请求直接发送到存储设备。DAS，也可称为SAS（Server-Attached Storage，服务器附加存储）。它依赖于服务器，其本身是硬件的堆叠，不带有任何存储操作系统[1]。 DAS依赖服务器主机操作系统进行数据的IO读写和存储维护管理，数据备
探讨几种常见的网络存储技术及其发展趋势 2012-08-15 来源：作者：吴桂华 摘要：计算机的发展从单片机时代开始，历经客户服务器时代和互联网时代之后，现在正逐步走向网络时代。许多有别于传统存储系统的新趋势日益显现，而选择不当的网络存储技术,往往会使得单位在网络建设中盲目投资,造成单位的网络性能低下。本文通过分析直连附加存储、网络附加存储、存储区域网络三种网络存储架构的优点、缺点及应用，供不同需求的单位群体参考选择，同时也简单地介绍网络存储技术未来的发展趋势及方向。 关键词：服务器时代网络时代传统存储系统网络存储技术发展趋势随着不断加速的信息需求使得存储容量飞速增长，存储系统网络平台已经成为一个核心平台，同时各种应用对平台的要求也越来越高，不仅在存储容量上，还包括数据访问性能、数据传输性能、数据管理能力、存储扩展能力等等多个方面。可以说，存储网络平台的综合性能的优劣，将直接影响到整个系统的正常运行。因此，发展一种具有成本效益的和可管理的先进存储方式就成为必然。下面就当前的存储技术及发展趋势进行分析和探讨。 1、网络存储技术概述 所谓网络存储技术(Network Storage Technologies)，就是以互联网为载体实现数据的传输与存储，数据可以在远程的专用存储设备上，也可以是通过服务器来进行存储。网络存储技术是基于数据存储的一种通用网络术语。实际上，我们可以将存储技术分为三个阶段：①总线存储阶段；②存储网络阶段；③虚拟存储阶段。以存储网络为中心的存储是对数据存储新需求的回答。它采用面向网络的存储体系结构，使数据处理和数据存储分离；网络存储体系结构包括了网络和I/O的精华，将I/O能力扩展到网络上，特别是灵活的网络寻址能力，远距离数据传输能力，I/O高效的原性能；通过网络连接服务器和存储资源，消除了不同存储设备和服务器之间的连接障碍；提高了数据的共享性、可用性和可扩展性、管理性。 2、几种传统的网络存储架构 网络存储架构大致分为三种：直连附加存储、网络附加存储、存储区域网络。这几种网络存储方式特点各异，应用在不同的领域。下面我们来做简单的介绍并分析其中区别。 2.1 直连附加存储(DAS：Direct Attached Storage) 直接网络存储(DAS)是指将存储设备通过SCSI接口或光纤通道直接连接到服务器上的方式。这种连接方式主要应用于单机或两台主机的集群环境中，主要优点是存储容量扩展的实施简单，投入成本少，见效快。DAS主要应用于： （1）服务器在地理分布上很分散，SAN或NAS在它们之间进行互连非常困难时；（2）存储系统必须被直接连接到应用服务器时；（3）包括许多数据库应用和应用服务器在内的应用时。 缺点： （1）不能提供跨平台的文件共享功能；（2）用户要备份数据和存储数据，都要占用服务器CPU的时间，降低了服务器的管理效能；（3）由于各个主机之间的数据独立，数据需要逐一备份，使数据备份工作较为困难；（4）随着服务器的增多，数据管理会越来越复杂；
论光存储技术 班级： 姓名： 学号： 2013.10.8
目录 摘要---------------------------------------------------------------------- 关键词---------------------------------------------------------------------- 引言---------------------------------------------------------------------- 一、光存储技术的原理及特点--------------------------------------- 二、光存储技术的分类----------------------------------------------- 三、光存储技术的发展及前景----------------------------------------- 参考文献
论光存储技术 辽宁科技大学应用物理系 2010级 指导老师：王颖 摘要伴随信息资源的数字化和信息量的迅猛增长，对存储器的存储密度、存取速率及存储寿命的要求不断提高。在这种情况下，光存储技术应运而生。光存储技术具有存储密度高、存储寿命长、非接触式读写和檫出、信息的信噪比高、信息位的价格低等优点。 关键词存储；信息；容量；介质 引言信息资料迅速增长是当今社会的一大特点。据统计，科技文献数量大约每7年增加1倍，而一般的情报资料则以每2年~3年翻一番的速度增加。大量资料的存储、分析、检索和传播，迫切需要高密度、大容量的存储介质和管理系统。磁存储和光存储作为当今数据存储的两种常用方式，具有各自的特点。磁存储应用较早，适合与计算机联用，信息存取方便、可靠，技术相对成熟，得到了广泛的应用；光存储的发展及应用则是随着激光技术的发明，步入了高密度光学数据存储的新阶段，指明了未来数据存储的新方向。 一、光存储技术的原理及特点 1.光存储的概念及其基本原理 光存储技术是用激光照射介质，通过激光与介质的相互作用使介质发生物理、化学变化，将信息存储下来的技术。其基本物理原理是：存储介质受到激光照射后，介质的某种性质（如反射率、反射光极化方向等）发生改变，介质性质的不同状态映射为不同的存储数据，存储数据的读出则通过识别存储单元性质的变化来实现。 作为光储存方式，已有近百年的发展历史。常见的照相术就是最早的光存储