光盘存储到全息存储

信息与工程学院光信息科学与工程20051202020 韩文钦光全息存储原理与实验方法摘要随着激光技术、材料科学以及光电器件研究的发展，光全息存储技术在记录密度、容量、数据传输率、寻址时间等关键技术上将有巨大的发展潜力，必将在本世纪成为信息产业中的支柱技术之一。

本文将系统地介绍光学数字数据全息存储的有关原理、技术实现、及光学信息存储系统的实例，以便了解信息存储的概念、方式和相关存储技术，认识光全息存储的基本原理，掌握三维体全息存储机理，了解光信息存储领域的研究现状与发展趋势。

Optical holographic storage theory and experimental methodsAbstractWith its tremendous potential in the main performances such as the storage density, capacity, data transfer rate, and access time, the optical storage will become consequentially an important candidate of key IT technologies in this century, due to the development of laser, material and photoelectronics technologies.The papers of Optical Digital Holographic Storage introduces theprinciple and implementation of optical digital data storage and also some example systems. The papers covers the concepts, manners and techniques of information storage; and also the basic principles of optical holographic storage and the volume holographic storage mechanism.关键词（key words）：光全息--Optical holography 存储器--storage 激光—laser光学—optics 信息—information 全息图—hologram 探测器—detector光存储介质的发展史早在个人计算机出现以前的1972年，荷兰飞利浦公司推出了世界上第一台激光视盘机---LD(Laser Disc)，LD盘片作为数字时代来临的标志，可以说是世界上最早出现的光学存储器。

读书报告—光盘存储技术的历史、现状及未来光盘存储技术的历史、现状及未来摘要：本文回顾了光盘存储技术的发展史，总揽了当今技术现状，对每一重要阶段进行了粗略的介绍，并对今后光盘存储技术的发展趋势进行了简单的描述与展望。

关键词：光盘存储历史现状发展趋势一、引言光盘存储技术，是利用精细聚焦的激光束从模压而成的盘片上读取信息或进一步利用光对记录介质的物理或化学效应去改变介质的某些光学性能，如对光的反射、吸收、相移等，从而实现二值化数据的写入、读取与擦除。

光盘存储技术集中了近代光学、激光技术、精密机械、电子技术、自动控制、计算机及材料科学中的许多新成果，近年来不断取得重大突破，并已形成一个独立的产业，应用范围也在不断扩大，已进入国民经济各部门及家庭。

若根据其技术特性和应用范围可以分为两大类，即用于信息存储的可写光盘系统以及用于信息传播为主的只读型光盘系统。

近年来, 多媒体计算机应用以及信息产业的迅速发展,诸如只读光盘(CD —ROM)这样的光盘存储介质已发展成为计算机信息数据的主要传播载体，光盘产业也在迅速向信息数据市场扩展。

如此迅速的发展主要来自以下几方面因素：首先,只读光盘是基于广泛接受的国际标准,可像激光唱盘那样低成本、高效益的进行大批量生产；第二个有利因素是光盘驱动器的工作原理与激光唱机相似，从而导致价格较低的光盘驱动器；第三是目前市场上已推出转速数倍于第一代光驱转速的光盘驱动器,因而可为用户提供更高的数据传输率；第四，信息产业以及计算机多媒体应用的迅速发展也迫切需要诸如只读光盘这样的大容量数据存储媒介。

为加深对光盘媒介在现代信息产业以及计算机应用中的重要性的了解,本文对光盘存储介质发展的历史,现状以及近期内的可能发展方向作一些基本介绍。

二、光盘存储技术的发展历史早在1968年，美国的ECD（Energy Conversion Device）公司就开始研究晶态和非晶态之间的转换。

1971年ECD和IBM公司合作研制成功了世界上第一片只读相变光盘存储器，随后相继开发成功了利用相变原理制造的一次写WO 盘。

全息信息存储技术全息信息存储技术，简称全息存储技术，是一种把信息以全息形式记录在介质中的技术手段。

全息存储技术可以存储比传统光盘和磁盘存储更多的信息，具有更长久的保存时间和更快的数据读写速度。

因此，它被广泛应用于各个领域，包括科学研究、医学、军事等。

全息存储技术的原理是利用相干光的干涉现象，利用全息干涉的原理将被记录的信息转化为光学全息图，在光学介质中存储。

通过将记录介质利用激光读出全息信息，全息存储技术可以实现超高密度的存储，媲美DNA信息存储的密度。

全息存储技术的优点在于它可以存储大量的信息，在同样的空间中展现更大的信息。

全息存储介质还具有较高的数据读取速度和数据保存时间。

相比于传统的磁盘和光盘存储技术，全息存储技术可大大减少信息的物理体积，从而降低运输和储存成本。

除此之外，全息存储技术还有着广泛的应用。

在科学研究领域中，全息存储技术可以记录大量信息，以更好地理解天体物理学、量子力学和原子分子物理学等领域的复杂问题。

在军事应用中，全息存储技术可作为重要的数据传输媒介，在军事侦查和数据收集方面发挥积极作用。

在医学领域，全息存储技术可以保存大量的医学图像和数据，以便更好地进行医学分析和研究。

尽管全息存储技术在多个领域有着广泛的应用，但是全息存储技术仍然面临着许多挑战。

首先是实现高密度存储的问题，全息存储技术目前的实验性数据存储仍然受限于存储密度的限制。

其次，全息存储技术在实际应用中的读取与擦除速度还需要进一步改进，以满足实际需求。

总之，全息存储技术作为一种具有很大潜力的信息存储技术，可以解决信息存储密度、数据读写速度等瓶颈问题。

我们希望未来能够通过持续创新和技术改进，进一步发挥全息存储技术的潜力，更好地为人们的升级和发展贡献力量。

光信息存储技术在当今信息爆炸的时代，数据的存储和处理需求呈指数级增长。

光信息存储技术作为一种新兴的、具有巨大潜力的存储手段，正逐渐引起人们的广泛关注。

光信息存储技术，简单来说，就是利用光来记录和读取信息的技术。

它与传统的磁存储和电存储技术相比，具有许多独特的优势。

首先，光存储具有极高的存储密度。

这意味着在相同的物理空间内，光存储能够容纳更多的数据。

想象一下，一张小小的光盘就可以存储数部高清电影或者成千上万的文档，这在很大程度上节省了存储空间。

而且，随着技术的不断进步，光存储的密度还在不断提高，未来有望实现更大容量的存储。

其次，光存储的稳定性非常出色。

光存储介质不像磁盘那样容易受到磁场干扰，也不像闪存那样存在写入次数的限制。

这使得光存储的数据能够长期保存，并且在恶劣的环境条件下也能保持其完整性。

对于那些需要长期保存的重要数据，如历史档案、科研资料等，光存储无疑是一种可靠的选择。

再者，光存储的读取速度也相当快。

通过激光束的快速扫描，可以迅速获取存储在光盘上的信息。

这使得在处理大量数据时，能够大大提高工作效率。

那么，光信息存储技术是如何实现的呢？目前常见的光存储技术主要包括光盘存储和全息存储。

光盘存储是我们比较熟悉的一种形式，例如 CD、DVD 和蓝光光盘等。

在光盘的表面，有许多微小的凹坑和平面，这些凹坑和平面的排列方式代表了二进制的数据“0”和“1”。

当激光照射到光盘表面时，根据反射光的强弱变化，就可以读取到存储的信息。

而全息存储则是一种更为先进的技术。

它利用光的干涉原理，将数据以三维的方式存储在介质中。

与传统的平面存储方式不同，全息存储可以在同一空间内存储多个数据页，从而极大地提高了存储容量。

在光信息存储技术的发展过程中，材料的研究也至关重要。

优质的存储材料需要具备良好的光学性能、物理化学稳定性以及可加工性。

目前，研究人员正在不断探索新的材料，如有机聚合物、纳米材料等，以进一步提高光存储的性能。

然而，光信息存储技术也面临着一些挑战。

全息存儲技術發展至今，歷史上經歷了一波又一波的研究熱潮，此一領域之前輩投入無數心血，始終無法將全息技術發展成可商品化之技術，近年來更隨著網絡傳輸、MMC/SD卡技術的興起，光碟片失去了其以往輕便好攜帶的優勢，使得多數研究人員不再對全息存儲技術抱有希望。

然而就吾人觀察，至少有三點關鍵因素使得全息存儲技術將在五至十年後成為最重要的存儲技術，並促使日本的政府與業界爭相投入研發全息技術，此三點因素分述如下:1 存儲技術的傳輸速度將在未來扮演關鍵角色現代人希望能夠將生活中美好的回憶留下來，在各種婚禮生日慶典等重要時刻，或是與父母、子女生活中的點點滴滴，都希望能夠完美的記錄存放，然而保存這些美好的記憶所需付出的代價就是花兩倍以上的時間來整理與備份，使得許多人的攝影機在買來使用幾次之後，就塵封起來，不輕易拿出使用，對追求生活品質的渴望敗給了對於龐大資料量的處理能力，而這種問題的嚴重性隨著使用者對影像品質的追求只會日益加深。

舉例來說，使用HD攝影機錄製高畫質的Full HD家庭電影，其壓縮後的容量要求約為4GB/1小時，一年當中有52個周末，假定每週拍攝五小時，一個家庭一年下來就累積1TB的資料量，如此龐大的資料量，以現在市面上最快的硬碟傳輸速度(約4Gb/s @硬碟外圈, 1Gb/s @硬碟內圈)，單是備份這些影片，每備份一次至少要耗時一小時，更別談隨著年歲的增長，這些資料將會年復一年增加，而若不小心備份整理，這些重要回憶就隨時都有遺失的危險。

然而硬碟傳輸速度已經接近極限值，人類對於科技與生活體驗的追求並不會只停止在Full HD畫質而已。

下一世代的立體電視早已有產品推出，在畫質不變下其所需存儲容量更隨著視角增加而倍增，10GB/1h、20GB/1h…，隨著科技的進步而增加。

而這些都只是因應視訊所產生的容量增加而已，下下世代將有更多的聲道、更細緻的聲音傳遞方式，更多如味覺觸覺等其他感官資訊的傳達。

試想10年後一個家庭所想要保存的資料量會有多大?數十TB甚至上百TB是非常可能的，這麼龐大的資料量若使用最快的硬碟備分，需要耗上數天的時間，使用MMC/SD 卡更要花上好幾個禮拜，一個家庭便已如此，若是一家出版社或傳播公司，問題的嚴重性更不可同日而語，換而言之，傳輸速度將會是接下來人們所需要面對的最嚴重問題。

全息存储实验全息存储是20世纪60年代随着激光全息照相技术的发展而出现的一种高密度、大容量的信息存储技术发展起来。

全息存储是在全息照相技术的基础上发展起来的。

全息照相是由一路物光，一路参考光，在一定的夹角、一定的分光比满足相干条件情况下，经过曝光、显影、水洗、定影、水洗、晾干等处理得到一张全息图。

而这张全息图在未显影、定影之前，如果再改变物光、参考光的角度，相应的改变多种物体，可以得到多张全息照片,全息存储正是利用这一特点，把物光、参考光缩小成为“点”，再改变角度。

即在一个小点上，改变几个角度又记录多个物体信息，使得存储量巨增。

全息存储比一般的光学存储及磁盘存储有以下几种优点：1.存储量大：全息存储既能在二维平面上存储信息，又能在三维空间内进行立体存储，改变物光、参考光夹角，还能使许多信息重叠；2.保密性强：全息存储可以方便地进行加密存储，增加信息的安全性；3.全息图冗余度大：每一信息位都存储在全息图的整个表面或整个体积中，因此全息片上有污迹刮痕等缺陷对存储影响很小，也不会引起丢失信息的现象；4.全息图本身具有成像功能，因此，即使不用透镜也能写入或读出。

并且由于全息的材料不仅具有抗干扰能力，强度和保存时间久的特点，能批量生产，价格便宜。

全息存储被认为是最具有潜力能与传统的磁盘和光盘存储技术相竞争，成为当前大容量高密度光电技术领域的研究热点。

本实验介绍利用光学全息进行信息存储的实验原理。

[实验目的]1. 学会分析实验光路中对各光学元件的要求，从而加深对光路的设计。

2. 理解透镜的傅里叶变换性质，学会拍摄傅里叶变换全息图。

3. 利用傅里叶变换全息图，进行全息存储实验的原理及方法。

4.学会观察全息存储信息的重现像。

[实验仪器]激光器、电磁快门、反射镜、观察屏，扩束镜、准直镜、带移位器的干板架，带存储的图文资料玻璃板，普通的干板架，全息干版 透镜等光学器件。

[实验原理]全息高密度、大容量的存储是利用透镜具有傅里叶变换的性质的特点，把被存储的图文信息以点阵形式存储在直径为1mm 大小的点上。

全息存储技术的实现及应用前景在当今信息时代，数据的处理和存储是人类面临的重要问题之一。

传统的存储方式，如磁带、硬盘等，存在着许多缺陷，如容易受到磁场等外部干扰导致数据丢失、存储容量有限等等。

因此，人类一直在探索更高效、更稳定的存储技术，其中全息存储技术就是一种备受关注的新兴存储方式。

全息存储技术是一种通过激光将数据信息三维式记录在光学材料表面上的新型存储技术。

与传统存储方式不同，全息存储可以将大量数据信息储存于一小块光盘上，同时也具有长时间的保存性和较高的读写速度。

具体来说，全息存储技术是将激光分成物镜光和参考光两束，并通过光干涉将数据信息记录在感光体表面上。

物镜光的反射将图像或数据信息形成体积复杂的全息图案，利用读写头发射相应的激光束进行读写，数据占用的体积小，储存容量大，随时可读取，不会丢失或损坏。

相比当前的存储设备，全息存储技术具有以下显著优势：首先，全息存储可以实现海量数据的存储。

传统的存储设备（如硬盘、磁带等）都存在着存储容量有限的问题，而全息存储可以储存海量数据，且不会因时间的流逝造成信息的损失。

其次，全息存储技术具有高速读写的特点。

相比较传统的存储方式，全息存储可以实现大量数据的高速读写，大大提高了存储效率。

第三，全息存储不受温度、尘埃等影响。

因为全息存储技术是利用激光对光学材料进行记录，数据信息不会因为环境因素的影响而丢失，所以保存时间更为可靠。

最后，全息存储可以实现长时间保存。

就像当年我们小时候用的磁带，在长时间使用之后，记录的信息逐渐流失，而全息存储可以在多年后仍然可读取，可以长期储存数据信息。

全息存储技术的应用前景十分广泛，特别是在大数据、云计算和人工智能等领域。

在大数据的应用中，全息存储可以为我们提供更多的数据储存空间，同时也可以实现数据的实时读写，提升大数据的处理效率。

当然，在云计算方面，全息存储同样具有非常重要的作用。

通过全息存储技术，我们可以大大提高云计算的数据存储容量，更加灵活地进行数据的储存和读写。

全息存储技术和应用前景随着计算机存储技术的不断发展，全息存储技术正在成为一个备受关注的领域。

全息存储技术是一种光学存储技术，通过使用激光等光源将信息以全息的形式记录在介质上。

相比于传统的硬盘和光盘，全息存储技术具有更高的容量、更快的读写速度和更强的数据安全性。

下面将对全息存储技术的原理、应用前景以及未来发展进行探讨。

一、全息存储技术的原理全息存储技术是一种把物体的三维信息记录到光学介质上的技术。

光学介质是由光敏材料制成的，其中包含了记录介质和引导光路两部分。

全息存储技术包括光传输、物体信息的获取、全息图的记录和重现四部分。

首先，需要通过光传输把光线从光源传输到物体上。

物体上的光线可以是反光、透射或散射的光线，这些光线包含了物体的三维信息。

接下来，利用透镜或光栅的原理将光线聚焦并将它们转换成像面上的干涉图案。

这样，就可以把物体的三维信息转化成干涉图案。

然后，通过记录介质将干涉图案记录下来。

在记录介质上贴上需要记录的干涉图样本，然后使用记录介质和参考光束进行干涉。

随着时间的推移，光记录在干涉图样本上形成了一个像记录介质一样的全息图。

全息图是通过光的干涉来记录的，因此它包含了来自物体的所有光的信息。

最后，需要使用光束从全息图中读取数据。

在读取过程中，利用光束照射全息图，引导光线会分裂成原始光和重构光两个部分。

原始光线会被消耗，而重构光线则包含了物体的三维图像信息。

通过调整光束的参数，可以实现像正常光学原理那样重现物体的三维图像。

二、全息存储技术的应用前景全息存储技术具有较高的存储容量和可靠性，在许多领域都有应用前景。

1. 3D打印技术全息存储技术可以为3D打印技术提供更多的、更真实的物体信息，从而实现更精确的3D打印。

此外，全息存储也可以用于测量和控制3D打印机的运动。

2. 数字存档全息存储技术可以用于数字存档，这种数字存档会捕捉到被数字化物体的所有形状、颜色和材质等信息。

这种存档方式可以保留一个文物的所有信息，使得我们能够在未来没有物理样本的情况下还原出文物。