全息存储技术

 

　　　　　　　　　　

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　　随着技术的进步，人们对信息的需求越来越多，对大量信息的存储要求越来越高，“下一代DVD”的标准之争越演越烈。全息存储技术将会让几十GB容量的“下一代DVD光盘”相形见拙，将全息技术运用在存储上面，能在一个方糖块的体积大小上保存1000GB（ITB）的信息容量，这些一切离我们已经很近，全息存储时代的大幕将在2006年拉开：

　　什么是全息摄影技术（holography）：“全部信息”的意思。它与一般的摄影机摄影不同。它是用一条激光束将一个物体照亮，使其反射到那个底板上去，再用另人睛条光束，经过平面镜，也反射到那个底板上去，两者在底板上形成一幅“干涉图样”。底板再受到第二条波长相同的激光束照射时，就会显现出清晰的图象。

　　容量更高、速度更快、可靠性更强，永远是用户对硬盘孜孜以求的目标。在美国《福布斯》杂志近期评选出的本年度科技流行趋势中，全息存储技术赫然位列其中。

全息存储器崭露头角

　　目前现有得DVD单片容量为8.5GB，而下一代DVD存储容量能够达到50GB，被《福布斯》杂志评为未来10大“最酷”技术之一的全息存储技术理论上可以达到1000GB以上的数据，目前的全息存储产品已经达到了300GB的容量，是所谓的下一代DVD存储容量的6倍。全息存储技术的研发已经持续了40多年，一直没有真正的实现，最近日本、美国的几家公司相继宣布，将在2006年推出可以商业化销售的全息存储产品。其中，美国的印菲斯技术公司，以传统的“双光束干涉法”为基础研制出全息存储器，其信号光束和参照光束分别来自不同的方向，照射在同一位置上。日本日立万胜公司宣布，采用这种技术研制出了容量为300GB的全息存储器，今年9月将推向市场。另外日本Optoware公司采用同线全息技术，其信号光束和参照光束来自相同的方向，他们研发出了容量为200GB的全息存储器，将于今年年中投放市场。

 

全息存储的运作原理

　　全息存储是受全息照相的启发而研制的，当你明白全息照相的技术原理，对于全息存储就可以更好地理解。我们在拍摄全息照片时，对应的拍摄设备并不是普通照相机，而是一台激光器。该激光器产生的激光束被分光镜一分为二，其中一束被命名为“物光束”，直接照射到被拍摄的物体，另一束则被称为“参考光束”，直接照射到感光胶片上。当物光束照射到所摄物体之后，形成的反射光束同样会照射到胶片上，此时物体的完整信息就能被胶片记录下来，全息照相的摄制过程就这样完成了。乍看过去，全息照片上只有一些乱七八糟的条纹，但当我们使用一束激光去照射这张照片时，真实的原始立体图像就会栩栩如生地展现出来。

全息照片所用的感光胶片

　　全息存储技术同样需要激光束的帮忙，研发人员要为它配备一套高效率的全息照相系统。首先利用一束激光照射晶体内部不透明的小方格，记录成为原始图案后，再使用一束激光聚焦形成信号源，另外还需要一束参考激光作为校准。当信号源光束和参考光束在晶体中相遇后，晶体中就会展现出多折射角度的图案，这样在晶体中就形成了光栅。一个光栅可以储存一批数据，称为一页。我们把使用全息存储技术制成的存储器称为全息存储器，全息存储器在存储和读取数据时都是以页为单位。

 
全息存储的实现原理

全息存储的发展现状

　　前不久，致力于研发全息存储技术的InPhase公司向公众展示了他们开发的全息存储驱动器以及全息存储碟片。根据InPhase公司介绍，这次推出的全息碟片存储密度达到了每平方英寸200GB，预计明年可以大规模投入量产。到2009年，他们的目标是达到1.6T！

InPhase公司的全息硬盘样品

下面主要围绕Optoware公司采用同线全息技术来展开讨论，主要是因为

　　著名的标准化制定组织——欧洲计算机制造商协会（ECMA，European Computer Manufacturers Association）日前宣布，将成立第44技术委员会（TC44，Technical Committee 44）以制定全息存储系统（HIS，Holographic Information Storage）的标准，而这一技术将以日本Optware 公司的同线技术（Collinear）为基础。Optware 公司目前在HIS开发领域处于业界领先地位，而TC44也是出于Optware 公司的以及其相关合作伙伴的提议而成立，这些公司包括：

• 中国台湾磁学公司（CMC，CMC Magnetics Corporation）
• 日本富士相片胶卷公司（Fuji Photo Film Co., Ltd）
• 日本帕路斯科技株式会社（Pulstec Industrial Co., LTD）
• 日本东亚合成株式会社（TOAGOSEI Co.,Ltd.,）
• Strategic Media Technology

  Optoware公司的同线全息技术

　　Optware自有的同线全息技术，以前称之为偏振同线全息技术（Polarized Collinear Holography），是其为了将全息记录技术实用化所做出的关键努力，通过它可以大幅度简化全息记录技术应用难度。这一技术由Optware的创始人与首席“传教者” Hideyoshi Horimai所提议。同线全息技术在一个光束中整合了一个参考激光与一个信号激光。它们创建了一个包含数据的干涉三维全息构图。这个图像将通过一个单一物镜在存储介质上显现。借助这个突破性的装置，Optware可以显著的简化并缩小全息成像系统的设计难度与外形体积。借助Optware自己的伺服系统，这方面的改进将进一步增强。Optware表示，光学抬取元件的尺寸还可以进一步缩小，也可以省去防振装置，同时它还能与CD和DVD光盘高度兼容，并且运作成本低。未来，克服剩余的所有商业化障碍已经没有任何问题。

 

HVD与现有的DVD-R光盘盘面比较

 同线全息技术于2004年8月23日正式发布，当时Optware将使用全息记录技术的光盘称为全息通用光盘（HVD，Holographic Versatile Disc），预计最早的HVD将于2006年面向企业用户推出，容量高达200GB，其最终的发展目标则是存储1TB的容量。而目前的Blu-ray Disc最高容量才50GB。不过，Optware表示，到2007年HVD成本进一步降低后才有可能真正的向消费者普及。目前，HVD驱动器的价格在2万美元左右，而每张光盘的成本则为100美元。Optware计划将HVD驱动器的成本降低到2700美元，这与现在的Blu-ray Disc影碟机相差不多。

 

HVD的调制/记录与读取/解码系统，其中同线全息技术中所使用的参考激光只用来进行读取

HVD的设计与较早前业界报导的在旋转的光盘上记录全息页数据（在进行全息编码前将源数据编码为页数据）的方式不同，由于后者在光盘上没有像传统光盘那样，预制保证伺服机构准确而高效寻址的伺服信息，因此商业化前景不明朗。若想在指定的位置上记录全息数据，则必须在光盘上加入伺服信息，而这对于全息光盘来讲，将是一个重大的挑战。因为预制的伺服信息（地址信息）将有可能破坏全息成像的效果，进而增加数据噪音。

 

HVD的光盘结构，蓝色或绿色激光用来记录/读取全息数据，而红色激光用来读取地址信息，地址与数据记录在不同的层面

为此，Optware采用了突破性的设计，在一个光束中使用两种波长（颜色）不同的激光，一个激光用来记录数据，另一个则用来寻址，而在光盘里则在信息记录层与地址层之间，根据激光的波长设置一个分光层（Dichroic Mirror Layer），用来寻址的激光可以透过分光层寻址到下面的预制地址信息（凹坑或平台，与DVD-ROM上的信号记录方式一样），而另一个激光则用来记录/读取数据，由于分光层的存在，它不会“看到”预制的凹坑或平台，从而使用同线全息记录成为可能。目前，Optware所开发出来的HVD驱动器，用来记录和读取数据及提供参考的是532nm的绿色激光，用来读取地址信息的是传统红色激光。