Šanghajský institut optiky a přesných strojů (SIPM) učinil průlom ve výzkumu 3D optických úložišť s ultra velkou kapacitou a super rozlišením

Nedávno Šanghajský institut optických přesných strojů (SIPM) Čínské akademie věd (CAS) ve spolupráci se Šanghajským technologickým institutem (SIT) a dalšími výzkumnými institucemi učinil průlom v ultra-velkokapacitním super-rozlišení. výzkum trojrozměrného optického úložiště. Výzkumný tým použil mezinárodní první dvoupaprskovou regulovanou agregací indukovanou luminiscenční technologii optického ukládání s vysokým rozlišením, poprvé při zápisu informací a čtení z experimentálního průlomu v difrakčním limitu limitu, realizaci velikosti bodu 54nm, 70nm odstup superrozlišení datového úložiště a dokončen 100-vrstvý vícevrstvý záznam, ekvivalentní kapacita jednoho disku až na úroveň Pb, čínský průlom v oblasti informací ukládání klíčových klíčových technologií a dosažení udržitelného rozvoje digitální ekonomiky, výzkumný tým pokročil ve výzkumu trojrozměrného optického úložiště s ultra velkou kapacitou s ultra rozlišením. Pro Čínu je velmi důležité prolomit klíčové klíčové technologie v oblasti ukládání informací a realizovat udržitelný rozvoj digitální ekonomiky. Výsledky výzkumu byly zveřejněny 22. února 2024 v časopise Nature. Prvním autorem článku je Dr. Hao Ruan z Shanghai Institute of Optical Machinery (SIOM) a odpovídajícími autory jsou akademik Min Gu, ředitel Photonic Chip Research Institute of Shanghai Institute of Technology (SIT), a prof. Jing Wen z Shanghai Institute of Technology (SIT). Dr. Zhao Miao, postdoktorand ze SIPM, a prof. Wen Jing z Shanghai Institute of Technology (SIT) jsou společnými prvními autory článku.
Technologie optického úložiště má jedinečné výhody v tom, že je ekologická, energeticky úsporná, bezpečná a spolehlivá, s životností 50-100 let, což je velmi vhodné pro dlouhodobé levné ukládání masivních dat. Vzhledem k omezení difrakčního limitu je však maximální kapacita tradičních komerčních optických disků pouze v řádu sta gigabajtů (GB). V éře velkých dat s rostoucím množstvím informací je prolomení difrakčního limitu, zmenšení velikosti informačního bodu a zvýšení úložné kapacity jednoho disku dlouho neutuchající snahou o pole optického úložiště.
V roce 1994 navrhl německý vědec prof. Stefan W. Hell technologii mikroskopie se ztrátou excitovaného záření, která poprvé dokázala, že limit optické difrakce lze prolomit, a v roce 2014 získal Nobelovu cenu za chemii. Po více než 20 letech vývoje, byly výsledky optického super-rozlišení realizovány v řadě oborů, jako je mikrozobrazování, laserové nano-přímé zápisy a tak dále, a byl vyřešen zápis informací v super-rozlišení. Tradiční barviva jsou však vysoce citlivá na fluorescenční výbuch v agregovaném stavu, což má za následek ztrátu informace, a je zde také obtížná anihilace šumem pozadí v nanoměřítku, což vede k potížím se čtením super-rozlišeného informace a obvykle se spoléhá na čtení skenování elektronovým mikroskopem, což omezuje použití technologie s vysokým rozlišením v oblasti optického ukládání. Vývoj synchronní realizace zápisu v super-rozlišení, čtení v super-rozlišení, trojrozměrného ukládání a médií s dlouhou životností je proto v oblasti výzkumu optických úložišť potřeba řešit více než 10 let.
V 80. letech 20. století byl akademik Šanghajského institutu optických strojů Gan Fuxi průkopníkem výzkumu technologie digitálního úložiště optických disků v Číně, výzkumný tým se pustil do oblasti optického úložiště. Díky bohaté výzkumné základně a inovativním technologickým řešením založeným na technologii dvoupaprskových super-rozlišení a luminiscenčních paměťových médiích indukovaných agregací prolomili zápis a čtení informací limit difrakce limitu, realizace velikosti bodu. 54 nm, rozteč silnic 70 nm úložiště dat v super rozlišení a dokončený 100-vrstvý vícevrstvý záznam, ekvivalentní kapacita jednoho disku je asi 1,6 Pb. Po zrychleném testování stárnutí životnosti média optických disků více než 40 let, zrychlené opakované čtení Více než 40 let je fluorescenční kontrast zrychleného opakovaného čtení stále vysoký až 20,5:1. Toto je poprvé na světě, kdy došlo k realizaci úrovně Pb u ultravelkokapacitních optických úložišť, vysoké hodnocení recenzenta: „Toto je průlomová inovace technologie optického úložiště na úrovni Pb...“ „Ve srovnání s jinými stávajícími technologiemi Tato technologie poskytuje nejvyšší povrchovou hustotu optického úložiště, pokud jde o výkon...“ „Výsledky výzkumu mohou vést k průlomu v ukládání archivních dat v datových centrech a vyřešit tak problémy úložných technologií s velkou kapacitou a úsporou energie...“.
Vše od optické mikroskopie po technologii optického ukládání je omezeno limitem optické difrakce. Mezi 125 nejšpičkovějšími vědeckými problémy na světě vydanými Science v roce 2021 je prolomení difrakčního limitu ještě vyšší v oblasti fyziky. Úspěšný vývoj tohoto optického disku s vysokým rozlišením překonává tento fyzikální problém při zápisu i čtení informací, což Číně pomáhá prolomit klíčové klíčové technologie v oblasti ukládání dat a bude hrát hlavní roli v digitální ekonomice velkých dat. uspokojit hlavní potřeby v oblasti informačního průmyslu.
V budoucnu výzkumný tým urychlí původní inovace a výzkum klíčových technologií, podpoří integraci a industrializaci ultravelkokapacitních optických úložišť a rozšíří jejich křížové aplikace v oblasti optického mikrozobrazování, optického zobrazení, optického zpracování informací, produkovat stále více vynikajících inovativních výsledků.
Výzkumná práce byla podpořena hlavními projekty Šanghajské komise pro vědu a technologii a Národním klíčovým programem výzkumu a vývoje.

Obrázek 1 Schematické schéma přípravy optického disku Pb-grade a režimu čtení/zápisu

Obrázek 2 Výsledky záznamu informací o vysokém rozlišení

Obrázek 3 100-výsledky obnovení záznamu vrstvy a dekódování binárního kódu

Obrázek 4 Fyzická fotografie optického disku