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隨著計算機技術，特別是多媒體技術的發(fā)展，需要處理和存儲的數據量大幅度增加。例如，一部通常長度的電影沒有壓縮的數據量將超過10TB。大型探測器，如哈勃望遠鏡所傳回的數據量達到10TB/天；醫(yī)學及大地遙感圖數據量巨大。顯然現(xiàn)在基于二維方式的光存儲器已難于滿足這種日益增長的要求了?，F(xiàn)行的CD、磁光和相變光盤的容量在650MB左右，即使新興的DVD光盤，單面單層的DVD-5的容量也只達到4.7GB。雖然，現(xiàn)可使用波長為0.41μm（藍光）的GaN半導體激光器，即HD-DVD光盤，其存儲容量可達27GB，是高密度數字多功能光盤，但還不能滿足信息時代發(fā)展的需要。因此，必須研發(fā)新的超高密度光電存儲系統(tǒng)。除全息存儲以外，短期有實用前景的超高密度光電存儲技術，主要有雙光子雙穩(wěn)態(tài)三維數字存儲、近場光學存儲、電子俘獲存儲、光譜燒孔存儲等新技術。

（1）三維存儲的概念。由于光相互之間不會被屏蔽，所以光存儲較之磁存儲更為容易實現(xiàn)三維存儲。傳統(tǒng)的光存儲是存儲在光盤或全息膜等二維存儲介質上，而三維存儲則是像一摞二維光存儲介質，故存儲容量很大。從理論上說，在三維存儲中，一個記錄點可存儲于λ3的體積內，也就是說，對于一個體積為丫的存儲體來說，如使用的存儲波長為λ，則其存儲量可達到V/λ3。如選用波長為CD中使用的780nm時，一個1cm3的存儲體可存儲2x1012bit，即2.5x1011B。相當于300張CD-ROM盤的存儲量。因此，三維存儲可在不改變激光波長的情況下，極大地提高存儲密度。由于其密度與波長的三次方成反比，因此縮短波長在三維存儲中會獲得比二維更大的容量。

三維存儲是指利用雙波長、多波長、多偏振態(tài)光波和光波干涉等方法在存儲體上實現(xiàn)體存儲的方法。三維存儲主要包括頁面存儲、多層存儲、多色存儲和全息存儲等幾個方面。如全息存儲，其最小記錄斑點是λxλ，在立體全息存儲中，存儲量擴大了（d/λ）倍，存儲密度仍為V/λ3。因此，在三維存儲中，不管是逐點記錄還是全息記錄方式，其記錄密度均為1/λ3。

（2）雙光子吸收的光致色變三維存儲。具有雙光子吸收的光致變材料的發(fā)現(xiàn)，為逐點三維存儲提供了實現(xiàn)的可能。利用光子作用下發(fā)生的化學變化實現(xiàn)信息存儲，是一種光子吸收的存儲技術，它的反應時間極短（皮秒或飛秒），能夠實現(xiàn)高速存儲；此外，由于這種反應建立在分子尺度上，因此理論上可將單個信息符尺度縮小到分子量級，從而有利于大幅提高介質的存儲密度，實現(xiàn)高密度存儲。由于其反應時間短和分子量級上的尺度，突破了傳統(tǒng)熱效應存儲在時間和空間上的極限。

①雙光子吸收的光致色變材料的光學雙穩(wěn)態(tài)效應。許多光致變色材料，如螺毗喃、螺惡嗪、俘精酸酎及二芳基環(huán)烯分子等，具有相對穩(wěn)定的光學雙穩(wěn)態(tài)效應，每一種狀態(tài)對一特定波長的光線有明顯的吸收。在一定條件下，以該狀態(tài)吸收波長的激光照射，可使之激發(fā)至另—穩(wěn)定狀態(tài)，而且該過程是可逆的。光學雙穩(wěn)態(tài)記錄根據這一光化學現(xiàn)象，以這兩種穩(wěn)定狀態(tài)來表示數字“0”和“1”，從而實現(xiàn)數字式數據存儲。讀出時，用兩種波長之一的激光以較小功率照射，通過檢測反射率變化或熒光效應即可辨別讀出點處的記錄介質處于何種穩(wěn)定狀態(tài)，從而讀出記錄信息。

任何一個光子都可以穿透介質而不被吸收，只有當兩個光子聚焦于一點，能量疊加才會導致光致變色反應發(fā)生，從而實現(xiàn)光信息記錄。同時為了能有效讀出相應的信息，材料還需具有熒光特性，它需要三種不同波長的激光。寫入與上述類似，也是使用短波長激光（如355nm）使介質發(fā)生光化學反應的，分子從狀態(tài)“0”變成狀態(tài)“1”。讀出時使用較長波長（如590nm）的激光，處于狀態(tài)“1”的分子在該波長激光照射下會發(fā)出熒光，而處于狀態(tài)“0”的分子則不會，因此通過檢測讀出光照射下介質的熒光效應，就可以區(qū)分所寫入的信號。對于發(fā)熒光材料而言，只要提高分子的熒光量子產率，就可以避免分子在讀出光照射下發(fā)生狀態(tài)變化，因此這是一種無損讀出過程。擦除時由于需要更高的能量，因此需要用兩束光同時照射（如1064nm+590nm）。

由于一定光致色變材料對一定波長的光線有吸引并反應，而對其他波長的光線不敏感。因此，若記錄層含有吸收帶不同的多種或多層光致色變材料，則可用相應的多種波長分別寫入和讀出，從而實現(xiàn)多波長的多重記錄。通過多重多維記錄，在不改變光斑尺寸的情況下，能進一步提高單盤存儲容量。

②光致色變存儲的優(yōu)缺點。光致色變存儲化合物作為光存儲介質有許多優(yōu)點。

•靈敏度高、速度快，可達納米量級：

•可用旋轉涂布法制作光盤，制作成本低；

•信噪比高、抗磁性好；

•光學性能可通過改變分子結構來調整，有利于有機合成等。

但是，光致色變的實用化，還需解決與半導體激光器波長相適應、熱穩(wěn)定性、寫擦疲勞等問題。

（3）雙光子吸收光學存儲的形式。實際上，任何光性質的不同，都可用于信息的光記錄和讀出，所以雙光子吸收光學存儲有很多種形式。

•光致色變存儲；

•光敏聚合物存儲；

•光致熒光漂白存儲；

•光折變效應存儲等。