Šanghajský inštitút optiky a presných strojov (SIPM) urobil prelom vo výskume 3D optického úložiska s mimoriadne veľkou kapacitou v super rozlíšení

Šanghajský inštitút optických presných strojov (SIPM) Čínskej akadémie vied (CAS) v spolupráci so Šanghajským technologickým inštitútom (SIT) a ďalšími výskumnými inštitúciami urobil prelom v ultraveľkokapacitnom super-rozlíšení. výskum trojrozmerného optického úložiska. Výskumný tím použil prvú medzinárodnú technológiu optického ukladania luminiscencie s vysokým rozlíšením s dvojitým lúčom s regulovanou agregáciou, prvýkrát pri zapisovaní a čítaní informácií z experimentálneho prielomu v difrakčnom limite limitu, realizácii veľkosti bodu. 54nm, 70nm odstup superrozlíšenia dátového úložiska a dokončený 100-vrstvový viacvrstvový záznam, ekvivalentná kapacita jedného disku až po úroveň Pb, čínsky prelom v oblasti informácií ukladanie kľúčových kľúčových technológií a dosiahnutie trvalo udržateľného rozvoja digitálnej ekonomiky, výskumný tím pokročil vo výskume trojrozmerného optického ukladania s ultra-veľkou kapacitou s ultra-rozlíšením. Pre Čínu je veľmi dôležité prelomiť kľúčovú jadrovú technológiu v oblasti ukladania informácií a realizovať trvalo udržateľný rozvoj digitálnej ekonomiky. Výsledky výskumu boli publikované 22. februára 2024 v časopise Nature. Prvým autorom článku je Dr. Hao Ruan zo Šanghajského inštitútu optických strojov (SIOM) a zodpovedajúcimi autormi sú akademik Min Gu, riaditeľ Inštitútu pre výskum fotonických čipov Šanghajského technologického inštitútu (SIT), a prof. Jing Wen Šanghajského technologického inštitútu (SIT). Dr. Zhao Miao, postdoktorand zo SIPM, a prof. Wen Jing zo Šanghajského technologického inštitútu (SIT) sú spoločnými prvými autormi článku.
Technológia optického ukladania má jedinečné výhody v tom, že je ekologická, energeticky úsporná, bezpečná a spoľahlivá, so životnosťou 50-100 rokov, čo je veľmi vhodné na dlhodobé a lacné ukladanie veľkých dát. Vzhľadom na obmedzenie difrakčného limitu je však maximálna kapacita tradičných komerčných optických diskov len rádovo sto gigabajtov (GB). V ére veľkých dát s rastúcim množstvom informácií je prelomenie difrakčného limitu, zmenšenie veľkosti informačného bodu a zvýšenie úložnej kapacity jedného disku už dlho neustálou snahou o oblasť optického ukladania.
V roku 1994 navrhol nemecký vedec prof. Stefan W. Hell technológiu mikroskopie so stratou excitovaného žiarenia, ktorá po prvý raz dokázala, že limit optickej difrakcie možno prelomiť, a v roku 2014 získal Nobelovu cenu za chémiu. Po viac ako 20 rokoch vývoj, výsledky optického super-rozlíšenia boli realizované v mnohých oblastiach, ako je mikrozobrazovanie, laserové nano-priame zapisovanie atď., a bolo vyriešené zapisovanie informácií v super-rozlíšení. Tradičné farbivá sú však vysoko náchylné na fluorescenčný výbuch v agregovanom stave, čo vedie k strate informácií a je tu tiež problém s ich zničením hlukom pozadia v nanoúrovni, čo vedie k ťažkostiam pri čítaní super-rozlíšeného informácie a zvyčajne sa spolieha na čítanie skenovania elektrónovým mikroskopom, čo obmedzuje použitie technológie s vysokým rozlíšením v oblasti optického ukladania. Preto vývoj synchrónnej realizácie zápisu v super-rozlíšení, čítania v super-rozlíšení, trojrozmerného ukladania a médií s dlhou životnosťou je v oblasti výskumu optických úložných problémov potrebné vyriešiť viac ako 10 rokov.
V osemdesiatych rokoch minulého storočia bol akademik Šanghajského inštitútu optických strojov Gan Fuxi priekopníkom výskumu technológie digitálneho ukladania optických diskov v Číne, pričom výskumný tím sa pustil do oblasti optického ukladania. Spoliehajúc sa na bohaté výskumné základne a inovatívne technologické riešenia, založené na technológii s dvojitým lúčom s vysokým rozlíšením a luminiscenčných pamäťových médiách vyvolaných agregáciou, pri zapisovaní a čítaní informácií prelomili difrakčný limit limitu, realizácia veľkosti bodu. 54 nm, rozstup ciest 70 nm ukladania dát v super rozlíšení a dokončený 100-vrstvový viacvrstvový záznam, ekvivalentná kapacita jedného disku je približne 1,6 Pb. Po zrýchlenom testovaní starnutia životnosti média optického disku viac ako 40 rokov, zrýchlené opakované čítanie Viac ako 40 rokov je fluorescenčný kontrast zrýchleného opakovaného čítania stále vysoký až 20,5:1. Toto je prvýkrát na svete, kedy sa realizuje úroveň Pb ultraveľkokapacitných optických úložísk, vysoké hodnotenie recenzenta: „Toto je prelomová inovácia technológie optického ukladania na úrovni Pb...“ „V porovnaní s inými existujúcimi technológiami Táto technológia poskytuje najvyššiu povrchovú hustotu optického úložiska, pokiaľ ide o výkon...“ „Výsledky výskumu môžu viesť k prelomu v ukladaní archívnych údajov dátových centier, čím sa vyriešia problémy úložných technológií s veľkou kapacitou a úsporou energie...“.
Všetko od optickej mikroskopie až po technológiu optického ukladania je obmedzené limitom optickej difrakcie. Medzi 125 najmodernejšími vedeckými problémami na svete vydanými Science v roku 2021 je prelomenie difrakčného limitu ešte vyššie v oblasti fyziky. Úspešný vývoj tohto optického disku s vysokým rozlíšením prelomil tento fyzikálny problém pri zapisovaní aj čítaní informácií, čo pomáha Číne prelomiť kľúčové kľúčové technológie v oblasti ukladania a bude hrať hlavnú úlohu v digitálnej ekonomike veľkých dát. uspokojiť hlavné potreby v oblasti informačného priemyslu.
V budúcnosti výskumný tím urýchli pôvodný výskum inovácií a kľúčových technológií, podporí integráciu a industrializáciu ultraveľkokapacitného optického úložiska a rozšíri jeho krížové aplikácie v oblasti optického mikrozobrazovania, optického zobrazovania, optického spracovanie informácií, aby sa produkovalo stále viac vynikajúcich inovatívnych výsledkov.
Výskumná práca bola podporená hlavnými projektmi Šanghajskej komisie pre vedu a techniku ​​a Národným kľúčovým programom výskumu a vývoja.

Obrázok 1 Schematický diagram prípravy optického disku triedy Pb a režimu čítania/zápisu

Obrázok 2 Výsledky zaznamenávania informácií v super rozlíšení

Obrázok 3 100-výsledky obnovy záznamu vrstvy a dekódovania binárneho kódu

Obrázok 4 Fyzická fotografia optického disku