黃曉靜

·想象一下，未來5年內的某一天，當你身體不舒服隨便走進一家醫(yī)院，醫(yī)生將你口袋里的醫(yī)療保健卡插進電腦，眨眼之間，躍入眼簾的是自你出生以來的全部病歷信息，包括透視、做CT以及某次摔傷做核磁共振掃描的圖片，還有成長階段各個時期身體的各項指標檢查結果……這一切離我們已經很近。如此超大容量的數據存儲技術即將走出實驗室。新技術的成功催生了新一代的存儲方式，這就是“三維立體存儲數據技術”，即全息存儲。

全息存儲被《福布斯》雜志評為未來10大“最酷”技術之一。想了解全息存儲的巨大優(yōu)勢，首先得了解現行的存儲媒介(CD、DVD、磁盤)。拿CD來說，激光把數據刻錄在感光聚合物的表面上，形成或凹或凸的小點(相當于二進制中的0或1)；部分DVD提供2個刻錄層，在這種情況下，光盤的面積很快就成為不可逾越的物理極限。但容量更高、速度更快、可靠性更強，永遠是用戶對硬盤孜孜以求的目標。全息存儲技術的優(yōu)勢就在于，它能夠在光碟的同一位置上向縱深刻錄，從而立體存儲數以萬計的全息數據。這使得和DVD碟片大小的全息光盤，其容量達到1.6TB(1TB=1024GB)，可以存儲350倍于現行DVD標準(4.7GB容量)的內容。

海量的信息儲存

全息技術主要是利用激光技術，拍攝出完整的三維影像，真實反映了拍攝物體的全部信息，而不是過去只體現物體一面的二維數據。全息存儲與全息照相完全相同，同樣利用了光的干涉原理。與其他存儲技術不同，全息存儲技術并不僅僅利用介質表面，它通過在整個存儲介質內記錄干涉圖案來存儲數據，這些干涉圖案是由兩束激光在某種晶體上相交來改變材料的光學特性所形成。

全息存儲是受全息照相的啟發(fā)而研制的，當你明白全息照相的技術原理，對于全息存儲就可以更好地理解。我們在拍攝全息照片時，對應的拍攝設備并不是普通照相機，而是一臺激光器。該激光器產生的激光束被分光鏡一分為二，其中一束被命名為“物光束”，直接照射到被拍攝的物體：另一束則被稱為“參考光束”，直接照射到感光膠片上。當物光束照射到所攝物體之后，形成的反射光束同樣會照射到膠片上，此時物體的完整信息就能被膠片記錄下來，全息照相的攝制過程就這樣完成了。乍看過去，全息照片上只有一些亂七八糟的條紋，但當我們使用一束激光去照射這張照片時，真實的原始立體圖像就會栩栩如生地展現出來。

全息存儲技術同樣需要激光束的幫忙，研發(fā)人員要為它配備一套高效率的全息照相系統(tǒng)。首先利用一束激光照射晶體內部不透明的小方格，記錄成為原始圖案后，再使用一束激光聚焦形成信號源，另外述需要一束參考激光作為校準。當信號源光束和參考光束在晶體中相遇后，晶體中就會展現出多折射角度的圖案，這樣在晶體中就形成了光柵。一個光柵可以儲存一批數據，稱為一頁。我們把使用全息存儲技術制成的存儲器稱為全息存儲器。全息存儲器在存儲和讀取數據時都是以頁為單位。

早些時候，美國奧勒岡大學曾經使用“釔鋁石榴石”(一種可用于產生激光束的氧化鋁合成晶石)作為記錄材料進行全息存儲實驗，研究人員將1 760位數據序列進行編碼并輸入激光束中，然后將它們成功地存儲在晶體上，還進行了多次的反復讀取，從而證明全息存儲是可行的。最近，美國的印菲斯技術公司，以傳統(tǒng)的“雙光束干涉法”為基礎研制出全息存儲器，其信號光束和參照光束分別來自不同的方向，照射在同一位置上。日本日立萬勝公司宣布，采用這種技術也研制出了全息存儲器。

全息存儲光盤的設計與較早前報道的在旋轉的光盤上記錄全息頁數據(在全息編碼前將源數據編碼為頁數據)的方式不同，由于后者在光盤上沒有像傳統(tǒng)光盤那樣，預制保證伺服機構準確而高效尋址的伺服信息，因此商業(yè)化前景不明朗。若想在指定的位置上記錄全息數據，則必須在光盤上加入伺服信息，而這對于全息光盤來講，將是一個重大的挑戰(zhàn)。因為預制的伺服信息(地址信息)將有可能破壞全息成像的效果，進而增加數據噪音。日本的一家公司采用同線全息技術，其信號光束和參照光束來自相同的方向，將全息記錄技術實用化做出了關鍵努力，通過它可以大幅度簡化全息記錄技術應用難度。同線全息技術在一個光束中整合了一個參考激光與一個信號激光。它們創(chuàng)建了一個包含數據的干涉三維全息構圖。這個圖像將通過一個單一物鏡在存儲介質上顯現。借助這個突破性的裝置，可以顯著地簡化并縮小全息成像系統(tǒng)的設計難度與外形體積。光學拾取元件的尺寸還可以進一步縮小，也可以省去防振裝置，同時它還能與CD和DVD光盤高度兼容，并且運作成本低。

仍在保密的材料

最先開始此項研究的是美國貝爾實驗室的化學家們，他們在1994年邁出了第一步。但成功地刻錄一份可讀文件卻是4年之后的事，其中的困難可想而知。今天，盡管制造商出于商業(yè)上的原因，不愿透露材料的具體配方，但我們知道解決方法在于將兩種聚合物(其實是塑料)進行混合，第一種起感光作用，第二種則保證材料的強度。在操作過程中，要把這項脫胎于全息攝影的技術成功地運用于數據存儲卻不是一朝一夕就能辦到的。僅僅這項研發(fā)就花去了相當長的時間，工程師們甚至不得不向研究人員求助，以獲得一種適于三維數據記錄的材料。顯然，這塊骨頭比預計的要難啃得多。因為無論是從均勻性還是體積上來說，這種材料都，必須非常穩(wěn)定。更確切地講，全息存儲碟片3.5毫米厚的數據層(DVD數據層厚1.5毫米)中的任何一部分，其光學特性必須完全一致，并保持物理性質和化學性質的絕對穩(wěn)定。這樣當激光讀寫到每個點時，才能保證準確無誤，并且不會損壞之前記錄的數據。再者，這種材料『必須能夠經受一切考驗。任何因老化或微熱而引起的極微小變化，都可能會對存儲的信息產生不可彌補的后果。在三維空間中，哪怕是一點點變形都將給數據帶來嚴重破壞。

歡呼勝利為時過早

使用全息存儲技術后，一塊方糖大小的立方體就能存儲高達1TB的數據，這么高的容量并不是空穴來風。由于一個晶體有無數個面，我們只要改變激光束的入射角度，就可以在一塊晶體中存儲數量驚人的數據。打個形象的比喻，我們可以把全息存儲器看成像書本一樣，這也是其用小體積實現大容量的原理所在。

目前在全息存儲技術上出現了兩種技術方案，一種方案，采存儲介質為兩層光敏聚合物，介質厚度為1.5毫米，并被安置在了全息碟片的兩層塑料外殼中間。另一方案是同線全息技術，初期的目標用戶是醫(yī)療保健機構。

全息存儲技術盡管擁有容量大、速度快等近平完美的特性。但全息技術的發(fā)展卻并非一帆風順。全息技術要面對的頭號挑戰(zhàn)就是信號的干擾問題。由于全息采用的是用激光曝光光盤上的圖像，然后用韌鏡捕捉進行解碼。這樣的工作原理，就導致了全息驅動器對于光的干涉和其他噪音的干擾非常敏感，因此不得不通過更為復雜的糾錯和編碼方式來保證數據的準確性。這種做法的“副作用”是全息存儲驅動器的讀寫速度無法提升。按照22MB，S的讀寫速度，要寫滿一張1TB容量的全息光盤所耗費的時間實在驚人。

不過，研究人員已經取得了長足的進步，或許所有問題在2011年前后，就可以迎刃而解了。全息存儲幾乎可以永久保存數據，在切斷電能供應的條件下，數據可在感光介質中保存數百年之久，這一點也遠優(yōu)于硬盤。與傳統(tǒng)硬盤不一樣，全息存儲器不需要任何移動部件，數據讀寫操作為非接觸式，使用壽命、數據可靠性、安全性都達到理想的狀況。與目前的存儲技術相比，全息存儲在容量、速度和可靠性方面都極具發(fā)展?jié)摿?。由于全息存儲器是以頁作為讀寫單位，不同頁面的數據可以同時并行讀寫，理論上其存儲速度將相當迅速。據估算，未來全息存儲可以實現1GB／S的傳輸速度，從網上給你好友傳輸一部喜愛的電影，一般在眨眼之間即可完成。

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