光信息存储技术

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1、第7章光信息存储技术7.1引言随着社会的进步、生产和科学技术的发展，需要存储、传播、处理和利用的信息量在急剧增加，这对信息存储技术也提出了越来越强烈的要求。信息从信息源传播到受众，是通过信道传输的。图7.1示出信息传输的方框图。图中将"存储"作为传播通道的终端之一，实际上已存储的信息又可作为下一轮传播的信息源。此外，在信息传输链路中，由于各个环节的速度可能不相同，还需要存储器作为中间的环节。因此存储也可以看成是信息传输过程中具有延时和中继功能的重要一环[7-1]。人的大脑作为信息的最终归宿,据研究

2、存储容量在1015bit以上，迄今为止还没有任何单个存储器件能够超过。图7.1信息传播方框图人们对存储器件性能的要求，首先是容量（或密度），以及写（存）和读（取）数据的传输速率，存取等待时间，持久性（包括使用期和保存期），误码率和噪音特性，符号间干扰和串扰，可否直接重写，非破坏性读出和选择性擦除，功耗和热耗散要求,等等;对于包括存储器件在内的整个存储系统,还要考虑系统可靠性或平均损坏时间,是否可拆卸。此外器件和系统的成本也是不可忽视的因素。在当今的计算机系统中，存储器的性能与处理器相比是落后的。若

3、把建立地址的时间包括在内，从响应最快的高速缓存器（静态随机存取存储器SRAM）存取一次数据也要花费计算机的几个时钟周期。若把所有要用到的数据都保存在最容易读写的位置－处理器芯片中，成本将太高。因此计算机系统都采用存储器分级结构：紧靠处理器的寄存器和高速缓存器寻址最快、等待时间最短，但每兆字节容量的成本也最昂贵。芯片外的主存储器（通常是动态随机存取存储器DRAM）较便宜，因而能做成大容量的器件。各种磁盘、磁带技术与相应的驱动器相结合，可以实现更大的存储容量，也称为海量存储设备（massstorage

4、）。这些远离处理器的外存储器件容量大，价格低廉，但由于它们的机械运动属性，存取等待时间长，数据传输速率差。258随着社会的进步，传统的存储信息的媒质（如纸张、磁体）已不能完全适应需要。当前的趋势是对图像和声音的处理和通信的需求日益高涨（即所谓“多媒体革命”），全球计算机网络（例如万维网）的广泛采用，以及娱乐、教育和计算机工业的结合。用于数字图书馆、医学成像、运动画面产生和发行、以及多媒体教育和训练等对存储器件的需求，形成庞大的的存储产品市场[7-2]。如此迫切的需求推动了信息存储各个领域的研究和发

5、展。光存储的技术也应运而生，并迅速发展成为信息技术中的支柱产业。人的信息来源，是通过视觉、听觉、触觉等感觉器官直接或间接从信息源获取。其中以光为信息载体的视觉信息色彩纷呈，又可包含大视场、大景深的快速运动图像，其信息丰富的程度远远超过其它的信息获取方式，因而成为人类的主要信息来源。远古的人类就知道利用光来快速传递信息，例如我国商周时代就有“烽火戏诸侯”的故事；但是在很长的时期内，人们存储信息的方式一直局限于直接保存包含信息的实物（如结绳计数）或符号（如各种形式的书籍文字）。直到150多年前发明照相

6、术，才真正开始了用光学方法存储信息的时代。照相术通过光诱导乳胶中物质的光化学反应，改变乳胶局部透过率，从而实现信息的存储。由光学照相术发展而来的缩微照相术，由于能够高保真度地存储高分辨率图像，其保持文物、古籍等物品原貌的能力无可替代,在今天的海量信息存储领域仍然占有重要的位置。但是这种存储技术需要复杂费时的湿法后处理，作为一种“离线”读写方式，难于像磁盘、光盘一样与现代通信设备以及计算机联机，因而在扩大信息交流方面存在限制。当前，光学存储主要指与计算机和其它通信系统联机的海量存储技术。与传统的磁性

7、存储技术（磁带、磁泡、磁盘）相比，光学存储有以下特点：（1）存储密度高。理论估计，光学存储的面密度为1/l2的数量级，其中l是用于存储的光的波长。光学方法可以寻址记录材料的整个体积，存储的体密度可达1/l3[7-3]。按l=500nm计算，存储密度为1TB/cm3的数量级。若同时在大量可分辨的窄光谱凹陷中进行记录，存储密度还可提高1-3个数量级，这是当前任何其他数据存储技术所无法匹敌的。（2）并行程度高。由于光束可以携带图像即二维数据页，通过对照明光束波面的二维调制，光学存储器件能广泛地提供并行输

8、入输出和数据传输。（3）抗电磁干扰。外界电磁干扰的频率都远远低于光频，因此光不受外界电磁场的干扰，不同光束之间也很难互相干扰。（4）存储寿命长。磁存储的信息一般只能保存2－3年。而只要光存储介质稳定，寿命一般在十年以上。258（1）非接触式读/写信息。用光读写，不会磨损和划伤存储体，这不仅延长了存储寿命，而且使存储体可以自由拆卸、移动和更换，因而可以做成真正海量的存储器。（2）信息价格位低。由于光学存储密度高，其信息价格位可比磁记录低几十倍。由于这些优点，使得自从激光器发明以来，光