[发明专利]光学数据存储介质及其使用方法

说明书

技术领域

本公开涉及光学数据存储介质，更具体而言，涉及全息存储介质以及其制备和使用方法。 

发明背景 

信息技术工业的快速成长带来了对数据存储系统需求的日益增加。近来，某些RSA已在数据存储系统领域中得到应用。其中数据的读或写通过光照在例如盘上来实现的光学数据存储比在必须通过其他工具如读取磁性介质的磁感头或读取乙烯基介质(media recorded in vinyl)的针来读取的介质中记录的数据具有优势。另外，与乙烯基介质中可存储的数据相比，光学方式可在更小的介质中存储更多数据。此外，由于读取数据不需要接触，故光学介质不像乙烯基介质那样易于因长时间反复使用而受损。 

光学数据存储介质还比磁性存储介质提供多重好处。例如，与磁盘驱动器不同，光学数据存储介质最常提供为可移动介质，易于适合归档和备份数据、在未连接的系统间共享内容及分配预录内容。虽然可得到可移动磁性介质如磁带，但这类介质上存储的信息的寿命通常限于10-12年，所述介质通常相当昂贵，且数据存取慢。与此相反，光学数据存储介质可提供可移动可录和/或预录介质的灵活性、快速的数据存取及为个人计算机和娱乐系统价廉地制造足够负担得起的介质和驱动器。 

虽然如此，但常规的光学数据存储介质确实具有局限性。首先，光学介质的存储密度受对记录比特的最小尺寸的物理限制条件的限制。光学存储的另一局限性在于数据常存储在一个或两个离散的层中，或在表面上或夹在介质内。以深度方式记录信息可提高存储能力；但这样做的方法即漂白和光反应需要大量的光功率来产生可读的标 记。因此，使用这些常规3D记录方法的记录速率将慢。此外，这些方法中使用的介质通常对光能具有线性响应，因此在记录数据后可能需要一些机制来消除介质对光的敏感性以消除非预期擦除、数据丢失等。 

全息存储为光学数据存储，其中数据以全息图表示，全息图为两束光在光敏介质中相交所产生的三维干涉图案的图像。更具体而言，参考光束与含数字编码数据的信号光束的叠加在介质体内形成3-D干涉图案，从而导致改变或调制光敏介质的折射率的化学反应。此调制将来自信号的强度和相位信息记录为全息图。该全息图可在后来通过将存储介质单独暴露于参考光束而重新得到，其中参考光束将与存储的全息数据相互作用生成与用来存储所述全息图像的初始信号光束成比例的再现信号光束。 

全息存储的早期尝试依靠基于页的方法，即其中数字信息的比特以与一“片”其上记录全息图的必要线性介质上的逻辑零和一的二维阵列编码成体全息图。由于利用了介质的较大体积，故利用基于页的方法所需的记录和读出设备可能复杂且昂贵，且介质内的读或写对温度波动、振动以及写或读波长或强度的小变化将非常敏感。 

由于这些缺点，故对全息数据存储更新近的研究已聚焦于按比特方式(bit-wise)方法，其中信息的各个比特(或几个比特)由局域化于介质内的微小体积以产生反射读出光的区域的全息图所代表。这样的局域体全息微反射器可在介质的整个体积中布置成多个数据层。在这样的布置中，层中数据的读出和记录不可避免地导致邻近层暴露于记录/读出辐射，因此，虽然线性材料已经证明可在单比特应用中为全息数据存储效力，但拥有可支撑多个数据层而在写和读步骤过程中不影响其他数据层的介质将更有利。 

能适应按比特方式的数据存储方法的材料是高度寻求的，因为用来读取和写到这类材料的设备目前已有市售或易于通过改变易于买到的读写设备而提供。此外，通过按比特方式的全息数据存储比使用 基于页的方法存储的全息数据更耐受温度、波长、强度变化及振动。为在全息图特别是微全息图的记录中最有用，按比特方式的数据存储材料必须是非线性的且此外需要随记录光表现出至少约0.005到约0.05的折射率变化(Δn)。最后，材料中由记录光产生的折射率调制的幅度将限定给定系统配置的衍射效率，衍射效率与信噪比、误码率和可达到的数据密度相关联。 

因此仍需要可对记录光强度表现出非线性(或“阈值”)响应并适于按比特方式的全息数据存储的光学数据存储介质。特别地，介质中存储的全息图在深度上受限将是有利的，以便可实现容量的增大。还需要这类数据存储介质以使周围介质的折射率不显著改变且各深度处看不到全息图效率的实质降低的方式写入。理想地，所提供的任何这类材料应具有足够的支持衍射效率的折射率变化，以便能记录高密度微全息数据，从而进一步扩大材料的存储能力。 

发明内容