[发明专利]一种基于空间方向复用的多维度光存储写入方法

说明书

本发明公开了一种基于空间方向复用的多维度光存储写入方法，包括：根据第一方向角的变化范围和分辨率以及第二方向角的变化范围和分辨率，通过二进制编码得到第一方向角和第二方向角的取值组合到比特数据的映射关系；根据映射关系，得到待写入数据所对应的第一方向角和第二方向角的取值组合并根据取值组合使得第一方向角为θ且第二方向角为从而实现数据的写入；其中，第一方向角和第二方向角分别为焦点处光场空间形状的主轴与z方向和x方向的夹角，z方向为激光入射方向的反方向，x方向和y方向互相垂直且均垂直于z方向，由此构成标准右手坐标系。本发明能够在原有的多维度光存储的基础上进一步提高光存储的存储容量。

技术领域

本发明属于光存储领域，更具体地，涉及一种基于空间方向复用的多维度光存储写入方法。

背景技术

传统的CD、DVD、Blu-ray是典型的二维光存储技术，在传统的2D光盘中，只在一个信息记录层上存储了信息，光盘中绝大部分空间没有被使用，其存储容量很小，远远不能满足飞速增长的数据存储需求。提高存储维度是提高光存储容量的有效途径，利用飞秒激光实现的双光子/多光子激发技术可以在透明材料内部写入信息，同时不破坏相邻记录层。利用此技术可在存储介质中写入多层信息，因此被广泛使用并在多种材料上实现了3D存储。现有的3D光存储设备中，单碟容量可达1000GB。3D光存储的容量依然受限于记录点尺寸，其极限容量十分有限，不断增长的需求促进了多维度存储的发展。多维存储的基本思想是在一个记录点上实现信息状态的复用，也就是用写入激光的物理特性来编码信息。在材料的尺寸小到纳米量级时，其光学特性将变得更加复杂。例如，根据大小和形状的不同，纳米微粒会表现出对不同波长和偏振态的激光的选择性吸收，利用这种现象可以实现波长和偏振态的复用。通过对波长和偏振态的复用，单碟可具有近10TB的存储容量。飞秒激光在熔融石英中可以引入一种纳米光栅结构，该结构会表现出双折射特性。双折射的两个参数，慢轴方向和延迟值可分别通过激光的偏振态和光强来控制，可以实现偏振态和光强的复用。基于纳米光栅结构，单碟容量可达到360TB。

随着技术的发展，通过三维空间、光强、偏振、波长等复用，可实现多个维度的光存储。但是，根据大数据预测，到2025年，全球产生的数据总量将超过160ZB(1ZB＝10⁹TB)，现有的多维光存储技术仍无法满足数据存储需求。因此，在存储单元尺寸受限于光学衍射极限的情况下，为了继续提高光存储的存储容量，迫切需要开发新的数据复用维度。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种基于空间方向复用的多维度光存储写入方法，其目的在于，通过对焦点处光场强度分布的空间方向的复用，在存储单元尺寸受限于光学衍射极限的情况下，进一步提高光存储的存储容量。

根据激光的物理特性，写入激光在焦点处的光场强度分布具有“椭球型”或“水滴形”的形状，焦点处光场分布的空间形状中存在一条主轴，现有的光存储写入方法中，该主轴与写入激光入射方向重合。通过对焦点处的光场分布进行控制，可以使得该主轴偏离写入激光入射方向，从而可以实现对空间方向的复用。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于空间方向复用的多维度光存储写入方法，包括：

(1)根据第一方向角的变化范围和分辨率以及第二方向角的变化范围和分辨率，通过二进制编码得到第一方向角和第二方向角的取值组合到比特数据的映射关系g；其中，第一方向角为焦点处光场空间形状的主轴与z方向的夹角，第二方向角为焦点处光场空间形状的主轴与x方向的夹角；z方向、x方向分别为根据激光入射方向建立的空间直角坐标系中z轴和x轴的方向，空间直角坐标系为标准的右手坐标系，在空间直角坐标系中，z方向为激光入射方向的反方向，x方向和y方向互相垂直且均垂直于z方向；

(2)根据映射关系g，得到待写入数据所对应的第一方向角和第二方向角的取值组合(θ,)，并根据取值组合(θ,)使得第一方向角为θ且第二方向角为，从而实现数据的写入。