文档介绍：光谱烧孔存储技术的原理
制作人(按学号排列): 姜勇勇 08272009
李峰 08272010
光化学反应引起的光谱烧孔现象是于1974年由Pcrsonov等首先发现的, 1978年IBM公司的科学家提出用持久性光谱烧孔(Persistent Spectral Hole Burning)实现高密度光存储,并论证了其可行性。
什么是光谱烧孔存储技术?
光谱烧孔存储技术是利用光化学反应引起的光谱烧孔现象而制作出的一种存储方式。这些技术可使传统的光盘二维信息存储发展成包括频域在内的三维信息存储,已达到超高密度存储。
2-D = 47 MB/cm2
3-D = 930 GB/cm2
4-D > 900 TB/cm2
(预计)
每个维度
记录密度提高10,000 倍!
由于光谱烧孔存储技术可以实现多维度记录,所以可以使光盘的轨道密度,也就是存储量大大提升。
特点:
那么光谱烧孔存储技术是怎么实现多维度记录的呢?
光谱烧孔存储技术的基本原理
首先: 能够产生PHB(持久性光谱烧孔)现象的物质系统由客体(光活性分子)和主体(透明固体基质)两部分组成,客体分子均匀分布在主体中。
而客体的吸收谱有两类谱线:
由于外界因素客体分子具有不同的局域环境,不同局域环境对应于不同谐振频率的均匀吸收带
所有均匀吸收带叠加形成连续非均匀吸收带
w0
wPROBE
然后:利用激光器在低温下将激光频率调谐至非均匀吸收带范围内的任一频率,对PHB物质系统进行强辐射,此时在测点中,只有激发能与入射光能量相同的客体分子才能被选择地激发,然后进一步导致光化学变化,从而产生了一种与原来分子具有完全不同的电子结构的光化学产物。
最后:在此基础上用弱光检测,在于激光能量相对应得频率位置处,光吸收减弱或消失,形成光谱烧孔。在同一测点上,利用激光器对非均匀吸收带范围内的频率进行扫描,就会在同一侧点上得到一系列的光谱孔,按孔的有无,编译成二进制码“1”和“0”,就实现了PHB频率域的多重存储。
光子选通PSHB中,第一个光子用来选频,第二个光子用来选通。只有两个光子同时作用才能完成烧孔,这样只用选频光多次读出信息时就不会破坏写入的信息。
光谱烧孔
单光子光谱烧孔
双光子光谱烧孔
(光子选通光谱烧孔)
单光子烧孔,电子容易自陷阱由声子支助返回,即烧孔不稳定,因此,目前研究中一般采用双光子光谱烧孔(光子选通光谱烧孔)。
目前光谱烧孔存储技术有两个主要的研究方向。
单光子烧孔
只用一种频率的光就能产生PHB现象的叫做单光子材料。单光子材料的PHB过程可用下面的能级图表示。单光子材料分为
1)卟啉、酞菁类。 2)DAQ 及其衍生物。 3)其它化合物类
双光子烧孔
单光子PHB存储的缺点是没有反应阈值,无论读出光是多么微弱,它总是以同样几率引起光化学反应,因而已被记录的信息在多次重复读出后会受到破坏,所以从实用性来看,必须采用光子选通型材料,也即同时用两种频率的光才能产生PHB的材料。
光子选通型PHB过程可用三能级图来表示。如图所示,图中起频率选择跃迁作用,而则起选通作用,也即只有在和同时存在时才能写入信息,而读出只是在单独存在时就可进行,因而不会破坏已写入的信息。
上图为烧孔和检孔装置图。试样被安放在低温恒温器的样品架上, 单模连续染料激光器为光谱烧孔提供选位光源,Ar+ 激光器用来泵浦单模染料激光器, 并为烧孔过程提供选通光源。烧孔波长由染料激光器中的波长调节器调节。所有烧孔实验均在20K 的温度下进行。
孔的检测是利用1m 单色仪、光电倍增管和锁相放大器及记录仪等仪器对光照前后的透射谱的变化来进行检测的。
烧孔装置图
主要缺点
由于光谱烧孔存储一般在几十K的低温下进行,随着温度升高,烧孔材料中均匀线宽超线性增加而使烧孔密度降低,电子一声子相互作用加剧,使声子边带成分增加,热填孔过程加剧,使烧孔效率降低。
所以目前大部分有机PHB材料只能在液氦温区工作,只有少数可在液氮温区工作。低温造成的成本问题一直在制约着PHB的应用。这也是为什么光谱烧孔技术一直没有投入工业应用的主要原因。