光带存储，未来可期

提起磁带，80后、90后应该是最有发言权的两代人，因为可以说磁带伴随着他们走过了美好的童年。

磁带（图片来自网络）

科技在发展，时代的车轮也在飞速向前。磁带已经换成了MP3，最后又整合进了现在的智能手机。磁带已经变成了两代人的回忆，现在很少出现在我们的日常生活中。

那磁带是不是马上要从地球上消失了呢？不，普通录音磁带早已经华丽变身为大容量数据带和大容量硬盘，成功转换角色，成为当今大数据时代的护航者。可以说，没有磁带，全世界都将陷入数据灾难之中，更不会有当今人类如此智能化的便捷生活。

当我们不断吹捧磁存储的时候，存储行业的另一个“兄弟”——光存储，早就看不下去了，于是，一场斗智斗勇的“华山论剑”便由此开始。

磁和光的“华山论剑”

华山论剑（图片来自网络）

磁存储：兄弟，你也是吃存储这碗饭的，难道你不知道在存储界谁是老大吗？

光存储：目前，国内外的数据存储中心还都要仰仗您的眷顾，老大当然是您啦！不过，三十年河东三十年河西，小弟我决定不再隐忍。

磁存储：你好大的胆子，还想造反不成？

光存储：你是宰相肚里能撑船（总存储容量大），但是太虚胖（存储密度低），又太能吃（十分耗电），每过三五年还要替你重新“换血”（数据转移，避免丢失信息），国家已经快养不起你了。

磁存储：我是有缺点，但是你呢，存储量就那么点，如何能被委以重任？

光存储：这你就不懂了吧！我博采众长，已经学习到了你的精髓，等着瞧吧。哈哈。

光带存储

光带存储，就是打破用固定的圆形光盘来存储数据的光存储固有模式，转而用类似磁带一样的透明胶带来存储数据，实现超大容量光存储。同磁带一样，胶带的长度可以做很长很长。这就是目前光存储从磁存储身上学习到的精髓。

实现光带存储可以分为三步：

第一步：制作光带存储媒介。把透明胶带浸泡到荧光染料溶液（比如：无色的四苯基乙烯染料配置的饱和溶液），一段时间后由于分子的无规则热运动，染料分子会渗透到胶带内部。从而获得一个完整的存储媒介。下图（a）为在自然光照射下的效果图，无色透明；图（b）为在紫外灯照射下的效果图，能发出均匀的荧光。

浸泡后的胶带。(a) 白光照射；(b) 紫外灯照射；(c)四苯基乙烯的吸收和荧光光谱曲线。

第二步：通过双光子荧光漂白进行数据存储。从上图（c）可以看出，由于荧光染料四苯基乙烯在紫外波段257nm处有一定的吸收，我们就可以利用波长为515nm的飞秒激光器去激发四苯基乙烯，当激发光强度超过荧光染料的吸收阈值，就会对染料分子产生不可逆的破坏，不能再发出荧光，这种现象被称作荧光漂白，被漂白过的地方代表二进制数中的“1”。而其他没有被飞秒激光作用过的地方，仍然有发荧光的特性，代表二进制数中的“0”。如此，当完成数据点的记录后，在光带媒介上就会存储进去一系列代表二进制数011010011的刻录点。当然，数据可以存储在材料的不同深度，以此完成数据的三维存储。

第三步：数据读取。完成数据的记录后还需要将记录的数据点进行读出，这里用到的仪器是透射式共聚焦显微镜，我们知道共聚焦显微镜的横向分辨率比光学显微镜高1.4倍左右，对记录的数据点进行读取是足够的。共聚焦显微镜能够将聚焦光斑定位到不同层，选用波长为405nm的激发光扫描成像，下图所示为记录的6层10*10的数据点阵读出后的效果图，不同的颜色只是代表了不同的存储深度，横向点间距为2 μm，层与层之间的间距为3 μm，存储密度可以达到约80 Gbits/cm3。

6层光存储效果图

结束语：

光带存储，未来可期。虽然目前仅是实验室的成果，实现产业化的“最后一公里”有待更多的技术进步，但光带存储无疑是取代磁存储成为下一代大数据存储的最具潜力的选手。

来源：中国科学院上海光学精密机械研究所