信息技術(shù)在經(jīng)歷了以解決計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度為主要任務(wù)的 CPU 時(shí)代和解決信息傳播、傳輸、交換為主要矛盾的網(wǎng)絡(luò)時(shí)代之后， 現(xiàn)在又進(jìn)入以解決信息存儲(chǔ)和安全備份為主要矛盾的信息存儲(chǔ)時(shí)代。
進(jìn)入 21 世紀(jì)以來(lái), 通過(guò)開(kāi)發(fā)新材料、改善材料存儲(chǔ)性能、采用高性能軟磁材料做磁頭 、縮小記錄光斑尺寸、使用多層膜耦合及超分辨率讀出等新技術(shù)手段 ,磁性和磁光記錄存儲(chǔ)的記錄密度得到大幅度提高。磁盤的容量可達(dá) 10Gb/in2 , 磁光盤的容量也可以達(dá)到 20Gb/in2。但磁和磁光記錄位不可能無(wú)限地小, 它還受到無(wú)法克服的一個(gè)致命制約, 這就是超順磁效應(yīng)。當(dāng)磁和磁光記錄介質(zhì)中的鐵磁顆粒比單疇的臨界尺寸小時(shí), 熱漲落可使這種顆粒的磁矩產(chǎn)生一種類似于布朗運(yùn)動(dòng)一樣的混亂轉(zhuǎn)動(dòng), 破壞磁矩間的整齊排列, 使剩余磁化衰減或消失。100 Gb/in2量級(jí)的記錄密度可能是磁和磁光記錄的極限。
在光盤的存儲(chǔ)方面,人們通過(guò)研發(fā)新型有機(jī)光化學(xué)材料、采用短波長(zhǎng)激光讀寫(xiě)、提高道密度和線密度、開(kāi)發(fā)多數(shù)據(jù)層光盤、提高盤面轉(zhuǎn)速等技術(shù), 顯著提高了光盤的存儲(chǔ)密度和傳輸速率 。然而, 現(xiàn)有光盤的存儲(chǔ)原理決定了它存在 1/λ2( λ為光波波長(zhǎng)) 的面密度限制 ,其二維存儲(chǔ)的密度將要接近物理極限 ,研究人員已將目光轉(zhuǎn)向了三維體存儲(chǔ) 。
對(duì)于光存儲(chǔ)而言 ,體存儲(chǔ)容量與面存儲(chǔ)容量之比是所用激光器波長(zhǎng)的平方與立方的關(guān)系。在現(xiàn)有的幾種基于頁(yè)的三維存儲(chǔ)研究方案中( 例如: 全息記錄 、光譜燒孔 、光子回波、雙光子存儲(chǔ)和光致變色多層存儲(chǔ)), 由于全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)同時(shí)具有較高的數(shù)據(jù)傳輸速率( 1Gb/ps)、巨大的存儲(chǔ)容量( V/λ 3 : V是全息存儲(chǔ)晶體的體積,λ同上) 和短暫的訪問(wèn)響應(yīng)時(shí)間(<100μs), 是最有希望的下一代數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù) 。
幾種常見(jiàn)全息存儲(chǔ)材料及其特性
超微粒的銀鹽乳膠有很高的感光靈敏度和分辨率，有較寬廣的光譜靈敏范圍，并已重復(fù)性好、保存期長(zhǎng)，具有很強(qiáng)的通用性。目前，超微粒的銀鹽乳膠已經(jīng)具有成熟的制備技術(shù)，穩(wěn)定的商品化產(chǎn)品——全息干板。銀鹽材料的缺點(diǎn)主要在于：不能擦除后重復(fù)使用，濕顯影處理程序較為繁瑣，且對(duì)于位相型全息圖，其較高的衍射效率卻往往帶來(lái)噪聲的增加和圖像質(zhì)量的下降。
這種材料也可以旋涂在基片上制成干板，光照射后，抗蝕劑中將發(fā)生化學(xué)變化，且隨著曝光量的不同，發(fā)生變化的部分將具有不同的溶解力。選用合適的溶劑顯影，便可制成表面具有凹凸的浮雕相位型全息圖。為了獲得較好的圖像質(zhì)量，需要對(duì)負(fù)性光致抗蝕劑進(jìn)行足夠曝光，但這往往與全息圖成像的**曝光量相矛盾，從而使負(fù)性光致抗蝕劑存儲(chǔ)的全息圖的精細(xì)線條往往由于曝光量不夠，而在顯影時(shí)被腐蝕掉，影響全息圖的質(zhì)量。
光折變材料是通過(guò)光折變效應(yīng)來(lái)存儲(chǔ)全息圖的，即當(dāng)受到非均勻的光強(qiáng)度照射時(shí)，材料局部折射率的變化與入射光強(qiáng)成正比。光折變材料具有動(dòng)態(tài)范圍大、存儲(chǔ)持久性長(zhǎng)、可以固定以及生長(zhǎng)工藝成熟等優(yōu)點(diǎn)，且有機(jī)光折變聚合物也沒(méi)有光致聚合物的體積變化問(wèn)題。
光折變材料主要有無(wú)機(jī)存儲(chǔ)材料和有機(jī)存儲(chǔ)材料兩類。常見(jiàn)的光折變無(wú)機(jī)材料主要有摻鐵鈮酸鋰晶體（LiNb3：Fe）、鈮酸鍶鋇（SBN）、和鈦酸鋇（BaTiO3）；而常見(jiàn)的有機(jī)光折變聚合物則有PMMA：DTNB：C60和PQ/PMMA等。
光致聚合物主要由單體、聚合體和光敏劑組成。記錄光照射聚合物后，光敏劑被激發(fā)，并引發(fā)曝光過(guò)程；然后，自由基引發(fā)單體分子聚合，最后在材料中形成位相型全息圖。光致聚合物具有較高感光靈敏度、高分辨率、高衍射效率以及高信噪比，可用完全干法處理及快速顯影，記錄的生息圖具有很高的幾何保真度，并易于長(zhǎng)期保存。光致聚合物的本要缺點(diǎn)在于其體積容易受到影響而發(fā)生變化。
這是由于光致變色膜層內(nèi)的分子極化特性發(fā)生改變，會(huì)導(dǎo)致膜層折射率的變
化。尤其記錄波長(zhǎng)與介質(zhì)吸收譜非共振時(shí)，膜層內(nèi)部可產(chǎn)生顯著的折射率變化。光致變色材料具有無(wú)顆粒特征，分辨率僅受記錄光波長(zhǎng)和光學(xué)系統(tǒng)的影響。但是光致變色材料存儲(chǔ)的全息圖的衍射效率并不高。
光導(dǎo)熱塑材料是另一種記錄浮雕型位相全息圖的記錄材料,是在電照相基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種全息記錄材料。但由于其分辨率不夠高,且高質(zhì)量導(dǎo)電薄膜制造困難,因此應(yīng)用有限。
鉻酸鹽明膠(DCG)是在明膠中浸人Cr2O2-7,離子構(gòu)成的位相型全息記錄材料。它的光學(xué)性能良好,典型膜厚為10—30μm,被光照的部分不會(huì)變黑,因此再現(xiàn)全息圖也不吸收光,是一種理想的位相型全息記錄材料。DCG可分為未硬化和硬化兩種。未硬化的DCG記錄的全息圖的衍射效率只有30%,沒(méi)有充分體現(xiàn)DCG材料的優(yōu)點(diǎn)。采用硬化DCG記錄的折射率調(diào)制型全息圖具有良好的光學(xué)性質(zhì),分辨率達(dá)到理論值的90%,且背景散射小于信號(hào)的1份。DCG材料的缺點(diǎn)在于:再現(xiàn)性差,即感光層從曝光到顯影影像出現(xiàn)失真，光譜敏感范圍有限;感光度較差;對(duì)空氣的濕氣抵抗力差等。即便如此，由于其在光學(xué)性能上的優(yōu)越性,該材料依然被廣泛應(yīng)用于全息存儲(chǔ)、各種全息元件的制作等方面。
在全息光存儲(chǔ)中 , 數(shù)據(jù)信息是 以全息圖的形式被記錄在存儲(chǔ)材料中。與目前其它光存儲(chǔ)方法所不同的是 ,由于全息存儲(chǔ)材料上保存數(shù)據(jù)信息的全息圖所記錄的是物光和參考光的干涉圖樣 , 因此它不僅保存了物光的振幅信息 , 而且還保存了其完整的空間位相信息 , 這是由全息方法本身的物理特性所決定的。
全息圖記錄與再現(xiàn)的基本原理。 來(lái)自物方攜帶有調(diào)制信號(hào)（ 欲實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)的信息） 的光稱為物光， 另一束光稱為參考光。 物光和參考光是由同一激光器輸出的激光束經(jīng)分光鏡而得到的，因此滿足形成干涉所需的相干條件。當(dāng)物光和參考光相遇時(shí)就會(huì)產(chǎn)生干涉，從而在空間形成光的干涉圖樣。令物光和參考光在全息光存儲(chǔ)材料中相遇并發(fā)生干涉， 干涉圖樣會(huì)使存儲(chǔ)材料的化學(xué)或物理特性發(fā)生改變，存儲(chǔ)材料在折射率或者吸收率上的相應(yīng)變化就作為干涉圖樣的復(fù)制品而存儲(chǔ)下來(lái)。通過(guò)參考光照射光柵， 可以再現(xiàn)事物本身的全息圖像。
