高密度信息存储的偏光全息理论及关键技术研究

In the big data era, it is very urgent that the needs of storing mass data with a long time. At present, the main methods of data storage are magnetic recording technology. These methods are limited not only of their life time, but also the density of data storage, which approaches to the theoretical limitation of the technology. Conventional optical storage disc, like DVD and BD, has the characteristics of long term preservation, but the recording density is also near to the limitation of two dimensional surface of the disc medium. The existed commercialized storage technologies are difficult to meet the demands for high density data storage with a long life time. The holographic storage was known as optical storage of high density, but, there is still a big gap between actual recording density and theoretical value. This project proposed the "polarization holography" optical storage technology, the polarization information can be used as a dimensional parameter, and add it into the existing 3D holographic data storage system. Therefore, it becomes a four dimensional data storage system, and effectively solves the problem of high density storage. The study of the "polarization holographic" theory was just started in recent years. The project intends to improve of its theory, revealing the physical mechanism of polarized light in holographic recording and reconstructing process, to increase the density of holographic data storage system using polarized light modulation, and strive to meet the needs of the age of big data with high recording density and a long life time.

大数据时代迫切需要对海量数据进行长期保存。目前，主流的数据保存方法依赖磁记录技术，这种技术不仅寿命有限，而且数据存储密度已经趋近于其理论技术的极限。光存储具有长期保存的特点，可是现有光盘存储的记录密度同样已经趋近于其理论技术的极限。已经商业化的存储技术都难以满足海量数据存储的高密度需求。全息光存储被誉为高密度的光存储方式，但是目前实际达到的记录密度与理论值还有很大差距。本项目提出的"偏光全息"存储技术可以在现有的三维全息存储方式中再增加一维偏振的信息变量，提升为四维光信息存储，有效解决高密度存储问题。"偏光全息"理论研究是近年才开始的，本项目拟从完善"偏光全息"理论入手，揭示偏振光在全息记录和再现过程中的物理机制，利用偏振光的调制来提高全息存储密度，力争使偏光全息存储技术满足大数据时代海量数据长期保存的需求。

随着信息时代数据爆发式的增长，海量数据的高效率低能耗超长期保存已成为目前信息领域的重大需求。然而目前，主流的数据保存方法仍依赖磁存储技术，其中硬盘可靠保存时间仅为5年，其存储密度也已经接近理论的极限。光存储较之其他存储方式具有节能和长期保存等优点，最适合于存档数据的保存和读取。针对目前光存储技术在存储密度上的限制，本项目采用自身提出的最新的“偏光全息”理论以及在全息光存储领域中的应用，增加全息光存储技术的数据存储维度，实现更高密全息光存储技术。.本项目主要在“偏光全息”理论基础研究、“偏光全息”实验与应用研究和偏振敏感的全息光存储材料研究三方面的研究获得突破性进展。首先，在理论研究中全面分析了影响偏振矢量信息记录与重建的影响因素和实现条件，建立了“偏光全息”的理论分析模型。其次，在“偏光全息”的实验与应用研究方面，通过“偏光全息”忠实再现的实现条件发展了多种适用于全息光存储的实验方案；通过偏振复用实现了多通道光全息存储系统和矢量光场信息的记录与再现方案。最后，在适用于“偏光全息”的偏振敏感全息存储材料研究方面，本项目掌握了偏振干涉光场与偏振敏感材料相互作用的物理机理，通过化学功能结构组分和掺杂纳米颗粒等方案有效提升了偏振敏感全息存储材料的性能。.通过本项目的研究，我们在利用“偏光全息”实现高密度全息光存储关键技术上获得重要原创性成果。建立了从线偏振，圆偏振到椭圆偏振的统一偏光全息记录与再现理论；通过发展四通道偏振复用光存储技术将传统全息存储的记录容量提高了四倍；发展了偏振控制的光学全息元件，信噪比达到60:1；此外还将纳米掺杂等技术将传统偏光全息记录材料的性能提升了6.7倍。总体而言，本项目获得了符合预期，比较理想的研究成果。