一种复合材料存储四维数据的写入和读取方法技术

本发明专利技术涉及数据存储技术领域，公开了一种复合材料存储四维数据的写入和读取方法，突破了传统单光束二维数据存储写入模式，通过三维纳米激光直写系统在特殊的复合材料的聚焦激光光场微区内形成有受激荧光反应的微小空缺作为录入的数据点，同时充分利用光盘三维空间和不同激光写入能量下的数据点荧光发光呈线性反应关系特性，从而实现在物理层面上四维度存储录入数据，目标存储密度理论上可以提高到TB级/光盘的水平；通过特定的共焦显微成像系统进行四维数据的读取能够防止数据层之间的信息窜扰，保证所存储数据的读取准确性。保证所存储数据的读取准确性。保证所存储数据的读取准确性。

A method of writing and reading four-dimensional data stored in composite materials

【技术实现步骤摘要】
一种复合材料存储四维数据的写入和读取方法


[0001]本专利技术涉及数据存储
，更具体涉及一种复合材料存储四维数据的写入和读取方法。

技术介绍

[0002]传统光学数据存储主要特点为激光直写、平面二维数据且单层录入，所以存储密度和能力较低，目前商用平均每张标准光盘如蓝光或档案存储光盘的存储数据能力为20
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200GB。
[0003]为了进一步提升数据存储的密度减少数据信息点的尺寸，越来越多的技术人员开始对多层信息存储展开了广泛的研究，已有研究结果表明通过选用特殊的存储材料能够实现三维层面上的多层数据存储，尽管显著提升了存储密度，但是存储密度在某些需要达到TB级水平的应用中仍然受到限制，而针对四维数据存储的相关研究还较少，除此之外在目前多层数据存储的过程中存在数据层间的窜扰，从而对所存储的信息造成错乱的问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种复合材料存储四维数据的写入和读取方法，突破传统单光束二维数据存储写入模式，达到录入数据在四个维度上充分利用光盘空间和材料的光学特性，使目标存储密度提高到TB级的水平。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]本专利技术提供了第一方面提供了一种复合材料存储四维数据的写入方法，至少包括以下步骤：采用激光直写系统，控制搭载样品位移台在平面和纵轴方向移动，实现对所述样品位移台上的复合材料样品中三维数据的写入，同时通过控制单个数据点写入激光的能量大小实现第四维数据的写入。
[0007]进一步地，具体步骤包括：控制搭载样品位移台在平面做二维数据录入，然后移动纵轴，使得物镜聚焦点移动到样品的不同深度录入一层数据以实现在材料中三维数据写入；同时通过控制单个数据点写入激光的能量大小，使得在不同能量写入的数据点在同一读取光强下发出的荧光强度能够可控编写，实现第四维数据的写入。
[0008]上述方案中，所述激光直写系统为单光束的三维纳米激光直写系统，所述单光束激光的波长为532～800nm。
[0009]进一步地，所述单光束激光为经过三维振镜调制的单光束激光。
[0010]进一步地，所述三维纳米激光直写系统中采用的激光器为基于倍频的1064nm红外飞秒激光器。
[0011]更进一步地，所述红外飞秒激光器采用千赫兹脉冲频率。
[0012]专利技术人发现在数据写入的过程中激光器的产生的激光形式也会对存储的信息造成影响，采用连续激光会导致存储信息的读出信噪比、信息点尺寸相对较差，本专利技术的红外飞秒激光器以脉冲激光的形式且采用千赫兹脉冲频率，能够精确调节能量以实现多层、单
点灰度复用的数据录入。
[0013]由于二维存储平面的存储密度受到限制，很多研究人员附加上第三维，以实现将数据记录在三维空间中，大幅提升了存储的密度和容量，然而在某些需要达到TB级水平的应用中仍然受到限制，为此专利技术人通过大量的研究后发现采用特殊的复合材料同时通过三维纳米激光直写系统在复合材料的聚焦激光光场微区内形成有受激荧光反应的微小空缺作为录入的数据点，同时充分利用材料三维空间和不同激光写入能量下的数据点荧光发光呈线性反应关系特性，实现在物理层面上存储录入四维数据，从而使目标存储密度理论上可以提高到TB级的水平。
[0014]上述方案中，所述单个数据点的写入能量由入射激光功率和曝光时间控制，所述入射激光功率为1～2mW，曝光时间为50～200ms。
[0015]通过本专利技术的技术方案在所述复合材料上实现多层信息写入，提高了写入的数据的分辨率，也大大增加存储密度和容量，其中在本专利技术中特定的材料中结合四维数据写入模式，使写入的分辨率为700nm的点间隔和4μm的层间隔，在写入过程中所述数据点的荧光强度能够达到8位阶复用。
[0016]本专利技术的第二方面提供了一种复合材料存储四维数据的读取方法，至少包括以下步骤：使用共焦显微镜成像系统读取数据，通过激发所述写入方法得到的复合材料样品产生可见光波段持续的荧光信号，通过基于预先设定的荧光强度编码标准来解码并获取荧光信号代表的编码内容以实现写入的四维数据信息读取。
[0017]进一步地，具体步骤包括：采用激光器激发在样品产生可见光波段持续的荧光信号，将该荧光信号导入到光子探测器和收集器，经过处理探测每个数据点对应的信号信息，通过基于预先设定的荧光强度编码标准对第四维数据解码获取每个数据点发出的荧光信号代表的编码内容实现对写入的四维数据的信息读取。
[0018]上述方案中，所述共焦显微成像系统中采用的激光器为连续波激光器，波长为400～490nm。
[0019]优选地，所述波长为445nm。
[0020]进一步地，所述共焦显微成像系统为反射式，具体是将连续波激光器激发出特定波长的光通过物镜聚焦在三维位移台上固定的材料上并使写入的数据点受到激发产生波长为480～660nm可见光波段持续的较强荧光信号，将不同位置和能量写入的数据点受激产生的不同强度的荧光信号导入到光子探测器和收集器后经过光信号放大处理在电脑程序里可以清晰探测到每个数据点代表的信号信息，而且反射式的共焦显微成像系统能够消除存储材料和衬底的不均匀性产生的背景影响，同时能够减少多层信息层间的窜扰，保证数据读取的准确性。
[0021]上述方案中，所述共焦显微成像系统中配备的物镜的数值孔径为0.8～1.2。
[0022]上述方案中，所述共焦显微成像系统中配备的物镜的倍率为80x或100x。
[0023]数值孔径决定着物镜的各项技术参数包括分辨率、放大率、焦深、视场宽度与工作距离，本专利技术采用的共焦显微成像系统中配备的物镜具有高数值孔径0.8～1.2以及较高的倍率，同时采用的激光波长相对较短，不但能够最大限度地减小信息位的大小，提高存储密度，还能够减少视场宽度和工作距离，更加有利于提高所存储数据读取的精准度。
[0024]上述方案中，所述复合材料的组分包括丙烯酸单体和热敏化合物。
[0025]进一步地，所述热敏化合物为二乙基二硫代氨基甲酸锌。
[0026]具体地，按照重量百分比计，所述复合材料的组分包括热敏化合物0.5～1.5wt％，丙烯酸单体为余量。
[0027]优选地，所述复合材料的组分包括热敏化合物1wt％，丙烯酸单体99wt％。
[0028]进一步地，所述丙烯酸单体包括二季戊四醇五丙烯酸酯和季戊四醇三丙烯酸酯，重量比为70％：30％。
[0029]其中二季戊四醇五丙烯酸酯的型号为SR
‑
399NS，季戊四醇三丙烯酸酯的型号为SR
‑
444NS。
[0030]上述方案中，所述复合材料为厚度为200μm的薄膜样品并经过紫外光照射。
[0031]采用的上述复合材料具有良好的光敏性、光透过性以及热稳定性，在四维数据写入的过程中，写入激光可以穿过较深的样品厚度能够达到从200μm的深度开始做数据录入，具体的录入过程是在样品内由深至浅进行录入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合材料存储四维数据的写入方法，其特征在于，至少包括以下步骤：采用激光直写系统，控制搭载样品位移台在平面和纵轴方向移动，实现对所述样品位移台上的复合材料样品中三维数据的写入，同时通过控制单个数据点写入激光的能量大小实现第四维数据的写入。2.根据权利要求1所述的一种复合材料存储四维数据的写入方法，其特征在于，具体步骤包括：控制搭载样品位移台在平面做二维数据录入，然后移动纵轴，使得物镜聚焦点移动到样品的不同深度录入一层数据以实现在材料中三维数据写入；同时通过控制单个数据点写入激光的能量大小，使得在不同能量写入的数据点在同一读取光强下发出的荧光强度能够可控编写，实现第四维数据的写入。3.根据权利要求1所述的一种复合材料存储四维数据的写入方法，其特征在于，所述激光直写系统为单光束的三维纳米激光直写系统，所述单光束激光的波长为532～800nm。4.根据权利要求3所述的一种复合材料存储四维数据的写入方法，其特征在于，所述三维纳米激光直写系统中采用的激光器为基于倍频的1064nm红外飞秒激光器。5.根据权利要求1所述的一种复合材料存储四维数据的写入方法，其特征在于，所述单个数据点的写入能量由入射激光功率和曝光时间控制，所述入射激光功率为1～2mW，曝光时间为50～200ms。6.一种复合材料存储四维数据的读取方...

【专利技术属性】
技术研发人员：张启明，高乐，栾海涛，顾敏，
申请(专利权)人：高乐栾海涛顾敏，
类型：发明
国别省市：