全息存储如何工作

全息存储有望在糖块大小的晶体中存储1太字节（TB）的数据。1太字节的数据等于1,000千兆字节，100万兆字节或1万亿字节。超过1,000张CD的数据可以存储在一个全息存储系统上。大多数计算机硬盘驱动器只能存储10到40 GB的数据，这只是全息存储系统可能存储容量的一小部分。

宝丽来科学家Pieter J. van Heerden在20世纪60年代初期首次提出了全息（三维）存储的想法。十年后，RCA实验室的科学家们通过在铁掺杂的铌酸锂晶体中记录500个全息图，并在光敏聚合物材料中记录550个高分辨率图像的全息图，展示了这项技术。廉价部件的缺乏以及磁性存储器和半导体存储器的发展，使得全息数据存储的开发被搁置。

在过去的十年里，美国国防高级研究计划局（DARPA）以及高科技巨头IBM和朗讯的贝尔实验室引领了全息存储发展的复兴。

朗讯和IBM开发的原型略有不同，但大多数全息数据存储系统（HDSS）都基于相同的概念。以下是构建HDSS所需的基本组件：

当蓝绿色氩激光器发射时，分束器会产生两束光。其中一束光，称为物体光或信号光束，将直行，从一个反射镜反弹并穿过空间光调制器（SLM）。SLM是一种液晶显示器（LCD），它将原始二进制数据页面显示为明暗方块。二进制代码页面的信息由信号光束携带，传送到光敏铌酸锂晶体。有些系统使用光聚合物代替晶体。第二束光，称为参考光束，从分束器侧面射出，并沿另一条路径到达晶体。当两束光相遇时，产生的干涉图样将信号光束携带的数据存储在晶体中的特定区域——数据以全息图的形式存储。

全息存储系统的一个优点是，可以快速一次性检索整页数据。为了检索和重建存储在晶体中的全息数据页面，参考光束必须以与存储该数据页面时完全相同的角度射入晶体。每个数据页面都根据参考光束照射晶体的角度，存储在晶体的不同区域。在重建过程中，光束将被晶体衍射，从而允许重新创建原始存储页面。然后，这个重建的页面被投影到电荷耦合器件（CCD）相机上，相机解释并将数字信息转发给计算机。

任何全息数据存储系统的关键组成部分是第二束参考光束射向晶体以检索数据页面的角度。它必须与原始参考光束的角度完全匹配。即使只有千分之一毫米的差异，也会导致无法检索该数据页面。

经过30多年的研究和开发，桌面全息存储系统（HDSS）已近在咫尺。早期全息数据存储设备的容量将达到125 GB，传输速率约为每秒40 MB。最终，这些设备的存储容量可能达到1 TB，数据速率超过每秒1 GB——足够在30秒内传输一整部DVD电影。那么，为什么开发HDSS花了这么长时间，还有哪些工作要做呢？

当HDSS的概念首次提出时，构建此类设备的组件要大得多，也昂贵得多。例如，20世纪60年代用于这种系统的激光器长达6英尺。现在，随着消费电子产品的发展，类似于CD播放器中使用的激光器可以用于HDSS。液晶显示器直到1968年才被开发出来，而且最初非常昂贵。如今，液晶显示器比30年前开发的便宜得多，也复杂得多。此外，CCD传感器直到最近十年才出现。现在几乎整个HDSS设备都可以用现成的组件制造，这意味着它可以大规模生产。

尽管如今HDSS组件比20世纪60年代更容易获得，但仍有一些技术问题需要解决。例如，如果在一个晶体中存储过多的页面，每个全息图的强度就会减弱。如果晶体上存储的全息图过多，并且用于检索全息图的参考激光未以精确角度照射，则全息图将从其周围存储的其他全息图中获得大量背景噪声。在一个低成本系统中校准所有这些组件也是一个挑战。

研究人员相信，在未来两三年内将开发出应对这些挑战的技术。随着这些技术上市，当《星球大战：第二集》在家庭3D光盘上发布时，您将能够购买到第一批全息存储播放器。这种类似DVD的光盘的容量将比目前可用的4.7 GB DVD大27倍，并且播放设备的数据传输速率将比目前最快的DVD播放器快25倍。

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