摘要：隨著大資料和人工智慧等資訊科技日新月異，各行各業對資料資訊儲存的要求與日俱增。當前，以磁控儲存技術為主的資訊儲存方式普遍存在壽命低、能耗高的缺點。與磁儲存技術相比，光學資料儲存技術具有能耗低、資料安全性高等優勢，然而其資料儲存容量受到光學衍射極限的極大制約。如何突破光學衍射極限，提公升光儲存技術光學系統的分辨能力，從而增加光學儲存系統資料儲存容量，是目前光儲存技術進一步與大資料和雲計算等資訊科技融合的關鍵。本文闡述了基於超衍射極限解析度的光學儲存技術的原理和國內外發展現狀，包括遠場超分辨的三維光儲存(如基於雙光子吸收過程和飽和受激發射損耗螢光過程光資料儲存)和近場超分辨二維光儲存(如近場探針掃瞄顯微儲存、近場固體浸沒透鏡儲存和超分辨近場結構儲存)。最後，對基於超分辨光學儲存技術當前存在的問題及未來發展方向進行了討論。
1.引用
人類社會發展到以大資料、人工智慧、神經網路、深度學習為代表的數字資訊科技時代，智慧型手機、物聯網、生物遺傳資料、大氣、地理資訊等各個領域的資料資訊儲存已經成為人類生活不可或缺的一部分。根據國際資料公司(internationaldatacorporation，idc)在2023年統計報告，預計到2023年，全球生成的資料總量將達到163zb(1zb=103eb=106pb=109tb)，但受資訊儲存技術的限制，能被儲存的資料總量將不超過10%。
當前，資料儲存和歸檔方法主要依賴於磁控儲存技術，如硬碟驅動器(harddiskdrive，hdd)和磁帶。為了儲存由客戶機生成的大量資訊，全世界已經構建了由數千個硬碟陣列組成的資料中心。然而，這一技術的可持續性面臨幾個關鍵問題。首先硬碟單盤容量小於10tb(104gb)，遠遠低於未來資訊儲存的要求。其次，基於硬碟的資料中心能耗巨大，僅美國資料中心一年耗電量就達到900億千瓦時(相當於1個三峽水電站年發電量)。資料儲存能源需求與供給之間的鴻溝與日俱增。面對新興資訊科技的突飛猛進，迫切需要發展一種具有pb級容量、超低能耗和超長壽命的資料儲存技術。
商用光學資料儲存(opticaldatastorage，ods)首先在20世紀80年代以光碟的形式呈現。與傳統的磁儲存技術相比，光碟儲存技術具有儲存容量高、能源消耗低等優點。然而，目前的數字型多用途儲存光碟(digitalversatiledisk，***)和藍光光碟等光學儲存方式，一方面受光學衍射極限的限制，資料儲存面密度有限；另一方面受光學三維空間解析度限制，只能實現單層資訊儲存。因此，一般光碟的儲存容量往往都小於幾十gb[1]，藍光光碟的儲存容量能達到100gb，這都極大限制了光儲存技術在新興資訊科技中的應用。雖然大量的研究證明，通過脈衝雷射束的非線性激發，能進一步提高新型非線性介質的光碟儲存密度和容量[2-4]。然而，在光學衍射極限的限制下，一張普通光碟的理論儲存容量也只能達到幾個tb[5-6]，遠遠不能滿足現代通訊網路中對海量資料資訊儲存的需求。
如何將單張光碟的儲存容量，從gb數量級提高到tb甚至pb數量級，是實現其在新興資訊科技應用中的關鍵。近年來，得益於奈米技術的快速發展，奈米光子學在奈米尺度下研究光與物質相互作用的領域的研究領域取得了長足進步，使光波能夠更好地控制奈米尺度上的材料性質。基於奈米光子學理論和技術，出現了負折射率材料[7-8]、奈米光學電路[9-10]、奈米發射源[11-12]、超衍射極限成像[13-15]以及超分辨光刻[16-17]等一系列新技術方向和技術手段。這些研究為突破光學衍射限制、實現基於奈米光子技術大容量光儲存鋪平了道路。
不考慮編碼等影響因素，提高光儲存系統容量的研究主要圍繞兩個方面展開，包括多維度資訊復用技術和深亞波長光學超分辨技術。資訊復用技術主要利用多物理維度增加單位空間資訊儲存密度，以及實現空間上三維立體資料儲存。而深亞波長光學超分辨技術可以根據不同的技術原理，按照儲存位點與儲存鏡頭物鏡距離的遠近分為遠場和近場兩種情況，分別提公升光學系統的三維空間和二維平面解析度，從而實現更高密度的資料儲存。
本文將對基於提公升光學系統分辨能力的光學儲存技術進行系統介紹，並總結其最新研究成果。首先，將介紹基於遠場可超越光學衍射極限的雙光子吸收(two-photonabsorption，tpa)三維光儲存和基於遠場超分辨受激發射損耗(stimulatedemissiondepletion，sted)螢光顯微三維光儲存技術；其次，將介紹基於近場超越光學衍射極限光學儲存，包括近場探針掃瞄顯微(scanningprobemicroscopy，spm)儲存、近場固體浸沒透鏡(solidimmersionlens，sil)儲存和超分辨近場結構(super-resolutionnear-fieldstructure，super-rens)儲存，如圖1所示(**中為各儲存技術出現的年份及當時所能到達的資料儲存密度)。最後，對基於超分辨的光學儲存技術存在的問題及未來發展方向進行了展望。
圖1.超分辨光資訊儲存技術進展
2.通過遠場超越光學衍射極限實現的高密度光儲存
由於存在光學衍射極限，光儲存技術所採用的光學系統的解析度大約為半個波長尺寸。為實現更高密度的光資料儲存，傳統方法是縮短雷射頭所採用的雷射波長和提高聚焦透鏡數值孔徑。然而，雷射波長和透鏡數值孔徑已到達相關技術瓶頸，如藍光儲存採用405nm雷射，而數值孔徑已達到0.85。此外，採用更短波長雷射光源需要更複雜的光學系統、昂貴的光學元件和開發新材料等，使光儲存成本極速增加。因此，為滿足低成本、高效率、高密度的光儲存需求，研究和發展遠場雷射超衍射光儲存技術具有十分重要的科學意義和應用價值。衍射極限的本質**於量子力學中的測不准原理帶來的光波資訊中代表細節的高頻資訊缺失，表現為光斑脈衝訊號具有較大的半高寬分布。
遠場超越光學衍射極限分辨技術，是基於點擴散函式調製，真正從源頭上減小了聚焦光斑影象在遠場空間的半高寬分布，從而實現遠場超越光學衍射解析度。目前，主流的通過遠場光學超衍射實現高密度光儲存的途徑主要有如下兩種：1)基於雙光子吸收(tpa)的光儲存；2)基於遠場超分辨受激發射損耗(sted)螢光顯微原理光儲存。
2.1.雙光子吸收三維光儲存
通常聚焦雷射焦斑的光強分布採用高斯型，居中區域光強高，即光子密度高。利用雙光子吸收原理，可將材料與雷射之間發生的雙光子吸收作用限制在聚焦點的中心三維高光強區，其尺寸小於聚焦光斑直徑。雙光子吸收過程理論最早由德國物理學家mayer在2023年提出，揭示了介質在受到強光激發條件下，基態電子會同時吸收兩個光子而躍遷到激發態，即發生雙光子吸收現象，光子躍遷速度與光強的平方成正比。因此，可利用超快雷射(如飛秒、皮秒雷射)瞬態超高峰值功率特性，通過儲存介質與飛秒雷射束的雙光子吸收作用，實現光資訊在三維空間的儲存。當一定頻率和強度的雷射作用在儲存介質上時，儲存介質中部分基態分子同時吸收兩個光子，分子結構產生變化，導致儲存介質產生如光致色變作用、光聚合、光致螢光效應、光折變效應等光學性質的變化，這些變化都可以用作資訊的記錄和讀出。
圖6.超高容量和超快光記錄的平行奈米光刻
光行天下：
人才天下：
**天下：
mysql儲存blob限制
2 text 文字大物件 字元流 儲存大型字串，有字符集的說法 3 二者使用時不能指定預設值，根據實際情況需要修改 max allowed packet 系統變數 1 tinyblob tinytext最大儲存255位元組 2 blob text最大儲存65k 3 mediumblob medium...
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問題描述 系統自帶的解析度過大，有的顯示器不能正常顯示。使用自帶的system settings displays 設定螢幕解析度。重啟以後解析度又變成原來的 ubuntu16.04調整螢幕解析度 解決辦法 1.通過命令 xrandr 檢視當前的解析度，帶 號的為當前解析度 2.上圖中我要使用128...
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