L'Institut d'Òptica i Maquinària de Precisió de Xangai (SIPM) fa un avenç en la investigació d'emmagatzematge òptic 3D de superresolució de gran capacitat

Recentment, l'Institut de Xangai de Maquinària de Precisió Òptica (SIPM) de l'Acadèmia Xinesa de Ciències (CAS), en cooperació amb l'Institut Tecnològic de Xangai (SIT) i altres institucions de recerca, ha fet un gran avenç en la superresolució de gran capacitat. recerca d'emmagatzematge òptic tridimensional. L'equip d'investigació va utilitzar la primera tecnologia internacional d'emmagatzematge òptic de superresolució de luminescència induïda per agregació regulada de doble feix, la primera vegada en l'escriptura d'informació i la lectura de l'avenç experimental en el límit de difracció del límit, la realització de la mida del punt de 54 nm, 70 nm d'espaiat de la super-resolució de l'emmagatzematge de dades, i va completar un 100-registre multicapa, la capacitat equivalent d'un sol disc fins al nivell de Pb, l'avenç de la Xina en el camp de la informació emmagatzematge de tecnologies bàsiques clau i assolir el desenvolupament sostenible de l'economia digital, l'equip d'investigació ha avançat en la recerca d'emmagatzematge òptic tridimensional d'ultra-resolució de gran capacitat. És de gran importància per a la Xina trencar la tecnologia bàsica clau en l'àmbit de l'emmagatzematge d'informació i aconseguir el desenvolupament sostenible de l'economia digital. Els resultats de la investigació es van publicar el 22 de febrer de 2024 a la revista Nature. El primer autor de l'article és el Dr. Hao Ruan de l'Institut de Maquinària Òptica de Xangai (SIOM), i els autors corresponents són l'acadèmic Min Gu, director de l'Institut de Recerca de Xips Fotònics de l'Institut Tecnològic de Xangai (SIT) i el professor Jing Wen. de l'Institut Tecnològic de Xangai (SIT). El Dr. Zhao Miao, becari postdoctoral de SIPM, i el Prof. Wen Jing de l'Institut Tecnològic de Xangai (SIT) són els primers autors conjunts de l'article.
La tecnologia d'emmagatzematge òptic té els avantatges únics de ser ecològica, estalviar energia, segura i fiable, amb una vida útil de 50-100 anys, la qual cosa és molt adequada per a l'emmagatzematge a llarg termini i a baix cost de dades massives. Tanmateix, a causa de la limitació del límit de difracció, la capacitat màxima dels discos òptics comercials tradicionals només és de l'ordre de cent gigabytes (GB). A l'era de les grans dades amb una quantitat creixent d'informació, trencar el límit de difracció, reduir la mida del punt d'informació i augmentar la capacitat d'emmagatzematge d'un sol disc han estat durant molt de temps la recerca incessant del camp de l'emmagatzematge òptic.
El 1994, el científic alemany Prof. Stefan W. Hell va proposar la tecnologia de microscòpia de pèrdua de radiació excitada, que va demostrar per primera vegada que es pot trencar el límit de difracció òptica, i va guanyar el Premi Nobel de Química el 2014. Després de més de 20 anys de desenvolupament, s'han aconseguit resultats de superresolució òptica en diversos camps com ara la microimatge, l'escriptura nanodirecta làser, etc., i s'ha resolt l'escriptura de la informació amb superresolució. No obstant això, els colorants tradicionals són altament susceptibles a l'explosió de fluorescència en estat agregat, la qual cosa comporta la pèrdua d'informació, i també hi ha la dificultat de ser aniquilats pel soroll de fons a nanoescala, la qual cosa comporta la dificultat de llegir el súper resolt. informació, i normalment es basa en la lectura de l'exploració del microscopi electrònic, que restringeix l'aplicació de la tecnologia de superresolució en el camp de l'emmagatzematge òptic. Per tant, el desenvolupament de la realització sincrònica d'escriptura de super-resolució, lectura de super-resolució, emmagatzematge tridimensional i suports de llarga vida té més de 10 anys a resoldre en el camp dels problemes de recerca d'emmagatzematge òptic.
A la dècada de 1980, l'acadèmic de l'Institut de Maquinària Òptica de Xangai Gan Fuxi va ser pioner en la investigació de la tecnologia d'emmagatzematge de disc òptic digital de la Xina, l'equip d'investigació ha estat investigant en el camp de l'emmagatzematge òptic. Basant-se en la base d'investigació rica i solucions tecnològiques innovadores, basades en tecnologia de superresolució de doble feix i mitjans d'emmagatzematge de luminescència induïda per l'agregació, en l'escriptura i la lectura d'informació han superat el límit de difracció del límit, la realització de la mida del punt de 54 nm, l'espaiat de la carretera d'emmagatzematge de dades de superresolució de 70 nm i completat un registre multicapa 100-, la capacitat equivalent d'un sol disc és d'uns 1,6 Pb. Després de les proves accelerades de l'envelliment de la vida del suport del disc òptic de més de 40 anys, les lectures repetides accelerades Més de 40 anys, el contrast de fluorescència de lectura repetida accelerada encara és tan alt com 20,5:1. Aquesta és la primera vegada al món que s'adona del nivell de Pb d'emmagatzematge òptic de gran capacitat, l'alta avaluació del revisor: "Aquesta és una innovació innovadora de la tecnologia d'emmagatzematge òptic de nivell de Pb..." "En comparació amb altres tecnologies existents. , aquesta tecnologia proporciona la densitat de superfície d'emmagatzematge òptica més alta en termes de rendiment...""Els resultats de la investigació poden conduir a un avenç en l'emmagatzematge de dades d'arxiu del centre de dades, resolent els reptes de la tecnologia d'emmagatzematge de gran capacitat i estalvi d'energia...".
Tot, des de la microscòpia òptica fins a la tecnologia d'emmagatzematge òptic, està limitat pel límit de difracció òptica. Entre els 125 problemes científics més avantguardistes del món publicats per Science el 2021, trencar el límit de difracció és encara més gran en el camp de la física. El desenvolupament reeixit d'aquest disc òptic de super-resolució trenca amb aquest problema de física tant en l'escriptura com en la lectura d'informació, cosa que ajuda a la Xina a trencar les tecnologies bàsiques clau en el camp de l'emmagatzematge i jugarà un paper important en l'economia digital de big data per cobrir les principals necessitats en l'àmbit de la indústria de la informació.
En el futur, l'equip de recerca accelerarà la innovació original i la investigació tecnològica clau, promourà la integració i la industrialització de l'emmagatzematge òptic de gran capacitat i ampliarà la seva aplicació creuada en el camp de la microimatge òptica, la visualització òptica, l'òptica. processament de la informació, per produir resultats innovadors cada cop més excel·lents.
El treball de recerca ha comptat amb el suport dels principals projectes de la Comissió de Ciència i Tecnologia de Xangai i el Programa Nacional de R+D clau.

Figura 1 Diagrama esquemàtic de la preparació del disc òptic de grau Pb i el mode de lectura/escriptura

Figura 2 Resultats de l'enregistrament d'informació de superresolució

Figura 3 100-Resultats de la recuperació de l'enregistrament de la capa i la descodificació de codi binari

Figura 4 Fotografia física del disc òptic