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普渡大学研发彩色“数字字符”大幅提升存储效率

2021-02-23 15:58:34 中国航空报 张硕

近日,普渡大学(Purdue University)一个科研团队创造出一项全新技术,旨在用彩色“数字字符”取代莫尔斯码,以实现光存储的现代化。他们认为这一进展将有助于更好应对今后远程数据存储的激增。

早在19世纪30年代,莫尔斯电码就已经出现,这种早期的数字化通信形式又被称为摩斯密码,主要由点信号(dot)“·”和长信号(dash)“—”构成,分别读作“嘀”、“嗒”,将这两种代码排列成不同顺序,加上两者之间的停顿,就可以代表相应的字母、标点与数字等,从而完成信息的传递。

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随着信息大爆炸时代的到来,人们每天需要获取、进行数字化存档和访问的信息量早已呈现为指数级增长,相比之下,莫斯摩玛这种编码标准的信息系统却显得“古老而过时”,但事实上,这种基本的“点-线”代码仍然被广泛用于光学介质帮助存储。

为进一步实现光学数字存储技术的现代化,提高数据存储的规模,同时提升数据的读取速度,普渡大学科学家在微小天线的角度位置上进行信息编码,从而使其能够在单位区域内存储更多的数据。

该项研究于发表在《激光与光子学评论》(Laser & Photonics Reviews)上,论文标题为《等离子体颜色实现光学隐写、数据存储和加密》(Enabling Optical Steganography, Data Storage, and Encryption with Plasmonic Colors)。

该团队设计了一种表面起伏的铝超表面,实验论证该表面能够反射偏振可调等离子体颜色。局部表面等离子体激元的激发,将入射和反射偏振光的离散组合编码成不同的颜色。

单个存储单元即纳米像素,在其组成纳米天线的方向上存储多比特信息,通过使用两个线性偏振器检查反射的颜色序列,可以方便地检索到这些信息。

由于超表面具有广泛的颜色变异性和高空间分辨率,因此他们提出的编码方法将有助于进一步实现高密度光学数据的快速并行读出和加密。该方法还能在没有“串扰”效应的情况下,稳健地生成动态万花筒图像,从而为高级动态隐写术、高密度并行存取光数据存储和光信息加密开辟了一条新途径。

“这一技术之所以能让存储容量大大增加,因为它只取决于传感器的分辨率,通过它我们能够确定天线的角度位置。我们将天线的角度映射成颜色,然后对这些颜色进行解码。”普渡大学工程学院电子与计算机工程副教授亚历山大·基尔迪舍夫(Alexander Kildishev)说道。

要知道并非所有的光数据存储介质都能实现激光可写或重写。比如大多数的CD、DVD和蓝光光盘都是印制而成的,根本无法进行刻录。这类光学介质是一次性冷存储的重要组成部分,具有存取速度快、保质期长和出色的存档能力。

制作蓝光光盘的主要工序就是压制过程,硅压膜在上边复制完光盘最终的点-线格式,然后再加上一层薄镍涂层,就得到了一张负片。蓝光、DVD和蓝光都是这样大量生产出来的。

“我们基于超表面的‘光学存储’就像这样,”制作了这个原型结构的前博士生王迪表示,“尽管在我们的演示原型中,信息被电子束平印术‘烧掉’,但它可以通过可扩展的制造过程在最终产品中完成复制。”

除了增加可用的存储空间,该项技术还帮助有效提升了数据读出率。

“你可以在附近放置四个传感器,每个传感器都会读取自己的光偏振。与使用点-线形式的单个传感器相比,这有助于提高读取信息的速度。”基尔迪舍夫表示。

这种技术未来将应用于安全标记、密码学等领域。为了继续开发这些功能,该团队目前正在积极寻求行业中对此感兴趣的合作伙伴,推动商业化落地进程。

责任编辑:实习编辑