La escritura láser de alta velocidad puede contener 500 terabytes en un disco de vidrio del tamaño de un CD

Los investigadores han desarrollado un método de escritura láser nuevo, rápido y energéticamente eficiente para producir nanoestructuras de vidrio de sílice. Utilizaron el método para registrar 6 GB de datos en una muestra de vidrio de sílice de una pulgada. Los cuatro cuadrados ilustrados miden cada uno solo 8,8 x 8,8 mm. También utilizaron el método de escritura láser para escribir el logo y la marca de la universidad en el cristal. Crédito: Yuhao Lei y Peter G. Kazansky, Universidad de Southampton

Los avances hacen que el almacenamiento óptico 5D de alta densidad sea conveniente para el archivo de datos a largo plazo.

Los investigadores han desarrollado un método de escritura láser rápido y energéticamente eficiente para producir nanoestructuras de alta densidad en vidrio de sílice. Estas diminutas estructuras se pueden utilizar para el almacenamiento de datos ópticos de cinco dimensiones (5D) a largo plazo que es más de 10.000 veces más denso que la tecnología de almacenamiento de disco óptico Blue-Ray.

“Los individuos y las organizaciones están generando conjuntos de datos cada vez más grandes, creando una necesidad desesperada de formas más eficientes de almacenamiento de datos con alta capacidad, bajo consumo de energía y larga vida útil”, dijo el estudiante de doctorado Yuhao Lei de la Universidad de Southampton en el Reino Unido. “Aunque los sistemas basados ​​en la nube están diseñados más para datos temporales, creemos que el almacenamiento de datos 5D en vidrio podría ser útil para el almacenamiento de datos a largo plazo para archivos nacionales, museos, bibliotecas u organizaciones privadas. «

Dentro ÓPTICO, la revista Optica Publishing Group para investigaciones de alto impacto, Lei y sus colegas describen su nuevo método para escribir datos que abarca dos dimensiones ópticas y tres dimensiones espaciales. El nuevo enfoque puede escribir a velocidades de 1.000.000 de vóxeles por segundo, lo que equivale a registrar aproximadamente 230 kilobytes de datos (más de 100 páginas de texto) por segundo.

“El mecanismo físico que usamos es genérico”, dijo Lei. “Por lo tanto, predecimos que este método de escritura energéticamente eficiente también podría usarse para una nanoestructuración rápida en materiales transparentes para aplicaciones en óptica integrada 3D y microfluídica. «

Escritura láser más rápida y mejor

Aunque ya se ha demostrado el almacenamiento de datos ópticos 5D en materiales transparentes, la escritura de datos lo suficientemente rápida y con una densidad lo suficientemente alta para aplicaciones reales ha resultado difícil. Para superar este obstáculo, los investigadores utilizaron un láser de femtosegundos con una alta tasa de repetición para crear pequeños pozos que contienen una única estructura similar a un nanolaminado que mide solo 500 por 50 nanómetros cada uno.

En lugar de utilizar el láser de femtosegundos para escribir directamente en el vidrio, los investigadores aprovecharon la luz para producir un fenómeno óptico conocido como mejora de campo cercano, en el que se crea una estructura similar a una nanolamela mediante unos pocos pulsos de luz. nanovide isotrópico. generado por una sola explosión de micropulso. El uso de la mejora de campo cercano para fabricar las nanoestructuras minimizó el daño térmico que ha sido problemático para otros enfoques que utilizan láseres de alta tasa de repetición.

Debido a que las nanoestructuras son anisotrópicas, producen birrefringencia que se puede caracterizar por la orientación del eje lento de la luz (cuarta dimensión, correspondiente a la orientación de la estructura tipo nano-laminillas) y la fuerza de retardo (quinta dimensión, definida por el tamaño de la nanoestructura). A medida que los datos se registran en el vidrio, la orientación del eje lento y la fuerza del retardo pueden controlarse mediante la polarización y la intensidad de la luz, respectivamente.

“Este nuevo enfoque mejora la velocidad de escritura de datos a un nivel práctico, de modo que podemos escribir decenas de gigabytes de datos en una cantidad de tiempo razonable”, dijo Lei. “Las nanoestructuras de precisión altamente localizadas permiten una mayor capacidad de datos porque se pueden escribir más vóxeles en una unidad de volumen. Además, el uso de luz pulsada reduce la energía necesaria para escribir.

Escribir datos en un CD de cristal

Los investigadores utilizaron su nuevo método para escribir 5 gigabytes de datos de texto en un disco de vidrio de sílice del tamaño de un disco compacto convencional con una lectura de casi el 100%. precisión. Cada vóxel contenía cuatro bits de información y ambos vóxeles coincidían con un carácter de texto. Con la densidad de escritura disponible a través del método, el disco podría contener 500 terabytes de datos. Con las actualizaciones del sistema que permiten la escritura paralela, los investigadores dicen que debería ser posible escribir esta cantidad de datos en aproximadamente 60 días.

“Con el sistema actual, tenemos la capacidad de retener terabytes de datos, que podrían usarse, por ejemplo, para preservar información del ADNDijo Peter G. Kazansky, jefe del equipo de investigación.

Los investigadores ahora están trabajando para aumentar la velocidad de escritura de su método y hacer que la tecnología se pueda utilizar fuera del laboratorio. También será necesario desarrollar métodos más rápidos de lectura de datos para aplicaciones prácticas de almacenamiento de datos.

Referencia: «Nanoestructuración láser ultrarrápida anisotrópica de alta velocidad mediante el control de la deposición de energía mediante la mejora del campo cercano» por Yuhao Lei, Masaaki Sakakura, Lei Wang, Yanhao Yu, Huijun Wang, Gholamreza Shayeganrad y Peter G. Kazansky, 28 de octubre de 2021, ÓPTICO.
DOI: 10.1364 / OPTICA.433765