Stockage optique 5D : l’écriture laser haute vitesse peut contenir 500 téraoctets sur un disque en verre de la taille d’un CD

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Data Written in Glass
Données écrites dans le verre

Les chercheurs ont développé une nouvelle méthode d’écriture laser rapide et économe en énergie pour produire des nanostructures en verre de silice. Ils ont utilisé la méthode pour enregistrer 6 Go de données dans un échantillon de verre de silice d’un pouce. Les quatre carrés illustrés mesurent chacun seulement 8,8 x 8,8 mm. Ils ont également utilisé la méthode d’écriture au laser pour écrire le logo et la marque de l’université sur le verre. Crédit : Yuhao Lei et Peter G. Kazansky, Université de Southampton

Les avancées rendent le stockage optique 5D haute densité pratique pour l’archivage des données à long terme.

Les chercheurs ont développé une méthode d’écriture laser rapide et économe en énergie pour produire des nanostructures à haute densité dans du verre de silice. Ces structures minuscules peuvent être utilisées pour un stockage de données optiques à cinq dimensions (5D) à long terme qui est plus de 10 000 fois plus dense que la technologie de stockage sur disque optique Blue-Ray.

« Les individus et les organisations génèrent des ensembles de données de plus en plus volumineux, créant un besoin désespéré de formes de stockage de données plus efficaces avec une capacité élevée, une faible consommation d’énergie et une longue durée de vie », a déclaré le doctorant Yuhao Lei de l’Université de Southampton au Royaume-Uni. « Bien que les systèmes basés sur le cloud soient davantage conçus pour les données temporaires, nous pensons que le stockage de données 5D dans du verre pourrait être utile pour le stockage de données à long terme pour les archives nationales, les musées, les bibliothèques ou les organisations privées. »

Dans OPTIQUE, le journal d’Optica Publishing Group pour la recherche à fort impact, Lei et ses collègues décrivent leur nouvelle méthode d’écriture de données qui englobe deux dimensions optiques et trois dimensions spatiales. La nouvelle approche peut écrire à des vitesses de 1 000 000 voxels par seconde, ce qui équivaut à enregistrer environ 230 kilo-octets de données (plus de 100 pages de texte) par seconde.

“Le mécanisme physique que nous utilisons est générique”, a déclaré Lei. « Ainsi, nous prévoyons que cette méthode d’écriture économe en énergie pourrait également être utilisée pour la nanostructuration rapide dans des matériaux transparents pour des applications en optique intégrée 3D et en microfluidique. »

Une écriture laser plus rapide et meilleure

Bien que le stockage de données optiques 5D dans des matériaux transparents ait déjà été démontré, l’écriture de données suffisamment rapide et avec une densité suffisamment élevée pour des applications réelles s’est avérée difficile. Pour surmonter cet obstacle, les chercheurs ont utilisé un laser femtoseconde avec un taux de répétition élevé pour créer de minuscules fosses contenant une seule structure de type nanolamelle mesurant seulement 500 sur 50 nanomètres chacune.

Plutôt que d’utiliser le laser femtoseconde pour écrire directement dans le verre, les chercheurs ont exploité la lumière pour produire un phénomène optique connu sous le nom d’amélioration en champ proche, dans lequel une structure de type nanolamelle est créée par quelques impulsions lumineuses faibles, à partir d’un nanovide isotrope. généré par une seule microexplosion d’impulsion. L’utilisation de l’amélioration en champ proche pour fabriquer les nanostructures a minimisé les dommages thermiques qui ont été problématiques pour d’autres approches utilisant des lasers à taux de répétition élevé.

Parce que les nanostructures sont anisotropes, elles produisent une biréfringence qui peut être caractérisée par l’orientation de l’axe lent de la lumière (4ème dimension, correspondant à l’orientation de la structure de type nanolamelle) et la force de retard (5ème dimension, définie par la taille de la nanostructure). Au fur et à mesure que les données sont enregistrées dans le verre, l’orientation de l’axe lent et la force du retardement peuvent être contrôlées par la polarisation et l’intensité de la lumière, respectivement.

“Cette nouvelle approche améliore la vitesse d’écriture des données à un niveau pratique, de sorte que nous pouvons écrire des dizaines de gigaoctets de données dans un temps raisonnable”, a déclaré Lei. « Les nanostructures de précision hautement localisées permettent une capacité de données plus élevée, car davantage de voxels peuvent être écrits dans un volume unitaire. De plus, l’utilisation de la lumière pulsée permet de réduire l’énergie nécessaire à l’écriture.

Écriture de données sur un CD en verre

Les chercheurs ont utilisé leur nouvelle méthode pour écrire 5 gigaoctets de données textuelles sur un disque en verre de silice de la taille d’un disque compact conventionnel avec une lecture de près de 100 %. précision. Chaque voxel contenait quatre bits d’information, et tous les deux voxels correspondaient à un caractère de texte. Avec la densité d’écriture disponible grâce à la méthode, le disque pourrait contenir 500 téraoctets de données. Avec des mises à niveau du système qui permettent l’écriture parallèle, les chercheurs disent qu’il devrait être possible d’écrire cette quantité de données en 60 jours environ.

« Avec le système actuel, nous avons la possibilité de conserver des téraoctets de données, qui pourraient être utilisés, par exemple, pour préserver des informations du ADN», a déclaré Peter G. Kazansky, chef de l’équipe de chercheurs.

Les chercheurs travaillent désormais à augmenter la vitesse d’écriture de leur méthode et à rendre la technologie utilisable en dehors du laboratoire. Des méthodes plus rapides de lecture des données devront également être développées pour des applications pratiques de stockage de données.

Référence : « Nanostructuration laser ultrarapide anisotrope à grande vitesse par contrôle du dépôt d’énergie via une amélioration en champ proche » par Yuhao Lei, Masaaki Sakakura, Lei Wang, Yanhao Yu, Huijun Wang, Gholamreza Shayeganrad et Peter G. Kazansky, 28 octobre 2021, OPTIQUE.
DOI : 10.1364 / OPTICA.433765

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