全息存储器

电子设备的元件

全息存储器是用于存储的器件。

工作原理

该技术利用了嗜盐杆菌进化上的适应方法，当氧的浓度变得很低时，可以制成光敏膜蛋白质。

这种蛋白质就是人们所熟知的视紫红质菌（噬菌调理素），这是一种类似于视紫红质的紫色颜料，出现于盐杆菌属的细菌膜，它把阳光直接转变成化学能。当蛋白质吸收光线以后，经过一系列的化学状态，释放出一个质子，最终自身结构重新排列。

当蛋白质处于周期中的某些状态时，可以吸收光线形成全息图。在天然环境中，这些状态只能短暂地维持：整个周期只需要10——20毫秒。但是之前的研究显示，在其化学周期快结束时，用红色光照射蛋白质能迫使它变成一种可用的状态——这就是“Q 态”，能够持续数年。

问题是很难在自然生成的蛋白质上产生Q态。化学系的分子生物学家罗伯特领导的团队采用基因方式处理嗜盐杆菌，使之能产生一种蛋白质，这种蛋白质进入Q态较为容易。

做为全息系统的一部分，这种蛋白质悬浮在一种高分子凝胶中。绿色激光束分成两部分，其中一束对数据进行编码。激光束调制凝胶，用干涉图样印记在蛋白质上来存储数据。读取数据时，系统发出一个单一的、低功率的红色激光束回溯干涉图样。蓝色激光用来擦除数据。

由来

美国康涅狄格州大学的研究人员发现，通过使用激光在微生物蛋白上刻蚀数据，可制造一种可擦除的全息存储器。第一个全息存储系统最近已经投放市场，不过它还不像光盘那样可以实时擦写。

美国康涅狄格大学的研究人员将他们的全息存储系统构建在重新处理过的蛋白质上，这些蛋白质由盐沼中常见的像细菌一样的有机体构成。用蓝光照射就可以擦除蛋白质上存储的所有数据。该项目是由美国康涅狄格大学材料科学院纳米仿生研究中心的带头人杰弗里（Jeffrey Stuart）领导的。

优势

美国国防部高级计划署资助的Starzent公司的CEO蒂姆哈维（Tim Harvey）说：“基于蛋白质的全息媒体存储技术有潜力将数据存储成本大大降低，可以重复擦写1000万次以上。”鉴于蛋白质异乎寻常的活力，如果研究人员找到一种适当的遗传性变型，生物技术能够很快大批量生产，并且成本较低。

全息存储设备大体上来说，要提高两方面的能力，一个就是存储量，还有一个就是数据的存取速度。比如，当前的技术传输30GB大小的高清电影文件到硬盘上大约需要30至45分钟。

而全息存储设备可能将这一时间降低至10秒。

Longmont全息技术公司营销副总裁莉斯证实，全息存储设备每平方英尺可存储高达500GB的数据，一些产品即将完成。它至少具备一个优点就是可重复擦写，这在现有的媒体存储设备中并不常见。不过美中不足的是写入需要红色光，而擦除则是蓝光。

从CD，蓝光/HD-DVD技术的发展来看——“存储密度增加是伴随着波长的减小”。因此采用红色波作为写入光的全息存储存在局限性。这一点降低了它在高密度数据存储应用上的吸引力。

全息存储技术

随着技术的进步，人们对信息的需求越来越多，对大量信息的存储要求越来越高，“下一代DVD”的标准之争越演越烈。全息存储技术将会让几十GB容量的“下一代DVD光盘”相形见绌，将全息技术运用在存储上面，能在一个方糖块的体积大小上保存1000GB（ITB）的信息容量，这些一切离我们已经很近，全息存储时代的大幕将在2006年拉开：

什么是全息摄影技术（holography）：全息即“全部信息”的意思。它与一般的摄影机摄影不同。它是用一条激光束将一个物体照亮，使其反射到那个底板上去，再用另人睛条光束，经过平面镜，也反射到那个底板上去，两者在底板上形成一幅“干涉图样”。底板再受到第二条波长相同的激光束照射时，就会显现出清晰的图象。

容量更高、速度更快、可靠性更强，永远是用户对硬盘孜孜以求的目标。在美国《福布斯》杂志近期评选出的本年度科技流行趋势中，全息存储技术赫然位列其中。

全息存储器崭露头角

现有得DVD单片容量为8.5GB，而下一代DVD存储容量能够达到50GB，被《福布斯》杂志评为未来10大“最酷”技术之一的全息存储技术理论上可以达到1000GB以上的数据，全息存储产品已经达到了300GB的容量，是所谓的下一代DVD存储容量的6倍。全息存储技术的研发已经持续了40多年，一直没有真正的实现，最近日本、美国的几家公司相继宣布，将在2006年推出可以商业化销售的全息存储产品。其中，美国的印菲斯技术公司，以传统的“双光束干涉法”为基础研制出全息存储器，其信号光束和参照光束分别来自不同的方向，照射在同一位置上。日本日立万胜公司宣布，采用这种技术研制出了容量为300GB的全息存储器，将推向市场。另外日本Optoware公司采用同线全息技术，其信号光束和参照光束来自相同的方向，他们研发出了容量为200GB的全息存储器，将投放市场。

运作原理

全息存储是受全息照相的启发而研制的，当你明白全息照相的技术原理，对于全息存储就可以更好地理解。我们在拍摄全息照片时，对应的拍摄设备并不是普通照相机，而是一台激光器。该激光器产生的激光束被分光镜一分为二，其中一束被命名为“物光束”，直接照射到被拍摄的物体，另一束则被称为“参考光束”，直接照射到感光胶片上。当物光束照射到所摄物体之后，形成的反射光束同样会照射到胶片上，此时物体的完整信息就能被胶片记录下来，全息照相的摄制过程就这样完成了。乍看过去，全息照片上只有一些乱七八糟的条纹，但当我们使用一束激光去照射这张照片时，真实的原始立体图像就会栩栩如生地展现出来。

全息照片

全息存储技术同样需要激光束的帮忙，研发人员要为它配备一套高效率的全息照相系统。首先利用一束激光照射晶体内部不透明的小方格，记录成为原始图案后，再使用一束激光聚焦形成信号源，另外还需要一束参考激光作为校准。当信号源光束和参考光束在晶体中相遇后，晶体中就会展现出多折射角度的图案，这样在晶体中就形成了光栅。一个光栅可以储存一批数据，称为一页。我们把使用全息存储技术制成的存储器称为全息存储器，全息存储器在存储和读取数据时都是以页为单位。

发展现状

前不久，致力于研发全息存储技术的InPhase公司向公众展示了他们开发的全息存储驱动器以及全息存储碟片。根据InPhase公司介绍，这次推出的全息碟片存储密度达到了每平方英寸200GB，预计可以大规模投入量产。到2009年，他们的目标是达到1.6T！

名词解释

噬菌调理素：这种蛋白质存在于一种适盐菌属海洋微生物的微组织薄膜中。这种菌在含盐的潮湿环境里可以承受150℃高温。所以用它作为存储媒体，是因为对它进行光照射循环时，它会按一定顺序发生结构变化。利用结构变化过程中的不同状态，可以分别表示“0”或“1”。现已制成这种存储系统原型，它在透明容器里，填以聚丙烯酰胺凝胶，并把蛋白质放进去构成存放数据的三维阵列。

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