Almacenamiento óptico 5D: la escritura láser de alta velocidad puede empaquetar 500 Terabytes en un disco de vidrio del tamaño de un CD

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

Los avances hacen que el almacenamiento óptico 5D de alta densidad para que sea práctico 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 discos ópticos Blue-Ray.

Los individuos y las organizaciones están generando conjuntos de datos cada vez más grandes, creando la necesidad desesperada de formas más eficientes de almacenamiento de datos con una alta capacidad, bajo consumo de energía y una larga vida útil. Si bien 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 más largo plazo para archivos nacionales, museos, bibliotecas u organizaciones privadas.

Yuhao Lei de la Universidad de Southampton en el Reino Unido.

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

“El mecanismo físico que usamos es genérico”, dijo Lei. “Por lo tanto, anticipamos que este método de escritura de bajo consumo energético también podría utilizarse para la nanoestructuración rápida en materiales transparentes para aplicaciones en microfluídica y óptica integrada 3D”.

Escritura láser más rápida y mejor

Aunque el almacenamiento de datos ópticos 5D en materiales transparentes se ha demostrado anteriormente, la escritura de datos lo suficientemente rápida y con una densidad lo suficientemente alta para aplicaciones del mundo real ha demostrado ser un desafío. 

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 una nanolamela 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 débiles, a partir de un nanovacío isotrópico, generado por una microexplosión de un solo pulso. 

El uso de la mejora de campo cercano para hacer las nanoestructuras minimizó el daño térmico que ha sido problemático para otros enfoques que usan 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 (4ª dimensión, correspondiente a la orientación de la estructura tipo nanolamela) y la fuerza de retardo (5ª dimensión, definida por el tamaño de la nanoestructura). 

A medida que se registran los datos 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, por lo que podemos escribir decenas de gigabytes de datos en un 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 precisión de lectura de casi el 100% . 

Cada vóxel contenía cuatro bits de información y cada dos vóxeles correspondían a un carácter de texto. Con la densidad de escritura disponible en el método, el disco podría contener 500 terabytes de datos. 

Con las actualizaciones del sistema que permiten la escritura en paralelo, los investigadores dicen que debería ser factible escribir esta cantidad de datos en unos 60 días.

“Con el sistema actual, tenemos la capacidad de preservar terabytes de datos, que podrían usarse, por ejemplo, para preservar información del ADN de una persona “, dijo Peter G. Kazansky, líder del equipo de investigadores.

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 para leer los datos para aplicaciones prácticas de almacenamiento de datos.

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

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