全息存儲(chǔ)在存儲(chǔ)容量方面具有巨大的優(yōu) 勢，原因是：

(1)全息存儲(chǔ)具有存儲(chǔ)容量大的優(yōu)勢。用感光干板作為普通照相記錄信息時(shí)， 信息存儲(chǔ)密度的數(shù)量級一般為 105bit/mm2；用平面全息圖存儲(chǔ)信息時(shí)，存儲(chǔ)密度 一般可提高一個(gè)數(shù)量級達(dá) 106bit/mm2；如果用體全息圖存儲(chǔ)信息時(shí)，存儲(chǔ)密度可 高達(dá) 1013bit/mm2。

(2)全息存儲(chǔ)具有極大的冗余性，存儲(chǔ)介質(zhì)的局部缺陷和損傷不會(huì)引起信息 丟失。

(3)全息存儲(chǔ)具有讀取速率高和能并行讀取的特點(diǎn)，每個(gè)數(shù)據(jù)頁可包含達(dá) 1Mbit 的信息，寫人一頁的時(shí)間在 100ms 左右，讀信息的時(shí)間可以小于 100s， 而磁盤的尋址時(shí)間至少需要 10ms。

全息存儲(chǔ)是受全息照相的啟發(fā)而研制的， 當(dāng)你明白全息照相的技術(shù)原理，對于全 息存儲(chǔ)就可以更好地理解。我們在拍攝 全息照片時(shí)，對應(yīng)的拍攝設(shè)備并不是普 通照相機(jī)，而是一臺(tái)激光器。該激光器 產(chǎn)生的激光束被分光鏡一分為二，其中 一束被命名為“物光束”，直接照射到 被拍攝的物體，另一束則被稱為“參考 光束”，直接照射到感光膠片上。 當(dāng)物光束照射到所攝物體之后，形 成的反射光束同樣會(huì)照射到膠片上， 此時(shí)物體的完整信息就能被膠片記 錄下來，全息照相的攝制過程就這 樣完成了。乍看過去，全息照片上 只有一些亂七八糟的條紋，但當(dāng)我 們使用一束激光去照射這張照片時(shí)， 真實(shí)的原始立體圖像就會(huì)栩栩如生 地展現(xiàn)出來。

全息存儲(chǔ)技術(shù)同樣需要激光束的幫 忙，研發(fā)人員要為它配備一套高效 率的全息照相系統(tǒng)。首先利用一束 激光照射晶體內(nèi)部不透明的小方格， 記錄成為原始圖案后，再使用一束 激光聚焦形成信號源，另外還需要 一束參考激光作為校準(zhǔn)。當(dāng)信號源 光束和參考光束在晶體中相遇后， 晶體中就會(huì)展現(xiàn)出多折射角度的圖 案，這樣在晶體中就形成了光柵。 一個(gè)光柵可以儲(chǔ)存一批數(shù)據(jù)，稱為一頁。 我們把使用全息存儲(chǔ)技術(shù)制成的存儲(chǔ)器 稱為全息存儲(chǔ)器，全息存儲(chǔ)器在存儲(chǔ)和 讀取數(shù)據(jù)時(shí)都是以頁為單位。

盡管全息存儲(chǔ)技術(shù)尚未步入應(yīng)用階段，但它的光明前景毋庸置疑，未來 10 年它將取代目前磁存儲(chǔ)和光存儲(chǔ)的主流地位。 面對如此誘人的一塊大蛋糕， 息 全 存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域的各大廠商早已摩拳擦掌，而在這一爭奪戰(zhàn)中，美國的 InPhase 公司和日本的 Optware 公司扮演了先行者 的角色。

1.Optware——實(shí)用化的領(lǐng)先者

早在 2003 年的 ODS(光存儲(chǔ)系統(tǒng)會(huì)議)會(huì)議上， Optware 就向外界公布了對全 息光盤的測試數(shù)據(jù)。在測試過程中 Optware 首次使用了 能夠商用化的全息存儲(chǔ) 系統(tǒng)。進(jìn)入 2004 年，Optware 便將這套系統(tǒng)命名為 HVD(Holographic Versatile Disc，全息通用光盤)。根據(jù) HVD 的最新標(biāo)準(zhǔn)，使用全息記錄技術(shù)的 HVD 光盤(直 徑為 12cm)的容量可提升至 1TB，這將是目前 DVD 標(biāo)準(zhǔn)容量 (4.7GB)的 200 倍。 而且在數(shù)據(jù)傳輸率方面，也將到達(dá) 1GB/s，遠(yuǎn)高于現(xiàn)有的水平，是目前 DVD 主流速度(16×，約 22MB/s)的 40 倍。Optware 表示未來還可進(jìn)一步提升 HVD 的 存儲(chǔ)容量和速度。

Optware 的全息產(chǎn)品廣泛應(yīng)用了一種稱為同線全息存儲(chǔ)技術(shù)的關(guān)鍵(實(shí)際上 就是在一個(gè)光束中整合了一束參考激光與一束信號激光)。借助這項(xiàng)技 術(shù)， Optware 可以大大簡化全息成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度和體積，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn) HVD 驅(qū)動(dòng) 器與 DVD 和 CD 的兼容。

現(xiàn)階段 Optware 已經(jīng)開始向商業(yè)用戶銷售 200GB 容量 HVD 產(chǎn)品， 并表示在短 期內(nèi)還將把存儲(chǔ)容量提升到 1TB。不過，初期 HVD 產(chǎn)品的售 價(jià)也高得驚人—— 一部 HVD 驅(qū)動(dòng)器的價(jià)格在 2 萬美元左右，每張光盤的成本則為 100 美元!不過， 隨著技術(shù)的成熟和生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，到 2007 年以 后，HVD 驅(qū)動(dòng)器的成本會(huì)迅 速下降。

2.InPhase——高容量的追求者

相對于 Optware 快速的全息商品化步伐， 來自美國的 InPhase 公司也毫不示 弱。在 2005 年 4 月的 NAB2005 展會(huì) 上，InPhase 公司首次展出了其商品化的全 息驅(qū)動(dòng)器。相對于 HVD 來說，InPhase 的產(chǎn)品被稱作全息卡可能更為合適。HVD 的外形和一張 DVD 無 異，但是 InPhase 的全息光盤產(chǎn)品則在光盤外面多了個(gè)長 方形的保護(hù)盒，使得產(chǎn)品的外觀和我們曾經(jīng)使用的 MO 有幾分相似。

為了和 Optware 一較高下，在 2005 年 4 月的展會(huì)上，InPhase 就聯(lián)合萬勝 公司拿出了單次可寫入的全息光盤產(chǎn)品。相對于 Optware 在實(shí)現(xiàn)寫入方面遇到 的困難，InPhase 似乎有更多的優(yōu)勢。在實(shí)現(xiàn)寫入的同時(shí)，InPhase 還同時(shí)將旗 下全息光盤的存儲(chǔ)密度提升到 200Gbit/平方英寸。這一存儲(chǔ)密度已經(jīng)超過了包 含硬盤在內(nèi)的現(xiàn)有存儲(chǔ)介質(zhì)。而在此密度下，InPhase 推出的第一代全息存儲(chǔ)設(shè) 備單光盤的容量成功 地達(dá)到了 300GB， Optware 第一代產(chǎn)品多出了整整 100GB。 比 盡管容量提升，但 InPhase 的全息方案在讀取速度方面卻遇到了一些困擾。數(shù)據(jù) 傳輸速度目前在投產(chǎn)時(shí)將達(dá)到 160Mb/s(即 20MB/s)左右。

盡管有比較明顯的容量領(lǐng)先優(yōu)勢，但 InPhase 沒有停止在容量方面的探索。 2006 年 3 月 27 日， InPhase 宣布成功進(jìn)行了存儲(chǔ)密度達(dá) 515Gbit/平方英寸的全 息光存儲(chǔ)演示，這意味著 InPhase 可以在 12cm 的光盤上實(shí)現(xiàn)超過 1.6TB 的存儲(chǔ) 容量。要知道目前最高容量硬盤的存儲(chǔ) 密度也僅為 214Gbit/平方英寸。

存儲(chǔ)中的復(fù)用技術(shù)是全息光存儲(chǔ)所特有的技術(shù)特征，采用合理的復(fù)用技術(shù)可以有效地增加系統(tǒng)的存儲(chǔ)容量，提高存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能。全息光存儲(chǔ)中的復(fù)用技術(shù)主要包括空間復(fù)用、體積復(fù)用和混合復(fù)用三大類。

空間復(fù)用技術(shù)是將記錄介質(zhì)的二維平面劃分成不同的區(qū)域，在每一個(gè)區(qū)域中單獨(dú)存儲(chǔ)一幅全息圖。空間復(fù)用技術(shù)是發(fā)展得最早的復(fù)用技術(shù)，主要適合于平面型記錄材料，存儲(chǔ)材料中的存儲(chǔ)格式類似于硬盤和光盤。空間復(fù)用技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：由于相鄰的全息圖在空間并不重疊，因此再現(xiàn)出的頁面之間可以完全避免串?dāng)_噪聲，每個(gè)全息圖的衍射效率也都可以達(dá)到單個(gè)全息圖所能達(dá)到的最大衍射效率。此外，由于存儲(chǔ)的所有全息圖都可以采用相同的參考光角度，因此系統(tǒng)的光路設(shè)計(jì)和構(gòu)架相對簡單。單純空間復(fù)用技術(shù)的主要缺點(diǎn)是不能充分利用存儲(chǔ)材料的厚度來增加系統(tǒng)的存儲(chǔ)容量，因此沒有充分利用全息存儲(chǔ)技術(shù)的潛力實(shí)現(xiàn)最大存儲(chǔ)容量。

為了彌補(bǔ)空間復(fù)用技術(shù)的缺陷，人們提出了體積復(fù)用技術(shù)。體積復(fù)用技術(shù)分為三種：角度復(fù)用、位相復(fù)用和波長復(fù)用。下面我們分別進(jìn)行介紹。

角度復(fù)用：這是一種使用最早，研究最為充分的復(fù)用技術(shù)，它利用了體積全息圖的角度選擇性，使不同的信息頁面可以互不相干地疊加在同一個(gè)空間區(qū)域內(nèi)。每幅全息圖在記錄和讀出時(shí)所采用的物光和參考光的夾角都各不相同，但采用的激光波長是固定的。對角度的調(diào)整可以通過旋轉(zhuǎn)反光鏡或聲光偏轉(zhuǎn)器來實(shí)現(xiàn)。角度復(fù)用技術(shù)可以有效地增大存儲(chǔ)容量，提高存儲(chǔ)密度。但角度復(fù)用存儲(chǔ)的全息圖數(shù)目越多，平均衍射效率就越低，并且由于串抗干擾的疊加將導(dǎo)致讀出數(shù)據(jù)的信噪比下降，這些因素也影響和限制了角度復(fù)用技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)的存儲(chǔ)容量。

位相復(fù)用：為了克服角度復(fù)用技術(shù)串?dāng)_噪聲較大的缺點(diǎn)，人們又提出了正交位相編碼復(fù)用技術(shù)。在這種復(fù)用技術(shù)中，參考光的波長和光束角度都是固定的，而位相編碼一般使用確定性位相編碼中的正交位相編碼。正交位相編碼的概念是——每個(gè)全息圖的參考光都是由一組平面波束的集合組成，對其中每個(gè)光束都進(jìn)行純位相調(diào)制，即相對位相延遲非0即π。每組這樣的光束集合代表一個(gè)存儲(chǔ)圖像的地址，且和其它所有地址都正交。讀出信息時(shí)，只有該地址參考光束對應(yīng)的全息圖的衍射效率最大，而對于其它全息圖則是相消干涉，理論上其衍射效率均為零。因此，位相復(fù)用技術(shù)可以提高讀出過程中全息圖的衍射效率，增加讀出數(shù)據(jù)的信噪比，并且可以使對存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的尋址通過改變光束的位相而不是改變光束的方向來實(shí)現(xiàn)，從而使尋址過程更快。

波長復(fù)用：由于全息圖的再現(xiàn)對讀出光的波長也十分敏感，所以波長復(fù)用也是全息光存儲(chǔ)的主要復(fù)用方式之一。波長復(fù)用也是基于全息光存儲(chǔ)所具有的布喇格角選擇性，只是此時(shí)每幅存儲(chǔ)的全息圖是與一個(gè)特定的波長相對應(yīng)，記錄和讀出過程中參考光和物光之間的夾角保持不變。

最后，談?wù)劵旌蠌?fù)用技術(shù)。混合復(fù)用技術(shù)就是將上述幾種復(fù)用方法結(jié)合使用，以便充分利用各種復(fù)用方法的優(yōu)點(diǎn)，提高系統(tǒng)的存儲(chǔ)容量。主要的幾種混合復(fù)用技術(shù)包括稀疏波長—角度復(fù)用、空間—角度復(fù)用以及空間—位相復(fù)用等等，在此不再贅述。

此外，隨著技術(shù)的發(fā)展，人們又提出了一些新型的復(fù)用技術(shù)。例如，1999年V．Markov等人提出的靜態(tài)散斑復(fù)用技術(shù)；2001年，清華大學(xué)提出了利用全息光存儲(chǔ)系統(tǒng)中隨機(jī)相位極自身位移產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)散斑實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)散斑復(fù)用技術(shù)等。相信隨著科技的不斷進(jìn)步，會(huì)有更多優(yōu)秀的復(fù)用技術(shù)得到開發(fā)和應(yīng)用，從而可以更加充分地發(fā)掘全息光存儲(chǔ)的存儲(chǔ)潛力，實(shí)現(xiàn)大容量、高密度的數(shù)字存儲(chǔ)。