該方法結(jié)合振幅、相位與偏振，在更小空間內(nèi)存儲(chǔ)更多數(shù)據(jù)。

中國(guó)研究人員近日公布了一種全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用光的振幅、相位和偏振等多種特性，在三維空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)信息的存儲(chǔ)與讀取。由福建師范大學(xué)譚小地教授帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種新方法，與傳統(tǒng)存儲(chǔ)方式相比，可在相同物理空間內(nèi)顯著增加信息存儲(chǔ)量。

全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是一種先進(jìn)的光學(xué)技術(shù)，利用激光將數(shù)字信息存儲(chǔ)于材料內(nèi)部。與硬盤或光盤等僅在表面存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的方式不同，該技術(shù)通過在材料體積內(nèi)記錄重疊的光學(xué)圖案，實(shí)現(xiàn)更高的存儲(chǔ)密度和更快的數(shù)據(jù)傳輸速率。譚小地教授表示："基于偏振全息原理，我們采用名為卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的深度學(xué)習(xí)架構(gòu)，成功將偏振作為獨(dú)立的信息維度加以利用。"

全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以激光圖案生成的圖像頁形式捕捉信息。編碼過程將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為這些圖像頁，解碼過程則將其還原為用戶數(shù)據(jù)。然而，此前大多數(shù)全息存儲(chǔ)系統(tǒng)僅依賴一至兩種光維度進(jìn)行編碼。由于難以可靠保存并解碼數(shù)據(jù)，將偏振作為第三維度的應(yīng)用始終面臨挑戰(zhàn)。

為解決該問題，研究團(tuán)隊(duì)改進(jìn)了基于張量的偏振全息技術(shù)。該技術(shù)能在數(shù)據(jù)重構(gòu)過程中保持偏振狀態(tài)，使其可作為穩(wěn)定獨(dú)立的數(shù)據(jù)編碼維度。通過雙相位全息圖控制兩個(gè)正交偏振態(tài)的強(qiáng)度與相位，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了三維調(diào)制編碼方案，使單一純相位空間光調(diào)制器得以同時(shí)編碼振幅、相位與偏振信息。

為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)實(shí)用性，科學(xué)家們還設(shè)計(jì)了一種卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，僅利用系統(tǒng)采集的強(qiáng)度圖像即可同步解碼光的各項(xiàng)特性。傳統(tǒng)傳感器僅能識(shí)別光強(qiáng)度，而通過分別在有偏振器和無偏振器條件下采集衍射圖案訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)無需復(fù)雜測(cè)量即可重構(gòu)完整三維數(shù)據(jù)。

研究團(tuán)隊(duì)驗(yàn)證了相關(guān)理論，并開發(fā)出緊湊型實(shí)驗(yàn)裝置，在偏振敏感介質(zhì)中完成編碼光場(chǎng)的記錄與重構(gòu)。通過分析圖像提取振幅、相位與偏振特征后，將這些數(shù)據(jù)輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，僅憑強(qiáng)度測(cè)量結(jié)果即可重構(gòu)三維數(shù)據(jù)。譚小地教授強(qiáng)調(diào)："總體而言，我們的研究結(jié)果表明，多維聯(lián)合編碼顯著提升了單頁全息數(shù)據(jù)的信息承載量，從而增強(qiáng)了存儲(chǔ)容量。"

譚教授指出，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的同步解碼技術(shù)省去了復(fù)雜測(cè)量與分步重構(gòu)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了更快速的讀取與更高效的解碼。這為實(shí)用化、高容量、高通量的全息存儲(chǔ)技術(shù)鋪平了道路。他認(rèn)為，這種多維全息存儲(chǔ)技術(shù)有望縮小數(shù)據(jù)中心規(guī)模、提升大規(guī)模歸檔能力、提高處理與傳輸效率。他在新聞稿中總結(jié)道："該技術(shù)還可應(yīng)用于更安全的數(shù)據(jù)傳輸、光學(xué)加密和先進(jìn)成像領(lǐng)域。"

盡管該系統(tǒng)仍處于研究階段，團(tuán)隊(duì)計(jì)劃通過提升編碼灰度級(jí)數(shù)來增加容量，并改進(jìn)記錄介質(zhì)的穩(wěn)定性、均勻性與可重復(fù)性。他們還將致力于集成體全息復(fù)用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多頁多通道存儲(chǔ)。

該研究成果已發(fā)表于《Optica》期刊。

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