光量子存储

作者简介

"徐端颐，清华大学教授，博士生导师，长期从事光信息存储及光学微加工技术的研究。1960年毕业于清华大学留校任教，在利用超精细聚焦光束进行精密加工研究方面，完成多种型号的“分步重复照相机”，“自动对准投影光刻机”、“紫外曝光铬版精缩机”集成制造关键设备的研制。在高密度光信息存储的研究中，通过建立光学信息存储物理数学模型，揭示了以微信息符的形成过程为代表的光与物质相互作用过程中光能时空分布与介质物理参量变化之间的关系，完成了多种型号的光盘机、光盘库、光盘塔、光盘阵列、光盘拷贝机、光盘测试系统、光盘文档管理系统、光盘医学图像系统、中国学术期刊光盘存储系统等产品的研制与开发。 提出利用光的频率维扩大信息存储容量的基础研究，建立以光学多阶编码代替传统二近制编码的数字式光盘存储数学模型，并将以上两种技术结合，组成了以多波长多阶存储技术为核心的进一步提高光盘存储密度的新途径。完成光盘存储系统结构模块化、标准化设计及超大容量光盘存储系统集成的应用研究，将脉宽调制与光束展宽长度调制相结合，解决了用同一结构光学系统读写不同特性记录介质的光盘兼容问题，以及超大容量光存储系统中数据结构结构标准、高速数据存取、数据安全性与信息资源多用户"

内容简介

第3章 光量子存储 3.1基础材料及器件 在当今信息社会中，信息的存储、传输、显示、处 理及传播高速增长。高清柔性显示、宽带及高密度信息 存储以及有线与无线网络通信的需求，带动了光量子技 术的发展。光子学与纳米技术相结合形成的纳米光子学 ，成为解决上述技术问题的主要基础。例如，以光子晶 体为基础的光量子集成器件，及与微波通信相结合的混 合集成器件，完全有可能成为可与20世纪集成电路相媲 美的新一代核心器件与技术。纳米光子学主要研究光与 物质相互作用，覆盖了上述应用领域，涉及面较广。本 节重点介绍纳米光子学在信息存储中的应用，包括近期 可能实现的产品化技术及可能在10年或20年后才能产业 化的潜在技术。最有希望在近期商品化的是光量子网络 ，也是当前企业界比较关注的领域。纳米光子学信息存 储技术则介于两者之间，属于中长期研究项目。其主要 基础材料及器件包括纳米光子学材料、激光及纳米传感 器等。例如量子点激光器，纳米颗粒有机、无机介质等 都是光子存储必不可少的材料，也属于纳米光子学领域 尚未解决的重要研究课题。这些基础器材在光量子存储 中具有广泛的应用空间，诸如信息的生成、调制、放大 、操控及检测等信息存储与读出的各个环节都离不开这 些基础器材。 1. 纳米颗粒 以TiO2及ZnO为例，它们对紫外光都具有很高的吸 收率，且能高效地转换为各种波长的可见光。光子晶体 及有穴光纤维是制造光量子信息传播控制器件的基础材 料。特别是光子晶体是集成光量子器件的核心材料，用 于加工制造各种光子的传输、开关、切换等功能器件， 同时也是集成光量子器件的基础结构材料。目前，已完 全实用化光子晶体光纤，其工作范围从可见光至1550nm 近红外。不仅具有良好的线性，还能保证传播光束的偏 振态及模式不变。 2. 辐射源 光量子存储中核心器件是光量子发射源。目前，量 子阱、量子线(quantum wire)及量子点(Qdot)激光 器都可以利用半导体工艺商业化生产。其中，量子阱激 光器使用最为普遍。量子阱激光器除了体积小、功耗低 以外，还有许多优点。例如工作频率高、稳定性好、寿 命长和控制方便，非常适合于纳米光学集成器件工艺制 造。另外基于电子在半导体量子阱中导带子带间跃迁和 声子辅助共振隧穿原理的量子级联激光器(Quantum Cascade Lasers，QCL)，不同于传统的pn结型半导 体激光器的电子空穴复合受激辐射机制，QCL受激辐 射过程只有电子参与，激射波长的选择可通过有源区势 阱和势垒能带裁剪实现。利用厚度为纳米级的垂直于半 导体异质结薄层量子限制效应产生分离电子态，通过在 这些激发态产生的粒子数反转构成该激光器有源区，电 子从高能级跃迁到低能级过程中不但没有损失，还可以 注入下一个过程再次发光。由多级(通常大于500层)耦 本书属于应用科学性专著，学科跨度较大，选材丰富，结构完整，内容具有较强的前瞻性，学术水平达到国际水平和国内先进水平。