超临界紧聚焦多维光存储研究

作     者：谢子健 

作者单位：暨南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李向平

授予年度：2022年

学科分类：12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 070207[理学-光学] 07[理学] 08[工学] 081104[工学-模式识别与智能系统] 0835[工学-软件工程] 081201[工学-计算机系统结构] 0811[工学-控制科学与工程] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：光学超振荡 超临界紧聚焦 超分辨光存储 金纳米棒 五维光存储 

摘      要：全球数据存储市场的快速增长对高容量、低能耗的信息存储技术不断提出新的挑战。尽管光存储被认为是潜在的解决方案,但衍射极限的存在限制了其存储容量的进一步提升。为了应对这一挑战,近年来,通过光学多路复用技术在光的物理维度上创建正交数据通道或通过超分辨技术突破衍射极限,新一代光存储技术取得了巨大的进展。本文介绍了将多维复用技术和突破衍射极限的超临界聚焦技术相结合的超分辨多维光存储研究。本论文的第一部分工作主要围绕设计超临界聚焦相位以及超临界聚焦光斑的表征展开。采用遗传优化算法,设定种群数目、交叉概率、变异概率以及目标函数,通过种群的迭代得到超临界相位。超临界相位经过矢量德拜衍射积分的理论验证,实现了半高全宽0.38λ/NA的焦点尺寸,其中λ为入射光波长,NA为聚焦物镜数值孔径。通过搭建超临界紧聚焦光场表征系统,利用金颗粒扫描法,成功表征超临界紧聚焦焦点的点扩展函数,并利用上转换荧光颗粒Na YF:Nd/Yb/Er成功验证超临界紧聚焦相较于传统聚焦有着更高的荧光成像分辨率。本论文的第二部分工作主要围绕多层光盘的制备以及超临界紧聚焦多维光存储展开。由于无序耦合金纳米棒在光场激发下形成的电磁热点具有偏振波长依赖性,确定了以金纳米棒作为多层光盘的记录介质。通过将金纳米棒与聚乙烯醇按1:3的比例混合,利用旋涂的方式制备了厚度为1μm的记录层,并以透明聚合物HC003为隔离层,旋涂厚度为10μm,制备了单层、三层、五层乃至十层光盘。表征了金纳米棒溶液的吸收光谱、光盘的透射光谱以及光盘的逐层荧光均匀性;通过超临界聚焦实现了400 nm的盘上记录点尺寸,存储面密度提升36%;成功实现了偏振及波长的物理维度的复用,在五层光盘上实现了双波长双偏振的五层多维存储。并通过相差补偿相位矫正了轴向相差,保障了盘上低记录存储能耗和信息高保真。