光学存储技术

第二节　光学存储技术

人的信息来源是通过视觉、听觉、触觉等感觉器官直接或间接从信息源获取。由于视觉信息色彩纷呈，又可包含大视场、大景深的快速运动图像，其信息丰富的程度远远超过其它的信息获取方式，使得以光为信息载体的视觉信息成为人类的主要信息来源。远古的人类就知道利用光来快速传递信息，例如我国周代（约公元前8世纪）就有“烽火戏诸侯”的故事。但是在很长的时I期内，人们存储信息一直采用局限于直接保存包含信息的实物（如结绳记事）或符号（如各种形式的书籍文字）的方式。直到150多年前发明照相术，才真正进入了用光学方法存储信息的时代。

照相术是利用光诱导乳胶中物质的光化学反应，进而改变乳胶局部的颜色，从而实现信息的静储。由光学照相术发展而来的缩微照相术，即使今天在海量信息存储领域仍然具有重要的位置。这是因为缩微技术有它独特的优势：能够高保真度地存储高分辨率图像，其保持文物、古籍、展览品原貌的能力无可替代。研究表明，对于照片或连续影调图像的存储，缩微方法的存储容量是光盘的7倍。同时，缩微片的保存寿命可达150年，这也是其它存储技术不能比拟的。但是这种存储技术需要复杂费时的湿法后处理，作为一种“离线”读写方式，不能象磁盘、光盘一样与现代通信设备以及计算机联机，因而在扩大信息交流方面存在限制。

当前，光学存储主要指与计算机和其它通信系统联机的海量存储技术。与传统的磁性存储技术（磁带、磁泡、磁盘）相比，光学存储有以下特点：

①存储密度高。理论估计，光学存储的面密度为1／λ²的数量级，其中λ是用于存储的光的波长。通过使用多层记录材料、分区使用记录材料的动态范围或使用多波长寻址光束及短波长照明等技术，可以使存储密度显著增大。光学方法还可以寻址记录材料的整个体积，存储的体密度可达1／λ³。按λ＝500nm计算，存储密度为1TB／cm³的数量级。若同时在大量可分辨的窄光谱凹陷中进行记录，存储密度还可提高1～3个数量级，这是当前任何其它数据存储技术所无法匹敌的。

②并行程度高。由于光束可以携带图像，即二维数据页，通过对照明光束波面的二维调制，光学存储器件能广泛地提供并行输入输出和数据传输。

③抗电磁干扰。外界电磁干扰的频率都远远低于光频，因此光不受外界电磁场的干扰，不同光束之间也很难互相干扰。

④存储寿命长。磁存储的信息一般只能保存2～3年；而只要光存储介质稳定，寿命一般在10年以上。

⑤非接触式读／写信息。用光束读写，不会磨损和划伤存储体，这不仅延长了存储寿命，而且使存储体可以自由拆卸、移动和更换，对于当前已经商品化的光学存储设备，例如CD—ROM和连接光盘系统，这种可移动性是一大优点，因为可以做成真正的海量存储器。而高密度的磁盘机，由于磁头飞行高度只有几微米，使磁盘一经固定便难以更换。当然，随着互联网络变得无处不在，容易通过便携计算机进行远程连接，这种可拆卸的优越性会渐渐消失，长远看来更重要的是发展高速大容量的稳定存储系统；而光学存储也最有希望提供这样的系统。

⑥信息价格位低。由于光学存储密度高，其信息价格位可比磁记录低几十倍。

由于上述这些优点，所以自从激光器发明以来，光学存储技术就一直受到人们的关注。

从原理上讲，只要材料的某种性质对光敏感，在被信息调制过的光束照射下，能产生理化性贡的改变，并且这种改变能在随后的读出过程中使读出光的性质发生变化，都可以作为光学存储均介质。光学存储按存储介质的厚度可分为面存储（二维存储）和体存储（三维存储）；按数据存驭的方式可分为逐位存储（又称光学打点式存储）和页面并行式存储；按鉴别存储数据的方式可分为位置选择存储和频率选择存储等等。目前，最普遍、最成熟的光学存储技术是光盘存储。正在发展中的技术还有很多种，我们首先对光盘存储作一介绍。

一、光盘存储

自20世纪60年代末美国ECD及IBM公司共同研制出第一片光盘以来，光盘存储技术发展之迅速出人意料。80年代即在声视领域中迅速形成了激光唱片（CD）和激光视盘（LVD）的产业。作为一种新型的信息存储手段，光盘在计算机外存设备上的应用也发展很快，目前已成为光电子产业的主要支柱之一。

激光具有高度的单色性、方向性和相干性，经聚焦后可在记录介质中形成极微小的光照微区（直径为光波长的线度，即1μm以下），使光照部分发生物理和化学变化，从而使光照微区的某种光学性质（反射率、折射率、偏振特性等）与周围介质有较大反衬度，可以实现信息的存储。这就是光盘存储的原理。在信息的“写入”过程中，通常使写入激光束的强度被待存储信息（模拟量或数字量）所调制，而记录介质上有无理化性质的变化则代表了信息的有无。在信息的“读出”过程中，用低强度的稳定激光束扫描信息轨道，随着光盘的高速旋转，介质表面的反射光强度（或其它性质）随存储的信息位而变化。用光电探测器检测反射光信号并加以解调，便可取出所需要的信息。光盘是在衬盘上淀积了记录介质及其保护膜的盘片，在记录介质表面沿螺旋形轨道以记录斑的形式写入大量的信息位（图27），因此光盘是按位存储的二维存储介质。记录轨道的密度可高达1000道／mm以上，这种类似光栅的结构使光盘在白光照明下呈现绚丽的色彩。

图27　光盘记录斑示意图

光盘存储除了具有存储密度高、抗电磁干扰、存储寿命长、非接触式读／写信息，以及信息位价格低廉等优点外，还具有信息载噪比（CNR）高的突出优点。CNR是载波电平与噪声电平之比，以分贝（dB）表示。光盘CNR均在50dB以上，且多次读写后不降低。因此，光盘多次读出的音质和图像清晰度是磁带和磁盘所无法比拟的。另外，光盘的信息传输速率也比较高。现有的光盘每一通道数据速率可达50Mbit／s以上，通过改进光学系统和选择适当的激光波长，可以提高数据速率。

1．光盘的类型

作为计算机系统外部设备的数字光盘存储技术，按其功能划分主要有四种：

（1）只读存储光盘（ROM）

只读式存储光盘的记录介质主要是光刻胶，记录方式多数采用经声光调制的聚焦氪离子激光，将信息刻录在介质上制成母盘，然后进行大量模压复Nooa－Ⅲ作工艺和设备的限制，这种光盘只能用来播放已经记录在盘片上的信息，用户不能自行写入。CD只读、CD音像和Lv都属此类。配备了CD—ROM驱动器的微机，也可读取大量光盘中存储的软件和多媒体信息。

（2）一次写入光盘WORM，或称DRAW

一次写入光盘都利用聚焦激光在介质的徽区产生不可逆的物理和化学变化写入信息。这类光盘具有写、读两种功能，用户以自行一次写入，写完即可读，但信息一经写入便不可擦除，也不能反复使用。它特别适合于文档和图像的存储和检索。

为了保证光盘能被用户写入，实现写后即读（DRAW），记录的数据能够实时加以检验，一次写入光盘上应有的地址码（信号、扇区号及同步信号等）都以标准格式预先刻录并复制在光盘的衬盘上。光盘的存储介质应当是不须经过中间处理的类型。除了高分辨率、高对比度、抗缺陷性能强等对光盘存储介质的共同要求外，一次写入光盘对介质还有以下基本要求：①较高的记录灵敏度。②较好的记录阈值。③存储介质的力学、热学及光学性能应与预格式化衬盘相匹配，以保证轨道跟踪的顺利进行，并能实现在任一轨道任一扇区进行信息的写与读。

一次写入光盘主要是利用激光的热效应，其记录方式有很多种，例如：①烧蚀型：存储介质可以是金属、半导体合金，例如低熔点碲合金、金属氧化物或有机染料。利用激光的热效应使介质的微区熔化、蒸发，以形成信息坑孔。

②起泡型：存储介质由染料聚合物一高熔点金属两层薄膜组成。激光照射使染料聚合物分解排出气体，两层问形成的气泡使上层薄膜隆起，与周围介质形成反射率的差异，从而实现信息的记录。

③熔绒型：存储介质为经离子刻蚀的硅，表面呈现绒面结构。激光光斑使照射部分的绒面熔成镜面，实现反差记录。

④合金型：用Pt－si，Rh－si或Au－si制成双层结构，激光加热的微区熔成合金，形成反差记录。

⑤相变型：存储介质多用硫属化合物或金属合金制成薄膜，利用激光的热效应和光效应使被照微区发生相变。这种相变可以是从一个非晶相变到另一个非晶相，从一个晶相变到另一个晶相，或是从非晶相变到晶相。为了提高一次写入光盘的性能，要严格选择记录介质的厚度，通过增加反射层、热障层等来提高光能利用率和热效率。目前一次写入光盘已经实现商品化。

（3）可擦重写光盘（EDAW）

这类光盘除用来写、读信息外，还可将已经记录在光盘上的；信息擦去，然后再写入新的信息。但写、擦是分开的两个过程，需要两束不同的激光和先后两个动作才能完成，即先用擦激光将某一信道上的信息擦除，然后再用写激光将新的信息写入。这种先擦后写的两步过程限制了数据的存取时间和传输速率，因而尚未应用到计算机系统的主内存，即随机存取存储器（RAM）。但是用这类光盘代替磁带，用在海量脱机存储和图像数字存储方面已成定局。

可擦重写光盘是利用记录介质在两个稳定态之间的可逆变化来实现反复的写与擦。光盘可擦重写技术的关键是解决新的存储介质材料。经过多年的努力，已在磁光型（热磁反转型）存储材料上得到突破而获得实用化。磁光型存储介质的必要条件是具有磁各向异性，在垂直于薄膜表面方向有一易磁化轴，产生垂直磁记录磁畴。在写入信息之前，用一定强度的磁场H。对介质进行初始磁化，使各磁畴单元具有相同的磁化方向。

图28　磁光光盘的原理

写入图28（a）：磁光读写头的脉冲激光聚焦到介质表面，光照微区温度升至居里温度（T_c）或补偿温度（T_comp）时，净磁化强度为0（退磁）。此时，通过读写头中的线圈施加一反偏磁场，使微斑反向磁化。而介质中无光照的相邻磁畴，磁化方向保持原来的方向，从而实现磁化方向相反的反差记录。

读出图28（b）：利用磁光克尔效应来检测微区磁畴的磁化方向，从而实现信息的读出。磁光克尔效应是Kerr在1877年发现的。当线偏振光入射到磁性介质时，反射光束的偏振面会发生旋转，这个旋转角称为克尔角。若用线偏振光扫描录有信息的信道，光束经过磁化方向向上的微斑的反射，反射光的偏振方向会绕反射线右旋一个角度θ_k。反之，若扫到磁化方向向下的微斑，反射光的偏振方向则左旋一个θ_k，以－θ_k表示。实际读出时，将检偏器调整到使与巩对应的偏振光为消光位置，来自下磁化微斑的反射光不能通过检偏器到达探测器，而从上磁化微斑反射的光束则可通过sin（2θ_k）的分量，探测器便有效地读出了已写入的信号。

擦除图28（c）：擦除时，用原来的写入光束扫描信息道，并施加与初始H。方向相同的偏置磁场，则微区磁畴的磁化方向又会恢复原状，从而擦除了原有的信息。由于磁畴磁化方向翻转的速率有限，故磁光光盘一般需要两次操作来写入信息，第一次是擦除原有轨道上的信息，第二次是写入新信息。

（3）直接重写光盘

前面介绍的可擦重写磁光盘，在记录信息时往往需要两次动作，即先将信道上原有的信息擦除，然后再写入新的信息。这可以用一束激光的两次动作完成，也可用擦除光束和随后的写入光束配合完成。无论采取哪种方式，都将限制光盘数据传输速率的提高。光盘存储技术目前的研究热点，一是提高可擦重写光盘的性能，二是研究直接重写光盘。直接重写光盘可用一束激光、一次动作录入信息，也就是在写入新信息的同时自动擦除原有信息，无需两次动作。显然这种光盘能够有效地提高数据传输率，有希望应用到计算机系统的随机存取存储器。

实现直接重写的可能途径之一，是利用激光束的粒子作用，在极短的时间内使介质完成快速晶化。这种光致晶化的可逆相变过程和相变型可擦重写光盘的热致晶化的相变过程有不同的机制。当光致晶化过程非常快以致擦除激光脉宽与写入激光脉宽（20～50×10^－9）相当时，相变光盘可进行直接重写，从而大大缩短了数据的存取时间。近年来，国内外的大量研究工作都围绕着降低擦除时间（加快晶化速度）、提高晶态和非晶态的反衬度及多次擦除中材料稳定性等方面进行。

2．光盘存储器

光盘存储器是在光盘已经设计定型、各项性能参数都已确定的情况下，特定盘片的驱动器。光盘读取和检索信息的功能要靠光盘驱动器实现。实用的光盘驱动器虽然小巧紧凑，却是光、机、电相结合的高技术产物。它包括提供高质量读出光束和引导检索出的光信号的精密光学系统，产生信息读出信号、再现盘片格式化地址信号和检测光盘聚焦误差信号及跟踪误差信号的电子学电路，以及实现光束高精度跟踪的伺服控制系统。这里简要介绍光盘存储器的光学系统。

各类光盘存储器的光学系统大体相似，都采用半导体激光器作光源，光学头及光学系统或采用一束激光及一套光路进行信息的写读（如只读存储器及一次写入存储器），或用两个独立的光源及配置的两套光路，一套用来读写，另一套用来擦除（如可擦重写存储器）。直接重写式相变光盘存储器，在信息写入的同时自动擦除原有信息，因而也只需一束激光、一套光路完成全部读、写、擦功能，故可以和一次写入存储器兼容，以便制成多功能相变光盘存储器。

光学系统是围绕着以下几方面配置的：从半导体激光器发出的激光一般都有较大的发散角，为了更有效地利用光能量，首先要求半导体激光器中发出的发散光束准直成平行光束。半导体激光束的截面为椭圆，需要经过整形变成圆光束，才能最后在光盘上聚焦成圆光斑，以满足读、写的要求。要采取措施使沿同一光路传播的入射到光盘的光束和从光盘反射回来的光束不致发生干涉。要采取措施防止光盘表面的反射光进入到激光器，否则会显著增加激光输出中的噪音。由于写／读光束和攘除光束都是由同一物镜聚焦在光盘上，因此，要高效地将经过准直以后的写／读光束和擦除光束耦合到同一光路中。

图29　双光束光学系统的光路示意图

根据光盘存储介质的不同，其光学系统大致可分为单光束光学系统和双光束光学系统。

（1）单光束光学系统

单光束光学系统适合于只读光盘和一次写入光盘，具备信息的写、读功能。对于直接重写相变光盘原则上也可使用，只是激光器的功率及脉冲要求不同，因而激光器的驱动电路也不相同。

（2）双光束光学系统

双光束光学系统用于可擦重写光盘（图29）。器件1～8，10～13构成写／读光路，器件13～19，5～8，20～21构成擦除光路。一些关键器件的作用如下：二向色反射镜5为一干涉滤光镜，只反射特定波长的入射光；刀口11将从光盘反射回来的激光分割为两部分，分别进入探测器12和13，得到读出和聚焦、跟踪误差信号；18和19分别为正、负柱面透镜，改变光束为椭圆截面，以利擦除；17为偏振分束器；1为写、读激光器（波长0．83μm）；13为擦除激光器（波长0．78μm）。

我国近20多年来在光盘技术和产业领域中也有了长足的发展。例如，成都电子科技大学和北京航空航天大学分别研制成功的可擦重写磁光盘、直接重写相变光盘等都已进入实用阶段。近年来，中国科学院上海冶金研究所国家光存储研究中心已建成各类光盘的母盘生产线；清华大学国家光盘工程研究中心致力于改进光盘驱动器及其关键部件，提高其性能和存储容量，减少搜寻时间，改进数据速率和存储数据的可靠性，同时进行新一代多功能光盘驱动器的开发，研制适合于各种无机和有机的一次写入和可擦除介质的双激光束多功能光学头。

3．光盘存储技术的进展

尽管光盘存储技术发展迅速，磁盘存储仍然是其强大的竞争对手。目前从总体上说，光盘的存储密度优于磁盘，主要由于磁盘的道距（约10μm）比光盘的道距（约1μm）大得多。但是磁盘技术也在不断发展。据Data storage1998年2月报道。IBM已有突破存储密度10Git／in²（1in＝25．3mm）大关的实验室样机。至于在数据传输速率方面，光盘的性能仍然不及磁盘。光盘必须不断保持和提高在存储密度方面的优势，同时在数据速率方面赶上和超过磁盘，才能在计算机系统使用中站稳脚跟。

为了提高只读光盘的存储容量，可以采取的主要方法有：

①采用短波长激光读写。存储密度与使用的光波长的平方成反比，如激光波长由目前的0．8μm缩短到0．3μm，记录的面密度可提高3倍。近年来，随着短波长激光二极管的商品化，采用短波长激光读写已经可行。

②提高道密度和线密度。使用光道密度加倍法，不仅在预刻槽台上记录，而且在槽内记录，相当于光道密度增加1倍，从而使信息存储密度增加1倍。使用区域比特记录法，在光盘的任何径向位置都使沿光道方向的数据位等间隔地配置，又能使光盘总的线密度提高1倍。

③向空问要容量，开发多数据层的光盘。为了提高数据速率，除了提高读写激光功率，改进编码和信号处理方法外，还可以采取所谓多光道并行存取技术，在多条平行轨道上同时存取数据。例如，一种双光学头的设计，采用16个激光二极管阵列并行存取，可使数据速率达到100Mbit／s。直接存取技术也可以进一步缩短光盘的存取时间。

目前正在开发超高容量双面多数据层ROM。例如，日本日立公司等研制的双面双数据层ROM，采用0．33μm的最小光斑尺寸和每层0．73μm宽的道距，实现总数据容量为17GB。他们也研究了双面多数据层ROM盘结构。研究表明，利用双面三数据层结构（总共包括6个数据层），有可能实现2．5GB的超高容量。

当前先进的相变光盘技术已经达到成熟的产品级水平。在直接重写光盘中实现高数据率是当前研究的热点，关键在于提高盘面转速和记录位密度。采用红光波长已在120mm可重写光盘中实现了3．0GB的用户容量。增大径向和切向的密度可以进一步扩大存储容量。据估计，采用平台／槽道记录，道距可减小到0．7μm，可接受的记录容差的最小位长度是0．32μm。二者相结合，平台／槽道记录应可达到0．3Gbit／cm²的面密度和3．5GB的用户容量。Yamada估计了在最近的将来可能达到的数据传输率。将典型的相变材料Ge－sb－Te与一个“热平衡结构”相结合，可望对红光很快实现每秒数十兆位的数据率，如用蓝激光将可超过100Mbit／s。

常规光盘存储虽然已经达到很高的面密度，但在存储密度方面与磁盘的竞争中，能否取得最终优势仍无定局。这是由于光学存储受到1／λ²的面密度限制。即使采用短波长、峰值强度烧蚀（克服衍射引起的光点尺寸限制）和先进的编码等技术，存储密度达到每平方厘米几百兆位（＜1Gbit／cm²）就到顶了。而磁盘存储并不存在这种光学限制。磁性存储的面密度在物理上受到超顺磁性的限制（即当磁畴体积过于缩小时，使已磁化的磁畴保持定向排列的各向异性能量会接近磁畴的内能，而引起自发的去磁）。在过去10年中，硬磁盘的面密度以每年60%的速率递增，并且也将很快逼近超顺磁性极限（约为6．2Gbit／cm²）。磁盘和光盘都无法将信息存储在材料的整个体积，多层光盘虽然能提高存储容量，但允许的层数毕竟有限。同时，磁盘和光盘的机械运动寻址方式和按位存储的本质，限制了数据传输率的进一步提高。

计算机处理能力的快速增长，以及为了满足多媒体娱乐和处理对存储容量和传输速率的渴求，导致了人们对体积光学存储的高度兴趣。一般而言，体积光学存储技术有希望达到万亿字节的容量，毫秒或亚毫秒的存取时间，以及Gbit／s到Tbit／s量级的数据传输速率。一种典型的体积光学存储技术是双光子光学存储。

二、光全息存储

综上所述，光盘存储在海量信息存储方面有许多优点，已经成为成熟的存储技术。但它只能在二维平面介质上存储信息，目前存储的面密度已经接近了光学极限，并且由于和磁性存储技术一样要求光学头相对记录介质作机械运动，使存取时间只能限于毫秒量级，其数据传输速率尚不能超过磁盘。双光子存储技术将信息存储从二维平面扩展到三维体积，光谱烧孔将信息存储从空间维度扩展到频率维度，这些存储维度上的扩展，无疑能大大提高存储的容量。但是针对当代计算机技术对数据传输速率的挑战，这些存储技术都不约而同地采纳全息的页面式存储方法，以充分利用光学的并行性，并进一步实现高度并行的无机械运动寻址。特别是由于材料稳定性和室温寿命的原因，这些技术离实用化还有相当的距离。要寻求一种既能增加存储容量，又能减少存取时间，还能保持较低的信息位价格的海量存储技术，光全息存储则是一条可循的途径。

图30　光全息存储构成原理示意图

在激光全息术发展的初期，全息图就被看作是有希望的光学存储器件。事实上，Van Heer－den的创见性的论文就是通过对三维全息存储的考察，讨论三维光学存储的理论极限。图30示出全息存储器的构成原理。全息图是在记录介质里记录两个相交的相干光束形成的干涉图。一个光束经过空间调制而携带信息，称为物光束；另一个以特定方向直接到达记录介质，称为参考光束。在两相干光束相交的空间中形成亮暗交替的干涉条纹，条纹轨迹取决于两光场的相对位相：两光场位相相同的地方是亮区，位相完全相反的地方是暗区。不同的数据图像与不同的参考波面一一对应。在写入光束移去后，材料对干涉条纹照明的响应而产生的折射率分布仍能持续一段时间，因而在材料中形成类似光栅的结构。读出过程利用了光栅结构的衍射，用适当选择的参考光（即写入过程中某一参考光的复现光束）照明全息图，使衍射光束经受空间调制，从而较精确地复现出写入过程中与此参考光相干涉的数据光束的波面。这就是全息图存储信息的基本原理。对于厚的记录介质，全息图遍布于材料的整个体积，形成体积（三维）全息图。体积全息图再现时对光束的入射角度、波面位相或波长都十分敏感，因而有可能用不同角度或位相的参考光束，或用不同波长的记录光，在介质的同一体积记录多重全息图（称为“复用”），每一幅全息图都可以在适当的读出条件下分别读出。

在20世纪70年代，全息工作者试图用全息方法在可擦除的材料（例如光折变晶体）中存储大量的数据页，使得每页中的任一位都可以独立地擦除，从而使全息存储器有可能用作计算机中的随机存取存储器（RAM），但是这种努力一直没有成功。一种新技术，如果具有不同于原有技术的独特优势，就具有竞争力，而不必在所有方面都达到或超过原有技术所具备的性能。与已经成熟的磁性存储技术和光盘存储技术相比，全息存储有以下特点和优点：

（1）高冗余度。以全息图的形式存储的信息是分布式的，每一信息单元都存储在全息图的整个表面上（或整个体积中），故记录介质局部的缺陷和损伤不会引起信息的丢失。这得益于全息图的波面重现性质，是其它任何存储技术所无法具有的。

（2）高存储容量。三维光学存储的存储容量上限（约1／λ³）同样适用于全息存储。采用500nm的光波长在折射率为2．0的介质中存储全息图，其存储密度的光学极限为6．3×10¹³bit／cm³，全息图采用面向页面的数据存储方式，一个全息数据页面的容量可以达到10⁶bit，如果采用空间复用和共同体积复用相结合的技术存储500000个全息页面，可以得到总的存储容量为500Gbit或约63GB，这可以和RAID磁盘系统相比。已有报道，在单一体积单元中可能复用10000个携带数据的全息图。要得到相当于RAID磁盘系统的存储容量，需要在空间复用50个那样的体积单元，而这应当是可行的。利用频率选择技术（PSHB）将存储维数扩展到四维，体全息存储器的容量还可能进一步提高。

（3）非常高的数据传输速率和很快的存取时间。全息图采用面向页面的数据存储方式，即数据是以页面的形式存储和恢复的。一页中的所有位都并行地记录和读出，而不是象磁盘和光盘那样，数据位以串行方式逐点存取。由于每个数据页可以包含多达1Mbit的信息，记录一页的时间可以达到1s或更快（视采用的记录材料和激光器的功率）。读出速率从本质上讲是惊人的，只要读出头定位到某一数据图像的物理位置，就可以在几纳秒内从介质中检索出该数据图像。实际上，全息页面的读出速度取决于探测器的响应时间；与高帧速、高分辨率的CCD探测器阵列相结合，在100μs的时间内（探测器阵列的响应时间）并行地恢复一页数据，可望得到总的数据传输速率为10Gbit／s或约1．25GB／s。此外，全息存储器不一定要用磁盘和光盘存储系统中必备的机电式读写头，而可以用无惯性的光束偏转、参考光束的空间位相调制或波长调谐等手段，在数据检索过程中有可能进行非机械的寻址，使寻址一个数据页面的时间小于100μs，而磁盘系统的机械寻址需要10ms。

当前，大型图像数据库（例如空间、军事和医学数据库）和数字视频信息（例如娱乐用的各种视盘）等在商业上和军事上的大量应用，都要求存储器件同时具有容量大、数据传输率高、数据搜索时间短三方面的优良性能，而全息存储正是同时具有这三项优点的存储技术，有可能成为普通电子计算机的高速大容量外存储器件，在复杂多媒体文档、虚拟现实、图像共享数据库、视频服务器、模式识别等领域有着广阔的应用前景。

④可进行并行内容寻址。全息存储器可以直接输出数据页或图像的光学再现，这使信息检索以后的处理更为灵活。在再现出的光学像被探测到并被转换成电子数据图样之前，就可以对它们用光学方法进行并行处理，以提高存储系统进行高级处理的功能。例如，任何全息存储器通过工作在傅里叶变换域都能够执行相关操作。最常见的情形是在二维空间上进行的相关。在通常的烧蚀型光盘介质上、在光折变或光致聚合物介质上或在持续光谱烧孔介质上的全息记录都能适用于空域相关读出。采用适当的光学系统，有可能一次读出存储在整个全息存储器中的全部信息，或在读出过程中同时与给定的输入图像进行相关，完全并行地进行面向图像（页面）的检索和识别操作。这种独特的性能可以实现用内容寻址的存储器（CAM），成为全光计算或光电棍合计算的关键器件之一，在光学神经网络、光学互连，以及在模式识别和自动控制等应用领域（可以统称为光计算）中有广阔的应用前景。

早在全息术发展的初期，信息的全息存储就引起了广泛的注意。20世纪60年代末发现光折变效应以后，在光折变晶体中全息存储又一度成为热点，并曾提出过许多设计精巧的存储方案。1975年美国RCA公司还首次报道了在1cm。掺铁铌酸锂晶体中记录了500个全息图。这些早期的工作虽然很出色，但没有产生出实用的系统。这是因为当时半导体存储器和磁存储器发展得非常迅速并能满足需要，后来的光盘存储技术又以其与磁性存储技术相兼容的优势而率先进入了市场，以致使更复杂的全息技术发展相对迟缓。

进入80年代，光学计算研究的热潮重新激起人们对全息存储的兴趣，国际上争相在存储方法和存储材料等方面加紧进行研究。美国Northrop公司1991年在1cm³掺铁铌酸锂晶体中存储并高保真地再现了500幅高分辨率军用车辆全息图；1992年又在同样的铌酸锂晶体中存储1000页数字数据并无任何错误地复制回数字计算机的存储器。这些研究表明，全息存储具有足够的保真度，可用于数字计算机存储；全息存储器可望存储几千亿字节数据，以等于或大于10⁸bit／s的速度传送数据，并在100μs或更短的时间内随机选择一个数据页面。其它任何一种同时具有这三项优点的存储技术都没有体全息存储这样接近实用化阶段，这一事实在世界范围内再次引起体全息存储研究热潮并取得极大的进展，其主要表现是：

（1）存储容量迅速提高，存储器性能不断改进，使得高密度全息存储器日益走向实用。例如，1993年美国加州理工学院在1cm的掺铁铌酸锂晶体中记录了10000个全息图。同年，斯坦福大学的研究小组把数字化的压缩图像和视频数据存储在一个全息存储器中，并再现了这些数据而图像质量无显著下降。直至最近，美国、日本和一些欧洲国家的许多大公司和科研机构仍在不断提高体全息存储的记录密度和发展新型全息复用结构。

（2）采用全息存储技术的实用化系统逐渐推出。根据体全息存储的特性，研究各种系统总体结构设计方案，均衡考虑误码率、容量、数据传输速率和坚固性、封装等项目，以期完善全息存储实用化系统设计，其中包括各种演示装置、产品级测试系统和专门的应用系统。这类工作得到了很多大公司和国防部门的有力支持。例如：1995年由美国政府高级研究项目局（ARPA）、IBM公司的Almaden研究中心、斯坦福大学、GTE公司、Optltek公司、SRI国际组织、休斯公司和Rockwell科学中心等联合成立了协作组织，在美国国家存储工业联合会（NSIC）主持下，投资约7000万美元，实施了光折变信息存储材料（PRISM）项目和全息数据存储系统（HDSS）项目，预期在5年内开发出具有容量为1万亿位数据、存取速率为1000MB／s的一次写入或可重复写入的全息存取系统；IBM公司研制出一台灵活而稳固的高分辨率自动全息存储系统试验床，可以对各种体全息存储材料的参数按照产品级性能标准作出定量测量；Colorado大学将体全息存储应用于光学合成孔径雷达（SAR）成像和目标识别；RocKwell科学中心还正在为航空航天应用研制一个装载在航空飞行器上的大容量体全息存储系统；美国成立了称为。Holoplex公司的科研生产实体，既承担HDSS项目，也为用户开发各种实用系统，他们于1995年8月宣布了第一个全息存储器的商业化产品。同样的研究和开发工作在法国、英国、德国和日本等国也正在加紧进行。

综上所述，大容景体全息存储的研究正在持续高涨。这一研究高潮的到来，归因于过去30年来全息领域的基础性研究的积累，归因于体全息存储材料，特别是光折变晶体材料领域中的成果，也归因于近年来光电子技术的重大进展，使得实用化全息存储器所必需的小型固体激光器、高分辨率空间光调制器组页器件（SLM）和高分辨率高速光电探测器阵列（CCD）等周边技术日趋成熟。可以认为，全息信息存储技术正面临实用化的重大突破。