南安普顿大学光子学研究动态

　　这项研究---从铜导线通信转向移动光纤通信用的计算当量，有助于推动硅光子学成为从电脑到电视到数字化的医疗保健系统的主流电子设备。

　　南安普顿的光电子研究中心（ORC）项目负责人认为，光子通信技术在核心系统中非常重要，目前正处在大众市场的门槛上。最关键的是，该技术必须遵循一个积极低成本模式，这意味着与微电子产业发展类似的方法必需是光子。

　　该研究将致力于解决一些挑战，包括下面几个方面的发展：全面，低成本的测试系统；调整光学芯片与光纤的方法；扩展光子电路的功能的方法；低功耗，高数据速率调制器；芯片内置的低成本集成激光器。

　　该项目由工程和物理科学研究委员会（EPSRC）资助，包括三个英国的工业合作伙伴（Oclaro公司，温特沃斯实验室和夏普欧洲实验室），一个国际学术合作伙伴（ 韩国KAIST），也有可能与英国大学进一步合作。

　　南安普顿大学

　　南安普顿大学，英国常青藤大学之一，罗素大学集团成员之一，世界百强名校。源于1862年成立的哈特力学院，1902年成为伦敦大学下属的一个学院，到了1952年他正式获得皇家授权，成为大学。南安普顿位于英国南部沿海地区，距离伦敦大约80英里。学院教学实力雄厚，发展稳固，学院近年来已经与发达国家和发展中国家的高等院校建立教学联系，现已发展成为一所拥有 7 所校区、容纳几千名学生的国际性院校。目前已经有来自 100 多个国家的国际学生入读南安普顿大学。

　　安普顿大学是罗素大学集团研究类高校以及全球网际大学集团成员之一，学校拥有17，000名本科生，7，000名研究生，是东南地区学生数量规模最大的高等院校。南安普顿大学重视研究，学校是获得英国研究活动资金最高划分机构之一，南安普顿大学的教育水平极高，在多项高校排名中始终名列前20位，在全国学生普查中经常获得十大最佳高校荣誉。2012-2013年QS世界大学排名第73，2011-2012年QS世界大学排名第75：；在2010年，泰晤士报世界大学排名中位于第81。

　　该大学以理工科专业为主，校区比邻市中心，校区内的标志性建筑是引人注目的Gower大厦，哈特利图书馆、校园公寓、健康中心等都设在Gower大厦内。除了理工科以外，南安普顿人文学院(Modern Language and Linguistic)在2012-2013年英国卫报的大学学院评比，位居全英国第三，仅次于牛津与剑桥大学。其人文学院底下的英语教学(English Language Teaching)科系更是享誉盛名。学院的林荫路校区以人文科学专业为主，有着120年历史的英国温彻斯特人文学院于1996年成为南安普顿大学人文学院的一部分。

　　南安普顿大学的工程学院在全英国所有与工程研究有关的大学中排名第一，是英国唯一的大学达到学术教育研究最高等级5星级的认定。在最新的学术教育研究排名中显示，该校的电子与计算机科学学院（ECS）在全英国高校中排名第一，全球排名第五。

　　光纤光电子激光光学研究中心（Optoelectronics Research Centre）在光纤通信激光光学的研究与发展下，首创国际网际网路和全球电传通信。为世界顶级光电子研究中心，享有极高的国际声誉。[page]

   开发永久性数据存储系统

　　2011年，该研究中心的科学家首次研发出了玻璃存储器。这种存储器块头小，存储能力强，而且，寿命长达几千年，大型机构和公司的海量信息今后可以长时间安全存储其中。

　　他们使用激光让玻璃块中的原子重新排列，让玻璃“变身”为新式存储器。他们首先让一束激光聚焦，随后将名为三维像素（voxels）的小点铭刻进纯净的石英玻璃内，使玻璃变得有点模糊，光通过玻璃时会发生极化。极化过程改变了光通过玻璃的方式，制造出了极光漩涡，以此将信息记录于玻璃内。玻璃存储器内的信息阅读方式与光纤内数据的阅读方式一样，而且，其中存储的数据也可以利用激光进行清除、重写等操作。

　　近日，南安普顿大学的Jingyu Zhang，Mindaugas Geceviius，Martynas Beresna以及Peter G. Kazansky发表的一项研究中，展示了一种新型数据存储技术，其存储数据的有效期限在室温条件下大约为3乘以10的20次方年，也就是说几乎是无限长的时间。这将开创永久性数据存储的崭新领域。

　　Jingyu Zhang表示：“在因特网发明50年后，在这个信息时代，正有越来越多的数据被生产出来。如此，如何在考虑材料物理老化的前提下长期存储数据就成为广受关注的技术课题。很多个人，公司和政府部门都对永久性数据存储技术感兴趣，并希望将其应用于军事，科学以及保密领域。目前在市场上销售的产品中可以看到这一领域已经取得了部分进展，日本日立公司也开发了一款产品，可以将数据保存数百万年之久。而我们相信此次我们给出的是针对这一问题的终极解决方案。”

　　研究人员解释称，传统上，在数据存储与寿命以及容量之间存在一种权衡关系，因此那些可以存储大容量信息的存储介质往往寿命就比较短。比如说物理学家们已经展示一项技术，可以利用单独的原子存储海量信息，但在室温条件下这种存储介质的维持时间仅有大约10皮秒(1皮秒=1万亿分之一秒)。

　　而此次研究人员给出的解决方案则完美解决了这个矛盾——它既拥有超长寿命，同时也拥有巨大的容量。在存储数据时，使用一个飞秒激光器发射超短波激光脉冲照射石英晶体。这样这束激光就会在适应晶体内产生纳米级小点，每一个小点携带3比特的信息。之所以可以让每个小点携带3个比特的信息，是因为激光脉冲采用了多层编码方式，即每一个小点都包含了三个不同的微层面结构，其中纪录了入射激光脉冲的强度和偏振性。运用这项技术，一张CD或DVD大小的光碟，假设其拥有1000个记录层，那么它的数据存储容量将达到数百个TB，这是一个非常可观的数字。

    接下来考察这种存储系统的寿命问题。这一存储系统的退化核心机制是其纳米栅格之间的纳米空洞的坍塌崩溃，一旦这些纳米空洞崩塌，存储在栅格结构中的数据也就将随之变得不稳定并出现丢失。

　　研究人员计算了这一栅格系统退化的时间，这样计算出来的结果便是这一数据存储系统的寿命。计算的结果，在室温下其寿命大约为3乘以10的20次方年。这显示了其无与伦比的优越性能。随着环境温度的上升，该系统的使用寿命会相应减少，但即便是在189摄氏度的超高温度环境下，其寿命仍然高达大约138亿年，这已经和我们所在宇宙的年龄相当。

　　此前研究人员开发的光学存储系统原理与这项技术有相似之处，但其不足之处就在于其数据的写入过程太过缓慢，从而使其在现实世界中没有实用价值。而此次新开发的方法将数据写入速度较以往提升了两个数量级。

　　未来，研究人员希望能进一步改进该系统的性能，如通过增加入射激光脉冲的偏振态或能级态数量来达到提升其存储容量的目的。他们还打算进一步提升系统的数据写入速度，从目前的每秒大约6KB大幅提升至每秒120MB。