林雍坤同学在全息存储研究中取得新进展
信息时代大数据的高密度存储对数据传输速率提出更高要求，全息数据存储技术依托三维体全息记录与二维面传输原理，具备极高数据传输速率。数字微反射镜阵列（DMD）凭借高分辨率、快响应速度等优势，成为高速全息存储系统的优选光场调制器件。但受限于 DMD 成像面积与调制机制，单 DMD 有效调制区域有限、参考光区域占用有限的可调至区域，限制了全息数据存储系统数据写入速率。 本研究提出一种基于数据页扩展的超高速同轴全息数据存储系统，通过光学系统实现双 DMD 光场的拼接，实现数据页的扩展。使用参考光掩膜版进行参考光的加载，避免 DMD 有限的可调制区域浪费。同时，结合 5:16 的振幅编码规则，实现同轴全息数据存储系统 20.06Gb/s 的超高速数据写入。如图1 所示为实验搭建的超高速同轴全息数据存储系统光路图。 |
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| 图1. 超高速同轴全息数据存储系统光路图 |
光束扩束后分为信号光与参考光两路：信号光经双DMD调制、4F 系统传输与合束器拼接，形成大面阵编码光场。在数据页调制上，实验采用5:16的振幅编码按规则如图2 所示。参考光经定制掩模调制后，与拼接信号光合束实现同轴全息记录，最终通过缩放光路匹配物镜入瞳，完成数据记录。实验完成双 DMD 精准准直与成像面拼接，优化后信号光区域如图3 所示，计算得到拼接后的信号光区域的平均误码率为 0.014%，平均信噪比为 5.43。 |
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| 图2. 5:16 的振幅编码按规则 |
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| 图3. 拼接后双 DMD 调制的信号光区域 |
参考光部分采用定制掩膜版进行加载。如图4 所示为订制参考光掩膜版的尺寸参数。实验中为了保证参考光和信号光的一致性，考虑到镀膜厚度对镀膜线宽的精度影响，同时考虑定制参考光掩膜版的单像素尺寸与 DMD 微镜尺寸保持一致。因此要求镀膜区域的光学密度 OD 值应大于 3，满足全息存储调制要求。 |
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| 图4. 订制参考光掩膜版的尺寸参数。(a) 为 DMD 上微镜尺寸参数；(b) 为订制参考光掩膜版的整体尺寸参数；(c) 为订制参考光掩膜版透光区域和镀膜区域的局部放大图 |
搭建完后的超高速同轴全息数据存储系统，经高速相机实测，系统 DMD 工作帧率达27995Hz，结合单帧编码数据页 769536bit 的数据编码容量，实验搭建的系统实现了 20.06Gb/s 的超高速数据写入速率。本文提出的基于数据页扩展的超高速同轴全息数据存储系统单帧数据量较传统单 DMD 系统提升约 59 倍，充分释放全息存储高速传输的技术优势。该研究突破 DMD 成像面积对全息存储速率的限制，为大数据时代“冷数据转热” 提供高速存储解决方案，推动全息数据存储向实用化、超高速方向发展。 |
上述研究成果以 “Ultra-high-speed holographic data storage system based on extending data page size” 为题，发表于Springer Nature 出版的英文期刊《Scientific Reports》, Vol. 16: 12100（2026）上。 论文的相关链接：https://doi.org/10.1038/s41598-026-41672-3 |
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(2026.03.04)
