高容量光学存储新突破！

【研究背景】

光学全息存储是一种创新的数据存储技术，其通过利用光的特性（如波长、偏振状态和角动量）实现高容量的数据存储，因而广泛应用于信息存储、显示和加密等领域。与传统的磁电盘材料相比，光学全息存储具备更高的存储密度、较低的能耗以及更强的抗干扰能力等优点。然而，当前的光学存储技术仍面临着存储容量限制和复杂的实验实现等问题，这带来了技术发展的挑战。

近日，浙江大学信息与电子工程学院院长陈红胜教授团队、钱浩亮、钱超助理教授携手设计并制备了一种新型的元表面磁盘（meta-disk），利用扭曲神经网络（TDNN）来推动光学全息存储的容量极限。该团队的研究显示，meta-disk通过不相关的结构扭转自由度，实现了对大量图像的存储，突破了传统复用方法的局限。

利用先进的三维（3D）打印技术，研究团队成功制造出基于潘查拉特南-贝瑞元表面的meta-disk，显著提高了光学全息存储的性能。实验结果表明，利用两层640µm x 640µm的meta-disk，可以存储数百张高保真图像，并实现了SSIM达到0.8。这项研究为下一代光学存储、信息处理和多功能光学计算提供了重要的技术支持，展示了元表面磁盘在光学信息存储领域的广泛应用潜力。

【仪器解读】

本文通过先进的光学表征手段，特别是利用光学显微镜和衍射成像技术，发现了元表面磁盘（meta-disk）在信息存储中的独特性质，从而揭示了其在高密度光学全息存储中的应用潜力。针对传统光学存储技术在容量和稳定性方面的限制，作者通过深入分析其微观机理，特别是通过结构复用和扭曲神经网络（TDNN）表征，获得了关于如何实现高效信息存储的关键见解。研究表明，元表面磁盘通过独特的层间扭曲设计，可以在单个结构中实现大规模信息的存储。

在此基础上，作者结合多种表征手段，包括光谱分析和三维打印技术，进一步探讨了元表面磁盘的光学特性及其在全息存储中的实际应用。这些表征结果显示，所设计的双层640µm x 640µm的meta-disk能够存储数百张高保真图像，且其结构设计显著提高了信息的读取效率。尤其是在动态聚焦和全息存储方面，TDNN的应用展现出了良好的性能，为后续的应用研究提供了坚实的基础。

总之，经过光学显微镜、衍射成像及光谱分析等表征手段的综合运用，作者深入分析了元表面磁盘在信息存储中的关键机制。这一研究不仅推动了新型光学材料的制备，还为高密度光学存储技术的发展奠定了基础，促进了虚拟现实、光学加密等领域的进步。通过对元表面磁盘的深入表征，作者揭示了其在光学信息处理和存储中的广泛应用潜力，为未来的研究提供了新的思路和方向。。

基于扭曲神经网络（TDNN）的高容量元表面磁盘示意图

原文详情：Fan, Z., Qian, C., Jia, Y. et al. Holographic multiplexing metasurface with twisted diffractive neural network. Nat Commun 15, 9416 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-53749-6