撰稿 | 蔡淼
来自希腊亚里士多德大学与英国布里斯托大学的学者，详细介绍了最新的集成光学存储技术以及光学内存单元，并对其中关键技术的物理机制以及它们的性能指标进行了阐述。鉴于近年来在数据通信以及计算机领域中越来越广泛地应用光承载信息，本文所综述的集成光学存储技术与光学内存单元为光学存储技术的发展提供了一个全面的概观，并为后来的光学信息技术研究者指出新的研究挑战。该文章发表在国际顶尖学术期刊Light: Science & Applications，题为“Optical RAM and Integrated Optical Memories: A Survey”。
最早的光学存储器在1965年被学者们通过光学延迟线所实现，接着在1985年，首个光学置位复位触发器也成功问世，并实现了小于1纳秒的响应时间。随着光纤通信逐渐成为主流，对光存储器的研究也逐渐丰富起来，多种方案被用于光存储器的研究中，例如光延迟线，基于环路的慢光缓冲器，以及全光触发器等等。
在最近十年间，关于光学存储器的研究取得了长足的进步，从最初的数据包级存储，到现在向位级数据存储，并且在性能指标，应用前景等方面实现了大幅度的扩展，而光子集成技术的快速发展也大大促进了这一进步。
在这篇文章中，作者对当今最前沿的光存储技术进行了归纳，将其总结为六个主要的技术分支（图1），这些光存储器技术分别基于：垂直腔面激光，半导体光放大器，磷化铟环形耦合激光器，磷化铟微碟激光器，磷化铟掩埋异质结构光子晶体纳米腔，以及磷化铟-半导体光放大器混合光子晶体激光。此外，本文还单独对非易失性相变材料光存储技术平台及其主要工作原理进行了详细阐述（图2）。
图1 分别基于不同技术基础的光存储器。a 基于垂直腔面发射激光（VCSELs）的光存储器。b 基于半导体光放大器的光存储方案。c 基于磷化铟微环激光器的光存储器。d 基于磷化铟微碟的光存储器。e 基于铟镓砷磷光子晶体纳米腔的光存储器。f 基于磷化铟-半导体光放大器的混合光子晶体纳米腔激光的光存储器。
图2 光学相变存储器的不同实现方案。a 信息存储在纳米光波导顶部的GST段的相位态中。b 对5微米GST器件在晶体态与非晶态之间的二进制存储操作的演示，可以在同一开关周期中多次重复。
尽管上述光学存储器技术能够实现广泛的应用目标，但大多数易失性存储器的应用都需要在简单存储器的基础上采用更先进的可以实现随机存取功能的存储机制，这也就是我们通常说的内存（RAM）。因此本文也着重介绍了基本的易失性存储器是如何通过用简单的光存取功能来设计RAM单元（图3）。
图3 a 电子6T SRAM单元。b 光学SRAM单元示意图。c 电子DRAM单元。d 带有循环光纤环路的光学DRAM单元。e 光学SRAM单元在10Gb/s的写入速度下的脉冲测量图，从上到下依次为：i) 反向存取位，ii) 输入位线信号，iii) 反向位线，iv) 设置与v) 重置信号，vi) RAM单元的内存内容。
本文对光存储器领域的发展提供了全面的概观，并且为该领域的进一步发展指明了方向，对后来研究者裨益良多。
该研究成果以”Optical RAM and Integrated Optical Memories: A Survey”为题在线发表在Light: Science & Applications。
https://www.nature.com/articles/s41377-020-0325-9
文章来源：中科院长春光机所 Light学术出版中心
免责声明：本文旨在传递更多科研资讯及分享，所有其他媒、网来源均注明出处，如涉及版权问题，请作者第一时间后台联系，我们将协调进行处理（按照法规支付稿费或立即删除）。转载请注明出处，如原创内容转载需授权，请联系下方微信号。
