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利用深度学习拓展光学信息存储的极限

Pushing the limits of optical information storage using deep learning.

作者信息

Wiecha Peter R, Lecestre Aurélie, Mallet Nicolas, Larrieu Guilhem

机构信息

CEMES, Université de Toulouse, CNRS, Toulouse, France.

LAAS, Université de Toulouse, CNRS, INP, Toulouse, France.

出版信息

Nat Nanotechnol. 2019 Mar;14(3):237-244. doi: 10.1038/s41565-018-0346-1. Epub 2019 Jan 21.

DOI:10.1038/s41565-018-0346-1
PMID:30664755
Abstract

Diffraction drastically limits the bit density in optical data storage. To increase the storage density, alternative strategies involving supplementary recording dimensions and robust readout schemes must be explored. Here, we propose to encode multiple bits of information in the geometry of subwavelength dielectric nanostructures. A crucial problem in high-density information storage concepts is the robustness of the information readout with respect to fabrication errors and experimental noise. Using a machine-learning-based approach in which the scattering spectra are analysed by an artificial neural network, we achieve quasi-error-free readout of sequences of up to 9 bits, encoded in top-down fabricated silicon nanostructures. We demonstrate that probing few wavelengths instead of the entire spectrum is sufficient for robust information retrieval and that the readout can be further simplified, exploiting the RGB values from microscopy images. Our work paves the way towards high-density optical information storage using planar silicon nanostructures, compatible with mass-production-ready complementary metal-oxide-semiconductor technology.

摘要

衍射极大地限制了光学数据存储中的比特密度。为了提高存储密度,必须探索涉及额外记录维度和强大读出方案的替代策略。在此,我们提议在亚波长介电纳米结构的几何形状中编码多位信息。高密度信息存储概念中的一个关键问题是信息读出相对于制造误差和实验噪声的稳健性。通过基于机器学习的方法,利用人工神经网络分析散射光谱,我们实现了对多达9位序列的准无差错读出,这些序列编码在自上而下制造的硅纳米结构中。我们证明,探测少数波长而非整个光谱就足以实现稳健的信息检索,并且利用显微镜图像的RGB值可以进一步简化读出过程。我们的工作为使用平面硅纳米结构的高密度光学信息存储铺平了道路,该结构与可用于大规模生产的互补金属氧化物半导体技术兼容。

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