Голографическое хранение данных является потенциальной технологией в области хранения данных большой емкости . В то время как магнитные и оптические устройства хранения данных полагаются на отдельные биты, хранящиеся в виде отдельных магнитных или оптических изменений на поверхности носителя записи, голографическое хранение данных записывает информацию по всему объему носителя и способно записывать несколько изображений в одной и той же области, используя свет под разными углами.
Кроме того, в то время как магнитные и оптические накопители данных записывают информацию побитно в линейном режиме, голографические накопители способны записывать и считывать миллионы бит параллельно, обеспечивая более высокую скорость передачи данных, чем та, которая достигается традиционными оптическими накопителями . [1]
Голографическое хранилище данных содержит информацию, используя оптическую интерференционную картину в толстом светочувствительном оптическом материале. Свет от одного лазерного луча делится на два или более отдельных оптических рисунка темных и светлых пикселей. Регулируя угол опорного луча, длину волны или положение носителя, можно хранить множество голограмм (теоретически несколько тысяч) на одном томе.
Сохраненные данные считываются посредством воспроизведения того же опорного луча, который использовался для создания голограммы . Свет опорного луча фокусируется на светочувствительном материале, освещая соответствующую интерференционную картину , свет преломляется на интерференционной картине и проецирует картину на детектор. Детектор способен считывать данные параллельно, более миллиона бит за раз, что обеспечивает высокую скорость передачи данных. Доступ к файлам на голографическом диске можно получить менее чем за 0,2 секунды. [2]
Голографическое хранение данных может предоставить компаниям метод сохранения и архивирования информации. Подход к хранению данных «однократная запись, многократное чтение» ( WORM ) обеспечит безопасность контента, предотвращая перезапись или изменение информации. Производители [ кто? ] считают, что эта технология может обеспечить безопасное хранение контента без ухудшения качества в течение более 50 лет, что намного превосходит текущие возможности хранения данных [ сомнительно – обсудить ] . Контраргументы этому утверждению заключаются в том, что эволюция технологии считывания данных – за последние пару десятилетий – менялась каждые десять лет. Если эта тенденция сохранится, то из этого следует, что возможность хранить данные в течение 50–100 лет в одном формате не имеет значения, поскольку вы перенесете данные в новый формат всего через десять лет. Однако заявленная долговечность хранения в прошлом оказалась ключевым показателем краткосрочной надежности носителей данных. Современные оптические форматы, такие как CD , в значительной степени оправдали первоначальные заявления о долговечности (при использовании носителей известных производителей) и оказались более надежными краткосрочными носителями данных, чем дискеты и носители DAT, которые они вытеснили. [2]
Чувствительность относится к степени модуляции показателя преломления , произведенной на единицу экспозиции. Дифракционная эффективность пропорциональна квадрату модуляции показателя преломления , умноженному на эффективную толщину.
Динамический диапазон определяет, сколько голограмм можно мультиплексировать в одном томе данных.
Пространственные модуляторы света (SLM) представляют собой пиксельные устройства ввода (жидкокристаллические панели), используемые для записи данных, подлежащих хранению, на объектный луч.
Как и другие носители, голографические носители делятся на однократно записываемые (где носитель информации претерпевает некоторые необратимые изменения) и перезаписываемые носители (где изменения обратимы). Перезаписываемое голографическое хранилище может быть достигнуто с помощью фоторефрактивного эффекта в кристаллах:
.svg/1280px-Hologram_maken_(1).svg.png)
Когда информация должна быть извлечена или считана с голограммы , необходим только опорный луч. Луч посылается в материал точно так же, как и при записи голограммы. В результате изменений индекса в материале, которые были созданы во время записи, луч разделяется на две части. Одна из этих частей воссоздает сигнальный луч, в котором хранится информация. Для преобразования этой информации в более удобную для использования форму можно использовать что-то вроде ПЗС- камеры.
Голограммы теоретически могут хранить один бит на кубический блок размером с длину волны света в записи. Например, свет от гелий-неонового лазера — это красный свет с длиной волны 632,8 нм . Используя свет с этой длиной волны, идеальное голографическое хранилище может хранить 500 мегабайт на кубический миллиметр. На самом краю лазерного спектра фтор- эксимерный лазер на 157 нм может хранить 30 гигабайт на кубический миллиметр. На практике плотность данных будет намного ниже, по крайней мере, по четырем причинам:
Несмотря на эти ограничения, можно оптимизировать емкость хранилища, используя полностью оптические методы обработки сигнала. [3]
В отличие от современных технологий хранения данных, которые записывают и считывают один бит данных за раз, голографическая память записывает и считывает данные параллельно за одну вспышку света. [4]
Для двухцветной голографической записи опорный и сигнальный луч фиксируются на определенной длине волны (зеленый, красный или ИК), а сенсибилизирующий/ стробирующий луч представляет собой отдельную, более короткую длину волны (синий или УФ). Сенсибилизирующий/стробирующий луч используется для сенсибилизации материала до и во время процесса записи, в то время как информация записывается в кристалл с помощью опорного и сигнального лучей. Он периодически освещает кристалл во время процесса записи для измерения интенсивности дифрагированного луча. Считывание достигается путем освещения только опорным лучом. Следовательно, считывающий луч с большей длиной волны не сможет возбудить рекомбинировавшие электроны из глубоких ловушек во время считывания, так как им нужен сенсибилизирующий свет с меньшей длиной волны, чтобы стереть их.
Обычно для двухцветной голографической записи требуются два различных легирующих вещества для создания ловушечных центров, которые принадлежат переходным металлам и редкоземельным элементам и чувствительны к определенным длинам волн. Используя два легирующих вещества, в кристалле ниобата лития будет создано больше ловушечных центров . А именно будут созданы мелкая и глубокая ловушки. Концепция теперь заключается в использовании сенсибилизирующего света для возбуждения электронов из глубокой ловушки, расположенной дальше от валентной зоны , в зону проводимости , а затем для рекомбинации в мелких ловушках, расположенных ближе к зоне проводимости. Затем опорный и сигнальный луч будут использоваться для возбуждения электронов из мелких ловушек обратно в глубокие ловушки. Таким образом, информация будет храниться в глубоких ловушках. Считывание будет осуществляться с помощью опорного луча, поскольку электроны больше не могут возбуждаться из глубоких ловушек длинноволновым лучом.
Для дважды легированного кристалла ниобата лития ( LiNbO 3 ) существует оптимальное состояние окисления/восстановления для желаемой производительности. Этот оптимум зависит от уровней легирования мелких и глубоких ловушек, а также от условий отжига образцов кристаллов. Это оптимальное состояние обычно возникает, когда заполнено 95–98% глубоких ловушек. В сильно окисленном образце голограммы не могут быть легко записаны, а эффективность дифракции очень низкая. Это происходит потому, что мелкая ловушка полностью пуста, а глубокая ловушка также почти лишена электронов. С другой стороны, в сильно восстановленном образце глубокие ловушки полностью заполнены, а мелкие ловушки также частично заполнены. Это приводит к очень хорошей чувствительности (быстрой записи) и высокой эффективности дифракции из-за наличия электронов в мелких ловушках. Однако во время считывания все глубокие ловушки быстро заполняются, и полученные голограммы остаются в мелких ловушках, где они полностью стираются при дальнейшем считывании. Следовательно, после обширного считывания эффективность дифракции падает до нуля, и сохраненная голограмма не может быть исправлена.
Разработанная на основе пионерской работы Джерарда А. Альфонса по голографии в фоторефрактивных средах и голографическому хранению данных , компания InPhase провела публичные демонстрации прототипа коммерческого устройства хранения данных на съезде Национальной ассоциации вещателей (NAB) в Лас-Вегасе в 2005 году на стенде Maxell Corporation of America.
Тремя основными компаниями, занимающимися разработкой голографической памяти, по состоянию на 2002 год, были InPhase и ответвление Polaroid Aprilis в Соединенных Штатах, и Optware в Японии. [5] Хотя голографическая память обсуждалась с 1960-х годов, [6] и рекламировалась для краткосрочного коммерческого применения по крайней мере с 2001 года, [7] она еще не убедила критиков, что может найти жизнеспособный рынок. [8] По состоянию на 2002 год запланированные голографические продукты не были нацелены на конкуренцию с жесткими дисками, а вместо этого на поиск рыночной ниши, основанной на таких достоинствах, как скорость доступа. [5]
InPhase Technologies, после нескольких заявлений и последующих задержек в 2006 и 2007 годах, объявила, что вскоре представит флагманский продукт. InPhase вышла из бизнеса в феврале 2010 года, а ее активы были конфискованы штатом Колорадо за неуплату налогов. Сообщается, что компания потратила 100 миллионов долларов, но ведущий инвестор не смог привлечь больше капитала. [9] [10] Активы и ноу-хау InPhase были приобретены Apple, которая, как полагают, планирует использовать их для дополненной реальности. [11]
Во время CES 2006 был протестирован работоспособный голографический привод, который сохранил 300 ГБ памяти по сравнению с 100 ГБ Blu-ray . Было объявлено, что голографические диски станут устройством хранения данных после Blu-ray.
В апреле 2009 года компания GE Global Research продемонстрировала собственный голографический материал для хранения данных, который может позволить использовать диски, использующие механизмы считывания, аналогичные тем, которые используются в проигрывателях Blu-ray Disc . [12]
В 2008 году Nintendo заключила с InPhase соглашение о совместных исследованиях в области голографического хранения данных. [13]
Nintendo также упоминается в патенте как совместный заявитель: «... настоящим раскрывается, что заявленное изобретение было создано в соответствии с Соглашением о совместных исследованиях, как определено в 35 USC 103 (c)(3), которое действовало на дату или до даты создания заявленного изобретения, и в результате деятельности, предпринятой в рамках Соглашения о совместных исследованиях, Nintendo Co. и InPhase Technologies, Inc. или от их имени». [14]
В «Звездных войнах» джедаи используют голокроны и голографические кристаллы для хранения данных о своей истории.
В фильме «2010: Год установления контакта » пришлось применить ленточного червя, чтобы стереть голографическую память HAL, поскольку «хронологические стирания не сработали».
В фильме «Робот и Фрэнк» у Робота есть голографическая память, которую можно стереть наполовину, но разрешение при этом будет вдвое меньше.
{{cite web}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)