§4.4. Голографические системы записи информации
Потенциальные возможности голографических оптических систем очень велики, так как теоретический предел для объемной записи голограмм оценивается примерно в 1 Тбит/см2 (1012 бит/см2 ). Для реализации такой записи требуются объемные голографические среды, а также возможность мультиплексирования, то есть многократной записи различных голограмм в одно и то же место. Благодаря высокой спектральной и угловой селективности голографического метода записи, такое мультиплексирование можно осуществить двумя способами: изменением угла наклона опорной волны или изменением длины волны лазерного излучения (соответственно, угловое и спектральное кодирование информации).
Важнейшей особенностью регистрирующего материала для записи голограмм является свойство обратимости, благодаря которому можно многократно перезаписывать информацию на голографическом диске. К числу обратимых регистрирующих материалов относятся магнитооптические пленки, термопластические и фотохромные материалы, электрооптические кристаллы, халькогенидные стеклообразные полупроводники и др. Особый интерес представляют материалы с объемными изменениями оптических свойств показателя преломления, которые позволяют осуществить трехмерное хранение информации в виде матрицы наложенных объемных голограмм с высокой дифракционной эффективностью. К таким материалам относятся электрооптические кристаллы и, в частности, ниобат лития.
Первые голографические диски формата HVD (Holographic Versatile Disk) были разработаны компанией Maxell и позволяют записывать до 3,9 ТБ информации на светочувствительном полимерном слое. Для считывания информации с голографического HVD диска используются два лазера на разных длинах волн, зеленый – для считывания данных, записанных на голограмме, а красный – для контроля и управления сервоприводом диска. Скорость считывания информации достигает 125 МБ/с. Предполагается начать выпуск HVD дисков с емкостью до 300 ГБ и скоростью считывания 20 МБ/с.
Существуют и альтернативные голографические системы записи и хранения информации, например, компании InPhase. Голографические диски компании InPhase (Tapestry диск) несколько больше, чем DVD диски по размеру (130 мм в диаметре) и толщине (3,5 мм). Емкость голографического диска компании InPhase составляет 300 ГБ, хотя в дальнейшем предполагается увеличение ёмкости до 1,6 ТБ. Внешний вид разработанного InPhase голографического устройства записи/считывания и голографического диска представлены на рис.4.7. На рис.4.8 изображены принципиальные оптические схемы записи (рис.4.8А) и считывания (рис.8Б) информации голографическим методом. Данные кодируются в двоичном коде и отображаются на модуляторе света, который просвечивается лазерным лучом. Прошедший через модулятор лазерный луч далее фокусируется на голографический регистрирующий материал. Одновременно, в эту же точку фокусируется излучение опорной волны того же лазера. Таким образом, происходит запись голограммы. Для повторной записи на это же место, опорный пучок изменяет свой угол падения за счет наклона зеркала. Производители рассчитывают на высокую стабильность хранения данных (более 50 лет) при многократном считывании (более 20 млн.).
Рис.4.7. Голографическое устройство записи и считывания компании InPhase Technologies и голографический Tapestry диск (справа)
Рис.4.8. Схема записи (А) и считывания (Б) информации по технологии голографической записи компании InPhase Technologies
- Раздел I
- В.Г. Беспалов, в.Н. Крылов, в.Н. Михайлов основы оптоинформатики
- Раздел I
- Введение
- Глава 1, глава 2 и Приложения написаны в.Г. Беспаловым, глава 3 написана в.Н. Крыловым и глава 4 написана в.Н. Михайловым.
- §2. Предельные возможности элементной базы электронной компьютерной техники
- §3. Оптические технологии в информатике
- §4. Аналоговые оптические вычисления и процессоры
- §5. Оптический процессор Enlight256
- §6. Голографические методы обработки информации
- §7. Цифровые оптические процессоры
- Глава 2. Теория информации для оптических систем §1. Основы теории информации
- § 1.1. Количество информации в системе равновероятных событий. Подход Хартли.
- §1.2. Количество информации в системе событий с различными вероятностями. Подход Шеннона
- §1.3. Обобщенная схема информационной системы
- §1.4. Основные характеристики информационной системы
- §1.5. Дискретизация и теорема отчетов (Котельникова)
- §1.6. Пропускная способность канала при наличии белого теплового шума
- §1. 7. Избыточность информации
- §2. Теория информации в оптике
- §2.1. Число пространственных степеней свободы когерентных оптических сигналов
- §2.2. Теоремы д. Габора
- §2.3. Число степеней свободы частично когерентных оптических сигналов
- § 2.4. Информационная емкость голограмм
- Глава 3. Источники излучения для оптоинформатики
- §1. Физические основы работы лазеров
- §1.1. Оптическое усиление
- §1.2. Взаимодействие излучения с веществом.
- 1.2.1. Излучение абсолютно чёрного тела.
- 1.2.2. Статистика Больцмана
- 1.2.3. Коэффициенты Эйнштейна.
- §1.3. Поглощение и усиление
- 1.3.1. Инверсная населённость.
- §1.4. Принципы лазерной генерации
- 1.4.1. Методы создания инверсной населённости.
- Трёхуровневая система.
- Четырёхуровневая система.
- Методы накачки активных лазерных веществ.
- §1.5. Основные типы лазеров: классификация лазеров по агрегатному состоянию активного вещества
- §1.6. Твердотельные лазеры
- §1.5. Газовые лазеры
- §1.5. Жидкостные лазеры
- §2. Полупроводниковые лазеры §2.1. Физические основы работы полупроводникового лазера
- §2.2. Полупроводники
- §2.3. Прямозонные и непрямозонные полупроводники
- §2.4. Полупроводниковые светодиоды
- §2.5. Основные параметры полупроводниковых лазеров
- §2.6. Полупроводниковые лазеры на основе гетероструктур
- §2.7. Квантоворазмерные структуры
- §2.8. Безопасность лазеров
- §3. Источники излучения фемтосекундной и аттосекундной длительности §3.1. Предельно короткие импульсы света и сверхсильные поля
- 3.2. Методы генерации сверхкоротких, в том числе фемтосекундных импульсов
- 3.2.1. Электрооптический затвор на основе эффекта Поккельса.
- 3.2.2. Работа лазера в режиме синхронизации мод.
- §3.2. Генерация аттосекундных импульсов электромагнитного излучения
- Глава 4. Локальная и распределенная запись информации §4.1. Локальная (побитовая) запись
- §4.2. Голографическая (распределенная) запись
- §4.3. Оптические дисковые системы записи и хранения информации
- §4.4. Голографические системы записи информации
- §4.5. Быстродействие оптических устройств записи и хранения информации
- Список литературы
- Приложения Параметры и свойства оптических материалов
- Механизмы поглощения оптического излучения в полупроводниках
- Эффект Франца-Келдыша (электроабсорбционный эффект) в полупроводниках
- Квантово-размерный эффект Штарка
- Кафедра фотоники и оптоинформатики