Кіріспе
Деректерді сақтау технологиясы
Голографиялық деректерді сақтау – жоғары сыйымды деректерді сақтау саласындағы перспективті технология. Магниттік және оптикалық деректерді сақтау құрылғылары ақпаратты жазба ортасының бетінде жеке магниттік немесе оптикалық өзгерістер түрінде сақтаса, голографиялық деректерді сақтау ортаның толық көлемінде ақпаратты жазады және әртүрлі бұрыштардағы жарық сәулесін пайдаланып, бір аймақта бірнеше бейнені сақтау мүмкіндігіне ие. Бұған қоса, магниттік және оптикалық деректерді сақтау ақпаратты біртіндеп, сызықты түрде жазады, ал голографиялық сақтау миллиондаған битті параллель түрде жазу және оқу қабілетіне ие, бұл дәстүрлі оптикалық сақтаудан асып түсетін деректерді беру жылдамдығын қамтамасыз етеді.
Тіркеу деректері
Голографиялық дерек сақтау, ақпаратты қалың, фотосезімтал оптикалық материалдың ішіндегі оптикалық интерференциялық үлгі арқылы сақтайды. Бір лазер сәулесінен шыққан жарық екі немесе одан көп қара және ақ пиксельдердің оптикалық үлгілеріне бөлінеді. Анықтамалық сәуленің бұрышын, толқын ұзындығын немесе материалдың орнын реттеу арқылы бір көлемде көптеген голограммаларды (теориялық тұрғыдан бірнеше мың) сақтау мүмкін.
Оқу деректері
Сақталған деректер голограмма жасау үшін қолданылған дәл сол эталондық сәулені қайтадан пайдалану арқылы оқылады. Эталондық сәуленің жарығы фотосезімтал материалға бағытталады, сәйкес кедергі үлгісін жарықтандырады, жарық кедергі үлгісінен дифракцияланып, осы үлгіні детекторға проекциялайды. Детектор деректерді бір миллионнан астам битті бірден, параллель түрде оқи алады, бұл деректерді жылдам беруге мүмкіндік береді. Голографиялық дискідегі файлдарға 0,2 секундтан кем уақыт ішінде қол жеткізуге болады.
Ұзақ өмір сүру
Голографиялық деректерді сақтау компанияларға ақпаратты сақтау және архивтеу әдісін ұсынуы мүмкін. Деректерді сақтау үшін бір рет жазу, көп рет оқу (WORM) тәсілі мазмұнның қауіпсіздігін қамтамасыз етеді, ақпаратты қайта жазудан немесе өзгертуден қорғайды. Өндірушілер бұл технология 50 жылдан астам уақыт бойы мазмұнды нашарламай қауіпсіз сақтауды қамтамасыз ете алады деп санайды, бұл қазіргі деректер сақтау мүмкіндіктерінен әлдеқайда жоғары. Алайда, соңғы екі онжылдықта деректерді оқу технологиясының дамуы әр он жыл сайын өзгеретінін ескеру керек. Егер бұл тенденция жалғаса берсе, деректерді бір форматта 50-100 жыл сақтаудың маңызы жоқ, себебі деректерді он жылдан кейін жаңа форматқа көшіруге тура келеді. Дегенмен, сақталу мерзімінің ұзақтығы бұрын сақтау құралдарының қысқа мерзімді сенімділігінің маңызды көрсеткіші болып келген. Мысалы, CD сияқты қазіргі оптикалық форматтар бастапқы ұзақ өмір сүру талаптарына (сенімді өндірушілердің өнімдері қолданылған жағдайда) көбінесе сәйкес келеді және дискеталар мен DAT құралдарымен салыстырғанда, қысқа мерзімді деректерді сақтауда сенімдірек болып танылды. Қазіргі технологиялар деректерді бір уақытта бір биттен жазып, оқитын болса, голографиялық жад бір сәтке түскен жарық арқылы деректерді параллель түрде жазып, оқиды.
Екі түсті жазу
Екі түсті голографиялық жазу үшін эталондық және сигналдық сәулелер белгілі бір толқын ұзындығында (жасыл, қызыл немесе ИҚ) бекітіледі, ал сезімталдандыру/қақпалау сәулесі жеке, қысқа толқын ұзындығында (көк немесе УФ) болады. Сезімталдандыру/қақпалау сәулесі материалды жазу процесі алдында және оның кезінде сезімталдандыру үшін қолданылады, ал ақпарат кристалда эталондық және сигналдық сәулелер арқылы жазылады. Жазу процесінде дифракцияланған сәуленің қарқындылығын өлшеу үшін бұл сәуле кристаллға үзіліс-үзіліспен түсіріледі. Оқу эталондық сәулемен ғана жарықтандыру арқылы жүзеге асырылады. Сондықтан, ұзын толқын ұзындығы бар оқу сәулесі оқу кезінде терең тұзақ орталықтарынан қайта біріккен электрондарды қоздыра алмайды, себебі оларды жою үшін қысқа толқын ұзындығы бар сезімталдандыру сәулесі қажет. Әдетте, екі түсті голографиялық жазу үшін, ауыспалы металл және сирек жер элементтеріне жататын, белгілі бір толқын ұзындығына сезімтал тұзақ орталықтарын жақсарту үшін екі түрлі допант қажет. Екі допантты қолдану арқылы литий ниобат кристаллында көбірек тұзақ орталықтары пайда болады. Атап айтқанда, беткей және терең тұзақтар құрылады. Қазіргі концепция – сезімталдандыру сәулесін пайдаланып, терең тұзақтағы электрондарды валенттік жолақтан алыс, өткізгіштік жолаққа қоздырып, содан кейін өткізгіштік жолаққа жақын орналасқан беткей тұзақтарда қайта біріктіру. Эталондық және сигналдық сәулелер содан кейін электрондарды беткей тұзақтардан терең тұзақтарға қайтару үшін қолданылады. Осылайша ақпарат терең тұзақтарда сақталады. Оқу эталондық сәулемен жүргізіледі, өйткені электрондар енді ұзын толқынды сәулелермен терең тұзақтардан қоздырыла алмайды.
Жарықтау әсері
Қос дозаланған литий ниобаты (LiNbO3) кристаллы үшін, қажетті өнімділікке жету үшін оңтайлы тотығу/тотығуды төмендету күйі болады. Бұл оңтайлылық, кристалдық үлгілердегі беткейлік және терең тұзақтардың деңгейіне, сондай-ақ кристалдық үлгілерді қыздыру шарттарына байланысты. Бұл оңтайлы күй, әдетте, терең тұзақтардың 95–98% -ы толғанда пайда болады. Күшті тотыққан үлгіде голограммаларды жазу қиынға түседі және дифракциялық тиімділік өте төмен болады. Бұл себебі, беткейлік тұзақ толығымен бос, ал терең тұзақ та электрондардан дерлік құрылымсыз. Ал, күшті тотығуды төмендетілген үлгіде терең тұзақтар толығымен толтырылады, ал беткейлік тұзақтар да ішінара толтырылады. Бұл беткейлік тұзақтарда электрондардың болуына байланысты өте жақсы сезімталдыққа (жылдам жазуға) және жоғары дифракциялық тиімділікке әкеледі. Дегенмен, оқу кезінде барлық терең тұзақтар тез толтырылады және нәтижеде алынған голограммалар беткейлік тұзақтарда орналасады, онда олар одан әрі оқу арқылы толығымен жойылады. Сондықтан, кең ауқымды оқудан кейін дифракциялық тиімділік нөлге дейін төмендейді және сақталған голограмманы бекіту мүмкін болмайды.
Даму және маркетинг
Герард А. Альфонстың фоторефрактивті ортадағы голография және голографиялық деректерді сақтау саласындағы пионерлік жұмысынан дамыған InPhase Лас-Вегастағы 2005 жылғы Ұлттық телерадио хабар таратушылар қауымдастығының (NAB) конвенциясында Американың Maxell Corporation стендінде коммерциялық сақтау құрылғысының прототипін көрсетті. 2002 жылы голографиялық жадты әзірлеуге қатысқан үш негізгі компания – InPhase, Polaroid компаниясының АҚШ-тағы Aprilis және Жапониядағы Optware болды. Холографиялық жад 1960 жылдан бері талқыланып келеді және кемінде 2001 жылдан бері жақын арада коммерциялық қолданысқа енгізіледі деп айтылып келгенімен, ол әлі де сыншыларды тиімді нарық таба алатынына көндіре алмады. 2002 жылдан бастап жоспарланған голографиялық өнімдер қатты дискілермен тікелей бәсекелесуді көздемеді, керісінше, жылдам қолжетімділік сияқты артықшылықтарына негізделген нарықтық нишаны табуға тырысты. InPhase активтері мен тәжірибесі Apple компаниясымен сатып алынды, олар оны толықтырылған шындық үшін пайдалануды жоспарлап отыр. CES 2006 кезінде жұмыс істейтін голографиялық диск сыналып, Blu-ray дискісінің 100 ГБ-ымен салыстырғанда 300 ГБ жад сақталды. Голограммалық дискілер Blu-ray дискілерінен кейінгі сақтау құрылғысы болады деп хабарланды. 2009 жылдың сәуірінде GE Global Research өз голографиялық сақтау материалын көрсетті, ол Blu-ray дискілеріндегідей оқу механизмдерін пайдаланатын дискілерге мүмкіндік береді.
Видеоойын нарығы
Nintendo 2008 жылы InPhase компаниясымен голографиялық сақтау саласындағы бірлескен зерттеу туралы келісімге келді. Nintendo патентте де бірлескен өтінім беруші ретінде көрсетілген: "Осы ақпаратта белгілі болғаны, талап етілген өнертабыс 35 AҚШ Кодексінің 103 (c)(3) тармағында белгіленген бірлескен зерттеу келісімі аясында жасалған, бұл келісім талап етілген өнертабыс жасалған күні немесе одан бұрын күшіне енген, және Nintendo Co. мен InPhase Technologies, Inc. немесе олардың тапсырмасы бойынша, бірлескен зерттеу келісімі шеңберінде жүргізілген жұмыстардың нәтижесі болып табылады."
Көркем шығармаларда
"Жұлдыздық соғыстар"да джедайлар өз тарихы туралы мәліметтерді сақтау үшін холокрон мен голографиялық кристалдарды пайдаланады. "2010: Біз байланыс жасайтын жыл" фильмінде HAL-дың голографиялық жадын өшіру үшін таспа құртты қолдануға тура келді, себебі "хронологиялық өшірулер тиімсіз болды". "Робот пен Фрэнк" фильмінде Роботтың голографиялық жадын жартылай өшіруге болады, бірақ бұл жартылай ажыратымдылықты төмендетеді.