Введение
Технология хранения данных
Голографическое хранение данных – перспективная технология в области хранения больших объемов информации. В отличие от магнитных и оптических устройств хранения данных, которые хранят отдельные биты в виде отдельных магнитных или оптических изменений на поверхности носителя, 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, если магнитные и оптические устройства хранения данных записывают информацию побитно последовательно, то голографическое хранение способно записывать и считывать миллионы бит параллельно, обеспечивая скорость передачи данных, превышающую таковую у традиционных оптических носителей.
Данные записи
Голографическое хранение данных содержит информацию, используя оптический интерференционный узор в толстом светочувствительном оптическом материале. Свет от единого лазерного луча разделяется на два или более отдельных оптических узора, состоящих из темных и светлых пикселей. Путем регулировки угла, длины волны или положения опорного луча, на одном объеме можно сохранить множество голограмм (теоретически, несколько тысяч).
Данные считывания
Записанные данные считываются путем воспроизведения того же опорного луча, который использовался для создания голограммы. Свет опорного луча фокусируется на фоточувствительном материале, освещая соответствующую интерференционную картину, свет дифрагирует на этой интерференционной картине и проецирует ее на детектор. Детектор способен считывать данные параллельно, более миллиона бит за один раз, что обеспечивает высокую скорость передачи данных. Доступ к файлам на голографическом диске осуществляется менее чем за 0,2 секунды.
Долговечность
Голографическое хранение данных может предоставить компаниям способ сохранения и архивирования информации. Подход WORM (Write Once, Read Many) к хранению данных обеспечит безопасность контента, предотвращая его перезапись или изменение. Производители полагают, что эта технология может обеспечить безопасное хранение контента без деградации в течение более 50 лет, что значительно превосходит существующие варианты хранения данных. Однако, возражают, что эволюция технологии чтения данных менялась каждые десять лет на протяжении последних двух десятилетий. Если эта тенденция сохранится, то возможность хранения данных в течение 50–100 лет в одном формате становится неактуальной, поскольку данные придется переносить в новый формат уже через десять лет. Тем не менее, заявленный срок хранения в прошлом оказывался важным показателем краткосрочной надежности носителей информации. Современные оптические форматы, такие как CD, в значительной степени оправдали первоначальные прогнозы по долговечности (при использовании продукции известных производителей) и оказались более надежными в краткосрочной перспективе, чем дискеты и DAT-носители, которые они заменили. В отличие от существующих технологий хранения данных, которые записывают и считывают один бит данных за раз, голографическая память записывает и считывает данные параллельно, за одну вспышку света.
Двухцветная запись
Для двухцветной голографической записи эталонный и сигнальный луч фиксируются на определенной длине волны (зеленый, красный или ИК), а сенсибилизирующий/управляющий луч – на отдельной, более короткой длине волны (синий или УФ). Сенсибилизирующий/управляющий луч используется для повышения чувствительности материала до и во время процесса записи, в то время как информация записывается в кристалле посредством эталонного и сигнального лучей. Он периодически направляется на кристалл во время процесса записи для измерения интенсивности дифрагированного луча. Считывание достигается путем освещения только эталонным лучом. Следовательно, луч с большей длиной волны не сможет возбудить рекомбинированные электроны из глубоких центров ловушек во время считывания, поскольку для их стирания требуется сенсибилизирующий свет с более короткой длиной волны. Обычно для двухцветной голографической записи требуются два различных легирующих компонента для создания центров ловушек, относящихся к переходным металлам и редкоземельным элементам, чувствительным к определенным длинам волн. Использование двух легирующих компонентов позволяет создать больше центров ловушек в кристалле ниобата лития, а именно – поверхностную и глубокую ловушки. Концепция заключается в использовании сенсибилизирующего света для возбуждения электронов из глубокой ловушки, расположенной дальше от валентной зоны, в зону проводимости, а затем их рекомбинации в поверхностных ловушках, расположенных ближе к зоне проводимости. Затем эталонный и сигнальный луч используются для возбуждения электронов из поверхностных ловушек обратно в глубокие ловушки. Таким образом, информация хранится в глубоких ловушках. Считывание производится эталонным лучом, поскольку электроны больше не могут быть возбуждены из глубоких ловушек лучом с большей длиной волны.
Влияние отжига
Для кристалла ниобата лития (LiNbO3) с двойным допированием существует оптимальное состояние окисления/восстановления для достижения требуемых характеристик. Этот оптимум зависит от концентрации мелких и глубоких ловушек, а также от условий отжига образцов кристаллов. Обычно это состояние достигается при заполнении 95–98% глубоких ловушек. В сильно окисленном образце голограммы записываются с трудом, а эффективность дифракции очень низкая. Это связано с тем, что мелкая ловушка полностью пуста, а глубокая ловушка также почти лишена электронов. В сильно восстановленном образце, напротив, глубокие ловушки полностью заполнены, а мелкие ловушки также частично заполнены. Это обеспечивает высокую чувствительность (быструю запись) и высокую эффективность дифракции благодаря наличию электронов в мелких ловушках. Однако при считывании все глубокие ловушки быстро заполняются, и образовавшиеся голограммы оказываются в мелких ловушках, где они полностью стираются при последующем считывании. Следовательно, после многократного считывания эффективность дифракции падает до нуля, и записанную голограмму невозможно зафиксировать.
Разработка и маркетинг
Разработанная на основе новаторских исследований в области голографии в фоторефрактивных средах и голографического хранения данных, проведенных Жераром А. Альфонсом, компания InPhase продемонстрировала публично прототип коммерческого устройства хранения на конференции Национальной ассоциации вещателей 2005 года (NAB) в Лас-Вегасе, на стенде Maxell Corporation of America. Три основные компании, занимавшиеся разработкой голографической памяти по состоянию на 2002 год, – InPhase, Aprilis (выделенная из Polaroid) в США и Optware в Японии. Хотя голографическая память обсуждается с 1960-х годов, и ее коммерческое применение в ближайшем будущем прогнозировалось как минимум с 2001 года, она до сих пор не смогла убедить критиков в своей жизнеспособности на рынке. По состоянию на 2002 год, планируемые голографические продукты не предназначались для прямой конкуренции с жесткими дисками, а скорее для поиска рыночной ниши, основанной на таких преимуществах, как скорость доступа. Активы и ноу-хау InPhase были приобретены компанией Apple, которая, предположительно, планирует использовать их для технологий дополненной реальности. В ходе CES 2006 был протестирован рабочий голографический привод, который сохранил 300 ГБ данных по сравнению со 100 ГБ у Blu-ray. Было объявлено, что голографические диски станут следующим поколением носителей информации после Blu-ray. В апреле 2009 года GE Global Research продемонстрировала собственный материал для голографического хранения, который позволит создавать диски, использующие аналогичные механизмы чтения, как в проигрывателях Blu-ray Disc.
Рынок видеоигр
В 2008 году Nintendo заключила соглашение о совместных исследованиях с InPhase в области голографической памяти. Nintendo также указана в патенте как соискатель: "Настоящим раскрывается информация о том, что заявленное изобретение было создано в соответствии с Соглашением о совместных исследованиях, как это определено в 35 U.S.C. 103 (c)(3), действовавшим на или до даты создания заявленного изобретения, и в результате деятельности, проводившейся в рамках Соглашения о совместных исследованиях, Nintendo Co. и InPhase Technologies, Inc.".
В художественной литературе
В "Звездных войнах" джедаи используют голокроны и голографические кристаллы для хранения данных об их истории. В фильме "2010: Год, когда мы установили контакт" для стирания голографической памяти ХАЛа пришлось использовать ленточного червя, так как "хронологическое стирание не работало". В фильме "Робот и Фрэнк" у Робота есть голографическая память, которую можно наполовину стереть, но при этом разрешение уменьшится вдвое.