Pamięci holograficzne. Paweł Preisner

Transkrypt

1 Pamięci holograficzne Paweł Preisner

2 Program prezentacji Historia holografii Najprostsze układy holograficzne Wymagania stawiane nośnikom informacji Materiały do rejestracji hologramów w pamięci holograficznej Zasada działania pamięci holograficznej Produkty i projekty Podsumowanie Bibliografia

3 Historia holografii 1920-Mieczysław Wolfke przedstawia podstawową zasadę wykorzystywaną w holografii, 1947-Denis Gabor formułuje podstawy teoretyczne holografii, 1960-wynalezienie lasera powoduje dalszy rozwój holografii, 1962-opracowanie mechanizmu produkcji hologramów, 1963-pierwsze zaproponowanie trójwymiarowego zapisu danych przez pracownika firmy Polaroid, 1964-wykonanie pierwszego hologramu z użyciem lasera, 1965-wykonanie pierwszego hologramu odbiciowego, 1967-hologramy stają się dostępne dla zwykłych ludzi i zaczynają się pojawiać na okładkach książek i czasopism, 1970-zbudowanie pierwszego prototypu pamięci holograficznej, 1971-Denis Gabor otrzymuje Nagrodę Nobla z fizyki za odkrycie zasad holografii, 1974-przedstawienie techniki produkcji hologramów tłoczonych, 1976-powstanie prototypu projektora filmów holograficznych, 1983-pierwsze holograficzne zabezpieczenie karty kredytowej przez firmę MasterCard International, Inc przedstawienie pierwszych nośników holograficznych oraz modułu głowicy zapisu/odczytu przez firmę Optware.

4 Najprostsze układy holograficzne Układ holograficzny do rejestracji obrazu przedmiotu przeźroczystego

5 Najprostsze układy holograficzne Układ holograficzny do odtwarzania hologramu

6 Najprostsze układy holograficzne Układ holograficzny do rejestracji obrazu przedmiotu nieprzeźroczystego

7 Najprostsze układy holograficzne Układ do odtwarzania obrazu holograficznego

8 Wymagania stawiane nośnikom informacji Wysoka czułość ośrodka pamięciowego (zapis następuje już przy niewielkim natężeniu świata) Duża wydajność dyfrakcyjna, czyli zdolnością do tworzenia wydajnego hologramu (co przekłada się na możliwość użycia małej mocy światła odczytującego) Duża zdolność rozdzielcza powyżej 1000 linii/mm Zdolność do wymazywania informacji i powtórnego zapisu

9 Wymagania stawiane nośnikom informacji Duża trwałość zapisanych informacji Krótki czas zapisu i kasowania danych Zdolność do szybkiego i wielokrotnego zapisu, odczytu i kasowania bez obniżenia jakości odczytu Nieniszczący odczyt Niewrażliwość na oddziaływanie środowiska, przede wszystkim temperaturę. Łatwość produkcji, powtarzalność parametrów, niska cena

10 Materiały do rejestracji hologramów w pamięci holograficznej kryształ niobianu litu z domieszką żelaza najpopularniejszy, najpowszechniej stosowany, w czasie naświetlania zachodzi fotorefrakcja, możliwość wykasowania danych przy jednorodnym oświetleniu lub przy bezpośrednim nałożeniu nowego obrazu, drogi, mało odporny: dane są tracone przy wielokrotnym odczycie fotopolimer - nie ulega zmianom fotorefrakcyjnym, lecz przemianie chemicznej, nadaje się tylko do tworzenia pamięć stałych (ROM), główna wada: szkodliwe zmiany objętości, które towarzyszą zmianom struktury pod wpływem interferencji podczas zapisu kryształ o nazwie Tm3+:YAG - kryształ YAG domieszkowany jonami ziem rzadkich Tm3+, zapis 20Mbit/s, gęstość zapisu 8Gbit\cal kwadratowy, odczyt 1Gbit/s. Tak duże wartości osiągnięto jednak w dalekich od domowych warunkach (niskie temperatury, specjalne soczewki itp.) Jest to rezultat prac naukowców wydziału fizyki University of Oregon.

11 Materiały do rejestracji hologramów w pamięci holograficznej W 1994 roku naukowcy firmy InPhase opracowali materiał składający się z dwóch polimerów. Pierwszy z nich (twardy) tworzy szkielet (przestrzena siatka), zapewniającej całej konstrukcji odpowiednią sztywność i niezmienność geometrycznych wymiarów. Drugi, bardziej miękki, wtopiony jest w tę siatkę i on właśnie pozwala za zapisanie holograficznej informacji. Wynalazek ten, przypominający tkaninę, stał się kluczem do całego projektu firmy InPhase.

12 Zasada działania pamięci holograficznej-zapis danych Podczas zapisu dane są przez przestrzenny modulator światła (SLM) przetwarzane stronicowo na wzór. SLM jest to na ogół struktura ciekłokrystaliczna, podobna do ekranu TFT. Od pewnego czasu stosuje się również znane z projektorów mikrolustra. Powstający trójwymiarowy wzór interferencyjny zapisywany jest na światłoczułym nośniku. W trakcie zapisu zmienia się jeden z parametrów nośnika: przepuszczalność optyczna, współczynnik załamania światła lub grubość warstwy materiału.

13 Zasada działania pamięci holograficznej-odczyt danych Odczyt obrazu polega na oświetleniu nośnika spójnym promieniem światła, identycznym z wiązką referencyjną. W ten sposób pierwotny obiekt zostaje ponownie odwzorowany. Za przetwarzanie obrazu odpowiada zwykle matryca detekcyjna w postaci układu CCD.

14 Zasada działania pamięci holograficznej Konstrukcja napędu obsługującego dyski holograficzne

15 Produkty i projekty Aprilis Aprilis HMD 120 krążek o średnicy 120mm, umieszczony między dwiema płytkami szklanymi pojemność 200 GB Aprilis HMC 050 wymiary 50x50 mm Grubość właściwych nośników wynosi 200 lub 300 µm. Całkowita grubość wraz z osłoną wynosi 0,6, 1,2 lub 1,55 mm. Transfer danych dochodzi do 100MB/s Nośnik-stabilny geometrycznie, duża czułość, po zapisie materiał jest odporny na światło i utlenianie.

16 IBM Produkty i projekty gęstość zapisu 400 b/µm2 Dla porównania gęstość zapisu w płycie CD wynosi 0,7 b/µm2, zaś płyt DVD 4,5 b/µm2 InPhase Tapestry HDS-100R 2002 rok, pojemność płyt 100GB, szybkość odczytu 10 MB/s Tapestry HDS-200R 2005 rok, pojemność płyt 200GB, szybkość odczytu 20 MB/s Tapestry HDS-300R 2007 rok, pojemność płyt 300GB, cena nagrywarki to 18tyś dolarów

17 InPhase cd. Produkty i projekty W urządzeniach Tapestry płyta jest wielkości krążka CD, wykorzystanie niebieskiego lasera λ=407 nm. Jednokrotny zapis, wielokrotny odczyt, trwałość płyt HDS to około 50 lat. Firma testuje nośniki wielokrotnego zapisu (tysiąckrotny zapis), obecnie dysponuje materiałami na bazie azobenzenu, które można zapisywać od 60 do 80 razy. Nagrywarka Tapestry HDS-300R

18 Produkty i projekty Optware standard HVD pojemność płyty do 3,9TB wielkość płyty CD (średnica 12 cm) Szybkość zapisu i odczytu informacji wynosi zaś 1 GB/s Małe wymiary napędu HVD zastosowanie układu holografii współosiowej

19 Produkty i projekty Optware cd. Płyta HVD 1. Zielony laser zapisu/odczytu (532nm) 2. Czerwony laser pozycjonujący/adresujący (650nm) 3. Hologram niosący informację 4. Warstwa poliwęglanowa 5. Warstwa fotopolimerowa (z danymi) 6. Warstwy dystansujące 7. Warstwa dichroiczna (zapobiega wzajemnemu rozpraszaniu się wiązek) 8. Aluminiowa warstwa odbijająca 9. Podłoże przezroczyste P. Pit wykorzystywany przy adresowaniu

20 Podsumowanie Zalety pamięci holograficznych Bardzo duża gęstość zapisu Krótki czas dostępu do informacji Odczyt hologramu przez światło odbywa się w trakcie przejścia wiązki przez materiał, czyli praktycznie w czasie rzeczywistym Operowanie całym obrazem jako jednostką zapisu informacji, a nie szeregowy strumień bitów Zapisywanie danych w trzech wymiarach (hologramy objętościoweodczyt z jednego miejsca, wymagana zmiana kąta) Problemy, które ciągle są do rozwiązania Znalezienie optymalnego nośnika Miniaturyzacja napędów Kłopot z powielaniem Brak kompatybilności Zmniejszenie kosztów

21 Podsumowanie Zestawienie parametrów dysków: Optware, Blu-Ray, DVD

22 Podsumowanie Perspektywy rozwoju nośników optycznych

23 Bibliografia W.T. Cathey Optyczne Przetwarzanie Informacji i Holografia Bernhard Hill Pamięci Holograficzne Komputerów M. Pluta Holografia Optyczna