§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