3.9. Перспективні оптичні технології в комп’ютерній техніці

3.9.1. Флуоресцентні диски

Використання флуоресценції для зчитування інформації з цифрових оптичних дисків дозволяє виключити з їх конструкції відбиваючі шари. На фотоприймач (оптична система читання) попадає не відбитий зондуючий промінь, а світло, що випромінюється розміщеними в товщі диску скупченнями флуоресцентного барвника (пітами). Флуоресцентні піти можуть бути як внесені в задані місця диску при заводському виготовленні (подібно до CD-RОМ), так і утворені при фотохімічній трансформації речовини при падінні на неї лазерного променя під час запису.

Переваги флуоресцентних дисків:

1. прозорість, яка дає можливість реалізувати багатошарову систему (10-ки шарів);

2. некогерентність випромінювання, звідси відсутність інтерференційних завад;

3. зсув флуоресцентного відклику по довжині хвилі від оптичного випромінювання і мінімалізації впливу розсіяного світла;

4. можливість використання форматів сумісних з DVD.

Розроблені варіанти флуоресцентних багатошарових дисків відомі під назвами HyperCDROM (10-100ТБ), FMD (англ.: Fluorescent Multilayer Disk), DMD (англ.: Digital Multilayer Disk) (22-32, потенційно – до 100ГБ). Характеристики 12-ти шарового FMD наведені в табл. 5 в порівнянні з характеристиками DVD. На цей час проходять тестування 300-шарові диски FMD з інформаційною ємністю 1ТБ.

3.9.2. Голографічна система запису та зберігання інформації

Голографічний принцип запису полягає в реєстрації одночасно об’єктної (яка несе інформацію про об’єкт) і опорної хвиль.При цьому в результаті накладання цих двох когерентних хвиль відбувається перетворення фазових співвідношень в амплітудну структуру інтерференційної картини. Реєстрація цієї інтерференційної картини в об’ємі фоточутливого шару голографічного оптичного диску і приводить до запису голограми (див. рис. 3.20). Зміни в матеріалі такого диску можуть бути у вигляді модуляції поглинання, показника заломлення або товщини.

Голографічна система запису та зберігання інформації на даний час реалізується в HVD (англ.: Holographic Versatile Disk – багатоцільовий голографічний диск). Об’єм інфо до 1ТБ.

Рис. 3.20. Принцип роботи голографічної системи запису/читання.

Лазерний промінь поділяється на два когерентні промені однакової поляризації за допомогою напівпрозорого дзеркала. Один із променів (об’єктний) проходить через просторовий світловий модулятор (ПСМ). Внаслідок інтерференції променів в об’ємі фоточутливого шару утворюються точки максимумів і мінімумів інтерференції. В точках максимумів амплітуди і інтенсивності променів нагрів фоточутливого шару приводить до його деструкції і зміни коефіцієнта відбивання та показника заломлення. Змінюючи довжину хвилі променя, кут його падіння і положення диску можна записувати інформацію на одну і ту ж ділянку HVD. Такий спосіб, який дозволяє зберігати багато голограм в одному і тому ж місці отримав назву мультиплексування. Він дозволяє значно підвищити щільність запису даних.

Зчитування даних з голограми відбувається наступним чином:

1. Опорний промінь тієї ж довжини хвилі і спрямування, що і при запису, падає на голограму.

2. Відбиваючись від точок деструкції фоточутливого шару, промінь створює з тильної сторони диску світловий фронт, формуючи зображення трафарету, який був записаний на диск раніше.

3. Цей розсіяний фронт хвилі трафарету фокусується лінзою на масиві датчиків всією картинкою пікселів і переводиться в цифровий код.

Особливості голографічного методу запису:

1. Створення об’ємного зображення об’єкта, що не може бути реалізованим іншими методами;

2. Використання для зберігання інформації не тільки поверхні диску, а і всього об’єму, що суттєво збільшує щільність інформації;

3. Реєструвати прозорі об’єкти, в яких окремі частини відрізняються показниками заломлення або товщиною, що впливає на зміну довжини оптичного шляху;

4. При зчитуванні інформації з диску отримати максимальну роздільну здатність не тільки в поперечному напрямку, а і в поздовжньому;

5. Отримувати голограму об’єкту, що змінюється в часі;

6. Реалізації так званого розподіленого запису інформації, що підвищує надійність запису та зчитування.

Переваги голографічної пам’яті перед іншими видами пам’яті (в тому числі і оптичними) полягають в наступному:

1. Висока щільність запису (теоретично до 10¹² біт/см²). На даний час в лабораторіях отримані значення до 40 Гбіт/см².

2. Висока швидкість запису та зчитування (на даний час - до 10 Гбіт/с, а з врахуванням переведення інформації в електронний вигляд – до 1 Гбіт/с);

3. Паралельний запис інформації ( не послідовно по одному біту, а цілими сторінками (див. рис. 3.22);

4. Висока точність відтворення сторінки;

5. Низький рівень шуму при відновленні даних;

6. Неруйнуюче читання;

7. Довгий термін зберігання (50 років і більше).