Holografisk minne

Det holografiske minnet er en teknologi for masseminne som bruker holografi for å lagre data med høy tetthet i krystaller eller polymerer lysfølsomme.

Holografisk minne blir ofte referert til som neste generasjon optisk datalagring. Faktisk når teknikkene som brukes til CDer eller DVDer, sine fysiske grenser (på grunn av størrelsen på skriveradiene begrenset av diffraksjon ). Holografi gjør at volumet på media kan brukes i stedet for bare overflaten for opptak av data. I tillegg kan dataene multiplekseres i opptaksvolumet ved å legge til en vinkel på opptaksstrålen i forhold til referansestrålen, eller ved å endre frekvensen eller fasen.

Historisk

Prinsippene for holografi har vært kjent siden 1947, og ideen om å lagre data i hologrammer spiret i årene etter denne oppdagelsen, særlig med introduksjonen av de første universitetscentralene på slutten av 1960-tallet. De første lagringsenhetene for informasjonssystemer som eksperiment med dette prinsippet, derimot, er nylig.

På midten av 1990-tallet, særlig under fremdrift fra DARPA ( Defense Advanced Research Project Agency ), intensiverte store laboratorier som de fra IBM og Lucent Technologies og nylig Imation forskningen innen dette feltet.

På begynnelsen av 2000-tallet var de tre viktigste selskapene som var involvert i utviklingen av holografisk minne InPhase Technologies , Aprilis (en Polaroid spinoff) og Optware i Japan.

Selv om holografisk hukommelse har vært et diskusjonsemne siden 1960-tallet og har blitt planlagt for overhengende kommersialisering siden 2001, søker denne teknologien fremdeles sin nisje. På begynnelsen av 2000-tallet mente noen at det kunne være nødvendig for applikasjoner som krever høyhastighets tilgang til informasjon, men igjen er dette fortsatt ikke tilfelle.

På 2005 National Association of Broadcasters i Las Vegas presenterte InPhase en tidlig prototype av en kommersiell lagringsenhet ved messen til Maxell Corporation of America . Imidlertid, etter flere kunngjøringer og forsinkelser i 2006 og 2007, ble ikke noe produkt utgitt, og InPhase erklærte konkurs i 2010 etter å ha investert 100 millioner dollar i utvikling av holografisk minne.

Konsept

Som med CDer eller DVDer, kan holografiske minner være skrivebeskyttet (hvis media gjennomgår irreversibel endring) eller kan skrives om (hvis endringen er reversibel). Gjenskrivbare minner kan utformes ved hjelp av den fotorefraktive effekten av krystaller:

To sammenhengende lyskilder skaper forstyrrelser i media. Disse to kildene er referansestrålen og datastrålen.
Der interferensen er konstruktiv, er området lyst og elektroner kan bevege seg fra valensbåndet til ledningsbåndet.
De elektroner i ledningsbåndet er fri til å bevege seg gjennom materialet og utsettes for to motsatte krefter . Den første styrken er Lorentz-styrken som har en tendens til å holde dem nær hullene de skapte da de passerte gjennom ledningsbåndet. Det andre er diffusjonskraften som har en tendens til å bringe dem til områdene der de er mindre tallrike, det vil si i de mørke områdene.
Forholdet mellom disse to kreftene bestemmer styrken til hologrammet .
Så snart elektroner har migrert inn i de mørke områdene, opprettes et elektrisk felt mellom de mørke områdene og de lyse områdene. Dette elektriske feltet induserer et skifte i materialets brytningsindeks .

For å lese de registrerte dataene brukes referansestrålen . Mediene blir belyst med denne strålen, og variasjonen av brytningsindeksen skiller den i to og gjenskaper den innfallende strålen som hadde blitt brukt til å skrive dataene. Denne strålen leses av et optisk system som skal konverteres til digitale signaler .

Enhet for innspilling og avspilling

En laserstråle skilles fra hverandre ved hjelp av en stråledeler i to stråler kalt henholdsvis "referansestråle" og "objektstråle". Referansestrålen i aksen til en reflektor som vist på figuren.

Skrive

For opptak forstørres strålen med linsene (L) for å fullstendig belyse en romlig lysmodulator ( SLM ) (faktisk et LCD- panel , som ligner på et slags rutenett, hvor de "ugjennomsiktige" boksene og "Gjennomsiktig" representerer henholdsvis “0” og “1” av informasjonen som skal lagres).

Målet er å overføre dataene til objektstrålen i form av en side med piksler ; denne objektstrålen er deretter fokusert på den lysfølsomme krystall hvor den forstyrrer referansestrålen som på sin side har gjennomgått en refleksjon på en avbøyer (med programmerbar vinkelposisjon). Fra denne interaksjonen er det født et interferensmønster som modifiserer de fysisk-kjemiske egenskapene til krystallet. Endring av strålens angrepsvinkel, bølgelengde eller posisjon på støtten vil tillate at en stor mengde informasjon lagres i et lite volum.

Lesning

Ved lesing fører belysningen fra referansestrålen (i henhold til opptaksvinklene) til en diffraksjon av lyset som rekonstruerer objektstrålen med sin dataside (med bytte av sider ved orientering av vinklene); alt som gjenstår er å rette strålen mot CCD- kameraet , som øyeblikkelig fanger den digitale siden, dekoder den og overfører informasjonen til en datamaskin.

Overlagring av hologrammer i en fotorefraktiv krystall

Opptak av flere hologrammer krever bruk av fotorefraktive krystaller som kombinerer en optisk kvalitet med en utmerket tidsmessig stabilitet av deres egenskaper (et opptak vil fungere uten tilsynelatende nedbrytning i mer enn 10 år). I følge Gilles Pauliat og Gérald Roosen, når det første hologrammet er innskrevet, kan en annen interferensfigur presenteres for krystallen; det første hologrammet vil falme mens det andre bygger, til diffraksjonseffektiviteten til hologramene er den samme, og så videre opp til N.

Indeksvariasjonen til hvert av hologrammene er høyst lik den maksimale indeksvariasjonen som kan induseres i materialet delt på antall N hologrammer.

Diffraksjonseffektiviteten synker i en første tilnærming som den inverse av N 2 (for N stor). Denne reduksjonen utgjør en av grensene for å oppnå svært høy kapasitet. På den annen side er tiden som er nødvendig for å registrere alle N-hologrammer den samme som den som er nødvendig for å registrere et enkelt metningshologram.

For en BaTiO (3) krystall, dopet Co, ved bølgelengden 532 nm og for en optisk effekt på 10 mW / cm 2 , er et enkelt metningshologram innskrevet i 25 s. Når 100 hologrammer legges inn, faller tiden som kreves for å gravere inn hver til 250 ms.

Hologrammer kan slettes ved jevn belysning av krystallet som deretter er klar til å motta nye data. Det er også mulig å selektivt slette et av de innspilte bildene ved å belyse materialet med interferensmønsteret som brukes under opptak, men innføre en ekstra enhetlig faseforskyvning av på objektstrålen. Hologrammene kan oppdateres før total sletting, eller fikseres definitivt ved en passende termisk behandling av krystallet. $\ pi$

Evner

I teorien kan vi ta opp litt i en kube hvis sider har størrelsen på bølgelengden til hendelsesstrålene. For eksempel, med en helium-neon laser med en bølgelengde på 632,8 nm (rødt lys), kunne man teoretisk registrere ca 470 MiB i en kubikk millimeter. De viktigste faktorene som begrenser denne tettheten er:

behovet for feilretting;
behovet for å overvinne ufullkommenheter eller begrensninger i optiske systemer;
kostnaden.

I science fiction

I sagaen om Odysseys-rommet til Arthur C. Clarke , tilpasset for film av Stanley Kubrick , er de avanserte funksjonene i kunstig intelligens HAL 9000 kodet i holografiske minner. Synlig når astronaut Dave Bowman trekker dem ut for å nøytralisere den nå farlige HAL, vises de i form av gjennomsiktige parallellpiped krystaller.
I filmen H2G2: The Hitchhiker's Guide to the Galaxy ser Zaphod Beeblebrox en video lagret i en holografisk krystall for å presentere planen om å besøke planeten Magrathea.

Se også

Relaterte artikler

Merknader og referanser

(fr) " Holografisk minne forlater laboratoriet " , på www.usinenouvelle.com ,18. mars 2007(åpnet 17. november 2010 )
Jean-Claude Cazaux og André Bruel, Implementering av datorgenererte hologrammer. Anvendelse av syntetisk holografi til studiet av dataminnemodeller. Noen bidrag fra digital holografi til informasjonsbehandling og kommunikasjon mellom mennesker og maskiner , University Paul Sabatier, Toulouse,1974
" Oppdatering: Aprilis avdekker holografiske diskmedier " ,8. oktober 2002
" Holografiske minneplater kan sette DVDer til skamme " , New Scientist ,24. november 2005
" Aprilis to Showcase Holographic Data Technology " ,18. september 2001
Sander Olson, " Holografisk lagring er ikke død ennå " ,9. desember 2002
“InPhase forsinker tapetry holografisk lagringsløsning til slutten av 2009” . Engadget. 3. november 2008
“Holografisk lagringsfirma InPhase Technologies slås av” . TV-kringkasting. 8. februar 2010
Gilles Pauliat og Gérald Roosen, holografiske minner om volum etter fasekoding , i Images of physics , 1997 lest online