Dane 3D

Nośniki holograficzne firmy Optware

Holografia, czyli technika zapisu i odczytu informacji w postaci trójwymiarowych obrazów, znana jest od połowy lat sześćdziesiątych ubiegłego wieku. Początkowo umożliwiała ona zarejestrowanie monochromatycznych zdjęć na specjalnych szklanych płytach pokrytych emulsją fotograficzną.

W latach osiemdziesiątych firma IBM rozpoczęła prace nad wykorzystaniem holografii do przechowywania cyfrowych danych. Pierwsze holograficzne „dyski” zbudowane na bazie kryształów niobianu litu zajmowały całe pomieszczenia laboratoryjne i wymagały laserów dużej mocy. Takie urządzenie trudno więc było zamknąć w obudowie peceta. Dopiero wynalezienie specjalnych materiałów fotopolimerowych i niewielkich półprzewodnikowych laserów o mocy wystarczającej do zapisu hologramów zapoczątkowało rozwój badań nad niewielkimi nagrywarkami holograficznymi. Oczywiście, równolegle prowadzone są prace badawcze nad nośnikami holograficznymi. Do wyścigu o to, kto pierwszy skonstruuje komputerowy holograficzny system do zapisu i odczytu danych, stanęło kilka firm, m.in. Aprilis, InPhase, Polight oraz wspomniana na początku Optware.

Dwunastocentymetrowy dysk

Umieszczenie na krążku o średnicy 12cm (rozmiar płyty CD) cyfrowych danych w postaci setek hologramów, z których każdy jeden megabajt informacji, stanowi nie lada techniczne wyzwanie. Oprócz poważnych kłopotów z samą miniaturyzacją sprzętu do zapisu i odczytu danych trzeba znaleźć sposób na pokonanie problemów z precyzyjnym adresowaniem (pozycjonowaniem wiązki laserowej) każdego hologramu. Do rozwiązania obu zagadnień firma Optware podeszła w nietypowy, aczkolwiek bardzo prosty sposób.

Do tej pory największe trudności sprawiało zminiaturyzowanie układu optycznego do zapisu hologramu. Otóż hologramy tworzy się dzięki wzajemnemu oddziaływaniu (interferencji) dwóch wiązek światła pochodzących z jednego lasera. Światło musi zatem zostać rozszczepione na dwie wiązki, z których jedna, sygnałowa, zostanie zmodulowana danymi – np. przejdzie przez matrycę 1024×1024 jasnych i ciemnych punktów odpowiadających zerom i jedynkom lub jak w tradycyjnej, „zdjęciowej” holografii odbije się od fotografowanego przedmiotu. Co więcej, aby nastąpiła interferencja, droga optyczna obu wiązek – sygnałowej i drugiej, referencyjnej – musi być różna i odpowiednio dobrana. W laboratorium spełnić ten warunek jest łatwo. W tym celu wykorzystuje się układ precyzyjnie pozycjonowanych luster, chronionych przed szkodliwymi dla zapisu hologramu drganiami za pomocą ciężkich, mechanicznych stabilizatorów.

Pomniejszenie takiego systemu optycznego do wielkości napędu CD-ROM nie wchodzi w grę. Inżynierowie z Optware’u obeszli więc problem w inny sposób – zastosowali tzw. układ holografii współosiowej. W tym rozwiązaniu oba rozdzielone strumienie światła laserowego przez dłuższy czas wędrują tą samą drogą, ale nie oddziałują wzajemnie na siebie. Wiązkę sygnałową (zaraz po rozdzieleniu, a jeszcze przed ponownym „połączeniem”) przepuszcza się przez miniaturową matrycę LCD, która „odciśnie” w niej obraz z danymi. Droga optyczna obu strumieni i długość fali światła są tak dobrane, że interferencja, a więc zapis cyfrowych informacji, następuje dokładnie na powierzchni nośnika. Co więcej, układ holografii współosiowej jest odporny na drgania i nie wymaga stosowania drogich, precyzyjnych luster.

Do rozwiązania pozostał zatem jeszcze jeden problem, a mianowicie adresowanie danych. Tu posłużono się również ciekawą sztuczką – wykorzystano znane z płyt CD/DVD pity i landy, a więc wgłębienia i górki wytłoczone na spiralnej ścieżce. Ustalaniem pozycji i szybkości obrotowej holograficznego krążka zajmuje się zwykły, dodatkowy laser, taki sam jak w napędzie DVD. Trochę kłopotów inżynierom z Optware’u sprawiła też sama konstrukcja płyty – trzeba było w niej zastosować specjalne dichroiczne lustro (patrz: rysunek powyżej) zapobiegające wzajemnemu rozpraszaniu się wiązek do odczytu i zapisu danych oraz wiązki pozycjonującej.

Przedstawiony przez Optware system umożliwia pomieszczenie na jednym 12-centymetrowym krążku aż terabajta danych! Szybkość zapisu i odczytu informacji wynosi zaś 1 GB/s. Firmie Optware pozostało jeszcze „upchnięcie” całości w obudowie zwykłego CD-ROM-u, więc na przygotowanie wszystkiego do seryjnej produkcji trzeba będzie poczekać jeszcze 2-3 lata.

Porównanie różnych dysków optycznych
Optware Blu-ray DVD
Średnica płyty 12 cm 12 cm 12 cm
Pojemność jednowarstwowej płyty 1 TB 27 GB 4,7 GB
Szybkość transmisji danych (prędkość 1x) 1 GB/s 4,5 MB/s 1350 KB/s
Typ lasera niebieski (405 nm) i czerwony (650 nm) niebieski (405 nm) czerwony (650 nm)
Czas odtwarzania materiału wideo MPEG-2 (DVD) dla płyty jednowarstwowej ok. 3000 godzin 13 godzin 133 minuty