Трехмерное запоминающее устройство — это запоминающее устройство, основанное на голографической технологии.
Введение
В списке технологических новинок в сфере записи и сохранения информации самым интересным является элемент памяти на основе голографического эффекта, который уже находится на завершающем этапе разработки и скоро выйдет на рынок.
Голографией является методика формирования объёмного изображения предмета, которая базируется на эффекте интерференции световых волн. Первым эту возможность сформулировал английский физик венгерского происхождения Денеш Габбор в 1948-м году. Но в то время реализовать технически предложенный им метод было практически нереально, и голография не была внедрена в практику. Начало реального развития идеи голографической памяти было положено работами Питера ван Хеердена, специалиста компании Polaroid. В 1963-ем году он выдвинул идею сохранения информационных данных в трёхмерном формате. Эта идея представлена на рисунке ниже:
Рисунок 1. Сохранения информационных данных в трёхмерном формате. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Но практически использовать эту идею стало возможным только тогда, когда появились реальные лазерные излучатели.
Трёхмерные запоминающие устройства
Модули памяти большого объёма, основанные на голографическом принципе действия, предложили в 1966-ом году советские учёные А. Л. Микаэлян и В. И. Бобринёв. Принцип действия этих устройств заключался в записи значительного количества голограмм на единую материальную поверхность (или объёмную форму). Для того, чтобы исключить наложение изображений друг на друга, в процессе выполнения записи каждого изображения менялся угол подачи опорной волны на светочувствительную поверхность. Принцип такой записи изображён на рисунке ниже:
Рисунок 2. Принцип записи большого числа голограмм на единую материальную поверхность Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Опорный луч до попадания на голограмму должен пройти через отклоняющую систему, которая выставляет точку попадания опорного луча согласно введённого в неё адреса. Все адреса должны соответствовать определённому направлению опорного луч. Сигнальный луч подразделяется на n-ное количество каналов, каждый из которых имеет блок модуляции М. Все модуляторы включаются подачей на них управляющего напряжения, в этом случае луч лазера проходит через них. Когда управляющее напряжение отсутствует, модулятор остаётся непрозрачным. На выходах модуляторов появляется набор из n лучей, которые совместно с опорным лучом пишутся в форме голограммы.
Для накопления информационных данных в модуле памяти на его адресный вход посылаются по очереди весь набор адресов, а на сигнальный вход подаются подлежащие записи числа. По аналогии, страница с цифровыми данными реализуется изначально как двумерное изображение. Она формируется при помощи блока, который называется пространственный модулятор света (Spatial Light Modulator или SLM). На следующем шаге формируется уже голограмма изображения. Луч лазера, проходя через дефлектор, который является системой отклоняющих полупрозрачных зеркал, разделяется на пару лучей. Первый луч, который называется объектным, создаёт освещение информационной страницы. Другой луч является опорным и формирует собственно интерференцию. Затем выполняется сложение этих лучей, что и формирует голограмму.
Хранится голограмма в среде запоминания. Чтобы прочитать данные применяется только один луч, опорный, который освещает голограмму и воспроизводит страницу. Отклоняющая система выставляет угол падения опорного луча, читающего информацию, в соответствии с заданным адресом, и голограмма воспроизводит изображение в форме набора ярких точек. Число этих точек и их положение задаётся набором включенных при выполнении записи модуляторов. Полученное изображение подаётся на набор фотоприёмников, а на их выходах сигналы образуют исходное число. На практике уже была реализована поочерёдная запись до тысячи тридцати двух разрядных чисел на поверхностной зоне, имеющей диаметр порядка двух миллиметров. Считывание изображения выполнялось при помощи матрицы ПЗС (прибора с зарядной связью).
Преимуществом голографической памяти считается тот факт, что голограммы сохраняются не в форме изображений, а в форме волновых интерференционных кодограмм. Если поделить эту голограмму на пару зон, то выходит не два участка единого изображения, а пара идентичных изображений. Это значит, что возможное повреждение информационного носителя не ведёт к частичной утрате информации. Такое достоинство является следствием информационной избыточности, что характерно для голограммы.
Чтобы охарактеризовать голографическую память, применяется термин объёмная плотность записи. Используемая в трёхмерных голографических модулях операция записи нескольких страниц с информацией в единый объём называется мультиплексированием.
Как правило, применяются следующие способы мультиплексирования:
- Заданием угла падения опорного луча.
- Заданием длины волны опорного луча.
- Заданием фазы опорного луча.
Но все они предполагают наличие сложной оптической системы и носителей, имеющих толщину в несколько миллиметров (что очень много). Это означает их непригодность для промышленного использования, в частности в области информационной обработки. Но недавно специалисты Bell Labs изобрели ещё три методики мультиплексирования:
- Методика сдвига.
- Апертурный метод.
- Корреляционный метод.
Эти методы базируются на применении коррекции расположения носителя по отношению к световым пучкам. Метод сдвига и аппертурный метод мультиплексирования применяют сферический опорный пучок лучей, а корреляционный метод использует пучок лучей усложнённой формы. Помимо этого, так как при корреляционном и сдвиговом мультиплексировании используются механические подвижные компоненты, то время доступа при их использовании станет равно применению простых лазерных дисков.
Компания Bell Labs смогла реализовать в виде эксперимента носитель на базе ниобата лития LiNbO3, применяющий технику корреляционного мультиплексирования, который обеспечил плотность записи примерно 226GB на квадратный дюйм.
