Pamięci holograficzne

Uzyskanie olbrzymiej pojemności wymaga zastosowania zupełnie innej techniki – holografii. Pomysł ten zrodził się już w roku 1963, gdy jeden z pracowników firmy Polaroid zaproponował trójwymiarowy zapis danych.
Przede wszystkim hologramy oznaczają ogromne ilości pamięci. W odpowiednim materiale optycznym – na ogół stosuje się kryształy – lasery zapisują elektroniczne wzorce jako strony. Na każdej stronie znajduje się miejsce dla milionów bajtów informacji, a na nośniku wielkości małej monety mieszczą się tysiące takich stron. Łącznie na niewielkim obszarze przechowuje się tryliony bajtów, co odpowiada tetrabajtom pamięci. Nie mniej interesujące są możliwości dostępu do tak składowanych informacji. Wszystkie dane zawarte na jednej stronie są udostępniane równocześnie. Możliwe jest zapisywanie i odczytywanie danych w tym samym czasie. W rezultacie uzyskujemy transfer danych o szybkości co najmniej jednego gigabajta na sekundę, a czas dostępu nie przekracza milisekundy.

Nośniki holograficzne
Najpopularniejszym, a raczej najpowszechniej stosowanym nośnikiem do zapisu danych jest kryształ niobanu litu. Nie jest to jednak jedyna substancja pozwalająca na holograficzny zapis i odczyt danych. W 1994 r firma DuPont wypuściła na rynek fotopolimer o obiecujących możliwościach. Najważniejszą innowacją jaką wnosił nowy materiał był fakt, że ów fotopolimer pod wpływem światła nie ulegał zmianom fotorefrakcyjnym (co ma miejsce w przypadku kryształu niobanu litu), lecz przemianie chemicznej. Różnica polega na tym, że w przypadku fotorefrakcji, w krysztale dane są zapisywane poprzez odpowiednie rozdzielenie ładunków elektrycznych a strukturze kryształu, daje to możliwości ich późniejsze neutralizacji (czyli skasowania zapisanych informacji). Mnatomiast naświetlenie (zapis) fotopolimeru wywołuje nieodwracalna reakcję fotochemiczną, co oznacza , ż materiał ten nadaje się wyłącznie do tworzenia pamięci stałych tylko do odczytu (ROM).

Teoria zapisu i odczytu pamięci holograficznych
Do zapisania na nośniku potrzebne są dwa koherentne promienie laserowe, przenoszące światło o określonej długości fali. Jeden z nich – promień podstawowy – jest prowadzony przez przestrzenny modulator światła, np. kryształ LCD. Światło podlega tu modulacji zgodnie z informacją, którą ma przenieść, a na końcu trafia na światłoczuły nośnik. W tym miejscu promień podstawowy nakłada się na promień odniesienia. Wynik interferencji obu promieni jest zapamiętywany na nośniku w postaci przestrzennej modulacji wpółczynikia załamania. Powstaje w ten sposób hologram. Gdy promień odniesienia oświetli następnie nośnik, rozproszy się i utworzy kopie promienia podstawowego. Po skierowaniu go do fotodetektora odzyskiwana jest zapisana wcześniej informacja.


Zalety pamięci holograficznych
Porównując gęstość zapisu (ilość bitów możliwych do zapisania na 1 cm2) klasycznych dysków CD z pamięcią holograficzną, widać olbrzymią przewagę nowej technologii. Standardowa płyta CD mieści 650 MB informacji. Przyjmując, że powierzchnia, na której znajduje się informacja, to ok. 100 cm2, otrzymujemy gęstość zapisu wynoszącą 6,5 MB/cm2. Dla nowocześniejszych płyt DVD gęstość zapisu wynosi odpowiednio: 37 MB/cm2 i 100 MB/cm2 dla płyt wielowarstwowych. Jednak gęstość zapisu informacji metodą holograficzną przewyższa gęstość upakowania danych, uzyskiwaną na klasycznych płytach optycznych o kilka rzędów wielkości. Jeden hologram zajmuje powierzchnię około 100 mm2, co daje 106 hologramów na centymetrze kwadratowym. Hologram może zawierać 105 bajtów informacji. Możliwa do uzyskania gęstość zapisu wynosi więc 105 MB/cm2 - tysiąc razy więcej niż w najlepszych (17 GB) płytach DVD-ROM. Oznacza to, że na płycie o standardowej średnicy 12 cm możliwe jest zapamiętanie techniką holograficzną 1013 bajtów informacji. Niespotykane dotychczas pojemności pamięci pokazują, dlaczego z zapisem holograficznym wiąże się obecnie tak duże nadzieje.
Szybkość dostępu do informacji jest jednym z ważniejszych parametrów charakteryzujących dany typ pamięci. Techniki holograficzne operują całym obrazem jako jednostką zapisu informacji. Ponieważ jeden obraz to około miliona bitów, dostęp do danych jest bardzo szybki. Maksymalna transmisja danych w najnowszych napędach CD--ROM (50-54) to około 7-7,5 MB/s, a dla krążków DVD (10-12) wynosi ona 10 MB/s. W układach holograficznych transfer informacji może przekroczyć szybkość 1 GB/s. Podana prędkość jest ograniczona głównie przepustowością układów elektronicznych i szybkością mechanizmów sterujących odczytem - np. pozycjonowaniem promienia laserowego czy szybkością odpowiedzi kamery CCD. Sam odczyt hologramu przez światło odbywa się w trakcie przejścia wiązki przez materiał, czyli praktycznie w czasie rzeczywistym.