حافظه های هولوگرافیک چگونه کار میکنند؟

[هامش 305]

تاریخچه ی حافظه هایی که از نور برای ذخیره و بازیابی اطلاعات استفاده میکنند به تقریبا دو دهه ی گذشته بازمیگردد. زمانی که دیسکهای فشرده در اوایل سال 1980 انقلابی در این صنعت محسوب میشدند، امکان ذخیره ی چند مگابایت را در یک قطعه ی 12 سانتی متری با ضخامتی کمتر از 1.2 میلی متر را فراهم کردند. در سال 1997 نسخه ی اصلاح شده ایی از سی دی (دی وی دی) که امکان ذخیره ی یک فیلم کامل را در یک حلقه دیسک فراهم میکرد اختراع شد. CD و DVD از مهمترین روشهای ذخیره سازی اطلاعات (نرم افزار، فیلم، موزیک و ...) محسوب میشوند. یک سی دی ظرفیتی معادل 783 مگابایت دارد ولی شرکت سونی برنامه هایی برای افزایش این ظرفیت تا 1.5 گیگابایت برای سی دی و 15.9 گیگابایت برای دی وی دی های دولایه دارد. این روشهای ذخیره سازی تنها جوابگوی نیازهای امروز هستند بهمین دلیل متدهای ذخیره سازی اطلاعات نیز باید همگام با تکنولوژی به پیشرفت ادامه دهد. CD, DVD و دیسکهای مغناطیسی کارشان ذخیره سازی بیتهای اطلاعات است. برای افزایش ظرفیتهای ذخیره سازی، دانشمندان در حال کار برروی روش اپتیکال جدیدی هستند که به حافظه هولوگرافیک معروف است و برای ذخیره ی اطلاعات بجای استفاده از سطح مدیا برای رکورد دیتا، از حجم آن برای این منظور استفاده میکند.

ذخیره سازی دیتا بصورت سه بعدی، نه تنها باعث افزایش چشمگیر حجم ذخیره سازی در یک فضای کوچک میشود بلکه باعث افزایش ترنسفر ریت اطلاعات نیز میشود. در این مقاله قصد داریم شما را با اصول کار و نحوه ی ساخت و طراحی این سیستم ذخیره سازی در طول 3-4 سال اخیر آشنا کنیم.

در حافظه های هولوگرافیک، یک پرتو لیزر به دو پرتو تقسیم میشود.

ایندو لیزر با تماس پیدا کردن با کریستال که مدیای ذخیره سازی است، باعث بازسازی هولوگرافیک و ذخیره سازی صفحات دیتا میشود

سیستم هولوگرافیک امکان ذخیره سازی دیتایی به حجم 1 ترابایت را برروی یک کریستال به اندازه ی یک حبه ی شکر را فراهم میسازد به عبارت دیگر با این سیستم میتوان اطلاعات بیش از 1000 سی دی را در این فضای کوچک جا داد. برای اولین بار، در اوایل سال 1960 ایده ی ذخیره سازی اطلاعات بصورت هولوگرافیک (سه بعدی) توسط دانشمندی بنام Pieter J. van Heerden مطرح شد. در حدود یک دهه بعد، دانشمندان لابراتوار RCA، توانستند 500 هولوگرام را در یک کریستال lithium-niobate پوشیده شده از آهن و 550 هولوگرام از تصاویری با رزولیشن بالا را برروی یک پلیمر حساس به نور ذخیره کنند. نبود قطعات ارزان قیمت و پیشرفت کم در صنعت حافظه های مغناطیسی و نیمه هادی، باعث به تعویق افتادن این فناوری شد. در دهه ی گذشته، مرکز تحقیقات پیشرفته دفاعی (DARPA) و شرکتهای فعال در زمینه ی های تک مثل IBM و آزمایشگاههای بل دوباره به سراغ این تکنولوژی آمدند تا بتوانند پیشرفتی در آن حاصل کنند. نمونه های ساخته شده توسط IBM و آزمایشگاه بل کمی با هم متفاوت بودند ولی تمام سیستمهای ذخیره سازی هولوگرافیک (HDSS) از یک قانون تبعیت میکنند. بطور کلی میتوان گفت برای ساخت یک HDSS به موارد زیر احتیاج است:

- لیزر آرگون آبی- سبز

- مقسم پرتو لیزر برای تقسیم لیزر

- آیینه برای هدایت لیزر

- پنل LCD (spatial light modulator)

- لنز برای متمرکز کردن نور لیزر

- کریستال Lithium-niobate یا فوتوپلیمر

- دوربین CCD

زمانیکه لیزر آرگون آبی- سبز پرتاب میشود، قسمت اسپلیتر (مقسم لیزر) لیزر را به دو قسمت تقسیم میکند. یکی از پرتوها که به آن آبجکت بیم یا سیگنال بیم (Signal/Object Beam) گفته میشود مستقیم حرکت کرده و از آیینه عبور میکند.

بعد از عبور از آیینه باید از SLM (Spatial Light Modulator) عبور کند. SLM نوعی LCD Panel است که صفحات خام دیتا که بصورت باینری هستند را بصورت باکسهای روشن و خاموش نشان میدهد. اطلاعات از صفحات باینری بوسیله ی سیگنال بیم، بسمت کریستال lithium-niobate حساس به نور هدایت میشود. در بعضی سیستمها ممکن است بجای کریستال از یک فوتوپلیمر استفاده شده باشد. لیزر دوم که به آن رفرنس بیم (Reference Beam) گفته میشود بعد از برخورد با اسپلیتر از مسیر دیگری خود را به کریستال میرساند. این دو لیزر در یک نقطه به یکدیگر میرسند که بعد از برخورد آنها به یکدیگر و ترکیب دو الگو برروی کریستال، الگویی بوجود میاید که دیتای حمل شده توسط سیگنال بیم را برروی کریستال بعنوان هولوگرام ذخیره میکند.

در این دو دیاگرام نحوه رکورد و بازیابی اطلاعات با استفاده از تکنولوژی هولوگرافیک نشان داده شده است

یکی از مزیتهای این سیستم، بازیابی هر کدام از این صفحات در یک پروسه است (بصورت یکدفعه). برای بازیابی و بازسازی صفحات هولوگرافیک دیتا ذخیره شده در کریستال، رفرنس بیم به همان صورت قبلی و با همان زاویه (ای که برای رکورد اطلاعات به کریستال پرتاب شده بود) بسمت کریستال پرتاب میشود. هر صفحه از اطلاعات بسته به زاویه ای که رفرنس بیم به آن برخورد کرده در نواحی مختلفی از کریستال ذخیره میشود. در طول پروسه بازسازی، لیزر بوسیله ی کریستال شکست پیدا میکند تا صفحه ی اصلی ذخیره شده برروی آن دوباره ساخته شود. سپس این صفحه بازسازی شده به سمت یک دوربین CCD پرتاب خواهد شد که اطلاعات دیجیتال مربوطه را به کامپیوتر ارسال کند. نکته کلیدی در این سیستم، زاویه ای است که لیزر دوم (رفرنس بیم) برای بازسازی صفحه بسمت کریستال پرتاب میشود. این زاویه باید دقیقا برابر با همان زاویه ی اصلی باشد. چون کوچکترین تغییر در این زاویه حتی در حد هزارم یک میلیمترهم این پروسه را با شکست مواجه میکند.

با تحقیقات و پیشرفتهای انجام شده در طول سه دهه میتوان امیدوار بود که سیستم HDSS در آینده ای نه چندان دور در دسترس همه قرار گیرد. HDSSهای ساخته شده در حال حاضر ظرفیتی حدود 125 گیگابایت و سرعت انتقالی برابر 40 مگابایت دارند و از آنجاییکه این سیستم رو به پیشرفت است، سرانجام میتوان انتظار داشت که دیسکهای هولوگرافیک ظرفیتی معادل 1TB و سرعتی به اندازه 1GB در ثانیه پیدا کنند. با وجود پیشرفتهای بسیاری که از 1960 تا به الان حاصل شده، بسیاری از مشکلات این صنعت مرتفع گردیده ولی همچنان دارای مشکلات فنی دیگری نیز هست. با این حال دانشمندان امیدوارند با پیشرفتهای حاصله در دو سه سال اخیر این مشکلات نیز برطرف شده و 3D دیسکهایی با ظرفیتی 27 برابر DVDهای موجود در دسترس عموم قرار گیرد.

مترجم: Delphianrex

منبع: HowStuffWoks.com