Memorie Olografiche
Gennaio 2004
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Introduzione
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Quantità enormi di dati vengono scambiate in tutto il mondo ogni
secondo e tutto ciò grazie ai nuovi strumenti di comunicazione globali
Questa enorme mole di dati, necessita di memorie di massa
di dimensione sempre maggiore
L'evoluzione dei supporti di memorizzazione negli ultimi anni ha
portato ad un aumento del rapporto dimensione/costo
Benchè le attuali esigenze vengano soddisfatte dai prodotti in
commercio, è necessaria una continua ricerca di nuove tecnologie
per poter supportare la sempre più rapida crescita della domanda
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Negli ultimi anni...
L' Optical Storage è stata una delle più interessanti conquiste della
tecnologia degli ultimi 15 anni
A partire dal Compact Disc si è assistito sempre piu' ad una rapida crescita
della capacita' di memorizzazione dei supporti ottici, mandando
quasi in pensione i supporti magnetici come i floppy disk
Il DVD (presentato al pubblico dal 1997) ha esteso questa tecnologia
ottica raggiungendo la soglia della decina di Gbyte (15GB) memorizzabili
su un singolo supporto grazie alla tecnica del multistrato
Senza dubbio queste memorie ottiche forniscono e forniranno ancora
a lungo grandi capienze su supporti economici ed affidabili e
sono più che sufficienti per le esigenze attuali ma
lo saranno anche per il prossimo futuro?
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...nei prossimi anni
La registrazione di dati su media magnetici ed ottici arriverà
velocemente a scontrarsi con i limiti fisici dei supporti
Per incrementare di molto le attuali capacità sarà necessario passare
a tecnologie Olografiche di archivizione, capaci di memorizzare i dati
non su una superficie ma su un volume
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Nascita delle memorie olografiche
Fu Pieter J. van Heerden di Polaroid a proporre per primo nel 1963
questo metodo per la memorizzazione di dati in forma tridimensionale
su particolari materiali fotosensibili
Come mai negli ultimi 40 anni non si sono mai viste applicazioni
di questa tecnologia?
La creazione di una memoria olografica richiede tecnologie che
solo molto recentemente hanno raggiunto un livello di maturità
sufficiente come ad esempio i display TFT e i sensori CCD
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Principi di funzionamento - 1
Lo storage Olografico promette di archiviare Terabyte di informazioni in
spazi limitati, con tempi di accesso inferiori a 100 microsecondi e con
elevatissimi data-rate. Per questo, società come Rockwell, IBM e molti
altri, stanno studiando il modo di rendere economica ed affidabile questa
tecnologia
Nelle memorie Olografiche, una intera pagina alla volta di informazioni
digitali viene scritta su un materiale fotosensibile sottoforma di frange di
interferenza ottica. Questo effetto si ottiene facendo intersecare due raggi laser
coerenti in una certa zona del materiale
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Principi di funzionamento - 2
Il primo raggio (object beam) contiene le informazioni da memorizzare
mentre il secondo (reference beam) serve per generare le frange di interferenza.
Il risultato è la alterazione delle proprietà chimico-fisiche del materiale e
conseguentemente delle sue proprietà ottiche.
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Principi di funzionamento - 3
E' possibile archiviare più immagini olografiche sullo stesso mezzo in
vari modi; il più promettente è quello di utilizzare differenti angoli di
divergenza tra i due laser. Si è stimato in questo modo un limite fisico
di circa 1Tb di dati archiviati sotto forma di immagini olografiche in un
materiale di 1 centimetro cubo.
Quando una delle due sorgenti di luce viene re-inviata sul mezzo, il
supporto olografico ricostruisce la sorgente mancante secondo varie
interessanti combinazioni
Cambiando l'angolo di incidenza del raggio di lettura è possibile
leggere pagine diverse. Per fare ciò è però necessaria una precisione
elevatissima perchè, anche un millesimo di grado di differenza, potrebbe
portare a leggere dati diversi da quelli cercati
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Gli ultimi prototipi...
Nel '91 una ricerca finanziata dal DARPA e dall'USAF riporta in auge i principi
dell'olografia. Da allora la tecnologia in questo campo ha fatto passi da gigante.
La tecnologia di base sembra ormai essersi stabilizzata mentre molta ricerca
si sta ancora facendo sul versante dei materiali polimerici da utilizzare
Un laser ad Argon (luce blu-verde) viene usato come sorgente di luce coerente,
uno splitter divide il fascio in due percorsi per formare il Signal Beam e il
Reference Beam. Il Signal Beam passa attraverso un SLM (Spatial Light
Modulator), in pratica un display TFT con pixel accesi o spenti che crea la
maschera binaria da 'incidere' nel materiale. I due fasci vengono collimati sul
materiale (Lithium-niobate Crystal o Foto-polimero) tramite lenti
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Gli ultimi prototipi...
Per la lettura è sufficiente inviare il fascio di riferimento angolato
opportunamente e in uscita dal materiale prelevare la luce rifratta tramite un
Detector (CCD sensibile)
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Problematiche
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Elevata precisione ottica richiesta. Le lenti devono essere
praticamente perfette altrimenti non si riesce a distinguere il segnale
dal rumore
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Allineamento dei componenti
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Imperfezioni del materiale

Collimazione dei fasci

Elaborazione dei segnali d'uscita dai quali vanno ricavati i bit
inizialmente memorizzati
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Alcune soluzioni
Per risolvere almeno in parte i problemi dovuti all’allineamento dei
componenti e alle imperfezioni del materiale, viene usata la così detta
configurazione 4-F
In questo schema la distanza tra le lenti e i sensori e tra le lenti e il materiale è
pari alla distanza focale della lente (per cui l'estensione del tutto è pari a 4-F)
Questa proprietà risulta eccellente per
ridurre l'effetto dell'offset di allineamento
del materiale, per ridurre l'effetto delle
aberrazioni ottiche e delle imperfezioni del
materiale
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Riferimenti
Holographic data storage
http://www.research.ibm.com/journal/rd/443/ashley.html
Memorie di vetro
http://www.enel.it/magazine/boiler/arretrati/boiler34/html/articoli/Nature-Tecnologia.asp
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