Gennaio 2004 Memorie Olografiche1 Gennaio 2004

Memorie Olografiche2 Introduzione ● 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 Introduzione

Gennaio 2004 Memorie Olografiche3 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? Negli ultimi anni...

Gennaio 2004 Memorie Olografiche4 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...nei prossimi anni

Gennaio 2004 Memorie Olografiche5 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 Nascita delle memorie olografiche

Gennaio 2004 Memorie Olografiche6 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 Principi di funzionamento - 1

Gennaio 2004 Memorie Olografiche7 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. Principi di funzionamento - 2

Gennaio 2004 Memorie Olografiche8 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

Gennaio 2004 Memorie Olografiche9 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 Gli ultimi prototipi...

Gennaio 2004 Memorie Olografiche10 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)

Gennaio 2004 Memorie Olografiche11 Problematiche Elevata precisione ottica richiesta. Le lenti devono essere praticamente perfette altrimenti non si riesce a distinguere il segnale dal rumore Allineamento dei componenti Imperfezioni del materiale Collimazione dei fasci Elaborazione dei segnali d'uscita dai quali vanno ricavati i bit inizialmente memorizzati

Gennaio 2004 Memorie Olografiche12 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

Gennaio 2004 Memorie Olografiche13 Holographic data storage Memorie di vetro Riferimenti