Перспективна технологія TeraDisc

Ізраїльська компанія Mempile розробила технологію TeraDisc, завдяки якій істотно підвищується щільність запису на компакт-диску. В даний час технологія TeraDisc дозволяє записувати до терабайта даних. Очікується, що дисководи TeraDisc надійдуть у продаж в 2008 році і будуть коштувати від 3 до 4 тис. Дол. Вони зможуть читати 500-гігабайтні болванки. Болванка об'ємом в 700 Гбайт з'явиться вже в 2011 році і буде коштувати 30 дол. Ще через кілька років розробники обіцяють вмістити на диску до 5 Тбайт даних. Нагадаємо, що максимальний обсяг HD-DVD- і Blu-ray-дисків не перевищує 50 Гбайт, що в порівнянні з перспективною технологією TeraDisc виглядає вельми скромно.

В основі технології TeraDisc лежить фізика двухфотонного поглинання світла, що дозволяє працювати з багатошаровими дисками, що налічують до сотні шарів.

Відповідно до законів фізики щільність запису інформації на дисках обмежується розмірами плями фокусування лазерного випромінювання, тобто розмірами плямочки, в яке вдається сфокусувати пучок світла (лазерного випромінювання). Цей розмір, званий дифракційною межею, залежить від довжини хвилі використовуваного лазерного випромінювання.

Нагадаємо, що звичайний CD-диск виготовляється з прозорого полікарбонату, на який напилюється шар алюмінію товщиною 50-100 нм. Зверху метал покритий лаком (шар приблизно в 10-30 мкм). Інформація на диску представлена ​​у вигляді послідовності ямок, або питов (pit), і гірок (land), які розташовуються уздовж доріжок. Промінь лазера відбивається від них по-різному, і в результаті ми отримуємо ланцюжок нулів і одиниць - двійкове подання інформації. Ширина доріжки складає 0,5 мкм, а мінімальна довжина пита - 0,833 мкм. Відстань між сусідніми оборотами доріжки - 1,6 мкм. Для зчитування інформації використовується напівпровідниковий інфрачервоний лазер з довжиною хвилі 780 нм. При цьому потрібно врахувати, що в полікарбонат, показник заломлення якого становить 1,55, довжина хвилі лазерного випромінювання зменшується приблизно до 500 нм. Такий довжини хвилі досить, щоб сфокусувати пучок світла в цятку розміром 0,5 мкм. В DVD-приводах використовується вже червоний лазер з довжиною хвилі випромінювання 650 нм. Менша довжина хвилі дозволяє щільніше розміщувати інформацію на DVD-диску. У той же час одним лише зменшенням довжини хвилі використовуваного випромінювання не можна домогтися кардинального збільшення щільності розміщення інформації. Тому вже давно розроблені технології, що дозволяють створювати багатошарові диски. В даний час широко поширені двошарові DVD-диски. В принципі, сучасна технологія багатошарових дисків дозволяє отримувати до десяти шарів в одному диску, але не більше.

В технології TeraDisc, заснованої на фізиці двухфотонного поглинання світла, також застосовується ідея багатошарової записи інформації, проте, на відміну від традиційної багатошарової записи, в даному випадку можливе створення до сотні і більше шарів.

Прототип приводу з технологією TeraDisc

З точки зору квантової фізики традиційну операцію читання з оптичних дисків (багатошарових і одношарових) можна трактувати як лінійний оптичний процес однофотонного поглинання світла. Кожен падаючий фотон поглинається в активному шарі молекулами речовини, переводячи їх в збуджений стан. При цьому енергії одного фотона досить, щоб порушити молекулу, тобто перевести її в інший стан. При наявності декількох шарів кожен активний шар взаємодіє з падаючим пучком світла (потоком фотонів) і саме тому не вдається домогтися точного фокусування на окремому шарі. Власне, цим пояснюється те, що в разі фізики однофотонного поглинання світла існує фізичний межа кількості шарів (не більше 10).

Фізика двухфотонного поглинання світла заснована на тому, що енергії одного окремого фотона недостатньо для взаємодії з молекулою активної речовини і переведення її в інший стан. Отже, в звичайному стані активна речовина залишається «прозорим» для падаючих фотонів.

Однак можлива ситуація, коли одночасно або майже одночасно відразу два фотона соударяются з однією молекулою активної речовини, - в такому разі їх сумарної енергії вистачає, щоб перевести молекулу в новий стан, - тоді кажуть про двухфотонная поглинанні світла. Двухфотонная поглинання світла може мати місце тільки при дуже високій щільності падаючих фотонів.

У звичайному стані, тобто коли лазерний пучок світла падає на активну речовину, щільності потоку фотонів недостатньо, щоб приводити до двухфотонная поглинання світла, тому ймовірність цього процесу мізерно мала. У той же час якщо сфокусувати пучок світла в точку, то в місці фокусування щільність потоку фотонів буде високою, достатньої для процесу двухфотонного поглинання світла.

Власне, на цьому ефекті і заснована ідея технології TeraDisc. Для досягнення ефекту двухфотонного поглинання лазерний промінь фокусується в точку і тільки в фокальній площині (і ніде більше) досягається необхідна для ефекту двухфотонного поглинання щільність фотонів. В технології TeraDisc можна працювати з сотнями шарів. Вибір конкретного шару визначається положенням фокальній площині оптичної системи. При цьому, оскільки ефект двухфотонного поглинання світла реалізується тільки в обраному шарі, а всі інші верстви виявляються «прозорими» для лазерного променя (потоку фотонів), кількість шарів може бути будь-яким і обмежується тільки товщиною самого диска і можливостями оптичної системи по фокусуванні лазерного випромінювання.

В технології TeraDisc оптичні диски виготовляються зі спеціального речовини - хромофора, який поміщається в прозору акрилову матрицю.

Молекули спеціально розробленого світлочутливого хромофора здатні перемикатися під впливом світла між двома різними станами. В технології TeraDisc використовується спеціальний хромофор, оптимізований для процесу двухфотонного поглинання світла.

В процесі запису і читання інформації на активний шар хромофора в технології TeraDisc впливає червоний лазер. При запису інформації в фокальній площині створюється висока щільність фотонів і під дією двухфотонного поглинання світла відбувається процес ізомеризації молекул хромофора, в результаті чого змінюються його оптичні властивості.

Схема роботи оптичного приводу з технологією TeraDisc

Процес читання інформації подібний до процесу запису, однак при читанні випромінювання червоного лазера має меншу потужність. При читанні в фокальній площині відбувається процес двухфотонного поглинання, проте за рахунок того, що використовується випромінювання меншої потужності, двухфотонная поглинання призводить не до процесу ізомеризації молекул хромофора, тобто до перемикання їх з одного стану в інший, а до процесу випромінювання світла. Залежно від того, в якому стані знаходяться молекули хромофора (изомеризовать чи ні), під впливом двухфотонного поглинання вони будуть випромінювати світло з різною інтенсивністю. Таким чином, інтенсивність випускається молекулами хромофора світла може бути вищою або нижчою, отже одну з них можна співвідносити з логічним нулем, а іншу - з логічною одиницею.

Для роботи з інформацією в технології TeraDisc використовуються два лазера (див. Малюнок), один з яких (інфрачервоний) відстежує місцезнаходження потрібних даних, а інший виробляє читання і запис.

КомпьютерПресс 1'2008