| Optical discs |
|---|
 |
ホログラフィックデータストレージは、大容量データストレージの分野における潜在的な技術です。磁気および光データストレージデバイスは、個々のビットが記録媒体の表面上の明確な磁気的または光学的変化として保存されることに依存していますが、ホログラフィックデータストレージは、媒体の体積全体にわたって情報を記録し、異なる角度の光を利用して同じ領域に複数の画像を記録することができます
さらに、磁気および光データストレージは情報をビット単位で線形に記録するのに対し、ホログラフィックストレージは数百万ビットを並列に記録および読み取ることができるため、従来の光ストレージよりも高いデータ転送速度を実現します。[1]
データの記録
ホログラフィックデータストレージは、厚い感光性光学材料内の光干渉パターンを使用して情報を格納します。単一のレーザービームからの光は、暗いピクセルと明るいピクセルの2つ以上の別々の光学パターンに分割されます。参照ビームの角度、波長、または媒体の位置を調整することで、多数のホログラム（理論上は数千）を単一のボリュームに保存できます。
データの読み取り
保存されたデータは、ホログラムの作成に使用されたのと同じ参照ビームの再生によって読み取られます。参照ビームの光は感光性材料に焦点を合わせ、適切な干渉パターンを照射します。光は干渉パターンで回折し、そのパターンを検出器に投影します。検出器は100万ビット以上のデータを並列に読み取ることができるため、高速データ転送速度を実現します。ホログラフィックドライブ上のファイルには0.2秒未満でアクセスできます。[2]
長寿命
ホログラフィック データ ストレージは、企業に情報を保存およびアーカイブする方法を提供します。データ ストレージに対するWORM (write-once, read many ) アプローチは、情報の上書きや変更を防ぎ、コンテンツのセキュリティを確保します。メーカー[誰が? ]は、この技術により、50 年以上にわたって劣化することなくコンテンツを安全に保存でき、現在のデータ ストレージオプション[疑わしい–議論する]をはるかに超えていると考えています。この主張に対する反論は、データ リーダー技術の進化が、ここ 20 ～ 30 年で 10 年ごとに変化しているという点です。この傾向が続くと、1 つの形式で 50 ～ 100 年間データを保存できるということは無意味になります。なぜなら、わずか 10 年後にはデータを新しい形式に移行することになるからです。ただし、主張されているストレージの寿命は、過去に、ストレージ メディアの短期的な信頼性の重要な指標であることが証明されています。CDなどの現在の光学フォーマットは、（信頼できるメディアメーカーが使用されている場合）当初の長寿命の主張をほぼ実現しており、それらが置き換えたフロッピーディスクやDATメディアよりも、より信頼性の高い短期データキャリアであることが証明されています。[2]
用語
感度とは、単位露光量あたりに生じる屈折率 変調の程度を指します。回折効率は、屈折率変調の2乗に実効厚さを掛けたものに比例します。
ダイナミックレンジは、単一のボリュームデータに 多重化できるホログラムの数を決定します
空間光変調器（SLM）は、物体光上に保存するデータを刻印するために使用される、ピクセル化された入力デバイス（液晶パネル）です。
技術的側面
他の媒体と同様に、ホログラフィック媒体は、ライトワンス（記憶媒体が何らかの不可逆的な変化を起こす）とリライタブル（変化が可逆的）に分けられます。リライタブルホログラフィックストレージは、結晶の 光屈折効果によって実現できます。
.svg){kind=link}
.svg/1280px-Hologram_maken_(1).svg.png)
- 2つの光源からの相互にコヒーレントな光は、媒体に干渉パターンを作り出します。これらの2つの光源は、参照光と信号光と呼ばれます。
- 建設的干渉がある場合、光は明るくなり、電子は材料の価電子帯から伝導帯へと昇格できます（光が電子にエネルギーギャップを飛び越えるエネルギーを与えているため）。それらが残す正電荷の空孔は正孔と呼ばれ、リライタブルホログラフィック材料内では移動できません。破壊的干渉がある場合、光は少なく、昇格する電子も少なくなります
- 伝導帯の電子は物質内を自由に移動できます。電子は、どのように移動するかを決定する2つの反対の力を受けます。1つ目の力は、電子と、それらが昇格した正孔との間のクーロン力です。この力は、電子をその場に留まらせるか、元の場所に戻そうとします。2つ目は、電子密度の低い領域に移動しようとする疑似拡散力です。クーロン力が強すぎなければ、電子は暗い領域に移動します。
- 昇格直後から、特定の電子が正孔と再結合して価電子帯に戻る可能性があります。再結合の速度が速いほど、暗い領域に移動する電子の数は少なくなります。この速度はホログラムの強度に影響を与えます
- 一部の電子が暗い領域に移動し、そこで正孔と再結合すると、暗い部分に移動した電子と明るい部分の正孔の間に永続的な空間電荷場が生じます。これにより、電気光学効果による屈折率の変化が生じます
ホログラムから情報を取得または読み出すには、参照光のみが必要です。参照光は、ホログラムが書き込まれたときと全く同じ方法で材料に照射されます。書き込み中に材料に生じた屈折率の変化の結果、参照光は2つの部分に分かれます。そのうちの1つは、情報が保存されている信号光を再現します。CCDカメラのようなものを用いて、この情報をより使いやすい形式に変換することができます。
ホログラムは理論的には、書き込み時の光の波長と同じ大きさの立方ブロックごとに1ビットを保存できます。例えば、ヘリウム-ネオンレーザーからの光は赤色で、波長は632.8nmです。この波長の光を使用すれば、完全なホログラフィックストレージは1立方ミリメートルあたり500メガバイトを保存できます。レーザースペクトルの端では、157nmのフッ素エキシマレーザーは1立方ミリメートルあたり30ギガバイトを保存できます。実際には、少なくとも4つの理由から、データ密度ははるかに低くなります。
- エラー訂正を追加する必要性
- 光学系の不完全性や制限に対応する必要性
- 経済的メリット（高密度化には不釣り合いなほどコストがかかる可能性がある）
- 設計技術の制限 - 磁気ハードドライブが現在直面している問題で、磁区構成により、技術の理論限界を最大限に活用したディスクの製造が妨げられています。
これらの制限にもかかわらず、全光信号処理技術を使用してストレージ容量を最適化することは可能です。[3]
一度に1ビットのデータを記録し読み取る現在のストレージ技術とは異なり、ホログラフィックメモリは1回の光のフラッシュでデータの書き込みと読み取りを並行して行います。[4]
2色記録
2色ホログラフィック記録では、参照光と信号光は特定の波長（緑、赤、または赤外線）に固定され、増感/ゲーティング光は別の短波長（青または紫外線）です。増感/ゲーティング光は、記録プロセスの前と最中に材料を増感するために使用され、情報は参照光と信号光を介して結晶に記録されます。記録プロセス中は、回折光の強度を測定するために、増感/ゲーティング光が結晶に断続的に照射されます。読み出しは参照光のみの照射によって行われます。したがって、より長い波長の読み出し光は、読み出し中に深いトラップ中心からの再結合電子を励起することができません。なぜなら、それらを消去するにはより短い波長の増感光が必要だからです
通常、2色ホログラフィック記録には、遷移金属と希土類元素に属し、特定の波長に敏感なトラップ中心を促進するために、2つの異なるドーパントが必要です。2つのドーパントを使用することで、ニオブ酸リチウム結晶内により多くのトラップ中心が生成されます。つまり、浅いトラップと深いトラップが生成されます。現在のコンセプトは、増感光を使用して、価電子帯から遠い深いトラップから伝導帯へ電子を励起し、伝導帯に近い浅いトラップで再結合させることです。次に、参照光と信号光を使用して、浅いトラップから深いトラップへ電子を励起します。したがって、情報は深いトラップに保存されます。長波長ビームでは電子を深いトラップから励起できなくなるため、読み取りは参照光で行われます。
アニールの効果
二重ドープニオブ酸リチウム（LiNbO 3）結晶には、所望の性能を得るための最適な酸化還元状態が存在します。この最適状態は、浅いトラップと深いトラップのドーピングレベル、および結晶サンプルのアニール条件に依存します。この最適状態は、通常、深いトラップの95～98%が満たされたときに発生します。強く酸化されたサンプルでは、ホログラムを容易に記録できず、回折効率は非常に低くなります。これは、浅いトラップが完全に空であり、深いトラップにも電子がほとんど存在しないためです。一方、高度に還元されたサンプルでは、深いトラップは完全に満たされ、浅いトラップも部分的に満たされています。これにより、浅いトラップに電子が存在するため、非常に優れた感度（高速記録）と高い回折効率が得られます。しかし、読み出し時には、すべての深いトラップがすぐに満たされ、結果として得られたホログラムは浅いトラップに留まり、さらなる読み出しによって完全に消去されます。したがって、広範囲にわたる読み出しの後、回折効率はゼロに低下し、保存されたホログラムを固定できなくなります
開発とマーケティング
ジェラルド・A・アルフォンスによるフォトリフラクティブ媒体におけるホログラフィーとホログラフィックデータストレージに関する先駆的な研究を基に開発されたInPhaseは、ラスベガスで開催された全米放送事業者協会（NAB）2005のマクセル・コーポレーション・オブ・アメリカのブースで、プロトタイプの商用ストレージデバイスの公開デモンストレーションを実施しました
2002年時点で、ホログラフィックメモリの開発に携わっていた主要企業は、米国のInPhase社とポラロイド傘下のAprilis社、そして日本のOptware社であった。 [5] ホログラフィックメモリは1960年代から議論されており、[6]少なくとも2001年以降は近い将来に商用化されると期待されていたものの、[7]批評家は、ホログラフィックメモリが市場として成立する可能性があると確信していない。[8] 2002年時点で計画されていたホログラフィック製品は、ハードドライブと直接競合することを目指したものではなく、アクセス速度などの長所に基づいてニッチな市場を見つけることを目指していた。[5]
InPhase Technologiesは、2006年と2007年に何度か発表とその後の延期を経て、まもなく主力製品を発表すると発表しました。InPhaseは2010年2月に倒産し、コロラド州に未払い税金のために資産を差し押さえられました。同社は1億ドルを調達したと報じられていますが、リード投資家はさらなる資金調達を行うことができませんでした。[9] [10] InPhaseの資産とノウハウはAppleに買収され、Appleはそれを拡張現実（AR）への活用を計画していると考えられています。[11]
CES 2006では、実用的なホログラフィックドライブがテストされ、 Blu-rayの100GBに対して300GBのメモリを保存しました。ホログラムディスクはBlu-rayの後のストレージデバイスになると発表されています
2009年4月、GE Global Researchは、Blu-ray Discプレーヤーと同様の読み取りメカニズムを利用するディスクを可能にする独自のホログラフィックストレージ材料を実演しました。[12]
ビデオゲーム市場
任天堂は2008年にInPhase社とホログラフィックストレージに関する共同研究契約を締結しました。[13]
任天堂は特許においても共同出願人として言及されています。「…特許請求の範囲に記載された発明は、特許請求の範囲に記載された発明が行われた日以前に有効であった、米国法典第35編第103条(c)(3)に定義される共同研究契約に基づき、任天堂株式会社およびInPhase Technologies, Inc.またはその代理人によって、共同研究契約の範囲内で行われた活動の結果として行われたことをここに開示する。」[14]
フィクションにおいて
スターウォーズでは、ジェダイはホロクロンやホログラフィッククリスタルを使って自分たちの歴史に関するデータを保存しています。
『 2010年宇宙の旅』では、「時系列消去は機能しない」ため、HALのホログラフィックメモリを消去するためにサナダムシを使用する必要がありました。
『ロボットとフランク』では、ロボットは半分まで消去できるホログラフィックメモリを持っていますが、解像度は半分になります。
関連項目
- ホログラフィック多用途カード
- ホログラフィック多用途ディスク
- ホログラフィック連想メモリ
- 3D光データストレージ
- 5D光データストレージ
- 新興技術一覧
- ホログラフィー
- ホログラフィックデータストレージシステム
参考文献
- ^ Ashley, J.; Bernal, M.-P; Burr, GW; Coufal, H.; Guenther, H.; Hoffnagle, JA; Jefferson, CM; Marcus, B.; MacFarlane, RM; Shelby, RM; Sincerbox, GT (2000年5月). 「ホログラフィック・データ・ストレージ・テクノロジー」. IBM Journal of Research and Development . 44 (3): 341– 368. doi :10.1147/rd.443.0341. 2000年8月17日時点のオリジナルよりアーカイブ。2015年1月7日閲覧
- ^ ab Robinson, T. (2005). 「宇宙への競争」 . netWorker . 9 (2): 24– 29. doi :10.1145/1065368.1065370. S2CID 41111380.
- ^ NC PégardとJW Fleischer、「分数フーリエ変換を用いたホログラフィックデータストレージの最適化」. Opt. Lett. 36, 2551–2553 (2011) [1]
- ^ 「Maxell USA」. 2007年9月28日. 2007年9月28日時点のオリジナルよりアーカイブ。2018年4月8日閲覧
- ^ ab 「最新情報：Aprilis社がホログラフィックディスクメディアを発表」。2002年10月8日。2010年12月20日にオリジナルからアーカイブ。 2007年11月5日閲覧。
- ^ 「ホログラフィックメモリディスクはDVDを凌駕するかもしれない」。New Scientist。2005年11月24日。2005年12月3日にオリジナルからアーカイブ。
- ^ 「Aprilis社、ホログラフィックデータ技術を披露」。2001年9月18日。2012年2月14日にオリジナルからアーカイブ。2007年11月5日閲覧
- ^ サンダー・オルソン (2002年12月9日). 「ホログラフィック・ストレージはまだ死んでいない」。2013年9月28日にオリジナルからアーカイブ。2013年9月24日閲覧。
- ^ 「InPhase、Tapestryホログラフィック・ストレージ・ソリューションの発売を2009年後半に延期」。Engadget。2008年11月3日
- ^ 「ホログラフィック・ストレージ企業InPhase Technologiesが閉鎖」。Television Broadcast。2010年2月8日
- ^ 「Apple、（拡張）光に注目し、ホログラス技術のスタートアップ企業を買収」。The Register。2018年8月30日閲覧
- ^ GE、500GBのホログラフィックディスクストレージ技術を発表。Wayback Machineに2009年4月30日アーカイブ。CRN。2009年4月27日
- ^ 「ホログラフィーは任天堂のストレージ容量不足を解消できるか？ニュース」。2008年7月30日
- ^ Inphase Technologies, Inc.（米国コロラド州ロングモント）と任天堂株式会社（京都、日本）（2008年2月26日）。「角度多重化のための小型フレクシャベーススキャナー特許」。
{{cite web}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
外部リンク
- 大宇電子、ホログラフィックデジタルデータストレージ向け世界初の高精度サーボモーションコントロールシステムを開発（LabViewで作成した仮想プロトタイプ）
- GEグローバルリサーチは、旧式のストレージメディアで動作するテラバイトディスクとプレーヤーを開発しています。2012年1月31日、Wayback Machineにアーカイブされています。
