Перспективная технология TeraDisc
Израильская компания Mempile разработала технологию TeraDisc, благодаря которой существенно повышается плотность записи на компакт-диске. В настоящее время технология TeraDisc позволяет записывать до терабайта данных. Ожидается, что дисководы TeraDisc поступят в продажу в 2008 году и будут стоить от 3 до 4 тыс. долл. Они смогут читать 500-гигабайтные болванки. Болванка объемом в 700 Гбайт появится уже в 2011 году и будет стоить 30 долл. Еще через несколько лет разработчики обещают уместить на диске до 5 Тбайт данных. Напомним, что максимальный объем HD-DVD- и Blu-ray-дисков не превышает 50 Гбайт, что в сравнении с перспективной технологией TeraDisc выглядит весьма скромно.
В основе технологии TeraDisc лежит физика двухфотонного поглощения света, что позволяет работать с многослойными дисками, насчитывающими до сотни слоев.
Согласно законам физики плотность записи информации на дисках ограничивается размерами пятна фокусировки лазерного излучения, то есть размерами пятнышка, в которое удается сфокусировать пучок света (лазерного излучения). Этот размер, называемый дифракционным пределом, зависит от длины волны используемого лазерного излучения.
Напомним, что обычный CD-диск изготавливается из прозрачного поликарбоната, на который напыляется слой алюминия толщиной 50-100 нм. Сверху металл покрыт лаком (слой примерно в 10-30 мкм). Информация на диске представлена в виде последовательности ямок, или питов (pit), и горок (land), которые располагаются вдоль дорожек. Луч лазера отражается от них по-разному, и в результате мы получаем цепочку нулей и единиц — двоичное представление информации. Ширина дорожки составляет 0,5 мкм, а минимальная длина пита — 0,833 мкм. Расстояние между соседними оборотами дорожки — 1,6 мкм. Для считывания информации используется полупроводниковый инфракрасный лазер с длиной волны 780 нм. При этом нужно учесть, что в поликарбонате, показатель преломления которого составляет 1,55, длина волны лазерного излучения уменьшается примерно до 500 нм. Такой длины волны достаточно, чтобы сфокусировать пучок света в пятнышко размером 0,5 мкм. В DVD-приводах используется уже красный лазер с длиной волны излучения 650 нм. Меньшая длина волны позволяет плотнее размещать информацию на DVD-диске. В то же время одним лишь уменьшением длины волны используемого излучения нельзя добиться кардинального увеличения плотности размещения информации. Поэтому уже давно разработаны технологии, позволяющие создавать многослойные диски. В настоящее время широко распространены двухслойные DVD-диски. В принципе, современная технология многослойных дисков позволяет получать до десяти слоев в одном диске, но не более.
В технологии TeraDisc, основанной на физике двухфотонного поглощения света, также применяется идея многослойной записи информации, однако, в отличие от традиционной многослойной записи, в данном случае возможно создание до сотни и более слоев.
Прототип привода с технологией TeraDisc
С точки зрения квантовой физики традиционную операцию чтения с оптических дисков (многослойных и однослойных) можно трактовать как линейный оптический процесс однофотонного поглощения света. Каждый падающий фотон поглощается в активном слое молекулами вещества, переводя их в возбужденное состояние. При этом энергии одного фотона достаточно, чтобы возбудить молекулу, то есть перевести ее в иное состояние. При наличии нескольких слоев каждый активный слой взаимодействует с падающим пучком света (потоком фотонов) и именно поэтому не удается добиться точной фокусировки на отдельном слое. Собственно, этим объясняется то, что в случае физики однофотонного поглощения света существует физический предел количества слоев (не более 10).
Физика двухфотонного поглощения света основана на том, что энергии одного отдельного фотона недостаточно для взаимодействия с молекулой активного вещества и перевода ее в иное состояние. Следовательно, в обычном состоянии активное вещество остается «прозрачным» для падающих фотонов.
Однако возможна ситуация, когда одновременно или почти одновременно сразу два фотона соударяются с одной молекулой активного вещества, — в таком случае их суммарной энергии хватает, чтобы перевести молекулу в новое состояние, — тогда говорят о двухфотонном поглощении света. Двухфотонное поглощение света может иметь место только при очень высокой плотности падающих фотонов.
В обычном состоянии, то есть когда лазерный пучок света падает на активное вещество, плотности потока фотонов недостаточно, чтобы приводить к двухфотонному поглощению света, поэтому вероятность этого процесса ничтожно мала. В то же время если сфокусировать пучок света в точку, то в месте фокусировки плотность потока фотонов будет высокой, достаточной для процесса двухфотонного поглощения света.
Собственно, на этом эффекте и основана идея технологии TeraDisc. Для достижения эффекта двухфотонного поглощения лазерный луч фокусируется в точку и только в фокальной плоскости (и нигде более) достигается необходимая для эффекта двухфотонного поглощения плотность фотонов. В технологии TeraDisc можно работать с сотнями слоев. Выбор конкретного слоя определяется положением фокальной плоскости оптической системы. При этом, поскольку эффект двухфотонного поглощения света реализуется только в выбранном слое, а все остальные слои оказываются «прозрачными» для лазерного луча (потока фотонов), количество слоев может быть любым и ограничивается только толщиной самого диска и возможностями оптической системы по фокусировке лазерного излучения.
В технологии TeraDisc оптические диски изготавливаются из специального вещества — хромофора, который помещается в прозрачную акриловую матрицу.
Молекулы специально разработанного светочувствительного хромофора способны переключаться под воздействием света между двумя различными состояниями. В технологии TeraDisc используется специальный хромофор, оптимизированный для процесса двухфотонного поглощения света.
В процессе записи и чтения информации на активный слой хромофора в технологии TeraDisc воздействует красный лазер. При записи информации в фокальной плоскости создается высокая плотность фотонов и под действием двухфотонного поглощения света происходит процесс изомеризации молекул хромофора, в результате чего изменяются его оптические свойства.
Схема работы оптического привода с технологией TeraDisc
Процесс чтения информации подобен процессу записи, однако при чтении излучение красного лазера имеет меньшую мощность. При чтении в фокальной плоскости происходит процесс двухфотонного поглощения, однако за счет того, что используется излучение меньшей мощности, двухфотонное поглощение приводит не к процессу изомеризации молекул хромофора, то есть к переключению их из одного состояния в другое, а к процессу излучения света. В зависимости от того, в каком состоянии находятся молекулы хромофора (изомеризованном или нет), под воздействием двухфотонного поглощения они будут излучать свет с различной интенсивностью. Таким образом, интенсивность испускаемого молекулами хромофора света может быть высокой или низкой, следовательно одну из них можно соотносить с логическим нулем, а другую — с логической единицей.
Для работы с информацией в технологии TeraDisc используются два лазера (см. рисунок), один из которых (инфракрасный) отслеживает местонахождение нужных данных, а другой производит чтение и запись.
 |
|
