Az optikai tárolás alapjai
Készítették: Musza Alexandra (Anyagtudomány MSc) Varga László (Fizikus MSc)
Célja: információ hatékony rögzítése úgy, hogy optikai leolvasással lehetőleg ∞ élettartammal az adat visszafejthető • Írás/olvasás optikai módszerrel (általában lézerrel) történik. • A fény kis helyre fókuszálható → nagy adatsűrűség • Nem érzékeny mágneses behatásokra sem
20. század 2. fele előtt…
különböző írás rendszerek adják az első optikai alapú adattárolási módszert
tárolási kapacitás:
~0,01 – 0,4 byte/mm²
1960 – katonai célú felhasználás => képek tárolása alternativája (információsűrűség, strapabírás) a mágneses tárolóknak
Kezdeti kutatások : ODC (Office of Defense Cooperation), Thomson, DVA, Philips, Sony
1978 – Laser Disc => kereskedelmi forgalomban kapható => kétoldalú => strapabíró, de csak egyszer írható => Ø30cm, később Ø20cm és Ø12cm
1978 – Laser Disc az adattárolás egysége a pit (bináris jelleg), de analóg: Analog video analog stereo hanggal; képminősége meghaladta a VHS-ét, mágnesszalagokét
1978 – Laser Disc 3 „kódolási” formája terjedt el a forgási sebesség alapján: CAV (constans szögsebesség): „trükkös” lejátszásmódok: képkocka fixálása, slow motion, visszafelé lejátszás. 30min audio/video CLV (constans lineáris sebesség): csak egyszerű lejátszás, de 120perc audio/video CAA (Constant Angular Acceleration): hasonló a CLV - hez, de itt a sebességváltás nem folyamatos, hanem ugrásszerű. Javította a képminőséget
1978 – Laser Disc Tömeggyártása nem terjedt el (inkább VHS, de Japánban oké)
1982 – Compact Disc (CD) eleinte zene, majd később univerzális tárolás digitális Ø120mm, vagy Ø80mm ~ 700Mb adatsűrűség ~80000 byte/mm²
Sok típus:
CD-ROM: gyárilag préselt, nem újraírható lemez. Élettartama kiváló (több száz év) CD-R: egyszer írható lemez. Íráskor egy előre felvitt festékrétegbe égeti bele a lézer az adatot. Élettartam: évtizedek CD-RW: újraírható lemez, íráskor egy változó internziású lézer olvasztja meg, vagy kristályosítja ki a policarbonát aljára felvitt anyagot. Élettartam: évtizedek CD-DA, CD+G, CD Text, CD Plus, SVCD...
Működés (A) egyik oldalára vékony alumínium (B) aranyréteg (C) védőréteg (D) nyomtatás (E) lézersugár
Kezdetekben fő probléma a sok hibás byte (karcolások, ujjlenyomat, por) Redundáns adattárolás:
1bit = pit-land átmenet, 0bit = átmenet hiánya EFM (8 to 14 modulation): 8 bit 14 bitté alakítása egy táblázat alapján. Fő szempontok:
1-es bitek ne kövessék egymást túl szorosan: min 2db 0ás bit közöttük 0-s bitek ne legyenek túl sokat: időzítés elcsúszhat → max 10db 0ás bit
267 db 14bites szám felel meg a kritériumoknak, 2⁸ = 256
43%os redundancia!
1995 – DVD
Neve fantázianév (de rövidítése lehet Digital Video Disc, vagy Digital Versatile Disc) Adatsűrűség megnőtt a kisebb hullámhosszú lézer miatt Hasonlóan a CD - hez van belőle DVD-ROM, DVD±R, DVD±RW
4 fajta rétegszám és oldal tekintetében: DVD5 – egyrétegű, egyoldalas DVD lemez. 4,7GB tárolókapacitás
DVD9 – kétrétegű, egyoldalas DVD lemez 7.92GB tárolókapacitás
DVD10 – egyrétegű, kétoldalas DVD lemez
8,76GB tárolókapacitás
DVD18 – kétrétegű, kétoldalas DVD lemez 15,9GB tárolókapacitás
2006 - BluRay • Blu(e) – lézer kék színe • ray – optikai sugár • SONY • HDTV igénye • magas árú • 25 GB információ • DVD-hez hasonló • gyorsabb adatátviteli sebesség (36 Mbps) • 25 GB 1.5 óra • egyedi titkosító rendszer • JVC – Bluray / DVD Combo – 33.5 GB kapacitás •Fő ellenfele a HD DVD (=High Definition Digital Video Disc) • Toshiba • 2006. március első asztali lejátszó • 2008. februárban leállították • 2011 – GE – 500 GB optikai adattároló lemez prototípus • alapja a hologramos technológia
Összefoglaló táblázat
JÖVŐ ???
Holográfia Készítete: Varga László (Fizikus MSc)
A holográfia a fény hullámtermészetén alapuló képrögzítő eljárás, a tárgy struktúrájáról térhatású hozható létre
Hagyományos képrögzítő eljárások: csak a fény intenzitását rögzítik A holográfia: a tárgy képének intenzitása modulált az interferáló hullámok (tárgy és ref.) fáziskülönbségével
Története
Magyar találmány! Gábor Dénes – 1947
Az eljárás során a rögzítéskori hullámtér visszanyerhető → tárgyról származó teljes információ (holo = teljes, gráfia = rajzolat) előállításához erős, koherens nyaláb kell (lézer)
1963 – Michigani egyetem: E.N. Leith és J. Upatnieks
lézerrel, lencse nélkül 3D-s képeket állítottak elő egy
Két nyaláb:
Főnyaláb nyaláb: tárgyról szóródva a fotolemezre Referencia nyaláb: közvetlenül a fotolemezre
A két nyaláb azonos frekvenciájú (koherens)
Kép rekonstrukciója:
Hologram (szilárd hordozóra (pl. üveglap) felvitt fényérzékeny réteget) megvilágítása a referencianyalábbal
Elméleti betekintő Tárgyról érkező fény (egy-egy tárgypontról a hologram egészére szóródik a fény): i(kr-wt)
Et (x,y) = Et0/r * e
→ It(x,y) = Et* (x,y) * Et(x,y) = Et02 / r2
Z-vel párhuzamos síkhullám (referencia nyaláb): Er = Er0 * ei(kz – wt) |z=0 = Er0 * eiwt
Interferencia:
i(kr-wt)
ikr
e-i(wt - f0)
Et (x,y) + Er = Et0/r * e + Er0 * = * { Et0/r * e + Er0 * eif0 } → I(x,y) = E*(x,y) * E(x,y) = Et02 / r2 + Er02 + 2*Et0Er0/r *cos(kr - f0) Beeső fény intenzitása (Et0 / r + Er0 ) és (Et0 / r - Er0 ) között periódikusan változik Az azonos intenzitású helyek az A síkban 2Rnλ sugarú koncentrikus körök mentén
e-iwt
Példa egy hologramrögzítésre
(Rögzítéskor ideális, ha a két nyaláb intenzitása közel azonos és a berendezés nagymértékben rezgésmentesítve van az expozíciós idők másodperc vagy perc nagyságrendű hossza miatt)
Rekonstrukció
Referencianyalábbal megvilágítjuk a hologramot → diffrakció → magasabb rendű erősítési helyek is 0. rendű nyaláb ált. nagy fényintenzitású → referencianyaláb az optikai tengellyel szöget zár be Különböző irányokból másként látszik, tehát két szemmel nézve sztereo képet ad
Hibái: →
- Rögzítéséhez, rekonstrukcióhoz monokromatikus lézer holografikus kép egyszínű
- a sík hologramlemez miatt a virtuális tárgy nem járható körbe - a lemez mérete korlátozó ablakot jelent
Két fő fajtája: Transzmissziós hologram Reflexiós hologram Transzmissziós hologram: Ez a már bemutatott eljárás
Virtuális kép
Valós kép
Reflexiós hologram
In-line elrendezés: a nyaláb a lemez normálisával ~0 fokos szögben A referencia nyaláb és a tárgynyaláb az lemez átellenes oldaláról
Kiolvasás :
Hologram felhasználása: Biztonsági azonosító jel (pénz): tökéletes másolat csak az eredeti hologram birtokában Dísztárgy Optikai adattárolás: A vastag diffrakciós rácsok ún. Bragg-effektust mutatnak → irányszelekció → eltérő szögű hologrammok → holografikus adattárolás, vagy mozgókép
