Предельные параметры по информационной емкости

Идею использования уникальной возможности трехмерной голографии для создания оптической памяти сверхвысокой емкости высказал П.И. Ван Хирден еще в 1963 году. Его идея основана на гипотезе физиолога Р.И. Берля, согласно которой мозг хранит каждый бит информации не в одиночной пространственно-локализованной ячейке, а в виде одиночной пространственной гармоники возбуждения, занимающей весь его объем. Такой способ хранения информации обладает рядом достоинств. Например, повреждение одного или нескольких участков мозга не вызывает в этом случае полного исчезновения какой-либо части записанной в нем информации. Указанное свойство мозга очень сходно с голографическим методом записи информации.

Вход в такую «нелокализованную» память весьма удобен в отличие от памяти на пространственных ячейках, где каждая расположенная внутри объема ячейка должна быть соединена с входным устройством специальным нервным волокном, в данном случае каждый элемент соединен только с ближайшими соседями.

Потенциальная емкость такого рода памяти грандиозна. П.И. Ван Хирден показал, что число независимых гармоник, с помощью которых может быть записана информация, равно объему голограммы деленному на элементарную ячейку с линейными размерами, равными длине волны света, использованного при ее записи . Для видимого света эта величина составляет порядка 10¹⁰ ячеек/см³»

В современных информационных технологиях перспективы увеличения плотности записи информации ориентированы на использование и применение голографических методов. Прогнозы специалистов относительно развития запоминающих устройств различных типов отводят на ближайшие 10-15 лет ведущее место в этой научно-технической области голографическим методам.

Большинство из предлагаемых современных решений голографической памяти пока могут быть использованы только для хранения архивных данных и не позволяют производить изменения записанной однажды информации. Тем не менее, такое ограничение не снижает перспективы использования голограмм для хранения обширных массивов данных, и именно использование принципов голографии будет способствовать значительному прорыву в области информационных технологий. Особенно это актуально в современных условиях, когда поиск нужной информации в большом объеме данных занимает много времени.

Идея создания голографической памяти была выдвинута и частично реализована в виде лабораторных систем и устройств еще в шестидесятых годах прошлого века. Принципиальная схема устройства голографической памяти ЭВМ, опубликованная в журнале BSTJ в 1967г., приведена на рис 8.

Рис 8 Принципиальная схема устройства голографической памяти. (BSTJ – 1967 г.).

При записи информации на РС впечатывается система малых голограмм, на каждой из которых зарегистрирована одна страница памяти, одна клеточка в голограмме на рис. 8. Информация на каждой странице кодируется в виде изображения, характеризующегося определенным распределением интенсивности в некоторой плоскости «О».

Извлечение информации из памяти осуществляется следующим образом. По команде счетного устройства луч когерентного излучения L с помощью отклоняющего устройства D направляется на определенную голограмму, на которой записана страница информации, необходимая для решения данной задачи. Голограмма восстанавливает изображение этой страницы в плоскости «О», затем распределение интенсивности в этом изображении считывается матрицей фотоприемников и подается на вход счетного устройства С. В случае, если необходимо вспомнить другую страницу информации, угол отклонения луча изменяется и соответственно восстанавливается другая голограмма. Условия записи голограмм выбираются таким образом, чтобы восстановленные изображения страниц точно проецировались на одну и ту же матрицу фотоприемников.

Перспективность голографического метода хранения и считывания информации обусловлена следующими специфическими особенностями, данного метода:

• возможность записи и хранения документов в аналоговом формате без предварительного кодирования.

• возможность параллельной записи и считывания больших объемов информации (не отдельных битов, а целых страниц).

• увеличение надежности и сохранности записанной информации за счет распределенной, а не локальной формы записи. Избыточность информации при голографической записи обеспечивает повышенную стойкость к локальным повреждениям носителя.

• снижение требований к электромеханическим системам управления и к их быстродействию за счет того, что ширина спиральных дорожек на голографических дисках в 10-100 раз больше, чем в существующих оптических дисках (запись происходит не отбельными битами, а массивами − страницами).

• увеличение информационной емкости за счет использования постраничной, а не побитовой записи информации и за счет использования наложенной записи, то есть записи на отдельном локальном участке диска нескольких голограмм, каждая из которых может содержать значительный объем информации, например, страницу текста.

При создании голографической памяти одной из самых сложных проблем является создание регистрирующей среды для записи, хранения и перезаписи голограмм, которая может быть легко и технологично сформирована в виде удобного в эксплуатации носителя информации. В создании таких регистрирующих сред имеются общие принципы и закономерности. Одно из развиваемых направлений: диски изготавливаются из светочувствительного полимерного материала и имеют толщину порядка 1,0-1,5мм, которая обеспечивает возможность наложенной записи при регистрации информации голографическим способом.