Sistemas de almacenamiento óptico

Sistemas de
almacenamiento óptico
Almacenar
más información
en menos
espacio
¿Sabía que toda su
videoteca podría estar
contenida en
un solo disco?
En el ICMA se investigan
sistemas de
almacenamiento
holográfico
de información
Algo de Historia...
Los CD’s fueron introducidos en el mercado
de audio por primera vez en 1982 como
alternativa a los discos de vinilo y
los casetes.
Generalmente, en los sistemas de
almacenamiento actuales la información
queda registrada en forma de dígitos binarios
o bits, (unos y ceros), a través de cambios
locales de las propiedades físicas en una
superficie.
En 1984 nació el disco CD-ROM
y desde entonces el compact
discido cambiando de modo significativo
la manera en que escuchamos
música y almacenamos datos.
En 1990 aparece el compact disc
grabable, CD-R.
Así, en los sistemas magnéticos, por
ejemplo el disco duro de nuestro ordenador,
se cambian las propiedades magnéticas
en la superficie del material de registro,
posteriormente la cabeza lectora es capaz de
detectar esos cambios, recuperando de este
modo la información.
DVD (DIGITAL VIDEO DISC)
Tras el CD vinieron el CD-ROM, Photo CD, CD-i, DCC, MiniDisc, pero ninguno
creó tantas expectativas como ha creado el DVD.
La era de la
información que vive nuestra
sociedad es fruto del desarrollo de
las capacidades de generar, transmitir y
almacenar datos eficazmente.
¿Cómo se graba un CD o un DVD?
En 1995 se creó un estándar unificado
para el formato DVD respaldado
por las grandes compañías
electrónicas, cinematográficas,
multimedia, etc., y ahí
comenzó su andadura.
Un elemento clave para el éxito de esta
revolución ha sido el desarrollo de sistemas de
almacenamiento de datos de gran capacidad, con
un acceso rápido a la información y con un reducido
coste. Para satisfacer la creciente demanda de
almacenamiento de información, se requiere un mayor
desarrollo de las tecnologías ahora existentes.
La ventaja que ofrece
es que incluso en su
formato más simple
tiene una capacidad
7 veces mayor
que un CD.
En los sistemas de
almacenamiento óptico, CD’s y DVD’s,
la información se graba a través de cambios en las
propiedades ópticas del soporte utilizado. Los discos
están formados por varias capas, una de las cuales es una
película sensible a la luz. Al concentrar el láser sobre un punto
se producen cambios de absorción en los colorantes, o cambios
de fase, entre cristalina y amorfa, en las aleaciones. Dichos cambios,
que pueden ser detectados posteriormente, dan lugar a la grabación.
Para leer los datos, música, imágenes, ficheros,
otro haz detecta estos cambios en las propiedades ópticas
de la superficie recuperando la información.
Estos sistemas, magnéticos y ópticos, están alcanzando los límites físicos
por los cuales no es posible reducir el tamaño de la unidad de información,
bit, o bien resulta muy complejo su grabación o lectura. Además la grabación
y el acceso a la información en este tipo de sistemas se hace bit a bit lo que
representa una limitación en la velocidad de procesado de la información.
¿Sabes qué es un holograma?
El inventor de la holografía fue Dennis Gabor (1900 – 1981)
nacido en Budapest, Hungría.
En 1947, diez años antes de que se construyera el primer láser de helionéon, Gabor buscaba un método para mejorar la resolución y definición del
microscopio electrónico, por lo que se propuso utilizar un proceso de registro
fotográfico de imágenes al que llamó holografía, del
griego holos que significa completo, ya que el
registro que se obtiene de la imagen es
completo, incluyendo la información
tridimensional.
Esquemas de la
exposición (a) y reconstrucción
de un holograma (b).
El método ideado por Gabor
consistía en dos pasos, en
el primero se registraba
sobre la placa fotográfica
información suficiente en
relación con la amplitud y la
fase con la que llegaban a ella
las ondas procedentes del objeto,
proceso de registro o exposición..
En el segundo paso, proceso de
reconstrucción, la placa revelada,
holograma, se iluminaba, reproduciendo las
mismas ondas que antes salían del objeto. Al observarlas por detrás del
holograma era como si se viera el objeto mismo; incluso, si se hacía con los
dos ojos la visión era en relieve.
No tuvo éxito con su propósito original, mejorar el microscopio electrónico,
pero obtuvo un nuevo método para formar imágenes, había creado el primer
holograma. Por su descubrimiento, Gabor recibió el Premio Nobel en 1971.
La holografía de exhibición
Es una de las aplicaciones más populares de la holografía. Una conocida
joyería de la Quinta Avenida de Nueva York, proyectó mediante un holograma
sobre el escaparate de la tienda, la imagen
tridimensional de una mano sosteniendo
un collar de esmeraldas. La imagen era
tan real que provocó la admiraciónde
muchísimas personas, y el temor de otras,
como la anciana que al tratar de golpear la
imagen y no conseguirlo, huyo despavorida.
Otra aplicación que se ha explorado es
la generación de imágenes médicas
tridimensionales que no pueden ser
observadas de otra manera.
Otro
uso muy
importante de
la holografía es
su aplicación como
instrumento de medida,
asociado a la interferometría,
permite determinar las
deformaciones de
cualquier objeto con
gran exactitud.
Ejemplo de
un holograma
La holografía
como sistema de seguridad
La holografía es un dispositivo ideal
para fabricar sistemas de seguridad.
Si nos fijamos bien, los hologramas prensados
aparecen en casi todas las tarjetas de crédito.
Estos hologramas, por ser prensados,
son de los más difíciles de reproducir,
por lo que la falsificación de la
tarjeta de crédito se hace casi imposible.
Almacenamiento holográfico
de información
En la holografía de volumen, se graba en
todo el volumen del material y no sólo en su
superficie, como ocurre en los actuales CD y
DVD.
Una
forma
diferente de
almacenamiento y
lectura de información,
es la grabación
holográfica y en
particular la de
volumen.
Ello permite almacenar varios hologramas
en la misma zona del material, de manera que
es posible registrar más de un Terabyte (1000
Gigabytes) en un disco del tamaño de un DVD, donde
actualmente se pueden grabar sólo hasta 5 Gigabytes.
Además, la información holográfica no se registra bit a bit, sino que, con un solo
flash de luz, se graba y se recupera una imagen compleja que puede contener
millones de bits, incrementando así los ritmos de registro, acceso y transferencia
de datos a miles de millones de bits por segundo.
Para realizar el registro, el haz de láser
se divide en dos, uno que se lleva sobre
el SLM y un haz de referencia. El SLM
es el modulador espacial de luz, un
display cristal líquido que modifica
el haz de registro introduciendo la
información en el mismo.
Superponiendo el haz transmitido
por el SLM y el haz de referencia
sobre el medio de registro que
es sensible a la luz, se produce el
holograma y queda almacenada la
imagen del objeto.
¿Qué hacemos en el ICMA?
Los materiales empleados en el registro
holográfico han de satisfacer ciertos
requisitos para poder ser empleados en
sistemas de almacenamiento masivo:
alta capacidad de almacenamiento,
buena calidad óptica, alta sensibilidad de
grabación, tiempos de grabación rápidos
y estabilidad de largo alcance.
Existen bastantes candidatos basados
en fotopolímeros para la grabación
permanente de información.
En el ICMA la investigación se centra
en polímeros con propiedades fotoorientables para ser empleados en el
registro holográfico de información. Al ser irradiados con luz polarizada, estos
materiales experimentan reordenaciones a escala molecular, cambiando sus
propiedades ópticas.
Gracias a estos cambios foto-inducidos, estos materiales pueden ser empleados
en el registro de información de luz, y a diferencia de los fotopolímeros
permanentes, estos cambios en las propiedades ópticas son reversibles,
con lo que pueden reutilizarse en varias ocasiones, como ocurre con los CD
regrabables.
Otras líneas de investigación con estos mismos
materiales se basan en un método de
El banco
grabación a dos colores y también el
óptico del demostrador
registro de redes holográficas utilizando
reproduce el sistema de
pulsos de alta energía y duración de
lectura de un registro holográfico
nanosegundos.
que ha sido grabado previamente
en el laboratorio. Se hace incidir un
haz láser sobre el holograma, que
contiene la información de varias redes
de difracción, y al interaccionar con
éste, se recupera la imagen registrada
proyectándose en una pantalla.
Elaborado por:
Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón (ICMA)
Consejo superior de Investigaciones Científicas (CSIC)
Sede Campus Plaza San Francisco
Sede Campus Río Ebro
Facultad de Ciencias
Pedro Cerbuna 12
50009 Zaragoza
Edificio Torres Quevedo
María de Luna 3
50018 Zaragoza
Teléfono 976 76 12 31
Fax: 976 76 24 53
http://www.unizar.es/icma/
Elaborado por:
En colaboración con:
Financiado por:
MINISTERIO
DE EDUCACION
Y CIENCIA
INSTITUTO NACIONAL
DE LAS ARTES
ESCÉNICAS
Y DE LA MÚSICA
Departartamento de Ciencia,
Tecnología y Universidad