Het Holographic Data Storage System consortium heeft met succes gewerkt aan de ontwikkeling van de benodigde elektronica optische hardware en lasers. In een ander consortium, het Prism is men met wisselend succes op zoek naar een medium om data holografisch in op te slaan.
Bedrijven als Lucent, Polaroid en IBM werken in beide consortia samen met een aantal universiteiten (onder andere Stanford en Arizona) en met Darpa (Defense Advanced Research Projects Agency, u weet wel de oermoeders van Internet). En hoewel er sinds het midden van de jaren zestig miljoenen dollars zijn uitgegeven aan onderzoek, is de weg naar commerciële toepassing van hologrammen in computers nog gedeeltelijk in duisternis gehuld.
Data in 3D
Dat onderzoekers hardnekkig holografische data opslag nastreven is logisch. In theorie bieden hologrammen een ongekende dichtheid van opslag en onwaarschijnlijk snelle input en output. De ongekende dichtheid kan worden bereikt omdat gegevens in drie dimensies worden opgeslagen en niet, zoals bij magnetische en optische schijven, op een plat vlak. Input en output kunnen – wederom in theorie – veel sneller dan bij schijven omdat gegevens niet bit voor bit worden opgeslagen maar simultaan in dichtbeschreven pagina’s tjokvol bits. Theoretisch zou het mogelijk zijn met deze technologie data weg te schrijven en op te halen met een snelheid van 1 terabit per seconde. Optische en magnetische schijven, die gebonden zijn aan een maximale draaisnelheid, zullen naar verwachting in 2006 nog niet sneller kunnen worden afgelezen dan met 100 megabit per seconde.
Werking
Reeds in 1997 slaagde een groep aan de Stanford Universiteit onder leiding van Lambertus Hesselink er in om 10 gigabit holografisch op te slaan in een lithiumniobaat-kristal zo groot als een dobbelsteen. Hesselink geloofde toen dat het binnen een paar jaar mogelijk zou zijn met holografische technieken razendsnel 10 terabit op te slaan in een kristal van een vierkante centimeter. Maar zover zijn we dus nog niet.
Data opslaan in hologrammen, hoe gaat dat eigenlijk? In de eerste stap worden data door een zogeheten spatial light modulator omgezet in een tweedimensionaal patroon van licht, dat is de pagina vol bits. Vervolgens wordt een laserstraal door dit twee-dimensionale patroon gericht op het opslagmedium. Het opslagmedium is meestal een kristal van lithiumniobaat of van een fotopolymeer. In dat opslag medium interfereert de eerste laserstraal met een tweede referentie laserstraal.
Waar de laserstralen elkaar kruisen, ontstaat een interferentie patroon. Het is dit patroon dat door het medium wordt onthouden als lokale variaties in de optische karakteristieken (refractie index en absorptie) van het kristal. Gigantische hoeveelheden pagina’s of hologrammen kunnen in het medium worden vermenigvuldigd (multiplexing) door het veranderen van de invalshoek of de fase van de referentielaser. De pagina’s in de holodisc kunnen worden afgelezen door deze weer met een referentielaser af te tasten.
Achil
Het belangrijkste obstakel in de ontwikkeling van holografische data-opslag zit hem in het vinden van het juiste opslagmedium. "Het materiaal is altijd de Achilleshiel geweest van holografische data opslag", zegt Glenn Sincerbox, een onderzoeker de Universiteit van Arizona, in het decembernummer 1999 van het wetenschappelijke tijdschrift Science. Er is in de afgelopen jaren grote vooruitgang geboekt bij het ontwikkelen van de benodigde hardware (goedkope lasers, spatial light modulators en charged-couple devices) maar men is nog steeds op zoek naar een opslagmedium dat aan alle optische eisen voldoet.
In het begin maakten alle onderzoekers gebruik van lithiumniobaat als opslagmedium. Dit materiaal heeft echter verschillende nadelen. Het groeien van de kristallen is omslachtig en daardoor duur. Vervelender is dat wanneer een laser een hologram leest in dit materiaal, de hologram tegelijkertijd ook wordt gewist. Er zijn veel oplossingen aangedragen om een interferentiepatroon in dit materiaal te fixeren. Sommige onderzoekers plaatsen het kristal na het beschrijven in een elektrisch veld, anderen verhitten het materiaal om het patroon permanent te maken. Tenslotte is lithiumniobaat niet erg gevoelig waardoor het noodzakelijk wordt een erg sterke laser te gebruiken of te leven met een trage input.
Polymeren
Genoeg redenen dus voor onderzoekers om op zoek te gaan naar een alternatief voor lithiumniobaat. De nieuwste onderzoeken maken gebruik van zogenoemde fotorefractieve polymeren die gevoeliger zijn voor licht en minder gevoelig voor veranderingen in temperatuur en vochtigheid dan lithiumniobaat. Een interferentiepatroon van twee lasers wordt in dit materiaal bewaard doordat de moleculen onder invloed van fotonen ketens vormen of polymeriseren. Deze verandering is echter permanent zodat deze polymeren niet geschikt zijn voor read-write opslag. Een ander probleem is dat de deze materialen krimpen tijdens de polymerisatie waardoor hologrammen moeilijk terug zijn te vinden in het materiaal. Onderzoekers van Lucents Bell Labs zeggen hiervoor een oplossing te hebben gevonden.
Lucent Technologies kondigde eind vorig jaar aan, in samenwerking met Imation Corp, een prototype te zullen ontwikkelen voor een 125 gigabyte write-once-read-often 5,25 inch-schijf die gemaakt wordt van een door Bell Labs ontwikkelde fotopolymeer.
Het kan echter best zijn dat de Amerikanen klop krijgen. De Duitse firma Opostor AG verwacht binnen twee jaar op de markt te zullen komen met een holografische read-only geheugen. De kern ervan zal worden gevormd door een fotopolymere kristal van 50 x 50 x 4 milimeter waarin een terabyte aan data kan worden opgeslagen. Ondertussen is IBM een samenwerkingsverband aangegaan met de Bayer AG, om een door deze Duitse firma ontwikkelde polymeer te gebruiken in holografische data opslag.
Op eigen benen
De Amerikaanse overheid (Darpa dus) heeft aangekondigd zich eind 2000 te zullen terug trekken uit de beide Amerikaanse consortiums. Het wordt dan tijd voor holografische data opslag om commercieel op eigen benen te staan of misschien een stille dood te sterven. "Het is nu tijd om te laten zien hoe deze technologie gebruikt kan worden," zet Hans Coufal, van IBM’s Almaden Research Center. Hoe langer de ontwikkeling van een commercieel product op zich laat wachten. hoe geringer het voordeel van holografische opslag wordt. Met name IBM en Japanse bedrijven boeken namelijk grote vooruitgang met rivaliserende technologieën als Mram ofwel magnetic random acces memory. Met andere woorden, haast is geboden!
