Az optikai tárolás alapjai. Készítették: Musza Alexandra (Anyagtudomány MSc) Varga László (Fizikus MSc)

Átírás

1 Az optikai tárolás alapjai Készítették: Musza Alexandra (Anyagtudomány MSc) Varga László (Fizikus MSc)

2 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

3 20. század 2. fele előtt különböző írás rendszerek adják az első optikai alapú adattárolási módszert tárolási kapacitás: ~0,01 0,4 byte/mm²

4 1960 katonai célú felhasználás => képek tárolása alternativája (információsűrűség, strapabírás) a mágneses tárolóknak Kezdeti kutatások : ODC (Office of Defense Cooperation), Thomson, DVA, Philips, Sony

5 1978 Laser Disc => kereskedelmi forgalomban kapható => kétoldalú => strapabíró, de csak egyszer írható => Ø30cm, később Ø20cm és Ø12cm

6 1978 Laser Disc az adattárolás egysége a pit (bináris jelleg), de analóg: Analog video analog stereo hanggal; képminősége meghaladta a VHS-ét, mágnesszalagokét

7 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

8 1978 Laser Disc Tömeggyártása nem terjedt el (inkább VHS, de Japánban oké)

9 1982 Compact Disc (CD) eleinte zene, majd később univerzális tárolás digitális Ø120mm, vagy Ø80mm ~ 700Mb adatsűrűség ~80000 byte/mm²

10 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...

11 Működés (A) egyik oldalára vékony alumínium (B) aranyréteg (C) védőréteg (D) nyomtatás (E) lézersugár

12 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 = %os redundancia!

13 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

14 4 fajta rétegszám és oldal tekintetében: DVD5 egyrétegű, egyoldalas DVD lemez. 4,7GB tárolókapacitás

15 DVD9 kétrétegű, egyoldalas DVD lemez 7.92GB tárolókapacitás

16 DVD10 egyrétegű, kétoldalas DVD lemez 8,76GB tárolókapacitás

17 DVD18 kétrétegű, kétoldalas DVD lemez 15,9GB tárolókapacitás

18 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 március első asztali lejátszó februárban leállították 2011 GE 500 GB optikai adattároló lemez prototípus alapja a hologramos technológia

19 Összefoglaló táblázat

20 JÖVŐ???

21 Holográfia Készítete: Varga László (Fizikus MSc)

22 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

23 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

24 ép rekonstrukciója: Hologram (szilárd hordozóra (pl. üveglap) felvitt fényérzékeny réteget) megvilágítása a referencianyalábbal ét nyaláb: Főnyaláb nyaláb: tárgyról szóródva a fotolemezre Referencia nyaláb: közvetlenül a fotolemezre két nyaláb azonos frekvenciájú (koherens)

25 Elméleti betekintő Tárgyról érkező fény (egy-egy tárgypontról a hologram egészére szóródik a fény): i(kr-wt) E t (x,y) = E t0 /r * e I t (x,y) = E t * (x,y) * E t (x,y) = E t0 2 / r 2 Z-vel párhuzamos síkhullám (referencia nyaláb): E r = E r0 * e i(kz wt) z=0 = E r0 * e - iwt Interferencia: i(kr-wt) ikr E t (x,y) + E r = E t0 /r * e + E r0 * e -i(wt - f0) = e -iwt * { E t0 /r * e + E r0 * e if0 } I(x,y) = E * (x,y) * E(x,y) = E 2 t0 / r 2 + E 2 r0 + 2*E t0 E r0 /r *cos(kr - f0) Beeső fény intenzitása (E t0 / r + E r0 ) és (E t0 / r - E r0 ) között periódikusan változik Az azonos intenzitású helyek az A síkban 2Rnλ sugarú koncentrikus körök mentén

26 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)

27 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

28 Hibái: - Rögzítéséhez, rekonstrukcióhoz monokromatikus lézer holografikus kép egyszínű - a sík hologramlemez miatt a virtuális tárgy nem járható körbe - a lemez mérete korlátozó ablakot jelent

29 Két fő fajtája: Transzmissziós hologram Reflexiós hologram Transzmissziós hologram: Ez a már bemutatott eljárás Virtuális kép Valós kép

30 Reflexiós hologram In-line elrendezés: a nyaláb a lemez normálisával ~0 fokos szögben A referencia nyaláb és a tárgynyaláb az lemez átellenes oldaláról Kiolvasás :

31 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