Слаботочка Книги

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 [111] 112 113 114 115 116 117 118 119

высокую дифракционную эффективность, однако низкая чувствительность, сложность считывания, разрушение при этом записанного изображения не позволили им занять заметное положение при создании оптических накопителей.

Описаны и многие другие структуры термо-, электро- и фотооптических реверсивных запоминающих сред. Обилие вариантов подтверждает, что несмотря на почти 20-летний период развития реверсивный носитель, удовлетворяющий совокупности требований, пока не создан. Кроме отмечавшихся недостатков общим для всех является недостаточная реверсивность: малое допустимое число циклов перезаписи, изменение при этом свойств среды (ухудшение отношения сигнал-шум), частичное разрушение записанной картины при считывании. Многие среды работают лишь при постоянном питании, другие неэкономичны или дороги либо непригодны для покрытия больших площадей. В связи с этим нередко высказывается мнение, что решение проблемы реверсивного оптического накопителя может быть достигнуто не техническим совершенствование.,, описанных вариантов, а путем выдвижения новых идей.

Заключение. Основной итог 20-летнего развития рассматриваемого направления - промышленное освоение оптической памяти. Пока это осуществлено только для оптических дисковых накопителей, представляющих одну из разновидностей поразрядных ЗУ, но на их примере практически подтверждены предсказания об огромных потенциальных возможностях оптической памяти.

На одной стороне оптического диска может быть записано 1... 2 Гбайт двоичной информации или 20 тыс. страниц текста, чертежей, таблиц, графиков, или 25 тыс. кадров цветного телевидения (около 15 мин показа). Огромная емкость ОДН и относительно невысокая скорость обмена информацией предопределили их назначение в качестве устройств архивной памяти, в иерархии которой ОДН заняли промежуточное место между магнитными дисковыми накопителями (в 10... 100 раз уступающими ОДН по объему памяти) и магнитными ленточными накопителями, медленными и громоздкими.

Следует еще раз подчеркнуть, что оптические накопители одинаково свободно оперируют и с двоичной, и с аналоговой информацией. Таким образом, уже имеющиеся банки данных дополняются банками изображений. Оптические дисковые накопители на компакт-дисках встраиваются в бытовые персональные компьютеры, открывая реальные возможности для развития электронных изданий.

Хранение в ОЛН характеризуется высокой надежностью и долговечностью (не менее 10... 30 лет), тогда как информацию на магнитных носителях приходится перезаписывать каждые 0,5... 2 года. Важно при этом, что считывание осуществляется бесконтактным методом.

И, наконец, решающее преимущество оптических накопителей перед магнитными заключается в потенциально более низкой стоимости бита хранимой информации. Это обусловлено прежде всего

высокой емкостью ОДН, а также тем, что системы на основе инжекционных лазеров и полупроводниковых фотоприемников становятся все более отработанными и дешевыми.

Все эти качества - большая емкость, надежность хранения и считывания, малое время выборки, возможность оперирования с документами любого вида, низкие эксплуатационные расходы - позволяют использовать ОДН как архивные ЗУ. Развитие оптической памяти выдвигает перед наукой и техникой новые задачи. Во-первых, это совершенствование ОДН: дальнейшее повышение емкости и ускорение обмена информацией, создание промышленной технологии реверсивных оптических дисков и инжекционных лазеров коротковолнового диапазона (с Х<0,8...0,7 мкм), создание простейших светодиодных ОДН. Для развития ЗУ параллельного типа решающим может стать создание качественных голо-графических систем записи--считывания на основе использования одночастотных полупроводниковых лазеров с внутренней избира-тельность.ю мод.

Принципиально важным является поиск оптических сред, позволяющих повысить плотность записи информации. К их числу относятся среды, использующие явление «выжигания провалов» в пике поглощения, которое заключается в следующем. При воздействии лазерного излучения на некоторые органические вещества фотохик1г:есг;ая реакция происходит лишь в той части «замороженных» молекул, пространственное положение которых позволяет им поглощать энергию на данной длине волны. При достаточно большой интенсивности излучения все молекулы данного вида претерпевают превращение - выжигается провал в пике поглощения. Если после этого воздействовать на вещество излучением той же длины волны, то энергия не поглощается, т. е. вещество прозрачно. Аналогичные процессы могут иметь место при других длине волны излучения и группе молекул и т. д. Таким образом, имея перестраиваемый по длине волны излучения лазер, можно осуществлять запись информации: лог. 1 представляется в виде провала пика поглощения, лог. О - как отсутствие такого провала (рис. 10.12). Установлено, что ширина провалов (в единицах волнового числа k) составляет 10"... 10" см~, тогда как полная полоса поглощения - около 100 см~*. Это значит, что на месте одного светового пятна путем изменения частоты лазера («сканирование по спектральной координате») может быть записано до 10 бит информации. Общая плотность записи вследствие этого может быть повышена до 10* бит/см (при этой оценке учитывается, что спектры поглощения молекул лежат в ИК-области). Проблема носителя на эффекте «выжигание провалов» (нахождение подходящего материала, создание перестраиваемых лазеров, преодоление сложностей, связанных с криогеникой) очень сложна, но ее решение позволит совершить качественный скачок в области архивных ЗУ. Увеличение емкости ЗУ параллельного типа может идти по пути создания носителей, реализующих объемную (или многослойную) запись голограмм.

зе а

1010011 01000

Рис. 10.12. Спектр поглощения носителя, использующего явление «выжигания провалов»: точками на оси k отмечены места возможного частотно-избирательного воздействия; на верхней горизонтальной оси представлена записанная информация

Следует указать еще на один аспект развития оптической памяти - создание ЗУ с резко повышенной скоростью обмена информацией. Здесь прежде всего могут оказаться полезными бистабильные элементы в интегрально- и волоконно-оптическом исполнениях. Если обычную ВОЛС замкнуть по схеме, представленной на рис. 10.13, то введенная в передатчик последовательность импульсов может циркулировать в системе долгое время без существенных искажений. Объем памяти определяется длиной волокна и быстродействием комплектующих элементов: при типичной длительности импульсов 50 не «плотность записи» составляет 10 бит/км, а при ориентации на рекордные по быстродействию элементы - более 10* бит/км. Время обращения (считывания) составляет около 5 mkq/km, так что пр.и длине волокна L = 50... 100 км можно получить Л/полн=10 бит и сч0,5 мкс. Оценки показывают, что время хранения (бессбойной циркуляции) может достигать нескольких минут. При таких параметрах ВОЛС -ЗУ неспособны конкурировать с полупроводниковой оперативной памятью, но могут оказаться полезными в качестве кадровой и буферной памяти.

Значительные перспективы перед оптической памятью открывает явление фотонного {светового) эха (рис. 10.14). В некоторых нелинейно-оптических резонансных средах (например, в кристаллах ЕаРз) при последовательном воздействии двух когерентных потоков с разными направлениями волновых векторов Ki и Кг может возникнуть когерентное (сфазированное) возмущение электронных состояний (осцилляция, прецессия электронов и др.). Это состояние сохраняется после прекращения возбуждения относительно долго. Если в этот период на систему подействует луч Кз,

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 [111] 112 113 114 115 116 117 118 119