681.3.07:778.38
AZ INFORMÁCIÓTÁROLÁS HOLOGRAFIKUS MÓDSZERE
Dékán/ Sándor
Felhívjuk olvasóink figyelmét a r r a , hogy - eddigi gyakorlatunktól eltérően -olyan c i k k közlésére vállalkoztunk,amely a tájékoztatás- ügynek - egyelőre - csak a j övijéhez t a r t o z i k és t e l j e s megértése némi természettudományi alapismeretet i s megkövetel. Ennek ellenére ugy véljük,bog; ha lépést akarunk t a r t a n i s a ját szakterületünk fejlődésével, szaktudásunk fejlesztése, szakmai tájékozottságunk érdeké
ben nem zárkózhatunk e l a holografikus adat
tárolás uj és időszerű1 kérdéseinek megismeré
se elől.
Áttekintés A tudományok és ezen belül különösen a mű
szaki tudományok a legutóbbi évtizede-eben bekö
vetkezett fejlődése és vele az információk töme
ges megjelenése u j helyzet elé állította az i n formációk tárolására h i v a t o t t szerveket. A hagyományos módszerek már messze nem alkalmasak a r r a , hogy a tömegesen beérkező információkat:
könyveket, közleményebet, r a j z o k a t , térképeket s t b . k i s helyen, köny- nyen hozzáférhetően és bármikor gyorsan lehivhatóan tárolni tudják.
Ennek a ténynek a felismerése késztetett múr eddig i s több államot a miItrofilmes tárolás kötelező elrendelésére. De a mikrofilmes megol
dás különféle módszerei sem kielégitők, hátrányai közismertek. Éppen ezért f o r d u l t a világ f i z i k u s a i n a k , kutatóinak és más szakembereinek érdeklődése a holográfia felé. Ez ugyanis minden eddigi hagyományos módszertől lényegében eltérő módon igért és hozott u j lehetőségeket a mérnöki, i p a r i és sok más alkalmazáson kivül az információtárolás tekintetében i s . Képzeljünk e l egy 30x30 cm-ee fényképlemezt, ami 60 000 sürün nyomtatott o l d a l t tartalmaz. Vagy gondoljuk meg, hogy egy néhány köbméter térfogatú tárolóhely 6 millió kötetes könyvtár anyagát tartalmazza, bármikor hozzáférhetően. Bár nem a l a k u l t még l d egységes módszer az információk i l y módon való tárolására 33 az még 3ehol sincs véglegesen bevezetve, a laboratóriumi kutatások már túl
j u t o t t a k az alapproblémákon ős több irányban értékes g y a k o r l a t i ered
ményeket értek e l . Minden kockázat nélkül megjósolható, hogy a holo- 19
DÉKÁNT s.s Az információtárolás holografikus módszere grafikus információtárolás egy-két kijegecesedó' módszere előbb-utóbb átveszi a tudományos és egyéb információk tárolásának szerepét i s a hagyományos vagy részben korszerűsített módszerrel szemben.
Fentiek indokolják, hogy megismerje az olvaed e legkorszerűbb információtárolás e l v i a l a p j a i t I s működési elvét.
Az első hologramot &ÁBOB DéneB, magyar származású angol profeaz- szor állította elő 1948-ban /2/. ö nevezte e l hologramnak a holoa • minden és graphos - f e l j e g y e z n i görög szavak összetételéből. Jelentő
ségét csak a laser feltalálásával Ismerte f e l IEITH és ÜPAIHIEKS /4/
1962-ben. A holográfia, mint a r r a GiüOR rámutatott,, az o p t i k a és ezen belül a fényinterferencia törvényeivel magyarázható.
Fényinterferencia A fény természetére vonatkozólag ma i s változatlanul érvényben van a dualitás elve, amely s z e r i n t egyes fényjelensége
ket a fény korpuszkuláris jellegével, má
sokat pedig - közöttük a fényinterferenciát, a fény hullámtermésze
tével magyarázzuk.
Két fénysugár találkozásakor akkor beszélünk interferenciáról, ha a találkozás eredményeként, p l . egy ernyőn esetleg gyengébb a meg
világítás, mint a találkozó /interferáló/ sugarak által külön-külön, ugyanott létesített megvilágítás.
A fény terjedését - egyszerű szinuszos hullámokat feltételezve - az 1. ábra szemlélteti. A hullám ezen balról jobbra t e r j e d az u t és egyben a t idő tengely mentőn, miközben a tengelyre merőleges y irányú kilengéseket végez. Egy t e l j e s A hosszúságú hullám egy-egy pozitív, i l l e t v e negatív félhullámból áll. Ha a t 0 időpontban az előbbivel azonos tulajdonságú másik hullám i s e l i n d u l az x = 0 pont
ból, vagy azon áthalad, akkor az eredőhullém legnagyobb Kilengése /amplitúdója/ kétszerese lesz az összetevő hullámok amplitúdójának.
Ekkor a hullámok ösz- szeadődnak. Ha a máso
dik hullám az i = 0 pontban már egy fólhul- lámhossznyi távolságot megtett, akkor a két hullám k i o l t j a egymást, mert ellenkező kilengé- s i állapotban "fázis
ban" vannak. Ha pedig a két összetevő hullám Y egymáshoz képesti e l t o lódása 0 Ős A/2 közöt
t i értékű, akkor az e¬
gyes x ponthoz tartozó u j értékek előjel sze
r i n t összegeződnek.
Egy \/i eltolódáBnyi összetevődést mutat a Q 2. ábra.
Y
*-
0 • -"v
< * >
L Á B B A szinuszos hullám terjedfise y - amplitúdó
'max r
TMT 20.évi. l.szám 1973.január
2.ÁBRA két hullom interferencia [a X/4 fáziseltolódás «Mlén
2.ábra
Két hullámnak a leír
tak s z e r i n t i összetevődé- aét interferenciának neve
z i k . Amíg azonban a hang
hullámok vagy a folyadék- felszín hullámok i n t e r f e renciája könnyen megfigyel
hető, addig a fényhullámok interferenciája csak szigo
rú megkötöttségek teljesü
lése esetén válik látható
vá, i l l e t v e megfigyelhető
vé. A megkötöttségek - ko
herenciafeltételek - egyike
B z e r i n t az interferáló két hullámnak állandó fáziekü- lönbsőgünek k e l l l e n n i . Kb.
1960-ig azt tanította a f i zika, hogy a z , valamint a többi koherenciafeltétel i s ugy biztosítható, hogy u - gyanabbdl a fényforrásból származó fénysugarakat interferáltatunk egymással o l y módon, hogy kö
zöttük féziBkUlönbBÓg legyen. Ez azt j e l e n t i , hogy az interferáló hullámok hullámhosszúsága és rezgésszáma i s azonos, mert a bullámter
jedés törvénye s z e r i n t :
c => V A
ahol J - a fény terjedési sebessége konstans érték, V « a rezgésszám és Xs hullámhosBZ.
Nem a fény egyes részecskéi haladnak C sebességgel, hanem a rez
gőmozgási állapot. Vagy a fényt mint elektromágneses rezgést f e l f o g va, az elektromos térerősség t e r j e d .
Az egy időpillanatban egyenlő fázisban lévő pontok egy felületet, un. hullámfelületet alkotnak. Ka a fénysugarak egy pontszerű fényfor
rás bóT~indTrTnaTrT37' akkor ezek a felületek koncentrikus gömbfelületek.
A pontból kiinduló hullámok gömbhullámok. Ha pedig a pontszerű fény
forrás a végtelenben van, akkor a hullámfelületek párhuzamos síkok lesznek és síkhullámokról van szó.
A hologram keletkezésének megértéséhez t u d n i k e l l , hogy a fény különböző felületeken tükröződve a visszavert fény fázisugrásokat, fáziseltolódásokat szenvedhet a beeső hullámhoz képest. így p l . sű
rűbb közeg felületén történő tükröződéskor "A/2 fázisugrás lép f e l . Vékony rétegbe ütközéskor a fénynyaláb két részre bomlik; az egyik a
külső felületen tükröződik, mlg a másik rész a réteg hátsó felületé
ről verődik vissza, majd a belépő oldalon kilépve az előbbi résszel interferál, erŐ3iti vagy gyengíti, sőt k i o l t h a t j a a z t .
Ez a néhány példa i s érzékelteti, hogy a fény különböző tárgyfe
lületekről visszaverődve milyen intenzitásbeli és bázisbeli változá
sokon mehet keresztül. A frekvencia azonban változatlan marad. Ezeket a jelenségeket hasznosítja a holográfia.
2 1
DEKANY S.I Az információtárolás holografikus módszere A valóságban egyetlen fénysugarat nem lehet előállítani, csak sugárnyalábot. Ha pedig fénynyalábokkal kivanunk Interferenciát elő
állítani, akkor szükséges, hogy a főnynyalábok koherensek legyenek.
Mint már emiitettem, a f i z i k a egészen az 1960-as évekig azt t a nította, hogy i l y e n koherens nyalábok csak akkor keletkezhetnek, ha azok sugarai ugyanannak a fényforrásnak ugyanazon pontjából, ugyanab
ban a p i l l a n a t b a n indulnak k i . Az i l y e n fényforrások tehát pontszerű
ek és Így k i c s i a fényerejük. Ez a magyarázata annak, hogy a mar igás
ban feltalált hologram g y a k o r l a t i alkalmazására, csak 12-13 év múlva a laser feltalálása után kerülhetett sor.
A laser mint fényforrás A laserek elméletével, a laaér
hát ás problémájával i t t nem lehet f o g l a l k o z n i . A lényeg az, hogy a l a serek u j , nagy teljesítményű, nagy intenzitású koherens fényforrások, amelyek a fényt síkhullámok formá
jában sugarazzák k i . Legtöbbjük a láthatatlan infravörös hullámtarto
mányban sugároz, de holográfiás fényforrásként elsősorban a látható fényt kibocsátó laserek jönnek t e k i n t e t b e , mivel kezelésük, beállítá
suk eokkal egyszerűbb. A feltalálás óta számos t i p u e t állítottak elő.
Ezeket a g e r j e s z t e t t állapotban fényt kibocsátó un. a k t i v médiumuk s z e r i n t osztályozzák. így lehet beszélni r u b i n , üveg, festék laserről, kémiai és gazlaserekről s t b . Osztályozhatók továbbá a s z e r i n t , hogy a fényűket folyamatosan vagy szakaszosan, impulzuslaserként sugározzák.
Holográfiwioz, ha rövid i d e i g tartó nagy intenzitású fényre van szük
ség, akkor r u b i n l a s e r t használunk. Ez impulzuslasérként a \ = 694,3 nm-es hullámhosszon, látható fényt sugároz. Leggyakrabban azonban a He-He gázlasert használják, ami folyamatosan sugároz a A-= 632,8 nm- es, ugyancsak látható hullámhosszon, összehasonlításul meg k e l l j e gyezni, hogy mig az előbbinek a nyalábátoérője 1 2 ... 20 mm és az ed
d i g elért legnagyobb teljesítménye 20 fetl körüli, addig a He-Ne laser nyalábátmóröje 1,5 ... 2 mm és a vele eddig elért maximális teljesít
mény 4 0 mW.
A hologram előállítás elve
hullámok a 3 fényérzékeny lemez s ban metszik egymást, a kapott i n t e r f e renciakép /3/b ábra/ a hologram. Ennek rékonstrukciója ugy történik, hogy az l-es nyalábot elvesszük és a 4-es hologramot a 2 nyalábbal átvilágítjuk / 3 / 0 ábra/. Ekkor a túlol
dalon az l-es hullám e r e d e t i irányában visszatekintő néző nem a csík
rendszert, hanem a fénynyalábot látja szembevilágitani.
Egy pont hologramjának előállítása egy síkhullámmal és egy gömb- A legegyszerűbb hologram két sík
hullám iníerferenciája révén állítható elő a 3/a ábra s z e r i n t . Az 1 és 2 s i k -
TkT 20,évf. l.szám 1975.Január hullámmal, A F pont egy mono
kromatikus fényforrás, amiből gömbhullámok indulnak k i a 4, ábra B z e r i n t . Ugyanakkor a P ponton át egy síkhullám i s ha
lad a H fényképezölemez felé.
A kétféle hullám a lemezen i n - terferál.A kapott i n t e r f e r e n ciakép az 5. ábra s z e r i n t i koncentrikus gyűrűket mutatja, ami a fizikában Fresnel-fóle zónalemez néven régóta ismert A rekonstrukció t e k i n t e tében "elvben" i t t i s az tör
ténik,mint a2 előbbi esetben:
ha a két interferáló nyaláb e-
egyikével világit juk ét a hologramot, akkor a láb lesz látható. Konkréten, ha a zónalemezt
3.ÁBRA Hologram eldőli Itta két sikhullóm
interferenciájával
a/ 1 ét 2 - likhulldmok, 3 - holograml emez b/ a hologram
c/ rekonstrukció
4.ÁBRA egy pont hologramjának előállítása egy gömbhullám ét egy likhullám segítségével
P - fény forráspont, H - hologramlemez
túloldalon a másik nya- a v i s z i n t e s irányú s i k - hullámnyalábbal világítjuk át, akkor a túloldalon a szét
tartó gömhullámok jelennek meg. A zónalemez ugy v i s e l k e d i k , mint egy homorú lencse.
A túloldalon elhelyezkedő nem az interferenciagyürílket lát
j a , hanem a széttartó gömbhul
lámok centrumát a belépő olda
lon, mint a P pont virtuális kópét, a 6. ábra s z e r i n t .
5.ÁBRA Freinel-féle zónalemez a/a 4.ábra szerint készült hologram:
b/ a gyOruk elhelyezkedésének és szé
lességének magyarázata
2J
DEÜÁNY S.: Az információtárolás holografikus módszere
6.ÁBRA P pont rekonstrukciója • zónai eme zró'l egy lilchul lommal
<Z7
Hologramkészités tetszés s z e r i n t i tárgyról. Az előbbi e l v a l k a l maz hator^onkrTrrtár^y—h^lo^ra^ i s . Erre a legegy
szerűbb eset e l v i vázlatát a 7/a ábra mutatja.
A fenyőfának vázolt tár
gyat ugyanolyan sikhulIámmal világítjuk meg, mint amilyen a f a a l a t t be van r a j z o l v a . Ekkor az utóbbi s i k hullámok, az un. referenciahullámok,va
lamint a tárgyról visszatük
röződő un,tárgyhullámok a ho
logramlemezen találkoznak és o t t interféráinak, A rekon
strukció a 7/b ábra s z e r i n t történik.A síkhullámmal átvi- lágitott hologramon a túlol
dalon elhelyezkedő személy nem
interferenciagyürüket lát, hanem a tárgy virtuális kópét, o t t , ahol az a felvételkor éppen v o l t .
A hologram felvétele és rekonstrukciója a gyakorlatban. Az előb
binél kissé bonyolultaboan történik. Egy példa a 8/a i l l e t v e 8/b áb
rán látható. A laserből vízszintesen kilépő sugárnyaláb egy 45°-ban 7. ÁBRA hologramfelvétel éj rekonjrrukció
egy tárgyról Kulcke vázlata szerint
mégpedig
IMI 20.évi. Lazám 1973.január
e l h e l y e z e t t Tf részben áteresztő tükörbe ütközik és o t t két részre bomlik. A nagyobD százaléka egyenesen halad tovább az L l mikroszkóp-
Laier
Laser
8/b
8 .ÁBRA példa a gyakorlati megoldásra:
a/felvételi elrendezés, b/a rekonstruk
ció vázlata
8/b ébra
25
DKKÁtrr 5.: Az információtárolás holografikus módszere objektívig, ami azt összegyűjti a gyújtósikjában, ahol az Rí térszü
rő van elhelyezve. Ezen áthaladva a fénynyaláb kúposán kiszélesedik, hogy egyenletesen megvilágítsa a tárgyat, ami a lasernyaláb átmérő
jénél Így sokszorosan nagyobb l e h e t . Ezek a tárgyat megvilágító,majd arról visszaverődő sugarak a tárgyhullámok.
A Tf tükrön derékszögben felfelé megtörő nyaláb először a Tf f e l e t t , vele párhuzamosan elhelyezett t e l j e s e n visszaverő siktükörbe ütközik és arról visszaverődve ismét vízszintes irányú l e s z . Ezt a nyalábot az előbbihez hasonlóan az 1 2 mikroszkópobjektiv a gyújtósík
jában gyűjti össze, ahol az R2 térszürő látható. A kúposán széttartó sugarak ezután a Tg t e l j e s e n viaszaverő tükörre kerülnek, majd arról visszaverődve a H fényérzékeny lemezt világítják meg. Ezek a hullámok alkotják a referenoiahullámot.
A tárgyat a fent l e i r t a k s z e r i n t megvilágító tárgyhullámok a tárgy alakjának, sajátosságának megfelelően többé-kevésbé minden i ¬ rányban visszaverődnek a megvilágított felületről. így tehát mind a tárgyhullámok, mind a referenciahullámok egyidejűleg rákerülnek a ho
logramlemezre és azon interféráinak. Mivel a tárgyfelület különböző részeiről visszaverődő sugarak más és más utkülönbséggel érkeznek a hologram lemezre, ezért a r a j t a Kialakuld i n t e r f e r e n c i a - c s i k o k nem lesznek olyan szabályosak, mint a 3. i l l e t v e 4. ábrán láthatók, ha
nem a legkülönfélébb, ujjlenyomathoz hasonló akom-bákom csíkrendszert alkotnak. Ez a csíkrendszer, i l l e t v e a fényérzékeny lemezre rögzitett képe, a hologram. A felvételhez azért van szükség az objektívekre, hogy összegyűjtsék a nyalábot a térszürő alkalmazásához, másrészt, hogy kiterjesszék a nyalábot nagyobb méretű tárgy, i l l e t v e hologram- lemez alkalmazásához. A térszürő egy k i s átmérőjű köralaku nyilás, melynek f e l a d a t a a zavaró fények "zajok" kiszűrése. Mindebből látha
tó, hogy a hologramkészitéanek "lencse nélküli fényképezés" elnevezé
se /?/ nem egészen helytálló. A fénymegosztást a ÉJ tükörrel ugy k e l l szabályozni, hogy a tárgysugarak és referenciasugarak intenzitása a fényérzékeny lemezen kb. egyforma legyen.
A rekonstrukció vázlata a 8/b ábrán látható. Lényegében ugyanaz az elrendezés, mint felvételkor, de a tárgyhullám elmarad. A hologram mögött az ábra s z e r i n t elhelyezkedő néző nem az interferenciaképet látja, hanem a tárgy virtuális, háromdimenziós képét a térben o t t , ahol a felvételkor v o l t . Az i l y e n virtuális kép nézésének megvan az a nagy előnye i s , hogy ha a néző a fejét jobbra-balra mozgatja, ak
kor a tárgynak éppúgy látja a b a l - i l l e t v e jobboldalát, mintha a va
lóságban lenne o t t . Több, egymás m e l l e t t i helyről pedig sztereokóp- párok készíthetők.
Fotóanyagok a hologramkészitéshez A holográfia feltalá
lásáig általános felfogás v o l t , hogy a jóminősógü o b j e k t i v feloldóképessége lényegesen meghaladja az emulzióét. Egy másolóobjektiv feloldására MOTTIEH 500 vonal/mm-t adott meg, ami ötszöröse a szokásosan használt
IMT 20.évf. l.szám 1973.január
emulzióénak. A hologram azonban nem fénykép, hanem interferenciakép, aminek vonalfrekvenciája a fény hullámhosszának nagyságrendje körüli érték. Adott esetben az i n t e r f e r e n c i a c s i k o k egymásközti távolsága a tárgyhulláia és referenciabullám beesési szögéből számitható / l / . En
nek kihasználása érdekében egyszerre nagy felbontású emulzióra l e t t ezüicség. Az Agfa gyár Így 3000 vonal/mm-nél nagyobb felbontású emul
ziót i s piacra hozott. De már az OEWO cég i s Spezial Platté LP2 elne
vezéssel 2500 vonal/mm-es lemezeket gyártott 1971-ben.
hullámok a tárgy megvilágított ré
szének minden pontjából visszaverődnek a hologramlemez minden pontjá
r a . A referenciaougarak ugyancsak megvilágítják az egész hologramle
mezt, tehát Így a tárgy minden pontjáról interferenciakép keletkezhet a hologramlemez minden pontján. A csonkított kép információtartalma természetesen a felUletveszteség arányában kevesebb lesz.
Ennek a tulajdonságnak az a nagy előnye, hogy az e r e d e t i holo
gramot ért karcok, sérülések, porszemek egyáltalán nem befolyásoljak a rekonstrukciót, nincs tehát elveszett azövegréss vagy rajz-róezlet.
b/ A hologram nemcsak a hullám amplitúdóját, hanem a hullám fá
zisát i s rögziti. A rekonstrukció alkalmával ezért a l a k u l k i a három- dimenzlós kép és nagyobb lesz az információ t a r t a l m a .
o/ A hologram méretei kötetlenek. A leggyakoribb lemezméret
10x10 és 9x12 om, de szokásos már a 30x30 cm-es méret i s .
d/ A hologram feloldása lényegesen nagyobb, így az előbbi pontot i s figyelembe véve, k i s helyen nagy mennyiségű információ tárolására alkalmas.
e/ h l g a mőlysógélessóg a fényképezést erősen korlátozza, addig a hologram mélysésélessése e l v i l e g korlátlan. A tárgyhullámok a tá
volságuktól függetlenül interferálnak a referenciahullámokkal. Ez mű
szaki felvételeknél különös jelentőségű.
f / Egyetlen hologramlemeare két vagy több interferenciaképet l e het f e l v e n n i szabályos vagy szabálytalan időközökben, elforgatással vagy másképpen. Ez p l . parányi elmozdulások, alakváltozások megálla
pításét, több információ tárolásét t e s z i lehetővé.
g/ A képalkotásban e l v i l e g lencserendszer nem vesz részt, i g y nincsenek képábrázolási hibák, perspektivikus torzítások, ami a kvan- t i t a t i v kiértékelésben rendkívüli előny.
A holográfia előnyei a fényképezéssel szemben
a/ Legjellemzőbb különbség az, hogy a hologram egy részécől, felé
ből, vagy_ csak egyetlen darabjából i s az egész kép rekonstruálható.Sn-
2 7
DÉKÁNT. S.: Az információtárolás holografikus módszere A holográfia hátrányaként említhetők:
• ls.se r fényforrást igényel;
• rezgésmentes elhelyezés szükséges, mert az expoziclő a l a t t i elmozduláeokra rendkívül érzékeny;
• nem portábilis és
• igen költséges berendezést igényel.
A fentieknek megfelelően a holográfiát o t t k e l l alkalmazni, ahol más módszer nem alkalmazható, vagy ahol i g y i s gazdaságos. A szakiro
dalom már sokszáz irányú g y a k o r l a t i alkalmazásáról számol be, mint p l . automatikus minőségellenőrzés a tömeggyártásban Btb.
A továbbiakban az alkalmazási lehetőségek közül az adattárolást vizsgáljuk.
a/ Tárolás hagyományos fényképező módszerreT
A hagyományos o p t i k a i tárolásnak meg
vannak az említett hátrányai: csak i n t e n zitásokat rögzit, az o p t i k a i átvitel h i bákkal jár, elhajlások, képhibák a felvételnél, mellékhatások, Bzórá- sok az emulzión, hibák a leolvasó szerkezeten s t b . Ennek ellenére i s előnyös a híradástechnikai átvitellel összehasonlítva. Ez utóbbi u¬
gyanis a pontokat időben egymás után dolgozza f e l , mig az o p t i k a i rögzitéB egyszerre történik. Az o p t i k a i tárolás előnye a nagy tárolá
s i sűrűség. Egy lOxlOcm-es lemezen elméletileg 1 01 0 b i t tárolható, amihez mágneses téroláesal több kilométer hosszú szalagra volna szük
ség /5/.
Hátránya még a hagyományos o p t i k a i / p l . mikrofilmes/ tárolásnak, hogy
• h e l y i sérülésekre, karcolásokra stb. igen érzékeny;
• a vezérlőfényt nagyon pontosan k e l l irányítani, hogy a széle
ken kiesések ne legyenek és hogy
• az egyes adatblokkok /képmezők/ f e l v i t e l e a fogadómátrixra ne
héz probléma.
Ezért keresnek a kutatók a holográfia felhasználáséval olyan op
t i k a i tároló-eljárást, amelynél az előnyök megmaradnak az e m i i t e t t hátrányok nélkül.
A holográfiáé információtárolás
í m 20.évi. Lazám 1973.január b/ Holográfiás tárolás
A háromdimenziós rögzítésnek ez esetben nincs jelentősége, de fennmarad a kétdimenziós világos-sötét nagy mennyiségű adattárolás előnye, igen k i s tőrben. Egy H hologram tárolókapacitása;
fg2 • H'
ahol f g = a fotóanyag feloldóképessége és H a hologram mértani felü
l e t e . % korszerű speciális fotóanyag feloldóképességével számolva 10Sbit/om2 tárolósürüség adódik.
A részhologramból az egész kép rekonstruálási lehetősége egyben azt i s j e l e n t i , hogy a referencianyaláb irányitása nem olyan k r i t i kus, mint a hagyományos fénykép esetén.
Minden holográfiáé tároláshoz e l k e l l késziteni a hologram táro
ló lemezt. Ez többnyire 10x10 cm-es, vagy annál nagyobb méretű külön
legesen j d feloldásu speciális emulzióval "bevont üveg, vagy más át
látszó lemez. Erre sakktáblaszerűen fényképezik rá a tárolni kivánt tárgyak kicsinyített hologramjait. A lemezt csak akkor hivják elő és fixálják, amikor már minden kívánt hologram rákerült.
Az i l y e n felvétel e l v i rajzát TASEDA /R/ vázlata alapján a 9.áb
r a szemlélteti.
29
BÉKANY S.i Az információtárolás holografikus módszere Egy o p t i k a i l a g kiszélesített párhuzamos lasernyaláb nagyméretű gyűjtőlencsébe ütközik. Az összetartón kilépő fénykúp áthalad a köz
vetlenül a lencse előtt e l h e l y e z e t t információs anyagon: könyvoldalak, rajzok s t b . negatív képén. Az átjutó fények, mint tárgyhullámok a l e n cse gyújtósíkjában az oldalról ouairányitott referenciahullámokkal a tárolólemez emulziós felületén interferélnak. Ezen ekkor az informá
ciós anyag kicsinyített hologramja jön létre.
Gyakorlati példák &/ Langdon-féle információtárolás!
rendBzer
Az alábbi e l v alapján működő hologra
f i k u s információs adattároló berendezés kivitelezésével és további fejlesztésével j e l e n l e g több helyen f o g l a l koznak. A LAKGDOM s z e r i n t i /7/ megoldás működési vázlata a 10. ábrán látható.
Hologram toroló lemez Képernyő"
Laser sugár el téri tó'
Los«f
10.ÁBRA Holografikus információtároló beren
dezés vázlala Longdon szerint
Egy 10x10 cm-es üveglemezre 10 000 db hologram van feljegyezve. Min
den egyes hologram 1000 b i t - e t tartalmaz. Az elektronikusan vezérelt eugérirányitó, p l . egy akusto-optikai modulátor a referenciasugárnya
lábot a kivánt hologramra irányítja, és a tárolt valós képet egy 10 000 db f o t o d e t e k t o r t tartalmazó rácsra vetíti. A tárolólemez egy hologramjának kivetítéséig tartó idő, a lehívási vagy hozzáférési idő 10-6 a. A rács /Testraster/ szavanklnt 100 b i t - e t tartalmazd 100
T1ÍT 20.évi. l.szém 1973.Január
szóból állő szöveget tud előállítani. A kiolvasó sugár átmérője csu
pán 0,6 mm, mégis elegendő ahhoz, hogy az egyes b i t - e k érzékelhetők legyenek. A kísérletek s z e r i n t viszont a 0,3 mm átmérőjű sugár már igen "zajos" a l i g kiértékelhető képet eredményez.
Amennyiben a hologramot nagyobb méretűre v e t i t i k , mint amekkora a rekonstrukcióhoz szükséges, akkor a redundancia mértéke növekszik.
Ezáltal a hologram a kisebb hibákkal szemben r e l a t i v érzéketlen. Az e m i i t e t t példa s z e r i n t i k i v i t e l tárolókapacitása 1 1/2 nagyságrenddel kisebb az elméletileg számított értéknél. Ez elsősorban a fényképé
s z e t i emulzió "zaja" miatt van i g y . Jobb fotóanyag előállításával ezt a különbséget idővel még csökkenteni l e h e t .
A holografikus információtárolás e rendszerének kimagasló elő
n y e i t - a nagy kapacitást, redundanciát és a rövid "lehívási időt" - ma még erős hátrányokkal k e l l szembeállítani. Azáltal ugyanis, hogy minden egyes b i t az egész hologramra elosztva van feljegyezve és i g y ugyanazon oldalnak egy másik bit-jétől térbelileg e l nem választható, azáltal az egyes bit-eknek vagy szavaknak az utólagos megváltoztatá
sa l e h e t e t l e n . Tehát minden változtatáshoz u j hologramot k e l l készí
t e n i . Azonkívül, mivel az ezüsthalogén emulziót az előhívás és fixá
lás után újra érzékenyíteni g y a k o r l a t i l a g l e h e t e t l e n , emiatt nemcsak a javitandó egyetlen hologramot k e l l megváltoztatni, hanem az összes többit i s , amelyek ugyanazon a tárolólemezen v o l t a k rögzítve.
b/ A PHEDRE-féle módszer
A cimben f o g l a l t szó a "Erocédé Holographique d'Enrégistrement de Données Restituées Bléctroniquement" elnevezés kezdőbetűiből adó
d i k . Magyarul: 'Eljárás holografikusán f e l j e g y z e t t adatok e l e k t r o n i kus visszaállítására. A t e r v e t a CHET: Centre National d'Etudes des Telecommunications dolgozta k i Párizsban /6/. A tervezők abból az e l gondolásból i n d u l t a k k i , hogy az elektronikus tárológépek, memóriák, már rendkívül nagy adathalmazt i s k i s helyen tudnak ugyan tárolni,de nem alkalmasak a részletdus ábrák, aláirások tárolására. Egyre növek
s z i k az igény olyan adattároló berendezésre, ami a betárolt r a j z o t , szöveget, minden kódolás, i l l e t v e forditás nélkül, a lehívásra gyor
san v i s s z a t u d j a adni.
Az információs adatok rávitele a hologram tároló lemezre lénye
gében ugyanaz, mint az előbbi esetben. A különbség csak az, hogy a tároló fényérzékeny lemez mérete ez esetben 30x30 cm. A 11.ábrán ösz- szehasonlitásul látható a kétféle lemez, a rávihető b i t - e k feltünte
tésével.
A PHEBSE-féle lehivóberendezés vázlata a 12. ábrán látható. A hologramtároló lemez keretbe f o g l a l v a egy kocsiban vízszintesen van elhelyezve. A keret x irányban görgőkön mozgatható, mig y irányú moz
gatása a k o c s i v a l együtt történik. Amikor a srivánt hologram közepe a vevőberendezés o p t i k a i tengelyébe érkezik, akkor a vezérlő asztalról, a prizma-beállitŐ szerkezet forgatásával elmozgatják /a lehetséges 60 helyzet közül/ abba a helyzetbe, amelyiickel a lasersugár hajlás
szöge éppen megfelelő. A kívánt kép a videó-berendezés képernyőjén j e l e n i k meg, amit közvetlenül lehet o l v a s n i .
31
DEKAHY 5.: Az információtárolás holografikus módszere
1 pasztilla- 60 db hologram
30 -~- 60 db ponti Ma
PHEDRE lemez
tartalma: 3 600 db pasztilla ami egyenló': 216 000 db hologram
6 100 sor ami egyenlő-: 21 600 000 tor ami egyenlői 2 160 000 000 bit.
AdatsUrüség:
kb. 2 millió bit/cm Langdon
lemez 10 000 dolog •
10 millió bit I wilHó bit/
10 cm = 100 db hologram ó 10 bír
V"
8.
-a
s II
E u
11.ÁBRA
A lehivás i d e j e a dokumentumok számának a függvénye. Ha p l . száz
ezer o l d a l t tárol a rendszer, akkor a lehivási idő 1 másodperc. Ha pe
d i g a tárolandó mennyiség meghaladja a millió oldalszámot, akkor a l e hivási idő 10 másodpercre nő.
Az i t t i s m e r t e t e t t holografikus információtároló rendszerek a l e n l e g i állapotukban, a már e m i i t e t t okok miatt csak akkor használha
tók gazdaságosan, ha nagy mennyiségű nem változó adatokat k e l l tárol
n i , ilyenek elsősorban a könyvtárak és a különféle archivumok. De van¬
nak már olyan kisebb berendezések i s , amelyek kisebb hologramokat ké
szítenek személyazonossági igazolványokról, csekk-aláirásokról,hitel
levelekről etb., mert az i l y e n dokumentumok meghamisítása csaknem l e h e t e t l e n .
TUT 20.évi, l.szám 1973.január
További lehetőségek A tárgyalt fényképészeti és holo
grafikus adattároló rendszereknek közös jellemzője, hogy a fényképező médium, a hologramtároló lemez emulziója lényegé
ben kétdimenziós. Kérdés, milyen u j lehetőséget jelentene, ha a ho
logramtároló médium háromdimenziós lenne, azaz fényérzékeny rétege vastagabb, a fény hullámhosszának legalább 30-szorosa lenne, vagyis d>3 0. A . Ez a hagyományos fényképészeti módszer esetében hátrányos volna, i l l e t v e az egész eljárás kérdésessé válnék a szóródások, kép
élességromlás s t b . m i a t t .
Egészen más a helyzet a holografikus fényképezés esetén /5/. A tárgyhullamok és refereneiahullámok által létesített i n t e r f e r e n c i a mező viszonylag nagy mélységtartományban létrejön. Egy k i s fényelnye- lésü térolóközeg nem akadályozza meg, hogy benne a feketedési felüle
tek mélységi eloszlásban k i a l a k u l j a n a k . A feketedési felületek a tárgy- és a referenciasugár szögfelezőjében jönnek létre és megfe
lelnek a modulált tárgyhullám amplitúdó és fáziseloszlásának. A r e konstrukció a tíragg-fele /3/reflesióeffektus értelmében végezhető e l . A felvétel vázlata a 13/a ábrán, a rekonstrukció a 13/b ábrán
33
DÉEANY S. I AZ információtárolás holografikus módszere
V
a b
13. ÁBRA Többszörös hologramfel vétel egyetlen közegben Brogg-féle tükrözéssel a/ felvétel
b/ rekonstrukció
tj túrgyhullám referanciahulldm
látható. Minden feketedés!
felület ugy viselkedik,mint egy gyengén v i s s z a v e r i tü
kör és a rekonstruáló h u l lám csak akkor lép föl, ha minden tükrözendő rószhul- lám fázishelyesen érkezik.
Az i l y módon kialakít
ható feketedési felületek egymás közti s távolsága
s i n S S ^ . Q.T'
^ kódsugúr képsugár ahol A • hullámhossz, Qs •
a referenciahullám és QT a tárgyhullám beesési szöge- Többszörös feketedési s i k o t lehet ugyanabban a közegben előállí
t a n i szögkódolással i s . Ennek vázlatát a 14. ábra mutatja.
Az ÍR referenciahullám beesési szögeinek megfelelő változtatásával egymástól k i s távolságra i s egymással hegyes szöget bezáró feke
tedés! sikokat lehet előál
lítani.
Végül többszörös f e l vételi sikokat lehet előál
lítani a hullámhosszak meg
változtatáséval is.Ezt a 15.
ábra szemlélteti. Az ábrán szaggatottan r a j z o l t vonalak rövidebb hullámhosszakkal
létrehozott feketedési S i - ' " * ' « tórgyullómok U kódnullom
kokat jelölnek.
14.ÁBRA Többszörös hologram Felvétel egyetlen b közegben a tárgyhu Hámok és referen- ciahul lomok beesési szög ének változ
tatásával a/ felvétel b/ rekonstrukció fT | és (T 2 tórgyullómok
tK 1 képhullóm
tc kódh
Az i l y e n többrétegű holografikus információtároló rendszerek r u tinszerű alkalmazásáról még nincs tudomásunk. A laboratóriumi kuta
tás azonban már több helyen i s folyamatban van. Egyes beszámolók sze
r i n t egy fénykép képinformációtártalmának mér eddig i s a 20-szorosét, sőt a legujarjb Információk s z e r i n t a 60-szoroeét érték e l .
Mindebből az következik, hogy a holográfiáé információtárolás perspektivikus fejlődése szinte elképzelhetetlen eredményeket igér.
TMT 20.évi. l.Bzám 1973.Január
a b
15.ÁBRA Többszöröi hologram felvetői egyetlen kötegben hullámhossz-kódolással
a/ felvétel
b/ felvétel kiértékelése L . *» L v kulönbözí hosszúságú
T X I , f fhulldmok
és tjj^ referenciául lomok tc^ kódhullom TK^ képhullóm
I R O D A L O M
/!/ OtXkSt S.t Uj lehetoaégek a hárondlMnzlÓB filnexéaben bologréflévai. >
Kép- és Hangtechnika, 17.k . 4. s i . 1971. 103-108.p.
/ 2 / GÁBOR , D. t A nev a l c r o e c o p i e p r i n c l p l e . = Hature /London/, l o l . k . 409o.s«, 1 9 W . 777-778- p .
/ 3 / GRIMSEHLi Lenrbueh der Physlk. 3.B. O p t i k . L e i p z i g , Taubner V e r i . 1955.
/ V LEITH , E.N. - UPATNIEKS, J . I Reconstructud v a v e f r o n t a and COmBiinlcatlon theo.-y. > J o u r n a l of O p t l c a l S o e i e t y o f Amarica, 52.k. I O. S I . 1962. 1123¬
1130. p .
/ 5 / LENI, H.i Optische und o p t i s c h - h o l o g r a p h i s c h e Spelcharung. s B i l d and Ton, 23. k . 8.BZ. 1970. 243-249.p.
/ó/ Le i ' r o j u t PHEDRE. = Les I n f o r m a t i o n a S c l e n t t f i q u e s Francaises, 1971.
1382.aa. nov.8. 86^89. p.
/7/MOTTIER, F.M.: S p a i e h a r a , Hessen und Rechnen n i t der Holographie. = B u l l e t i n des Schweizerischan E l e k t r o t e c h n i s c h e n V e r e i n a , 63. k. 4.sz. 1972.
185-191.P.
/E/ TAKL'DA, Y, i Hologram meinory w i t h h i g b q u a l i t y and h l g h I n f o r m a t i o n storage d e n s i t y - h o l o g r a m aemory. = Japaness J o u r n a l o f A p p l i e d Püysics. 11.k . 5 . s z . 1972. 6 5 6 - 6 6 5 .p .
35
DÉKÍNY S.J Az :inf ormáéi ótárolás holografikus módszere
PÉKÁNY. S.; Holographie method f o r Information storage
P a r a l l e l w i t h the r a p i d development o f t e c h n i c a l Sciences i n the l a s t decades the g u a n t i t y o f s c i e n t i f i c l i t e r a t u r e and other r e l a t e d Information has alsó r a p i d l y i n c r e a 3 e d . I n small plaees i t i s already impossible the storage o f theae items w i t h conventional methods so t o ensure t h e i r quiek and c o n B t a n t a v a i l a b i l i t y . The moet up-to-date e l e c t r o n i c devices may solve these problems but not f o r a l l types o f i n f o r m a t i o n . The storage o f books w i t h f i n e - s t r u c t u r e d i l l u a t r a t i o n a , w r i t t e n documents, maps, signatures etc- meets many d i f f i c u l t i e s i n such memories. S c i e n t i s t s are i n v e e t i g a t i n g t h e r e f o r e new ways o f s o - lútionj. MicrophotographyIcould be Buocesfully sdopted f o r the atorage of suchlitems o f information but i t s d i a a d v a n t a g e 3' - e.g. s e n s i b i l l t y
f o r ecratching, s o i l i n g , e t c , - make t h i s p o s s i b i l i t y inconvenient.
This i s why nowadays the holographie Information atorage has come i n tő prominence combined w i t h e l e c t r o n i c c o n t r o l . Advantages: very large storage oapacity, small place requirement, a v a i l a b i l i t y of i n formation items i n eeconds, i n s e n e i b i l l t y f o r damages. Projects and experimentál devices are deseribed together w i t h e s s e n t i a l character- i s t i c s and p r a c t i c a l production of holography. Advantages and d l s a d - vantagesl i n comparlson v.ith other methods are analyzed. P r i n c i p l e s o f
storage are reviewed and examples f o r p r a c t i c a l a p p l i c a t i o n are given
ffBKAHb. ffl, ; r o ^ o r p a^HteoKaS neToa xpaaemm BHipOpHauiig
HponopuBOHa^bHO npoHaomeíneiiy a a noa.iejr.Hiie HeojiTBjreTiiji cTpeuB—
TexbROMy p s aH H T B B T O X H H,Í B C K H X H a y K , Tarace oTpeuHTejiiHO B o e p o o x o a Ko-iK^ecTEO s a y v H o - T e x R H i i e c K o R ^HTepaTypN H npoieft Hn*op«anHH, Grano
tteBoaitOKHHM xpaHBHKe BwfiopuaHBB TpaAKUHORmmK onoooőaMK tta u&xux
n^omaiiix n T&XKU oöpa3on, H T O Ö H B jrndoe spena Buer& ÖHoíphifl jrooTyn
K nyxHLiu u a r e p n a j i a u . HaBdojtee coepeueHHue sjiexTpoHHite y o v p o f l o T B a pe-
l a B T o T y a a n a x y , o n n a i e o , n e &xa jno<5oro r s n a Hn$opiiauHH, Kmira ooaep-
xanme uejiKae m u i n o T p a a i i n , n s c b K e H H u e x o i t y i i e H T H , KaprorpaÍKiecKHe ua- T e p n a J i H , pyKOnnon, noanHOit 3aTpyjiTTHTSJtbHU X J I Í I xpaneH»H B ejieKTpoHHoB
naMHTH, MHKpodiHjitMHpoaaHae, rcpaana, nosao-SüST xpaHBTt y n o i i H H y r i i e ao-
K y u e i t T U , no HeJiooTaTKOw ftBJiBerofi H a n p . nyBCTBHTexfeHOoTb H O O H r e J A K u a p a n B H S M , aarpíi3neHHsi« H n p , , BBsmy i e r o a r o pemeHae B o n p o o a n e
Bnojiire y n o B J i e T B o p K T e j i & H O . IIo S T B M n p a ^ a n aw a a noojteanee a p e i u i n a ne- peawBit n j i a s B M B H H V J : CH KOMÖBHapoBaHHHfi rojiorpa<bB"ieoKHB K a r o s x p a n e - HEM BH^opuauBR o ojieicTpoHHHM ynpaBJienHeu. 3T O Jtaer B O S M O X H O O T B xpa-
H H T h BH<£optiaiiBK> B xopomo x o c T y n R o i i BBJte o u&jtuu paoxoxou k i e o T a . Ka- roTOBjreno wecKOJitKO npoetcTOB a n p o B e í e n u.e.sna pán aK0nepH«enTOB no
o c y m e c f 37;eHa:o s T o r o a a u u o j i a . Oőo a o e u 3T O U roeopRTOü e ctathe. JSa-
e T c n Taiose Hajioxenae O O H O B rojiorpadiM a ee n p a x T H i e o K H e aoneKTtí, AHSJiH3Bpynros ee n p e a u y n e o T a a B H B A O OT & T K H no opaBHOKHB o jrpyrBHH ueTOflainn. H3JiaraeTcn H P B H U B D : xpaHBBBü H n p a u e p a ero npaKTBVeeKoro
pemSHHH•
TMT 20.évf. l.szám 1973.január
DEKÁKY, 3.: Holographische Methode der Informationsspeicherun^
Dle I n den l e t z t e n Jahrzehnten eingetretene raache Entwlcklung der technischen Y.risaenschaften brachte auch eine atürmische Sunahnie der Zahl der Publikationén und der verschiedensten einschlágigen I n - f o r n a t i o n e n mit s l c h . Diese an einem kleinen P l a t z zu apeichern i s t heute mit den t r a d i t i o n e l l e n liethoden nicht mehr i n einer solchen Art durchxuhroar, daas diese zu jedem b e l i e b i g e n Zeitpunkt ra3cn g r e i f b a r und benützbar wáren. Obwohl die modernsten elektriachen Speicher diese Aufgaben Lt)&<*n, sind aie nicht für a l l e Arten von I n - formationen gleicherweise geeignet. Biicher mit feingezeielmeten Ab- bildungen, Dokuraente, Landkarten, Manuskripte, U n t e r s c h r i f t e n usw.
sind i n den e l e k t r i s c h e n Speichern nur mit Sch-.Tierigkeiten zu unter- bringen. Die jfachleute forschen nach neuen iuethoden. Mikrofilmé e i g - nen a i c h zwar zur Speicherung der aufgezahlten Informationstypen, a- ber aie sind zu ihrem Nachteil senr k r a t z - und schmutzempfindlich.
Demzufolge t r a t neueatens die mit e l e k t r i 3 c h e r Steuerung verbundene holographiache Informátionsspeicherung i n den Vordergrund, jvelche d i e Speicherung einer grossen Informationsmenge auf einem kleinen P l a t z und gegen Verletzungen unempfindlich ermöglicht, mobei dieae l e i c h t und raach zugánglich und innerhalb von Sekunden abberufbar i a t . Ea sind b e r e i t s zahlreiche Entv.ilrfe und auch einige experiméntelle Vor- richtungen geschaffen mordén, über welche b e r i c h t e t w i r d . Hiezu v,ird daa V/esen der Holographie und i h r e praktische n e r s t e l l u n g erörtert und auch i h r e Vor- und Nachteile anderer Syatemen gegenüber werden be- schrieben. Das P r i n z i p der holographischen Speicherung i s t darge- s t e l l t und üeiapiele i h r e r praktisohen Verwirklichung sind angeführt.
37
