Nichtlineare Photonik (Prof. Dr. C. Denz)
Hochkapazitive optische Datenspeicherung
Die beispiellose Verfügbarkeit von Information ist einer der Gründe für die große
Bedeutung von Computern. Mit dem Bau von immer komplexeren Netzwerken und leistungsfähigeren
Computern wächst seit Jahren der Speicherbedarf exponentiell. Konventionelle Speicher können mit
der enormen Zunahme des Datenaufkommens kaum noch Schritt halten. Insbesondere große
Dienstleistungsunternehmen, Forschungszentren und der Multimediamarkt verlangen nach neuen, schnellen
hochkapazitiven Archivspeichern. Unternehmen wie zum Beispiel große Fluggesellschaften oder
Versicherungen müssen Datenmengen im Bereich von bis zu 100 Billionen Bytes verwalten
(1 Billion Bytes = 1 Million MB = 1012 Bytes). In einem
Klimarechenzentrum wie in Hamburg fallen täglich mehrere Billionen Bytes neue Daten an, die gespeichert
und verarbeitet werden müssen. Herkömmliche Archivspeicher, das sind bis heute immer noch
magnetische Bandlaufwerke (teilweise auch Mikrofilmsysteme), sind immer weniger in der Lage diesen Mengen
Herr zu werden. Auch für andere aktuelle Oberflächenspeicher, wie Festplatten, CDs oder DVDs, ist
abzusehen, dass fundamentale physikalische Grenzen einen weiteren Fortschritt dieser Systeme in einigen
Jahren nicht mehr zulassen.
Der Entwicklung
von neuen Massenspeichertechnologien kommt daher eine große Bedeutung zu. Zukünftige
Massenspeichertechnologien müssen dabei eine ganze Reihe verschiedener Anforderungen
erfüllen. Neben einer großen Datenkapazität sind das vor allem hohe Datentransferraten,
schneller Datenzugriff, eine hohe Datenqualität und eine lange Haltbarkeit der Daten. Zusätzlich soll
die verwendete Technologie eine geringe Störanfälligkeit des Speichersystems gewährleisten.
Das Prinzip der volumenholographischen Datenspeicherung auf der Basis von Phasenmanipulationen zur
Adressierung der Daten bietet das Potential all diese Anforderungen zu erfüllen. Die Tatsache, dass
führende Technologiekonzerne 2004 ein Konsortium zur Standardisierung einer zukünfitgen
HVD (Holographic Versatile Disc) gründeten, belegt die Brisanz dieses Forschungsgebietes.
Gegenstand unserer Forschungsarbeit ist
vor allem die Optimierung der Sekundärattribute volumenhoographischer Speicher auf der Basis von
Phasenkodierung. Wichtigstes Ziel ist die Erhöhung der Datentransferrate beim Schreiben der Daten. Dazu
werden in einem gepulsten Lasersystem (Nanosekunden-Pulse) durch Variation mehrerer Parameter in
verschiedenen Materialien die Transferrate in Abhängigkeit der erreichbaren Datendichte charakterisiert.
Hierbei ist der Begriff der Datenqualität von entscheidender Bedeutung. Sie legt fest für wie viele
Bits einer bestimmten, gespeicherten Datenmenge beim Auslesen eine Fehlinterpretation noch tolerierbar ist.
Dabei ist die Gewährleistung eines Standards gerade über längere Zeiträume
aufwändig. Bei den heute gängigen optischen Speichertechnologien (CD oder DVD) treten erste
Fehler statistisch schon nach wenigen Jahren auf. Für viele Heimanwendungen, zum Beispiel der
Speicherung von Audiosignalen, bedeutet dies praktisch keine Einschränkungen. Für professionelle
Anwendungen, wie der Speicherung von sensiblen Kundendaten im Telekommunikationsbereich oder
Reservierungen einer Fluggesellschaft, ist solch eine Eigenschaft indiskutabel. Eine innovative, zukunftweisende
Technologie sollte demzufolge zusätzlich zu hohen Transferraten eine Datenspeicherung über lange
Zeiträume ohne irgendwelche Einbußen ermöglichen. Auf der Basis der durchgeführten
Untersuchungen werden sowohl das optische System und das Speicherverfahren, sowie die verwendeten
Speichermaterialien, in verschiedenen europäischen Kooperationen, stetig verbessert.
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