Informationen hinter Nanogittern

TU Berlin, Wissenschaftsdienst „Forschung aktuell“, Ausgabe September 2000 – Datenspeicherung

Wissenschaftler der Technischen Universität Berlin arbeiten an der nächsten Generation der Datenspeicherung, der Mikroholographie. Mithilfe so genannter Reflektionsgitter sollen die Informationen nicht mehr nur auf der Oberfläche einer CD, sondern unter Ausnutzung ihres Volumens dreidimensional und in mehreren Schichten gespeichert werden. Schon in absehbarer Zeit sollen damit mehr als 150 Gigabyte auf einem Datenträger abgelegt werden können.

Der Laser macht es möglich. Mit ihm kann Licht zur Übertragung und Speicherung von Informationen genutzt werden. Er erzeugt Licht, dessen Wellen im Gleichtakt schwingen. Das eröffnet Wissenschaftlern die Möglichkeit, dem Lichtstrahl eine Information aufzudrücken. Beispielsweise können sie die Intensität des Lichts im Rhythmus einer Sprachschwingung modulieren oder Lichtwellen in ganz kurzen Abständen an- und ausschalten. Jedes „an“ steht dann für ein logisches Bit 1, jedes „aus“ für ein Bit 0. Diese Einsen und Nullen können mithilfe des Laserstrahls auch auf einen Datenträger wie die Compact Disc (CD) übertragen werden. Die CD im HiFi-Bereich und als CD-ROM in der Informationstechnologie (IT) ist heute das gebräuchlichste optische Speichermedium. Sie kann entweder nur durch größere Flächen oder eine höhere Speicherdichte erweitert werden. Doch die Speichermenge bleibt auch dort begrenzt. Die Entwicklung im IT – Bereich verläuft inzwischen so rasant, dass immer größere Datenspeicher benötigt werden. Die Mikroholografie, an der Prof. Dr. Hans Joachim Eichler vom Optischen Institut der Technischen Universität Berlin arbeitet, ist hierfür ein vielversprechender Lösungsansatz. Sie nutzt die dritte Dimension, das Volumen also, um Daten abzulegen.
Im Gegensatz zu herkömmlichen holographischen Methoden braucht die Mikroholographie keine teuren Kristalle als Speichermedium. Stattdessen kann man kostengünstig und in Massen herstellbare Photopolymere verwenden. Wenn ein solches Photopolymer mit einem speziellen Interferenzmuster eines oder mehrerer Laserstrahlen belichtet wird, entstehen Mikrohologramme. Dabei werden kleine optische Gitter mit Abständen von etwa 100 Nanometern zwischen den einzelnen Ebenen erzeugt. Diese Gitter können sich linear überlagern. In eine Stelle des Speichermediums werden mit den gewählten Laserstrahlen verschiedene Gitter übereinander eingeschrieben und können dann auch getrennt wieder ausgelesen werden. Im Unterschied zur herkömmlichen CD, wo sich an jeder Stelle nur ein Bit befindet, kann somit jeder Platz mehrfach belegt werden.
Prof. Dr. Hans Joachim Eichler verwendet dabei die Methode des "Wellenlängenmultiplexing". Bei ihr werden die überlappend eingeschriebenen Gitter durch Laserstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge hergestellt. Jede Wellenlänge erzeugt dabei für sich ein Gitter. Beim Auslesen kann man die Daten dann wieder trennen, wenn abwechselnd die Laser mit der jeweiligen Einschreibe-Wellenlänge benutzt werden. Vergleichbar ist eine so beschriebene Disk mit mehreren übereinander gelagerten verschiedenfarbigen CDs. Jede Farbe symbolisiert dabei eine benutzte Wellenlänge.
Eine weitere Speichermöglichkeit entsteht, wenn Licht der gleichen Wellenlänge in Schichten übereinander abgespeichert wird. Dafür müssen die Photopolymere nur ausreichend dick sein. Der Laser erzeugt dann die optischen Gitter in mehreren räumlich übereinander liegenden Schichten. Durch Kombination dieser beiden Methoden könnten in absehbarer Zeit mehr als 150 Gigabyte auf einem Datenträger gespeichert werden. Momentan haben die handelsüblichen CD-ROMs eine Speicherkapazität von 650 Megabyte. 

Datenbank
Ansprechpartner: Prof. Dr. Hans Joachim Eichler, Technische Universität Berlin, Optisches Institut
Fachgebiet: Experimentalphysik
Forschungsprojekt: Mikrohologramme für die Datenspeicherung
Kontakt: Straße des 17. Juni 135, 10623 Berlin, Tel.: 030/314-22498, Fax: 030/314-26888, E-Mail: Eichler@Physik.TU-Berlin.DE, Internet: http://moebius.physik.tu-berlin.de/lasergrp/

Fotos sind im Internet abrufbar:
http://www.tu-berlin.de/presse/wissenschaftsdienst/00sep/index.html

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