Terabajtový optický disk od Fujifilmu. Kouzlo je v dvoufotonové absorbci

0

Slibovat příchod optického média nové generace s terabajtovou kapacitou není nic nového. Jeden takový produkt budoucnosti jsme zde měli zrovna před měsícem. Společným jmenovatelem všech bývá, že jim do nasazení v praxi chybí ještě několik let příprav (a škarohlíd by řekl, že se pak většinou stejně ničeho nedočkáme). Dnešní kandidát na terabajtové vypalování do plastikových koleček má však v oboru slušné jméno a dlouhou tradici. Svůj disk budoucnosti totiž představil Fujifilm. Ten má v úmyslu svůj výtvor dostat na trh v roce 2015.

Firma slibuje na ono datum kapacitu 25 GB na jednu vrstvu, což odpovídá současnému Blu-ray. Nový disk ovšem bude mít mnohem více vrstev, až 20 po každé straně. Postupným vylepšováním technologie by však údajně mohla kapacita narůst až na 15 TB na jeden kotouč.

Záznamové body pod elektronovým mikroskopem
Záznamové body pod elektronovým mikroskopem

Technologické řešení záznamu spočívá v kombinaci zápisu pomocí tepla (zvýšení teploty po ozáření laserem změní permanentně zasažený materiál) s využitím dvoufotonové absorpce. Tento jev jsem se pro zvídavé pokusil přes své chabé znalosti osvětlit níže (připravte se na čtení čtyř odstavců), zde se omezím jen na to, že umožňuje významně zlepšit preciznost laserového zapisování. S využitím dvoufotonové absorpce lze totiž lze účinek laseru omezit na mnohem menší a přesněji definovanou oblast a zároveň potlačit rušení z okolí. Díky tomuto přesnému zaměření je také možné tak drasticky zvýšit počet vrstev.

Struktura záznamnového materiálu a variace tvaru záznamových bodů dle délky ozáření
Struktura záznamnového materiálu a variace tvaru záznamových bodů dle délky ozáření

Použitý laser na bázi titanu a safíru (vlnová délka 405nm) pak do záznamové vrstvy vypálí kuželovitou značku, která pak může být přečtena díky tomu, že mění objem světla, odraženého z povrchu záznamové vrstvy. V budoucnosti by mohlo být možno zvýšit kapacitu pomocí modulace tvaru vzniklé značky, místo stavu 0/1 by tak různé tvary jediné „ďubky“ mohly rozlišit čtyři či až osm hodnot – tedy místo jednoho bitu by značka uložila dva nebo tři bity. Použitím tříbitového záznamu, oboustranného média a stovky vrstev po obou stranách se pak v ideálním případě Fujifilm dohrabe na oněch zaslíbených 15 TB.

Testy čtení a zápisu
Testy čtení a zápisu

Cílem této technologie je zřejmě zejména trh s médii pro zálohování. Dvoufotonový disk by měl být zhruba stejně nákladný na výrobu jako magnetické pásky, současně však proti nim má mnohem kratší přístupovou dobu. Oproti pevným diskům pak bude nový optický disk značně levnější. Jeho výroba by údajně měla být dokonce méně nákladná než u současných vypalovacích médií Blu-ray, a to díky vylepšení výrobních technologií. Je ale otázka, zda by se stejně nedaly zlevnit linky na stávající modré disky. Do nasazení technologie je však každopádně ještě dlouhá cesta.

 

Co že to vlastně je dvoufotonová absorpce?
Dvoufotonová absorpce je jev popisovaný kvantovou fyzikou, který má řadu praktických aplikací. Jak si možná ze školy vzpomínáte, přijetí určitého obejmu energie může částici či molekulu přenést do takzvaného excitovaného stavu s vyšší energií. K tomuto „šťouchnutí“ lze použít například foton o určité potřebné energii, jinými slovy elektromagnetické záření. Excitovaná molekula může být nestabilní a energii opět vyzářit, její změněný stav ale také může vést například k chemické reakci s jinou – čímž lze například provést zápis v záznamovém médiu (v praxi takto musíte excitovat a přimět k reakci množství molekul najednou).

Dvoufotonová absorpce je zvláštní jev, kdy částice zároveň absorbuje dva fotony najednou. Možné je to tehdy, když druhý foton dorazí v dostatečně rychlém sledu a částice je ještě v tzv. virtuálním stavu po prvním dopadu. Tato dvojí absorpce dokáže vyvolat požadovanou excitaci i pomocí fotonů, které by samostatně neměly kritickou energii. Energie obou se totiž zkombinuje, což již na excitaci stačí.

A jak je tento efekt využit pro zápis dat? Zápis pomocí dvoufotonové absorpce (jev se ale podobně využívá například při mikroskopii) totiž dokáže účinně odstínit rušení z okolí, takže lze docílit čistého signálu při nižší energii – a v případě optického média – na menším prostoru. Trik zřejmě spočívá v tom, že energie potřebná pro zápis do záznamové vrstvy je taková, že jí lze v daném prostředí vyvinout prakticky jen dvoufotonovou absorpcí. K dvoufotonové absorpci je také potřebná určitá hustota fotonů, která je k dispozici pouze v místě, kam je zaostřen zapisovací paprsek. V místech, kudy paprsek materiálem prochází před svým ohniskem a za ním, již není dostatečná hustota fotonů, takž k excitaci nedojde, neboť pro jednofotonovou absorpci nemá záření dostatečnou energii.

To znamená, že lze ostřením paprsku (například laseru) možno zvolit hloubku, v které se bude zapisovat, a tedy provádět záznam do několika vrstev, aniž by byly ovlivněny vrstvy ležící nad či pod onou zrovna aktivní. Technologie však zároveň obecně dovoluje preciznější zaostření (a tedy menší rozměry záznamů), neboť nezaostřené či rozptýlené záření nemá na médium vliv. Zároveň je zajištěno, že do zaznamenávání se nemůže „míchat“ náhodné záření z okolí, leda by se mu velikou náhodou podařilo uspět s dvoufotonovou absorpcí. Potřeba současné aplikace dvou fotonů najednou jednoduše zvyšuje laťku pro rušení.

Zdroje: Tech-On!, Fujifilm

Terabajtový optický disk od Fujifilmu. Kouzlo je v dvoufotonové absorbci

Ohodnoťte tento článek!