Sistemas de almacenamiento óptico

¿Sabías que toda tu videoteca podría estar contenida en un solo disco? La era de la información que vive nuestra sociedad es fruto del fruto de las capacidades de generar, transmitir y almacenar datos eficazmente. Un elemento clave para el éxito de esta revolución ha sido el desarrollo de sistemas de almacenamiento de datos de gran capacidad, con un acceso rápido a la información y un reducido coste.

Almacenar más información en menos espacio

¿Sabes como se graba un CD o un DVD?

En los sistemas de almacenamiento actuales la información queda registrada en forma de dígitos binarios o bits (unos y ceros), a través de unos cambios locales de las propiedades físicas en una superficie.

Los sistemas magnéticos, como es el disco duro de nuestro ordenador, usan cambios de las propiedades magnéticas en la superficie del material de registro, que posteriormente una cabeza lectora es capaz de interpretar recuperando de ese modo la información.

Los sistemas de almacenamiento óptico, como son los CD?s y DVD?s, graban la información a través de cambios en las propiedades ópticas del soporte utilizado. Estos discos están formados por varias capas entre las que se encuentra una película sensible a la luz, en la que al concentrar el láser sobre un punto se producen cambios de absorción en los colorantes, o cambios de fase entre cristalina y amorfa en las aleaciones que pueden ser detectados posteriormente y que dan lugar a la grabación. Para leer los datos de música, imagen o archivos, otro haz láser detecta estos cambios en las propiedades ópticas de la superficie recuperando la información.

Almacenamiento holográfico de la inforamción

Los sistemas ópticos y magnéticos están alcanzando los límites físicos por los cuales no es posible reducir el tamaño de la unidad de información, bit, o bien resulta muy compleja su grabación o lectura. La grabación y el acceso a la información en los sistemas de almacenamiento actuales se hacen bit a bit, lo que representa una limitación en la velocidad de procesado de la información.

Una forma diferente de almacenamiento y lectura de información, es la grabación holográfica y en particular la de volumen. En la holografía de volumen, se graba en todo el volumen del material, no sólo en su superficie como ocurre en los CD?s y DVD?s actuales.

Esto permite almacenar varios hologramas en la misma zona del material, de manera que es posible registrar más de 1 Terabyte (1.000 Gigabytes) en un disco del tamaño de un DVD, donde en la actualidad se pueden grabar alrededor de tan sólo 5 Gigabytes. Además, la información holográfica no se registra bit a bit, sino que con un solo flash de luz podemos grabar o recuperar una imagen completa que puede contener millones de bits. Se incrementan así los ritmos de registro, acceso y transferencia de datos a miles de millones de bits por segundo.

¿Cómo se hace el registro holográfico?

Una forma alternativa de almacenamiento de información en la que la capacidad aumenta de forma notable se basa en la grabación holográfica.

Aunque la holografía se concibió a finales de la década de 1940, no fue hasta el desarrollo del láser en los sesenta cuando empezó a considerarse seriamente su potencial tecnológico de almacenamiento. El rápido desarrollo de la holografía para representar imágenes tridimensionales hizo que se empezara a pensar en el almacenamiento de datos: dado un láser típico, con una longitud de onda de 500 nm, se podría almacenar un Terabit, un millón de bits, por centímetro cúbico... o más.

En el almacenamiento holográfico la información no se registra bit a bit sino que es un objeto completo el que queda registrado en cada punto. Lo que actúa como objeto es un Modulador Espacial de Luz (SLM), esto es un elemento 2D donde la información ha sido previamente codificada en forma de píxeles claros y oscuros, que dejan pasar o bloquean la luz. Para realizar el registro, el haz del láser se divide en dos, uno que se lleva sobre el SLM y un haz de referencia. Superponiendo el haz transmitido por el SLM y el de referencia sobre el medio de registro que es sensible a la luz, se produce el holograma y queda almacenada la imagen del objeto. El haz de referencia sirve también para realizar la lectura de la información almacenada, recuperando de una vez todo el objeto, lo que incrementa notablemente la velocidad de acceso a los datos..

Además es posible almacenar varios hologramas en la misma zona del medio de registro, por ejemplo cambiando la dirección de uno de los dos haces de luz, por lo que es previsible alcanzar capacidades de almacenamiento muy superiores a las de los actuales DVD?s. Se espera poder almacenar 1.000 Gigabytes en un disco del tamaño de un DVD y alcanzar velocidades de acceso de miles de millones de bits por segundo. En comparación, un lector de DVD lee dataos 100 veces más despacio.

¿Qué hacemos en el ICMA?

Polímeros para almacenamiento óptico de información

Una de nuestras líneas de investigación se centra en el estudio de polímeros para el almacenamiento óptico de información. El polímero es una molécula muy grande formada por la repetición de una unidad, el monómero. Los polímeros tienen algunas características muy atractivas:

• Muchos grados de libertad en su síntesis
• Sus propiedades pueden modificarse de forma controlada
• Facilidad de procesado en distintas formas; en particular, se pueden preparar películas delgadas

En función de la naturaleza de los monómeros, la luz puede modificar algunas de las propiedades de los polímeros. En los que estudia nuestro grupo, la luz es capaz de orientar las moléculas modificando, entre otras cosas, el índice de refracción del material. Es decir, esto permite grabarse la información de forma digital. Al iluminar posteriormente el polímero la luz ?ve? un material distinto si está orientado o si está sin orientar. Esto permite que pueda leerse la información contenida.

Estos procesos son reversibles, pudiéndose grabar y borrar la información repetidas veces.

Características de los polímeros para el almacenamiento óptico de información

Los polímeros para el almacenamiento holográfico deben tener buena calidad óptica, alta sensibilidad y tiempos de grabación rápidos.

¿Cómo se estudian?

En una primera etapa, se graban hologramas muy sencillos, haciendo interferir sobre el material dos haces iguales de luz láser. Se produce así una iluminación no uniforme, que genera en la película zonas en las que las moléculas se orientan y otras en las que no. Aparece por tanto una modulación periódica del índice de refracción del polímero: hemos grabado una red de difracción. La iluminación no uniforme genera una red de difracción en el material.

¿Qué ocurre cunado iluminamos posteriormente el polímero?

La luz que llega a la película ?ve? la red asociada a las franjas de material orientado y sin orientar. Si se manda un único haz sobre la red, la luz sale redistribuida en varios haces difractados. Es decir, se puede ?leer? la información que habíamos grabado. El objetivo es encontrar sistemas en que las redes se graben en poco tiempo y la intensidad difractada sea grande.

En nuestro trabajo sobre polímeros foto-orientables para almacenamiento holográfico, estudiamos lo procesos de grabación con tiempos de iluminación cortos, con un láser de pulsos de nanosegundos, así como la grabación de varios hologramas en un mismo punto.

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