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光電/顯示技術  

單波束光碟全像系統正朝商業化應用發展

上網時間: 2006年05月10日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:Holography system  全像系統  single beam  單光束  recording medium 

雖然傳統的全像(holography)技術能夠儲存大量資料,卻也為開發人員帶來一大問題。全像技術必須採用兩種來自不同方向的雷射光束,以分別用於資訊讀寫與參考校準;但該配置卻使得系統變得既笨重又複雜,而且還必須採用一種透明的儲存媒介,而這種透明儲存媒介往往未能將位址資料包含在內。

Optware公司的Hideyoshi Horimai和Yoshio Aoki認為,他們找到了一種更好的方式。他們的全像式多功能光碟(HVD)採用了Optware公司所開發的共線技術(Collinear technology),因而無須再使用第二條雷射光束。Optware的第一款共線系統,是針對專業廣播和電影產業而設計出的200GB儲存容量,已於今年四月在拉斯維加斯舉行的全國廣播工作者大會(NAB)上展出,並預定於今年夏天推出樣片。

1999年創辦Optware公司的Horimai,現任該公司技術長。由於他堅持採用包含位址資訊的光碟媒介來建構單波束全像系統,因而突破始終阻礙著全像技術發展的一大障礙。在對具有位址資訊的光碟預先格式化之際,共線技術中的波束還將資訊波束和參考波束結合在同一軸上。Horimai說,有了共線技術,就可建構起一個與目前光碟系統結構相當類似的兆位元組級(terabyte-level)光碟系統。

與Horimai同樣自Sony退休的Aoki,擔任Optware公司總裁兼執行長職務,主要負責HVD的標準化、結盟與管理工作,如果Optware的HVD準備在儲存產業建立一定地位,這些工作責無旁貸。歐洲電腦製造商協會(ECMA)的技術委員會已經著手進行全像資訊系統的標準化工作。Optware一年前籌組成立的HVD聯盟,會員人數也從6位擴增至18位。

最近,《EE Times》駐東京總編輯原好子專訪了Aoki和Horimai。

EE Times:通常人們都認為全像系統需要兩個來自不同方向的雷射光束,你們是如何想到採用只需一個雷射光束的共線全像技術的呢?

Hideyoshi Horimai:約60年前,Dennis Gabor就發明了所謂‘共線全像技術’(in-line holography)的第一款全像系統,其光束就來自同一方向。接著,大約40年前,雙光束全像技術才被發明出來,並成為主流技術。那時的燒錄媒介採用的是水晶體,因此適用於雙光束全像技術。然而這種技術對光碟應用而言並不合適。

問題是單光束全像系統採用將資訊與參考光束合而為一的方式,而雙光束全像技術則是將二者分離的解決之道。

我研究過磁性全像技術,我的碩士論文就是全像技術此一主題。在磁性全像中,透過對雙光束進行偏振處理,便能去除參考光束並擷取出資訊光束。從那時起,我一直在思考,也許全像技術不一定非得採用兩個光束。

Yoshio Aoki:換句話說,一直從事全像系統開發的工程師們一開始便認定了全像系統必須是雙光束進行的前提,而新加入該領域研究的我們則只擁有光碟方面的知識。對我們來說,一開始就決定只用一個光束來實現全像系統。

EET:你們是什麼時候開始有了共線技術這樣的想法?

Horimai:我在1995年就有了這樣的想法。當時我參與了一個研究小組,並被光電產業協會派到美國研究大容量儲存。當時,全像燒錄技術再度引起廣泛關注,而由於我曾在大學時研究過全像技術,所以被指派就全像錄製技術相關進展提出報告。

我們參觀了很多的實驗室,我還記得我在史丹佛大學看到過一個1立方公分的晶體。一位研究員說它可以容納大量的資料,相當於一個國家圖書館藏書的內容。我本想拿起來近距離地看看,但這位研究員告訴我不要碰它。他還說,因為這塊東西內部沒有位址資訊,所以它必須保持精確定位,一旦移動過,內部資料便無法讀取。

這和能旋轉和可移動的光碟片大不相同。於是我在報告中寫道,如果全像技術採用的媒介必須維持靜止不動,那麼儘管容量很大,應用在記憶體上都會是一種缺陷。

幾年之後,全像儲存媒介從立方晶體改成光碟,但光碟片不能移動的這一個限制仍然存在。

我感到納悶的是,為什麼不把位址資訊也加進去呢?當然,問題就在於一旦位址位元數(address pits)加進去,光就會散射出來。即使在我們的共線全像系統實驗中,光到達位址位元時也會變得模糊不清。一般而言,位址位元會增大繞射雜訊,結果使得容量難以增加。因此,大家普遍認為全像媒介中不能含有位址資訊。

我們便導入了一個分光鏡層來解決這一個問題,這個分光鏡層能夠選擇性地穿透光束,因而從外部分離了依位址位元進行伺服與尋軌的紅光,以及用於資訊讀寫的綠光。

Aoki:1990年代中期所進行的傳統全像研究並未解決全像技術的缺點,但卻在一些週邊技術取得重大進展,如高速特殊光調諧器、高速CMOS感測器以及光碟片使用的高品質光聚合物等。如果沒有這些技術的進步,共線全像技術的開發也很難成功。

EET:你們兩個都曾在Sony公司工作,為什麼你們不在Sony內部開發這項技術,而另行創辦一個新公司呢?

Aoki:1990年代中期的美國相當熱衷於全像技術的研究,但日本產業界卻不認為全像技術在儲存應用方面有什麼潛力。

Horimai:因此,我雖然有這樣的想法,但卻不能在Sony內部實踐。我僅有空想,卻無法付諸試驗。

Aoki:這對Optware反而是幸運的。他離開Sony以後便有機會進行了實驗,然後以這些實驗為基礎申請專利。

EET:Aoki先生,那時你不是還在Sony擔任高階主管職務嗎?

Aoki:我當時在美國聖地牙哥負責資料系統部門,管理Sony在全球的週邊設備業務。Sony在DVD格式之戰中敗落後,我被調回日本,從1997年開始領導Sony的光碟策略工作。

實現下一代光碟系統的方法有好幾種,但經過實驗證明,0.1mm的覆蓋層將是光碟系統的最佳方案,因此藍光(Blue-ray)光碟應該會成為光碟的最終格式。此後,我開始對光碟以外的其它儲存方式感到好奇,於是我先在Iomega日本分公司擔任總裁一職,然後又在SanDisk,累積一些半導體記憶體方面的經驗。

Horimai先生在準備離開Sony時就來找過我,我也建議他離開。那時他就曾經邀請我加入他新創的公司,但我因剛決定去SanDisk而未能應允。後來,在我成功的建立起Sony和SanDisk間的記憶卡(Memory Stick)商業聯盟後,便加入Optware公司。一開始我只是擔任顧問的角色,但當我親身投入參與一些實驗後,更確信該技術的可行性,因而決定全心投入。當然,Horimai要兼顧開發、管理、財務和標準化等各項工作,實在是太困難了。我希望他能專注於他所擅長的領域,而我便能在標準化和結盟方面助他一臂之力。

Horimai:我花了3年的時間才建立起這個充滿風險的事業。當我在與可能的投資者協商時,他們總說除非這一系統成為全球標準,否則他們不願投資。於是,我的事業計畫中便是需要一位標準化方面的專家,一開始我就屬意Aoki博士為最佳人選。所以我等了他兩年,直到Aoki完成了他在SanDisk的任務。

EET:Optware的第一款產品是一個200GB的系統,對嗎?

Horimai:是的,這款名為Magnum的檔案資料儲存系統,容量約為200GB,是針對廣播電台所開發的,我們預定於今年推出。

我們的系統是建立在一個‘容量可選’的基本概念上。儲存光碟的內部磁軌上有一個用戶無法存取的製造商區,該區標識出光碟所能夠儲存的容量,光碟片載入時驅動器便會讀取這個區域。

我們的光碟都使用同樣的頁格式,只要改變燒錄磁距便能夠增大容量。例如,磁距為13微米時,每張光碟容量為200GB。當磁距被縮小到8微米時,容量就增大為500GB。當磁距變得更小至6微米時,容量就能達到1兆位元組(TB)。3微米時,容量進一步增大到3.9TB。

EET:消費者在使用不同容量的光碟片時不用擔心資料格式的問題嗎?

Aoki:目前我們正在設法將這一特性添加到標準中去。

Horimai:業界總喜歡吹捧後向相容性,而我們的驅動器則具備與未來容量相容的能力。今年我們將推出200GB的系統,但假如我們在2007年推出了500GB的光碟,那麼我們在今年所推出的驅動器也能讀寫這種500GB的光碟。

Aoki:不需要升級系統或者軟體嗎?

如果光碟片在製造商區標識著200GB的容量,那麼驅動器就會認定它是一張200GB的光碟;如果容量標識為1TB,那麼驅動器就會認為這是一張1TB的光碟。也就是說,系統能夠處理一張容量小於系統設計規格的光碟。聽起來可能有點誇張,但我們的驅動器確實能支援從0位元組到3.9TB的容量。因此,即使光碟製造商想銷售便宜一點的光碟,例如容量為100GB的也可以。

EET:目前你們面臨的最大的挑戰是什麼?

Horimai:光源。我們的系統採用732奈米的綠光雷射,這是一種固態雷射,其光源器體積相當龐大且價格昂貴。要想縮小光源體積確實是一大挑戰。

EET:半導體雷射能解決你們的問題嗎?

Horimai:我們無法等到半導體雷射滿足我們的需求再開始行動,最好的選擇是微晶片雷射。我們曾在全世界尋找候選方案,直到去年才發現日本在這個領域中是全球最先進的國家;在日本,政府資助的實驗室正在開發手掌般大小的雷射器,這種雷射器能夠輸出百萬瓦級的功率。這種大功率的雷射能夠穿透一塊鋁板。

當然,我們並不需要百萬瓦級的功率,在10∼20奈秒的脈衝寬度,千瓦級功率就足夠了。

EET:你們的標準化工作進展如何?

Aoki:原來在Sony工作時以及海外的朋友們都在協助我們進行標準化工作。我們已經與微軟和好萊塢電影公司密切協商,透過這些協商,讓我們對產品後期製作的應用需求更有信心。但就消費性應用而言,我們的系統還不夠精密。

EET:HVD是否將成為一個開放性標準?

Horimai:是的。其儲存媒介也是開放的。開發光碟片所用的材料品質完全取決於媒介製造商,至於我們是否會授權驅動器技術,那是另外一回事。

Hideyoshi Horimai簡介:

Optware公司技術長

日本Aichi豐橋科技大學電氣與電子工程學學士與碩士

1999年創立Optware公司,現任技術長。

曾於Sony公司從事光碟儲存的先進技術開發,因磁場調變覆寫技術的磁光開發專案獲總裁獎。

並曾研發出燒錄媒介MiniDisc MO系統之基礎技術

Yoshio Aoki簡介:

Optware公司總裁兼執行長、Optware美國分公司總裁兼執行長

美國西北大學材料科學碩士與博士

曾於Sony公司從事CCD和光碟研究與開發。

曾建立Sony光碟資料儲存實驗室,開發出世界第一款商用磁光碟驅動器

曾任Sony電子資深副總裁、Sony光碟策略部門總經理、Iomega公司副總裁暨日本公司總裁、SanDisk公司副總裁暨日本公司總裁

擁有0.1-0.6mm厚度覆寫層專利

作者:原好子




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