Efter dvd kommer hologrammen

Hologram lockar. Tänk en framtida videokamera som lagrar bilderna på ett hologram; den skulle nog sälja bra. Att den skulle rymma hundra långfilmer är givetvis ett försäljningsargument, men troligen skulle den också sälja på magiken kring ordet holografi.

Länge har hologrammen spåtts en lysande framtid som lagringsmedium, men nu tycks det äntligen vara dags. Sedan en tid finns fungerande prototyper, och ett amerikanskt företag lovar att börja sälja hologramskivor och hologramläsare år 2006.

Framtiden syns inte

Framtidsnamnet till trots, så ser de första exemplaren inte särskilt spännande ut. Det syns inte att skivan kan lagra hundra gånger mer information eller att den högst ordinära lådan som man stoppar in skivan i kan läsa informationen hundra gånger snabbare än normalt. Man kan inte ens se skivan, för materialet den är gjord av är känsligt för dagsljus och skivan hålls dold inuti ett plastfodral.

Både en dvd och ett hologram använder ljus för att skriva och läsa information. Den viktigaste principiella skillnaden är att medan en dvd bara lagrar informationen i ett lager, kan hologramskivan lagra information också på djupet, i tre dimensioner. Detta görs genom att laserstrålarna vinklas något när man skriver och läser informationen.

Det senaste året har minst tre nystartade företag visat upp fungerande prototyper på hologramminnen. Prognosen att serietillverkade apparater kommer att levereras redan nästa år får man dock ta med en nypa salt. Förra året sade minst två företag att introduktionen skulle ske i år, vilket inte längre är realistiskt. Men att tekniken väntar alldeles bakom hörnet är alla överens om.

Holografisk datalagring fungerar genom att två laserstrålar samtidigt belyser ett ljuskänsligt material. Den ena strålen är ren och kallas referenssignal, medan den andra har passerat ett filter som gör att den innehåller den information som ska lagras. Därefter kan man läsa informationen gång på gång genom att lysa på materialet med samma referensstråle som tidigare.

I väntan på lasern

Den principiella grunden för holografi är nära sextio år gammal. Det dröjde dock till dess att lasern introducerades innan holografi blev praktiskt genomförbart. Sedan dess har hologrammen funnit användning i en mängd smala tillämpningar, som svårkopierade bilder och avancerade mätapparater. Ganska snart stod det också klart att hologram är väl lämpade för datalagring. Teoretiskt borde ett hologram kunna lagra mer än 100 miljarder byte per kubikcentimeter. En normal dvd lagrar 50 miljoner byte per kvadratcentimeter.

Med andra ord är hologram ett fantastiskt sätt att lagra information. Länge saknades dock de praktiska förutsättningarna: ett ljuskänsligt material där informationen ska lagras, små och billiga lasrar, tillräckligt snabba och precisa filter som kan modifiera laserstrålen, och detektorer som kan användas som pickup när informationen ska läsas.

Ett viktigt genombrott kom när Hans Coufal och hans grupp vid IBM:s forskningslaboratorium i Kalifornien lyckades visa att åtminstone ett material skulle kunna vara kandidat för holografisk datalagring. Materialet, litiumniobat, var i sig inte nytt, men i laboratoriet lyckades man nu lagra nästan hundra gånger mer information per ytenhet än vad vanliga optiska skivor klarar.

Efter genombrottet har flera andra material presenterats, och just nu tycks ett ljuskänsligt plastmaterial vara det mest lovande. De plasthologram som först visades upp hade den egenheten att de krympte när data lagrades, vilket gjorde att det blev svårt att avläsa informationen korrekt. Det amerikanska företag som nu har visat en fungerande prototyp använder dock en plastblandning där det ljuskänsliga materialet skyddas av ett annat material som bland annat ska förhindra krympning.

Ett annat problem har varit att det krävts alltför hög effekt hos lasern för att skriva och läsa informationen. De lasrar som funnits till lågt pris har inte haft tillräcklig kapacitet för att vara användbara. Tillverkarna påstår dock att nya material fungerar tillsammans med de billigare lasrarna. Att dessa material är intressanta visas av att asiatiska elektroniktillverkare, bland dem Sony och Sanyo, köpt licenser för framtida serietillverkning.

Bara spara en gång

En begränsning hos plasthologrammet som fortfarande är olöst är att det bara går att lagra data en gång. Man kan läsa informationen hur många gånger som helst, men bara skriva en gång.

På andra områden har hologramforskarna inte behövt jaga egna lösningar. Billiga digitalkameror med flera miljoner bildpunkters upplösning per bild har betytt att små billiga ljusdetektorer, som också kan användas för att läsa av holografisk information, redan finns. Masstillverkning av cd- och dvd-spelare har också inneburit att billiga lasrar och modulatorer finns tillgängliga.

Utvecklingen när det gäller dvd-spelare är dock inte enbart positiv för hologramtillverkarna. Efter de dvd-spelare som vi använder i dag, kommer en ny generation som använder lasrar med kortare våglängd (se Jakten på det blå ljuset, F&F 3/04). Den så kallade blålasertekniken lovar betydligt större lagringsutrymme inom ramen för befintlig och beprövad teknik. Dvd-liknande skivor som använder blå laser lagrar uppåt 100 gigabyte på en skiva, 20 gånger mer än en vanlig dvd-skiva. Visserligen klarar en hologramskiva i teorin tio gånger så mycket. Men beprövad teknik tänjer oftast gränserna som mest när hoten är som störst.

Är det kanske så att historien hunnit i kapp hologrammen? Att de inte längre är intressanta när de väl är tekniskt möjliga? Magnetisk lagring på hårddiskar har länge spåtts slå i taket, men en hårddisk som lagrar så mycket som en tredjedel av en framtida hologramskiva finns redan i dag att köpa för cirka 2 000 kronor. Man kan kanske också fråga sig om det verkligen finns behov av att lagra en miljon böcker, en kvarts miljon musikstycken eller hundra långfilmer på en enda skiva.

Snabbheten överlägsen

På en punkt har dock varken dvd-skivor eller hårddiskar någon chans mot hologrammen, och det är snabbheten. Ett hologram avläses i stora munsbitar. Visserligen gäller det att man verkligen också vill läsa mycket information, för om man bara vill ha tag i ett tecken här och ett tecken där, så går det inte snabbare än med traditionell teknik. Men ska man hämta en hel bild på 50 megabyte, då går det flera hundra gånger snabbare.

Inom vissa tillämpningar är därför hologrammen särskilt attraktiva. Ett av dessa specialområden är bildjämförelser. Teoretiska beräkningar visar att en jämförelse av bilder går mer än tusen gånger snabbare mellan hologram än mellan traditionellt lagrade bilder.

Ett av de företag som arbetar med hologramlagringsteknik har därför specialiserat sig på arkivsystem för satellitbilder, ett annat har utformat ett ultrasnabbt system för identifiering av fingeravtryck. En möjlig marknad för den sistnämnda tekniken är de system som ska klara av att hitta möjliga terrorister bland de tusentals utlänningar som kommer till USA varje dag och tvingas lämna fingeravtryck vid gränskontrollen.