Holographic Data Storage: From Theory to Practical Systems

Holographic Data Storage: From Theory to Practical Systems......Page 5
Contents......Page 7
Foreword......Page 17
Preface......Page 19
List of Contributors......Page 21
1.1 The Road to Holographic Data Storage......Page 23
1.2.1 Why Now?......Page 25
1.2.2 Focus of the Book......Page 27
1.2.3 Other Examples of System using the InPhase Architecture......Page 29
1.3.1 Professional Archival Storage......Page 30
1.3.2 Consumer Applications......Page 33
References......Page 36
2.1 Introduction......Page 39
2.2 Brief History of Holography......Page 40
2.3.1 Introduction......Page 41
2.3.2 Using Holography for Data Storage......Page 44
2.4.1 Introduction......Page 46
2.4.2 Kogelnik’s Coupled Wave Equations......Page 47
2.4.3 k-Space Formalism......Page 48
2.5.1 Introduction......Page 53
2.5.2 Bragg-Based Techniques......Page 54
2.5.3 Momentum-Based Techniques......Page 56
2.5.4 Correlation-Based Techniques......Page 60
2.5.5 Combinations of Multiplexing Methods......Page 62
2.6 Address Space Limitations on Holographic Densities......Page 63
References......Page 64
3.2.1 Introduction......Page 67
3.2.2 Coaxial Architecture......Page 68
3.2.3 Collinear Architecture......Page 70
3.3.1 Introduction......Page 71
3.3.2 Angle-Polytopic, Phase Conjugate Architecture (InPhase Architecture)......Page 73
3.4.1 Introduction......Page 76
3.4.2 Monocular Implementation......Page 78
3.4.3 Experimental System......Page 80
3.4.4 Preliminary Experimental Results......Page 81
Acknowledgements......Page 83
References......Page 84
4.2 Laser......Page 87
4.2.1 Initial Tapestry Drive Laser Specification......Page 88
4.2.2 Optical System Configuration......Page 89
4.2.4 Mode Sensor......Page 91
4.2.6 Wavelength Sensor......Page 92
4.2.7 Characteristics of Optical Power and Tuning Range......Page 93
4.2.8 Probability of Single-mode Operation......Page 94
4.2.11 Future Developments......Page 95
4.3.1 Introduction......Page 97
4.3.2 Available SLM Technologies......Page 98
4.3.3 Tapestry Drive SLM Specifications......Page 99
4.3.4 Consumer SLM Specification......Page 100
4.4.1 Introduction......Page 101
4.4.2 Tapestry Drive CMOS Sensor......Page 102
4.4.3 Image Sensors for Consumer HDS......Page 103
4.5.1 Introduction......Page 104
4.5.2 Galvanometer......Page 105
4.5.3 Mechanical Based Scanners......Page 106
4.5.4 MEMs Scanners......Page 107
4.5.6 Acousto-Optic Beam Scanner......Page 108
4.6.1 Introduction......Page 109
4.6.3 Extremely Isoplanatic Holographic Storage Lens......Page 110
4.6.4 Examples – Symmetric and Asymmetric Phase Conjugation......Page 112
4.6.5 Lens Design Notes: Phase Conjugation and Extreme Isoplanatism......Page 114
4.7.1 Introduction......Page 116
4.7.2 Current Polytopic Filter......Page 117
4.7.3 Mechanical Filtering......Page 118
4.7.4 Interference Filters......Page 119
4.7.5 Thin Film Coating on Curved Surface......Page 120
Acknowledgements......Page 122
References......Page 123
5.1 Introduction......Page 127
5.2.2 Dimensional Stability......Page 129
5.2.5 Absorption Properties......Page 132
5.3.1 Photorefractive Materials......Page 133
5.3.2 Photoaddressable Systems......Page 135
5.3.3 Photochromic Systems......Page 136
5.3.4 Photopolymer Systems......Page 137
5.3.5 Other Materials......Page 138
References......Page 139
6.1.2 General Characteristics of Photopolymers......Page 143
6.2.1 Host Matrix Systems of Photopolymers......Page 145
6.2.2 Photoreactive System of Photopolymers......Page 146
6.3.2 General Use in a HDS System......Page 149
6.4 Rewritable......Page 152
References......Page 154
7.2.1 Overview of Disk Structure......Page 155
7.3.1 Flow of the Manufacturing Process......Page 157
7.3.4 Hub and Inner Sealing......Page 158
7.3.5 Bonding......Page 159
7.3.6 Edge and Center Plug Sealing......Page 162
7.3.7 Cartridging......Page 163
7.4.1 Substrates......Page 164
7.4.3 Assembled Media......Page 167
Acknowledgements......Page 170
References......Page 171
8.2.1 Introduction......Page 173
8.2.2 Plane Wave Tester Set-up......Page 174
8.2.3 Measurements and Analysis......Page 176
8.2.4 Two Plane Wave Material Testing......Page 179
8.4 Scatter Tester......Page 184
8.5 Spectrophotometers/Spectrometers......Page 186
8.6.1 Overview......Page 187
8.6.3 System Response......Page 188
8.6.4 Experimental Example......Page 190
8.7 Interferometers......Page 192
8.8 Research Edge Wedge Tester......Page 194
8.9 Defect Detection......Page 196
8.10.1 Scatter......Page 197
8.10.4 Media Termination Test......Page 198
8.11.2 Media Shelf Life Testing......Page 199
8.11.3 Disk Archive Testing......Page 200
8.11.4 Edge Seal Testing......Page 203
References......Page 204
9.1 Introduction......Page 207
9.2.1 Architecture......Page 210
9.2.2 Field Replaceable Unit (FRU)......Page 212
9.2.3 Shutter......Page 213
9.2.4 Optical Divider......Page 214
9.2.5 Data Path......Page 216
9.2.6 Reference Path......Page 218
9.2.7 Cure System and Toaster......Page 221
9.3.2 Cooling......Page 222
9.3.3 Integrated Vibration Isolation System and Sway Space......Page 223
9.4.1 Electronics......Page 224
9.4.2 Firmware......Page 227
9.5.1 Overview......Page 231
9.5.2 Drive Alignment for Interchange......Page 234
9.6 Defect Detection......Page 236
9.7 Read and Write Transfer Rate Models......Page 238
9.7.2 Simple Read Transfer Rate Model......Page 239
9.8 Summary......Page 241
References......Page 242
10.1 Introduction......Page 243
10.2.1 Introduction......Page 244
10.2.2 Details of Model......Page 245
10.2.3 Quality Metrics for the Model......Page 247
10.2.4 Implementation Details and Effects of Parameter Variations......Page 249
10.3.1 Introduction......Page 259
10.3.2 Comparison of Linear and Nonlinear Channel Identification......Page 261
10.4 Simple Channel Models......Page 263
10.4.1 Amplitude Model......Page 264
Acknowledgements......Page 266
References......Page 267
11.1 Overview......Page 269
11.2 Data Page Formatting......Page 270
11.2.2 Headers (Bar Codes)......Page 271
11.2.5 Data Interleaving......Page 272
11.3 Data Channel Metrics......Page 274
11.3.1 Signal to Noise Ratio......Page 275
11.3.2 Centroid Calculation......Page 276
11.3.4 Signal to Scatter Ratio......Page 277
11.4.1 Introduction......Page 278
11.4.2 Resampling Process......Page 279
11.4.3 Alignment Measurement Method......Page 283
11.4.4 Experimental Results......Page 286
11.5.1 Log Likelihood Ratio......Page 287
11.5.2 Page Level ECC......Page 289
11.6 Fixed-Point Simulation of Data Channel......Page 290
11.7.1 Introduction......Page 294
11.7.2 Terminology......Page 296
Acknowledgements......Page 298
References......Page 299
12.2.1 Introduction......Page 303
12.2.2 Local Oscillator Generation......Page 306
12.2.3 Quadrature Image Pairs......Page 307
12.2.4 Estimating Phase Difference Δφ(x, y)......Page 309
12.2.5 Quadrature Image Combination......Page 312
12.2.6 Quadrature Image Resampling......Page 314
12.2.7 Coherent Noise Linearization......Page 315
12.2.8 Simulation Results......Page 316
12.2.9 Phase Sensitivity Issues......Page 318
12.2.10 Local Oscillator and Hologram Alignment......Page 319
12.2.11 Adaptive Homodyne Detection......Page 320
12.3.1 Phase-Quadrature Recording......Page 322
12.3.3 Reserved Block Equalization......Page 324
12.3.5 Summary of Improvements......Page 325
Acknowledgements......Page 326
References......Page 327
13.1 Introduction......Page 329
13.2.2 Minimizing the Hologram Size......Page 330
13.2.3 FT Lens Design......Page 331
13.2.4 Phase Mask......Page 333
13.2.5 Short Stacking......Page 336
13.2.6 Skip Sorted Recording Within and Between Tracks......Page 338
13.2.8 Angular Fractional Page Interleaving......Page 340
13.3.2 Basic Scheduling......Page 342
13.3.3 Pre-cure Calibration......Page 344
13.3.4 Write Pre-compensation Process......Page 347
13.3.5 Thermal Effects on Schedule......Page 349
13.4.2 Considerations......Page 351
13.4.3 Format Types with Examples......Page 353
13.4.4 Format Files......Page 357
References......Page 358
14.1 Introduction......Page 361
14.2.1 Introduction......Page 362
14.2.2 Experimental and Modeled Tolerances......Page 365
14.2.3 Tolerance Summary......Page 372
14.2.4 Tolerance Analysis......Page 373
14.3.1 Introduction......Page 375
14.3.2 Theory of Thermal and Pitch Compensation......Page 376
14.3.3 Dither Align......Page 380
14.3.4 Wobble Servo......Page 382
14.4.2 Record Operation......Page 385
14.4.3 Read Operation......Page 388
14.4.4 Interchange Operation......Page 390
14.4.5 Locating Page 0......Page 391
References......Page 393
15.1 Introduction......Page 395
15.2 System Design Considerations......Page 397
15.3.1 Optics and Optomechanics......Page 399
15.3.3 Mirror Design and Control......Page 400
15.3.5 Camera Development......Page 402
15.3.7 Data Channel......Page 403
15.4 Media Design......Page 405
15.5 Two-Step Mastering......Page 407
15.6 Mastering and Replicating Disk Media......Page 412
15.7 Sub-mastering System......Page 414
15.8 Mastering System......Page 415
15.10 Margin Tester System......Page 416
15.11 Experimental Results......Page 417
15.12 Asymmetric Phase Conjugation......Page 418
15.13 Non Fourier Plane Polytopic Filter Designs......Page 419
15.15 Product Roadmap......Page 420
15.16 Summary and Future Improvements......Page 421
References......Page 422
16.1.1 Archive Drive and Media Evolution......Page 425
16.1.2 Monocular and Holographic Read Only Memory (HROM) Drives......Page 426
16.2.1 Archival Storage Market including Near Online Storage......Page 427
16.2.2 Content Addressable Storage......Page 428
16.2.5 New Markets......Page 429
References......Page 430
Index......Page 431