1500 CDs in einem Würfelchen

Während sich Gerätehersteller und die Filmindustrie noch streiten, welcher Nachfolger der DVD der bessere sei, hat so mancher sich noch nicht einmal zum CD-Spieler durchringen können. Doch längst wird in den Labors von Universitäten und Hightech-Firmen am Nachfolger der neuen »High Definition DVD« und dem Konkurrenten »Blu-Ray Disk« gearbeitet. Wie solche Medien aussehen könnten, wird derzeit im Institut für Angewandte Physik der Universität Münster erforscht. Dort entwickeln Wissenschaftler einen so genannten Holografiespeicher: Auf einem Kristall, der etwa so groß wie ein Zuckerwürfel ist, sollen bis maximal ein Terabyte Daten Platz finden. Das ist ungefähr soviel wie die Datenmenge von ca. 1500 CDs. Rund 200 komprimierte Spielfilme ließen sich zum Beispiel dann auf diesem zuckerwürfelgroßen Kristall speichern. Gespeichert wird dabei allerdings nicht auf die klassisch bekannte Weise. An holografischen Speichern wird bereits seit mehr als zwei Jahrzehnten geforscht, doch erst mit preiswerten Lasern, fein auflösenden Displays und digitalen Kameras begannen um 1990 konkrete Forschungsprojekte. In holografischen Speichern lassen sich keine einzelnen Bits mehr lokalisieren, sie enthalten ein Interferenzmuster (das eigentliche Hologramm), das zum Beispiel ein Bild enthält. Die Leiterin des Institutes in Münster, Cornelia Denz, und ihre Kollegen haben inzwischen ein kompaktes holografisches Speichersystem entwickelt, das ohne bewegliche Komponenten auskommt. Ein Laser kann in einem Lithiumniobat-Kristall Datenmuster als Seiten abspeichern. Dabei finden auf einer Seite Millionen von Bits Platz, und auf ein Speichermedium passen Tausende solcher Seiten. Da alle auf einer Seite gespeicherten Daten gleichzeitig abgerufen werden können, seien Datentransferraten im Gigabytebereich und Zugriffszeiten weit unter einer Millisekunde möglich. Um all das zu bewerkstelligen, wird das Licht eines Lasers in einen Signal- und einen Referenzstrahl aufgeteilt. Während der Referenzstrahl direkt auf die Speicherstelle im Kristall zielt, nimmt der Signalstrahl einen Umweg über ein Flüssigkristalldisplay, auf dem die eigentlichen Inhalte abgebildet werden. Dem Lichtstrahl werden dabei diese Daten aufgeprägt. Das Hologramm entsteht dann schließlich in dem Kristallwürfel, und zwar durch die Überlagerung der beiden Lichtwellen, die dort ein dauerhaftes Interferenzmuster erzeugen. Zum Auslesen der Informationen wiederum wird das Hologramm dann erneut mit dem Referenzstrahl beleuchtet und dabei der ursprüngliche Signalstrahl rekonstruiert. Das ist Feinarbeit, denn Voraussetzung ist, dass beim Auslesen des Speichers exakt die gleichen Bedingungen (Wellenlänge, Belichtungswinkel und Phase des Referenzstrahls) wie beim Schreiben der Daten herrschten. Aber genau hierin liegt die eigentliche Stärke des Verfahrens: Denn der Belichtungswinkel muss nur wenig geändert werden, schon lassen sich verschiedene Daten an ein und derselben Stelle im Speicher getrennt ablegen und wieder auslesen. Bislang verwendeten die Physiker dabei das so genannte Winkelmultiplexing, wo der Belichtungswinkel des Referenzstrahls durch einen Spiegel variiert wird, um verschiedene Datenseiten in den Speicher zu schreiben. Die Münsteraner verwenden stattdessen eine Abwandlung, das Phasenkode-Multiplexing, bei dem man auf bewegte Teile verzichten kann, erklärt der Physiker Gernot Berger. Dieses Verfahren erlaubt zugleich eine faktische Verschlüsselung der Daten, denn gelesen werden können diese nur, wenn die richtige Kombination der Referenzstrahlen angewendet wird. Bis zu einem kommerziell nutzbaren Produkt wird es nach Einschätzung des Physikers Gernot Berger noch fünf bis sechs Jahre dauern. Und das werde dann höchstwahrscheinlich aus Polymermaterialien bestehen, wahrscheinlich sogar ähnlich den heutigen Scheiben der CD. Denn die derzeit im Labor verwendeten anorganischen Kristalle sind ziemlich teuer. Inzwischen hätten die billigeren Kunststoffe ihre optische Qualität erheblich verbessert und könnten die gespeicherten Daten lange und sicher tragen. Neben digitalen Daten können mit dem holografischen Verfahren auch normale analoge Bilder gespeichert werden, was besonders für die Archivierung von medizinischen Aufnahmen, archäologischen Funden und Bibliotheksbeständen attraktiv ist. Grundsätzlich, so Bergers Kollege Björn Gütlich, bieten holografische Speicher die Möglichkeit, »Daten sehr, sehr lange« aufzubewahren und eignen sich damit gut als Archive. Weiterhin sei das in Münster angewandte Verfahren auch interessant für den Vergleich von Date...