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06.12.2016 - 01:49
Foto: thinkstockphotos.de

Forscher packen 1.000 Terabyte auf eine einzige DVD

21.06.2013, 16:28
Australischen Forschern der Swinburne-Universität ist ein entscheidender Durchbruch im Bereich der optischen Datenträger gelungen. Während eine handelsübliche DVD heute 4,7 Gigabyte an Daten fasst und selbst eine BluRay-Disc bei 50 Gigabyte an ihre Grenzen stößt, sollen mit der neuen Brennmethode der Forscher künftig bis zu 1.000 Terabyte an Daten auf eine DVD gequetscht werden. Das entspricht 50.000 Full-HD-Filmen oder mehr als zehn Jahren Full-HD-Videomaterial.

Um zu verstehen, wie den Wissenschaftlern der Durchbruch bei der Speicherkapazität optischer Medien gelungen ist, muss zunächst die Funktionsweise einer CD, DVD oder BluRay erklärt werden. Optische Speicherdiscs werden vom Computer mit binären Daten beschrieben – Nullen und Einsen.

Vertiefungen und Erhebungen auf dem Datenträger, sogenannte Pits und Lands, dienen dazu, diese beiden unterschiedlichen Zustände darzustellen. Bei gebrannten Discs werden die Vertiefunden durch "trübe" Sektoren ersetzt, die aber den gleichen Effekt wie eine Vertiefung haben: Das Licht des Abtastlasers gelangt von einem solchen Sektor nicht so schnell wieder zurück zum Laser wie bei einem Zwischenraum.

Physikalisches Gesetz bremste Datenträgerentwicklung

Das Problem optischer Datenträger: Die Größe der Pits und Lands auf der Disc ist beschränkt. Mit herkömmlichen technischen Verfahren können Abstände und Größe dieser einzelnen Punkte kaum mehr minimiert werden. Die Größe der Disc ist der zweite limitierende Faktor bei der Speicherkapazität.

In diesem Zusammenhang hat der deutsche Physiker Ernst Abbe schon im 19. Jahrhundert herausgefunden, dass über eine Linse fokussierte Lichtstrahlen nicht schmaler als ihre halbe Wellenlänge werden können. Bei sichtbarem Licht entspricht das einer Größe von 500.000 Nanometern – der fünfhundertmilliardste Teil eines Meters. Weil die trüben Punkte, die ein Lichtstrahl auf eine DVD brennt, nicht kleiner werden können, erreicht man recht schnell die Kapazitätsgrenzen des Datenträgers.

Forscher umgehen Abbes Gesetz mit cleverem Trick

Den australischen Forschern ist es nun gelungen, Abbes Gesetz durch einen cleveren Trick zu umgehen. Sie verwenden zwei verschiedene Laserstrahlen, um die Größe der Punkte auf der DVD zu minimieren. Zwei Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Eigenschaften und entgegengesetzten Funktionsweisen helfen, die Punkte zu schrumpfen.

Dabei fungiert der erste Lichtstrahl als Aufnahme- Laser, der Daten auf die Disc schreibt. Dieser Lichtstrahl wird von einem zweiten Lichtstrahl in Kringelform umschlossen. Der zweite Lichtstrahl hebt die Schreibfunktion des ersten Lichtstrahls bei Überlagerung auf.

Weil sich beide Strahlen überlappen und der zweite Lichtstrahl in der Mitte nur ein klein wenig Platz für den ersten Schreib- Lichtstrahl übrig lässt, wird die Größe der mit dem ersten Strahl aufgezeichneten Punkte drastisch reduziert.

Neue Schreibmethode schrumpft Speicherpunkte erheblich

Nur neun Nanometer groß ist ein Speicherpunkt, der mit dem Duo aus verschiedenen Laserstrahlen aufgezeichnet wird – erheblich kleiner, als es mit aktuellen Aufzeichnungstechnologien möglich wäre. Weil die einzelnen Speicherpunkte auf der Disc durch die neue Methode so klein werden, steigt die Kapazität der Discs ganz erheblich.

Den Wissenschaftlern zufolge ist die neue Technik äußerst kosteneffizient, weil man mit herkömmlichen optischen Elementen das Auslangen finde und so neue optische Datenträger mit langer Lebensdauer und gewaltiger Kapazität herstellen könne, die beispielsweise auch in großen Datenzentren eingesetzt werden könnten.

Der Durchbruch kommt zur richtigen Zeit: Rund 90 Prozent aller heute auf der Erde vorhandenen digitalen Daten seien in den letzten beiden Jahren entstanden, verdeutlichen die Wissenschaftler in einem Artikel  die Bedeutung ihrer Entdeckung.

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