专利名称：用于超高密度信息存储介质的光学存读方法
技术领域：
本发明属于一种对光信息存储介质进行存写和读出的方法，具体地说涉及一种用于超高密度信息存读介质的双光束纯光学存读方法。
目前，最成熟、最普遍并且已经成为商品化的光学存储技术是光盘存储，但是超高密度信息的存读方法和超高密度信息存储介质一样受到人们的关注，并仍在不断的研究。
光盘对信息的存储主要是利用激光的热效应，即利用聚焦激光在介质的微区产生物理和化学变化写入信息。光盘按其功能划分主要有四种只读存储光盘、一次写入光盘、可擦写光盘和直接重写光盘。而光盘的记录方式有许多种，主要有相变型、烧蚀型、起泡型、熔融型、合金型等等，当用磁光介质或相变等介质进行热模式记录时，记录点很小时其形状变得不规则，这是由于记录时介质上不规则的热扩散所致，所以这些介质人分辨率有上限，一般光盘的道距为1微米，难于满足超高密度信息存储的要求。另外，目前已发展研究的光敏聚合物，光折变等记录材料，它们都是利用光、热、化学反应等使介质的区域结构发生改变，从而折射率发生变化因而可以作为记录材料，除了这种记录方式是不可重写之外，其记录上限也受到光、热、化学反应的限制，也在一定程度上限制了其未来的进一步应用。
过渡金属氧化物，如V2O5，WO3，MoO3，Nb2O5……薄膜的光致变色和电致变色现象可广泛用于高密度存储、图象显示、激光印刷等方面，其制备方法目前主要有真空蒸镀法、电解沉淀法和旋转涂膜法等。这些方法制备的过渡金属氧化物薄膜为无定形结构，没有长程有序性，其记录尺度量级仅限于微米以上，因而限制了其应用于超高密度信息存储介质。同时，过渡金属氧化物薄膜的光致变色过程中有一个物质(空穴、质子)扩散过程，因而限制了光致变色的响应速度和材料的着色-消色循环次数，使其应用性受到限制。
中国专利公开号98111779.1公开了一种可用于超高密度信息存读介质的无机-有机复合变色材料，利用静电引力、氢键等超分子作用使无机化合物与有机化合物复合在一起形成一个新的超分子，该超分子进一步自组织形成长程有序的超晶格结构。当过渡金属氧化物与能提供质子源的有机化合物(例如有机胺、酰胺等)复合后，其中过渡金属氧化物在超晶格二维量子面结构中达到纳米量级的有序排列。同时，有机化合物可直接为过渡金属氧化物提供质子源，消除了以上物质(空穴、质子)扩散过程的不利影响，形成了一个超分子内可逆的快速响应的光致变色过程。有机化合物不同的碳链长度、不同的分子结构、不同的头基决定了有机化合物/无机化合物的结合状态、无机分子的排列和层间距的大小，因而对复合薄膜的组成、结构乃至性能都能进行调控。同时，由于复合薄膜中有机组分可以是具有不同光、电、磁以及化学等活性的有机分子，因而对超分子复合体系的结构、组成和光电变色特性产生调制作用，这种调制可以提高材料的长程有序性、光致变色响应速度，增加材料的稳定性和抗疲劳能力。
该复合材料突出优点是由无机金属酸根离子和有机分子的前驱液反应而成，其中无机酸根离子在有机分子的超分子模板作用诱导下，经过酸化水解-缩聚反应，得到纳米水平上有序排列的无机-有机复合材料。对于此种复合材料，仅受到光照的区域发生光化学反应，最小反应区域可以小于几十个分子，甚至几个分子的面积。记录介质微结构的长程有序性保证了单位面积上有更多的信息容量，从理论上完全可以达到目前光学信息记录、读出的信息点最小面积限制(1/λ2)，甚至可达到一个分子的区域(＜1平方纳米＝，而目前商用光盘的一个信息单位占用的面积是此面积的一千倍至一万倍以上，因而该种复合材料特别适用于超高密度信息存储的介质。
另外，与传统的无机光色材料(主要是过渡金属氧化物薄膜，如MoO3，WO3等)相比，用于记录介质的复合材料具有光色反应快速响应，制备简便，易于操作等优点而有更广阔的应用前景。其光色反应的快速响应，比传统的无机光色材料快二个数量级以上，也适于高密度存储信息的快速记录和快速读出；而复合光色材料制备简便，易于操作等优点为此类材料的未来应用提供了良好的物质基础。
随着对信息存储密度要求的不断提高，迫切需要进一步发展新的超高密度存储技术。目前对光信息存储技术的研究主要集中在以下几个方面1)全息数据存储技术，主要使用铌酸锂晶体为存储介质；2)近场光学扫描显微纳米存储技术，有固体浸没透镜、超分辨近场结构型和微小孔径激光等方法；3)多维光存储技术，包括双光子吸收技术，主要利用具有较大双光子吸收截面的有机高分子等材料。
对上述专利公开的用于记录介质的复合材料，以MoO3/十六胺复合光致变色薄膜为例，采用目前的存储和读出方法，则其吸光度在光照前后的差值为0.15单位，此膜厚为1微米，检测光路截面积为1平方厘米，信号强度比为1∶1.5，如果考虑到记录点的微小面积，比如小于1平方微米，光照变色前后的吸光度差值将很难分辨。目前商用光盘不论是磁光介质光盘、相变介质光盘还是其它记录介质光盘，都有一个信噪比的问题，以利用磁光克尔效应来检测光盘上微区磁畴的磁化方向从而实现信息的读出的磁光型光盘为例，光盘的信噪比与克尔角的大小密切有关，一般克尔角只有零点几度，要实现超高密度的信息存储，就要获得较高的或可用的信噪比，即要有足够的微区磁畴面积来保证较大的克尔角。由于一般磁光介质的克尔角较小，限制最小可记录的面积不能太小，因而磁光型光盘的信息密度不能太高。
本发明的目的即在于提供一种用于超高密度信息存储介质的光学存读方法，该方法信号反差大，检测面积仅为1微米，适用于超高密度存储信息的读出，并且解决了磁光、光折变等记录介质的记录数据易变性的问题，可无损伤读出数据。
本发明的目的是通过如下方法实现的用两束不同波长的光分别进行数据的记录和读出，一种波长的光为信息记录光，聚焦的信息记录光作用在记录介质上使光照区域发生光化学反应，结构、颜色等性能发生改变；另一种波长的光为信息读出光，聚焦的信息读出光在记录介质上连续有序依次照射并散射，记录介质中由于记录光引起的结构变化导致记录点与非记录点的散射光强度明显差异，根据其差异的识别读出记录的信息。
本发明所述的信息记录光为紫外或近紫外光，所用波长小于400纳米。
本发明所述的信息读出光为可见光或近红外光，所用波长大于500纳米。
具体地说，当本发明采用一种波长的光为信息记录光来记录数据时，它使得记录介质上光作用区域(即记录点)发生局域光化学反应，记录的点的结构和性能都发生改变，与未光照区域有明显的差异，因而可以记录数据信息；用不同于信息记录光波长的另一波长光为信息读出光，进行信息读出时，使读出光在介质记录点上连续有序依次照射，而被介质散射出的光信号用检测系统接受分析，由于记录点与周围区域的结构和性能不同，被介质散射出的光信号就产生了显著的差异，用检测器分辨出其差异，可以进行数据的识别，达到数据读出的目的，由于信息读出光对记录介质不能产生光化学反应，因而可以无损伤读出数据。
为了对本发明有进一步了解，下面通过实施例并结合附图作详细说明，其中
图1为本发明原理示意图；图2为本发明实施例1、2、4和5记录介质中未光照点和光照点的散射光强度对散射光频率的关系图；图3为本发明实施例3记录介质中未光照点和光照点的散射光强度对散射光频率的关系图。
实施例1请参看图1，记录介质(3)为三氧化钼/十八胺复合薄膜，用带滤光片(＜350纳米)的500W高压汞灯为信息记录光(1)经聚焦镜(2)聚焦后的斑点落在三氧化钼/十八胺复合薄膜(3)上，光斑直径为1微米，光强为0.1毫瓦，光照时间为1秒，在三氧化钼/十八胺复合薄膜(3)上形成直径1微米的深紫色记录点(4)，此深紫色斑点可长期保存；光记录完成后，用Ar+激光器为信息读出光(图中未示)，激光器输出514.5纳米激光经聚焦后分别在光照区域和未光照区域，光强为0.2毫瓦，激光斑点面为1平方微米，其散射光经聚焦透镜(5)由分光器(6)单色化后(分辨率为0.5波数)用电荷耦合器件阵列检测器(7)检测。将散射光强度对散射光频率作图，得到两条显著不同的曲线(如图2所示)。光照前后区域的散射信号强度比最在为795波数处的1∶6(24∶151)，信号反差大。结果说明此方法适用于高密度信息的存储和读出。
实施例2用掺钕钇铝石榴激光器的倍频脉冲激光(265钠米)为信息记录光，光斑直径1微米，光强为1毫焦每脉冲，光照次数为10次脉冲，形成直径为1微米的深紫色记录点。其余读出条件同实施例1，将散射光强度对散射光频率作图，得到如实施例1相同的两条曲线。
实施例3记录介质为三氧化钼/乙二胺复合薄膜，氮分子激光器的脉冲激光(337纳米)为信息记录光，光斑直径为1微米，光强为1毫焦每脉冲，光照次数为10脉冲，形成直径为1微米的深蓝色斑点，此深蓝色斑点可长期保存。光记录过程完成后，用水银灯的546纳米光作为信息读出光，光强为0.1毫瓦，聚焦后光斑点面积为1平方微米，其散射光经分色器单色化后(分辨率为1.0波数)用光电倍增管检测。将散射光强度对散射光频率作图，得到如图3所示的两条显著不同的曲线，光照前后区域的散射信号强度比最大为893波数处的1∶7.9(194∶1529)，信号反差大。
实施例4记录介质为三氧化钼/十六胺复合薄膜，信息记录光和信息读出光条件同实施例1，光照前后区域的散射信号强度比最大为750波数处的1∶3，信号反差大。
实施例5记录介质为三氧化钼/十二胺复合薄膜，信息记录光和信息读出光条件同实施例1，光照前后区域的散射信号强度比最大为870波数处的1∶6，信号反差大。
权利要求
1.一种用于超高密度信息存储介质的光学存读方法，其特征在于，用一种波长的光为信息记录光，作用在记录介质上使光照区域发生光化学反应，另一种波长的光为信息读出光，依据信息读出光在记录点与非记录点的散射光强度差异识别读出记录信息。
2.根据权利要求1所述的用于超高密度信息存储介质的光学存读方法，其特征在于，所述的信息记录光为紫外或近紫外光，所用波长小于400纳米。
3.根据权利要求1所述的用于超高密度信息存储介质的光学存读方法，其特征在于，所述的信息读出光为可见光或近红外光，所用波长大于500纳米。
全文摘要
本发明提供了一种用于超高密度信息存储介质的光学存读方法，采用双波长法进行数据的记录和读出，即用一种波长的光作为信息记录光，聚焦后作用在记录介质上，使光照区域发生光化学反应，光照区域的结构、颜色等性能发生了改变；用另一波长的光作为信息读出光，聚焦的读出光在记录介质上照射，根据每一区域是否曾被记录光辐射而引起结构变化产生的散射光信号差异来识别记录的信息。
文档编号G11B7/00GK1392543SQ01118809
公开日2003年1月22日 申请日期2001年6月14日 优先权日2001年6月14日
发明者姚建年, 陈朝晖 申请人:中国科学院化学研究所