AT397736B - Optisches datenspeichermedium - Google Patents

Description

AT 397 736 B

Die Erfindung betrifft ein optisches Datenspeichermedium zum Speichern von Information an zugehörigen Datenspeichsrplätzen mit auf einem Träger engeordneter, vorzugsweise metallischer, Spiogeiachicht sowie darüber angeordneter transparenter Zwischenschicht und metallischer Inselfilmschicht. sowie eventuell transparenter Deckschicht, und ein Verfahren zur Datenaufzeichnung aut ein optisches Datsnspeicherme-6 dium.

Optische Speidhormedien sind in Form von Compact-Discs (CD) und CD-ROMS weit verbreitet Bei diesen tastet ein fokussierter, monochromatischer Laserstrahl eine Folge von reflektierenden Speicherplätzen, den sogenannten “pits“, ab, wobei die Information über die unterschiedliche Lage der Pits logisch kodiert ist. το Aus der EP-A-Q 097 430 ist ein gattungsgemäßes Speichermedium bekannt, welches aus einer zu der bei CD verwendeten ähnlichen Schichtenfolge aufgebaut ist mit dem Unterschied, daB äs Anti-Reflexionsschicht eine metallische Inselschicht aufgebracht ist Diese hä den Vorteil. daB der Schreib-Laserstrahl, der durch sefo Einwirken eine Agglomeration der an der Steife des Auffreffens vorhandenen Inse/bereiche bewirkt, die Reaktivität der Datenspeicherplätze ebenfalls ein- und aus-"schaifen" kann, der dabei «$ benötigte Platz aber geringer wird. Als Nachteil verbleibt aber der Umstand, daB jeweils nur 1 bit Information an einem Datsnspeicherplafz gespeichert werden kann.

Fine grundsätzliche Möglichkeit zur Vergrößerung der Speicherdichte optischer Speicher besteht in der spektralen Kodierung eines jeden Datenspeicherplatzes- Dies kann entweder dadurch erfolgen, daB jeder Speicherplatz so beschaffen Ist, daß er beim Abtasten mit einem LichtbOndei, weiches Licht mehrerer so verschiedener Wellenlängen X* Xa> Xc>— enthält, nur mit einer bestimmten dieser Welllenlängen wechselwirkt, indem er nur dieses Licht absorbiert (Transmiseionsmodus) oder nur dieses Licht nicht reflektiert (Reflexionsmodus). Die Information ist nun in einem Datenspeicheiplafz über die entsprechende Wechselwirkungswellenlänge logisch kodiert. Damit vergrößert sich der Informationsgehalt eines jeden Datenspeicherplatzes linear mit der Zahl der optisch unterscheidbaren, also auflösbaren Absorptionsmaxima (Refle-25 xfonsminlma). Eine weitere Stergerungsmöglichkelt der Informationsdichte pro Datenspeicberpiatz ergibt sich durch eine Parallelisierung des oben beschriebenen Prinzips. Jeder Datenspeicherplatz kann so beschaffen sein, daß er mit mehreren der verwendeten Lichtwellenlängen gleichzeitig wechselwirkt. Die Zähl der dabei auftretenden Wellenlängen-KombrnationsmögSchkeiten ergibt so die Zahl der logisch unterscheidbaren Zustände. so. Voraussetzung für dis spektrale Kodierung jedes Dafenspelcherpfafzes ist seine entsprechende "Bn®r-bung". Sie kann im Prinzip durch solche Medien erfolgen, die entsprechende Absorption»- oder Reflexionseigenschaften bei mindestens zwei verschiedenen Wellenlängen besitzen, die sich dann unabhängig voneinander ein- bzw. aus-"schaflen" lassen. Bisher bekannt sind Systems, bei denen jeder Speicherplatz eine Mischung von mehreren verschiedenen Farbstoffmolekülsorten A, B, C, mit spektral klar unteres scheidbaren Absorptionsbanden enthält, wobei die Anwesenheit bzw. Abwesenheit einer jeden Farbstoff· komponente der logischen Information "ja" bzw. "nein" entspricht.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein optisches Datenspeichermedium zu schaffen, welches an einem Datenspeicherplatz mehr als zwei Informaiionszustände zu speichern in der Lage ist und eine hohe Dichte an aufzuzeichnenden Daten aufgrund spektraler Kodierung eines jeden Datenspeicherplatzes zuläBt 40 ErfindungsgemäB wird dies dadurch erreicht, daß an jedem Datenspeicherplatz die Dicke der transparenten Zwischenschichte die spektrale Lage des Reflexionsminimums bestimmt, wobei das Reflexionsmim-mum durch die optische Reflexionswirkung des gesamten Schichtsystems wesentlich schmalbandiger ist, als es der Absorptionswirkung des freien Inselfilms in Transmission entspricht, und wobei die spektrale Lage des Reflexionsminimums zur Speicherung der Information dient 46 Bei einer derart an jedem Datenspelcherpiatz angeordnete Schichtstruktur ergibt sich aus dem Abstand der Spiegelschicht zur inselfilmschicht eine eindeutige Zuordnung zu genau einer Wellenlänge eines Lesestrahls, welche Wellenlänge durch Erfüllen einer Anti-Reflexionsbedmgung nicht vom Medium reflektiert wird. Werden an jedem der Datenspeicherplätze verschiedene Dieken der Distanzschicht gewählt, so werden dementsprechend verschiedene Wellenlängen an diesen Stellen nicht reflektiert Unter Verwendung so von sogenannten metallischen Inselfilmen, vorzugsweise aus den Edelmetallen Silber, Gold, Kupfer, etc. als Teil des Anti-Reflexions-Systems ergeben sich besonders vorteilhafte Eigenschaften des Mediums. Inselfilme sind eine zweidimensional unregelmäßige Anordnung von submikroskopisch kleinen metallischen Partikeln mit typischen Abmessungen von etwa 20 nm. Sie entstehen durch thermisches Aufdampfen des jeweiligen Metalls im Hochvakuum auf ein durchsichtiges Substrat bei sehr kleinen Schichtdicfcen ("Massen-56 dicken "-Bereich von einigen nm). Sie zeigen, je nach Ausgangsmateriat und Präparationsparametem, eine starke, breitbandige Absorption im Sichtbaren bis ins nahe Infrarot. Wegen dieser Breitbandigkeit (typisch 100 - 200 nm Halbwertsbreite) sind sie für die erfindungsgemäBe Verwendung unmittelbar weniger geeignet, da in dem interessierenden Spektraibereich nur eine kleine Zahl von Absorptionsmaxima sicher 2

AT 387 736 B unterscheidbar ist, obwohl Bemühungen in dieser Richtung laufen (K. Baba et at, Etectr. Lett, 28, 676 (1982)). Eine wesentliche Reduktion der wirksamen AbsorpQonsbrette ergibt sich jedoch dann, wenn der entsprechende Inselfiim in passendem Abstand (Bereich Q bis 1000 nm) Ober einer, vorzugsweisen metallischen, Spiegelschicht angeordnet wird, wobei dieser Abstand durch eine transparente Zwischen-6 Schicht, z.B. aus aufgedampftem Quarz definiert wird. En derartiges Schichtsystem besitzt gegenüber dem reinen Inselfiim stark veränderte Absorptionseigenschaften, die allerdings jetzt wegen der reflektierenden Spiegeischicht nicht mehr im transmfflerten, sondern im reflektierten Licht als Reflexionsminimum auftreten. Bei geeigneter Wahl der Parameter kommt es sowohl zu einer starken Einengung der spektralen Bandbreite des Reftexionsminimums auf weniger als 10 nm verglichen mit dem Absorptionsmaximum des freien Films, io alsauch zu einer starken Vertiefung dieses Reftexionsminimums (effektive Optische Dichte bis 4).

Wesentlichste Eigenschaft dieses Schichtsystems ist jedoch, daß cfie spektrale Lage des entstehenden Reflexionsminimums Ober die Dicke der transparenten Zwischenschicht in weifen Bereichen einstellbar ist, man daher mit nur einem absorbierenden Mecfium, nämlich einer Sorte Inselfiim auskommt, um die spektrale Lage des Reflexioneminimums zu bestimmen. Somit kann der in Frage kommende Spektraibers reich lückenlos mit Reflexionsminima beliebiger spektraler Lage nur durch Wahl dar entsprechenden Zwischenschichtdicke abgedeckt werden, ohne auf substanzspezifische Absorptionen wie bei Farbstoffen angewiesen zu sein. Entsprechend viele logische Zustände können an einem Datenspeicherplatz gespeichert werden. Physikalische Ursache der Vertiefung und spektralen Einengung des Reflexionsminimums sowie seiner Abstandsabhängigkett ist ein Resonanzeffeld im gegenständlichen Dünnschichtsystem, der mit 20 Hilfe der sogenannten "stratffled medium-Theorie”, welche in dem Buch "Prtndpies of Optics", sechste Auflage von M. Born und E. Wolf erschienen bei Pergamon Press, Oxford 18ΘΟ, dargestellt ist, qualitativ und quantitativ, «da es durch ALeitner, F.Ausssnegg et aL in der Zeitschrift Applied Optics gezeigt worden ist, gut erklärt werden kann. Ordnet man jedem Datenspeicherplalz in bestimmtem Abstand von der Spiegelschicht einen solchen inselfiim an, so gibt dies jeweils eine abstandsspaziflsche Resonanz und 26 somit ein spektral einstellbares, schmales Reflextonsminimum. Die spektrale Kodierung erfolgt somit in der dritten Dimension nur durch den unterschiedlichen Abstand zum Spiegel über die optische Dicke der Zwischenschicht. Jeder Datenspeicherplatz weist somit eine spektral selektive Reflexionseigenschaft auf, weiche durch ein optisches DOnnschicfttsystem, bestehend aus einer Spiegelschicht, einer wellenlängenbestimmenden, transparenten Distanzschicht und einer inselfümschicht hervorgerufen wird, wobei letztere so noch durch eine transparente Schutzschicht abgedeckt sein kann.

Weiters ist es Aufgabe der Erfindung, ein optisches Datenspeichermedium und ein Verfahren zur Datenaufzeichnung auf ein optisches Datenspeichermedium anzugeben, welche die Aufzeichnung mehrerer Knzölbris an einem Datenspeicherplatz erlauben.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht. daB eine mehrfache Folge aus einer transparenten es Zwischenschicht und einem metallischen inseffilm ausgebildet ist was eine optische Reflexionswirkung des gesamten Schichtsystems ergibt, die aus entsprechend vielen schmaibandlgen Reftexi onsminhna besteht, wobei diese Spektral wesentlich schmalbsndiger sind, de es der Absorptfonswirkung des fielen Inselfilms in Transmission entspricht, und daB an jedem Datenspeicherplatz die An- bzw. Abwesenheit eines InseWIms nach einer bestimmten Dicke der transparenten Zwischenschicht cBe An- bzw. Abwesenheit daa dieser 40 Zwischenschichtdicke entsprechenden Reftexionsmjnimume bestimmt wobei alle Kombinattonsmögßchketten von An- bzw. Abwesenheit der Reflexionsminima eines Datenspeicherpiatzee zur Kodierung der zu speichernden Information dienen.

Derart angeordnete Mehrschichtsysteme erlauben es, die einzelnen Datenspeicherplätze spektral mehrfach zu kodieren. Das Reftetionsvermögen dieser Datenspeicherplätze ist für Licht mehrerer Abfestwellen-45 längen unabhängig voneinander einstellbar. Jeder Speicherplatz besteht aus einer metallischen Spiegelschicht und einer ach mehrfach (mindestens zweifach) wiederholenden Folge aus transparenter Zwischenschicht und darauffolgendem metallischen Inselfiim. wobei die Anwesenheit bzw. Nichtanwesenheit des entsprechenden Inselfilms nach einer bestimmmfen Zwischenschicht das Nichtreflsktteren bzw. Reflektieren bei der entsprechenden Wellenlänge bestimmt und somit die logisch kodierte Information darstellt. An so einem Datenspeicherplalz können entsprechend so viele Inselfilmschichten dicht nacheinander aufgebracht werden, als es die Bandbreite der einzelnen Reflexionsminima ohne gegenseitige Überlappung zu läßt Die maximale Anzahl von speicherbaren Enzelbits an einem Datenspeicherplalz ist also nur durch die Schmalheit der Reflexionsminima begrenzt, cfie durch viele Faktoren, wie etwa Parallelität der Schichten , beeinflußt werden kann. S6 Das erfindungsgemäBe Verfahren besteht darin, daß die Information in binäre Datenwörter vorbestimmbarer Länge umgewandelt wird, daB jedem Snzeibit eenes Daten Wortes je eine Lichtwelienlänge zugeordnet wird, daß dar Informationsgehalt jedes Datenwortes an einem Datenspeicherplatz durch das Aufbringen oder Weglassen von im Abstand entsprechend der zugeordneten Uchtweftenlängen angeordneten und durch 3

AT 387 736 B transparente Zwischenschichten beanstandete Inseffilmschicftten gespeichert wird, wobei eine Folge von Distanz- und InselfiJmschichten entsteht und der Minimaiabstand zweier aufeinanderfolgenden Inselfiim-schichten durch deren Reflexionsbandbreiten bestimmt wird, und das der Informationsgehalt der Datenwärter jedes Datenspeicherplatzes bei Einwirken eines auf das Medium gerichteten Lesestrahls optischen lichtes über die Reflexion bzw. Nichtreffexion der zugeordneten Wellenlängen durch das Medium entsprechend jeweils zweier logischer Zustände ausgelesen wird.

Sn derartiges Verfahren ertaubt es, die in Datenwörtern unterteilte Information an einem Datenspeicher-piatz durch Zuordnung von Wellenlängen unterzubringen. Da jeder Wellenlänge genau ein Abstand von Spiegelschicht zu Inselfllmschicht entspricht, kann durch Aufbringen bzw. Nichtaufbringen mehrerer beanstandeter Inselfilmschichten übereinander Tür mehrere, bestimmte Wellenlängen eine Anti-Reftexionsbedin-gung erfüllt bzw. nicht erfüllt werden. Der Informationsgehalt wird über die Spektralanalyse des reflektierten Abtaststrahls ausgelesen.

Die Herstellung eines solchen Datenträgers erfolgt über mehrere Beschichtungsvorgänge (wie z.B. Auldampf- oder Sputtervorgänge), wobei durch geeignete Maskierungstechniken bei der Deponierung der !nselfi!mschicht(en) an jedem Datenspeicherplatz entsprechend der dort zu speichernden logischen Information der Inselfilm aufgebracht oder ausgespart wird. Wegen der Art dieser benötigten Materialien (z.B. SiOx für die Zwischenschichten, Metalle für die Inselschichten) können alle Hersteilungsschritte mH ausgereiften Standardtechniken durchgeführt werden.

Die Erfindung wird nun unter Zuhilfenahme der angeschlossenen Zeichnungen näher beschrieben.

Es zeigen Fig.l die spektrale Lage der Reflexionsminima eines erfindungsgemäsen Datenspeichermedium in Abhängigkeit vom Abstand zwischen Spiegel- und inseffllmschichC und Hg. 2 einen Schnitt durch eine bevorzugte Ausführung der Erfindung.

In Fig.1 ist die Reflexion in Abhängigkeit von der Wellenlänge des vom erfind ungsgemäßen Datsnspei-chermediums an einem Datenspeicherplatz reflektierten Uchtes dargesteöt, wobei als Parameter der einzelnen Kurven die Distanz Spiegelzu inseifilmschicht angegeben ist Wie aus dem Diagramm zu ersehen ist, zeigen sich sehr schmalbandige Reflexionsminima, deren Bandbreite mft kleinerwerdendem Abstand größer wird. Es ergibt sich eine eindeutige Zuordnung von Dicke der Distanzsehicht und Wellenlänge des Reflexionsmtnimums, sodaß über die gewählte Dicke eine Wellenlänge ausgewählt werden kann, deren Reflexion bei Anwesenheit einer entsprechend beabständeten InseKümschicht sehr niedrig und bei Abwesenheit der Schicht bei dieser Dicke sehr hoch ist. Da es bei Realisierung mehrerer, nebeneinander bzw. übereinander angeordneten Inselfllmschlchten zu einer Oberlagerung der Einzeirefiexionsminima kommt, müssen die einzelnen Inselfllmschlchten in einem gewissen Minimalabstand voneinander entfernt sein. Dieser Minimalabstand ist hersteflungsspezffisch und wird unter anderem durch die Parallelität und Homogenität der Schichten sowie durch die spezielle submikroskopische Struktur des insetflims bestimmt

In Rg. 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Datenspeichermediums dargesteift. Auf einem Träger ist eine, vorzugsweise metallische, Spiegelschicht angeordnet und darüber eine transparente Distanzschicht, die von Datenspeicherplatz zu Datenspeicherplatz eine unterschiedliche Dicke aufweist Auf Jeder der Abstufungen, die den einzelnen Speicherplätzen entsprechen, ist als nächstfolgende Schicht eine metalfische Inselfilmschicht angeordnet, die in diesem Ausführungsbeispiel durch eine transparente Schutzschicht lediglich geschützt wird. Alle Schichten können in Üblichen Sputter- oder ähnlichen Oberffächenverfahren aufgebracht weiden.

Bei Auslesen der gespeicherten Infonmation wird ein Lese- oder Abtaststrahl etwa eines Lasers auf das Speichermedium gerichtet und entlang der einzelnen Datenspeicherplätze geführt Trifft der Abtaststrahi, in Hg. 2 als Pfeil in Richtung des Mediums dargestellt, der sich beispielsweise aus den in Fig.2 gezeigten Wellenlängen λ*, λΒ, und Xc zusammensetzt auf einen Datenspelcherplatz der eine im Abstand entsprechend der Wellenlänge Xc angeordnete Inselfilmschicht aufweist, so weiden nur die Wellenlängen xA und Xs reflektiert während Xc durch Erfüllen der And-Reflexionsbedingung nicht oder nur mit sehr geringer Intensität reflektiert wird, sodaß eine Spektralanalyse des reflektierten lichtes, in Fig.2 als vom Speichermedium weggerichteter Pfeil abgebiidet. das Fehlen dieser einen Wellenlänge Xc zeigt und somit ein zugeordneter Informationsgehalt vermittelt wird, in Rg. 1 ist ein weiterer Datenspeicherplatz wiedergegeben, der bei Hnwirken der Wellenlängen Xfc xb und Xc gemäß seiner Distanz von der Trägerschicht \e nicht. Χχ und Xc aber schon reflektiert Dadurch kann an jedem Datenspeicherplatz jeweils eine Informationseinheit, die maximal soviete Zustände wie die Anzahl der unterscheidbaren Absorptionsmaxima (Reflexionsminima) umfaßt, abgespeichert werden. In dem in Fig.2 gezeigten Ausföhrungsbeispiel sind drei mögliche Zustände realisiert, es kann aber jede andere Anzahl auch ausgeführt sein. Die drei logischen Zustände eines Datenspeicherplatzes sind beispielsweise in binärer Form 100,010,001.

Durch eine in Hg.2 nicht dargesteüte Parallelisierung dieses Prinzips ergibt sich eine weitere Steigerung der Informationsdichte. Werden nämlich mehrere Inselfllmschichten übereinander angeordnet so kann jeder 4

Claims (3)

1. AT 397 736 B Datenspeicherplatz mit mehreren der verwendeten Uehtweilen langen gleichzeitig wechselwirken. Die Zahl der Kombinationen der auftretenden Wellenlängen ergibt die Zahl der logisch unterscheidbaren Zustände. So gibt bei drei unterscheidbaren Wellenlängen jeder Datenspeicherplatz den Informationsgehalt eines 3 bit-Wortes mit 2* ZUständen wieder. Die Aufzeichnung der Information erfolgt dabei so, dafi die zu speichernde Infonnation zu passenden binären Datenwörten zusammengefaßt werden und jedem Einzelbit eines Datenwortes eine Wellenlänge zugeordnet wird. Die maximale Länge der Datenwörter richtet sich nach den unterscheidbaren, auflösbaren Reflexionsminlma des Schichtsystems. An jedem Datenspeicherplatz wird nun jeweils ein Datenwort abgespeichert, indem je nach Informationsgehalt im Abstand entsprechend der zugeordneten Uchtwellen-längen und durch transparente Zwischenschichten beabstandete Inselfilmschichten aufgebracht oder weg· gelassen werden. Bei Auslesen der auf dem Medium gespeicherten Information wird ein Lesestrahl auf die einzelnen Datenspeicherplätze gerichtet, der zumindest aus den Wellenlängen, de durch die beabstandeten Inselfilmschichten vorgegeben sind, zusammengesetzt ist, und das vom Medium reflektierte Licht einer Spektralanalyse unterworfen. Ober die Reflexion bzw. Nichtreflexion der verschiedenen zugeordnefen Weitenlängen kann der gespeicherte Informationsgehalt wiedergegeben werden. Patentansprüche 1. Optisches Datenspeichermedlum zum Speichern von Information an zugehörigen Datenspeicherplätzen mit auf einem Träger angeordneter, vorzugsweise metallischer. Spiegelschicht, sowie darüber angeord-neter transparenter Zwischenschicht und metallischer Inselfilmschicht, sowie eventuell transparenter Deckschicht, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Datenspeicherplatz die Dicke der transparenten Zwischenschichte die spektrale Lage des Reflexionsminimums bestimmt, wobei das Reflexionsminimum durch die optische Reflexionswirkung des gesamten SchicbtsySterns wesentlich schmaJbandlger Ist, als es der Absorptionswirkung des treten Inselfilms in Transmission entspricht, und wobei die spektrale Lage des Reflexionsminimums zur Speicherung der Information dient
2. 2. Optisches Datenspeichermedlum zum Speichern von Information an zugehörigen Datenspeicherplätzen mit auf einem Träger angeordneter, vorzugsweise metallischer, Spiegelschicht, sowie darüber angeordneter transparenter Zwischenschicht und metallischer inselfilmschicht sowie eventuell transparenter Deckschicht, dadurch gekennzeichnet, daS eine mehrfache Felge aus einer transparenten Zwischenschicht und einem metallischen Inseifilm ausgebildet ist. was eine optische jteflexfonswirkung des gesamten Schichtsystems ergibt, die aus entsprechend vielen schmabarcfigen Refleodonsminima besteht, wobei diese spektral wesentlich schmalbandiger sind, als es der Absorptionswirkung des freien Inseifilms in Transmission entspricht, und daß an jedem Datenspeicherplatz die An- bzw. Abwesenheit eines Inselfilms nach einer bestimmten Dicke der transparenten Zwischenschicht die An- bzw. Abwesenheit des dieser Zwischenschichtdicke entsprechenden Reflexionsminimums bestimmt, wobei alle Kombinationsmogfichkeiten von An- bzw. Abwesenheit der Reflexionsminima eines Daterspelcherpisfr-zes zur Kodierung der zu speichernden Information dienen.
3. 3. Verfahren zur Datenauäeicftnung auf ein optisches Datenspeichermedium von Information an zugehörigen Datenspeicherplätzen mit auf einem Träger angeordneter, vorzugsweise metallischer, Spiegelschicht, sowie darüber angeordneter transparenter Zwischenschicht und metallischer Insetfilmschicht, sowie eventuell transparenter Deckschicht, dadurch gekennzeichnet, daS die Information in binäre Datenwörter vorbestimmbarer Länge umgewandelt wird, daB jedem Elnzeibit eines Datenwortes je eins Lichtwellenlänge zugeordnet wird, daB der Informationsgehalt jedes Datenwortes an einem Datenspefcherpiatz durch das Aufbringen oder Weglassen von im Abstand entsprechend der zugeordneten LichtweHenlängen angeordneten und durch transparente Zwischenschichten beabstandete Inselfiimschichten gespeichert wird, wobei eine Folge von Distanz- und Inselfilmschichten entsteht und der Minimalabstand zweier aufeinanderfolgenden Inselfilmschichten durch deren Reflexionsbandbreiten bestimmt wird, und daB der Informationsgehalt der Datenwörter jedes Datenspeicherplatzes bei En wirken eines auf das Medium gerichteten Lesestrahls optischen Lichtes über die Reflexion bzw. Nichtreflexion der zugeordneten Wellenlängen durch das Medium entsprechend jeweils zweier logischer Zustände ausgelesen wird. 6 AT 397 73β B Hiezu 2 Blatt Zeichnungen