CN101408726B - 用于存储全息数据的组合物和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于存储全息数据的组合物和方法。本发明提供了存储全息数据的方法，包括提供包含光学透明衬底的全息存储介质，所述光学透明衬底包含具有至少两个硝酮基团的光化学活性染料；和用全息干涉图案照射光学透明衬底，其中该图案具有第一波长和强度，两者均足以在衬底的体积元素内将至少一些光化学活性染料转化成光产物并在被照射的体积元素内产生与全息干涉图案对应的光产物浓度变化，由此产生与该体积元素对应的第一光学可读取数据。

Description

用于存储全息数据的组合物和方法

相关申请

此非临时申请涉及2007年9月25日提交的系列号为60/974,868的美国临时申请。

技术领域

本发明涉及存储全息数据的方法。此外，本公开涉及由这些方法制成的全息数据存储介质和制品。此外，本公开涉及含噻吩的聚硝酮染料。

背景技术

全息存储是全息图形式的数据存储，全息图是在光敏介质中通过两束光的相交产生的三维干涉图案的图像。含有数字编码数据的信号光束与参考光束的重叠在介质体积中形成干涉图案，从而造成会改变或调节介质折光指数的化学反应。这种调节用于以全息图形式记录来自该信号的强度和相位信息。随后可以通过使存储介质仅暴露在参考光束中来重现该全息图，参考光束与所存储的全息数据相互作用以产生与用于存储全息图像的初始信号光束成比例的重构信号光束。因此，在全息数据存储中，数据经由三维干涉图案存储在整个介质体积中。

各全息图可以含有1至1×10⁶或更大比特的数据。全息存储优于表面基存储格式，包括CD或DVD的一个显著优点在于，可以使用多路技术，例如通过改变信号和/或参考光束角度、波长或介质位置来以重叠方式在相同体积的光敏介质中存储大量全息图。但是，全息存储作为可行技术的实现的主要障碍是开发可靠和经济可行的存储介质。

早期全息存储介质使用无机光折射晶体，例如掺杂或未掺杂的铌酸锂(LiNbO₃)，其中入射光造成折光指数变化。这些折光指数变化归因于电子的光诱发生成和随后的俘获，这造成最终通过线性光电效应改变折光指数的感生内电场。但是，LiNbO₃是昂贵的，表现出相对较差的效率、随时间衰减，并需要粗晶体以观察任何显著的指数变化。

因此，需要改进的全息数据存储方法和材料，由此可以实现提高的全息数据存储容量。此外，也需要提高所存储的全息数据的寿命的方法以便例如使数据不会被热擦除，或不会在环境光入射在数据存储介质上时或在读出过程中被擦除。

发明内容

一方面，本发明提供了存储全息数据的方法，所述方法包括：

(A)提供包含光学透明衬底的全息存储介质，所述光学透明衬底包含具有至少两个硝酮基团的光化学活性染料；和

(B)用全息干涉图案照射光学透明衬底，其中该图案具有第一波长和强度，两者均足以在衬底的体积元素内将至少一些光化学活性染料转化成光产物并在被照射的体积元素内产生与全息干涉图案对应的光产物浓度变化，由此产生与该体积元素对应的光学可读取数据。

另一方面，本发明提供了存储全息数据的方法，所述方法包括：

(A)提供包含光学透明衬底的全息存储介质，所述光学透明衬底包含具有结构(I)的光化学活性染料

其中R¹在每次出现时独立地为C₁-C₂₀脂族基团、C₃-C₂₀脂环族基团、或C₂-C₃₀芳族基团；R²在每次出现时独立地为氢、氘、C₁-C₂₀脂族基团、C₃-C₂₀脂环族基团或C₂-C₃₀芳族基团；Q¹是C₁-C₂₀脂族基团、C₃-C₂₀脂环族基团或C₂-C₃₀芳族基团，或聚合物链；且“a”是2至100的整数；和

(B)用全息干涉图案照射光学透明衬底，其中该图案具有第一波长和强度，两者均足以在衬底的体积元素内将至少一些光化学活性染料转化成光产物并在被照射的体积元素内产生与全息干涉图案对应的光产物浓度变化，由此产生与该体积元素对应的光学可读取数据。

再一方面，本发明提供了存储全息数据的方法，所述方法包括：

(A)提供包含光学透明衬底的全息存储介质，所述光学透明衬底包含具有结构(II)的光化学活性染料

其中R¹在每次出现时独立地为C₁-C₂₀脂族基团、C₃-C₂₀脂环族基团、或C₂-C₃0芳族基团；R²在每次出现时独立地为氢、氘、C₁-C₂₀脂族基团、C₃-C₂₀脂环族基团或C₂-C₃₀芳族基团；且“a”是2至4的整数，

其中染料以大约0.1重量％至大约10重量％的量存在；和

(B)用全息干涉图案照射光学透明衬底，其中该图案具有第一波长和强度，两者均足以在衬底的体积元素内将至少一些光化学活性染料转化成光产物并在被照射的体积元素内产生与全息干涉图案对应的光产物浓度变化，由此产生与该体积元素对应的光学可读取数据，且其中第一波长为大约500纳米。

在再一实施方案中，本发明提供了具有结构(II)的新型含噻吩的聚硝酮化合物。

参照下列详述可以更容易地理解本发明的这些和其它特征、方面和优点。

具体实施方式

在下列说明书和权利要求中，会提到许多术语，它们应该被定义为具有下列含义。

单数形式“一种(a)”、“一个(an)”和“该(the)”包括复数对象，除非文中清楚地作出不同的指示。

“任选的”或“任选地”是指其后所述的事项或情况可以发生或不发生，且该描述包括发生该事项的情况和不发生该事项的情况。

本文所用的术语“溶剂”可以表示单一溶剂或溶剂混合物。

说明书和权利要求中通篇所用的近似词语可用于修饰任何数量表示法，其可以在不造成其所涉及的基本功能改变的情况下变化。相应地，用如“大约”这样的术语修饰的数值不限于所指定的确切值。在一些情况下，近似词语可以对应于测量该数值的仪器的精确度。

本文所用的术语“芳族基团”是指具有至少1的化合价的包含至少一个芳基的一系列原子。具有至少1的化合价的包含至少一个芳基的这系列原子可以包括杂原子，如氮、硫、硒、硅和氧，或可以完全由碳和氢构成。本文所用的术语“芳族基团”包括但不限于苯基、吡啶基、呋喃基、噻吩基、萘基、亚苯基和联苯基。如上所述，芳族基团含有至少一个芳基。芳基始终是具有4n+2个“离域”电子的环状结构，其中“n”如苯基(n＝1)、噻吩基(n＝1)、呋喃基(n＝1)、萘基(n＝2)、薁基(n＝2)、蒽基(n＝3)和类似物所示是等于1或更大的整数。芳族基团也可以包括非芳族组分。例如，苄基是芳族基团，其包含苯环(芳基)和亚甲基(非芳族组分)。类似地，四氢萘基是包含稠合到非芳族组分-(CH₂)₄-上的芳基(C₆H₃)的芳族基团。为方便起见，术语“芳族基团”在本文中被定义为包含多种官能团，例如烷基、链烯基、炔基、卤代烷基、卤代芳基、共轭二烯基、醇基、醚基、醛基、酮基、羧酸基团、酰基(例如，羧酸衍生物，如酯和酰胺)、胺基、硝基等。例如，4-甲基苯基是包含甲基的C₇芳族基团，甲基是烷基官能团。类似地，2-硝基苯基是包含硝基的C₆芳族基团，硝基是官能团。芳族基团包括卤化芳族基团，例如4-三氟甲基苯基、六氟异亚丙基双(4-苯-1-基氧基)(即-OPhC(CF₃)₂PhO-)、4-氟甲基苯-1-基、3-三氟乙烯基-2-噻吩基、3-三氯甲基苯-1-基(即3-CCl₃Ph)、4-(3-溴丙-1-基)苯-1-基(即4-BrCH₂CH₂CH₂Ph-)、和类似物。芳族基团的另一些实例包括4-烯丙氧基苯-1-氧基、4-氨基苯-1-基(即4-H₂NPh-)、3-氨基羰基苯-1-基(即NH₂COPh-)、4-苯甲酰基苯-1-基、二氰基亚甲基双(4-苯-1-氧基)(即-OPhC(CN)₂PhO-)、3-甲基苯-1-基、亚甲基双(4-苯-1-氧基)(即-OPhCH₂PhO-)、2-乙基苯-1-基、苯基乙烯基、3-甲酰基-2-噻吩基、2-己基-5-呋喃基、亚己基-1，6-双(4-苯-1-氧基)(即-OPh(CH₂)₆PhO-)、4-羟基甲基苯-1-基(即4-HOCH₂Ph-)、4-巯基甲基苯-1-基(即4-HSCH₂Ph-)、4-甲基噻吩-1-基(即4-CH₃SPh-)、3-甲氧基苯-1-基、2-甲氧基羰基苯-1-基氧基(例如甲基水杨基)、2-硝基甲基苯-1-基(即2-NO₂CH₂Ph)、3-三甲基甲硅烷基苯-1-基、4-叔丁基二甲基甲硅烷基苯-1-基、4-乙烯基苯-1-基、亚乙烯基双(苯基)、和类似物。术语“C₃-C₁₀芳族基团”包括含有至少三个但不多于10个碳原子的芳族基团。芳族基团1-咪唑基(C₃H₂N₂-)代表C₃芳族基团。苄基(C₇H₇-)代表C₇芳族基团。

本文所用的术语“脂环族基团”是指具有至少1的化合价并包含一系列环状但非芳族原子的基团。本文所定义的“脂环族基团”不含芳基。“脂环族基团”可以包括一个或多个非环组分。例如，环己基甲基(C₆H₁₁CH₂-)是包含环己基环(环状但非芳族的一系列原子)和亚甲基(非环组分)的脂环族基团。脂环族基团可以包括杂原子，如氮、硫、硒、硅和氧，或可以完全由碳和氢构成。为方便起见，术语“脂环族基团”在本文中被定义为包含多种官能团，例如烷基、链烯基、炔基、卤代烷基、共轭二烯基、醇基、醚基、醛基、酮基、羧酸基团、酰基(例如，羧酸衍生物，如酯和酰胺)、胺基、硝基等。例如，4-甲基环戊-1-基是包含甲基的C₆脂环族基团，甲基是烷基官能团。类似地，2-硝基环丁-1-基是包含硝基的C₄脂环族基团，硝基是官能团。脂环族基团可以包含一个或多个可以相同或不同的卤素原子。卤素原子包括，例如，氟、氯、溴和碘。包含一个或多个卤素原子的脂环族基团包括2-三氟甲基环己-1-基、4-溴二氟甲基环辛-1-基、2-氯二氟甲基环己-1-基、六氟异亚丙基-2，2-双(环己-4-基)(即-C₆H₁₀C(CF₃)₂C₆H₁₀-)、2-氯甲基环己-1-基、3-二氟亚甲基环己-1-基、4-三氯甲基环己-1-基氧基、4-溴二氯甲基环己-1-基硫基、2-溴乙基环戊-1-基、2-溴丙基环己-1-基氧基(例如CH₃CHBrCH₂C₆H₁₀O-)和类似物。脂环族基团的另一些实例包括4-烯丙氧基环己-1-基、4-氨基环己-1-基(即H₂NC₆H₁₀-)、4-氨基羰基环戊-1-基(即NH₂COC₅H₈-)、4-乙酰氧基环己-1-基、2，2-二氰基异亚丙基双(环己-4-基氧基)(即-OC₆H₁₀C(CN)₂C₆H₁₀O-)、3-甲基环己-1-基、亚甲基双(环己-4-基氧基)(即-OC₆H₁₀CH₂C₆H₁₀O-)、1-乙基环丁-1-基、环丙基乙烯基、3-甲酰基-2-四氢呋喃基、2-己基-5-四氢呋喃基、亚己基-1，6-双(环己-4-基氧基)(即-OC₆H₁₀(CH₂)₆C₆H₁₀O-)、4-羟基甲基环己-1-基(即4-HOCH₂C₆H₁₀-)、4-巯基甲基环己-1-基(即4-HSCH₂C₆H₁₀-)、4-甲基硫基环己-1-基(即4-CH₃SC₆H₁₀-)、4-甲氧基环己-1-基、2-甲氧基羰基环己-1-基氧基(2-CH₃OCOC₆H₁₀O-)、4-硝基甲基环己-1-基(即NO₂CH₂C₆H₁₀-)、3-三甲基甲硅烷基环己-1-基、2-叔丁基二甲基甲硅烷基环戊-1-基、4-三甲氧基甲硅烷基乙基环己-1-基(例如(CH₃O)₃SiCH₂CH₂C₆H₁₀-)、4-乙烯基环己烯-1-基、亚乙烯基双(环己基)和类似物。术语“C₃-C₁₀脂环族基团”包括含有至少3个但不多于10个碳原子的脂环族基团。脂环族基团2-四氢呋喃基(C₄H₇O-)代表C₄脂环族基团。环己基甲基(C₆H₁₁CH₂-)代表C₇脂环族基团。

本文所用的术语“脂族基团”是指具有至少1的化合价并由非环状的直链或支链原子系列构成的有机基团。脂族基团被定义为包含至少一个碳原子。构成脂族基团的该原子系列可以包括杂原子，如氮、硫、硅、硒和氧，或可以完全由碳和氢构成。为方便起见，术语“脂族基团”在本文中被定义为包含多种官能团，例如烷基、链烯基、炔基、卤代烷基、共轭二烯基、醇基、醚基、醛基、酮基、羧酸基团、酰基(例如，羧酸衍生物，如酯和酰胺)、胺基、硝基等作为“非环状的直链或支链原子系列”的一部分。例如，4-甲基戊-1-基是包含甲基的C₆脂族基团，甲基是烷基官能团。类似地，2-硝基丁-1-基是包含硝基的C₄脂族基团，硝基是官能团。脂族基团可以是包含一个或多个可以相同或不同的卤素原子的卤代烷基。卤素原子包括，例如，氟、氯、溴和碘。包含一个或多个卤素原子的脂族基团包括烷基卤三氟甲基、溴二氟甲基、氯二氟甲基、六氟异亚丙基、氯甲基、二氟亚乙烯基、三氯甲基、溴二氯甲基、溴乙基、2-溴三亚甲基(例如-CH₂CHBrCH₂-)和类似物。脂族基团的另一些实例包括烯丙基、氨基羰基(即-CONH₂-)、羰基、2，2-二氰基异亚丙基(即-CH₂C(CN)₂CH₂-)、甲基(即-CH₃)、亚甲基(即-CH₂-)、乙基、亚乙基、甲酰基(即-CHO)、己基、亚己基、羟甲基(即-CH₂OH)、巯基甲基(即-CH₂SH)、甲基硫基(即-SCH₃)、甲基硫代甲基(即-CH₂SCH₃)、甲氧基、甲氧基羰基(即CH₃OCO-)、硝基甲基(即-CH₂NO₂)、硫代羰基、三甲基甲硅烷基(即(CH₃)₃Si-)、叔丁基二甲基甲硅烷基、3-三甲氧基甲硅烷基丙基(即(CH₃O)₃SiCH₂CH₂CH₂-)、乙烯基、亚乙烯基和类似物。作为进一步实例，C₁-C₁₀脂族基团含有至少1个但不多于10个碳原子。甲基(即CH₃-)是C₁脂族基团的实例。癸基(即CH₃(CH₂)₉-)是C₁₀脂族基团的实例。

本文所定义的用于光学透明衬底或光学透明塑料的术语“光学透明”是指该衬底或塑料具有小于1的吸光度。也就是说，在大约300纳米至大约1500纳米范围内的至少一个波长下，至少10％的入射光透过该材料。例如，当构造成具有适用在全息数据存储中的厚度的薄膜时，所述薄膜在大约300纳米至大约1500纳米范围内的至少一个波长下表现出小于1的吸光度。

本文所用的术语“光化学反应性”和“光化学活性”具有相同含义并且是可互换的术语。

本文所定义的术语“体积元素”是指总体积的三维部分。

本文所定义的术语“光学可读取数据”可以被理解为是以在光学透明衬底的一个或更多体积元素内图案化的全息图形式存储的数据。

正如所指出的，全息数据存储依靠引起包含光化学活性染料的光学透明衬底的折光指数的局部变化作为存储全息图的手段。光学透明衬底的单个体积元素内的折光指数可以在这整个体积元素内恒定，如尚未暴露在电磁辐射下的体积元素的情况，或该体积元素内各处的光化学活性染料已经反应至相同程度时的情况。相信已经在全息数据写入过程中暴露在电磁辐射下的大多数体积元素含有复杂的全息图，因此该体积元素内的折光指数在这整个体积元素内不等。在体积元素内的折光指数在这整个体积元素内不等的情况下，方便地将该体积元素视为具有“平均折光指数”，其可以与照射之前的相应体积元素的折光指数相比较。因此，在一个实施方案中，光学可读取数据包含至少一个具有与照射前的光学透明衬底的该相应体积元素不同的折光指数的体积元素。通过以渐变方式(连续正弦变化)而非在不连续步骤中局部改变数据存储介质的折光指数然后利用诱发的变化作为衍射光学元素，实现数据存储。

在本发明的一个实施方案中，提供了包含光学透明衬底的全息存储介质。光学透明衬底可以由具有足够的光学质量，例如低散射、低双折射和在目标波长下的可忽略的损失的材料制成以使存储在该全息存储介质中的数据可读。通常，可以使用表现出这些性质的塑料作为衬底。但是，塑料应该能够承受所用的特定加工参数(例如，染料的包含、暴露在敏化溶剂中和施加任何涂层或后继层，和模制成最终形式)和后继存储条件。在一个实施方案中，光学透明塑料可以包含有机聚合物，例如低聚物、聚合物、树枝状聚合物、离子交联聚合物、共聚物如嵌段共聚物、无规共聚物、接枝共聚物、星形嵌段共聚物和类似物，或包含至少一种前述聚合物的组合。在一个实施方案中，光学透明衬底包含聚碳酸酯。

光化学活性染料是使光学透明衬底能够具有在第一波长下“写入”其中的全息图的染料。此外，光化学活性染料应该使得已经在第一波长下“写入”光学透明衬底的全息图不会在“读取”全息图时被擦除。理想的是使用能够在大约300纳米至大约800纳米的波长下将全息干涉图案“写入”光学透明衬底的染料。

在一个实施方案中，光化学活性染料具有以小于500纳米的与最大吸收和谱宽(半峰全宽，FWHM)相关的中心波长为特征的光学吸收共振。通常，光化学活性染料暴露在波长在此吸收范围内的光下时产生光诱发的化学反应以形成至少一种光产物。该反应可以是光分解反应，例如氧化、还原、或键断裂以形成较小成分、或分子重排，例如σ移位重排，或加成反应，包括周环环加成。因此，在一个实施方案中，实现全息图形式的数据存储，其中光产物在光学透明衬底内图案化以提供至少一个光学可读取数据。

在一个实施方案中，光化学活性染料是包含至少两个具有结构(I)的硝酮基团的化合物

其中R¹在每次出现时独立地为C₁-C₂₀脂族基团、C₃-C₂₀脂环族基团、或C₂-C₃₀芳族基团；R²在每次出现时独立地为氢、氘、C₁-C₂₀脂族基团、C₃-C₂₀脂环族基团或C₂-C₃₀芳族基团；Q¹是C₁-C₂₀脂族基团、C₃-C₂₀脂环族基团或C₂-C₃₀芳族基团，或聚合物链；且“a”是2至100的整数。

通用结构(I)所包含的代表性聚硝酮化合物例示在表I中。本领域普通技术人员会认识到通用结构(I)与表1的条目1a-1f的个体结构之间的关系。

表I例示具有结构(I)的光化学活性染料的化合物

在一个实施方案中，本发明的光化学活性染料是具有结构(II)的新型含噻吩的聚硝酮

其中R¹在每次出现时独立地为C₁-C₂₀脂族基团、C₃-C₂₀脂环族基团、或C₂-C₃₀芳族基团；R²在每次出现时独立地为氢、氘、C₁-C₂₀脂族基团、C₃-C₂₀脂环族基团或C₂-C₃₀芳族基团；且“a”是2至4的整数。

通用结构(II)所包含的代表性含噻吩的聚硝酮例示在表II中。本领域普通技术人员会认识到通用结构(II)与表II的条目2a-2e的个体结构之间的关系。

表II例示具有结构(II)的含噻吩的聚硝酮的化合物

在一个实施方案中，硝酮部分(III)连接到噻吩部分(IV)的2和3位上

其中R¹是C₁-C₂₀脂族基团、C₃-C₂₀脂环族基团、或C₂-C₃₀芳族基团；且R²是氢、氘、C₁-C₂₀脂族基团、C₃-C₂₀脂环族基团或C₂-C₃₀芳族基团，

在另一实施方案中，硝酮部分(III)连接到噻吩部分(IV)的2和4位上。在再一实施方案中，硝酮部分(III)连接到噻吩部分(IV)的2和5位上。在再一实施方案中，硝酮部分(III)连接到噻吩部分(IV)的3和4位上。

在本发明的另一实施方案中，光化学活性染料是具有结构(V)的新型含噻吩的二硝酮

其中R¹在每次出现时独立地为C₁-C₂₀脂族基团、C₃-C₂₀脂环族基团、或C₂-C₃₀芳族基团；R²在每次出现时独立地为氢、氘、C₁-C₂₀脂族基团、C₃-C₂₀脂环族基团或C₂-C₃₀芳族基团；且R³和R⁴在每次出现时独立地为卤素、氢、氘、C₁-C₂₀脂族基团、C₃-C₂₀脂环族基团或C₂-C₃₀芳族基团。

在一个实施方案中，硝酮部分(III)连接到噻吩部分(VI)的2和3位上

其中R³和R⁴在每次出现时独立地为卤素、氢、氘、C₁-C₂₀脂族基团、C₃-C₂₀脂环族基团或C₂-C₃₀芳族基团。在一个实施方案中，硝酮部分(III)连接到噻吩部分(VI)的2和4位上。在另一实施方案中，硝酮部分(III)连接到噻吩部分(VI)的2和5位上。在再一实施方案中，硝酮部分(III)连接到噻吩部分(VI)的3和4位上。

在一个实施方案中，本发明提供了具有结构(VII)的含噻吩的二硝酮

其中R³和R⁴独立地为卤素、氢、氘、C₁-C₂₀脂族基团、C₃-C₂₀脂环族基团或C₂-C₃₀芳族基团；且R⁵在每次出现时独立地为C₁-C₂₀脂族基团、C₃-C₂₀脂环族基团或C₂-C₃₀芳族基团。

在另一实施方案中，本发明提供了具有结构(VIII)的含噻吩的二硝酮

其中R³和R⁴独立地为卤素、氢、氘、C₁-C₂₀脂族基团、C₃-C₂₀脂环族基团或C₂-C₃₀芳族基团；且R⁵在每次出现时独立地为C₁-C₂₀脂族基团、C₃-C₂₀脂环族基团或C₂-C₃₀芳族基团。

在另一实施方案中，本发明提供了具有结构(IX)的含噻吩的二硝酮

本发明所提供的新型含噻吩的聚硝酮和含噻吩的二硝酮可以通过多种方法制备。在一个实施方案中，噻吩聚硝酮通过使羰基化合物与羟胺化合物接触来制备。在一个实施方案中，羟胺是包含羟胺基团的聚合物。在一个实施方案中，羰基化合物和羟胺化合物之间的反应(“接触”)可以在室温下进行。在另一实施方案中，羰基化合物和羟胺化合物之间的反应可以在大约0℃至大约50℃的温度下进行。在另一实施方案中，该反应可以在溶剂中在超过100℃的温度下进行，同时除去在缩合反应中作为副产物形成的水。在另一实施方案中，该反应在有机溶剂中在大约120℃至大约160℃的温度下进行。在再一实施方案中，该反应在熔体中进行。在某些情况下，在催化剂存在下进行反应可能是有利的。合适的溶剂包括oDCB(邻二氯苯)、甲苯、二甲苯、氯苯、二氯甲烷、苯甲醚、藜芦醚、烷基醇，如乙醇和甲醇，链烷酸，如乙酸，及其组合。本公开的实验部分提供了用于制备本发明提供的新型含噻吩的聚硝酮的许多具体方法和条件。

在一个实施方案中，本发明中所用的光化学活性染料(有时称作“染料”)具有窄的吸收带，其暴露在某些“写入”波长的光下时产生化学变化。这种光化学活性的窄带染料被定义为具有以小于约500纳米的与最大吸收和谱宽(半峰全宽，FWHM)相关的中心波长为特征的吸收谱。由光化学活性染料与具有“写入”波长的光的相互作用产生的光一种或多种产物通常表现出与该染料在照射前表现出的完全不同的吸收谱。通过与具有写入波长的光的相互作用产生的染料化学变化产生染料分子结构的相应变化，由此产生“光产物”。这种对染料分子结构的改变和同时发生的光产物与原始染料相比在光吸收性质方面的改变在衬底内产生显著的折光指数变化，这种变化可以在“读取”波长下观察到。

在一个实施方案中，暴露在具有足以记录至少一个光学可读取数据的第一波长和强度的全息干涉图案中时，分散在光学透明衬底中的光化学活性染料的光产物包含氧氮杂环丙烷(oxaziridine)、氧氮杂环丙烷的重排产物，或其组合。

在一个实施方案中，光产物包含具有结构(X)的氧氮杂环丙烷

其中R¹在每次出现时独立地为C₁-C₂₀脂族基团、C₃-C₂₀脂环族基团、或C₂-C₃₀芳族基团；R²在每次出现时独立地为氢、氘、C₁-C₂₀脂族基团、C₃-C₂₀脂环族基团或C₂-C₃₀芳族基团。

在另一实施方案中，光产物包含具有结构(XI)的氧氮杂环丙烷

其中R¹在每次出现时独立地为C₁-C₂₀脂族基团、C₃-C₂₀脂环族基团、或C₂-C₃₀芳族基团；R²在每次出现时独立地为氢、氘、C₁-C₂₀脂族基团、C₃-C₂₀脂环族基团或C₂-C₃₀芳族基团；且R³和R⁴独立地为卤素、氢、氘、C₁-C脂族基团、C₃-C₂₀脂环族基团或C₂-C₃₀芳族基团。

在一个实施方案中，光产物包含单氧氮杂环丙烷化合物。在一些实施方案中，光化学活性聚硝酮染料向氧氮杂环丙烷光产物的光致环化以高的量子效率和大的折光指数变化进行。通常，仅在给定体积元素中存在的光化学活性聚硝酮染料总量的一部分中诱发光致环化，由此在未转化的染料和氧氮杂环丙烷光产物之间提供折光指数差异，并提供与全息干涉图案对应的光产物的浓度变化，并创建光学可读取数据。

在一个实施方案中，如上所述，存储全息数据的方法的步骤(B)包括用全息干涉图案照射光学透明衬底，其中该图案具有第一波长和强度，两者均足以在衬底的体积元素内将至少一些光化学活性染料转化成光产物并在被照射的体积元素内产生与全息干涉图案对应的光产物浓度变化，由此产生与该体积元素对应的光学可读取数据。该光学可读取数据以在光学透明衬底的至少一个体积元素内图案化的全息图形式存储在光学透明衬底中。

本领域技术人员会认识到，未转化的(残留)光化学反应性染料的延迟的光敏性构成一个普遍问题，如果不采取步骤使未转化的光化学反应性染料稳定化，其就会不利地影响存储数据的完整性。在未转化的光化学反应性染料是聚硝酮的情况下，在全息数据记录后留下的聚硝酮的质子化提供了防止聚硝酮在例如读取光束或环境光影响下进一步转化成光产物的有效方式。

如上所述，在光学透明衬底上提供光化学活性染料。光化学活性染料是使光学透明衬底能够具有在第一波长下“写入”其中的全息图的染料。此外，光化学活性染料应该使得已经在第一波长下“写入”光学透明衬底的全息图不会在“读取”全息图时被擦除。

在一个实施方案中，用具有第一波长的全息干涉图案照射光学透明衬底以记录数据。然后用具有第二波长的辐射照射光学透明衬底以使写入的数据稳定化，然后可以使用具有第三波长的辐射(例如“读取光束”)读取稳定化的数据，其中每一步骤中的辐射可以独立地具有大约300纳米至大约1500纳米的波长。在一个实施方案中，第一、第二和第三波长可以独立地为大约300纳米至大约800纳米。在一个实施方案中，用于将数据写入和记录到全息数据存储介质上的第一波长(或写入波长)为大约375纳米至大约450纳米。在另一实施方案中，第一波长可以为大约450纳米至大约550纳米。在一个实施方案中，第一波长为大约375纳米至大约450纳米且第二波长为大约450至大约1500纳米。在另一实施方案中，第一波长为大约450纳米至大约550纳米且第二波长为大约550至大约1500纳米。在再一实施方案中，写入波长为使得其从在具有第二波长的光的作用下使记录的数据稳定化用的波长漂移0纳米至大约400纳米。实现写入和数据稳定化时的示例性波长为大约405纳米(写入)和大约532纳米(稳定化)。第一波长有时也被称作“写入”波长。

在一个实施方案中，光化学活性染料以大约0.1重量％至大约20重量％的量存在于衬底中。在一些实施方案中，光化学活性染料以大约5重量％至大约10重量％的量存在于衬底中。在再一实施方案中，光化学活性染料以大约15重量％至大约20重量％的量存在于衬底中。本文所用的术语染料的“重量％”是指衬底中包含的染料重量与衬底总重量(包含染料重量在内)的比率。例如，衬底中存在10重量％的染料意味着10克染料在90克衬底中。可以控制染料的负载百分比以提供理想的性能。

可以在光学透明衬底的制备中有利地使用光学透明塑料。制造全息数据存储介质(例如光学透明衬底)时所用的光学透明塑料可以包含具有足够的光学质量，例如低散射、低双折射和在目标波长下的可忽略的损失的任何塑料以使该全息存储材料中的数据可读。可以使用有机聚合材料，例如低聚物、聚合物、树枝状聚合物、离子交联聚合物、共聚物如嵌段共聚物、无规共聚物、接枝共聚物、星形嵌段共聚物和类似物，或包含至少一种前述聚合物的组合。可以使用热塑性聚合物或热固性聚合物。合适的热塑性聚合物的实例包括聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚酰胺、聚酯、聚烯烃、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺酰亚胺、polyaromaticates、聚芳香砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚砜、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚酮酮、聚硅氧烷、聚氨酯、polyaromaticene醚、聚醚、聚醚酰胺、聚醚酯或类似物，或包含至少一种前述热塑性聚合物的组合。合适的热塑性聚合物的一些更可能的实例包括，但不限于，非晶和半结晶热塑性聚合物和共混聚合物，例如：聚氯乙烯、线型和环状聚烯烃、氯化聚乙烯、聚丙烯和类似物；氢化聚砜、ABS树脂、氢化聚苯乙烯、间规立构和无规立构聚苯乙烯、聚环己基乙烯、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-马来酸酐共聚物、和类似物；聚丁二烯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、甲基丙烯酸甲酯-聚酰亚胺共聚物；聚丙烯腈、聚缩醛、聚苯醚，包括但不限于，衍生自2，6-二甲基酚的那些和与2，3，6-三甲基酚的共聚物，和类似物；乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚乙酸乙烯酯、乙烯-四氟乙烯共聚物、芳族聚酯、聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯和聚偏二氯乙烯。在一个实施方案中，光学透明衬底包含聚碳酸酯，例如双酚A聚碳酸酯。

光学透明衬底的厚度可以调节至符合存储介质的特定预期用途的要求。在一个实施方案中，存储介质的厚度大于大约100微米。在一些实施方案中，该厚度可以为大约100微米至大约5厘米。例如，为了用作DVD或CD存储介质，典型厚度为大约600微米至大约1.2毫米。光学透明衬底的形状包括各种形状，例如但不限于，正方形、长方形、椭圆形或圆形。

光学透明衬底可以包含其它组分，例如热敏剂；抗氧化剂、光稳定剂；增塑剂；抗静电剂；脱模剂；附加树脂；粘合剂；发泡剂；和类似物，以及前述添加剂的组合。

通常，用于形成光学透明衬底的光化学活性聚硝酮染料和聚合物，和全息数据存储介质应该能够承受用于制备全息数据存储介质的加工条件，例如在光化学活性聚硝酮和可能存在的任何附加添加剂与聚合物粉末配混并随后模制成数据存储盘的步骤中。在各种实施方案中，本发明所提供的聚硝酮染料与可用在全息数据存储用途中的已知光化学活性染料本身相比表现出提高的热稳定性。

在一个实施方案中，本发明提供了包含含光化学活性聚硝酮染料的光学透明衬底的全息存储介质。在一个实施方案中，形成包含光学透明塑料和至少一种光化学活性聚硝酮染料的光学透明衬底薄膜。通常，通过使用模制组合物的模制技术制备该薄膜，该模制组合物是通过将聚硝酮染料与光学透明塑料混合而得的。可以在如单螺杆或多螺杆挤出机、Buss捏和机、Henschel、helicone、Eirich混合机、Ross混合机、Banbury、捏和机、掺合机之类的机器、辊磨、如注射成型机、真空成型机、吹塑机之类的成型机、或包含至少一种前述机器的组合中进行混合。或者，聚硝酮染料和光学透明塑料可以溶解在溶液中并可以由该溶液形成光学透明衬底薄膜。

在一些实施方案中，将光化学活性染料与聚合物主体一起溶解在溶剂中以制造溶液。可以通过由该溶液旋涂来制造薄膜。在另一些实施方案中，可以通过刮涂、衬底浸渍和喷涂染料/聚合物溶液来形成薄膜。合适的含有光化学活性染料的聚合衬底材料有时被称作“掺杂聚合物”。这种掺杂聚合物可以通过多种技术制备，例如上文提到的溶剂浇注技术。在一个实施方案中，掺杂聚合物也可以通过将光化学活性染料溶解在液体单体中并随后使单体在光化学活性染料存在下热或光致反应性聚合来形成，从而产生其中均匀分散着光化学活性染料的光学透明衬底材料。在另一实施方案中，这种掺杂聚合物通过聚合物/染料掺合物的模制或挤出技术制备。

在一个实施方案中，将包含光化学活性二硝酮、热塑性聚合物的数据存储组合物注射成型以形成可用于制造全息数据存储介质的制品。注射成型的制品可以具有任何几何。合适的几何的实例包括圆盘、正方形板、多边形等。制品的厚度可以从一个实施方案中的至少100微米到另一实施方案中的至少250微米不等。至少250微米的厚度可用于制造与现有数字存储盘的厚度相当的全息数据存储盘。

由此制成的模制数据存储介质可用于制造可以以全息图形式存储数据的数据存储制品。在一个实施方案中，用具有第一波长的全息干涉图案照射模制成的数据存储介质以记录至少一个光学可读取数据和产生光化学活性染料的至少一种光产物。该光学可读取数据以在数据存储介质的至少一个体积元素内图案化的全息图形式存储。可以通过多种方法实现所存储的数据的稳定化，包括在数据记录后将防紫外线剂涂施到模制成的数据存储介质的表面上。在一个实施方案中，可以使用具有第三波长的辐射读取稳定化的全息数据。在一个实施方案中，这种“读取波长”可以为350至1100纳米。

本文公开的方法可用于制造在一个实施方案中进行逐位型数据存储和在另一实施方案中进行逐页型数据存储的全息数据存储介质。在再一实施方案中，该方法可用于在数据存储介质的多层中存储数据。考虑到在本文公开的数据记录过程中随聚硝酮出现的各种光化学转化，可以在数据存储过程之前和之后存在的化学实体方面识别全息数据存储介质或包含这种数据存储介质的全息数据存储制品。因此在一个实施方案中，本发明提供了可用于以全息图形式存储数据的全息数据存储介质。这种数据存储介质包含(i)至少一种光学透明塑料和(ii)至少一种光化学活性染料。

在另一实施方案中，本发明提供了包含(i)至少一种光学透明塑料和(ii)至少一种具有结构(I)的光化学活性染料的数据存储介质。在再一实施方案中，本发明提供了其中存储着至少一个光学可读取数据的数据存储介质，该数据存储介质包含(i)至少一种光学透明塑料、(ii)至少一种具有结构(I)的光化学活性染料、和(iii)至少一种由至少一种光化学活性染料生成的光稳定产物，或其组合；其中该至少一个光学可读取数据以全息图形式存储在数据存储介质中。

在另一实施方案中，本发明提供了包含(i)至少一种光学透明塑料和(ii)至少一种具有结构(II)的光化学活性染料的数据存储介质。在再一实施方案中，本发明提供了其中存储着至少一个光学可读取数据的数据存储介质，该数据存储介质包含(i)至少一种光学透明塑料、(ii)至少一种具有结构(II)的光化学活性染料、和(iii)至少一种由至少一种光化学活性染料生成的光稳定产物，至少一种光产物，或其组合；其中该至少一个光学可读取数据以全息图形式存储在数据存储介质中。

在各种实施方案中，读取波长不同于写入波长，以致于在所选用于读取全息存储介质中所含的信息的波长下，几乎或完全没有吸收读取光。在一个实施方案中，选择用于读取的光的波长以使读取波长和与写入事件相关的吸收带之间的差异最大化。在一个实施方案中，读取光束具有与写入光束波长相差大约50纳米至大约400纳米的波长。在一些实施方案中，合适的读取光束具有大约400纳米至大约800纳米的波长。但是，与吸收带相差越多，折光指数变化越小，这不利地影响存储过程的效率。此外，写入和读取波长之间相差越大，可能越难重建数据。因此，在一些实施方案中，读取波长通常被选择为是透射大于95％下的最接近波长。

在一些实施方案中，在大约375纳米至大约425纳米的波长下的蓝光可用于写入，且在大约500纳米至大约800纳米的波长下的绿/红光可用于读取。在另一些实施方案中，用于写入的光的波长可以为大约425纳米至大约550纳米，且读取波长可以为大约600纳米至大约700纳米。在另一些实施方案中，532纳米波长的光可用于写入，且633纳米或650纳米波长的光可用于读取。

本文中包括有助于本领域普通技术人员更好理解本发明的发展中所用的方法的其它物理/光学概念。因此，吸收截面是原子或分子吸收在特定波长下的光的能力的衡量标准并以平方厘米/分子为单位测量。其通常用σ(λ)表示，且对于光学薄的样品，如公式(1)所示受Beer-Lambert定律的支配，

 公式(1)

其中N₀是以每立方厘米的分子数为单位的浓度，且L是以厘米为单位的样品厚度。

量子效率(QE)是具有给定波长的各吸收光子的光化学转化可能性的衡量标准。因此，其给出了使用入射光实现给定光化学转化(也称作漂白过程)时的效率的衡量标准。QE由公式(2)给出，

$\mathrm{QE}=\frac{\mathrm{hc}/\mathrm{\λ}}{\mathrm{\σ}\·F_0}$ 公式(2)

其中“h”是普朗克常数，“c”是光速，σ(λ)是在波长λ下的吸收截面，且F₀是漂白注量(fluence)。参数F₀通过表征漂白过程的光强度(I)与时间常数(τ)的乘积给出。

如上所述，全息数据存储依靠引起包含光化学活性染料的光学透明衬底的折光指数的局部变化作为存储全息图的手段。光学透明衬底的单个体积元素内的折光指数可以在这整个体积元素内恒定，如尚未暴露在电磁辐射下的体积元素的情况，或该体积元素内各处的光化学活性染料已经反应至相同程度时的情况。相信已经在全息数据写入过程中暴露在电磁辐射下的大多数体积元素含有复杂的全息图，因此该体积元素内的折光指数在这整个体积元素内不等。在体积元素内的折光指数在这整个体积元素内不等的情况下，方便地将该体积元素视为具有“平均折光指数”，其可以与照射之前的相应体积元素的折光指数相比较。因此，在一个实施方案中，光学可读取数据包含至少一个具有与照射前的光学透明衬底的该相应体积元素不同的折光指数的体积元素。通过以渐变方式(连续正弦变化)而非在不连续步骤中局部改变数据存储介质的折光指数然后利用诱发的变化作为衍射光学元素，实现数据存储。

本文所定义的术语M/#是指数据存储介质的容量，并且可以作为在给定衍射效率下在数据存储介质的体积元素可记录的多路全息图总数的函数测量。M/#取决于各种参数，例如折光指数变化(Δn)、介质厚度和染料浓度。在本公开中进一步描述这些术语。M/#如公式(3)所示定义：

$M/\#=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{\mathrm{\ηi}}$ 公式(3)

其中η_i是第i个全息图的衍射效率，且N是所记录的全息图的数量。在所选波长下，例如在532纳米或405纳米下对试样进行M/#测量的实验设置包括将试样放在由电脑控制的旋转台上。旋转台具有高的角分辨率，例如大约0.0001度。M/#测量包括两个步骤：记录和读出。在记录中，在同一样品的同一位置上记录多个平面波全息图。平面波全息图是由信号光束和干涉光束产生的被记录的干涉图案。信号和干涉光束彼此相干。它们都是具有相同功率和光束尺寸、在样品上的相同位置入射并在相同方向偏振的平面波。通过旋转样品来记录多个平面波全息图。两个相邻全息图之间的角间距为大约0.2度。选择这种间距以使它们在多路传输附加全息图时对之前记录的全息图的影响最小化并同时有效利用介质总容量。在M/#测量中各全息图的记录时间通常相同。在读出时，遮蔽信号光束。使用参考光束和放大光检测器测量衍射信号。通过以大约0.004度的递增量旋转样品经过整个记录角度范围来测量衍射功率。用于读出的参考光束的功率通常比记录时所用的小大约2-3个量级。这是要使读出过程中的全息图擦除最小化，同时保持可测得的衍射信号。

由衍射信号，可以在全息图记录角度下由衍射峰识别多路全息图。第i个全息图的衍射效率η_i随之使用公式(4)计算：

公式(4)

其中P_i，衍射是第i个全息图的衍射功率，随后使用全息图的衍射效率和公式(3)计算M/#。因此，该全息平面波表征系统可用于测试数据存储材料的特性，尤其是多路全息图。此外，也可以通过测量衍射效率来测定数据存储材料的特性。

以全息图形式存储数据的容量(M/#)也和在用于读取数据的波长下每单位染料密度的折光指数变化(An/N0)与在用于以全息图形式写入数据的给定波长下的吸收截面(σ)的比率成正比。通过照射前该体积元素的折光指数减去照射后同一体积元素的折光指数的差值与染料分子密度的比率给出每单位染料密度的折光指数变化。每单位染料密度的折光指数变化具有(厘米)³的单位。因此，在一个实施方案中，光学可读取数据包含至少一个这样的体积元素——其中该至少一个体积元素的每单位染料密度的折光指数变化与该至少一种光化学活性染料的吸收截面的比率以厘米为单位表示为至少大约10-5。

灵敏度(S)是使用一定量的光注量(F)记录的全息图衍射效率的衡量标准。光注量(F)通过光强度(I)与记录时间(t)的乘积给出。在算术上，灵敏度通过公式(5)给出，

$S=\frac{\sqrt{\mathrm{\η}}}{I.t.L}(\mathrm{cm}/J)$ 公式(5)

其中I是记录光束的强度，“t”是记录时间，L是记录(或数据存储)介质(例如光盘)的厚度，η是衍射效率。衍射效率通过公式(6)给出，

$\mathrm{\η}={\sin }^2\frac{\mathrm{\π}.\mathrm{\Δn}.L}{\mathrm{\λ}.\cos \left(\mathrm{\θ}\right)}$ 公式(6)

其中λ是光在记录介质中的波长，θ是介质中的记录角度，且Δn是光栅的折光指数差异，其通过记录法产生，其中染料分子发生光化学转化。

无需进一步详述，相信本领域技术人员可以使用本文的描述在最大限度上利用本发明。包含下列实施例以向本领域技术人员提供实施本发明的额外指导。所提供的实施例仅代表有助于本申请的教导的工作。下列实施例仅意在例证本发明的方法和实施方案，并因此不应该被视为对权利要求的限制。

实施例

使用300兆赫Bruker NMR光谱仪和作为溶剂的d6-二甲亚砜或CDCl3测量质子NMR谱。化合物通过包含液相色谱仪和Quattro UltimaPt质谱仪的液相色谱仪-质谱仪(LC-MS)系统进一步表征。使用XterraC18(50毫米×4.6毫米；5微米)柱通过液相色谱法分离组分。分离的组分随后通过质谱法分析。使用双光束Perkin-Elmer Lambda900UV-VIS-NIR分光光度计记录紫外线可见(UV-VIS)谱。进行差示扫描色谱法(DSC)实验以研究硝酮尤其在熔融或分解温度方面的热行为。在氮存在下使用DSCQ10(TA)仪器用10℃/分钟的加热速率测量熔融或分解温度。

制备4-乙氧甲酰基苯基羟胺1

在250毫升三颈烧瓶中将对硝基苯甲酸乙酯(14.6克，75毫摩尔)在95％乙醇(75毫升)中的溶液与氯化铵(4.6克，86毫摩尔)在水(70毫升)中混合。在冰浴上冷却所得乳状悬浮液，并在搅拌下用锌粉(10.9克，167毫摩尔)分份处理以使反应混合物保持低于35℃。在大约两个半小时后，过滤除去氧化锌并用热水然后用二氯甲烷漂洗。将该水滤液再用二氯甲烷萃取，并将合并的二氯甲烷萃取物用盐水洗涤，在无水硫酸盐上干燥，并减压蒸发。由此获得橙色油(11.6克，64毫摩尔，85％)。油性产物的结晶产生5.6克(～42％收率)纯化的4-乙氧甲酰基苯基羟胺(95.9％的HPLC纯度和72.5℃的熔点)。

实施例1：2，5-双(N-(4-乙氧基羰基苯基)亚氨基-N-氧化物)噻吩实施例1的制备

实施例1

将乙氧甲酰基苯基羟胺1(3.36克，18.5毫摩尔)与2，5噻吩二甲醛(0.65克，4.64毫摩尔)在冰醋酸(70毫升)中混合并在室温下搅拌20小时。将该反应混合物倒入水(200毫升)中并过滤产物。将滤出的产物用水洗涤并在60℃下干燥以产生2.0克橙色粗产物。通过将该粗产物在乙腈中沸腾然后过滤来提纯产物，得到1.0克(～46.0％收率)2，5-双(N-(4-乙氧基羰基苯基)亚氨基-N-氧化物)噻吩(HPLC纯度：94.3％；DSC：247℃)。

4-硝基-苯甲酸2-乙基-己酯2的制备

在250毫升三颈烧瓶中加入10.0克2-乙基1-己醇、100毫升二氯甲烷和6.0克吡啶并将该内容物搅拌10分钟。向该混合物中缓慢加入14.2克4-硝基苯甲酰氯并在回流条件下搅拌2小时。然后将反应混合物冷却，用20％氢氧化铵水溶液洗涤。将有机层用1N盐酸和盐水洗涤，并在无水硫酸钠上干燥以产生粗产物(～65％收率)。

4-羟基氨基-苯甲酸2-乙基-己酯3的制备

向500毫升三颈烧瓶中加入14克对硝基苯基2乙基己酯、50毫升乙醇、3.1克氯化铵和50毫升水。向该混合物中缓慢加入7.3克锌并在室温下搅拌5小时。将该混合物用二氯甲烷(MDC)洗涤，这分离有机层。在MDC蒸馏后，以5.6克(42％)的收率获得固体。

实施例2：2，5-噻吩双2-乙基己酯苯基二硝酮的制备

实施例2

向250毫升三颈烧瓶中加入0.5克2，5-噻吩二甲醛、30毫升乙酸、5.6克2-乙基己酯苯基羟胺3，并在室温下搅拌20小时。向反应混合物中加入100毫升水并将混合物过滤。将滤出的产物用水洗涤并干燥。以98％的HPLC纯度获得大约1.6克产量的实施例2的2，5-噻吩双2-乙基己酯苯基二硝酮(DSC：205℃)。

所研究的各种硝酮和二硝酮染料的结构与对含有染料的模制盘测得的衍射效率和量子效率的数据一起收集在表1中。此外，也列出硝酮稳定性数据。

表1

如下制备含有硝酮或二硝酮染料的模制盘。使用在Retsch磨中研磨成粗粉的聚苯乙烯(PS1301)丸粒混合物制备测试用的模制盘并在循环空气炉中在80℃下干燥至少4小时。在Henschel混合机中，混合150克干燥聚苯乙烯和0.9克染料(如表1中所给出)以形成均匀粉末。在具有抛光模具表面和镜面化压模的小型注射成型机(Mini-jector)(一种10吨立式注射机)中在大约200-210℃的机筒温度下模制该盘以制造1.2毫米厚和5.8厘米直径的盘。

如下测量对比例2和实施例3的盘的衍射效率。使用标准实验设置在532纳米波长下在透射几何中测量衍射效率。也在405纳米下进行类似的表征。对于敏感度测量，参考光束和信号光束均以45°斜角入射在试样上以进行全息图记录。将样品放在由电脑控制的旋转台上。基准和信号光束均具有相同光学功率并以相同方向(平行于样品表面)偏振。光束直径(1/e₂)为4毫米。在检测器前放置滤色片和小针孔以降低来自背景光的光杂波。激光前的快速机械光闸控制全息记录时间。在532纳米设置中，使用红色632纳米光束监测全息图记录过程中的动力学。各光束的记录功率从1mW至100mW不等且记录时间从10毫秒至几秒不等。通过使样品盘旋转0.2-0.4度，由Bragg失谐曲线测定来自所记录的全息图的衍射功率。用于读出全息图的功率比记录功率低2至3个量级以使读出过程中的全息图擦除最小化。

如下测量实施例3和对比例1和2的量子效率。制备具有已知厚度和浓度且在测量波长下的吸收为大约0.2的样品。从200至900纳米测量样品的吸收谱。测量样品厚度、激光功率和样品表面上的激光点尺寸。然后在样品上进行漂白实验以获得在相关波长下的瞬时漂白注量F0，同时在短时间间隔(0.1秒至1秒)内测量200至900纳米的UVvis谱。通过在与曝光波长不同的合适的波长下监测吸收来监视漂白过程。使用用于测量量子效率的标准实验设置。使样品在相同光点(spot)下曝光，在该光点中用具有已知强度I和光点尺寸的均匀光束测量UVvis。通常，照射样品直至如稳态所示漂白过程完成。在样品的吸收相对较低时，曝光过程中的发射功率P(t)遵循指数衰减曲线。

根据公式1计算吸收截面并根据公式2计算量子效率。

全息数据存储介质的热稳定性有时可能是长期可靠性的关键特征。当经由模制法进行制造时，由于模制温度可能超过200℃，染料的热稳定性的重要性甚至更高。为了使染料在介质制造的所有加工步骤中保持完整，其分解温度需要高于加工温度。染料的热稳定性通常在DSC实验中评测。

染料的光重排的量子效率(QE)与其敏感度直接相关。QE越高，敏感度越高。数据存储介质的较高敏感度能够实现较快写入时间。此外，如果染料的光重排具有低QE，沉积在该材料上的许多能量被转化成热，这对光栅写入法具有有害影响。在全息数据存储介质中可获得的衍射效率是其数据存储容量的衡量标准。相同用途要求高DE来发挥作用。无论如何，在所有情况下，高DE是有利的。

前述实施例仅是示例性的，仅用于例证本发明的一些特征。所附权利要求旨在如其被设想的那样宽地要求保护本发明，且其中所列的实施例是从各种各样的所有可行实施方案中选择的实施方案的示例。相应地，申请人的意图是，所附权利要求不受用于例证本发明的特征的实施例的选择的限制。权利要求中所用的词语“包含”及其语法变体在逻辑上指向和包括各种不同程度的术语，例如但不限于“基本由...构成”和“由...构成”。在必要时，已经提供了范围，这些范围包括它们之间的所有子范围。本领域普通技术人员会想到这些范围内的变化，且如果尚未向公众公开，这些变化应该在可能的情况下被视为被所附权利要求所涵盖。也预见到，科学和技术中的进步会使如今由于语言的不精确而未想到的对等物和替代成为可能，且这些变化在可能时也应该被视为被所附权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.存储全息数据的方法，包括：

(A)提供包含光学透明衬底的全息存储介质，所述光学透明衬底包含具有至少两个硝酮基团的光化学活性染料；和

(B)用具有全息干涉图案的光照射光学透明衬底，其中该光具有第一波长和强度，两者均足以在衬底的体积元素内将至少一些光化学活性染料转化成光产物，并在被照射的体积元素内产生与全息干涉图案对应的光产物浓度变化，由此产生与该体积元素对应的光学可读取数据；

其中光化学活性染料具有结构(II)

其中R¹在每次出现时独立地为C₁-C₂₀脂族基团、C₃-C₂₀脂环族基团、或C₂-C₃₀芳族基团；R²在每次出现时独立地为氢、氘、C₁-C₂₀脂族基团、C₃-C₂₀脂环族基团或C₂-C₃₀芳族基团；且“a”是2至4的整数。

2.权利要求1的方法，其中光学透明衬底包含热塑性聚合物、热固性聚合物、或包含至少一种上述聚合物的组合。

3.权利要求1的方法，其中第一波长为360纳米至1500纳米。

4.权利要求1的方法，其中光产物包含氧氮杂环丙烷、氧氮杂环丙烷的重排产物、或其组合。

5.权利要求1的方法，进一步包括使存储的数据稳定化。

6.存储全息数据的方法，包括：

(A)提供包含光学透明衬底的全息存储介质，所述光学透明衬底包含具有结构(II)的光化学活性染料

其中R¹在每次出现时独立地为C₁-C₂₀脂族基团、C₃-C₂₀脂环族基团、或C₂-C₃₀芳族基团；R²在每次出现时独立地为氢、氘、C₁-C₂₀脂族基团、C₃-C₂₀脂环族基团或C₂-C₃₀芳族基团；且“a”是2至4的整数，

其中染料以0.1重量％至10重量％的量存在；和

(B)用具有全息干涉图案的光照射光学透明衬底，其中该光具有第一波长和强度，两者均足以在衬底的体积元素内将至少一些光化学活性染料转化成光产物并在被照射的体积元素内产生与全息干涉图案对应的光产物浓度变化，由此产生与该体积元素对应的光学可读取数据，且其中第一波长为大约500纳米。

7.存储全息数据的方法，包括：

(A)提供包含光学透明衬底的全息存储介质，所述光学透明衬底包含具有结构(V)的光化学活性染料

其中R¹在每次出现时独立地为C₁-C₂₀脂族基团、C₃-C₂₀脂环族基团、或C₂-C₃₀芳族基团；R²在每次出现时独立地为氢、氘、C₁-C₂₀脂族基团、C₃-C₂₀脂环族基团或C₂-C₃₀芳族基团；且R³和R⁴独立地为卤素、氢、氘、C₁-C₂₀脂族基团、C₃-C₂₀脂环族基团或C₂-C₃₀芳族基团；

其中染料以0.1重量％至10重量％的量存在；和

(B)用具有全息干涉图案的光照射光学透明衬底，其中该光具有第一波长和强度，两者均足以在衬底的体积元素内将至少一些光化学活性染料转化成光产物并在被照射的体积元素内产生与全息干涉图案对应的光产物浓度变化，由此产生与该体积元素对应的光学可读取数据，且其中第一波长为大约500纳米。