CN114621395B - 用于单光束超分辨光存储的荧光聚合材料及其光存储方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于单光束超分辨光存储的荧光聚合材料及其光存储方法,方法步骤包括：设置单光束超分辨光存储写入系统，所述激光器发射所述单光束调整所述物镜后达到荧光聚合材料内部，使得激光单光束与荧光聚合材料内部发生聚合反应。采用通过利用荧光聚合材料对单光束作用的不同的阈值其所反应的聚合程度不一样，显示出来的荧光强度也不一样，调节所述光束功率的大小，形成荧光对比度差，实现超分辨光存储的写入。材料包括：包括光引发剂、单体和聚集诱导发光染料，以各组分占材料的摩尔量计，光引发剂为0.1％～5％，聚集诱导发光染料为0.1％～5％，单体为90％～99.8％。本发明通过引入聚集诱导发光染料，通过同一种材料里面多阈值形成的荧光变化，形成超分辨的写入点，实现单光束超分辨存储。
Description
技术领域
本发明涉及光存储技术领域，特别是一种用于单光束超分辨光存储的荧光聚合材料及其光存储方法。
背景技术
目前，随着物联网、云计算、人工智能技术的发展，人类社会已进入大数据时代，预计到2025年，全球需要存储的数据将达到175ZB(1ZB＝1012GB)。目前的大数据中心仍依赖于硬盘存储，其内存有限，能耗过高，且存储寿命短,而研发出基于超分辨率存储数据技术的超大容量光盘以及其读写装置，不仅存储容量高而且能耗低、寿命寿命长，无论是学术上还是应用上都有很高的价值。
光数字存储的基本原理是利用光改变存储介质的物理或化学性质，从而将信息记录到媒介上。光学信息存储技术到目前为止主要的发展历程包含：第一代光存储CD、第二代光存储DVD和第三代蓝光光盘BD。但是这三者都是二维光学存储，多层DVD和BD的主要瓶颈是当聚焦到媒质内部时，光学散射使得聚焦的效率和记录的效率极大降低，而且光波长越短，散射越严重，这制约了多层光盘技术的发展，除此之外，三种都受制于光学衍射极限的限制，目前存储容量最高的蓝光光盘道间距仍然在0.32μm大小，未能突破光学衍射的极限，仍然不能满足大数据时代对数据存储的需求。而多层DVD和BD采用反射光强的变化记录信息，图1现有光盘技术的读出原理图，主要瓶颈是当聚焦到媒质内部时，光学散射使得聚焦的效率和记录的效率极大降低，而且光波长越短，散射越严重，这制约了多层光盘技术的发展。
由上述光存储技术可知，现有技术方法是基于材料的一种阈值的变化来记录信息，未突破衍射极限的大小，限制了单盘存容量的大小，通过探测反射光强来来读出信息，限制了多层的发展。需要提出一种新的光存储方法和材料用于解决上述问题。
发明内容：
本发明的目的在于，提出一种用于用于单光束超分辨光存储的荧光聚合材料及其光存储方法，用于解决现有技术中受限于光学衍射极限导致单盘存储容量低，及探测反射光强来来读出信息，限制了多层的发展。
为解决上述问题，本发明的技术解决方案如下：
提供一种用于单光束超分辨光存储的荧光聚合材料，具体包括:包括光引发剂、单体和聚集诱导发光染料，以各组分占材料的摩尔量计，光引发剂为0.1％～5％，聚集诱导发光染料为0.1％～5％，单体为90％～99.8％。
优选的，所述单体包括1，6-己二醇二丙烯酸、季戊四醇四丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、二-三羟甲基丙烷四丙烯酸酯、三(2-羟乙基)异氰脲酸三丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯中的一种或多种的混合物。
优选的，所述光引发剂包括IRGACURE-250、IRGACURE-907、IRGACURE-184、IRGACURE-369、IRGACURE-819、IRGACURE-1173、IRGACURE-784一种或多种混合物。
优选的，所述聚集诱导发光染料包括四苯基乙烯类，六苯基硅氧烷类、二苯乙烯蒽类等一种或者多种混合的物。
提供一种用于单光束超分辨光存储的方法，具体步骤包括:①对权利要求1所述的荧光聚合材料进行固化处理；②调整单光束方向，使光束照射入固化后的荧光聚合材料内部，并发生聚合反应；③调节单光束功率，在不同区域形成荧光对比度的差别，完成超分辨光存储的写入。
优选的，所述单光束与荧光聚合材料内部发生聚合反应，通过单束光下多种阈值所产生的荧光强度变化其，实现超分辨记录点的写入；
优选的，通过单光束激发波长同时激发材料多个阈值不同的区域的荧光发射，探测不同阈值区域的荧光强度，通过不同区域荧光强度不一样，形成荧光对比度，实现超分辨的荧光读出。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
通过利用荧光聚合材料对单光束作用的不同的阈值其所反应的聚合程度不一样，显示出来的荧光强度也不一样，调节所述单光束功率的大小，以此形成荧光对比度的差别，完成超分辨光存储的写入，实现突破光学衍射的单光束超分辨光存储；为了克服散射对三维光存储技术所带来的限制，使用超快飞秒激光器聚焦到光盘的深层中，采用双光子激光具有强空间局域性的特性，以荧光读出，减少层间串扰，实现多层光盘存储。
附图说明
图1现有光盘读出技术一实施方的读出原理示意图；
图2是本发明单光束超分辨光存储一实施装置示意图；
图3是本发明单光束超分辨光存储一实施方法的写入原理示意图；
图4是本发明单光束超分辨光存储一实施方法的读出原理示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。
请参阅图1～4。图1是现有光盘读出技术一实施方的读出原理示意图；图2本发明中应用一种应用于单光束超分辨光存储一实例写入系统示意图，1为激光单元，11为激光光束发射器，12为第一透镜，13为小孔，14为第二透镜，2为三维位移台，3为荧光聚合材料，4为物镜，5为双色镜，6为滤光片，7为探测单元，71为第三透镜，72为第二小孔， 73为分光镜，74为照相机，75为光电探测器，8位背景光源；图3是本发明单光束超分辨光存储一实施方法的写入原理示意图；图4是本发明单光束超分辨光存储一实施方法的读出原理示意图。设置单光束超分辨光存储写入系统，激光器发射一束光并调整光束位置,使所述光束一次经过第一透镜、第二透镜、二向色镜和所述物镜后达到荧光聚合材料内部，使得第一光束与材料内部发生聚合反应。通过利用荧光聚合材料对光束作用的不同的阈值其所反应的聚合程度不一样，显示出来的荧光强度也不一样，调节所述光束功率的大小，以此形成荧光对比度的差别，以此实现超分辨光存储的写入，实现突破光学衍射的单光束超分辨光存储。
本发明中应用一种用于单光束超分辨光存储的荧光聚合材料，包括光引发剂、单体和聚集诱导发光染料，以各组分占材料的摩尔量计，光引发剂为0.1％～5％，聚集诱导发光染料为0.1％～5％，单体为90％～99.8％。
具体地，对各组分物质的选取进行详述。光引发剂包括IRGACURE-250、IRGACURE-907、IRGACURE-184、IRGACURE-369、IRGACURE-819、IRGACURE-1173、 IRGACURE-784中的任意一种或多重混合，可根据实际需要选择与激光波长相适应的光引发剂，在此不作限定。
单体包括1，6-己二醇二丙烯酸、季戊四醇四丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、二 -三羟甲基丙烷四丙烯酸酯、三(2-羟乙基)异氰脲酸三丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯中的一种或多种的混合物。
聚集诱导发光染料包括四苯基乙烯类，六苯基硅氧烷类、二苯乙烯蒽类等一种或者多种混合的物。
关于本发明中应用于单光束超分辨光存储的材料配置方法如下：将光引发剂、聚集诱导发光染料和单体按照预设摩尔比混合溶于氯仿或者丙酮等有机溶剂中，待其充分溶解后，真空处理去掉氯仿或者丙酮等有机溶剂，再通过紫外固化灯完成固化，即完成该应用于单光束超分辨光存储的材料；其中，以预设摩尔量计，光引发剂为0.1％～5％，聚集诱导发光染料为0.1％～5％，单体为90％～99.8％。
本发明中一种用于单光束超分辨光存储的方法，具体步骤如下：
步骤1：对荧光聚合材料进行固化处理；
步骤2：搭建前述应用于单光束超分辨光存储写入系统，设置一激发单元1，激光器11 发射单束光并调整单光束位置,使所述单光束依次经过第一透镜12、小孔13、第二透镜14，出射到二向色镜5,反射到物镜4后达到存储材料内部3.
步骤3：激光器11发射所述单光束调整所述物镜4后达到荧光聚合材料3内部，通过74照相机观察，使得单光束与荧光聚合材料3内部发生聚合反应，可写入信息。
步骤4：调节所述激光器11单光束功率的大小，通过74照相机观察，使荧光聚合材料到达阈值1，记录阈值1功率大小；
步骤5：调节所述激光器11发射单光束功率的大小，通过74照相机观察，使荧光聚合材料到达阈值2，记录阈值2功率大小；
步骤6：调节所述激光器11发射单光束功率的大小，通过74照相机观察，使荧光聚合材料在单束光作用下同时两种不同阈值的变化，以此实现信息写入。
步骤7：通过设置三位移台2的控制，进行多层写入。
实施例1
取1g分析纯的二季戊四醇五丙烯酸酯，0.213g的IRGACURE-1173和0.08的四苯基乙烯混合溶于丙酮中，超声待其充分溶解后，加热或真空处理去掉丙酮，再通过紫外固化灯完成固化，即完成该应用于单光束超分辨光存储的荧光聚合材料；将制备好的单光束超分辨光存储荧光聚合材料均匀涂覆至基板上，用一光束激光对荧光聚合材料进行照射，其中，通过激光共聚焦显微镜对刻写后的记录点进行形貌表征，并于垂直面方向上，记录多组单点分辨率、道间距分辨率，结果如表1所示，可看出使用单光束超分辨光存储荧光聚合材料写入后，所得点分辨率均小于200nm，道间距分辨率均小于200nm，并进行了六层写入，而通常采用现有技术中难以达到200nm以下的分辨率，故说明本发明方案可突破光学衍射极限记录，和多层写入，提高单盘存储容量记录。
表1
区别于现有技术的情况，本发明通过采用通过利用荧光聚合材料对光束作用的不同的阈值其所反应的荧光强度不一样，调节所述光束功率的大小，以此形成荧光对比度的差别，以此实现超分辨光存储的写入，实现现有技术没有突破光学衍射极限的写入；不同于现有技术通过探测反射光强来读取信息，本发明克服散射对三维光存储技术所带来的限制，采用超快飞秒激光器聚焦到光盘的深层中，采用双光子激光具有强空间局域性的特性，并采用荧光读出，减少层间串扰，实现多层光盘存储。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种用于单光束超分辨光存储的荧光聚合材料，其特征在于，包括光引发剂、单体和聚集诱导发光染料，以各组分占材料的摩尔量计，光引发剂为0.1％～5％，聚集诱导发光染料为0.1％～5％，单体为90％～99.8％；
所述单体包括1，6-己二醇二丙烯酸、季戊四醇四丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、二-三羟甲基丙烷四丙烯酸酯、三(2-羟乙基)异氰脲酸三丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯中的一种或多种的混合物。
2.根据权利要求1所述的用于单光束超分辨光存储的荧光聚合材料，其特征在于，所述光引发剂包括IRGACURE-250、IRGACURE-907、IRGACURE-184、IRGACURE-369、IRGACURE-819、IRGACURE-1173、IRGACURE-784一种或多种混合物。
3.根据权利要求1所述的用于单光束超分辨光存储的荧光聚合材料，其特征在于，所述聚集诱导发光染料包括四苯基乙烯类，六苯基硅氧烷类、二苯乙烯蒽类一种或者多种混合的物。
4.一种用于单光束超分辨光存储的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
①对权利要求1所述的荧光聚合材料进行固化处理；
②调整单光束方向，使单光束照射入固化后的荧光聚合材料内部，并发生聚合反应；
③调节单光束功率，在不同区域形成荧光对比度的差别，完成超分辨光存储的写入；通过利用荧光聚合材料对光束作用的不同的阈值其所反应的聚合程度不一样，显示出来的荧光强度也不一样，调节所述光束功率的大小，以此形成荧光对比度的差别，以此实现超分辨光存储的写入。
5.根据权利要求4所述的用于单光束超分辨光存储的方法，其特征在于，所述单光束与荧光聚合材料内部发生聚合反应，通过单束光下多种阈值所产生的荧光强度变化其，实现超分辨记录点的写入；
步骤③中，调节单光束功率的具体步骤如下：
调节激光器(11)单光束功率的大小，使荧光聚合材料到达阈值1；
调节激光器(11)发射单光束功率的大小，使荧光聚合材料到达阈值2；
调节所述激光器(11)发射单光束功率的大小，使荧光聚合材料在单束光作用下同时两种不同阈值的变化，以此实现信息写入；
所述单体包括1，6-己二醇二丙烯酸、季戊四醇四丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、二-三羟甲基丙烷四丙烯酸酯、三(2-羟乙基)异氰脲酸三丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯中的一种或多种的混合物；所述聚集诱导发光染料包括四苯基乙烯类，六苯基硅氧烷类、二苯乙烯蒽类一种或者多种混合的物；所述光引发剂包括IRGACURE-250、IRGACURE-907、IRGACURE-184、IRGACURE-369、IRGACURE-819、IRGACURE-1173、IRGACURE-784一种或多种混合物。
6.根据权利要求4所述的用于单光束超分辨光存储的方法，其特征在于，通过单光束激发波长同时激发材料多个阈值不同的区域的荧光发射，探测不同阈值区域的荧光强度，通过不同区域荧光强度不一样，形成荧光对比度，实现超分辨的荧光读出。
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