CN1620688A - 荧光液晶光学存储器及其记录/读出系统 - Google Patents

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Abstract

一种有多个数据层(302)的多层荧光信息载体(300)，每一数据层(302)包含由两个电极(303)和至少一取向薄膜(304或305)组成的薄的可控液晶池，信息以对于液晶组分的取向能力的形式记录在取向薄膜上，该取向能力在取向薄膜的表面上在空间上被调制，而当回放时，它能部分地或完全地消除邻近数据薄膜来的荧光串扰。

Description

荧光液晶光学存储器 及其记录/读出系统
技术领域
本发明涉及“逐坑地”或“逐页的”进行信息录入和信息读出的光存储系统，更具体地讲，涉及一种用荧光信息回放的多层光存储系统ROM，WORM，RW，或它们的混合类型。
背景技术
现有光存储系统使用有一层或两层数据层的三维信息载体。光数据记录的现有技术方案教导的几乎全是数据层局部区域(坑)中反射的激光辐射强度的变化。这些变化可以是CD或DVD只读存储器(ROM型)的光盘起伏干涉效应的结果，可以是在广泛使用的一次写入多次读出CD系统(WORM)中，在金属薄膜中烧孔，染料漂白，聚碳酸脂局部熔化的结果，以及在相位一变化可重写(RW)系统中反射系数变化的结果[Bouwhuis G.el al.，Principle of optical Disc systems-Philips ResearchLaboratories，Eindhoven，Adam Hilger Ltd.，Bristol and Boston]。
在这些载体中，为了增加记录密度，使用诸如工作在更短波长的辐射源和高NA物镜结合的方法[I.Ichimura et al.，SPIE，3864，288]，还有在纹间槽记录型光盘中降低轨矩和增加槽深[S.Morita et al.，SPIE，3109，167]。对高密度数据存储，使用新的媒质和方法，用于信息回放[T.Vo-Diny et al.，SPIE，3401，284]，以及坑深调制[S.Spielman et al.，SPIE，3109，98]，以及用排列成对称图形的方形数据坑[Satoh et al.，US Patent No.5,572,508]
按照美国专利4,634,850，和4,786,792(Drexler Technology Corp)，数据密度增加了，而同时，通过用数字光学信息的“四倍密度”或“微-棋盘”格式，错误也减少了。而这些数字光学信息被一个CCD光检测器阵列读出，这样就把数字数据的量增加到四倍，这些数据能够被光存储在电影胶片上(或光存储卡上)。
超过每立方厘米几个兆兆位的信息记录密度能够用三维(单片的)显示各种光物理或光化学双光子吸收非线性效应的光敏媒质来获得。在这种三维WORM或RW信息载体中，最适合的录入和回放的方式是光敏部件的协作双光子吸收以及通过一个中间虚能级光反应产物的双光子吸收，这类同于光致变色的情况[D.Parthnopoulos et al.，Science，1989，245，843]或光致漂白材料或象在光折射晶体的情况下折射率变化的记录[Y.Kawata et al.，Opt.Lett.，1998，23，756]以及光聚合物[R.Borisov et al.，Appl.Phys.，1998，B67，1]。
该录入和回放方式原则上允许信息以坑的形式局域录入(类同于在常规反射式CD或DVD-ROM中的数据坑)，它在信息媒质的空向中有改变的光学性质。
然而，这个概念的实际的实现在现时是十分困难的，因为这种录入所需的毫微微激光辐射源的昂贵和巨大尺寸以及媒质十分低的光敏性。后者通常是由于迄今已知的光敏材料十分小的双光子吸收的截面而引起的。
从技术的角度来看，用多层光学信息载体是更加合理的。然而，它们也给设计，给信息媒体特有的性质，给信息回放方法和装置(以及在WORM和RW光存储器的情况下，信息录入)带来许多限制和产生附加的问题，特别在媒质深处的区域内。
在反射模式中，多层光学信息载体的每一数据层将有一层部份反射的涂层，它减少了信息回放光束和信息录入光束当通过媒质以达到给定的数据层和返回到接收器时的强度。
另外，因为录入光束和回放光束的相干性质，它两种光束在其路迳上，都要受到数据层部件(坑和槽)上的衍射和干涉畸变，而这些是难以估计的。
这就是为什么用荧光读出的多层荧光光载体是更可取的，因为它们没有部份反射的涂层。衍射和干涉畸变在这种情况下是要小很多，这是因为荧光辐射的非相干性质，它比起回放激光波长而言的较长的波长，以及光学媒质对于入射激光和荧光辐射的透明和均匀性(不同层相同的折射率)。因而，多层荧光载体比起反射光学存储器有某种优点。
美国专利4,202,491公布了用荧光墨汁层，在其上的数据点发射红外辐射。
日本专利63,195,838给出一种用荧光回放方法的WORM盘，其中数据层在其底的粗表面。录入和回放辐射的强的光散射使得在这个概念基础上建立多层信息结构的可能性完全失去。提供多层光盘的可能性用美国专利6,027,855和5,945,252以及欧洲专利00963571A1中公布的荧光组分已经实现。
给予V.Glushko和E.Levich的美国专利6,009,065和6,071,671公布了用于多层荧光光盘的逐位信息回放装置，
目前，对各种形式的多层荧光信息载体(光盘或光卡)的一般要求是提供具有最大可能记录信息容量和密度并具有在高的信噪比下最大可能回放速率的载体。这个要求是通过减小数据坑的尺寸，从而提高在每一个数据层内记录的密度，增加数据层的数目，和用在更短波长上的回放辐射来满足的，荧光数据信号的最大可能功率对于获得高回放速率是必不可少的。
实际的记录密度，以及光录入过程的其他上述参数，不仅依赖于录入辐射的波长，并且也依赖于所用实际记录媒质的性质，以及依赖于用于光存储器中的数据输入/输出方法。
在多层荧光媒质的情况下，就和任意一种其他三维媒质一样，对媒质和数据输入/输出方法有附加的要求。更具体地讲，录入辐射应当只被三维媒质中一个事先确定的局域的空间微区域所吸收，或者它应当有一个基于录入辐射和/或回放辐射的强度的阈值效应。否则，在记录媒质内部深处的一个数据坑的记录将伴随以沿着录入光束通过媒质的整个路径上光学性质的变化。
另外，用荧光分子对回放辐射的单光子吸收，从做成光盘或光卡的载体进行信息回放，在各种信息回放模式的形成之间，有若干具体的差别。
图1和2给出从多层信息媒质(10(20))。回放的两种选择，其中数据层11(21)是用对于回放辐射17(23)和荧光辐射24和25透明的聚合物层12(22)所隔开。
盘系统通常用高度聚焦的激光光束23(图2)逐位信息回放。
在用光接受器对数据坑26发出的荧光辐射24采集时用了空间滤波，这就可以得到低的层间串扰噪声，而这种串扰噪声是回放辐射通过邻近数据层时，在邻近数据层中的荧光激发所引起的。因而，当用这样的信息载体时，低的对比度(在数据坑26所在区域的荧光24强度Ifl(pit)和背景的荧光25强度Ifl(noise)的差与其和之比，K＝(Ifl(pit)-Ifl(noise))/(Ifl(pit)+Ifl(noise))是可接受的，从每一个数据层记录到的信号K＝1/2-1/3。
应当注意到该空间间隔的数据层21可以是连续的、荧光物质既填充微凹进(数据坑)26，又填充它们之间的空间27。
这种安排使可能用常规注入/压缩模制过程或基于光可聚合物化组分的2P-过程从浮雕载体母盘得到(原始盘)，之后再对数据层21用旋涂，滚涂，或浸涂方法处理。
以光卡形式的多层荧光信息载体使可能用一个CCD相机对包含数千个坑16的整个信息页14多通道(逐页)回放。应当注意到，页14的象的空间过滤是相当困难的，而由邻近数据层来的荧光25所引起的层间的串扰噪声导致在光接受器上的对比度严重的下降。由于这个理由，当用一个光卡时，在每一层内必须得到高的对比度(K约1.0)。为了得到这么高的对比度，把数据层11做成小岛(岛状结构)是合宜的，而只有这样数据坑被填充的荧光物质。这种数据坑的结构要求很复杂的制造过程。
另外，因为在该层中荧光数据坑所占的表面积约为整个层面积的约百分之五十，即使以这样的填充比，到达光接受器的从该层发出的数据信号的强度也只是当读多层载体时，到达光接受器的总的荧光通量的N份之一，其中N是在载体中数据层的数目。
本发明提供了ROM型，WORM型，或RW型多层荧光信息载体的新结构以及信息录入，和从信息载体读出的方法的各种方案，它保证对溶解在液晶基质中荧光分子的吸收和发射能力的电控制。而这又使可能在“逐坑模式”下和“逐页模式”下，部份或完全消除在回放时从邻近数据层来的荧光串扰。这还提供了对数据信号的荧光强度的电控制以及减小层间间隔的可能性，从而使可能增加载体中数据层的数目，而同时减小在回放时象差畸变的效应。另外，本发明还扩充了用各种，不仅非线性的，而且线性的单个或重复信息录入的光化学和光物理机理的能力，并允许对于信息录入和从这种载体的读出信息用同一辐射源。
本发明的其他特征和优点将从以下按照本发明的信息载体中，信息的录入，回放和重写的概念的详细描述，并参照附图及说明本发明的几个例子，变得显而易见。
发明内容
一种多层复合荧光-液晶光学信息载体，它有多个数据层，位于相互平行的平面内，所述多个数据层是在一个公共的基底上，它们被透明的中间层相互隔开，而所述多个数据层中的每一层又被制成多部件结构，它具有薄电控液晶池的形式，该液晶池由二个相同的光透明电极组成，该电极可做成连续层，或做成两相互垂直窄条的系统。在电极上至少敷以一层取向薄膜，两电极被间隔件(Spacers)相互分开，而在两层之间被填充以一种宾-主液晶组分，其中主成份是由光化学稳定的各向异性吸收的荧光材料组成。
附图说明
图1示意地给出从一多层荧光信息载体逐页信息回放，该回放有一个荧光背景，该逐页信息回放，该回放有一个荧光背景，该背景由不进行读出的数据层确定。
图2示意地给出从一多层荧光信息载体逐位信息回放，该回放有一荧光背景，该背景由不进行读出的数据层确定。
图3示意地给出液晶-荧光染料型多层复合信息载体结构一个普遍形式的截面图。
图4示意地给出一个数据层，它有做成相互垂直窄条的透明电极。
图5给出一个荧光液晶数据层的排列和转向构型。
图6分别是一单个数据层在电极上没有电压及有电压时的顶视图和截面图。
图7a，b给出具有有图形取向表面的记录层的各个实施方案以及从中读出荧光信号的各种方法。
图8a，b，c给出ROM型，WORM型，或RW型的一个复合数据层结构的各个实施方案。
图9a，b，分别给出一个在用光束入射来写入之前(a)和之后(b)，在一个光卡和光盘中一个轨的示意顶视图。
图10给出基于光化学稳定各向异性吸收材料的光各向异性材料中，光各向异性的感应，擦除和黑弛豫的动态曲线的典型行为。向上(↑)和向下(↓)箭头表示光激活辐射的激活或去激活电矩。符号A→B或B→A表示光激活辐射的偏振状态的电矩转向与之正交的状态。符号“0”，“1”，和“-1”分别表示起始状态和两个光-感应热力学稳定状态。
图11示意地给出在一个多层复合荧光—液晶光学载体上信息逐位录入装置的一个实施方案，它保证信息录入质量的实时逐位检验和改正。
图12给出多层复合荧光—液晶光学载体已经录入的记录层质量逐页检验装置的一个实施方案。
应当注意到这里给出的图既没有按尺度，也没有给出各个部件的比例，它们被给出只是促进对多层荧光信息载体的结构和功能概念的理解。
具体实施方式
下面将参照附图给出本发明的详细叙述。
图3示意地给出基于电控宾-主(guest-host)液晶系统的复合多层荧光信息载体300结构的普遍形式的一张截面图(为了简化对有关概念的解释，图中只有两层)。
该信息载体300有一片基底301和多个数据层302作为其基本部件，而数据层302，与例如在美国专利6,009,065，6,071,671，WO99/24527和其他专利中公布的已有技术荧光数据层不同，它也是做成一种多层结构，而不是单层结构，该结构通常制成薄电控液晶池(LCC)，它由两片相同的其上敷以取向薄膜304和305的透光电极303组成，并用间隔件306隔开。由间隔件306所确定的取向薄膜之间的空间被填充以一种宾-主液晶组分(LC)307。主物质308是光化学稳定各向异性地吸收的荧光材料308。
在一个事先设定的光谱区中发荧光的这种光化学稳定各向异性吸收的荧光材料是从这样一些材料中选出的，这种材料能很好地溶解在液晶组份中，它们有高的荧光量子效率，其分子有一种刚性的杆状或盘状形态，而其长波吸收振子沿着其较长的轴延伸(如二苯乙烯)或向该轴横向延伸(例如并四苯，并五苯和其他聚苯)。
这些荧光材料是为本发明的目的选自属于芳香族碳氢化合物及其衍生物的光化学稳定的化合物，如象多环缩合芳香碳氢化合物及其衍生物，具有一个芳基乙烯原子团和一个芳基乙炔原子团的碳氢化合物及其衍生物，有一个芳基乙烯基和一个芳基乙炔基的碳氢化合物及其衍生物(1，2-二芳基乙烯，二芳基多烯，功能上代替的均二苯代乙烯，和1，4-二苯乙烯基苯，等等)，聚苯碳氢化合物，有五元杂环的化合物(呋喃，噻吩，吡咯和它们的衍生物)和有一个或两个氮或氧原子的六元杂环等等，有羰基的化合物(香豆素和碳苯乙烯基，蒽酮和芳香酸衍生物，替代唑-5-酮(substituted oxazol-5-one)，靛蓝和硫靛蓝，苯醌，等等)；基于萘酸的化合物；以及选自下面一组的络合有机金属配合体和有机染料：氧杂蒽，吖啶，恶嗪酮，氮杂苯，二萘嵌苯，涤沦，vialanthrone，花青，酞花青，紫菜碱，等等。
该液晶和染料以1∶0.01和1∶0.8之间的一个摩尔比混合。
该液晶能够选自近晶型液晶或胆甾醇型液晶或其混合物，但是最优选的是用向列型液晶或它们与其他液晶的混合物。各数据层302用中间层309相互隔开，309层的厚度从几微米到几百微米，它有高的光学质量，它对于录入辐射，回放辐射，数据(荧光)辐射，以及擦除辐射都是透明的。用一层保护层310来保护光信息媒质使之不受机械损伤及外部侵入因素的有害影响。为了消除从非聚焦层的光反射，光散射和光衍射的干扰，所有数据层，中间层，保护层以及处于信息记录和/或回放的同转向(homeotropic)或平面模式中的，而这依赖于在特定辐射波长下组份的性质，宾-主LC成份307的折射系数要选得尽可能相互接近。如果需要的话，数据层302可以做成对特定波长的一个多层抗反射干涉镀层。为此目的，可以在数据层中加入附加层(图3中未示出)。
数据层和中间层用光固化或热固化粘结剂311整合进集成多层载体300。
控制器312，借助于电源313，被用来对在组分307中LC分子的取向给以分别的电控制，从而对包含在该组份中的荧光主分子308的取向给以控制。控制器312和电源313是在多层载体303的外面的，但它们都包含在整个信息记录和/及回放器件之内(在图3中未示出)。
光透明电极303能够做成通常用在制造LC显示器中那样的透明电极，它基于像氧化铟锡(ITO)，氧化铟，氧化锡等这样的金属氧化物，其厚度约0.001μm。它能够做成连续的薄膜303，或者，通常为了在录入载体和从载体读出或擦除信息时，节省能量，它也能采用互相垂直的窄条41，42(图4)这样的形式。在后面一种情况下，每一个液晶池起着一个光电快门阵列的作用，它控制着多层载体300的一个数据层302的一个事先确定的区域(事先确定的页)43中，在信息录入，回放或擦除时，主材料308的荧光激发谱区中传输系数的值，以及荧光的数值。电极303被加在最好具有各向同性的光学性质的玻璃或聚合物中间层309(例如，Mylar[杜邦公司产品]，聚碳酸脂，环氧树脂，光敏树脂，光聚合复合材料及其他等)的两侧。
为了形成在整个表面上是均匀的方向性取向薄膜304，能够用制造液晶显示器中通常用的取向薄膜，例如在[P.Chatelain，Bull.SC.franc.Miner，66，105(1943)]中所叙述的取向薄膜，它用对于像酰胺薄膜这样的聚合物薄膜给以单向机械磨擦来制造，对于一个透明电极303(图3)或电极41或42中一个电极(图4)加上小于一微米厚的聚合物薄膜。
当中间层309非常薄时(约10μm或更薄)，或者当中间层有表面起伏，此方法就不适应甚至不能用了。在此情况下，能够用把平面取向给于液晶层的其他非接触的已知方法，例如，某种透明物质的斜向溅射[J.L.Janning，Appl.Phys.Lett.21，173(1972)]或多分子朗缪尔薄膜[E.Guyon，Vac.Sci，Technol.10，681(1973)]。
对于本发明的目的，我们用本发明者之一所发现的使液晶取向的一种方法[V.Kozenkov et al.11 USSR Conference“Optic Liquid Crystals”，Krasnoyarsk，1990，P130(俄文)]该方法用了所谓光各向异性材料，也即原来各向同性的光敏材料在具有方向性的光辐射(甚至可以是非偏振的)影响下，引起光学性质的各向异性。
这种各向异性是不仅在体内，也在表面上形成分子取向分布各向异性的结果，它包括剩余初始各向异性分子和光化学反应新形成的各向异性生成物。在此情况下，剩余初始分子永久性偶极矩占优势取向的方向，在激活辐射正入射到光各向异性材料的情况下是在材料平面内，并且通常在激活辐射电场矢量的垂直方向。作为这种取向的结果，在表面上的构成光各向异性材料及其各向异性光生成物一部份的初始各向异性分子的取向型各向异性集合，就获得了按照光各向异性材料的表面分子占优势取向的方向使液晶分子沿平面和某个方向取向的能力。
按照本发明，基于这种材料的层可以应用旋涂或浸涂，Langmuir-Blodgett方法或真空热溅射来形成，以及把取向能力给予各层的非接触，非机械光学方法能够通过处理其一个表面用于超薄中间层309或具有微起伏的层。
当这样的液晶池被用于数据层302时，取向薄膜304可以省略。
按照本发明，在相对着的透明电极303(图3)或电极42(图4)上提供的取向薄膜305，除了取向功能以外还起了记录层的作用。它们或者能够做成基于机械磨擦聚合物层的斜溅射薄膜，或者做成Langmuir-Blodgett薄膜(对于ROM型信息载体)，或者用从光各向异性材料(对ROM型，WORM型式RW型载体)做成的上述的光对准器。
在后面的情况中，在记录之后，它们包含许多各自载数据的微区，或数据记号或数据坑(类同于已知的CD-ROM或DVD-ROM系统中的反射坑)314，它有别于背景区315，它们不同之处在于表面分子有序，因而，对应于宾-主液晶成份307的电控层，既在其外表面316和317，同时在液晶层307的内部，其取向的能力都是不同的。与液晶分子电控排列的同时，溶解在液晶中的各向异性主荧光分子308，它吸收回放辐射，也在电控下排列。依赖于在电极303或41和42上有没有电压，数据层302的吸收系数和荧光强度将变化。
把光各向异性材料用作光排列层比起各种接触或非接触，但总是非光学的方法来使液晶分子取向有若干优点。这些优点如下：
—以该表面取向能力的一个事先确定的三维配置，使光构图取向表面的形成简化
—就光学质量而言，加强了在表面上液晶分子的取向
—可能控制液晶分子对取向薄膜表面分子的内聚能
后面的优点是非常重要的，因为当信息记录的表面密度在数据层302内高时，液晶层307的厚度应当和在记录层305中记录的数据点的尺寸相当。例如，当数据点的尺寸约0.4μm时，液晶层应当约0.1-0.4μm厚。与此同时，人们知道在电场切合实际的数值下，分子的重新电排列，例如对于向列型液晶，在和相界表面(interphase surface)直接接触厚度约0.01μm或者讲几个分子层厚度的某个区域内是不能得到的。显然通过控制光各向异性材料被曝光的能量，不仅能够给予液晶方向性的平面取向的轴，并且也能够控制其分子对光排列器表面分子的内聚能，从而影响其光电行为。
因而，在数据层302的电控多部件结构中的层304(如果它们具体地存在的话)起了取向薄膜常规的功能，而取向薄膜305还同时起了直接作为ROM型，WORM型和RW型的记录层的作用。在此情况下，在该层中，以在其表面上被调制的对于液晶分子取向性质的变化，形成数据坑的潜象。如果需要的话，该潜象能够用数据层302的电控宾-主液晶池以高强度的荧光读出(可见)，而取向和记录薄膜305构成数据层302的一部份，以及其中把各向异性吸收的荧光分子用作主材料308。
按照本发明的复合多层荧光光学信息载体，可以在各种光盘，卡或带上以CD只读存储器或DVD只读存储器(ROM)，一次写多次读存储器(WORM)，可重写(RW)存储器，或其混合形式存在。在这种载体中数据坑的二维空间分布的几何可以表示为直线，螺旋形，或角轨，在这些轨中，用目前广泛采用的14位通道调制EFM(8→14调制)编码来记录数据流，也可以表示为在取向和记录薄膜305的表面上用两维信息编码的ETT(8→10)方法记录的4个邻近字节。
荧光强度能够用改变光发射二色性分子308的取向，例如长轴相对于激发荧光的回放辐射的方向来加以控制。荧光材料308吸收的两色性导致这样的结果，即当这些分子的排列对应于回放辐射的最大吸收时，这些材料发射的光有最大的强度。通过用控制器312的电场改变液晶基质307取向方向，回放辐射被荧光分子308吸收的量就能被控制，从而控制了分子所发射的荧光数据光的强度。通过电场数值的连续变化，就可能在需要时改变荧光辐射的强度，而不需要改变回放辐射自身的强度。
按照本发明的光学存储系统能够，例如基于具有负介电各向异性的同转向(homeotropic)纹理向列型液晶501或者具有正介电向各异性的单向均匀(homogeneous)(平面的)纹理向列型液晶502的静电形变来形成。这些形变伴随着溶解在向列型液晶基质504中(图5a)双色性荧光材料503的分子取向相应的变化。
该向列型液晶，例如，具有正介电各向异性的液晶，起了使物质508的细长的双色性分子相互平行并和该液晶层的分子502相互平行地排列基质的作用。在电场下液晶基质取向的某个变化也引起双色性物质503的取向的一个变化，从而引起薄宾-主液晶层504相对于回放(或录入)辐射以及擦除辐射505吸收能力的一个变化(理论上能够降到零)，以及发荧光能力的一个变化(理论上也能降至零)。
例如，在没有加上电压(V＝0)的情况下，为了使双色性分子503平行于电极303平面有序地排列，具有正介电各向异性的向列型液晶502内形成方向性平面纹理，而双色性分子503以这样方式被选择，使得例如在回放辐射(图5b，曲线1)时有最大的吸收，因而在读出时有最大的发荧光能力(图5b，曲线1’)。选作存储基质的具有正各向异性向列型液晶502，在电场V＝V1的作用下，产生同转向(homeotropic)纹理取向，而双色性材料的分子503相对于光波(不论偏振与否)电场的方向以垂直的角度排列，从而几乎完全地透过该光线(在该回放辐射波长下的吸收，从而发荧光能力基本消失)(图5b，分别对应于曲线2和2’)。
应当注意到，除了正在回放的层以外的非聚焦层发出的荧光背景506的去除能使从这些层来的荧光串扰噪声能够被消除，从而改进了回放时的信噪比。层504的吸收能力减少到基本为零也使得在WORM或RW模式中信息的录入，回放(或擦除)能够用相同的辐射源。
从在回放器件中节约能量的观点，用具有负介电各向异性向列型液晶的选择是更加有利的，因为当电极303上没有电压时，在所有的数据层302中没有回放辐射的吸收，因而也没有荧光发射。而控制电压只应当在一个事先设定的数据层302或在该层中一个事先设定的数据页被读时加到该电极303上(或加到电极41和42的某些条上)。
按照本发明的荧光数据层302的多部件结构比起已有技术的单层荧光数据结构的另外一个优点是，记录层305，在本系统中也是一个对于宾-主液晶组份307的光成图取向薄膜，可以做得如要求那样薄，它能做成厚度为10的单分子层。该层的吸收能力也随之很小，因而在辐射通过该多层介质时，录入，回放，或擦除辐射的强度实际上没有变化。另外，各向异性荧光分子吸收能力电控制的可能性，就使得在光敏取向记录层305的吸收谱和各向异性吸收的荧光材料308的吸收谱完全重迭或部份重迭的条件被满足的情况下，允许WORM型或RW型载体在信息录入，回放或擦除时用具有相同波长的辐射源。另外，对于在载体上单个或重复录入信息时各种非线性和线性光化学和光机械机理的范围被延伸了。
应当注意到，把这种光敏记录层305的厚度降至单层分子厚度并不引起象在常规单层记录结构的情况那样，在录时其光敏性和在回放时数据(荧光)信号数值的任何下降。这能够用这样的事实来解释，这样记录的信息只是以记录层305表面316上取向性质改变的形式被有用地存储下来，而读出时数据信号的放大是用带有荧光分子308的电控宾-主液晶层307来保证的，而这种放大并不依赖于记录层305的厚度，它只是由液晶层307的厚度以及在这一层中荧光物质308的浓度来确定。按照本发明的回放方法中，数据坑314内体积性质的变化没有被用到。另外，为了消除在非聚焦层的数据坑上录入和/或回放辐射的衍射的杂散影响，使坑的厚度尽可能小是可取的。
为了说明上述信息载体的操作原理，图6a，b示意地给出按照本发明的信息载体300，例如WORM型或RW型，的一个这样的多部件数据层302，在电极303上没有控制电压V(V＝0)和存在该电压(V＝V1)时的顶视图(图6a)和截面图(图6b)。
如在图6a中箭头601和602所示，在光学形成光构图记录和取向薄膜305的数据坑314和背景区315表面316和317上二个取向方向，相互以90°的角度延伸。而均匀层304表面上的取向方向603与层305数据坑所在的区域的取向方向是平行的。
该宾-主液晶层307的空间三维分子排列图形具有这样一种光构图形式，其中位于正对数据坑606表面316的区域608中的液晶分子604和荧光分子605是平行于在本图平面内的取向方向601排列。而位于背景区317前方的区域607中具有扭曲向列型液晶的形式，其中在层304的表面上液晶分子604，随之荧光分子605是在图平面内取向，它们和对面位置的分子具有相正交的取向。换言之，在具有扭曲效应的情况下，在相对电极上向列型液晶分子的平面取向的方向相互垂直。
在回放模式中，数据层302的这个多层结构在不加电压(V＝0)的条件下，在记录层305的一侧被暴露于，例如，辐射610，它是例如用偏振方向611在图平面内的偏振器609产生的一个线偏振光。回放辐射被荧光物质的分子605吸收，因而它将再一辐射(612)，然而这只是在位于数据坑314的表面316前液晶组份608的区域内，而在位于对着背景表面317的液晶组份的区域，对于具有这样偏振的回放辐射是透明的。因而可以观察到相对于一个没有荧光的背景下的数据坑的荧光图样。该荧光辐射也将是偏振化的。这就可以用位于光接受器前方的一个附加偏振器部份消除从外来辐射来的背景曝光。(图6中未示出)。
当回放辐射偏振平面方向改变到与原先正交的方向上时，可能实现负回放模式，也即，具有发光的背景和没有荧光的数据坑。
在回放时，为了消除从其他层来的荧光串扰，应当对它们加以电压，如图6b所示。其结果是，在基质的所有液晶分子614和液晶基质内的荧光分子613垂直于电极排列，因而非聚焦层变得对于回放辐射完全透明。
当用负介电各向异性液晶材料时，在没有电压时荧光物质是沿与电极正交的方向排列，它们不吸收沿着与层正交的方向入射的回放辐射。在回放模式下，要在选定的数据层上加上电压，以及，作为其结果，带着荧光物质分子308，液晶层307按照在录入和取向薄膜305中已经录入的信息，获得具有平面方向取向的具有图形的形式。
图7作为一个例子给出基于光各向异性材料以具有图形取向表面的形式录入信息的记录和取向薄膜305的信息几种选择和相应的荧光信号类型，而这荧光信号是用常规的基于强度的技术读出的。其中用了回放辐射的各种偏振状态。在这样做时，类同于如象在[给予Glushko和Levich的美国专利6,009,065和6,071,671]中所述的那种常规荧光信息显示方法，在载体的一给定的局域微观区域内存在还是不存在一个数据坑，是基于在数据坑所处的点和背景所处的点荧光强度的不同被定量地检测。
在图7a中，数据坑701和背景区702有具有相互正交取向能力方向703和704的表面。这种有图形的记录层305的安排保证当用一个线性偏振辐射(705或706)来读时，最大对比度K＝1(正或负)，而非偏振辐射(707)则不能用于此目的，因为在此情况下当用常规基于强度的回放技术时，对比度降为零。
当用按照本发明的读出信息的方法时，这种缺点就能被消除，在该读出方法中，检出信号并不表示其强度的差，而是当吸收一个偏振或非偏振的回放辐射时，在荧光信号中有没有各向异性性质的这样一个事实，或者其各向异性光轴的取向差别。
事实上，各向异性吸收分子的荧光也是各向异性的。因而，在如图7a所示的空间取向配置的情况下，带有信息的荧光辐射，不仅当回放用线性偏振光705或706时，将是偏振的，而且当用非偏振辐射707时，它也是偏振的。请注意在后者情况下，在数据点701和背景区702所处的区域发出的荧光的偏振矢量将相互正交，而它们的被确认很容易用，例如在回放器件的光接收元件前放置的一个偏振片来实现。
图7b给出另外一个可能的配置，其中背景区域708并不拥有取向性质709，而数据坑710的表面具有一个方向性的平面取向711。在此情况下，当用常规的基于强度的回放技术时，可以用偏振辐射714和非偏振辐射712得到对比度的值K＝1/3，而偏振辐射713得到对比度K＝-1，这时荧光信号Ifl的强度变得只有其上限值的1/2。
当用偏振回放辐射713或714时，能够用包括一个用以旋转回放辐射偏振平面的调制器和用以光电检测从荧光辐射得到的电信号在回放辐射偏振矢量二倍旋转频率上交流分量的光接收器所构成的光学系统来检测发光信号的偏振。从包含混乱取向荧光分子的背景区709发出的荧光强度不会改变，而由该辐射已经形成的电信号的直流分量将被截去。
当用非偏振的回放辐射712时，偏振化的荧光只从数据坑711发射，其存在也可以被，例如，在光接收器前提供一片附加的偏振片，检测到。
基于强度和基于偏振的单光子回放，既可以逐位回放，又可以逐页回放。
按照本发明的荧光数据层的多部件结构，它把光各向异性材料作为形成取向和记录薄膜的基础，以及用各向异性吸收光化学稳定的荧光材料作为主材料的宾-主液晶成份，这样的结构可以建立ROM型，WORM或RW型光学载体。另外，这种ROM-型的多部件数据层也能够用在液晶显示器中通常使用的取向薄膜来制得。
图8a给出一个ROM型数据层810的一个实施方案，其中用间隔件811置于具有均匀厚度的，其上有透明电极813和产生均匀方向性取向的层814的分离层812之间。在本实施方案中的间隔件811不仅保证在数据坑816中具有荧光分子815的宾-主液晶层的所需厚度。它也起着ROM-型数据层的作用。该间隔件具有一种空间图形的形式，而它能用光敏丙烯酸树脂或正的或负的光抗蚀剂来制成。在间隔件中记录的信息可以在光敏表面用常规的接触或投影光刻方法，电照相术，或扫描调制激光辐射，再加以显影来形成。可以基于光各向异性材料做成光排列器813，或用常规液晶光排列器作为光排列器813。按照本发明，在图8a所示的系统中，可以有一个甚至二个光排列器813。
图8b给出ROM型的荧光数据层820的多部件结构的另一个实施方案，其中具有以微起伏形式的数据表面822和一个平面表面823的分离层821被用类同于反射CD或DVD光盘的方法制成，例如用基于光可聚合组份的注入/压缩模制技术或2P方法。在分离层821的两侧被溅射以透明电极824，其顶上再布以取向涂层825和826。为了保护数据层826以防止可能的损伤以及对它加上取向性质，用了基于光各向异性材料的光学方法。数据坑827被填以包含一种荧光物质的宾-主液晶组份828，与以前的实施方案相同，取向薄膜825或826中至少一个能够被免去。
图8c给出按照本发明的WORM型或RW型数据层830的一个结构，其中分离层831具有一个平面表面832和一个有直线，同心或螺旋型轨或通道834的表面833，该分离层用基于光可聚合物组份的注入/压缩技术或2-P-方法制成。轨的尺寸和形状的选择要基于具有荧光分子836的宾-主液晶的取向性质和基于所要求的轨模式。在分离层833的两侧布以透明电极837。在液晶层835具有小的厚度(小于1微米)的情况下，一个取向薄膜838可以被免去，而一个取向薄膜840用光各向异性材料来制成。
当相同的辐射源被用于信息录入或擦除时，在位于事先设置层上的所有数据层中和在事先设置层中，这些步骤是在宾-主组份839的同转向(homeotropic)取向模式中进行的，而当进行回放时，这些步骤在除了正在读出的层以外的所有的层中进行，而在正在读出的层中液晶组份具有平面取向。
图9a，b给出在图3中一般给出的，WORM型或RW型的数据层302的多部件结构的取向和记录薄膜305在层中信息录入前(图9a)和后(图9b)的一张顶视图。做成光卡910(或光盘920)的信息载体的轨911(921)是直接在一个由光各向异性材料做成的取向来记录薄膜912(922)上形成的。该层912(922)，它也起着对于在多部件数据层302中的具有光化学稳定各回异性吸收荧光分子的宾-主液晶成份，光构图光排列层的作用，有背景区913(923)，例如具有混乱取向分子集合914(924)，
和直线型轨911(对于光卡910)或螺旋型轨921(对于光盘920)该轨具有优势的方向性取向分子集合915(925)。这里分子集合占优势取向的方向(如图9中箭头所示)可以和轨道有一个夹角ψ，例如，在光卡910的直线型轨911的情况下，也可以沿着轨道(或垂直轨道)，例如在光盘920的同心轨921的情况下。
以有序安排的分子取向在空间加以调制的取向和记录光敏层912(922)的表面结构，是这样形成的，首先在制作多层信息载体300前把开始具有无序分子取向914(924)的该层暴露于聚焦的对表面扫描的线性偏振辐射(在图9中未示出)下，它被光各向异性材料吸收。
能够用广泛地被用于光刻技术中的投影或接触光印刷，让偏振辐射通过具有透明轨的复盖金属的正的光模板。为了得到在有序背景913(923)下的一个具有无序取向的轨911(921)，应当用负的光模板。
用了如上所述准备好的取向和记录薄膜，把它布在具有电极303的中间层309的一侧，这样就形成了多层复合荧光-液晶光载体。
如上所述，处于在该多层载体的一个记录层上的信息录入模式下，所有它的多部件数据层302所要求的吸收能力被从外部控制器312来的加在数据层上的电压所予先控制。
之后，一束录入光束(图9中未示出)例如在进行逐位信息录入时，被聚焦在轨道911(921)所在区域的一点916或917(926或927)上，并被用光各向异性材料所成的记录介质912(922)所部分地吸收。作为发生某种光物理，光化学，或光热过程的结构，在曝光区916或917(926或927)中在体内，更重要的，在表面，起始分子取向发生变化，随之它对于宾-主液晶层307的取向能力也发生变化。
这些变化依赖于所用光各向异性材料的类型以及录入脉冲的参数(在脉冲中强度和能级的时间依赖和空向分布，脉冲区向，录入辐射相对于在关916或917(926或927)中分子集合915取向的偏振状态和偏振矢量的取向)。对于图9中给出的正的情况而言它能或者表现为表面分子空向取向方向的一个变化(或在负的情况下形成)918(928)，例如在原来微区916(926)中变化到正交的取向，或者表现为在微区917(927)中完全混乱排列919(929)。与这些发生变化的表面918、919、928、929相直接接触的液晶层307的取向，也相应地变化。
第一种录入的选择是用于光各向异性材料，借助于以偏振辐射录入的光化学和光物理机理，该偏振辐射的偏振矢量指向，例如，在轨911(921)中分子排列916(926)的初始方向的正交方向。
第二种选择利用光热录入机理，其中微区917(927)被熔化，随后在冷却时，丢失在该区域中分子(919、929)的定向取向。
以这样方式被录入的数据坑能够在图6和7中所示出的模式中被读出，或者用具有不同波长的辐射源，它被液晶组份的荧光分子所吸收，或者用与录入所用的相同的辐射源，只是具有较低的强度。
应当注意到，把各向异性吸收分子的吸收振子表示为线性振子对于其中某些分子可能不太符合实际。由于这种理由，即使具有理想的同转向(homeotropic)取向，这样的分子将部分地吸收回放辐射，另外，如上所述，在例如向列型液晶的亚表面区域中，因而溶解于其中的荧光分子，它们与取向和记录薄膜912(922)的相界表面直接接触，是不能在电场的影响下充分地再排列的。
所有这些因素导致从非聚焦层来的荧光背景的不完全抑制。为了完全地消除背景，按照本发明，多层信息载体300的每一个记录层912(922)的分子集合915(925)的占优势取向相对于轨911(912)的方向，都被标以(编码)自身的角度值ψ，这种角度值在回放步骤中，用于在包括其他非聚焦层的荧光辐射中对正在被读出的层的各向异性(部分偏振)荧光辐射，给以附加的偏振奋检测(译码)。
所有光各向异性材料的明显的特征是它们固有的可逆性，而不论它们的光各向异性具有怎样具体的光化学或光物理的机理，因而它们就具有使液晶取向的能力。应当注意到这种光学各向异性以及它们的取向能力，也即在光各向异性记录层所录入的信息可以光学地或光度学地局部擦除。在这种记录层中记录的信息能够用纯粹热学的方法，即加热整个层的方法完全擦除。
该信息能够被恢复(或重写)，这可以用具有相同或改变了偏振矢量取向的偏振初始光辐射，它感应的各向异性可以有与前相同的取向或变化了的取向。然而，这种可逆性的循环的数目依赖于在这些材料中形成光学各向异性所用的具体的机理。
按照本发明，这种基于可逆单分子光化学反应或双分子局部光化学反应的光各向异性材料能够用于WORM-型信息载体。后者的例子是基于低-分子或高分子光敏物质的材料，例如联乙炔的衍生物，像Langmuir薄膜或nonacosadein-10，12-carboxylic acid[kozenkov.V.，et al.，POVERKHNOST.Fizika，Khimiya，mekhanika，2，129，1989]聚乙烯氰化盐[Kozenkov，V.，et al]的溅射薄膜然而，其可逆性是低的，它受到在每个循环中光化学消耗的光敏分子的数目的限制。由于这个理由，按照本发明，这种材料能够用作WORM-型的记录介质，如果其分子的旋转迁移性被消除的话。
应当注意到在这些材料中光感应各向异性的低的可逆性能够被用来在录入时或在录入完成后直接改正正录入的信息。
大多数光变色性材料也有光-感应光学各向异性的效应，然而由于在起始态和/或光感应态中光变色分子的反向暗弛豫和相当高的不可逆光损伤量子效率，它们不适用于本发明的目的。
基于光化学稳定各向异性吸收的非荧光物质的光各向异性材料是用于本发明的最有希望的材料。和由于发生各种可逆和不可逆光化学反应(Weigert’s效应)而显示光-感应光学各向异性的材料不同，在这些材料中的光各向异性是由于当偏振的或甚至非偏振的但有方向性的辐射被吸收时，分子取向型有序的光物理过程，而在其分子结构中没有化学的或构象的变化。
应当注意到，该各向异性光化学稳定的非荧光分子或者在正交于光波电场矢量的平面内，或者在非偏振辐射下，在该矢量的传播方向上占优势地取向。由于是光化学稳定的，这些材料保证不仅能对正在记录的信息改正，而且保证在这种材料上基本上无限多次向信息录入-擦除-重写。该信息能够存储许多年。
另外，这些材料允许实际上无损伤地回放。
另外，按照本发明，在这样媒质中信息的录入，擦除和重写可以用相同的辐射源进行，只要改变其参数(光脉冲的时间依赖关系，能量，以及偏振性质)。这些材料可以用作ROM型WORM型或RW型载体。这是最有希望把它们用作同时包含ROM-型，WORM-型或RW-型记录层的多层复合载体，而这些记录层能够用相同或不同部件的光各向异性材料做成。该解决问题的途径能够显著地促进这种复合多层载体的制造过程并扩展功能范围。
用于这种光各向异性材料的光化学稳定各向异性吸收的非荧光物质能够在分子水平上插入聚合物基质，或者它能作为这种单一物质的完整薄膜来使用，其中掺以少量的特殊添加剂，例如，改善薄膜形成能力的添加剂。
为了说明这种能力，图10给出在这种具有单种-物质薄层形式光各向异性材料中，在感应和擦除的各个阶段上曝露于偏振辐射时，光学各向异性(双折射)的感应和暗弛豫典型的动态曲线。
如图10所示，该材料在其初始的热力学稳定状态是各向同性的。该状态能够描写为对应于逻辑值“0”的状态。在曝露于辐射的过程中信息录入时，在材料中感应出光学各向异性，它渐近地达到一个光稳定值(曲线1)。在短时间(低能量)曝光水平下，发生暗弛豫过程(曲线2)，它导致感应各向异性的完全消失或部分地减小到某个稳定值，如增加该层被曝光的能量，则该稳定值也增加。这种减少是布朗旋转分子扩散的结果，它引起在光化学稳定分子的取向中的一种混乱的无序。然而，当曝光能量增加时，暗弛豫的速率下降直至完全消失(曲线3)。
另外，如果曝光率足够高(具有0.1到1nJ/μ2的量级)，切断激活辐射甚至导致在该层中分子进一步自一有序(曲线4)以获得一个新的热力学稳定状态。当该层被加热时这种“向上暗弛豫”的速率增加。这种高取向状态被认为对应于逻辑值“1”的状态。这种状态直至接近于光各向异性材料熔点的温度一直保持稳定。
在这种媒质中光感应光学各向异性的最大可获得值是接近于液晶中相应的值，因而，取向有序参数S
S＝(D11-D⊥)/(D11+2D⊥)
而双折射值Δn
Δn＝n⊥-n11
分别达到约0.8和0.3。
其中n11和n⊥以及D11和D⊥是该材料对于测量辐射的辐振矢量分别在平行于和垂直于激活辐射的偏振矢量的分量的折射率和光密度值。
我们已经发现在这种材料中光-感应状态(包括表面分子的取向型有序状态)能够保持至少10年。
以这样方式已经记录的信息的荧光回放可以用在图6和7中所示模式实现。应该注意到，把这种取向型有序层短时间或低强度地暴露在相同的非偏振的或圆偏振的辐射源下会引起其部分的无序(曲线5)，它伴随以它对于液晶的取向性质的部份退化。当回放辐射的偏振方向改变至正交方向也会得到相同的结果。然而，当把该辐射切断，光-感应热力学稳定状态又再度恢复(曲线4’)，而它对于液晶的取向能力也被恢复。基于光化学稳定各向异性吸收非荧光物质的光各向异性材料的这种性质使能对记录在用上述材料作为取向和记录薄膜的，按照本发明的多部件荧光数据载体结构中的信息实际上无损伤地回放。还应当指出在暗弛豫的符号和速率(曲线2、曲线4和曲线4’)之间的关系允许在非聚焦层中的光各向异性的“背景”感应能被消除，因为当已被吸收的能量是低时，发生自发“擦除”(参阅图10中的曲线2)
记录的信息能以用于回放的相同模式擦除，不过擦除辐射应当有更高的能量。在擦除时，或者作为该层局域熔化再加以冷却的结果，使正被擦除的微区(曲线6)实现全暗(光热)分子混乱排列(从而丧失对液晶的取向能力)，或者当用在正交方向偏振的辐射时，可以发生沿正交取向的再排(曲线6’)列(对于液晶取向能力的空间方向的变化)
应当注意到在后一种情况下，当曝光能量与用以记录的曝光能量相当时，得到了另一个热力学稳定的取向态(直到层的熔点以下的温度)，高取向并与初始态取向正交，这可认为是逻辑值，但具有负号，“-1”。还要指出，新的录入实际上可以与擦除同时进行。
重写模式可以与初始录入模式相同(曲线7)
按照本发明，在一事先确定的光敏取向和记录薄膜中进行所有录入和擦除步骤是用或者把电压加到该层和位于该层上游的所有非聚焦层(对于具有正介电各向异性的液晶成份)或把电压只加到该层(对于具有负介电各向异性的液晶成份)。相应地，在前一种情况下，用把电压加到除了正在读出的层以外的所有数据层来进行信息回放，而在后一种情况下，则把电压只加到正在被读出的层。
按照本发明，这种双功能的取向和记录薄膜912(922)的各向异性光学性质中的空间变化并没有用于回放，但如前所述，它能够被用于在这种媒质内实时地或整个录入已完成后，对在在录入的信息或已经录入的信息的质量控制和改正。这些步骤可以通过调整在记录脉冲中时间依赖关系和/或强度的空间值和分布和辐射的能量，通过调整录入辐射的偏振状态，或者通过提供记录设备光学系统必要的对准来实现。
事实上，因为在材料中对准和光化学过程发生的时间不超过一微秒的百分几，因而在光各向异性材料中的光-感应各向异性是在暴露于辐射时直接出现的。得到的双折射也在它们透明的光谱区，也即记录层光敏光谱区以外的区，被感应出来。
所有上述情况使得可能对正在录入的信息用非光活性的辐射，(例如用氦-氖(λ＝632.8nm)激光器或-半导体激光器(λ≈700nm))或者在信息完全录入后进行信息的非损伤检查。
在曝光阶段，例如，曝光于偏振光激活辐射下，在回放时变成发荧光的数据坑的前身，在层912(922)中以在表面上潜在的局域分子有序化的形式，以及三维各向异性相(双折射)空间调制图形的形式出现，从而区别于各向同性的背景。因为层的厚度很小，在层912(922)的体内和表面上分子对准的程度是相互一对一的关系。
录入质量能够用非光活性的偏振辐射来检查，它把上述数据坑前身的潜在三维相位象转化为空间强度振辐调制图形，这要用一个起偏器/检偏器，放在正被曝光的记录层和一个光检测器之间。
通过正在被形成的数据坑前身的潜象并经过检偏器的回放辐射强度的三维分布(l(x，y))是由在录入时被感应出的双折射值确定：
l(x，y)＝l0×sin2(πΔn(x，y)dλ)＝Const×[Δn(x，y)]2  (3)
其中：
Δn(x，y)＝ψ[H(x，y)]是在具有空间能量分布H(x，y)的激活辐射影响下，正在形成的坑的前身中感应出的双折射的三维分布；
d是记录层的厚度；
λ是回放辐射的波长；
l0是入射到信息载体上回放辐射的强度；
Coust＝lo×(πd/λ2)以及
X，Y是在记录层平面内的空间坐标。
这里假定了偏振器和起偏器的光轴是互相垂直的，而在记录层中感应出的双折射的光轴与这些轴具有45°的角度。
为了简明起见，已在(3)中假定，因为记录层小的厚度，在激活辐射波长下，在该层中的吸收是小的，因而在层的深度Z处的辐射强度，因而双折射是均匀的，而相位滞后值φ(φ＝(πΔn(x，y)dλ)是小的。
图11和图12示意地给出信息记录系统的二个实施方案，其中用了按照本发明的检查和改正在层中数据坑潜象质量的方法。
在图11中给出的实施方案通过提供对正被记录的信息潜象用DRAW技术(在写后直接读)实时逐位回放以保证逐位录入的检查与改正。在录入时，用一个调制器1103以用一个录入信号1104来调制在一个偏振器1102中被偏振化向激光光束1101。一个被调制的录入光束1105被一个物镜1106聚焦在多层载体1108的一个记录层1107上。该装置用光束扫描方法，使每一个元素(坑)被各自地曝光。该方法不要求用光模板。为了得到一个事先设置好的信息图形，要用一个光束扫描编程装置。
在层912(922)中在曝光的微区域中形成荧光数据坑的前身，它是以双折射空向调制图形的形式以区别于各向同性的背景。在潜象中双折射的值和其空间分布(空间前身技术)依赖于录入脉冲的能量的数值和空向分布。后者依赖于调制码1104和聚焦光学部件1106的质量。
这些数据坑的相位前身的潜象被用-聚焦的非光激活的激光辐射1110(例如从波长为632.8nm的He-Ne激光器1109)实时逐位读出。为此目的，回放光束1110被一个起偏器1111转化为一个线偏振光1112，以及在经过二色镜1113后，它被物镜1116聚焦在记录层1107中录入光束1105所聚焦的区域，在通过该层包含荧光坑前身潜在各向异性象的微区时，即已被录入处时，该线性偏振回放光束1112被转化为一个椭圆偏振光束1114，它部份地通过检偏器1115。该物镜1116把荧光坑的前身的可视明投向一个光电检测器1117，而从检测器的一个电信号被送至计算机处理并传送到曝光装置的控制单元(图11中未示出)
因而正在形成的荧光数据坑前身潜象参数的精确实时测量方法就为反馈留有余地，而这反馈是通过调整录入辐射的功率和偏振，曝光时间和调整物镜1106的聚焦以改正曝光光束中强度分布的质量来实现的。
图12给出按照本发明的方法的另一个实施方案，其中以一个CCD相机1119来用作光检测器1117。这就提供了在录入已经完成后，多层载体1120记录层中荧光数据坑前身潜象空间形态(topology)的质量选择性检查和如果需要，全面检查的机会。在图12中所示的读出系统和图11中所示的读出系统相同，它也有起偏器1111和检偏器1115，而物镜1116同时读出记录层的全部潜象，这潜象被物镜1116投影在CCD相机1119所位于的平面上。这种分析潜象的机会使得可能优化记录层被形成的条件，例如在复合多层信息载体中ROM型层形成的条件。
现在将用数据层对宾-主荧光液晶组份和结构的以下例子来对本发明进行说明。
按照本发明的荧光数据层的构造具有多部件结构的形式，它是一个薄的液晶池，其上至少有一层初始图形取向薄膜(对于ROM-型系统)或光各向异性光敏取向薄膜(对于WORM-型或RW-型系统)，这种结构允许其功能为各个相互隔开的元素所分享。
当在WORM型或RW-型系统的情况下录入时，这种功能应用于同时起记录层作用的一个取向薄膜，其中信息以对于液晶层的取向能力的形式录入，这种取向能力在其表面上被空间调制的，也即，形成一个光构图层或光排列层。
在回放模式下，该功能应用于包含各向异性吸收光化学稳定的荧光物质的宾-主液晶基质，而这种荧光物质不论载体的类型(ROM，WORM或RM)都被用作宿主。
在WORM型或RW-型的复合荧光-液晶信息载体中，当信息录入和回放时这种功能的分开放宽了对这种结构中荧光组份的要求。在这种系统中光化学稳定荧光物质的应用解决了这样的问题，例如象WORM-型光敏系统常规的荧光数据层的暗存储问题，这种问题是基于荧光物质或产生荧光光产品的物质的双分子光化学反应。这是由于在这种物质内发生暗热化学或扩散过程的可能性，而这将引起由荧光分子形成的模糊不清，它形成在回放时的背景荧光辐射，或者因为起始荧光染料的暗分解而引起荧光信号强度的下降。
如上所述，基于光致变色反应的RW型光敏系统的缺点是存在反向的暗过程以及小的录入—擦除—录入循环次数，这是由于光致变色分子的光致损坏所造成的。
因而本发明提供一个ROM-型，WORM型，或RW-型多层复合荧光-液晶光学存储系统的新结构以及信息录入，和从该结构信息回放的方法，它保证了对溶解在数据层液晶基质中的荧光分子的吸收能力和发射能力的电控制。而这种电控制，又使得在逐坑方式和逐页方式下回放时，可以部份或完全消除从邻近数据层来的荧光串扰。另外，还提供了在同一回放辐射的强度下电控(需连续控制电压)数据信号强度的机会。降低或完全消除荧光串扰就使得可能减小层之间的间隔，从而能够增加从回放荧光辐射收集的光线，简化了回放头的设计，这是因为减小了杂散畸变效应，另外还增加了载体中数据层可能的数目。另外，本发明还扩充了单个或重复信息录入的各种机理，不仅非线性的，并且线性的光化学或光物理机理的应用能力，并且允许同一辐射源被用于在这种载体中信息的录入，回放和擦除。
基于光化学稳定的各向异性吸收的非荧光物质的光各向异性材料被用作记录媒质，它把光构图和光排列层的功能也结合在一起，就使能得到一个可重写的多层有存储系统，该系统能实现荧光信息回放。
上述例子只是用来说明多层复合荧光—液晶光学存储系统的新结构以及信息录入和从这个结构回放的方法，它不能限制所附权利要求的范围。

Claims (39)

1.一种多层复合荧光-液晶光信息载体，包含：
-位于平行平面内的多个数据层；
-所述多个数据层被置于公共基底上，并被透明的中间层彼此分开；
-所述多个数据层的每一层，又做成多部件结构，包含一个薄电控液晶池，液晶池包含两个相同的光学透明电极，所述电极做成连续层，或做成两相互正交的条带，具有在其上施加的至少一层取向模，并通过间隔件彼此分开，各层之间的空间被填充以一种宾-主液晶组分，其中主物质包含光化学稳定的各向异性吸收的荧光物质。
2.根据权利要求1的信息载体，其中光透明电极加在玻璃或聚合物的两侧，该玻璃或聚合物最好在一般情况下，对录入、回放、荧光、和擦除辐射设计为光学透明的中间层，其中至少一侧有光滑的表面，另一侧可以有许多用以记录和跟踪的轨，轨可以取沿直线或沿螺旋线延伸的微小凹进(槽)的形式。
3.根据权利要求1的信息载体，其中所有数据层和中间层，以及在同转向(homeotropic)状态下(或在平面状态下，这依赖于组分的性质或信息录入和/或回放模式)宾-主液晶组分的折射率，在录入辐射、荧光(数据)辐射，和激发(回放)辐射，以及擦除辐射的波长上，是相同的或彼此接近的。
4.根据权利要求1的信息载体，其中的数据层包含对录入辐射，荧光(数据)辐射，和激发(回放)辐射以及擦除辐射各波长的一个多层干涉抗反射过滤器。
5.根据权利要求1的信息载体，其中的液晶层厚度，与在其中形成的数据坑的最小尺寸有大体相当的值。
6.根据权利要求1的信息载体，其中在预定的光谱区发出荧光的光化学稳定各向异性吸收物质，是选自在液晶组分中容易溶解，具有高的荧光量子效率的物质，它的分子有刚性杆状或盘状的形状，而且它的长波吸收振子沿它们的轴或沿轴的横向延伸。
7.根据权利要求1和6的信息载体，其中荧光物质选自属于芳香碳氢化合物族及其衍生物的光化学稳定的物质，诸如多环缩合芳香碳氢化合物及其衍生物，有一个芳基乙烯基和一个芳基乙炔基的碳氢化合物及其衍生物(1，2-二芳基乙烯，二芳基多烯，功能上替代的均二苯代乙烯，和1，4-二苯乙烯基苯，等等)，聚苯碳氢化合物，有五元杂环的化合物(呋喃，噻吩，吡咯和它们的衍生物)和有一个或两个氮或氧原子的六元杂环等等，有羰基的化合物(香豆素和碳苯乙烯基，蒽酮和芳香酸衍生物，替代唑-5-酮，靛蓝和硫靛蓝，苯醌，等等)；基于萘酸的化合物；以及选自下面组中的络合有机金属配合体和有机染料：氧杂蒽，吖啶，恶嗪酮，氮杂苯，二萘嵌苯，涤沦，vialanthrone，花青，酞花青，紫菜碱，等等。
8.根据权利要求1的信息载体，其中液晶包含向列型液晶，近晶型液晶，胆甾醇型液晶，或它们与别种材料的混合物。
9.根据权利要求1的信息载体，其中液晶和荧光物质按1∶0.01到1∶0.8之间的摩尔比混合。
10.根据权利要求1的信息载体，其中光化学稳定各向异性吸收的和发荧光的物质是和呈现液晶性质的物质的分子共价地结合的。
11.根据权利要求1的信息载体，其中光化学稳定各向异性吸收的和发荧光的物质包含在所吸收的辐射作用下能发出荧光的液晶物质。
12.根据权利要求1的信息载体，其中该至少一层取向膜包含用下述方法之一获得的层：聚合物薄膜单向机械磨擦，Langmuir-Blodgett方法或斜溅射方法，以及使用光各向异性材料的非接触光排列方法。
13.根据权利要求1的信息载体，其中位于两侧都是光滑的，并有均匀厚度的各分离层之间的间隔件，具有一种空间构图配置，它不仅保证宾-主液晶组分的要求厚度，并同时起ROM型数据层的作用。
14.根据权利要求1和13的信息载体，其中空间构图的间隔件，由例如光敏聚合物，正的或负的光致抗蚀剂通过光刻方法或通过激光扫描方法做成的。
15.根据权利要求1和13的信息载体，其中同时起ROM型的数据层作用的空间构图的间隔件，是通过例如注入-压缩模制技术或基于可聚合化组分的2P处理，直接形成在分开层两侧的一侧上。
16.根据权利要求13和15的信息载体，其中一层或两层取向膜没有被使用。
17.根据权利要求1的信息载体，其中取向膜之一同时起ROM型、WORM型，或RW型的光敏记录层的作用，该取向膜由不溶于宾-主液晶组分的光各向异性材料制成，且该取向膜在录入之后，在其上包含许多数据微区(数据坑)，这些数据微区，以其表面分子排序占优势方向，从而以相对于有主荧光分子的宾-主液晶组分的电可控层的取向能力而有别于背景区。
18.根据权利要求1和17的信息载体，其中光敏取向和记录薄膜的最小厚度，可以是单个单分子层。
19.根据权利要求1的信息载体，其中用于引导光束录入或擦除的跟踪区域，直接形成在光敏取向和记录薄膜中，而该薄膜由光各向异性材料制成，该层表面上占优势的分子取向排列的方向，在轨的区域和在背景区域是不同的，且该多层信息载体的记录层的每一层，都以各自一组角度值来标记(编码)，该角度值表征在直线状或螺旋状轨中(或在背景区域中)表面分子集合相对于轨特性的占优势取向方向。
20.根据权利要求1和17的信息载体，其中液晶分子对光敏取向和记录薄膜的表面分子的内聚能的幅值，由它暴露于录入偏振辐射的能量值控制。
21.根据权利要求1的信息载体，其中WORM型的光敏取向和记录薄膜，由基于单分子可逆光反应或双分子光局部化学反应的光各向异性材料制成，例如由二乙炔衍生物或聚乙烯氰化盐这种类型的材料制成。
22.根据权利要求1的信息载体，其中的数据层可以包含CD-或DVD-只读存储器(ROM)，一次写入多次读出(WORM)，可重写(RW)或它们在各种光盘，卡，或带中的混合类型，并且，同时集成不同存储器类型的复合多层载体的ROM型、WORM型或RW型的光敏取向和记录薄膜，可由基于光化学稳定各向异性吸收和非荧光物质、具有不同或相同组分配置的光各向异性材料制成。
23.根据权利要求1和22的信息载体，其中光化学稳定各向异性吸收和非荧光物质被加到聚合物基质中，或者它们组成一个整体。这种单物质薄膜带有例如改善该薄膜形成性质的少量的处理添加剂。
24.根据权利要求1和22的信息载体，其中在包含至少有一取向薄膜的薄电控液晶池的形式的多部件结构的数据层中，数据层的功能是在各个分开的单元中分享的，在信息录入时，该功能施加于同时起光敏记录层作用的取向薄膜，而记录层是基于各向异性材料，其中信息是以相对于有荧光分子的宾-主液晶组分的取向能力的形式录入的，这种能力在它的表面上被空间调制，在回放时，该功能施加于包含光化学稳定各向异性吸收的荧光分子的宾-主液晶基质，而这些荧光分子的吸收和发射能力，通过向该液晶池的电极施加外电场而控制。
25.一种把信息记录到荧光多层信息载体，及从荧光多层信息载体回放和擦除信息的系统，所述系统包含：
-一多层复合荧光-液晶光信息载体，包含作为多部件结构做成的多个数据层，它采取薄的电控制液晶池的形式，液晶池包括两个相同的光学透明电极，做成为连续层，或做成为两互相正交的条带的系统，具有施加在其上的至少一层取向膜，并通过间隔件彼此分开，各层间的空间填充以一种宾-主液晶组分，其中的主物质包含光化学稳定各向异性吸收的荧光物质；
-各个电磁辐射源，具有的波长适于用光或热光录入，适于光回放，以及存储于载体的信息的光或热光擦除；
-一光偏振装置，用于把预定的偏振特征加到录入，回放，和擦除辐射上；
-一光学装置，用于把一种预定的空间构形加到电磁录入，回放，和擦除辐射的射束上，以便在逐坑模式或逐页模式下操作。
-一光接收器装置，用于对回放数据荧光辐射的强度和/或其偏振特征(部分偏振辐射的偏振度和占优势取向的方向)进行逐坑或逐页的光电检测，随后把结果转换为电数据信号；
-一光电子装置，用以检查并校正信息的质量，这或者是实时地用调整录入模式形成的反馈信号来检查并校正正在录入的信息，或者在整个录入已经完成之后进行；
-一把电压加到任意预先确定的一对连续或条带电极的装置，用于控制位于电极之间的宾-主液晶组分的吸收和荧光能力。
26.根据权利要求23的系统，其中由光各向异性材料做成的光敏取向和记录薄膜的吸收谱，和多层信息载体荧光物质的吸收谱，彼此部分地或完全重叠。
27.根据权利要求25和26的系统，其中具有相同波长但有不同时间依赖性，能量，及其光辐射偏振参数的辐射源，被用于录入、回放、擦除和校正在多层光学WORM-型或RW-型信息载体上记录信息的质量。
28.一种录入、回放、擦除和校正信息质量的方法，该信息被录入根据权利要求27的WORM型或RW型多层复合荧光-液晶光学信息载体中，其中，在预定的数据层中，信息的录入，信息质量的校正或信息的擦除，对于基于正介电各向异性液晶的初始平面取向的宾-主组份，是在这些多部件数据层的所有液晶池的电极上施加控制电压来实现的，而这些数据层位于辐射源与包括层自身电极的该层之间，或者对于基于负介电各向异性液晶的初始同转向(homeotropically)取向的组份，则在不加电压下实现的，当实现回放时，在前一种情况下，把电压施加于除正在回放的一层外载体所有的数据层，而在后一种情况下，则把电压只施加于正在回放的一层。
29.一种把信息录入多层复合荧光-液晶光信息载体的方法，该方法包含以下步骤：
-把预定数据层的光敏取向和记录薄膜暴露在偏振辐射中，该薄膜初始取向方式是无序分子结构，偏振辐射被该层吸收，在层平面中按预定角度占优势方向取向的分子集合的形式，直接在层中形成轨，该方向和轨外(背景区域)分子集合占优势取向的方向不同，和
-随后，把该光敏层暴露在数据辐射中，数据辐射也被该层吸收，该数据辐射的偏振特征(偏振矢量的方向)与初始曝光使用的那些辐射不同。
30.根据权利要求29的方法，其中的轨在用光敏层制作多层复合荧光-液晶信息载体之前，在这些光敏层中形成。
31.根据权利要求29和30的方法，其中初始偏振曝光是用对聚焦并扫描在光敏层表面的辐射来实现的，或者通过使用投影或接触光刻技术实现的。
32.根据权利要求29的方法，其中光敏层中记录数据坑所在区域分子占优势取向的方向，和相应地，液晶分子潜在的占优势取向方向，由录入辐射的偏振矢量方向确定，且与坑外的轨上和背景区域中表面分子的取向不同，并且，这些分子与液晶分子的内聚能W的幅值，由录入曝光能量确定。
33.根据权利要求29的录入方法，其中光敏层表面上，占优势分子取向排列的方向，在轨和数据坑所在区域和在背景区域中是彼此不同的，多层信息载体的每一个光敏取向和记录薄膜被标以(编码)其各自一组角度值，它们给出在直线和螺旋状轨、数据坑和背景区中表面分子集合的占优势的取向，这组角度值在回放步骤时，被用于要回放的层的各向异性(部份偏振)荧光辐射相对于来自所有其他非聚焦数据层同样是部份偏振的荧光辐射的附加偏振的检测(解码)。
34.根据权利要求28和29的录入方法，其中录入的质量是使用非光活性偏振辐射，通过把光敏取向和记录薄膜体内形成的数据坑前体的一个潜相(双折射)图象，用放在正曝光的记录层和回放辐射源对面的光接受器之间的起偏器/分析器，转换成一个空间强度振辐调制图形来检查的。
35.根据权利要求28和29的录入方法，其中在逐位方式下录入的信息质量的检查和校正，是通过逐位方式下的回放，与录入同步地，使用DRAW(写后直接读)技术实时录入的信息的一个潜象，以及通过用得到的数据来形成一个反馈信号以调整录入辐射的功率和偏振状态、其波前(曝光光束中强度的空间分布)、以及物镜的聚焦来实现的。
36.根据权利要求28和29的录入方法，其中质量是在以逐页方式录入完成后，使用CCD相机作为光接受器来检查的。
37.一种用于根据权利要求28的回放信息的方法。
38.根据权利要求28的回放信息的方法，其中在一给定的微区中是否存在数据坑的事实，通过在偏振或非偏振回放辐射的吸收时，位于数据坑的点和位于背景区的点的荧光强度的差别来定量地检测，而回放辐射的功率小于用于录入辐射的功率。
39.根据权利要求28的回放信息的方法，其中在一给定的微区中是否存在数据坑的事实，是荧光信号中是否存在光学各向异性特征(部份偏振辐射的偏振度和/或占优势取向的方向)这一事实，或者，是在偏振或非偏振回放辐射吸收期间，在一给定的微观区域该部分偏振的辐射的占优势取向的方向相对于背景区域是否有差别这一事实。
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