DE1474395B2 - Aufzeichnungstraeger zur optischen speicherung von informationen - Google Patents

Description

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einer Ionenart auf die andere der Kristall gebleicht ein äußerst geringer Qberflächenbereich aktivieren, und bei Zuführung der anderen Strahlung infolge um- Die mit diesem Verfahren erreichten Oberflächengekehrter Ladungsübertragung der Kristall gefärbt bereiche sind dabei wesentlich geringer als 0,1 mml bzw. getrübt wird, und daß zum Lesen der Informa- Eine weitere vorteilhafte Anwendung der Erfindung tionen eine Lichtquelle sichtbaren Lichts verwendet 5 ergibt sich bei Dunkelschrift-Kathodenstrahlröhren, wird, die auf den Kristall gerichtet ist. In diesem Falle dient der Aufzeichnungsträger als

Bei der bekannten Anordnung wird zwar auch ein Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre, wobei dann

Kristall verwendet, der mit Ionen seltener Erden die zu speichernde Information über einen Eiek-tronen-

dotiert ist, aber während zur Ladungsübertragung in strahl zugeführt wird, dessen Energie dem Wert

der einen Richtung ultraviolettes Licht verwendet io A-V₁-A- 2550 Ängström äquivalent ist. Zum Lesen

wird, wird zur Ladungsübertragung in der entgegen? der Information wird dann ejne in der Kathodenstrahl·

gesetzten Richtung eine Wärmeeinwirkung benötigt. röhre ebenfalls untergebrachte Lichtquelle sichtbaren

Dies führt dann zu den obenerwähnten Nachteilen. Lichts, dessen Wellenlänge 6000 Ängström beträgt,

Unter einem als Aufzeichnungsträger gemäß der Erfia- eingeschaltet, so daß der Beobachter des Bildschirms

dung verwendeten Kristall soll auch eine kristalline 15 der Kathodenstrahlröhre eine dunkelgrüne Spur auf

Schicht verstanden werden, die auf einem Schicht- einem matten Untergrund sieht. Zur Löschung dieser

träger aufgebracht ist. Spur dient dann ebenfalls wieder eine Strahlungsquelle,

Als vorteilhaftes kristallines Material hat sich deren Strahlung von 3190 Ängströin ^uJF den BiId-

Strontiumfluorid, Bariumfluorid oder Kalziumfluorid schirm gerichtet ist.

erwiesen, das mit Europium und Samarium oder 20 Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus

Thulium dotiert ist, wobei zum Bleichen des Kristalls der nachfolgenden Beschreibung, die an Hand von

eine Ultraviolett-Strahlung von 3100 Ängström und bevorzugten Ausführungsbeispielen mit Hilfe nach-

zum Einfärben bzw. Eintrüben des Kristalls eine stehend aufgeführter Zeichnungen die Erfindung näher

Ultraviolettstrahlung von 2550 Ängström dient. erläutert, und aus den Patentansprüchen. Es zeigt

Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Auf- 35 Fig. IA eine graphische Darstellung des.Absorp-

zeichnungsträgers ergeben sich mehrere Möglich- tionsspektrums von Eu²⁺;

keiten. Grundsätzlich läßt sich ein Absorptionsverfah- Fig. IB eine graphische Darstellung des Absorp-

ren oder ein Fluoreszenzverfahren anwenden. Beim tionsspektrums von Sm³⁺,

Absorptionsverfahren wird zum Lesen eine Lichtquelle F i g. 2 ein modifiziertes Thermschema zur Erläute-

verwendet, deren Strahlung sichtbaren Lichts eine 30 rung der Erfindung;

Wellenlänge von 6000 Ängström aufweist, bei der F i g. 3 ein Prinzipschema des erfindungsgemäßen

nämlich der eingefärbte oder eingetrübte Kristall seine Aufzeichnungsträgers,

größte Absorption besitzt, so daß das Licht bei ein- F i g. 4 ein anderes Ausführungsbeispiel des erfin-

gefärbtem Kristall absorbiert wird. Im Strahlengang dungsgemäßen Aufzeichnungsträgers,

dieser Lichtquelle ist dann hinter dem Kristall ein 35 F i g. 5 ein Anwendungsbeispiel des erfindungsge-

Lichtdetektor angeordnet, dessen Ansprechbereich bei mäßen Aufzeichnungsträgers in einer Kathodenstrahl-

6000 Ängström liegt, so daß er bei Einfärbung des röhre.

Kristalls nicht ansprechen kann. Der erfindungsgemäße Aufzeichnungsträger stellt

Beim Fluoreszenzverfahren wird eine Lichtquelle eine Speichervorrichtung dar, bei der die Wirkung

verwendet, deren Strahlung sichtbaren Lichtes eine 40 einer reversiblen Ladungsübertragung zwischen ört-

geringere Wellenlänge als 7085 Ängström besitzt. In liehen Bereichen einer Elektronenkonfiguration in

diesem Wellenlängenbereich wird nämlich der Kristall einem Gitter, z. B. Ionen verschiedener Atome in

zu einer Fluoreszenz bei 7085 Ängström angeregt, einem Gitter, ausgenutzt wird. Jedes Atom besitzt ein

wenn er zuvor mit einer Ultraviolettstrahlung von Ion mit charakteristischen Absorptions-^ und Durch-

2550 Ängström stimuliert worden ist. Nach Bestrah- 45 laßeigenschaften bei einer bestimmten Frequenz,

lung mit einer Wellenlänge von 3100 Ängström wird Weiterhin existiert eine reziproke Absorptions- und

eine solche Fluoreszenzlinie nicht hervorgerufen. In Durchlaßbeziehung für Ionenstrahlung, die bei der

diesem Falle ist dann hinter dem Kristall, aber in Ladungsübertragung wirksam ist. So ergibt sich z. B.,

einem Winkel zum Strahlengang der Lichtquelle sieht- daß ein Ion eines bestimmten Elements Licht absor-

baren Lichts ein Lichtdetektor angeordnet, dessen 50 biert, das durph ein Ion eines anderen Elements durch-

Ansprechmaximum auf 7085 Ängström eingestellt ist, gelassen wird; wird hingegen Licht einer anderen

so daß die auf dieser Wellenlänge entstehende Fluores- Frequenz bei der Ladungsübertragung ausgenutzt,

zenzlinie der Samariumionen bei Bestrahlung mit einer dann läßt das im ersten Falle absorbierende Ion dieses

Strahlung der Wellenlänge von 2550 Ängström vom Licht durch, während das im ersten Falle durchlässige

Lichtdetektor erfaßt und bei Bestrahlung mit 3100 Äng- 35 Ion nun absorbierend wirkt. Die Erfindung bezieht

ström das Ansprechen des Lichtdetektors unterdrückt sich insbesondere auf eine Speichervorrichtung, bei

wird. der die Ladungsübertragung zwischen ionen der

Mit einer solchen Anordnung ergeben sich ver- seltenen Erden Europium und Samarium erfolgt, die

schiedene Vorteile. Wird nämlich der Kalziumfluorid- in Gitterplätzen des ionischen Kristallgitters von

kristall mit 0,1 Molprozent von Europium und Sama- 60 Kalziumfluorid eingebettet sind. Die Elektronen-

rium dotiert, dann ist die Eindringtiefe des bei Be- konfiguration oder der Zustand der Speiehervorrich-

strahlung sich abwickelnden Ladungsübergangspro- tung kann durch Einstrahlung ultravioletten Lichts

zesses nur 0,05 mm, gemessen von der bestrahlten geändert werden. Zur zerstörungsfreien Bestimmung

Kristalloberfläche. Wenn weiterhin berücksichtigt des Vorhandenseins eines bestimmten Zustandes der

wird, daß die Informationseingabestrahlung und die 65 Elektronenladungsübertragung dient entweder eine

Informationslöschstrahlung jeweils auf gleiche Ober- Absorptions- oder eine Fluoreszenz-Betriebsart,

flächenbereiche gerichtet ist, dann läßt sich durch Bei der praktischen Anwendung der Erfindung

starke Fokussierung beider Strahlungen jeweils nur dient ein isolierendes ionisches Kristallgitter, das mit

Ionen seltener Erden dotiert ist, als aktive Oberfläche Sowohl Europium als auch Samarium besitzen des Bildschirms einer Dunkelschrift-Kathodenstrahl- Ionenradien, deren Größen annähernd die gleichen röhre, wobei dann der Ladungsübertragungsprozeß sind wie die eines zweiwertigen Kalziumions, zur Einspeicherung und Ausgabe der Information Wie sich aus der graphischen Darstellung nach dient. 5 F i g. 1 ergibt, besitzt Eu²⁺ zwei starke Absorptions-Die Atomzahlen der Ionen von seltenen Erden bande im ultravioletten Bereich, deren Maxima etwa besitzen im Periodischen System der Elemente die bei 2300 Angstrom und 3500 Angstrom liegen und Atomnummern 57 bis 70 und weisen außerdem je eine ein Minimum bei etwa 3100 Angstrom einschließen, unkomplette innere Elektronenschale 4fⁿ auf, für die Im Gegensatz hierzu besitzen Sm³⁺-Ionen eine vereine Serie von scharfen und wohldefinierten Energie- io nachlässigbare Absorption im ultravioletten und im niveaus existiert, so daß scharfe Spektrallinien in der sichtbaren Bereich, aber im Bereich zwischen 2300 Äng-Größenordnung von 1 Ängström sowohl in der Ab- ström bis 4000 Angstrom weist Sm³⁺ eine starke Absorptions- als auch in der Fluoreszenzbetriebsweise sorptionsbande auf, die etwa um die Wellenlänge auftreten. 3100 Ängström zentriert ist.

Es existieren außerdem noch viel breitere Absorp- 15 Weiterhin sei noch bemerkt, daß in dem in F i g. 1 tionsbande in der Größenordnung von 100 Ängström, gezeigten Bereich Eu³⁺ und Sm³⁺ im wesentlichen mit relativ höherer Schwingungsintensität als die bei nicht absorbieren. -. -. den scharfen Linien der inneren Elektronenschale 4/™. Zur Erläuterung sei zunächst angenommen, daß sich Diese breiten Absorptionsbande sind also relativ die Europium-(Eu) und Samarium-(Sm)-Ionen in intensiv, d. h., der Wirkungsquerschnitt pro Ion bei 20 einem Kalzium-Fluoridkristallgitter (CaF₂) in den der Absorption bzw. Strahlung ist relativ groß. Dies Valenzzuständen Eu²⁺ und Sm³⁺ (Fig. IA) befinden, bedeutet aber, daß bei einer relativ geringen Konzen- Wird nun ein Quant ultravioletter Strahlung bei ungetration von seltenen Erdenionen in einem Wirts-Gitter fähr 2550 Ängström durch ein Eu²⁺-Ion absorbiert, große Wirkungen bei einer praktisch möglichen Inten- dann wird hiervon ein Elektron mit ausreichender sität einfallender Ultraviolettstrahlung erzielt werden 25 Energie gelöst, so daß dieses Elektron sich dann an können. das Sm³⁺-Ion anlagern kann, welches somit in ein Bei Bestrahlung eines CaF₂-Kristallgitters, das Eu²⁺- Sm²⁺-Ion umgewandelt wird. Ein Sm³⁺-Ion, das in und Sm³⁺-Ionen enthält, mit ultraviolettem Licht, einer Gitterstelle ein Ca²⁺-Ion ersetzt, ohne daß eine dessen Wellenlänge etwa 2300 Ängström beträgt, örtliche Ladungskompensation eintritt, ist eine äußerst werden Elektronen von Eu⁺²-Ionen zu Sm³⁺-Ionen 30 geeignete Elektronenanlagerungsstelle wegen der hierübertragen, und zwar entsprechend der Reaktion: vor ausgehenden Coulomb-Anziehungskraft auf das E_U2+ _l Sm³⁺ + h ν -> Eu³⁺ + Sm²⁺ Elektron, das vom Eu²⁺-Ion gelöst worden ist. Eine ¹ ' örtliche Ladungskompensation tritt dann auf, wenn

Es hat sich nun gezeigt, daß zur Durchführung der ein dreiwertiges Ion an einer zweiwertigen Gitterstelle

Erfindung eine ultraviolette Strahlung bei der Wellen- 35 eine negative Ladung in ihr Nahfeld gezogen hat, so

länge 2550 Ängström eine ausreichende Energie h · V₁ daß sich bereits eine Zweiwertigkeit ergibt,

bereitzustellen vermag. Die Beseitigung der örtlichen Ladungskompensation

Das Absorptionsspektrum von Sm²⁺ zeichnet sich kann durch Wärmeeinwirkung erfolgen. Durch Steue-

durch eine Serie von breiten, intensiven Lichtabsorp- rung der Oxydations-Reduktionsbedingungen während

tionsbanden aus, die sich von etwa 7000 Ängström 40 des Wachstums des dotierten CaF₂-Kristalls werden

bis weit in das Ultraviolette erstrecken. Eine dieser Europium-Atome zunächst auf Gitterplätzen des

Bande konzentriert sich bei etwa 3100 Ängström, so CaF₂-Kristalls im zweiwertigen Zustand Eu²⁺ einge-

daß bei Bestrahlung der Sm²⁺-Ionen mit ultravioletter bracht, während die Samarium-Atome zunächst im

Strahlung von ungefähr dieser Wellenlänge Energie in dreiwertigen Zustand Sm³⁺ in die entsprechenden

diesem Bereich absorbiert wird, entsprechend der 45 Gitterplätze gebracht sind. Deswegen, weil Eu²⁺eine

Reaktion: halb aufgefüllte Elektronenschale 4/ besitzt, ist es

Pn 3+ a. Qm 2+ _l u _^ Pu 2+j-Qm 3+ leicht in seinem zweiwertigen Zustand in entsprechende

■ ■ ßU· ['" öHX I™ /t Vo ? ßU I™ Olli ■ j-.. 1 ·· j 1· ι·ι· τ-* 1 1 ι · 1 1 ·

Gitterplatze zu bringen, wobei die Reduktionsbedin-

Eine ebensolche Umkehrreaktion existiert für jedes gung nicht schwerwiegend ist. Werden annähernd

andere Ionenpaar A und B in einem geeigneten Gitter, 5° gleiche Beträge des Europium-Anteils und Samarium-

bei dem der Anteil B^N+ eine starke Absorptionsbande Anteils verwendet, dann enthält der sich ergebende

in dem Bereich besitzt, wo der Anteil A^N+ strahlend Kristall hauptsächlich Eu²⁺- und Sm³⁺-Ionen. Bei

ist, so daß die Elektronen ohne weiteres zwischen dem einer beispielsweisen Wärmebehandlung wird der

Anteil A und dem Anteil B übertragen werden. Zu- CaF₂-Kristall auf einer Temperatur von ungefähr

sammenfassend lassen sich folgende Bedingungen auf- 55 HOO⁰C für eine Zeitdauer von mindestens 2 Stunden

stellen: A²⁺ absorbiert stark in dem Bereich, wo der gehalten und dann in geeigneter Weise auf ungefähr

"Anteil B³⁺nur schwach absorbiert; der Anteil A³⁺ist Raumtemperatur abgeschreckt, wobei die optischen

nur schwach absorbierend in dem Bereich, wo der Eigenschaften des Kristalls beibehalten werden. Wer-

Anteil B²⁺ stark absorbiert; der Anteil A²⁺ absorbiert den F~-Zwischengitterionen verwendet, um ein La-

stark in dem Bereich, wo der Anteil B²⁺ nur schwach 60 dungsgleichgewicht herbeizuführen, werden sie bei

absorbierend ist, und umgekehrt. Es hat sich nun relativ hohen Temperaturen von den Sm³⁺-Ionen

gezeigt, daß die Kristallgitter der Verbindungen SrF₂ dissoziiert, so daß ein örtlicher Ladungsausgleich

und BaF₂ praktisch den Bedingungen zur Durch- vermieden wird, da der Abschreckungsvorgang die

führung der Erfindung genügen, wenn sie mit Euro- F~-Zwischengitterionen räumlich abgesondert von den

pium und Samarium dotiert sind. Bekanntlich können; 65 Sm³⁺-Ionen gewissermaßen einfriert. Infolgedessen

Fremdionen Gitterplätze eines Wirts-Gitters einneh- bleiben die F--Zwischengitterionen ohne weitere

men, wenn sie an die Stelle von Ionen treten, deren Wirkung auf den Ladungsübergangsprozeß zwischen

Radius näherungsweise der gleiche ist. den Europium- und Samariumionen.

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Das in F i g. 2 gezeigte modifizierte Thermschema lime auf 2550 Angstrom liegt. Der gebleichte Zustand veranschaulicht die Potentialtalbeziehungen zwischen des Kristalls 10 wird als Zustand I und der gefärbte der Eu³⁺+ Sm²⁺-Konfiguration und der Eu²++ Sm³⁺- bzw. eingetrübte Zustand sei der Zustand II, bei dem Konfiguration in einem Kristallgitter. Die Eu³⁺+ Sm²⁺- eine grünliche Färbung auftritt. Diese grünliche EinKonfiguration existiert bei einem Zwischenminimum, 5 färbung rührt von der Absorptionsbande der Sm²⁺- nämlich einem metastabilen Potentialtal (Zustand II) Ionen in der Nähe der Wellenlänge von 6000 Ängström und die Eu⁸⁺+ Sm³⁺-Konfiguration entspricht dem her. Bei Betrieb des Ausführungsbeispiels gemäß Hauptminiumm, nämlich dem stabilen Potentialtal F i g. 3 hat ein Impuls ultravioletten Lichts mit (Zustand I). Sowohl der Zustand I als auch der Zu- einer Wellenlänge von 2550 Ängström (Lichtquelle 14) stand II müssen relativ stabilen Konfigurationen ent- io eine grünliche Einfärbung des Kristalls 10 zur Folge, sprechen, d. h., ein metastabiler Zustand relativ hoher weil hiermit der Zustand II herbeigeführt wird. Da Lebensdauer wird praktisch für diese Anwendung als nun der Kristall 10 im Zustand II sehr stark absorbiestabil betrachtet. Die Strahlungsenergie h · V₁ ändert rend für Licht mit einer Wellenlänge von 6000 Ängunter ihrer Einwirkung das Energieniveau vom Zu- ström, also im sichtbaren Bereich, wirkt, stellt der stand I zum Zustand II. Die Wirkung der Strahlungs- 15 Detektor 18 das Vorhandensein einer Färbung infolge energie h · v₂ ist erforderlich, um den Übergang vom des Intensitätswechsels des Ausgangssignals fest. Der Zustand II zum Zustand I herbeizuführen. Das Ver- Detektor 18 befindet sich nämlich hinter dem Krihältnis der Gesamtanzahl der seltenen Erden-Ionen stall 10 im Strahlengang der Wolfram-Glühlampe 16. des Europium-und Samariumanteils in der Eu²⁺+Sm³⁺- Der Detektor 18 kann z.B. eine photoempfindliche Konfiguration, welche zum Übergang zur Eu³++ Sm²⁺- 20 Diode oder eine Sekundärelektronenvervielfacherröhre Konfiguration beitragen, soll klein sein gegenüber der enthalten.

Gesamtanzahl der Eu²⁺-Ionen im Kristall. Aber sogar Ist der Lichtimpuls der Strahlungsquelle 14 mit der

bei einer geringen Anzahl von Ladungsübergängen ist Energie h · V₁ nicht von ausreichender Intensität und die makroskopisch sichtbare Färbung bzw. Eintrübung Impulsdauer, um ein Maximum der grünlichen Ein- und die Bleichung ausreichend für diese Anwendung. 25 färbung des Kristalls 10 herbeizuführen, dann vermag Auch bei Raumtemperatur ergibt sich eine praktisch ein weiterhin zugeführter Lichtimpuls von der Strahzufriedenstellende Arbeitsweise. Es hat sich jedoch lungsquelle 12 die Einfärbung zwar zu erhöhen, aber herausgestellt, daß bei Betrieb bei tiefer Temperatur sie wird dann nicht durch den Detektor 18 festgestellt, z. B. 4° K die Intensität des beobachteten Fluoreszenz- wenn dieser entsprechend vorgespannt ist. Ist der signals um einige Größenordnungen höher ist im Ver- 30 Detektor 18 hingegen entsprechend vorgespannt, dann gleich zum Betrieb bei Raumtemperatur. Jedenfalls bewirkt die Zustandsänderung des Kristalls 10 einen ist die Differenz in der Absorption bei 4° K und Raum- Lesevorgang, aber der Elektronenladungsübergang temperatur nicht von praktischer Bedeutung. oberhalb eines bestimmten Schwellenwertes ändert

Ein praktisches Ausführungsbeispiel der Erfindung nicht den Lesevorgang. Der maximale Betrag für die zum Betrieb als Speichervorrichtung unter Anwendung 35 sich ergebende grünliche Einfärbung des Kristalls 10 des Ladungsübergangs und bei der Anwendung der hängt lediglich von der Gesamtanzahl der im Kristall-Absorptionsbetriebsweise soll nun an Hand der Dar- gitter enthaltenen Sm²⁺-Ionen ab. Präzise ausgedrückt stellung in F i g. 3 erläutert werden. Ein mit Eu²⁺- ist ein Wechsel in der optischen Dichte des Kristalls und Sm³⁺-Ionen dotierter CaF₂-Kristall 10 wird für Licht im Bereich der Sm²⁺-Absorptionsbande auf einander gegenüberliegenden Seiten Ultraviolett- 40 proportional der Anzahl der im Kristallgitter vorhan-Strahlungsquellen 12 und 14 ausgesetzt, deren Strahlen denen Sm^a+-Ionen.

jeweils über Fokussierungslinsen 13 und 15 einfallen. Der Kristall 10 hält so lange seinen Zustand II bei,

Unter Umständen können auch hier nicht gezeigte bis ein von der Strahlungsquelle 12 einfallender h · V₂-Lichtablenkungsmittel angewendet werden. Die Ultra- Impuls eine genügende Intensität besitzt, um zumindest violett-Lichtquellen 14 und 12 senden Quanten ultra- 45 den Sättigungszustand der grünlichen Einfärbung des violetter Strahlung mit den Energien h · V₁ bzw. h · V₂ Kristallgitters 10 auszulöschen. Die hierfür erforderaus, wobei die Maxima der Strahlungsintensitäten bei liehe Intensität des Lichtimpulses h · v_a hängt lediglich etwa 2550 und 3100 Ängström liegen. Die Strahlungen von der Gesamtanzahl der Europium- und Samariumder Ultraviolett-Lichtquellen 12 und 14 wirken für ein atome im Kalziumfluoridkristall 10 ab. Die jeweiligen bestimmtes Bit einer gespeicherten Information auf 50 Intensitätshöhen der ultravioletten Strahlung zum denselben örtlichen Bereich des Kristalls 10 ein. Eine Betrieb des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels Lichtquelle 16, deren Strahlung eine Wellenlänge von nach F i g. 3 werden einfach in üblicher Weise 6000 Ängström, also im sichtbaren Bereich des Spek- ermittelt.

trums besitzt, ist bezüglich des Kristalls 10 in einer An Hand der Darstellung in F i g. 4 soll der Auf-

zum Lesen der gespeicherten Information geeigneten 55 bau und die Wirkungsweise eines weiteren Ausfüh-Stellung angeordnet. Die Strahlung dieser Quelle wird rungsbeispiels gemäß der Erfindung beschrieben über ein Filter 17 geleitet. Als Lichtquelle 16 kann werden. In diesem Falle wird der Ladungsträgerübereine Wolfram-Glühlampe dienen. Das Filter 17 stellt gang in der Fluoreszenz-Betriebsweise erläutert. Sm²⁺- ein breitbandiges Übertragungsfilter dar, dessen Fre- Ionen besitzen eine charakteristische intensive und quenzband bei 6000 Ängström zentriert ist. Die Ultra- 60 scharfe Fluoreszenzlinie bei einer Wellenlänge von Violettlichtquelle 12 kann eine übliche Quecksilber- 7085 Ängström, die durch Licht mit irgendeiner dampflampe mit einem Ausgangsfilter sein, dessen Wellenlänge angeregt werden kann, die nur geringer Übertragungsmaximum bei der Wellenlänge derQueck- sein muß als 7085 Ängström und in der Absorptionssilberdampfemissionslinie, nämlich bei 3100 Ängström bande der Sm²⁺-Ionen liegt. Nähert man sich von liegt. Die Ultraviolett-Lichtquelle 14 kann ebenfalls 65 tiefen Temperaturen herkommend der Raumtemperaeine übliche Quecksilberdampflampe sein, der ein tür, dann verbreitert sich diese scharfe Fluoreszenz-Filter vorgeschaltet ist, dessen maximale Übertragungs- linie in eine breite Bande roter Fluoreszenz, die sich fähigkeit aber bei einer Wellenlänge der Quecksilber- durch Licht irgendeiner Wellenlänge, die nur kleiner

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sein muß als 7085 Ängström und im Bereich der Ab- beispielsweise gebracht, wobei zu berücksichtigen isf, sorptionsbande von Sm²⁺-Ionen liegt, anregt. Der daß empfindliche Detektoren und präzise Fokussie-Kristall 20 wird durch eine Strahlung h ■ V₁ = 2550 Äng- rung der h ■ V₁- und h · v₂-Strahlen Lösungen für unterström von einer Strahlungsquelle 24 über die Fokus- schiedliche und verschiedene Betriebsanforderungen sierungslinse 25 und gegebenenfalls über Ablenkungs- 5 gestatten.

mittel angeregt, so daß ein Übergang vom Zustand I Ein drittes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfin-

zum Zustand II herbeigeführt wird. Fernerhin kann dung ergibt sich bei Anwendung einer Dunkelschriftder Kristall 20 durch eine Strahlung mit der Wellen- kathodenstrahlröhre 40 in der Darstellung nach F i g. 5. länge h · V₂ = 3100 Ängström von einer Strahlungs- Die Dunkelschriftkathodenstrahlröhre 40 besteht aus quelle 22 über die Fokussierungslinse 23 und gegebe- io einem Gefäß 42 mit einer Strahlungsquelle 44, deren nenfalls über hier ebenfalls nicht gezeigte Ablenkungs- Strahlung eine Wellenlänge von 6000 Ängström, also mittel angeregt werden, um einen Übergang vom im sichtbaren Bereich des Spektrums, besitzt. Ferner-Zustand II zum Zustand I herbeizuführen. Die Strah- hin ist eine Elektronenkanone mit zugeordneten Eleklungsquellen 22 und 24 wirken auch hier auf den tronenstrahlablenkungselektroden 46 und eine Strahgleichen örtlichen Bereich des Kristalls 20 für ein 15 lungsquelle 48 ultravioletter Strahlung bei einer WeI-gegebenes Bit der gespeicherten Information ein. Die lenlänge von 3100 Ängström vorgesehen. Die aktive Strahlung der Strahlungsquelle 26 kann Wellenlängen Materialschicht 52 des Bildschirms 50 besteht aus besitzen, die kleiner sind als 7085 Ängström, also im CaF₂, das wie oben angegeben, mit Europium- und sichtbaren Bereich des Spektrums liegen, so daß hier- Samariumionen dotiert ist und auf einem Träger 54, für ebenfalls eine Wolframlampe geeignet ist. Der 20 z. B. Glimmer, aufgebracht ist. Der Bildschirm 50 ist Detektor 30 spricht· auf eine Strahlung mit einer im Gefäß 42 mittels Klammern gehaltert. Auf der Wellenlänge von 7085 Ängström an und ist in einem aktiven Materialschicht 52 befindet sich eine bei BeWinkel in bezug auf den Strahlengang von der Strah- trieb an Erdpotential gelegte dünne metallische lungsquelle 26 angeordnet, um den direkten Licht- Schicht 53, z. B. Aluminium, die unmittelbar von dem einfall des von der Strahlungsquelle 26 über den 25 Elektronenstrahl der Elektronenkanone 46 getroffen Kristall 20 übertragenen Lichtstrahls zu verhindern. wird, so daß freie Elektronen abgeleitet werden können. Ein schmalbandiges Ubertragungsfilter 28, speziell für Beim Betrieb wird der Elektronenkanone und den 7085 Ängström, liegt im Strahlengang vom Kristall 20 Ablenkelektroden 46 eine analoge oder alphanumerizum Detektor 30, um den Einfall von Störlicht auf sehe Information zugeführt, wie es in dieser Technik Detektor 30 zu verhindern. Bei Betrieb stellt der De- 30 üblich ist. Diese Information wird auf den Bildschirm tektor30 ein Ausgangssignal fest, wenn ein Licht- 50 übertragen, wenn die Elektronen aus der Elektronenimpuls h · V₁ von der Strahlungsquelle 24 auf den kanone 46 einen Übergang vom Zustand II zum ZuKristall 20 eingefallen ist, so daß sich ein Zustand II stand I herbeiführen. Die Strahlungsquelle 44 sichteingestellt hat, weil ein Fluoreszenzsignal mit einer baren Lichts einer Wellenlänge von 6000 Ängström Wellenlänge von 7085 Ängström für den Zustand II 35 wird eingeschaltet, um eine auf dem Bildschirm 50 bezeichnend ist. Zusätzliche oder weitere h · v_x-Impulse gespeicherte Information von einem Beobachter 60 heben die Amplitude des Signals des Detektors 30 an, auslesen lassen zu können. Diese Information erscheint wenn er nicht in geeigneter Weise vorgespannt ist. dann als dunkelgrüne Spur gegenüber einem halb-Unter gewissen Betriebsbedingungen besitzt der De- durchlässigen weißen Untergrund. Zum Löschen der tektor 30 eine quantitative Ansprechcharakteristik und 40 Dunkelspur-Abbildung auf dem Bildschirm 50 wird braucht dann nicht entsprechend vorgespannt zu die Strahlungsquelle 48 ultravioletten Lichts der Wellenwerden, wenn lediglich eine Messung bzw. Feststellung länge 3100 Ängström wirksam gemacht, so daß der der insgesamt möglichen Einfärbung des Kristalls 20 Bildschirm 50 hierdurch bestrahlt wird. Die zur Ergewünscht oder erforderlich ist. . . zeugung einer Dunkelspur auf dem Bildschirm 50 Der Übergang vom Zustand II zum Zustand I des 45 erforderliche Zeit hängt von der Intensität der benötig-Kristalls 20 ergibt sich bei Einstrahlung eines Licht- ten Einfärbung und der Intensität des Elektronenimpulses h · v₂ von der Strahlungsquelle 22, wobei Strahls ab, d. h., für eine stärkere Einfärbung ist ein selbstverständlich die Intensität ausreichen muß, um relativ großes Zeitintervall erforderlich, und bei einer die erforderlichen Elektronenladungsübergänge herbei- stärkeren Intensität des Elektronenstrahls wird ein zuführen. Bei Dotierungsanteilen von ungefähr 0,1 Mol- 50 geringeres Zeitintervall benötigt. Die Einstellung der prozent von Europium- und Samarium-Atomen in Betriebsparameter kann leicht mit Hilfe üblicher Meeinem Kalzium-Fluoridkristallgitter besitzt der La- thoden erfolgen.

dungsübergangsprozeß eine Eindringtiefe von unge- Die Dunkelschriftkathodenstrahlröhre in F i g. 5

fähr 0,05 mm, was bedeutet, daß die Hälfte der Ein- ist bei Raumtemperatur und normalen Umweltlichtfärbung innerhalb dieser Entfernung von der Kristall- 55 bedingungen in ihrer Betriebsweise völlig stabil. Die oberfläche entsteht, die der Strahlungsquelle h - V₁ bei bekannten Dunkelschriftkathodenstrahlröhren ergegenüberliegt. Die Einfärbung des CaF₂-KristalIs, forderliche Wärmebehandlung zum Löschen einer der mit Eu und Sm dotiert ist, als Folge des Ladungs- Dunkelschriftspur hat zur allmählichen Zerstörung Übergangs, ist in kleinen Oberflächenbereichen feststell- des aktiven Materials geführt und die Anzahl der bar, so daß eine große Anzahl von Speicherzellen in 60 möglichen Arbeitszyklen mit dieser Röhre wesentlich einem relativ kleinen Bereich bereitgestellt werden beeinflußt, d. h. eine obere Grenze gesetzt. Eine solche kann. Eine Grenze ist im Prinzip hier lediglich durch Begrenzung der Lebensdauer ist bei Verwendung die minimal mögliche Lichtablenkung gegeben, d. h. der Dunkelschriftkathodenstrahlröhre gemäß F i g. 5 - der kleinste Bereich kann etwa 10~⁸ cm² betragen. Die nicht gegeben. Zur Einfärbung lassen sich auch andere Bitdichte wird nach oben lediglich durch die Fokussie- 65 Strahlungsquellen verwenden, wie z. B. Röntgenrungsmöglichkeit der h · V₁- und h · v₂-Strahlen be- Strahlungsquellen oder Ultraviolettlichtstrahlungsgrenzt. Die oben angegebenen Dimensionen der Ein- quellen mit einer Wellenlänge von ungefähr 2360 Ängdringtiefe und des Oberflächenbereichs sind lediglich ström. Diese lassen sich dann an Stelle der Elektronen-

kanone 46 einsetzen, so daß deren Strahl zum Schreiben auf dem Bildschirm 52 dient.

Sind A- und B-Ionen verschiedener Atome in einem Kristallgitter eingebracht, dann lassen sich die Ausführungsbeispiele der Erfindung gemäß der reversiblen Oxydierungs-Reduktions-Reaktionen

Av₁

AV₂

B^{m + 1}

betreiben, wenn die Spektren der A- und B-Ionen in ihren verschiedenen Valenzzuständen verschieden sind und Bereiche reziproker Absorption und Durchlässigkeit für eine Strahlung vorhanden sind. Die Anregung mit Hilfe der Strahlung h · V₁ oder h · v₂ muß ausreichend sein, um eine Ionisation herbeizuführen, die ein Elektron zu einer Ladungsübertragung veranlaßt oder unter Ausnutzung des Tunneleffekts das Elektron auf das zweite Ion überträgt.

Einzelne Fremdionen, Fremdatomnester oder mit Elektronen besetzte Störstellen in einem Kristallgitter können in bekannter Weise an der Elektronenladungsübertragung beteiligt sein. Alle diese Effekte sind jedenfalls für die Wirkung der Anordnung geeignet. So kann z. B. ein Ionennest von drei verschiedenen Ionentypen die Eigenschaft eines einzelnen Fremdions

beim Mecham'smus der Elektronenladungsübertragung besitzen. Ein solcher örtlicher Bereich, der eine Elektronenkonfiguration besitzt, um ein Elektron abzugeben oder eines einzufangen, ist ausreichend, unabhängig davon, wie im einzelnen der Mechanismus abläuft. In gleicher Weise sind Gitterstörstellen, die Fangstellen oder Quellen für Elektronen darstellen, geeignet für einen Elektronenladungsübergangsmechanismus, der die beschriebene Wirkung herbeizuführen

ίο vermag.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung, bei der sich eine Einfärbung des Kristallgitters ergibt, infolge der Wirkung eines Elektronenstrahls, ist es zweckmäßig, wenn das Kristallgitter Phosphore aufweist, um die Wirkung der Elektronenladungsübertragung zu steigern. Unter Phosphor wird hier ein solcher Stoff verstanden, der bei Anregung durch einen Elektronenstrahl eine ultraviolette Strahlung mit der Energie h · V₁ abgibt. Die Anwendung eines solchen

so Phosphors kann dabei in der Weise geschehen, daß diese als unabhängige Schicht verwendet wird oder daß der Phosphor in das Kristallgitter mit Hilfe eines geeigneten üblichen Binders eingebaut wird.

Da bei einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung zum Betrieb infolge der Benutzung von Lichtquellen kein Vakuum erforderlich ist, bieten sich vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 2 einer Kathodenstrahlröhre (40) ausgebildet ist, daß Patentansprüche: die zu speichernde Information über einen Elek tronenstrahl zugeführt wird, dessen Energie dem

1. Aufzeichnungsträger zur optischen Speiche- Wert h· V₁ = h· 2550 Ängström äquivalent ist, daß rung von Information, die über eine scharf ge- 5 zum Lesen eine Strahlungsquelle (44) mit einer bündelte Strahlung bestimmter Energie zugeführt Strahlung von 6000 Ängström und daß zum Löwird und über eine andere scharf gebündelte zu- sehen der Information eine Strahlungsquelle (48) geführte Strahlung gelöscht wird, dadurch mit einer Strahlung von 3100 Ängström auf den gekennzeichnet, daß als Aufzeichnungs- Bildschirm gerichtet ist.

träger ein Kristall (10) verwendet wird, der mit io
Ionen zweier verschiedener Elemente der seltenen

Erden zu gleichen Anteilen dotiert ist, deren Radien

in an sich bekannter Weise den gleichen Ionenradius besitzen, wie der der Kristallionen, die im

Kristallgitter ersetzt werden, wobei die Ipnen des 15 Die Erfindung betrifft einen Aufzeichnungsträger ersten Elements der seltenen Erden zwei starke zur optischen Speicherung von Information, die über Absorptionsbande hervorrufen, die ein Minimum eine scharf gebündelte Strahlung bestimmter Energie einschließen, in das eine starke Absorptionsbande zugeführt wird und über eine andere scharf gebündelte, der Ionen des zweiten Elements gleicher Wertigkeit zugeführte Strahlung gelöscht wird,
wie die des ersten Elements fällt, so daß bei Zu- 20 Bei der Datenverarbeitung geht das Bestreben dahin, führung der einen Strahlung infolge Ladungs- Speicher bereitzustellen, die eine äußerst hohe Anübertragung von einer Ionenart auf die andere der Sprechgeschwindigkeit besitzen. Außerdem ist man Kristall (10) gebleicht und bei Zuführung der bemüht, die Bitdichte von als Aufzeichnungsträgern anderen Strahlung infolge umgekehrter Ladungs- benutzten Speichern mehr und mehr zu erhöhen, so übertragung der Kristall (10) gefärbt bzw. einge- 25 daß im Zuge der Mikrominiaturisierung der Schaltrübt wird und daß zum Lesen der Information tungsanordnungen auch Speichervorrichtungen enteine Lichtquelle (16) sichtbaren Lichts verwendet sprechend kleiner Abmessung bereitgestellt werden wird, die auf den Kristall (10) gerichtet ist. können. Diese Voraussetzungen lassen sich im Prinzip

2. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 1, da-, erfüllen, wenn optische Speichereinrichtungen angedurch gekennzeichnet, daß als Kristallmaterial 30 wendet werden. Bei der praktischen Anwendung der Strontiumfluorid, Bariumfiuorid oder Kalzium- bisher bekannten optischen Speichervorrichtungen fluorid verwendet wird, das mit Europium- und haben sich aber insofern Schwierigkeiten ergeben, als Samariumr oder Thulium-Ionen dotiert ist, wobei kein zufriedenstellendes SignaURauschverhältnis zu zum Bleichen des Kristalls eine Ultraviolett-Strah- erzielen gewesen ist. Außerdem muß bei einem der lung von 3100 Ängström und zum Einfärben bzw. 35 bekannten Verfahren eine durch Ultraviolett-Strahlung Eintrüben des Kristalls eine Ultraviolett-Strahlung angeregte optische Speicherzelle durch Wärmeeinwirvon 2550 Ängström dient. kung gelöscht werden. Diese Wärmeeinwirkung wirkt

3. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 1 und 2, sich aber in mechanischen Beanspruchungen des als dadurch gekennzeichnet, daß zum Lesen eine Licht- Speicherzelle verwendeten Kristalls aus, so daß nach quelle (16) verwendet wird, deren Strahlung sieht- 40 mehr oder weniger langer Betriebszeit schließlich die baren Lichts eine Wellenlänge von 6000 Ängström Zerstörung des Kristalls herbeigeführt wird. Ein aufweist, so daß das Licht bei eingefärbtem Kri- weiterer Nachteil hierbei ist der, daß hiermit keine stall (10) absorbiert wird und der im Strahlengang große Bitdichte bei der Einspeicherung digitaler Infordieser Lichtquelle (16) hinter dem Kristall (10) mation zu erzielen ist.

angeordnete Lichtdetektor (18), dessen Anspreeh- 45 Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin,

bereich bei 6000 Ängström liegt, nicht anspricht. einen Aufzeichnungsträger zur Speicherung von Infor-

4. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 1 und 2, mation zu schaffen, der bei digitaler Speicherung eine dadurch gekennzeichnet, daß zum Lesen eine Licht- möglichst hohe Bitdichte zuläßt und bei Speicherung quelle (26) verwendet wird, deren Strahlung von analoger Information keine Wärmeeinwirkung zur sichtbaren Lichts eine geringere γ/ellenlänge als 50 Löschung erforderlich macht. Der Aufwand soll hier-7085 Ängström besitzt, daß hinter dem Kristall bei möglichst gering sein. An dieser Stelle sei betont, (20), aber in einem Winkel zum Strahlengang der daß bei der bei der Erfindung verwendeten Strahlung Lichtquelle (26) sichtbaren Lichts, ein Licht- eine Wärmestrahlung nicht mit eingeschlossen ist. detektor (30) angeordnet ist, dessen Anspreche Andererseits soll aber eine Korpuskularstrahlung, wie maximum auf 7085 Ängström eingestellt ist, so 55 z. B. die eines Elektronenstrahls, eingeschlossen sein, daß die auf dieser Wellenlänge entstehende Fluo- Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, reszenzlinie der Samarium-Ionen bei Bestrahlnug daß als Aufzeichnungsträger ein Kristall verwendet mit Strahlen der Wellenlänge von 2550 Ängström wird, der mit Ionen zweier verschiedener Elemente vom Lichtdetektor (30) erfaßt und bei Bestrahlung der seltenen Erden zu gleichen Anteilen dotiert ist, mit 3100 Ängström die Beleuchtung des Licht- 60 deren Radien in an sich bekannter Weise den gleichen detektors (30) unterdrückt wird. Ionenradius besitzen, wie der der Kristallionen, die

5. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 1 bis 4, im Kristallgitter ersetzt werden, wobei die Ionen des dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Strah- ersten Elements der seltenen Erden zwei starke Ablungen zum Einfärben bzw. Bleichen des Kristalls sorptionsbande hervorrufen, die ein Minimum ein-(10, 20), auf auswählbare Bereiche des Kristalls 65 schließen, in das eine starke Absorptionsbande der (10, 20) fokussiert werden. Ionen des zweiten Elements gleicher Wertigkeit wie

6. Aufzeichnungsträger nach Anspruch 1 bis 3, die des ersten Elements fällt, so daß bei Zuführung dadurch gekennzeichnet, daß er als Bildschirm (50) der einen Strahlung infolge Ladungsübertragung von