DE2102215A1

DE2102215A1 - System zum Speichern und Abrufen von Informationen

Info

Publication number: DE2102215A1
Application number: DE19712102215
Authority: DE
Inventors: Julius Birmingham Shaw Robert Frank North Bloomfield Hills Mich Feinleib (V St A)
Original assignee: Energy Conversion Devices Inc
Current assignee: Energy Conversion Devices Inc
Priority date: 1970-02-19
Filing date: 1971-01-18
Publication date: 1971-08-26
Also published as: DE2102215C2; GB1342421A; NL7101355A; FR2080607A1; FR2080607B1; CA924810A; US3696344A; JPS549008B1

Description

DR. E B OfTTNRR
DIPL-ING. R-J. -OLLER 1 O 033

Patw:taii-AcJle As/K

β MDNChEW β| /
Lucile-Graha-Strafie 38
Teleion 443755

Energy Conversion Devices, Inc. 1675 West Maple Road, Troy, Michigan 48084 (V.St.A.)

System zum Speichern und Abrufen von Informationen

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zum Speichern und Abrufen von Informationen, das bei Datenverarbeitungssystemen anwendbar ist, bei denen Daten in großer Anzahl gespeichert werden müssen und der Zugriff zu den Daten in unregelmäßiger oder regelmäßiger Reihenfolge zum Abrufen der Informationen für deren Verarbeitung, Übertragung oder für andere Zwecke möglich sein soll . Speicher aus optischen Massen haben sich als für die Speicherung großer Mengen von Daten geeignet erwiesen, da die Bits der Daten eng zusammengedrängt werden können, so daß sich eine hohe Speicherdichte ergibt, und weil ein solcher Speicher das Lesen mit optischen Mitteln mit hohen Geschwindigkeiten gestattet. Ein bei Speichern aus optischen Massen häufig verwendetes Aufzeichnungsmedium ist Fotofilmmaterial. Ein solcher Film hat ein hohes Auflösungsvermögen und gestattet die Speicherung großer Mengen von Datenbits, muß jedoch unter Anwendung chemischer Verfahren entwickelt werden und kann nach einmaligem Belichten und Entwickeln des Filmes nicht wieder verwendet werden. In neuerer Zeit sind auch magnetische Aufzeichnungsmedien zur Verwendung bei Speichern aus optischen Massen vorgeschlagen worden. Bei diesem Typ von Medien wird mittels eines Laserstrahles die magnetische Polarisation geändert. Dieser Polarisationswechsel muß jedoch in Gegenwart eines Magnetfeldes erfolgen, das die Polarität be-

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stimmt,die das magnetische Medium annimmt.

Tn der US-PS 3 530 441 (Patentanmeldung P 19 42 193.3 entsprechend der USA-Patentanmeldung S.N. 791 441 des Anmelders Stanford R. Ovshinsky unter dem Titel "Method and Apparatus for Producing, Storing and Retrieving Information", einer Continuation-in-part-Antneldung zu S.N. 754 607) ist ein optischer Speicher unter Verwendung von amorphen Halbleitermaterialien als Speicherfilm beschrieben. Das Material wird unter dem Einfluß eines Laserstrahls zwischen einem allgemein amorphen oder ungeordneten und einem kristallinen oder geordneteren Zustand umgeschaltet. Jeder dieser Zustände ist durch ihm eigene Werte des Brechungsindex, der Oberflächenreflexion, der Lichtabsorption, der Lichtdurchlässigkeit, der Streufähigkeit gegenüber Partikeln oder Licht u.dgl. ausgezeichnet. Durch Ermittlung einer oder mehrerer dieser elektromagnetischen Eigenschaften kann die in dem Halbleiterfilm gespeicherte Information abgerufen werden. Die Erfindung ist darauf gerichtet, den in dem genannten Patent beschriebenen Gegenstand in solcher Weise zu verbessern, daß eine einzige Quelle elektromagnetischer Energie die Erfüllung von drei unterschiedlichen Funktionen an dem Speicherfilm, nämlich das Schreiben, das Löschen und das Lesen, ermöglicht. Außerdem kann ein einziges Strahlenabtastsystem für diese drei Funktionen verwendet werden.

Gemäß der Erfindung wird eine Energiequelle, beispielsweise ein Laser- oder Elektronenstrahl, gegen ein Speichermaterial gerichtet, das mindestens zwei stabile Zustände aufweist. Das Material wird zwischen diesen beiden Zuständen je nach der von dem Material absorbierten Energiemenge umgeschaltet. Die Energiequelle ist fähig, mindestens eine Frequenzkomponente zu liefern, die von dem Speichermaterial in beiden Zuständen absorbiert wird, und eine weitere Frequenzkomponente zu liefern, die durch das Speichermaterial zu einem Detektor durchgelassen wird. Venn das Material sich in dem einen Zustand befindet,

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erhält der Detektor eine große Energiemenge, und wenn sich das Material in seinem anderen Zustand befindet, erhält der Detektor eine nur kleine Energiemenge oder keine Energie. Durch Regelung des Energieinhaltes in der absorbierten Frequenz ist es dann möglich, das Material aus dem einen in den anderen Zustand bzw. umgekehrt umzuschalten.

Auf diese Weise genügt eine einzige Energiequelle mit mindestens zwei Frequenzkomponenten und ein einziges Strahlenabtastsystem zur Durchführung der Funktionen des Schreibens, Löschens udd Lesens. Außerdem kann gemäß der Erfindung das Lesen erfolgen, während gleichzeitig Daten aufgezeichnet oder gelöscht werden, wodurch die Möglichkeit einer Prüfung auf Fehler geschaffen μ

wird, so daß gewährleistet werden kann, daß die Daten auf dem Halbleiterfilm fehlerfrei aufgezeichnet werden.

Gemäß einem weiteren Merkaal der Erfindung kann das Umschalten zwischen Schreib-, Lösch- und Lesebetrieb mittels eines einfachen Intensitätsmodulators erfolgen, der die Gesamtintensität des Laserstrahls wahlweise z.B. auf drei unterschiedliche Intensitätspegel dämpft.

Gemäß der Erfindung wird also bei einem Optikmassespeicher ein dünner, amorpher Halbleiterfilm verwendet, der sich zwischen einem allgemein amorphen oder ungeordneten Zustand und einem kristallinen oder geordneteren Zustand durch die Einwirkung M eines Laserstrahls umschalten läßt. Dieser Laserstrahl wird moduliert und veranlaßt, den amorphen Film zu bestreichen, so daß durch Umschaltung des Zustandes gewisser Bereiche des Filmes Informationen aufgezeichnet bzw. gelöscht werden. Das gleiche Laserstrahlmodulier- und Abtastsystem kann auch zum Lesen der an dem Film gespeicherten Informationen verwendet werden, indem festgestellt wird, ob an einer beliebigen gegebenen Stelle der Film sich im amorphen oder kristallinen Zustand befindet. Der Laserstrahl ist aus mindestens zwei Frequenzen

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zusammengesetzt, von denen die eine von dem amorphen Film absorbiert wird und zum Schreiben sowie auch zum Löschen von Informationen an dem Film verwendet wird. Der amorphe Film ist für die andere Frequenz durchlässig, und der Durchtritt von Strahlung dieser Frequenz wird verwendet, um festzustellen, ob sich der Film an einer beliebigen gegebenen Stelle im kristallinen oder amorphen Zustand befindet, wodurch die in dem Film gespeicherte Information gelesen wird.

In der Zeichnung sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt.

Fig. 1 ist ein Schema zur Veranschaulichung eines Systems gemäß

der Erfindung, bei dem eine umlaufende Platte ein speicherfähiges, amorphes Halbleitermaterial trägt)

Fig. 2 ist ein Wellenformenschema zur Veranschaulichung der Intensität der zum Schreiben, Löschen und Lesen von Informationen an dem speieherfähigen, amorphen Halbleitermaterial gemäß Fig. 1 und k verwendeten Laserimpulse;

Fig. 3 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Durchlässigkeit des speicherfähigen, amorphen Halbleitermaterials gegenüber Wellenlängen einer Energie im Bereich von 4000 bis über 7000 Ä|

Fig. h ist ein Schema zur Veranschaulichung einer weiteren AusfUhrungsform der Erfindung unter Verwendung eines ortsfest angeordneten, speicherfähigen, amorphen Halbleitermaterials und eines zweidimensionalen Ablenksysteme zum Lenken eines Laserstrahles über das Speichermaterial; und

Fig. 5 iet eine schematische Darstellung eines Teiles eines

Systems, in dem sum Umschalten zwischen Schreib-, Löschund Lesebetrieb gemäß der Erfindung die Frequens einer Laserquelle verschoben wird.

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Das Optikmassenspeichersystem gemäß Fig. 1 weist eine umlaufende Speicherplatte IO auf, die mittels eines Motors 12 mit konstanter Drehzahl angetrieben ist. Von einer Laasrquelle 16 wird ein Laserstrahl 14 auf die Speicherplatte 10 zur Einwirkung gebracht. Der Laserstrahl 14 wird mittels eines Modulators 18 moduliert, der durch von einem Datenverarbeitungssystern 22 gelieferte und auf eine Leitung 20 aufgegebene Signale betrieben wird» Das Datenverarbeitungssystem 22 enthält die an der · Speicherplatte 10 zu speichernden Daten. Diese Daten haben üblicherweise die Form von Binärstellen, die von (nicht dargestellten) an der Speicherplatte 10 aufgezeichneten Speicherstellen gebildet sind.

Das Abrufen der Informationen von der Speicherplatte 10 erfolgt unter Verwendung eines Laserstrahles 14. Ein Spiegel 24, der mittels einer entsprechend von dem Datenverarbeitungssystem 22 gelieferten und auf eine Leitung 28 aufgegebenen Signalen betriebenen Betätigungseinrichtung 26 mit einem Arn 27 parallel zur Ebene der Speicherplatte 10 bewegbar ist, richtet den Strahl l4.auf die Speicherscheibe 10. Durch Synchronisieren der Bewegung der Betätigungseinrichtung 26 und der Drehzahl der Speicherplatte 10 können bestimmte Bereiche der Speicherplatte 10 von dem Laserstrahl Ik bestrichen werden, der durch die Speicherplatte 10 hindurchgeht. Eine Linse 25 konzentriert den Laserstrahl auf die Speicherplatte 10, und eine Linse 29 konzentriert den aus der Speicherplatte 10 austretenden Laser- ■ strahl Ik auf einen Detektor 30. Der Detektor 30 ermittelt die Änderungen, die der Laserstrahl 14 bei seinem Durchtritt durch die Speicherplatte 10 erfahren hat und gibt ein Signal auf eine Leitung 32 auf, die mit einem Differenzialverstärker 'Jk verbunden ist. Der Detektor 30 ist mit dem Betätigungsarm verbunden, so daß er auf der Achse des durch die Speicherplatte hindurchtretenden Laserstrahles Ik liegt. Die Wirkungsweise des Differenzialverstärkers 34 wird unten eingehender beschrieben. Das Austrittssignal des Differentialverstärkers 34 wird über eine Leitung 36 dem Datenverarbeitungsay-item 22 zugeführt. Das Dar, enverarb ei tungssyot etn 22 kann li« von der Speicherplatte fO

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abgerufenenSignale zur Fernübertragung verwenden, die Informationen für geschäftliche oder wissenschaftliche Zwecke verarbeiten oder für beliebige andere Zwecke einschließlich der Wiederaufzeichnung der gleichen oder einer abgewandelten Information auf der Speicherplatte 10 nutzen·

Die obere Fläche der Speicherplatte 10 besteht aus einem amorphen Halbleiterfilm 38. Dieser Film 38 ist zwischen zwei stabilen Zuständen in beiden Richtungen umschaltbar. Der eine Zustand des Materials ist ein kristalliner oder geordneterer Zustand, während der andere Zustand des Materials ein allgemein amorpher oder ungeordneter Zustand ist. Jeder dieser beiden Zustände weist in« eigene Werte des Brechungsindez, der Oberflächenreflexion, der elektromagnetischen Absorption und Durchlaßfähigkeit sowie der Streufähigkeit gegenüber Partikeln und Licht auf. Die optischen Eigenschaften sowie die elektrischen Eigenschaften amorpher Halbleiter sind in dem obengenannten Patent sowie in der USA-Patentschrift 3 271 591 ("Symmetrical Current Controlling Device" Inhaber S.R. Ovshinsky, erteilt am 6. September I966) beschrieben. Für die Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung geeignete amorphe Halbleitermaterialien sind in der genannten USA-Patentschrift 3 271 591 ale Hi-Lo, Circuit Breaker and Mechanism Device with Memory" bezeichnet. Ein Beispiel eines amorphen Filmes 38, der sich für den Betrieb gemäß der vorliegenden Erfindung eignet, gesteht aus 92 $ Se und 8$ Te. Se und Te können auch in anderen Anteilen, beispielsweise 5O bis 100 % Se, 0 bis 50$ Te, zuzüglich kleiner Mengen metallischer Elemente, verwendet werden.

Der Film 38 läßt sich leicht auf einen Träger kO aus Glas oder einen anderen durchsichtigen Träger auftragen. Es hat sich gezeigt, daß ein Film 38 von ca. 4,um Dicke für den Betrieb gemäß der Erfindung gut geeignet ist. Der Träger kO aus Glas i Λ aus einem Konetruktionstragglied k2 montiert, das eben-ϊ: ,Is aus Glas oder einem beliebigen anderen, für den Laser-

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strahl 14 durchlässigen Material hergestellt sein kann und die erforderliche Abstützung der Speicherplatte tO bei ihrer Drehung bildet. Der Laserbostrahlung kann die obere Fläche des Filmes 38 oder vorzugsweise, wie dargestellt, dessen dem Träger zugewendete Fläche ausgesetzt sein. Der Laserstrahl 14, der mindestens zwei Frequenzkomponenten für das Lesen, Schreiben und Löschen enthält, erreicht die Platte 10 in der Form von Impulsen von drei unterschiedlichen Intensitätspegeln. Fig. 2 zeigt diese drei unterschiedlichen Intensität«pegel. Der Impuls mit dem höchsten Pegel ist in Fig. 2 durch die Einsehrift ^MSchreibimpuls^M und mit dem Bezugszvichen 46 bezeichnet. Ein Impuls 44 von mittlerer Intensität wird bei dem Massenspeichersystem gemäß Fig. 1 zum Löschen verwendet. Ein Le«βimpuls 48 hat, wie in Fig. 2 gezeigt, die niedrigste Intensität.

Der Schreibimpuls 46 und der Löschimpuls 44 werden zum Umschalten des Filmes 38 zwischen den beiden stabilen Zuständen verwendet. Der Schreibimpuls 46 erzeugt in dem Film 38 an demjenigen Punkt, an dem der Laserstrahl 14 an dem Film 38 konzentriert ist, einen kristallinen oder geordneteren Zustand. Die Breite des Impulses 46 kann von ca. 0,01 bis 100,us betragen und kann einen Energiegehalt haben, der nicht mehr als lyuj zu betragen braucht. Der Löschimpuls 44 wird dazu verwendet, den Film 38 in den amorphen oder allgemein ungeordneten Zustand überzuführen und kann eine Impulsbreite gleich der des Schreibimpulses 46 und einen Energiegehalt von ca. 25$ desjenigen des Schreibimpulses 46 haben . Der Leseimpuls 38.ist, wie dargestellt, von ähnlicher Breite wie die Impulse 44 und 46. Intensität und Energieinhalt des Leseimpulses 48 sollten genügend gering sein, um zu gewährleisten, daß der Punkt an dem Film 38, auf den der Leseimpuls 48 konzentriert wird, im jeweiligen Zustand, also kristallin bzw» amorph, bleibt, nachdem der Leseimpuls 48 xur Einwirkung gebracht wurde. Ein typischer Energieinhalt für den Leseimpuls 48, der sich für die Zwecke der Erfindung als geeignet erwiesen

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hat, kann weniger als 25$ desjenigen des Schreibimpulses 46 bei einer Betriebsweise betragen, bei der die Schreib-, Lese- und Löschfrequenz nicht voneinander getrennt sind.

Die Laserquelle 16 erzeugt Impulse unter der Steuerung durch Signale, die von dem Datenverarbeitungssystem 22 über eine Leitung 52 zugeliefert werden. Die Laserquelle 16 kann ein Gaslaser, beispielsweise Argon, oder ein Mischgaslaser, beispielsweise Argon und Krypton,sein. Ein typischer Bereich für die Spitzenleistung eines solchen Gaslasers ist 0,1 bis 2 ¥, je nach Wirkungsgrad des optischen Systems und Impulsdauer« Es kann auch ein Feststofflaser mit Mehrfrequenzstrahl oder anstatt dessen ein Laser, der getrennt mit mindestens zwei Frequenzen arbeiten kann, verwendet werden. Es können ferner auch zwei Laserquellen verwendet werden, die einen einzigen Strahl mit mindestens zwei Frequenzen liefern. Die Impulse von der Laserquelle 16 bilden eine Reihe von Impulsen mit konstanter Amplitude, die durch den Modulator 18 hindurchgehen. Der Modulator 18 dämpft die Intensität der Impulse auf einen der drei Intensitätspegel gemäß Fig. 2. Der Strahl 14 verläßt den Modulator 18 und wird einem Strahlungsteiler 54 zugeführt, der einen Teil des Strahles zu einem Filter 56 und einem Detektor 58 umlenkt, der dem Differentialverstärker 34 ein Signal über eine Leitung 60 zuliefert. Die Wirkungsweise des Filters 56 und des Detektors 58 werden noch eingehend beschrieben. Derjenige Teil des Laserstrahles 14, der durch den Strahlungsteiler 54 hindurchgeht, wird mittels eines Spiegele 24 auf den Film gelenkt· Wie oben beschrieben, bestimmt die Stellung des Spiegels 24 und die jeweilige Stellung der Platte 10 während ihrer Drehung den bestimmten Punkt des Filmes 38, gegen den der Laserstrahl in einem gegebenen Augenblick gerichtet wird.

Der die Laserquelle 16 verlassende Laserstrahl 14 enthält mehrere Frequenzkomponenten· Der zur Bildung dieserFrequenz-

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komponenten verwendete besondere Laser wird auf der Grundlage der Absorptions- und Durchlaßfähigkeit des Filmes 38 gewählt. Fig. 3 zeigt ein typisches Diagramm für die Durchlaßfähigkeit eines amorphen Halbleiters. Die Wellenlänge der.elektromagnetischen Energie, die an dem amorphen Halbleiter zur Wirkung gebracht wird, ist entlang der Abszisse, der durch den amorphen Halbleiter hindurchtretende Anteil an Energie in Prozent entlang der Ordinate aufgetragen. Die Durchlaßfähigkeit eines typischen amorphen Halbleitermaterials, das sich zur Verwendung gemäß der Erfindung eignet, ist als Kurve 62 dargestellt. Ein steiler Anstieg der Durchlaßfähigkeit des amorphen Halbleiters tritt, wie aus Fig. 3 ersichtlich, bei ca. 65OO A auf und wird im folgenden als Absorptionsgrenze bezeichnet. Elektro- ^ magnetische Energie von Wellenlängen unterhalb der Absorptionsgrenze wird von dem amorphen Halbleitermaterial absorbiert. Elektromagnetische Energie höherer Wellenlänge als der der Absorptionsgrenze wird durch das amorphe Halbleitermaterial durchgelassen. Dementsprechend wird Laserenergie» deren Fre quenz einar kürzeren Wellenlänge als 65OO Ä entspricht, in dem amorphen Film 38 absorbiert_; erzeugt clori Wärme und regt die elektrischen Ladungsträger .7,Vu. ./tromXeitung au, Laserenergie, deren Frequenz einer Wellenlänge oberhalb 65OO A entspricht, geht durcb den amorphen. Haibieiterfilm 38 hindurch, erzeugt jedoch darin nur verhältnismäßig wenig Wärme bzw. regt die Ladungsträger kaum an* Für verschiedene amorphe Halbleiter- *

zusammensetzungen weicht die Kurve 62 von der gemäß Fig. 3 ab. ™ Die Absorptionsgrenze kann dabei bei anderen Wellenlängen als dor- in Pig. 3 angedeuteten tor 65OG A auftreten. Auch kann der Anstieg der Durchlaufähgikeit weniger steil, als in Fig. 3 'i-rgesteilt. sein» Ohne Rücksicht auf die besondere For?n der kan-i iur Verwendung gemhii der Erfindung ein griar. .s-ait-, wenn die Möglichkeit besteht, mindestens fi Kit eitler Wellenlänge oberhalb der

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Absorptionsgrenze und eine andere Frequenzkomponente mit einer Wellenlänge unterhalb der Absorptionsgrenze zu erzeugen. Als typische Beispiele von Frequenzkomponenten sind in Fig. 3 eine Lesefrequenzkomponente 6k mit einer Wellenlänge von 7000 A* und eine Schreib- und Löschfrequenzkomponente 66 mit einer Wellenlänge von 5000 A dargestellt.

Im Betrieb wird ein Laserstrahl Ik, der aus den zwei Frequenzkomponenten 64 und 66 besteht, an dem Film 38 zur Wirkung gebracht. Die Lesekomponente 6k geht durch den Film 38 hindurch, im wesentlichen ohne auf diesen einzuwirken. Die Schreib- und Löschkomponente 66 wird hingegen von dem Film 38 absorbiert und bewirkt eine Änderung des Zustandes des Filmes 38 in Abhängigkeit von der Intensität der in den Laserstrahl 14 enthaltenen Energie, Wie aus Fig. 2 ersichtlich, wird der Film 38, wenn die Intensität des Laserstrahles Ik gleich der Intensität des Impulses k6 ist, in den kristallinen oder geordneteren Zustand, übergeführt, so daß an dem betreffenden Punkt des Filmes 38 eiu binäres Tnformationsbit geschrieben wird. Venn dieses Infοiwationsbit gelöscht wurden soll, wird der Modulator 18 durch vom Datenverarbeitauigssystem 22 auf eine Leitung 20 aufgregebetie Signal & dersrt eingestellt, daß an dem betreffenden Punkt ein Lts^^strahl "·■'■;· - -τϊ geringerer Intensität zur Einwirkung auf den Film 38 gebracht wird_e Die Intensität kann gleich der des Impulses kk sein. Dies hat zur Folge, daß der FiIw, 38 in dtm allgemein amorphen oder ungeordneten Zustand übergeführt wird, so daß das binäre Informationsbit gelöscht wird. Das Los ^a erfolgt dadurch, daß der Modulator 18 derart eingestellt wird. daß der dam Impuls 48 entsprechende niedrigste Intensitätspeß"^! zur Wirkung gebracht wird. Die Schreib- und Löschfrequenzkomponente 56, die in dem Leseimpuls k& enthalten ist, reich""· iiicht dazu aus, den Zustand des Filmes 38 zu verändern. Die LeSi»f requen2korp.ponen.te 64 das Impulses 4 8 geht durch den .;^vii:n

-'■ hindurch und wird vom Detektor aufgenommen. Die Energie-"«■;■'■; c- 5 di 0 der Detektor 30 aufnimmt, wenn aer Laserstrahl 1 > ■,.ircts öinsr· Tell'dee Filmes ")Ά hindurchgeht, der sich in tsiu'-M'

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BAD ORfGfNAL

kristallinen oder geordneteren Zustand befindet, ist geringer als die Energiemenge, die der Detektor 30 aufnimmt, wenn der gleiche Laserstrahl 14 durch einen Bereich des Filmes 38 hindurchtritt, der sich im amorphen oder ungeordneten Zustand befindet. Dies kann auf mindestens eine beliebige oder auf alle der Änderungen der elektromagnetischen Eigenschaften, wie Brechungsindex, Oberflächenreflexion, elektromagnetische Absorption und Durchlaßfähigkeit, Streufähigkeit gegenüber Partikeln oder Licht, zurückzuführen sein, die der Film 38 erfährt, wenn er aus einem in den anderen der beiden stabilen Zustände übergeführt wird. Der Detektor 30 erzeugt ein Signal, das der nach Durchtritt des Laserstrahles Ik durch die Speicherplatte 10 aufgenommenen Energiemenge proportional ist. Dieses Signal wird dem einen Eingang des Differentialverstärkers 3k zugeführt. Das andere, dem Differentialverstärker 3^ zugelieferte Eingangssignal wird von einem Detektor 58 erzeugt, der die gleiche Funktion wie der Detektor 30 ausübt. Die von dem Detektor 58 empfangene Energie geht durch einen Filter 56 hindurch, der beispielsweise aus den Elementen der Platte 10 besteht, wobei der Film 38 eich im amorphen oder ungeordneten Zustand befindet. Das Signal in der Leitung 60 ist also gleichwertig dem über die Leitung 32 ankommenden Signal , wenn der Laserstrahl 14 durch einen Teil der Speicherplatte 10 hindurchtritt, in der sich der Film 38 in amorphen oder ungeordneten Zustand befindet. Jegliche Abweichungen zwischen den über die Leitungen 60 und eintreffenden Signalen sind daher auf einen kristallinen oder geordneteren Zustand des Filmes 38 zurückzuführen. Venn den Eingängen des Differentialverstärkers 3^ unterschiedliche Signale zugeführt werden, wird ein Signal auf die Ausgangsleitung 36 aufgegeben, das angibt, daß an einer bestimmten, von der Stellung der Betätigungseinrichtung 26 und der Stellung der Platte 10 bei ihrer Drehung bestimmten Stelle ein binäres Informationsbit auf der Speicherplatte 10 aufgezeichnet ist. Entsprechend bekannten, bei Speichern aus optischen Massen verwendeten Verfahrensweisen können zum Stellen der Betätlgungs-

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einrichtung 26 Servomechanismen verwendet werden und zum Auffinden von an dem Film 38 aufgezeichneten Informationsspuren oder -zeilen an der Platte 10 vorher aufgezeichnete Zeitabstimmungs- oder Synchronisier-Bits verwendet werden.

Der Optikmassenspeicher gemäß Fig. k ist, abgesehen von dem Strablenlenksystem, ähnlich dem in Fig. 1 dargestellten. Übereinstimmende Teile in Fig. 1 und k sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Der amorphe Halbleiterfilm 38 und ein Träger kO aus Glas sind an einem Stützteil 7k montiert. Eine Ablenksteuerung 76, die entsprechend von dem Datenverarbeitungssystem 22 über eine Leitung 78 gelieferten Signalen arbeitet, betätigt ein zweidimensionales Abtastsystem 80, das den Laserstrahl 14 an bestimmten Bereichen des Filmes 38 zur Wirkung bringt. Dieses System arbeitet ähnlich dem gemäß Fig. 1, jedoch ohne daß dem Film 38 oder dem Detektor 30 eine mechanische Bewegung mitgeteilt wird. Der Film kann die Form einer rechteckigen Fläche haben, an der die Datenbits in Zeilen und Spalten gespeichert werden und jedes Datenbit mittels des Auslenk- oder Abtastsystems 80 adressierbar ist. In dem System gemäß Fig. k hat der Filter 56 eine ähnliche Durchlaßfähigkeit wie die aus dem Abtastsystem 80, dem Träger kO und dem Film 38 in dessen amorphem Zustand bestehende Kombination.

Fig. 5 zeigt einen Teil eines Systems gemäß der Erfindung, bei dem die drei Betriebsweisen, nämlich Schreiben, Löschen und Lesen, durch Verschiebung der Frequenz des Laserstrahls Ik herbeigeführt werden. Gleiche Teile sind in Fig. 5 mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 und k bezeichnet. Ein elektrooptischer Polarisator 86 ist in die Bahn des Laserstrahls Ik zwischen der Laserquelle 16 und dem Modulator 18 eingeschaltet· Der elektrooptische Polarisator 86 ändert die Polarisation des Strahles entsprechend von dem Datenverarbeitungssystem 22 über eine Leitung 88 zugelieferten Signalen, und dies geschieht immer dann, wenn die Frequenz des Laserstrahles 14 verdoppelt werden soll.

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In diesem Zustand hat der Laserstrahl 14 eine geeignete Polarisation für die Frequenzverdoppelung, wenn er einem nichtlinearen optischen Frequenzverdoppler 90 zugeführt wird, der z.B. aus Lithiumniobat bestehen kann.

Wenn ein amorphes Halbleitermaterial mit einer Durchlässigkeitscharakteristik gemäß Fig. 3 als Speicherfilm 38 verwendet wird, erzeugt das System gemäß Fig. 5 einen Laserstrahl, der zwischen zwei Frequenzen verschiebbar ist, deren eine oberhalb und deren andere unterhalb der Absorptionsgrenze liegt. Das System gemäß Fig. 5 kann in den Systemen gemäß Fig. 1 und k verwendet werden. In diesem Falle kann die der längeren Wellenlänge entsprechende Frequenz zum Ablesen der Informationen von dem Speicherfilm 38 verwendet werden. Wenn Informationen zu schreiben oder zu löschen sind, verändert der elektrooptische Polarisator 86 die Polarisation des Strahles in der für die Tätigkeit des Frequenzverdopplers 90 geeigneten Weise. Die Frequenz des am Modulator 18 ankommenden Laserstrahles "\h wird verdoppelt und fällt dann in den Absorptionsbereich des amorphen Speicherfilmes 38. Durch Steuern der Tätigkeit des Modulators 18 kann der Intensitätspegel des Laserstrahles zwischen dem Schreibimpulepegel 46 und dem Löschimpulspegel hk (Fig. 2) variiert werden. Das System gemäß Fig. 5 vereinigt die Technik der Frequenzverschiebung und der Intensitätsmodulation des Laserstrahles für das Lesen, Schreiben und Löschen eines Massenspeichersysteme. Das Optikmassen-Speiehersystem gemäß Fig. 1 und 4 kann auch zur Ausführung einer Fehlerprüffunktion beim Schreiben und Löschen verwendet werden. Da die Lesefrequenzkomponente 64 vorhanden ist, wenn der Schreibimpuls 46 und der Löschimpuls 44 an dem Film 38 zur Wirkung gebracht werden, kann ein Lesevorgang stattfinden, während gleichzeitig der Film aus dem einen in den anderen Zustand übergeführt wird. Dementsprechend wird in der oben beschriebenen Weise in der Leitung 36 &±n Signal entwickelt, das angibt, ob der betreffende Punkt am Film 38, der den

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Laserstrahl empfängt, sich im kristallinen oder amorphen Zustand befindet. Obwohl die Lesefrequenzkomponente 64 während des Schreib- bzw. Löschimpulsee 46 und 44 eine höhere Intensität hat, richtet der Strahlenteiler $k einen proportionalen Anteil dieser Energie gegen den Detektor 58, so daß der Differentialverstärker 34 unabhängig von der Amplitude des Laserstrahls arbeitet, wenn dieser den Modulator 18 verläßt, und nur auf die Differenz zwischen den Signalen an den Eingangsleitungen und 32 anspricht.

In dem Fall, daß der Film 38 unter Verwendung einer Frequenzkomponente 64 von hoher Intensität gelesen werden soll, kann das Frequenzverdoppelungssystem gemäß Fig. 5 verwendet werden, oder es kann ein Filter in eine Bahn des Laserstrahles 14 gebracht werden, der die Schreib- und Löschfrequenzkomponente 66 während des Lesevorganges ausfiltert. Eine andere Abwandlung kann vorgenommen werden, indem ein kontinuierlicher Laser, der eine kontinuierliche Lesefrequenzkomponente 64 erzeugt, und ein optischer Verschluß verwendet werden, welch letzterer wahlweise Schreib- und Löeefaimpulse der Frequenzkomponente 66 erzeugt.

Bei einigen Anvendungsfallen der Erfindung kann es erwünscht sein, die Lesefrequenzkomponente 64 dazu zu verwenden, das Löschen durch Erhöhung der Intensität dieser Komponente herbeizuführen. Da der Film 38, wenn er sich in seinem kristallinen oder geordneteren Zustand befindet, die Lesekomponente 64 absorbiert, kann er in den amorphen oder ungeordneten Zustand übergeführt werden»

Obwohl der kristalline Zustand des amorphen Halbleiters 38 als "beschriebener" Zustand, also als der die Binärinformationen enthaltende Zustand, bezeichnet ist, kann ein Film 38 verwendet wrden, der sich ursprünglich im kristallinen oder geordneteren Zustand befindet. Bei dieser abgewandelten Aueführungsform der

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Erfindung würden dann die Datenbits durch Überführen des Filmes an den gewählten Punkten in den amorphen oder ungeordneten Zustand aufgezeichnet werden. Das Lesen erfolgt dann durch Einsetzen eines Inverters in die Leitung 36 oder durch Verändern des Filters 56 in solcher Weise, daß der kristalline Zustand des Filmes 38 simuliert wird.

Obwohl bei dem System gemäß Fig. 1 eine mechanische Betätigungseinrichtung zur Erzielung der geradlinigen Bewegung des Laserstrahls \k verwendet wird, kann eine Laserstrahl-Ablenkvorrichtung ähnlich der zweidimensionalen Ablenkvorrichtung 80 gemäß Fig. h mit nur einer Ablenkriohtung im Verein mit einer Speicherplatte 10 verwendet werden. In diesem Fall kann eine Reihe von Detektoren 30, einer für jede Spur der Speicherplatte 10, verwendet werden, und deren Ausgangssignale können der Reihe nach zur Bildung eines Signals in der Leitung 32 summiert werden. Auf diese Weise würde die einzige mechanische Bewegung die konstante Drehung der Speicherplatte 10 sein. Der amorphe Halbleiterfilm 38 kann anstatt auf einer Speicherplatte 10 auf einer Trommel oder auf einem flexiblen Träger, beispielsweise einem Band, das von einer Spule auf eine andere übertragen wird, aufgetragen sein. Eine weitere Abwandlung kann vorgenommen werden, indem das Schreiben, Löschen und Lesen anstatt durch Hindurchschicken eine« Laserstrahles durch die Platte 10 durch Reflexion des Laserstrahles von dieser vorgenommen wird. Dies kann dadurch erreicht werden, daß der Detektor 30 mit entsprechenden Fil-fcern an der Unterseite der Scheibe 10 in. der Bahn des von dem Film 38 reflektierten Lichtes angeordnet wird. Bei dieser Abwandlung kann die Schreib- und Löschfrequenz auch zur Durchführung der Lesefunktion verwendet werden. Bei einer weiteren Abwandlung der Erfindung könnte der Laserstrahl Ik durch eine andere Quelle elektromagnetischer Energie ersetzt werden. In der elektromagnetischen Quelle können mehr als zwei Frequenzkomponenten vorhanden sein, und sie kann ein kontinuierliches Frequenzspektrum oberhalb und unterhalb der Absorptions-

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grenze des Filmes 38 aufweisen. Andere Typen von Quellen elektromagnetischer Energie, die sich zur Verwendung gemäß der Erfindung eignen, sind Linienspektren, die aus Gasentladungen, beispielsweise einer Quecksilberdampflampe, stammen.

Der Betrieb der Optikmassenspeicher laut obiger Beschreibung kann durch geeignetes Programmieren des Datenverarbeitungssystems 22 derart abgewandelt werden, daß an der Stelle eines einzigen Bits an dem Speicherfilm 38 mehr als nur eine Tätigkeit ausgeführt wird, bevor der Laserstrahl zur Stelle des nächsten Bits weiterbewegt wird. Beispielsweise kann es in manchen Anwendungsfällen erwünscht sein, an einer gegebenen Speicherstelle zuerst den dort gespeicherten Dat oder das Bit zu lesen und zu bestimmen, in welchem Zustand eich der Speicherfilm 38 befindet. Venn dann gewünscht wird, daß der Zustand geändert werden soll, wird ein Schreibvorgang durchgeführt. Anschließend kann es erwünscht sein, eine Prüfung auf Fehler durchzuführen, um festzustellen, ob der Schreibvorgang wirksam durchgeführt wurde. Es kann also durch den Laserstrahl lh ein Lesevorgang durchgeführt werden, und wenn die an dem Speicherfilm 38 gespeicherte Information korrekt ist, kann der Strahl 14 in die nächste Stellung vorrücken.

Obwohl die Erfindung oben nur an Hand des Speichers von Binärinformationen beschrieben wurde, besteht auch die Möglichkeit, gemäß der Erfindung Analoginformationen oder für das menschliche Auge lesbare Informationen aufzuzeichnen. Für diesen Anwendungsfall kann das von dem Detektor 30 erzeugte und auf die Leitung 32 aufgegebene Signal einer Kathodenstrahlröhre zugeführt werden und das Bild an der Vorderfläche derselben zur Darbietung gebracht werden. Anstatt dessen besteht die Möglichkeit, die Information direkt durch hindurchgeschicktes oder reflektiertes Licht sichtbar zu machen.

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Zahlreiche weitere Abwandlungen der mannigfaltigen Ausführungsformen der beschriebenen Erfindung sind ebenfalls ohne Abweichen vom Erfindungsgedanken möglich.

Patentansprüche

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Claims

Pat entansprüche

System zum Speichern und Abrufen von Informationen, gekennzeichnet durch:

a) eine Quelle elektromagnetischer Strahlung, die fähig

ist, Energie von mindestens einer ersten und einer zweiten Frequenz zu erzeugen;

b) eine Schicht eines Speichermaterials, das entsprechend der daran zur Wirkung gebrachten Menge an Energie der ersten Frequenz zwischen zwei stabilen Zuständen umschaltbar ist und das auf eine ihm zugeführte Energie der zweiten Frequenz eine unterschiedliche Wirkung ausübt, Jie nach dem, in welchem der stabilen Zustände sich das Material befindet;

c) eine Strahlenlenkeinrichtung zum Richten der elektromagnetischen Strahlung von der Quelle auf bestimmte Bereiche des Speichermaterials;

d) eine Steuereinrichtung zum Verändern der an dem Speichermaterial von der Strahlenlenkeinrichtung zur Wirkung gebrachten Menge an Energie der ersten Frequenz zum wahlweisen Umschalten gewisser Bereiche des Speichermaterials zwischen den beiden stabilen Zuständen für die Speicherung von Informationen in dem Speichermaterial; und

β) eine Ertaitt lungs einrichtung, die in Abhängigkeit von der Wirkung des Speichermateriala auf von der Strahlenlenkeinrichtung auf gewisse Bereiche des Speichermaterials gelenkte Energie der zweiten Frequenz ermittelt, in welchem der stabilen Zustände sich das Speichermaterial an den gewissen Bereichen befindet, so daö die in dem Speichermaterial gespeicherten Informationen abrufbar sind.

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2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermaterial ein amorphes Halbleitermaterial ist.
3· System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der eine der iwci stabilen Zustände, in denen sich das amorphe Halbleitermaterial befinden kann, ein allgemein amorpher oder ungeordneter Zustand und der andere der beiden stabilen Zustände ein kristalliner oder geordneterer Zustand ist, und daß das Material auf hindurchgeführte Energie der zweiten Frequenz in unterschiedlicher Weise einwirkt, je nach dem, ob sich das Material dort in seinem kristallinen oder in seinem amorphen Zustand befindet.
4. System nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung zum Umschalten des Speichermaterials in den kristallinen oder geordneteren Zustand eine relativ hohe Menge an Energie der ersten Frequenz und zum Umschalten des Speichermaterials in den amorphen oder ungeordneten Zustand eine geringere Menge an Energie der ersten Frequenz zur Wirkung bringt.
5« System nach einem der Ansprüche 2 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß das amorphe Halbleitermaterial eine solche Absorptionsfähigkeit hat, daß Energie innerhalb eines ersten Frequenzbereiches von dem Material absorbiert und Energie in eines zweiten Frequenzbereich durch das Material durchge- M lassen wird, und daß die erste Frequenz innerhalb des ersten Frequenzbereiches liegt und Strahlung dieser Frequenz von dem Material absorbiert wird, während die zweite Frequenz innerhalb des zweiten Frequenzbereiches liegt und Strahlung dieser Frequenz durch das Material durchgelassen wird.
6. System nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der erste Frequenzbereich höher als der zweite Frequenzbereich ist.

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7· System nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die +
die an dem Speichermaterial von der Strahlenlenkeinrichtung zur Wirkung gebrachte Menge an Energie der ersten Frequenz auf mindestens drei Pegel verändert, von denen der höchste ausreicht, um das speieherfähige Halbleitermaterial in den kristallinen oder geordneteren Zustand überzuführen, der mittlere ausreicht, um das Halbleitermaterial in seinen amorphen oder ungeordneten Zustand überzuführen, und deren niedrigster nicht ausreicht, um das Halbleitermaterial umzus chalt en.
8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7> dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung die dem Speichermaterial von der Strahlenlenkeinrichtung zugeführte Menge an Energie der zweiten Frequenz in einer Weise verändert, die relativ proportional der Weise ist, in der die Steuereinrichtung die erste Frequenz verändert, und daß die Energie der zweiten Frequenz in allen drei Energiepegeln ausreicht, um der Ermittlungseinrichtung zu ermöglichen, den stabilen Zustand des Speichermaterials festzustellen.
9· System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermaterial gegenüber ihm zugeführter Energie der zweiten Frequenz eine unterschiedliche Durchlaßfähigkeit hat, je nach dem, in welchem der stabilen Zustände sich das Material befindet, und daß die Ermittlungseinrichtung räumlich derart angeordnet ist, daß sie die dem Speichermaterial von der Strahlenlenkeinrichtung zugeführte elektromagnetische Strahlung nach deren Durchtritt durch das Material empfängt.
10. System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Einrichtung zum Verschieben der Frequenz der dem Speichermaterial von der Strahlenlenkeinrichtung zugeführten elektromagnetischen Strahlung zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz aufweist.

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+ Steuereinrichtung

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