DE2324778B2 - Optische speichereinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Speichereinrichtung mit einer auf einem Substrat angeordneten Schicht aus einem Material, dessen optisches Verhalten, wie Absorption, Reflexion und Durchlässigkeit, sich im

Bereich einer bestimmten materialabhängigen Übergangstemperatur, bei der ein Übergang zwischen halbleitendem und metallischem Zustand des Materials erfolgt, in Abhängigkeit von der Temperatur zwischen einem ersten und einem zweiten Zustand ausgeprägt ändert, mit einer ersten Strahlungsquelle, deren Strahlung relativ zur Schicht über diese beweglich ist, zum kurzzeitigen Aufheizen punktförmiger Bereiche der Schicht über die Übergangstemperatur, mit einer Temperaturhalteeinrichtung, die nach dem Aufheizen

Ί5 der punktförmigen Bereiche diese auf einen Temperaturwert hält, bei welchem das optische Verhalten der punktförmigen Bereiche der Schicht des optischen Materials zu dem zweiten Zustand geändert ist und mit

einer zweiten Strahlungsquelle, deren Strahlung relativ zur Schicht über diese beweglich ist zum Abtasten des optischen Verhaltens der einzelnen punktförmigen Bereiche der Schicht.

Es ist bereits bekannt (US-PS 35 09 348), daß eine Änderung des optischen Verhaltens des Speichermaterials in Verbindung mit zwei verschiedenen, gehaltenen Temperaturen im Bereich einer definierten Ubergangstemperatur erreichbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Speichereinrichtung der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß sie mit einfacheren Mitteln das Einschreiben und Speichern einer größeren Zahl von Informationen pro Flächeneinheit und ein einfaches Löschen unter Ausnutzung von Materialeigenschaften gestattet.

Erfindungsgemäß ist zur Lösung dieser Aufgabe vorgesehen, daß das optische Verhalten der Schicht des optischen Materials im Bereich der Übergangstemperatur eine breite Hystereseschleife zeigt, daß die Temperaturhalteeinrichtung eine Temperaturregeleinrichtung ist und daß die Temperaturregeleinrichtung während des Einchreibens und Speicherns von Information die mittlere Temperatur der Schicht auf die die mittlere Hysteresetemperatur bildende Übergangstemperatur einregelt.

Eine breite Hystereseschleife liegt dann vor, wenn das optische Verhalten sich ausgeprägt ändert in Abhängigkeit davon, ob die Temperatur der Schicht unten oder oben an die Übergangstemperatur herangeführt wird. Solche Hystereseschleifen sind in den Fig.4 und 5 dargestellt.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Anmeldungsgegenstand im Betrieb nur auf einer Temperatur gehalten zu werden braucht, nämlich der als Übergangstemperatur benutzten mittleren Hysteresetemperatur. Hierbei wird in punktförmigen Materialbereichen ein optisches Verhalten durch Heranführen der Temperatur von der einen Seite, beispielsweise durch vorheriges Abkühlen, und das wesentlich geänderte optische Verhalten durch Annahern der Temperatur von der anderen Seite, beispielsweise durch vorheriges Aufheizen, an die mittlere Hysteresetemperatur als Übergangstemperatur herbeigeführt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.

Die in den nachfolgend beschriebenen F i g. 4 und 5 dargestellten Hystereseschleifen zeigen das optische Verhalten einer Schicht aus Vanadiumdioxid (VO2) für Licht mit einer Wellenlänge von mehr als 9800 A. Für diese Wellenlänge zeigt die Hysterese der Reflexionskraft (Fig.4) einen Verlauf, der genau umgekehrt zu dem Verlauf der Hysterese der Reflektionskraft bei einer Wellenlänge von wesentlich unter 9800 A ist. Ein solcher umgekehrter Verlauf der Hysterese der Reflexionskraft ist in der Literaturstelle »Applied Physics Letters, Vol. 19, No. 11, Seite 453 bis 455«, dargestellt und beschrieben. Die Umkehrung für größere Wellenlängen ist zurückzuführen auf den Beitrag der freien Elektronenwolke zu der Reflexion, der als »Drude-Term« in sich mit Wellenoptik befassenden Physikbüchern erläutert ist, u. a. in dem Buch »Physics of Semi-Conductors, A. F. I ο f f e, Verlag Academic Press Inc., New York«.

Materialien mit den erforderlichen Hystereseeigen- ds schäften, die die breite Hystereseschleife zeigen, sind in den Untcransprüchen definiert und u. a. zu entnehmen dem Fachbuch »Metals Reference Book, Voll. Ill, 4.

Ausgabe, Verlag Butterworths, London, 1967«.

Als Substrat sind Materialien geeignet, die bis etwa 400° C temperaturfest sind und die Änderung des optischen Verhaltens, wie Absorption, Reflexion und Durch'Sssigkeit/der aufgebrachten Schicht nicht beeinflussen. Im Falle der Durchlässigkeit ist als Substrat ein transparentes Material erforderlich, wobei hierbei besonders geeignet Siliciumdioxid-Glas oder Natron-Glas ist.

Die Dicke der verwendeten Schicht ist abhängig von dem verwendeten Sensorsystem, wobei insbesondere bei der Anwendung der Durchlässigkeit ein Gleichgewicht eingehalten werden muß zwischen der optischen Durchlässigkeit und der Absorptionsfähigkeit der Schicht, so daß das Sensorsystem mit der erforderlichen Genauigkeit feststellen kann, ob Absorption oder Durchlässigkeit vorliegt. Bei Verwendung von Vanadiumdioxid (VO2) als Material für die Schicht sind Schichtdicken zwischen 1000 A und 4000 A sinnvoll, wobei eine Schichtdicke von 3000 A sich als besonders effektiv erwiesen hat.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben; in dieser zeigt schematisch

F i g. 1 eine teilweise geschnittene Draufsicht einer erfindungsgemäßen, für Computer geeigneten, optischen Speichereinrichtung,

Fig.2 eine teilweise geschnittene Draufsicht einer weiteren Ausführungsform,

F i g. 3 eine Vorderansicht der in den F i g. 1 und 2 dargestellten Scheibe, wobei zusätzlich thermoelektrische Kühlelemente dargestellt sind,

F i g. 4 ein Diagramm einer Hystereseschleife, das die Änderung der optischen Durchlässigkeit einer dünnen Schicht aus Vanadiumdioxid (VO₂) in Abhängigkeit von einer Änderung von deren Temperatur um eine Übergangstemperatur veranschaulicht,

F i g. 5 ein Diagramm einer Hystereseschleife, das die Änderung der optischen Reflexionskraft einer dünnen Schicht aus VO2 in Abhängigkeit von einer Änderung von deren Temperatur um die Übergangstemperatur veranschaulicht, und

Fig.6 eine Anordnung einer Sammeloptik, die zum Fokussieren von Lichtbündeln auf das Speichermaterial benutzbar ist.

Nach den F i g. 1 bis 3 ist eine als Substratträge! vorgesehene Scheibe 1 mit einem Durchmesser von ca 15 cm durch eine verkeilte Nabe 3 auf einer Ausgangs welle 5 eines Elektromotors 7 mit konstanter Drehzah fest angebracht, der sich mit 100 Umdrehungen prc Sekunde dreht, wobei das freie Ende der Welle 5 durch ein geeignetes Lager 9 abgestützt wird, so daß sich du Scheibe 1 ohne Vibrationen dreht. Es können aucl größere Scheiben, beispielsweise mit 30 cm oder sogai 50 cm Durchmesser, benutzt werden, und die Drehzah des Elektromotors kann dann modifiziert werden.

Die Scheibe 1 ist im Inneren eines Gehäuses If angeordnet, das ein als Heizungsrichtung dienende; Heizelement 13 enthält, das mit einer Regeleinrichtung 17 und einem Temperaturfühlelement 19 gekoppelt ist die zusammenwirken, um das Innere des Gehäuses 11 auf einer vorbestimmten Übergangstemperatur zi halten, die in diesem Fall 65° C ± 0,5° C beträgt.

Die Übergangstemperntur ist diejenige Temperatur bei der ein Übergang zwischen halbleitendem unc metallischem Zustand des Speichermaterials erfolgt Die Übergangstemperatur hängt ab von dem verwende ten Speichermaterial, das im vorliegenden Beispie

Vanadiumdioxid (VO2) ist, ebenso wie von der benutzten Kalibrierung. Ebenso hängen die Übergangstemperatur und die genaue Form der Hysteresiskurven, wie sie in den F i g. 4 und 5 dargestellt sind, von der körperlichen Form des VO2 in der Schicht, den Verunreinigungen oder Dotierungsmaterialien, die in dem VO₂ vorhanden sein können, und von der Art und Weise ab, in der die Schicht auf dem Substrat abgelagert worden ist.

Im allgemeinen werden zum Speichern dienende Schichten mit optimalen Eigenschaften und breiten Hysteresisschleifen hergestellt durch Hochfrequenzzerstäubung auf geeignete Substrate. Hier wurde ein geschmolzenes Siliciumdioxid-Substrat auf einer erhitzten Platte in einem System angeordnet, in welchem der Druck auf 0,6 Milli-Torr von Sauerstoff und 6,9 Milli-Torr von Argon eingeregelt war. Die Substrattemperatur wurde auf 350° C angehoben, und das Zerstäuben wurde mit einer Hochfrequenzleistung von 380 Watt von einem 99,9%igen Vanadiumtarget begonnen. Nach einer Vorzerstäubungsperiode von 15 Minuten, um das Erreichen eines Gleichgewichtes zu ermöglichen, und nach dem Entfernen einer Klappe wurde eine Ablagerung des VO2 auf das Substrat zugelassen. Dieser Arbeitsgang führt zu einer Ablagerungsgeschwindigkeit von näherungsweise 30 A/min von VO2.

Die obere Oberfläche der Scheibe 1 ist über einen äußeren ringförmigen Bereich mit einer dünnen Schicht aus VO2 beschichtet. Hier ist die Scheibe 1 aus geschmolzenem Siliciumdioxid hergestellt und weist die Schicht aus VO₂ eine Dicke von 3000 Ä auf.

In Fig.4 ist eine typische Hysteresisschleife für VO2 dargestellt, in der die optische Durchlässigkeit in Prozent punktförmig über der Temperatur aufgetragen ist. So nimmt der Prozentsatz der optischen Durchlässigkeit geringfügig ab, wenn die Temperatur der Schicht auf die Übergangstemperatur von 65°C gebracht wird. Wenn die Temperatur zu dieser Übergangstemperatur ansteigt, verläuft die optische Durchlässigkeit durch den Punkt A auf der Kennlinie zu dem Punkt B, der sich bei 65°C befindet. Wenn dann die Temperatur weiter angehoben wird, fällt die optische Durchlässigkeit schnell zu dem Punkt C. An diesem Punkt stabilisiert sich die optische Durchlässigkeit bei dem Punkt D, wenn die Schicht auf 65⁰C zurückgckühlt wird, und wenn eine weitere Kühlung herbeigeführt wird, steigt sie zu dem Punkt A, wobei sie einer anderen Kurve als der Kurve folgt, entlang der sie zum Punkt C gefallen ist. Somit wird in Abhängigkeit davon, ob die Übergangstemperatur von 65⁰C durch Aufheizen (vom Punkt A) oder durch Abkühlen (vom Punkt C) angenähert wird, eine y> sehr unterschiedliche optische Durchlässigkeit erreicht. An dem Punkt B ist die Schicht relativ optisch durchlässig und läßt Licht dort hindurchtreten, und an dem Punkt D ist sie relativ optisch undurchlässig und hält den grüßten Anteil des auf diese auffallenden Lichtes zurück.

Wenn die Schicht bei 65⁰C gehalten und ein Intensives Lichtbündel darauf fokussiert wird, wird ein punktförmlger Bereich der Schicht vom Punkt B bis über den Punkt C hinaus erhitzt, der undurchlässig do gemacht und beim Punkt D gespeichert wird, Wenn wiederum gelöscht werden soll, Ist es lediglich erforderlich, die Schicht auf den Punkt A zurückzuküh· len und dadurch wiederum optisch durchlässig zu machen. f,_Ä

FIg.3 zeigt eine Hysteresisschleife, in welcher die optische Reflexionskraft in Prozent punktförmig über der Temperatur für Wellenlängen größer all etwa 9800 A aufgetragen ist. Hier führt ein Aufheizen der Schicht zu einem Verlauf der optischen Reflexionskraft vom Punkt Ezum Punkt Fbei der Übergangstemperatur von etwa 65°C. In beiden Fällen ist die Reflexionskraft gering, und die Schicht absorbiert das Lichtbündel. Ein weiteres Erhitzen führt zu einem sehr schnellen Anstieg der Reflexionskraft bis zu dem Punkt G. Dann wird durch ein Abkühlen zurück zu der Übergangstemperatur von 65°C ein hoher Wert der Reflexionskraft der Schicht bei Punkt H aufrechterhalten. Wenn weiter abgekühlt wird, fällt die Reflexionskraft scharf ab zu dem Punkt E Wenn somit die Schicht, die sich auf 65°C befindet, durch das Auffallen eines Lichtbündels aufgeheizt wird, nimmt deren Reflexionskraft schnell vom Punkt F zum Punkt G zu. Hierdurch wird eine Information in punktförmige Bereiche auf der Schicht geschrieben, und wenn die Temperatur der Schicht zurück auf 65°C geht, wird die Information in die punktförmigen Bereiche bei dem Punkt H gespeichert, da diese punktförmigen Bereiche hohe Reflexionskraft aufweisen und ein für Lesezwecke auffallendes Lichtbündel reflektieren. Wenn die wieder gekühlt wird, fällt die optische Reflexionskraft schnell zum Punkt E wodurch die gespeicherte Information wieder gelöscht und die Schicht viel weniger reflektierend und mehr absorbierend gemacht wird.

In der oberen Wand des Gehäuses 11 ist eine geeignete Sammeloptik 21 in einer solchen Weise angeordnet, daß durch diese Optik verlaufende Strahlenbündel auf die auf die Scheibe 1 aufgebrachte Schicht 2 fokussiert werden. Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Einrichtung aus Spiegeln und Optiken ist schematisch dargestellt, jedoch ist eine Auslegung einer geeigneten Sammeloptik in Fig.6 in einer vergrößerten Querschnittsansicht dargestellt. Anstatt eine solche Sammcloptik zu benutzen, ist es ebenfalls möglich, eine Vielzahl von kleinen einfachen Linsen vorzusehen, die sich über den geeigneten Bereich der Scheibe 1 erstrecken, die mit der Schicht 2 aus VO2 beschichtet ist.

Alle Teile im Inneren des Gehäuses 11, die nicht mit der tatsächlichen Übertragung von Licht verbunden sind, sind mit einem mattschwarzen Finish vorgesehen, um Lichtrcflexion zu vermeiden und eine Absorption von allem einfallenden Licht zu bewirken.

Als Teil einer Meßeinrichtung ist ein lichtempfindliches Element 23 in dem Gehäuse 11 vorgesehen, dus Lichtbündcl empfängt, die entweder durch die Schicht 2 und die Scheibe 1 (F i g. 1) hindurchtreten oder durch die Schicht 2 (Fig.2) reflektiert werden, und geeignete Ausgangssignale erzeugt, wenn diese Bündel auffallen Nach Fig. I kann zwischen der Scheibe I und dem lichtempfindlichen Element 23 eine weitere Linse 21 angeordnet sein, die die Bündel von einem breiter Winkel zu dem lichtempfindlichen Element 23 fokussiert, so daß das lichtempfindliche Element viel kleinci als die Breite der VOj-Schlcht auf der Scheibe 1 sein kann.

Außerhalb des Gehäuses Il ist ein Laser 31 angeordnet, der Lichtbündel der gwünschten Wellen' länge mit den erforderlichen Leistungen erzeugt. Irr allgemeinen sind Laser geeignet, die Wellenlänger zwischen etwa 0,2 Mikron und IO Mikron unc Leistungen In dem Bereich zwischen etwa 30 und 5(X Milliwatt erzeugen. Hler wird ein Laser benutzt, der ml einer Wellenlänge von 1,06 Mikron und mit elnei Leistung 230 Milliwatt arbeitet. Koaxial zu dem Laser Is ein optischer Modulator 41 vorgesehen, durch den die von dem Laser 31 erzeugten Laserbündel hlndurchtre

ten. Dieser Modulator 41 ist mit einem »Ein«- und »Aus«-Effekt vorgesehen, der eine Durchlässigkeit von etwa 80% der von dem Laser 31 ausgesendeten Leistung bzw. etwa 1% bewirkt. Es wird zum Aufzeichnen der Modulator mit einer vorbestimmten Sequenz »ein«- und »aus«-geschaltet, so daß er eine hohe Durchlässigkeit und eine niedrige Durchlässigkeit des Laserbündels aufeinanderfolgen läßt. Dieses Bündel wird weiter übertragen und durch die Einrichtung mit Spiegeln und Optiken auf die Speicherschicht fokussiert, auf welcher undurchlässige punktförmige Informationsbereiche oder »Bits« so aufgezeichnet werden.

Im Falle des Lesens kann der Modulator vollständig in dem »Aus«-Zustand bleiben, so daß die Leistung des Lasers auf etwa 1% oder etwa 1 Milliwatt abgeschwächt ist.

Auf dem Modulator 41 folgt ein Teleskop 42, das zu diesem koaxial angeordnet ist. Das durch den Laser erzeugte Bündel weist üblicherweise einen kleinen Durchmesser von 1 bis 3 mm auf. Das Teleskop vergrößert diesen Durchmesser des Bündels auf etwa 30 mm und macht es dadurch viel besser geeignet für eine weitere optische Übertragung und Reflexion. So beträgt nach F i g. 6 der Bündeldurchmesser »d« etwa 30 mm.

Auf das Teleskop 42 folgend ist axial zu diesem ein akusto-optischer Deflektor 43 vorgesehen, der etwa 200 Ablenkungen des von dem Laser empfangenen Bündels erzeugt.

Ein Bündel, beispielsweise das Bündel »a«, »b« oder »c«, das durch den akusto-optischen Deflektor 43 in einer geeigneten Richtung abgelenkt worden ist, wird zu einem Spiegel 45 gerichtet, der selber in viele alternative Stellungen durch eine Betätigungseinrichtung 46 eingestellt werden kann (wie es in Fig. 1 dargestellt ist, in welcher kleine Pfeile die Bewegungen eines solchen Spiegels veranschaulichen). Der dargestellte Spiegel ist ein Galvanometerspiegel, der durch 25 verschiedene Stellungen bewegt werden kann.

Der Spiegel 45 reflektiert dann das von dem akusto-optischen Deflektor empfangene Bündel zu der Sammeloptik 21, die das Bündel auf die Schicht 2 fokussiert. In jeder Stellung des Spiegels 45 können etwa 200 Spuren entsprechend den 200 Bündeln, die durch den akusto-optischen Deflektor 43 abgelenkt werden können, aufgezeichnet und auf der Schicht gespeichert werden. Da 25 Stellungen des Spiegels 45 gegeben sind, ist es somit möglich, etwa 25 Informntionsbünder, von denen jedes 200 Spuren enthält, aufzuzeichnen. Wenn eine mittlere Spurlünge von 25 cm und ein Abstand von 10 Mikron für die geschriebenen punktförmigen Bereiche angenommen wird, werden somit etwa 25 000 Informationsbits pro Spur und 5 x.lO· Informationsbits pro Band aufgezeichnet. Dies bedeutet, daß eine Scheibe mit 15 cm Durchmesser, deren angenäherte Größe in Pig.3 dargestellt ist, 1,25χ 10* Informationsbits speichern kann. Dabei ist nur ein Teil dieser Scheibe mit der Schicht beschichtet, wahrend die daraufgespeicherte Informationsmenge angonllhcrt der entspricht, die Jetzt in einem Stapel von Magnet· Speicherscheiben mit 10 Doppeloberflächen und 33 cm Abmessung gespeichert wird.

Für Lesezwecke werden die Spuren der gespeicherten Information der optischen Speichoreinrichtung statistisch abgestastet. Durch eine vom Computer gelieferte Information wird das Deflektorsystem In die richtige Spur geführt. Die Auswahl der richtigen Spur erfolgt dann durch ein rückgekoppeltes Regelsystem, wobei eine Positionsinformation vorgesehen ist durch Bezugsspuren, die vorher auf die Scheibe aufgezeichnet worden sind. Im allgemeinen weist jedes Band von 200 Spuren zwei oder drei erste Spuren für Bezugszwecke auf.

Es ist ebenfalls erforderlich, den Betrieb von äußeren, den photoempfindlichen Elementen und dem Modulator zugeordneten Schaltungen mit der Drehung der Scheibe 1 zu synchronisieren, und zu diesem Zweck kann die

ίο Scheibe 1 an ihrer Kante mit einer Vielzahl von Radiallinien in vorbestimmten Intervallen vorgesehen sein. Diese Linien können ausgebildet werden durch Entfernen oder Abkratzen sehr dünner und kurzer radialer Streifen 51 von der Kante der Scheibe, so daß Licht von einer Punktlichtquelle 53 dort hindurch zu einer photoelektrischen Zelle 55 verlaufen kann. Der Ausgang von der Zelle 55 liefert somit einen Impuls für jede Linie 51, was zu einem für die Synchronisierung und Drehzahlsteuerung erforderlichen Ausgangssignal führt.

Zusätzlich können thermoelektrische Kühler 57 gerade über der sich drehenden Scheibe 1 vorgesehen sein. Hier sind 25 solcher Kühler vorgesehen, einer gerade über jedem der 25 auf die Scheibe aufgezeichne ten Bänder. Die thermoelektrischen Kühlelemente sind nach F i g. 3 gerade so über jedem Band der Scheibe angeordnet, daß sie unabhängig auf jedes solches Band einwirken können, um nur ein ausgewähltes Band zu einer Zeit zu kühlen. Da die Scheibe aus Glas mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit hergestellt ist, kann der Kühleffekt von jedem der Elemente auf das zugeordnete Band begrenzt werden, wenn sich die Scheibe dreht. Der Pfeil R zeigt die Drehrichtung der Scheibe 1 an. Es ist somit möglich, nur das gewünschte Band oder gewünschte Bänder der aufgezeichneten Information zu löschen, ohne die verbleibenden Bänder zu beeinflussen.

Es wird jetzt die Betriebsweise der optischen Speichereinrichtung erläutert. Der Motor 7 dreht die Scheibe 1 mit ihrer vorbestimmten Arbeitsdrehzahl von

100 Umdrehungen pro Sekunde, und die Regeleinrichtung 17 bringt den Inhalt des Gehäuses Il auf eine vorbestimmte Übergangstemperatur und hält diese. Die Übergangstemperatur beträgt 65⁰C ± 0,5⁰C für eine mit einer VOj-Schicht hergestellte Speichereinrichtung.

Während der Inbetriebnahme der optischen Speichereinrichtung folgt die gesamte VOj-Schicht dem Teil der in F i g. 4 dargestellten Hystcrcsis-Kennlinic von A nach ßund befindet sich in dem Zustand am Punkt B auf der Kurve, wo alle Bereiche der Schicht eine relativ hohe

v> optische Durchlässigkeit für Licht aufweisen, d. h. optisch transparent sind. Dieser Punkt wird als der zusatnd »Null« bezeichnet und bewirkt ein hohes Ausgangssignal des lichtempfindlichen Elementes 23. Der entgegengesetzte Zustand am Punkt D mit einer

SS geringen optischen Durchlässigkeit wird als Zustand »Eins« bezeichnet. Dieser Zustand »Eins« wird durch Kühlen von C nach D erreicht, und in diesem Zustand wird die durch Aufheizen von B nach C erzeugte aufgezeichnete Information gespeichert. In diesem

fto Zustand »Eins« weisen die Bereiche der Schicht, die zuerst erhitzt und dann zurück zu diesem Zustand gekühlt worden sind, eine geringe optische Durchlässigkeit auf, d. h. sind optisch undurchsichtig geworden. Sie erzeugen ein niedriges oder »negatives« Ausgangssi·

". gnnl des lichtempfindlichen Elementes 23.

Wenn das OehHuse Il und dessen Inhalt eine stabile Betriebstemperatur (In diesem Fall 63⁰C ± 0,3"C) erreicht haben, wird der Loser 31 eingesetzt zum

700 B31/221

Aufzeichnen und Lesen von Binärinformationen auf punktiörmigen Bereichen der VCVSchicht, wobei diese Bereiche als Binär-Speicherzellen wirken. Hierbei wird der Modulator 41 so betrieben, daß im wesentlichen keine Lichtenergie (etwa 1% oder weniger) durch das optische System zu der VC>2-Schicht (im »Aus«-Zustand) verläuft. Um ein Aufzeichnen von Binärsymbolen zu bewirken, wird der Modulator in den »Ein«-Zustand geschaltet, um eine maximale Übertragung (etwa 80% der Lichtenergie) zuzulassen. Dann wird das durch den Modulator verlaufende Lichtbündel durch den akustooptischen Deflektor 43 geführt, und der Spiegel 45 reflektiert es durch die Sammeloptik 21, die es auf punktförmige Bereiche der VCVSchicht 2 fokussiert. Jeder punktförmige Bereich, auf den das Licht fokussiert wird, weist einen Durchmesser von etwa 5 Mikron auf. Der Modulator wird so betrieben, daß die Zeitdauer für einen punktförmigen Bereich einer Punktwanderung auf der Scheibe von einem Mikron entspricht, d. h., da die Lineargeschwindigkeit der Scheibe etwa 40 Millionen Mikron pro Sekunde beträgt, beträgt die Zeit für einen punktförmigen Bereich 25 Nanosekunden. Somit weist der punktförmige Bereich der Schicht, der durch das Erhitzen aufgrund der Bestrahlung beeinflußt worden ist, eine Breite von etwa 5 Mikron und eine Länge von etwa 6 Mikron auf. Es können somit punktförmige Bereiche mit einer Umfangsteilung von etwa 10 Mikron aufgezeichnet werden.

Um die Information, die vorher in der oben beschriebenen Weise gespeichert worden ist, aus der Scheibe auszulesen, wird der Modulator 4 »aus«- geschaltct auf etwa 1% Lichtdurchlässigkeit, wobei das ■ Licht ein kontinuierliches Bündel bildet, das statistisch die verschiedenen vorher aufgezeichneten Spuren abtasten kann. Wenn dieses Licht vom Laser 41 einen Bereich in dem Zustand »Eins« (Zustand geringer Lichtdurchlässigkeit) streift, dann wird das auf den aufgezeichneten punktförmigen Bereich fallende Licht zurückgehalten und kann nicht zu dem lichtempfindlichen Element 23 darunter gelangen. Dadurch wird ein negativer elektrischer Impuls von dem lichtempfindlichen Element 23 erzeugt. Die Dauer dieses Impulses wird bestimmt durch die Abmaße des aufgezeichneten Bereiches und betrügt etwa 25 Nanosekunden pro Bereich. Wenn dieses Licht einen Bereich im Zustund »Null« (Zustand hoher Lichtdurchlässigkeit) antrifft, wird es dort hindurch auf das lichtempfindliche Element geführt, und es wird ein konstanter Ausgang von diesem Element erzeugt. Das Vorhandensein einer aufgezeichneten Information wird somit durch das Aussenden negativer Impulse vom lichtempfindlichen Element angezeigt. Hier wird als lichtempfindliches Element ein Sl-Photovervielfacher verwendet.

Um die Information auf einem Streifen der VO2-Schicht zu ändern, ist es erforderlich, das Band vollständig zurück zu dem Zustand »Null« oder Punkt B in Fig.4 zu löschen, und dies wird ausgeführt durch Kühlen des vorgewählten Bandes, indem das zugeordnete thermoelektrische Element 57 erregt wird und das dadurch die Temperatur des Bandes unter die Temperatur gebracht wird, die dem Punkt A in F i g. 4 entspricht. Dann ist unvermeidlich jeder Bereich auf dem Band im Zustand »Null«, wenn die Temperatur wieder auf die Übergangstemperatur des Gehäuses von 65⁰C ansteigen kann. Danach kann wiederum ein Aufzeichnen auf dem Band erfolgen. Die gesamte auf einer Scheibe aufgezeichnete Information kann leicht gelöscht werden, indem einfach die Temperatur des

Gehäuses 11 auf einen Pegel unter den Punkt A in F i g. 4 abgesenkt wird.

Die Betriebsweise der in Fig.2 dargestellten Einrichtung ist sehr ähnlich der oben mit Bezug auf F i g. 1 beschriebenen, jedoch werden die durch die Sammeloptik 21 auf die Schicht 2 fokussierten Strahlen, anstatt durch die Schicht und die Scheibe 1 zu verlaufen, von dieser zu dem lichtempfindlichen Elemont 23 reflektiert. In diesem Fall folgen die Aufzeichnungs-, Lese- und Lösch-Funktionen der Hysteresiskurvc in F i g. 5, und der Zustand »Null« befindet sich beim Punkt Fder Kurve, während sich der Zustand »Eins« am Punkt W der Kurve befindet.

Anstelle der Scheibe, auf der die Speicherschicht abgelagert worden ist, kann eine Trommel benutzt werden, wobei beispielsweise das lichtempfindliche Element auf der Achse der Trommel angeordnet sein kann. Ebenfalls kann die Schicht auf eine fixierte Platte aufgebracht sein, wobei alle Teile der Einrichtung fixiert sind. In einem solchen Falle können zwei akusto-oplischc oder elektrooptische Reflektoren oder Galvano meterspicgel benutzt werden, die im rechten Winkel zueinander arbeiten, wobei der eine den Strahl in der X-Richtung und der andere in der V-Richtung ablenkt und eine rechtwinklige Oberfläche abgetastet wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche;

1. Optische Speichereinrichtung mit einer auf einem Substrat angeordneten Schicht aus einem Material, dessen optisches Verhalten, wie Absorption, Reflexion und Durchlässigkeit, sich im Bereich einer bestimmten materialabhängigen Übergangstemperatur, bei der ein Übergang zwischen halbleitendem und metallischem Zustand des Materials erfolgt, in Abhängigkeit von der Temperatur zwischen einem ersten und einem zweiten Zustand ausgeprägt ändert, mit einer ersten Strahlungsquelle, deren Strahlung relativ zur Schicht über diese beweglich ist, zum kurzzeitigen Aufheizen punktförmiger Bereiche der Schicht über die Übergangsternperatur, mit einer Temperaturhalteeinrichtung, die nach dem Aufheizen der punktförmigen Bereiche diese auf einen Temperaturwert hält, bei welchem das optische Verhalten der punktförmigen Bereiche der Schicht des optischen Materials zu dem zweiten Zustand geändert ist und mit einer zweiten Strahlungsquelle, deren Strahlung relativ zur Schicht über diese beweglich ist zum Abtasten des optischen Verhaltens der einzelnen punktförmigen Bereiche der Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Verhalten der Schicht (2) des optischen Materials im Bereich der Übergangstemperatur eine breite Hystereseschleife (F i g. 4 und 5) zeigt, daß die Temperaturhalteeinrichtung eine Temperaturregeleinrichtung (13,17,19) ist und daß die Temperaturregeleinrichtung während des Einschreibens und Speicherns von Information die mittlere Temperatur der Schicht auf die die mittlere Hysteresetemperatur bildende Übergangstemperatur einregelt.

2. Optische Speichereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Material der Schicht (2) im ersten Zustand eine geringe Durchlässigkeit und im zweiten Zustand eine hohe Durchlässigkeit aufweist und daß eine Meßeinrichtung (23, 24) vorgesehen ist, die die durch die punktförmigen Bereiche der Schicht (2) hindurchgehende Strahlung registriert.

3. Optische Speichereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Material der Schicht (2) im ersten Zustand eine hohe Reflexionskraft und im zweiten Zustand eine geringere Reflexionskraft aufweist und daß eine Meßeinrichtung (23) vorgesehen ist, die die von den punktförmigen Bereichen der Schicht (2) reflektierte Strahlung registriert.

4. Optische Speichereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Strahlungsquelle von einem einzigen Laser (31) gebildet sind, dem ein Modulator (41) zugeordnet ist, der in einer Einstellung eine erste Strahlung vorbestimmter Wellenlänge und hoher Leistung in einer vorbestimmten Taktfolge zum Einschreiben und Speichern durch Aufheizen punktförmiger Bereiche der Schicht (2) und in einer zweiten Einstellung eine zweite Strahlung mit derselben Wellenlänge und geringer Leistung kontinuierlich zum Lesen durch Abtasten des optischen Verhaltens der punktförmigen Bereiche der Schicht (2) hindurchtreten läßt.

5. Optische Speichereinrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Einrichtung mit Spiegeln (45) und Optiken (21, 42, 43) zum Fokussieren der Strahlung des einzigen Lasers (31) auf den punktförmigen Bereichen der Schicht (2) des optischen Materials.

6. Optische Speichereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Material der Schicht (2) Vanadiumdioxid (VO₂) umfaßt.

7. Optische Speichereinrichtung nach den Ansprüchen 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die

ίο Wellenlänge der Strahlung zum Aufheizen bei Ausnutzung der Reflexion größer als 9800 Angström (A) ist.

8. Optische Speichereinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (2)

ι s eine Dicke zwischen 1000 und 4000 A aufweist.

9. Optische Speichereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Material der Schicht (2) V₂O₃, Ag₂Si oder Cu₂HgI₄ umfaßt.

10. Optische Speichereinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Übergangstemperatur 65° C für VO₂, 120⁰C für V₂O₃, 18O⁰C für Ag₂Si und 60°C für Cu₂HgI₄ vorgesehen ist.

11. Optische Speichereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturrcgeleinrichtung (13,17,19) ein das Substrat (1) mit darauf angeordneter Schicht (2) umgebendes Gehäuse (11), eine Heizeinrichtung

(13) und einen im Gehäuse angeordneten Temperaturfühler (19) umfaßt und die Gehäusetemperatur regelt.

12. Optische Speichereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) als Scheibe ausgebildet ist und daß die Scheibe mit einer vorbestimmten Drehzahl und synchronisiert mit den Strahlungsquellen drehbar (7) ist.

13. Optische Speichereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum selektiven Löschen Kühleinrichtungen (57) vorgesehen sind, mit denen die Schicht (2) in vorbestimmten Bereichen unter die Übergangstemperatur abkühlbar und dadurch die dort gelegenen punktförmigen Bereichen in den ersten Zustand rückführbar sind.