DE60120002T2 - Dreidimensionales optisches Speichermedium und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein dreidimensionales optisches Speichermedium, in dem Information durch dreidimensionales und lokales Bilden eines Bereiches, in dem eine Valenz von lumineszierenden Ionen wie z. B. Seltenerdmetallionen geändert wurde, in einem lumineszierende Ionen enthaltenden, festen Medium aufgezeichnet wird und dadurch eine Emissionswellenlänge und Lichtstärke der lumineszierenden Ionen relativ zu umgebenden lumineszierenden Ionen geändert wird. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen des dreidimensionalen optischen Speichermediums durch Aufzeichnen von Information in dem festen Medium.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • In jüngster Vergangenheit ist der Bedarf, die Kapazität eines optischen Speicherelements zu erhöhen, gestiegen und die Forschung an und die Entwicklung der Techniken dieses Thema betreffend werden energisch vorangetrieben. In Bezug auf solche Techniken wurde ein Verfahren zum Erhöhen der Kapazität eines optischen Speicherelements durch Verkürzen einer Wellenlänge eines schreibenden Laserstrahls und dadurch Erhöhen einer Aufzeichnungsdichte untersucht. Da jedoch ein optisches Material seine Absorptionsrate mit einer Verkürzung einer Wellenlänge solch eines Laserstrahls erhöht, wird etwa die Hälfte einer gegenwärtig verfügbaren Wellenlänge von 780 nm ein Grenzwert für das Verkürzen der Wellenlänge sein. Da eine Bitgröße auf Grund einer Beugungsgrenze bei der Wellenlänge begrenzt ist, geht man davon aus, dass eine obere Grenze zum Er höhen der Aufzeichnungsdichte etwa beim Vierfachen des gegenwärtig erreichbaren Wertes liegen wird.
  • Unter diesen Umständen wird die Erhöhung der Kapazität eines optischen Speicherelements durch Erhöhen einer räumlichen Dimension einer Aufzeichnung von zwei Dimensionen auf drei Dimensionen anstelle einer Erhöhung einer relativen Aufzeichnungsdichte durch Reduktion der Größe eines aufgezeichneten Bereiches untersucht. Die Verfahren, die zu diesem System gehören, umfassen ein Verfahren einer dreidimensionalen Aufzeichnung von Information durch Verwendung eines photochromen Materials, dessen Transmissionsgrad sich durch die Einstrahlung von Licht ändert, und ein Verfahren einer dreidimensionalen Erzeugung einer Änderung eines Brechungsindex durch Verwendung von photorefraktiven Kristallen. In dem Verfahren, das ein photochromes Material verwendet, zeigt jedoch ein organisches Material die Tendenz zu bewirken, dass das photochrome Material eine Verschlechterung und Zersetzung erfährt, die auf Wärme und Licht zurückzuführen sind. Des Weiteren ändert sich die Aufzeichnungsbedingung im Lauf der Zeit und selbst das lesende Licht bewirkt ein Fortschreiten einer optischen Reaktion auf Grund einer hohen Empfindlichkeit des photochromen Materials und eine sich ändernde Aufzeichnungsbedingung, wobei dies die Nachteile dieses Verfahrens sind. Andererseits wird in dem Verfahren, das photorefraktive Kristalle verwendet, die Aufzeichnungsbedingung in verschiedenen axialen Richtungen des Kristalls während eines Aufzeichnungsvorgangs verschieden, da die photorefraktiven Kristalle eine optische Anisotropie aufweisen.
  • Die Studie, die Kapazität eines optischen Speicherelements durch Multiplexen einer Wellenlänge des Lichts, das für Informationslese- und Schreiboperationen verwendet wird, zu erhöhen und dadurch die Aufzeichnungsdichte pro Stelle zu erhöhen, wird ebenfalls vorangetrieben. Die zu diesem System gehörenden Techniken umfassen das Photochemical Hole Burning (PHB). Die Photochemical Hole Burning-Techniken verwenden eine vergrößerte Breite eines optischen Absorptionsspektrums von aktiven Zentren in einem System, in dem ein organisches Pigment oder Seltenerdmetallionen als aktive Zentren in einem durchsichtigen festen Medium, das aus Glas, einem Polymer, Ionenkristallen und Metalloxidkristallen besteht, verteilt sind, im Vergleich mit einer Breite (gleichmäßigen Breite), die das Spektrum auf Grund der Nichtgleichförmigkeit des Mediums ursprünglich aufweist. Und zwar wird, wenn ein Laserstrahl mit einer schmalen Breite auf eine spezielle Wellenlänge innerhalb einer ungleichmäßigen Breite des Spektrums angewendet wird, die Absorption der Strahlungswellenlänge gesättigt, um das Absorptionsspektrum in einen ausgehöhlten Zustand zu versetzen. Gemäß diesem Verfahren spricht man davon, dass im Prinzip eine Vielzahl von nicht weniger als 103 pro Stelle erreicht werden kann, und dass eine Aufzeichnungsdichte auf 1011 Bits/cm2 erhöht werden kann.
  • Die meisten der PHB-Phänomene werden jedoch nur bei einer extrem niedrigen Temperatur von nicht mehr als –200°C beobachtet und diese Phänomene treten bei Raumtemperatur nicht auf, was Probleme aufwirft. In jüngster Vergangenheit wurde ein PHB-Phänomen sogar bei Raumtemperatur beobachtet (siehe K. Hirao et al., J. Lumi., 55, 217 (1993)), aber Probleme einschließlich einer niedrigen Vielzahl und einer geringen Produktionseffizient bleiben ungelöst. Ein dreidimensionales optisches Speicherglas, das solche Probleme löst, wird in dem US-Patent 5 694 249, das dem offen gelegten japanischen Patent Nr. 8-220 688 entspricht, gelehrt. Dieses dreidimensionale optische Speicherglas ist stabil gegenüber Wärme und Licht und weist keine optische Anisotropie auf. Wenn ein gepulster Laserstrahl gebündelt oder konvergent auf das Innere einer Glasmatrix aufgebracht wird, wenn die Glasmatrix damit dreidimensional abgetastet wird, tritt eine photoinduzierte Änderung eines Brechungsindex in feinen Stellen auf, und Information wird als räumliche Brechungsindexverteilung aufgezeichnet. Dieses Verfahren ermöglicht aufgezeichnete Information, die für eine lange Zeit stabil gegenüber Wärme und Licht und überlegen hinsichtlich Witterungsbeständigkeit ist, und ermöglicht es, die Aufzeichnungskapazität einer optischen Platte zu erhöhen.
  • Ein optisches Speicherglas, das eine Änderung eines Absorptionskoeffizienten eines Bereiches von Stellen durch Bilden einer einzigen oder mehrer Stellen, in der/denen die Partikelverteilungsbedingung durch konvergentes Aufbringen eines gepulsten Laserstrahls auf das Innere eines partikelverteilten Mediums lokal geändert wird, ist in dem offen gelegten japanischen Patent Nr. 11-232 706 beschrieben.
  • Die in den offen gelegten japanischen Patenten Nr. 8-220 688 und 11-232 706 offen gelegten dreidimensionalen optischen Speicher sind dadurch gekennzeichnet, dass ein Signal als eine Reflexion oder Transmission detektiert wird.
  • In dem Fall des in dem offen gelegten japanischen Patent Nr. 8-220 688 gelehrten optischen Speicherglases sind die darin verwendeten Techniken darauf begrenzt, eine Änderung eines Brechungsindex durch konvergentes Aufbringen eines gepulsten Laserstrahls auf eine Glasmatrix zu induzieren, und das Material selbst, das mit dem gepulsten Laserstrahl bestrahlt wird, ist dasselbe. Daher tritt eine große Änderung einer Zusammensetzung zwischen dem Abschnitt des Materials, in dem eine Änderung eines Brechungsindex auftritt, und dem Abschnitt davon, in dem eine Änderung eines Brechungsindex nicht auftritt, nicht auf und der Betrag einer induzierten Brechungsindex-Änderung kann nicht stark vergrößert werden. In diesem optischen Speicherglas wird eine Änderung einer Transmission oder Reflexion, die durch eine Änderung eines Brechungsindex allein bewirkt wird, verwendet. Auf Grund einer kleinen Änderung eines Brechungsindex kann ein Kontrast (S/N) beim Lesen von aufgezeichneter Information nicht auf einen hohen Wert erhöht werden.
  • In dem Fall des in dem offen gelegten japanischen Patent Nr. 11-232 706 gelehrten optischen Speicherglases wird eine Verringerung eines Absorptionskoeffizienten auf Grund der Änderung der Anzahl, Größe und Art feiner Partikel verwendet und eine Reflexion oder Transmission wird als ein Signal gelesen. Es. ist daher erforderlich, dass das Licht in einem Absorptionswellenlängenbereich eines partikelverteilten Mediums für einen Lesevorgang verwendet wird. Dies kann bewirken, dass ein Lesekontrast (S/N) verschlechtert wird, wenn die Anzahl der Aufzeichnungsschichten zunimmt, und die Signaltrennung zwischen den Aufzeichnungsschichten ebenfalls verschlechtert wird, da ein Absorptionskoeffizient eines umgebenden Bereiches größer als der des aufgezeichneten Bereiches ist.
  • Die WO-A-99 36 171 (vergleiche den Oberbegriff von Anspruch 1) offenbart ein Verfahren zum selektiven Umbilden eines inneren Teils eines anorganischen Körpers, der ein Seltenerd- und/oder Übergangsmetallion enthält. Der anorganische Körper wird mit einem gepulsten Laserstrahl auf solch eine Weise bestrahlt, dass ein Brennpunkt des gepulsten Laserstrahls auf einen inneren Teil des anorganischen Körpers eingestellt ist. Der anorganische Körper kann ein Glas oder Kristall sein, das/der eines oder mehrere von einem Oxid, Halogenid und Chalkogenid enthält. Das Seltenerdion kann eines oder mehreren von Ce, Nd, Pr, Sm, Eu, Tb, Dy, Tm sein. Das Übergangsmetallion kann eines oder mehrere von Ti, Mn, Cr, V, Fe, Cu, Mo und Ru sein. Wenn der Brennpunkt in Bezug auf den anorganischen Körper relativ verschoben wird, wird eine Domäne mit einer geänderten Ionenvalenz mit einem vorbestimmten Muster an dem in neren Teil des anorganischen Körpers gebildet. Die Impulse des gepulsten Laserstrahls weisen vorzugsweise eine Pulsweite unter einer Picosekunde auf. Die Änderung der Ionenvalenz erfolgt an dem Brennpunkt und seiner Umgebung, aber das Seltenerd- oder Übergangsmetallion behält seine ursprüngliche Valenz an dem anderen Teil bei, um so eine umgebildete Domäne mit einem vorbestimmten Muster in dem anorganischen Körper zu bilden. Da optische Eigenschaften an der umgebildeten Domäne selektiv geändert sind, ist der verarbeitete anorganische Körper nützlich als eine funktionelle Vorrichtung wie z. B. eine Speichervorrichtung oder eine lichtemittierende Vorrichtung unter Verwendung der differenzierten optischen Eigenschaften.
  • Die WO-A-98 53 448 offenbart ein Datenspeicher- und Abrufsystem, in dem ein dreidimensionaler optischer Speicher vom WORM-Typ (einmal beschreibbare Speicherplatte), der fluoreszierende lichtempfindliche Materialien umfasst, verwendet wird. Der optische Speicher basiert auf Ein-Photon- und Zwei-Photonen-Prozessen zum Schreiben und Lesen der digitalen Information. Das System umfasst ferner ein konfokales Mikroskop und zwei Laser zum Schreiben auf das bzw. Lesen von dem Medium.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen optischen Speichermediums bereitzustellen, dessen dreidimensionale Lesegenauigkeit verbessert ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen optischen Speichermediums gemäß Anspruch 1 bereitgestellt. das Verfahren umfasst insbesondere, dass:
    • (a) ein festes Medium mit lumineszierenden Ionen, die eine erste Valenz aufweisen, bereitgestellt wird;
    • (b) ein gepulster Laserstrahl auf einen Brennpunkt in dem festen Medium derart gebündelt wird, dass eine Stelle, die dem Brennpunkt entspricht, in dem festen Medium gebildet wird, wobei die Stelle lumineszierenden Ionen umfasst, die eine zweite Valenz aufweisen, die anders als die erste Valenz ist; und
    • (c) das feste Medium mit dem gepulsten Laserstrahl derart dreidimensional abgetastet wird, dass eine Mehrzahl der Stellen in dem festen Medium dreidimensional gebildet wird, wodurch das dreidimensionale optische Speichermedium erzeugt wird.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Die Fig. ist eine schematische Darstellung, die ein Verfahren zum Aufzeichnen von Information in einem lumineszierende Ionen enthaltenden, festen Medium gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Die vorliegende Erfindung sieht ein Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen optischen Speichermediums mit einer hohen dreidimensionalen Lesegenauigkeit vor, das gebildet wurde, um die oben erwähnten herkömmlichen Probleme zu lösen, indem ein gepulster Laserstrahl auf ein festes Medium, das lumineszierende Ionen wie z. B. Seltenerdionen enthält, gebündelt oder konvergent aufgebracht wird, und wodurch ein Bereich bereitgestellt wird, in dem eine Valenz der lumineszierenden Ionen in dem lumineszierende Ionen enthaltenden festen Medium lokal geändert ist, wodurch eine Emissionswellenlänge und Lichtstärke der lumineszierenden Ionen relativ zu jenen der umgebenden lumineszierenden Ionen geändert sind. Die vorliegende Erfindung sieht ferner ein Verfahren zum Aufzeichnen von Information darin vor, wodurch das dreidimensionale optische Speichermedium hergestellt wird.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das dreidimensionale optische Speichermedium durch ein Verfahren hergestellt werden, das die Schritte umfasst, dass ein lumineszierende Ionen enthaltendes, festes Medium als ein Basissubstrat bereitgestellt wird und einen gepulster Laserstrahl auf das Innere des Basissubstrats konvergent aufgebracht wird, wodurch ein Bereich, in dem eine Valenz von lumineszierenden Ionen lokal geändert ist, in dem Inneren des Basissubstrats gebildet wird.
  • Dadurch erlaubt die vorliegende Erfindung die Bereitstellung eines dreidimensionalen optischen Speichermediums, das Information darin aufzeichnen und davon lesen kann, indem ein aufzeichnender gepulster Laserstrahl auf einem beliebigen Abschnitt eines lumineszierende Ionen enthaltenden festen Mediums aufgebracht wird, während das feste Medium relativ zu einem konvergenten Brennpunkt des Laserstrahls dreidimensional bewegt wird, wodurch Stellen gebildet werden, in denen eine Valenz sich von jener umgebender lumineszierender lokal unterscheidet, wodurch eine Emissionswellenlänge und Lichtstärke der lumineszierenden Ionen relativ zu jenen der umgebenden lumineszierenden Ionen geändert werden.
  • Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten lumineszierenden Ionen können Seltenerdelementionen sein und vorzugsweise umfassen die Seltenerdelemente Ce, Pr, Sm, Eu, Tb, Tm und Yb. Ferner können als die lumineszierenden Tonen Übergangsmetallionen verwendet werden.
  • Obwohl ein Material für ein festes Medium, in dem die Lumineszierenden Ionen enthalten sein sollen, nicht speziell beschränkt ist, wird gemäß der Erfindung ein anorganisches Glasmaterial verwendet. Ein Material, das erhalten wird, indem es zumindest eines von Oxiden, Halogeniden und Chalkogeniden in einem der obigen festen Medien enthält, ist stärker zu bevorzugen. Wenn Al in solch einem Material enthalten ist, kann ein Schwellenwert einer Änderung einer Valenz verringert werden. Beispielsweise wird in Bezug auf anorganische Glasmaterialien ein Aufzeichnungsschwellenwert von halogenhaltigem Glas wie z. B. Fluoridglas im Vergleich mit dem von Oxidglas geringer. Bezüglich der Änderung einer Valenz von Seltenerdionen auf Grund der Einstrahlung eines gepulsten Laserstrahls kann eine Oxidation und Reduktion durch Wählen einer geeigneten Kombination von Seltenerdionen und eines festen Mediums, in dem die Ionen enthalten sein sollen, gesteuert werden. Die Reduktion eines Materials, das erhalten wird, indem es trivalente Sm-Ionen in einem Fluoridglas enthält, das Aluminiumfluorid als eine Hauptkomponente enthält, erfolgt mit einem niedrigen Schwellenwert und einer hohen Effizienz und eine Emissionswellenlänge eines aufgezeichneten Bereiches (d. h., der Stelle) und die von anderen Bereichen unterscheiden sich deutlich voneinander. Demgemäß ist dieses Material als ein dreidimensionales optisches Speichermedium mit einem hohen Lesekontrast bevorzugt.
  • Vorzugsweise stimmt eine Wellenlänge eines gepulsten Laserstrahls, der zum Erzeugen einer Valenzänderung verwendet wird, nicht mit einem Absorptionswellenlängenbereich eines lumineszierende Ionen enthaltenden festen Mediums überein. Wenn die Transmission in einem aufgezeichneten Bereich des Mediums jedoch nicht kleiner als 30% ist, kann das dreidimensionale Aufzeichnen von Information in einer Schicht erfolgen.
  • Eine Spitzenleistungsdichte eines gepulsten Laserstrahls in einem konvergierenden oder Brennpunktbereich ist nur durch die Pulsweite und Pulsenergie bestimmt. Die Spitzenleistung eines gepulsten Laserstrahls wird in Watt (W) als ein Wert ausgedrückt, der erhalten wird, indem eine Ausgangsenergie (J) pro Puls durch eine Pulsweite (Sekunde) dividiert wird. Eine Spitzenleistungsdichte ist eine Spitzenleistung pro Flächeneinheit (cm2) und durch W/cm2 ausgedrückt. Eine Spitzenleistungsdichte eines gepulsten Laserstrahls an einem konvergierenden oder Brennpunkt liegt vorzugsweise in einem Bereich von 108–1017 W/cm2. Wenn eine Spitzenleistungsdichte kleiner als 108 W/cm2 ist, ändert sich eine Valenz der lumineszierenden Ionen in einem konvergierenden Abschnitt nicht ausreichend. Im Gegensatz dazu ändern sich, wenn eine Spitzenleistungsdichte 1017 W/cm2 überschreitet, ein Brechungsindex und ein Partikelverteilungszustand selbst in den anderen Abschnitten als einem Konvergenzpunkt und eine Zieländerung kann nicht erhalten werden. Überdies kann ein Laserstrahl mit einem übermäßig großen Energiebetrag in der Praxis schwierig zu verwenden sein. Wenn ein optisches Speichermedium mit einem Laserstrahl der gleichen Spitzenleistungsdichte bestrahlt wird, erhöht sich die Menge von lumineszierenden Ionen mit geänderter Valenz pro Volumeneinheit mit einer kürzeren Pulsweite. Es wird bevorzugt, einen gepulsten Laserstrahl mit einer Pulsweite von nicht größer als 1010 Sekunden zu verwenden, da er einen Schreibbereich kleiner machen und mit hoher Dichte schreiben kann. Wenn ein Laserstrahl mit einer übermäßig großen Pulsweite verwendet wird, um damit ein optisches Speichermedium zu bestrahlen, ist es notwendig, dass der Laserstrahl eine extrem hohe Pulsenergie besitzt, um die Änderung einer Valenz von lumineszierenden Ionen zu bewirken, so dass zu befürchten ist, dass das lumineszierenden Ionen enthaltende Medium bricht.
  • Wenn ein gepulster Laserstrahl auf ein festes Medium, das lumineszierenden Ionen wie z. B. Seltenerdionen enthält, aufgebracht wird, ändert sich eine Valenz der lumineszierenden Ionen in dem Abschnitt des Mediums, der sich in der Umgebung eines konvergierenden oder Brennpunkts befindet, welcher ein stärkstes elektrisches Feld bildet. Eine Emissionswellenlänge, Lichtstärke, Absorptionswellenlänge und ein Absorptionskoeffizient der lumineszierenden Ionen in diesem Abschnitt unterscheiden sich von jenen solcher Ionen in einem nicht bestrahlten Bereich. Wenn ein Laserstrahl mit solch einer Wellenlänge, die selektiv einen Bereich mit geänderter Valenz allein erregt, dann für einen Lesevorgang verwendet wird, wird es möglich, selektiv den Bereich mit geänderter Valenz allein zu beleuchten und ein Signal als ein Zeichen eines Auftretens einer Emission von Licht zu detektieren. Die Reflexion und Transmission werden durch Lesen eines Intensitätsverhältnisses als ein Signal detektiert. Wenn hingegen die Emission von Licht als ein Signal detektiert wird, kann das Auftreten oder Nichtauftreten einer Emission von Licht einer speziellen Wellenlänge als ein Signal gelesen werden, und ein Lesekontrast (S/N) ist im Vergleich mit dem in einem Fall, in dem ein Intensitätsverhältnis gelesen wird, verbessert.
  • Die folgenden nicht einschränkenden Beispiele sind illustrativ für die vorliegende Erfindung.
  • Beispiel 1
  • Die Fig. zeigt ein Beispiel des Aufzeichnungsverfahrens für ein dreidimensionales optisches Speicherglaselement gemäß der vorliegenden Erfindung. Das durch einen Ti-Saphirlaser, der durch einen Argonlaser erregt wird, oszillierte Licht, das eine Pulsweite von 150 Femtosekunden, eine Periode von 100 Hz und eine Wellenlänge von 800 nm aufweist, wurde als aufzeichnender gepulster Laserstrahl 1 verwendet. Wenn dieser gepulste Laserstrahl 1 auf eine Probe 4 (ein Fluoridglas mit einer Zusammensetzung von 35AlF3-13YF3-10MgF2-20CaF2-10SrF2-10BaF2-2SmF3, ausgedrückt durch Mol-%) durch Bündeln desselben auf eine Stelle von etwa 600 nm unter Verwendung von plankonvexen Linsen 6, eines Strahlenteilers 2 und einer Objektivlinse 3 (NA = 0,9 × 100) aufgebracht wurde, so dass ein Brennpunkt in dem Inneren der Probe angeordnet war, wurde eine Färbung in einem feinen Bereich von etwa 600 nm im Durchmesser in einer Position nahe einem Brennpunkt ermittelt. Wenn das Licht von einer Wellenlänge von 514 nm auf diesen gefärbten Bereich konvergent aufgebracht wurde, um ein Emissionsspektrum des bestrahlten Bereiches zu messen, wurde festegestellt, dass das Emissionsspektrum mit dem von bivalenten Sm-Ionen übereinstimmte. Ein auf die gleiche Weise erhaltenes Emissionsspektrum von einem Bereich, der nicht mit einem gepulsten Laserstrahl bestrahlt wurde, stimmte mit jenem von trivalenten Sm-Ionen überein. Angesichts dieser Ergebnisse wurde festgestellt, dass die Valenz von Sm in einem Abschnitt in der Umgebung des Brennpunkts von drei auf zwei reduziert war.
  • Die Probe wurde dann auf einen elektrischen Tisch 5 gelegt, der mit einem gepulsten Laserstrahl in der X-, Y- und Z-Richtung abgetastet werden konnte. Dann wurde der gepulste Laserstrahl konvergent auf die Probe aufgebracht, wobei die Probe in der Richtung der Z-Achse (optische Richtung) fixiert wurde, indem ein gepulster Laser wiederholt ein- und ausgeschaltet wurde, während die Probe in der X, Y-Richtung mit dem Laserstrahl mit einer Spitzenenergiedichte in einem konvergierenden Bereich von 1011 W/cm2 abgetastet wurde, wodurch feine Stellen, in denen eine Valenz von Sm geändert war, auf einer X, Y-Ebene ausgebildet oder aufgezeichnet wurden. Der elektrische Tisch wurde daraufhin 3 μm in der Richtung der Z-Achse bewegt und ein Schreibvorgang wurde auf dieselbe Wei se in der X- und Y-Richtung durchgeführt. Infolgedessen wurden feine Stellen, in denen eine Valenz von Sm dreidimensional geändert war, bei Schichtintervallen von 3 μm aufgezeichnet. Die Probe wurde dann in der X-, Y- und Z-Richtung mit einem Licht von 514 nm abgetastet, um den feinen Stellen zu folgen, während dieses Licht konvergent darauf aufgebracht wurde, um die Lichtemission durch ein Filter, das eine Transmission nur von Lichtstrahlen von 670–740 nm zulässt, zu beobachten. Es wurde festgestellt, dass eine Lichtemission nur in dem Stellenbereich detektiert wurde, auf den der gepulste Laserstrahl aufgebracht wurde, und dass Information in der X-, Y- und Z-Richtung, d. h. dreidimensional aufgezeichnet werden konnte.
  • Beispiel 2
  • Das dreidimensionale Schreiben von Information in einer Glasmatrix wurde durchgeführt, indem ein elektrischer Tisch mit einem gepulsten Laserstrahl in der X-, Y- und Z-Richtung auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 unter Verwendung derselben Vorrichtung wie in der Fig. gezeigt, mit der Ausnahme, dass ein Glas aus 20Al2O3-65B2O3-10Na2O-5Sm2O3, ausgedrückt durch Mol-%, als eine Probe für ein optisches Speichermedium verwendet wurde, abgetastet wurde. Jede Bewegungsdistanz des elektrische Tisches in der Richtung der Z-Achse betrug 5 μm und das durch einen Ti-Saphirlaser, der durch einen Argonlaser erregt wird, oszillierte Licht, das eine Pulsweite von 50 Femtosekunden, eine Periode von 10 Hz und eine Wellenlänge von 800 nm aufweist, wurde als gepulster Laserstrahl verwendet. Als Ergebnis wurde die Reduktion von Sm in kugelförmigen Bereichen von 400 nm im Durchmesser bei Schichtintervallen von 2 μm festgestellt. Es wurde auch festgestellt, dass ein Fehler beim Lesen von Stellen in oberen und unteren Schichten, die bei Intervallen von 2 μm gebildet wurden, nicht auftrat, und dass eine Information in der X-, Y- und Z-Richtung, d. h. dreidimensional, aufgezeichnet werden konnte.
  • Beispiel 3
  • Ein Schreibvorgang wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 2 unter Verwendung von LiYF4:SmF3-Einzellkristallen als ein Probenmaterial für ein optisches Speichermedium durchgeführt. Als Ergebnis wurde durch Detektieren der Emission auf dieselbe Weise wie oben erwähnt festgestellt, dass Information in der X-, Y- und Z-Richtung, d. h. dreidimensional, aufgezeichnet und gelesen werden konnte.
  • Wie oben stehend beschrieben, wird das dreidimensionale optische Speichermedium gemäß der vorliegenden Erfindung durch Bilden von Stellen, in denen sich eine Valenz von lumineszierenden Ionen wie z. B. Seltenerdionen von der von umgebenden lumineszierenden Ionen in einem lumineszierende Ionen enthaltenden festen Medium lokal unterscheidet, erhalten, indem ein aufzeichnender gepulster Laserstrahl auf eine beliebige Position darin aufgebracht wird, während das feste Medium relativ zu einem Brennpunkt des gepulsten Laserstrahls dreidimensional bewegt wird, und wodurch ein Bereich bereitgestellt wird, in dem eine Emissionswellenlänge und Lichtstärke der lumineszierenden Ionen sich von jenen eines umgebenden Abschnitts der Matrix unterscheiden. Da dieser Bereich von Brennpunkten des gepulsten Laserstrahls in dem Inneren des lumineszierende Ionen enthaltenden Mediums dreidimensional gebildet wird, kann er für einen Aufzeichnungsvorgang mit hoher Dichte verwendet werden. Überdies wird die Emission als ein Signal detektiert, im Vergleich mit dem Fall eines optischen Speichermediums, in dem eine Reflexion als ein Signal detektiert wird. Dies verbessert den Lesekontrast auf ein sehr hohes Niveau und minimiert den Lesefehler.

Claims (5)

  1. Verfahren zum Herstellen eines dreidimensionalen optischen Speichermediums (4), wobei das Medium (4) umfasst: ein festes Medium (4), das ein Basissubstrat des optischen Speichers bildet, wobei das feste Medium aus einem Fluoridglas hergestellt ist, das (a) Aluminiumfluorid und (b) lumineszierende Ionen, die Sm-Ionen mit einer ersten Valenz sind, umfasst; und eine Vielzahl von Stellen, die in dem festen Medium dreidimensional verteilt sind, wobei die lumineszierenden Ionen in den Stellen enthalten sind und infolge eines Bündelns eines gepulsten Laserstrahls (1) in dem festen Medium Sm-Ionen mit einer zweiten Valenz sind, wobei das Verfahren umfasst, dass: (a) ein festes Medium, das lumineszierende Ionen umfasst, die Sm-Ionen mit der ersten Valenz sind, bereitgestellt wird; (b) ein gepulster Laserstrahl (1) auf einen Brennpunkt in dem festen Medium (4) derart gebündelt wird, dass eine Stelle, die dem Brennpunkt entspricht, in dem festen Medium (4) gebildet wird, wobei die Stelle lumineszierende Ionen umfasst, die Sm-Ionen mit der zweiten Valenz sind; und (c) das feste Medium (4) mit dem gepulsten Laserstrahl (1) derart abgetastet wird, dass eine Mehrzahl der Stellen in dem festen Medium (4) dreidimensional gebildet wird, wodurch das dreidimensionale optische Speichermedium erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Sm-Ionen mit der ersten Valenz trivalente Sm-Ionen sind, und die Sm-Ionen mit der zweiten Valenz bivalente Sm-Ionen sind.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der gepulste Laserstrahl (1) eine Wellenlänge aufweist, die sich von einer Absorptionswellenlänge des festen Mediums unterscheidet.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der gepulste Laserstrahl (1) eine Spitzenleistungsdichte von 108–1017 W/cm2 aufweist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der gepulste Laserstrahl (1) eine Pulsweite von nicht größer als 10–10 Sekunden aufweist.
  5. Verfahren zum Lesen von Informationen von einem dreidimensionalen optischen Speichermedium, wobei das Medium (4) umfasst: ein festes Medium (4), das ein Basissubstrat des optischen Speichers bildet, wobei das feste Medium aus einem Fluoridglas hergestellt ist, das (a) Aluminiumfluorid und (b) lumineszierende Ionen, die trivalente Sm-Ionen sind, umfasst; und eine Vielzahl von Stellen, die in dem festen Medium dreidimensional verteilt sind, wobei die lumineszierenden Ionen in den Stellen enthalten sind und infolge eines Bündelns eines gepulsten Laserstrahls (1) in dem festen Medium (4) bivalente Sm-Ionen sind, wobei das Verfahren umfasst, dass: das dreidimensionale optische Speichermedium (4) mit einem Laserstrahl bestrahlt wird, der eine solche Wellenlänge aufweist, dass die lumineszierenden Ionen, die in den Stellen enthalten sind, selektiv erregt werden und dadurch Licht emittieren.
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