JP2001332092A - 超短光パルスによりガラス中に作製した三次元光メモリー素子のデータの書き換え方法 - Google Patents
超短光パルスによりガラス中に作製した三次元光メモリー素子のデータの書き換え方法Info
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- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 生成したビットを移動できるようになし、書
き換えを可能にした、超短光パルスによりガラス中に作
製した三次元光メモリー素子のデータの書き換え方法を
提供する。 【解決手段】 超短光パルスによりガラス１８中に作製
した三次元光メモリー素子のデータの書き換え方法にお
いて、第１の超短パルスレーザー光強度によりガラス１
８内部に光誘起屈折率変化によるビット２３を三次元的
に生成させ、この三次元に生成させたビット２２を前記
第１の超短パルスレーザー光強度より低いエネルギーの
第２の超短パルスレーザー光を照射し、このレーザー光
を集光用レンズ１７で集光させる際、移動させるビット
２３より、レーザー光の伝搬方向とは逆の方向に所定距
離ずらした点に集光することで前記ビット２３を移動さ
せ、ビットの書き換えを行う。
き換えを可能にした、超短光パルスによりガラス中に作
製した三次元光メモリー素子のデータの書き換え方法を
提供する。 【解決手段】 超短光パルスによりガラス１８中に作製
した三次元光メモリー素子のデータの書き換え方法にお
いて、第１の超短パルスレーザー光強度によりガラス１
８内部に光誘起屈折率変化によるビット２３を三次元的
に生成させ、この三次元に生成させたビット２２を前記
第１の超短パルスレーザー光強度より低いエネルギーの
第２の超短パルスレーザー光を照射し、このレーザー光
を集光用レンズ１７で集光させる際、移動させるビット
２３より、レーザー光の伝搬方向とは逆の方向に所定距
離ずらした点に集光することで前記ビット２３を移動さ
せ、ビットの書き換えを行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超短光パルスによ
り、ガラス中に作製した三次元光メモリー素子のデータ
の書き換え方法に関するものである。
り、ガラス中に作製した三次元光メモリー素子のデータ
の書き換え方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、動画情報を自由自在に取り扱うこ
との出来る大容量、高密度かつ高速なメモリーシステム
は、今後の情報分野にとって必要不可欠なものである。
光導波路や超短パルスレーザー光加工技術の進歩を土台
に石英ガラス内部に三次元光メモリーを作る研究がなさ
れている。レーザー光をガラス内部に集光照射し、集光
点に光誘起屈折率変化スポット部を作る。これをビット
とし三次元に積層配列させ、屈折率変化を利用し光で読
み出す方式で、２桁大きい容量が期待できるが、書き換
えが可能にはなっていない。
との出来る大容量、高密度かつ高速なメモリーシステム
は、今後の情報分野にとって必要不可欠なものである。
光導波路や超短パルスレーザー光加工技術の進歩を土台
に石英ガラス内部に三次元光メモリーを作る研究がなさ
れている。レーザー光をガラス内部に集光照射し、集光
点に光誘起屈折率変化スポット部を作る。これをビット
とし三次元に積層配列させ、屈折率変化を利用し光で読
み出す方式で、２桁大きい容量が期待できるが、書き換
えが可能にはなっていない。
【０００３】このように、近年、情報通信の大容量化の
要求が強く、光メモリー素子の高密度化の研究会開発が
盛んである。記録媒体の高密度化の方法として、記録領
域を二次元から三次元化する試みが検討されている。フ
ォトクロミック分子の光着色を利用したフォトクロミッ
クメモリーがある。これは反応が可逆性であるので、書
き換えが可能なメモリーであるが、有機材料の着色反応
であるため、熱的安定性や繰り返し耐久性に問題点があ
る。
要求が強く、光メモリー素子の高密度化の研究会開発が
盛んである。記録媒体の高密度化の方法として、記録領
域を二次元から三次元化する試みが検討されている。フ
ォトクロミック分子の光着色を利用したフォトクロミッ
クメモリーがある。これは反応が可逆性であるので、書
き換えが可能なメモリーであるが、有機材料の着色反応
であるため、熱的安定性や繰り返し耐久性に問題点があ
る。
【０００４】一方、光導波路作製技術やレーザー光加工
技術の進歩が著しく、材料として安定なガラスの内部に
三次元光メモリーを作製する報告がある。ガラス等の透
明物質に超短光パルスを集光照射すると、集光点近傍が
光誘起屈折率変化を起こし、周囲の材料と屈折率が異な
り、ビットが形成される。このビットを三次元アレイ状
に配置したものである。
技術の進歩が著しく、材料として安定なガラスの内部に
三次元光メモリーを作製する報告がある。ガラス等の透
明物質に超短光パルスを集光照射すると、集光点近傍が
光誘起屈折率変化を起こし、周囲の材料と屈折率が異な
り、ビットが形成される。このビットを三次元アレイ状
に配置したものである。
【０００５】かかる従来の先行技術としては、例えば、
以下に示すようなものがある。
以下に示すようなものがある。
【０００６】（１）特開平８−２２０６８８号公報 （２）Ｅ．Ｎ．Ｇｌｅｚｅｒ ｅｔ ａｌ．，Ｏｐｔｉ
ｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓｖｏｌ．２１ Ｎｏ．２４ ｐ２
０２３−２０２５（１９９６） （３）三澤弘明 化学と工業 第９巻 Ｎｏ．２．ｐ１
７８−１８０（１９９６） （４）三澤弘明 Ｏ ｐｌｕｓ Ｅ ｖｏｌ．２０，Ｎ
ｏ．９ ｐ１０２８−１０３２（１９９８） （５）Ｈｏｎｇ−Ｂｏ Ｓｕｎ ｅｔ．ａｌ．，Ｏｐｔ
ｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ ｖｏｌ．６，Ｎｏ．５（１９
９９）
ｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓｖｏｌ．２１ Ｎｏ．２４ ｐ２
０２３−２０２５（１９９６） （３）三澤弘明 化学と工業 第９巻 Ｎｏ．２．ｐ１
７８−１８０（１９９６） （４）三澤弘明 Ｏ ｐｌｕｓ Ｅ ｖｏｌ．２０，Ｎ
ｏ．９ ｐ１０２８−１０３２（１９９８） （５）Ｈｏｎｇ−Ｂｏ Ｓｕｎ ｅｔ．ａｌ．，Ｏｐｔ
ｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ ｖｏｌ．６，Ｎｏ．５（１９
９９）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た先行技術に開示されたものは全て記録・再生用であ
り、生成したビットを消去又は移動出来ないため、書き
換えが不可能である。
た先行技術に開示されたものは全て記録・再生用であ
り、生成したビットを消去又は移動出来ないため、書き
換えが不可能である。
【０００８】他方、ガラス加工の点から見ると、超短光
パルスを用いて、透明誘電体のバルク改質技術が、光導
波路や三次元加工分野に応用されている。このガラス微
細・精密加工分野において、屈折率分布の形成や修正が
必要である。
パルスを用いて、透明誘電体のバルク改質技術が、光導
波路や三次元加工分野に応用されている。このガラス微
細・精密加工分野において、屈折率分布の形成や修正が
必要である。
【０００９】本発明は、上記した従来技術の問題点を除
去し、生成したビットを移動できるようになし、書き換
えを可能にした、超短光パルスによりガラス中に作製し
た三次元光メモリー素子のデータの書き換え方法を提供
することを目的とする。
去し、生成したビットを移動できるようになし、書き換
えを可能にした、超短光パルスによりガラス中に作製し
た三次元光メモリー素子のデータの書き換え方法を提供
することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔１〕超短光パルスによりガラス中に作製した三次元光
メモリー素子のデータの書き換え方法において、第１の
超短パルスレーザー光強度によりガラス内部に光誘起屈
折率変化によるビットを三次元的に生成させ、この三次
元に生成させたビットを前記第１の超短パルスレーザー
光強度より低いエネルギーの第２の超短パルスレーザー
光を照射し、このレーザー光を光学レンズで集光させる
際、移動させるビットより、レーザー光の伝搬方向とは
逆の方向に所定距離ずらした点に集光することで前記ビ
ットを移動させ、ビットの書き換えを行うことを特徴と
する。
成するために、 〔１〕超短光パルスによりガラス中に作製した三次元光
メモリー素子のデータの書き換え方法において、第１の
超短パルスレーザー光強度によりガラス内部に光誘起屈
折率変化によるビットを三次元的に生成させ、この三次
元に生成させたビットを前記第１の超短パルスレーザー
光強度より低いエネルギーの第２の超短パルスレーザー
光を照射し、このレーザー光を光学レンズで集光させる
際、移動させるビットより、レーザー光の伝搬方向とは
逆の方向に所定距離ずらした点に集光することで前記ビ
ットを移動させ、ビットの書き換えを行うことを特徴と
する。
【００１１】〔２〕上記〔１〕記載の超短光パルスによ
りガラス中に作製した三次元光メモリー素子のデータの
書き換え方法において、前記ビットの作製は、１ｐｓ以
下の超短レーザー光パルスを集光照射により生成される
微小空隙で屈折率をビット周辺と異ならせることにより
行うことを特徴とする。
りガラス中に作製した三次元光メモリー素子のデータの
書き換え方法において、前記ビットの作製は、１ｐｓ以
下の超短レーザー光パルスを集光照射により生成される
微小空隙で屈折率をビット周辺と異ならせることにより
行うことを特徴とする。
【００１２】〔３〕上記〔１〕記載の超短光パルスによ
りガラス中に作製した三次元光メモリー素子のデータの
書き換え方法において、前記集光する点の移動を複数回
行って、段階的に移動させることを特徴とする。
りガラス中に作製した三次元光メモリー素子のデータの
書き換え方法において、前記集光する点の移動を複数回
行って、段階的に移動させることを特徴とする。
【００１３】〔４〕上記〔１〕記載の超短光パルスによ
りガラス中に作製した三次元光メモリー素子のデータの
書き換え方法において、前記ガラスはシリカガラス又は
シリケートガラスであることを特徴とする。
りガラス中に作製した三次元光メモリー素子のデータの
書き換え方法において、前記ガラスはシリカガラス又は
シリケートガラスであることを特徴とする。
【００１４】〔５〕上記〔１〕記載の超短光パルスによ
りガラス中に作製した三次元光メモリー素子のデータの
書き換え方法において、前記超短パルスレーザー光は８
００ｎｍであることを特徴とする。
りガラス中に作製した三次元光メモリー素子のデータの
書き換え方法において、前記超短パルスレーザー光は８
００ｎｍであることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。
て詳細に説明する。
【００１６】図１は本発明の原理を示す模式図である。
【００１７】この図において、１は超短光パルス、２は
集光用レンズ、３はガラス、４はガラス内部の屈折率変
化領域であり、この屈折率変化は、多光子吸収による局
所的なものであり、屈折率変化Δｎは焦点を中心に広が
りを持つ。
集光用レンズ、３はガラス、４はガラス内部の屈折率変
化領域であり、この屈折率変化は、多光子吸収による局
所的なものであり、屈折率変化Δｎは焦点を中心に広が
りを持つ。
【００１８】すなわち、多光子吸収によるガラス内部の
改質が行われ、書き換えレーザー光により、ガラスが溶
けて、新しい空隙ができる前にその近傍のボイド（空
隙）が移動する。
改質が行われ、書き換えレーザー光により、ガラスが溶
けて、新しい空隙ができる前にその近傍のボイド（空
隙）が移動する。
【００１９】図２は本発明の実施例を示すガラス中に超
短光パルスで作製した三次元光メモリー素子の書き換え
システムの構成図である。
短光パルスで作製した三次元光メモリー素子の書き換え
システムの構成図である。
【００２０】この図において、１１はＡｒ+ レーザー、
１２はモードロックチタンサファイアレーザー、１３は
Ｎｄ：ＹＬＦレーザー、１４は再生増幅器、１５はＮＤ
フィルター、１６はミラー、１７は集光用レンズ、１８
はガラス、１９はＸＹＺステージ、２０はハロゲンラン
プ、２１はＣＣＤカメラ、２２はコンピュータである。
１２はモードロックチタンサファイアレーザー、１３は
Ｎｄ：ＹＬＦレーザー、１４は再生増幅器、１５はＮＤ
フィルター、１６はミラー、１７は集光用レンズ、１８
はガラス、１９はＸＹＺステージ、２０はハロゲンラン
プ、２１はＣＣＤカメラ、２２はコンピュータである。
【００２１】この図に示すように、集光用レンズ１７か
らはチタンサファイアレーザーがＸＹＺステージ１９に
セットされたガラス１８に照射され、ビット（スポッ
ト、ボイド、空隙）が作製される。また、その記憶され
たビットは、後述するように書き換えることができる。
らはチタンサファイアレーザーがＸＹＺステージ１９に
セットされたガラス１８に照射され、ビット（スポッ
ト、ボイド、空隙）が作製される。また、その記憶され
たビットは、後述するように書き換えることができる。
【００２２】そのビットの状態は、ハロゲンランプ２０
からの照射により、ＣＣＤカメラ２１によって撮像する
ことができる。
からの照射により、ＣＣＤカメラ２１によって撮像する
ことができる。
【００２３】このように、光源としてはチタンサファイ
アレーザー（波長は８００ｎｍ、パワーは１ｍＷ、パル
ス幅は１３０ｆｓ、繰り返し周波数１ｋＨｚ）を用い、
露光時間は１／１２５ｓで電磁シャッターを用いた。レ
ンズ開口数（ＮＡ）は０．５５、８ショット打ち、書き
込み時の強度は０．９５μＪ、移動時の強度は０．７４
μＪであり、表面から３００μｍの深さにビットを作製
する。
アレーザー（波長は８００ｎｍ、パワーは１ｍＷ、パル
ス幅は１３０ｆｓ、繰り返し周波数１ｋＨｚ）を用い、
露光時間は１／１２５ｓで電磁シャッターを用いた。レ
ンズ開口数（ＮＡ）は０．５５、８ショット打ち、書き
込み時の強度は０．９５μＪ、移動時の強度は０．７４
μＪであり、表面から３００μｍの深さにビットを作製
する。
【００２４】この実施例では、図３に示すように、既作
製のビット２３に対して０．１μｍずつ、ずらしてレー
ザーを照射するようにした。
製のビット２３に対して０．１μｍずつ、ずらしてレー
ザーを照射するようにした。
【００２５】更に、実験を重ねた結果、０．５μｍを１
ショットで移動することができた。
ショットで移動することができた。
【００２６】ガラスは溶融石英ガラスであり、移動出来
たのは、レーザー光の進行方向と逆方向に集光点２４を
レーザー側から見て手前にずらして、レーザー照射した
ときのみであり、横や後方ではビット２３を移動させる
ことはできなかった。
たのは、レーザー光の進行方向と逆方向に集光点２４を
レーザー側から見て手前にずらして、レーザー照射した
ときのみであり、横や後方ではビット２３を移動させる
ことはできなかった。
【００２７】図４は本発明のボイド（ビット）の第１の
移動過程を示す図であり、一度ボイドを作製した後〔図
４（ａ）参照〕、パルスの伝搬方向と逆方向に集光点を
０．１μｍずつ移動して照射する〔図４（ｂ）〜図４
（ｃ）参照〕。つまり、図３で示した条件でビットの書
き換えを行う。
移動過程を示す図であり、一度ボイドを作製した後〔図
４（ａ）参照〕、パルスの伝搬方向と逆方向に集光点を
０．１μｍずつ移動して照射する〔図４（ｂ）〜図４
（ｃ）参照〕。つまり、図３で示した条件でビットの書
き換えを行う。
【００２８】図５は本発明のボイド（ビット）の第２の
移動過程を示す図であり、２個のボイドが並ぶようにボ
イドを作製した後〔図５（ａ）参照〕、パルスの伝搬方
向と逆方向に集光点を０．１μｍずつ移動して２個並ん
だ右側のボイドを左側に移動させてもう一方のボイドに
結合させる〔図５（ｂ）〜図５（ｆ）参照〕。なお、図
２で示した条件でビットの書き換えを行う。また、結合
した後のボイドは元のボイドよりも大きくなる。
移動過程を示す図であり、２個のボイドが並ぶようにボ
イドを作製した後〔図５（ａ）参照〕、パルスの伝搬方
向と逆方向に集光点を０．１μｍずつ移動して２個並ん
だ右側のボイドを左側に移動させてもう一方のボイドに
結合させる〔図５（ｂ）〜図５（ｆ）参照〕。なお、図
２で示した条件でビットの書き換えを行う。また、結合
した後のボイドは元のボイドよりも大きくなる。
【００２９】図６は本発明のボイド（ビット）の第３の
移動過程を示す図であり、一度ボイドを作製した後〔図
６（ａ）参照〕、ボイドを１つずつ移動させて、動的な
メモリーを作製する〔図６（ｂ）〜図６（ｃ）参照〕。
なお、図３で示した条件でビットの書き換えを行う。
移動過程を示す図であり、一度ボイドを作製した後〔図
６（ａ）参照〕、ボイドを１つずつ移動させて、動的な
メモリーを作製する〔図６（ｂ）〜図６（ｃ）参照〕。
なお、図３で示した条件でビットの書き換えを行う。
【００３０】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【００３１】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。
よれば、以下のような効果を奏することができる。
【００３２】書き換え可能な三次元メモリー素子を作製
することができる。また、微細ガラス加工分野で屈折率
分布の形成と修正に応用が期待できる。
することができる。また、微細ガラス加工分野で屈折率
分布の形成と修正に応用が期待できる。
【００３３】また、メモリーの生成・書き換えの高速化
（２０〜５０Ｇｂｐｓ）が期待できる。
（２０〜５０Ｇｂｐｓ）が期待できる。
【００３４】より具体的には、フェムト秒単位のレーザ
ー光を石英内部に集光照射することにより、集光点にサ
ブミクロンの微小な空隙が生成される。空隙作製時より
低エネルギーのフェムト秒レーザー光を、微小空隙のレ
ーザー側から見て少し手前に集光することで空隙が移動
出来ることを見出した。微小空隙が５μｍ移動され、前
の空隙、即ちビットは消去された。又、ビットの結合も
出来る。
ー光を石英内部に集光照射することにより、集光点にサ
ブミクロンの微小な空隙が生成される。空隙作製時より
低エネルギーのフェムト秒レーザー光を、微小空隙のレ
ーザー側から見て少し手前に集光することで空隙が移動
出来ることを見出した。微小空隙が５μｍ移動され、前
の空隙、即ちビットは消去された。又、ビットの結合も
出来る。
【００３５】現行のＣＤの１００倍の容量が可能にな
り、次世代の記憶媒体として期待出来る。又、フェムト
秒レーザーを用いたガラス加工分野、例えば導波路作製
において、ガラス内部の屈折率分布の修正や微細ガラス
加工分野にも応用可能である。
り、次世代の記憶媒体として期待出来る。又、フェムト
秒レーザーを用いたガラス加工分野、例えば導波路作製
において、ガラス内部の屈折率分布の修正や微細ガラス
加工分野にも応用可能である。
【図１】本発明の原理を示す模式図である。
【図２】本発明の実施例を示すガラス中に超短光パルス
で作製した三次元光メモリー素子の書き換えシステムの
構成図である。
で作製した三次元光メモリー素子の書き換えシステムの
構成図である。
【図３】規格化伝搬定数に対する光強度の関係を示す図
である。
である。
【図４】本発明のボイド（ビット）の第１の移動過程を
示す図である。
示す図である。
【図５】本発明のボイド（ビット）の第２の移動過程を
示す図である。
示す図である。
【図６】本発明のボイド（ビット）の第３の移動過程を
示す図である。
示す図である。
１ 超短光パルス ２，１７ 集光用レンズ ３，１８ ガラス ４ ガラス内部の屈折率変化領域 １１ Ａｒ+ レーザー １２ モードロックチタンサファイアレーザー １３ Ｎｄ：ＹＬＦレーザー １４ 再生増幅器 １５ ＮＤフィルター １６ ミラー １９ ＸＹＺステージ ２０ ハロゲンランプ ２１ ＣＣＤカメラ ２２ コンピュータ ２３ ビット ２４ 集光点
Claims (5)
- 【請求項１】（ａ）第１の超短パルスレーザー光強度に
よりガラス内部に光誘起屈折率変化によるビットを三次
元的に生成させ、（ｂ）該三次元に生成させたビットを
前記第１の超短パルスレーザー光強度より低いエネルギ
ーの第２の超短パルスレーザー光を照射し、該レーザー
光を光学レンズで集光させる際、移動させるビットよ
り、レーザー光の伝搬方向とは逆の方向に所定距離ずら
した点に集光することで前記ビットを移動させ、ビット
の書き換えを行うことを特徴とする超短光パルスにより
ガラス中に作製した三次元光メモリー素子のデータの書
き換え方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の超短光パルスによりガラ
ス中に作製した三次元光メモリー素子のデータの書き換
え方法において、前記ビットの作製は、１ｐｓ以下の超
短レーザー光パルスを集光照射により生成される微小空
隙で屈折率をビット周辺と異ならせることにより行うこ
とを特徴とする超短光パルスによりガラス中に作製した
三次元光メモリー素子のデータの書き換え方法。 - 【請求項３】 請求項１記載の超短光パルスによりガラ
ス中に作製した三次元光メモリー素子のデータの書き換
え方法において、前記集光する点の移動を複数回行っ
て、段階的に移動させることを特徴とする超短光パルス
によりガラス中に作製した三次元光メモリー素子のデー
タの書き換え方法。 - 【請求項４】 請求項１記載の超短光パルスによりガラ
ス中に作製した三次元光メモリー素子のデータの書き換
え方法において、前記ガラスはシリカガラス又はシリケ
ートガラスであることを特徴とする超短光パルスにより
ガラス中に作製した三次元光メモリー素子のデータの書
き換え方法。 - 【請求項５】 請求項１記載の超短光パルスによりガラ
ス中に作製した三次元光メモリー素子のデータの書き換
え方法において、前記超短パルスレーザー光は８００ｎ
ｍであることを特徴とする超短光パルスによりガラス中
に作製した三次元光メモリー素子のデータの書き換え方
法。
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