JP2004109871A

JP2004109871A - Optical recording type laminated waveguide hologram medium, hologram recording method, and hologram reproducing method

Info

Publication number: JP2004109871A
Application number: JP2002275533A
Authority: JP
Inventors: Ikutake Yagi; 八木　生剛; Yasuko Ando; 安藤　康子; Hiroshi Yoshikawa; 吉川　博; Masakatsu Senda; 千田　正勝; Nobuo Amano; 天野　宣夫; Takanari Tanabe; 田辺　隆也
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2002-09-20
Filing date: 2002-09-20
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2022-09-20
Also published as: JP4034154B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently guide light into a desired core layer and to record a hologram only in a specific dye layer. <P>SOLUTION: A gap layer 4 having a small refractive index is provided between a core layer 1 and a dye layer 3. In the structure, the gap layer 4 acts as a barrier for an evanescent wave of guided light propagating in the core layer 1, the amplitude of the evanescent light in the dye layer 3 is suppressed and rapidly absorbed. Specifically, the hologram is recordable in the dye layer 3 by properly choosing the layer thickness and the refractive index of the gap layer 4. Further, preliminary heating light is made incident to the core layer 1 to be recorded prior to a recording exposure or during the recording exposure, the temperature of the specific waveguide layer only is raised and the threshold for light intensity necessary for the recording is lowered, thus the hologram is recorded on the specific recording layer. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、追記もしくは書き換え可能な、光記録型積層導波路ホログラム媒体、ホログラム記録方法およびホログラム再生方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、積層した光導波路のコア層またはコア層とクラッド層との境界部にホログラムを記録した積層ホログラム媒体が提案されている。しかし、従来の積層ホログラム媒体は、計算機ホログラム等の手法によるホログラムを媒体の製造段階で予めコア層またはコア層とクラッド層との境界部に記録しておく再生専用の媒体であり、完成後に新たなホログラムを記録することは不可能であった（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
そこで、積層ホログラム媒体において記録を可能にするため、積層した光導波路のコア層内またはコア層に近接した位置に光記録可能な材料による記録層を配置し、特定の記録層にのみホログラムを記録すべく、コア層を伝搬する導波光を参照光にする方法が考えられる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−３４５４１９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した構造の積層ホログラム媒体を用いて、ある特定の記録層にのみホログラムを記録しようとしても、少なくとも物体光は、他の層を通過しなければならないため、その際、他層に余計な露光をしてしまうことになる。一般の記録材料は、光強度に比例してその状態が変化する特徴を有しているので、参照光が導波していない他の記録層においても、物体光が照射されることによって、その光強度に比例した変化が生じてしまう。
【０００６】
例えば、ある薄膜があって、この薄膜に光を照射することで不可逆に変化しうる物性値（吸収率あるいは屈折率）の変化量をξとし、その飽和変化量をξｓとする。物性値の変化が光照射量に比例する、即ち、光に対する線形応答材料ならば、光強度Ｉを微小時間δｔだけ照射したときのξの微小変化δξは、比例係数κを用いて、
【０００７】
【数１】

【０００８】
と表される。よって、変化量ξは、
【０００９】
【数２】

【００１０】
となる。参照光と物体光とが同時露光されるときのみ、記録層に干渉縞（信号）が記録されるが、物体光のみ照射された場合でも、記録層において、その光強度に比例した変化を生じる。即ち、変化量ξは、「消費」される。したがって、この薄膜がＮ層あるとき、第１層，第２層、…、第Ｎ層と順番に記録していった場合、第ｉ層の露光時間をｔ_ｉとして、
【００１１】
【数３】

【００１２】
を満たすように露光すれば、変化量ξを使い切り、かつ、すべての層で等しい物性値変化（ξｓ／Ｎ）が得られる。但し、上記数式３では、第Ｎ層の露光時間ｔ_Ｎは無限大となるが、現実には有限時間の露光しかできないので、第Ｎ層に関しては少ない物理量変化しか与えられない。
【００１３】
さて、露光により変化する物性値ξが吸収率か屈折率かにかかわらず、回折光量はξの２乗に比例するから、各層からの信号光強度Ｓｉは、数式４で示すようになる。
【００１４】
【数４】

【００１５】
即ち、線形応答材料を用いる限り、層数の２乗に反比例して信号光強度が減衰することは不可避であり、積層化によって大容量性を目指すなら、記録材料に光強度に対する何らかの非線形性を持たせることが必須であることは明らかである。
【００１６】
さて、その非線形性をもたらす材料として、大別すると、光非線形材料と熱記録材料が挙げられる。このうち、光非線形材料に関しては、導波路化が可能な材料は、現在までのところ知られていない。一方、熱記録材料に関しては、薄膜化技術の開発された様々な色素膜が存在する。ホログラフィでは、物体光強度をＩ_ｏ、参照光強度をＩ_Ｒとしたとき、記録される干渉縞のビジビリティを下記数式５で示すように定めると、ビジビリティ良く記録するためには物体光強度Ｉ_ｏと参照光強度Ｉ_Ｒとがほぼ等しいことを要求される。
【００１７】
【数５】

【００１８】
しかしながら、色素膜を記録材料として用いるために、層形状にして導波路化した場合、導波路ホログラムの参照光である導波光と、導波層の概ね法線方向から入射される物体光の双方に対して、ほぼ等しい吸収を与えることは、色素膜を導波層とする限り不可能である。通過すべき距離が、層に平行な方向の導波光では数ｃｍのオーダであり、一方、層に垂直な方向の入射光では、１００ｎｍのオーダであるので、両者は５桁も異なる。
【００１９】
一方、干渉縞を記録するため、導波光と垂直入射光の周波数は等しくなければならないが、非晶質である色素膜の吸収に異方性はないので、両者に対する吸収係数も等しくなる。したがって、非線形材料である色素膜を用いてさえ、色素膜そのものを導波路として用いた場合には、書き込み可能な積層導波路は実現不可能であった。
【００２０】
この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、所望するコア層に効率よく光を導波させることができ、特定の色素層にのみホログラムを記録することができる光記録型積層導波路ホログラム媒体、ホログラム記録方法およびホログラム再生方法を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上述した問題点を解決するために、請求項１記載の発明では、光を導波させる少なくとも１つのコア層と、前記コア層を挟むように配置された少なくとも２つのクラッド層と、前記コア層と前記クラッド層との境界に設けられ、光照射による温度上昇によって吸収係数もしくは屈折率が変化する少なくとも１つの記録層と、前記記録層と前記コア層との間に設けられ、前記コア層より低い屈折率を有するギャップ層とを具備することを特徴とする。
【００２２】
また、請求項２記載の発明では、請求項１記載の光記録型積層導波路ホログラム媒体において、前記記録層は、光強度に対して非線形特性を有する色素層から形成されていることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項３記載の発明では、請求項１記載の光記録型積層導波路ホログラム媒体において、前記ギャップ層は、前記記録層に比べて膜厚が大であることを特徴とする。
【００２４】
また、上述した問題点を解決するために、請求項４記載の発明では、光を導波させる少なくとも１つのコア層と、前記コア層を挟むように配置された少なくとも２つのクラッド層と、前記コア層と前記クラッド層との境界に設けられ、光照射による温度上昇によって吸収係数もしくは屈折率が変化する少なくとも１つの記録層と、前記記録層と前記コア層との間に設けられ、前記コア層より低い屈折率を有するギャップ層とからなり、前記コア層を導波する導波光のエバネッセント光が前記ギャップ層を介して前記記録層に達するように構成されているホログラム媒体にホログラムを記録するホログラム記録方法であって、前記ホログラム媒体の各層が下方から上方に積層されているとして、物体光を該ホログラム媒体の上方あるいは下方のいずれか一方から照射し、かつ記録用参照光をいずれかのコア層の端面から該コア層に入射する記録露光を行う過程とを有することを特徴とする。
【００２５】
また、請求項５記載の発明では、請求項４記載のホログラム記録方法において、前記物体光と前記記録用参照光とを照射する記録露光に先立って、予備加熱光を、前記記録用参照光を入射する前記コア層の端面から該コア層に入射する過程を有することを特徴とする。
【００２６】
また、上述した問題点を解決するために、請求項６記載の発明では、光を導波させる少なくとも１つのコア層と、前記コア層を挟むように配置された少なくとも２つのクラッド層と、前記コア層と前記クラッド層との境界に設けられ、光照射による温度上昇によって吸収係数もしくは屈折率が変化する少なくとも１つの記録層と、前記記録層と前記コア層との間に設けられ、前記コア層より低い屈折率を有するギャップ層とからなり、前記コア層を導波する導波光のエバネッセント光が前記ギャップ層を介して前記記録層に達するように構成されているホログラム媒体にホログラムを記録するホログラム記録方法であって、物体光と記録用参照光とを照射する記録露光に先立って、もしくは記録露光と同時に、予備加熱光をいずれかのコア層の端面から該コア層に入射する過程と、前記ホログラム媒体の各層が下方から上方に積層されているとして、前記物体光を該ホログラム媒体の上方あるいは下方のいずれか一方から照射し、かつ前記記録用参照光を該ホログラム媒体の上方あるいは下方のいずれか一方から照射する記録露光を行う過程とを有することを特徴とする。
【００２７】
また、請求項７記載の発明では、請求項４または６記載のホログラム記録方法において、前記記録露光を行う過程において、前記物体光および前記記録用参照光を、それぞれ、該ホログラム媒体内での進行方向と前記コア層の法線とのなす角度θが、前記クラッド層の屈折率をｎ_ｃｌａｄとして、ｓｉｎθ＜１／ｎ_ｃｌａｄとなるように照射することを特徴とする。
【００２８】
また、上述した問題点を解決するために、請求項８記載の発明では、光を導波させる少なくとも１つのコア層と、前記コア層を挟むように配置された少なくとも２つのクラッド層と、前記コア層と前記クラッド層との境界に設けられ、光照射による温度上昇によって吸収係数もしくは屈折率が変化する少なくとも１つの記録層と、前記記録層と前記コア層との間に設けられ、前記コア層より低い屈折率を有するギャップ層とからなり、各層が下方から上方に積層されているホログラム媒体に対して、物体光を該ホログラム媒体の上方あるいは下方のいずれか一方から照射し、かつ記録用参照光を該ホログラム媒体の上方あるいは下方のいずれか一方から照射する記録露光を行うことで前記記録層に記録されたホログラムを、再生するホログラム再生方法であって、前記記録露光時の前記物体光および前記記録用参照光の波長に比べて、自由空間における波長が長い再生用参照光を、いずれかのコア層の端面から該コア層に入射し、前記色素層に記録されているホログラムの再生像を得る過程を有することを特徴とする。
【００２９】
この発明では、光を導波させる少なくとも１つのコア層を挟むように２つのクラッド層を配置し、前記コア層と前記クラッド層との境界に、光照射による温度上昇によって吸収係数もしくは屈折率が変化する少なくとも１つの記録層を設け、前記記録層と前記コア層との間に、前記コア層より低い屈折率を有するギャップ層を設ける。したがって、ギャップ層が障壁となって色素層での導波光の吸収を抑えるため、１つのコア層に効率よく光を導波させることができ、当該コア層の温度が上昇することで特定の色素層にのみホログラムを記録することが可能となる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
Ａ．本発明の原理
本発明では、前述した従来技術による色素を用いた熱記録方法による、物体光と参照光の強度差の問題を解決するために、色素そのものをコア層とせず、別途、透明なコア層を用意する。通常、色素の屈折率は「２」程度であり、透明なポリマの典型的な屈折率「１．５」と比べて非常に大きい。したがって、コア層と色素とを隣接させると、最初にコア層で励起された導波光は、直ぐに屈折率の大きな色素層に吸収されるので、そのままではコア層を導波しない。
【００３１】
この問題を解決するために、コア層と色素層との間に屈折率の小さなギャップ層を設ける。コア層を導波する導波光のエバネッセント波に対してギャップ層が障壁となり、色素層でのエバネッセント光の振幅は小さく抑えられる。色素層に達したエバネッセント光は、速やかに吸収されるため、色素層内を導波するモードに関しては考慮する必要がない。クラッド層、コア層、ギャップ層、そして色素層の屈折率を、各々、ｎ_ｃ，ｎ_ａ，ｎ_Ｇ，ｎ_ｄｙｅ、膜厚を、各々、ｄ_ｃ，ｄ_ａ，ｄ_Ｇ，ｄ_ｄｙｅ，とすると、導波光のコア層内での振幅を「１」に規格化したときに、色素層におけるエバネッセント光の振幅ａ_ｅｖは、概ね、
【００３２】
【数６】

【００３３】
で与えられる。本発明においては、ｄ_Ｇ＞＞ｄ_ｄｙｅを想定しているので、エバネッセント光の振幅ａ_ｅｖは、
【００３４】
【数７】

【００３５】
であり、ギャップ層の膜厚に対して指数関数的に減衰することが分かる。したがって、ギャップ層の膜厚を適当に選ぶことによって、導波光のエバネッセント光強度を制御し、ビジビリティ良くホログラムを色素層に記録することが可能となる。導波路面内でのホログラムの大きさを、導波方向にＬ、導波方向の幅をＷとすると、物体光および参照光の振幅Ｅ_ｏｂｊ，Ｅ_ｒｅｆは、入力光強度をそれぞれＩ_ｏｂｊ，Ｉ_ｒｅｆとして
【００３６】
【数８】

【００３７】
【数９】

【００３８】
で表される。ゆえに、Ｅ_ｏｂｊ＝Ｅ_ｒｅｆより、
【００３９】
【数１０】

【００４０】
に従ってギャップ層の厚みや屈折率を設定すれば、色素層にビジビリティの高いホログラムを記録できることが分かる。
【００４１】
一般に、Ｉ_ｒｅｆ＝Ｉ_ｏｂｊの時に光の利用効率が高く、ｄ_ａ／Ｌは１０^−４のオーダであるから、
【００４２】
【数１１】

【００４３】
であり、√（ｎ_Ｇ ^２−ｎ_ａ ^２）が０．１〜０．５の範囲で容易に制御可能であるので、数μｍのギャップ層の膜厚があれば良いことが分かる。これは容易に達成可能であり、積層導波路型での書込可能なホログラムが実現できることが分かる。
【００４４】
また、記録に先立って導波光のみを入射すると、該導波層のみの温度が上がり、記録時に必要な光強度の閾値が下がる。この方法によって、さらに記録時の層選択性が増すことが期待される。例えば、記録に先立ち、目標とする導波層に光を入射して予備加熱しておき、記録時には物体光、参照光ともに導波路外からの照射を行うことも可能である。このホログラムは、薄膜型のホログラフィ技術を用いたものであるから、ホログラムの記録時と再生時との光の波長が異なっていても、コア層を伝搬する導波光は、色素層に記録された干渉縞によって回折される。但し、再生時には導波光が参照光とならなければならないので、実際に記録時のホログラムを生成する光の波長は、再生時の光の波長よりも短波長でなければならない。なお、このような、記録時と再生時との波長が異なる記録系において、記録時の入射光が任意の導波層を全反射されることなく横切るためには、導波層の法線とのなす角度θが、クラッドの屈折率をｎ_ｃｌａｄとして、
【００４５】
【数１２】

【００４６】
で表される条件を満たす方向に進むことが必要である。以下、上述した内容についての実施形態について詳細に説明する。
【００４７】
Ｂ．光記録型積層導波路ホログラム媒体の構造
まず、本実施形態による光記録型積層導波路ホログラム媒体の構造について説明する。図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１実施形態による光記録型積層導波路ホログラム媒体の構成を示す断面図である。図において、１および２はそれぞれ光導波路を構成するためのコア層およびクラッド層、３は光強度に対して非線形特性を有し、吸収係数もしくは屈折率を変化させられる色素層、４は色素層３とコア層１との間に設けられたギャップ層であり、コア層１よりも屈折率の低い材料からなる。
【００４８】
図１（ａ）には、１つのコア層１、１つのギャップ層４、１つの色素層３を挟むように配置した２つのクラッド層２，２から構成される光記録型積層導波路ホログラム媒体の例を示す。また、図１（ｂ）には、図１（ａ）で示した媒体構成を多層に積み重ねた光記録型積層導波路ホログラム媒体の例を示す。
【００４９】
このように、色素層３とコア層１との間にギャップ層４を設けるごとにより、コア層１を導波する光のエバネッセント波に対してギャップ層４が障壁となって、色素層３でのエバネッセント光の振幅を小さく抑えることができるため、エネルギー損失が抑制され、コア層１に光を導波させることができる。
【００５０】
図２は、光記録型積層導波路ホログラム媒体のギャップ層膜厚とコア終端部での導波光の伝搬率の関係の一例を示す概念図である。図示の例では、ギャッブ層４の膜厚に対するコア終端部での導波光の伝搬率を調べた結果を示している。媒体の構成は、クラッド層２の膜厚が１０μｍ程度、そして同屈折率が１．５１程度、また、コア層１の膜厚が１μｍ程度であり、同屈折率が１．５２程度、さらに、色素層３の膜厚が０．１μｍ程度、同複素屈折率を２＋ｉ１．５（但し、ｉは虚数単位）程度とし、ギャップ層４の屈折率が１．５０５程度である。コア層１に導波させた光の波長は６５０ｎｍである。コア層１に入射した光のコア終端部での導波光の伝搬率は、ギャップ層４の膜厚の増加に伴って高くなり、ギャップ層４の膜厚が１．１μｍでは２０％程度だが、膜厚が約２倍になると９０％程度となる。
【００５１】
このように、ギャップ層４の膜厚に応じてコア層１の光の伝搬状態が異なることから、ギャップ層４の膜厚を任意に選ぶことで、導波光のエバネッセント光強度を制御できるため、ビジビリティ良くホログラムを記録することが可能になる。言い換えると、ギャップ層４の膜厚を選ぶことによって、コア層終端部での導波光の伝搬率を「１」に近づけることができれば、参照光の振幅（Ｅ_ｒｅｆ）を導波路面内のホログラムを記録する部分全面に渡ってほぼ一様にできるため、物体光と参照光との振幅をほぼ等しく（Ｅ_ｏｂｊ≒Ｅ_ｒｅｆ）することが可能となり、従って、ホログラムを記録することも可能となる。
【００５２】
Ｃ．第１のホログラム記録方法および第１のホログラム再生方法
次に、本実施形態による第１のホログラム記録方法および第１のホログラム再生方法について説明する。ここで、図３および図４（ａ）、図４（ｂ）は、本実施形態による光記録型積層導波路ホログラム媒体の第１のホログラム記録方法を示す模式図である。
【００５３】
まず、ホログラムを記録しようとするコア層１に、記録露光に先立って、予備加熱のための予備加熱光６をレンズ５によって集光させて導波させる（導波光７）。このように１つのコア層１に予備加熱光６を導波させることで該導波層のみの温度が上がり、記録時に必要な光強度の閾値を下げることができる。また、上記予備加熱によって、多層に積み重ねた媒体構成において、ホログラムを記録しようとするコア層の選択性が増し、特定の記録層にのみホログラムを記録することが可能となる。
【００５４】
なお、本実施形態による第１のホログラム記録方法においては、予備加熱光６を、ホログラムを記録する際の記録用参照光８により兼ねることもできるので、後述するように、記録用参照光８と物体光９とを照射する記録露光時に、記録用参照光８によって予備加熱を行うようにしてもよい。
【００５５】
次に、図４（ａ）に示すように、予備加熱した色素層にホログラムを記録すべく、物体光９を媒体の上方から照射すると同時に、記録用参照光８（予備加熱と記録露光とを同時に行う場合、予備加熱光を兼ねる）を、レンズ５によって集光させて記録しようとするコア層１に導波させる（導波光７）。あるいは、図４（ｂ）に示すように、物体光９を媒体の下方から照射すると同時に記録用参照光８（予備加熱と記録露光とを同時に行う場合、予備加熱光を兼ねる）を、レンズ５によって集光させて記録しようとするコア層に導波させる（導波光７）。物体光９は導波路外から照射を行う。
【００５６】
次に、図５（ａ）は、図４（ａ）に示す第１のホログラム記録方法で記録されたホログラムを再生する第１のホログラム再生方法を示す模式図であり、図５（ｂ）は、図４（ｂ）に示す第１のホログラム記録方法で記録されたホログラムを再生する第１のホログラム再生方法を示す模式図である。本第１のホログラム記録方法によって記録されたホログラムを再生する場合には、自由空間における波長が記録露光時の物体光９および記録用参照光８と等しい波長の再生用参照光１０を、いずれかのコア層１の端面からそのコア層１に入射することにより、色素層３に記録されているホログラムの再生光１１（再生像）を得る。
【００５７】
Ｄ．第２のホログラム記録方法および第２のホログラム再生方法
次に、本実施形態による第２のホログラム記録方法および第２のホログラム再生方法について説明する。ここで、図６および図７（ａ）、（ｂ）は、本実施形態による光記録型積層導波路ホログラム媒体の第２のホログラム記録方法を示す模式図である。
【００５８】
まず、ホログラムを記録しようとするコア層１に、記録露光に先立って、予備加熱のための予備加熱光６をレンズ５によって集光させて導波させる（導波光７）。前述した第１のホログラム記録方法と同様に、１つのコア層１に予備加熱光６を導波させることで該導波層のみの温度が上がり、記録時に必要な光強度の閾値を下げることができる。また、上記予備加熱によって、多層に積み重ねた媒体構成において、ホログラムを記録しようとするコア層の選択性が増し、特定の記録層にのみホログラムを記録することが可能となる。
【００５９】
なお、本実施形態による第２のホログラム記録方法においても、予備加熱を記録露光と同時に行うことも可能であり、後述するように、物体光９と記録用参照光８とを照射する記録露光時に、予備加熱光６をコア層に導波させるようにしてもよい。
【００６０】
次に、図７（ａ）に示すように、予備加熱した色素層にホログラムを記録すべく、物体光９を媒体の上方から照射すると同時に記録用参照光８を、媒体の上方から照射する。もしくは、図７（ｂ）のように、物体光９を媒体の下方から照射すると同時に記録用参照光８を媒体の下方から照射する。物体光９と記録用参照光８とは共に導波路外から照射を行う。なお、記録露光と同時に予備加熱を行う場合には、図示するように、予備加熱光６をレンズ５によって集光させて導波させる。
【００６１】
次に、図８（ａ）は、図７（ａ）に示す第２のホログラム記録方法で記録されたホログラムを再生する第２のホログラム再生方法を示す模式図であり、図８（ｂ）は、図７（ｂ）に示す第２のホログラム記録方法で記録されたホログラムを再生する第２のホログラム再生方法を示す模式図である。本第２のホログラム記録方法によって記録されたホログラムを再生する場合には、自由空間における波長が記録露光時の物体光９および記録用参照光８より長波長の再生用参照光１０を、いずれかのコア層１の端面からそのコア層１に入射し、色素層３に記録されているホログラムの再生光１１（再生像）を得る。
【００６２】
このように、ホログラム記録時の記録用参照光８の波長を、再生時に用いる再生用参照光１０の波長よりも短いものとすることで、長波長の再生用参照光１０を導波させることにより、色素層３に記録されたホログラムによって導波光７が回折され、再生像を容易に得ることができる。
【００６３】
なお、図７（ａ），（ｂ）では、物体光９と記録用参照光８を共に媒体からみて同じ方向（上方あるいは下方）から照射する例を示したが、物体光９と記録用参照光８とを媒体からみて対向する方向から照射しても構わない。
【００６４】
Ｅ．第３のホログラム記録方法
次に、本実施形態による第３のホログラム記録方法について説明する。ここで、図９（ａ）、（ｂ）は、本実施形態による光記録型積層導波路ホログラム媒体の第３のホログラム記録方法を示す模式図である。図９（ａ）には物体光９と記録用参照光８とを媒体の上方から照射した場合を示し、図９（ｂ）には物体光９と記録用参照光８とを媒体の下方から照射した場合を示している。
【００６５】
前述した第２のホログラム記録方法、第２のホログラム再生方法で説明したように、記録時の物体光９および記録用参照光８の波長と、再生時の再生参照光１０の波長とが異なる場合、記録時の物体光９もしくは記録用参照光８が全反射されずに媒体を横切るためには、物体光９と記録用参照光８とは、図９（ａ）または同図（ｂ）に示すように、各々の導波面の法線とのなす角度θが、クラッド層２の屈折率をｎ_ｃｌａｄ（例えば、１．５程度）とし、ｓｉｎθ＜１／ｎ_ｃｌａｄになる条件を満たさなくてはならない。このように、記録時の物体光９と記録用参照光８との入射角度を限定することで、物体光９と記録用参照光８とが、全反射されることなく媒体内を透過でき、他層に余計な露光をすることなく、特定の層にのみ、より効果的にホログラムを記録することができる。
【００６６】
なお、ここでは、図７（ａ），（ｂ）に示した方法でホログラムを記録する場合を例として説明したが、図４（ａ），（ｂ）に示した方法でホログラムを記録する場合には、物体光９に対する条件を全く同様とすればよい。
【００６７】
また、図９（ａ），（ｂ）では、物体光９と記録用参照光８とを共に媒体からみて同じ方向（上方あるいは下方）から照射する例を示したが、物体光９と記録用参照光８とを媒体からみて対向する方向から照射しても構わない。
【００６８】
なお、特定の層を選択して記録再生する本発明の方法では、上述した実施形態で説明したホログラム記録に限らず、上方あるいは下方からの光ビームを各記録層に集光して、集光された部分の複素屈折率の変化を情報として記録および再生する、ビット・バイ・ビット記録にも適用可能である。
【００６９】
以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は、上記実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光を導波させる少なくとも１つのコア層を挟むように２つのクラッド層を配置し、前記コア層と前記クラッド層との境界に、光照射による温度上昇によって吸収係数もしくは屈折率が変化する少なくとも１つの記録層を設け、前記記録層と前記コア層との間に、前記コア層より低い屈折率を有するギャップ層を設けるようにしたので、ギャップ層が障壁となって色素層での導波光の吸収を抑えるため、１つのコア層に効率よく光を導波させることができ、当該コア層の温度が上昇することで特定の色素層にのみホログラムを記録することができるという利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による光記録型積層導波路ホログラム媒体の構造を示す断面図である。
【図２】光記録型積層導波路ホログラム媒体のギャップ層膜厚とコア終端部での導波光の伝搬率の関係の一例を示す概念図である。
【図３】本実施形態による光記録型積層導波路ホログラム媒体の第１のホログラム記録方法を示す模式図である。
【図４】本実施形態による光記録型積層導波路ホログラム媒体の第１のホログラム記録方法を示す模式図である。
【図５】本実施形態による第１のホログラム記録方法で記録されたホログラムを再生する第１のホログラム再生方法を示す模式図である。
【図６】本実施形態による光記録型積層導波路ホログラム媒体の第２のホログラム記録方法を示す模式図である。
【図７】本実施形態による光記録型積層導波路ホログラム媒体の第２のホログラム記録方法を示す模式図である。
【図８】本実施形態による第２のホログラム記録方法で記録されたホログラムを再生する第２のホログラム再生方法を示す模式図である。
【図９】本実施形態による光記録型積層導波路ホログラム媒体の第３のホログラム記録方法を示す模式図である。
【符号の説明】
１　コア層
２　クラッド層
３　色素層
４　ギャップ層
５　レンズ
６　予備加熱光
７　導波光
８　記録用参照光
９　物体光
１０　再生用参照光
１１　再生光[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a write-once or rewritable optical recording type laminated waveguide hologram medium, a hologram recording method, and a hologram reproducing method.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Hitherto, a laminated hologram medium in which a hologram is recorded on a core layer of a laminated optical waveguide or on a boundary between a core layer and a clad layer has been proposed. However, the conventional laminated hologram medium is a reproduction-only medium in which a hologram by a method such as a computer hologram is previously recorded in a core layer or a boundary portion between a core layer and a clad layer in a manufacturing step of the medium. It was impossible to record a perfect hologram (for example, see Patent Document 1).
[0003]
Therefore, in order to enable recording in a laminated hologram medium, a recording layer made of an optically recordable material is arranged in or near the core layer of the laminated optical waveguide, and the hologram is recorded only on a specific recording layer. For this purpose, a method of using guided light propagating through the core layer as reference light is considered.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-11-345419
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, even if an attempt is made to record a hologram only on a specific recording layer using the laminated hologram medium having the above-described structure, at least the object light must pass through another layer. Exposure. Since a general recording material has a characteristic that its state changes in proportion to the light intensity, even in other recording layers where the reference light is not guided, the object light is irradiated by the object light. A change proportional to the light intensity occurs.
[0006]
For example, when there is a certain thin film, the amount of change in a physical property value (absorptivity or refractive index) that can be irreversibly changed by irradiating the thin film with light is denoted by ξ, and the saturation change is denoted by Δs. The change in the physical property value is proportional to the amount of light irradiation, that is, if the material is a linear response material to light, a small change δ of ξ when the light intensity I is irradiated for a short time δt is calculated using a proportional coefficient κ,
[0007]
(Equation 1)

[0008]
It is expressed as Therefore, the variation ξ
[0009]
(Equation 2)

[0010]
Becomes An interference fringe (signal) is recorded on the recording layer only when the reference light and the object light are simultaneously exposed. However, even when only the object light is irradiated, a change proportional to the light intensity occurs in the recording layer. . That is, the change amount ξ is “consumed”. Therefore, when this thin film has N layers, if the recording is performed in the order of the first layer, the second layer,..._iAs
[0011]
(Equation 3)

[0012]
When the exposure is performed so as to satisfy the condition, the change amount ξ is used up, and the same change in physical property value (ξs / N) is obtained in all the layers. However, in the above equation 3, the exposure time t of the N-th layer_NIs infinite, but in reality, only a finite time of exposure is possible, so that only a small change in physical quantity is given to the Nth layer.
[0013]
Now, irrespective of whether the physical property value により changed by exposure is an absorption rate or a refractive index, the amount of diffracted light is proportional to the square of ξ. Therefore, the signal light intensity Si from each layer is expressed by Expression 4.
[0014]
(Equation 4)

[0015]
That is, as long as a linear response material is used, the signal light intensity is unavoidably attenuated in inverse proportion to the square of the number of layers. If a large capacity is to be achieved by laminating, the recording material must have some nonlinearity with respect to the light intensity. Obviously, having them is essential.
[0016]
Well, materials that bring about the nonlinearity can be roughly classified into an optical nonlinear material and a thermal recording material. Of these, as for the optical nonlinear material, a material that can be made into a waveguide has not been known so far. On the other hand, with respect to thermal recording materials, there are various dye films for which thinning technology has been developed. In holography, the object light intensity_o, The reference light intensity is I_RWhen the visibility of the interference fringes to be recorded is determined as shown in the following Expression 5, in order to record with good visibility, the object light intensity I_oAnd reference light intensity I_RAre required to be approximately equal to
[0017]
(Equation 5)

[0018]
However, when a dye film is used as a recording material to form a waveguide in the form of a layer, both the guided light, which is the reference light for the waveguide hologram, and the object light that is incident from a direction substantially normal to the waveguide layer. However, it is impossible to provide substantially equal absorption as long as the dye film is used as the waveguide layer. The distance to be passed is on the order of several cm for guided light parallel to the layer, and on the order of 100 nm for incident light perpendicular to the layer.
[0019]
On the other hand, in order to record interference fringes, the frequencies of the guided light and the vertically incident light must be equal, but since the absorption of the amorphous dye film is not anisotropic, the absorption coefficients for both are also equal. Therefore, even when a dye film which is a non-linear material is used, when the dye film itself is used as a waveguide, a writable laminated waveguide cannot be realized.
[0020]
The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and is capable of efficiently guiding light to a desired core layer and recording a hologram only in a specific dye layer. It is an object to provide a medium, a hologram recording method, and a hologram reproducing method.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, in the invention according to claim 1, at least one core layer that guides light, at least two cladding layers disposed so as to sandwich the core layer, and the core layer And at least one recording layer whose absorption coefficient or refractive index is changed by a temperature rise due to light irradiation, and provided between the recording layer and the core layer. And a gap layer having a low refractive index.
[0022]
According to a second aspect of the present invention, in the optical recording type laminated waveguide hologram medium according to the first aspect, the recording layer is formed of a dye layer having a non-linear characteristic with respect to light intensity. I do.
[0023]
According to a third aspect of the present invention, in the optical recording type laminated waveguide hologram medium according to the first aspect, the gap layer has a larger thickness than the recording layer.
[0024]
Further, in order to solve the above-mentioned problems, in the invention according to claim 4, at least one core layer for guiding light, at least two cladding layers arranged so as to sandwich the core layer, and At least one recording layer provided at a boundary between a core layer and the cladding layer, the absorption coefficient or the refractive index of which changes due to a temperature rise due to light irradiation; and the core provided between the recording layer and the core layer. A hologram is recorded on a hologram medium comprising a gap layer having a lower refractive index than the layer, and configured such that evanescent light of guided light guided through the core layer reaches the recording layer via the gap layer. In the hologram recording method, assuming that the respective layers of the hologram medium are stacked from below to above, the object light is directed above or below the hologram medium. Deviation or irradiated from one, and the recording reference beam from the end face of one of the core layer; and a step of performing recording exposure incident on the core layer.
[0025]
According to a fifth aspect of the present invention, in the hologram recording method according to the fourth aspect, prior to the recording exposure for irradiating the object light and the recording reference light, a preheating light is applied to the recording reference light. The method is characterized in that it has a process of making light incident on the core layer from an end face of the core layer on which light enters.
[0026]
In order to solve the above-mentioned problems, in the invention according to claim 6, at least one core layer for guiding light, at least two cladding layers disposed so as to sandwich the core layer, At least one recording layer provided at a boundary between a core layer and the cladding layer, the absorption coefficient or the refractive index of which changes due to a temperature rise due to light irradiation; and the core provided between the recording layer and the core layer. A hologram is recorded on a hologram medium comprising a gap layer having a lower refractive index than the layer, and configured such that evanescent light of guided light guided through the core layer reaches the recording layer via the gap layer. A hologram recording method, wherein preheating light is applied to one of the core layers prior to or simultaneously with recording exposure for irradiating object light and recording reference light. Irradiating the object light from either above or below the hologram medium, assuming that each layer of the hologram medium is laminated from below to above, and Performing a recording exposure by irradiating the reference light from above or below the hologram medium.
[0027]
According to a seventh aspect of the present invention, in the hologram recording method according to the fourth or sixth aspect, in the step of performing the recording exposure, the object light and the recording reference light travel in the hologram medium, respectively. The angle θ between the direction and the normal to the core layer determines the refractive index of the cladding layer by n._cladWhere sin θ <1 / n_cladIrradiation is performed so that
[0028]
In order to solve the above-mentioned problem, in the invention according to claim 8, at least one core layer for guiding light, at least two cladding layers disposed so as to sandwich the core layer, and At least one recording layer provided at a boundary between a core layer and the cladding layer, the absorption coefficient or the refractive index of which changes due to a temperature rise due to light irradiation; and the core provided between the recording layer and the core layer. A hologram medium comprising a gap layer having a lower refractive index than that of the layers, and irradiating object light from above or below the hologram medium with each layer laminated from below to above, and A hologram for reproducing a hologram recorded on the recording layer by performing recording exposure by irradiating a reference beam from above or below the hologram medium. In the reproducing method, the reproducing reference light having a longer wavelength in free space than the wavelengths of the object light and the recording reference light at the time of the recording exposure is applied to the core layer from an end face of one of the core layers. Incident thereon to obtain a reconstructed image of a hologram recorded in the dye layer.
[0029]
In the present invention, two cladding layers are arranged so as to sandwich at least one core layer for guiding light, and an absorption coefficient or a refractive index is increased at a boundary between the core layer and the cladding layer due to a temperature rise due to light irradiation. At least one variable recording layer is provided, and a gap layer having a lower refractive index than the core layer is provided between the recording layer and the core layer. Therefore, since the gap layer acts as a barrier to suppress the absorption of guided light in the dye layer, light can be efficiently guided to one core layer, and the specific dye is increased by increasing the temperature of the core layer. The hologram can be recorded only on the layer.
[0030]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
A. The principle of the present invention
In the present invention, in order to solve the problem of the intensity difference between the object light and the reference light by the above-described thermal recording method using a dye according to the conventional technique, a transparent core layer is separately prepared without using the dye itself as a core layer. I do. Usually, the refractive index of the dye is on the order of "2", which is much higher than the typical refractive index of a transparent polymer of "1.5". Therefore, when the core layer and the dye are adjacent to each other, the guided light initially excited by the core layer is immediately absorbed by the dye layer having a large refractive index, so that the light is not guided through the core layer as it is.
[0031]
In order to solve this problem, a gap layer having a small refractive index is provided between the core layer and the dye layer. The gap layer acts as a barrier to the evanescent wave of the guided light guided through the core layer, and the amplitude of the evanescent light in the dye layer can be reduced. Since the evanescent light that has reached the dye layer is quickly absorbed, there is no need to consider the mode guided in the dye layer. The refractive indices of the cladding layer, the core layer, the gap layer, and the dye layer are respectively n_c, N_a, N_G, N_dye, Film thickness d_c, D_a, D_G, D_dyeWhen the amplitude of the guided light in the core layer is normalized to “1”, the amplitude a of the evanescent light in the dye layer becomes a_evIs generally
[0032]
(Equation 6)

[0033]
Given by In the present invention, d_G>> d_dye, The amplitude a of the evanescent light_evIs
[0034]
(Equation 7)

[0035]
It can be seen that the value attenuates exponentially with respect to the thickness of the gap layer. Therefore, by appropriately selecting the thickness of the gap layer, the intensity of the evanescent light of the guided light can be controlled, and the hologram can be recorded on the dye layer with good visibility. Assuming that the size of the hologram in the waveguide surface is L in the waveguide direction and W is the width in the waveguide direction, the amplitude E of the object light and the reference light is E._obj, E_refIndicates that the input light intensity is I_obj, I_refAs
[0036]
(Equation 8)

[0037]
(Equation 9)

[0038]
Is represented by Therefore, E_obj= E_refThan,
[0039]
(Equation 10)

[0040]
It can be seen that if the thickness and the refractive index of the gap layer are set according to the formula, a highly visible hologram can be recorded in the dye layer.
[0041]
In general, I_ref= I_objWhen the light use efficiency is high, d_a/ L is 10^-4Because it is the order of
[0042]
[Equation 11]

[0043]
And √ (n_G ²-N_a ²) Can be easily controlled in the range of 0.1 to 0.5, so that it is sufficient if the thickness of the gap layer is several μm. This can be easily achieved, and it can be seen that a laminated waveguide type writable hologram can be realized.
[0044]
Further, if only the guided light is incident before recording, the temperature of only the waveguide layer increases, and the threshold of the light intensity required at the time of recording decreases. This method is expected to further increase the layer selectivity during recording. For example, prior to recording, light can be incident on a target waveguide layer and preheated, and during recording, both object light and reference light can be irradiated from outside the waveguide. Since this hologram uses thin-film holography technology, even if the wavelength of the light differs between the time of recording and the time of reproduction of the hologram, the guided light propagating through the core layer is recorded on the dye layer. Diffracted by interference fringes. However, since the guided light must be the reference light at the time of reproduction, the wavelength of the light that actually generates the hologram at the time of recording must be shorter than the wavelength of the light at the time of reproduction. In such a recording system in which the wavelength at the time of recording and the wavelength at the time of reproduction are different, in order for the incident light at the time of recording to traverse an arbitrary waveguide layer without being totally reflected, the normal to the waveguide layer is required. Makes the refractive index of the cladding n_cladAs
[0045]
(Equation 12)

[0046]
It is necessary to proceed in a direction that satisfies the condition represented by Hereinafter, embodiments of the above contents will be described in detail.
[0047]
B. Structure of optical recording type laminated waveguide hologram medium
First, the structure of the optical recording laminated waveguide hologram medium according to the present embodiment will be described. FIGS. 1A and 1B are cross-sectional views showing the configuration of an optical recording type laminated waveguide hologram medium according to a first embodiment of the present invention. In the drawing,

reference numerals

1 and 2 denote a core layer and a cladding layer for constituting an optical waveguide, 3 denotes a dye layer having a non-linear characteristic with respect to light intensity and capable of changing an absorption coefficient or a refractive index, and 4 denotes a dye layer. The gap layer is provided between the core layer 1 and the core layer 1 and is made of a material having a lower refractive index than the core layer 1.
[0048]
FIG. 1A shows an optical recording laminated waveguide hologram medium composed of two cladding layers 2 arranged so as to sandwich one core layer 1, one gap layer 4, and one dye layer 3. Here is an example. FIG. 1B shows an example of an optical recording type laminated waveguide hologram medium in which the medium configuration shown in FIG. 1A is stacked in multiple layers.
[0049]
Thus, every time the gap layer 4 is provided between the dye layer 3 and the core layer 1, the gap layer 4 acts as a barrier against the evanescent wave of light guided through the core layer 1, and the dye layer 3 Since the amplitude of the evanescent light can be suppressed to a small value, energy loss can be suppressed and light can be guided to the core layer 1.
[0050]
FIG. 2 is a conceptual diagram showing an example of the relationship between the thickness of the gap layer of the optical recording type laminated waveguide hologram medium and the propagation rate of guided light at the core end. In the illustrated example, the result of examining the propagation rate of the guided light at the core terminal portion with respect to the film thickness of the gap layer 4 is shown. The configuration of the medium is such that the thickness of the cladding layer 2 is about 10 μm and the same refractive index is about 1.51, and the thickness of the core layer 1 is about 1 μm, and the same refractive index is about 1.52. The thickness of the dye layer 3 is about 0.1 μm, the complex refractive index is about 2 + i1.5 (where i is an imaginary unit), and the refractive index of the gap layer 4 is about 1.505. The wavelength of the light guided to the core layer 1 is 650 nm. The propagation rate of the guided light at the core terminal end of the light incident on the core layer 1 increases as the thickness of the gap layer 4 increases, and is about 20% when the thickness of the gap layer 4 is 1.1 μm. When the film thickness becomes about twice, it becomes about 90%.
[0051]
As described above, since the light propagation state of the core layer 1 varies depending on the thickness of the gap layer 4, the evanescent light intensity of the guided light can be controlled by arbitrarily selecting the thickness of the gap layer 4. A hologram can be recorded with good visibility. In other words, if the propagation rate of the guided light at the end of the core layer can be made closer to “1” by selecting the thickness of the gap layer 4, the amplitude of the reference light (E_ref) Can be made substantially uniform over the entire surface of the waveguide surface where a hologram is recorded, so that the amplitudes of the object light and the reference light are almost equal (E_obj≒ E_ref) Can be performed, and thus a hologram can be recorded.
[0052]
C. First hologram recording method and first hologram reproducing method
Next, a first hologram recording method and a first hologram reproducing method according to the present embodiment will be described. Here, FIGS. 3, 4A and 4B are schematic views showing the first hologram recording method of the optical recording type laminated waveguide hologram medium according to the present embodiment.
[0053]
First, preheating light 6 for preheating is condensed by the lens 5 and guided to the core layer 1 on which a hologram is to be recorded, prior to recording exposure (guided light 7). By guiding the preheating light 6 to one core layer 1 in this manner, the temperature of only the waveguide layer increases, and the threshold of the light intensity required at the time of recording can be reduced. In addition, the preheating described above increases the selectivity of the core layer in which a hologram is to be recorded in a multi-layered medium configuration, and makes it possible to record a hologram only on a specific recording layer.
[0054]
In the first hologram recording method according to the present embodiment, the preheating light 6 can also be used as the recording reference light 8 when recording a hologram. Pre-heating may be performed by the recording reference light 8 at the time of recording exposure to irradiate the object light 9.
[0055]
Next, as shown in FIG. 4A, in order to record a hologram on the preheated dye layer, the object light 9 is irradiated from above the medium, and at the same time, the recording reference light 8 (preheating and recording exposure is performed). When performed simultaneously, the preheating light is also condensed by the lens 5 and guided to the core layer 1 to be recorded (guided light 7). Alternatively, as shown in FIG. 4B, the recording reference light 8 (when preheating and recording exposure are performed simultaneously, also serves as preheating light) while simultaneously irradiating the object light 9 from below the medium. And guided to the core layer to be recorded (guided light 7). The object light 9 is irradiated from outside the waveguide.
[0056]
Next, FIG. 5A is a schematic diagram showing a first hologram reproducing method for reproducing a hologram recorded by the first hologram recording method shown in FIG. 4A, and FIG. FIG. 5 is a schematic diagram showing a first hologram reproducing method for reproducing a hologram recorded by the first hologram recording method shown in FIG. When reproducing the hologram recorded by the first hologram recording method, any one of the reproduction reference light 10 having a wavelength in free space equal to the object light 9 and the recording reference light 8 at the time of recording exposure is used. Is incident on the core layer 1 from the end face of the core layer 1 to obtain the reproduction light 11 (reproduction image) of the hologram recorded on the dye layer 3.
[0057]
D. Second hologram recording method and second hologram reproducing method
Next, a second hologram recording method and a second hologram reproducing method according to the present embodiment will be described. Here, FIGS. 6, 7A and 7B are schematic views showing a second hologram recording method of the optical recording type laminated waveguide hologram medium according to the present embodiment.
[0058]
First, preheating light 6 for preheating is condensed by the lens 5 and guided to the core layer 1 on which a hologram is to be recorded, prior to recording exposure (guided light 7). As in the case of the first hologram recording method described above, by guiding the preheating light 6 to one core layer 1, the temperature of only the waveguide layer increases, and the threshold of the light intensity required at the time of recording can be reduced. it can. In addition, the preheating described above increases the selectivity of the core layer in which a hologram is to be recorded in a multi-layered medium configuration, and makes it possible to record a hologram only on a specific recording layer.
[0059]
In the second hologram recording method according to the present embodiment, it is also possible to perform the preheating simultaneously with the recording exposure, and as described later, at the time of the recording exposure for irradiating the object light 9 and the recording reference light 8. Alternatively, the preheating light 6 may be guided to the core layer.
[0060]
Next, as shown in FIG. 7A, in order to record a hologram on the preheated dye layer, the object light 9 is irradiated from above the medium, and simultaneously the recording reference light 8 is irradiated from above the medium. Alternatively, as shown in FIG. 7B, the object light 9 is irradiated from below the medium, and simultaneously the recording reference light 8 is irradiated from below the medium. Both the object light 9 and the recording reference light 8 are irradiated from outside the waveguide. When preheating is performed simultaneously with the recording exposure, the preheating light 6 is condensed by the lens 5 and guided as shown in the figure.
[0061]
Next, FIG. 8A is a schematic diagram showing a second hologram reproducing method for reproducing the hologram recorded by the second hologram recording method shown in FIG. 7A, and FIG. FIG. 8 is a schematic diagram showing a second hologram reproducing method for reproducing a hologram recorded by the second hologram recording method shown in FIG. When reproducing the hologram recorded by the second hologram recording method, any one of the object light 9 and the reproduction reference light 10 whose wavelength in free space is longer than the object light 9 and the recording reference light 8 at the time of recording exposure is used. Of the hologram recorded on the dye layer 3 to obtain a reproduction light 11 (reproduction image) of the hologram recorded on the dye layer 3.
[0062]
In this way, by setting the wavelength of the recording reference light 8 at the time of hologram recording to be shorter than the wavelength of the reproduction reference light 10 used at the time of reproduction, the long-wavelength reproduction reference light 10 is guided. In addition, the guided light 7 is diffracted by the hologram recorded in the dye layer 3, and a reproduced image can be easily obtained.
[0063]
FIGS. 7A and 7B show an example in which the object light 9 and the recording reference light 8 are both radiated from the same direction (from above or below) when viewed from the medium. The light 8 may be radiated from the direction facing the medium.
[0064]
E. FIG. Third hologram recording method
Next, a third hologram recording method according to the present embodiment will be described. Here, FIGS. 9A and 9B are schematic views showing a third hologram recording method of the optical recording type laminated waveguide hologram medium according to the present embodiment. 9A shows a case where the object light 9 and the recording reference light 8 are irradiated from above the medium, and FIG. 9B shows the case where the object light 9 and the recording reference light 8 are irradiated from below the medium. The case where irradiation was performed is shown.
[0065]
As described in the second hologram recording method and the second hologram reproducing method described above, when the wavelengths of the object light 9 and the recording reference light 8 during recording are different from the wavelengths of the reproduction reference light 10 during reproduction. In order for the object light 9 or the recording reference light 8 at the time of recording to traverse the medium without being totally reflected, the object light 9 and the recording reference light 8 must be as shown in FIG. 9A or FIG. As shown in the figure, the angle θ between each waveguide surface and the normal line makes the refractive index of the cladding layer 2 n_clad(For example, about 1.5), and sin θ <1 / n_cladMust be satisfied. Thus, by limiting the incident angle between the object light 9 and the recording reference light 8 at the time of recording, the object light 9 and the recording reference light 8 can pass through the medium without being totally reflected, A hologram can be more effectively recorded only on a specific layer without unnecessary exposure of other layers.
[0066]
Here, the case where the hologram is recorded by the method shown in FIGS. 7A and 7B has been described as an example, but the case where the hologram is recorded by the method shown in FIGS. 4A and 4B is described. In this case, the conditions for the object light 9 may be exactly the same.
[0067]
9A and 9B show an example in which the object light 9 and the recording reference light 8 are both radiated from the same direction (above or below) as viewed from the medium. The reference light 8 may be emitted from a direction facing the medium when viewed from the medium.
[0068]
The method of the present invention for selecting and recording / reproducing a specific layer is not limited to the hologram recording described in the above-described embodiment, and a light beam from above or below is condensed on each recording layer and collected. The present invention can also be applied to bit-by-bit recording, in which a change in the complex refractive index of a recorded portion is recorded and reproduced as information.
[0069]
As described above, the embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to the above embodiment, and includes a design and the like within a range not departing from the gist of the present invention. .
[0070]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, two cladding layers are arranged so as to sandwich at least one core layer that guides light, and the boundary between the core layer and the cladding layer has a temperature caused by light irradiation. Since at least one recording layer whose absorption coefficient or refractive index changes due to the rise is provided, and a gap layer having a lower refractive index than the core layer is provided between the recording layer and the core layer, the gap layer Acts as a barrier to suppress the absorption of guided light in the dye layer, so that light can be efficiently guided to one core layer, and as the temperature of the core layer rises, the hologram is only applied to a specific dye layer. Can be recorded.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a structure of an optical recording type laminated waveguide hologram medium according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram showing an example of a relationship between a gap layer film thickness of an optical recording type laminated waveguide hologram medium and a propagation rate of guided light at a core end portion.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a first hologram recording method of the optical recording type laminated waveguide hologram medium according to the present embodiment.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a first hologram recording method for the optical recording type laminated waveguide hologram medium according to the present embodiment.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a first hologram reproducing method for reproducing a hologram recorded by the first hologram recording method according to the present embodiment.
FIG. 6 is a schematic diagram showing a second hologram recording method for the optical recording type laminated waveguide hologram medium according to the present embodiment.
FIG. 7 is a schematic diagram showing a second hologram recording method for the optical recording type laminated waveguide hologram medium according to the present embodiment.
FIG. 8 is a schematic diagram showing a second hologram reproducing method for reproducing a hologram recorded by the second hologram recording method according to the present embodiment.
FIG. 9 is a schematic diagram showing a third hologram recording method for the optical recording type laminated waveguide hologram medium according to the present embodiment.
[Explanation of symbols]
1 core layer
2 cladding layer
3 Dye layer
4 gap layer
5 lens
6 Preheating light
7 guided light
8 Reference beam for recording
9 Object light
10 ° reference beam for reproduction
11 reproduction light

Claims

At least one core layer for guiding light;
At least two cladding layers arranged so as to sandwich the core layer,
At least one recording layer provided at a boundary between the core layer and the cladding layer, wherein an absorption coefficient or a refractive index changes due to a temperature rise due to light irradiation;
An optical recording laminated waveguide hologram medium, comprising: a gap layer provided between the recording layer and the core layer and having a lower refractive index than the core layer.

2. The optical recording type laminated waveguide hologram medium according to claim 1, wherein the recording layer is formed of a dye layer having a non-linear characteristic with respect to light intensity.

2. The optical recording laminated waveguide hologram medium according to claim 1, wherein the gap layer has a larger film thickness than the recording layer.

At least one core layer for guiding light, at least two cladding layers arranged so as to sandwich the core layer, and provided at a boundary between the core layer and the cladding layer, and absorbed by a temperature rise due to light irradiation. At least one recording layer whose coefficient or refractive index changes, and a gap layer provided between the recording layer and the core layer and having a lower refractive index than the core layer, and guides the core layer. A hologram recording method for recording a hologram on a hologram medium configured such that evanescent light of guided light reaches the recording layer via the gap layer,
Assuming that each layer of the hologram medium is laminated from below to above, object light is irradiated from either above or below the hologram medium, and recording reference light is applied to the core from the end face of any of the core layers. Performing a recording exposure that is incident on the layer.

Prior to the recording exposure of irradiating the object light and the recording reference light, a preheating light is incident on the core layer from an end face of the core layer on which the recording reference light is incident. The hologram recording method according to claim 4, wherein

At least one core layer for guiding light, at least two cladding layers arranged so as to sandwich the core layer, and provided at a boundary between the core layer and the cladding layer, and absorbed by a temperature rise due to light irradiation. At least one recording layer whose coefficient or refractive index changes, and a gap layer provided between the recording layer and the core layer and having a lower refractive index than the core layer, and guides the core layer. A hologram recording method for recording a hologram on a hologram medium configured such that evanescent light of guided light reaches the recording layer via the gap layer,
Prior to the recording exposure to irradiate the object light and the recording reference light, or simultaneously with the recording exposure, a process in which preheating light is incident on the core layer from an end face of any of the core layers,
Assuming that each layer of the hologram medium is stacked from below to above, the object light is irradiated from either above or below the hologram medium, and the recording reference light is above or below the hologram medium. Performing a recording exposure by irradiating from any one of the holograms.

In the step of performing the recording exposure, the object light and the recording reference light,
The angle θ between the direction of travel in the hologram medium and the normal to the core layer is defined as the refractive index of the cladding layer, n _clad ,
sinθ <1 / n _clad
7. The hologram recording method according to claim 4, wherein the irradiation is performed such that:

At least one core layer for guiding light, at least two cladding layers arranged so as to sandwich the core layer, and provided at a boundary between the core layer and the cladding layer, and absorbed by a temperature rise due to light irradiation. At least one recording layer whose coefficient or refractive index changes, and a gap layer provided between the recording layer and the core layer and having a lower refractive index than the core layer, and each layer is laminated from below to above. The recording exposure is performed by irradiating the hologram medium with the object light from above or below the hologram medium, and irradiating the recording reference light from above or below the hologram medium. A hologram reproducing method for reproducing a hologram recorded on the recording layer by performing the hologram,
Compared to the wavelengths of the object light and the recording reference light at the time of the recording exposure, a reproduction reference light having a longer wavelength in free space is incident on the core layer from an end face of any of the core layers, and the dye layer A method of obtaining a reproduced image of a hologram recorded in a hologram.