JP2006039225A - Recording medium, recording method and reproducing method - Google Patents

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Mitsuo Kawasaki
三津夫 川崎
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a recording method by which high density recording suitable for a digital hologram can be performed, laser light at any wavelength from a near UV region to a visible region can be used, and instant recording with excellent long-term stability can be performed, to provide a reproducing method for reproducing information recorded by the above recording method, and to provide a recording medium for directly using the above recording method or the reproducing method. <P>SOLUTION: A recording medium 17 having a metal thin film 2 in which metal nanoparticles comprising a platinum element are present in a proximity state or a contact with one another on a substrate 1 is irradiated with laser light divided into two beams of information light 40 having information and reference light 30 to interfere with each other. Interference fringes composed of a portion where the metal thin film 2 is aggregated and granulated by the irradiation energy and a portion having no aggregation granulation are formed in the recording medium 17. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、基板上の金属薄膜に光を照射して情報の記録を行う記録方法、該記録方法により記録された情報を再生する再生方法、前記記録方法又は再生方法の実施に直接使用する記録媒体に関する。   The present invention relates to a recording method for recording information by irradiating a metal thin film on a substrate with light, a reproducing method for reproducing information recorded by the recording method, and a recording method used directly for carrying out the recording method or reproducing method. It relates to the medium.

音楽データ、動画データ、又はパーソナルコンピュータ用のアプリケーションプログラムなどの記録媒体として、CD又はDVDなどの光ディスクが普及している。光ディスクは、基板上に予め形成された凹凸のピットパターンにレーザ光を照射し、反射光量の変化したポイントを「1」、又は「0」として情報を読み出し、再生を行う。このため、記録密度の向上には、ピットパターンの微細化技術が必要になる。   As recording media for music data, moving image data, or application programs for personal computers, optical discs such as CDs and DVDs are widely used. An optical disk reads and reproduces information by irradiating laser light onto a concave and convex pit pattern formed in advance on a substrate, with the point where the amount of reflected light is changed as “1” or “0”. For this reason, in order to improve the recording density, a pit pattern miniaturization technique is required.

光ディスクの記録密度を高めるために、直径100ナノメートル以下の金属粒子を離散的に二次元分布させた金属薄膜(島状金属薄膜)を1つの光記録層とし、金、銀、銅などの分光特性の異なる複数の島状金属薄膜を、透明樹脂層を間にはさんで積層した光ディスクが提案されている。これは、各金属薄膜の共鳴波長近傍の高エネルギー密度のレーザ光の照射により、金属粒子の形状、又は周辺の透明樹脂媒質の局所的融解若しくは変形を生じさせ、レーザ照射部の反射率を変化させることによりマークを記録するものである(特許文献1参照)。   In order to increase the recording density of an optical disk, a metal thin film (island-like metal thin film) in which metal particles having a diameter of 100 nanometers or less are discretely distributed in a two-dimensional manner is used as one optical recording layer, and spectroscopy of gold, silver, copper, etc. An optical disc has been proposed in which a plurality of island-shaped metal thin films having different characteristics are laminated with a transparent resin layer interposed therebetween. This is because the irradiation of high energy density laser light in the vicinity of the resonance wavelength of each metal thin film causes the shape of metal particles or the local melting or deformation of the surrounding transparent resin medium to change the reflectivity of the laser irradiation part. By doing so, a mark is recorded (see Patent Document 1).

一方、記録密度を増大するため、ホログラフィック記録再生技術を利用するものが提案されている。これは、従来のCD又はDVDが1記録マーク当たり1ビットの情報を記録するのに対し、ホログラフィック記録再生では、1記録マーク当たりページデータというデータの塊を記録することにより、1記録マークで記録できる情報量を飛躍的に増大させる。   On the other hand, in order to increase the recording density, one using a holographic recording / reproducing technique has been proposed. This is because conventional CDs or DVDs record 1-bit information per recording mark, whereas in holographic recording / reproduction, a data chunk called page data per recording mark is recorded. The amount of information that can be recorded is dramatically increased.

ホログラフィック記録再生では、情報を記録するための記録層の材料として、光の吸収により屈折率が変化するフォトリフラクティブ材料、又はモノマーに増感剤を加えたフォトポリマーを用いたものが注目されている。例えば、フォトポリマーを記録層に用いたホログラフィック記録再生は、記録時に強いレーザ光を、記録する情報を有する情報光と参照光との二光束に分離して記録層に照射し、記録層を露光させることにより記録層の構造を変化させて干渉縞を形成した後に、現像処理、定着処理などの後処理を行うことによって、情報の記録を行う。
特開2002−11957号公報
In holographic recording and reproduction, as a recording layer material for recording information, a photorefractive material whose refractive index changes by absorption of light or a photopolymer obtained by adding a sensitizer to a monomer has been attracting attention. Yes. For example, in holographic recording / reproduction using a photopolymer as a recording layer, a strong laser beam during recording is separated into two light beams of information light having information to be recorded and reference light, and the recording layer is irradiated to the recording layer. After changing the structure of the recording layer by exposure to form interference fringes, information is recorded by performing post-processing such as development processing and fixing processing.
JP 2002-11957 A

しかしながら、特許文献1の例にあっては、金属薄膜の共鳴波長近傍の高いエネルギー密度を有するレーザ光を照射するため、記録又は再生時において、金属薄膜の材料に応じた共鳴波長により特定される波長を有するレーザ光を用いる必要があった。また、レーザ光を照射した部分近傍に記録された記録マークは1ビットの情報しか有しないため、さらに記録密度を上げることが望まれていた。   However, in the example of Patent Document 1, since laser light having a high energy density in the vicinity of the resonance wavelength of the metal thin film is irradiated, it is specified by the resonance wavelength corresponding to the material of the metal thin film during recording or reproduction. It was necessary to use laser light having a wavelength. Further, since the recording mark recorded in the vicinity of the portion irradiated with the laser beam has only 1-bit information, it has been desired to further increase the recording density.

また、従来のホログラフィック記録再生の例にあっては、記録層の材料は、感光性を有するため光に対して敏感で、光の照射に対して不安定であり、長時間光にさらされると光学的性質に変化が生じるため、記録媒体としての長期安定性を向上させることが求められていた。また、情報の記録の際には、記録層にレーザ光を照射して露光した後に、現像及び定着などの後処理が必要であり、簡便な方法で情報を記録することが望まれていた。さらに、レーザ光を照射して記録層を露光する間に、記録層が形成された記録媒体又はレーザ光を記録層に導く光学系に振動が生じた場合には、正しく情報が記録されないときがあり、振動を吸収するための機構が必要であった。   In the case of the conventional holographic recording / reproducing, the material of the recording layer is sensitive to light because it has photosensitivity, is unstable to light irradiation, and is exposed to light for a long time. Therefore, it has been required to improve long-term stability as a recording medium. Further, when recording information, post-processing such as development and fixing is necessary after the recording layer is exposed by irradiating a laser beam, and it has been desired to record information by a simple method. Furthermore, when the recording layer is exposed by irradiating the laser beam, if vibration occurs in the recording medium on which the recording layer is formed or the optical system that guides the laser beam to the recording layer, information may not be recorded correctly. There was a need for a mechanism to absorb vibrations.

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、金属ナノ粒子が近接する状態又は接触する状態にある金属薄膜に光を照射して、照射した光のエネルギーによって前記金属薄膜を凝集粒状化した部分と、凝集粒状化していない部分とから構成されるパターンを形成する記録層を備えることにより、現像又は定着などの後処理が不要であり、高密度に情報を記録することができる記録媒体、及び該記録媒体を用いた記録方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and irradiates light to a metal thin film in a state where metal nanoparticles are in close contact with or in contact with each other, and the metal thin film is agglomerated by the energy of the irradiated light. By providing a recording layer that forms a pattern composed of a portion that has been converted into a non-aggregated portion and a portion that is not agglomerated and granulated, post-processing such as development or fixing is not required, and information can be recorded at high density It is an object to provide a medium and a recording method using the recording medium.

また、本発明の他の目的は、金属ナノ粒子が近接する状態又は接触する状態にある金属薄膜に、コヒーレント光を干渉させて、前記コヒーレント光のエネルギーによって前記金属薄膜を凝集粒状化した部分と、凝集粒状化していない部分とから構成される干渉縞を形成する記録層を備えることにより、デジタルホログラムに適した干渉縞を形成することができる記録媒体、該記録媒体を用いた記録方法を提供することにある。   Another object of the present invention is to coherent light interfere with a metal thin film in a state where the metal nanoparticles are in close contact with or in contact with each other, and the metal thin film is agglomerated and granulated by the energy of the coherent light. And a recording medium capable of forming interference fringes suitable for digital holograms by providing a recording layer for forming interference fringes composed of non-aggregated parts, and a recording method using the recording medium There is to do.

また、本発明の他の目的は、白金、パラジウム、白金及びパラジウムの合金、白金及びニッケルの合金、パラジウム及びニッケルの合金からなる群より選ばれる金属を1つ含む金属薄膜を備えることにより、レーザ光の照射の前後において、近紫外から可視領域において反射率及び透過率の変化が大きく、高い空間分解能を得ることができ、また、長期安定性に優れた記録媒体を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a laser by providing a metal thin film containing one metal selected from the group consisting of platinum, palladium, platinum and palladium alloys, platinum and nickel alloys, palladium and nickel alloys. It is an object of the present invention to provide a recording medium that has a large change in reflectance and transmittance in the near-ultraviolet to visible region before and after light irradiation, can obtain high spatial resolution, and is excellent in long-term stability.

また、本発明の他の目的は、金属ナノ粒子の粒径及び平均膜厚は3ナノメートル〜20ナノメートルの範囲内である金属薄膜を備えることにより、レーザ光の照射の前後において、反射率又は透過率の変化を確保し、干渉縞の分解能の低下を防止できる記録媒体を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a metal thin film in which the particle size and average film thickness of the metal nanoparticles are in the range of 3 to 20 nanometers, so that the reflectance before and after the laser light irradiation. Another object of the present invention is to provide a recording medium that can ensure a change in transmittance and prevent a reduction in resolution of interference fringes.

また、本発明の他の目的は、基板上に複数積層した前記記録層を備えることにより、情報を多重記録することができる記録媒体を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a recording medium capable of multiplex recording information by providing a plurality of recording layers stacked on a substrate.

また、本発明の他の目的は、0.5ミリジュール/平方ミリメートル以上のエネルギー密度を有し、5ナノ秒以下のパルス幅を有する単発パルスレーザ光を金属薄膜に照射することにより、ナノ秒単位の時間内に準連続の金属薄膜を凝集粒状化して、振動を吸収するための機構が不要な記録方法を提供することにある。   Another object of the present invention is to irradiate a metal thin film with a single pulse laser beam having an energy density of 0.5 millijoule / square millimeter or more and a pulse width of 5 nanoseconds or less. An object of the present invention is to provide a recording method in which a quasi-continuous metal thin film is agglomerated and granulated within a unit time to eliminate a mechanism for absorbing vibration.

また、本発明の他の目的は、照射した光の反射率に基づいて記録された情報の再生をすることができる再生方法を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a reproduction method capable of reproducing recorded information based on the reflectance of irradiated light.

また、本発明の他の目的は、記録時のコヒーレント光と同一の波長を有する光を照射して情報を再生することにより、記録時の波長と同一であれば近紫外から可視領域における任意の波長の光で再生することができる再生方法を提供することにある。   Another object of the present invention is to reproduce information by irradiating light having the same wavelength as the coherent light at the time of recording. An object of the present invention is to provide a reproducing method capable of reproducing with light of a wavelength.

第1発明に係る記録媒体は、基板上に形成した記録層に情報を記録する記録媒体において、前記記録層は、金属ナノ粒子が近接する状態又は接触する状態にある金属薄膜であることを特徴とする。   A recording medium according to a first aspect of the present invention is a recording medium for recording information on a recording layer formed on a substrate, wherein the recording layer is a metal thin film in which metal nanoparticles are in close proximity or in contact with each other. And

第2発明に係る記録媒体は、第1発明において、前記金属薄膜は、白金、パラジウム、白金及びパラジウムの合金、白金及びニッケルの合金、パラジウム及びニッケルの合金からなる群より選ばれる金属を1つ含むことを特徴とする。   The recording medium according to a second invention is the recording medium according to the first invention, wherein the metal thin film is one metal selected from the group consisting of platinum, palladium, an alloy of platinum and palladium, an alloy of platinum and nickel, an alloy of palladium and nickel. It is characterized by including.

第3発明に係る記録媒体は、第2発明において、前記金属薄膜の平均膜厚及び前記金属ナノ粒子の粒径夫々は、3ナノメートル〜20ナノメートルの範囲内であることを特徴とする。   The recording medium according to a third invention is characterized in that, in the second invention, the average film thickness of the metal thin film and the particle size of the metal nanoparticles are in the range of 3 nanometers to 20 nanometers.

第4発明に係る記録媒体は、第1発明乃至第3発明のいずれかにおいて、基板上に前記記録層が複数積層してなることを特徴とする。   A recording medium according to a fourth aspect of the present invention is the recording medium according to any one of the first to third aspects, wherein a plurality of the recording layers are laminated on a substrate.

第5発明に係る記録方法は、記録媒体に対して、光を照射して情報の記録を行う記録方法において、基板上に金属ナノ粒子が近接する状態又は接触する状態にある金属薄膜を形成した記録媒体を用い、照射エネルギーによって前記金属ナノ粒子を凝集粒状化し、凝集粒状化した部分と凝集粒状化していない部分とから構成されるパターンを形成することにより情報を記録することを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a recording method for recording information by irradiating light to a recording medium, wherein a metal thin film is formed on a substrate in a state in which the metal nanoparticles are in proximity or in contact with each other. Information is recorded by using a recording medium to form the metal nanoparticles by agglomeration and granulation by irradiation energy and forming a pattern composed of the agglomerated and non-agglomerated parts.

第6発明に係る記録方法は、第5発明において、情報を有する情報光及び参照光の二光束に分離したコヒーレント光を前記金属薄膜に照射して干渉させ、凝集粒状化した部分と凝集粒状化していない部分とから構成される干渉縞を形成することを特徴とする。   The recording method according to a sixth aspect of the present invention is the recording method according to the fifth aspect, wherein the metal thin film is irradiated with and interferes with the coherent light separated into the two light beams of the information light having information and the reference light to coagulate and granulate It is characterized in that an interference fringe composed of unexposed portions is formed.

第7発明に係る記録方法は、第6発明において、前記金属薄膜に照射されるコヒーレント光は、0.5ミリジュール/平方ミリメートル以上のエネルギー密度を有し、5ナノ秒以下のパルス幅を有する単発パルスレーザ光であることを特徴とする。   In a recording method according to a seventh aspect, in the sixth aspect, the coherent light applied to the metal thin film has an energy density of 0.5 millijoule / square millimeter or more and a pulse width of 5 nanoseconds or less. It is a single pulse laser beam.

第8発明に係る再生方法は、光を照射して情報を記録する記録方法により情報を記録した記録媒体に対して、光を照射して情報の再生を行う再生方法において、前記記録方法は、第5発明に記載された記録方法であり、照射した光の反射率の差異に基づいて、情報を再生することを特徴とする。   According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a reproducing method for reproducing information by irradiating light onto a recording medium on which information is recorded by a recording method for recording information by irradiating light, wherein the recording method comprises: The recording method according to the fifth aspect of the invention is characterized in that information is reproduced based on a difference in reflectance of irradiated light.

第9発明に係る再生方法は、コヒーレント光を干渉させて情報を記録する記録方法により情報を記録した記録媒体に対して、光を照射して情報の再生を行う再生方法において、前記記録方法は、第6発明又は第7発明に記載された記録方法であり、前記コヒーレント光と同一波長の光を照射して情報を再生することを特徴とする。   According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a reproducing method for reproducing information by irradiating light onto a recording medium on which information is recorded by a recording method for recording information by interfering with coherent light, wherein the recording method comprises: The recording method according to the sixth or seventh invention is characterized in that information is reproduced by irradiating light having the same wavelength as the coherent light.

第1発明及び第5発明にあっては、予め電子ビーム描画で情報パターンが記録されたマスクを通してレーザ光を金属薄膜に照射する。レーザ光が照射された部分の金属薄膜では、照射された光のエネルギーを吸収した金属ナノ粒子は発熱して溶融し、複数の金属ナノ粒子が合体するとともに表面張力により球状液滴化することにより、金属ナノ粒子は凝集粒状化する。照射する光のエネルギーは、金属ナノ粒子が溶融するのに必要なエネルギー以上であればよく、光の照射時間は、金属ナノ粒子が溶融するまでの時間でよい。一方、前記マスクによりレーザ光が照射されない金属薄膜では、金属薄膜の構造変化は発生せず、凝集粒状化しない。これにより、金属ナノ粒子が凝集粒状化した部分と凝集粒状化していない部分とから構成されるパターンを形成する。   In the first invention and the fifth invention, the metal thin film is irradiated with a laser beam through a mask on which an information pattern has been recorded in advance by electron beam drawing. In the part of the metal thin film irradiated with laser light, the metal nanoparticles that absorbed the energy of the irradiated light generate heat and melt, and a plurality of metal nanoparticles merge and form spherical droplets due to surface tension. The metal nanoparticles are agglomerated and granulated. The energy of the light to irradiate should just be more than energy required for a metal nanoparticle to fuse | melt, and the irradiation time of light may be the time until a metal nanoparticle melt | dissolves. On the other hand, in the metal thin film that is not irradiated with the laser beam by the mask, the structural change of the metal thin film does not occur and the particles are not aggregated. Thereby, the pattern comprised from the part which the metal nanoparticle aggregated and granulated and the part which is not aggregated granulated is formed.

金属ナノ粒子の光吸収は、金属ナノ粒子が有する小さな空間に束縛された自由電子の集団励起(表面プラズモン)により生じる。金属ナノ粒子が近接する状態又は接触する状態にある金属薄膜においては、近接する表面プラズモンの間の相互作用により、可視領域において光の吸収が生じ、数十%の反射率及び透過率を有する。一方、金属ナノ粒子が凝集粒状化した金属薄膜においては、光を照射する前の金属ナノ粒子が複数個合体し、凝集粒状化した金属ナノ粒子が10ナノメートル程度の平均間隔で相互に独立して存在するため、表面プラズモンの間の相互作用がなくなり光学的性質(光学濃度、反射率、透過率など)が変化し、光の吸収が少なくなり、反射率の低下、透過率の増加が生じる。これにより、光を照射した前後において記録層の光学的性質が異なることを利用して情報の記録をする。   The light absorption of the metal nanoparticles is caused by collective excitation (surface plasmon) of free electrons confined in a small space of the metal nanoparticles. In a metal thin film in which metal nanoparticles are in close contact or in contact with each other, light is absorbed in the visible region due to the interaction between adjacent surface plasmons, and has a reflectance and transmittance of several tens of percent. On the other hand, in a metal thin film in which metal nanoparticles are agglomerated and granulated, a plurality of metal nanoparticles before light irradiation are merged, and the agglomerated and granulated metal nanoparticles are mutually independent at an average interval of about 10 nanometers. Therefore, there is no interaction between surface plasmons, optical properties (optical density, reflectance, transmittance, etc.) change, light absorption decreases, reflectance decreases, and transmittance increases. . Thereby, information is recorded by utilizing the fact that the optical properties of the recording layer differ before and after the light irradiation.

第6発明にあっては、同一光源から発せられるコヒーレント光を情報光と参照光とに分離した二光束を、前記金属薄膜において干渉させて、光の強度を強め合う部分と光の強度を打ち消し合う部分とで構成される干渉縞を形成する。光の強度を強め合う部分では、照射された光のエネルギーを吸収した金属ナノ粒子は発熱して溶融し、複数の金属ナノ粒子が合体するとともに表面張力により球状液滴化することにより、金属ナノ粒子は凝集粒状化する。照射する光のエネルギーは、金属ナノ粒子が溶融するのに必要なエネルギー以上であればよく、光の照射時間は、金属ナノ粒子が溶融するまでの時間でよい。一方、光の強度を打ち消し合う部分では、金属薄膜の構造変化は発生せず、凝集粒状化しない。これにより、金属ナノ粒子が凝集粒状化した部分と凝集粒状化していない部分とから構成される干渉縞を形成する。   In the sixth aspect of the invention, the two light beams obtained by separating the coherent light emitted from the same light source into the information light and the reference light are caused to interfere with each other in the metal thin film, thereby canceling the light intensity and the light intensity enhancing portion. Interference fringes composed of matching portions are formed. In the part where the intensity of light is intensified, the metal nanoparticles that absorbed the energy of the irradiated light generate heat and melt, and a plurality of metal nanoparticles merge and form spherical droplets due to surface tension. The particles are agglomerated and granulated. The energy of the light to irradiate should just be more than energy required for a metal nanoparticle to fuse | melt, and the irradiation time of light may be the time until a metal nanoparticle melt | dissolves. On the other hand, in the portion where the light intensity cancels out, the structural change of the metal thin film does not occur and the particles are not aggregated. Thereby, the interference fringe comprised from the part which the metal nanoparticle aggregated and granulated and the part which is not aggregated granulated is formed.

第2発明にあっては、金属薄膜は白金又はパラジウムの白金族元素からなる。白金族元素の金属ナノ粒子が近接する状態又は接触する状態にある金属薄膜においては、表面プラズモンの間の相互作用により、近紫外から可視領域の全領域で、略フラットな光の吸収特性が生じ、透過率は約30%、反射率も約30%の光学的性質を示す。一方、光の照射により金属ナノ粒子が凝集粒状化した部分においては、白金族元素の金属ナノ粒子が単独で存在する場合の表面プラズモン吸収は紫外域にあるため、可視領域においては光の吸収が生じない。このため、可視領域において、透過率は約90%以上、反射率は約10%以下の光学的性質を示す。また、紫外域においても、約60%の透過率、及び約10%の反射率を示す。   In the second invention, the metal thin film is made of a platinum group element of platinum or palladium. In metal thin films where platinum group metal nanoparticles are in close proximity or in contact with each other, the interaction between surface plasmons produces a substantially flat light absorption characteristic in the entire region from the near ultraviolet to the visible region. The optical properties are about 30% transmittance and about 30% reflectance. On the other hand, in the portion where the metal nanoparticles are aggregated and granulated by light irradiation, the surface plasmon absorption when the metal nanoparticles of the platinum group element are present alone is in the ultraviolet region, so that the light absorption is in the visible region. Does not occur. For this reason, in the visible region, the optical properties are such that the transmittance is about 90% or more and the reflectance is about 10% or less. Also in the ultraviolet region, it shows a transmittance of about 60% and a reflectance of about 10%.

白金族元素は、金、銀、又は銅に比較して熱伝導度が1/5程度と小さい。これにより、白金族元素の金属薄膜に光を照射した場合に、照射したエネルギーによる熱の伝導又は拡散を抑え、金属ナノ粒子同士が合体して凝集粒状化する範囲を抑制する。また、白金族元素は、金、銀、又は銅に比較して長期間の化学的安定性、熱的安定性に優れている。さらに、金属薄膜を白金とパラジウムとの合金、又は白金若しくはパラジウムとニッケルとの合金にすることにより、金属ナノ粒子に白金よりも硬い元素を含有して金属薄膜の機械的強度、又は基板への付着強度を増加する。   The platinum group element has a thermal conductivity as small as about 1/5 compared to gold, silver, or copper. Thereby, when light is irradiated on the metal thin film of a platinum group element, the conduction or diffusion of heat due to the irradiated energy is suppressed, and the range in which the metal nanoparticles are coalesced and aggregated is suppressed. In addition, platinum group elements are superior in long-term chemical stability and thermal stability compared to gold, silver, or copper. Further, by making the metal thin film an alloy of platinum and palladium, or an alloy of platinum or palladium and nickel, the metal nanoparticle contains an element harder than platinum, and the mechanical strength of the metal thin film, Increase adhesion strength.

第3発明にあっては、金属ナノ粒子の粒径及び金属薄膜の平均膜厚は3ナノメートル〜20ナノメートルの範囲内にする。粒径及び平均膜厚が3ナノメートルより小さい場合は、膜厚が薄すぎて光の吸収が十分でなく、光を照射した前後における透過率又は反射率の差に基づく情報の記録をするに足るだけの光学的変化を示さない。粒径及び平均膜厚が20ナノメートルを越える場合は、金属ナノ粒子同士の密着度合いが増加するため、金属薄膜への光の照射したときには、金属ナノ粒子が溶融して凝集粒状化する前に、照射された光のエネルギーによる熱が金属薄膜を伝導又は拡散し、金属ナノ粒子の球状液滴化が抑制され、干渉縞が得られない。金属ナノ粒子の粒径及び金属薄膜の平均膜厚は3ナノメートル〜20ナノメートルの範囲内にすることにより、光を照射した前後において情報を記録するのに足るだけの光学的変化を生じさせるとともに、干渉縞を形成する。   In the third invention, the particle diameter of the metal nanoparticles and the average film thickness of the metal thin film are in the range of 3 nanometers to 20 nanometers. When the particle size and average film thickness are smaller than 3 nanometers, the film thickness is too thin to absorb light enough to record information based on the difference in transmittance or reflectance before and after light irradiation. It does not show enough optical change. When the particle size and the average film thickness exceed 20 nanometers, the degree of adhesion between the metal nanoparticles increases, so when the metal thin film is irradiated with light, before the metal nanoparticles melt and agglomerate and granulate Then, heat due to the energy of the irradiated light is conducted or diffused through the metal thin film, the formation of spherical droplets of the metal nanoparticles is suppressed, and interference fringes cannot be obtained. By making the particle size of the metal nanoparticles and the average film thickness of the metal thin film within the range of 3 nanometers to 20 nanometers, an optical change sufficient to record information before and after the light irradiation is generated. At the same time, interference fringes are formed.

第4発明にあっては、基板上に複数積層した記録層を備える。これにより、記録層毎に別個の情報を多重記録する。   In the fourth invention, a plurality of recording layers are provided on the substrate. As a result, separate information is multiplexed and recorded for each recording layer.

第7発明にあっては、0.5ミリジュール/平方ミリメートル以上のエネルギー密度を有し、5ナノ秒以下のパルス幅を有する単発パルスレーザ光を金属薄膜に照射する。0.5ミリジュール/平方ミリメートルより小さいエネルギー密度のレーザ光を照射した場合は、金属ナノ粒子が十分に発熱せず溶融しないため、金属ナノ粒子は凝集粒状化しない。5ナノ秒以下のパルス幅を有する単発パルスレーザ光を金属薄膜に照射することにより、ナノ秒単位の間に金属ナノ粒子は溶融して球状液滴化した後に凝集粒状化する。   In the seventh invention, the metal thin film is irradiated with a single pulse laser beam having an energy density of 0.5 millijoule / square millimeter or more and a pulse width of 5 nanoseconds or less. When laser light having an energy density of less than 0.5 millijoule / square millimeter is irradiated, the metal nanoparticles do not generate heat sufficiently and do not melt, so that the metal nanoparticles are not aggregated and granulated. By irradiating the metal thin film with a single pulse laser beam having a pulse width of 5 nanoseconds or less, the metal nanoparticles are melted into spherical droplets and then agglomerated and granulated during nanosecond units.

第8発明にあっては、金属薄膜に光を照射して、金属ナノ粒子を凝集粒状化し、凝集粒状化した部分と凝集粒状化していない部分とから構成されるパターンを形成することにより記録された情報を、照射した光の反射率の差異を利用して情報を再生する。   In the eighth invention, recording is performed by irradiating the metal thin film with light to agglomerate and granulate the metal nanoparticles and form a pattern composed of the agglomerated and non-agglomerated parts. The information is reproduced using the difference in reflectance of the irradiated light.

第9発明にあっては、情報を記録する場合に照射したコヒーレント光の波長と同一波長の光を照射して記録した情報を再生する。記録時に二光束(情報光と参照光)を干渉させて記録層に干渉縞を形成する。情報の再生は、記録時の光の波長と同一波長の光を干渉縞に照射することにより、干渉縞が回折格子の役割を果たし、干渉縞に記録された元の情報を再生する。   In the ninth invention, the recorded information is reproduced by irradiating light having the same wavelength as the wavelength of the coherent light irradiated when recording information. Interference fringes are formed in the recording layer by causing two light beams (information light and reference light) to interfere with each other during recording. Information is reproduced by irradiating the interference fringes with light having the same wavelength as the light at the time of recording, whereby the interference fringes serve as a diffraction grating, and the original information recorded in the interference fringes is reproduced.

第1発明、第5発明及び第6発明にあっては、基板上に金属ナノ粒子が近接する状態又は接触する状態にある金属薄膜を形成したのみの単純な構成を有し、製作も容易な記録媒体を提供することができる。また、光の照射前後において、金属ナノ粒子が凝集粒状化して光学的性質が変化して情報を記録するため、現像又は定着などの後処理が一切不要であり、高密度の情報を記録することができる。さらに、二光束を干渉させて記録層に干渉縞を形成する場合には、多重デジタルホログラムに適し高密度の情報を記録することができる。   In the first invention, the fifth invention, and the sixth invention, it has a simple configuration in which a metal thin film is formed on a substrate in a state in which the metal nanoparticles are close to or in contact with each other, and is easy to manufacture. A recording medium can be provided. Also, before and after the light irradiation, the metal nanoparticles are aggregated and granulated to change the optical properties and record information, so no post-processing such as development or fixing is required, and high-density information is recorded. Can do. Furthermore, when interference fringes are formed in the recording layer by causing the two light beams to interfere with each other, it is possible to record high-density information suitable for a multiplex digital hologram.

第2発明にあっては、近紫外から可視領域の広い範囲に亘って、任意の波長の光を利用することができる。また、光の照射前後において、光の透過率及び反射率が大きく異なるため、記録した情報を再生する場合には、透過光又は反射光のいずれを使用することができる。また、金属ナノ粒子の凝集粒状化の範囲を抑制することにより干渉縞の幅を小さくでき、良好な空間分解能を得ることができる。さらに、長期間の機械的、化学的、及び熱的安定性に優れている。   In the second invention, light of an arbitrary wavelength can be used over a wide range from the near ultraviolet to the visible region. In addition, since the light transmittance and the reflectance are greatly different before and after the light irradiation, either transmitted light or reflected light can be used when reproducing recorded information. In addition, by suppressing the range of aggregation and granulation of metal nanoparticles, the width of the interference fringes can be reduced, and good spatial resolution can be obtained. Furthermore, it has excellent long-term mechanical, chemical, and thermal stability.

第3発明にあっては、光の照射前後における光学的性質の変化が大きく干渉縞の分解能が高いため、干渉縞の鮮明度が高く多重デジタルホログラムに適した干渉縞を得ることができる。   In the third aspect of the invention, since the optical property changes greatly before and after the light irradiation and the resolution of the interference fringes is high, an interference fringe having a high definition of the interference fringes and suitable for a multiplex digital hologram can be obtained.

第4発明にあっては、記録層毎に情報の多重記録をすることができ記録密度を向上することができる。   In the fourth aspect of the invention, information can be multiplexed and recorded for each recording layer, and the recording density can be improved.

第7発明にあっては、ナノ秒単位の短い時間に情報の記録をすることができ、露光中における記録媒体又は光学系の振動の影響を受けない。   In the seventh invention, information can be recorded in a short time of nanosecond units, and is not affected by vibration of the recording medium or the optical system during exposure.

第8発明にあっては、照射光の反射率を利用して記録された情報を再生することができる。   In the eighth invention, the recorded information can be reproduced using the reflectance of the irradiated light.

第9発明にあっては、再生光の波長が記録時の光の波長と同一波長であれば、情報の再生は、近紫外から可視領域の広い範囲における任意の波長を有する透過光又は反射光を用いることができる。   In the ninth invention, if the wavelength of the reproduction light is the same as the wavelength of the light at the time of recording, the reproduction of information is transmitted or reflected light having an arbitrary wavelength in a wide range from the near ultraviolet to the visible region. Can be used.

実施の形態1
図1は本発明に係る記録媒体17(図3参照)の金属薄膜2の観察例を示す説明図であり、図2は本発明に係る記録媒体17の構造を示す説明図である。図において、1は基板である。基板1はマイカ又はガラスなどの光学的に平滑で光透過性を有し、基板1上にはスパッタ法により堆積した白金元素の金属薄膜2が形成してある。金属薄膜2は、粒径が5ナノメートル〜10ナノメートルであって回転楕円体状の金属ナノ粒子2a同士が数ナノメートル以下の距離で近接する状態又は接触(点接触又は面接触を含む)する状態(準連続)にある薄膜である。金属薄膜2の平均膜厚は7ナノメートル〜8ナノメートルである。なお、ナノ粒子は、一般的には粒径が100ナノメートル以下のものをいう。
Embodiment 1
FIG. 1 is an explanatory view showing an observation example of the metal thin film 2 of the recording medium 17 (see FIG. 3) according to the present invention, and FIG. 2 is an explanatory view showing the structure of the recording medium 17 according to the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a substrate. The substrate 1 is optically smooth and light-transmitting such as mica or glass, and a platinum element metal thin film 2 deposited by sputtering is formed on the substrate 1. The metal thin film 2 has a particle size of 5 nanometers to 10 nanometers, and the state or contact where the spheroid metal nanoparticles 2a are close to each other at a distance of several nanometers or less (including point contact or surface contact) It is a thin film in a state (quasi-continuous). The average film thickness of the metal thin film 2 is 7 nanometers to 8 nanometers. Nanoparticles generally have a particle size of 100 nanometers or less.

準連続の金属薄膜2は、DCスパッタ法を用いて作成することができる。基板1と白金元素である薄膜材料の入ったソースとをアルゴンガスが封入された真空容器の中に入れ、アルゴンガス圧を約0.15Torr、基板1の温度を約150℃、薄膜の堆積速度を約2ナノメートル/分の条件で金属薄膜2を作成する。   The quasi-continuous metal thin film 2 can be formed using a DC sputtering method. The substrate 1 and a source containing a platinum element thin film material are placed in a vacuum vessel filled with argon gas, the argon gas pressure is about 0.15 Torr, the temperature of the substrate 1 is about 150 ° C., and the deposition rate of the thin film The metal thin film 2 is prepared under the condition of about 2 nanometers / minute.

図1は金属薄膜2の原子間力顕微鏡による観察例を示し、図2は図1の金属薄膜2を拡大してモデル化した例を示す。   FIG. 1 shows an example of observation of the metal thin film 2 by an atomic force microscope, and FIG. 2 shows an example of an enlarged model of the metal thin film 2 of FIG.

図3は本発明に係る記録方法を実施するための装置の模式図である。図において、10はレーザである。レーザ10はパルス幅が5ナノ秒で波長532ナノメートルの直線偏光されたレーザ光を出力する小型パルスYAGレーザである。レーザ光はコヒーレント性を有する。レーザ10の光軸上には、出力される平行ビームのビームサイズを所要の値に拡大又は縮小するためのビーム径変換レンズ11、入射したレーザ光を透過光と反射光とに分離するハーフミラー12、及びレーザ光の進路を変えるプリズム14をこの順序に配置してある。プリズム14は、入射したレーザ光を後述の記録媒体17上の所要の範囲(例えば、直径100μmオーダーの範囲)に収束させる。   FIG. 3 is a schematic diagram of an apparatus for carrying out the recording method according to the present invention. In the figure, 10 is a laser. The laser 10 is a small pulse YAG laser that outputs linearly polarized laser light having a pulse width of 5 nanoseconds and a wavelength of 532 nanometers. Laser light has coherency. On the optical axis of the laser 10, a beam diameter conversion lens 11 for enlarging or reducing the beam size of the output parallel beam to a required value, a half mirror for separating incident laser light into transmitted light and reflected light 12 and a prism 14 for changing the path of the laser beam are arranged in this order. The prism 14 converges the incident laser light to a required range (for example, a range of the order of 100 μm in diameter) on the recording medium 17 described later.

また、ハーフミラー12に対向して適長の離隔寸法でミラー13が配置してある。ミラー13の中心は、ハーフミラー12の中心軸であってレーザ10の光軸に直角方向の光軸上にあり、ミラー13の反射面はハーフミラー12の反射面と平行に配置してある。ミラー13の中心を通りレーザ10の光軸と平行方向の軸上には、平行光を記録媒体17上に収束させる対物レンズ15、記録する情報をページデータとして格子状に配列したページコンポーザ16、及び基板1上に記録層としての金属薄膜2が形成された記録媒体17をこの順序に配置してある。   Further, a mirror 13 is arranged with an appropriate separation distance facing the half mirror 12. The center of the mirror 13 is the central axis of the half mirror 12 and is on the optical axis perpendicular to the optical axis of the laser 10, and the reflection surface of the mirror 13 is arranged in parallel with the reflection surface of the half mirror 12. On the axis parallel to the optical axis of the laser 10 passing through the center of the mirror 13, an objective lens 15 for converging parallel light on the recording medium 17, a page composer 16 in which information to be recorded is arranged in a grid as page data, A recording medium 17 having a metal thin film 2 as a recording layer formed on the substrate 1 is arranged in this order.

ページコンポーザ16は空間光変調器であり、磁性膜を挟んで2枚の偏光子が積層してある。磁性膜の磁化方向によって偏光面が正負に回転し、入射したレーザ光の偏光方向を制御することにより、格子状に配列したピクセルに対応してレーザ光の出力をスイッチングする。   The page composer 16 is a spatial light modulator, and two polarizers are stacked with a magnetic film interposed therebetween. Depending on the magnetization direction of the magnetic film, the plane of polarization rotates positively or negatively, and by controlling the polarization direction of the incident laser light, the output of the laser light is switched corresponding to the pixels arranged in a lattice pattern.

ハーフミラー12からプリズム14を介して記録媒体17までのレーザ光の光路長L1と、ハーフミラー12からミラー13、対物レンズ15、及びページコンポーザ16を介して記録媒体17までの光路長L2との光路長差Lは、レーザ光が有するコヒーレンス長よりも短くしてある。これにより、ハーフミラー12で分離された二光束を記録媒体17の金属薄膜2上で干渉させて、光路長差Lが周期的に変化する各点において干渉縞を形成
する。
The optical path length L1 of the laser light from the half mirror 12 to the recording medium 17 via the prism 14, and the optical path length L2 from the half mirror 12 to the recording medium 17 via the mirror 13, the objective lens 15, and the page composer 16. The optical path length difference L is shorter than the coherence length of the laser beam. As a result, the two light beams separated by the half mirror 12 are caused to interfere on the metal thin film 2 of the recording medium 17 to form interference fringes at each point where the optical path length difference L changes periodically.

レーザ10から出力されたレーザ光は、ビーム径変換レンズ11を通過することにより所要のビーム径にされ、ハーフミラー12に入射される。ハーフミラー12は、入射されたレーザ光を透過光と反射光とに分離し、透過光をプリズム14に入射する。プリズム14はハーフミラー12を透過したレーザ光を参照光30として記録媒体17に入射角度θで入射する。   The laser beam output from the laser 10 passes through the beam diameter conversion lens 11 to have a required beam diameter and is incident on the half mirror 12. The half mirror 12 separates the incident laser light into transmitted light and reflected light, and transmits the transmitted light to the prism 14. The prism 14 is incident on the recording medium 17 at an incident angle θ using the laser light transmitted through the half mirror 12 as reference light 30.

一方、ハーフミラー12は反射したレーザ光をミラー13に入射する。ミラー13は入射されたレーザ光を対物レンズ15へ入射する。対物レンズ15は入射されたレーザ光をページコンポーザ16へ入射するとともに記録媒体17上に収束させる。ページコンポーザ16は対物レンズ15から入射されたレーザ光を、二次元格子状に配列されたページデータに基づいて情報光40として記録媒体17に入射角度ゼロで入射する。情報光40は、ページコンポーザ16のページデータに対応してピクセル毎にレーザ光の出力がスイッチングされた情報を有する。   On the other hand, the half mirror 12 makes the reflected laser light enter the mirror 13. The mirror 13 makes the incident laser light enter the objective lens 15. The objective lens 15 makes the incident laser light enter the page composer 16 and converge on the recording medium 17. The page composer 16 makes the laser light incident from the objective lens 15 enter the recording medium 17 as information light 40 based on the page data arranged in a two-dimensional lattice at an incident angle of zero. The information light 40 has information in which the output of the laser light is switched for each pixel corresponding to the page data of the page composer 16.

記録媒体17の金属薄膜2に照射された参照光30と情報光40とは、相互に干渉し、レーザ光の強度を強め合う部分及び打ち消し合う部分で構成される矩形干渉縞を所定の間隔dを有して形成する。干渉縞の間隔dは、レーザ光の波長λ、及び参照光の入射角θで決定される。ホログラフィの原理に基づいて、この干渉縞には情報光40の波面がそのまま記録され、金属薄膜2に情報が記録される。   The reference light 30 and the information light 40 irradiated on the metal thin film 2 of the recording medium 17 interfere with each other and form a rectangular interference fringe composed of a portion where the intensity of the laser light is intensified and a portion where the intensity is canceled out by a predetermined distance d. Formed. The distance d between the interference fringes is determined by the wavelength λ of the laser light and the incident angle θ of the reference light. Based on the principle of holography, the wavefront of the information light 40 is recorded as it is on the interference fringes, and information is recorded on the metal thin film 2.

レーザ光が干渉してその強度を強め合う部分においては、レーザ光のエネルギーにより金属薄膜2が局所的に構造変化を示す。図4はレーザ光照射後の記録媒体の金属薄膜の観察例を示す説明図であり、図5はレーザ光照射後の記録媒体の構造を示す説明図である。照射したレーザ光は、波長532ナノメートル、5ナノ秒のパルスレーザで、エネルギー密度は0.6ミリジュール/平方ミリメートル〜2.0ミリジュール/平方ミリメートルの範囲である。図4はレーザ光照射後の金属薄膜3の原子間力顕微鏡による観察例を示し、図5は、図4の金属薄膜3を拡大してモデル化した例を示す。   In the portion where the laser beam interferes and strengthens the intensity, the metal thin film 2 locally changes in structure due to the energy of the laser beam. FIG. 4 is an explanatory view showing an example of observation of the metal thin film of the recording medium after laser light irradiation, and FIG. 5 is an explanatory view showing the structure of the recording medium after laser light irradiation. The irradiated laser light is a pulse laser having a wavelength of 532 nanometers and 5 nanoseconds, and the energy density is in the range of 0.6 millijoule / square millimeter to 2.0 millijoule / square millimeter. FIG. 4 shows an example of observation of the metal thin film 3 after irradiation with a laser beam by an atomic force microscope, and FIG. 5 shows an example in which the metal thin film 3 of FIG. 4 is enlarged and modeled.

金属薄膜2にレーザ光が照射されると、金属ナノ粒子2a、2a、…はレーザ光のエネルギーを吸収し発熱して溶融する。白金元素は、金、銀、銅などの金属に比較して熱伝導度が約1/5程度と小さいため、照射した光エネルギーによる熱伝導又は熱拡散は抑制される。このため溶融した金属ナノ粒子2aは、近接又は接触する他の少なくとも1〜2個の金属ナノ粒子2aと合体して、表面張力により球状液滴化して合体した金属ナノ粒子3aとなる。レーザ光の照射がなくなると、合体した金属ナノ粒子3aは急速に冷やされ独立した粒状の状態で固化する。これにより、準連続の金属薄膜2の金属ナノ粒子2a、2a、…は、レーザ光の照射により凝集粒状化した金属ナノ粒子3aに構造変化し、金属薄膜2は金属ナノ粒子3aを含有した金属薄膜3となる。   When the metal thin film 2 is irradiated with laser light, the metal nanoparticles 2a, 2a,... Absorb the energy of the laser light and generate heat to melt. Since platinum element has a thermal conductivity as small as about 1/5 compared to metals such as gold, silver, and copper, thermal conduction or thermal diffusion due to irradiated light energy is suppressed. For this reason, the melted metal nanoparticles 2a are combined with at least one or two other metal nanoparticles 2a that are close to or in contact with each other, and are formed into spherical droplets by surface tension to be combined into metal nanoparticles 3a. When the laser beam is no longer irradiated, the combined metal nanoparticles 3a are rapidly cooled and solidified in an independent granular state. Thereby, the structure of the metal nanoparticles 2a, 2a,... Of the quasi-continuous metal thin film 2 is changed to the metal nanoparticles 3a agglomerated and granulated by laser light irradiation. The thin film 3 is formed.

図6はレーザ光照射による干渉縞モデルを示す説明図であり、図7はレーザ光照射による吸収スペクトルの変化を示す説明図である。レーザ光を金属薄膜2に照射することにより、図6に示すように金属薄膜2及び金属薄膜3から構成される等間隔の矩形干渉縞を形成する。   FIG. 6 is an explanatory view showing an interference fringe model by laser light irradiation, and FIG. 7 is an explanatory view showing a change in absorption spectrum by laser light irradiation. By irradiating the metal thin film 2 with laser light, rectangular interference fringes of equal intervals constituted by the metal thin film 2 and the metal thin film 3 are formed as shown in FIG.

金属ナノ粒子の光吸収は、表面プラズモンと呼ばれる金属ナノ粒子が有する小さな空間に束縛された自由電子の集団励起により生じ、その吸収が生じる波長域は、波長の関数として与えられる金属の複素誘電率に依存する。   The light absorption of metal nanoparticles is caused by collective excitation of free electrons confined in a small space of metal nanoparticles called surface plasmons, and the wavelength region where the absorption occurs is a complex dielectric constant of the metal given as a function of wavelength. Depends on.

白金元素からなる金属ナノ粒子2aの準連続の金属薄膜2においては、近接する表面プラズモンの間の相互作用により、近紫外から可視領域の全領域で、略フラットな光の吸収特性が生じ、光学濃度は約0.45、透過率は約30%、反射率も約30%の光学的性質を示す。   In the quasi-continuous metal thin film 2 of the metal nanoparticles 2a made of platinum element, a substantially flat light absorption characteristic is generated in the entire region from the near ultraviolet to the visible region due to the interaction between adjacent surface plasmons. The optical properties are such that the density is about 0.45, the transmittance is about 30%, and the reflectance is about 30%.

一方、金属ナノ粒子2aが凝集粒状化した金属薄膜3においては、光を照射する前の金属ナノ粒子2aが複数個合体し、凝集粒状化した金属ナノ粒子3aが10ナノメートル程度の平均間隔で相互に独立して存在する。白金族元素の金属ナノ粒子3aが単独で存在する場合の表面プラズモン吸収は紫外域にあるため、可視領域においては光の吸収が生じない。このため、可視領域において、光学濃度は約0.05以下、透過率は約90%以上、反射率は約10%以下の光学的性質を示す。また、紫外域においても、光学濃度は約0.2、透過率は約60%、反射率は約10%の光学的性質を示す。図7に示すように、レーザ光の照射前後において、金属薄膜2及び金属薄膜3の光学的性質(光学濃度)が大きく変化する。   On the other hand, in the metal thin film 3 in which the metal nanoparticles 2a are agglomerated and granulated, a plurality of metal nanoparticles 2a before irradiation with light are combined, and the agglomerated and granulated metal nanoparticles 3a are at an average interval of about 10 nanometers. Exist independently of each other. Since the surface plasmon absorption in the case where the metal nanoparticles 3a of the platinum group element exist alone is in the ultraviolet region, light absorption does not occur in the visible region. Therefore, in the visible region, the optical density is about 0.05 or less, the transmittance is about 90% or more, and the reflectance is about 10% or less. Even in the ultraviolet region, the optical density is about 0.2, the transmittance is about 60%, and the reflectance is about 10%. As shown in FIG. 7, the optical properties (optical density) of the metal thin film 2 and the metal thin film 3 change greatly before and after the laser beam irradiation.

図8は干渉により生じたレーザ光のエネルギー密度の空間的な変調の度合いと干渉縞の線幅の関係を示す説明図である。全体としてレーザ光のエネルギー密度のレベルが上がり、閾値P(0.5ミリジュール/平方ミリメートル)を超える区間の幅(L1)が大きくなると、凝集粒状化した金属ナノ粒子3aを含有する金属薄膜3の範囲が大きくなる。これにより、干渉縞の金属薄膜3の線幅が増加する。また、レーザ光のエネルギー密度が閾値Pを超える区間において、そのエネルギーがさらに大きくなると、吸収された過剰のエネルギーが、閾値Pを超えないレベルで露光された隣接区間にまで伝導又は拡散することにより、両区間で凝集粒状化が進行してしまい、金属薄膜2と3とからなる領域が明瞭に分離された図8に示す正常な干渉縞は得られない。   FIG. 8 is an explanatory diagram showing the relationship between the degree of spatial modulation of the energy density of laser light caused by interference and the line width of interference fringes. When the energy density level of the laser beam increases as a whole and the width (L1) of the section exceeding the threshold value P (0.5 millijoule / square millimeter) increases, the metal thin film 3 containing the aggregated and granulated metal nanoparticles 3a. The range of becomes larger. Thereby, the line width of the metal thin film 3 of interference fringes increases. Further, when the energy density of the laser light exceeds the threshold P, when the energy further increases, the absorbed excess energy is conducted or diffused to the adjacent section exposed at a level not exceeding the threshold P. The agglomeration and granulation proceeds in both sections, and the normal interference fringes shown in FIG. 8 in which the region composed of the metal thin films 2 and 3 is clearly separated cannot be obtained.

一方、レーザ光のエネルギー密度が全体として低く抑えられ、閾値Pを超える区間の幅(L2<L1)が減少すると、凝集粒状化した金属ナノ粒子3aを含有する金属薄膜3の範囲が小さくなる。これにより、干渉縞の金属薄膜3の線幅が減少する。また、このような露光条件においては、露光量の異なる隣接区間の間で過剰エネルギーの伝導又は拡散による干渉縞の崩れ(あるいは金属薄膜2と3との境界のぼやけ)が生じることがない。   On the other hand, when the energy density of the laser beam is kept low as a whole and the width of the section exceeding the threshold P (L2 <L1) is reduced, the range of the metal thin film 3 containing the aggregated and granulated metal nanoparticles 3a is reduced. Thereby, the line width of the metal thin film 3 of interference fringes decreases. Under such exposure conditions, interference fringes are not broken (or the boundary between the metal thin films 2 and 3 is not blurred) due to conduction or diffusion of excess energy between adjacent sections having different exposure amounts.

照射するレーザ光のエネルギー密度を閾値Pにできるだけ近づけることにより、干渉縞の金属薄膜3の線幅を小さくし、金属薄膜2の線幅を大きくすることができ、1回の露光により残存する金属薄膜2の面積が増加する。これにより後述する多重記録を容易に行うことができる。従って、エネルギー密度は、より好ましくは、0.9ミリジュール/平方ミリメートル〜1.7ミリジュール/平方ミリメートルの範囲がよい。なお、参照光30のエネルギー密度を閾値Pよりも若干小さい値に設定し、情報光40のエネルギー密度を参照光30の1/4程度に設定することが好ましい。   By making the energy density of the laser beam to be irradiated as close as possible to the threshold value P, the line width of the metal thin film 3 of the interference fringes can be reduced, and the line width of the metal thin film 2 can be increased. The area of the thin film 2 increases. As a result, multiple recording described later can be easily performed. Accordingly, the energy density is more preferably in the range of 0.9 millijoule / square millimeter to 1.7 millijoule / square millimeter. It is preferable that the energy density of the reference light 30 is set to a value slightly smaller than the threshold value P, and the energy density of the information light 40 is set to about ¼ of the reference light 30.

図9は角度多重記録の概念を示す説明図である。図に示すように、情報光40を記録媒体17の法線方向から入射し、参照光30を所定の入射角で入射することにより、1回目の露光を行い、次に参照光30を情報光40の回りに90度回転させた方向から入射させて2回目の露光を行い、さらに情報光40と参照光30とにより定まる入射平面の方向を45度、及び90度回転させて3回、及び4回目の露光を行う。レーザ光のエネルギー密度が大きい場合には、金属薄膜3の線幅が大きいため、4回の露光により残存する金属薄膜2の範囲は、ほとんどなくなる。一方、エネルギー密度を小さくした場合には、金属薄膜3の線幅が小さいため、4回の露光を行った後でも、残存する金属薄膜2の面積は大きい。これにより、照射するレーザ光のエネルギー密度を閾値Pより大きく、かつ閾値Pに近づけることにより、多重記録を容易に行うことが可能になる。   FIG. 9 is an explanatory diagram showing the concept of angle multiplex recording. As shown in the figure, the information beam 40 is incident from the normal direction of the recording medium 17 and the reference beam 30 is incident at a predetermined incident angle to perform the first exposure, and then the reference beam 30 is transmitted to the information beam. The second exposure is performed by entering from the direction rotated by 90 degrees around 40, and the direction of the incident plane determined by the information light 40 and the reference light 30 is further rotated by 45 degrees and 90 degrees three times, and A fourth exposure is performed. When the energy density of the laser beam is large, the line width of the metal thin film 3 is large, so that the range of the metal thin film 2 remaining after four exposures is almost eliminated. On the other hand, when the energy density is reduced, the line width of the metal thin film 3 is small, so that the area of the remaining metal thin film 2 is large even after four exposures. Thus, multiple recording can be easily performed by making the energy density of the irradiated laser light larger than the threshold value P and close to the threshold value P.

図10は二重記録による正方格子ホログラムの例を示す説明図である。情報光40を記録媒体17の法線方向から入射し、参照光30を所定の入射角で入射することにより、1回目の露光を行い、次に参照光30を情報光40の回りに90度回転させた方向から入射させて2回目の露光を行うことにより正方格子をなす干渉縞を形成してある。   FIG. 10 is an explanatory view showing an example of a square lattice hologram by double recording. The information light 40 is incident from the normal direction of the recording medium 17 and the reference light 30 is incident at a predetermined incident angle to perform the first exposure, and then the reference light 30 is rotated 90 degrees around the information light 40. Interference fringes forming a square lattice are formed by performing the second exposure by making the light incident from the rotated direction.

図11は本発明に係る再生方法を実施するための装置の模式図である。図において17は記録媒体である。記録媒体17は、予め参照光30と情報光40を干渉させることにより情報が記録してある。参照光30と同一の波長を有し、参照光30と共役な再生光50(透過光)を記録媒体17に照射するための対物レンズ18が、再生光50を記録媒体17上に収束させる位置に配置してある。記録媒体17の中心を通る軸上に光軸を一致させた再生用レンズ19が記録媒体17に近傍に配置され、さらに前記光軸上に中心を位置させた二次元に配列されたフォトダイオード20が再生用レンズ19と適長の離隔寸法を有して配置してある。なお、再生時のレーザ光のエネルギー密度は記録時の場合より小さくする。これにより、再生光により金属薄膜2の構造変化は生じない。   FIG. 11 is a schematic diagram of an apparatus for carrying out the reproducing method according to the present invention. In the figure, reference numeral 17 denotes a recording medium. Information is recorded in the recording medium 17 in advance by causing the reference light 30 and the information light 40 to interfere with each other. Position at which the objective lens 18 for irradiating the recording medium 17 with reproduction light 50 (transmitted light) conjugate to the reference light 30 and having the same wavelength as the reference light 30 converges the reproduction light 50 on the recording medium 17 It is arranged in. A reproduction lens 19 having an optical axis that coincides with an axis passing through the center of the recording medium 17 is disposed in the vicinity of the recording medium 17, and two-dimensionally arranged photodiodes 20 having the center positioned on the optical axis. Is arranged so as to have an appropriate separation distance from the reproducing lens 19. The energy density of the laser beam during reproduction is made smaller than that during recording. Thereby, the structural change of the metal thin film 2 does not occur due to the reproduction light.

直線偏光されたレーザ光(パルスレーザ又はCWレーザ)が対物レンズ18に入射されると、対物レンズ18は入射されたレーザ光を再生光50として記録媒体17に入射する。再生光50が記録媒体17に入射されると、記録媒体17の記録層に記録された金属薄膜2及び金属薄膜3とから構成される等間隔の矩形干渉縞が回折格子の役割を果たし、基板1を有する記録媒体17から記録した情報を含む回折波が再生用レンズ19に入射される。再生用レンズ19は入射された回折波をフォトダイオード20上に収束させて、記録された情報を電気信号として出力することにより、記録した情報を再生する。再生光50として参照光30の共役な光を用いることにより、再生光50と参照光30を同時に記録媒体17に照射することができ、記録をしながら同時に記録した情報を再生することが可能になる。なお、再生光50として参照光30と共役な光を使用せず、再生光50を参照光30と同一方向から記録媒体17に照射する構成でもよい。   When linearly polarized laser light (pulse laser or CW laser) enters the objective lens 18, the objective lens 18 enters the recording medium 17 using the incident laser light as reproduction light 50. When the reproduction light 50 is incident on the recording medium 17, equidistant rectangular interference fringes composed of the metal thin film 2 and the metal thin film 3 recorded on the recording layer of the recording medium 17 serve as a diffraction grating. A diffracted wave including information recorded from the recording medium 17 having 1 is incident on the reproducing lens 19. The reproduction lens 19 converges the incident diffracted wave on the photodiode 20 and outputs the recorded information as an electrical signal, thereby reproducing the recorded information. By using the conjugate light of the reference light 30 as the reproduction light 50, it is possible to irradiate the recording medium 17 with the reproduction light 50 and the reference light 30 at the same time, and it is possible to reproduce the recorded information at the same time while recording. Become. Note that the recording medium 17 may be irradiated with the reproduction light 50 from the same direction as the reference light 30 without using the light conjugate with the reference light 30 as the reproduction light 50.

図12は本発明に係る記録媒体の例を示す説明図である。図に示すように基板1上に適長の厚みを有する透明樹脂層4を挟んで金属薄膜2からなる記録層が形成してある。レーザ光が入射する方向に上側の記録層を第1層、下側の記録層を第2層とする。金属薄膜2面における法線方向に光軸を一致させて対物レンズ15が、情報光40を金属薄膜2上に収束させる位置に配置してある。なお、参照光30は、上述した内容と同じであるので、以降において説明は省略する。   FIG. 12 is an explanatory view showing an example of a recording medium according to the present invention. As shown in the figure, a recording layer made of a metal thin film 2 is formed on a substrate 1 with a transparent resin layer 4 having an appropriate length interposed therebetween. The upper recording layer is the first layer and the lower recording layer is the second layer in the direction in which the laser light is incident. The objective lens 15 is arranged at a position where the information light 40 is converged on the metal thin film 2 with the optical axis aligned with the normal direction on the surface of the metal thin film 2. Note that the reference light 30 is the same as described above, and thus the description thereof is omitted below.

まず、第1層に焦点を結んで情報光40が有する情報を記録する。照射された情報光40は第2層にも達するが、第1層の反射及び吸収によりその強度が弱められとともに、焦点を第2層に合わせていないため、第2層において情報の記録は行われない。   First, the information contained in the information light 40 is recorded while focusing on the first layer. The irradiated information light 40 reaches the second layer, but its intensity is weakened by reflection and absorption of the first layer, and the information is not recorded on the second layer because it is not focused on the second layer. I will not.

次に、対物レンズ15の焦点を第2層に合わせ、情報光40を照射すると情報光40が有する情報が第2層に記録される。この場合、情報光40の焦点は第1層においてずれているため、第1層において情報の記録は行われない。情報光40は第1層を透過することにより光強度は低下するが、第2層においてレーザ光の強度が閾値P以上になるように設定する。以上のように、情報光40の焦点深度を変更することにより、情報を多層に記録でき記録密度を向上することができる。   Next, when the objective lens 15 is focused on the second layer and irradiated with the information light 40, the information contained in the information light 40 is recorded on the second layer. In this case, since the focus of the information light 40 is shifted in the first layer, information is not recorded in the first layer. The information light 40 is set so that the intensity of the laser light is greater than or equal to the threshold value P in the second layer, although the light intensity is reduced by passing through the first layer. As described above, by changing the depth of focus of the information light 40, information can be recorded in multiple layers and the recording density can be improved.

図13は本発明に係る記録媒体の例を示す説明図である。図に示すように基板1上に約数ナノメートルの厚みを有する透明樹脂層4を挟んで金属薄膜2からなる記録層が形成してある。レーザ光が入射する方向に上側の記録層を第1層、下側の記録層を第2層とする。金属薄膜2面における法線方向に光軸を一致させて対物レンズ15が、情報光40を金属薄膜2上に収束させる位置に配置してある。なお、参照光30は、上述した内容と同じであるので、以降において説明は省略する。   FIG. 13 is an explanatory diagram showing an example of a recording medium according to the present invention. As shown in the figure, a recording layer made of a metal thin film 2 is formed on a substrate 1 with a transparent resin layer 4 having a thickness of about several nanometers interposed therebetween. The upper recording layer is the first layer and the lower recording layer is the second layer in the direction in which the laser light is incident. The objective lens 15 is arranged at a position where the information light 40 is converged on the metal thin film 2 with the optical axis aligned with the normal direction on the surface of the metal thin film 2. Note that the reference light 30 is the same as described above, and thus the description thereof is omitted below.

まず、直線偏光された情報光40を第1層に照射すると(1回目の露光)、第1層には金属薄膜2及び金属薄膜3から構成される帯状の干渉縞が等間隔に形成される。第1層の金属薄膜3は1回目の露光により透過率が90%以上に増加している。第2層においては、レーザ光の強度は閾値P以下であるため干渉縞を形成しない。   First, when linearly polarized information light 40 is irradiated onto the first layer (first exposure), strip-shaped interference fringes composed of the metal thin film 2 and the metal thin film 3 are formed at equal intervals on the first layer. . The transmittance of the first-layer metal thin film 3 is increased to 90% or more by the first exposure. In the second layer, since the intensity of the laser beam is not more than the threshold value P, no interference fringes are formed.

次に参照光30を情報光40の回りに90度回転させて第1層に照射すると(2回目の露光)、第1層には金属薄膜2及び金属薄膜3から構成される90度回転した帯状の干渉縞を形成され、1回目の露光により形成した干渉縞と合わせて格子状の干渉縞を形成する。情報光40は、1回目の露光で透過率が90%以上に増加した金属薄膜3を透過することにより、第2層には格子状の干渉縞が重なった部分の正方形状の金属薄膜3から構成される干渉縞を形成する。これにより、第2層には、1回の露光により第1層に記録した情報と同じ情報を記録することができ、かつ、第2層の露光されずに残存する金属薄膜2の面積は第1層の場合に比較して大きいため、さらに多重記録をすることが可能になる。これにより1層のみを用いた場合に比べて、多重記録できる回数が増加し、記録密度を向上することができる。   Next, when the reference light 30 is rotated 90 degrees around the information light 40 and irradiated to the first layer (second exposure), the first layer is rotated 90 degrees composed of the metal thin film 2 and the metal thin film 3. A band-shaped interference fringe is formed, and a lattice-like interference fringe is formed together with the interference fringe formed by the first exposure. The information light 40 is transmitted through the metal thin film 3 whose transmittance has increased to 90% or more in the first exposure, so that the second layer has a square-shaped metal thin film 3 where lattice-like interference fringes overlap. An interference fringe is formed. Thereby, the same information as the information recorded in the first layer by one exposure can be recorded in the second layer, and the area of the metal thin film 2 remaining without being exposed in the second layer is the first layer. Since it is larger than the case of one layer, it is possible to perform multiple recording. As a result, the number of times of multiple recording can be increased and the recording density can be improved as compared with the case where only one layer is used.

上述の通り、白金元素からなる準連続の金属薄膜2にレーザ光を照射して干渉させることにより、近紫外から可視領域の広い範囲に亘って光学濃度、透過率、反射率が大きく変化する金属薄膜2及び金属薄膜3から構成される矩形干渉縞を形成することができる。すなわち、透過率、反射率などの光学的性質及び構造の異なる2種類の相が約1ミクロン以下の間隔で規則正しく二次元配列された高精細(1mmあたり少なくとも2000本以上)パターンを基板上の任意の位置に容易に形成することができる。例えば、532ナノメートルのレーザ光を用いた場合には、空間周波数は約2000本/mmであり、金属薄膜2の線幅は約0.2ミクロン、金属薄膜3の線幅は約0.3ミクロンとなる。   As described above, a metal whose optical density, transmittance, and reflectance change greatly over a wide range from the near ultraviolet to the visible region by irradiating the laser beam to the quasi-continuous metal thin film 2 made of platinum element to cause interference. A rectangular interference fringe composed of the thin film 2 and the metal thin film 3 can be formed. That is, a high-definition pattern (at least 2000 lines per 1 mm) in which two types of phases having different optical properties and structures such as transmittance and reflectance and structures are regularly arranged at intervals of about 1 micron or less is arbitrarily selected on the substrate. It can be easily formed at the position. For example, when a laser beam of 532 nanometers is used, the spatial frequency is about 2000 lines / mm, the line width of the metal thin film 2 is about 0.2 microns, and the line width of the metal thin film 3 is about 0.3. It becomes micron.

また、本発明の記録方法及び記録媒体は、閾値Pを境として光学的性質が大きく変化するオン・オフ記録特性に基づいているため、干渉縞の線明度が高く回折効率を高め、デジタルホログラムに適したものである。   In addition, since the recording method and the recording medium of the present invention are based on on / off recording characteristics in which the optical properties change greatly with the threshold value P as a boundary, the linearity of the interference fringes is high, the diffraction efficiency is increased, and the digital hologram is formed. It is suitable.

また、白金元素の金属ナノ粒子からなる準連続の金属薄膜を唯一の機能材料とした極めて単純な構成であり、成膜装置で容易に製作することができる。情報の記録には近紫外から可視領域の広い範囲にある任意の波長のレーザが利用可能であり、露光のみで現像又は定着などの後処理は一切不要であり、ナノ秒以下の単発パルスレーザにより瞬時の記録が可能で振動の影響を受けない。   In addition, it has a very simple configuration using a quasi-continuous metal thin film made of platinum metal nanoparticles as the only functional material, and can be easily manufactured by a film forming apparatus. For information recording, lasers of any wavelength in the wide range from the near ultraviolet to the visible range can be used, and no post-processing such as development or fixing is necessary with only exposure, and a single pulse laser of nanosecond or less is used. Instant recording is possible and it is not affected by vibration.

また、本発明の記録媒体は、レーザ光の照射により金属ナノ粒子の構造が変化するのみであり、廃棄される金属がなく、使用後の記録媒体を回収した場合に使用した金属を100%回収することができ、環境面においても優れている。   In addition, the recording medium of the present invention only changes the structure of the metal nanoparticles by laser light irradiation, no metal is discarded, and 100% of the metal used when the used recording medium is recovered is recovered. It is also excellent in terms of environment.

また、約10ナノメートルという極端に薄い金属薄膜を用いながら、レーザ光を照射した前後において、透過率及び反射率が二つの相の間で数十%も変化する高精細二次元規則格子が形成された記録媒体上に、光に可逆的に応答する材料(例えば、光の吸収により色が変わり、加熱すると元の状態に戻る可逆的ホトクロミズムなど)の薄膜を形成することにより、前記記録媒体に記録した情報をトラッキング用の情報として用いることにより、書き換え可能な光メモリへの応用も可能である。また、前記記録媒体上に磁性を有する金属薄膜を形成することにより、磁気記録再生への応用も可能である。   In addition, while using an extremely thin metal thin film of about 10 nanometers, a high-definition two-dimensional regular lattice whose transmittance and reflectance change by several tens of percent between two phases before and after laser irradiation is formed. Forming a thin film of a material that reversibly responds to light (for example, reversible photochromism that changes its color by absorption of light and returns to its original state when heated) on the recorded recording medium. By using the information recorded in the above as tracking information, it can be applied to a rewritable optical memory. Further, by forming a magnetic metal thin film on the recording medium, it can be applied to magnetic recording and reproduction.

このように本発明は次世代光メモリ技術としてのホログラフィの応用と発展に向けて産業的に大きな波及効果を有するのみならず、金属ナノ粒子を基本にしたナノテクノロジーの具体的な応用例としても関連する研究の活性化をもたらすなど、産業上の利用価値は極めて高いものといえる。   As described above, the present invention has not only a large industrial ripple effect for the application and development of holography as a next-generation optical memory technology, but also a specific application example of nanotechnology based on metal nanoparticles. It can be said that the industrial utility value is extremely high.

上述の実施の形態においては、金属ナノ粒子2aの粒径が5ナノメートル〜10ナノメートルの範囲であり、金属薄膜2の平均膜厚は7ナノメートル〜8ナノメートルであったが、これに限られるものではない。上述の通り、解像度を上げて記録密度を向上するためには、金属ナノ粒子の粒径は小さいほどよい。しかし、金属ナノ粒子の粒径が小さくなると、それに比例して平均膜厚も薄くなり、情報の記録に必要な光学濃度の変化を得ることができない。すなわち、粒径及び平均膜厚が3ナノメートルより小さい場合は、膜厚が薄すぎて光の吸収が十分でなく、光学濃度が0.2程度に減少するため、光を照射した前後における透過率又は反射率の差に基づく情報の記録をするに足るだけの光学的変化を示さない。一方、金属ナノ粒子の粒径を大きくすると平均膜厚も厚くなり、光学濃度は増加するものの、金属ナノ粒子同士の密着度合いが増加するため、金属薄膜へ光を照射したときには、照射された光のエネルギーによる熱が金属薄膜を伝導又は拡散し易くなり凝集粒状化に要するエネルギー閾値が大きく増加する。さらに、この閾値を越える大きなエネルギーを与えようとすると、エネルギー閾値を下回るレベルで露光された部分(干渉により光強度が弱まる部分)においても周りから拡散してきた熱により凝集粒状化が引き起こされるため、明瞭な干渉縞が得られない。以上から、金属ナノ粒子の粒径は、3ナノメートル〜20ナノメートルの範囲内であり、平均膜厚も3ナノメートル〜20ナノメートルの範囲内であればよい。さらに上述の効果を高めるためには、金属ナノ粒子の粒径は、5ナノメートル〜10ナノメートルの範囲内であり、平均膜厚も5ナノメートル〜10ナノメートルの範囲内であることがより好ましい。これにより、光学濃度は0.3〜0.6の範囲になり、光を照射した前後における透過率又は反射率の差に基づく情報の記録をするに足るだけの光学的変化を示すことができる。   In the above-mentioned embodiment, the particle diameter of the metal nanoparticles 2a is in the range of 5 nanometers to 10 nanometers, and the average film thickness of the metal thin film 2 is 7 nanometers to 8 nanometers. It is not limited. As described above, in order to increase the resolution and improve the recording density, the smaller the particle size of the metal nanoparticles, the better. However, when the particle size of the metal nanoparticles is reduced, the average film thickness is also reduced in proportion thereto, and a change in optical density necessary for information recording cannot be obtained. That is, when the particle size and the average film thickness are smaller than 3 nanometers, the film thickness is too thin to absorb light sufficiently and the optical density is reduced to about 0.2. It does not show enough optical change to record information based on the difference in reflectance or reflectance. On the other hand, when the particle size of the metal nanoparticles is increased, the average film thickness is also increased, and the optical density is increased, but the degree of adhesion between the metal nanoparticles is increased. Heat due to the energy of the metal easily conducts or diffuses through the metal thin film, and the energy threshold required for agglomeration and granulation is greatly increased. Furthermore, when trying to give a large energy exceeding this threshold value, agglomeration granulation is caused by heat diffused from the surroundings even in a portion exposed at a level below the energy threshold value (a portion where the light intensity is weakened by interference). Clear interference fringes cannot be obtained. From the above, the particle size of the metal nanoparticles may be in the range of 3 to 20 nanometers, and the average film thickness may be in the range of 3 to 20 nanometers. In order to further enhance the above effect, the particle size of the metal nanoparticles is in the range of 5 nanometers to 10 nanometers, and the average film thickness is preferably in the range of 5 nanometers to 10 nanometers. preferable. As a result, the optical density is in the range of 0.3 to 0.6, and an optical change sufficient to record information based on the difference in transmittance or reflectance before and after light irradiation can be shown. .

上述の実施の形態においては、レーザ光のエネルギー密度は、0.6ミリジュール/平方ミリメートル〜2.0ミリジュール/平方ミリメートルの範囲であったが、これに限られるものではなく、エネルギー密度は、金属薄膜2の平均膜厚により変更することが可能である。例えば、平均膜厚が3ナノメートルの場合は、1.4ミリジュール/平方ミリメートル〜8.0ミリジュール/平方ミリメートルの範囲を、平均膜厚が5ナノメートルの場合は、1.1ミリジュール/平方ミリメートル〜2.2ミリジュール/平方ミリメートルの範囲を、平均膜厚が10ナノメートルの場合は、1.0ミリジュール/平方ミリメートル〜1.2ミリジュール/平方ミリメートルの範囲を用いることが好ましい。   In the above-described embodiment, the energy density of the laser beam is in the range of 0.6 millijoule / square millimeter to 2.0 millijoule / square millimeter. However, the energy density is not limited to this. The average film thickness of the metal thin film 2 can be changed. For example, when the average film thickness is 3 nanometers, the range is from 1.4 millijoules / square millimeter to 8.0 millijoules / square millimeter, and when the average film thickness is 5 nanometers, 1.1 millijoules. / Square millimeter to 2.2 millijoules / square millimeter, and for an average film thickness of 10 nanometers, a range of 1.0 millijoule / square millimeter to 1.2 millijoules / square millimeter may be used. preferable.

上述の実施の形態においては、金属ナノ粒子2aは白金元素からなるものであったが、これに限られるものではなく、パラジウムなどの白金族元素、白金とパラジウムとの合金、又は白金とニッケルとの合金、パラジウムとニッケルとの合金でもよい。合金化することにより、金属薄膜の機械的強度、又は基板への付着強度が増加する。   In the above-described embodiment, the metal nanoparticles 2a are made of platinum element. However, the present invention is not limited to this, and is not limited to this, but a platinum group element such as palladium, an alloy of platinum and palladium, or platinum and nickel. Or an alloy of palladium and nickel. By alloying, the mechanical strength of the metal thin film or the adhesion strength to the substrate is increased.

上述の実施の形態においては、再生時に参照光と共役な透過光を用いたが、これに限られるものではない。すなわち、光を照射した前後における金属薄膜の構造変化により透過率が数十%変化するだけではなく、反射率も数十%変化するため、反射光を用いて情報の再生を行うことも可能である。   In the above-described embodiment, the transmitted light conjugate with the reference light is used at the time of reproduction. However, the present invention is not limited to this. In other words, not only the transmittance changes by several tens of percent due to the structural change of the metal thin film before and after the light irradiation, but also the reflectance changes by several tens of percent, so it is possible to reproduce information using reflected light. is there.

上述の実施の形態においては、レーザ光を用いる構成であったが、これに限らず、より波長の短い電子線を用いることも可能である。   In the above embodiment, the laser beam is used. However, the present invention is not limited to this, and an electron beam having a shorter wavelength can be used.

上述の実施の形態においては、参照光30を情報光40の回りに回転させることにより多重記録を行う構成であったが、これに限らず、参照光30の入射角を変更すること、又は波長を変更することによっても同一の場所に異なる情報を多重記録することができる。   In the above-described embodiment, the multiplex recording is performed by rotating the reference light 30 around the information light 40. However, the present invention is not limited to this, and the incident angle of the reference light 30 is changed or the wavelength is changed. It is possible to multiplex-record different information in the same place by changing the.

実施の形態2
上述の実施の形態1においては、レーザ光を参照光30と情報光40との二光束に分離して、金属薄膜2において干渉させる構成であった。以下に単一光を金属薄膜2に照射する場合について説明する。
Embodiment 2
In the above-described first embodiment, the laser light is separated into two light beams of the reference light 30 and the information light 40 and interferes in the metal thin film 2. The case where the single light is irradiated on the metal thin film 2 will be described below.

予め電子ビーム描画などにより情報パターンが書き込まれた光マスクを作成しておく。金属薄膜2を有する記録媒体17上に金属薄膜2に当接して前記光マスクを配置する。低エネルギーを有するレーザ光を前記光マスク上において走査する。前記光マスクのレーザ光を通過する部分では、通過した照射光のエネルギーを吸収した金属ナノ粒子は発熱して溶融し、複数の金属ナノ粒子が合体するとともに表面張力により球状液滴化することにより、金属ナノ粒子は凝集粒状化する。   An optical mask in which an information pattern is written in advance by electron beam drawing or the like is created. The optical mask is placed on the recording medium 17 having the metal thin film 2 in contact with the metal thin film 2. A laser beam having low energy is scanned on the optical mask. In the portion of the optical mask that passes the laser beam, the metal nanoparticles that absorbed the energy of the irradiation light that passed through are heated and melted, and a plurality of metal nanoparticles are combined and formed into spherical droplets by surface tension. The metal nanoparticles are agglomerated and granulated.

一方、前記光マスクのレーザ光を通過しない部分では、金属ナノ粒子を溶融させるのに必要なエネルギーが供給されないため、金属ナノ粒子は凝集粒状化しない。これにより、前記光マスクの情報パターンに対応した、金属ナノ粒子が凝集粒状化した部分と凝集粒状化していない部分とから構成されるパターンを形成して情報を記録する。   On the other hand, in the portion of the optical mask that does not pass the laser beam, the energy necessary for melting the metal nanoparticles is not supplied, and therefore the metal nanoparticles are not agglomerated. Thus, information is recorded by forming a pattern composed of a portion where the metal nanoparticles are agglomerated and a portion not agglomerated corresponding to the information pattern of the optical mask.

これにより、低エネルギーのレーザ光を用いて、1度だけスキャン露光することにより、ごく短時間で情報を記録することができ、現像又は定着などの後処理が一切不要であり、高密度に情報が記録できる記録媒体及び該記録媒体を用いた記録方法を提供することができる。   This allows information to be recorded in a very short time by performing scan exposure only once using a low-energy laser beam, and no post-processing such as development or fixing is required, and information is densely recorded. Can be recorded, and a recording method using the recording medium can be provided.

金属ナノ粒子が凝集粒状化した部分と凝集粒状化していない部分とでは、光学的性質が異なり、反射率が大きく変化する。これにより、上述の記録方法により情報が記録された記録媒体に、光を照射して反射率の変化を検出することにより、記録された情報の再生をすることができる。   The portion where the metal nanoparticles are agglomerated and the portion where the agglomeration is not agglomerated are different in optical properties, and the reflectance changes greatly. Accordingly, the recorded information can be reproduced by irradiating the recording medium on which the information is recorded by the above-described recording method with light and detecting a change in reflectance.

上述の実施の形態では、光マスクを用いる構成であったが、これに限らず、電子ビーム描画で直接記録媒体に情報を記録する構成であってもよい。   In the above-described embodiment, the optical mask is used. However, the configuration is not limited to this, and information may be directly recorded on the recording medium by electron beam drawing.

本発明に係る記録媒体の金属薄膜の観察例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of observation of the metal thin film of the recording medium based on this invention. 本発明に係る記録媒体の構造を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the recording medium based on this invention. 本発明に係る記録方法を実施するための装置の模式図である。It is a schematic diagram of the apparatus for enforcing the recording method concerning this invention. レーザ光照射後の記録媒体の金属薄膜の観察例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of observation of the metal thin film of the recording medium after laser beam irradiation. レーザ光照射後の記録媒体の構造を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the recording medium after laser beam irradiation. レーザ光照射による干渉縞モデルを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the interference fringe model by laser beam irradiation. レーザ光照射による吸収スペクトルの変化を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the change of the absorption spectrum by laser beam irradiation. 干渉により生じたレーザ光のエネルギー密度の空間的な変調の度合いと干渉縞の線幅の関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between the degree of the spatial modulation of the energy density of the laser beam produced by interference, and the line width of an interference fringe. 角度多重記録の概念を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the concept of angle multiplexing recording. 二重記録による正方格子ホログラムの例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of the square-lattice hologram by double recording. 本発明に係る再生方法を実施するための装置の模式図である。It is a schematic diagram of the apparatus for enforcing the reproduction | regenerating method based on this invention. 本発明に係る記録媒体の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of the recording medium based on this invention. 本発明に係る記録媒体の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of the recording medium based on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
2,3 金属薄膜
2a,3a 金属ナノ粒子
4 透明樹脂層
10 レーザ
11 ビーム径変換レンズ
12 ハーフミラー
13 ミラー
14 プリズム
15、18 対物レンズ
16 ページコンポーザ
17 記録媒体
19 再生用レンズ
20 フォトダイオード
30 参照光
40 情報光
50 再生光
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2,3 Metal thin film 2a, 3a Metal nanoparticle 4 Transparent resin layer 10 Laser 11 Beam diameter conversion lens 12 Half mirror 13 Mirror 14 Prism 15, 18 Objective lens 16 Page composer 17 Recording medium 19 Reproduction lens 20 Photodiode 30 Reference light 40 Information light 50 Reproduction light

Claims (9)

基板上に形成した記録層に情報を記録する記録媒体において、
前記記録層は、金属ナノ粒子が近接する状態又は接触する状態にある金属薄膜であることを特徴とする記録媒体。
In a recording medium for recording information on a recording layer formed on a substrate,
The recording layer is a metal thin film in which metal nanoparticles are in close proximity or in contact with each other.
前記金属薄膜は、白金、パラジウム、白金及びパラジウムの合金、白金及びニッケルの合金、パラジウム及びニッケルの合金からなる群より選ばれる金属を1つ含むことを特徴とする請求項1に記載された記録媒体。   2. The recording according to claim 1, wherein the metal thin film includes one metal selected from the group consisting of platinum, palladium, an alloy of platinum and palladium, an alloy of platinum and nickel, an alloy of palladium and nickel. Medium. 前記金属薄膜の平均膜厚及び前記金属ナノ粒子の粒径夫々は、3ナノメートル〜20ナノメートルの範囲内であることを特徴とする請求項2に記載された記録媒体。   3. The recording medium according to claim 2, wherein an average film thickness of the metal thin film and a particle diameter of the metal nanoparticles are each in a range of 3 nanometers to 20 nanometers. 基板上に前記記録層が複数積層してなることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載された記録媒体。   4. A recording medium according to claim 1, wherein a plurality of the recording layers are laminated on a substrate. 記録媒体に対して、光を照射して情報の記録を行う記録方法において、
基板上に金属ナノ粒子が近接する状態又は接触する状態にある金属薄膜を形成した記録媒体を用い、
照射エネルギーによって前記金属ナノ粒子を凝集粒状化し、
凝集粒状化した部分と凝集粒状化していない部分とから構成されるパターンを形成することにより情報を記録することを特徴とする記録方法。
In a recording method for recording information by irradiating a recording medium with light,
Using a recording medium on which a metal thin film is formed in a state in which metal nanoparticles are close to or in contact with each other on a substrate,
The metal nanoparticles are agglomerated and granulated by irradiation energy,
A recording method characterized in that information is recorded by forming a pattern composed of an agglomerated part and a non-agglomerated part.
情報を有する情報光及び参照光の二光束に分離したコヒーレント光を前記金属薄膜に照射して干渉させ、
凝集粒状化した部分と凝集粒状化していない部分とから構成される干渉縞を形成することを特徴とする請求項5に記載された記録方法。
Irradiating the metal thin film with coherent light separated into two light fluxes of information light and information light having information to cause interference,
6. The recording method according to claim 5, wherein an interference fringe composed of an agglomerated and non-agglomerated part is formed.
前記金属薄膜に照射されるコヒーレント光は、0.5ミリジュール/平方ミリメートル以上のエネルギー密度を有し、5ナノ秒以下のパルス幅を有する単発パルスレーザ光であることを特徴とする請求項6に記載された記録方法。   7. The coherent light applied to the metal thin film is a single pulse laser beam having an energy density of 0.5 millijoule / square millimeter or more and a pulse width of 5 nanoseconds or less. The recording method described in 1. 光を照射して情報を記録する記録方法により情報を記録した記録媒体に対して、光を照射して情報の再生を行う再生方法において、
前記記録方法は、請求項5に記載された記録方法であり、照射した光の反射率の差異に基づいて、情報を再生することを特徴とする再生方法。
In a reproducing method for reproducing information by irradiating light on a recording medium on which information is recorded by a recording method of irradiating light to record information,
6. The recording method according to claim 5, wherein information is reproduced based on a difference in reflectance of irradiated light.
コヒーレント光を干渉させて情報を記録する記録方法により情報を記録した記録媒体に対して、光を照射して情報の再生を行う再生方法において、
前記記録方法は、請求項6又は請求項7に記載された記録方法であり、
前記コヒーレント光と同一波長の光を照射して情報を再生することを特徴とする再生方法。
In a reproduction method for reproducing information by irradiating light onto a recording medium on which information is recorded by a recording method for recording information by interfering with coherent light,
The recording method is the recording method according to claim 6 or claim 7,
A reproduction method comprising reproducing information by irradiating light having the same wavelength as the coherent light.
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