JP2008186534A - 情報記録再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本願発明は、アゾベンゼンを有する薄膜に直線偏光を照射すると、分子が電場の振動方向と垂直な方向に配向し、大きな複屈折が生じることを利用して、光情報を高密度に記録することを目的としてなされたものである。
【解決手段】楕円偏光の照射によって光応答性薄膜材料（特にアゾベンゼン薄膜）に誘起されるキラリティの度合い（光学回転の大きさ）は、光の照射量や波長、また、楕円偏光の楕円率と方位角に依存する。したがって、光応答特性を有する有機薄膜に対し、楕円偏光を照射することによって、薄膜に光学回転性能を付与するができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、アゾベンゼン部位を含む化合物の薄膜表面に、偏光を照射して情報の記録再生を行う方法を提供するものである。

アゾベンゼンを有する薄膜に直線偏光を照射すると、分子が電場の振動方向と垂直な方向に配向し、大きな複屈折が生じることが知られている（下記非特許文献１及び２参照）。

この現象は、室温で安定なアゾベンゼンのトランス体が光を吸収することにより、シス体に構造異性化し、室温で不安定なシス体がただちにトランス体に緩和するという光異性化サイクルに起因する。トランス体は、直線的な分子構造をしており、その分子の軸と平行な電場振動を持つ光を吸収する。構造異性化に伴って分子の軸の向きは変化し、電場振動方向と垂直な向きになったトランス体は、吸収されずにその向きを維持することにより、分子配向が起こり、複屈折や吸収異方性が生じる。

楕円偏光を照射した場合、誘起された複屈折や吸収異方性によって、照射した楕円偏光自身の軸が変化し、その軸に垂直な方向に分子配向を誘起する。このようにして、膜厚方向に向かって分子配向の向きがらせんを描くように変化するため、巨視的にキラリティが発生する。このため、極めて薄い薄膜であっても大きな光学回転を示す状態を作り出すことができる。例えば、我々のこれまでの研究では、あるアゾベンゼン薄膜において、入射楕円率±0.5の楕円偏光において、４０°／μmを超える光学回転が得られている（下記非特許文献３及び４参照）。
Optics Communications、第47巻(1983年)、123〜126頁 Applied Optics、第23巻(1984年)、4309〜4312頁 Molecular Crystals and Liquid Crystals、第446巻(2006年)、61〜70頁 Japanese Journal of Applied Physics Part 1、第45巻(2006年)、451〜455

本発明は、このような特徴を利用して、光情報を高密度に記録することを目的としてなされたものである。

楕円偏光の照射によって光応答性薄膜材料に誘起されるキラリティの度合い（光学回転の大きさ）は、光の照射量や波長、また、楕円偏光の楕円率と方位角に依存する。

上記光応答薄膜材料としては、アゾベンゼン薄膜が好ましいが、アゾベンゼン以外では、スチルベン、アゾメチン，ジアリルエテン、メロシアニン等のフォトクロミック化合物、ビフェニル及びトラン等の１元共役π電子構造、ポルフィリン及びフタロシアニン等の２元共役π電子構造を有する有機物質又はシンナメート等の光二量化若しくは光重合を起こす有機物質等が考えられる。但し、期待される効果は、今のところアゾベンゼンが最大である。

上記依存性を利用することにより、光応答特性を有する有機薄膜に対し、楕円偏光を照射することによって、薄膜に光学回転性能を付与するができる（光誘起キラリティ現象）。

記録光として用いる偏光の状態（光の照射量、波長、楕円率、方位角など）と薄膜内に形成される分子配向のらせん構造（キラリティ）は1対1に対応しているため、所望の偏光状態を持つ記録光を用いれば、所望の情報が記録できる。

また、所望の記録光によって光学回転性能を付与された薄膜に対して、読み出し光を照射する場合、その透過光（または反射光）は一定の偏光回転を受けることから、「読み出し光の偏光主軸の回転が起こること」を情報と見なせば、記録情報の再生が可能となる。さらに、偏光主軸の回転角の大きさを適切な角度ごとに区分して情報を読み取るようにアルゴリズムを設計すれば、「０」、「１」の２値信号だけではなく、多値信号の記録再生を実現することができる。

ここで、偏光主軸の回転を「情報」と見なすことに関しては、従来の磁気光学記録媒体（ＭＯディスク）との類似性が想起されるかもしれないが、磁気光学効果を利用した記録方式と本発明は材料系のみならず偏光回転を発生する物理的原理も異にしており、全く共通点はなく、何ら関連性・類似性を有するものではない。

また、従来の光情報記録と異なり、記録光は記録媒体への集光による加熱に用いるのではないため、一点の記録に用いられる光エネルギーは従来の記録方法より小さい。従って、従来と同じ光源、もしくは光エネルギーを利用することを考えると、ビームスポットを複数の点に分割し、同時並行的に記録（並列処理）することが可能である。

さらに、記録光によって薄膜に付与される光学回転性能は、光応答性分子がらせん状に配列した構造に起因しているため、円偏光、ランダム偏光又は書き込み光を90°回転させた楕円偏光の照射によってその配列を崩したり、再び配列させたりすることが可能で、つまり、記録情報を光で消去（初期化）及び書き換えることができる。

光応答特性を有する有機薄膜に複数点記録された情報は、材料をガラス転移温度以上まで加熱することによって、一括して初期状態に戻すことも可能である。

本願発明によれば、同じ記録点に多値の情報を記録できるので、従来の情報記録より高い記録密度を達成することができる。さらに、その記録された情報は、容易に書き換えることが可能である。

以下に、図面を用いて本願発明を実施するための最良の形態を説明する。

図1に示すように、アゾベンゼン薄膜に楕円偏光を照射すると、薄膜内に分子配向のらせん構造が形成される。このらせん構造を通過することによって、照射楕円偏光の軸は回転を受ける。

楕円偏光の方位角φは、楕円偏光に含まれる0°直線偏光、45°直線偏光、90°直線偏光、135°直線偏光という4つの直線偏光成分を抽出し、それぞれの強度を測定することによって、算出することができる。それぞれの強度をＩ_０、Ｉ_４５、Ｉ_９０、Ｉ_１３５とすると、方位角は、
φ＝１／２（ａｒｃｔａｎ［（Ｉ_４５−Ｉ_１３５）／（Ｉ_０−Ｉ_９０）］）
という式によって算出することができる。

図２に示すように、方位角をいくつかの区画に分割することによって、多値記録が可能となる。例として22.5°で分割すると、図中(a)のように方位角が0°〜22.5°の角度範囲にある場合は、状態|0>となり、(b)のように22.5°〜45°の角度範囲にある場合は、状態|1>となる。(c)、(d)は、それぞれ、状態|2>、|3>を示している。書き込みと同時に透過した楕円偏光の方位角を測定し、指定の方位角に達するまで書き込みを行う。

情報の読み出しは、書き込みと同じ波長・偏光状態の微弱な光を用いるか、書き込み光と異なる波長の楕円偏光を用いて行う。照射する偏光状態が同じならば、書き込み時と同様の楕円偏光が検出され、書き込まれた情報を読み出すことができる。

図3に、後者の場合の光学系の例を示す。図に示される偏光計で、方位角を算出している。

図4に、読み出し光を照射して10秒後に書き込みを照射したときの楕円偏光の回転の様子を示す。

図5に、書き込み光の照射時間を変えることによって多値記録を行った結果を示す。図のように、光照射時間を調節することによって、状態|0>から任意の状態に変化させることができる。分子配向の安定な材料を用いれば、照射後も安定に状態を維持することが可能であるため、さらに方位角の分割数を増やすことができ、より高密度な記録も可能である。

アゾベンゼン薄膜の楕円偏光照射による分子配向のらせん構造形成と偏光回転 記録・読み出しの光学系 楕円偏光照射時間の違いによる偏光回転角の変化 楕円偏光照射時間の違いによる偏光回転角の変化 記録時間の調節による多値記録結果の例

Claims (7)

1. 情報記録方法において、光応答特性を有する有機薄膜に対し、楕円偏光を照射することにより該薄膜に光学回転性能を付与することを特徴とする情報記録方法。
2. 情報再生方法において、光応答特性を有する有機薄膜に対し、楕円偏光を照射することによって該薄膜の光学回転性能を検知することを特徴とする情報再生方法。
3. 請求項１に記載の情報記録方法において、上記情報は、多値記録であることを特徴とする情報記録方法。
4. 請求項３に記載の情報記録方法において、上記多値記録は、上記光学回転の回転角度により行うことであることを特徴とする情報記録方法。
5. 請求項１に記載の情報記録方法において、上記薄膜は、アゾベンゼンを含む材料であることを特徴とする情報記録方法。
6. 請求項1に記載の情報記録方法において、楕円偏光の照射を改めて行うことにより情報の書き換えができることを特徴とする情報記録方法。
7. 請求項1に記載の情報記録方法において、円偏光，ランダム偏光若しくは書き込み光を90°回転させた楕円偏光の照射又は加熱により初期化することを特徴とする情報記録方法。

Images