JP4067285B2

JP4067285B2 - Optical recording medium

Info

Publication number: JP4067285B2
Application number: JP2001198828A
Authority: JP
Inventors: 晋司荒牧
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 2001-06-29
Filing date: 2001-06-29
Publication date: 2008-03-26
Anticipated expiration: 2021-06-29
Also published as: JP2003015507A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光記録媒体に関し、詳しくは、クラッド層に挟まれて形成される光導波路層（コア層）を複数有し光照射により情報の書き込みや読み出しが行なえる光記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（１）体積ホログラムメモリの説明
光メモリ（光記録媒体）は、従来、媒体表面層のレーザ照射による変化により情報を記録するものが一般的であり、その変化としては形状変化，磁区変化，相変化等を利用するものが実用化されている。これらはレーザ光をレンズで絞りその焦点で記録を行なうため、回折限界による焦点の広がりによりレーザ光の波長程度にスポット系が制限されるため、記録密度の限界が存在する。
【０００３】
そのため、レーザ光を短波長化することによりスポット径を小径化して情報記録媒体の記録密度を高密度化しようとする試みが進められてはいるが、レーザを短波長化するのにも限界があり、大幅な高密度化には限界がある。
また、情報記録媒体の記録密度は、情報記録媒体に対して書き込み速度／読み出し速度に関連しており、上述したように記録密度を十分に高密度化できないことから、情報記録媒体に対する書き込み速度／読み出し速度を十分に高速化できない。即ち、かかる書き込み速度／読み出し速度を所定速度以上に保持しようとすれば、記録密度が低いほど、かかる一定情報量が記録された部分の面積が大きくなって、この一定情報量に対する書き込み／読み出しを行なうためのヘッドの移動速度を高速にしなければならない。
【０００４】
しかし、このようなヘッドには一般にレーザ光源や光学系等が取り付けられており比較的重量があることから、ヘッドの移動速度を高速化することにも限界があり、したがって、記録密度を十分に高密度化できなければ、情報記録媒体に対する書き込み速度／読み出し速度を十分に高速化することができないのである。
そこで、このような記録密度の限界を打破する光記録媒体として、「体積（３次元）ホログラムメモリ」と呼ばれる光メモリが種々開発・検討されている。この「３次元ホログラムメモリ」は、非常に狭い回折角度依存性を利用して、参照光の角度を変えながら情報を情報記録媒体の同一体積中に多重に記録でき、非常に高い記録密度を実現できるもので、例えば、ニオブ酸リチウム単結晶のフォトリフラクティブ効果を利用したものや、フォトポリマーの光重合反応や光架橋反応を利用したもの、フォトクロミズムを利用したもの等がある。
【０００５】
この「３次元ホログラムメモリ」では、記録層の内部に、物体からの反射光や信号等の情報を表す信号光（物体光）と参照光とを照射して干渉させ、この干渉により光強度分布に応じて記録層の光学的性質（屈折率や吸光度等）が変化するので、このような光学的性質の三次元分布という形で干渉縞を３次元的に記録することができる。
【０００６】
また、記録に使用した参照光と同じ波長の光を同じ角度で「３次元ホログラムメモリ」に対して照射することにより（このように情報再生を目的に「３次元ホログラムメモリ」に照射する光を「読出光」という）、回折光として信号光（即ち情報）が再生されるが（このようにして再生される信号光を「再生光」という）、情報の再生に際しては、読出光の角度に非常に敏感となり、参照光の角度や位相分布を変えて記録することで多重記録が可能となっている。
【０００７】
ここで、「３次元ホログラムメモリ」における情報の記録／読み出し方法には、主に、「角度多重方式」と「シフト多重方式」とがある。前者の「角度多重方式」では、参照光を平面波とし、参照光の照射角度を少しずつ変化させていくことにより、参照光と信号光との干渉縞を多重に記録することが行なわれる。これに対し、後者の「シフト多重方式」では、参照光を、レンズを用いて球面波とし、参照光と信号光との角度は変えず、例えば参照光と情報記録媒体とを相対的に平行にシフトさせることにより（被記録部分を少しずつずらしていくことにより）、参照光と信号光との干渉縞を多重に記録することが行なわれる。
【０００８】
つまり、「シフト多重方式」では、参照光が球面波なので、入射角度の異なる多数の参照光が同時に記録媒体に照射されていることと等価となる。このため、参照光が照射された記録媒体の特定の位置に着目すると、参照光と記録媒体とをシフトさせると、シフト前後ではこの特定位置に対する参照光の照射角度が異なることとなる。
【０００９】
したがって、参照光と記録媒体とを少しずつシフトさせることで、参照光の照射角度を少しずつ変化させることができ、「角度多重方式」と同様に参照光と信号光との干渉縞を多重に記録することができるのである。そして、この際のシフト距離を照射スポット径より十分小さく（１／１００程度）することで、同一体積中に高密度の多重記録を行なうことができる。なお、本「シフト多重方式」は、特にディスク状の記録媒体の記録／読み出しに適している。
【００１０】
しかしながら、「３次元ホログラムメモリ」は、記録密度は非常に高いものとなるが、その一方で記録／読み出しの光学系がかさばり、装置の小型化が難しい。また、記録媒体自体も、安定性，信頼性，取り扱い易さの面で十分に実用的なものは得られておらず、さらに複製も容易でないことから、実用化までには至っていないのが現状である。
【００１１】
（２）カード型（平板状）ホログラムメモリの説明
そこで、このような３次元ホログラムメモリの難点を補い、且つ、体積記録の利点を活かすために、カード（平板）形状を有する多層２次元ホログラム型の記録媒体（以下、多層２次元光メモリという）が提案されている（例えば、特開平１１−３４５４１９等参照）。これは、コア層とクラッド層とを有する多層の光導波路層の各層に、光散乱要因によるホログラムを形成（記録）したものである。
【００１２】
このような多層２次元光メモリでは、一つの（コア）層（情報が記録された層）に光を結合して伝播させることで、その伝播光の散乱により記録情報（ホログラフィー情報）が散乱光として外部に取り出され、その散乱光を例えば２次元画像検出器（以下、単に「検出器」ともいう）で検出することで記録情報の読み出し（再生）が行なわれる。
【００１３】
そして、近年、このような多層２次元光メモリは、平板状の光導波路層（クラッド層に挟まれたコア層）を多数積層する（１００層程度の積層が可能である）ことにより、その記録容量も向上しており、単一面に情報を記録する通常の２次元メモリと、上述した体積ホログラムメモリのような３次元メモリとの中間に位置付けられる。また、多層２次元光メモリの場合は、上記検出器の面上に再生された記録情報（散乱光）が結像するようにホログラムを設計しておけば、情報読み取りのための光学系も簡素な構成で済む。
【００１４】
さらに、多層２次元光メモリは、計算機で作成したホログラムの型を作れば、それを用いて各層をエンボス加工等により作製したものを積層して製造することができるので、複製も容易である。また、ホログラムメモリを多層にするメリットは、そのクロストークの小ささにある。
即ち、通常のビットバイビットでの情報記録を多層で行なおうとすると、１ビットの記録情報を読み出すためには、記録部分の光散乱や屈折，吸収現象を用いるため光学定数の大きな変化が必要であるが、ホログラムの場合は光の回折現象を利用するので、屈折率の変化が小さく回折効率が小さくても記録情報を読み出す際のＳ／Ｎ比を大きくできる。特に、１層ではほとんど透明な層になるので、層間の光干渉が小さくなるというメリットがある。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、多層２次元光メモリは、カード形状の各光導波路層にホログラム（情報）を膜の凹凸等の光散乱性加工により予め書き込んでおき、再生のみに利用する（つまり、ＲＯＭとして用いる）ものが数多く提案されているが、このような媒体に情報を書き込むことは容易ではない。
【００１６】
例えば、特開平９−１０１７３５号公報には、光導波路層にバクテリオロドプシンのようなフォトクロミック材料〔光感光（硬化）性の材料〕を用いて、導波光（参照光）と物体光（信号光）の干渉縞により媒体に情報を書き込む方法（干渉縞露光）が開示されているが、フォトクロミック材料等の色素材料の層（以下、色素層という）はバインダーポリマー等で希釈されたものでは露光感度の低下が避けられない。
【００１７】
露光感度を高めるためには、必然的に、純粋な色素材料あるいは高濃度に色素材料を含有する色素層を設ける必要があるが、今度は、このような色素層ではその屈折率が高いために、光導波路層の伝播光（読出光や干渉縞露光による書き込みの場合の参照光）に複数の伝播モード（マルチモード）が生じてしまい、情報（ホログラム）の記録／再生が正常に行なえなくなってしまう。
【００１８】
即ち、クラッド層に挟まれた光導波路層（コア層）を伝播する光は、クラッド層の屈折率の方がコア層の屈折率よりも小さいことから、全反射を繰り返しながら減衰することなく伝播してゆくが、これらの屈折率や各層の膜厚の構成によってシングルモードからマルチモードまで種々のモードが生じる。異なるモードの光は異なる伝播速度を有するため、媒体内での波長が異なり、このため、ホログラムの読出光や参照光としては不適である。しかも、光を導波路層に導入する部分での入射光とモードの分布との重なりによって、どのモードに結合されるかが決まるため、安定した再生も困難である。
【００１９】
また、カード形状（平板状）の光メモリでは、屈折率，膜厚，層構成でどのような伝播モードが生じるかが決まる。一般に、屈折率が高くなると薄膜でも別の伝播モードが生じる。また、層構成が対称になると、膜厚に対するカットオフが無くなり、光導波路層がどのように薄くても別の伝播モードが生じてしまう。
このような状況から、光導波路層に高屈折率の色素層を設けると、色素層の無い場合にはシングルモードであったものが容易にマルチモードになってしまうのである。
【００２０】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、情報記録（書き込み）のために純粋または高濃度の（つまり、高屈折率の）色素材料を含有する色素層を設けたとしても、光導波路層を伝播する光に別のモードが発生しにくい（つまり、マルチモードになりにくい）、光記録媒体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】
上記の目的を達成するために、本発明の光記録媒体（請求項１）は、コア層とこのコア層を挟む複数のクラッド層とを有する平板状の光記録媒体において、前記のコア層の近傍に、色素を含有する層（以下、色素層という）が設けられるとともに、上記のコア層及び色素層を挟む各クラッド層の屈折率が互いに異なることを特徴としている。
【００２２】
ここで、上記のコア層及び色素層を挟む各クラッド層のうち、コア層に近接するクラッド層の屈折率よりも色素層に近接するクラッド層の屈折率の方を小さくするのが好ましい（請求項２）。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施形態としてのカード形状の多層２次元ホログラム型メモリ（光記録媒体）の構造を示す模式的斜視図で、この図１に示す多層２次元ホログラム型メモリ（以下、単に「多層光メモリ」又は「ホログラムメモリ」もしくは「媒体」という）１は、コア層２と、このコア層２の一方の面部に積層された色素層４と、これらのコア層２及び色素層４を挟むクラッド層３とを有して成る光導波路部材が、複数（ここでは、３層分）積層された構造を有している。
【００２４】
ここで、上記の色素層４には、バクテリオロドプシンやジアリールエテン化合物等のフォトクロミック材料、ＣＤ−ＲやＤＶＤ−Ｒ等に利用されているような色素，顔料化合物等が適用される。これらは、光を吸収して、光化学反応や光分解，温度変化による分解，形状変化，相変化等を起こすものであればいずれを適用しても、これらの変化を利用することで、多層光メモリ１に情報（ホログラム）を記録できるようになっているのである。
【００２５】
なお、具体的に、上記の「色素」材料としては、例えば、アゾ色素，シアニン色素，インジゴ系色素，縮合環色素，フタロシアニン系色素，キナクリドン，ポルフィリン，トリフェニルメタン，スチルベン，カロテノイド，ペリレン色素，スクアリリウム系色素，共役高分子等が適用できるが、使用レーザ波長で吸収帯を有するものであればどのようなものを適用してもよい。
【００２６】
また、上記のコア層２の膜厚については、１０μｍ（マイクロメートル）以下、好ましくは、１μｍ〜５μｍ程度にするのがよく、クラッド層３については、５μｍ以上、好ましくは、７μｍ〜１００μｍ程度にするのがよい。さらに、色素層４は、例えば、コア層２の近傍に色素を塗布あるいは蒸着することにより形成することができる。この色素層４の膜厚は、１μｍ以下、好ましくは、０．０５μｍ〜０．５μｍ程度に選定するのがよい。
【００２７】
さらに、ホログラムメモリ１への情報記録（書き込み）は、参照光と信号光との干渉縞によって行なう方法（干渉縞露光）が一般的である。即ち、光導波路層（コア層）２を伝播する光を参照光とし、記録すべき情報をもった信号光をホログラムメモリ１の面部に対して垂直な方向から照射してこれら２つの光を交差させることで媒体１内に干渉縞を形成し、この干渉縞による色素層４の変化によって情報を記録するのである（図３参照）。なお、図３において、符号１１は空間変調素子を表し、この空間変調素子１１にレーザ光が入射されると本素子１１に応じた書き込みデータが画像として表示されて上記信号光が生成されるのである。
【００２８】
また、他の書き込み方法としては、例えば図４に示すように、レーザ光をレンズ１４等で集光して、その焦点を色素層４に合わせ、レーザ光あるいは記録層（コア層）２を面内で移動させながらレーザ光を変調して計算機等によって予め作成したホログラム（計算機ホログラム）を逐次（直接）書き込んでゆく方法も考えられる。
【００２９】
さて、次に、上記のコア層２及び色素層４を挟む各クラッド層３は、本実施形態では、それぞれの屈折率が互いに異なる値になっている（屈折率について非対称になっている）。このようにコア層２を挟む各クラッド層３の屈折率を非対称にしておけば、コア層２の厚みに対してカットオフが生じるので、別の伝播モードが生じるためには或る程度の厚み（これを「カットオフ膜厚」という）が必要になる。
【００３０】
従って、薄い色素層４を導入しても、そのカットオフ膜厚よりも薄い膜厚であれば、各クラッド層３の屈折率が対称になっている場合に比して別の伝播モードが生じにくくなる。以下、この状況をシミュレーションにより典型的な例を挙げて説明する。
カード形状（平板状）の光導波路部材の伝播モードは、任意の層構成についてトランスファー行列法を用いて計算することができる（Kogelnik）。この計算結果は、非常に良く実験との対応がとれ、屈折率及び膜厚の測定方法として確立しているものである。
【００３１】
（１）対称クラッド層の場合
図２にモデルの構成を示す。この図２において、ｎ１とｎ４がそれぞれクラッド層３の屈折率、ｎｃがコア層２の屈折率、ｎｄが色素層４の屈折率を表し、コア層２の膜厚は１．８μｍ、色素層４の膜厚は例えばＣＤ−Ｒ等の光記録に用いられる色素層の膜厚の程度として０．０５μｍと仮定する。なお、以下のシミュレーションは、いずれも１層分の光導波路部材（コア層２，クラッド層３，色素層４）に着目して行なうが、図２で図示を省略している他の光導波路部材についても同様の理論が成り立つ。
【００３２】
そして、まず、従来技術との比較のために、コア層２とクラッド層３の材料にそれぞれポリマーを用い、その屈折率をポリマーの典型的な値、例えば、ｎ１＝ｎ４＝１．５４、ｎｃ＝１．５５とした場合〔かかる条件は、色素層４が無い場合に光導波路層２がシングルモードになる条件である〕についてシミュレーションを行なってみる。
【００３３】
即ち、次表１に示すように、ｎ１＝ｎ４＝１．５４，ｎｃ＝１．５５（膜厚１．８μｍ）の対称型の光導波路部材に、膜厚０．０５μｍの色素層４を設け、その色素層４の屈折率ｎｄを１．５５から１．８まで変化させてみる。この場合は、図５に示すように、色素層４の屈折率ｎｄが１．５７程度から本来のモード（符号５参照）とは別のモード（符号６参照）が生じ、マルチ（２）モードになっていることが分かる。色素材料は一般に高屈折率であるため、このような系では２モードになることは避けられない。なお、図５において、縦軸は有効屈折率、横軸は色素層４の屈折率ｎｄをそれぞれ示す。
【００３４】
【表１】

【００３５】
（２）非対称クラッド層の場合（その１）
次に、本実施形態の多層光メモリ１、即ち、次表２に示すように、図２においてｎ１＝１．５０、ｎ４＝１．５４、ｎｃ＝１．５５（膜厚１．８μｍ）とした非対称型の光導波路部材に、膜厚０．０５μｍの色素層４を設け、その色素層４の屈折率ｎｄを１．５５から２．０まで変化させてみる。
【００３６】
【表２】

【００３７】
この場合は、図６に示すように、色素層４の屈折率ｎｄが１．９２程度から本来のモード（符号７参照）とは別のモード（符号８参照）が生じ、２モードになっていることが分かる。なお、この場合も、図６において、縦軸は有効屈折率、横軸は色素層の屈折率ｎｄをそれぞれ表す。従って、上述した対称型の光導波路部材の場合に比して、高屈折率の色素層４を設けても伝播モードがマルチモードになることを避けることが容易であるといえる。つまり、有効な情報記録（書き込み）のために高濃度（高屈折率）の色素材料を用いた場合でも、情報の書き込み／読み出しを正常且つ安定して行なうことができるのである。
【００３８】
特に、本例の場合は、ｎ１＜ｎ４、即ち、コア層２及び色素層４を挟む各クラッド層３のうち、コア層２に近接するクラッド層３の屈折率よりも色素層４に近接するクラッド層３の屈折率の方を小さくすることにより、その逆（後述）の場合よりも、非対称性の効果（マルチモード防止効果）を強くできるので、より高い屈折率を有する色素層４を用いることが可能になる。つまり、媒体１の記録（書き込み）感度をより高めつつ、情報の書き込み／読み出しを正常且つ安定して行なうことが可能となるのである。
【００３９】
なお、上記のシミュレーション条件（表２）から、多層光メモリ１の場合は、図１において上位層から下位層に位置するクラッド層３ほどその屈折率を大きくすればよいことになる。
（３）非対称クラッド層の場合（その２）
次に、上記のシミュレーション条件（表２参照）とは逆に、次表３に示すように、ｎ１＝１．５４、ｎ４＝１．５０、ｎｃ＝１．５５（膜厚１．８μｍ）とする非対称型の光導波路部材（つまり、この場合は、屈折率の高い方のクラッド層３が色素層４に接している）に、膜厚０．０５μｍの色素層４を設け、その色素層４の屈折率ｎｄを１．５５から２．０まで変化させてみる。
【００４０】
【表３】

【００４１】
この場合は、図７に示すように、色素層４の屈折率ｎｄが１．７９程度から本来のモード（符号９参照）とは別のモード（符号１０参照）が生じ、２モードになっていることが分かる。つまり、屈折率の低い方のクラッド層３が色素層４に接している場合よりもマルチモード防止効果が弱まるものの、対称型の光導波路部材の場合よりは効果があり、高屈折率の色素層４を設けても２モードになることを避けることが容易になっていることが分かる。従って、この場合も、有効な情報記録のために高濃度（高屈折率）の色素材料を用いたとしても、情報の書き込み／読み出しを正常且つ安定して行なうことが可能である。
【００４２】
なお、上記のシミュレーション条件（表３）から、多層光メモリ１の場合は、図１において上位層から下位層に位置するクラッド層３ほどその屈折率を小さくすればよいことになる。
（４）屈折率差
上述したコア層２及び色素層４を挟む各クラッド層３の屈折率差は、最低でも０．１以上あればよく、より好ましくは、０．０３以上あるのがよい（上記のシミュレーションでは屈折率差を０．０４にしている）。どの程度の屈折率差があればよいかは、媒体１に用いる全ての材料の屈折率や膜厚に依存するが、これについては上記のシミュレーションにより容易に選定することができる。この屈折率差は、なるべく大きい方が良いが、光導波のために各クラッド層３の屈折率はコア層２の屈折率よりも小さい必要があるので、実用的には、１以下が好ましい。
【００４３】
また、このような屈折率差は、各クラッド層３に異なる材料を用いれば容易に実現することができる。また、同一材料でも、屈折率を変化させるようなものを添加することによって実現できる。例えば、屈折率１．５程度のポリマー材料に、高屈折率の化合物を溶解したり、チタニアやポリスチレン等の高屈折率の粒子を分散混入したりすれば高屈折率になり、シリカやフッ素置換のポリマー等の低屈折率材料を添加すれば低屈折率になる。ただし、粒子を分散混入する場合には、光の波長よりも十分小さな（例えば、１００ｎｍ以下）粒子を分散して光散乱による光伝播損失を抑制する必要がある。
【００４４】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の光記録媒体によれば、コア層の近傍に色素を含有する層（以下、色素層という）が設けられている場合であっても、そのコア層を挟む各クラッド層の屈折率が互いに異なる（非対称になっている）ので、各クラッド層の屈折率が同じ（対称になっている）場合に比して、コア層（光導波路層）を伝播する光に別のモードが発生しにくくマルチモードになりにくい。従って、有効な情報記録（書き込み）のために高濃度（高屈折率）の色素材料を用いた場合でも、情報の書き込み／読み出しを正常且つ安定して行なうことができる。
【００４６】
特に、色素層を設けた場合は、コア層に近接するクラッド層の屈折率よりも色素層に近接するクラッド層の屈折率の方を小さくすることにより、その逆の場合よりも、別のモードの発生をより効果的に抑えることができるので、さらに高濃度（高屈折率）の色素層を設けたとしても、情報の書き込み／読み出しを正常且つ安定して行なうことができることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としてのカード形状の多層２次元ホログラム型メモリ（光記録媒体）の構造を示す模式的斜視図である。
【図２】本実施形態に係るシミュレーションモデルを説明すべく図１に示す多層２次元ホログラム型メモリの側面を一部省略して模式的に示す図である。
【図３】図１に示す多層２次元ホログラム型メモリに対するホログラムの書き込み方法を説明するための模式図である。
【図４】図１に示す多層２次元ホログラム型メモリに対するホログラムの他の書き込み方法を説明するための模式図である。
【図５】図２においてクラッド層の屈折率を対称にした場合のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図６】図２においてクラッド層の屈折率を非対称にした場合（その１）のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図７】図２においてクラッド層の屈折率を非対称にした場合（その２）のシミュレーション結果の一例を示す図である。
【符号の説明】
１多層２次元ホログラム型メモリ（光記録媒体）
２コア層
３クラッド層
４色素層
１１空間変調素子
１４レンズ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical recording medium, and more particularly to an optical recording medium having a plurality of optical waveguide layers (core layers) sandwiched between clad layers and capable of writing and reading information by light irradiation.
[0002]
[Prior art]
(1) Description of Volume Hologram Memory Conventionally, optical memories (optical recording media) generally record information by changes caused by laser irradiation of the surface layer of the medium, and changes include shape change, magnetic domain change, and phase change. Etc. have been put to practical use. In these lasers, the laser beam is stopped by a lens and recording is performed at the focal point. Therefore, the spot system is limited to about the wavelength of the laser beam due to the spread of the focal point due to the diffraction limit.
[0003]
For this reason, attempts have been made to increase the recording density of the information recording medium by reducing the spot diameter by shortening the wavelength of the laser beam, but there is a limit to shortening the laser wavelength. There is a limit to the significant increase in density.
The recording density of the information recording medium is related to the writing speed / reading speed with respect to the information recording medium. Since the recording density cannot be sufficiently increased as described above, the writing speed / The reading speed cannot be increased sufficiently. That is, if the writing speed / reading speed is to be maintained at a predetermined speed or higher, the area of the portion where the constant information amount is recorded becomes larger as the recording density is lower. The moving speed of the head to be performed must be increased.
[0004]
However, since such a head is generally equipped with a laser light source, an optical system, and the like and is relatively heavy, there is a limit to increasing the moving speed of the head. If the density cannot be increased, the writing speed / reading speed for the information recording medium cannot be sufficiently increased.
Therefore, various optical memories called “volume (three-dimensional) hologram memories” have been developed and studied as an optical recording medium that overcomes the limitation of the recording density. This “three-dimensional hologram memory” utilizes a very narrow diffraction angle dependence, and can record information in multiple layers in the same volume of an information recording medium while changing the angle of the reference beam, realizing a very high recording density. For example, those using the photorefractive effect of a lithium niobate single crystal, those using a photopolymerization reaction or photocrosslinking reaction of a photopolymer, those using photochromism, and the like.
[0005]
In this “three-dimensional hologram memory”, signal light (object light) representing information such as reflected light and signals from an object and reference light are irradiated and interfered inside the recording layer, and the light intensity distribution is caused by this interference. Accordingly, the optical properties (refractive index, absorbance, etc.) of the recording layer change, and thus interference fringes can be recorded three-dimensionally in the form of a three-dimensional distribution of such optical properties.
[0006]
Further, by irradiating the “three-dimensional hologram memory” with light having the same wavelength as the reference light used for recording at the same angle (in this way, the light irradiated on the “three-dimensional hologram memory” for the purpose of information reproduction). Signal light (that is, information) is reproduced as diffracted light (referred to as “reading light”) (the signal light reproduced in this way is referred to as “reproducing light”). The recording becomes very sensitive, and multiplex recording is possible by changing the angle and phase distribution of the reference light.
[0007]
Here, information recording / reading methods in the “three-dimensional hologram memory” mainly include an “angle multiplexing method” and a “shift multiplexing method”. In the former “angle multiplexing system”, the interference light fringes between the reference light and the signal light are recorded in a multiplexed manner by changing the irradiation angle of the reference light little by little using the reference light as a plane wave. On the other hand, in the latter “shift multiplexing method”, the reference light is converted into a spherical wave using a lens, and the angle between the reference light and the signal light is not changed. For example, the reference light and the information recording medium are relatively parallel. (To shift the recording portion little by little), the interference fringes between the reference light and the signal light are recorded in a multiplexed manner.
[0008]
That is, in the “shift multiplexing method”, since the reference light is a spherical wave, it is equivalent to irradiating a recording medium with a large number of reference lights having different incident angles. For this reason, paying attention to a specific position of the recording medium irradiated with the reference light, if the reference light and the recording medium are shifted, the irradiation angle of the reference light with respect to the specific position differs before and after the shift.
[0009]
Therefore, by shifting the reference light and the recording medium little by little, the irradiation angle of the reference light can be changed little by little, and the interference fringes between the reference light and the signal light are multiplexed in the same way as the “angle multiplexing method”. It can be recorded. By making the shift distance at this time sufficiently smaller than the irradiation spot diameter (about 1/100), it is possible to perform high-density multiple recording in the same volume. The “shift multiplexing method” is particularly suitable for recording / reading on a disk-shaped recording medium.
[0010]
However, the “three-dimensional hologram memory” has a very high recording density, but on the other hand, the recording / reading optical system is bulky and it is difficult to reduce the size of the apparatus. Also, the recording medium itself is not sufficiently practical in terms of stability, reliability, and ease of handling, and it is not easy to duplicate, so it has not yet been put to practical use. It is.
[0011]
(2) Description of Card Type (Platform) Hologram Memory A multi-layer two-dimensional hologram type having a card (flat plate) shape so as to make up for the disadvantages of such a three-dimensional hologram memory and take advantage of volume recording Recording media (hereinafter referred to as multilayer two-dimensional optical memory) have been proposed (see, for example, JP-A-11-345419). In this example, a hologram due to a light scattering factor is formed (recorded) on each layer of a multilayer optical waveguide layer having a core layer and a cladding layer.
[0012]
In such a multilayer two-dimensional optical memory, when light is coupled and propagated to one (core) layer (layer on which information is recorded), recorded information (holographic information) is scattered as scattered light by scattering of the propagated light. The recorded information is read out (reproduced) by taking it out and detecting the scattered light with, for example, a two-dimensional image detector (hereinafter also simply referred to as “detector”).
[0013]
In recent years, such a multilayer two-dimensional optical memory has a recording capacity obtained by laminating a large number of flat optical waveguide layers (core layers sandwiched between clad layers) (approximately 100 layers can be laminated). It is also improved, and is positioned between a normal two-dimensional memory for recording information on a single surface and a three-dimensional memory such as the volume hologram memory described above. In the case of a multilayer two-dimensional optical memory, if the hologram is designed so that the recorded information (scattered light) reproduced on the surface of the detector forms an image, the optical system for reading information can be simplified. Configuration is enough.
[0014]
Furthermore, if a multilayer two-dimensional optical memory is produced by a computer-generated hologram mold, each layer can be manufactured by stacking those produced by embossing or the like, so that it can be easily replicated. The merit of making the hologram memory multilayer is the small crosstalk.
In other words, when trying to perform normal bit-by-bit information recording in multiple layers, in order to read 1-bit recorded information, a large change in the optical constant is required because light scattering, refraction, and absorption phenomena of the recorded portion are used. However, in the case of a hologram, since the light diffraction phenomenon is used, the S / N ratio when reading recorded information can be increased even if the change in refractive index is small and the diffraction efficiency is small. In particular, since one layer is almost transparent, there is an advantage that light interference between layers is reduced.
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the multilayer two-dimensional optical memory, a hologram (information) is written in advance in each card-shaped optical waveguide layer by a light scattering process such as film unevenness and used only for reproduction (that is, used as a ROM). Many proposals have been made, but it is not easy to write information on such a medium.
[0016]
For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 9-101735, a photochromic material [photosensitive (curing) material] such as bacteriorhodopsin is used for an optical waveguide layer, and guided light (reference light) and object light (signal light) are disclosed. A method of writing information on a medium using interference fringes (interference fringe exposure) is disclosed. However, a layer of a dye material such as a photochromic material (hereinafter referred to as a dye layer) diluted with a binder polymer or the like has an exposure sensitivity. A decline is inevitable.
[0017]
In order to increase the exposure sensitivity, it is inevitably necessary to provide a pure dye material or a dye layer containing the dye material at a high concentration. This time, however, such a dye layer has a high refractive index. Multiple propagation modes (multimode) occur in the propagation light of the optical waveguide layer (reading light or reference light in the case of writing by interference fringe exposure), and information (hologram) cannot be normally recorded / reproduced. End up.
[0018]
That is, the light propagating through the optical waveguide layer (core layer) sandwiched between the cladding layers propagates without being attenuated while repeating total reflection because the refractive index of the cladding layer is smaller than the refractive index of the core layer. However, various modes are generated from a single mode to a multimode depending on the refractive index and the structure of the film thickness of each layer. Since different modes of light have different propagation velocities, the wavelengths in the medium are different, which makes them unsuitable as hologram readout light or reference light. In addition, since it is determined which mode is coupled by the overlap of the incident light and the mode distribution at the portion where the light is introduced into the waveguide layer, stable reproduction is difficult.
[0019]
Further, in a card-shaped (flat plate) optical memory, it is determined which propagation mode is generated depending on the refractive index, film thickness, and layer configuration. In general, when the refractive index increases, another propagation mode occurs even in a thin film. Further, when the layer structure is symmetric, there is no cut-off with respect to the film thickness, and another propagation mode occurs regardless of how thin the optical waveguide layer is.
Under such circumstances, when a high refractive index dye layer is provided in the optical waveguide layer, a single mode without a dye layer easily becomes a multimode.
[0020]
The present invention was devised in view of such problems, and even if a dye layer containing a pure or high concentration (that is, high refractive index) dye material is provided for information recording (writing), It is an object of the present invention to provide an optical recording medium in which another mode is unlikely to occur in light propagating through the optical waveguide layer (that is, it is difficult to become multimode).
[0021]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, an optical recording medium of the present invention (Claim 1) is a flat optical recording medium having a core layer and a plurality of clad layers sandwiching the core layer. A layer containing a dye (hereinafter referred to as a dye layer) is provided in the vicinity, and the refractive indexes of the clad layers sandwiching the core layer and the dye layer are different from each other.
[0022]
Here, among the clad layers sandwiching the core layer and the dye layer, it is preferable to make the refractive index of the clad layer close to the dye layer smaller than the refractive index of the clad layer close to the core layer. Item 2).
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic perspective view showing the structure of a card-shaped multilayer two-dimensional hologram memory (optical recording medium) as an embodiment of the present invention. 1 (referred to as “multilayer optical memory” or “hologram memory” or “medium”) 1 includes a core layer 2, a dye layer 4 laminated on one surface of the core layer 2, and the core layer 2 and the dye layer 4. A plurality of (in this case, three layers) optical waveguide members having sandwiching cladding layers 3 are stacked.
[0024]
Here, photochromic materials such as bacteriorhodopsin and diarylethene compounds, and dyes and pigment compounds used in CD-R and DVD-R are applied to the dye layer 4. These are multi-layered optical memories that can take advantage of any change that absorbs light and causes photochemical reaction, photolysis, decomposition due to temperature change, shape change, phase change, etc. Information (hologram) can be recorded in 1.
[0025]
Specifically, examples of the “dye” material include azo dyes, cyanine dyes, indigo dyes, condensed ring dyes, phthalocyanine dyes, quinacridone, porphyrins, triphenylmethane, stilbene, carotenoids, perylene dyes, A squarylium dye, a conjugated polymer, or the like can be applied, but any one having an absorption band at the used laser wavelength may be applied.
[0026]
The film thickness of the core layer 2 is 10 μm (micrometers) or less, preferably about 1 μm to 5 μm, and the cladding layer 3 is about 5 μm or more, preferably about 7 μm to 100 μm. It is good to do. Furthermore, the dye layer 4 can be formed, for example, by applying or vapor-depositing a dye near the core layer 2. The film thickness of the dye layer 4 is 1 μm or less, preferably about 0.05 μm to 0.5 μm.
[0027]
Furthermore, information recording (writing) to the hologram memory 1 is generally performed by interference fringes between reference light and signal light (interference fringe exposure). That is, light propagating through the optical waveguide layer (core layer) 2 is used as reference light, and signal light having information to be recorded is irradiated from a direction perpendicular to the surface of the hologram memory 1 to cross these two lights. As a result, interference fringes are formed in the medium 1, and information is recorded by the change of the dye layer 4 due to the interference fringes (see FIG. 3). In FIG. 3, reference numeral 11 denotes a spatial modulation element. When laser light is incident on the spatial modulation element 11, write data corresponding to the element 11 is displayed as an image and the signal light is generated. is there.
[0028]
As another writing method, for example, as shown in FIG. 4, the laser beam is condensed by a lens 14 or the like, and the focal point is focused on the dye layer 4, and the laser beam or the recording layer (core layer) 2 is faced. It is also conceivable to sequentially (directly) write holograms (computer holograms) created in advance by a computer or the like by modulating the laser light while moving within.
[0029]
Next, in the present embodiment, the clad layers 3 sandwiching the core layer 2 and the dye layer 4 have different refractive indexes from each other (the refractive indexes are asymmetric). If the refractive indexes of the clad layers 3 sandwiching the core layer 2 are made asymmetric in this way, a cut-off occurs with respect to the thickness of the core layer 2, and therefore a certain thickness is required for another propagation mode to occur. (This is called “cut-off film thickness”).
[0030]
Therefore, even if the thin dye layer 4 is introduced, if the film thickness is thinner than the cut-off film thickness, another propagation mode is generated as compared with the case where the refractive index of each cladding layer 3 is symmetric. It becomes difficult. Hereinafter, this situation will be described with a typical example by simulation.
The propagation mode of a card-shaped (flat plate) optical waveguide member can be calculated using the transfer matrix method for any layer configuration (Kogelnik). This calculation result is very well correlated with the experiment and has been established as a method for measuring refractive index and film thickness.
[0031]
(1) In the case of a symmetric cladding layer FIG. 2 shows the model configuration. In FIG. 2, n1 and n4 represent the refractive index of the cladding layer 3, nc represents the refractive index of the core layer 2, nd represents the refractive index of the dye layer 4, and the film thickness of the core layer 2 is 1.8 μm. The film thickness of 4 is assumed to be 0.05 μm as the degree of film thickness of a dye layer used for optical recording such as CD-R. The following simulations are performed by paying attention to one layer of the optical waveguide member (core layer 2, cladding layer 3, dye layer 4), but other optical waveguide members not shown in FIG. The same theory holds for.
[0032]
First, for comparison with the prior art, a polymer is used for the material of the core layer 2 and the cladding layer 3, respectively, and the refractive index is set to a typical value of the polymer, for example, n1 = n4 = 1.54, nc = 1.55 [This condition is a condition in which the optical waveguide layer 2 becomes a single mode when the dye layer 4 is not present].
[0033]
That is, as shown in Table 1 below, a dye layer 4 having a film thickness of 0.05 μm is provided on a symmetrical optical waveguide member having n1 = n4 = 1.54, nc = 1.55 (film thickness 1.8 μm). The refractive index nd of the dye layer 4 is changed from 1.55 to 1.8. In this case, as shown in FIG. 5, since the refractive index nd of the dye layer 4 is about 1.57, a mode (refer to reference numeral 6) different from the original mode (refer to reference numeral 5) occurs, and the multi (2) mode is generated. You can see that Since the dye material generally has a high refractive index, it is inevitable that it becomes a two-mode in such a system. In FIG. 5, the vertical axis represents the effective refractive index, and the horizontal axis represents the refractive index nd of the dye layer 4.
[0034]
[Table 1]

[0035]
(2) In the case of an asymmetric cladding layer (1)
Next, the multilayer optical memory 1 of the present embodiment, that is, as shown in the following Table 2, in FIG. 2, n1 = 1.50, n4 = 1.54, nc = 1.55 (film thickness 1.8 μm). A dye layer 4 having a thickness of 0.05 μm is provided on an asymmetric type optical waveguide member, and the refractive index nd of the dye layer 4 is changed from 1.55 to 2.0.
[0036]
[Table 2]

[0037]
In this case, as shown in FIG. 6, since the refractive index nd of the dye layer 4 is about 1.92, a mode (refer to reference numeral 8) different from the original mode (refer to reference numeral 7) is generated, resulting in two modes. I understand that. Also in this case, in FIG. 6, the vertical axis represents the effective refractive index, and the horizontal axis represents the refractive index nd of the dye layer. Therefore, it can be said that it is easier to avoid the propagation mode becoming a multimode even when the dye layer 4 having a high refractive index is provided, as compared with the case of the symmetric optical waveguide member described above. That is, even when a high density (high refractive index) dye material is used for effective information recording (writing), information writing / reading can be performed normally and stably.
[0038]
In particular, in the case of this example, n1 <n4, that is, the clad layer 3 sandwiching the core layer 2 and the dye layer 4 is closer to the dye layer 4 than the refractive index of the clad layer 3 close to the core layer 2. By making the refractive index of the cladding layer 3 smaller, the effect of asymmetry (multi-mode prevention effect) can be strengthened than in the opposite case (described later), so the dye layer 4 having a higher refractive index is used. It becomes possible. That is, it is possible to perform information writing / reading normally and stably while further increasing the recording (writing) sensitivity of the medium 1.
[0039]
From the above simulation conditions (Table 2), in the case of the multilayer optical memory 1, the clad layer 3 located from the upper layer to the lower layer in FIG.
(3) In the case of an asymmetric cladding layer (part 2)
Next, contrary to the above simulation conditions (see Table 2), as shown in Table 3 below, n1 = 1.54, n4 = 1.50, nc = 1.55 (film thickness 1.8 μm) A dye layer 4 having a thickness of 0.05 μm is provided on an asymmetric optical waveguide member (that is, in this case, the clad layer 3 having a higher refractive index is in contact with the dye layer 4). Let us change the refractive index nd from 1.55 to 2.0.
[0040]
[Table 3]

[0041]
In this case, as shown in FIG. 7, since the refractive index nd of the dye layer 4 is about 1.79, a mode (refer to reference numeral 10) different from the original mode (refer to reference numeral 9) is generated, resulting in two modes. I understand that. That is, although the multi-mode prevention effect is weaker than when the clad layer 3 having a lower refractive index is in contact with the dye layer 4, it is more effective than the case of a symmetric type optical waveguide member and has a higher refractive index. It can be seen that even if 4 is provided, it is easy to avoid the 2 mode. Therefore, even in this case, even if a dye material having a high concentration (high refractive index) is used for effective information recording, information writing / reading can be performed normally and stably.
[0042]
From the above simulation conditions (Table 3), in the case of the multilayer optical memory 1, the refractive index of the cladding layer 3 located from the upper layer to the lower layer in FIG.
(4) Refractive index difference The refractive index difference between the clad layers 3 sandwiching the core layer 2 and the dye layer 4 described above should be at least 0.1, and more preferably 0.03 or more ( In the above simulation, the refractive index difference is set to 0.04). How much difference in refractive index is required depends on the refractive index and film thickness of all the materials used for the medium 1, but this can be easily selected by the above simulation. The difference in refractive index is preferably as large as possible. However, since the refractive index of each cladding layer 3 needs to be smaller than the refractive index of the core layer 2 for optical waveguide, it is practically preferably 1 or less.
[0043]
Such a refractive index difference can be easily realized by using different materials for the respective cladding layers 3. Further, even the same material can be realized by adding a material that changes the refractive index. For example, if a compound with a high refractive index is dissolved in a polymer material having a refractive index of about 1.5, or particles with a high refractive index such as titania or polystyrene are dispersed and mixed, the refractive index becomes high. If a low refractive index material such as a polymer is added, the refractive index is lowered. However, when the particles are dispersed and mixed, it is necessary to disperse particles sufficiently smaller than the wavelength of light (for example, 100 nm or less) to suppress light propagation loss due to light scattering.
[0044]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
[0045]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the optical recording medium of the present invention, even when a layer containing a dye (hereinafter referred to as a dye layer) is provided in the vicinity of the core layer, the core layer is sandwiched. Since the refractive index of each cladding layer is different (asymmetrical), the light propagating through the core layer (optical waveguide layer) compared to the case where the refractive index of each cladding layer is the same (symmetrical) Another mode is unlikely to occur and it is difficult to enter multi-mode. Therefore, even when a high-concentration (high refractive index) dye material is used for effective information recording (writing), information writing / reading can be performed normally and stably.
[0046]
In particular, when a dye layer is provided, the refractive index of the clad layer close to the dye layer is made smaller than the refractive index of the clad layer close to the core layer. Therefore, even if a dye layer having a higher concentration (high refractive index) is provided, information writing / reading can be performed normally and stably.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic perspective view showing the structure of a card-shaped multilayer two-dimensional hologram memory (optical recording medium) as an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a simulation model according to the present embodiment with a part of a side surface of the multilayer two-dimensional hologram memory shown in FIG. 1 partially omitted.
3 is a schematic diagram for explaining a hologram writing method for the multilayer two-dimensional hologram memory shown in FIG. 1; FIG.
4 is a schematic diagram for explaining another method of writing a hologram to the multilayer two-dimensional hologram type memory shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a diagram showing an example of a simulation result when the refractive index of the cladding layer is made symmetric in FIG. 2;
6 is a diagram showing an example of a simulation result when the refractive index of the cladding layer is made asymmetric in FIG. 2 (part 1).
7 is a diagram showing an example of a simulation result when the refractive index of the cladding layer is made asymmetric in FIG. 2 (part 2).
[Explanation of symbols]
1 Multi-layer two-dimensional hologram type memory (optical recording medium)
2 Core layer 3 Cladding layer 4 Dye layer 11 Spatial modulation element 14 Lens

Claims

In a flat optical recording medium having a core layer and a plurality of cladding layers sandwiching the core layer,
A layer containing a pigment (hereinafter referred to as a pigment layer) is provided in the vicinity of the core layer,
An optical recording medium characterized in that the refractive indexes of the clad layers sandwiching the core layer and the dye layer are different from each other.

Among the clad layers sandwiching the core layer and the dye layer, the refractive index of the clad layer adjacent to the dye layer is smaller than the refractive index of the clad layer adjacent to the core layer. Item 5. The optical recording medium according to Item 1.