JPH03137828A - 誘導フォトンエコーを利用した光記録の再生方法並びに再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、誘導フォトンエコーを利用した光記録の再生
方法並びに再生装置に関するものである。

更に詳しく言えば、本発明は、永続的又は過渡的ホール
バーニングが可能な記録媒体を使用するものである。

〔従来の技術〕

従来の随時書き込み可能な光記録方法は、一般に平面的
な光記録媒体に、細く絞ったレーザー光スポットを記録
すべき２値化情報に応じて、空間的に強度変調しながら
照射し、それにより記録層にバイナリ−ビットを形成す
るものである。

この場合、ビットは記録層に２次元的に形成されるので
、より高密度の記録を行う為には、より小さな光スポッ
トを作らねばならず、光学的な回折限界が記録密度を決
定していた。

このような２次元書き込みの限界を超えるために、更に
多くの次元を用いる方法が提案されているが、なかでも
、書き込み光の波長次元を利用する方法が活発に研究さ
れている。これは、一般にホールバーニング（Ｈｏｌｅ
　Ｂｕｒｎｉｎｇ）メモリーと呼ばれている。その中で
、メモリーが過渡的（比較的短時間で情報が消失する）
でなく永続的なものを特に Ｐ　ｅｒｓｉｓｔｅｎｔ　Ｓ　ｐｅｃｔｒａｌ　　旦ａ
ｌｅ　Ｂｕｒｎｉｎｇ　　又は旦ｈｏｔｏｃｈｅｍｉｃ
ａｌ　　旦ｏ１ｅ旦ｕｒｎｉｎｇ　　を略してＰＨＢ又
はＰＳＨＢと呼んでいる。

ホールバーニング可能な記録媒体の利用には、■書き込
み光の波長次元を利用する記録再生方法（周波数領域メ
モリーと呼ばれることがある）の外に、０時間領域メモ
リーと呼ばれることがある記録再生方法がある。

０周波数領域メモリーでは、書き込み読み出し光として
、狭帯化した波長可変レーザーを用い、記録媒体の不均
一に広がったゼロフォノン吸収帯に波長制御されたホー
ル（光照射により透過率が波長選択的に高くなった部分
）を書き込み記録する。

一方、０時間領域メモリーでは、書き込み読み出し光と
してパルス光を用い、基本的には誘導フォトンエコーと
いう現象を利用して、２つのパルス光の時間相関を記録
する。この時、記録媒体の波長空間には、パルス光の時
間相関に対応した特異な形状のホールが記録されている
。

次に０時間領域メモリーの従来法について詳しく解説し
、その問題点を明らかにする。

よ（知られているように、物質の光励起状態はその密度
行列の運動方程式（Ｌｉｏｖｉｌｌｅの方程式）で表現
でき、便宜的に密度行列の対角成分の緩和時間をＴ１時
間（縦緩和時間）、非対角成分の緩和時間を１２時間（
横緩和時間）と呼んで区別している。縦緩和とは、光励
起状態がエネルギーの放出をともなって緩和する過程を
意味すると考えられており、横緩和とは入射光によって
物質中にもたらされた電気的分極の振動のコヒーレンシ
ーが乱されてゆく過程も示すと考えられている。

フォトンエコーという現象は、３次の非線形光学効果の
一種であると考えられるが、その中の誘導フォトンエコ
ーについて説明する。物質をエネルギー共鳴的に適当な
パルス光で励起する場合を考える。まずｔ１時にＥｌの
パルス光を照射し、続いてｔ２時にＥ２のパルス光を照
射する。次にｔ１時に第３のパルスＥ３を照射すると、
（ｔ３十ｔｘ　　ｔ＋）時に今度は逆に物質から光が放
射されてくる。これが誘導フォトンエコー光である。

先のＬｉｏｖｉｌｌｅの方程式を、回転波近似、及び弱
励起光近似による摂動展開により計算すると、３次の非
線形分極波すなわちエコー波が求まる。

フォトンエコーの電場ベクトルの振幅は、第３図に示す
式（１）で求まる。

ここで、入射光ε　（１）は、 ε　（ｔ）＝ΣＥｉ　　（ｔ　　ｔ＋）＋Ｃ，Ｃ。

ｎｌ　　＝ｎ３　≠ｎ２ ｊ＋＜ｊ２＜ｔａ とした。（１）式中、δω、Ωは、それぞれ記録媒体の
ゼロフォノン線の不拘−広がりの半値幅と中心周波数を
表しており、ｎ、は波数ベクトルである。

フォトンエコーは、３次の非線形光学現象の一種であり
、一般にはその効果は小さい。再生励起光に対してフォ
トンエコー光強度は数桁弱いのが普通である。このよう
な微弱光を精度良（検出するのに、光ヘテロダイン法が
有効であることが知られている。

光ヘテロゲイン法とは、フォトンエコーのような微弱光
とプローブ光のような位相特性の既知の光波を干渉させ
て、微弱光の強度及び位相の変化を増幅して観測（測定
）する方法である。この場合、微弱光の弱度又は周波数
をなんらかの方法で変調し、合成光（エコー光とプロー
ブ光との合成光）出力中の同期成分だけを増幅してコン
トラストを上げることが一般に行われている。

（１）式のフォトンエコーに第４の光（プローブ光）を
干渉させて得られるヘテロダイン信号強度は、（２）式
で示される。

ここで、ｔ＊５＝ｊ４　　ｊａ　、ｔＨ＝ｔ２　　ｔで
あり、ＧＲ、Ｇｗはそれぞれ第４の光（プローブ光）と
第３の光（再生励起光）、第２の光（データ光）と第１
の光（記録励起光）との、それぞれ電場相関関数を表し
ている。Δωは、デイチューニングである。

〔発明が解決しようとする課題〕

（２）式からも誘導されるが、現実にも、ヘテロダイン
信号強度は、書込時の遅延時間ｔ２１と続出時の遅延時
間ｔ４ｇとの僅かな差により、大きく変化する。これは
、ヘテロダイン法の極めて優れた特長である反面欠点で
もある。

本発明の関係する光記録においては、再現性良く再生を
行なうためには、書込時の遅延時間ｔ２と読出時の遅延
時間ｊ４ａとを、１０−”　ｓｅｅの精度で一致させな
ければならない。この時間は、光路長に変換すると、１
０−”μｍに相当する。従って、エコー光をヘテロダイ
ン法で検出する再生装置では、１０−２μｍ程度の機械
的精度が要求されることになり、これを現在の技術力で
成し遂げようとすると、極めて高価で大掛かりな装置が
必要になる。〔課題を解決するための手段〕 従って、本発明は、第１に、 「永続的又は過渡的ホールバーニングが可能な記録媒体
に対し、再生励起光とプローブ光を照射し、 再生励起光の照射により媒体から発せられる誘導フォト
ンエコー光を、前記プローブ光と重畳し、 それにより得られた合成光を光検出器で電気信号に変換
することにより、 情報を再生する「誘導フォトンエコーを利用した再生方
法」において、 前記再生励起光とプローブ光を相対的に位相変調するこ
とを特徴とする再生方法」を提供する。

また、第２に、本発明は、 ｒａ）再生励起光光源； ｂ）再生励起光光源と兼用していてもよいプローブ光光
源： Ｃ）再生励起光とプローブ光を記録媒体の同一位置に照
射させる光学系； ｄ）再生励起光電場とプローブ光電場の遅延時間を任意
の所定値に設定するか又は第１の所定値から第２の所定
値に掃引することができる検索変調手段； ｅ）再生励起光とプローブ光を相対的に位相変調する位
相変調手段； ｆ）再生励起光の照射を受けて記録媒体から生成するフ
ォトンエコー光とプローブ光とを、少なくとも空間の一
点で重ね合わせる重畳手段； 及び ｇ）前記重畳手段により得られる合成光を電気信号に変
換する光検出器； からなることを特徴とする、誘導フォトンエコーを利用
した再生装置」を提供する。

〔作用〕

ｔｅａ　　ｔ２＋を、光の１周期以上変調すると、（２
）式からヘテロダイン信号もそれと同期して変調する。

（２）式のＧ、　、ＧＷは多くの場合、ガウシアンが仮
定できるが、この場合には、Ｓはガウス型関数と三角関
数の積になる。ガウス型関数の半値幅を三角関数の周期
より十分長くすると、ｔ、３−ｔ２１を変調して得られ
るヘテロゲイン信号Ｓの変調成分の振幅は、ヘテロダイ
ン信号のガウス成分を忠実に再生する。　そのため、続
出時の遅延時間ｊｗを書込時の遅延時間ｔ２１に対して
変調し、ヘテロダイン信号の同期成分を検出すれば、エ
コー光を安定に検出することができる。

以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、
本発明はこれに限られるものではない。

〔実施例１・−”°−°′・°・°光記録再生装置〕第
１図は、本実施例の光記録再生装置（記録装置兼用型）
の主要構成を示す概念図である。

光源１は、再生励起光光源プローブ光光源とを兼用して
ものであり、モード同期ＹＡＧレーザの高調波励起キト
ンレッド色素レーザである。繰り返し周波数８２Ｍ１（
２のパルス光を出力する。キトンレッド色素レーザから
は全ての波長選択素子を取り外した。その結果、中心波
長６２０ｎｍ　、スペクトル幅４００ｃｍ　−’　（相
関時間３７ｆｓｅｃフ工ムト秒に相当）のインコヒーレ
ント光が得られる。

光源１から発せられたインコヒーレント光は、ビームス
プリッタ２で（ａ）記録励起光（Ｅ＋）又は再生励起光
（Ｅ３）と（ｂ）データー光（Ｅ２）又はプローブ光（
Ｅ４）に分けられる。

前者（ａ）のうち再生励起光は、光変調器（光音響素子
）１２により５ＭＨｚで光強度変調（ＡＭ変調）される
。これは、再生時にＳ／Ｎ比を上げる目的で設置されて
おり、本発明に必須のことではない。

その後、再生励起光は、光学補償器１５、三角プリズム
１３、反射鏡３を経て、反射鏡３で進路を直角に曲げら
れ、レンズ４に入射し、そこで集光されてホールバーニ
ング可能な記録媒体５を照射する。

他方、後者（ｂ）は、ビームスプリッタ２を出た後、光
学補償器１１を透過する。光学補償器１１は、再生励起
光が光変調器１２を通ることにより「再生励起光に遅延
時間の波長分散が生じた」のを補償するため、プローブ
光に同様の遅延時間の波長分散を生じさせる目的で設置
してあり、本発明に必須のことではない。

従って、光学補償器１１としては、光変調器１２と全く
同一のものを変調しないで使用することが好ましい。

光学補償器１１を透過したデータ光又はプローブ光は、
三角プリズム１３を経て、位相変調手段６に入射し、こ
こで、位相変調される。但し、データ光については、変
調しない。この位相変調手段６の光学補償器は１５であ
る。

位相変調手段６としては、例えば、ＬｉＴａ０＋結晶の
電気光学素子を用いたもので、変調位相幅を２π、変調
周波数を１０ＫＨｚとした。その外の例としては、プリ
ズム１３の如き反射鏡を細かく振動させて光路長を振動
させることにより位相変調を達成することも可能である
。

次にデータ光又はプローブ光は、検索変調手段７に入射
する。ここで、データー光は、記録すべき情報に従い、
記録励起光電場とデーター光電場の遅延時間が変化する
ように変調される。

他方、プローブ光は、再生励起光電場とプローブ光電場
との遅延時間が、第１の所定値から第２の所定値に変化
するように掃引される。

こうして変調されたデーター光又は掃引されたプローブ
光は、レンズ４に入射し、そこで集光されて、記録媒体
５の記録励起光又は再生励起光の照射位置と同一の位置
を照射する。

ここでは、エコー光は、プローブ光が媒体５を透過して
出射する方向と同一の方向に発するように光学系その他
が構築されており、従って、とりたてて重畳手段８は図
示されていないが、プローブ光の媒体５を透過した光は
、エコー光とプローブ光の重畳した合成光である。

プローブ光の透過方向には、フォトマルチプライヤ−か
らなる光検出器９が設置されており、合成光は電気信号
に変換される。この電気信号は、次いで高速ロックイン
アンプ１０で処理されて、５Ｍ）ＩｚのＡＭ変調成分だ
けが出力として取り出される。

高速ロックインアンプ１０の出力は、次に低速ロックイ
ンアンプ１６に入力され、１０ＫＨｚの変調成分のみが
増幅される。　低速ロックインアンプ１日の出力は、ノ
イズが除去され、媒体に記憶された情報に応じてきれい
に変調されている。

尚、１４は、媒体５を低温に冷却するための液体ヘリウ
ム・クライオスタットである。今のところ媒体５を極低
温に冷却しないと実施が難しい。

〔検索変調手段７の説明〕 第４図は、実施例１に用いた検索変調手段７の一例を示
す概略平面図であり、回転可能な円板７０の円周に沿っ
て多数の円形の窓があけてあり、この窓に厚さの異なる
ガラス板７１が嵌め込まれている。

多数のガラス板７１は、光走行時間がそれぞれ０．２４
ピコ秒づづ増加するように、薄いもの（４，５２ピコ秒
）から順に厚くなったものが使用されている。

尚、実施例１では、検索変調手段７は、記録時の「遅延
時間の異なるデータ光」を作る装置を兼用している。

〔他の検索変調手段７の例〕 記録励起光電場又は再生励起光電場とデーター光電場又
はプローブ光電場との遅延時間を変化させる検索変調手
段の外の例としては、移動可能な一対の鏡がある。

この一対の鏡の移動量を変化させると光路長が変化して
、遅延時間が変化する。

〔実施例２−−一・−・記録再生〕 （１）記録媒体の説明 オクタエチルポリフィンをポリメチルメタクリレートに
分子レベルで１０”　ｍｏｌ／　（１分散させてなる厚
さ３ｍｍの板状物を記録媒体５とした。

（２）記録 光記録再生装置として実施例１の装置を用い、記録媒体
５を液体ヘリウム・クライオスタット１４内に設置し、
温度をＩＯＫに保持した。

次に第４図に示す検索変調手段の円板７０を回転させて
厚さの異なるガラス板７１を透過させることにより、デ
ータ光の記録励起光に対する光遅延時間を、５．０ｐｓ
ｅｃ（ピコ秒）　、５．２４ｐｓｅｃ、　５．４８ｐｓ
ｅｃと変化させて、データ光と記録励起光を照射した。

このとき、データ光と記録励起光を合計したインコヒー
レント光強度を２００μＷ／ｃｌｌｌｒ１書込時間を各
点とも６秒とした。これにより、前記遅延時間を持った
３つの光パルスが書込まれたはずである。

（３）再生 記録時と同様に同一の光源１から、今度は再生励起光と
プローブ光とを出射させ、第１図に従った経路で記録媒
体５に照射した。このとき、再生励起光とプローブ光を
合計したインコヒーレント光強度を２μＷ／ｃｒ！に絞
った。

プローブ光については、検索変調手段７の円板７０の回
転させることにより、遅延時間を第１所定値４．５２ｐ
ｓｅｃから第２所定値６．９２ｐｓｅｃへと掃引した。

このとき、位相変調手段６を駆動した場合（本発明例）
には、第２図（ｂ）に示す出力が得られ、位相変調手段
６を駆動しなかった場合（従来例）には、第２図（ａ）
に示す出力が得られた。

〔発明の効果〕

以上の通り、本発明によれば、誘導フォトンエコーを利
用した光メモリーにおいて、高安定で再現性の良い再生
が可能であり、従来技術に比べ、装置の機械的精度に対
する高い要求度が低い。

従って、本発明は、誘導フォトンエコーを利用した光メ
モリーを実用化するに当たって、不可欠な技術となろう
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例１にかかる光記録再生装置の
主要構成を示す概念図である。 第２図（ａ）は、従来技術で再生されたエコー光強度の
グラフである。 第２図（ｂ）は、本発明の実施例２で再生されたエコー
光強度のグラフである。 第３図は、数式（１）である。 第４図は、検索変調手段の概略平面図である。 〔主要部分の符号の説明〕 １　・・・インコヒーレント光光源 ２・・−−−−−−ビームスプリッタ ３・・・・・・反射鏡 ４−・・・−レンズ ５・−・−ＰＨＢ記録媒体 ６゛・・・・位相変調手段 ７・・・・・・・・検索変調手段 ８・・・−・重畳手段 ９・・・・・・・光検出器 １０・・・・・・高速ロックインアンプ１１・・・′−
・パ光学補償器（光音響素子）１２−・・・−・・光強
度変調器（光音響素子）１３・・・・・・三角プリズム

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　永続的又は過渡的ホールバーニングが可能な記録媒
   体に対し、再生励起光とプローブ光を照射し、 再生励起光の照射により媒体から発せられる誘導フォト
   ンエコー光を、前記プローブ光と重畳し、 それにより得られた合成光を光検出器で電気信号に変換
   することにより、 情報を再生する「誘導フォトンエコーを利用した再生方
   法」において、 前記再生励起光とプローブ光を相対的に位相変調するこ
   とを特徴とする再生方法。 ２ａ）再生励起光光源； ｂ）再生励起光光源と兼用していてもよいプローブ光光
   源； ｃ）再生励起光とプローブ光を記録媒体の同一位置に照
   射させる光学系； ｄ）再生励起光電場とプローブ光電場の遅延時間を任意
   の所定値に設定するか又は第 １の所定値から第２の所定値に掃引する ことができる検索変調手段； ｅ）再生励起光とプローブ光を相対的に位相変調する位
   相変調手段； ｆ）再生励起光の照射を受けて記録媒体から生成するフ
   ォトンエコー光とプローブ光 とを、少なくとも空間の一点で重ね合わ せる重畳手段； 及び ｇ）前記重畳手段により得られる合成光を電気信号に変
   換する光検出器； からなることを特徴とする、誘導フォトンエコーを利用
   した再生装置。