JPH04132020A - 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
バーニングか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、細く絞ったレーサ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か、なかでも
、書き込み光の波長次元を利用する方法か活発に研究さ
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
、メモリーか過渡的（比較的短時間て情報が消失する）
でなく永続的なものを特に Ｂ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かある）の外に、０時間領域メモ
リーと呼ばれることかある記録再生方法かある。

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
一に広か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時間領域メモリーては、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か記録されている
。

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。

よく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Ｔ２時間（
横緩和時間）と呼んで区別している。縦緩和とは、光励
起状態か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
ーか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か、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１１時にＥ、の
パルス光を照射し、続いて１１時にＥ２のパルス光を照
射する。次にｔ３時に第３のパルスＥ３を照射すると、
（ｔｓ＋　１１　　１　＋　）時に今度は逆に物質から
光か放射されてくる。これか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か求まる。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（１１で求ま
る。

ここで、入射光ε（１）は、 ε　（ｔ）　＝Σ　Ｅ＋　　　（ｔ−ｔ、　　ン　十Ｃ
，Ｃ。

ｎ＋＝ｎｉ　　≠ｎ２ ｊ＋＜ｉ＊〈ｉｓ とした。（１）式中、δω、Ωは、それぞれ記録媒体の
セ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か普通である。このよう
な微弱光を検出するのに、光の干渉を利用すると検出精
度か上がることか知られている。

この場合、微弱光（フォトンエコー光）は、位相特性の
既知の光波（プローブ光）と干渉させて、微弱光の強度
及び位相の変化を増幅して観測（測定）する。このとき
、微弱光の強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か一般
に行われている。

（１１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光エコー信号強度は、（２）式％式
％ てあり、Ｇ、、Ｇ、ｗ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、ディチュニングである。

〔発明か解決しようとする課題〕

（２）式からも誘導されるか、現実にも、光エコとプロ
ーブ光の干渉により得られる光の信号強度は、書込時の
遅延時間ｔ２□と続出時の遅延時間ｔ４、との僅かな差
により、大きく変化する。これは、光干渉の極めて優れ
た特長である反面欠点てもある。

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ｔ４２とを、１０””　ｓｅｃ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
Ｏ−２μｍに相当する。従って、エコー光をプローブ光
との干渉により検出する再生装置では、ｌｏ−２μｍ程
度の機械的精度か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
な装置か必要になる。

〔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か可能な記録媒体
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ｒ誘導フォトンエコーを利用した再生方
法１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ｊ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
値に掃引することか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の合成光を電気信号に変
換する光検出 器 及び ｇ）前記光検出器から出力される電気信号から、前記位
相変調手段の変調周波数の偶数倍の変調信号のみを、抽
出する抽出手段： 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〕

ｔ４３−ｔ２１を、光の１周期以上変調すると、（２）
式からエコー光とプローブ光との合成光の強度もそれと
同期して変調することが判る。ここで、ｔ４２即ち再生
励起光とプローブ光との遅延時間を同期して振動させる
ことを考える。これは再生励起光に対しプローブ光を相
対的に位相変調したことと同等である。位相変調周波数
をｆとすると、Ｅ４（ｔ−ｔａ）は、 Ｅ４［ｔ−ｔａ　十μｓｉｎ　ｆ　（ｔ−ｔ４）］　と
なるか、これをよく知られたＢｅ５ｓｅｌ関数Ｊｎ（μ
ｍ）で展開すると、Ｅａ［ｔ−ｔ４＋μｓｉｎ　ｆ　（
ｔ　　ｔａ）］　＝Ｅ４（ｔ　−ｔ　４）Σ　Ｊｎ（μ
’　）　ｅｘｐ　（−ｉｎｆ）ｎ；−■ となる。Ｊｌ（μ’）＝Ｊ−，。（μｍ）Ｊｔ、。１（
μ’　）　＝　　Ｊ−２−ＩＣμｍ）を利用して（２）
式を計算すると、位相変調周波数の偶数倍の変調成分の
みが残ることか判る。

従って、再生励起光とプローブ光を相対的に周波数ｆで
位相変調し、エコー光とプローブ光との合成光を光電変
換して得られる電気信号からｆの偶数倍（２倍、４倍、
６倍・・・・・）の成分だけを抽出すれば、エコー光を
安定に高精度で検出器することができる訳である。

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１−一一一一一−・−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た
ものであり、モード同期ＹＡＧレーザーの高調波励起キ
トンレッド色素レーザである。繰り返し周波数８２ＭＨ
ｚのパルス光を出力する。キトンレッド色素レーザーか
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（Ｅｌ）又は再生励起光
（Ｅ、）と（ｂ）データー光（Ｅ２）又はプローブ光（
Ｅ、）に分けられる。

その後、再生励起光は、三角プリズム１１、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、三
角プリズム１１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１３である
が、これは本発明に必須のものではない。

位相変調手段６は、例えば、ＬｉＴａＯ５結晶の電気光
学素子を用いたもので、本実施例では、変調位相幅を４
π、変調周波数を１０ＫＨｚとした。

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
との遅延時間か、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、プローブ光か媒体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
か構築されており、従って、とりたてて重畳手段を使用
していない。第１図て、媒体５を透過したプローブ光は
、エコー光とプローブ光の重畳した合成光である。

本実施例以外で必要な場合には、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
を設けてもよい。これによりエコー光とプローブ光が合
成され、両者は互いに干渉する。

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か設置されており、合成光は電気信号
に変換される。この電気信号は、ロックインアンプ１０
（請求項第２項でいう抽出手段の一例）で処理されて、
２０Ｋ）ｌｚのＡＭ変調成分だけか出力として取り出さ
れる。

ロックインアンプ１０の出力は、ノイズか除去され、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、１２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か難しい。

〔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
て多数の円形の窓かあけてあり、この窓に厚さの異なる
ガラス板７１か妖め込まれている。

多数のガラス板７１は、光走行時間かそれぞれ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か使用されている。

尚、実施例１ては、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ｌを変化させると光路長か変化して
、遅延時間か変化する。

〔実施例２−〜−〜−光記録光記録再生装置図第２図実
施例の光記録再生装置（記録装置兼用壓）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た
ものであり、実施例１と同しモード同期ＹＡＧレーザー
励起色素レーザーである。

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て（ａ）記録励起光（Ｅｌ）又は再生励起光
（Ｅ、）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）は、三角プリズム１１て反射された後、ビー
ムスプリッタ１５に入射する。

他方、後者（ｂ）は、ビームスプリッタ２を出た後、位
相変調手段１４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。位相変調手段１
４は、圧電素子と該素子上に固定されたコーナーキュー
ブプリズム（三角プリズム又は平面鏡てもよい）からな
る。この圧電素子に交流電圧を印加すると、素子長さか
変化し、その結果として、コーナーキューブプリズムの
位置か変化する。この変化は、プローブ光に周期的にド
ツプラーシフトをもたらし、位相変調か実現される。本
実施例では、位相変調幅をプローブ光の波長の約２倍（
４π）、変調周波数を２０ＫＨｚとした。

その後、後者（ｂ）つまりデータ光又はプローブ光は、
検索変調手段７に入射する。手段７により、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
光電場の遅延時間か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
延時間か、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。

その後、後者（ｂ）つまりデータ光又はプローブ光は、
ビームスプリッタ１５に入射し、ここで、同じくビーム
スプリッタ１５に入射した前者（ａ）つまり記録励起光
又は再生励起光と同一光軸上に合波される。

合波された光はレンズ４て集光され、ＰＨＢ媒体５を照
射する。

ここでは、エコー光は、プローブ光及び再生励起光か媒
体５を透過して出射する方向に出射する。

出射方向には、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、エコー光とプローブ光との合成
光は、光検出器で電気信号に変換される。この電気信号
は、ロックインアンプ１０（請求項第２項でいう抽出手
段の一例）で処理されて、４０ＫＨｚ　（２倍）のＡＭ
変調成分だけが出力として取り出される。

ロックインアンプ１０の出力は、ノイズが除去され、媒
体に記憶された情報に応してきれいに変調されている。

〔実施例３−・−・・−・−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／　Ｉ！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２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１２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／ａ！、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
光パルスか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／ａｌに絞っ
た。

プローブ光については、他の検索変調手段７の例として
説明した鏡の移動により、遅延時間を第１所定値４．５
２ｐｓｅｃ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１４を２０ＫＨｚで駆動し、ロ
ックインアンプ１０で４０ＫＨｚの信号のみを抽出した
場合（本発明例）には、第３図（ｂ）に示す出力が得ら
れ、位相変調手段１４を駆動しなかった場合（従来例）
には、第３図（ａ）に示す出力か得られた。

〔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高精
度な再生が可能であり、従来技術に比べ、装置の機械的
精度に対する要求度か低くなる。

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図は、本発明の実施例２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３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３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４図は、数式（１）である。 第５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・−−一
−−−ビームスブリッタ 反射鏡 レンズ ＰＨＢ記録媒体 ・−位相変調手段 ・−検索変調手段 一欠番 光検出器 ロックインアンプ 三角プリズム 液体ヘリウムクライオスタット 光学補償器 一位相変調手段 ビームスブリツタ

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か可能な記録媒
   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。 ２　ａ）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の合成光を電気信号に変
   換する光検出器、 及び ｇ）前記光検出器から出力される電気信号から、前記位
   相変調手段の変調周波数の偶数倍の変調信号のみを、抽
   出する抽出手段； 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。