JPH0430192A - ホログラフィー記録媒体 - 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） 本発明は光学記録媒体、さらに詳細にはレーザビームな
どの光の熱作用またはフォトン効果により情報を記録す
る光記録媒体に関する。特に、本発明は、記録再生にお
いて媒体中での光の強度および位相、または光の強度も
しくは位相の変化から生ずるホログラフィ−効果を利用
したホログラフィ−記録媒体に関するものである。

（従来の技術） 従来、光記録媒体として様々の材料が提案され、そのう
ち、いくつかのものは実用に供されてきた。

レーザ光で膜に小孔を穿つＴｅ系合金膜、熱磁気効果を
利用するＧｄＦｅＣｏ系合金膜、結晶−非晶質の相変化
を利用するＳ　ｂ　Ｔ、ｅ系合金膜等はその例である。

これらの記録媒体は、いずれもレーザビーム（通常、直
径１〜２μｍのガウシアン・ビーム）を吸収し、その熱
効果により吸収部分が状態変化を起こし、その結果、光
学反射率またはカー回転角に変化を生じさせて、“０゛
または“１゛′のディジタル記録に対応する記録を行う
ものであった。したがって、記録密度は、ビーム径で支
配され、現状の記録に用いる半導体レーザの波長（λ：
約０．８μｓ＋）では、高々１０ｈビツト／ｌｌｌｌ１
１２が限界とされている。またデータの転送速度におい
ても、記録ビットを１点１点書き込み、かつそれをパワ
ー密度の小さいレーザビームで掃引して信号を再生する
方式をとっているもので、転送速度はビームの掃引速度
（すなわちディスクの回転数に比例する）に支配され、
現状では高々、数Ｍｂ／ｓｅｃのオーダである。大容量
通信時代の幕開けとされる今、さらに大容量、高転送速
度のデータ記憶システム、そしてそれを支える記憶方式
、記憶媒体が要求されている。

これまでのビット・パイ・ビット記録再生方式に代わる
方式として、最近、ホログラフィ−記録が注目されつつ
ある。これは、複数の光束の干渉を利用した、いわゆる
光のコヒーレンシー（可干渉性）に着目したものである
。ホログラフィ−記録の原理を簡単に述べれば、まず記
録にあたって、書込み情報を含んだ光（例えば、マスク
を通して、２次元的に空間光強度を変調したもの）と参
照光を記録媒体で干渉させ、干渉模様を媒体に記録する
。この記録パターンは、元の書込み情報のパターンをフ
ーリエ変換したものに対応する。次いで再生にあたって
は、媒体上の記録パターンに光を照射させて、その回折
光から元の書込み情報を得るものである。したがって再
生はフーリエ逆変換に相当する。このホログラフィ−記
録を用いれば、例えば２次元情報を一括して記録再生で
きることから、データ転送速度は、ビット・パイ・ビッ
ト記録に比べて飛躍的に向上する。また記録密度も、用
いる光の波長による制限はあるものの、ビット・パイ・
ビット記録よりも１桁以上大きい密度が得られると考え
られる。以上の原理に基づいてこれまでいくつかのホロ
グラフィ−記録が試みられてきた。ホトレジスト、サー
モプラスチックス、銀塩乳化剤等はその例である。しか
しこれらの記録材料は、いずれも１回書き込んだ後、消
去して、また書き込む動作を繰り返すことは難しく、い
わば再生専用型のホログラフィ−媒体であった。書き換
え可能な材料としては、Ｂａ５ｉＯ□。、　ＢａＴｉＯ
３等の強誘電体が提案されているが、記録感度に劣り、
また消去過程に時間を要する、または回折効率が小さく
、微弱信号しか得られない等の欠点があり、いわゆる実
時間記録再生に適した実用的な高速の書換え型ホログラ
フィ−媒体とはなり得ないと言われている。

このような情況の下で、高転送速度、大容量記録を実現
する実時間記録再生が可能で、かつ書換え可能なホログ
ラフィ−記録方式、そしてそれに用いる記録媒体材料が
切望されている。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、前述の要望条件を満たすべく、光照射による
薄膜の状態変化にともなう光学反射率、透過率、さらに
は屈折率の変化を利用した書換え型の実時間記録再生が
可能なホログラフィ−記録方式の記録媒体を擾供するこ
とにある。これは、記録媒体中に入射した光波が媒体中
で振幅変調または位相変調を受ける、いわゆる振幅型ホ
ログラフィ−と位相型ホログラフィ−の少なくともいず
れか一方の効果によるホログラフィ−記録を実用レベル
で実現するものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は前記記録媒体の材料として、光を吸収してその
光学的性質が変化する薄膜を用いる。光学的性質の変化
は、ホログラフィ−記録を、いわゆる追記型（ｗｒｉｔ
ｅ　ｏｎｃｅ　ｔｙｐｅ）として用いる場合は不可逆で
もよいが、書換え型（ｒｅｗｒｉｔａｂｌｅ　ｔｙｐｅ
）として用いる場合は可逆であることが必要である。

光学的性質の変化としては、記録モードが振幅型ホログ
ラフィ−である場合は、薄膜媒体の反射率または透過率
の変化であり、また記録モードが位相型ホログラフィ−
である場合は、薄膜媒体の屈折率の変化である。振幅型
と、位相型の双方を含む場合は、もち論、薄膜の反射率
、透過率、屈折率の各々を変化させるものとなる。

本発明者らは、このような性質をもつ材料を種々検討し
た結果、光照射により結晶＃非晶質の可逆変化を起こす
、いわゆる相変化材料が、ホログラフィ−記録材料とし
て最適の性質を示すことを見出した。この相変化材料の
中でも特に、Ｔｅ、　Ｓｂ。

Ｇｅ等の元素を含む合金が最良の性質を示す。すなわち
光照射によって、これらの合金膜は、反射率変化（ΔＲ
）、透過率変化（ΔＴ）、屈折率変化（Δｎ）が大きく
、かつ可逆的に変化する。これは基本的には結晶状態と
非晶質状態との間で、屈折率の値が異なり、それにとも
なって反射率、透過率も変化することに由来する。これ
らの材料は、レーザビーム照射により、容易に薄膜に穿
孔させることも可能であり、いわゆる開孔型のホログラ
フィ−記録媒体としても高性能のものである。ただし、
これは開孔前後の反射率、透過率の差を利用した振幅型
ホログラフィ−記録であるから、不可逆であり、用途は
追記型（または再生専用型）記録に限られる。さて屈折
率変化を利用する場合、位相型ホログラフィ−のモード
を含むことになるので、その回折効率ηは、位相差δの
関数となり、さらにδは、δ＝２π・Δｎ−ｈ／λ（ｈ
：膜厚、λ：波長）と表されれる。したがって、屈折率
差Δｎが大きいほどδが大きく、その結果、回折効率η
が大きくなる。よってΔｎの大きな相変化材料は優れた
ホログラフィ−媒体となり得ることを提案し、以下の実
施例のように検証したものである。

（実施例） 以下、図面により本発明の実施例を詳細に説明する。

亥１ｊ（＝ 相変化材料をホログラフィ−記録膜とした記録媒体を作
製し、記録再生の実験を行った。媒体作製においては、
２０１１１Ｘ２０閣Ｘ１．２ｍｍｔのサイズのパイレッ
クスガラスを基板とし、アンダーコート層／記録層／オ
ーバーコート層／樹脂封止層の構成とした。アンダーコ
ート層、オーバーコート層にはＺｎＳ　、記録層には（
ＳｂｚＴｅｓ）　ｏ、　ｓ　（ＧｅＴｅ）　ｏ、　ｓの
組成のものを用いた。膜厚はアンダーコート層１５０ｎ
ｍｔ、記録層４０ｎｍｔ、オーバーコート層１５０　ｎ
ｍｔとした。この媒体は透過モードで再生することを念
頭に置いたので、透過率変化ΔＴを十分にとれるように
光学設計し、この構成としたものであるｑ非晶質状態の
透過率２１％、結晶状態の透過率７％であり、ΔＴ＝１
４％となる。また記録層の屈折率は非晶ｉｉ　：？ｔＬ
＝ｎ　−ｉ　ｋ＝４．０−　ｉｌ、２　、結晶ニアＬ＝
　ｎ　−ｉ　ｋ　＝５．５−　ｉ　３．２のように屈折
率が異なり、両者のｎの差Δｎ＝１．５であるから、前
述のように位相型ホログラフィ−としても機能する。

アンダーコート層、記録層、オーバーコート層の作製は
それぞれＲＦスパッタリング法によって薄膜作製を行い
、樹脂封止層は、紫外線硬化樹脂をスピナーコートした
後に、Ｕｖ光を照射して硬化させた。

次いでこのサンプルを用いてホログラフィ−記録と再生
の実験を行った。第１図に示す光学系を用いた。

第１図の（Ａ）は記録に用いる構成図で、１はＹＬＦ　
レーザ、２はビームスプリッタ、３は対物レンズ、４は
サンプルを示し、２光束の干渉によりサンプル４の上に
記録を得る。第１図の（Ｂ）の再生に用いる構成図で、
第１図の（Ａ）中の符号と同一の符号は同一のものを示
し、５は光検知器、６はパワーメータを示し、透過モー
トで再生する場合、サンプル４を透過した光の回折光を
光検知器５で検出し、回折効率を測定する。第１図に示
すように、光源としてＹＡＧ　レーザの２次高調波（λ
＝０．５２３μｍ）を用いた。この結果、結晶状態の媒
体に１５ｍＷ／μＩ２３０ｎｓのパルスを照射し、参照
光との干渉から、第２図に示すような干渉パターンを記
録することに成功した。

第２図は本発明のホログラフィ−媒体において記録して
得られたパターンを示す図で、７は結晶状態の部分、８
は記録して得られた非晶質状態の部分を示す。このパタ
ーンにより、ホログラフィ−の再生を行ったところ、回
折効率１．９％の値が得られ、ホログラフィ−記録に十
分の性能を有することが示された。次いで、この記録パ
ターン上に８ａ＋Ｗ／μｍ２１００ｎｓのパルスを照射
して、媒体面を全面結晶化させたところ、干渉パターン
は消失し、はぼ完全に消去できた。この記録・消去のプ
ロセスは、多数回の繰り返しが可能で、回折効率、信号
Ｓ／Ｎ比も、はとんど低下しないことから、書換え可能
なホログラフィ−媒体として機能することを確認できた
。

１隻［２一 実施例１において、記録媒体をパイレックス・ガラス基
板／アンダーコート層／記録層／オーバーコート層／金
属反射層／樹脂封止層のように構成したものを作製した
。反射モードで再生することを念頭に置いたもので、ア
ンダーコート層、オーバーコート層は、各々、ＺｎＳを
用い、膜厚は１６０ｒｖｔおよび１１０　ｎ＋ｗｔ、記
録層は（ＳｂｔＴｅｘ）　ｏ、　５（ＧｅＴｅ）　ｏ、
　ｓで４０ｎｌＩｔ、金属反射層はＡｕで２ｏｎＩＩＩ
ｔである。この媒体は反射率変化（ΔＲ）をとれるよう
に設計したもので、非晶状態の反射率１０％、結晶状態
の反射率３５％であり、ΔＴ＝２５％となる。

この構成でも、位相型ホログラフィ−として機能するこ
とは言うまでもない。

二の媒体で記録再生実験を行ったところ、回折効率２．
２％の値が得られ、やはりホログラフィ−媒体として優
れた性能を有することが示された。

以上、二つの実施例において、記録層の組成として、（
Ｓｂ２Ｔｅ３）　ｏ、　ｓ　（ＧｅＴｅ）　ｏ、　ｓの
ものを用いたが、Ｓｂ、　Ｇｅ、　ＴｅＯ量を変え、様
々の媒体作製と実験を行ったところ、他の組成でも十分
価れた性能を示すことがわかった。

（Ｓｂ２Ｔｅ３）ｘ　（ＧｅＴｅ）　１−１１で表わさ
れる組成範囲でみると、一般にＳｂ２Ｔｅ３の量の多い
ほど、吸収率にの大きいことから、記録感度に優れ、ま
たＧｅＴｅ０量の多いほど、ｋが小さくなり、入射光の
減衰が少なく、位相差を明瞭にとれることから、回折効
率の大きくなる傾向のあることがわかった。

ここで、５ｂ−Ｔｅ系合金、Ｇｅ−Ｔｅ系合金またはＧ
ｅ５ｂ系合金もそれぞれ前記のようにホログラフィ−媒
体として優れた性能を示すことが確認された。

ちなみに、ここで示した相変化材料を用いたホログラフ
ィ−媒体は、その回折効率が、光磁気材料を用いたホロ
グラフィ−媒体の回折効率よりも２桁以上大きく、書換
え型の実時間記録再生が可能なホログラフィ−媒体とし
て極めて優れたものである。

（発明の効果） 以上、説明したように、Ｔｅ、　Ｓｂ、　Ｇｅ等からな
る相変化材料を記録膜としたホログラフィ−媒体は、結
晶状態と非晶質状態とで、反射率、透過率、屈折率が異
なり、振幅モードおよび位相モードのホログラフィ−媒
体として機能する。そして数＋ｎｓオーダのレーザパル
スにより記録・消去・再生が可能で、その回折効率も十
分大きいことがら、実用的なリアルタイム記録再生が可
能な高速のホログラフィ−媒体として極めて有望である
。このホログラフィ−媒体によれば、ビット・パイ・ビ
ットの記録方式でな（，２次元情報を一括して記録・再
生することが可能で、従来の光記録媒体に比べて、デー
タ転送速度、記録容量の面でも、はるかに有利である。

また記録媒体に情報を一括して入力できることから、媒
体上での光変調、光演算も原理的に可能であり、将来期
待される光コンピユータ−システムのキー・コンポーネ
ントの役割を果たすことが予想され、オプト・エレクト
ロニクスの発展番こ与えるインパクトは極めて大きい。

なお本発明では、相変化材料を、非晶質と結晶の間の状
態変化を利用する書換え型媒体として説明したが、同種
の材料は、融点が低く、レーザビーム照射により、薄膜
に容易に開孔することが可能で、追記型の孔開けによる
ホログラフィ−媒体としても適している。その回折効率
は２％以上の値が得られ、追記型ホログラフィ−媒体と
しても十分に実用に供し得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のホログラフィ−媒体の記録再生を行う
実験装置の構成を示し、（Ａ）は記録に用いる構成図、
（Ｂ）は再生に用いる構成図、第２図は本発明のホログ
ラフィ−媒体において記録して得られたパターンを示す
図である。 ｌ・・・ＹＬＦ　レーザ　　　　　２・・・ビームスプ
リッタ３・・・対物レンズ　　　　　４・・・サンプル
５・・・光検知器 ６・・・パワーメータ ７・・・結晶状態の部分

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光を吸収して変質する記録層を有する光記録媒体で
   あって、光吸収による反射率または透過率または屈折率
   の変化から、光の振幅もしくは位相、または振幅および
   位相が変調されることを特徴とするホログラフィー記録
   媒体。 ２、光を吸収して変質する記録層を有する光記録媒体で
   あって、前記記録層が結晶と非晶質の間の相変化により
   記録されることを特徴とする請求項１記載のホログラフ
   ィー記録媒体。 ３、光を吸収して変質する記録層を有する光記録媒体で
   あって、前記記録層がＧｅ、Ｔｅ、Ｓｂのうち、少なく
   とも二つ以上含む合金膜から成ることを特徴とする請求
   項１または２記載のホログラフィー記録媒体。 ４、光を吸収して変質する記録層を有する光記録媒体で
   あって、前記記録層の組成が （Ｓｂ＿２Ｔｅ＿３）＿１＿−＿ｘ（ＧｅＴｅ）＿ｘ（
   ０≦ｘ≦１）の範囲にあることを特徴とする請求項１ま
   たは２または３記載のホログラフィー記録媒体。