JPH08220688A - 三次元光メモリーガラス素子及びその記録方法 - Google Patents

三次元光メモリーガラス素子及びその記録方法

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Abstract

(57)【要約】 【目的】記録密度を高めた三次元光メモリーガラス素子
及びその作製方法を提供する。 【構成】ガラスマトリックスがシリカガラスまたはシリ
ケートガラスからなり、局所的に周囲のマトリックスと
は屈折率が異なるスポットが存在する層を、多層有して
いる三次元光メモリーガラス素子で、ガラスマトリック
スを三次元走査しながら光学レンズにより波長５３２ｎ
ｍのパルスレーザ光を集光照射する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、三次元光メモリー素子
及びその記録方法に関するものであり、特にガラスマト
リックス中にパルスレーザ光を照射し、光誘起屈折率変
化を局所的に起こさせることで、情報の記録を行う三次
元光メモリーガラス素子及びその記録方法に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】近年、光メモリー素子は大容量化の必要
性が高まり盛んに研究開発が進められている。大容量化
の方向としては、書き込み用のレーザ光の波長を短波長
化することにより記録密度を高め大容量化する方法が検
討されているが、波長が短くなるに従い、光学材料は吸
収が大きくなることから、短波長化は現在の７８０ｎｍ
の半分程度が限界であり、その波長での回折限界により
ビットサイズが制限されることから記録密度は４倍程度
が上限と考えられる。
【０００３】そこで、現在の二次元記録に更に空間的に
一次元加え、書き込み領域を三次元化することで、より
大容量化する方法が検討されている。例えば、三次元光
メモリー素子材料としては、スピロピラン類等の解離開
環反応を利用したフォトクロミック材料（S.Hunter,et
al.,Potentials of two-photon based 3-D optical mem
ories for high performance computing,Appl.,Opt.,Vo
l.29,pp.2058-2066(1990) ）、二種類の光重合性モノマ
ー（メタクリル化合物、アリル化合物）に光スポットを
照射し、光重合速度が速いメタクリル化合物を優先的に
ポリマー化するフォトポリマー（S.Kawata et al.,Thre
e-dimensional Confocal Optical Memory Using Photor
efractive Materials,Proc SPIE,Vol.2042,18(1993) ）
等の有機材料やＦｅイオンを添加したＬｉＮｂＯ3 （ニ
オブ酸リチウム）結晶（川田善正ら，フォトリフラクテ
ィブ結晶を用いたビット記録型三次元光メモリ，第４０
回春期応用物理学会講演予稿集，ｐ900(1993) ）等が報
告されている。
【０００４】三次元記録の方法としては、波長が異なる
インフォメーションレーザ光とアドレッシングレーザ光
の二波長を直交させ、交差した部分のみ屈折率を変化さ
せる方法（S.Hunter,et al.,Potentials of two-photon
based 3-D optical memories for high performance c
omputing,Appl.,Opt.,Vol.29,pp.2058-2066(1990) ）や
レーザ光を光学レンズでマトリックス中の一点に集光
し、光強度変化を利用してマトリックスを三次元的に走
査しながら屈折率変化として記録させる方法（川田善正
ら，フォトリフラクティブ結晶を用いたビット記録型三
次元光メモリ，第４０回春期応用物理学会講演予稿集，
ｐ900(1993) ）等が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フォト
クロミックメモリーでは、読み出し光により光反応が進
行し記録が次第に破壊される可能性があり、光重合を利
用する場合は、高速での記録が困難であるという問題点
がある。更に、有機材料は、熱や光による劣化、変質が
起こり易く、長時間安定して情報を記録することが困難
である。また、フォトリフラクティブ結晶の場合は、光
学的異方性があることから高密度な三次元メモリーを実
現するためには、結晶に光を集光照射する際に生じる収
差補正の問題が残されている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、ガラスマトリ
ックスを三次元的に走査しながら、ガラスマトリックス
中にパルスレーザを集光照射し、欠陥に起因する価電粒
子の再配列によると考えられる光誘起屈折率変化を微小
スポットで起こさせることにより、情報が空間的な屈折
率分布として記録されることを特徴とする。
【０００７】すなわち本発明は、局所的に周囲のガラス
マトリックスとは屈折率が異なるスポットが存在する層
を、多層有した三次元光メモリーガラス素子で、ガラス
マトリックスに、波長５３２ｎｍのパルスレーザ光を光
学レンズより集光し、その焦点において該波長以下のス
ポットで光誘起屈折率を変化させて記録する三次元光メ
モリーガラス素子の記録方法を提供するものである。
【０００８】ガラスマトリックスとしては特に限定され
ないが、石英ガラスに比べ多成分化したガラスの方が書
き込み閾値は低く、同じエネルギー密度の場合の書き込
みスポットサイズは、石英ガラスの方が小さくなる。
【０００９】
【作用】本発明の三次元光メモリーガラス素子は、有機
ポリマー等に比べ熱や光に対して安定であり、且つ充分
な耐候性を備えており、長期間安定して情報の記録がで
きる。また、ガラスマトリックスは異方性が無いことか
ら特殊な収差補正を行わなくとも、書き込み用レーザ光
を波長程度に集光することにより、レーザ光波長より小
さいスポットにてコントラスト良く高密度な書き込みが
可能となる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
するが、本発明はかかる実施例に限定されるものではな
い。
【００１１】実施例１ 図１に本発明の三次元光メモリーガラス素子の記録方法
の一例を示す。記録用レーザには、Ｑ−スイッチＮｄ：
ＹＡＧレーザ１の二倍波である波長５３２ｎｍのピコ秒
パルスレーザ（パルス幅〜３０ｐｓ）を使用し、このピ
コ秒パルスレーザを油浸対物レンズ３（ＮＡ＝１．３
０、×１００）を用いて、６００ｎｍ程度のスポットに
集光し、１５×１５×０．１７ｍｍのガラスマトリック
ス４（ｗｔ％にて６８．１ＳｉＯ2 −１２．１Ｎａ2 Ｏ
3 −６．６Ｋ2 Ｏ−５．０ＺｎＯ−４．３Ａｌ2 Ｏ3 −
３．９ＴｉＯ2 組成、屈折率：１．４８、軟化温度：８
００℃）内部に焦点が位置する状態で照射したところ、
焦点付近に屈折率変化を伴った微小スポットが形成され
た。このスポットをＣＣＤカメラ５とビデオ６により記
録しサイズを計測した結果、パルスレーザ光強度が４２
０Ｊ／ｃｍ2 の場合に直径は６００ｎｍであり、更にレ
ーザ光強度を弱くすることによりレーザ波長以下のスポ
ットも形成可能であることを確認した。
【００１２】次に、ＸＹＺ方向に走査可能な電動ステー
ジ７にガラスマトリックスをセットし、Ｚ軸（光軸）方
向を固定した状態で、ＸＹ方向に走査しながらピコ秒パ
ルスレーザ（８００Ｊ／ｐｕｌｓｅ／ｃｍ2 ）を前記と
同様に集光照射することにより、ＸＹ平面上に屈折率変
化を伴う微小スポットを書き込んだ。その後、Ｚ軸方向
に電動ステージを４μｍ移動させ、同様にＸＹ方向に書
き込みを行った。その結果、４μｍの層間隔で、三次元
的に屈折率が周囲とは異なるスポット（直径：８００ｎ
ｍ）が記録されたガラスが作製できた。また、微小スポ
ットが記録されたガラスを１ヶ月間屋外に放置し、太陽
光を曝露させたが、屈折率分布に変化はなく、ガラスマ
トリックスの変質も認められなかった。更に、このガラ
スを３００℃で２４時間保持した場合も屈折率分布、マ
トリックス共に変化がないことを確認した。
【００１３】実施例２ ガラスマトリックスとして純度が９９．８％以上の石英
ガラス（屈折率：１．４６、軟化温度：１５００℃）を
使用する以外は図１と同様な装置を使用し、実施例１と
同様に電動ステージをＸＹＺ方向に走査することにより
ガラスマトリックス中への三次元書き込みを試みた。但
し、Ｚ軸（光軸）方向への移動距離は５μｍで、ピコ秒
パルスレーザ強度は３５８６Ｊ／ｐｕｌｓｅ／ｃｍ2 で
ある。その結果、５μｍの層間隔で、スポットの直径
（３８５ｎｍ）がレーザ波長（５３２ｎｍ）より小さい
屈折率分布を三次元的に記録することができた。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の三次元光
メモリー素子はガラスマトリックスから成ることから、
有機ポリマー等に比べ熱や光に対して安定であり、且つ
充分な耐候性を備えており、長期間安定して情報の記録
が可能となる。また、ガラスマトリックスは異方性が無
いことから特殊な収差補正を行わなくとも、書き込み用
レーザ光を波長程度に集光することにより、レーザ光波
長より小さいスポットにてコントラスト良く高密度な書
き込みが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】三次元光メモリーガラス素子の記録方法の一例
を示す。
【符号の説明】
１．Ｑ−スイッチＮｄ：ＹＡＧレーザ ２．ダイクロイックミラー ３．油浸対物レンズ ４．ガラスマトリックス（ガラス基板） ５．ＣＣＤカメラ ６．ビデオ ７．電動ステージ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 局所的に周囲のガラスマトリックスとは
    屈折率が異なるスポットが存在する層を、多層有してい
    ることを特徴とする三次元光メモリーガラス素子。
  2. 【請求項２】 ガラスマトリックスがシリカガラスまた
    はシリケートガラスであることを特徴とする請求項１記
    載の三次元光メモリーガラス素子。
  3. 【請求項３】 光学レンズによりパルスレーザ光をレー
    ザ波長程度まで集光し、その焦点において波長以下のス
    ポットで光誘起屈折率変化を起こさせたことを特徴とす
    る請求項１記載の三次元光メモリーガラス素子。
  4. 【請求項４】 パルスレーザの波長が５３２ｎｍである
    ことを特徴とする請求項３記載の三次元光メモリーガラ
    ス素子。
  5. 【請求項５】 ガラスマトリックスを三次元走査しなが
    らガラスマトリックス中にパルスレーザを集光照射する
    ことにより、局所的に周囲のマトリックスとは屈折率が
    異なるスポットが存在する層を、多層形成させることを
    特徴とする三次元光メモリーガラス素子の記録方法。
  6. 【請求項６】 ガラスマトリックスがシリカガラスまた
    はシリケートガラスであることを特徴とする請求項５記
    載の三次元光メモリーガラス素子の記録方法。
  7. 【請求項７】 光学レンズによりパルスレーザ光をレー
    ザ波長程度まで集光し、その焦点において波長以下のス
    ポットで光誘起屈折率変化を起こさせることを特徴とす
    る請求項５記載の三次元光メモリーガラス素子の記録方
    法。
  8. 【請求項８】 パルスレーザの波長が５３２ｎｍである
    ことを特徴とする請求項７記載の三次元光メモリーガラ
    ス素子の記録方法。
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