JPS5851355B2 - 光学的記憶装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光学的データ記憶装置に関し、更に具体的に言
えば、周波数次元における記憶が可能なデータ記憶装置
に関するものである。

米国特許第３８９６４２０号明細書には、記憶容量を十
分に増すために周波数次元を利用する光学的データ記憶
装置が示されている。

この記憶装置は、光学的飽和特性を有し且つ不均一な吸
収線の広がり（ｉｎｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ ａｂｓ
ｏｒｐｔｉｏｎ ｌｉｎｅｂｒｏａｄｅｎｉｒｇ ）
を示す物質のブロックを有する。

その物質の例としては、クロムを添加したルビーや、ク
ロムを添加した酸化マグネシウム、あるいは０２、Ｓ２
、Ｓｅ２、ＳｅＳを含む沃化カリウムなどがある。

データ・ビットは、広い不均一な吸収線内の特定の周波
数において狭帯域高強度レーザによって引き起こされる
選択的な光学的飽和、即ちホール・バーニング（ｈｏｌ
ｅ ｂｕｒｎｉｎｇ ）によって記憶される。

光学的飽和は、若干具なった状況にある同種の原子の励
起状態に関係し且つ光の強度が強い場合にだけ起こる物
理的現象である。

該米国特許に示されている記憶装置において、光学的飽
和として記憶されているデータ・ビットは、記憶ブロッ
クが広帯域の高強度レーザ光にさらされている限り持久
性をもつ。

しかし、その広帯域の高強度レーザ光が照射されなくな
ると、記憶ブロックにおけるデータの寿命は１０−２秒
の桁になってしまう。

即ち、光が照射されなくなるときデータは失なわれてし
まうので、該記憶装置は非持久性記憶装置のカテゴリー
にはいる。

本発明の目的は改善された光学的データ記憶装置を提供
することである。

１つの観点から言えば、本発明の目的は周波数選択的光
学的記憶装置を提供することである。

他の観点から言えば、本発明の目的は持久性記憶装置を
提供することである。

更に他の観点から言えば、本発明の目的は可逆的記憶装
置を提供することである。

更に他の観点から言えば、本発明の目的は改善された３
次元データ記憶装置を提供することである。

更に他の観点から言えば、本発明の目的は３次元ホログ
ラム記憶装置に４次元記憶機能を付与することである。

更に他の観点から言えば、本発明の目的はデータを記憶
するための改善された方法を提供することである。

この様な目的は、周波数次元の記憶を行なう光学的デー
タ記憶装置によって達成される。

該記憶装置は、不均一な吸収線の広がりを示し且つ光を
受けると光誘起反応を起こすようなブロック又は層状の
記憶媒体を有する。

該記憶媒体はホトクロミック反応又は光化学反応を起こ
すものである。

その様な性質を有する物質の例は遊離基ポルフィリン（
Ｈ２Ｐ）及びテトラジンである。

データ・ビットは、広い不均一な吸収帯内の特定周波数
のところに狭帯域レーザによる選択的光誘起反応によっ
て記憶される。

この様にして光誘起反応によって記憶されたデータ・ビ
ットの寿命は数年程度の長さであり、従って持久記憶装
置が得られる。

好適な実施例の場合、光誘起反応が可逆性であって、必
要に応じてデータ・ビットの消去を可能ならしめるよう
な物質が記憶媒体として用いられる。

第１図は３次元記憶を可能ならしめるように周波数次元
においてデータを記憶するのに適した本発明による光学
的データ記憶装置を示している。

この記憶装置はレーザ１４及びそれに関連した走査器１
２を有する。

周知の如く、走査器１２はレーザ１４の周波数を変化さ
せるための装置である。

レーザ１４から発する光はシャッタ１６へ向かう。

シャッタ１６は、選択された周波数の光だけを通過させ
る。

シャッタ１６の出力側の線１８におけるレーザ光の周波
数の例は第２図に示しである。

Ｘ軸は周波数、Ｙ軸は光の強度を表わす。

この例では、周波数Ｍ、Ｎ、及びＰが含まれている。

フィルタ２０及び検出器２４は書込みサイクル中には用
いられない。

これらについては後で読取りサイクルに関連して詳しく
述べることにする。

レーザ１４は、周波数の安定性があり、不均一な吸収線
の周波数範囲全体において調節可能であり、且つ狭帯域
モードで動作する必要がある。

レーザ光は１ミクロン程度の幅に集中可能である。

従って、１０８／ｃ４のスポット密度を得ることができ
る。

レーザ光の空間的偏向は、この種技術分野における周知
の光学的手段によって行なうことができる。

記憶媒体２２は光を受けるとき光誘起反応を示す性質を
有する物質でできた層である。

光誘起反応は、光化学反応やホトクロミック反応である
。

即ち光によって媒体の光学的特性が変えられるのである
。

媒体において、原子、分子、あるいは分子群の可逆的又
は恒久的反応が起こるのである。

又、媒体は第３図に示されている様な不均一なマトリッ
クスにおいて不均一な吸収線の広がりを示すものでなげ
ればならない。

第３図において、Ｘ軸は周波数、Ｙ軸は吸収の度合いを
表わす。

媒体はＡ乃至Ｂの周波数範囲にわたる不均一な吸収線の
集まり、即ち吸収帯を有する。

可逆的ホトクロミック反応を示す媒体の例は、所与のマ
トリックスにおける遊離基ポルフィンＨ２Ｐである。

不可逆的光化学反応を示す媒体の１例はテトラジンであ
る。

媒体の他の例はジューテロ・ポルフィリン。アナローグ
Ｄ２Ｐ１フタロシアニン、及びテトラフェニル・ポルフ
ィリンである。

これに限らず、不均一なマトリックスにおける不均一な
吸収線の広がりを示し且つ光を受けるとき光誘起反応を
示す他の物質も本発明の実施のために使用可能である。

本発明に従って、周波数Ｍ（第２図参照）を有するレー
ザ光（例えば紫外線、可視光線、あるいは赤外線）が、
帯域幅Ａ−Ｂ（第３図参照）の不均一な吸収を行なう記
憶媒体に入射するとき、レーザ光は第４図のＭ′で示す
ように周波数Ｍの光に関する吸収特性を消滅させる（Ｘ
軸は周波数、Ｙ軸は吸収の度合い）。

この現象は光学的ホール・バーニングとして知られてい
るものであり従来の光の強度に依存した光学的飽和現象
とは完全に異なっている。

なお、吸収線帯域内において吸収特性の消滅した非吸収
点は、吸収線帯域に孔があいたという意味でホールと呼
ばれる。

ホール・バーニング現象の場合、幾つかの分子は構造的
又は化学的な変化を起こして、元の光学的性質とは異な
った光学的性質を持久的に有する状態になる。

この現象は光の強度が強いときと弱いときの両方で起こ
る。

但し、弱い光のときには、照射時間を長くすることが必
要である。

光学的飽和現象が分子の励起状態を利用するのに対して
、ホール・バーニング現象は分子の基底状態を利用する
。

光の強さは書込み速度に影響するだけである。

ホール・バーニングの光化学作用は所与の周波数、例え
ばＭにおいて吸収を起こす分子だけに関係する。

Ｍ以外の周波数で吸収を起こす他の分子は、光誘起反応
に関与しないので、変化しない。

周波数Ｍのレーザ光によって吸収線内にホールを形成し
た後、周波数Ｎ（第２図）のレーザ光を記憶媒体２２に
投射するようにレーザ１２及びシャッタ１６の調節が行
なわれる。

これによって、第４図のＮ′で示す孔が形成される。

この場合も、Ｎ以外の周波数の光を吸収する媒体中の他
の分子は、光誘起反応に関与しないので、変化しない。

同様に、レーザ光が周波数Ｐを有するときには、その周
波数の光だけを吸収する分子だけが反応して第４図のＰ
′で示す孔をあげる。

一旦、ホール（ひいてはデータ・ビット）Ｍ’、Ｎ′、
Ｐ′が形成されると、そのホールは持久的特性を有する
。

即ち、レーザ光が投射されなくなっても、ホールは不変
である。

データ・ビットの寿命は光反応生成物の寿命に対応し、
数年程度である。

本発明の記憶機能は、周波数帯域Ａ−Ｂの広がりをもつ
不均一な吸収帯にホールを形成するようにレーザ光の周
波数を合わせることに依存している。

周波数次元において記憶することのできるビットの数、
即ちホールの数ｎは概略的に次の式で示される。

この式において、△ｗＩは不均一な吸収線の帯域幅であ
り、△ｗＨはホールの幅である。

文献によると、△ＷＨは低温における成るシステムにお
いては１０ＭＨｚ程度まで狭（なることがわかっており
、且つ△ｗＩは他のシステムにおいて１０３ＧＨｚ 程
度まで広くなることがわかっている。

この様な極端な値の△ｗＨ及び△Ｗ■を１つのシステム
において用いるならば、該当する吸収帯域内で１０４乃
至１０５ビツトを記憶することができる。

ところで、普通△ｗＨの値は低温になると小さくなる傾
向があり、又△ｗＩはほぼ温度に依存しないので、記憶
装置の記憶容量は動作温度が低いとき最大になる。

データの読取りは種々の方法で行なうことができる。

第１図はその１つの方法を実施するシステムを有してい
る。

即ち、書込みのために使用されるレーザ光学系が読取り
のためにも使用されるのである。

但し、書込みの際に起こった様なホール・バーニングを
防ぐために、レーザ１２から発する光の強さはフィルタ
２０において弱められ、且つ照射時間も極く短くされる
。

レーザ光はＡ乃至Ｂより広い周波数範囲にわたり、フィ
ルタ２０及び記憶媒体２２を介して検出器２４に入射す
る。

検出器２４によって第５図に示されるようなデータが得
られる。

この図において、Ｘ軸は周波数、Ｙ軸は検出器２４の出
力を表わす。

検出器２４の出力は、書込みの際形成されたホールに対
応する周波数Ｍ“、Ｎ“、Ｐ“においてピークを示す。

検出器２４の出力のピークＭ’、 Ｎ〃、Ｐ“はビット
１を表わし、出力のＯレベルはビット０を表わす。

当業者にはすぐわかるように、記憶媒体に関するデータ
の書込み及び読出しは、第１図に示されている様な構成
に限らず、別の光学的手段を用いて行なうことも可能で
ある。

例えば、シャッタ１６及びフィルタ２００代りに強度変
調器を用いて光のスイッチジグ及び減衰の２つの動作を
行なうことも可能である。

又、１つの分子についての幾つかの励起状態を利用する
ことによって情報を読取る方法も幾つかある。

例えば、成る物質は一重項状態と三重項状態の両方を持
っている。

その２つの状態の一方、例えば一重項状態だけが光に対
して反応すると仮定すると、一重項状態において書込ん
だ情報は三重項状態において非破壊的に読出すことが可
能である。

更に、書込みの際、異なった波長の２つのレーザを用い
、読取りの際には１つのレーザを用いる様な方法も考え
られる。

又、物質の吸収特性ではなくて、反射率や螢光性を利用
して情報を読取る様な方法も可能な筈である。

以上の様に、ここに開示した技術は、記憶媒体の層を用
いる空間的２次元記憶装置について周波数次元を用いる
ことによって３次元光学記憶装置を提供するものである
。

又、この技術は記憶媒体のブロックを用いる３次元ホロ
グラム記憶装置を４次元記憶装置にするためにも適用可
能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は書込み及び読取りを行なう手段を含む本発明の
データ記憶装置を示す図、第２図は３種類の周波数のレ
ーザ出力を示す図、第３図は第２図に示す周波数のレー
ザ出力を受ける前の物質の不均一な吸収を示す図、第４
図は第２図に示す周波数のレーザ出力を受けた後の物質
の吸収を示す図、第５図は周波数範囲ＡＢにわたるレー
ザ出力による走査に応じた検出器出力を示す図である。 第１図において、１２・・・・・・走査器、１４・・・
・・・レーザ、１６・・・・・・シャッタ、２０・・・
・・・フィルタ、２２・・・・・・記憶媒体、２４・・
・・・・検出器である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 不均一な吸収線の広がりを示し且つ該吸収線の帯域
   幅よりも狭い帯域幅の光を受けると光誘起反応を起こし
   て分子の持久的な基底状態において情報を記憶する性質
   を有し、周波数次元において少なくとも２つのデータ・
   ビットを記憶しうる記憶媒体と、 上記記憶媒体に情報を書込むために、上記吸収線の帯域
   幅よりも狭い帯域幅の光を発するレーザと を有する周波数選択的な光学的記憶装置。 ２ 上記光誘起反応が可逆的な特許請求の範囲第１項記
   載の光学的記憶装置。 ３ 上記光誘起反応が不可逆的な特許請求の範囲第１項
   記載の光学的記憶装置。 ４ 上記光誘起反応がホトクロミック反応である特許請
   求の範囲第１項記載の光学的記憶装置。 ５ 上記光誘起反応が光化学反応である特許請求の範囲
   第１項記載の光学的記憶装置。 ６ 上記記憶媒体は上記レーザからの光を受ける部分に
   おいて光学的特性を変え、上記吸収線帯域内にホールを
   形成する特許請求の範囲第１項記載の光学的記憶装置。 ７ 上記レーザから複数の異なった狭い帯域の光を発し
   て上記記憶媒体の特定の部分に複数のデータ・ビットを
   記憶する特許請求の範囲第１項記載の光学的記憶装置。 ８ 上記レーザが上記記憶媒体からの情報の読取りのた
   めに用いられる特許請求の範囲第１項記載の光学的記憶
   装置。 ９ 上記記憶媒体からの情報の読取りのための別のレー
   ザを有する特許請求の範囲第１項記載の光学的記憶装置
   。 １０ 上記記憶媒体が１枚の層であり、平面的次元と
   周波数次元とを合わせて３次元的に情報を記憶する特許
   請求の範囲第１項記載の光学的記憶装置。 １１ 上記記憶媒体をホログラム記憶ブロックとして
   ４次元的に情報を記憶する特許請求の範囲第１項記載の
   光学的記憶装置。