KR20020064937A - 광굴절 홀로그래프 기록매체 - Google Patents

광굴절 홀로그래프 기록매체 Download PDF

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KR20020064937A
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Abstract

본 발명은 예정된 전이온도 이상의 온도상승에 대한 반응으로 제 1 열역학적 상으로부터 제 2 열역학적 상으로 상변화를 일으키는 무정형 호스트 물질; 호스트 물질에 매립되고 광원으로부터의 조명에 대한 반응으로 배향될 수 있는 다수의 광감성 분자 유니트를 포함하며; 이렇게하여 분자 유니트는 호스트 물질이 전이온도와 동등하거나 그 이상인 온도에 있을 때는 그렇게 배향될 수 있지만 전이온도 이하의 온도에서는 실질적으로 고정된 배향을 유지하는 홀로그래프 기록매체를 제공한다.

Description

광굴절 홀로그래프 기록매체{PHOTOREFRACTIVE HOLOGRAPHIC RECORDING MEDIA}
우리는 지금 정보-경영시대 (information-driven age)에 살고 있으며, 주된 제한적 병목현상의 하나는 수반된 데이타의 저장 및 빠른 검색와 관련이 있다. 영구적으로 기록된 CDs는 표면에서 부식된 일련의 피트 (pit)와 그루브 (groove)로 구성되며, 재기록가능한 CDs는 얇은 무정형 층의 표면 결정화/무정형화를 이용하며, 여기에서 정보는 디지탈 방식으로 부호화되고 광학적으로 판독된다. 마찬가지로 자기 디스크 (magnetic disc)는 디지탈 정보를 자기 매체의 표면상에 상이하게 배열된 자기 영역의 형태로 저장한다. 데이타-저장 사업은 거대하며, 2002년에 디스크 드라이브 (disc drive)의 연간 판매수익은 500억 달라 이상일 것으로 예상된다.
광학적 판독/기록 피트, 그루브 또는 자기 영역과 같은 이차원 (2D) 메모리를 기본으로하는 데이타 저장은 소정의 물질의 이론적 한계에 도달하고 있다. 메가바이트 당 가격을 감소시키고 데이타 저장능력 및 가까운 장래의 디스크 드라이브의 데이타 기록 및 검색의 속도를 수십배 까지 증가시키기 위해서 새로운 기술이추구되고 있다. 문제에 대한 기술적인 해결책은 필수적으로 삼중적이다. 첫째로, 피트와 그루브 크기를 수 나노메터 까지 감소시키는 것은 1010-1012비트/㎟의 한계치에 도달한다. 그러나, 이러한 해결책은 고가의 정밀기계, 특별한 환경 (고진공 또는 순수한 액체 상태)의 필요성, 및 가장 중요하게는, 2D 기술의 고유한 단점, 즉 매우 느린 순차판독 (serial reading)에 기인한 추가의 긴 접근시간 (access time)으로 인하여 필연적으로 제한된다.
데이타-저장 시스템에 대한 증가된 수요에 대한 두번째 기술적 해결책은 일련의 다층에 대한 피트 및 그루브의 삼차원 광학적 기록을 기초로하여 개발되고 있다. 현재의 CDs에서 단층 또는 현재의 DVDs에서의 이층 대신에, 예를들어 광굴절성 폴리머 또는 형광성 물질을 사용하는 다층 디스크가 고려되고 있다. 데이타-저장 문제에 대한 이러한 기술적 해결책은 또한, 오버랩핑 (overlapping) 문제 (간섭 및 산란에 기인한 잡음)에 기인한 민감성 층의 제한된 수, 및 가장 중요하게는 여전히 느린 순차적 데이타 처리와 같은 심각한 단점을 가지고 있다.
미래의 디스크 드라이브를 위한 데이타-저장 시스템에 대한 기술적 접근방법의 세번째 카테고리는 홀로그래프 데이타 기록 및 검색에 있다. 따라서, 상기 언급한 문제들을 적어도 부분적으로 완화시키는 것이 본 발명의 목적이다.
여기에서, 정보의 전체 "페이지 (pages)"는 매체내에 저장된 단일 홀로그램에 저장될 수 있으며, 다수의 홀로그램은 3D 부분에 동시에 저장될 수 있다. 이 방법을 사용한 데이타 저장을 위한 이론적 한계치는 대략 1010비트/㎣ (N-레이저 CD의 경우의 N ×4 ×106비트/㎟와 비교)이며, 따라서 현행 기술을 사용하여 이루어질 수 있는 것보다 수십배 더 큰 테트라바이트의 정보를 저장할 수 있는 테이타-저장 시스템을 예상할 수 있다. 동등하게 (또는 더 크게) 중요한 것은, 전체 홀로그램 (페이지)은 정보를 조금씩 판독하는 것이 아니라 한꺼번에 판독하는 것이기 때문에, 저장된 데이타에 대한 검색속도도 또한 상응하게 (Gbit/초 정도로 ) 훨씬 더 크다는 점이다.
적합한 기록이 상업적으로 이용될 수 없었다는 것은 일반적으로 인정된다. 실제로, 모든 광감성 물질이 홀로그래프 기록을 위해서 사용될 수 있지만, 장기간 데이타 저장, 감도 (sensitivity), 비용, 기록의 속도, 홀로그램의 발현은 이용가능한 물질을 홀로그래프 데이타 저장의 분야에서 잠재적으로 유용한 몇가지로 제한하는 문제들 중의 단지 몇가지일 뿐이다. 은-할라이드 물질, 디크롬화 젤라틴, 박테리오로도스핀 등과 같이, 예를들어 예술적 홀로그래피에 광범하게 사용되는 대표적인 물질은 일반적으로 습식처리를 필요로하며 비가역적이기 때문에, 이들은 일반적으로 데이타 저장에는 부적합하다. 따라서, 현재 광범하게 연구되고 있는 물질에는 대체로 두가지 주된 그룹이 있다.
이들 중의 첫번째로, 리튬니오베이트와 같은 이온-도핑된 강유전성 옥사이드는 수년동안 실험적 용도로 사용되었다. 이들 물질내에 기록된 홀로그램은 벌크 공간-전하 패턴으로 구성된다. 단점에는 큰 비용, 열등한 감도 (매우 높은 광선 출력 (light power) 밀도에 대한 필요성) 및 판독중에 가해지는 손상에 기인한 잡음의 위험이 포함된다. 또한, 물질의 이론적 한계에 도달하기 위해서는 정밀하게 배열된 결정에서 파장 및/또는 각도 다중화 방법에 대한 필요성은 매우 고가의 장치 등을 필요로 한다.
이들 중의 두번째인 폴리머 기록이 가능성이 있으며, 간단한 제조방법 및 비교적 낮은 비용으로 인하여 대중성이 증가되고 있다. 폴리머 기록에는 몇가지 물리적 원리가 이용된다. 이러한 응용을 위한 물질은 조명을 한 영역에서의 중합반응으로 인한 굴절률 변화 (필수적으로 비가역적인 과정, 중합반응 중에 폴리머 수축에 기인한 홀로그램의 유의적인 뒤틀림이 있는 단지 1회 기록형 (write-only-once type)의 메모리), 또는 공간-전하장 (sapce-charge field) 형성 및 이에 따른 굴절률 변조를 유도하는 간섭성 레이저 빔에 의한 광유리성 트랩핑 전하 (photoliberal trapped charge)의 패턴화 (patterning)에 따라 좌우되는 것이 필요하며, 이들은 광굴절성 폴리머이다 (그러나, 매우 빠른 암이완 (dark relaxation)과 가역적이며, 외부 전기장을 필요로 한다).
2-광자 흡수후에 이성체 상태에서 변화가 일어나는 광변색성 (photochromic) 및 광이색성 (photodichroic) 폴리머도 또한 광범한 연구의 대상이다. 이들 물질은 가역적이며 비교적 빠르다 (msec); 그러나, 단점으로는 일반적으로 비교적 매우빠른 암이완, 짧은 암저장시간, 및 간섭성 UV 광원의 필요성을 포함한다. 유기 폴리머는 또한 있을 수 있는 과열 (화학적 분해를 야기시킴)로 인하여 비교적 낮은 광강도 임계값을 갖는다는 점에서 제한된다.
최근 까지, 오늘날의 CD 및 DVD 기술 2D 데이타 저장물질에서 응용성이 확인된 칼코게나이드 유리는 홀로그래프 데이타 저장을 위한 잠재적 물질로서 관심을 거의 끌지 못하고 있으며, 주로 학문적 관심의 대상이 되고 있다.
용어 칼코게나이드 유리는 산소족의 더 무거운 원소 (즉, 칼코겐 S, Se, Te)와 함께 금속 (예를들어, As, Ge, Sb)으로부터 제작된 유리질 물질의 큰 부류로 정의된다. 여기에는 다수의 이러한 유리-형성 칼코게나이드 조성물이 있다. 일반적으로, 칼코게나이드 유리는 낮은 유리전이온도 (일반적으로 180°-300℃) 및 높은 굴절률 (일반적으로 2.5)을 갖는다. 조성물에 따라서, 이들 유리의 투명성 범위는 (대략적으로) 0.8 내지 15 미크론 부분에 걸쳐 있다.
칼코게나이드 유리의 독특한 특징중의 하나는 문헌 (K. Shimakawa, A. Kolobov and S.R Elliott, photoinduced effected and metastability in amorphous semiconductors and insulators, Advances in Physics 44, (1995), 475)에 기술된 바와 같이, 밴드갭 (bandgap) 조명의 작용하에서 그들의 광학적 성질에서 가역적인 변화를 일으키는 그들의 능력이다. 홀로그래프 기록을 위해서 사용되는 칼코게나이드 유리에서 이용되는 5가지의 기본적 원리가 있다: 비편극 광선의 흡수에 따른 굴절률 및 흡수계수의 변화인 광흑화 (photodarkening); 편광의 흡수에 따른 굴절률 흡수계수의 변화인 광유도된 이방성 (anisotropy); 유리상 매트릭스의 광유도된팽창 및 수축인 이완적 구조변화; 용매내에서 칼코게나이드 유리의 노출된 영역의 습식부식; 및 샘플 (예를들어, 은, 구리 등)의 조명된 영역과 집적접촉하는 물질에 의한 칼코게나이드의 포토도핑 (photodoping).
스칼라 (scalar) 광흑화 (즉, 유도성 광선의 편극화와 무관한 광학적 성질에 있어서의 광유도된 변화)는 칼코게나이드 유리에서 잘 연구된 광학적 성질이며, 관련된 기술분야에서는 다음과 같은 과정중의 하나 또는 그 이상의 조합에 의해서 야기되는 것으로 믿어진다: 원자결합 절단, 원자 간격 또는 결합각 분포에 있어서의 변화, 또는 다음 반응식 1과 같은 광유도된 화학적 반응:
2As2S3↔2S + As4S4
무정형-As2S3↔결정성 As2S3
광흑화에 기인하여 굴절률에서 수반되는 변화는 일반적으로 광굴절성 결정 또는 폴리머에 있어서의 변화보다 더 크며, n - 0.1-0.2 까지에 도달할 수 있다 (비교 목적으로, Fe-도핑된 LiNbO3강유전성 결정은 n - 10-4을 갖는다). 1970년대 초반에는, 유리질 As2S3필름의 광학적 흡수의 가역적인 광유도된 쉬프트가 보고되었으며, 이들 물질에서 홀로그램 저장을 위해서 사용되었다. 2,500 시간에 걸친 안정한 암데이타 저장시에 10초 동안 15 mW 레이저 출력 (Ar-이온 레이저)으로 노출시키는 경우에 수 퍼센트의 전형적인 회절효율이 As2S3필름에서 보고되었다. 칼코게나이드 유리에서의 광흑화의 원리를 기본으로하는 홀로그래프적 기록격자 (written grating) 또는 그밖의 다른 홀로그래프 요소의 회절효율의 유사한 파라메터는 다양한 연구자들에 의해서 추후에 보고되었다. 본건과 관련한 중요한 관찰결과는 문헌 [A. Singh, R.A. Lessard and M. Samson, Effect of temperature on diffraction efficiency of hologram recorded in arsenic trisulphide thin films, Optica Acta 31 (1984) 116]에 제시되어 있으며, 여기에서 홀로그래프 격자의 회절효율은 온도가 150℃에 도달함에 따라 극적으로 감소하는 것으로 나타났다. 결론은 As2S3가 100℃ 이상의 온도에서 광학적 저장에 부적합하다는 것이다. 유리-연화온도까지 샘플을 가열하는 것은 현재에는 유도된 광흑화를 소멸시키기 위해서 사용된다 [Shimakawa et al.].
편광에 의한 조명하에서 광학적 변화 (즉, 광학적으로 유도된 복굴절성 및 이색성)인 광유도된 이방성은 홀로그램 기록을 위해서 사용된 칼코게나이드 유리에서 광학적 성질의 두번째 그룹이다. 광학적으로-유도된 이색성 (흡수시의 이방성) 또는 복굴절성 (굴절시의 이방성)과 같은 광학적 성질은 무정형 박막 및 벌크-유리 형태 둘다인 다양한 칼코게나이드 물질에서 연구되었다. 이들 연구는 홀로그래프 데이타 저장을 위한 새로운 매체로 적합한 물질의 발명을 유도하였다. a-As2S3필름에서 약 ~3.10-3의 굴절률 변화는 쯔다노프 (Zhdanov)와 말리노브스키 (Malinovsky)에 의해서 1977년에 최초로 관찰되었으며, 그 이후에 이 주제에 대해 거의 100개의 논문이 반포되었다. 광유도된 이방성과 관련된 구조적 변화는 고려의 대상이다; 그러나, 광유도된 이방성의 구조적 기원은 사실상 스칼라 광흑화의 경우와는 상이하다는 것이 일반적으로 받아들여지고 있다. 하전된 원자 결함의 재배향, 유리상 매트릭스에서 결정성 유니트의 배향 및 결합각 분포에 있서의 변화는 모두 광유도된 이방성의 기원으로서 동등하게 고려되고 있다. 광유도된 이방성을 이용한 칼코게나이드 유리에서의 첫번째 할로그래프 기록 [참조: Ozols et al. holographic recording in amorphous semiconductor films. SPIE 2968 (1997) 282]은 크왁 (Kwak) 등에 의해서 수행되었다. Ar-이온 레이저빔 (514 ㎚) 및 50 mW/㎠ 광강도에 의한 최대 회절효율 (~ 0.2%)은 문헌 [C.H. Kwak, J.T. Kim and S.S. Lee, Scalar and vector holographic gratings recorded in a photoanisotropic amorphous As2S3thin films, Optics Lett. 13 (1988) 437]에서 수십초 정도에 도달하였다. 효과는 선형 편광의 배향을 유도성 빔 (inducing beam)의 배향에 대해 직각 방향으로 변화시킴으로써 필수적으로 가역적이다. 편광에 의한 회절요소 (< 5% 등급의 회절효율)의 홀로그래프 기록의 유사한 특징적 성능은 후에 보고되었다; 그러나, 칼코게나이드 유리에서 벡터성 광유도된 이방성의 연구 분야는 아직도 비교적 미개발되고 있다. 스칼라 변화와 마찬가지로, 홀로그래프 데이타 기록을 위한 벡터성 이방성의 잠재적 용도는 칼코게나이드 유리의 열역학적 불안정성으로 인한 문제를 갖고 있는데, 여기에서 주위온도 또는 상승된 온도에서 장기간에 걸친 이완적 변화, 또는 판독기간 중에 가해진 손상은 일반적으로 홀로그램의 효율을 허용할 수 없는 레벨까지 감소시킨다.
유리상 매트릭스의 점도 및 용적 (팽창)에 있어서의 상당한 변화인 이완적 구조변화가 관찰되었으며, 유리상 매트릭스 상의 표면 릴리프 패턴 (relief pattern)으로서의 홀로그래프 기록을 위해서 사용되었다. 발생된 표면 릴리프 패턴은 안정하며 장기간에 걸쳐서 저장될 수 있다. 이러한 홀로그래프 요소의 회절효율은 수 퍼센트에 도달할 수 있다 (표면 릴리프 패턴의 폭은 몇십 나노메터이다); 그러나, 관찰된 변화는 일반적으로 표면과 관련된 것이고 단지 부분적으로 가변적이기 때문에 (최대 확산효율은 천연의 미리 조명을 한 샘플에서 도달된다), 이 방법은 일반적으로 홀로그래프 데이타 기록에 부적합하다.
완전성을 위해서, 칼코나이드 유리에서 광유도된 홀로그램의 습식 부식은 효과적인 무기 포토레지스트 (photoresist)로서 작용하기 위해서 칼코게나이드 유리의 특징을 이용하며, 여기에서 샘플의 조명을 하거나 조명을 하지 않은 영역은 용매 (양 및 음으로 작용하는 용매 둘다가 사용됨)에 대해 취약성이 있다. 이 효과는 폴리머 보증을 위한 홀로그래프 마스터 (master) 요소의 제조시에 사용하기 위한 잠재성을 갖는다; 그러나, 이것은 기록된 데이타의 발현을 위해서 장시간을 필요로하기 때문에 일반적으로 홀로그래프 데이타 저장에는 부적합하다. 칼코게나이드 유리의 포토도핑은 칼코게나이드 유리의 공지의 특징을 이용하여 샘플의 조명을 한 영역과 물리적으로 접촉하고 있는 물질을 효과적으로 용해시킨다. 이것은 메모리의 단지 1회 기록형에서 잠재적으로 흥미가 있지만, 이 효과는 일반적으로 느리고 비가역적이며, 홀로그래프 데이타 저장에는 바람직한 것으로 간주되지 않는다.
상기 인용된 기록된 홀로그래프 요소는 종종 실온에서 안정한 것으로 언급되고 있지만, 칼코게나이드 유리중의 몇가지의 장기간 열역학적 불안정성은 분명히 이들 물질의 상업화를 방해한다. 대다수의 유기 폴리머 물질의 경우에서와 같이, 칼코게나이드 유리에서 주된 문제중의 하나는 또한 실제로 물질에서 유도된 홀로그램의 일시적인 정착이다. 이 문제가 극복되었다면, 칼코게나이드는 미래의 광학적 디스크에서 광학데이타 저장을 위해서 사용될 수 있다.
본 발명은 일반적으로 광굴절 홀로그래프 기록매체 (photorefractive holographic recording media)를 형성시키기 위해서 사용되는 물질에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 비휘발성의 재기록가능한 (rewriteable) 홀로그래프 매체로서 사용할 수 있는 물질의 그룹에 관한 것이며, 이들로만 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 구체예는 이하에서 다음과 같은 첨부된 도면을 참고로하여 단지 예를들어 설명된다:
도 1은 회절패턴의 비교를 나타낸 것이다.
도 2는 선형 편광에 의한 조명에 따른 As4S3필름에 대한 대표적인 거동을 나타낸 것이다.
도 3은 광유도된 이방성을 상세히 나타낸 것이다.
도 4는 광학 시스템을 나타낸 것이다.
도 5는 간섭패턴의 셋트를 나타낸 것이다.
도면에서 같은 참조숫자는 같은 부분을 의미한다.
본 발명의 구체예는 휘발성 판독 (정보판독시의 소멸), 짧은 암-저장 시간, 비가역성 또는 고가의 광원에 대한 필요성과 같은 선행기술의 상기 언급된 단점을 일으키지 않는 홀로그래프 기록을 위한 신규의 광굴절성 물질을 제공하는 것에 관한 것이다.
본 발명의 한가지 관점에서, 홀로그래프 저장매체는 호스트 물질에 매립된 타입 A4B3또는 A4B4(A = P, As 및 B = S, Se, Te)의 분자 클러스터 (cluster) 화합물을 함유하는 가열매체 (heat medium)를 포함한다. 호스트 물질의 필요조건은 분자 유니트에 적합한 환경을 제공하는 것이며, 분자 유니트에서와 동일한 구성원자 또는 무정형 무기 구조 및/또는 유기-폴리머 상을 형성하는 상이한 원자의 조합으로 이루어지는 무정형 무기 고체 네트워크로 구성될 수 있다.
간섭패턴이 간섭성의 선형 편광에 의한 조명을 이용하여 이 매체내에서 형성된 경우에, 이 간섭패턴의 명영역 (light area)에서 분자 유니트는 그 자체가 선형 편광의 전기장 벡터에 대하여 배향됨으로써, 조명된 영역에서 굴절률의 선택적인 종합적 재분포을 야기시키고 매체내에서 용적상 (volume pahse) 홀로그램 및 그밖의 다른 홀로그래프 요소를 형성시킨다,
홀로그래프 기술분야에서 잘 알려져 있고 이해되고 있는 바와 같이, 용적상 홀로그램은 기록이 이루어지는 매체의 굴절률의 변조로서 정보를 기록한다. 본 발명을 실시함에 있어서, 분자 굴절률의 상당한 변조는 타입 A4B3또는 A4B4(A = P, As 및 B = S, Se, Te)의 분자화합물을 함유하는 유리상-결정성 물질내에서 여기될 수 있다. 이들 물질은 고체-상 물리학 및 화학 기술분야에서 잘 알려져 있는 다양한 방법으로 제조할 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 무기 유리상-결정성 물질은 As 및 Se 원소의 용융물을 4:3의 개개 몰비로 하여 열증착 (thermal evaporation)시킴으로써 제조될 수 있다. 초당 1-3 ㎚의 증착속도로 고진공중에서 실리카 기질상에 용융물을 증착시킴으로써 제조될 As4Se3의 매립된 분자 유니트를 갖는 무정형 네트워크로 구성된 물질이 유도된다. 분자-유니트상의 농도는 용융물의 온도, 기질의 온도, 용융물내의 원소의 몰비, 증착속도, 생성된 필름의 온도처리 등과 같은 조건에 따라 좌우되며, 더 구체화될 필요는 없다. 홀로그래프 매체의 제조를 위해서는 다양한 제조방법, 예를들어 화학적 증착 (CVD)의 스핀코팅 (spin coating); 또는 분자 유니트의 추출 및 이로 인한 폴리머상으로의 배합이 이용될 수 있는 것으로 예상된다. 유사한 유리상-결정 조성물은 또한 As4Se3및 As4Se4의 분자 유니트와 유사한 분자 유니트를 형성하도록 비소 및 셀레늄이 아닌 다른 원소와의 배합물, 예를들어 비소와 황, 인과 황, 또는 인과 셀레늄을 사용하여 제조할 수 있다.
연구의 결과로 선형 편광에 의한 조명하에서 이들 분자 유니트를 재배향 및 배열시키는 것이 반복적으로 및 가역적으로, 또는 필요에 따라 영구적으로 가능할 수 있는 것으로 나타났다. 배열된 분자 유니트 만을 갖는 영역 및 또한 배열된 분자 유니트와 호스트 매체의 영역의 굴절률 또는 광학밀도 사이의 작은 차이는 조합물의 광학적 특성에 대한 그들의 효과에서 증폭되기 때문에, 광학적 성질/홀로그래프 성능에서의 목적하는 변화는 이러한 방식으로 유도될 수 있다.
본 발명의 첫번째 구체예에 따르면, 조성 As4Se3의 홀로그래프 요소는 As 및 Se의 4:3 몰비의 용융물의 열증착에 의해서 제조될 수 있다. 이들 A4B3케이지 (cage) 분자 [A = P, As, B = S, Se]의 열적 거동의 상세한 내용은 문헌 [R. Blachnik and U. Wickel, Thermal behavior of A4B3 cage molecules (A = P, As; B= S, Se, Thermochimica Acta 81 (1984) 185]에 기술되어 있다. 증착속도는 초당, 1-3 ㎚이며, 생성된 필름은 두께가 1 ㎛였다. 도 1(a)의 As4Se3필름의 X-선 회절스펙트럼의 분석은 CS2에 의한 생성물의 진공승화 및 CS2에 의한 생성물의 추출에 의해서 가공된 유사한 물질과 필수적으로 동일한 회절패턴을 나타내며, 이것은 도 1(b)에 나타낸 α-As4Se3분자 결정의 대표적인 것으로 믿어진다 (Blachnik R. and Wickel U., Thermochimica Acta, 81 (1984), 185-196). 도 1에 도시된 데이타의 상세한 사항은 이하에 더욱 상세히 설명되어 있다. 도 1은 다음의 X-선 (CuKα) 회절패턴을 비교하여 나타낸 것이다: (a) 1 ㎛ 두께로 증착된 As4Se3필름; (b) 진공승화 및 CS2중에서의 추출에 의해서 제조된 결정성 α-As4Se3(피크 강도는 X-선 사진으로부터 추정되었다)(Blachnik and Wickel (1984)); (c) 약 350 K의 온도에서 수시간 동안 어니일링된 1 ㎛ 두께의 As4Se3필름의 회절패턴; (d) 단사결정 (monoclinic) c-As4Se3의 X-선 회절도 (Smail E.J. and Sheldrick G.M., (1973) Acta Crystallogr. B29, 2014에 따름).
선형 편광에 대한 노출에 의해 상기 홀로그래프 요소의 처리는 유도성의 선형 편광의 전기 벡터에 관하여 굴절률을 변조시킨다. He-Ne 레이저 광선 (633 ㎚, 100 mW/㎠)은 이러한 편광의 하나의 공급원이지만, 본 기술분야에서 공지되어 있는 것으로 그밖의 다른 형태가 사용될 수 있다. 도 2는 유도성 광선의 전기 벡터가 실험중에 두개의 상호 직교하는 방향으로 배향된 (도 2에서 화살표로 표시됨) 몇개의 연속적 사이클중에 천연 As4Se3필름에서 흡수계수 αII및 α⊥의 변조를 나타낸다. αII및 α⊥은 각각 유도성의 선형 편광의 전기 벡터에 대해 평행방향 (II) 및 직교방향 (⊥)에서 조명을 한 샘플의 흡수계수이다. 흡수계수의 유도된 변조는 하기 수학식 1의 투과된 광강도의 비율로서 표시된다:
χ = 2(III- I⊥) / (III+ I⊥) ~ (III+ I⊥)
III는 분자 유니트의 배열 및 재배향을 위해서 사용된 원래의 선형으로 편극된 He-Ne 레이저 광선의 투과된 광선의 강도이며, I⊥는 상기한 분자-유니트 배열 및 재배향 He-Ne 레이저 광선에 대해 직교하는 편극 벡터를 갖는 선형으로 편극된 He-Ne 레이저의 투광강도이다. 이것을 사용하여 불연속적인 짧은 시간 간격으로 홀로그래프 요소를 시험하였으며, 즉 분자 유니트의 배열 및 재배향의 양을 시험하였다. 투광강도 측정이 크래머스-크로니그 (Kramers-Kronig) 관계에 의해 굴절률의 변화와 직접적으로 관련되어 있다는 것은 광학기술 분야에서 잘 알려져 있으며 이해되고 있다. 따라서, 도 2는 또한 물질에서의 굴절률의 변조를 직접적으로 나타낸다. 결과는 선형 편광된 광선에 의한 조명에 따른 천연의 1 ㎛ 두께의 As4Se3필름의 특징적 거동을 나타낸다. 편극 변화 사이의 시간간격은 30분이다.
상기의 배열 및 재배향 레이저의 전기 벡터의 배향이 직교 방향 (도 2에서 격자선 사이에서 화살표로 표시됨)으로 변화되는 경우에, 이전의 레이저 조명에 관하여 비율 χ로 제시된 분자 유니트의 배열 및 배향의 양은 0 까지 변화될 수 있으며, 분자 유니트의 재배향 까지도 이전의 것에 대하여 대체로 직교하는 방향으로 더 계속될 수 있다. 이러한 배향 및 소멸의 사이클은 주위온도에서 수회 반복될 수 있다.
상기에서 사용된 홀로그래프 요소는 상승된 온도에 적용되었다. 외부 가열하거나 또는 직접적으로 광선을 흡수함으로써 야기된 상승된 온도에서 전적으로 A4B3또는 A4B4분자로 구성된 결정은 플라스틱적인 결정양 상태로 변형된다는 것은 관련된 기술분야에서 공지되어 있다. 플라스틱상에서 분자간 힘은 A4B3또는 A4B4분자가 전형적으로 열적 또는 기계적 기원의 외부장의 영향하에서 매체내에서 비교적 자유롭게 배향될 수 있는 것으로 믿어지는 방식으로 약화된다. 현재에는, 편광을 갖는 조명에 의해 이러한 플라스틱상에서 분자를 배향 및 배열시키는 것이 반복적으로 및 가역적으로, 또는 경우에 따라 영구적으로 지향적으로 가능한 것으로 밝혀졌다. 분자 유니트의 이러한 선택적 재배향은 홀로그래프 매체를 분자의 플라스틱-상 변화와 연관된 온도 이하의 온도로 냉각시킨 후에 유리에서 보존 될 수 있다. 따라서, 특정한 굴절률을 초래하는 플라스틱 상 형성의 온도에서 분자의 회전에 기인한 광학축의 선택적 배향은 상기의 홀로그래프 요소에서 보존될 수 있다. 도 3(a)는 He-Ne 선형으로 편극된 레이저 (λ= 632.8 ㎚ 및 ~ 50-100 mW/㎠의 유도성 광선의 강도를 가짐)에 의한 As4Se3샘플에 대한 플라스틱-상-변화 전이온도에서의 광-유도된 이방성의 대표적인 동력학을 예시한 것이다. 온도는 샘플의 외부 가열에 의해서 주위온도 (303 K)로부터 플라스틱-상-변화 온도로 상승하였다 ((a)에서 점손으로 표시된 온도 프로필 참조). 도 3(b)는 플라스틱-상-변화온도에서 광유도된 이방성을 상세히 나타낸 것이다. 편극은 격자선 상에서 변화되었다. 유도 광선의 전기 벡터의 상대적 배향은 화살표로 나타낸다. 도 2와 비교한 시간반응의 유의적인 증가를 주목하여야 한다. 더 상세하게 도 3(a)는 주위온도로부터 As4Se3이 플라스틱적인 결정성 변이체로 변형되는 대략 443 K의 온도로 가열하는 동안에 1 ㎛ 두께의 As4Se3필름에서 투과된 광선강도 비 χ의 대표적인 동력학을 나타낸 것이다. 분자의 재배향 및 배열을 위해서 필요한 더 짧은 시간에 따른 광유도된 이방성 (χ) 진폭의 유의적인 증가는 도 2와의 비교에 따라 도 3(b)로부터 구분될 수 있다. 분자 유니트 As4Se3로 구성되는 것으로 믿어지는 단사결정 c-As4Se3의 X-선 회절도 (도 1(d))와 약 400 K에서 수시간 동안 어니일링시킨 후에 As4Se3물질의 X-선 회절패턴 (참조 도 1(c))의 비교는 제조된 As4Se3필름의 원래의 우세한 As4Se3분자 유니트 (도 1(a))가 As4Se3분자로 상당히 전환되었음을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 구체예에 따라 기록매체 내에 홀로그래프 이미지의 형태로 데이타를 "기록"하는 능력을 제공하기 위해서 사용될 수 있는 광학장치의 한가지 배치를 예시한 것이다. 얼마나 다양한 형태의 홀로그래프 패턴이 형성될 수 있는지에 대한 설명을 돕기 위해서 도 5a, 5b 및 5c를 우선 참고로 할 수 있다.
홀로그래피의 원리는 하나는 기준 빔 (reference beam)이라 부르고 다른 것은 오브젝트 빔 (object beam)이라 부르는 두개의 간섭성 광선빔의 간섭에 있다. 두개의 빔이 모두 선형으로 편극되고, 진폭 (강도) 및 상 (편극)에 있어서 동등하며, 특정한 각도로 샘플에 입사된다면, 이들은 소위 홀로그래프 격자를 형성한다. 이러한 격자에서 광강도 분포 51은 광선의 파장 및 입사각도에 따라 좌우되며, 도 5a에 도시된 암 52 및 명 53 영역을 교호시키는 사인형 함수 (sinusoidal function)이다.
그러나, 선형으로 편극된 빔의 하나가 예를들어, 빔의 편극각도가 두번째 빔에 대해 직교하도록 다른 것에 대해 쉬프트된 상이라면, 이들 두개의 빔은 여전히 기질상에서 간섭으로 인하여 회절격자를 형성하지만, 이것은 첫번째 예에서와 같은 강도격자 (intensity grating)가 아니며 대신에 상격자 (phase grating) 54이다. 즉, 간섭성 광선의 더 밝고 더 어두운 "선"이 없을 수 있다. 실제로, 강도 분포는 일정한 값일 수 있지만, 상 분포는 변화할 수 있다. 두개의 선형으로 편극된 빔이 서로에 대해 직교하는 그들의 편극 축을 가진다면, 이들은 기질 상에서 간섭을 일으킬 수 있다; 생성된 패턴은 원형 편광의 부분 55와 선형 편광 56으로 구성된 것으로 도 5b에 나타낸 교호성 영역으로 구성된다. 원형 편광의 부분은 좌측의 원형 편광의 부분으로부터 우측의 원형 편광의 부분으로 변화한다 (화살표로 표시되는 바와 같음). 도면은 극한적인 경우를 나타낸 것이며; 물론 경계선에서는 일반적으로 타원형 편광이 존재한다.
그러나, 하나는 우측이고 다른 것은 좌측인 두개의 간섭성 빔이 원형으로 편극된 경우에, 간섭패턴은 다시 동일한 강도를 가질 수 있지만, 패턴의 상은 선형편광의 부분의 두가지 타입을 유도하는 간섭패턴 57을 나타내는 도 5c의 경우처럼 보일 것이다.
마지막 두가지 예 54 및 57은 홀로그래프 기술분야에서 "편극 홀로그래피"라고 불리운다. 상 패턴을 기록할 수 있도록 하기 위해서는 광선의 상에 대해 민감한 매체가 필요하다. 대부분의 매체는 진폭에 대해서만 민감하다 (예를들어, 은 할라이드 (사진 유제), 리튬 니오베이트 또는 대부분의 폴리머). 그러나, 몇가지는 상 (중합반응)에 대해서도 마찬가지로 민감하다. 예를들어, 몇가지 광굴절성 폴리머 또는 칼코게나이드 유리 (괌심의 대상인 물질). 상 홀로그램은 진폭 홀로그램에 비해서 더 효율적이다 (즉, 광선 강도에 대해 민감하다). 본 발명의 구체예는 이들 홀로그래피 타입중의 어떤 것이나를 사용할 수 있다.
빔이 물체에 부딪치면 이것은 반사하게 되고, 원칙적으로 진폭 뿐 아니라 물체로부터의 광선의 상도 변화한다. 표준 사진 유제는 진폭변화 만을 기록하며, 따라서 매우 "편평한 (flat)" 정보함량을 갖게 된다. 그러나, 이 광선 빔 (오브젝트 빔)이 두번째의 "기준" 빔과 간섭하도록 허용되는 경우에, 이것은 샘플상에서의 일반적인 광선-강도 변이를 초래하게 된다. 샘플이 강도 변이를 기록할 수 있다면, 물체의 매우 이상적인 이미지가 기록될 수 있으며, 기준 빔 만으로 샘플을 조명함으로써 다시 재생될 수 있다. 이것은 홀로그래프 데이타 저장 및 홀로그래피 그 자체의 배후의 광범한 원리이다.
도 4는 홀로그래프 기록 또는 판독 장치에 대해 가능한 구성을 나타낸 것이다. 장치 60은 명 및 암 도트 (dot)를 이용하여 잘 규정된 데이타 스트림을 갖는물체 (예를들어, 투과성 액정 디스플레이 또는 마이크로미러 (micromirror))일 수 있는 공간 광선변조기 (spatial light modulator; SLM)를 사용한다. 도 4는 두개의 빔인 기준 빔 62 및 오브젝티브 빔 63을 나타낸다. 이들은 간섭성 광선 64 (예를들어, 레이저)의 공급원으로부터 제 1 빔으로서 형성된다. 광원 64로부터의 광선은 빔을 두개의 동등한 부분으로 분할하는 빔스플리터 (beamsplitter) 66을 통과한다. 빔의 부분들은 편향되지 않으며, 계속해서 거울 (mirror) 67에 의해서 반사되어 기준 빔 62를 형성하는 반면에, 다른 부분은 옆쪽에서 웨이브플레이트 (waveplate)로 반사되어 오브젝티브 빔을 형성하며, 그후에 둘다는 개별적으로 처리된다. 여기에는 같은 방식으로 또 다른 웨이브플레이트 69가 존재한다. 광선이 웨이브플레이트에 부딪치면 이에 따라 광선의 상은 변화한다. 두개의 웨이브플레이트가 λ/2 웨이브플레이트이고 적절히 배열된 경우에는, 빔의 상부 부분이 빔의 하부 부분에 대해서 직교하는 선형으로 편극된 편극 벡터를 갖도록 λ/2 웨이브플레이트의 특정한 배향이 이루어질 수 있다 - 이것은 도 5a에 도시된 간섭패턴을 제공하게 된다. 두개의 웨이브플레이트가 λ/4 웨이브플레이트이고 적절히 배열된 경우에는, 빔의 상부 부분이 빔의 하부 부분에 관해 좌측의 원형으로 편극된 편극 벡터를 갖도록 λ/4 웨이브플레이트의 특정한 배향이 이루어질 수 있다. 최초의 선형으로 편극된 빔의 하부 부분은 λ/4 웨이브플레이트에 의해서 배열되어 우측의 원형으로 편극된 빔을 생성시킬 수 있다 - 이것은 도 5b에 도시된 간섭패턴을 제공하게 된다.
빔의 하부 부분이 SLM 61을 통과하고, "푸리에 (Fourier) 변형"된, 즉 기질또는 샘플 71 상의 렌즈 70에 의해서 촛점이 맞추어진 후에, 간섭패턴의 기록될 수 있고, 이어서 렌즈 73에 의해서 적합하게 촛점이 맞추어진 CCD 또는 CMOS 카메라 72 상에서 기준 빔에 의해서 판독될 수 있다. 샘플을 이동시켜 또 다른 스폿트 (spot)를 기록할 수 있다. 이것은 완전히 다른 스포트로 이동시키거나, 상 마스크 (phase mask)를 사용하여 수행될 수 있다. 원칙적으로, 몇개의 홀로그램을 "거의" 동일한 스폿트내로 기록할 수도 있으며, 소위 상-다중화 (phase-multiplexing)라 부른다.
이러한 방식으로, 샘플 71에서 간섭패턴이 형성될 수 있다. 이 샘플의 온도가 본 명세서에 기술된 바와 같이 조절된다면, 샘플내에 매립된 분자 유니트는 선택적으로 배향될 수 있다. 그후, 샘플이 냉각되면, 이것을 이동시킬 수 있으며, 분자 유니트가 비교적 고정된 배향을 갖기 때문에 이것은 간섭정보를 보유할 수 있다. 이것은 SLM을 이용하여 정보입력의 기록을 유지시키며, 이어서 유사한 장치를 통해서 판독될 수 있다.
주위온도에서 배열된 분자 유니트의 훨씬 더 느린 재배향 이동성은 이 물질에서 장시간 또는 영구적인 데이타 저장을 가능하게 한다. 이렇게 고온 유도된 이방성의 장시간 저장은 수주일의 연장된 기간동안 실온에서 관찰되었으며, 이 효과는 필요한 한계 (2 년 이상 동안의 데이타 저장으로서) 내에서 안정하다.
따라서, 본 발명의 구체예는 (a) 편극된 레이저 광선의 영향하에서 배열 및 배향할 수 있는 분자 유니트 및 (b) 분자 유니트가 매립되는 무정형 무기 유리상 네트워크 또는 유기 폴리머 형태의 호스트 매체를 포함하는 홀로그래프 기록매체및 그의 형성방법을 제공한다. 본 발명이 이들 구체예로 제한되지는 않음을 이해하여야 한다.
간섭패턴이 편광에 의한 조명을 이용하여 이 매체내에서 형성되는 경우에, 이 간섭패턴의 명영역에서 분자 유니트는 그 자체가 선형 편광의 전기장 벡터에 관하여 배향하며, 이렇게하여 이전의 균질한 매체내에서 분자 유니트의 공간배향의 선택적 재분포 및 매체내에서 용적 홀로그램 (volume hologram)의 형성을 야기시킨다. 편광에 대한 이러한 반응의 크기 및 속도는 상승된 온도에서 칼코게나이드 필름을 조명함으로써 크게 증진되며; 주위온도로 후속 냉각시킴으로서 이 거대반응 (giant response)에서 정지시켜 배향내의 분자 유니트를 고정시킨다.
본 발명의 특정한 구체예는 이것이 편극된 홀로그램을 저장할 수 있다는 점에서 경쟁적 홀로그래프-저장매체에 비해서 부가된 잇점을 제공한다. 이 물질은 한가지 바람직한 구체예에서, 특정한 처리조건하에서, 예를들어 상승된 온도에서의 조명에 이은 주위온도로의 신속한 냉각에 의해서 편광에 의한 조명에 따라 이색성 및 복굴절성의 큰 값내에서 유도될 수 있는 분자 클러스터를 함유하는 칼코게나이드 유리이다.
홀로그램 저장매체로서 확인된 물질중의 한가지는 유리상 매트릭스내에 분산된 As4Se3분자를 함유하는 As-Se 칼코게나이드 합금이다. 이색성 또는 복굴절을 유도하는 경우에 편광의 작용은 편광의 전기 벡터에 의해서 결정된 방향으로 매트릭스내에서 이들 쌍극성 분자를 회전시키는 것으로 믿어진다. 이렇게 믿어지는 이유중의 하나는 As4Se3분자의 더 작은 농도를 함유하는 물질이 더 작은 값의 포화된 이색성을 나타낸다는 것이다.
As4Se3와 같은 클러스터 분자의 매우 민감한 프로브 (probe)는 좁은 밴드 (narrow band) 진동 스펙트럼이 호스트 무정형 매트릭스의 전형인 넓은 밴드 (broad band) 보다 훨씬 더 고도로 분할된다는 라만 (Raman) 분광학이며, 따라서 이것은 저장된 홀로그램 (간단하게는, 예를들어 두개의 비-공선적 간섭성 레이저 빔에 의해서 생산된 격자)을 함유하는 칼코게나이드 필름의 국소적인 구조를 조사하는데 사용될 수 있다. 라만 스펙트럼은 저장된 간섭패턴에서 각각 최대값 및 최소값을 함유하는 물질의 공간적 부분에서 조사될 수 있다. 저장된 "홀로그램"의 편극된 성질은 비-배열된 부분으로부터 배열된 부분을 구별하는데 유용할 수 있다. 다양한 물질은 또한 광학적으로 활성이며 회전가능한 클러스터 분자를 함유할 수도 있다. 호스트 무정형 매트릭스의 편극된 (HH, HV) 넓은 라만 밴드 특징에서의 변화를 조사하여 그안에서 유도될 수 있는 어떠한 광학적 이방성 변화라도 검출할 수 있다. 온도효과가 또한 조사될 수도 있다.
현재는 (제한적인 것은 아니지만), As-Se 유리의 경우에 As4Se3분자가 최적의 광학적 요소를 제공하는 것으로 믿어진다. 열증착에 의해서 제조된 필름의 경우에, 광학적으로 활성인 As4Se3분자의 농도는 다수의 파라메터, 예를들어, 증착보트의 온도, 증착의 속도, 기질 온도 등에 따라 좌우된다. 필름특성의 최적화는 증착조건 및/또는 그밖의 다른 제조조건을 변화시킴으로써 달성될 수 있다.
또 다른 신규의 방법은 예를들어, 적합한 용매중에 용해시킴으로써 벌크 유리로부터 광학적으로 활성인 클러스터 분자를 추출 및 분리시키는 것이다. 그후에 이러한 분자는 선택된 농도로 적합한 고체 매트릭스내에 분산될 수 있다. 이러한 매트릭스는 유사한 (또는 상이한) 조성의 칼코게나이드 유리 또는 폴리머 물질일 수도 있다. 그후에 이러한 클러스터-매트릭스 복합재의 필름은 예를들어, 스핀-코팅에 의해서 제작될 수 있다. 또 다른 방법은 재기록가능한 편극된 홀로그래프 저장매체에 대한 기본으로서, 경우에 따라 유기 매트릭스 내에 분산된, 쌍극성 유기 클러스터 분자를 합성하는 것이다.
저장매체는 캡슐화될 수 있다. 투명한 층에 의한 광학적-활성 필름의 캡슐화 (encapsulation)는 저장매체가 열-처리되는 경우에 칼코게나이드 (또는 그밖의 다른) 활성층의 열적 산화 또는 증착으로 인한 비가역적 손상을 방지하는데 매우 바람직하다. 또한, 이 캡슐화 필름은 판독-기록 레이저 파장에 대한 비-반사성 코팅을 형성할수 있으며, 이렇게 함으로써 회절효율을 개선시킨다. 상이한 형태의 캡슐화 물질은 불활성 (inertness) 및 필름 완전성 (integrity)을 포함한 바람직한 특징을 제공할 수 있다.
클러스터-함유 칼코게나이드 (및 그밖의 다른) 물질에서 홀로그래프 데이타 저장의 추가의 최적화에는 기록-속도, 저장된 홀로그램의 열 및 일시적 안정성, 소멸 효율, 저장밀도 잡음원, 및 비트-오류율이 수반될 수 있다.
신규한 분자-클러스터 홀로그래프 저장매체의 또 다른 신규한 관점은 이들이LiNbO3와 같은 경쟁적 물질 또는 단지 스칼라 (비편극된) 홀로그램 만을 저장할 수 있는 폴리머와는 달리 편극된 광원을 사용하여 형성된 편극된 홀로그램을 저장할 수 있다는 점이다. 더구나, 적어도 효과가 이미 연구된 실온에서 광유도된 이방성은 약화됨이 없이 매우 다수의 사이클 동안 직교성 편극에서 가역적으로 소멸 및 재기록될 수 있다. 동일한 가역성 및 약화의 결여는 특히 샘플이 비가역적인 손상 (예를들어, 증착, 산화 등)을 배제하도록 충분히 잘 캡슐화된다면 고온 조명에 대해서 관찰될 수 있다. 이방성은 고온에서 직교성 편극에 대해 재기록될 수 있는 것으로 입증되었다. 편극된 홀로그램을 저장하는 능력은 몇가지 새로운 연구의 길을 열어 놓았다. 예를들어, 원칙적으로, 스칼라 홀로그램 저장에 비해서 저장밀도에 있어서의 감지가능한 증가가 허용되어야 한다.
이 기술은 기존의 기술에 비해서 데이타-저장 밀도 및 정보-검색율을 현저하게 증가시킬 수 있다. 따라서, 현존하는 IT 기술이 증진될 수 있으며, 특히 홀로그래프 데이타 저장에 의해서 도달할 수 있는 Gbit-sec 데이타-검색율을 극복하기에 충분한 밴드폭을 갖는 광섬유에 의한 데이타 통신에 관한 그밖의 다른 신규한 응용도 예견될 수 있다. 그 예는 수요가 있는 비디오일 수도 있다.
플라스틱 상 변화의 온도에 가깝게 또는 그 이상으로 매체를 가열하는 것은 외부적으로 제공될 수 있거나, 또는 편광 (또는 상이한 파장의 전자기적 방사)의 흡수에 의해 일단계로 또는 또 다른 적합한 방식으로 제공될 수 있는 것으로 이해된다.
또한, 본 발명에 따르는 홀로그램은 물질의 밴드갭에 따라 상이한 광출력의 자외선으로부터 근적외선 까지의 범위인 광범한 에너지를 갖는 레이저에 의해서 발생될 수 있는 것으로 이해될 수 있다. 마찬가지로, 펄스되거나 연속적인 출력의 레이저를 이용할 수 있다.
마찬가지로, 본 발명으로부터 유래하는 홀로그램은 또 다른 광학 구조물에 통합될 수 있는 것으로 이해된다. 또한, 홀로그램은 홀로그램 요소의 표면 노후화를 기계적으로 보호하고 방지할 수 있는 깨끗한 투명 폴리머 또는 유사한 보호성 유기 또는 무기물질로 표면 코팅될 수 있다.
또한, 물질이 플라스틱-상 변화를 일으키는 온도에서의 현상의 시간반응의 상당한 감소는 선형으로 편극된 유도성 빔의 광선출력 밀도를 증가시킴으로써 도달될 수 있는 것으로 이해된다.
또한, 분자 유니트의 재배향, 및 이에 따른 굴절률에 있어서의 변조는 비-간섭성의 선형 편광의 고도로 집중된 빔에 의한 As4Se3-함유 매체의 조명에 의해서 이차원 형태의 광학 메모리 (즉, CD 및 DVD)에 대해서도 이용되어 소정의 층에서 기록된 비트의 2D 어레이 (array)를 제공할 수 있는 것으로 이해된다.
본 발명은 상세히 그의 특정한 구체예를 참고로 기술되었지만, 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면서 다양한 변화를 이룰 수 있다는 것은 본 기술분야에서 숙련된 전문가에게는 명백할 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기 언급된 문제를 적어도 부분적으로 완화시키는 것이다.
본 발명의 첫번째 관점에 따르면, 예정된 전이온도 이상의 온도상승에 대한 반응으로 제 1 열역학적 상으로부터 제 2 열역학적 상으로 상변화를 일으키는 무정형 호스트 (host) 물질; 호스트 물질에 매립되고 광원으로부터의 조명에 대한 반응으로 배향될 수 있는 다수의 광감성 분자 유니트를 포함하며, 이렇게하여 분자 유니트는 호스트 물질이 전이온도와 동등하거나 그 이상인 온도에 있을 때는 그렇게 배향될 수 있지만 전이온도 이하의 온도에서는 실질적으로 고정된 배향을 유지하는 홀로그래프 기록매체가 제공된다.
본 발명의 두번째 관점에 따르면, 물질이 제 1 열역학적 상으로부터 제 2 열역학적 상으로 열역학적 상변화를 일으키는 예정된 전이온도 이상으로 무정형 호스트 물질을 가열하고; 광원을 통해서 호스트 물질에 선택적으로 조명을 함으로써 조명광선에 대한 반응으로 호스트 물질내에 매립된 광감성 분자 유니트를 배향시키고; 이어서 전이온도 이하의 호스트 물질을 호스트 물질이 제 1 열역학적 상태로 있는 온도로 냉각시킴으로써 분자 유니트의 배향을 실질적으로 고정시키는 단계를 포함하는 홀로그래프 요소의 형성방법이 제공된다.

Claims (34)

  1. 예정된 전이온도 이상의 온도상승에 대한 반응으로 제 1 열역학적 상으로부터 제 2 열역학적 상으로 상변화를 일으키는 무정형 호스트 물질;
    호스트 물질에 매립되고 광원으로부터의 조명에 대한 반응으로 배향될 수 있는 다수의 광감성 분자 유니트를 포함하며,
    이렇게하여 분자 유니트는 호스트 물질이 전이온도와 동등하거나 그 이상인 온도에 있을 때는 그렇게 배향될 수 있지만 전이온도 이하의 온도에서는 실질적으로 고정된 배향을 유지하는 홀로그래프 기록매체.
  2. 제 1 항에 있어서, 분자 유니트가 타입 A4B3의 분자 화합물을 포함하며, 여기에서 A는 인 또는 비소이며 B는 황, 셀레늄 또는 텔루륨인 기록매체.
  3. 제 1 항에 있어서, 분자 유니트가 타입 A4B4의 분자 화합물을 포함하며, 여기에서 A는 인 또는 비소이며 B는 황, 셀레늄 또는 텔루륨인 기록매체.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 호스트 물질이 무기 유리상 매트릭스 물질을 포함하는 기록매체.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 호스트 물질이 무기 결정성 매트릭스 물질을 포함하는 기록매체.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 호스트 물질이 칼코게나이드 유리를 포함하는 기록매체.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 광원이 선형 편광의 공급원을 포함하는 기록매체.
  8. 제 7 항에 있어서, 광원이 레이저를 포함하는 기록매체.
  9. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 광원이 원형 편광의 공급원을 포함하는 기록매체.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 분자 유니트가 쌍극자 모멘트를 갖는 대략 구형인 분자를 포함하는 기록매체.
  11. 제 10 항에 있어서, 쌍극자 모멘트가 광원과 연관된 전기장 벡터와 상호작용하여 개개 분자 유니트의 배향을 야기시킬 수 있는 기록매체.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 호스트 물질내의 선택된 부분에서 분자 유니트의 배향이 광유도된 이방성 반응을 제공하는 기록매체.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 분자 유니트가 통상적으로 배향된 호스트 물질의 부분이 분자 유니트가 그렇게 통상적으로 배향되지 않은 호스트 물질의 부분과는 다른 굴절률을 갖는 기록매체.
  14. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 분자 유니트가 통상적으로 배향된 호스트 물질의 부분이 분자 유니트가 그렇게 통상적으로 배향되지 않은 호스트 물질의 부분과는 다른 흡수율을 갖는 기록매체.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 분자 유니트가 반도체 물질을 포함하는 기록매체.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 분자 유니트가 호스트 물질 상에 침착된 박막을 포함하는 기록매체.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 기록매체의 표면을 실질적으로 피복시키는 투명한 보호층을 포함한 캡슐화제를 추가로 포함하는 기록매체.
  18. 물질이 제 1 열역학적 상으로부터 제 2 열역학적 상으로 열역학적 상변화를 일으키는 예정된 전이온도 이상으로 무정형 호스트 물질을 가열하고;
    광원을 통해서 호스트 물질에 선택적으로 조명을 가함으로써 조명광에 대한 반응으로 호스트 물질내에 매립된 광감성 분자 유니트를 배향시키고;
    이어서 전이온도 이하의 호스트 물질을 호스트 물질이 제 1 열역학적 상태로 있는 온도로 냉각시킴으로써 분자 유니트의 배향을 실질적으로 고정시키는 단계를 포함하는 홀로그래프 소자의 형성방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 분자 유니트가 타입 A4B3의 분자 화합물을 포함하며, 여기에서 A는 인 또는 비소이며 B는 황, 셀레늄 또는 텔루륨인 방법.
  20. 제 18 항에 있어서, 분자 유니트가 타입 A4B4의 분자 화합물을 포함하며, 여기에서 A는 인 또는 비소이며 B는 황, 셀레늄 또는 텔루륨인 방법.
  21. 제 18 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 호스트 물질이 무기 유리상 매트릭스 물질을 포함하는 방법.
  22. 제 18 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 호스트 물질이 무기 결정성 매트릭스 물질을 포함하는 방법.
  23. 제 18 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 호스트 물질이 칼코게나이드 유리를 포함하는 방법.
  24. 제 18 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서, 배향단계가 호스트 물질을 편광으로 조명하는 것을 포함하는 방법.
  25. 제 18 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 분자 유니트가 통상적으로 배향된 호스트 물질의 부분에서의 굴절률을 그렇게 배향되지 않은 호스트 물질의 부분에서의 굴절률에 대비해서 변화시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  26. 제 18 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 분자 유니트가 통상적으로 배향된 호스트 물질의 부분에서의 흡수율을 그렇게 배향되지 않은 호스트 물질의 부분에서의 흡수율에 대비해서 변화시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  27. 제 18 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서, 호스트 물질이 외부 가열에 의해서 가열되는 방법.
  28. 제 18 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서, 호스트 물질이 편극된 레이저 광의 흡수에 의해서 가열되는 방법.
  29. 제 18 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 열역학적 상태가 고체 상태를 포함하는 방법.
  30. 제 18 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 2 열역학적 상태가 플라스틱-양 상태를 포함하는 방법.
  31. 제 18 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서, 호스트 물질이 실온에서 실질적으로 고체인 방법.
  32. 제 18 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서, 분자 유니트를 배향시키는 단계가 각각의 유니트에 대하여, 분자 유니트와 연관된 쌍극자 모멘트를 조명광과 연관된 전기 벡터에 의해서 배열시키는 것을 포함하는 방법.
  33. 제 18 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서, 분자 유니트를 가역적으로 배향시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  34. 제 18 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서, 호스트 물질을 예정된 전이온도 이상으로 재가열하고; 분자 유니트를 광원을 통해서 재배향시키고; 호스트 물질을 예정된 전이온도 이하로 냉각시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
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