RU2456684C1

RU2456684C1 - Method to read recorded optical information from multi-layer carrier with photosensitive medium

Info

Publication number: RU2456684C1
Application number: RU2011106756/28A
Authority: RU
Inventors: Евгений Петрович Гребенников (RU); Евгений Петрович Гребенников; Вагиз Равилевич Курбангалеев (RU); Вагиз Равилевич Курбангалеев
Original assignee: Евгений Петрович Гребенников; Вагиз Равилевич Курбангалеев
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2011-02-24
Publication date: 2012-07-20

Abstract

FIELD: information technologies.

SUBSTANCE: medium is represented by a set of wave guides, comprising central wave guide layers with a photosensitive medium, and solid input diffraction gratings with different periods, placed between the central wave guide layer with a photosensitive medium and a border wave guide layer of each wave guide along the entire surface. Reading is carried out by means of input of reading laser radiation directed at the multi-layer carrier at angle different for each wave guide into central wave guide layers with a photosensitive medium via solid diffraction input gratings.

EFFECT: higher validity in selective reading of optical information recorded in a multi-layer photosensitive medium.

3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области накопления информации с помощью оптических средств и может быть использовано для повышения достоверности при селективном считывании оптической информации, записанной в многослойный носитель с фоточувствительной средой.The invention relates to the field of information accumulation using optical means and can be used to increase the reliability of the selective reading of optical information recorded in a multilayer medium with a photosensitive medium.

Из уровня техники известен способ записи и считывания оптической информации сфокусированным лазерным излучением в многослойный носитель с фоточувствительной средой (RU 2181509 C2, G11B 7/24, 2002; RU 2248620 C2, G11B 7/24, 2005). В данном решении за счет использования оптического носителя информации, содержащего несколько слоев, каждый из которых является прозрачным (пропускающим) для лазерного луча небольшой интенсивности (несфокусированного лазерного луча) и становится считываемым непрозрачным (поглощаемым) для лазерного луча большой интенсивности (сфокусированного лазерного луча), обеспечивается возможность записи и считывания информации через несколько слоев, но с небольшими помехами и ошибками, что уменьшает достоверность при селективном считывании записанной информации.The prior art method for recording and reading optical information by focused laser radiation into a multilayer medium with a photosensitive medium (RU 2181509 C2, G11B 7/24, 2002; RU 2248620 C2, G11B 7/24, 2005). In this solution, through the use of an optical information carrier containing several layers, each of which is transparent (transmitting) for a low-intensity laser beam (unfocused laser beam) and becomes readable opaque (absorbed) for a high-intensity laser beam (focused laser beam), it is possible to write and read information through several layers, but with small interference and errors, which reduces the reliability of selective reading for isannoy information.

Изобретение направлено на повышение достоверности при селективном считывании оптической информации, записанной в многослойной фоточувствительной среде.The invention is aimed at increasing the reliability of the selective reading of optical information recorded in a multilayer photosensitive medium.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в способе считывания записанной оптической информации с многослойного носителя с фоточувствительной средой, характеризующемся тем, что в качестве многослойного носителя используют набор волноводов, включающих центральные волноводные слои с фоточувствительной средой, и дифракционные решетки ввода с разными периодами, размещенные между центральным волноводным слоем с фоточувствительной средой и граничным волноводным слоем каждого волновода, при этом считывание осуществляют путем ввода в центральные волноводные слои с фоточувствительной средой через дифракционные решетки ввода считывающего лазерного излучения, направляемого на многослойный носитель под углом, различным для каждого волновода.The solution to this problem is provided by the fact that in the method of reading the recorded optical information from a multilayer medium with a photosensitive medium, characterized in that as a multilayer medium a set of waveguides is used, including central waveguide layers with a photosensitive medium, and input diffraction gratings with different periods placed between a central waveguide layer with a photosensitive medium and a boundary waveguide layer of each waveguide, while reading is carried out by input into the Central waveguide layers with a photosensitive medium through the diffraction gratings input laser readout of radiation directed to the multilayer carrier at an angle different for each waveguide.

При этом дифракционные решетки ввода считывающего лазерного излучения выполнены сплошными и размещены на всей поверхности границы между центральным волноводным слоем с фоточувствительной средой и граничным волноводным слоем.In this case, the diffraction gratings of the input of the read-out laser radiation are solid and placed on the entire surface of the boundary between the central waveguide layer with a photosensitive medium and the boundary waveguide layer.

Кроме того, в качестве фоточувствительной среды центральных волноводных слоев используют фоточувствительный хромон, образующий под воздействием лазерного излучения в ходе фотохимических превращений люминесцирующую форму.In addition, photosensitive chromon is used as the photosensitive medium of the central waveguide layers, which forms a luminescent form under the influence of laser radiation during photochemical transformations.

Предложенное выполнение многослойного носителя в виде набора волноводов, включающих центральные волноводные слои с фоточувствительной средой, и сплошной дифракционной решетки ввода с разными периодами в сочетании с выполнением фоточувствительной среды центрального волноводного слоя волноводов преимущественно из фоточувствительного хромона, который под воздействием лазерного излучения в ходе фотохимических превращений образует люминесцирующую форму (Photoactivable fluorofores. 2. Synthesis and photoactivation of functionalized 3-aroyl-2-(2-furyl)-chromones. Richard T. Cummings, James P. DiZio, and Grant A.Krafft. Tetrahedron Letters, Vol.29, No.1, pp 69-72, 1988; US), обеспечивает существенное снижение вероятности помех и ошибок при считывании оптической информации за счет ввода лазерного излучения в требуемый центральный волноводный слой через сплошные дифракционные решетки ввода, выполненные с разными периодами для каждого волновода, которое направляют на многослойный носитель под углом, различным для каждого волновода.The proposed implementation of a multilayer carrier in the form of a set of waveguides, including central waveguide layers with a photosensitive medium, and a continuous input diffraction grating with different periods in combination with a photosensitive medium of the central waveguide layer of waveguides, mainly from photosensitive chromon, which forms under the influence of laser radiation during photochemical transformations luminescent form (Photoactivable fluorofores. 2. Synthesis and photoactivation of functionalized 3-aroyl-2- (2-furyl) -chromones. Richard T. Cummings, James P. DiZio, and Grant A. Krafft. Tetrahedron Letters, Vol.29, No.1, pp 69-72, 1988; US) provides a significant reduction in the likelihood of interference and errors in reading optical information by introducing laser radiation into the desired central waveguide layer through solid input diffraction gratings made with different periods for each waveguide, which is directed to the multilayer carrier at an angle different for each waveguide.

На чертеже представлена схема реализации заявленного способа.The drawing shows a diagram of the implementation of the claimed method.

Схема реализации заявленного способа включает многослойный носитель, выполненный в виде набора планарных волноводов 1, каждый из которых включает центральный волноводный слой 2 преимущественно с фоточувствительным хромоном в полимерной матрице на основе синтетического полимера, например, полиметилметакрилата (ПММА) (композиционный слой), граничные волноводные слои 3 (полимерные слои) с более высоким показателем преломления, чем центральный волноводный слой 2, и сплошную дифракционную решетку 4 ввода лазерного излучения, размещенную по всей поверхности между центральным волноводным слоем 2 и граничным волноводным слоем 3, которая реплицируется в граничный волноводный полимерный слой 3 при его формировании (отверждении). Дифракционные решетки 4 ввода выполняют с разными периодами для каждого волновода 1 и одинаковым направлением штрихов. В качестве фоточувствительного хромона центрального волноводного слоя 2, образующего под воздействием лазерного излучения в ходе фотохимических превращений люминесцирующую форму, используют, например, прозрачный в видимой области спектра 3-арил-2-(2-фурил) хромон (Photoactivable fluorofores. 2. Synthesis and photoactivation of functionalized 3-aroyl-2-(2-furyl)-chromones. Richard Т. Cummings, James P. DiZio, and Grant A.Krafft. Tetrahedron Letters, Vol.29, No.1, pp 69-72, 1988). При этом центральный волноводный слой 2 может иметь толщину порядка одного микрона, а толщина граничных волноводный слоев 3 может составлять порядка десятка микрон. Многослойный носитель из 30 волноводов 1 может иметь толщину около 400 мкм.The implementation scheme of the claimed method includes a multilayer carrier made in the form of a set of planar waveguides 1, each of which includes a central waveguide layer 2 mainly with photosensitive chromon in a polymer matrix based on a synthetic polymer, for example polymethylmethacrylate (PMMA) (composite layer), boundary waveguide layers 3 (polymer layers) with a higher refractive index than the central waveguide layer 2, and a continuous diffraction grating 4 of the input of laser radiation, placed along This surface between the waveguide central layer 2 and the boundary layer of the waveguide 3 which replicates in the boundary resin layer waveguide 3 with its formation (curing). Diffraction gratings 4 input perform with different periods for each waveguide 1 and the same direction of strokes. As a photosensitive chromon of the central waveguide layer 2, which forms a luminescent form under the influence of laser radiation during photochemical transformations, for example, 3-aryl-2- (2-furyl) chromone (Photoactivable fluorofores. 2. Synthesis and photoactivation of functionalized 3-aroyl-2- (2-furyl) -chromones. Richard T. Cummings, James P. DiZio, and Grant A. Krafft. Tetrahedron Letters, Vol.29, No.1, pp 69-72, 1988 ) In this case, the central waveguide layer 2 may have a thickness of the order of one micron, and the thickness of the boundary waveguide layers 3 may be of the order of ten microns. A multilayer carrier of 30 waveguides 1 can have a thickness of about 400 microns.

Для записи оптической информации в заявленный многослойный носитель используют, например, линзу 5, фокусирующую поток 6 лазерного излучения в произвольной точке 7 центрального волноводного слоя 2, содержащего фоточувствительный хромон, любого волновода 1 многослойного носителя, а при считывании записанной оптической информации для доступа на требуемый центральный волноводный слой 2 волновода 1 поток 8 лазерного излучения направляют на многослойный носитель под углом «α», который однозначно взаимосвязан с периодом дифракционной решетки 4 ввода каждого волновода 1 и соответственно, является различным для каждого волновода 1.For recording optical information in the claimed multilayer carrier, for example, a lens 5 is used, focusing the laser radiation flux 6 at an arbitrary point 7 of the central waveguide layer 2 containing photosensitive chromon, any waveguide 1 of the multilayer carrier, and when reading the recorded optical information to access the desired central waveguide layer 2 waveguide 1 laser radiation flux 8 is directed onto a multilayer carrier at an angle “α”, which is uniquely interconnected with the period of the diffraction grating 4 of the input of each waveguide 1 and, accordingly, is different for each waveguide 1.

Заявленный способ реализуется следующим образом.The claimed method is implemented as follows.

Запись оптической информации осуществляют преимущественно путем острого фокусирования посредством линзы 5 потока 6 лазерного излучения в точке 7 плоскости центрального волноводного слоя 2 одного любого волновода 1 многослойного носителя в режиме двухфотонного поглощения (при котором два одновременно поглощенных фотона эквивалентны по энергии одному фотону вдвое меньшей длины волны) на длине волны, вдвое большей длины волны максимума поглощения исходной формы фоточувствительного хромона, которая необходима для перевода фоточувствительного хромона в люминесцирующую форму, и лежащей в области спектральной прозрачности фоточувствительного хромона, при этом плотность мощности в области точки 7 фокусирования должна превышать порог двухфотонного поглощения исходной формы фоточувствительного хромона.The recording of optical information is carried out mainly by sharp focusing with a lens 5 of the laser radiation flux 6 at a point 7 of the plane of the central waveguide layer 2 of any one waveguide 1 of a multilayer carrier in the two-photon absorption mode (in which two simultaneously absorbed photons are equivalent in energy to one photon half the wavelength) at a wavelength twice the wavelength of the maximum absorption of the original form of photosensitive chromon, which is necessary for the transfer of photosensitive luminescent chromon in a luminescent form, and lying in the spectral transparency region of photosensitive chromon, while the power density in the region of the focusing point 7 should exceed the threshold of two-photon absorption of the original form of photosensitive chromon.

Прозрачность фоточувствительного хромона в видимой области спектра позволяет беспрепятственно (без поглощения) сфокусировать в точку 7 фоточувствительного хромона внутри плоскости центрального волноводного слоя 2 поток 6 лазерного излучения с длиной волны видимого света, в том числе, вдвое большей, чем та, которая необходима для перевода фоточувствительного хромона в люминесцирующую форму.The transparency of photosensitive chromon in the visible region of the spectrum allows you to freely (without absorption) focus at point 7 of the photosensitive chromon inside the plane of the central waveguide layer 2 laser radiation flux 6 with a wavelength of visible light, including twice as much as that necessary for the transfer of photosensitive chromone in a luminescent form.

Так, например, импульсное излучение лазера на длине волны 650 нм, которое не поглощается фоточувствительным хромоном, воспринимается в точке 7 фокусирования как ультрафиолетовое (УФ) излучение на длине волны 325 нм, лежащее в спектральной области поглощения. При этом в результате поглощение УФ излучения на длине волны 325 нм фоточувствительный хромон в данной точке 7 переходит из исходной (прозрачной) формы в новую, люминесцирующую форму. В этой новой люминесцирующей форме фоточувствительный хромон в точке 7 поглощает излучение на длине волны, например, 450 нм и переизлучает - люминесцирует затем на большей длине волны 520 нм. Таким образом, в результате перевода фоточувствительного хромона в люминесцирующую форму в точке 7 фокусирования потока 6 лазерного излучения осуществляется запись бита информации. Поскольку в объеме фоточувствительного хромона центрального волноводного слоя 2 волновода 1 вне точки 7 не достигается пороговое значение плотности мощности, а видимый свет не поглощается фоточувствительным хромоном, то вне точки 7 не изменяется состояние фоточувствительного хромона, т.е. не происходит переход из исходной (прозрачной) формы в новую, люминесцирующую форму и, следовательно, не производится запись оптической информации.For example, pulsed laser radiation at a wavelength of 650 nm, which is not absorbed by photosensitive chromon, is perceived at the focusing point 7 as ultraviolet (UV) radiation at a wavelength of 325 nm lying in the spectral region of absorption. In this case, as a result, the absorption of UV radiation at a wavelength of 325 nm, the photosensitive chromon at a given point 7 passes from the initial (transparent) form to a new, luminescent form. In this new luminescent form, the photosensitive chromon at point 7 absorbs radiation at a wavelength of, for example, 450 nm and re-emits - then luminesces at a longer wavelength of 520 nm. Thus, as a result of the conversion of the photosensitive chromon to a luminescent form at the focusing point 7 of the laser radiation stream 6, an information bit is recorded. Since the threshold value of the power density is not reached in the volume of photosensitive chromon of the central waveguide layer 2 of waveguide 1 outside point 7 and the visible light is not absorbed by photosensitive chromon, then the state of photosensitive chromon does not change outside point 7, i.e. there is no transition from the original (transparent) form to a new, luminescent form and, therefore, optical information is not recorded.

При перемещении многослойного носителя в плоскости, перпендикулярной потоку 6 лазерного излучения, осуществляют запись оптической информации в плоскости одного волновода 1, а при перемещении многослойного носителя вдоль (перпендикулярно) потока 6 лазерного излучения, например, на 15 мкм изменяют волновод 1 для последующей записи.When moving the multilayer carrier in a plane perpendicular to the laser radiation flux 6, optical information is recorded in the plane of one waveguide 1, and when moving the multilayer carrier along the (perpendicular) laser radiation flux 6, for example, waveguide 1 is changed for subsequent recording.

Считывание записанной оптической информации осуществляют в выбранной точке 7 записи фоточувствительного хромона центрального волноводного слоя 2 волновода 1 носителя, способной люминесцировать под действием возбуждающего лазерного излучения, путем ввода в фоточувствительный хромоном центрального волноводного слоя 2 соответствующего волновода 1 через дифракционную решетку 4 ввода, сформированную на границе этого центрального волноводного слоя 2 и прилегающего к нему граничного волноводного слоя 3, потока 8 лазерного излучения, направляемого на многослойный носитель под углом «α», который однозначно соответствует периоду данной дифракционной решетки 4 ввода выбранного волновода 1. Ввод возбуждающего потока 8 лазерного излучения производят также в режиме двухфотонного поглощения на длине волны 900 нм, которая лежит в области спектральной прозрачности фоточувствительного хромона и вдвое больше, чем длина волны максимума поглощения, равная 450 нм, возбуждающая в точке 7 люминесценцию фоточувствительного хромона, перешедшего в новую, люминесцирующую форму, которая возникла при записи в результате двухфотонного поглощения. При этом перешедший в люминесцирующую форму фоточувствительный хромон, находящийся в точке 7 центрального волноводного слоя 2 соответствующего волновода 1 под действием потока 7 возбуждающего лазерного излучения, введенного через дифракционную решетку 4 ввода, отреагирует импульсом света в спектральной области люминесценции на длине волны 520 нм, который может быть зарегистрирован (считан) фотоприемником (на чертеже не показано) как бит информации.The recorded optical information is read at the selected recording point 7 of the photosensitive chromon of the central waveguide layer 2 of the carrier waveguide 1, which can luminesce under the action of exciting laser radiation, by introducing the corresponding waveguide 1 into the photosensitive chromon of the central waveguide layer 2 through the input diffraction grating 4 formed on the boundary of this the Central waveguide layer 2 and the adjacent boundary waveguide layer 3, the laser radiation flux 8, direction applied to a multilayer carrier at an angle “α”, which uniquely corresponds to the period of this diffraction grating 4 of inputting the selected waveguide 1. The input of the laser radiation flux 8 is also produced in the two-photon absorption mode at a wavelength of 900 nm, which lies in the spectral transparency region of photosensitive chromon and twice as long as the wavelength of the absorption maximum, equal to 450 nm, exciting at point 7 the luminescence of the photosensitive chromon, which has transferred to a new, luminescent form, which has arisen while recording as a result of two-photon absorption. In this case, the photosensitive chromon converted to the luminescent form, located at the point 7 of the central waveguide layer 2 of the corresponding waveguide 1 under the action of the exciting laser radiation flux 7 introduced through the input diffraction grating 4, will react with a light pulse in the luminescence spectral region at a wavelength of 520 nm, which can be registered (read) by a photodetector (not shown in the drawing) as a bit of information.

Поскольку спектральная область люминесценции лежит вне области поглощения как фоточувствительного хромона, так и его люминесцирующей формы, то каких-либо препятствий для надежного считывания оптической информации при адресации потока 7 лазерного излучения в любую точку любого волновода 1 носителя не возникает.Since the luminescence spectral region lies outside the absorption region of both photosensitive chromon and its luminescent form, there are no obstacles to reliable reading of optical information when addressing the laser radiation flux 7 to any point of any carrier waveguide 1.

Благодаря выполнению дифракционных решеток 4 ввода сплошными и размещению их по всей поверхности границы между центральным и граничным волноводными слоями 2 и 3 каждого волновода 1 при параллельном перемещении потока 7 возбуждающего лазерного излучения по плоскости дифракционной решетки 4 ввода обеспечивается доступ к любому участку центрального волноводного слоя 2 с записанной информацией без каких-либо взаимных помех и ошибок. При этом введенный в центральный волноводный слой 2 поток 7 возбуждающего лазерного излучения высвечивает в волноводе 1 сразу целый массив записанной информации, который может быть перенесен целиком в память компьютера, а затем в дальнейшем подвергнут последовательному считыванию. Таким же образом могут быть перенесены в компьютер и зафиксированы другие массивы, что существенно ускоряет процесс считывания оптической информации.Due to the implementation of diffraction gratings 4 input continuous and placing them on the entire surface of the boundary between the Central and boundary waveguide layers 2 and 3 of each waveguide 1 with a parallel movement of the flow 7 of the exciting laser radiation along the plane of the diffraction grating 4 input provides access to any part of the Central waveguide layer 2 s recorded information without any mutual interference and errors. In this case, the exciting laser radiation stream 7 introduced into the central waveguide layer 2 illuminates immediately in the waveguide 1 an entire array of recorded information, which can be transferred entirely to the computer's memory and then subsequently subjected to sequential reading. In the same way, other arrays can be transferred to the computer and fixed, which significantly speeds up the process of reading optical information.

Claims

1. A method of reading recorded optical information from a multilayer medium with a photosensitive medium, characterized in that a multilayer medium uses a set of waveguides, including central waveguide layers with a photosensitive medium, and input diffraction gratings with different periods, located between the Central waveguide layer with a photosensitive medium and the boundary waveguide layer of each waveguide, while reading is carried out by entering into the Central waveguide layers with photosensitive noy medium through the diffraction grating input reading laser radiation directed at the multilayer carrier at an angle different for each waveguide.

2. The method according to claim 1, characterized in that the diffraction gratings of the input laser readout radiation are solid and placed on the entire surface of the boundary between the Central waveguide layer with a photosensitive medium and the boundary waveguide layer.

3. The method according to claim 1, characterized in that a photosensitive chromon is used as the photosensitive medium of the central waveguide layers, which forms a luminescent form under the influence of laser radiation during photochemical transformations.