SE422632B - Metod och anordning for optisk datalagring - Google Patents

Description

-7801532-8 amerikanska patents mättade databitar äro "icke flyktiga", så länge som blocket exponeras för den intensiva bredbandlasern.

Så snart det intensiva ljuset från bredbandlasern kopplas från eller avlägsnas, är livslängden för databitarna i materialet av storleksordningen l0'2 sekunder. Eftersom datan går förlorad, när energikällan eller ljuset frånkopplas, kan minnet klassifi- ceras som en flyktig lagringsanordning.

Huvudändamålet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett förbättrat optiskt dataminne.

Ett annat ändamål med uppfinningen är att åstadkomma ett frek- vensselektivt optiskt minne.

Ytterligare ett ändamål är att åstadkomma ett icke flyktigt minne. Ännu ett ändamål är att åstadkomma ett reversibelt minne.

Ett annat ändamål med uppfinningen är att åstadkomma ett för- bättrat tredimensionellt dataminne. Ännu ett ändamål är att åstadkomma en fjärde dimension i ett tredimensionellt holografiskt minne.

Ytterligare ett ändamål är att åstadkomma en förbättrad metod för datalagring.

Ovannämnda och andra ändamål realiseras genom en metod och en anordning för optisk datalagring, som utnyttjar frekvensdimen- sionen. Anordningen innefattar ett lagringsmaterial, t.ex. i form av ett block, vilket är anpassat för att bli föremål för en fotoinducerad reaktion, när det exponeras för ljus, och vilket uppvisar breddning av den inhomogena absorptionslinjen.

Materialet genomgår en fotokromatisk reaktion eller en fotokemisk reaktion. Exempel på dylika material är fribas-porfyrin (HZP) och tetrazin. Databitar lagras genom selektiva fotoinducerade 7801532-8 reaktioner, inducerade av en smalbandlaser vid särskilda frek- ~ venser inom den breda inhomogena linjen. Livslängden för dessa fotoalstrade databitar är av storleksordnigen år, så att ett icke flyktigt minne åstadkommes. Vid en föredragen utföringsform har ett material valts så, att den fotoinducerade reaktionen kan göras reversibel, varigenom radering av databitarna medgives, när så önskas.

Ovannämnda och andra ändamål, egenskaper och fördelar med upp- finningen, som definieras i nedanstående patentkrav, framgår av följande, mer detaljerade beskrivning av en föredragen utförings- form, som illustreras på bifogade ritning.

Fig. 1 är en schematisk illustration av dataminnet inklusive medel för skrivning och läsning.

Fig. 2 illustrerar ett exempel på en laserutsignal vid tre sär- skilda frekvenser.

Fig. 3 illustrerar materialets inhomogena absorption före expone- ringen för de i fig. 2 visade laserfrekvenserna.

Fig. 4 visar materialabsorptionen efter exponeringen för laser- frekvenserna i fig. 2.

Fig. 5 visar den detektorutsignal, som erhålles vid laseravsök- ning över frekvensområdet A-B.

En optisk datalagringsanordning, som är lämplig för lagring av data “i frekvensdimensionen" för att åstadkomma en tredje dimen- sion, visas i fig. 1. Anordningen 10 omfattar en laser 12 med en avsökare 14 i anslutning därtill, som gör det möjligt att variera laserns frekvens på inom tekniken standardiserat sätt. Ljuset från lasern 12 passerar genom en slutare 16, vilken låter ljus av vald frekvens passera därigenom. Ett närmare exempel på de från slutaren 16 utgående laserfrekvenser, som finns vid punkt 18, visas i fig. 2 med frekvenserna M, N och P. Filtret 20 och 7801552-3 detektorn 24 används ej under skrivcykeln. De förklaras tydliga- re under beskrivningen av anordningens läsfunktion.

Lasern 12 måste vara frekvensstabiliserad, avstämbar över frek- vensområdet för den inhomogena linjens bredd och arbeta i en smalbandmod. Lasern kan fokuseras ned till en dimension av stor- leksordningen l mikron. Dimensioner av denna storlek ge ljusfläcks- tätheter om 108/cm2 med inom tekniken välkända medel.

. Laserns rymdavlänkning (ej visad) âstadkommes Minnesmaterialet 22 är ett skikt eller ett block av material, som är i stånd att genomgå en fotoinducerad reaktion, då det exponeras för ljus. Den fotoinducerade reaktionen är en fotokemisk reaktion eller en fotokromatisk reaktion, d.v.s. en av ljus indu- cerad ändring i materialet optiska egenskaper. I materialet åstad- kommes en reaktion hos atomerna, molekylerna eller molekylaggre- gaten, som kan vara reversibel eller permanent. Materialet måste också uppvisa en inhomogen absorptionslinjebreddning i en inhomo- gen matris enligt vad som visas i fig. 3. I fig. 3 har ett mate- rial en inhomogen absorptionslinje, som sträcker sig ut över ett frekvensområde A-B. Ett exempel på ett material, som blir före- mål för en reversibel fotokromatisk reaktion, är fribas~porfyrin, 7 HZP, i en viss matris. Ett exempel på ett material, som genomgår en icke reversibel fotokemisk reaktion, är tetrazin. Andra exem- pel på material är den deutererade porfyrinanalogen D2P, ftalo- cyanin och tetrafenylporfyrin. Ytterligare material, vilka upp- visar breddning av de inhomogena absorptionslinjerna i en inhomo- gen matris och blir föremål för en fotoinducerad reaktion vid exponering för ljus, kan användas vid tillämpningen av förelig- gande uppfinning.

När laserljus med en frekvens M (se fig. 2), t.ex. ultraviolett, synlig eller osynlig strålning, i enlighet med föreliggande upp- finning inträder i minnesmaterialfilmen eller blocket 22, som har en inhomogen absorption med bandbredden A-B (visad i fig. 3), bränner lasern ett hål M' såsom visas i fig. 4, vilket motsvarar en databit. Detta fenomen är känt såsom optisk fotoreaktiv hål- bränning, vars mekanism fullständigt skiljer sig från den tidiga- 7801532-8 re kända optiska mättningen, som är beroende på höga intensiteter.

Vid optisk fotoreaktiv hålbränning blir vissa molekyler föremål för strukturella eller kemiska ändringar, som i sin tur ger icke flyktiga produkter, som har andra optiska egenskaper än start- molekylerna. Detta fenomen uppträder vid såväl låga som höga intensiteter och utnyttjar molekylernas grundtillstånd till I skillnad mot det optiska mättningsfenomenet, som utnyttjar exciterade tillstånd. Ljusintensiteten påverkar blott skriv- hastigheten. Den fotokemiska påverkan vid detta slags hålbrän- ning gäller blott de molekyler, vilka absorberar vid en viss frekvens, i detta fall M. Övriga molekyler i materialet, vilka absorberar vid andra frekvenser än M, förblir oförändrade efter- som de ej deltager i den fotoinducerade reaktionen.

Sedan hålet vid M-frekvensen har bränts eller skapats, regleras lasern l2 och slutaren 16 så att laserljuset med frekvens N (se fig. 2) inträder i materialet 22 för att bränna ett hål N' såsom visas i fig. 4. Andra molekyler i materialet, vilka absor- berar vid andra frekvenser än N, förblir oförändrade eftersom de ej deltager i den fotoinducerade reaktionen.

När laserljuset har en frekvens P, reagerar på samma sätt enbart de molekyler, vilka absorberar vid P, och bränner ett hål P' såsom visas i fig. 4.

Så snart hålen eller databitarna M, N och P har skapats, repre~ senterar hålen en icke flyktig produkt, vilket innebär att hålen förblir oförändrade, när ljuset från lasern har stängts av. Databitarnas livslängd motsvarar livslängden hos fotoreak- tionsprodukten, som uppgår till flera år.

Lagringsmekanismen hos föreliggande uppfinning är baserad på avstämningen av laserns frekvens för inbränning av ett antal hål i den inhomogena breddade linjen A-B. Antalet bitar i frekvensdimensionen, d.v.s. antalet hål, bestämmas av N=%¿ÄWI/EWH, förhållandet mellan inhomogenbandbredden och hål- 7801532-8 bredden. ¿ÄWH är inom litteraturen känd för att vara så smal som 10 MHZ känd att vara så bred som l03GHZ för andra system. Ett system, som innehåller dessa båda ytterligheter, skulle vara i stånd att åstadkomma så många som 104 till 105 bitar i ett dylikt för vissa system vid låga temperaturer, och-¿~WI är absorptionsband.

Eftersom ¿ÄWÉ i flertalet fall är mycket mindre vid låga temperaturer, och eftersom ¿lWI är huvudsakligen temperatur- oberoende, är minnets lagringskapacitet högre vid låga arbets- temperaturer.

Läsning av datan kan åstadkommas på ett flertal sätt. Ett sätt visas i fig. l, där samma laseroptik som användes för skrivning också utnyttjas för läsning. Emellertid får ljuset från lasern l2 passera genom ett filter 20, vilket reducerar ljusintensi- teten för att förhindra ytterligare hålbränning enligt skriv- processen. En lasers ljus sveper över ett frekvensområde, som är större än A-B, genom filtret 20 och minnesmaterialet 22 in i en detektor 24. Data såsom exempelvis den i fig. 5 visade erhålles från detektorn 24. Detektorutsignalen uppvisar toppar vid M", N" och P"-frekvenser, där hål tidigare brändes. Topparna M", N" och P" i detektorutsignalen motsvarar lagringsbitar med information "l", medan utebliven detektorutsignal motsvarar informationsbit "O".

Läsningen och skrivningen av databitarna kan ske med minnesma- terialet enligt föreliggande uppfinning genom användning av andra optiska arrangemang än det i fig. 1 visade, vilket torde vara uppenbart inom tekniken. Så t.ex. kan en intensitetsmodu- lator (ej visad) utnyttjas i stället för slutaren 16 och filtret 12 och utför då både ljusomkopplingsfunktionen och ljusdämpnings- funktionen.

Det finns vidare alternativa sätt att läsa informationen genom användning av flera exciterade tillstånd hos en molekyl. T.ex.

Claims (13)

7801532-8 kan ett visst material ha såväl ett exciterat singlet-tillstånd som ett exciterat triplet-tillstånd. Under antagandet att blott det ena tillståndet är fotoreaktivt, t.ex. singlet-tillståndet, skulle information kunna inskrivas i singlet-moden och bli icke destruktivt läst i triplet-moden. Ett annat sätt skulle vara att använda två lasrar med olika våglängd under skrivmoden och en laser i läsmoden. Ett annat sätt att läsa informationen skulle vara baserat på utnyttjandet av reflektions~ eller fluorescensegenskaperna hos materialet i stället för absorptionsegenskaperna. Ovan har användningen av frekvensdimensionen beskrivits i sam- band med en i rymdhänseende tvådimensionell minnesanordning med ett skikt av material för åstadkommande av ett tredimensionellt optiskt minne. Vad ovan sagts gäller också ett tremidensionellt holografiskt minne enligt tekniken med ett block av material för att skapa ett fyrdimensionellt minne. Patentkrav.

1. Metod för lagring av data i ett optiskt minne, k ä n n e - t e c k n a d av åstadkommandet av ett material, som uppvisar inhomogen absorptionslinjebreddning, vilket material är i stånd att uppvisa en fotoinducerad reaktion, som inkluderar molekyler- na, vid exponering för ljus samt exponering av materialet för ljus vid en viss frekvens, varigenom en reaktion uppträder i nämnda material i en smalbandmod, så att ett hål bildas i frek- vensdimensionen, som representerar en databit, vilket hål stannar kvar efter ljusets avlägsnande, samt att ett annat hål, sam re- presenterar en annan databit, âstadkommes medelst en annan frekvens i samma position eller medelst samma frekvens i en annan position på materialet.

2. Metod enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a d därav, att en laser används för att exponera materialet för ljus. 7801532-8

3. Metod enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a d därav, att nämnda laser avsöker den breda inhomogena linjen för att exponera materialet för ljus vid ett flertal särskilda frekven- ser för att bilda ett flertal databitar.

4. Frekvensselektivt optiskt dataminne för tillämpning av metoden enligt något av patentkraven l-3, k ä n n e t e c k - n a t av ett material (22), som uppvisar inhomogen absorptions- linjebreddning, vilket material är i stånd att uppvisa en foto- inducerad reaktion, som berör molekyler, vid exponering för ljus samt en första laser (14), anordnad att skriva icke flyktig information på nämnda material (22) i en smalbandmod, så att databitar representerande hål bildas i frekvensdimensionen medelst laserns olika frekvenser och/eller i olika positioner på materialet, varvid de inskrivna databitarna är avläsbara medelst en optisk detektor (24) vid optisk avsökning av materia- let (22).

5. Minne enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k n a t därav, att materialet blir föremål för en reversibel fotoinducerad reaktion.

6. Minne enligt patentkravet 4, k ä n n e t e o k n a t därav, att materialet blir föremål för en icke reversibel fotoinducerad reaktion.

7. Minne enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k n a t därav, att materialet blir föremål för en fotokemisk reaktion.

8. Minne enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k n a t därav, att materialet blir föremål för en fotokromatisk reaktion.

9. Minne enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k n a t därav, att den första lasern (14) är anordnad att läsa informationen.

10. Minne enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k n a t därav, att lasern är anordnad att avsöka materialet. 7801532-8

11. ll. Minne enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k n a t därav, att en andra laser finnes för läsning av informationen.

12. Minne enligt patentkravet 4 innefattande ett tredimen- sionellt optiskt dataminne, k ä n n e t e c k n a t av ett skikt av material med en inhomogen absorptionslinjebreddning, vilket material blir föremål för en fotoinducerad reaktion, som berör molekyler, samt en första laser, anordnad att bilda ett hål i en smalbandmod i den inhomogena absorptionslinjen, varigenom icke flyktig information åstadkommas i minnets frekvensdimension.

13. l3. Minne enligt patentkravet 4 innefattande ett fyrdimensionellt holografiskt minne, k ä n n e t e c k n a t av ett block av material med en inhomogen absorptionslinjebreddning, vilket ma- terial blir föremål för en fotoinducerad reaktion, som berör molekyler, vid exponering för ljus, samt en första laser, anord- nad att bilda ett hål i en smalbandmod i blockets inhomogena absorptionslinje, varigenom icke flyktig information bildas i minnets frekvensdimension. ANFURDA PUBLIKATIONER: . US 3 896 420 (340-173)