TW556171B - Photorefractive holographic recording media - Google Patents

Description

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556171 五、發明說明（1 ) 本發明係普遍地關於使用於形成光折射全像記錄媒體 之材料。特別地但未限定本發明係關於可使用為永久性可 重寫全像媒體之材料所構成之群組。 我們現在生活在#息驅動的時代’且關键的限制瓶頸 之一便是關係到所涉及之數據存儲及其快速的檢索。永久 記錄之光碟（CD)包含有一串聯之蝕刻入該表面的槽與紋 ’且可重寫之CD採用表面結晶化/無定形化之薄而無定 形層，其中該信息係經數位式地編碼且光學式地讀出。磁 盤類似物在磁體媒體之表面上以不同排列之磁鳴型式存儲 數子彳§息。違數據存儲商業非常龐大；磁碟驅動機之年銷 售收入在2002年估計將超過500億美金。 一維（2D) §己憶基礎上之數據存儲，如光學讀/寫槽、 纹或磁疇正達到該給予之材料之理論極限。尋找新技術係 為了降低每兆信息組之價格，並以數量級之規模增加不久 的未來的磁碟驅動機之數據存儲容量，以及數據記錄與檢 索之速率。該問題之技術解決方案必然為三層級的。首先 ’降低該槽與紋之大小至數個毫微米將會到達1〇1、丨〇12位 元/平方毫米之限制。然而，該解決方法必然經由昂貴之 精密機械而被限制，且需要特殊的環境（高真空或純液態） ，且更重要地，係對存儲之數據之額外加長的存取時間， 其係肇因於二維技術之内部缺點一非常慢的串行讀取。 用於數據存儲系統需求增加之第二項技術解決方案在 研發中，其係以槽與紋以三維光學寫入串聯多層為基礎。 除了目前之CD單層或目前之數位影音光碟（DVD)雙層外 ------------il. —h丨訂---------線· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

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五、發明說明（2 ) ，多層碟正被考慮，例如使用光折射式聚合物或營光材料 製造。該數據存儲問題以本技術解決方案也有許多缺點， 如起因於重疊問題之感光層數目之限制（起因為干擾與散 射之雜afl)’以及最重要地，仍是緩慢的串行數據處理。 使用於未來磁碟驅動機之數據存儲系統的第三類技術 方法，係在全像的數據記錄與檢索中。因此本發明之一目 的在於至少部份地減輕以上所提到的問題。 在本發明中，全「g」之信息可以存儲在存筒於一媒 體中之單一全像中，且許多全像可以同時存儲在三維區域 中。使用本方法於數據存儲之理論的限制為大約在1〇1〇位 兀組/立方毫米（與用於一 ;^層(：：1)之該]^ χ 4 X丨〇6位元組 /立方毫米相比），因此提供期望能夠存儲兆兆位元組 (terabyte)信息之數據存儲系統，其比目前技術所可能使 用者大上數個數量級。同樣重要的（或是更重要的）是用於 存儲之數據之檢索速率也將相稱地更大（為十億位元組 (Gbytes)/秒之級數），因為全部全像（頁）係一次讀取而非 按位元讀取該信息。 一般相㈣當之記錄方式尚無法自肖業上貝冓得。實際 上，任何光敏性材料都可以使用於全像式記錄：然而，長 期數據存儲、敏感度、花費、記錄速率、全像之研發只是 研究内容之部份，其將可得之材料限制成有可能用於全像 式數據存儲領域中之某些材料。延伸地使用於藝術全像中 =典型的材料，舉例而言，如虐化銀材料、重鉻酸明膠、 菌視紫醇等，一般均不適用於數據存儲，因為其典型上需 --------------裝i — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) . 線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

本紙張尺度適用中國國冢標準（CNS)A4規格⑵〇 χ 297公髮） 556171 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（ 要濕法處理且不可逆。因此，主要有兩群主要材料目前均 進行延伸研究。 第一類材料，離子摻雜之鐵電氧化物，如銳化鐘，已 為實驗室使用多年。記錄在這些材料中的全像包括有大塊 空間電荷圖樣。缺點包括、，貴、敏感度低(需要非常高 的光功率密度），以及在讀出期間起因於加重傷害之雜訊 之危險。此外為達到該材料的理論限制，在精準定位結晶 中必須用於波長及/或角度的複合方法需要非常昂貴的設 備等等。 第一類材料，聚合物記錄，大有前途且因為其簡單的 製備方法與相對地低價而逐漸普及。許多物理原理可以應 用在聚合物記錄中。用於該應用之材料需要任一地取決於 在光照區域聚合形成之折射率改變（必然為不可逆之過程 ，一種只旎寫入一次而該全像顯著失真之記憶型式，其起 因於聚合物在聚合期間收縮），或是一種光游離俘獲之電 荷之圖案形成，其係經由干擾導致空間電荷場成型且因而 導致折射率調制之激光射束；這些光折射式聚合物（可逆 的，然而具有非常快之暗張弛，且需要一外電場）。 在吸收一質子後在異構物狀態中進行改變之彩色與二 色性聚合物也是延伸研究的主題。這些材料為可逆的且相 對地快速（耄秒）；然而，其缺點典型上包含有相對地非常 快的暗鬆弛，短暫的暗存儲時間，且需要相干紫外光源。 有機聚合物因為可能之過熱（形成化學性分解）而也受限於 其具有相對較低之光強度閥。

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮 .丨| ·---丨丨訂---------線| (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 556171 A7 _________ B7 五、發明說明（4 ) 直到最近，硫族化合物玻璃，其已發現應用在目前CD 與DVD技術二維數據存儲材料中，但幾乎未使人注意到 其可為使用於全像式數據存儲之有潛力之材料，且其主要 w 為學術界所感興趣。 該名稱硫族化合物玻璃定義一大家族之自金屬製造之 玻璃狀材料（如砷、錯、録），其與在該氧化家族中之較重 丨元素結合（即硫族之硫；硒；碲）。有許多種類似形成玻璃 . 之硫族化合物組成物。一般而言，硫族化合物玻璃有低玻 • · · . 'V · 璃轉變溫度（典型在180。-300。〇以及高折射率（典型為2.5) 。當取決於組成物時，這些玻璃之透明度範圍跨越(粗略 地）〇·5到15微米之區域。 硫族化合物玻璃特殊特徵之一為在能帶隙照明作用之 下在其光學特質中有進行可逆變化的能力，其如在民 Shimakawa，A. Kolobov 與 S.R· Elliott中所說明，且在無 定形半導體與絕緣體中具有光誘導效應及亞安定性，

Advances in Physics 44,（1995)，475。有五項基本原則應 用在使用於全像式寫入之硫族化合物玻璃中；光暗化，在 非偏極化光吸收上改變折射率與吸收係數；光誘導之各向 異性’在偏極化光吸收上改變折射率與吸收係數；張弛結 構改變’該玻璃性基質光誘導之膨脹與收縮；硫族化合物 玻璃暴露之區域在溶劑中之濕性蝕刻；以及具有與該樣品 (如銀、銅等）光照區域直接接觸之材料之光摻雜的硫族化 合物。 無向量式光暗化（即在與該誘導光偏極化無關之光學 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） 娜 -------------襄---------訂----------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 7 556171 A7 ------— 五、發明說明（5 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 性質中光誘導之變化）為在硫族化合物玻璃中經仔細研究 之光學性質，且相信係在經由以下製程之一種或多種結2 所形成之相關技術中；原子鍵斷裂，原子距離或鍵結角度 分布之改變，或是光誘導之化學反應，如 2 As2S3(三硫化二砷）<> 2 S(硫）+As4S4(四硫化四砷） 無定形As2S3<->微晶化aS2s3 起因於光暗化而伴隨之折射率改變典型上大於在光折射結 晶或聚合物中的改變，且能夠到達至高為n〜〇 1-〇·2(用於 比較之鐵摻雜鈮酸鋰（LiNb〇3)鐵電結晶具有η〜1〇-4)。在 1970年代初期，玻璃狀AhS3膜光學吸收之可逆的光誘導 移位被報導且在這些材料中使用為全像存儲。以15毫瓦激 光功率（氬離子激光）在10秒内暴露之數個百分比的典型衍 射效率，與超過2500小時之穩定的暗數據存儲，均報導出 現在As]S3膜中。全像式地被寫入之光柵衍射效率之相似 參數或是在硫族化合物玻璃中基於光暗化原理之其他全像 式元素後來都經由不同研究人貝報導。關於本發明之重要 發現參閱【A. Singh, R.A· Lessard and M. Samson, Effect of 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 temperature on diffracation efficiency of holograms recorded in arsenic trisulphide thin films, Optica Acta 31 (1984) 1 16】，其中該全像式光柵之衍射效率顯示當溫度到 達1 50°C時其效率會戲劇性地下降。該結論為As2S3在高於 100°C之溫度時不適合用於光學式存儲。加熱該樣品至軟 化玻璃之溫度目前係使用於消除誘導之光暗化（Shimakawa et al.) 〇 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 556171 A7 B7 五、發明說明（6 ) 光誘導之各向異性，以偏極化光照射下之光學的改變 (即光學地誘導之雙折射與二色性），為使用於全像式寫入 之硫族化合物玻璃中第二群之光學特性。光學特性，如光 學地誘導之二色性（在吸收中之各向異性）或是雙折射（折 射中之各向異性）已在各式硫族化合物材料中被研究，且 同時在無定形薄膜與大塊玻璃型式中被研究。這些研究導 致適合用於全像式數據存儲之新媒體材料之發明。折射率 在一層As2S3膜中改變約〜3· 10·3首先在1977年為Zhdanov與 Malinovsky發現，且自此後針對該主題目前發表將近有100 篇論文。與光誘導之各向異性相關之結構變化為目前推論 之主題；然而，一般接受光誘導之各向異性之結構來源與 源自無向量式光暗化之本質不同。帶電原子缺陷之重定向 ，在玻璃狀基質中微晶單位之定向，以及在鍵結角度分布 中之改變都均等地考量為光誘導之各向異性之來源。應用 光誘導之各向異性之硫族化合物玻璃之首次全像式記錄【 參閱 Ozoles et al. holographic recording in amorphous semiconductor films. SPIE 2968 (1997) 282】，係由 Kwak et al.等報導。具有氬離子激光射束（514 nm)以及50毫瓦/平 方公分光強度之最大衍射效率（〜0.2%)係以數十個數量級 之秒數達成，參閱【C.H. Kwak, J_T. Kim and S.S, Lee， Scalar and vector holographic gratings recorded in a photoanisotropic amorphous As2S3 thin films，Optics Lett. 13 (1988) 437】。該效應必然為可逆的，其係經由改變該 線偏振光之方向垂直於該誘導射束之方向。具有偏振光之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 9 裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 556171 A7 五、發明說明（ 衍射元素（衍射效率之數量級< 5%)全像式寫入之類似 之表現後來已被報導；然而，在硫族化合物玻璃中向量式 光誘導之各向異性之研究範圍仍相對地未有進展。類似於 該無向量式的變化，用於全像式數據記錄之向量式各向異 性的可能應用，仍遭逢硫族化合物玻璃在熱力學上不安定 之問題，其中在室溫或增加溫度時長期存儲時間之張弛改 k，或是在讀出期間加重之破壞，典型地降低該全像之有 效度至不可接受之水準。 線 張弛結構之改變，一種在玻璃狀基質之黏滯度與體積 (膨脹)中相當大的改變，已經被發現且使用在全像式記錄 中以作為玻璃狀基質上之界面浮凸圖樣。該產生之界面浮 凸圖樣為安定的，且可以在長期時間中存儲。該全像式元 素之衍射效率可以達到數個百分比（具有界面浮凸圖樣之 振巾田為數十個納米）：然而，如同所發現之變化係在典型 相關之表面，且僅有部份為可逆的（具有最大衍射效率係 以原生的且原先經光照過之樣品達成），該方法一般不適 用於全像式數據記錄。 濟 部 智 慧 財 消 f 合 作 社 印 製 為了完整，在硫族化合物玻璃上光誘導之全像濕性蝕 刻應用硫族化合物玻璃之特性以作為—種有效之無機光阻 材料’其中樣品照過光與未照過光之區域對溶劑為易損的 (正作用與負作用溶劑同時使用）。該效應有可能使用在製 4王像式主要元素中用於聚合物end〇rsing ;然而，其一 叙不適口用於全像式數據存儲，因為該記錄數據需要長時 間進灯。光摻雜之硫族化合物玻璃使用一種硫族化合物玻 本紙張尺度適用中_家標準（CNS)A4規格咖χ 297公幻 556171 A7

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 璃已知之特性，以有效地溶解與該樣品照過光之區域進行 物理性接觸之材料。雖然其在僅寫一次之記憶型式中令人 感興趣，但是該效應一般為緩慢的且不可逆的，且不被考 慮為較佳的全像式數據存儲之使用。 雖然以上引用之記錄的全像式元素時常被指為在室溫 蚪穩定，但是某些硫族化合物玻璃之長期熱力學上的不穩 定卻明顯地阻礙這些材料的商業化。如同大部份的有機聚 a 1±材料，一個也在硫族化合物玻璃中之主要問題為在該 材料中誘導之全像需確實的在時間上固定。若該問起可以 克服，硫族化合物將可以在未來之光盤中使用於光學式數 據存儲。 … 因此本發明之一個目標在至少部份地減緩上述提及之 問題。 根據本發明之第一態樣，本發明提供一種全像式記錄 媒體，其包含有： 一種無定形的基質材料，其自一第一熱力學相進行相 變化為一第二熱力學相，其反應溫度升高至高於預先設定 之轉變溫度； 種多重性之光敏性分子單位，其嵌入該基質材料中 ，且其可以反應一光源之照射而定向；由此 當該基質材料在等同於該轉變溫度或高於該溫度時， 該为子單位可能因而定向，但是在溫度低於該轉變溫度時 保持一實質上固定之定向。 根據本發明之第二態樣，本發明提供一種形成全像式 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ 297公釐） I — — — — — — — ^ · 11 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂： 11 發明說明（9 ) 元素之方法，其包含之步驟為： 加熱一種無定形之基質材料至高於預設定之轉變溫度 在該溫度時該材料自一第一熱力學態進行一種熱力學相 變化為一第二熱力學態； 任擇地經由一光源照射該基質材料因而定向嵌入該基 質材料中之光敏性分子單位以反應該照射之光；且 接著冷卻低於該轉變溫度之該基質材料到該基質材料 在該第一熱力學態中之溫度，因而實質上地固定該分子單 位之定向。 本發明之具體型式現在以僅有實例之方法說明如下， 且其中與之相關之附圖為： 第1圖顯示衍射圖樣之比較。 第2圖顯示在線偏振光照射上膜之典型行為。 第3圖顯式光誘導各向異性之細節。 第4圖顯示一種光學系統。 一 第5圖顯示一組干擾圖樣。 在圖示中與對照數字相同之數字指相同之部份。 一本毛月之具體型式係關於提供用於全像式記錄之新 I斤射材料，其並非關於以上討論之前技術之缺點，如 消性讀出（讀出時刪除），短暫的暗存儲時間，不可逆性 需要昂貴之光源。 在本發明之-態樣中，_種全像式存儲媒體包含有 熱媒體1包含有嵌人-基質材料中之_a4B3或是a4: 型式之分子叢化合物（A=填，砂，而，石西，碲） 556171 五、發明說明（10 ) 該基質材料之需求係在提供一適合於該分子單位之環境， 且其係由任一無定形無機I態網絡及/或-種有機聚:物 相所構成，該無機固態網絡包含有在該分子單位中之任一 一 相同組成原子或是形成無定形無機結構不同原子之組合。 I 當一種干擾圖樣在該媒體中經由相干線偏振光照射之 方法成型時，在此干擾圖樣之該咣照區域中，該分子單位 > 本身定向會相對於該線偏振光之電場向量，因而在該照光 區域中形成-種折射率之偏好整體重新分布，並在該媒體 中形成一體相全像及其他全像式元素。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如同在全像式技術中已為熟知且了解的，體相全像記 錄#息為該介質折射率之調制，其中該記錄受其影響。在 實行本發明時，該分子折射率可考量之調制可以在玻璃狀 微晶材料中形成，該材料包含有分子化合物型式或 A4B4(A=磷，砷，而硫，硒，碲）。這些材料可以用 在固態物理與化學技術中已熟知之各種方法置備。在我們 的實驗中，該無機玻璃狀結晶材料可以經由砷或硒元素熔 解物之熱蒸發置備，其對應之莫耳比為4:3。在高度真空 中於矽膠基片上具有蒸發速率為每秒丨_3 nm之該熔解物之 瘵發形成包含有一無定形網絡之材料，其具有製備為嵌入 之Asje3之分子單位。該分子單位相之濃度所取決之情況 如該熔解物之溫度，該基片之溫度，在熔解物中之該元素 之莫耳比，蒸發速率以及該產生之膜之處理溫度等等，而 其毋需更專一化。設想為了製備該全像式媒體，各種製備 方法可以被採用，例如化學性汽相澱積（CVD)之旋塗；或 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐） 13 556171 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 -----— B7 _—___ 五、發明說明（u ) 是該分子單位之萃取，以及摻混入聚合物相之結果。類似 之玻璃狀結晶組成物也可以與除砷與硒外之不同元素之結 合製備’如砷與硫，磷與硫或是磷與硒以形成類似於AS4Se; 以及八％8€4等之分子單位。 研究已顯不若需要重複地、可逆地或是永久地，可能 可以在線偏振光照射下重定向或是定位這些分子單位。在 光學性質/全像式表現中之所欲的變化可能會在該方法中 又到衫響，因為在僅具有定位之分子單位區域之折射率或 是光學密度與定位之分子單位與基質媒體之折射率及光學 密度間的微小差異，會在其結合之光學性質上產生放大效 應。 如本發明之第一種具體型式，組成物AS4se3之全像式 元素可能經由砷與硒熔解物之熱蒸發製備，其莫耳比為4:3 這些A4BS龍形分子（A=磷，砷，；6=硫，硒）熱行為之 細節說明於【R· Blachnik and U· Wickel，Thermal behavior of A4B3 cage molecules (A=P, As; B=S, Se, Thermochimica Acta 81 (1984) 185)。該蒸發速率為每秒卜3nm且其形成之 膜為1微米厚。第1圖中該Asjh膜之χ射線衍射光譜分析 顯示其與類似材料經由真空昇華並以二硫化勰（Ch)萃取 之產物之衍射圖樣必然相同，其相信為第丨圖中顯示之 a-As4Se3分子結晶之代表（Blachnik R and Wiekd u，

Thermochimica Acta，81 (1984)，185-196)。顯示於第 1圖中 之數據細節以更詳細之内容列於下方。第丨圖顯示χ射線 (CuKa)衍射圖樣之比較··（a)如蒸發為】微米厚之八％8心膜 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 一 ---.-----^---------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 14 556171 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ___ Β7__ 五、發明說明（12 ) ;(b)經由真空昇華並在硫化勰中萃取而製備之微晶 As4Se3(該峰值強度自X射線照片計算）(Blachnik and Wickel (1984)) ; (c)在約350K之溫度緩冷數小時之1微米 厚Asje3膜之衍射圖樣；（d)單斜晶體c· As4Se3之X射線衍 射圖（在 Smail E.J. and Sheldrick G.M., (1973) Acta Crystallogr· B29, 2014後）。 經由暴露至線偏振光而處理之該全像式元素以對應於 該誘導之線偏振光之電向量調制其折射率。氦氖激光 (663nm，100毫瓦/平方公分）為該偏振光來源之一，但是 其他可以使用之型式在該技術中已為所知。第2圖顯示在 數個連貫循環中調制未經使用之AS4Se3膜之吸收係數α || 與“！，其中該誘導光之電向量在該實驗中經定向為二個 互相垂直之方向（在第2圖中以箭頭指示）。^丨丨與^^丨個別為 知、過光之樣品在與誘導之線偏振光之方向平行（II)時之吸 收係數，與垂直（I)時之吸收係數。該吸收係數誘導之調 制顯示為該穿透光強度之比例： Z = VIii-IiVUh+IO 〜（Ιη+Ι,)

In為該原為線偏振之氦氖激光之穿透光之強度，其係使用 於定位及重新定向該分子單位，而W該線偏振氦氛激光 之穿透強度’其具有之偏振向量係垂直於氦氖激光定位及 重新定向之該分子單位。在不連續的短暫時段中，其被使 用於情測該全像式元素，即偵測定位與重新定向之該分子 單位之含量。在光學技術中已為熟知且了解者為該穿透強 度測量係直接關係到經由克萊瑪—克朗尼則· — — — — — - · I I I I I I I 訂— — — — — — — I-*5^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

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本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 x 297公釐） 16 556171 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（14 ) 氛線偏振激光（波長U卜632.8 nm，且該誘導光之強度為 50-100毫瓦/平方公分）。該溫度經由該樣品外部加熱自 周圍溫度（303K)逐漸增加到該可塑相變化溫度（參閱在（心 圖中以點線所示之溫度曲線）。第3(b)圖顯示在該可塑相 t化溫度時光誘導之各向異性之細節。該偏振在該光拇線 上變化。該誘導光電向量之相對定向以箭頭指示。注意該 k間反應與第2圖比較時有_顯著的增加。第⑽圖更詳 細地顯示當周圍溫度·加熱至約443K時該穿透光強寒比例 λ：在1微米厚As^e;膜中之典型動力學，其時As4Sh轉型 為可塑地微晶變形。該光誘導之各向異性⑴振幅之顯著 增加，以及該分子需要用於重新定向與定位之較短之時間 ，可以在與第2圖比較時自第3(b)圖分辨出來。該Asj心材 料在約4〇〇K(參閱第1(c)圖）緩冷數個小時後其χ射線衍射 圖樣與相信由該分子單位As4Se3組成之單斜晶tAsjh χ 射線衍射圖比較時，顯示如所製備之As4Se3膜之原始優勢 AseSe;分子單位（第i(a)圖）大量的轉型為AS4S^分子。 第4圖說明一種光學裝置之排列，其係使用於在全像 式影像之型式中在一如本發明具體型式之記錄媒體中提供 「寫入」數據之能力。對照表首先製造為第5a、几與兄圖 以幫助解釋各式全像式型式如何成型。 該全像之原理係存在於二相干光射束之干射中，一束 稱為參考束，第二束稱為物體束。若二射束均線偏振化， 在振幅（強度）與相（偏振）上相等且在某角度下均入射於一 樣品上’其形成所謂之全像式光柵。在該光柵中該光強度 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 χ 297公楚 I--------t---------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 17 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 556171 A7 -----------B7_____ 五、發明說明（15 ) 分布51係取決於該光波長與人射角度，且為顯示於第_ 之任擇地暗區域52與亮區域53之正弦函數。 然而，若該線偏振射束之一束相對於另一束為相偏移 時，例如一射束之偏振角垂直於第二射束時，該二射束在 該基質上之干射仍舊形成一衍射光柵，但是此並非如該第 一貝例之強度光柵，而為相光柵54。此即，將無干射光之 更亮或更暗的「線」。事實上，該強度分布並非常數值； 然而，所改變者為該相分布。若二偏振化射束偏振軸互相 垂直於對方，其在該基質上會干射；其形成之圖樣將包含 有在第5b圖令顯示之包含有圓偏振光55區域與線偏振光兄 區域之任擇範圍。該圓偏振光之範圍可自左手圓偏振光之 範圍變化到右手圓偏振光之範圍（如箭頭所示）。該圖顯示 數個極端之例子；當然，在該界線中一般有橢圓偏振光。 然而’在二束干射射束為圓偏振化的例子中，一束為 右手相而第二束為左手相，其干射圖樣會再度具有相同強 度，但是該圖樣之相會看起來類似於第丸圖，該圖顯示在 線偏振光範圍之二種型式中形成該干射圖樣57。 最後二個實例54與57在全像式技術中稱為「偏振化全 像」。為了能夠寫入相圖樣，其需要一對光相敏感之媒體 。大部份該媒體只對振幅敏感（如齒化銀（照片感光乳劑） 、鈮酸鋰或大部份之聚合物）。然而，有些也對相（偏振） 敏感。例如，某些光折射聚合物或該硫族化合物玻璃（有 興趣之材料）。相全像與振幅全像相比為更有效率的（即對 光強度之敏感度）。本發明之具體型式可以使用這些全像 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ’ ；---·---—訂---------線 I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 18 556171 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（16) 型式中任一種。 若一射束照射一物體，會產生反射；原則上，反射自 該物體之振幅與相均經變化。一般照片感光乳劑僅記錄振 幅變化，所以結果為具有一非常「平坦」之信息内容。然 而，若該光射束（該物體射束）允許以第二「參考」射束干 射，結果在該樣品上形成一般光強度之變化。若該樣品能 齡 夠記錄強度變化，一物體非常實際之影像可以經記錄並在 僅具有一參考射束時經由該照射該樣品而再次顯現回來。 此為全像式數據存儲與類似全像術背後之廣泛原理。 第4圖顯示一用於全像式記錄或讀取裝置之可能設置 。該裝置60使用一種空間光調制器（SLM)61，其可為具有 一種詳加定義數據流之物體，其係經由光點與暗點之方法 (例如一種穿透液晶顯示或超小鏡面之裝置）。第4圖顯示 二束射束，參考射束62與物體射束63。這些均成型為第一 射束’其來源自被分裂之相干光64(如激光）。源自該光源 ► 64之光穿過一射束分裂器66，其分裂該射束為二相等之部 伤該射束有°卩伤為為偏移的並接者經由鏡6 7反射以形成 / 該參考射束62，然而其他部分則被反射到側邊進入波版68 • 並因而形成該物體射束63，由此二者均經個別地處理。有 類似之另一波版69。當光照射該波版時，光相隨之變化。 在該二波板為λ /2波板且適當地排列之實例中，一板可以 在具有該光束上層部份之λ / 2波板之某個方向終止該光束 ，其具有相對於該光束底部之線偏振向量，此形成一在第 5a圖中顯示之干射圖樣。在該二波板為λ/4波板且適當地 本紙張尺度—適用中_家標準（CNS)^規格（21G χ 297公楚）---- -19 - •裝·-------訂---II----線 f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 556171 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（17) 排列之實例中，一板可以在具有該光束上層部份之λ/4波 板之某個方向終止該光束，其具有之偏振向量，如左手圓 偏振化之向量，係相對於該光束之底部部份。該起初線偏 振射束之底部部份可以經由該；I /4波板之定向給予一右手 圓偏振射束，此形成一在第51)圖中顯示之干射圖樣。 所以在該射束之底部部份通過該SLM 6丨且經「傅里 葉變換」後，即經由該鏡片7〇聚焦在該基質或樣品71上， 一射束可以將一接著經由一參考射束讀取之干射圖樣寫在 CCD上，或是寫在經由鏡片73適當地聚焦之CM〇s相機72 上。現在可以移動該樣品並記錄另一點。此可以任一經由 移動至一完全不同點或使用一相掩蔽達成。原則上，一射 束可以將數個全像寫入「幾乎」相同之點，此即稱為相複 合術。 在此方法中，一干射圖樣可以在該樣品71中成型。若 該樣品之溫度如以上之說明經過控制，嵌入該樣品中之分 子單位可以任擇地定向。若該樣品隨後經冷卻，其可以被 移除但會保持該干射圖樣，因為該分子單位將具有一相對 固定之定向。此將經由該SLM之方法保持該信息輸入之記 錄’且能隨後經由一類似裝置讀出。 該定位之分子單位在室溫時之非常緩慢之重新定向遷 移度可在該材料中形成長時間的或永久數據存儲為。該高 T誘導各向異性之長期存儲已觀察到可在室溫下存儲數個 星期之久，且該效應在該所需之限制中為穩定的（如數據 存儲為2年或超過2年）。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) |裝---*-----訂---------線-

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 _ -五、發明說明（18 ) 本發明之具體型式因而提供一種全像式記錄媒體以及 形成該媒體之方法，其包含有（a)能夠在偏振激光影像下 定位且定向之分子單位以及（b)在無定形無機玻璃狀網絡 型式中之基質媒體，或該分子單位嵌入其中之一種有機聚 合物。將會了解本發明並未限制於這些具體型式。 當一干射圖樣經由偏振光照射之方法在該媒體中成型 時，在該干射圖樣之光區域中，該分子單位定向其本身以 對應於該線偏振光之電場向量，因而在該之前勻質媒體中 形成該分子單位空間定向之偏好的重新分布，並在該媒體 内形成體積全像之成型。反應偏振光之大小與速度在溫度 升向時經由照射該硫族化合物膜而大大增強；接著冷卻至 周圍溫度以在該巨大反應中凍結因而固定定向中之分子單 位0 本發明之某些具體型式提供附加之優點，其為與能存 儲偏振化全像之全像式存儲媒體競爭。在一較佳之具體型 式中’該材料為一包含有分子叢之硫族化合物玻璃，其在 某些製程條件下，如在溫度升高時照光，接著快速冷卻至 周圍溫度，可以在接著以偏振光照射後在該材料中誘導大 量之二色性以及雙折射。 已經鑑定為全像式記錄媒體之該材料之一為砷硒硫族 化合物合金，其包含有分散在一玻璃基質中之AS4S^分子 。相近誘導二色性或雙折射中，該偏振光之作用係在該基 質中以一個經由該偏振光電向量決定之方向旋轉這些偶極 分子。相信此為原因之一的理由是包含有小濃度AS4S~分 本’、嫌尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚） Μ--------^---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 21 556171 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（19 ) 子之材料顯示一值較低之飽和二色性。 一種非常敏感之叢分子探針，如As4Ses，為拉曼光譜 ，其中窄帶振動光譜之解析度高於該基質無定形基質典型 之寬帶光譜，且此可能因此使用於研究包含有存儲之全像 之該硫族化合物膜之局部結構（為簡化故，如一經由二非 共線性干射激光射束形成之光拇）。該拉曼光错可在該材 料之空間範圍中研究，其在該存儲之干射圖樣中分別地包 含有最大值與最小值。該存儲之「全像」之偏振本質可能 可適用在區別定位的與非定位的範圍。各式各樣之材料可 能也包含有光活性的、可旋轉的叢分子。在該基質無定形 基質之偏振寬拉曼帶特性中之變化可能經研究以偵測任何 在其中被誘導之光學上各向異性之變化。溫度效應可能也 可檢驗。 目則（但未限定）相信在砷砸玻璃之實例中，As4se3分 子提供最佳之光學元素。在經由熱蒸發製造之膜實例中， 光學活性Asje3分子之濃度取決於許多參數，如該蒸發皿 之溫度、蒸發速率、基質溫度等等。膜性質之最佳化可以 經由改變蒸發條件及/或其他製備條件而達成。 另外，新穎之方法係自一大塊玻璃中萃取並分離該光 學活性叢分子，如經由在適當溶劑中溶解。該分子隨後可 以用選定之濃度在適當之固態基質中分散。該基質可能為 一硫族化合物玻璃之類似（或不同）組成物，或是甚至為一 種聚合材料。該叢基質組成物之膜隨後可以製造而成，例 如經由旋塗。其他方法將可以合成偶極有機叢分子，也許 本紙張尺度適用中國國家標準（〇sJS)A4規格（210 X 297公釐) " ------- -22 - ---------^---------線 I (請先閱讀背面之；^意事項再填寫本頁) 556171 五、發明說明（20 ) 分散在-有機基質中，以作為用於可重寫之偏振全像式存 儲媒體之基礎。 該存儲介質可能被封存。經由—透明層封存之該光學 活性膜極為較佳的’其係用以防止當該存儲介質以熱處: 時該硫族化合物（或其他）活性層因熱氧化或蒸發所形成之 不可逆的破壞。此封存膜更可能成型為用於該讀寫激光波 長之非反射式被覆，因而增進該衍射效率。不同型式之封 存材料可能給予.較氣之特徵，其包含無活性以及i膜完蚊 性。 一 ·、&正 全像式數據存儲在包含叢之硫族化合物（以及复他）材 料中之更佳化可能包含寫入速度、存儲全像之溫度與時間 之穩定度、消除效率、存儲密度雜訊源以及位元錯誤率。

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 該新式分子叢全像式存儲媒體之另一新賴態樣為該媒 體可以存儲使用偏振光源形成之偏振全像，不同於競爭之 材料，如LiNb〇3,或是只能存儲無向量式（未偏振）全像之 聚合物。更進一步地，至少在室溫時該效應已經被研究， 該光誘導之各向異性經可逆地消除並以垂直於偏振之方向 重寫，如此經數個循環而未形成金屬疲乏。該相同之可逆 性以及缺乏金屬疲乏可用高溫照射觀察，特別是當數個樣 品均足量地妥善封存以排除不可逆之損壞時（如蒸發、氧 化等等）。已經顯示該各向異性可以在高溫時以垂直偏振 之方向重寫。存儲偏振全像之能力開啟許多研究之新穎路 途。例如，原則上，該能力使得在無向量式全像存儲中之 存儲密度有可觀的增加。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 297公釐） 556171

煩請委員明示，本案修正後是否變更原實質内容 γ如與目前技術相比時會大幅增加數據存儲密度以 :回覆迷率。因此’現存之it技術可以強化，且其他 可研究之新應用’特別是關係到經由光纖之數據聯繫，即 具有足夠之頻帶寬以符合該十億位元秒之數據檢 索速率，並達到全像式數據存儲。—個所需之實例可 視訊。 應了解到該媒體加熱到接近或高於該可塑相變化之溫 度1以任—經由該偏振光（或不同波長之電磁輻射）自外部 或是在纟驟中吸收，或是任何其他適當之方式。 、也應了解如本發明之全像可以經由具有寬範圍能量之 激光產生H圍為自紫外光至不同光強度之近紅外光， 其取決於該材料之能帶隙。類似之脈衝式或持續式功率激 光可以採用。 其可能因而了解自本發明中形成之該全像可能被併入 其他光學結構之中。除此外，該全像可以具有乾淨之透明 聚合物或類似之保護性有機或無機材料做表面被覆，其將 會機械性地保護並防止該全像元素之表面損壞。 其更能了解在低於該材料進行可塑相變化之溫度時對 該現象有反應之時間之可觀的降低，可能經由增加該線性 偏振誘導射束之光功率密度而達成。 也應了解該分子單位之重新定向以及因而在折射率上 之調制也可以應用在二維光學記憶型式之中（即CD與DVD) ’其係經由以非相干線偏振光之高聚焦射束照射包含有 As4Se：3之媒體，以在一給予層中給予記錄位元之2d陣列。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公爱·） 24 (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) -t_

C

Claims (1)

1. 556171 A B c D 圍 /r巳 庫利請 中 第90111555號專利申請案申請專利範圍修正本91年9月24曰 1. 一種全像式記錄媒體，包含 煩請委員明示，本案修正後是否變更原實t内容 -種無定形基質材料’其自_第—熱學相進行相變 化為-第二熱力學相，其係反應—溫度升高至預定之轉 變溫度； 一種肷入該基質材料中之各式光敏性分子單位，且 其定位係反應一光源照射；其中 該分子單位在當該基質材料在等同於或高於該轉 變溫度之溫度時可能經該定向，但是在溫度低於該轉變 溫度之時維持一實質上固定之定向。 2·如申請專利範圍第1項之記錄媒體，其中： 該分子單位包含有分子化合物之型式為A4b3，其 中A任一為填或石申，而b任一為硫、石西或碌。 3·如申請專利範圍第1項之該記錄媒體，其中： 5玄分子單位包含有分子化合物之型式為A4B4 ,其 中A任一為磷或砷，而b任一為硫、硒或碲。 4·如申請專利範圍第丨、2或3項之記錄媒體，其中該基質 材料包含有一無機玻璃狀基質材料。 5·如申請專利範圍第1、2或3項之記錄媒體，其中該基質 材料包含有一無機微晶狀基質材料。 6. 如申請專利範圍第1、2或3項之記錄媒體，其中該基質 材料包含有一硫族化合物玻璃。 7. 如申請專利範圍第1、2或3項之記錄媒體，其中該光源 包含有一線偏振光光源。 本紙張尺度通用中國國家標準（CNS) A4規格（21〇><297公釐) 26 »6171

   8·如申請專利範圍第7項之記錄媒體，其中該光源包含一 激光。 •如申請專利範圍第1、2或3項之記錄媒體，其中該光源 包含有一圓偏振光光源。 1〇·如申請專利範圍第1、2或3項之記錄媒體，其中每個該 刀子單位都包含有一具有偶極矩之一般球型之分子。 U·如申請專利範圍第1〇項之記錄媒體，其中該偶極矩可以 裝 與一電場向量交互作用，該向量係與該光源有關，並形 成個別分子單位之定向。 12·如申請專利範圍第i、2或3項之記錄媒體，其中該分子 單位在選定之該基質材料區域中之該定向提供一光誘 導之各向異性之反應。 訂 13.如申請專利範圍第1、2或3項之記錄媒體，其中： 该基質材料在該分子單位經一般地定向之區域具 有一不同之折射率，其異於該基質材料在該分子單位為 非一 ·般地定向之區域。 線 14·如申請專利範圍第1、2或3項之記錄媒體，其中 5亥基質材料在該分子單位為一般地定向之區域具 有一不同之吸收率，其異於該基質材料在該分子單位為 非一般地定向之區域。 15·如申請專利範圍第1、2或3項之記錄媒體，其中該分子 單位包含有一半導體材料。 16.如申請專利範圍第i、2或3項之記錄媒體，其中該分子 單位包含有一在該基質材料上分解之薄膜。 27 A B c D 556171 、申請專利範圍 17·如申請專利範圍第1、2或3項之記錄媒體，其包含有： 一種岔封，其包含有一層透明保護層，其實質上地 被覆該記錄媒體之該表面。 18· —種形成一種全像式元素之方法，包含下述步驟： 加熱一種無定形基質材料至高於預定之轉變溫度 ，於該溫度時該材料自一第一熱力學態進行一熱力學相 變化至一第二熱力學態； 任擇地經由一光源照射該基質材料因而定向嵌入 該基質材料中反應該照射光之光敏性分子單位，·以及 隨後冷卻低於該轉變溫度之該基質材料到該基質 材料在該第一熱力學態之溫度，因而實質上地固定該分 子早位之定向。 19·如申請專利範圍第18項之方法，其中·· 該分子單位包含之分子化合物型式為Ad”其中A 任一為磷或砷，而B任一為硫、硒或蹄。 2〇·如申請專利範圍第18項之方法，其中： 該分子單位包含之分子化合物型式為A4B4,其中A 任一為磷或砷，而B任一為硫、硒或蹄。 21·如申請專利範圍第18、19或2()項之方法，其中該基質材 料包含有一無機玻璃狀基質材料。 22. 如申請專利範圍第18、19或20項之方法，其中· 該基質材料包含有一無機微晶化基質材料。 23. 如申請專利範圍第18、19或2〇項之方法，其中該基質材 料包含有一硫族化合物玻璃。

   28 556171 A8 B8 C8 ____ D8六、申請專利範圍

   24. 如申請專利範圍第18、丨9或2〇項之方法，其中該排列步 驟包含以偏振光照射該基質材料。 25. 如申請專利範圍第丨8、丨9或2〇項之方法，其更包含之步 驟為： 改變在5玄基質材料該分子單位為一般地定向之區 域中之該反射率，其係與在未如此定向之區域中之基質 材料反射率相比。 26·如申請專利範圍第18、19或2〇項之方法，其更包含之步 驟為. 裝

   改變在該基質材料該分子單位為一般地定向之區 域中之該吸收率，其係與在未如此定向之區域中之基質 材料吸收率相比。 A如申請專利範圍第1δ、19或綱之方法，其中該基質材 料經由外部加熱而加熱。 28·如申請專利範圍第18、19或20項 料經由吸收偏振激光而加熱。 29·如申請專利範圍第18、19或20項 力學態包含該固態狀態。 之方法，其中該基質材 之方法，其中該第一熱 m如申料利範圍第18、19或2〇項之方法其中該第二熱 力學態包含一類似可塑性之狀態。 31·如申請專利範圍第18、19或20項之方法 料在室溫時實質上為固態。 32·如申請專利範圍第18、19或2〇項之方法 子單位之步驟包含有，對各單位而言， ’其中該基質材 ’其中該排列分 定向與該分子單 訂 線 本紙張尺度適用中5^票準A4規格⑵似撕公笼厂 29 556171 ABC D 六、申請專利範圍 位有關之偶極矩，以及與該照射光有關之該電向量。 33. 如申請專利範圍第18、19或20項之方法，其更包含有步 驟： 可逆地定向該分子單位。 34. 如申請專利範圍第18、19或20項之方法，其更包含有步 驟： 重熱該基質材料至高於該預定轉變溫度； 經由一光源重新定向分子單位；以及 冷卻該基質材料至低於該預定之轉變溫度。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 30