專利名稱：具高階非線性光滯雙穩(wěn)性材料及采用該材料的光盤及光卡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有非線性雙穩(wěn)光滯特性的材料設(shè)計，特別是在光存儲技術(shù)領(lǐng)域中，有關(guān)直接重寫、可擦寫或一次寫入光盤或光卡的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及記錄介質(zhì)的材料設(shè)計。
自美國ECD及IBM公司共同研究出第一片光盤以來，光盤技術(shù)發(fā)展至目前的現(xiàn)有技術(shù)中是依激光熱效應(yīng)導(dǎo)致可逆性相變的原理來選擇材料并制造光盤及光卡以完成對所述光盤及光卡的寫入，讀取及擦除的，如1991年11月日本松下公司推出的“一次寫入”和“直接重寫”兼容的相變光盤系統(tǒng)，但是其缺點是對光盤寫、讀、擦的操作速度慢，容易產(chǎn)生反復(fù)加熱帶來的熱疲勞且操作過程功耗大。
本發(fā)明的目的是為了克服上述光盤或光卡技術(shù)的缺點，設(shè)計了由激光光效應(yīng)導(dǎo)致相變的具有高階非線性光滯雙穩(wěn)態(tài)特性的材料及采用該材料的光盤及光卡，并提供一種在具有光滯回線特征的記錄介質(zhì)中實現(xiàn)逐位擦除信息(bit by bit)的方法。
為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供一種光盤或光卡，其具有準(zhǔn)F-P干涉儀的結(jié)構(gòu)包括多層各具不同功能的薄膜，沿激光入射方向，所說膜層的順序是增透膜、記錄介質(zhì)膜、增反膜及光反饋和熱沉膜等，所說多層結(jié)構(gòu)在一定功率密度、窄脈寬的激光作用下，無論是反射光或透射光，都具有輸出光強(qiáng)Io相對于輸入光強(qiáng)Ii的光滯特性，其Io～I(xiàn)i曲線是高階非線性光滯雙穩(wěn)態(tài)封閉或非封閉的光滯曲線。
本發(fā)明的另一方面提供了具有高階非線性光滯雙穩(wěn)態(tài)變化特性的材料，該材料可以是無機(jī)多元半導(dǎo)體，其是多元準(zhǔn)共晶系組合物，其中可摻入微量的摻雜元素，形成摻雜多元準(zhǔn)共晶系?；蛴煽稍?0-1～102微微秒時間內(nèi)發(fā)生光滯雙穩(wěn)態(tài)變化的具有強(qiáng)共軛結(jié)構(gòu)的高階非線性光滯雙穩(wěn)態(tài)特性的高聚物構(gòu)成。這些材料可用來制造所述記錄介質(zhì)膜。
本發(fā)明的再一方面提供了在具有光滯雙穩(wěn)特性的記錄介質(zhì)中實現(xiàn)逐位擦除信息(bit by bit)的方法，包括以下步驟(1)初始化一定強(qiáng)度和脈寬的激光照射所說的光盤使光盤記錄介質(zhì)膜材料從不穩(wěn)定的無定形態(tài)進(jìn)入玻璃態(tài)或晶態(tài)，并穩(wěn)定在此態(tài)(穩(wěn)態(tài)I)等待讀、擦、寫操作。
(2)寫以一定強(qiáng)度和脈寬的寫入脈沖加于(1)中完成初始化的光盤記錄介質(zhì)膜材料上，材料沿其輸出光強(qiáng)、輸入光強(qiáng)(Io～I(xiàn)i)的高階非線性雙穩(wěn)態(tài)光滯回線以一定時間從穩(wěn)態(tài)I變化至穩(wěn)態(tài)II，以穩(wěn)態(tài)II區(qū)別于穩(wěn)態(tài)I為寫入的狀態(tài)。
(3)擦以一定強(qiáng)度和脈寬的擦除脈沖加于(2)中處于穩(wěn)態(tài)II的寫入狀態(tài)的光盤記錄介質(zhì)膜上，材料沿其輸出光強(qiáng)、輸入光強(qiáng)(Io～I(xiàn)i)的高階非線性雙穩(wěn)態(tài)光滯回線以一定時間從穩(wěn)態(tài)II變化至穩(wěn)態(tài)I，以穩(wěn)態(tài)I區(qū)別于穩(wěn)態(tài)II作為擦除的狀態(tài)。
本發(fā)明提供的采用激光光效應(yīng)實現(xiàn)信息記錄擦除的光盤或光卡，其優(yōu)點是可用短波長、窄脈寬、低功耗的脈沖激光寫/擦信息，因而可以使光盤或光卡的存儲密度成倍地增加，信息的寫/擦速率有數(shù)量級的增加。所用激光器的功率可以降低，因而減少或避免材料的熱疲勞。
以下結(jié)合附圖舉例說明本發(fā)明的實施例。


圖1是本發(fā)明高階非線性光滯雙穩(wěn)態(tài)記錄介質(zhì)膜插入準(zhǔn)F-P干涉儀中，激光反射或透射光強(qiáng)輸出～輸入Io～I(xiàn)i特性曲線為封閉式光滯回線的情況。
圖2是本發(fā)明高階非線性光滯雙穩(wěn)態(tài)記錄介質(zhì)膜插入準(zhǔn)F-P干涉儀中，激光反射或透射光強(qiáng)輸出～輸入Io～I(xiàn)i特性曲線為非封閉式光滯回線的情況。
圖3是在具有光滯回線特征的記錄介質(zhì)中實現(xiàn)逐位擦除信息的方法過程示意圖。
根據(jù)本發(fā)明的光盤或光卡具有準(zhǔn)F-P干涉儀的結(jié)構(gòu)，干涉儀本身由多層薄膜構(gòu)成。每層薄膜具有不同的功能，其順序是增透膜、記錄介質(zhì)膜、增反膜、光反饋及熱沉膜等，其中記錄介質(zhì)薄膜是由具有高階非線性光滯雙穩(wěn)態(tài)特性的材料制成。
激光脈沖通過該記錄介質(zhì)，光場電矢量和介質(zhì)內(nèi)部電荷系統(tǒng)發(fā)生相互作用，感生出電偶極子。單位體積內(nèi)，電偶極子的偶極矩總和，介質(zhì)的極化強(qiáng)度P，是光場電振幅E的函數(shù)，一般情況下，可將P展開成E的冪級數(shù)，如下P＝ε0[X(1)E＋X(2)E2＋X(3)E3＋X(4)E4＋……]式中ε0是真空介電常數(shù)；X(1)是線性光學(xué)極化率；X(2)是二階非線性極化率；X(3)、X(4)是高階非線性極化率。
各階極化率都是復(fù)數(shù)，實部表示折射率，虛部表示吸收系數(shù)。具有高階非線性效應(yīng)的光記錄介質(zhì)主要有無機(jī)半導(dǎo)體材料、有機(jī)高分子聚合物材料以及金屬氧化物、氟化物晶體等。
無機(jī)半導(dǎo)體高階非線性光滯雙穩(wěn)態(tài)記錄介質(zhì)的工作機(jī)制為當(dāng)一定能量激光在這類半導(dǎo)體基本吸收邊附近引發(fā)非線性光學(xué)效應(yīng)時，光場電矢量與半導(dǎo)體的元激發(fā)，例如激子、發(fā)生強(qiáng)共振作用，極化強(qiáng)度P不僅與光波頻率ω有關(guān)，而且是受激電子-空穴對濃度N的函數(shù)，即P＝ε0X(ω，N)E此時，介質(zhì)的光吸收及折射率都依賴于N。
將這類介質(zhì)薄膜插入準(zhǔn)F-P干涉儀中，激光反射光或透射光強(qiáng)輸出～輸入Io～I(xiàn)i特性是輸出光滯后于輸入光的光滯回線。這里有兩種情況1.在輸入激光脈沖作用的過程中，Io/Ii特征曲線是封閉式光滯回線，如圖1所示；2.在輸入激光脈沖作用的過程中，Io/Ii特征曲線是非封閉式雙穩(wěn)態(tài)光滯回線，如圖2所示。
具有圖1所示的封閉光滯回線的材料可用作光開關(guān)。但在一定能量的激光脈沖作用下，一些具有封閉光滯回線的材料具有如圖3所示的雙穩(wěn)態(tài)特征。因此，凡在一定能量的激光脈沖作用下，可在兩個穩(wěn)態(tài)之間變化，具有光滯雙穩(wěn)態(tài)特性的介質(zhì)，都具有光存儲功能，如圖2和圖3所示。所說介質(zhì)在高階非線性效應(yīng)發(fā)生的同時，伴生介質(zhì)電子結(jié)構(gòu)的變化，因而使寫入的信息得以保持。
本發(fā)明光盤和光卡寫入和逐位擦除信息的方法參照圖3舉例說明如下寫入使材料處于圖中C態(tài)，當(dāng)寫入脈沖前沿來到，沿材料沿Io～I(xiàn)i曲線從C到D變化，當(dāng)脈沖后沿來到材料從D到G，發(fā)生雙穩(wěn)態(tài)變化。
擦除，當(dāng)擦除脈沖前沿來到，材料沿Io～I(xiàn)i曲線從G到B變化，當(dāng)擦除脈沖后沿來到，材料從B到C完成雙穩(wěn)態(tài)變化。
具有圖2所示的非封閉光滯雙穩(wěn)態(tài)特性的介質(zhì)，也是在寫入和擦除脈沖的作用下，在兩個穩(wěn)態(tài)之間變化，實現(xiàn)信息的寫入和擦除。
高階非線性光滯雙穩(wěn)態(tài)半導(dǎo)體材料有以式X＝AiBjCk表達(dá)的多元準(zhǔn)共晶系組合物，式中，A選自(III-V族)B選自(II-VI族) C選自(I-VII，II-VII族)GaAs ZnS，ZnSe CuClInSb CdS，CdSe MgF2InAs ZnTe，CdTeInPi＝0-3， j＝0-3 k＝0-3，i，j，k可相等，且至少包括2種，亦可不等。
以上任一種多元準(zhǔn)共晶系X中可加入微量的摻雜元素(Z)，形成以式Xy＋Z1-y表達(dá)的摻雜多元準(zhǔn)共晶系，其中Z選自金屬元素Cu，Au，Li，K，Mn，Bi，Ba，Cs過渡金屬元素Fe，Co，Ni，Cr，V，Ti稀土元素Nd，Sm，Gd，Dy，Y，Pr，Tby＞90％有機(jī)高聚物高階非線性光滯雙穩(wěn)態(tài)材料有一般地講，具有較強(qiáng)共軛結(jié)構(gòu)的高聚物都具有高階非線性光滯雙穩(wěn)態(tài)特性。例如具有π電子共軛體系的偶氮苯及其衍生物、螺吡喃及其衍生物、酞菁類、卟啉類、以及具有強(qiáng)共軛結(jié)構(gòu)的雙乙炔及其衍生物等。
所述材料可用于制造本發(fā)明的高階非線性光滯雙穩(wěn)態(tài)光盤及光卡的記錄介質(zhì)膜層。
權(quán)利要求
1.一種光盤或光卡，其具有準(zhǔn)F-P干涉儀結(jié)構(gòu)，其特征在于所說準(zhǔn)F-P干涉儀包括多層各具不同功能的薄膜，沿著激光入射方向，所說膜層的順序是增透膜、記錄介質(zhì)膜、增反膜及光反饋和熱沉膜，各膜層制成滿足光匹配的要求。
2.如權(quán)利要求1所述的光盤或光卡，其特征在于所述準(zhǔn)F-P干涉儀的多層薄膜結(jié)構(gòu)在高功率密度、窄脈寬的激光作用下，對反射光和透射光都具有輸出光強(qiáng)相對于輸入光強(qiáng)的光滯特性。
3.如權(quán)利要求2所述的光盤或光卡，其特征在于所述準(zhǔn)F-P干涉儀的多層薄膜結(jié)構(gòu)的輸出光強(qiáng)輸入光強(qiáng)的Io～I(xiàn)i曲線為高階非線性雙穩(wěn)態(tài)的封閉的光滯回線。
4.如權(quán)利要求2所述的光盤或光卡，其特征在于所述準(zhǔn)F-P干涉儀的多層薄膜結(jié)構(gòu)的輸出光強(qiáng)輸入光強(qiáng)的Io～I(xiàn)i曲線是高階非線性光滯雙穩(wěn)態(tài)非封閉的光滯曲線。
5.如權(quán)利要求3所述的光盤或光卡，其特征在于所述準(zhǔn)F-P干涉儀的記錄介質(zhì)膜的輸出光強(qiáng)輸入光強(qiáng)的Io～I(xiàn)i曲線為高階非線性雙穩(wěn)態(tài)的封閉的光滯曲線。
6.如權(quán)利要求4所述的光盤或光卡，其特征在于所述準(zhǔn)F-P干涉儀的記錄介質(zhì)膜的輸出光強(qiáng)輸入光強(qiáng)的Io～I(xiàn)i曲線是高階非線性光滯雙穩(wěn)態(tài)非封閉的光滯曲線。
7.如權(quán)利要求5或6所述的光盤或光卡，其特征在于所述記錄介質(zhì)由具有高階非線性光滯雙穩(wěn)態(tài)變化特性的無機(jī)多元半導(dǎo)體材料制成，該材料是以式X＝AiBjCk表達(dá)的多元準(zhǔn)共晶系組合物，式中，A選自(III-V族) B選自(II-VI族) C選自(I-VII，II-VII族)GaAs ZnS，ZnSeCuClInSb CdS，CdSeMgF2InAs ZnTe，CdTeInPi＝0-3， j＝0-3， k＝0-3，i，j，k可相等，且至少包括2種，亦可不等。
8.如權(quán)利要求7所述的光盤或光卡，其特征在于在所述的任一種多元準(zhǔn)共晶系X中可摻入微量的摻雜元素Z，形成以式Xy＋Z1－y表達(dá)的摻雜多元準(zhǔn)共晶系，其中Z選自金屬元素Cu，Au，Li，K，Mn，Bi，Ba，Cs過渡金屬元素Fe，Co，Ni，Cr，V，Ti稀土元素Nd，Sm，Gd，Dy，Y，Pr，Tby＞90％
9.如權(quán)利要求5或權(quán)利要求6所述的光盤或光卡，其特征在于所述記錄介質(zhì)膜由具有強(qiáng)共軛結(jié)構(gòu)的具高階非線性光滯雙穩(wěn)態(tài)特性的高聚物構(gòu)成，所述高聚物特征是，可以在10-1～102微微秒時間內(nèi)發(fā)生光滯雙穩(wěn)態(tài)變化，如偶氧苯類、螺吡喃類、酞菁類卟林類以及聚乙炔類等。
10.一種具有高階非線性光滯雙穩(wěn)態(tài)特性的無機(jī)多元半導(dǎo)體材料，該材料是以式X＝AiBjCk表達(dá)的多元準(zhǔn)共晶系組合物，式中，A選自(III-V族)B選自(II-VI族)C選自(I-VII，II-VII族)GaAS ZnS，ZnSe CuClInSb CdS，CdSe MgF2InAs ZnTe，CdTeInPi＝0-3， j＝0-3， k＝0-3，i，j，k可相等，且至少包括2種，亦可不等。
11.如權(quán)利要求10所述的材料，其中在所說的任一種多元準(zhǔn)共晶系X中可摻入微量的摻雜元素Z，形成以式Xy＋Z1－y表達(dá)的摻雜多元準(zhǔn)共晶系，其中Z選自金屬元素Cu，Au，Li，K，Mn，Bi，Ba，Cs過渡金屬元素Fe，Co，Ni，Cr，V，Ti稀土元素Nd，Sm，Gd，Dy，Y，Pr，Tby＞90％
12.一種具有強(qiáng)共軛結(jié)構(gòu)的具高階非線性光滯雙穩(wěn)態(tài)特性的高聚物材料，可以在10-1～102微微秒時間內(nèi)發(fā)生光滯雙穩(wěn)態(tài)變化，如偶氧苯類，螺吡喃類、酞菁類、卟啉類以及聚乙炔類等。
13.一種在具有光滯回線特性的記錄介質(zhì)中實現(xiàn)逐位擦除信息(bit by bit)的方法，包括以下步驟(1)初始化一定強(qiáng)度和脈寬的激光照射所說的光盤使光盤記錄介質(zhì)膜材料從不穩(wěn)定的無定形態(tài)進(jìn)入玻璃態(tài)或晶態(tài)，并穩(wěn)定在此態(tài)(穩(wěn)態(tài)I)等待讀、擦、寫操作。(2)寫以一定強(qiáng)度和脈寬的寫入脈沖加于(1)中完成初始化的光盤記錄介質(zhì)膜材料上，材料沿其輸出光強(qiáng)、輸入光強(qiáng)(Io～I(xiàn)i)的高階非線性雙穩(wěn)態(tài)光滯回線以一定時間從穩(wěn)態(tài)I變化至穩(wěn)態(tài)II，以穩(wěn)態(tài)II區(qū)別于穩(wěn)態(tài)I作為寫入的狀態(tài)。(3)擦以一定強(qiáng)度和脈寬的擦除脈沖加于(2)中處于穩(wěn)態(tài)II的寫入狀態(tài)的光盤記錄介質(zhì)膜上，材料沿其輸出光強(qiáng)、輸入光強(qiáng)(Io～I(xiàn)i)的高階非線性雙穩(wěn)態(tài)光滯回線以一定時間從穩(wěn)態(tài)II變化至穩(wěn)態(tài)I，以穩(wěn)態(tài)I區(qū)別于穩(wěn)態(tài)II作為擦除的狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明屬光信息存儲技術(shù)領(lǐng)域。光盤或光卡具有準(zhǔn)F-P干涉儀結(jié)構(gòu)，由多層薄膜構(gòu)成，其中記錄介質(zhì)是具有高階非線性、非封閉型光滯雙穩(wěn)態(tài)特征的介質(zhì)薄膜。本發(fā)明設(shè)計的材料可用短波長、窄脈寬、低功耗的脈沖激光寫/擦信息，因而可以使光盤或光卡的存儲密度成倍地增加，信息的寫/擦速率有數(shù)量級的增加。所用激光器的功率可以降低，因而減少或避免材料的熱疲勞。
文檔編號G11B7/24GK1122504SQ94113700
公開日1996年5月15日 申請日期1994年10月31日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月31日
發(fā)明者戎靄倫, 司徒活, 呂燕伍, 毛自力, 袁凱華 申請人:北京航空航天大學(xué)