Способ записи и воспроизведения оптической информации

 

Использование: три фотозаписи, в технической фотографии, тонкопленочных измерителях дозы светового излучения. Сущность изобретения: пленочный носитель из халькогенидного стекла экспонируют записывающим оптическим излучением с различными требуемыми длинами волн. Энергия квантов излучения больше или равна ширине запрещенной зоны материала носителя. Одновременно материал носителя подвергают химическому травлению до требуемого изменения толщины информационных участков. При воспроизведении информации регистрируют отражение от информационных участков носителя воспроизведение световые сигналы с длинами волн, отличным от длин волн воспроизводящего излучения. 1 ил.

Изобретение относится к фотозаписи и воспроизведению оптической информации на слое аморфного полупроводника, изменяющего оптическую плотность и коэффициент отражения света под непосредственным действием актиничного света в процессе создания изображения, и может быть использовано в устройствах записи-воспроизведения оптической информации, технической фотографии, при создании тонкопленочных измерителей дозы светового излучения.

Известен способ записи на фоточувствительном материале на основе сплавов из халькогенидных стекол (ХС) типа мышьяк-селен, которые содержат дополнительно калий, йод, по которому экспониpование материалов проводят He-Ne-лазером, а усиление контраста изображения проводят обработкой экспонированного материала в растворе сульфида натрия 0,5-2 Н концентрации в течение 3-6 мин [1].

Наиболее близким к изобретению является способ записи информации, а также изготовления фотошаблонов, заключающийся в том, что процесс формирования изображения осуществляют путем воздействия на носитель из пленки ХС излучения с одновременным травлением пленки, т.е. производят процесс фотостимулированного травления. При этом воспроизведение информации проводят на пропускание, в случае изготовления фотошаблонов пленку ХС в месте воздействия излучением стравливают до металлической пленки [2].

Недостатком способа является низкая чувствительность носителя при записи, в связи с чем необходимо использование мощных источников излучения (лазеров и т.д.). Чувствительность ХС обычно оценивается величиной порядка 0,1-1 Дж/см², в связи с чем считается, что свет слабой интенсивности оптические свойства ХС не меняет (см., например, Любин В.М. Несеребряные фотографические процессы. /Под ред. И.В.Березина, Химия, 1984). Например, при создании фотошаблонов применяются мощные лазеры, ртутные лампы и т.д. Все это удорожает процесс формирования изображения, при воздействии мощного излучения образуется поверхностный слой вуали толщиной до 0,5 мкм с существенно измененными свойствами, что препятствует процессу записи и воспроизведения информации. Носитель при использовании данного способа не позволяет получать цветное изображение.

Цель изобретения - обеспечение записи и воспроизведения цветного изображения.

Для достижения цели по способу записи и воспроизведения оптической информации, по которому в процессе записи экспонируют пленочный носитель из ХС информационным световым излучением с энергией квантов, большей или равной ширине запрещенной зоны материала носителя, который одновременно подвергают химическому травлению до требуемого изменения толщины информационных участков, а при воспроизведении информации носитель облучают воспроизводящим световым излучением и регистрируют воспроизведенные световые сигналы, в процессе записи информационные участки носителя экспонируют излучением с различными требуемыми длинами волн, а при воспроизведении регистрируют отраженные от информационных участков световые сигналы с длинами волн, отличными от длин волн воспроизводящего светового излучения.

Сущность изобретения поясняется графиками на чертеже, на которых приведены спектры на отражение системы, где 1 соответствует исходному цвету пленки носителя - бордовому, 2 - цвету после 1 мин травления - красно-бордовому, 3 - цвету после 30 мин травления - желтому, 4 - ярко-желтому цвету после 40 мин травления.

Скорость фотостимулированного травления или фотостимулированного окисления зависит от параметров записывающего излучения (энергии кванта, интенсивности и времени воздействия даже при измерительных (сверхслабых) интенсивностях). Изменение скорости травления приводит к тому, что на данном участке пленки носителя толщина ее меняется в зависимости от параметров излучения за счет нелинейного поглощения излучения в ХС. При использовании тонких пленок ХС обнаружено, что изменение толщины приводит к изменению цвета на отражение, в процессе фотостимулированного травления или окисления цвет пленки меняется от светло-желтого к темно-желтому, малиновому, зеленому. Особенностью является то, что цвет пленки меняется при воздействии излучением порядка 100 лк и более (10^-5 Вт/см²), что позволяет использовать в процессе записи излучение слабой интенсивности.

П р и м е р 1. Проводили травление пленки толщиной 0,6 мкм системы Аs-Se, напыленной на лавсан в вакууме 10^-4 мм рт.ст. Для повышения чувствительности процесс напыления проводили в темной камере, а процесс травления - сразу после получения пленки. Травление вели в слабом растворе щелочи (1% -ный раствор КОН) при воздействии интегральным светом 100 мл (10^-5 Вт/см²) и в отсутствие воздействия в процессе травления снимали спектры пропускания и отражения на спектрометре UV-VIS.

Спектры пропускания в области 0,5-0,8 мкм имеют максимум пропускания в области 0,65 мкм. В течение первой минуты наблюдается увеличение пропускания на 10% , а в течение последующего травления - уменьшение на 10-15% относительно начального значения.

Значительно большую информацию дают спектры отражения пленок (см. график). Как видно, существенно изменяются спектры в области 0,35-0,5 мкм, происходит понижение уровня сигнала. В области 0,5-0,6 мкм происходит увеличение уровня сигнала. Существенное изменение спектров отражения сопровождается изменением цвета пленки: от начального бордового к темно-красному и после длительного травления к желтому и ярко-желтому. Принципиальным является тот факт, что скорость травления пленки носителя при освещении интенсивностью 10^-5 Вт/см² в 1,2-1,3 раза превышает скорость травления неосвещенного участка (для данной концентрации раствора).

П р и м е р 2 . Использовали пленки системы Аs-Se, полученные по технологии примера 1. Проводили одновременное травление и облучение излучением лазера 0,63 мкм (Не-Ne), 1,15 мкм (Не-Ne) и 0,53 мкм (аргоновый лазер) при интенсивностях порядка 10^-2 Вт/см². При воздействии лазером 1,15 мкм (энергия квантов меньше ширины запрещенной зоны материала) существенных отличий в скорости травления освещенного и неосвещенного участков не наблюдали. Скорость травления при освещении излучением с энергией квантов, большей ширины запрещенной зоны, а именно 0,53 мкм, в 1,3-1,5 раза превышала скорость травления при воздействии излучением с длиной волны 0,63 мкм. При воздействии излучением 0,63 мкм и 0,53 мкм спектры отражения пленки носителя изменялись аналогично указанным на графике, скоpость уменьшения толщины была пропорциональна интенсивности излучения. При травлении с одновременным облучением излучением He-Ne-лазера (0,63 мкм) происходило изменение цвета пленки аналогично указанному в примере 1, но скорость травления при этом в 1,5-2 раза превышала скорость травления при меньших интенсивностях (пример 1).

Увеличение интенсивности облучения от 10^-2 до 10^-1 Вт/см² приводит к увеличению скорости травления в 1,2-1,3 раза (при длине волны 0,53 мкм), аналогичное увеличение интенсивности для 0,63 мкм приводило к увеличению скорости травления в 1,1-1,2 раза. При этом наблюдается изменение цвета пленки от темно-красного к ярко-желтому.

П р и м е р 3. Проводили облучение пленок систем As-Se и As-S-Se излучением He-Ne-лазера (0,63 и 1,15 мкм) и аргонового лазера (0,53 мкм) на воздухе и в атмосфере аргона. Пленки толщиной 0,6-0,8 мкм получены напылением на лавсан в темной камере. При облучении на воздухе цвет пленки менялся от темно-бордового к зеленому (на отражение). Более быстрые изменения происходили при воздействии излучением аргонового лазера при 10^-2 Вт/см², уменьшение скорости изменения цвета почти в 2 раза наблюдали при воздействии излучением 0,63 мкм той же интенсивности. Не наблюдалось изменений при воздействии излучением 1,15 мкм и при воздействии в среде аргона.

По-видимому, в процессе воздействия на воздухе наблюдается реакция окисления As₂S₃+ 3/2 O₂ As₂O₃+ 3S где h - постоянная Планка; ν- частота оптического излучения, в результате чего происходит испарение As₂O₃, изменение толщины пленки и, как следствие, изменение ее цвета. Спектры пропускания при этом меняются незначительно, так как идут два конкурирующих процесса: наряду с уменьшением толщины и увеличением пропускания идут фотоструктурные превращения в ХС, которые обычно приводят к уменьшению пропускания (см. прототип). В связи с этим суммарный эффект незначителен. В случае воздействия на пленку ХС излучением в нейтральной среде (в аргоне) наблюдается потемнение пленки и увеличение поглощения, но заметного изменения цвета не происходит.

П р и м е р 4. Существенные изменения цвета (на отражение) можно наблюдать при наличии на подложке зеркального отражающего покрытия при воздействии на воздухе. Так, при воздействии на пленку систем As-S-Ge, As-S-Se толщиной порядка 0,5 мкм, которая была нанесена на алюминиевый подслой на лавсане, интегральным светом 10⁴ лк (прямым солнечным светом) в течение 10 мин происходило изменение цвета от темно-желтого к малиновому. Данный способ был использован для создания датчика дозы облучения. При использовании монохроматического излучения по изменению цвета пленки можно определить интенсивность (зная время воздействия) или определить время воздействия при известной интенсивности. Сопоставление со свойствами датчиков на основе окрашивающихся стекол, применяемых для определения дозы ионизирующих излучений, показывает повышение чувствительности данных структур на несколько порядков величины. По-видимому, скорость изменения оптических свойств ХС пропорциональна энергии воздействующих квантов, интенсивности и времени воздействия.

Как показано ранее, для ХС изменение коэффициента поглощения Δα≈ Е^АТ^В, где Е - интенсивность; Т - время воздействия; А и В - коэффициенты, зависящие от энергии квантов.

Цель изобретения - запись и воспроизведение цветного изображения достигается благодаря различной скорости фотостимулированного травления или окисления на данном участке пленки под действием излучения с различной энергией квантов. Различная скорость травления или окисления приводит к тому, что толщина на данном участке, например, при воздействии 0,53 мкм меньше, чем толщина на участке, где действовали излучением 0,63 мкм, соответственно цвет (на отражение) на первом участке отличается от цвета на втором, а также от цвета на участке, куда излучение не попадало.

Кроме того, изобретение позволяет снизить стоимость используемых материалов в связи с использованием ХС для создания многоцветного изображения, что на 3-4 порядка дешевле, чем использование материалов на основе серебра и используемых при этом химических реактивов.

В предлагаемом способе закрепление полученного изображения может поводиться путем нанесения тонкой прозрачной пленки, например полимерной пленки из раствора.

Способ может найти применение в фотометрии, технической фотографии, для создания датчиков дозы.

Формула изобретения

СПОСОБ ЗАПИСИ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ОПТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ, при котором в процессе записи экспонируют пленочный носитель из халькогенидного стекла информационным записывающим световым излучением с энергией квантов, большей или равной ширине запрещенной зоны материала носителя, который одновременно подвергают химическому травлению до требуемого изменения толщины информационных участков, а при воспроизведении информации носитель облучают воспроизводящим световым излучением и регистрируют воспроизведенные световые сигналы, отличающийся тем, что, с целью обеспечения записи и воспроизведения цветного изображения, в процессе записи информационные участки носителя экспонируют излучением с различными требуемыми длинами волн, а при воспроизведении регистрируют отраженные от информационных участков носителя воспроизведенные световые сигналы с длинами волн, отличными от длин волн воспроизводящего светового излучения.

РИСУНКИ

Рисунок 1