Способ записи и считывания оптической информации в многослойный носитель с фоточувствительной средой
Заявлен способ записи оптической информации в многослойный носитель с фоточувствительной средой. В способе запись осуществляют сфокусированным лазерным излучением на одной длине волны. В качестве многослойного носителя с фоточувствительной средой используют набор волноводов, включающих центральные волноводные слои с фоточувствительным хромоном. Хромон образует под воздействием лазерного излучения люминесцирующую форму. Также носитель содержит дифракционные решетки ввода с разными периодами, размещенные между центральным волноводным слоем с фоточувствительным хромоном и граничным волноводным слоем каждого волновода. Запись оптической информации производят в режиме двухфотонного поглощения лазерного излучения. Техническим результатом является повышение достоверности при селективной записи и считывании оптической информации в многослойной чувствительной среде. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к области записи и считывания оптической информации и может быть использовано для повышения достоверности при селективной записи и считывании информации в многослойный носитель с фоточувствительной средой.
Из уровня техники известен способ записи и считывания оптической информации сфокусированным лазерным излучением в многослойный носитель с фоточувствительной средой (RU 2181509 С2, G11B 7/24, 2002; RU 2248620 С2, 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 и записи информации.
Изобретение направлено на повышение достоверности при селективной записи и считывании оптической информации в многослойной фоточувствительной среде.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в способе записи и считывания оптической информации в многослойный носитель с фоточувствительной средой, согласно изобретению, запись оптической информации осуществляют сфокусированным лазерным излучением на одной длине волны, а считывание - на другой длине волны, при этом в качестве многослойного носителя с фоточувствительной средой используют набор планарных волноводов, включающих центральные волноводные слои с фоточувствительным хромоном, образующим под воздействием лазерного излучения в ходе фотохимических превращений люминесцирующую форму, и дифракционные решетки ввода с разными периодами, размещенные между центральным волноводным слоем с фоточувствительным хромоном и граничным волноводным слоем каждого волновода, причем запись оптической информации производят в режиме двухфотонного поглощения лазерного излучения, сфокусированного в заданный центральный волноводный слой с фоточувствительным хромоном, а считывание осуществляют путем ввода в центральные волноводные слои с фоточувствительным хромоном через дифракционные решетки ввода лазерного излучения, направляемого на многослойный носитель под углом, различным для каждого волновода.
Кроме того, дифракционные решетки ввода считывающего лазерного излучения выполнены сплошными и размещены на всей поверхности границы между центральным и граничным волноводными слоями.
Предложенное выполнение фоточувствительной среды центрального волноводного слоя волноводов 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), в сочетании с наличием дифракционных решеток ввода с разными периодами, размещенных между центральным и граничным волноводными слоями, обеспечивает существенное снижение вероятности помех и ошибок при записи оптической информации за счет использования режима двухфотонного поглощения лазерного излучения, сфокусированного в заданный центральный волноводный слой с фоточувствительным хромоном, а при считывании - за счет ввода в требуемый центральный волноводный слой с фоточувствительным хромоном через дифракционные решетки ввода, выполненные с разными периодами для каждого волновода, лазерного излучения, направляемого на многослойный носитель под углом, различным для каждого волновода.
На чертеже представлена схема реализации заявленного способа. Схема реализации заявленного способа включает многослойный носитель, выполненный в виде набора планарных волноводов 1, каждый из которых включает центральный волноводный слой 2 с фоточувствительным хромоном в полимерной матрице на основе синтетического полимера, например полиметилметакрилата (ПММА) (композиционный слой), граничный волноводный слой 3 (полимерный слой) с более высоким показателем преломления, чем центральный волноводный слой 2, и дифракционную решетку 4 ввода лазерного излучения, размещенную по всей поверхности между центральным волноводным слоем 2 с фоточувствительным хромоном 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 T.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.
Для записи оптической информации используют 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.
Заявленный способ реализуется следующим образом.
Запись оптической информации осуществляют 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 фокусирофония должна превышать порог двухфотонного поглощения исходной формы фоточувствительного хромона.
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.
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.
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.
Считывание записанной оптической информации осуществляют в выбранной точки 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.
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.
Благодаря выполнению дифракционных решеток 4 ввода сплошными и размещению 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.
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.
1. Способ записи оптической информации в многослойный носитель с фоточувствительной средой, характеризующийся 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 запись оптической информации производят в режиме двухфотонного поглощения лазерного излучения, сфокусированного в заданный центральный волноводный слой с фоточувствительной средой.
2. Способ записи оптической информации по п.1, характеризующийся тем, что в качестве фоточувствительной среды центральных волноводных слоев используют фоточувствительный хромон, образующий под воздействием лазерного излучения в ходе фотохимических превращений люминесцирующую форму.
