Оптический носитель информации на основе оксидных стекол


G11B2007/0009 - Накопление информации, основанное на относительном перемещении носителя записи и преобразователя (запись измеряемых величин способами, не требующими воспроизведения через преобразователь, G01D; светочувствительные материалы или процессы для фотографических целей G03C; электрография, электрофотография, магнитография G03G; записывающая или воспроизводящая аппаратура с использованием механически маркированной ленты, например перфорированной бумажной ленты, или с использованием отдельных записей, например карточек с перфорированной или магнитной маркировкой G06K; перенос данных с носителя записи одного типа на другой G06K 1/18; печатание информации с носителя записи G06K 3/00; устройства для получения постоянного визуального представления выходных данных G06K 15/00; устройства или схемы

Владельцы патента RU 2713044:

Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ (RU)

Изобретение относится к области оптического материаловедения, в частности к оптическому носителю информации на основе оксидных стекол, и может быть использовано для записи и хранения информации. Изобретение позволяет упростить и удешевить технологический процесс изготовления оптического носителя информации при сохранении скорости записи информации. Это достигается применением оптического носителя информации на основе многокомпонентных оксидных стекол составов, мол. %: Me2O (Me=Li, Na, K) в количестве 12-30, SiO2 в количестве 70-88; или состава: Me2O (Me=Li, Na, K) в количестве 5-30, Al2O3 в количестве 0,1-5, SiO2 в количестве 65-87,9; или состава: Me2O (Me=Li, Na, K) в количестве 4-25, Al2O3 в количестве 2-5, В2О3 в количестве 5-13, SiO2 в количестве 65-81.

 

Изобретение относится к области оптического материаловедения, в частности, к оптическому носителю информации на основе оксидных стекол и может быть использовано для записи и хранения информации.

Известен носитель на основе натриевоборатного стекла с очувствляющей примесью цинком или кадмием в количестве 0,1-5 мас. %. Запись на оптический носитель осуществляется воздействием мощного ультрафиолетового (УФ) излучения. При этом в облученных областях изменяются спектрально-люминесцентные характеристики, которые отвечают за процесс считывания информации. Недостатком данного оптического носителя является необходимость применения мощных источников УФ излучения, термическая стабильность до 400°С, длительность хранения записанных данных не менее 1,5 лет [патент SU 1714675 А1 Носитель оптической записи].

Известен способ трехмерной записи-считывания и оптический носитель - фоточувствительное цинкфосфатное стекло, допированное серебром [патент WO 2011148113 A3]. За счет облучения стекла импульсным источником лазерного излучения в объеме оптического носителя формируются нанокластеры серебра, изменяя спектр люминесценции модифицированной области. Недостатком изобретения является невысокая плотность записи и хранения информации, ограниченная 1 битом информации в одном пите, а также низкая термическая стабильность (ниже 450°С) оптического носителя по сравнению с многокомпонентными силикатными и боросиликатными стеклами.

Дальнейшее развитие технологии оптической записи информации привело к появлению работы [Zhang, Jingyu, et al. "Seemingly unlimited lifetime data storage in nanostructured glass." Physical review letters 112.3 (2014): 03390], где был продемонстрирован способ многоуровневой записи информации на оптическом носителе из кварцевого стекла с помощью фемтосекундного лазерного пучка и который тесно связаны с данным изобретением.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является оптический носитель информации, представляющий собой оксидное кварцевое стекло (SiO2). Запись информации состоит в облучении кварцевого стекла сфокусированным пучком фемтосекундного лазера, которое приводит к образованию периодических наноструктур, называемых «нанорешетками». Нанорешетки обладают анизотропными свойствами, их двулучепреломление зависит от параметров лазерного пучка. При прохождении через нанорешетку луч света разделяется на две взаимно ортогонально-поляризованных компоненты - обыкновенную и необыкновенную, между которыми возникает фазовый сдвиг, выражаемый в нм. Нанорешетка имеет «медленную» ось, т.е. направление, вдоль которого показатель преломления для необыкновенного луча максимален. В работах [Shimotsuma, Yasuhiko, et al. "Self-organized nanogratings in glass irradiated by ultrashort light pulses." Physical review letters 91.24 (2003): 247405, Beresna, Martynas, et al. "Exciton mediated self-organization in glass driven by ultrashort light pulses." Applied Physics L 101.5 (2012): 053120.] отмечено, что ориентация «медленной» оси пита перпендикулярна плоскости поляризации пучка лазера, т.е. двулучепреломление поляризационно-зависимо. Также установлено, что фазовый сдвиг пита можно повысить путем увеличения количества или энергии лазерных импульсов. Таким образом, запись информации возможна в нескольких направлениях «медленной» оси и уровнях фазового сдвига дополнительно к трем пространственным измерениям оптического носителя. Это позволяет закодировать в пите более одного бита информации (т.е. реализуется принцип многоуровневой памяти) и увеличить плотность записи информации оптического носителя пропорционально числу записанных бит. Тем не менее, энергия импульса - один из параметров лазерного пучка, критический для формирования нанорешетки, лимитирует скорость записи информации. Механизм образования нанорешеток до сих пор не выяснен, а образование периодических наноструктур в объеме материала, обладающих значительным и достаточным для считывания пита фазовым сдвигом (более 10 нм), было показано только для кварцевого стекла. В прототипе минимальная энергия импульса, применяемая для формирования пита в объеме кварцевого стекла, составляла от 30 нДж, при этом скорость записи данных составляет 6 КБ/сек. Показано, что кварцевое стекло благодаря своим уникальным свойствам, в частности, высокой температуре стеклования (около 1200°С) обеспечивает высокую термическую стабильность оптической памяти - двулучепреломление нанорешеток при термообработке при 1000°С в течение 1 часа ослабевает не более, чем на 2%, что фактически означает сохранность данных и возможность их считывания после такой термообработки. Экстраполяция температурной зависимости времени жизни данных на низкие температуры показала, что при температуре 200°С информация может храниться в течение миллиардов лет, а при комнатной температуре - практически вечно. Однако производство кварцевого стекла является более дорогостоящим и технически сложным по сравнению с производством многокомпонентных стекол силикатной и боросиликатной систем, так как синтез проводится при температурах более 2000°С при использовании специального дорогостоящего оборудования, а также в силу сложности механической обработки готового стекла: шлифовки и полировки. Температура стеклования многокомпонентных стекол силикатной и боросиликатной систем лежит в диапазоне 500-800°С, что также обеспечивает достаточную для архивного хранения информации термическую стабильность и долговечность оптического носителя. Совокупность термических и физико-механических свойств силикатных и боросиликатных стекол существенно упрощает и удешевляет в сравнении с кварцевым стеклом технологический процесс изготовления оптического носителя информации. Так температура варки таких стекол лежит в диапазоне от 1400 до 1620°С, а сама варка проводится с использованием стандартных электрических печей. Микротвердость многокомпонентных стекол, напрямую связанная с процессом шлифовки и полировки носителя информации, значительно ниже в сравнении с микротвердостью кварцевого стекла. В то же время энергия лазерного импульса для записи информации в заявляемых многокомпонентных стеклах обеспечивает сравнимую с прототипом скорость процесса записи данных.

Задачей настоящего изобретения является удешевление и упрощение процесса изготовления оптического носителя при сохранении скорости записи информации.

Поставленная задача решается использованием для изготовления оптического носителя многокомпонентных стекол составов:

Микротвердость синтезированных стекол определялась по методу Виккерса.

Для создания питов в объеме полированного с двух сторон оптического носителя из многокомпонентного стекла применялась установка, в которой излучение ближнего ИК диапазона длиной волны 1030 нм с фемтосекундного лазера ослабляется до значений 30-60 нДж энергии импульса с помощью оптического аттенюатора, проходит через фазовую пластину λ/2, угол поворота которой определяет ориентацию линейной поляризации лазерного пучка, и систему зеркал, попадает на объектив или линзу и фокусируется в объеме стекла. Величина энергии импульса лазерного излучения измерялась после фокусирующего объектива. Для записи питов применялось от 256 до 262144 импульсов.

Перемещение оптического носителя осуществлялось с помощью моторизованного трехкоординатного стола. Минимальная глубина фокусировки лазерного пучка составляла 20 мкм во избежание возможности образования трещин. При лазерном воздействии на кварцевое стекло образовывались питы - локальные области диаметром около 1,5 мкм, обладающие локальным поляризационно-зависимым двулучепреломлением. Для регистрации фазового сдвига и ориентации «медленной» оси двулучепреломляющих питов применялась система Abrio Microbirefringence [Retardance measurement system and method US 7372567 B2] на базе оптического поляризационного микроскопа Olympus ВХ51.

В приведенных далее примерах применялся оксид натрия. Правомерность обобщения на оксиды лития и калия следует из полного сходства используемых для достижения заявляемого технического результата свойств этих соединений.

Достижение заявляемого технического результата подтверждается следующими примерами.

Пример 1

В многокомпонентном стекле состава 15Na2O-85SiO2 на глубине 30 мкм сфокусированными фемтосекундными лазерными импульсами длительностью 600 фс с частотой повторения 200 кГц и энергией от 30 до 60 нДж формируются массивы питов с ориентацией «медленной» оси 0° и 90° относительно первоначального направления поляризации лазерного излучения, с фазовым сдвигом в диапазоне 10-45 нм. Число импульсов варьируется от 512 до 256144 импульса на пит. На двулучепреломление записанных нанорешеток не влияет термообработка при 400°С в течение 2 ч. Температура стеклования стекла данного состава 485°С, варка стекла осуществляется в электрической печи в платиновом тигле при температуре 1560°С. Введение 15 мол. % щелочного оксида в состав кварцевого стекла позволяет снизить микротвердость с 10,5 до 4,5 ГПа. Максимальная скорость записи информации составляет 12 КБ/сек.

Пример 2

В многокомпонентном стекле состава 12Na2O-88SiO2 на глубине 30 мкм сфокусированными фемтосекундными лазерными импульсами длительностью 600 фс с частотой повторения 200 кГц и энергией от 30 до 60 нДж формируются массивы питов с ориентацией «медленной» оси 0 и 90° относительно первоначального направления поляризации лазерного излучения, с фазовым сдвигом в диапазоне 10-45 нм. Число импульсов варьируется от 512 до 256144 импульса на пит. На двулучепреломление записанных нанорешеток не влияет термообработка при 400°С в течение 2 ч. Температура стеклования стекла данного состава 528°С, варка стекла осуществляется в электрической печи в платиновом тигле при температуре 1620°С. Введение 12 мол. % щелочного оксида в состав кварцевого стекла позволяет снизить микротвердость с 10,5 до 5,0 ГПа. Максимальная скорость записи информации составляет 12 КБ/сек.

Пример 3

В многокомпонентном стекле состава 30Na2O-70SiO2 на глубине 30 мкм сфокусированными фемтосекундными лазерными импульсами длительностью 600 фс с частотой повторения 200 кГц и энергией 45 нДж формируются массивы питов с ориентацией «медленной» оси 0° и 90° относительно первоначального направления поляризации лазерного излучения, с фазовым сдвигом в диапазоне 10-25 нм. Число импульсов варьируется от 1024 до 256144 импульса на пит. Температура стеклования стекла данного состава 460°С, варка стекла осуществляется в электрической печи в платиновом тигле при температуре 1400°С. Увеличение содержания оксида натрия до 30% в составе кварцевого стекла снижает микротвердость до 3,9 ГПа. Максимальная скорость записи информации составляет 9 КБ/сек.

Пример 4

В многокомпонентном стекле состава 30Na2O-5Al2O3-65SiO2 на глубине 50 мкм сфокусированными фемтосекундными лазерными импульсами длительностью 600 фс с частотой повторения 100 кГц и энергией 45 нДж формируются массивы питов с ориентацией «медленной» оси 0°, 45° и 90° относительно первоначального направления поляризации лазерного излучения, фазовым сдвигом в диапазоне 25 нм. Число импульсов пит составляло 128072 импульса на пит. Температура стеклования данного стекла составляет 480°С, а варка проводится в электрической печи при температуре 1490°С. Микротвердость стекла данного состава составляет 4,1-5,0 ГПа, что в 2,5 раза меньше, чем в кварцевом стекле. Скорость записи информации составляет 9 КБ/сек.

Пример 5

В многокомпонентном стекле состава 4Na2O-2Al2O3-13B2O3-81SiO2 на глубине 50 мкм сфокусированными фемтосекундными лазерными импульсами длительностью 600 фс с частотой повторения 100 кГц и энергией 45 нДж формируются массивы питов с ориентацией «медленной» оси 0°, 45° и 90° относительно первоначального направления поляризации лазерного излучения, фазовым сдвигом в диапазоне 25 нм. Число импульсов пит составляло 128072 импульса на пит. Температура стеклования данного стекла составляет 535°С, варка стекла осуществляется в электрической печи в платиновом тигле при температуре 1600°С. Микротвердость синтезированного стекла составляет 5,2-6,1 ГПа. Скорость записи составляет 9 КБ/сек.

Пример 6

В многокомпонентном стекле состава 25Na2O-5Al2O3-5B2O3-65SiO2 на глубине 50 мкм сфокусированными фемтосекундными лазерными импульсами длительностью 600 фс с частотой повторения 100 кГц и энергией 45 нДж формируются массивы питов с ориентацией «медленной» оси 0°, 45° и 90° относительно первоначального направления поляризации лазерного излучения, фазовым сдвигом в диапазоне 25 нм. Число импульсов пит составляло 64036 импульса на пит. Температура стеклования данного стекла составляет 510°С, варка стекла осуществляется в электрической печи в платиновом тигле при температуре 1510°С. Введение в состав стекла оксидов натрия, алюминия, бора в указанных количествах в состав кварцевого стекла позволяет снизить микротвердость с 10,5 ГПа до 5,4 ГПа. Скорость записи составляет 9 КБ/сек.

Выводы

Из приведенных выше примеров следует, что используя патентуемые составы возможно значительное упрощение технологического процесса изготовления носителя за счет снижения температур синтеза, которые в случае прототипа составляют порядка 2000°С, а для носителей на основе заявляемых многокомпонентных стекол лежат в диапазоне от 1400 до 1620°С и за счет использования электрических печей вместо специальных установок синтеза кварцевого стекла, а также упрощение процессов шлифовки и полировки поверхности носителя, обусловленное снижением микротвердости материала, при сохранении скорости записи информации, которая указана в прототипе.

Оптический носитель информации на основе оксидных стекол для трехмерной многоуровневой записи и хранения информации, отличающийся тем, что используют оксидные стекла следующих составов, мол. %:

Me2O (Me=Li, Na, K) в количестве 12-30,

SiO2 в количестве 70-88;

или состава:

Me2O (Me=Li, Na, K) в количестве 12-30,

Al2O3 в количестве 0,1-5,

SiO2 в количестве 65-87,9;

или состава:

Me2O (Me=Li, Na, K) в количестве 4-25,

Al2O3 в количестве 2-5,

В2О3 в количестве 5-13,

SiO2 в количестве 65-81.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области оптического материаловедения, в частности к способу записи информации на носитель из нанопористого кварцоидного стекла под действием лазерного излучения.

Изобретение относится к анализатору поляризации излучения, способу считывания информации, записанной в виде наведенной анизотропии показателя преломления в многослойном оптическом диске из кварцевого стекла, и устройству для считывания информации с диска.

Изобретение относится к области оптического материаловедения, в частности, к способу записи информации на носитель из кварцевого стекла под действием лазерного излучения.

Изобретение относится к системам хранения данных. Способы и устройство для записи и извлечения оптически считываемых данных предусматривают использование носителя записи, который содержит оптически активное вещество, способное индуцировать изменение свойств носителя в присутствии оптического излучения, имеющего первую характеристику, например, первую оптическую частоту, и при этом изменение свойств может подавляться оптическим излучением, имеющим вторую характеристику, например, вторую оптическую частоту.

Изобретение касается фотополимерной композиции для получения оптических элементов, включающая в себя полимеры матрикса, пишущие мономеры и фотоинициаторы, причем полимеры матрикса представляют собой полиуретаны и пишущие мономеры представляют собой акрилаты, в качестве пластификаторов она содержит фторуретаны, причем фторуретаны имеют общую формулу (II) в которой n≥1 и n≤8, R1, R2, R3 представляют собой водород и/или независимо друг от друга линейные, разветвленные, циклические или гетероциклические, незамещенные или при необходимости замещенные гетероатомами органические остатки, причем по меньшей мере один из остатков R1, R2, R3 замещен по меньшей мере одним атомом фтора и фторуретаны имеют коэффициент преломления n D 20 ≤ 1,4600 .

Изобретение относится к способу изготовления голографических пленок и применению таких пленок. Способ включает приготовление фотополимерной композиции, включающей в себя в качестве компонентов полимеры матрицы, записывающие мономеры, фотоинициирующую систему, при необходимости неспособный к фотополимеризации компонент, катализаторы, стабилизаторы радикалов, растворители, присадки, а также прочие вспомогательные вещества и/или добавки.

Изобретение относится к способу изготовления голографических сред. Способ включает приготовление фотополимерной композиции, включающей в себя в качестве компонентов полимеры матрицы, записывающие мономеры, фотоинициирующую систему, при необходимости вспомогательные вещества и/или добавки.

Изобретение относится к способу изготовления экспонированных голографических сред. Голографическая среда содержит фотополимерную композицию с регулируемым механическим модулем GUV в пределах от 0,1 до 160 МПа и Δn≥0,008.

Устройство записи содержит блоки записи и генерирования, а также управляющий блок. Блок записи сконфигурирован для записи файла движущегося изображения, включающего в себя первую область для сохранения данных движущегося изображения и вторую область для сохранения метаданных.

Настоящее изобретение относится к полиуретановому составу для получения голографических сред, включающему: (A) полиизоцианатную компоненту, содержащую по крайней мере один полиуретановый форполимер с концевой изоцианатной группой с функциональностью по изоцианатным группам от 1,9 до 5,0, у которого изоцианатная группа связана с первичным алифатическим остатком и который основан на соединениях с гидроксильными функциональными группами с функциональностью по гидроксильным группам от 1,6 до 2,05, (Б) реагирующие с изоцианатами простые полиэфирные полиолы, (B) уретановые акрилаты и/или уретановые метакрилаты с по меньшей мере одной ароматической структурной единицей и с коэффициентом преломления более 1,50 при 405 нм, которые свободны от изоцианатных групп и гидроксильных групп, (Г) радикальные стабилизаторы, (Д) фотоинициаторы на основе сочетаний боратных солей и одного или нескольких красителей с полосами поглощения, которые по крайней мере частично покрывают область спектра от 400 до 800 нм, (Е) в случае необходимости катализаторы и (Ж) в случае необходимости вспомогательные вещества и добавки.

Изобретение относится к изготовлению аналогового носителя для хранения аудиоматериала. Цифровые аудиоданные преобразуются в топографические данные, представляющие собой аналоговый перевод цифровых аудиоданных, и лазерный луч избирательно применяется к подложке, чтобы формировать физический оттиск топографических данных на поверхности подложки, чтобы создавать аналоговый носитель для хранения аудиоматериала.

Предлагаемая группа изобретений относится к устройствам для звуковоспроизведения, а именно к механизмам, обеспечивающим защиту снимаемого звука от искажений, и может быть использована для повышения качества воспроизведения звука на проигрывателях грампластинок. Электромагнитное демпфирующее устройство для тонарма проигрывателя грампластинок содержит магниты и токопроводящий элемент.

Изобретение относится к способу и устройству для проверки оптического носителя хранения информации, оптическому носителю хранения информации и способу записи информации на такой носитель.

Изобретение относится к области защиты конфиденциальной информации от несанкционированного доступа, преимущественно к способам уничтожения электронных данных на оптических носителях информации (лазерных дисках) при угрозе их захвата или кражи из хранилища, в том числе мобильного хранилища, предназначенного для переноски дисков за пределами охраняемой территории.

Изобретение относится к способу записи/воспроизведения на оптическом носителе данных для управления дефектами. .

Изобретение относится к носителю записи, такому как BD-ROM (синелучевой диск (т.е. .

Изобретение относится к производству стеклокерамического композиционного материала и может использоваться в электротехнической и радиотехнической промышленности, в производстве корпусов и подложек для интегральных схем и многослойных керамических плат многокристальных керамических модулей (МКМ).

Изобретение относится к области оптического материаловедения, в частности к оптическому носителю информации на основе оксидных стекол, и может быть использовано для записи и хранения информации. Изобретение позволяет упростить и удешевить технологический процесс изготовления оптического носителя информации при сохранении скорости записи информации. Это достигается применением оптического носителя информации на основе многокомпонентных оксидных стекол составов, мол. : Me2O в количестве 12-30, SiO2 в количестве 70-88; или состава: Me2O в количестве 5-30, Al2O3 в количестве 0,1-5, SiO2 в количестве 65-87,9; или состава: Me2O в количестве 4-25, Al2O3 в количестве 2-5, В2О3 в количестве 5-13, SiO2 в количестве 65-81.

Наверх