Brevet FR2472807A1 — publié le 19810703

La présente invention est relative à un milieu d'enregistre- ment optique qui présente des performances d'enregistrement amé- liorées et qui peut être reproduit sous forme de réplique ou de duplicata sans étape de traitement ultérieur. Le brevet américain n0 4 097 8 -5 décrit un milieu d'enregis- trement optique ablatif conçu pour être utilisé dans un système d'enregistrement optique, ce milieu comprenant un matériau réflé- chissant la lumière qui est recouvert d'une couche d'un matériau organique absorbant la lumière. Un faisceau de lumière modulée, focalisée, tel que par exemple un faisceau lumineux émis par un laser à ions argon, lorsqu'il est dirigé vers le milieu d'enre- gistrement, vaporise ou enlève par ablation la couche absorbant la lumière, ce qui dégage une ouverture dans cette couche et laisse à découvert le matériau réfléchissant la lumière. L'épais- seur de la couche absorbant la lumière est choisie de façon à réduire le pouvoir réfléchissant du milieu d'enregistrement. Dans la demande de brevet américain n0 054 437 déposée le 3 Juillet 1979 par BELL, a été décrit un milieu d'enregistrement optique tricouche ablatif amélioré, destiné à être utilisé dans le système d'enregistrement optique décrit dans le brevet améri- cain n0 4 097 895 cité ci-dessus. Le milieu d'enregistrement optique tricouche comprend un matériau réfléchissant la lumière, une couche d'un matériau transmettant la lumière recouvrant le matériau réfléchissant et une couche d'un matériau absorbant la lumière recouvrant la couche transmettant la lumière. L'épais- seur de la couche absorbant la lumière est fonction de l'épais- seur de la couche transmettant la lumière et des constantes op- tiques du matériau réfléchissant la lumière et des couches absor- bant et transmettant la lumière, afin de réduire le pouvoir de réflexion (réflectivité) optique du milieu d'enregistrement. Une fraction maximale de la lumière venant frapper le milieu d'enre- gistrement à partir d'un faisceau de lumière modulée, focalisée est ensuite absorbée et transformée en énergie thermique dans la couche absorbant la lumière. L'énergie thermique enlève ou fait fondre la couche absorbant la lumière produisant ainsi une ouverture dans la couche et laissant à découvert au travers de la couche transmettant la lumière, la couche réfléchissant la lu- mière située en dessous. La réflectivité dans la zone de l'ouverture pratiquée dans la couche absorbant la lumière est essentiellement celle de la couche réfléchissant la lumière et elle est très supérieure à celle de la région non dégagée qui l'entoure. Lors de la lecture effectuée pour restituer les informations contenues dans 1'Lenre- gistrement, cette différence de réflectivité est détectée par voie optique et elle est transformée en un signal électrique qui représente l'information enregistrée. Le milieu d'enregistrement tricouche décrit dans la demande de brevet Bell n0 54 437 citée ci-dessus, peut être formé d'un matériau réfléchissant la lumière constitué par de l'aluminium, d'une couche transmettant la lumière en bioxyde de silicium et d'une couche absorbant la lumière constituée de titane métallique ayant typiquement une épaisseur d'environ 2 à 12 nanomètres. Ce milieu d'enregistrement présente de bonnes caractéristiques d'archivage et un bon rapport signal- bruit lors de la lecture de l'enregistrement qu'il contient, pour des puissances situées bien au-dessus de la puissance de seuil nécessaire à l'enregis- trement, cependant il présente une sensibilité d'enregistrement comparativement faible. Le remplacement d'une couche de titane par une couche de tellure augmente la sensibilité d'enregistre- ment mais dégrade l'aptitude au stockage (archivage) du milieu d'enregistrement. Il en résulte que pour des buts d'archivage on préfère utiliser une couche constituée d'un matériau tel que le titane. Il est également préférable de reproduire le milieu enre- gistré de façon à pouvoir obtenir des copies multiples. Cepen- dant, étant donné que la couche absorbant la lumière est très mince, les ouvertures dans cette couche sont difficiles à repro- duire pour former un original à partir duquel on peut obtenir des copies. Il est en conséquence préférable de pouvoir enregistrer des informations en utilisant le milieu d'enregistrement décrit dans la demande de brevet américain Bell n0 054 437 en raison de ses caractéristiques avantageuses d'enregistrement et de lecture, tout en étant capable en meme temps de réaliser des reproductions ou répliques de l'information enregistrée. En conséquence cette invention a pour objet un milieu d'en- registrement optique qui comprend une couche réfléchissant la lumière, une couche transmettant la lumière placée sur la couche réfléchissante et une couche absorbant la lumière recouvrant la couche transmettant la lumière, dans lequel la couche transmet- tant la lumière fond, se décompose ou se sublime à une tempéra- ture inférieure d'au moins 300C à la température de fusion de la couche absorbant la lumière. L'information est enregistrée soit sous la forme d'une ou plusieurs ouvertures à la fois dans la couche transmettant la lumière et dans la couche absorbante soit sous la forme de bulles ou de cloques dans la couche absor- bant la lumière. L'invention vise également un procédé pour obtenir directe- ment des duplicata ou répliques de l'information enregistrée sous la forme de caractéristiques topographiques dans le milieu dtenregistrement. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés qui en illustrent divers exemples de réalisation non limitatifs. Sur les dessins: - la figure 1 est une vue schématique de la section droite d'un milieu d'enregistrement optique - la figure 2 est une vue schématique représentant la section droite d'un milieu d'enregistrement dans lequel a été enregis- tréede l'information sous la forme d'ouvertures pratiquées à la fois dans la couche transmettant la lumière et dans la couche absorbant la lumière; - la figure 3 est une vue schématique représentant la section droite d'un milieu d'enregistrement optique dans lequel de l'information a été enregistrée sous la forme de bulles ou de cloques dans la couche absorbant la lumière; - la figure 4 représente les courbes de rapport signal-bruit lors de la lecture du milieu d'enregistrement optique selon l'invention et d'un milieu d'enregistrement optique selon l'art antérieur., en fonction de l'énergie ou puissance de la lu- mière incidente sur le milieu d'enregistrement - la figure 5 représente les courbes du rapport signal-bruit lors de la lecture du milieu d'enregistrement optique selon l'invention et d'un milieu d'enregistrement optique selon la technique antérieure en fonction de l'énergie ou puissance de la lumière incidente sur le milieu d'enregistrement et, - la figure 6 représente de façon schématique la section droite d'un milieu d'enregistrement selon l'invention sur lequel a été enregistre de l'information et des couches du modèle servant à la réalisation des répliques de l'enregis- trement. La figure 1 représente de façon schématique la section droite d'un milieu d'enregistrement 10 selon l'invention. Le milieu d'enregistrement optique 10 comprend: un substrat 12 ayant une surface 14; une couche 16 réfléchissant la lumière ayant une surface 18, cette couche 16 recouvrant la surface 14 du substrat 12; une couche 20 transmettant la lumière ayant une surface 22, cette couche 20 recouvrant la surface 18 de la cou- che réfléchissante 16 et une couche absorbant la lumière 24 ayant une surface 26, cette couche 24 recouvrant la surface 22 de la couche transmettant la lumière. La figure 2 est une représentation schématique de la sec- tion droite d'un milieu d'enregistrement 30 selon l'invention, dans lequel on a enregistré de l'information sous la forme d'ou- vertures pratiquées à la fois dans la couche absorbant la lu- mière et dans celle transmettant la lumière. L'identification des couches du milieu d'enregistrement 30 correspond à celle du milieu 10 de la figure 1. L'information a été enregistrée sous la forme d'une série d'ouvertures 34 réalisées à la fois dans la couche absorbant la lumière 24 et dans la couche transmettant la lumière 20. De façon typique, l'information est enregistrée en faisant varier la longueur des ouvertures 34 et des zones non dégagées-32 situées entre les ouvertures 34 dans la direc- tion d'une piste. Les longueurs des ouvertures 34 sont détermi- nées par la durée de l'exposition du milieu d'enregistrement au faisceau lumineux d'enregistrement et par la vitesse de déplace- ment du milieu d'enregistrement dans le plan focal du faisceau de lumière d'enregistrement. La figure 3 illustre schématiquement un milieu d'enregistre- ment 50 selon l'invention. L'identification des couches de ce milieu 50 correspond à celle des couches des milieux d'enregis- trement 10 et 30 représentés aux figures 1 et 2. Après l'enregis- trement, la surface 26 du milieu d'enregistrement 50 comprend des zones non exposées 52 et des zones exposées 54 dans les- quelles sont formées des bulles ou cloques 56. Le substrat 12 peut être réalisé en verre ou en matière plastique telle que du chlorure de polyvinyle et de façon ty- pique il se présente sous la forme d'un disque. En variante, le substrat 12 peut également être constitué d'un matériau tel que l'aluminium qui réfléchit la lumière à la longueur d'onde de l'enregistrement ce qui combine les fonctions de substrat et de la couche réfléchissant la lumière 16. Un substrat s'il est pré- sent, doit être simplement suffisamment épais pour pouvoir sup- porter le reste de la structure. Etant donné que toute aspérité de la surface 14 du substrat 12, à l'échelle du diamètre de fais- ceau de lumière focalisée, produit du bruit dans le canal de si- gnal lors de la lecture pour la restitution de l'enregistrement, un revêtement d'un matériau plastique, tel qu'une résine époxy, déposé sur la surface 14 avant le dépôt de la couche réfléchis- sant la lumière, produit une surface microscopiquement lisse et élimine cette source de bruit. La couche réfléchissant la lumière 16 réfléchit une frac- tion substantielle de la lumière incidente à la longueur d'onde d'enregistrement et elle est typiquement formée d'un métal tel que l'ahuminium ou l'or qui présentent un pouvoir réfléchissant (réflectivité) important. De préférence, la couche réfléchissant la lumière réfléchit au moins 50% de la lumière incidente sur cette couche. La couche réfléchissante 16, dont l'épaisseur est typiquement d'environ 30 à 60 nanomètres, peut être déposée sur la surface 14 du substrat 12 en utilisant des techniques d'éva- poration sous vide. La couche transmettant la lumière 20 est formée d'un maté- riau qui est essentiellement transparent à la longueur d'onde d'enregistrement et qui présente une température de fusion qui est inférieure de plus de 3000C à la température de fusion du matériau qui constitue la couche absorbant la lumière 24. Pour des matériaux répondant à ces critères, la conduction thermique à partir de la couche absorbant la lumière dans la couche trans- mettant la lumière fait atteindre au matériau transmettant la lumière son point de fusion, de sublimation ou de décomposition avant que la couche absorbant la lumière atteigne sa Température de fusion. Si le matériau transmettant la lumière fond, la struc- ture devient instable et des tensions superficielles peuvent ame- ner le matériau dans la couche transmettant la lumière et dans celle absorbant la lumière à se redresser et à se soulever autour du bord du trou crée. On pense qu'il s'agit là d'une explication du mécanisme de l'enregistrement illustré par la figure 2. Si le matériau transmettant la lumière se décompose ou se sublime, ou si sa tension de vapeur augmente rapidement lorsqu'on appro- che de la température de fusion, la pression des gaz emprisonnés peut créer une bulle ou unecloque dans la couche absorbante. On pense qu'il s'agit là d'une explication du mécanisme de l'enre- gistrement illustré par la figure 3. Pour un matériau donné l'épaisseur de la couche de trans- mission détermine le profil de température dans cette couche. Pour une couche de transmission mince, le différentiel de tempé- rature entre les surfaces opposées de la couche est faible, ce qui permet à une partie de l'épaisseur de fondre. Pour une cou- che de transmission épaisse, la température à la surface de la couche adjacente à la couche absorbant la lumière peut atteindre ou dépasser la température de fusion, de décomposition ou de su- blimation du matériau constituant la couche de transmission, alors que la température sur la surface opposée de la couche de transmission reste bien en-dessous de cette température critique. Dans ce cas la couche absorbant la lumière peut se déformer sans qu'il se produise une fusion complète de la couche de transmis- sion. L'épaisseur de la couche transmettant la lumière est donc un compromis entre l'épaisseur nécessaire pour produire un pou- voir réfléchissant (réflectivité) réduit pour le milieu d'enre- gistrement et l'épaisseur requise en fonction de considérations thermiques pour permettre la fusion ou l'évaporation de la cou- che de transmission de la lumière. Des épaisseurs de la couche transmettant la lumière comprises entre 10 manomètres et 500 nanomètres environ conviennent et on préfère utiliser des épais- seurs comprises entre 30 nanomètres et 100 nanomètres environ. Les matériaux qui conviennent pour réaliser la couche trans- mettant la lumière sont notamment le fluorure de magnésium, qui fond à une température de 12610C ou le fluorure de plomb dont le point de fusion est de 855WC, ces valeurs devant être comparées à la température de fusion de 16680C du titane. Par ailleurs, le bioxyde de silicium utilisé dans la technique antérieure fond à une température comprise entre 1650 et 1700'C, valeur compara- ble au point de fusion du titane constituant la couche absorbant 7 * la lumière. Le fluorure de magnésium et le fluorure de plomb peuvent être déposés sur la surface 18 de la couche réfléchissant la lumière 16 en mettant en oeuvre des techniques classiques d'évaporation. La couche absorbant la lumière 24 est constituée d'un ma- tériau qui absorbe la lumière à la longueur d'onde de l'enregis- trement. Parmi les matériaux appropriés à la constitution de cette couche on peut citer: le titane, le platine, le rhodium, l'or, le nickel, le chrome, le manganèse et le vanadium, qui peuvent être déposés en utilisant des techniques d'évaporation classiques ou des techniques d'évaporation par faisceau électro- nique. Des épaisseurs comprises entre 2 nanomètres et 25 nano- mètres environ conviennent pour cette couche 24 absorbant la lu- mière et on préfère utiliser des épaisseurs comprises entre 2 nanomètres et 12 nanomètres environ. Après exposition à l'atmos- phère certains de ces matériaux s'oxydent partiellement en lais- sant une couche absorbante qui est plus mince que la couche dé- posée à l'origine. Cet effet peut 8tre compensé en déposant une couche qui est plus épaisse que désiré, l'oxydation ultérieure ' réduisant l'épaisseur effective de cette couche à la valeur dé- sirée. Les épaisseurs de la couche absorbante indiquées ici sont des valeurs désirées. Les procédés d'enregistrement illustrés par les figures 2 et 3 diffèrent essentiellement de ceux de milieu d'enregistre- ment de la technique antérieure qui comprend une couche d'alu- minium réfléchissant la lumière, une couche de bioxyde de sili- cium transmettant la lumière et une couche de titane ou de tel- lure absorbant la lumière. Dans ce milieu, l'information est enregistrée par la formation d'ouvertures réalisées dans la couche d'absorption seule. La sensibilité d'enregistrement de ce milieu augmentait lorsque les épaisseurs des couches transmet- tant et réfléchissant la lumière étaient réglées pour réduire à un minimum le pouvoir réfléchissant du milieu d'enregistrement. Afin d'éliminer ou de réduire les défauts de signaux pro- voqués par la poussière de surface qui précipite de l'atmosphère environnante, on peut appliquer une couche supplémentaire ayant une épaisseur d'environ 0,05 mm à 1 mm, sur la couche absorbant la lumière. Les particules de poussière qui se déposent sur la surface supérieure de la couche supplémentaire sont alors éloi- gnées du plan focal du système optique si bien que leur effet sur l'enregistrement ou lors de la lecture de l'information con- tenue dans le milieu, est considérablement réduit. Une résine de silicone est un matériau approprié pour cette application. On n'utilisera pas de couche supplémentaire lorsque l'on désire réa- liser une reproduction (réplique) de l'information enregistrée. On a effectué des essais avec des milieux d'enregistrement selon l'invention eéalisés sous la forme de disques, en enregis- trant de l'information vidéo avec une largeur de bande de signal de O à environ 4,2 MHz encodée sur une porteuse modulée en fré- quence., avec une déviation allant de 7 MHz à 10 MHz environ. La qualité des enregistrements réalisésen utilisant-un laser à l'ar- gon modulé a été évaluéeen mesurant le rapport signal-bruit de l'information vidéo lue (restituée) en fonction de l'énergie ou puissance incidente sur le disque. Le rapport signal-bruit lors de la lecture pour la restitu- tion de l'enregistrement est défini comme étant le rapport du si- gnal vidéo crête à crête à la racine carrée moyenne de bruit dans toute la largeur de bande vidéo tEal que mesurée par l'appa- reil de mesure de bruit modèle 1430 fabriqué par la firme améri- caine Tektronix Corp. de Beaverton, Oregon. Les exemples suivants qui n'ont bien entendu aucun carac- tère limitatif, illustrent divers modes de mise en oeuvre de cette invention. Exemple 1 La figure 4 illustre le comportement à l'enregistrement d'un milieu d'enregistrement comprenant une couche d'aluminium réfléchissant la lumière, une couche de fluorure de magnésium transmettant la lumière ayant une épaisseur d'environ 42,5 nano- mètres et une couche de titane absorbant la lumière présentant une épaisseur de l'ordre de 7 manomètres. Ces épaisseurs étaient telles que l'on a obtenu un pouvoir réfléchissant (réflectivité) minimal de 3% à la longueur d'onde de 488 nanomètres du faisceau lumineux d'enregistrement. Sur cette même figure on a représenté le comportement à l'enregistrement d'un disque selon l'état an- térieur de la technique comportant une couche transmettant la lumière constituée de SiO2. On a mesuré dans les mêmes condi- tions une réflectivité de D ,S à 488 nm. Le seuil pour l'enregis- trement se situe sensiblement pour le même niveau d'énergie incidente. Le disque comportant une couche transmettant la lu- mière constituée de fluorure de magnésium présente un rapport signal-bruit bien plus élevé pour un domaine d'énergies inciden- tes situé juste au-dessus de la valeur de seuil. Pour tout le domaine d'énergies ou de puissances d'enregis- trement, une ouverture a été formée à la fois dans la couche transmettant la lumière et dans la couche absorbant la lumière. Exemple 2 La figure 5 illustre le comportement à l'enregistrement d'un milieu d'enregistrement constitué d'une couche d'aluminium réfléchissant la lumière, d'une couche de fluorure de magnésium transmettant la lumière, ayant une épaisseur de 85 manomètres et d'une couche de titane absorbant la lumière, d'une épaisseur de 7 nanomètres. Ces épaisseurs étaient telles que le pouvoir réfléchissant (réflectivité) à 488 nanomètres du milieu d'enregis- trement a été réduit à seulement 16% environ. Sur cette même fi- gure on a représenté le comportement à l'enregistrement d'un disque selon la technique antérieure comportant une couche de transmission au bioxyde de silicium avec une réflectivité de 3% à 488 manomètres. Comme dans l'exemple précédent, le seuil pour l'enregistrement se situe sensiblement pour le même niveau de puissance ou d'énergie incidente. Le disque comportant la couche de transmission en fluorure de magnésium présentait un rapport signal-bruit plus élevé sur tout le domaine des énergies ou puissances incidentes mesurées, particulièrement juste au-dessus du seuil. Sur le domaine d'énergie incidente marqué B sur la courbe supérieure de la figure 5, seules des bulles ou des cloques se sont formées dans la couche absorbante. Le point marqué B/P sur la courbe désigne la région de transition o se forment des bulles avec ouvertures. Au-delà de ce point, l'information a été enregistrée dans des couches 20 et 24 de la figure 3. On a réalisé des répliques de l'information enregistrée en mettant en oeuvre des techniques classiques dans ce domaine, en remplaçant un milieu d'enregistrement tel que décrit ci-dessus, dans lequel l'information a été enregistrée sous la forme de ca- ractéristiques topographiques d'une amplitude appropriée à la du- plication. La figure 6 est une représentation schématique d'un milieu d'enregistrement 60 muni des couches nécessaires à la reproduction de répliques. L'identification des couches du mi- lieu d'enregistrement et les caractéristiques de l'information enregistrée correspondent à celles utilisées dans les figures 1 et 2. Après enregistrement de l'information, une couche 62 a été formée sur la surface 26 du milieu d'enregistrement. La couche du revêtement 62 peut être formée par évaporation b métaux tels que l'or ou le cuivre ou par plaquage électrolytique d'un métal tel que du nickel. La couche 62 ainsi formée doit être àonforme, exempte de trous d'épingle et électriquement conductrice. De fa- çon typique, cette couche peut présenter une épaisseur de 30 na- nomètres à 120 manomètres environ. Une couche 64 devant servir d'original est ensuite formée sur la surface 66 de la couche de revêtement 62 en utilisant une technique telle qu'un dépôt électrolytique. Une couche de nickel ou de cuivre, ayant de préférence une épaisseur de l'ordre de micromètres à 500 micromètres, qui est à la fois autoportante et exempte de contrainte, convient à cet effet. La couche originale 64 portant la couche 62 est alors sépa- réé du milieu d'enregistrement ce qui produit une réplique métal- lique de l'information enregistrée sous forme topographique, per- mettant de réaliser des copies de l'information enregistrée. Exemple 3 On a réalisé des répliques à partir de milieux d'enregistre- ment dans lesquels l'information était enregistrée sous la forme d'ouvertures ou sous la forme de bulles ou de cloques comme dans les exemples 1 et 2. Les échantillons ont été ensuite revêtus par évaporation d'une couche d'or ayant une épaisseur d'environ nanomètres et ensuite d'une couche de nickel présentant une épaisseur d'environ 250 micromètres, cette couche étant appliquée par dépôt électrolytique. Les répliques ont été ensuite séparées du milieu d'enregistrement et on les a examinées en utilisant un microscope électronique à balayage. Cette évaluation a montré que dans chaque cas on avait formé une réplique fidèle. Il demeure bien entendu que cette invention n'est pas limi- tée aux exemples de réalisation décrits et représentés mais qu'elle en englobe toutes les variantes. REVENDICATIONS 1.- Milieu d'enregistrement destiné à un système de lecture optique utilisant une lumière d'une longueur déterminée qui com- prend: une couche (16) réfléchissante qui réfléchit la lumière de ladite longueur d'onde; une couche (20) transmettant la lu- mière située audessus de ladite couche réfléchissante et qui est constituée d'un matériau sensiblement transparent à la lumière de ladite longueur d'onde et une couche (24) absorbant la lumière placée sur ladite couche transmettant la lumière et qui est cons- tituée d'un matériau absorbant la lumière de ladite longueur d'onde, ce milieu d'enregistrement étant caractérisé en ce que ladite couche transmettant la lumière (20) présente une épaisseur supérieure à environ 10 nanomètres et en ce qu'elle est constituée d'un matériau qui fond, se décompose ou se sublime à une tempéra- ture inférieure d'au moins 3000C à la température de fusion du matériau constituant ladite couche absorbante (24). 2.- Milieu d'enregistrement selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'épaisseur de ladite couche transmettant la lumière (20) est comprise entre 10 nanomètres et 500 nanomètres environ. - Milieu d'enregistrement selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'épaisseur de ladite couche transmettant la lumière (20) est comprise entre 30 nanomètres et 100 nanomètres environ. 4.- Milieu d'enregistrement selon la revendication 1, carac- térisé en ce que ladite couche transmettant la lumière (20) est réalisée en des matériaux choisis dans le groupe qui comprend le fluorure de magnésium et le fluorure de plomb. 5.- Milieu d'enregistrement selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'épaisseur de la couche absorbant la lumière (24) est comprise entre environ 2 nanomètres et 25 nanomètres. 6.- Milieu d'enregistrement selon la revendication 1, carac- térisé en ce que ladite couche absorbant la lumière (24) est cons- tituée d'un matériau choisi dans le groupe comprenant le titane, le platine, le rhodium, l'or, le nickel, le chrome, le manganèse et le vanadium. 7.- Milieu d'enregistrement selon la revendication 1, carac- térisé en ce que ladite couche transmettant la lumière (20) est constituée de fluorure de magnésium et en ce que ladite couche absorbant la lumière (24) est constituée de titane.