(57)【要約】本発明は、光学データメモリに関する。前記メモリには、少なくとも１つの層（６Ａ、６Ｂ、６Ｃ）の支持材料が含まれる。前記支持材料には、局所領域（９）において、少なくとも１つの分子の第１集団状態（４）及び分子の第２集団状態（２）からの分子の集団状態を有する分子（２、４）が含まれる。本発明は、前記局所領域（９）における分子の第１集団状態（４）を有する分子だけが、前記局所領域において読み出し電磁放射によって励起された時、第２高調波信号を生成できることを特徴とする。
2009536419.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持材料（８）の少なくとも１つの層（６Ａ、６Ｂ、６Ｃ）におけるデータメモリに書き込むための方法であって、前記層には、少なくとも分子の第１集団状態（４）及び分子の第２集団状態（２）の内の分子の集団状態をとることが可能な分子（２、４）が含まれ、  配向電界（Ｅ０）を前記少なくとも１つの層に印加する段階（３０）であって、前記配向電界は、前記分子を前記分子の第１集団状態に入れることが可能である、前記少なくとも１つの相に印加する段階と、
前記分子を分子の前記第１集団状態に固定する段階と、
書き込み電磁放射を前記少なくとも１つの層の少なくとも１つの書き込み領域（９）に選択的に印加する段階（４０、５０）であって、前記書き込み電磁放射は、前記少なくとも１つの書き込み領域において、２光子吸収を生成することが可能であり、前記２光子吸収は、前記少なくとも１つの書き込み領域（２）において、分子の前記第１集団状態にある分子（４）を分子の前記第２集団状態に切り換える、前記選択的に印加する段階と
を備え、２つの異なる分子の集団状態の分子は、読み出し電磁放射によって励起されると、異なる強度を有する第２高調波信号を生成することが可能であることを特徴とする、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記分子は、配向可能な電荷結合分子であり、様々な分子の集団状態は、分子の集団非配向状態の様々な度合いを有する、方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法であって、分子の前記第１集団状態は、前記支持材料における前記分子の優位偏光集団方位であり、前記第２分子状態は、前記分子のランダムな集団方位であり、前記配向電界（Ｅ０）は、前記優位偏光方位を配向することが可能である、方法。
【請求項４】
前述の請求項の１つに記載の方法であって、前記書き込み領域において前記分子の第１集団状態を有する分子だけが、読み出し電磁放射によって励起された時、第２高調波信号を生成することが可能である、方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法であって、前記分子を分子の前記第１集団状態に固定する前記段階には、前記支持材料の重合の段階が含まれる、方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法であって、前記書き込み電磁放射の選択的印加の段階には、
２進数書き込み信号を受信する段階と、
前記書き込み電磁放射を前記２進数書き込み信号の関数として少なくとも１つの書き込み領域に印加する段階と
が含まれる、方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、
幾つかの書き込み信号値の内の値を有する２進数書き込み信号を受信する段階と、
前記値の関数として印加されるエネルギを規定するように、前記電磁放射のパラメータを調整する段階と、
前記電磁気放射を前記書き込み領域に印加する段階と、
が含まれる、方法。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の方法であって、
第１書き込み信号値又は第２書き込み信号値を有する２進数書き込み信号を受信する段階と、
前記書き込み信号が、前記第１書き込み信号値を有する場合だけ、前記電磁放射を印加する段階と、
が含まれる、方法。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかの１項に記載の方法であって、更に、先行段階として、
前記分子を前記第２分子状態に置くように、前記メモリを加熱する段階が備えられる、方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか１項に従って、前記光学メモリに書き込む段階と、前記光学メモリを読み出す少なくとも１つの後続段階とを備える光学データメモリを動作するための方法であって、前記読み出す段階には、
読み出し電磁放射を前記光学メモリの読み出し領域層に合焦する段階と、
前記読み出し領域の分子によって放出された第２高調波信号の強度を検出する段階と、
前記検出された強度を表す読み出し信号を生成する段階と、
が含まれる、方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、前記検出強度を表す読み出し信号を生成する段階には、
前記第２高調波信号の肯定的な検出の場合、前記読み出し信号の第１値を生成する下位段階と、
前記第２高調波信号を否定的に検出した場合、前記読み出し信号の第２値を生成する下位段階と
が含まれる、方法。
【請求項１２】
支持材料の少なくとも１つの層からデータメモリに書き込むための装置であって、前記支持材料には、少なくとも分子の第１集団状態及び分子の第２集団状態の分子の集団状態をとることが可能な分子が含まれ、前記装置は、
前記分子を分子の前記第１集団状態に置くように、前記少なくとも１つの層に配向電界（Ｅ０）を印加することが可能な配向手段と、
前記分子を前記分子の集団状態に固定することが可能な固定手段と、
前記少なくとも１つの層の少なくとも１つの書き込み領域に書き込み電磁放射を選択的に印加することが可能な書き込み手段であって、前記書き込み電磁放射は、前記少なくとも１つの書き込み領域において２光子吸収を生成することが可能であり、前記２光子吸収は、前記１つの書き込み領域において、分子の前記第１集団状態から分子の前記第２集団状態に前記分子を切り換える前記手段と
を含み、２つの異なる分子の集団状態にある分子は、読み出し電磁放射によって励起されると、異なる強度を有する第２高調波信号を生成することが可能であることを特徴とする、装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の装置であって、前記分子は、配向可能な電荷結合分子であり、様々な分子の集団状態は、分子の集団非配向状態の様々な度合いを有する、装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の装置であって、分子の前記第１集団状態は、前記支持材料における前記分子の優位偏光集団方位であり、また、前記分子の第２集団状態は、前記書き込み領域における前記分子のランダムな集団方位であり、前記配向電界（Ｅ０）は、前記優位偏光集団方位に応じて前記分子を配向することが可能である、装置。
【請求項１５】
請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載の装置であって、分子の前記第１集団状態を有する分子だけが、前記書き込み領域において、読み出し電磁放射によって励起されると、第２高調波信号を生成することが可能である、装置。
【請求項１６】
請求項１２乃至１５のいずれか１項に記載の装置であって、書き込まれる領域の最終集団状態の関数として印加されるあるエネルギを規定するように、前記書き込み電磁放射を設定するための手段を更に備える、装置。
【請求項１７】
請求項１２乃至１６のいずれか１項に記載の装置であって、前記固定手段には、前記支持材料を重合することが可能な重合手段が含まれる、装置。
【請求項１８】
請求項１２乃至１７のいずれか１項に記載の書き込み装置と、前記データメモリから読み出すための装置とを備える、光学データメモリにおいて読み出し／書き込みを行うためのシステムであって、前記読み出し装置には、
読み出し電磁放射を前記光学メモリの層の読み出し領域に合焦することが可能な合焦手段と、
前記読み出し領域における分子によって放出された第２高調波信号の強度を検出することが可能な検出手段と、
前記検出された強度を表す読み出し信号を生成することが可能な生成手段と、が備えられる、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学メモリの技術分野に関する。特に、本発明は、光学データメモリに関する。前記メモリには、少なくとも１層の支持材料が含まれる。前記支持材料には、局所領域において、少なくとも分子の第１集団状態及び分子の第２集団状態の内の分子の集団状態を有する分子が含まれる。
【背景技術】
【０００２】
上記メモリは、例えば、ＰＣＴ出願ＷＯ９９／２３６５０から知ることができるが、この出願では、基材に挿入されたフォトクロムが含まれる光ディスクを開示している。フォトクロムは、２つの物理化学的状態を有する。公知の方法では、２つの物理化学的状態は、分子の開形態及び分子の閉形態に対応する。フォトクロムの物理化学的状態の変更は、２光子吸収によって強く合焦されたレーザ放射によって実施される。この放射により、閉じた分子構造は、局所的に開いた分子を生成するように変更される。２光子吸収効果は、強度の関数として、極めて局所化された二次現象であり、これによって、高い分解能で分子の状態を変更できることは、公知である。従って、２光子吸収により、ディスクを形成する基材への何らかの書き込みを実行することが可能になる。
【０００３】
上記の文献では、フォトクロムの両物理化学的状態は、可視スペクトルにおいて、通常、第１状態の場合、４５０ｎｍ、第２状態の場合、５３０ｎｍという、かなり離れた吸収帯を有することも示されている。吸収特性のこのような差異は、ディスクの読み出しの実行を可能にする。この目的のために、電磁放射が、ディスクに送られ、吸収スペクトル及び蛍光放出が検出される。読み出し電磁放射は、更に、読み出される層及び層の読み出し領域に極めて正確に合焦される。このことは、例えば、フォトクロム分子の２光子蛍光励起によって実行される。
【０００４】
そして、吸収の第１特性は、“１”ビットに対応し、第２特性は、“０”ビットに対応する。従って、上記文献に記載したような光ディスクは、データの記憶を可能にする。
しかしながら、上記文献に開示された光ディスクは、フォトクロムの２つの状態が、異なる安定性を有するという欠点がある。従って、与えられた状態のフォトクロムが好んでその状態に置かれたのか、又は、平衡状態の不安定性によりこの状態に戻って来たかは、保証されない。これによって、ディスクの書き込みに誤りが生じ、その結果、それが読み出される際、間違いが生じる。
【０００５】
ディスクの表面に垂直な方向の空間選択性は、厚さ３０ミクロンの不活性の中間層を挿入することによって得られ、これは、厚さ１ミクロンの活性層を分離し、これによって情報の記憶密度が制限される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、従来技術の欠点を改良することを目的とする。
特に、本発明は、代表的には、１ｃｍ３当り１テラビットの情報を超える大きな情報記憶容量を有する光学メモリを提供することを目的とする。
【０００７】
本発明の他の目的は、大きな空間選択性を備えた光学メモリにおける書き込み及び読み出しを可能にすることである。
本発明の他の目的は、光学メモリにおける書き込み及び読み出しを行うための方法であって、書き込み時の空間選択性が、読み出し時の空間選択性に実質的に等しい方法を提供することである。
【０００８】
本発明の他の目的は、安定した光学メモリであって、その記憶情報が永続的であり、特に、情報を読み出す際、何らかの誤りを生じさせない光学メモリを提供することである。
本発明の他の目的は、多数の層を有し得る光学メモリであって、その層上に情報を記憶しつつ、それら情報層の１つ又は他の情報層を選択的に読み出すことが可能な光学メモリを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
これらの目的の内の少なくとも１つは、本発明によって達成され、その内の１つの目的は、少なくとも１層の支持材料が含まれる光学データメモリを提供することである。支持材料には、局所領域において、少なくとも分子の第１集団状態及び分子の第２集団状態の内の分子の集団状態を有する分子が含まれる。２つの異なる分子の集団状態の分子は、読み出し電磁放射によって励起されると、異なる強度を有する第２高調波信号を生成することが可能である。
【００１０】
本発明によるメモリは、従って、読み出し電磁放射の波長に対する第２高調波信号を検出することによって、“０”ビット又は“１”ビットを表す局所分子の集団状態の区別が可能になる。この第２高調波信号及びその強度は、局所読み出し領域における励起によって、読み出し段階時、検出される。公知の方法では、第２高調波生成現象は、電磁放射強度の関数として二次の効果である。この二次の効果のおかげで、第２高調波の生成は、極めて良好な空間分解能で検出し得るが、これは、合焦領域外に位置する分子の影響は、合焦領域内の分子の影響に対して無視できるためである。
【００１１】
従って、本発明によるメモリにより、記憶データの選択的な読み出しが可能になる。
結局、前記局所領域における前記分子の第１集団状態を有する分子だけが、読み出し電磁放射によって前記局所領域において励起された時、第２高調波信号を生成することが可能である。従って、第１状態と他の状態との間の区別がはっきりとできるようになる。
【００１２】
本発明の一実施形態によれば、前記分子は、配向可能な電荷結合分子である。また、前記分子の第１集団状態は、前記支持材料の前記局所領域において、前記分子の優位偏光集団方位である。前記第２分子状態は、前記支持材料の前記局所領域において、前記分子のランダムな方位である。
【００１３】
本出願の目的のために、分子の優位偏光集団方位は、例えば、配向電界によってこの配向電界の方向に誘起された優位偏光方向に応じた方位である。この優位偏光集団方位は、ランダムな分子方位と相対する。より詳細に後述するように、優位偏光方位により集団配向された分子は、特に、第２高調波信号を生成することが可能である。
【００１４】
そして、本発明が用いる分子は、電荷結合分子、例えば、電荷結合発色団（ｃｈｒｏｍｏｐｈｏｒｅｓ）であり得る。“１”又は“０”ビットを用いるデジタル情報は、電荷結合発色団の集団方位特性によって表される。実際、電荷結合分子は、特に、読み出し局所領域において、電界の影響下で、優位偏光方向に集団配向でき、また、例えば、電磁放射の影響下で、非配向化する。そして、局所領域において、本発明による分子は、優位偏光方位により全て配向されるか、又はランダムに配向されるかのいずれかである。局所領域における書き込み電磁界の局所的印加は、分子を非配向化し、従って、所望の位置へのビット“０”の書き込みを可能にする。メモリへの書き込みは、従って、電荷結合分子を利用して、また、その方位を選択して可能になる。
【００１５】
更に、読み出し局所領域における分子の優位偏光集団方位は、この局所領域において、読み出し電磁放射によって励起されると、第２高調波放射を生成する。反対に、ランダムな分子方位は、この第２高調波放射を生成しない。また、メモリの読み出しは、本発明に基づき、読み出し局所領域における読み出し放射による励起後、第２高調波信号の検出により可能である。
【００１６】
本発明の一実施形態によれば、前記電荷結合分子は、アゾベンゼン系列の発色団であってよく、これにより、電荷結合分子は、簡単に配向又は非配向化される。
本発明の代表的な実施形態によれば、支持材料において優位偏光方位を有する分子の安定性を改善するために、前記分子には、アクリレイト族を含む。
【００１７】
分子の正しい安定性をそれらの分子状態において可能にするために、特に、分子が、優位偏光方位を有する時、前記支持材料は、ポリマであってよい。
更に、ある期間にわたって、分子の方位の安定性をそれらの優位偏光方向の状態において増大するために、前記支持材料は、有機／無機混成材料であってよい。
【００１８】
本発明は、更に、少なくとも１層の支持材料が含まれる光学データメモリから読み出すための方法に関する。前記支持材料には、分子が含まれ、前記分子の一部は、電磁放射による励起により、第２高調波信号を放出できる。前記方法には、
読み出し電磁放射を前記光学メモリの層の読み出し領域に合焦する段階と、
前記読み出し領域における分子によって放出された第２高調波信号の強度を検出する段階と、
前記検出された強度を表す読み出し信号を生成する段階とが含まれる。
【００１９】
公知の方法では、第２高調波生成の現象は、電磁放射の強度の関数の二次の効果である。二次の効果のおかげで、第２高調波の生成は、極めて良好な空間分解能で検出されるが、これは、合焦領域外に位置する分子の影響が合焦領域内の分子の影響に対して無視できるためである。従って、第２高調波信号は、読み出し入射放射の波長と異なる波長を有する放射である。その波長及び強度を検出すると、分子が、所定の２進数符号に対応する強度を有する第２高調波信号を生成する状態にあるかどうか判断できる。
【００２０】
特に、信号の単純な肯定的な又は否定的な検出が実行され、従って、分子が、例えば、ビット“１”に対応する第２高調波信号を生成する状態にあるか、又は、例えば、ビット“０”に対応する第２高調波信号を生成しない状態にあるか判断できると予測される。
【００２１】
従って、上記読み出し方法では、前記検出を表す読み出し信号を生成する前記段階には、
前記第２高調波信号の肯定的な検出の場合、前記読み出し信号の第１値を生成する段階と、
前記第２高調波信号の否定的な検出の場合、前記読み出し信号の第２値を生成する段階との下位段階が含まれる。
【００２２】
本発明は、更に、少なくとも支持材料の層が含まれるデータメモリへの書き込み方法に関する。前記支持材料には、少なくとも分子の第１集団状態及び分子の第２集団状態の内の分子の集団状態をとることが可能な分子が含まれる。前記方法には、  配向電界を前記少なくとも１つの層に印加する段階であって、前記配向電界は、前記分子を前記分子の第１集団状態に置く、前記段階と、
前記分子を前記分子の集団状態に固定する段階と、
書き込み電磁放射を少なくとも１つの層の少なくとも１つの書き込み領域に選択的に印加する段階であって、前記書き込み電磁放射は、前記少なくとも１つの書き込み領域において、前記分子を前記分子の第１集団状態から前記分子の第２集団状態に切り換えることが可能であり、また、２つの異なる分子の集団状態の分子は、読み出し電磁放射によって励起されると、異なる強度を有する第２高調波信号を生成することが可能である前記段階との連続的な段階が含まれる。
【００２３】
結局、前記分子の第１集団状態を有する分子だけが、前記書き込み領域において、読み出し電磁放射によって励起されると、第２高調波信号を生成できる。
本発明の書き込み方法によれば、分子の集合体は、配向電界の印加により、第１分子状態、例えば、ビット“１”又は幾つかの“１”からなる２進数符号に対応する状態に置かれる。そして、分子の状態は、分子をこの状態に固定することによって安定する。そして、ビット“０”又は他の２進数符号は、書き込み電磁放射の印加により、選択的に書き込まれる。電磁放射のパワー及び／又は露出時間は、２進数符号を符号化するために３つ以上の状態が必要である場合、変更する。そして、これらの異なるビットは、上記したような読み出し方法を用いて、読み出されるが、これは、前記第１分子状態を有する分子だけが、第２高調波信号を生成できるためである。
【００２４】
上記したように、前記分子は、配向可能な電荷結合分子である。また、前記分子の第１集団状態は、前記支持材料における分子の優位偏光集団方位である。また、前記第２分子状態は、前記分子のランダムな集団方位であってよい。前記配向電界は、従って、前記優位偏光集団方位により前記分子を配向することが可能である。この場合、前記配向電界は、前記優位偏光集団方位により前記分子を配向することが可能である。
【００２５】
書き込み領域の正しい空間選択性を可能にするために、前記書き込み電磁放射は、少なくとも１つの書き込み領域において２光子吸収を生成することが可能である。前記２光子吸収は、前記少なくとも１つの書き込み領域において、前記分子を前記第１状態から前記第２状態に切り換えることが可能である。
【００２６】
公知の方法自体では、２光子吸収の効果により、極めて良好な吸収空間選択性を得ることができる。これは、特に、この効果が、書き込み電磁放射の強度の関数として二次の効果であるためである。更に、この効果は、第２高調波生成効果として二次の効果であるため、書き込み空間分解能は、読み出し空間分解能のオーダである。これによって、効率的に、また、書き込まれた情報と一致して、データを読み出し得るメモリを得ることができる。
【００２７】
一実施形態によれば、分子を分子の第１集団状態に安定化するために、前記分子を前記分子の第１集団状態に固定する段階には、前記支持材料の重合の段階を含み得る。
従って、材料は、剛性を帯び、材料に一体化された分子は、それらの第１分子状態に固定される。これによって、この状態に安定性が与えられ、データ書き込みの際、何らかの一貫性を得ることが可能になる。
【００２８】
上述した読み出し方法において、所定のデータを光学メモリに書き込むために、書き込み電磁放射の選択的印加の前記段階は、  書き込み２進数信号を受信する下位段階と、
前記書き込み電磁放射を、前記書き込み２進数信号の関数として、少なくとも１つの書き込み領域に印加する下位段階とを含み得る。
【００２９】
従って、優位偏光方位及びランダムな方位の領域は、書き込まれる２進数データに対応する。
特に、上記した方法には、
第１書き込み信号値又は第２書き込み信号値を有する２進数書き込み信号を受信する段階と、
前記書き込み信号が前記第１書き込み信号値を有する時だけ、前記書き込み電磁放射を印加する段階とを含み得る。
【００３０】
更に、消去された場合、データを上書きすることが可能である。この場合、上記した書き込み方法には、先行の段階として、
前記分子を前記第２分子状態に置くように、前記メモリを加熱する段階を含み得る。
【００３１】
この場合、加熱段階のために、それらのランダムな方位状態に戻った分子は、全体的に再配向し、そして、以前のように、選択的に非配向化される。
本発明は、更に、少なくとも支持材料の層が含まれる光学データメモリを読み出すための装置に関する。前記支持材料には、分子が含まれ、前記分子の一部は、電磁放射による励起により第２高調波信号を放出することが可能である。前記装置には、
読み出し電磁放射を前記光学メモリの層の読み出し領域に合焦することが可能な合焦手段と、
前記読み出し領域における分子によって放出された第２高調波信号の強度を検出することが可能な検出手段と、
前記検出された強度を表す読み出し信号を生成することが可能な生成手段と、が含まれる。
【００３２】
本発明は、更に、支持材料の少なくとも１つの層からデータメモリに書き込むための装置に関する。前記支持材料は、少なくとも分子の第１集団状態及び分子の第２集団状態の内の分子の集団状態をとることが可能な分子を含む。前記装置は、
前記分子を前記分子の第１集団状態に置くように、配向電界を前記少なくとも１つの層に印加することが可能な配向手段と、
前記分子を前記分子の第１集団状態に固定することが可能な固定手段と、
前記１つの書き込み領域において、前記分子を前記分子の第１集団状態から前記分子の第２集団状態に切り換えるように、書き込み電磁放射を前記少なくとも１つの領域の少なくとも書き込み領域に選択的に印加することが可能な書き込み手段とを含み、
２つの異なる分子の集団状態の分子は、読み出し電磁放射によって励起されると、異なる強度を有する第２高調波信号を生成することが可能であり、
結局、前記分子の第１集団状態を有する分子だけが、前記書き込み領域において、電磁読み出し放射によって励起されると、第２高調波信号を生成することが可能であることを特徴とする。
【００３３】
上記した書き込み装置の一実施形態において、前記分子は、配向可能な電荷結合分子である。また、前記分子の第１集団状態は、前記支持材料における前記分子の優位偏光集団方位である。また、前記分子の第２集団状態は、前記書き込み領域における前記分子のランダムな集団方位である。更に、前記配向電界は、前記優位偏光集団方位により前記分子を配向することが可能である。
【００３４】
上記した読み出し装置の一実施形態において、前記書き込み電磁放射は、前記少なくとも１つの書き込み領域において、２光子吸収を生成することが可能である。前記２光子吸収は、前記少なくとも１つの書き込み領域において、前記分子の第１集団状態から前記分子の第２集団状態に前記分子を切り換えることが可能である。
【００３５】
読み出し装置の一実施形態によれば、前記固定する手段には、前記支持材料を重合することが可能な重合手段を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
次に、添付図を参照しつつ、本発明の特定の実施形態について記載する。
上記した図において、同じ参照番号は、同じ技術的要素を指す。特に、本発明の範囲に用いる分子は、全般的に、参照番号１によって参照する。分子は、ランダムな局所的方位を有する場合、参照番号２で示し、また、優位偏光集団局所方位を有する場合、参照番号４によって示す。
【００３７】
図１は、大量の分子の集団方位により第２高調波を生成する現象を示す。
図１の上部に示すように、大量のランダム配向分子２が、波長λを有する光ビームを受光する場合、この容積によって透過されたビームでは、入射ビームの波長が変わらない。従って、透過ビーム３も波長λを有する。
【００３８】
図１の下部に示すように、優位偏光方向４に応じた優位偏光集団方位を有する分子が、波長λを有する光ビームを受光する場合、波長λを有する第１ビーム３Ａが、半波長λ／２を有する第２ビーム３Ｂと同様に透過される。半波長を有するこのビームの表示は、優位偏光方向に集団配向された分子による第２高調波の生成を示す。
【００３９】
公知の方法では、局所容積においてランダム配向された分子２は、第２高調波を生成させない。
次に、図２は、本発明の範囲内における２光子吸収の現象を示す。媒体８が、媒体８の分子の吸収波長に対応するレーザビーム７Ａで励起されると、１光子吸収による励起は、この場合、１光子吸収が線形現象であることから、広い領域５に局所化される。
【００４０】
反対に、２光子吸収に適する波長を有するレーザビーム７Ｂで媒体８を励起すると、１光子励起は、２光子吸収現象が二次的現象であることから、より小さい領域６に局所化される。
【００４１】
従って、媒体分子の２光子吸収によって、媒体の励起領域の極めて良好な位置を得ることが可能である。
図３Ａ、３Ｂ及び３Ｃは、レーザによって励起された蛍光性分子の２光子吸収を示し、蛍光放出領域の寸法は、デジタル開度最大０．３のレンズ用のボクセルの形態である。
【００４２】
図３Ａでは、放出領域に対応する長円形のボクセルが観察される。
図３Ｂでは、放射強度のプロファイルは、励起ビームに対し垂直な面内におけるボクセルの短軸により１．２５マイクロメートルの特性長を有することが分かる。
【００４３】
図３Ｃでは、放射強度のプロファイルは、励起ビームの方向において、ボクセルの長軸により約１０マイクロメートルの特性長を有することが分かる。
図４Ａ、４Ｂ及び４Ｃは、デジタル開度０．６のレンズの同じデータを示す。
【００４４】
次に、図４Ｂにおいて、放射強度のプロファイルは、励起ビームに対し垂直な面内におけるボクセルの短軸により０．６マイクロメートルの特性長を有することが分かる。
図４Ｃでは、放射強度のプロファイルは、励起ビームの方向におけるボクセルの長軸により２．４マイクロメートルの特性長を有することが分かる。
【００４５】
この２光子吸収の特性は、公知であり、シェン（Ｙ．Ｒ．Ｓｈｅｎ）の著書“Ｔｈｅ  ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ｏｆ  Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  Ｏｐｔｉｃｓ（非線形光学の原理）”（Ｗｉｌｅｙ，Ｎｅｗ−Ｙｏｒｋ，１９８４）に詳記されている。
【００４６】
本発明は、利点として、２光子吸収及び第２高調波生成双方の物理的な現象は、二次の現象であるという事実を実現し、これによって、これらの現象の良好な空間分解能が実現可能になる。
【００４７】
図５は、本発明の範囲内の分子４の優位偏光方向の集団配向の方法を示す。
本発明によれば、分子４は、基材８において、優位偏光方向に応じて集団配向される。
基材８は、例えば、ゾルゲルタイプの高分子基材又は有機／無機混成材料である。基材８は、永久双極子モーメント及び強い二次超分極性を有するプッシュプル分子とも呼ばれる電荷結合分子によって、架橋結合又は重合し、また、機能的なものにすることができる。電荷結合分子は、例えば、Ｄ−π−Ａタイプの電荷結合発色団である。そのような電荷結合発色団は、強い永久双極子モーメントを有し、従って、電界中で配向する。そのような分子は、更に、機能的なものにすることができ、アクリレイト族が電荷結合発色団をポリマ基材に枝状に結合し、これにより、光架橋又は光重合によって固定される方位のより良い安定性を保証する。用いるポリマは、好適には、高ガラス転移温度Ｔｇ、即ち、室温を超える温度を有するポリマである。
【００４８】
配向方向を有する電界Ｅ０の影響下で、分子４は、基材８において優位偏光方向に配向される。電界Ｅ０は、電極を用いることか又はコロナ効果によって印加され、１ミリメートル当り数キロボルトの強度を有する。
【００４９】
他の選択肢としての解決策によれば、電荷結合分子の配向は、光学的方法を用いても実行される。
一旦、分子４が、優位偏光方向に配向されると、基材８は、熱的方法又は光学的方法、例えば、光重合のいずれかを用いて、剛性が与えられる。この材料の剛性化により、電荷結合分子４方位は、材料８において、優位偏光方向に永久固定される。
【００５０】
一旦、剛性が与えられると、材料８は、通常、ドーピング、枝状結合、モノマーリンクへの混和によって、４０％の高い濃度の電荷結合発色団を有する。このように発色団に濃縮された材料の電気光学係数は、無視することができず、通常、１００ｐｍ／Ｖである。
【００５１】
本発明によれば、書き込み方法のこの段階では、材料８の全ての分子は、この優位偏光方位に従って配向される。光学メモリが複数の層を含む場合、全ての層の分子が、この優位偏光方位に従って配向される。
【００５２】
図６は、本発明の書き込み方法により変更された分子の局所状態９を示す。本発明では、ビット“０”は、上述した材料８に書き込まれ、この場合、分子は、優位偏光方向に従って配向され、ビット“１”を表す。この書き込みは、微小容積９に合焦されたレーザビームを用いて実行される。用いるレーザは、例えば、微細な容積において２光子吸収を生成できるフェムト秒パルスレーザである。
【００５３】
レーザビームは、上記したように、２光子吸収を生成するように、微小容積９に合焦される。従って、微小容積９は、強く合焦され、図３Ａ乃至３Ｃ又は４Ａ乃至４Ｃを参照しつつ記載した寸法、通常、１立方ミクロン未満の寸法を有する。
【００５４】
合焦レーザビーム及び２光子吸収の影響下において配向された分子４は、微小容積９において、ランダムな方位分子２に非配向化される。
微小容積９におけるランダム方位の分子への配向分子４の非配向効果は、例えば、アゾベンゼンタイプのフォトクロムに対する図８に示すシス・トランス効果の結果である。この非配向は、光熱効果によって実行される。アゾベンゼンタイプの分子に対するこのシス・トランス異性化効果については、ラウ（Ｋ．Ｒａｕ）の著書“Ｐｈｏｔｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ａｎｄ  Ｐｈｏｔｏｐｈｙｓｉｃｓ（光化学及び光物理）”（Ｖｏｌ．２，Ｊ．Ｒｅｂｅｋ，ＣＲＣ  Ｐｒｅｓｓ，Ｂｏｃａ  Ｒａｔｏｎ，ＦＬ  １９９０）に詳記されている。
【００５５】
次に、図７には、材料８の３層６Ａ、６Ｂ、６Ｃを示すが、これらには、分子４が優位偏光集団方位を有する領域と、分子２がランダム集団方位を有する領域とが含まれる。３つの層を含むこのメモリ構成は、上記したように、３つの層６Ａ、６Ｂ、６Ｃの全分子の優位偏光方向の集団配向によって、そして、２光子吸収による微小容積における選択的非配向によって得られる。
【００５６】
従って、層６Ａ、６Ｂ、６Ｃには、様々な局所領域が含まれ、これらの領域の第１部位は、局所領域における優位偏光局所方位に対応する分子の第１集団状態の分子を含み、また、これらの領域の第２部位は、局所領域におけるランダムな局所方位に対応する分子の第２集団状態の分子を含む。
【００５７】
面６Ａ、６Ｂ及び６Ｃは、通常、数マイクロメートルだけ分離されている。
図９は、本発明による２進数情報を書き込む方法の電荷結合分子に対する効果を示す。
ステップ２０において、分子１は、好適には、電荷結合分子であり、例えば、架橋可能な又は重合可能な材料に提供される。ステップ３０において、そのような分子は、例えば、電界Ｅ０の影響の下に材料内で配向される。そのように配向された分子は、参照番号４によって示される。そして、分子は、例えば、材料の剛性化によって、この状態で固定される。ステップ４０の間、書き込みビームは、２光子吸収の影響下で書き込み領域９に合焦される。ステップ５０の間、分子は、分子２がランダムな方位を有する領域を生成するために、書き込み領域９において非配向化される。
【００５８】
書き込まれるビット“０”又は“１”の関数として、光ビームの位置をチェックするための手段は、当業者には公知であることに留意されたい。この場合、ビット“０”の書き込みは、ビームの局所的印加を必要とし、ビット“１”の書き込みは、ビームの放射を必要としない。従って、０及び１暗号化は、実質的に、放射の連続及び書き込みレーザビームの非放射に対応する。
【００５９】
読み出しステップの間、読み出しビームは、ランダムな方位を有する読み出し領域における分子２の第２高調波を生成することなく、優位偏光方位を有する読み出し領域における分子４の第２高調波の生成と共に透過される。
【００６０】
図１０乃至図１４は、上記したような書き込みプロセスによりディスクに書き込まれた情報を読み出すための方法を示す。
図１０は、分子４が優位偏光方位を有する領域と、分子２がランダムな方位を有する領域とが含まれる本発明によるメモリを表す。これらの分子は、例えば、一般的な方法で配向され、また、上記したように、集団で非配向化される。
【００６１】
これらの領域は、波長λを有し位置Ｘ１に位置決めされた入射レーザビーム１０によって、連続的に読み出される。そして、読み出し領域９において入射ビームの通過によって透過されたビームが、検出される。更に、読み出しビームの波長λは、２光子吸収によって分子を非配向化するために用いる波長に等しくてよいが、異なってもよいことに留意されたい。この波長λは、通常、８００ｎｍのオーダである。更に、読み出しレーザは、パルスレーザである必要はない。
【００６２】
本発明によれば、分子４及び２によって生成された可能性のある第２高調波信号が検出される。上記したように、第２高調波生成及び２光子吸収の現象が、双方共、二次的効果であるという事実によって、分子の非配向化に対応する書き込み領域は、読み出し領域の程度のサイズを有することが可能になる。読み出し及び書き込み領域のこの低減されたサイズは、幾つかの層６Ａ、６Ｂ、６Ｃでの読み出し及び書き込みを可能にする入射ビーム１０の方向のような入射ビーム１０に垂直な面にも当てはまる。読み出しピッチ及び書き込みピッチは、従って、同じ様な程度の大きさであり、これによって、判読可能で書き換え可能なメモリを提供し得る。
【００６３】
図１０において、読み出しビーム１０の合焦領域に対応する読み出し領域９における分子４は、１つの方向に基づき優位偏光方向に配向される。第２高調波信号は、従って、領域９の分子４によって生成される。従って、波長λ／２を有する透過ビーム１１Ａが検出される。従って、そのような信号の検出は、例えば、ビット“１”の符号化に対応する。このことは、例えば、図１０において、１に等しい挿入図によって示される。第２高調波信号を検出するための手段は、当業者には公知であることを理解されたい。
【００６４】
同様に、２進数情報の第２高調波信号の検出又は非検出を変換することを意図した電子的手段もまた当業者には公知である。
図１１は、層６Ａ、６Ｂ、６Ｃにおける全てのデータを連続的に読み出すことができるビーム１０の進行を示す。図１０と図１１との間では、レーザは、位置Ｘ１から位置Ｘ２にちょうど移動したところである。読み出しレーザは、例えば、公知の機械的な手段によって、読み出し方向に移動する。層６Ａ、６Ｂ、６Ｃを含む光学メモリも、公知の機械的な手段によって、固定されたレーザに対して移動する。
【００６５】
図１１において、読み出しビーム１０の合焦領域に対応する新しい読み出し領域９の分子２は、新しい領域９においてランダムに配向される。従って、第２高調波信号は、この領域９の分子２によっては、生成されない。透過ビーム１１Ｂには、例えば、値０に対して図１１の挿入図によって図示するようなビット“０”に対応する波長λ／２を有する成分は含まれない。
【００６６】
図１２において、読み出し光ビーム１０は、メモリにおいて、読み出しレーザの位置Ｘ３に対応する新しい読み出し領域９にシフトされる。今度は、分子４は、読み出し領域において優位偏光方位を有する。従って、第２高調波信号が、この領域９の分子４によって生成される。従って、例えば、値０に対して図１２の挿入図によって図示するようなビット“１”に対応する波長λ／２を有する透過ビーム１１Ａが、検出される。
【００６７】
従って、本発明によるメモリの全ての層６Ａ、６Ｂ及び６Ｃは、前に開示したように読み出しされる。
特に、図１３に示すように、レーザビームは、分子を含む材料の層の内の任意の１つに合焦する。レーザは、１つの軸上の位置Ｘ０及び高さＺ０に従って位置決めされる。図１３において、ビームは、読み出し領域９側に向けて層６Ｃに合焦され、この場合、分子２は、ランダムな方位である。上記したように、第２高調波信号は、透過ビーム１１Ｂにおいて検出されず、また、従って、ビット“０”は、第３層に対応する値０に対して、挿入図によって図示するように、読み出される。
【００６８】
上記したような光学メモリは、１つ又は複数の層が含まれるディスクに構成される。そして、様々な層は、上記したように書き込まれる。ディスク層の数は、書き込みビームを書き込み領域近くに維持することが必要であるということだけで、本発明により限定される。特に、５００マイクロメートルのオーダの書き込み・読み出しの焦点距離の場合、厚さ数マイクロメートルの約百の層を有するメモリを提供することが可能である。
【００６９】
このようにして得られた光学メモリは、微小寸法を有するビットの容積への書き込みを可能にする。
上記した光学メモリは、更に、書き換え可能であり得ることに留意されたい。実際、メモリを充分に高い温度に加熱すると、優位偏光方向に配向された分子は、ランダムな方位に戻る。従って、優位偏光方向に応じた分子の全体的配向と、書き込まれるデータの関数としての局所非配向との連続的なステップを含む本発明による書き込み方法を適用すると、本発明によるメモリへの上書きが可能になる。
【００７０】
更に、領域の分子内における配向不規則性は、前記領域に印加される書き込み電磁放射の強度又はパワーに応じて、ある程度重要であることに留意されたい。与えられた領域におけるこの不規則性の程度に応じて、この領域に印加される同じ読み出し放射への応答として、第２高調波信号の強度が、変動する。
【００７１】
記憶性能を向上させるために、単位書き込み領域の各々を用いて、２進数連鎖から構成された２進数符号を記憶することが、規定されている。２進数連鎖の長さは、読み出しシステムによって検出し得る第２高調波信号の強度のレベルの数に依存する。
【００７２】
上記した内容と同様に、フェムト秒パルスレーザの強度は、所望の最終集団状態の関数として、従って、書き込まれる２進数符号の関数として調整される。
強度は、対応する分子を不規則にするように、対象領域に有効に印加されるエネルギに対応する。
【００７３】
そのような可変強度は、４つの以下のパワーの１つに従って、パルスレーザのパワーを変更することによって得ることができる。
状態１：パワー＝０ｍＷ（符号“１１”の場合）
状態２：パワー＝２０ｍＷ（符号“１０”の場合）
状態３：パワー＝５０ｍＷ（符号“０１”の場合）
状態４：パワー＝１００ｍＷ（符号“００”の場合）
より長い２進数符号は、より多数のレベルの調整可能なパワーを用いて記憶し得ることに留意されるべきである。
【００７４】
印加されるレーザビームのパワーを変える代わりに、同じビームの露出時間を変えて、領域の状態を様々な状態の内のいずれかに変更することが可能である。
書き込まれる領域では、分子は、秩序が乱される（分子の方位が不規則にされる）が、このことは、領域上で受けるエネルギが重要になるにつれて、いっそう重要である。
【００７５】
同じ読み出し電磁放射による読み出し時、書き込まれる領域が返す第２高調波信号の強度は、分子の無秩序化が小さくなるにつれて、いっそう重要である。そして、電子手段は、検出された強度をしきい値強度と比較して、分子の４つの状態の応答を定める。そして、電子手段は、検出された状態に対応する２進数信号を生成する。
【００７６】
図１４は、書き込み／読み出し領域の不規則性のレベルを用いたメモリの読み出しを示す。読み出しレーザビーム１０は、メモリ層６Ａの位置Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３等に連続的に位置決めされる。上記したように、透過ビーム１１Ａは、これらの各位置について、連続的に解析される。
【００７７】
位置Ｘ１において、第２高調波信号が、対応する領域における分子の優位偏光方位のために、ビーム１１Ａ内において検出され、このことは、“００”タイプの２進数符号の検出に対応する。
【００７８】
位置Ｘ２において、対応する合焦領域の分子は、わずかに不規則になる。そして、第２高調波信号（しきい値を基に検出）は、２進数信号“１０”に対応する透過ビーム１１Ａにおいて検出される。
【００７９】
同様に、位置Ｘ３及びＸ４において、強く減衰され存在していない第２高調波信号が、連続的に検出され、これは、それぞれ２進数符号“０１”及び“００”に対応する。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】光ビームが通過した分子の方位に応じた第２高調波生成の現象の説明図。
【図２】材料の２光子吸収現象の空間選択性の説明図。
【図３】書き込みレーザビームの第１デジタル開度０．３に対する本発明による領域即ちボクセルの基本容積の形状を示す図。
【図４】書き込みレーザビームの第２デジタル開度０．６に対する本発明による領域即ちボクセルの基本容積の形状を示す図。
【図５】本発明によるメモリにおいて、優位偏光方位に応じて分子が配向される本発明による書き込み方法のステップを示す図。
【図６】本発明による書き込みのステップによって得られた非配向の分子を示す図。
【図７】本発明による全体配向分子及び局所的非配向化分子が含まれるメモリの３つの層を示す図。
【図８】本発明によるメモリに書き込むために用いられる非配向効果を示す説明図。
【図９】本発明による分子の配向及び非配向による書き込みの全ステップを示す図。
【図１０】本発明による３層メモリの読み出しのステップ及び得られた２進数表記を示す図。
【図１１】本発明による３層メモリの読み出しのステップ及び得られた２進数表記を示す図。
【図１２】本発明による３層メモリの読み出しのステップ及び得られた２進数表記を示す図。
【図１３】本発明による３層メモリの読み出しのステップ及び得られた２進数表記を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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