(57)【要約】【課題】記録材料として、分相ガラスに希土類イオンを添加した材料を用いる記録媒体に対し、実用的な記録態様が可能な光記録方法及び光記録装置を提案する。【解決手段】光の吸収特性及び蛍光の発光特性を、光照射によって変化させることにより情報の記録を行う光記録方法であって、パルス幅が１ｐｓ以下であり、かつその繰り返し周波数が１ＭＨｚ以上のパルスレーザより成る光源１を用いて、記録媒体３０として、分相ガラスをホスト・ガラスとし、少なくとも1種以上の希土類元素を添加した記録材料を有する記録媒体３０を用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の吸収特性及び蛍光の発光特性を、光照射によって変化させることにより情報の記録を行う光記録方法であって、
パルス幅が１ｐｓ以下であり、かつその繰り返し周波数が１ＭＨｚ以上のパルスレーザより成る光源を用いて、
記録媒体として、分相ガラスをホスト・ガラスとし、少なくとも1種以上の希土類元素を添加した記録材料を有する記録媒体を用いる
ことを特徴とする光記録方法。
【請求項２】
上記光源からのパルスレーザ光を照射して、多光子吸収過程により上記添加された希土類の状態変化を誘起して、上記記録材料の光吸収特性及び蛍光の発光特性を変化させる
ことを特徴とする請求項１記載の光記録方法。
【請求項３】
光の吸収特性及び蛍光の発光特性を、光照射によって変化させることにより情報の記録を行う光記録装置であって、
パルス幅が１ｐｓ以下であり、かつその繰り返し周波数が１ＭＨｚ以上のパルスレーザより成る光源が設けられ、
記録媒体として、分相ガラスをホスト・ガラスとし、少なくとも1種以上の希土類元素を添加した記録材料を有する記録媒体を用いる
ことを特徴とする光記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にホスト・ガラスに少なくとも１種以上の希土類を添加した記録材料を有する光記録媒体に対する記録に適用して好適な光記録方法及び光記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラス中の希土類イオンは、光励起によって４ｆ軌道内遷移による発光を示し、近年アップコンバージョン傾向や光増幅などの面から注目されており、均質なガラス中の希土類イオンの発光特性については多く報告されている。
特に、ホスト・ガラスに希土類を添加した光記録媒体に対し、その記録用集光照射レーザ光源として、パルス幅が１ｐｓ以下程度であるいわゆるフェムト秒レーザに再生増幅器を組み合わせた光源を用いる手法が提案されている（例えば特許文献１及び２参照。）。
また、材料のホスト・ガラスを２種類以上のガラス相より構成される分相ガラスとすることによって、分相前に比べて吸光度及び蛍光強度が増大することが報告されている（例えば非特許文献１及び２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３０２６３８号公報
【特許文献２】特開２００１−２１６６４９号公報
【非特許文献１】Z. Yao, Y. Ding, T. Nanba and Y. Miura, Mater. Sci. Res. Int., 4 [3] (1998) pp141-
【非特許文献２】Z. Yao, Y. Ding, T. Nanba and Y. Miura, J. Ceram. Soc. Japan, 106, [11] (1998) pp1043-
【非特許文献３】石井泰之著、“分相ガラスにドープされた希土類イオンの発光特性”、［online］、平成１６年１２月１０日検索、インターネット＜ＵＲＬ：http://150.46.228.3/muki/Theses/1999/M_Ishii.PDF＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、希土類イオンを添加したガラス材料は、適切な記録しきい値を実現するのが難しいという問題がある。
例えば、組成比が３５ＡｌＦ３／１０ＢａＦ２／２０ＣａＦ２／１０ＭｇＦ２／１４．９ＹＦ３／０．１ＳｍＦ３であるようなフッ化アルミ系ガラスをホストとしたＳｍ添加ガラスにおいては、開口数ＮＡ＝１．３５で集光した場合、フォトマルチプライヤーを検出器とした共焦点レーザ顕微鏡で確認できるその記録しきい値は約３５ｎＪ／ｐｕｌｓｅである。したがって、このエネルギー以上のパルスレーザ光を照射することによって、媒体中に３価のイオンとして存在するＳｍイオンが２価に変化することで記録状態とすることができる。
しかしながら、上述の記録しきい値エネルギーでの照射は、いわゆるクーロン爆発を伴うものであり、このクーロン爆発に伴って生じるボイド周辺の発光と混在する形でしか、十分な蛍光発光を観察することができない。
【０００５】
また、上述したように、ホスト・ガラスに分相ガラスを用い、適宜希土類を添加したガラス材料においては、その吸収スペクトル、蛍光強度が大きく増加することが報告されており、この結果として、実質的に記録しきい値を下げることが可能と考えられる。
しかしながら、ガラスを分相化して蛍光発光の輝度が増加する効果は、例えば加熱によって発現する。したがって、一定以上の高温長時間の熱処理、例えば７００℃で数時間程度の加熱を施す必要がある（例えば上記非特許文献３参照。）。
このため、コンパクト・ディスク（ＣＤ）に代表される光ディスクの形態やそれに準ずる形態の光記録再生装置においては、このような材料を記録材料とする記録媒体を用いて簡便かつ迅速な記録を行うことは不可能であり、実用化が難しい。
こうした問題を解決する手段としては、例えば一旦パルスレーザで記録を行った後、別のレーザ光、例えばより長いパルス幅を有するパルス発振、あるいは連続発振する半導体レーザ等のレーザ光源を用いて熱処理する等の方法が現実的な対応と考えられるが、これらの方式の場合、熱処理用にレーザ光源を別途用意する必要があるだけでなく、記録時間が概ね２倍かかる計算となるため、特により高い転送レートを必要とする用途において、十分な性能を実現することは困難であった。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みて、記録材料として、分相ガラスに希土類イオンを添加した材料を用いる記録媒体に対し、実用的な記録態様が可能な光記録方法及び光記録装置を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明による光記録方法は、光の吸収特性及び蛍光の発光特性を、光照射によって変化させることにより情報の記録を行う光記録方法であって、パルス幅が１ｐｓ以下であり、かつその繰り返し周波数が１ＭＨｚ以上のパルスレーザより成る光源を用いて、記録媒体として、分相ガラスをホスト・ガラスとし、少なくとも1種以上の希土類元素を添加した記録材料を有する記録媒体を用いることを特徴とする。
【０００８】
更に、本発明による光記録装置は、光の吸収特性及び蛍光の発光特性を、光照射によって変化させることにより情報の記録を行う光記録装置であって、パルス幅が１ｐｓ以下であり、かつその繰り返し周波数が１ＭＨｚ以上のパルスレーザより成る光源が設けられ、記録媒体として、分相ガラスをホスト・ガラスとし、少なくとも1種以上の希土類元素を添加した記録材料を有する記録媒体を用いることを特徴とする。
【０００９】
上述したように、本発明による光記録方法及び光記録装置においては、パルス幅が１ｐｓ以下であり、繰り返し周波数が１ＭＨｚ以上のパルスレーザ光を用いて、分相ガラスをホスト・ガラスとし、少なくとも１種類以上の希土類元素を添加した記録材料を有する記録媒体に照射するものである。
従来、分相ガラスをホスト・ガラスとして希土類イオンを添加した材料に対しては、高温長時間の加熱処理を施すことにより蛍光発光の輝度を向上させていたが、本発明によれば、上述したようにパルスレーザの繰り返し周波数を１ＭＨｚ以上とすることによって、繰り返しパルスの影響によって記録媒体内に効果的に熱を溜めることができ、これによりホスト・ガラスの分相化による効果を誘起することができて、この結果、十分な蛍光発光を得ることができ、記録しきい値の低減化を図ることが可能となる。したがって、本発明によれば、希土類元素を添加した分相ガラスを記録材料とする記録媒体に対し、より低い記録しきい値による記録が可能となり、また長時間の加熱を要するなどの不都合を回避した実用的な光記録方法及び光記録装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、本発明の光記録方法及び光記録装置によれば、分相ガラスに希土類元素を添加した記録材料を有する記録媒体に対し、高温長時間の加熱を要することなく良好に記録を行うことができる。
また、本発明の光記録方法において、多光子吸収過程により添加された希土類の状態変化を誘起して、記録材料の光吸収特性及び蛍光の発光特性を変化させることにより、記録材料の内部における所望の位置に良好に記録を行うことができ、多層記録媒体への記録を良好に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
上述したように、本発明は、適切な組成比を持つ分相ガラスに対し、希土類元素を少なくとも１種類以上添加した記録媒体に対し、その光源に１ｐｓ以下のパルス幅を有し、かつその繰り返し周波数が１ＭＨｚ以上であるパルスレーザを用いて記録することにより、繰り返しパルスによって記録媒体内に生じる熱を利用して照射位置におけるガラスの分相化による効果を誘起して、高温長時間の加熱を要することなく、蛍光強度の増大化を図り、実用的な記録方法を提供するものである。
【００１２】
図１は、本発明構成の光記録装置の一例の基本構成を示す概略構成図である。光源１は、パルス幅１ｐｓ以下で、繰り返し周波数が１ＭＨｚ以上のパルスレーザを発振する光源とする。この光源１から出射されたパルスレーザは、光軸Ｃ１に沿って光量調節用のＮＤフィルター等より成るフィルター２を介してビームスプリッター３に入射される。ビームスプリッター３により反射されたパルスレーザ光は、光軸Ｃに沿って例えばコンピュータ制御された３次元ステージより成り、層間移動及び収差補正がなされる光学系４に入射され、ここにおいてフォーカス方向及びトラッキング方向に制御され、また収差補正されて、対物レンズ５を介して、記録媒体３０の所望の記録層に合焦されて照射される。
記録媒体３０としては、分相ガラスに少なくとも１種類以上の希土類元素が添加された記録材料を有する構成とする。
また、図１に示す例においては、再生用の光源６を設け、共焦点光学系による再生光学系を構成する場合を示す。
この場合、例えば青色レーザ等の光源６から出射された光は、光軸Ｃ２に沿ってコリメータレンズ７を介してビームスプリッター８に入射される。ビームスプリッター８により反射されたレーザ光は、光軸Ｃに沿って、ビームスプリッター３を透過して光学系４に入射され、ここにおいてフォーカス方向及びトラッキング方向に制御され、かつ収差補正がなされて対物レンズ５を介して記録媒体３０に入射される。記録媒体３０から反射された光は、光学系４、ビームスプリッター３を透過して、集光レンズ９により集光されて、ピンホール１０を介して検出手段１１において検出される。
【００１３】
本発明において用いる光源用レーザは、いわゆるパルスレーザ・オシレータと呼ばれるパルスレーザ光源を利用する。具体的には、Ti:Sapphireレーザに代表されるような非線形結晶を用いたモード・ロック・レーザ、例えばスペクトラ・フィジックス社製MaiTai（商品名）や、Ｅｒ添加ファイバのような非線形ファイバを用いたファイバ・レーザ、例えば米国IMRA America（イムラアメリカ）社製Femtolite（商品名）等が使用可能であり、現行製品レベルでのパルスの繰り返し周波数は１ＭＨｚ以上であり、典型的には５０〜１００ＭＨｚ程度である。
【００１４】
なお、１ｐｓ以下のパルス幅を有するレーザ光源としては、フェムト秒レーザがこれに該当する代表例と考えられるが、同光源は上述のオシレータと呼ばれる高繰り返し周波数で発振するユニットと、いわゆる再生増幅器と呼ばれるユニットの二つから構成される場合が多い。オシレータは、その繰り返し周波数は共振器長に依存し、数〜数十ＭＨｚ、あるいは場合によりそれ以上の繰り返し周波数とすることも可能である。例えば、上述のスペクトラ・フィジックス社製のMaiTai（商品名）においては、繰り返し周波数は８０ＭＨｚである。
他方、再生増幅器は、オシレータからの出射光を導入し、これを分周して1パルスあたりのエネルギーを高める機能を持ち、その出射端での繰り返し周波数を数ｋＨｚ以下とする代わりに、1パルスあたりのエネルギーを３桁前後、場合によってはそれ以上改善することができる。ただし当然ながらこのような再生増幅器を用いる場合は、光源系の複雑さは増し、これに伴う信頼性の低下、またコスト高を招来することとなる。
従って、フェムト秒レーザ・オシレータのみを用いて光源を構成する本発明の光記録装置は、より簡便な構成で信頼性の向上を図ることができ、低コスト化も可能となる。
【００１５】
本発明においては、上述したように、１ｐｓ以下のパルス幅、繰り返し周波数１ＭＨｚ以上のパルスレーザを光源として用いることにより、記録媒体の記録材料である分相化ガラスを適切に熱処理できる環境を整えることによって、実質的により低いしきい値での記録が可能となる。これについて説明すると、上述したように、オシレータの繰り返し周波数は低く見積もった場合でも数ＭＨｚ程度あり、例えばTi:Sapphireレーザや非線形ファイバ・レーザは、既存の製品レベルで５０〜１００ＭＨｚ程度である。このことは、記録媒体内への集光レーザ照射によって、再生増幅器を用いた場合より、1パルスあたりの照射エネルギーが同じとすると、照射部位を中心にはるかに熱が溜まりやすいことを意味しており、仮に数ｎＪ程度のパルスエネルギーで価数変化を誘起できれば、熱処理を行うことなく、照射レーザによる熱の溜まりを利用して記録できると考えられる。
【００１６】
以上の効果を確認するために、下記の材料を用いて本発明による光記録方法によって記録を行った。
この例においては、組成比が３５ＡｌＦ３／８ＢａＦ２／２ＢａＢｒ２／１０ＳｒＦ２／２０ＣａＦ２／１０ＭｇＦ２／１４．２ＹＦ３／０．８ＳｍＦ３となるＳｍ添加分相ガラスを記録材料とする記録媒体を用いた。
【００１７】
光記録装置としては、図１に示す光学系において、オシレータ光源１としてスペクトラ・フィジックス社製Tsunami（商品名）を用いた。この光源は、Ti:Sapphireレーザより成り、中心波長は８００ｎｍ、パルス幅は約１００ｆｓ、繰り返し周波数は８０ＭＨｚである。また、対物レンズ５の開口数ＮＡは０．９とした。記録媒体３０への照射平均パワーはおよそ７２０ｍＷであった。また、記録媒体３０は、図示しないがモータ駆動のステージ上に配される。ここで駆動ステージの走査速度は約２０ｍｍ／ｓである。この例においては、記録媒体３０への記録は、媒体表面から約２５μｍ内側に入った位置に行った。
【００１８】
他方、再生光学系としては、共焦点レーザ顕微鏡を利用して構成して再生光を検出した。共焦点レーザ顕微鏡としては、オリンパス社製FV300 （商品名）を用いた。このレーザ顕微鏡の対物レンズは、倍率６０倍の水浸対物レンズであり、開口数ＮＡは１．２である。再生光学系の光源６としては、波長４８８ｎｍのアルゴン・イオン・レーザを用いた。また、検出は５１０ｎｍ以上の波長域を透過するロングパスフィルターを介してフォトマルを用いて行った。
【００１９】
図２は、上記光学系による再生結果を示す。平均パワー７２０ｍＷ、繰り返し周波数８０ＭＨｚのため、1パルスあたりの照射エネルギーは約９ｎＪであるが、十分な蛍光の発光輝度を持った再生結果が得られていることがわかる。
【００２０】
また、同様の記録材料による記録媒体に対して、対物レンズの開口数をＮＡ＝１．３５とし、光源１に再生増幅器を併用して記録を行ったところ、そのクーロン爆発のしきい値エネルギーが約１１ｎＪであることを確認した。
そして、比較例として、再生増幅器を併用し、同じ開口数ＮＡでの照射による記録を行ったところ、１１ｎＪ以下のエネルギーでのパルス照射に対しては、発光は殆ど観察されず、すなわち適切な蛍光の発光量を伴う再生結果は得られなかった。
【００２１】
これに対し、本発明においては、繰り返し周波数を１ＭＨｚ以上とできるパルスレーザ・オシレータによる記録の結果、図２から明らかなように、十分な発光が確認されている。
更に、上記実施例においては、対物レンズの開口数はＮＡ＝０．９０の結果であることから、再生増幅器を併用した開口数ＮＡ＝１．３５での再生増幅器を併用した照射結果よりも、その集光エネルギー、すなわち価数変化の誘起に寄与するエネルギーが遥かに小さい。このことを考慮すると、パルスレーザの繰り返し周波数を高くしたことによって、熱の溜まりによる蛍光の発光輝度の大幅な増大が図られていることが推測され、これによりホスト・ガラスの分相化の効果が得られると考えられる。
【００２２】
これらの結果をまとめると、発明の効果として以下の点が挙げられる。すなわち、
１）適切な組成比を持つ分相ガラスをホスト・ガラスとし、これに適宜希土類材料を添加した記録媒体に対して、その光照射用光源として１ｐｓ以下のパルス幅を有し、かつその繰り返し周波数が１ＭＨｚ以上の集光パルスレーザを照射して情報の記録を行う場合において、再生増幅器を併用せず、１ＭＨｚ以上の繰り返し周波数のパルスレーザを照射することによって、記録媒体内に生じる熱により分相化による効果を誘起し、これにより、価数変化後（すなわち記録後）の吸収スペクトルを変化させ、蛍光強度を大きく増加させることができ、結果として、実質的に記録しきい値を下げることが可能となる。
【００２３】
２）上記１）の作用から、より高い繰り返し周波数を有するパルスレーザ光源を用いることで、より多い熱の発生を促し、この結果としてより信頼性の高い分相化の効果が得られるだけでなく、より高い転送レートを実現することが可能である。
３）記録用光源として例えばフェムト秒レーザを用いる場合、再生増幅器を併用することなく、いわゆるオシレータのみで記録または再生用の光源を実現できるため、より高い信頼性の確保が可能となり、またより低コストで光記録装置を構成することができる。
４）再生増幅器を併用した場合と同様に、多光子吸収による希土類の価数変化を実現できる。したがって、光軸方向に多層化したいわゆる多層記録媒体記録に適した光記録方法及び光記録装置を提供することが可能である。
【００２４】
上述の実施例においては、パルス幅が１００ｆｓ、繰り返し周波数８０MHｚのパルスレーザを光源として記録を行ったが、パルス幅１ｐｓ以下、繰り返し周波数１ＭＨｚ以上であれば同様の効果が得られる。
すなわち、パルス幅が１ｐｓ以下であれば、多光子吸収過程を誘起することができて、多層記録媒体に対し所望の記録位置への記録が可能となる。パルス幅の下限としては、より短いパルス幅であれば１パルス当たりの尖頭値を高くできるが、多光子吸収を誘起できる範囲であればよく、１ｆｓ以上で同様の効果が得られる。
【００２５】
また、繰り返し周波数としては、１ＭＨｚ以上であれば同様に分相化による蛍光の発光輝度の増大の効果が得られる。しかしながら、例えば記録媒体を光ディスク形式に準ずる記録形式とする場合、回転数を既存の光ディスクと同程度かそれ以上として転送レートを確保するためには、望ましくは１００ＭＨｚ以上、より望ましくは２００ＭＨｚ以上が好適である。繰り返し周波数の上限としては、繰り返しパルスの影響による熱を溜める効果が得られる範囲であればよく、１００ＧＨｚ程度でも利用可能である。
【００２６】
なお、本発明な上述の例に限定されることなく、例えば光源としてその他の中心波長のパルスレーザ光源を用いるとか、また対物レンズの開口数などの光学系において、本発明構成を逸脱しない範囲において、種々の変形、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明による光記録装置の一例の概略構成図である。
【図２】本発明による光記録方法による実施例の再生結果を示す観察写真図である。
【符号の説明】
【００２８】
１．光源、２．フィルター、３．ビームスプリッター、４．光学系、５．対物レンズ、６．光源、７．コリメータレンズ、８．ビームスプリッター、９．集光レンズ、１０．ピンホール、１１．検出手段、３０．記録媒体、３１．第１の記録層、３２．第２の記録層、３３．第３の記録層、４１．光学系
【図１】
2006185564.tif 000003
【図２】
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