(57)【要約】【課題】Ｓ／Ｎ比の高い、高記録密度を有する光情報記録媒体を得る。【解決手段】光情報を記録する記録部と、複数の薄膜を積層した積層部と、それらを支持する基板とを有し、特定波長の光の照射によって照射前の光吸収のピークが照射中に長波長側あるいは短波長側にシフトすることを特徴とする光情報記録媒体。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光情報を記録する記録部と、複数の薄膜を積層した積層部と、それらを支持する基板とを有し、レーザー光の照射中、分光反射率曲線における光吸収ピークが前記レーザー光の照射前に対して長波長側、あるいは短波長側にシフトすることを特徴とする光情報記録媒体。
【請求項２】
上記照射前及び照射前および照射中の光吸収ピークの立ち上がり角度が６０°以上であることを特徴とする請求項１に記載の光情報記録媒体。
【請求項３】
基板上に直接または他の層を介して形成された光記録部と、該光記録部に直接または他の層を介して隣接する積層部とを有し、該積層部は情報の記録、読み出しのためのレーザー光に対してそれぞれ異なった屈折率を有する第１の誘電体と第２の誘電体とを２回以上積層して形成され、該第１および第２の誘電体層のいずれかの屈折率が該レーザー光の強度に対して可逆的に変化し、かつ消衰係数が可逆的に低下するものであることを特徴とする光情報記録媒体。
【請求項４】
上記第１の誘電体層がＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｄ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ及びＡｕからなる群から選ばれた少なくとも一つの元素、それらの酸化物または窒化物の粒子を含む薄膜であり、上記第２の誘電体層はＳｉ、ＴｉまたはＺｎの酸化物、窒化物、または硫化物を含有する薄膜であることを特徴とする請求項３記載の光情報記録媒体。
【請求項５】
上記第１の誘電体層がＣｏ３Ｏ４を含む層であり、第２の誘電体層はＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｎＳ−ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４からなる群から選ばれた少なくとも一つを含む層であることを特徴とする請求項４に記載の光情報記録媒体。
【請求項６】
基板上に直接または他の層を介して形成された光記録部と、該光記録部に直接または他の層を介して隣接する積層部と、上記光記録部と積層部との間、または積層部中に直接あるいは他の層を介して形成された第１の誘電体層を有し、該積層部は情報の記録、読み出しのためのレーザー光に対してそれぞれ異なった屈折率を有する第２の誘電体と第３の誘電体とを２回以上積層して形成され、該第１の誘電体層の屈折率が該レーザー光の強度に対して可逆的に変化し、かつ消衰係数が可逆的に低下するものであることを特徴とする光情報記録媒体。
【請求項７】
上記第１の誘電体層がＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｄ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ及びＡｕからなる群から選ばれた少なくとも一つの元素、それらの酸化物または窒化物の粒子を含む薄膜であり、上記第１および第２の誘電体層はＳｉ、ＴｉまたはＺｎの酸化物、窒化物、または硫化物を含有する薄膜であることを特徴とする請求項６記載の光情報記録媒体。
【請求項８】
上記第１の誘電体層がＣｏ３Ｏ４を含む層であり、第１の誘電体層はＳｉＯ２を含む層であり、第２の誘電体層はＴｉＯ２、ＺｎＳ−ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４からなる群から選ばれた少なくとも一つを含む層であることを特徴とする請求項７に記載の光情報記録媒体。
【請求項９】
上記第１、２および３の誘電体層の膜厚と、０．１６ＧＷ／ｍ２以下の強度のレーザー光で測定されるそれぞれの層の屈折率との積が、レーザー波長の０．１５〜０．３５倍であることを特徴とする請求項３ないし８のいずれかに記載の光情報記録媒体。
【請求項１０】
基板上に直接または他の層を介して形成された光記録部と、該光記録部に直接または他の層を介して隣接する積層部とを有し、該積層部は情報の記録、読み出しのためのレーザー光に対してそれぞれ異なった屈折率を有する第１の誘電体と第２の誘電体とを２回以上積層して形成され、該第１および第２の誘電体層のいずれかの屈折率が該レーザー光の強度に対して可逆的に変化し、かつ消衰係数が可逆的に低下する光情報記録媒体と、
上記光記録部にレーザー光を照射しその反射光量を検出して情報を読み取る光ピックアップとを備えることを特徴とする光情報記録装置。
【請求項１１】
基板上に直接または他の層を介して形成された光記録部と、該光記録部に直接または他の層を介して隣接する積層部と、上記光記録部と積層部との間、または積層部中に直接あるいは他の層を介して形成された第１の誘電体層を有し、該積層部は情報の記録、読み出しのためのレーザー光に対してそれぞれ異なった屈折率を有する第２の誘電体と第３の誘電体とを２回以上積層して形成され、該第１の誘電体層の屈折率が該レーザー光の強度に対して可逆的に変化し、かつ消衰係数が可逆的に低下する光情報記録媒体と、
上記光記録部にレーザー光を照射しその反射光量を検出して情報を読み取る光ピックアップとを備えることを特徴とする光情報記録装置。
【請求項１２】
光情報を記録する光記録部と、複数の薄膜を積層した積層部と、それらを支持する基板とを有し、レーザー光の照射中、分光反射率曲線における光吸収ピークが前記レーザー光の照射前に対して長波長側、あるいは短波長側にシフトする光情報記録媒体と、上記光記録部にレーザー光を照射しその反射光量を検出して情報を読み取る光ピックアップとを備えることを特徴とする光情報記録装置。
【請求項１３】
上記照射前及び照射前および照射中の光吸収ピークの立ち上がり角度が６０°以上であることを特徴とする請求項１２に記載の光情報記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集光機能層を有する光情報記録装置および光情報記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の光通信を用いた情報化社会の発展により、大容量の情報を高速で通信できる通信システムの構築が必要となっている。このような大容量高速光通信を展開するために必要不可欠な光デバイスとして、大容量の光情報を蓄積するための光情報記録媒体が挙げられる。さらにテレビ画像などの映像のデジタル化、高精細化などの高画質化に伴い、その高画質状態を保ち、かつ長時間記録可能な大容量光情報記録媒体の開発が急務である。
【０００３】
現在、光情報記録媒体として、片面４．７ＧＢの容量を有するＤＶＤが実用化され、コンピューター用途のほか、ビデオなどの大容量動画を扱うための媒体として広く普及している。このＤＶＤは、直接基板に情報が書き込まれた読み出し専用のＲＯＭ（ＤＶＤ−ＲＯＭ）の他、書換可能な記録再生媒体としても実用化が進んでいる。このような光情報記録媒体の高記録密度化を目的とした開発が行われており、情報記録の高密度化を達成する手段として、ＣＤなどに使われていたレーザー（７８０ｎｍ）よりも短波長の６５０ｎｍのレーザー光を用いている。しかし、コンピューターグラフィックスやデジタルハイビジョン映像等の大容量の情報を扱うためには、さらにその４〜５倍の高記録密度化を達成する必要がある。これを達成するため、さらに短波長の青色半導体レーザー（波長４０５ｎｍ）を用いる光ディスクの開発が行われ、片面２７ＧＢの光ディスクの実用化が進められている。
【０００４】
もう一つの高記録密度化技術として、集光機能層の形成が挙げられる。この集光機能層は、光記録媒体に形成されている光記録層の上面または下面に形成される膜で、この膜を透過または反射した入射光のビームスポットを縮小化することにより、高記録密度化を達成できる。この技術を上述のレーザー短波長化技術と合わせることで、更なる大容量の光ディスクを得ることができる。
【０００５】
上記集光機能効果のメカニズムの一つは、吸収飽和現象であり、集光機能層がその吸収飽和量以上の強度をもつ光は透過させ、それ以下の強度の光は吸収するという非線形な光学特性を利用した現象である。読み書きに利用されるレーザービームの空間的な強度はガウス分布となっているため、ビームが集光機能層を通過することにより強度の低い裾野の部分は集光機能層によって吸収され、中心部分の強度の高い部分では光が透過する。このため、透過後のビーム径を縮小することができる。
【０００６】
現在、このような層を構成する材料として、特開平８−９６４１２号に見られるようなフタロシアニン系の有機膜やカルコゲナイド系化合物等が挙げられる。この他、同じく有機材料で、特開平６−１６２５６４号記載のサーモクロミック材料や、特開平６−２６７０７８号記載のフォトクロミック材料を用いる試みも知られている。
【０００７】
しかしこれらのサーモクロミック材料、フォトクロミック材料を用いた集光機能材料では、光照射による加熱や光による励起によって材料の消衰係数が上昇し、透過率や反射率が低下し、読み出しに必要なレーザーパワーが低下する。そこで、特開２００１−２７３６７９号では、所定の閾値を越える量の光照射により選択的に消衰係数が大きくなる超解像再生膜（集光機能材料）の光照射側に低屈折率層及び高屈折率層からなる積層干渉層を設けている。干渉層の作用により光照射時の反射率の増加を利用している。
【０００８】
特開２０００−３４３８１号には、光照射により光透過特性が変化するマスク層を含む光記録媒体が記載されている。このマスク層は本発明における集光機能層に対応するものである。特開平１０−３４０４８２号には、超解像膜として考えられている有機膜の耐久性を向上することを目的として、照射光の強度分布と透過した光の強度分布が非線形に変化するガラス層を用いた記録媒体が記載されている。またここで用いられている超解像膜とは、本発明における集光機能層に対応するものである。
【０００９】
【特許文献１】特開平８−９６４１２号公報（請求項５）
【特許文献２】特開平６−１６２５６４号公報（要約）
【特許文献３】特開平６−２６７０７８号公報（要約）
【特許文献４】特開２００１−２７３６７９号公報（要約）
【特許文献５】特開平１０−３４０４８２号公報（要約）
【特許文献６】特開２０００−３４８３８１号公報（請求項１）
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、超解像膜を用いる上記公知例のいずれにおいても光情報記録媒体のＳ／Ｎ比が低いという問題があった。本発明の目的は、超解像膜を用いた光情報記録媒体のＳ／Ｎ比を向上することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、光情報を記録する記録部と、複数の薄膜を積層した積層部と、それらを支持する基板とを有し、レーザー光の照射中、分光反射率曲線における光吸収ピークが前記レーザー光照射前に対して長波長側、あるいは短波長側にシフトする光情報記録媒体が提供される。また、この情報記録媒体を用いた光情報記録装置が提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の光情報記録媒体の実施態様を具体的に説明する。基板上に直接または他の層を介して形成された光情報を記録する記録部と、その上部又は下部に直接又は他の層を介して形成された２種類の誘電体層１と誘電体層２を周期的にｎ（ｎ＝２〜３０）サイクル繰り返し積層して構成される積層部とから構成される。この２種類の誘電体層１、２のいずれかの層の屈折率が、上記光情報を読書きするために照射されるレーザー光の強度の上昇に伴い、可逆的に上昇あるいは低下し、かつ消衰係数が可逆的に低下する。特に５サイクル以上、とりわけ１０サイクル以上が好ましい。
【００１２】
さらにこの光情報記録媒体は、前記光記録部と、その上部又は下部に直接又は他の層を介して形成された２種類の誘電体層２と誘電体層３を周期的にｎサイクル（ｎ＝２〜３０）及びｍサイクル（ｍ＝２〜３０）繰り返し積層して構成される２つの積層部及びこの２つの積層部に挟まれて形成される一層の誘電体層１から構成される。この誘電体層１の屈折率が、上記光情報を読書きするために照射されるレーザー光の強度の上昇に伴い、可逆的に上昇あるいは低下しかつ消衰係数が可逆的に低下する。
【００１３】
上記光情報記録媒体の誘電体層１、誘電体層２または誘電体層３の各層の膜厚と、０．１６ＧＷ／ｍ２以下の強度を有するレーザー光で測定される屈折率の積が、レーザー波長の０．１５倍以上０．３５倍以下である。すなわち照射光波長の約４分の１である。
【００１４】
第１の誘電体が、照射光に対してある閾値以上の光量または強度に対して消衰係数（屈折率の虚部であり、吸収係数に比例する。この値が大きいほど暗い材料である。）が減少または低下する薄膜を用いる。
【００１５】
上記誘電体層１の好ましい材料としてはコバルト、鉄、ニッケル、バナジウム、マンガン、クロム、カドミウム、銅、銀、白金、金の少なくとも一種から選ばれる遷移金属の酸化物あるいは硫化物がある。またこれらの遷移金属粒子が分散されたガラスからなる薄膜である。誘電体層２または誘電体層３はシリコン、亜鉛を含有する酸化物、窒化物、硫化物を含有する。好ましくは上記誘電体層１がＣｏ３Ｏ４であり、誘電体層２はＳｉＯ２、ＺｎＳ−ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４から選ばれる誘電体層である。第１の誘電体第２の誘電体、及び第３の誘電体はそれぞれ照射光に対して異なった屈折率を有する。光情報記録媒体の上記光記録層は基板上に形成された読取専用の突起又は溝、または基板上に直接又は他の層を介して形成された読書き、消去が可能な光記録層である。
【００１６】
本発明の好ましい情報記録媒体は、光情報を記録する記録部と、複数の薄膜を積層した積層部と、それらを支持する基板とを有する。そして、レーザー光の照射中、分光反射率曲線における光吸収ピークが前記レーザー光照射前に対して長波長側、あるいは短波長側にシフトする。上記吸収ピークの立ち上がり角度が６０°以上であることが好ましい。この急峻なピークの立ち上がり特性を持つことによって、Ｓ／Ｎ比が高い情報記録媒体が得られる。
【００１７】
（実施例）
以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。
【００１８】
（実施例１）
図１に、本発明で作製した読書き、消去可能なＲＡＭ構造を有する光情報記録媒体の断面構成図を示す。図１において、１は基板、２は反射層、３は保護層、４は記録層、５は集光機能層であり、これは誘電体層６と誘電体層７との繰り返し積層膜で構成されている。８はカバー層である。読書きに用いるレーザー光はカバー層８側から入射され、各層を透過し、また各層界面で反射したのち、反射層２で反射して図には示されていない光検出器に入る。本発明では、１の基板に厚さ１．１ｍｍ、直径１２０ｍｍのポリカーボネートの基板を用いた。この基板に、内径１５ｍｍφの基板チャックの穴を形成した。また２の反射層としてＡｌ−３％Ｔｉからなる合金層を用いた。膜厚は５０ｎｍである。また３の保護層として８０ＺｎＳ−２０ＳｉＯ２（ｍｏｌ比）の薄膜を用いた。膜厚は７０ｎｍである。記録層４として１０Ｇｅ−７０Ｓｂ−２０Ｔｅ（ｍｏｌ比）からなる記録層（厚さ２０ｎｍ）を形成した。集光機能層５を構成する誘電体層６として厚さ７０ｎｍのＣｏ３Ｏ４層と、誘電体層７として厚さ７０ｎｍの８０ＺｎＳ−２０ＳｉＯ２（ｍｏｌ比）を形成した。本実施例では、この誘電体層６及び７を５サイクル形成した例について示した。ここで、１サイクルとは誘電体層６、７をそれぞれ一層ずつ、１対を形成した場合の積層膜を指す。従って５サイクルでは各誘電体層を５層ずつ合計１０層成膜したことになる。さらにカバー層８に、厚さ０．１ｍｍのポリカーボネートシートを紫外線硬化樹脂を用いて貼り付けた。貼り付けは、成膜後のポリカーボネート基板上に紫外線硬化樹脂をスピンコートにより均一に塗布した後、この基板と同じ内外周径を持つポリカーボネートシートを基板上に完全に重なるように載せた。その状態で上部より紫外線をＵＶランプにより照射し、樹脂を硬化させた。
【００１９】
２から７の各層はすべてスパッタリング法を用いて形成した。２の層はＤＣマグネトロンスパッタ法を用いて、また３から７の層はＲＦマグネトロンスパッタ法を用いて形成した。スパッタガスとしてアルゴンガスを用い、ガス圧を約０．７Ｐａとした。各層とも１５２．４ｍｍφのターゲットに０．２ｋＷから１ｋＷのパワーを印加し、基板を自転、公転させて成膜した。
【００２０】
図１６に、この光ディスクの断面斜視図を示す。図１６において、１は基板、２００は図１に示す層２〜８からなる積層膜であり、２０１は情報をもって記録された記録パターンである。図１６に示すように、本実施例で検討した光ディスクは、ランド−グルーブ構造を有しており、ランド部、グルーブ部ともに記録される。
【００２１】
この積層体に波長４０５ｎｍの半導体レーザーを開口数０．８の集光レンズを用いて成膜面側から集光照射することによって光情報の記録、再生、消去を行い、光ディスクの特性評価を行った。
【００２２】
図１の５に示すような屈折率や消衰係数の異なる誘電体層（６、７）の周期構造をもつ誘電体膜の積層体から構成される集光機能層は、一般に、一次元のフォトニッククリスタル、あるいは誘電体多層膜と呼ばれる構成のものである。本発明の光ディスクでは、この集光機能層のうち、誘電体層６は、その屈折率及び消衰係数がレーザー照射時にその強度に応じ、または特定の閾値以上の強度において可逆的に変化するものである。
【００２３】
まず、この誘電体層６単層の膜を平板なガラス基板上に成膜し、レーザー照射による屈折率変化を求めた。図２に、屈折率、消衰係数変化の測定に用いたエリプソメーターの模式図を示す。図２において、１は基板、６は誘電体層、９はパルス発生器、１０は光源、１１は偏光子、１２は入射光、１３は反射光、１４は検光子、１５はフィルター、１６は受光器、１７はデジタルオシロスコープ、１８は制御用コンピューター、１９は焦点レンズである。光源１０として波長６５０ｎｍ及び４０５ｎｍの半導体レーザーを用いた。このレーザーを、パルス発生器９を用いて所望の強度、時間を有するパルス光とした。このパルス光を偏光子を用いて光の振動面が試料表面に平行な光（ｓ偏光）と垂直な光（ｐ偏光）になるように偏光させた。また焦点レンズ１９を用いてこのレーザー光を試料表面に集光させた。このとき、波長が６５０ｎｍの場合は集光部のレーザー径は０．９μｍであった。また波長が４０５ｎｍのとき、０．６μｍであった。
【００２４】
このような偏光を試料に照射すると、試料の膜厚、屈折率、及び消衰係数によってｓ偏光とｐ偏光の反射率と位相が異なる。従って、膜厚を予め測定しておき、ｓ偏光とｐ偏光の反射率比、位相を求めることにより、屈折率と消衰係数を推定できる。ここで、一般的に複素数表示された屈折率の実部が屈折率（ｎ）、虚部が消衰係数（ｋ）である。ｋは材料の光の吸収に関するパラメータであり、吸収係数に比例した無単位の物理量である。
【００２５】
反射光の受光側に検光子１４を置き、検光子の角度を回転させ、それぞれの検光子角度で得られる反射光量からｓ偏光とｐ偏光の反射率比、位相を求めた。検光子角度は一回転を１２分割した各角度で測定した。また受光器は許容量以上の光が入射されると適切な解析が不能になるため、各パルス光の強度に応じたフィルター１５を設置して受光器に入る反射光量を調節した。
【００２６】
反射光は受光器に導入される光をデジタルオシロスコープ１７で時間分割し、２ｎｓごとに測定した。またパルス光が入射される５０ｎｓ前（−５０ｎｓ）から測定を開始し、パルスが発生してから１００ｎｓの間測定した。また一回の測定ではレーザーや受光器のばらつきや電気的なノイズによりＣ／Ｎ比が低く、精密な測定ができない。そこで、それぞれの測定を１２８回積算してその平均値を求めた。レーザー光照射前の屈折率は、時間が−５０ｎｓから０ｎｓの間の屈折率の平均値、あるいはパルス光を照射しないときの−５０ｎｓ〜１００ｎｓの屈折率の平均として求めた。またレーザー照射中の屈折率は、パルス立ち上がり後５０ｎｓ〜１００ｎｓの間に測定される屈折率の平均値として求めた。
【００２７】
図３に、この誘電体層６としてＣｏ３Ｏ４を用い、この膜単層のレーザー強度に対する屈折率及び消衰係数の変化を示す。なお、このデータは参考文献（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，８１巻、６号、９９９〜１００１ページ、２００２年８月５日発行）に記されている。レーザー波長は４０５ｎｍである。図３において、横軸は時間であり、時刻０からレーザーパルスが立ち上がる。レーザーパルスを発生させないときの光強度は０．１６ＧＷ／ｍ２であり、このときの屈折率は１．９であった。レーザーパルス強度上昇によって屈折率は大きく上昇し、レーザーパルス強度が８．２ＧＷ／ｍ２のとき２．７と、その変化量は４２％となった。またレーザーパルス強度が１．０ＧＷ／ｍ２のときの屈折率は約２．１であり、１０．５％程度の屈折率変化が見られた。また消衰係数もレーザー強度変化に応じて変化しており、０．８５から０．６５と、約２４％低下していた。この屈折率の変化の応答速度は図２のパルス立ち上がりに対するレーザー強度の立ち上がり速度から、ナノ秒以下であることが推定される。
【００２８】
レーザーパルス強度に対する屈折率及び消衰係数の関係を図４、図５に示す。これらの図には図２の装置を用いて図３と同様の測定を波長６５０ｎｍの赤色レーザーの場合について行った結果についても同時に示す。波長４０５ｎｍの青色レーザーの場合は図３で述べたように屈折率が１．９から２．７に上昇するが、波長６５０ｎｍの赤色レーザーの場合は、屈折率は３．３から３．０に低下した。一方、消衰係数は４０５ｎｍでは０．８５から０．６５に、また６５０ｎｍの場合は１．１５から０．６に、いずれも低下した。
【００２９】
図５に示すように、本発明で用いた集光機能層は消衰係数がいずれの波長においても低下した。また図４に示すように、屈折率は波長４０５ｎｍの青色レーザー照射の場合は上昇し、波長６５０ｎｍの赤色レーザーの場合は低下していた。
【００３０】
前記参考文献によれば、この材料の上記のような屈折率変化は、バンドフィリング現象と呼ばれるメカニズムによって生じている。図１８、図１９に、バンドフィリング現象を説明する図を示す。図１８は、消衰係数の波長依存性、図１９には屈折率の波長依存性を示す。本実施例で用いたＣｏ３Ｏ４薄膜は、丁度６５０ｎｍに相当するエネルギーを有する光学バンドギャップを有している。そのため、この波長より短い、つまりエネルギーの高い光を照射した場合にはこのバンドギャップに相当する位置に存在する電子が光を吸収し、励起状態となる。従って図１８に示すように、長い波長の光は消衰係数が小さく、短い波長の光に対する消衰係数は大きい。
【００３１】
電子が励起されると徐々にエネルギーの低い準位に存在する電子が励起状態に達するが、この場合、最初に励起された電子よりも高いエネルギーの励起準位に励起される。すなわち、バンドギャップのエネルギーは最初に励起された電子に比べて高くなっていることが分かる。そうすると、エネルギーの低い長波長の光は吸収されなくなるため、光の吸収係数、つまり消衰係数が低下することになる。このような傾向は全波長域について起こるため、すべての波長に対して消衰係数は低下することになる。より低いエネルギーの光は吸収されなくなるため、全体的に光の吸収は短波長側にシフトしたともいうことができる。
【００３２】
一方、図１９に示すように、屈折率は消衰係数のクラマース・クローニッヒの関係を用いて算出され、バンドギャップエネルギーにおいてピークを持つ。屈折率の波長依存性も、消衰係数の短波長側へのシフトに伴い同様にシフトする。その結果、バンドギャップ近傍では屈折率は低下し、バンドギャップより短い波長域では逆に屈折率は上昇するということが分かる。つまり、バンドフィリング現象による屈折率変化では、高強度のレーザー光照射によって全波長域で消衰係数は低下し、屈折率は波長によって上昇したり低下したりする。
【００３３】
このようにレーザー光照射によって屈折率が変化する誘電体層を用いて作製した集光機能層５の光学特性を評価した。評価は以下のようにして行った。まず、図１６に示すようなランド−グルーブ構造や記録ピットなどの凹凸を有さないミラー面と呼ばれる平坦な部位を持つ光ディスク基板に、図１１に示す膜構成と同様の積層薄膜を形成する。波長４０５ｎｍのレーザー光をディスクのミラー面に対して垂直に入射し、ピックアップによって反射光量を測定し、入射光量に対する反射光量を測定した。そして図４に示す結果より、各入射光量に対応する誘電体層６の屈折率を求め、これから誘電体層６の屈折率に対する反射光量の変化を求めた。なお、成膜の方法、ディスクの作製方法などは、先に記した図１の光ディスクの作製方法に準じた。
【００３４】
図６に誘電体層６、７の積層サイクルを変化させたときの誘電体層６の屈折率変化に対する波長４０５ｎｍのレーザー光の反射率を示す。本検討では、積層サイクルを１〜３０サイクルと変化させた。また、誘電体層６、７の膜厚は、膜厚と屈折率の積がレーザー波長４０５ｎｍの０．２５倍となるようにした。誘電体層６では、Ｃｏ３Ｏ４層の強いレーザーが照射されていないときの屈折率が１．９であることから、５３．３ｎｍとした。また誘電体層７では、屈折率が２．３であることから、その膜厚を４４．０ｎｍとした。
【００３５】
図６に示すように、積層サイクルが１のときは、誘電体層６の屈折率が１．９のとき、集光機能層５の反射率を０．０５と小さくすることができた。そして、この誘電体層６の屈折率が２．７に変化すると反射率が０．２７に上昇する。また２サイクルとすると反射率変化量は０．０５から０．５２と、１サイクルの場合に比べてさらに大きな反射率比が得られた。従って積層サイクルを１から２に上昇させるだけで、同じ屈折率変化のとき大きな反射率変化が得られる。さらにサイクル数を増加していくと、１０サイクルでは屈折率を１．９から２．２に変化させることにより反射率を約０．０５からほぼ０．９２と非常に大きく変化させることができた。図６を見ると、積層サイクル数が多いほど誘電体層６の屈折率変化が小さくても大きな反射率変化が得られることが分かった。したがって、積層サイクル数は５以上特に１０以上が好ましい。
【００３６】
次に、この積層体からなる集光機能層のサイクル数を変化させたときの透過率の変化を評価した。図７に、サイクル数に対する透過率を示す。この透過率変化を見ると、サイクル数の上昇に伴って膜厚が厚くなるため、透過率が減少していく傾向が見られた。サイクル数が３０サイクルを超えると透過率が急激に小さくなることが分かった。このことから、サイクル数は３０サイクル以下であることが好ましい。
【００３７】
またサイクル数が少ない場合には反射率を高くすることができないため、好ましくはサイクル数が５サイクル以上であれば誘電体層６の屈折率変化によってさらに大きな反射率変化が得られた。従って、サイクル数は５サイクル以上３０サイクル以下とすることが好ましい。
【００３８】
次に、誘電体層６、７の膜厚変動による反射率変化を検討した。図８に、サイクル数を５としたときの誘電体層６及び７の膜厚に対する反射率の変化を示す。横軸は波長（λ）に対する膜厚（ｄ）と屈折率（ｎ）の積の比（ｄｎ／λ）をプロットした。この図のように、ｄｎ／λが０．２５のとき、反射率を０．０５程度まで小さくできるが、この値から外れると反射率が大きくなった。この結果、屈折率変化が生じても反射率の変化としては大きく現れず、好ましくない。図８より、誘電体層６、７とも、ｄｎ／λが０．１５以上０．３５以下であれば、反射率は０．１０以下となり、良好であった。一方、ｄｎ／λが０．１５未満あるいは０．３５を超える場合には反射率が０．１０を超えるため、反射率変化を大きくすることができず、好ましくなかった。以上より、誘電体層６及び７の膜厚はｄｎ／λが０．１５以上０．３５以下であることが好ましい。
【００３９】
次に、誘電体層６として、いろいろな酸化物について検討を行った。表１に、本発明で検討した誘電体層６を用いて作製した集光機能層５の屈折率変化及び反射率変化を示す。レーザー波長は４０５ｎｍとし、強度は１．０ＧＷ／ｍ２とした。誘電体層７には８０ＺｎＳ−２０ＳｉＯ２（ｍｏｌ比）を用い、膜厚は４４．０ｎｍとした。誘電体層６の膜厚は各実施例ともｎｄ／λ＝０．２５となる膜厚とした。積層サイクルは５とした。
【００４０】
【表１】
2004152392.tif 000003
【００４１】
なお、表１において、ｎ１、ｋ１、Ｒ１はレーザー強度０．１６ＧＷ／ｍ２で測定される屈折率、消衰係数及び反射率であり、ｎ２、ｋ２、Ｒ２はレーザー強度１．０ＧＷ／ｍ２で測定される屈折率、消衰係数及び反射率である。また屈折率変化量Δｎ、消衰係数変化量Δｋは以下の式によって求めた。
【００４２】
Δｎ＝（ｎ２−ｎ１）／ｎ１×１００
Δｋ＝（ｋ２−ｋ１）／ｋ１×１００
また反射率差ΔＲは
ΔＲ＝Ｒ２−Ｒ１
として求めた。評価の項目では、反射率差ΔＲが０．７以上の場合を◎、０．４以上０．７未満の場合を○、０．４未満の場合を×として評価した。
【００４３】
表１の試料Ｎｏ．１〜８は、電子励起による吸収の変化による屈折率変化を示す材料であり、いずれも消衰係数が低下する材料である。このうち、試料Ｎｏ．１〜７は遷移金属酸化物の薄膜を誘電体層６として作製した集光機能層５についての評価結果である。また試料Ｎｏ．８はカドミウム硫化物薄膜を用いた場合の評価結果であり、さらに試料Ｎｏ．９〜１１は金、銀、銅の微粒子をＳｉＯ２ガラス中に分散させて形成した薄膜を用いた場合である。また比較例として、ＳｉＯ２を誘電体層６として用いた場合、及び消衰係数の増加するフォトクロミック材料であるＣｕＣｌについて示した。
【００４４】
表１の試料Ｎｏ．１のコバルト酸化物であるＣｏ３Ｏ４を用いた場合、屈折率、消衰係数の変化量も大きく、反射率差は０．８５と非常に良好な結果が得られた。また試料Ｎｏ．２〜１１の酸化物、ＣｄＳ、及び金属微粒子を分散したガラス薄膜では、屈折率変化量Δｎは約７〜９％程度であり、反射率差は０．４５〜０．６７であった。また比較例１のＳｉＯ２の場合は、レーザー光強度を変化させても屈折率、消衰係数はほとんど変化せず、反射率差も０．０１と低かった。また比較例２のＣｕＣｌを用いた場合、屈折率はほとんど変化せず、消衰係数が０．１から０．５へ上昇した。この場合、反射率が０．１３低下してしまうため、良好とはいえなかった。
【００４５】
以上のように、消衰係数の減少する材料を用いて積層構造を作製した場合、反射率を低下させることなく大きな反射率変化を得ることができた。反射率差が大きい材料としては、コバルト酸化物（Ｃｏ３Ｏ４）が最も良好であった。また鉄、ニッケル、バナジウム、クロム、マンガンの酸化物、またはカドミウム硫化物も良好であることが分かった。またＳｉＯ２ではほとんど屈折率が変化せず、良好ではなかった。以上より、集光機能層を構成する誘電体層として、コバルト、鉄、ニッケル、バナジウム、クロム、マンガンの酸化物、またはカドミウムから選ばれる遷移金属酸化物、あるいは硫化物が好ましい。特に好ましくはコバルト酸化物（Ｃｏ３Ｏ４）であれば非常に大きな反射率差を得ることができた。
【００４６】
（実施例２）
次に、この集光機能層を搭載した図１および図１６に示すＲＡＭ構造の光ディスクの微細なピットの記録再生特性を評価した。
【００４７】
図９に、本実施例で使用した光情報記録再生装置のブロック図を示す。光記憶媒体としての光ディスク（１００）の種類を判別する媒体判別手段（１０１）を有している。光ディスクは、モータ回路制御手段（１０２）により制御されるモータ（１０３）の回転軸に、直接または間接に接続された回転機構に一時的に固定される。光ピックアップ（１０４）内の光源であるレーザーと反射光を検知する検知部により、光ディスクの情報を光信号として読取る。また、ピックアップ内の光源により、光ディスクに情報を記憶する。またピックアップはピックアップ移動ドライバ（１２３）によりトラック方向の位置決めがなされる。
【００４８】
光信号は、プリアンプ（１０５）、読出し信号処理手段（１０６）、アドレス読取手段（１０７）、クロック同期信号読取り手段（１０８）を経て、再生信号復調手段（１０９）を介し、再生データ送出手段（１１０）により、装置外へ出力される。再生データは、表示装置やスピーカ等の所定の出力手段により出力されるか、または、パーソナルコンピュータなどの情報処理装置により、データ処理が行われる。
【００４９】
本実施例では、通常の記録再生に用いられる回路系のほか、任意のレーザー波長を選択可能なレーザー選択手段（１１１）を設けた。レーザー選択手段の出力に基づき、レーザーパワー制御情報解析手段（１１２）の解析に基づいて、ピークパワー決定手段（１１３）にて使用されるピークパワーが決定される。また、同様に読み出しパワー決定手段（１１９）にて読み出しパワーが決定される。
【００５０】
ピークパワー決定手段（１１３）の出力がパワー比決定手段（１１４）を介して記録パワーＤＣアンプ（１１５）と消去パワーＤＣアンプ（１１６）を経由してレーザードライバ（１１７）に入力され、ピックアップ内の光源を制御する。同様に読み出しパワーＤＣアンプ（１１８）を介して読み出しパワー決定手段（１１９）の出力はレーザードライバ（１１７）に入力され、ピックアップ内の光源を制御する。また、実際のレーザーとしては６５０ｎｍ、４０５ｎｍの半導体レーザーを搭載した。
【００５１】
波長により焦点や焦点深度が異なるため、レーザーの選択に伴いオートフォーカシング機構可能な構造とした。さらに、ディスクに集光機能層が搭載され、トラッキング幅が細くなるのに対応して、トラッキング誤差検出手段（１２６）に高密度記録用のものを別に設け、媒体にあわせたトラッキングができるようにした。このトラッキング誤差検出手段（１２６）の情報はコントローラ（１２４）、ピックアップ制御回路（１２５）を介してピックアップに伝達される。また、媒体の反射率差を利用して媒体の種別判別機構を設け、これにより媒体種の違いにあわせてオートでトラッキングできるように設計した。
【００５２】
データ記録の際は、記録データ受入手段（１２０）から記録データが入力され、記録データ変調手段（１２１）でデータ変調され、記録タイミング補正手段（１２２）を介してレーザードライバに入力され、ピックアップ内の光源を制御する。
【００５３】
図９のような構成とすることにより、波長の異なる光記録媒体をコンパチブルに使用できるだけでなく、大容量化などにより記録容量の異なるディスクを一台の装置で取り扱うことが可能となる。なお、光情報再生記録装置は、その目的・用途により、適宜その構成に変更を加えて使用しても良い。
【００５４】
本実施例では、屈折率の変化する誘電体層６としてＣｏ３Ｏ４薄膜を用いた。また、比較例として、この集光機能層５を持たない光ディスクを作製し、同様の評価を行った。
【００５５】
図１０に、等間隔に等形状の記録ビットを作製したＲＡＭディスクの、その記録ビットの長さ（マーク長）に対する再生出力強度（Ｃ／Ｎ比）を示す。読み出しのレーザー波長は４０５ｎｍとし、レーザーパワーは０．５ｍＷとした。再生出力は集光機能層５を形成した実施例の方が、形成しない比較例に比べて短いマーク長に対して高くなっていることが分かった。このことから、集光機能層を形成した場合、より短いマーク長に対して再生可能であることが分かった。このことから、ＲＡＭディスクに対して、集光機能効果を確認することができた。
【００５６】
なお、表１中の試料Ｎｏ．１〜１１に記載した材料を誘電体層として作製した集光機能層５では、すべての材料において上記の場合と同様の集光機能効果が確認できた。しかしながら比較例１のＳｉＯ２を誘電体層として用いた場合には、上記のような集光機能効果を確認することができなかった。
【００５７】
（実施例３）
次に、読取り専用のＲＯＭディスクを作成し、集光機能層の有無による集光機能効果について検討した。図１１に、本発明で作製したＲＯＭディスクの断面の概略図を示す。図１１において１は基板、２は反射膜、５は誘電体層６、７の繰り返しから構成される集光機能層、８はカバー層である。また２０は基板上に形成された情報ピットである。基板１は、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ガラスなどが、仕様に応じて用いられる。本実施例ではポリカーボネート基板を用いた。また本実施例で作製したＲＯＭディスクは、ＲＡＭディスクと同様、図１６に示すようなランドグルーブ構造によりトラッキングがなされている。いずれのトラックにも情報が書き込まれている。
【００５８】
ＲＯＭディスクは以下の工程によって作製した。まず、フォトレジスト上にレーザーを用いて情報を持ったピットパターンを形成した。その後Ｎｉ金型にピットパターンを複写し、この金型にポリカーボネートを射出成形することによって基板を形成した。この基板上に膜厚５０ｎｍの反射膜２を形成した。基板１の厚さは１．１ｍｍであり、カバー層の厚さは０．１ｍｍとした。なお図１１に示す膜の成膜方法、カバー層の形成方法などは図１のＲＡＭディスクを作製する場合と同様とした。
【００５９】
本実施例では、集光機能層５として表１中の試料Ｎｏ．１〜１１の薄膜を誘電体層６として形成したものを用い、集光機能特性を評価した。また、比較例として、誘電体層６として表１中の比較例１に示したＳｉＯ２を用いた場合、及び集光機能層を形成しない場合の例についても検討した。
【００６０】
作製した光ディスクに形成された集光機能層の組成及び読み出しパワーを１ｍＷ、２ｍＷ、３ｍＷ、４ｍＷとしたときの低周波成分（２ＭＨｚ）と高周波成分（１０ＭＨｚ）の再生出力特性を調べ、集光機能特性の評価を行った。集光機能特性の評価結果を表２に示す。ここで、集光機能特性とは、光の波長によって定まる回折限界以下の記録ビットを高出力で読み出すことが出来る現象をいう。読み出しに用いたレーザー光は波長４０５ｎｍの半導体レーザーである。
【００６１】
【表２】
2004152392.tif 000004
【００６２】
再生出力特性の周波数依存性はスペクトラムアナライザーにより解析した。図１７に、スペクトラムアナライザーによる再生出力特性の測定例を示す。図１７では表１試料Ｎｏ．１のＣｏ３Ｏ４を誘電体層６として形成したディスクと集光機能層を形成しないディスクにおける再生出力特性を示した。再生レーザーパワーは共に１ｍＷである。
【００６３】
集光機能層として試料Ｎｏ．１の膜を形成した場合、比較例に比べてより高周波成分まで出力レベルが高いことが分かった。ＲＯＭディスク上では、信号の高周波数成分はより緻密なピットパターンで描かれることから、集光機能層を形成した場合には、より微細なピットパターンまで読取って再生出力していることを示している。このことから、比較例Ｎｏ．１の集光機能層を形成した場合には、集光機能効果が得られている。この現象は、集光機能層がレーザー照射時のみ屈折率が変化することによって生じる。
【００６４】
この屈折率変化による集光機能効果について図１２および図１３を用いて詳細に説明する。図１２、１３において、２０は記録ビット、２１はレーザービームである。図１２は、集光機能層を有さない場合、図１３は集光機能層を有するときの再生時の記録ピットパターンとレーザー反射光の反射光量を示す図である。トラックに対して、レーザーが図中の矢印方向に進行する。図１２のように、集光機能層を有さない場合、全てのレーザー照射領域で等しい反射率となるため、全ての領域から反射光が戻る。従って、このレーザーの全領域の情報が一度に受光される。その結果、ピット部分とピット以外の部分は全て反射光の平均となり、ピットのみからの情報が少なくなる。このため、ピット部分とピット以外の部分の反射率差が小さくなり、すなわちＣ／Ｎ比の悪い再生信号となる。
【００６５】
一方、図１３のような集光機能層を有する場合の再生について考える。レーザー照射により集光機能層の屈折率が変化するため、レーザー照射領域の前方（図中Ｂ）は、レーザー照射されてからの時間経過が短いため、屈折率が変化していない領域となる。一方、レーザー照射領域の後方（図中Ａ）では、レーザーが照射されてから時間経過が長いため、屈折率が変化している領域である。反射膜、保護膜などの屈折率、膜厚などの光学設計により、ある屈折率状態では光の反射率を極端に小さくし、従ってマスク領域を作ることが可能である。今、反射膜の屈折率が変化しない状態で反射率を小さくした場合を考えると、領域Ｂからは光が反射されない状態を生じさせる。
【００６６】
このような状態のとき、集光機能層の屈折率が変化すると上記の光学設計から外れるため、反射率が上昇する。つまり、集光機能層の屈折率が変化した部分（領域Ａ）のみから光が反射される状態となる。このような状態のとき、図１２の通常の再生に比べて反射光が帰ってくる領域が狭いため、ピットからの信号光とピット以外からの信号光をＣ／Ｎ良く高コントラストで読み出すことが出来る。すなわち、集光機能層のレーザー照射による屈折率変化により、集光機能効果が生じる。この結果、図１０に示したような微細ピットの再生が可能になる。
【００６７】
表２中の集光機能効果の判断は、以下のように行った。図１７のようなスペクトルから、各再生出力における２ＭＨｚと１０ＭＨｚにおける出力を読み取った。レーザー光強度１ｍＷで、高周波信号である１０ＭＨｚにおける出力が２０ｄＢ以上の場合を◎、１３ｄＢ以上２０ｄＢ未満の場合を○、８ｄＢ以上１３ｄＢ未満を△とし、集光機能効果があったものと判定した。また８ｄＢ未満の場合を×とし、集光機能効果が得られなかったと判断した。
【００６８】
試料Ｎｏ．１のＣｏ３Ｏ４薄膜では、１ｍＷ、１０ＭＨｚの出力が２０ｄＢ以上となり、集光機能効果は◎であった。また試料Ｎｏ．２〜１１の薄膜を用いた場合、１ｍＷ、１０ＭＨｚの出力が１３ｄＢ以上２０ｄＢ未満となり、評価結果は○であった。一方、比較例１、比較例２では、２ＭＨｚでは高い出力が得られたが、１０ＭＨｚでは出力は弱く、集光機能効果は認められなかった。
【００６９】
以上より、本発明の集光機能層をＲＯＭ型の光ディスクに形成した場合、良好な集光機能効果が得られた。従って、本発明の集光機能層を有するＲＯＭディスクのような光情報記録媒体は、微細な記録ビットを感度よく読取ることが可能であった。
【００７０】
（実施例４）
次に、繰り返し再生に対する膜の劣化を検討した。評価は、図１に示すＲＡＭディスクに繰り返し再生信号光を照射し、再生出力を検出することによって行った。レーザー波長は４０５ｎｍ、レーザーパワーは１ｍＷである。記録マークのマーク長は０．２μｍである。集光機能層を形成する誘電体層６として、表１中試料Ｎｏ．１のＣｏ３Ｏ４薄膜を用いた。さらに、比較例として、フタロシアニン系有機膜を選んだ。
【００７１】
図１４に、繰り返し回数に対する出力を示す。有機材料系膜を形成したディスクでは、１０４回弱の繰り返し回数から徐々に出力が低下してくることが分かった。一方、本発明のガラス膜を形成したディスクでは、１０５回の繰り返しによってもほとんど出力の低下は見られなかった。以上のように、本発明の光ディスクは、繰り返しの再生によっても集光機能効果が保持されることが分かった。また、ガラス膜として表１中の他の試料Ｎｏ．２〜１１薄膜を用いた場合でも、繰り返し再生に対して高い安定性を得ることができた。
【００７２】
次に、本発明の集光機能層を用いた場合の応答速度を検討した。図１に示すＤＶＤ−ＲＡＭ構造を作成し、マーク長は０．２μｍで一定とした。読み出しのパワーは１ｍＷで一定とし、回転の線速度を変化させた。また集光機能層を形成する誘電体層６として試料Ｎｏ．１のＣｏ３Ｏ４膜を用いた。
【００７３】
図１５に、回転の線速度に対するＣ／Ｎ比を示す。本実施例の集光機能層を用いた場合、２０ｍ／秒程度では集光機能効果が得られ、高いＣ／Ｎが得られていることが分かる。しかし２０ｍ／秒を超えるとＣ／Ｎが低下することが分かる。これは、ディスクスピードが上昇するため、集光機能層の誘電体層６の屈折率変化が追随できず、記録部分と記録されていない部分の反射率差が十分得られなかったためと考えられる。以上より、本発明の集光機能層を用いた場合、ディスク回転速度が２０ｍ／秒以下であれば十分大きい屈折率変化が見られるため、高いＣ／Ｎが得られる。しかしながら、２０ｍ／秒を超えると屈折率変化が追随できなくなるため屈折率変化量が小さくなり、十分な集光機能効果を得ることが難しかった。
【００７４】
（実施例５）
これまではレーザー照射により屈折率変化が変化する材料を誘電体層として積層する構成の集光機能層を有する光情報記録媒体について検討してきた。次に、レーザー照射により屈折率が変化する薄膜を一層のみ、誘電体の積層体中に形成した場合についての実施例を示す。図２０に、本実施例で作製した光ディスクの断面膜構成図を示す。図２０において、１は基板、２は反射層、３は保護層、４は記録層、２０８はレーザー照射により屈折率変化が変化する集光機能層である。これは誘電体層２０６と誘電体層２０７との繰り返しで形成される二つの積層膜２０５、及び２０５‘で挟まれて形成されている。また８はカバー層である。
【００７５】
本実施例では、４０５ｎｍの青色レーザー光の反射率を制御するため、誘電体層２０６として屈折率１．４７のＳｉＯ２（厚さ６９ｎｍ）を形成した。また誘電体層２０７として、屈折率２．３０の８０ＺｎＳ−２０ＳｉＯ２（ｍｏｌ比）（厚さ４４ｎｍ）を形成した。また屈折率が変化する集光機能層２０８として実施例１で検討したＣｏ３Ｏ４薄膜（膜厚７０ｎｍ）を用いた。それ以外の反射層、保護層、記録層は実施例１と同様とした。図２０では積層膜２０５、２０５‘として各誘電体層を３サイクル、及び２サイクルの状態を記載しているが、実際には、これらの膜の積層サイクル数を５サイクル〜３０サイクルと変化させてその特性の変化を調べた。
【００７６】
集光機能層２０８を挟む二つの積層膜の積層サイクル数をいずれも１０サイクルとして作製した図２０に示すのと同じ膜構成を有する光ディスクを作製し、励起状態と定常状態における反射率の波長依存性を調べた。ここで励起状態とは強いレーザーが照射され、集光機能層の屈折率が変化した状態をさす。また定常状態とはレーザー強度が弱く、集光機能層の屈折率が変化していない状態を指す。
【００７７】
この励起状態と定常状態における反射率の波長依存性を調べるため、図２３に示すような実験系を作製した。図２３において、２１０は励起用のナノ秒パルスレーザーであり、２１１は測定用のナノ秒パルスレーザーである。また２１２は光ディスク試料、２１３は光学フィルター、２１４はハーフミラー、２１５は光検出器である。また２１６はオシロスコープ、２１７は遅延ジェネレーター、２１８はミラーである。
【００７８】
２１０、２１１の励起用、測定用ナノ秒パルスレーザーには、２０Ｈｚの周波数で５ｎｓのパルスが発振されるＹＡＧレーザー光源に、波長可変素子を通じてさまざまな波長が得られるＹＡＧ−ＯＰＯレーザーを用いた。測定可能波長域は約３００ｎｍ〜約２０００ｎｍであった。本実験では励起用パルスレーザーの波長を４０５ｎｍと固定し、測定用パルスレーザーの波長を３５０ｎｍから７５０ｎｍと変化させた。また励起用パルスレーザーは試料ディスクに対して４５°の傾きで照射した。また測定用パルスレーザーは励起用レーザーが照射されている領域に、垂直に入射し、ハーフミラー２１４によって反射され、光検出器２１５に入る。測定用パルスレーザーと励起用パルスレーザーのパルス発生位置を同期させるため、遅延ジェネレーターを設け、オシロスコープで両者の時間を一致させた。
【００７９】
測定用パルスレーザーの反射光量はオシロスコープに見られる電圧に比例することから、このオシロスコープの電圧を反射光量として計測した。このようにして、まず励起光を照射しないときの測定光の反射光量を測定し、測定レーザー光の波長を３５０ｎｍから７５０ｎｍまで１ｎｍ間隔でスキャンし、反射光量の定常状態におけるスペクトルを得た。同様の方法で、光ディスクにアルミ反射膜のみを形成した場合についての反射光量を測定しタ。このアルミ反射膜の反射光量で被試験光ディスクの反射光量をノーマライズし、被試験光ディスクの反射率を得た。この波長依存性を測定することにより、まず定常状態の反射率の波長依存性を得た。
【００８０】
次に、測定光のパルスに同期させた波長４０５ｎｍの励起パルスレーザーを照射し、全く同様に測定光の反射光量を測定し、励起状態における反射率の波長依存性を得た。このようにすることにより、光ディスクの定常状態と励起状態における反射率の波長依存性を測定することができた。なお、この実験では５ｎｓのパルスレーザーを用い、測定光をディスクに垂直に入射しているため、光ディスクにおいて生じている非線形光学過程を模擬的に再現することが可能である。
【００８１】
反射率の波長依存性を図２１の実線で示す。全波長域にわたってほぼ９０％程度の高い反射率を有しているが、波長４０５ｎｍ近傍において吸収があり、反射率が小さい（２０％程度）。次にこの白色光が集光照射されている領域に波長４０５ｎｍのレーザー光を照射し、反射率の変化を調べたところ、図２１の破線に示すようなプロファイルとなった。すなわち、波長約４１３ｎｍ程度に吸収のピークがシフトしていることが分かった。このことから、波長４０５ｎｍのレーザー光の照射前後で、吸収のピークがシフトし、波長４０５ｎｍに着目すると反射率が２０％から７２％まで上昇していることが分かった。
【００８２】
このような鋭利な波長特性は、図２０に示すような繰り返し屈折率の異なる薄膜を積層し、その間に集光機能層のような全く光学特性の異なる薄膜を形成したために得られる現象である。またこのような特性は材料の膜厚、屈折率、消衰係数などの光学定数によって決定される。例えば図２１に示すように、定常状態で４０５ｎｍに吸収を持つように積層膜を形成した場合では、励起状態では集光機能層の屈折率が定常状態とは異なり、かつ膜厚などは一定のため、干渉条件が定常状態の場合と変化する。
【００８３】
図２１の場合は、反射特性が長波長側にシフトしたものであるが、光学設計の如何によっては短波長側にシフトする場合もありうる。このような場合でも例えば波長４０５ｎｍに着目すれば反射率が大きく変化するので、好ましい。このような反射率変化を大きく起こさせるためには、それらピークの立ち上がり角度が６０°より大きい場合に効果的であることがわかった。このようなときに、特定波長域で反射率の差がきわめて大きく、信号の解像度が高い。すなわちＳ／Ｎ比が高い。
【００８４】
次に図２０に示す膜構成を有する光ディスクを作製し、波長４０５ｎｍにおける反射率の変化を調べた。ディスク回転数は１０ｍ／ｓである。図２２に、レーザー光強度に対する反射率変化を示す。レーザー光強度の上昇に伴い、反射率が大きく上昇した。これは図２１に示した変化が光ディスク上でも生じ、反射率が増大したものである。
【００８５】
この光ディスクのマーク長に対するＣ／Ｎ比を計測したところ、マーク長０．１μｍ程度まで４０ｄＢ近い高いＣ／Ｎ比が得られ、より細かいマークまで高出力で読書きできることが分かった。本実施例では集光機能層２０８を挟む積層体２０５、２０５‘の積層サイクルが同じ場合を示したが、図２０に示すように、二つの積層体の積層サイクル数は任意であり、独立に変化させても問題がない。
【００８６】
【発明の効果】
本発明の非線形光学薄膜により、記録密度が高く、Ｓ／Ｎの高い光情報記録媒体を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例で作製したＲＡＭディスクの断面の模式図。
【図２】本発明による非線形光学薄膜の評価光学系の模式図。
【図３】図２に示す評価光学系から得られたパルス光照射による屈折率と消衰係数の時間変化を示す図。
【図４】図３に示す屈折率のレーザーパルス強度に対する屈折率の関係を示す図。
【図５】図３に示す屈折率のレーザーパルス強度に対する消衰係数の関係を示す図。
【図６】集光機能層を構成する誘電体層のサイクル数を変化させたときの誘電体層の屈折率変化による反射率の変化を示す図。
【図７】集光機能層を構成する誘電体層のサイクル数を変化させたときの透過率変化を示す図。
【図８】誘電体層のｄｎ／λを変化させたときの反射率の変化を示す図。
【図９】本発明で作製した光ディスク再生装置の概念図。
【図１０】本発明による光ディスクの集光機能層の有無によるマーク長に対するＣ／Ｎ比の変化を示す図。
【図１１】本発明の実施例で作製したＲＯＭディスクの断面の模式図。
【図１２】通常のレーザーによる再生原理を示す図。
【図１３】集光機能層を形成した場合の再生原理を示す図。
【図１４】本発明の光ディスクの繰返し再生動作回数に対する出力の劣化を示す図。
【図１５】本発明の集光機能層を搭載した光ディスクの線速度に対するＣ／Ｎ比の変化を示す図。
【図１６】本発明の実施例で作製したＲＡＭ及びＲＯＭディスクの断面斜視図。
【図１７】本発明の実施例で作製したＲＯＭディスクの信号周波数に対する出力を表す図。
【図１８】本発明で用いた集光機能層の消衰係数の波長依存性を表す図。
【図１９】本発明で用いた集光機能層の屈折率の波長依存性を表す図。
【図２０】本発明で作製した光ディスクの断面構造の模式図を示す図。
【図２１】図２０に示した本発明で作製した光ディスク構造と同じ膜構成を有する積層薄膜の反射光の波長依存性を示す図。
【図２２】図２０に示した光ディスクの波長４０５ｎｍのレーザー光を照射したときのレーザー強度と反射率の関係を示す図。
【図２３】図２２に示す反射率の測定を行った光学系を示す図。
【符号の説明】
１…基板、２…反射層、３…保護層、４…記録層、５…集光機能層、６…誘電体層１、７…誘電体層２、８…カバー層。
【図１】
2004152392.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004152392.tif 000009
【図６】
2004152392.tif 000010
【図７】
2004152392.tif 000011
【図８】
2004152392.tif 000012
【図９】
2004152392.tif 000013
【図１０】
2004152392.tif 000014
【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１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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