(57)【要約】【課題】Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザーのような大型で高価なレーザーを必要とすることなく、通常の安価な光源を用いて、二光子吸収による三次元記録を行う。【解決手段】媒体に光を照射して二光子吸収により情報を記録する方法及び装置において、記録用の光に双子の光子を用いる。非線形光学結晶１にＵＶ光を照射して双子の光子を発生させ、レンズ２，３を通してこの光子を光記録媒体４に集光する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
媒体に光を照射して二光子吸収を起こさせることにより該媒体に情報を記録する光学的情報記録方法において、
前記記録用の光が双子の光子であることを特徴とする光学的情報記録方法。
【請求項２】
双子の光子を発生する光源と、該光源からの光を媒体に集光するためのレンズ系とを有することを特徴とする光学的情報記録装置。
【請求項３】
請求項２において、該光源は非線形光学結晶を有し、該レンズ系が該光源からの光を平行光に変換する第１のレンズと、該平行光を集光する第２のレンズとを備えることを特徴とする光学的情報記録装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二光子吸収を利用した光学的情報記録方法及び光学的情報記録装置に係り、特に双子の光子を用いることにより、汎用の安価な記録用光源での二光子吸収による三次元光記録を可能とした光学的情報記録方法及び光学的情報記録装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報関連技術の発展と共に、それらの情報を記憶する大容量記憶デバイスへの需要が拡大している。コンピューターに用いられる情報記録デバイスには、▲１▼記録再生の高速性と▲２▼大容量性が要求され、更に付加的な要求性能として、▲３▼情報保持に特別な電力を必要としない不揮発性、▲４▼保管データの可搬性がある。特に、ＣＰＵに最も近く頻繁にアクセスするメモリ、即ち、ＣＰＵに内臓のキャッシュメモリやメインメモリなどのＳＲＡＭ、ＤＲＡＭがなどには、上記▲１▼の性能が重視される。また、プログラム本体やそれによる大規模なデータの保管のためには、上記▲１▼にある程度優れ、かつ▲２▼，▲３▼に優れたハードディスクドライブが用いられる。また、膨大なデータの保管やアプリケーションソフト、動画ソフトの配布用には、特に▲２▼，▲３▼，▲４▼に優れた光学的情報記録媒体が用いられている。
【０００３】
ところで、光学的情報記録媒体の大容量化・高密度化のためには、従来、回折限界スポットの大きさを縮小するためにレーザー光の短波長化や対物レンズの高ＮＡ（開口数）化が検討されてきたが、近年ではそれも限界に来ている。
【０００４】
このような限界を超える高密度光記録の方法として、二光子吸収を用いた三次元光記録が提案されている。この方法は、図４に示す如く、レーザー１１をレンズ１２で集光するなどして、媒体１３に強い光を集光し、この集光スポット１４で二光子吸収による反応を起こさせて記録を行うものである。このような二光子吸収による記録では従来の様に面内だけでなく、深さ方向にも多重に三次元記録を行うことができるため、容量を飛躍的に高めることが可能である。
【０００５】
即ち、二光子吸収の確率は通常極めて小さいが、光の強度の二乗に比例して増大する。このため、媒体１３の深さ方向の特定の集光スポット（フォーカスポイント）１４でのみ効率良く反応を起こすことができ、集光されていない領域（デフォーカス領域）１５では光強度が弱いために二光子吸収が起こらず、この結果、三次元記録が可能となる。
【０００６】
二光子吸収を利用した記録方法として、“Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｖｏｌ．２４５，（１９８９）ｐ．８４３”及び特開２０００−３６１３３に、媒体内において異なる方向から照射された二つのビームの交点で二光子吸収を起こし、記録する手法が開示されている。また、“Ｏｐｔｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ　Ｖｏｌ．２３，　Ｎｏ．１０　（１９９８）　ｐ．７５６”には、図５に示す如く、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザー光源１６からの高強度・短パルスレーザー１７をレンズ１８，１９により媒体２０内に集光することにより、その集光スポット２１付近で効率的に二光子吸収を起こして記録を行う手法が報告されている。更に、特開平１０−２６８３６４においても同様の二光子吸収による記録手法が開示されている。
【０００７】
このように二光子吸収を利用した三次元記録方式であれば、１００層以上の多重（多層）記録も可能であり、記録容量及び記録密度を大幅に高めることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
二光子吸収による記録を行う場合、通常、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザーなどの短パルス・高強度のレーザーが必要とされ、そのピークパワーは数ｋＷにも達する。これは、二光子吸収を起こすためには、極めて高い光子密度が必要とされ、このような高い光子密度を得るためには、集光するレーザー自体も短パルス・高強度レーザーであることが必要となるためである。
【０００９】
しかし、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザーのような短パルス・高強度レーザー光源は極めて高価であり、また装置も大型であるため、現状の光学的情報記録媒体システムに用いられている半導体レーザーに代えて、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザーのようなレーザー光源を適用することは不可能である。そして、このために、二光子吸収による三次元記録の実用化が困難なものとなっている。
【００１０】
本発明は上記従来の問題点を解決し、Ｔｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザーのような短パルス・高強度レーザーを用いなくても二光子吸収による三次元記録を行うことができる光学的情報記録方法及び光学的情報記録装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の光学的情報記録方法は、媒体に光を照射して二光子吸収を起こさせることにより該媒体に情報を記録する光学的情報記録方法において、前記記録用の光が双子の光子であることを特徴とする。
【００１２】
本発明の光学的情報記録装置は、双子の光子を発生する光源と、該光源からの光を媒体に集光するためのレンズ系とを有することを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、二光子吸収による記録光として双子の光子を用いることにより、高価な高強度・短パルスレーザーを必要とすることなく、通常のレーザー光で媒体に二光子吸収を起こさせることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明による双子の光子を利用した情報記録方法及び装置について詳細に説明する。
【００１５】
まず、本発明に用いられる「双子の光子」について説明する。
【００１６】
一般に、光記録に用いられるレーザー光は、コヒーレント状態と呼ばれる量子力学的な状態で表され、モノフォトン（単一の光子）の時間的・空間的分布はポアソン分布と呼ばれる全くランダムな光子統計を有している。一方、二光子吸収は二つの光子が媒体中の単一の分子に同時に吸収されて発生する現象であるため、従来の手法でレーザーを用いて二光子吸収を起こすには、極めて高い光子密度にする必要があった。また、ランダムな分布の光子により二光子吸収を起こさせるため、前述の如く、二光子吸収の確率は光強度の二乗に比例して増加し、それゆえに集光スポットでのみ効率的な二光子吸収が起き、そして二光子吸収を起こした分子が反応することにより記録を行うことができるというものであった。
【００１７】
ところで、非線形光学プロセスの一種に、光パラメトリック効果と呼ばれるものがある（例えば、森北出版発行（１９７５年）「結晶光学」ｐ．２６９）。光パラメトリック効果とは、非線形光学媒質中において、単独又は複数の光ビームと媒質が相互作用を起こし、用いた光の振動数の和振動数、差振動数の光が新たに生じる現象を言う。一つの光ビームから、それよりも振動数の小さい二つの光ビームが発生する現象は、パラメトリックダウンコンバージョンと呼ばれ、新たに生じた光ビームをシグナル波、アイドラ波などと呼ぶ。特に、シグナル波、アイドラ波の振動数が等しい場合を縮退パラメトリック発振と呼び、同時に生じた二つの光子（それぞれシグナル波、アイドラ波に属する）は、互いに強い量子相関性を有し、似通った性質を持つため「双子の光子」と呼ばれる。このような双子の光子は、お互いに等しいショットノイズ特性を有するため、光ファイバー通信技術における量子限界を超える低ノイズ受信システムへの応用が検討されている。
【００１８】
次に、双子の光子を利用した二光子吸収について説明する。
【００１９】
双子の光子には、上述の如く、同時発生するという特徴だけで無く、運動量保存則が成立する。図１はこの双子の光子の運動量の保存則がどのように二光子吸収に機能するかを説明する図である。
【００２０】
図示しない光源からの光ビームは、図１においてｘ軸方向に伝播し、パラメトリックダウンコンバージョンを行う非線形光学結晶１内に導入される。なお、この結晶１内の波長変換を行う領域の幅は可能な限り小さく、特に光の回折限界（１ミクロン前後）程度以下の大きさであることが望ましい。非線形光学結晶１で発生した双子の光子の一方が、例えば図１に示すようにＸ軸に対して角度αで放出された場合、もう一方の光子は運動量保存則により角度−αの方向に放出される。このような光子対を第１のレンズ２で平行ビームに変換し、次いで、第２のレンズ（対物レンズ）３により二光子吸収三次元記録のための光記録媒体４の内部に集光させると、二つの光子は再び媒体４内の集光スポット５の一点で出会うことになる。これは双子の光子の発生が単一の光子、即ち、単一の点であることに基づくものである。
【００２１】
従来のレーザー光のような量子力学的コヒーレント状態で表されるランダムな光子統計のフォトン集団では、図５に示すように集光スポット２１内のランダムな点にしか光子は到達し得ないが、本発明に従って、双子の光子を用いた場合、上述した原理から明らかな様に、双子の光子の二つの光子が出会うのは集光スポット内の１点だけである。なお、先に説明したランダム光子（通常のレーザー光）を用いた従来の三次元記録と同様に、非スポット部分では二光子吸収は起こらず、光を損失することなく媒体の深い点で集光して記録を行うことが可能である。
【００２２】
このようなことから、ランダム光子を用いた従来法では、二光子吸収反応の確率は光の強さの二乗に比例して大きくなった（二次の依存性）が、本発明に従って、双子の光子を用いた場合は、弱い光でも二つの光子は同一点で出会うことができるので、反応確率は理想的には光の強度に対して一次の依存性を示し、極端に強い光強度を必要としない。
【００２３】
以上のことから、双子の光子を利用する本発明によれば、通常の強度、パルス幅のレーザー光を用いて二光子吸収による三次元記録を行うことができる。
【００２４】
非線形光学結晶に導入して双子の光子を発生させるための光源（ポンピング用光源）としては、Ａｒイオンレーザー、小型軽量なＧａＮ系材料を用いたＵＶ・紫半導体レーザーなどの各種短波長レーザー等を用いることができる。通常の場合、用いるレーザー光は、ピーク強度１０ｍＷ〜１Ｗ程度，パルス幅１ｎｓ〜１μｓ程度であることが好ましい。
【００２５】
双子の光子を発生させる非線形光学結晶としては、ＢＢＯ（β−ホウ化バリウム単結晶）、ＬＢＯ（３ホウ化リチウム結晶）等を用いることができる。
【００２６】
二光子吸収による情報記録を行う光記録媒体としては、フォトクロミック・ジアリールエテン分子等のフォトクロミック分子を含む光記録層を形成した各種の光記録媒体を用いることができる。
【００２７】
以下に本発明の光学的情報記録方法及び光学的情報記録装置について、より具体的に説明する。
【００２８】
双子の光子の生成のために、例えば“Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｒｅｖｉｅｗ　Ｌｅｔｔｅｒｓ　Ｖｏｌ．７５　（１９９５）　４３３７”に記載されている、非線形光学結晶の一種であるＢＢＯ（β−ホウ化バリウム単結晶）を利用する。
【００２９】
まず、図２に示す前記文献に記載されているものと同様の実験装置により、ＢＢＯから得られた二つのビームが双子の光子であることを確認するための実験を行う。ＵＶ光２０としては、例えば（図示しない）Ａｒイオンレーザー光源からの波長３５１ｎｍのレーザー光を用いる。図２中、２１は非線形光学結晶（ＢＢＯ）であり、２２，２３は非線形光学結晶２１でダウンコンバージョンされた光（即ち、波長７０２ｎｍの光）に対する１／２波長板、２６は同１／４波長板、２７，２８は偏光子、２４，２５は非線形光学結晶２１のＢＢＯによる複屈折の影響を補償するための複屈折素子である。これらの光学素子は光検出器２９，３０に到達する偏光状態を調整するために用いられる。ただし、これらの光学素子は双子の光子の確認のためには本質的なものではなく、双子の光子は二つの光子が同時に、運動量が保存して生成するため、検出器２９，３０において、θの方向に出る光子に対して−θ方向で得られる光子の同時検出確率を調べることが可能であれば、省略することもできる。
【００３０】
図２に示す如く、波長３５１ｎｍレーザー光を用い、波長７０２ｎｍの光子の検出を行うことにより、検出器２９，３０において、１０ｐ秒の時間解像度の範囲で極めて高い確率で同時検出される。即ち、本光学系により効率良く双子の光子が生成していることが確認される。
【００３１】
次に、このＢＢＯを双子の光子の光源として、図１に示される光学系により三次元光記録媒体に記録を行うことができる。光記録媒体４は、図３中に化学構造式が示されているフォトクロミック・ジアリールエテン分子を２０重量％含有させたポリスチレン樹脂を用いて、ガラス基板上に、厚さ０．２ｍｍ程度の光記録層を成膜したもの等が用いられるが、これに限定されるものではない。
【００３２】
フォトクロミック・ジアリールエテン分子の初期状態を開環状態（紫外域にのみ吸収を有する状態）として、波長３５１ｎｍのレーザー光から非線形光学結晶（ＢＢＯ）１より発生させた波長７０２ｎｍの双子の光子を光記録媒体４内に集光させて記録を行うことにより、ピーク強度が５ｍＷ、パルス幅１００ｎｓのレーザー光で、焦点スポット位置に充分な着色濃度で記録が行われたことを、目視にて確認することができる。これは二光子吸収が効率的に起こり、フォトクロミック・ジアリールエテン分子の開環体から閉環体への異性化反応を生じさせることができるためである。
【００３３】
同様の実験を、従来の二光子吸収による三次元記録に良く用いられているＴｉ：Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザー（波長７６２ｎｍ）からのパルス光を用いて行った場合、同等の着色濃度を得るためには、例えばピーク強度１ｋＷ程度、パルス幅約１００ｆｓのレーザー光を繰り返し照射する必要があり、全照射時間として１μｓ以上要する。
【００３４】
以上の結果から、双子の光子を二光子吸収による光情報記録に用いることにより、高強度・短パルスレーザーを必要とすることなく、効率的な記録を行うことができることが明らかである。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の光学的情報記録方法及び光学的情報記録装置は、双子の光子を利用して二光子吸収による光学的記録を行うものであり、種々の光源を用いて高密度三次元記録を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による双子の光子を用いた三次元記録の記録機構を説明する模式図である。
【図２】双子の光子の発生を確認するための実験装置の構成を示す模式図である。
【図３】二光子吸収光記録媒体として用いたフォトクロミック分子の構造式と吸収スペクトルを示す図である。
【図４】二光子吸収による三次元記録の説明図である。
【図５】従来の手法による二光子吸収光記録の記録機構を示す模式図である。
【符号の説明】
１　非線形光学結晶
２　第１のレンズ
３　第２のレンズ
４　光記録媒体
５　集光スポット
１１　レーザー
１２　レンズ
１３　媒体
１４　集光スポット
１５　光源
１６　レーザー
１７，１８　レンズ
１９　媒体
２１　非線形光学結晶
２２，２３　１／２波長板
２４，２５　複屈折素子
２６　１／４波長板
２７，２８　偏光子
２９，３０　光検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004079121.tif 000005
【図４】
2004079121.tif 000006
【図５】
2004079121.tif 000007