(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリックスと、書き込み成分とから成る光学製品であって、
上記マトリックスは、カチオンエポキシ重合、カチオンビニルエーテル重合、カチオンアルケニルエーテル重合、カチオンアルキルエーテル重合、カチオンケテンアセタール重合、エポキシ−アミンステップ重合、エポキシ−メルカプタンステップ重合、不飽和エステル−アミンステップ重合、不飽和エステル−メルカプタンステップ重合、ビニル−シリコンハイドライドステップ重合、イソシアネート-ヒドロキシルステップ重合、イソシアネート−アミンステップ重合、ディールス−アルダーステップ重合、シアノアクリレートのアニオン重合、そして無機又は有機・無機のハイブリッドネットワークを形成するゾル・ゲル反応のいずれか一つを用いてその場形成され、上記書き込み成分を結合可能な機能性部分を有し、
また、上記書き込み成分は、光学製品に干渉パターンを照射すると、書き込み成分がマトリックスに可逆的に結合し光学製品内にパターンを形成し、
また、上記書き込み成分は、マトリックスに可逆的に結合し光学製品内にパターンを形成するまでは、マトリックスに結合せずマトリックス中を拡散するものであり、
そして光学製品は書き換え可能で、ホログラフィーデータの書き込み及び光学製品からのホログラフィーデータの読み出しが可能なように形成されている、光学製品。
【請求項２】
上記書き込み成分はアントラセンである請求項１記載の光学製品。
【請求項３】
上記書き込み成分のマトリックスに対する可逆的な結合は、付加環化反応である請求項１記載の光学製品。
【請求項４】
上記書き込み成分をマトリックスに結合させるのに用いた波長とは異なる波長の光を光学製品に照射し、書き込み成分をマトリックスから解離させるようにした請求項１記載の光学製品。
【請求項５】
光学製品内に形成された上記パターンは、屈折率変調パターンである請求項１記載の光学製品。
【請求項６】
上記書き込み成分は、光学製品に干渉パターンが照射された時にマトリックスの複数の機能性部分に可逆的に結合する複数の反応基を有しており、マトリックスの機能性部分と媒体中の書き込み成分の反応基の比率が少なくとも１：１０である請求項１記載の光学製品。
【請求項７】
上記光学製品は、書き込み成分のマトリックスに対する結合を誘起する光増感剤を含む請求項１記載の光学製品。
【請求項８】
上記光学製品は、ホログラフィー記憶媒体である請求項１記載の光学製品。
【請求項９】
上記書き込み成分が、二量化によりマトリックスの機能性部分と結合する請求項１記載の光学製品。
【請求項１０】
第１の干渉パターンを光学製品に照射することにより、光学製品に第１のデータを含む第１の干渉パターンを書き込み、
予め設定した条件で製品を処理することにより、第１のデータを消去し、
次いで光学製品に第２の干渉パターンを照射することにより、光学製品に第２のデータを含む第２の干渉パターンを書き込み、
そして、光学製品から第２のデータを読み出す、光学製品内部に再書き込み可能なパターンを形成する方法であって、
上記第１の干渉パターンは、ペンダント部分又はポリマー主鎖の一部であって書き込み成分を結合可能な機能性部分を有するマトリックスに書き込み成分を結合させることにより形成され、
また、上記書き込み成分は、マトリックスに結合して干渉パターンを形成する前は、マトリックスに結合せずマトリックス中を拡散可能であり、
また、上記マトリックスが、カチオンエポキシ重合、カチオンビニルエーテル重合、カチオンアルケニルエーテル重合、カチオンアルキルエーテル重合、カチオンケテンアセタール重合、エポキシ−アミンステップ重合、エポキシ−メルカプタンステップ重合、不飽和エステル−アミンステップ重合、不飽和エステル−メルカプタンステップ重合、ビニル−シリコンハイドライドステップ重合、イソシアネート-ヒドロキシルステップ重合、イソシアネート−アミンステップ重合、ディールス−アルダーステップ重合、シアノアクリレートのアニオン重合、そして無機又は有機・無機のハイブリッドネットワークを形成するゾル・ゲル反応のいずれか一つを用いて形成される、光学製品内部に再書き込み可能なパターンを形成する方法。
【請求項１１】
上記光学製品は、アントラセンを含む請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
上記の予め設定した条件は、加熱である請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
上記光学製品は、第２の干渉パターンを照射した後、３×１０−３以上のΔｎを有する請求項１０記載の方法。
【請求項１４】
上記光学製品は、ホログラフィー記憶媒体である請求項１０記載の方法。
【請求項１５】
さらに、干渉パターンを書き込みした後、光学製品に光を照射して未反応の書き込み成分を機能性部分に結合させる請求項１０記載の方法。
【請求項１６】
上記書き込み成分が、二量化又は付加環化反応によりマトリックスの機能性部分と結合する請求項１０記載の方法。
【請求項１７】
マトリックスの前駆体と書き込み成分とを一緒に混合し、
次いでマトリックスの前駆体を反応させてマトリックスを形成する光学製品の製造方法であって、
上記マトリックスを、カチオンエポキシ重合、カチオンビニルエーテル重合、カチオンアルケニルエーテル重合、カチオンアルキルエーテル重合、カチオンケテンアセタール重合、エポキシ−アミンステップ重合、エポキシ−メルカプタンステップ重合、不飽和エステル−アミンステップ重合、不飽和エステル−メルカプタンステップ重合、ビニル−シリコンハイドライドステップ重合、イソシアネート-ヒドロキシルステップ重合、イソシアネート−アミンステップ重合、ディールス−アルダーステップ重合、シアノアクリレートのアニオン重合、そして無機又は有機・無機のハイブリッドネットワークを形成するゾル・ゲル反応のいずれか一つを用いて形成し、
また、上記マトリックスは、光学製品に干渉パターンが照射された時、書き込み成分が結合する、ペンダント部分又はポリマー主鎖の一部であって書き込み成分を結合可能な機能性部分を有し、
さらに書き込み成分は可逆的な付加環化反応を行い、
そして、光学製品は書き換え可能で、ホログラフィーデータの書き込み及び光学製品からのホログラフィーデータの読み出しが可能なように形成されている、光学製品の製造方法。
【請求項１８】
上記書き込み成分は、アントラセンを含む請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
上記光学製品は、さらに光増感剤を含む請求項１７記載の方法。
【請求項２０】
上記光学製品は、ホログラフィー記憶媒体である請求項１７記載の方法。
【請求項２１】
マトリックスと、書き込み成分とを有し、干渉パターンを照射すると書き込み成分がマトリックスに結合してパターンを形成する光学製品であって、
上記マトリックスは、カチオンエポキシ重合、カチオンビニルエーテル重合、カチオンアルケニルエーテル重合、カチオンアルキルエーテル重合、カチオンケテンアセタール重合、エポキシ−アミンステップ重合、エポキシ−メルカプタンステップ重合、不飽和エステル−アミンステップ重合、不飽和エステル−メルカプタンステップ重合、ビニル−シリコンハイドライドステップ重合、イソシアネート-ヒドロキシルステップ重合、イソシアネート−アミンステップ重合、ディールス−アルダーステップ重合、シアノアクリレートのアニオン重合、そして無機又は有機・無機のハイブリッドネットワークを形成するゾル・ゲル反応のいずれか一つを用いて形成され、ペンダント部分又はポリマー主鎖の一部であって書き込み成分を結合可能な機能性部分を有し、
上記書き込み成分は、マトリックスに結合してパターンを形成するまでは、マトリックスに結合せずマトリックス中を拡散可能であり、
光学製品は書き換え可能で、ホログラフィーデータの書き込み及び光学製品からのホログラフィーデータの読み出しが可能なように形成されている、光学製品。
【請求項２２】
上記光学製品の内部に形成される上記パターンは、屈折率変調パターンである請求項２１記載の光学製品。
【請求項２３】
上記機能性部分は、マトリックスを構成するポリマー主鎖の一部である請求項２１記載の光学製品。
【請求項２４】
上記機能性部分は、主鎖に結合したペンダント基である請求項２１記載の光学製品。
【請求項２５】
上記書き込み成分は、光学製品に干渉パターンを照射した時にマトリックスの機能性部分に結合する反応性基を有し、さらにマトリックス機能性部分と媒体内の書き込み成分の比率が少なくとも１：１０である請求項２１記載の光学製品。
【請求項２６】
上記書き込み成分は、マトリックスの機能性部分又は別の書き込み成分に結合する反応性基を有する請求項２１記載の光学製品。
【請求項２７】
上記光学製品は、書き込み成分のマトリックスへの結合を誘起する光増感剤を有する請求項２１記載の光学製品。
【請求項２８】
上記光学製品は、ホログラフィー記憶媒体である請求項２１記載の光学製品。
【請求項２９】
上記光学製品のＴｇが８０℃〜−１３０℃である請求項２１記載の光学製品。
【請求項３０】
上記書き込み成分が、二量化又は付加環化反応によりマトリックスの機能性部分と結合する請求項２１記載の光学製品。
【請求項３１】
光学製品に干渉パターンを照射し、光学製品内部の書き込み成分をマトリックスに結合させて干渉パターンを記録する、光学製品内部にパターンを形成する方法であって、
上記マトリックスが、ペンダント部分又はポリマー主鎖の一部であって上記書き込み成分を結合可能な機能性部分を有し、書き込み成分は、マトリックスに結合してパターンを形成するまでは、マトリックスに結合せずマトリックス中を拡散可能であり、そしてマトリックスが、カチオンエポキシ重合、カチオンビニルエーテル重合、カチオンアルケニルエーテル重合、カチオンアルキルエーテル重合、カチオンケテンアセタール重合、エポキシ−アミンステップ重合、エポキシ−メルカプタンステップ重合、不飽和エステル−アミンステップ重合、不飽和エステル−メルカプタンステップ重合、ビニル−シリコンハイドライドステップ重合、イソシアネート-ヒドロキシルステップ重合、イソシアネート−アミンステップ重合、ディールス−アルダーステップ重合、シアノアクリレートのアニオン重合、そして無機又は有機・無機のハイブリッドネットワークを形成するゾル・ゲル反応のいずれか一つを用いて形成され、
そして、光学製品は書き換え可能で、ホログラフィーデータの書き込み及び光学製品からのホログラフィーデータの読み出しが可能なように形成されている、光学製品内部にパターンを形成する方法。
【請求項３２】
光学製品内部に形成された上記パターンは、屈折率変調パターンである請求項３１記載の方法。
【請求項３３】
上記光学製品に干渉パターンを照射した時に書き込み成分が機能性部分と結合する請求項３１記載の方法。
【請求項３４】
上記機能性部分は、マトリックスを構成するポリマー主鎖の一部である請求項３１記載の方法。
【請求項３５】
上記機能性部分は、マトリックスにペンダント基として結合する請求項３１記載の方法。
【請求項３６】
上記書き込み成分は、光学製品に干渉パターンを照射した時にマトリックスの機能性部分に結合する反応性基を有し、さらにマトリックス機能性部分と媒体内の書き込み成分の比率が少なくとも１：１０である請求項３１記載の方法。
【請求項３７】
上記書き込み成分は、マトリックスの機能性部分又は別の書き込み成分に結合する反応性基を有する請求項３１記載の方法。
【請求項３８】
上記光学製品は、書き込み成分のマトリックスへの結合を誘起する光増感剤を有する請求項３１記載の方法。
【請求項３９】
上記光学製品はホログラフィー記憶媒体である請求項３１記載の方法。
【請求項４０】
上記光学製品のＴｇが、パターンの形成される温度よりも５０℃を超えない温度である請求項３１記載の方法。
【請求項４１】
上記書き込み成分が、二量化又は付加環化反応によりマトリックスの機能性部分と結合する請求項３１記載の方法。
【請求項４２】
マトリックスの前駆体と書き込み成分とを一緒に混合し、
次いでマトリックスの前駆体を反応させてマトリックスを形成する光学製品の製造方法であって、
上記マトリックスは、カチオンエポキシ重合、カチオンビニルエーテル重合、カチオンアルケニルエーテル重合、カチオンアルキルエーテル重合、カチオンケテンアセタール重合、エポキシ−アミンステップ重合、エポキシ−メルカプタンステップ重合、不飽和エステル−アミンステップ重合、不飽和エステル−メルカプタンステップ重合、ビニル−シリコンハイドライドステップ重合、イソシアネート-ヒドロキシルステップ重合、イソシアネート−アミンステップ重合、ディールス−アルダーステップ重合、シアノアクリレートのアニオン重合、そして無機又は有機・無機のハイブリッドネットワークを形成するゾル・ゲル反応のいずれか一つを用いて形成され、
また、上記マトリックスは、光学製品に干渉パターンが照射された時、書き込み成分が結合する、ペンダント部分又はポリマー主鎖の一部である機能性部分を有し、
また、上記書き込み成分は、マトリックスに結合してパターンを形成するまでは、マトリックスに結合せずマトリックス中を拡散可能であり、
そして、光学製品は書き換え可能で、ホログラフィーデータの書き込み及び光学製品からのホログラフィーデータの読み出しが可能なように形成されている、光学製品の製造方法。
【請求項４３】
上記機能性部分は、マトリックスを構成するポリマー主鎖の一部である請求項４２記載の方法。
【請求項４４】
上記機能性部分は、マトリックスに結合したペンダント基である請求項４２記載の方法。
【請求項４５】
上記書き込み成分は、光学製品に干渉パターンを照射した時にマトリックスの機能性部分に結合する反応性基を有し、さらにマトリックス機能性部分と媒体内の書き込み成分の比率が少なくとも１：１０である請求項４２記載の方法。
【請求項４６】
上記書き込み成分は、マトリックスの機能性部分又は別の書き込み成分に結合する反応性基を有する請求項４２記載の方法。
【請求項４７】
上記光学製品は、書き込み成分のマトリックスへの結合を誘起する光増感剤を有する請求項４２記載の方法。
【請求項４８】
上記光学製品は、ホログラフィー記憶媒体である請求項４２記載の方法。
【請求項４９】
上記書き込み成分が、二量化又は付加環化反応によりマトリックスの機能性部分と結合する請求項４２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラフィー記憶媒体に関する。特に、本発明は、再書き込み可能なホログラフィー記憶媒体及びホログラフィー記憶媒体の製造方法に関する。さらに、本発明は、ホログラム記録の間にマトリックスに対する化学種の結合が起きるホログラフィー記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホログラフィー記憶媒体は、データを記録するためにホログラフィー記憶媒体を用いる記録システムである。ホログラフィー記憶媒体は、デービッド・エム・ペッパー（David M.Pepper）らの"光屈折効果（The Photorefractive Effect）"〔サイアンティフィックアメリカン（Scientific American）の１９９０年１０月号の６２〜７４頁〕に記載された光屈折効果を利用する光屈折材料を含むものである。光屈折材料の屈折率は、それらを通過する光により変化する。ホログラフィー記憶媒体は、コウファル(Coufal)らの"デジタルホログラフィー記憶(Digital Holographic Storage)"〔ホログラフィーデータ記憶(HOLOGRAPHIC DATA STORAGE)の２０００年の１９９〜２０７頁〕に記載された光ポリマー、そしてフォトクロミック材料も含んでいる。それら材料の屈折率を制御しながら変化させることにより、情報の高密度、高容量、そして高速度記録が可能なホログラフィー記憶媒体を提供することができる。
【０００３】
代表的なホログラフィー記憶媒体においては、２つのコヒーレント光のビームを記憶媒体に向ける。第１のコヒーレント光のビームは単一のビームであり、データをコード化するのに使用される。第２のコヒーレント光は参照光のビームである。その２つのコヒーレント光のビームは記憶媒体内で交差し、干渉パターンを生成する。記憶媒体は、その屈折率を変化させて干渉パターンの画像を形成することによりこの干渉パターンを記録する。
【０００４】
ホログラフィー画像として保存される記録情報は、ホログラフィー画像に参照光を照射することにより読み取ることができる。ホログラフィー画像に所定の角度で参照ビームを照射することにより、保存情報を記録した単一ビームが生成する。多くの場合、ホログラフィー画像に対する好ましい照射角度は、ホログラフィー画像の記録に用いた参照光の角度と同じである。１以上のホログラフィー画像を、例えば記録時の参照ビームの角度を変化させることにより同じ容積の中に記録することができる。
【０００５】
記録時に参照ビームの角度を変化させて同じ容積内に多数のホログラフィー画像を記録するのは、角度多重化（multiplexing）と呼ばれる。角度多重化に加え、同じ容積内に多数のホログラムを記録する他の方法には、波長多重化、位相多重化、相関多重化、シフト多重化、開口多重化、そしてフラクタル多重化が挙げることができる。同じ容積内に多数のホログラム記録を保存できるので、ホログラフィー記録システムを用いて高容量が得られる。
【０００６】
情報は、種々の方法により信号ビーム内にコード化することができる。信号ビーム内に情報をコード化する一つの方法は、空間光変調器（SLM）と呼ばれる電子マスクを用いる方法である。典型的には、SLMは画素群の二次元マトリックスである。マトリックス中の各画素は、二進法の１に対応して光を伝送又は反射し、あるいは二進法のゼロに対応して光を阻止するように指向されている。SLMにより一旦コード化された信号ビームが記憶媒体に中継されると、そこで参照ビームと交差して干渉パターンを形成する。
【０００７】
ホログラフィー記憶媒体内に記録された情報は、参照ビームを記憶媒体に照射することにより読み出される。次いで、得られた信号ビームは典型的には、電荷結合素子（CCD）アレイ又はCMOS活性ピクセルセンサ等のセンサ上に画像化される。センサはデコーダに結合されており、そこでデータは解読される。
【０００８】
図１は、ホログラフィーシステム１００の基本的な構成部材を示している。システム１００は、SLM  １１２、ホログラフィー記憶媒体１１４、そしてセンサ１１６を備えている。SLM  １１２は、物体画像の形でビーム１２０をコード化する。その画像は、ホログラフィー記憶媒体１１４上の場所又はその内部で、干渉ビーム１２２とコード化された信号ビーム１２０とを干渉させて記録する。媒体１１４の内部に、例えばホログラフィー屈折率格子のパターンとして捕捉された干渉パターン（又はホログラム）が干渉により生成する。
【０００９】
例えば、参照ビーム１２２の角度、波長又は位相を、用いた特定の参照ビームに応じて変化させることにより、１以上のホログラフィー画像を一箇所に記録したり、又は１つの画像を１箇所に記録したり、又は複数のホログラムを重なるように配置して記録することも可能である。信号ビーム１２０は、典型的には、媒体１１４内で参照ビーム１２２と交差する前にレンズ１３０を通過する。交差する前に、参照ビーム１２２がレンズ１３２を通過するようにすることもできる。一旦、データが媒体１１４内に記録されると、データを呼び出すことが可能であり、すなわち、データ記録時に参照ビーム１２２が向けられていた媒体１１４に対し、同じ場所、そして同じ角度、波長又は位相で参照ビーム１２２を交差させることによりデータを呼び出すことができる。再構成されたデータは、１以上のレンズ１３４を通過し、センサ１１６により検出される。センサ１１６は、例えば、電荷結合素子又は活性画素センサである。センサ１１６は、典型的には、データを解読する装置に結合されている。
【００１０】
ホログラフィー記憶媒体は、その内部にホログラムが記録され、かつそれに基づいて画像が再構成される材料を有している。ホログラフィー記憶媒体は種々の形状をとることができる。例えば、記憶媒体は、分散した銀ハロゲン化物を含むフィルム、感光性ポリマーフィルム（光ポリマー）又は鉄をドープしたLiNbO3結晶等の自立性の光屈折性結晶が含まれる。
【００１１】
代表的な感光性ポリマー型のホログラフィー記憶媒体では、不可逆的な重合反応により媒体内に干渉パターンが形成される。この代表的な記憶媒体では、ホログラムの記録時にはマトリックスは媒体に結合しない。ホログラム形成時に反応してホログラムを形成する成分として定義される書き込み成分は、マトリックスを形成するマトリックス成分からは分離した状態にある。マトリックス中の書き込み成分は１以上の光反応性モノマーを含んでおり、干渉パターンを照射された時に反応して照射領域にポリマーを形成する。マトリックス内部において、重合した書き込み成分とマトリックスとの間に形成されたインデックス変調としてホログラムは記録される。
【００１２】
書き込み成分には、マトリックス成分とは完全に異なる化学化合物を用いることもできる。例えば、マトリックス成分と異なる条件下で反応するように、書き込み成分を選択することができる。このように、マトリックスを形成している間には、書き込み成分は、ほとんど反応しない。
【００１３】
あるいは、同じ化学成分を、マトリックス成分と書き込み成分の両方に用いることができる。例えば、アクリレートモノマーを、マトリックス形成のためのマトリックス成分と、ホログラムの記録のための書き込み成分の両方に用いることができ、例えば、米国特許第5,874,187号を参照されたい。アクリレートモノマーはマトリックスを形成し、かつホログラムを形成するために用いられるが、マトリックスを形成するために反応するマトリックス成分のモノマーは、ホログラム形成の間は実質的に反応しない。いくつかのマトリックスポリマー鎖はホログラム書き込みの間に生長するが、ホログラムは、マトリックスの一部でないアクリレートモノマーからなる新しい分子鎖によって一般に形成される。
【００１４】
「記憶媒体及び媒体の製造方法」と題する米国特許第6,103,454は、文献名を示すことにより本明細書の一部となるものであり、ホログラフィーの記憶媒体で使用されるいくつかのタイプの光ポリマーについての記載がある。その特許は、情報搬送光に対して光ポリマーが露出される、ホログラムの作製の例について記載している。マトリックス成分は、媒体にホログラムを記録時におけるパターン形成反応には実質的に関与しない。マトリックスの一部でないモノマーは、光に露出した領域で重合する。重合に伴うモノマー濃度の低下により、材料の暗く露出してない領域のモノマーは露出領域に拡散する。重合及びその結果としての濃度勾配は、光により搬送された情報を表わすホログラムを形成する屈折率変化をもたらす。
【００１５】
スモザーズ（ W.K.Smothers）らの、「ホログラフィー用光ポリマー」（SPIE OE/レーザ会議、1212-03、ロサンゼルス、カルフォルニア、１９９０）は、液体モノマー材料（光反応性モノマー）と光開始剤（露光した時にモノマーの重合を促進する）を含む光画像化システムについて記載しており、その光画像化システムは露光用の光に対して実質的に不活性な有機ポリマーからなるホストマトリックスを用いるものである。材料に情報を書き込む間に(データを表わすアレイを通して記録光を通過させる)、モノマーは露出領域の中で重合する。重合の結果としてモノマー濃度は低下し、材料の暗く露出していない領域のモノマーは露出領域に拡散する。重合及びその結果としての濃度勾配により、データを表わすホログラムを形成する、屈折率変化が形成される。また、米国特許第6,105,454号に記載の通り、ホログラム形成の間は、ホストマトリックスは実質的に反応しない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
先行技術は、媒体にパターンを形成する間はマトリックスが実質的に不活性であるような、媒体へのホログラム形成に関するものである。マトリックスとの反応がパターン形成のための方法として開発されているような媒体は、今まで、得られていない。
【００１７】
さらに、再書き込み可能なホログラフィー記憶媒体は開発されている。例えば、「情報記録材料に基づく光学活性ポリマー」と題する米国再発行特許第37,658E号には、光学活性ポリマーを情報記録に用いる光記憶媒体が記載されている。その記憶媒体は、Tgより高い温度で光学的に活性であり、Tg以下の温度で光学的に不活性である。光学活性媒体の温度をTgより高くすることにより、情報を繰り返し書き込んだり、あるいはその光学活性ポリマーから消去することができる。この種のシステムは、情報を記憶させるために媒体の温度を周囲温度より高くする必要があるという欠点を有している。光を直接吸収することによって媒体を加熱することができる。しかし、これには、非常に高出力のレーザと非常に吸収性の媒体を必要とする。
【００１８】
室温条件下、効率的なレーザと共に用いることができ、可逆的な化学反応の可能な記憶媒体は未だ得られていない。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、ホログラフィー記憶に用いることができる光学製品に関する。
光学製品には、ホログラムを記録するために光学製品のマトリックスに結合する書き込み成分が含まれる。別の実施態様では、再書き込み可能な光学製品が開示される。
【００２０】
一の実施態様では、光学製品はマトリックス及び書き込み成分を含んでいる。製品を干渉パターンに露出させて光学製品の内部にパターンを形成するため、書き込み成分をマトリックスに可逆的に結合可能に反応させることができる。
【００２１】
書き込み成分は、アントラセン又はアセナフチレンを含むことが好ましい。書き込み成分のマトリックスに対する可逆的な結合は、付加環化反応であることが好ましい。マトリックスに対する書き込み成分の結合を、書き込み成分をマトリックスに結合するために用いられたのとは異なる波長の光に対して光学製品を露出させることにより解離させることが好ましい。
【００２２】
光学製品の内部に形成されたパターンは屈折率変調パターンであることが好ましい。マトリックスは有機ポリマー、無機ポリマー又はガラスからなることが好ましい。マトリックスは、光学製品が干渉パターンに対し露出されるときに書き込み成分が結合できる機能性部分を含むことが好ましい。
【００２３】
書き込み成分は、光学製品が干渉パターンに露出されるときに、マトリックスの機能性部分に可逆的に結合可能な反応性基を含んでおり、さらに媒体内の書き込み成分の反応性基に対するマトリックスの機能性部分の比率が、少なくとも１：１０であることが好ましい。光学製品は、マトリックスへの書き込み成分の結合を誘起する光増感剤を含むことが好ましい。光学製品はホログラフィーの記憶媒体であることが好ましい。
【００２４】
別の実施態様は、光学製品の内部に再書き込み可能なパターンを形成する方法である。
その方法は、光学製品を第一の干渉パターンに露出させることにより、光学製品に干渉パターンを書き込み、光学製品を光に露出させることにより光学製品を強力光硬化させ、予め定められた条件に製品をさらすことによりデータを消去し、そして、光学製品を第二の干渉パターンに露出させることにより、光学製品に干渉パターンの再書き込みを行う。
【００２５】
予め定められた条件が加熱であることが好ましい。第二の干渉パターンに露出させた後の光学製品のΔnが3 x 10-3以上であることが好ましい。光学製品がホログラフィーの記憶媒体であることが好ましい。
【００２６】
別の実施態様は光学製品の製造方法である。その製造方法は、マトリックス前駆体と書き込み成分をともに混合し、そしてマトリックスを形成するためにマトリックス前駆体を反応させる方法であって、マトリックスは、光学製品を干渉パターンに露出させたときに書き込み成分が結合可能な機能性部分を含んでおり、さらに書き込み成分は可逆的な付加環化によって反応する。
【００２７】
さらに、別の実施態様は、マトリックスと書き込み成分を含む光学製品である。書き込み成分は、干渉パターンに露出させると、パターンを形成するためにマトリックスに結合する。
【００２８】
光学製品の内部に形成されたパターンは屈折率変調パターンであることが好ましい。マトリックスは有機又は無機ポリマー又はガラスからなることが好ましい。マトリックスは、光学製品を干渉パターンに露出させたときに書き込み成分が結合できる機能性部分を含むことが好ましい。機能性部分はマトリックスを形成するポリマー主鎖の一部であることが好ましい。機能性部分は、ペンダント基としてマトリックスに結合していることが好ましい。
【００２９】
書き込み成分は、光学製品を干渉パターンに露出させるときに、マトリックスの機能性部分に結合する反応性基を含み、マトリックスの機能性部分と媒体内の書き込み成分の割合が少なくとも１：１０であることが好ましい。
【００３０】
書き込み成分は、マトリックスの機能性部分又は他の書き込み成分に結合する反応性基を含むことが好ましい。光学製品は、マトリックスへの書き込み成分の結合を誘起する光増感剤を含むことが好ましい。光学製品はホログラフィーの記憶媒体であることが好ましい。
【００３１】
別の実施態様は、光学製品の内部へのパターン形成方法である。その方法は、光学製品を干渉パターンに露出させるものである。光学製品内部の書き込み成分は、マトリックスに結合して干渉パターンを記録する。
【００３２】
さらに、別の実施態様は光学製品の製造方法である。その光学製品の製造方法は、マトリックス前駆体を書き込み成分とともに混合し、マトリックスを形成するためにマトリックス前駆体を反応させる方法であり、マトリックスは、光学製品を干渉パターンに露出させたときに書き込み成分が結合可能な機能性部分を含んでいる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
例えば、ホログラフィー記録媒体である光学製品とホログラフィー記憶媒体の製造方法が記載されている。情報は、ホログラフィー画像の形で、光学製品の内部に記憶される。
【００３４】
一の実施態様では、光学製品に複数回の消去及び／又は再書き込みを可能とする可逆的な化学反応を用いて、ホログラフィー画像は形成される。光学製品は、一つ以上のマトリックス成分と書き込み成分を含むことができる。ホログラム形成の間、少なくとも書き込み成分は反応してホログラムを形成する。
【００３５】
書き込み成分は、ホログラム形成の間、重合反応により反応するが、書き込み成分は他の書き込み成分と反応してポリマーを形成する。書き込み成分は、ホログラム形成の間、マトリックスに結合した状態で反応することもできる。最終的には、重合とマトリックス結合の組み合わせを用いることができる。
【００３６】
書き込み成分のうちのいくつかは、ホログラム形成の間にマトリックスに結合することが好ましい。書き込み成分の重合のみによりホログラム形成が実行された光学製品においては、書き込みの後、書き込み成分の反応生成物の相当な拡散が起きる可能性があり、それはホログラムの劣化をもたらす。
【００３７】
別の実施態様では、光学製品は、機能性部分を含むマトリックスを含んでいる。機能性部分は、マトリックスにおけるホログラム形成の間、書き込み成分種がマトリックスに直接結合することを可能とする。
【００３８】
好ましい光学製品は、１以上のマトリックス成分と書き込み成分を混合する工程を含む本発明により形成することができる。その混合物は、光増感剤、可塑剤、共溶剤及び／又は他の添加剤等の他の成分を含んでもよい。その後、書き込み成分を含むマトリックスを形成するため、マトリックス成分を硬化させる。マトリックス成分と書き込み成分には、光学製品にパターンを書き込む間にマトリックス成分に書き込み成分が結合するようなものを選択することが好ましい。
【００３９】
マトリックスは１以上の有機又は無機ポリマー又はガラスからなる。マトリックスは、マトリックス成分と書き込み成分を組み合わせ、次いで書き込み成分を包含するマトリックスを形成するためにマトリックス成分を重合することにより形成されることが好ましい。
【００４０】
マトリックスは、硬化工程(硬化は、ポリマーマトリックスを形成するための前駆体の反応を誘起する工程を示す)により、マトリックス前駆体からその場形成することが好ましい。前駆体は、１以上のモノマー、１以上のオリゴマー又はモノマーとオリゴマーの混合物であっても良い。さらに、単一の前駆体分子上又は一群の前駆体分子において、１以上のタイプの前駆体官能基が存在しても良い。(前駆体官能基は、マトリックス硬化時の重合反応の反応サイトとなる前駆体分子上の一の基又は複数の基である。)
書き込み成分との混合を促進するため、前駆体は、−５０℃から約８０℃の間の温度で液体であることが好ましい。マトリクス重合は室温で行なうことが好ましい。また、重合は、５分以内で行うことが好ましい。
【００４１】
光学製品のガラス転移温度(Tg)は、データの書き込みの間に書き込み成分の十分な拡散および化学反応を可能にするために十分に低いことが好ましい。一般に、Tgはデータの書き込みが行われる温度よりも５０℃を超えないことが好ましく、代表的なホログラム記録の場合、Tgは約８０℃から約−１３０℃の間が好ましい（従来法により測定される）。高いTgマトリックスにおける拡散を促進するために可塑剤を含んでも良い。
【００４２】
本発明において、マトリックスポリマーの形成のために用いられる重合反応の例としては、カチオンエポキシ重合、カチオンビニルエーテル重合、カチオンアルケニルエーテル重合、カチオンアルキルエーテル重合、カチオンケテンアセタール重合、エポキシ−アミンステップ重合、エポキシ−メルカプタンステップ重合、不飽和エステル−アミンステップ重合(マイケル付加による)、不飽和エステル−メルカプタンステップ重合(マイケル付加による)、ビニル−シリコンハイドライドステップ重合(ヒドロシリル化)、イソシアネート-ヒドロキシルステップ重合(ウレタン形成)、イソシアネート−アミンステップ重合（尿素形成）、ディールス−アルダーステップ重合、シアノアクリレートと他のモノマーのアニオン重合、ラジカル的に重合可能なモノマー／オリゴマーのフリーラジカル重合、無機又は有機・無機のハイブリッドネットワークを形成するゾル・ゲル反応を挙げることができる。さらに、光開始重合をマトリックス形成に用いることができる。
【００４３】
それらの反応のいくつかは、適切な触媒を用いることにより開始又は加速することができる。例えば、カチオンエポキシの重合は、BF3系触媒の使用によって室温で迅速に進む。他のカチオン重合はプロトンの存在下で進み、エポキシ−メルカプタン反応とマイケル付加はアミン等の塩基により加速され、ヒドロシリル化は、白金等の遷移金属触媒の存在下で迅速に進む。また、スズ触媒を用いることにより、ウレタンおよび尿素形成を迅速に進行させることができる。マトリックスの光活性化の際に、書き込み成分の重合禁止又はマトリックスへの書き込み成分の結合禁止を行う工程を設ける場合には、マトリックス形成用の光活性化触媒を用いることもできる。
【００４４】
マトリックスは、パターンの書き込み時に書き込み成分が結合する機能性部分を含むことが好ましい。これらの機能性部分は、マトリックスを形成するポリマー主鎖の一部として又はマトリックスのペンダント基として存在することができる。
【００４５】
図２では、機能性部分２２は、ポリマー主鎖２０から離間したペンダント基としてポリマー主鎖２０に結合している。パターンの書き込み前には、書き込み成分２４はマトリックスに結合しておらず、マトリックス中を拡散することができる。書き込み段階の間、書き込み成分２４は、機能性部分２２を介してマトリックス中の露出部位に結合する。
【００４６】
図３では、機能性部分３２はポリマー主鎖３０の主鎖の一部である。パターンの書き込みの前に、書き込み成分２４はマトリックスに結合しておらず、マトリックス中を拡散することができる。書き込み段階の間、書き込み成分２４は、機能性部分３２によってマトリックス中の露出部位に結合する。
【００４７】
マトリックスは、書き込み成分の結合のための機能性サイトの生成に寄与しない、例えば可塑剤等の成分を含んでも良い。いくつかの可塑剤はマトリックスの一部ではなく、マトリックス中に溶解した単なる自由分子であることが好ましい。これらのマトリックス成分は、マトリックスに対し、ホログラフィー記録媒体へ書き込まれた画像のコントラストを増加させる等の好ましい特性を付与することができる。他の望ましい特徴として、書き込み成分のマトリックス中の拡散能力を高めること、マトリックスと書き込み成分との間の屈折率変化へ寄与すること、光学製品におけるパターン形成に要する時間を減少させること、を挙げることができる。
【００４８】
書き込み成分は、マトリックスに結合されない１以上の化学種であり、データが記憶媒体に書き込まれるまでマトリックス中を自由に拡散できることが好ましい。ホログラム等のデータの書き込み時において、書き込み成分は反応してマトリックスの機能性部分に結合する。ホログラフィー記憶システムにおいては、交差ビームの干渉パターンと一致するように書き込み成分が反応する時にデータが書き込まれる。光吸収種は、書き込み成分の一部、マトリックスの機能性部分、他のいくつかの光増感剤又は光吸収性発色団（吸収した光子エネルギーを結合基に移動させることができる限り、自由分子でも、マトリックス又は書き込み成分に結合していても良い）、又は上記のいくつかの組み合わせであっても良い。
【００４９】
各書き込み成分は、マトリックスの機能性部分又は他の書き込み成分と１以上の結合を形成するように反応するものが好ましい。いくつかの書き込み成分は、媒体にパターンを書き込む間、マトリックスに結合できることに加え、他の書き込み成分と結合できるものであっても良い。
【００５０】
書き込み成分は、媒体にパターンを形成する間にマトリックス又は他の書き込み成分と結合する１以上の反応性基を含んでいても良い。図４は多機能の書き込み成分４４を示す。多機能の書き込み成分４４は、ペンダント機能性部分４２を介してマトリックス４０又は他の書き込み成分４４に結合することができる。書き込み成分４４は、マトリックスと他の書き込み成分に結合する別々の反応性基を有しても良く、あるいはこれらの反応性基は、二量体の場合のように、実質的に同じであっても良い。
【００５１】
図５は、主鎖の機能性部分５２を介してマトリックス５０に、又は他の書き込み成分４４に結合する多機能の書き込み成分４４を示している。また、書き込み成分４４は、マトリックス又は他の書き込み成分に結合するための別々の反応性基を有していることが好ましく、あるいはこれらの反応性基は同じであっても良い。
【００５２】
マトリックスは、書き込み成分が結合可能な機能性部分を含むことが好ましい。マトリックス内部の機能性部分と書き込み成分の反応性基の割合は制御することが好ましい。機能性部分と書き込み成分の反応性基の正確な比率は、重合量に対してどれだけのマトリックスの結合が起きるかに依存する。しかしながら、媒体内における、書き込み成分の反応性基に対するマトリックスの機能性部分の割合は、少なくとも０．１であることが好ましい。より好ましくは、媒体内における、書き込み成分の反応性基に対するマトリックスの機能性部分の割合は、少なくとも１である。最も好ましくは、媒体内における、書き込み成分の反応性基に対するマトリックスの機能性部分の割合は、少なくとも５である。
【００５３】
適切な書き込み成分は、様々なタイプの可逆的な光付加環化反応のどれに対しても反応可能なC-C二重結合を含む分子を含んでいる。これらには、アントラセン、アセナフチレン、フェナントレン及び類似の多環芳香族炭化水素、光ジエン形成/ディールス‐アルダー反応、そして協調した及び非協調のエン-エン反応(2+2、4+4、4+2、3+2など)が含まれる。また、金属と有機塩を、スピロ化合物、クロメン等の光キレート基に結合させることもできる。DNAとRNAのようなヌクレオチドも強い水素結合相互作用によってかかる化合物に結合させることができる。ポリマーに結合した金属錯体は、様々な配位子を光挿入するための結合サイトとして用いることができる。重合反応の光開始剤として用いられる分子は、代わりに、マトリックス中に存在するC-C二重結合のような基に結合することができる。チオール類、セレノール類、テレノール類、ジスルフィド類、ジセレニド類、ジテルルライド類、そして様々の光開始剤は、エン類を含むマトリックスとも結合することができる。これらの付加反応のほとんどの場合、マトリックスの機能性部分として働く基と自由な書き込み成分として働くものとを逆にすることが可能であることが理解されるであろう。このリストがすべてではない。また、単一の書き込み成分分子(あるいはモノマー)を、反応性基以上に含有させることも可能である。
【００５４】
書き込み成分は、ホログラム形成の間、付加環化反応によって反応する。異なる大きさの環を生成する種々の付加環化反応があり、化合物を反応させるのに最初に用いた光より波長の長い光又は熱を用いることにより逆反応をさせることができる。４員環(シクロブタン)は、(2+2)付加環化により形成することができる。また、８員環は、(4+4)付加環化により形成することができる。 (4+4)付加環化を受ける種の例であるアントラセンは、より好ましいタイプの書き込み成分である。アントラセンは、典型的に高い屈折率を有し、高い量子収率及び最小の副反応を有する正逆反応を行う。さらに、正逆の光化学反応は、多くの(2+2)付加環化に関し、可視光域にレッドシフトする。図６は、好ましいモノ-アントラセンの例、及びそれらが受ける可逆反応を示している。さらに、再書き込みに使用可能ないくつかの好ましいビス−アントラセンについても示している。
【００５５】
ホログラムを形成するために書き込み成分が受ける光付加反応は、選択された特定の書き込み成分に依存するいくつかの異なった方法により逆反応を起こすこともできる。これらの反応を逆にする好ましい方法には、媒体にホログラムを書き込む波長とは異なる波長の光を媒体に照射する方法や、媒体を加熱する方法（例えば赤外レーザを用いる）や、電気化学的な方法がある。
【００５６】
書き込み成分種は、媒体にデータを書き込む間に、マトリックス又は他の書き込み成分に結合する反応性基のみから構成されるものでも良い。あるいは、書き込み成分種は、書き込み成分種に様々の属性を与える付加部分を含んでも良い。これらの属性には、例えば、書き込み成分の屈折率を増加させることや、書き込み成分の吸収波長をシフトさせることや、書き込み成分のマトリックスにおける溶解度を増加させることが含まれる。
【００５７】
ホログラム、導波管又は他の光学製品の作製は、媒体の露出領域と非露出領域との間の屈折率のコントラスト（Δｎ）に依存する。媒体の高い屈折率コントラストは、露出領域への書き込み成分の拡散に、少なくとも部分的に依存している。パターン形成の間、媒体が露出している時、露出領域の書き込み成分は、マトリックス及び／又はその領域の他の書き込み成分に結合することにより消費される。マトリックスの非露出領域からの未反応の書き込み成分は、書き込み成分が消費されるに伴い、マトリックスの露出領域に拡散する。書き込み成分がマトリックスとは異なる屈折率を有している場合、非露出領域からの書き込み成分の拡散は、媒体の露出領域と非露出領域との間のコントラストを増加させる。
【００５８】
屈折率のコントラストは高いことが望ましい。なぜなら、ホログラムを読み込む時、信号強度を増加させ、導波管内に光波を効率的に閉じこめることができるからである。マトリックスと書き込み成分との間に高い屈折率コントラストをもたらす１つの方法は、書き込み成分が、マトリックスに実質的に存在しない部分（屈折率コントラスト化部分という）を含み、マトリックスのバルクの示す屈折率とは実質的に異なる屈折率を示すことである。例えば、高いコントラストは、脂肪族又は飽和脂環式の部分を主とし軽い非極性の原子（例えば、Ｆ，Ｏ，Ｂで低屈折率を与える）を含むマトリックスと、芳香族基または共役二重結合系を主とし重い極性原子(例えば、Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｂｒ，Ｉで高屈折率を与える）から構成された光学活性なモノマーとを用いることにより得られる。
【００５９】
書き込み成分に加え、光学製品は、光増感剤(光増感剤、書き込み成分及び全光画像化システムの一部であるマトリックスの機能性部分)を含んでもよい。
光増感剤は、比較的低レベルの記録光に露光すると、マトリックス又は他の書き込み成分への書き込み成分の結合を誘起するので、直接の光照射により書き込み成分の結合を行わせる必要がない。光増感剤は、光を吸収して励起状態に至ることにより機能する。
その後、吸収された光子エネルギーは、光増感剤から書き込み成分又はマトリックスの機能性部分に移送され、機能性部分への書き込み成分の反応を引き起こし、その結果、光増感剤をその基底状態に戻る。次いで、光増感剤は、さらに光子を吸収して別の書き込み成分との結合を自由に行い、触媒として機能する。光増感剤は、書き込み波長の同調及び書き込み波長における媒体の吸収率の制御を可能にする。典型的には、全媒体重量換算で０．０１〜５重量％の光増感剤が好ましい結果を与える。光化学の知識、化学文献および光化学ハンドブック(スティーブンムロバ（StevenMurov）、マーセル・デッカー（Marcel Dekker）、1973年)に基づいて適用可能な光増感剤を選択することができる。
【００６０】
マトリックス成分を重合させてマトリックスを形成する反応は、パターンを書き込む時の書き込み成分とマトリックス成分との反応とは別のものであることが好ましい。反応してマトリックスを形成するマトリックス成分と従属反応により反応する書き込み成分とを利用する媒体は、マトリックスの硬化時には（例えば、２０％以上の書き込み成分が反応するか、又は硬化後マトリックスの中に取り込まれた状態）前駆体と書き込み成分との間の事実上の交差反応や、あるいは書き込み成分の重合を禁止する他の反応を頻繁に経験する。交差反応は、残念ながら、マトリックスと書き込み成分との間の屈折率コントラストを減少させる傾向がある。さらに、交差反応は、パターン書き込み時におけるマトリックスへの書き込み成分の結合量を減少させ、かつパターン書き込み時におけるマトリックスの結合サイトの数を減少させる。独立的に、マトリックス前駆体と書き込み成分は、(a) 異なるタイプの反応中間体により進行するパターン形成反応時におけるマトリックスを形成する反応とマトリックスへ書き込み成分を結合させる反応であり、（b)マトリックス中間体及びマトリックスの重合条件のいずれもが書き込み成分の事実上の反応を誘起しない、との条件に基づいて選択することが好ましい。
【００６１】
本発明のホログラフィー記録媒体は、ホログラフィーの書き込み及び読み出しが可能なように、光記録材料を十分に支持することにより形成することが好ましい。典型的には、媒体を作製するには、２枚の板の間にマトリックス前駆体と書き込み成分の混合物を堆積させる。プレートは典型的にはガラスを用いることができるが、データの書き込みに用いる放射線に透明な他の材料を用いることもでき、例えば、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、又は無定形のポリオレフィンのようなプラスチックを用いることができる。記録媒体に適した所望の厚さを維持するためにプレートの間にスペーサーを用いても良い。マトリックスの硬化時に、材料の収縮によりプレートの間に応力が発生することがあるが、その応力は平行度及び／又はプレートの間隔を変化させ、結果として媒体の光学特性に悪影響を与える。かかる影響を抑制するため、例えば真空チャックのような、平行度及び／又は間隔の変化に応じて調整可能な固定台を有する装置にプレートを配置することが有効である。かかる装置では、従来の干渉計測定法の使用によりリアルタイムで平行度をモニターし、硬化時間において必要な調整も行うことが可能である。かかる方法は、米国特許出願第08/867,563号で説明されており、文献名を示すことにより本明細書の一部となる。
【００６２】
また、本発明の光記録材料は、他の手段を用いて支持することもできる。例えば、書き込み成分（及び他の成分）を基体のポアの中に配置することも考えられる。例えば、バイコール（Vycor）（バイコールはシランカップリング剤のような薬剤を用いて、書き込み成分のための結合基を設けることができ、又はマトリックス前駆体をポア内に注入し重合することができる）等の多孔性ガラス材料を用いることができる。従来の多くの高分子加工方法も用いることができ、例えば密閉金型成型又はシート押出を挙げることができる。階層化された媒体、すなわち多数の基体を含む媒体、例えば、基体間に配置された光記録材料層を有するガラスを用いることもできる。
【００６３】
本発明の媒体は、前述のようなホログラフィーシステムの中で用いることができる。ホログラフィー媒体に記憶可能な情報量は、光記録材料の屈折率コントラスト（Δｎ）と記録材料の厚さ（ｄ）の積に比例する。（屈折率コントラスト（Δｎ）は既知であり、平面波、体積ホログラムが書き込まれた材料の屈折率の正弦波の変化の強度として定義されている。）屈折率は、n (x) = no + Δn cos (Kx)、で与えられ、n(x)は立体変位屈折率（spatially varying refractive index）、xは位置ベクトル、Kは格子波動ベクトル、noは媒体の基準屈折率である。例えば、ハリハラン（P.Hariharan）の「光ホログラフィー：原理、技術そして応用」（ケンブリッジ大学出版、ケンブリッジ、 1991、 at 44)を参照されたい。
【００６４】
材料のΔｎは、典型的には、回折効率又は単一の体積ホログラム又は媒体に記録された体積ホログラムの多重化されたセットから計算する。Δｎは書き込み前の媒体の特性であるが、記録後に実施される測定により計測することができる。本発明の光記録材料は、好適には、3 x 10-3以上のΔｎを示すことができる。
【００６５】
媒体が再書き込み可能な媒体である場合、書き込まれ、消去され、また書き込まれた後でも、3 x 10-3以上のΔｎを有していることが好ましい。後の再書き込みサイクルにおいても、Δｎの減少を制御できることが好ましい。
【００６６】
他の光学製品の例には、ビームフィルター、ビームステアラー又は偏向器、そして光カプラが含まれる。（例えば、ソルマー（L. Solymar） と クーク（D. Cooke）の「 体積ホログラフィーと体積格子（Volume Holography and Volume Gratings）、アカデミックプレス、315-327 (1981)」を参照されたい。文献名を示すことにより本明細書の一部となる） 。ビームフィルターは、特定の角度に沿って進行する入射レーザビームの一部をそのビームの残部から分離する。特に、厚い透過ホログラムのブラッグ選択性は、特定の入射角に沿って光を選択的に屈折させる一方、他の角度の光を偏向させることなくホログラムを通過させることができる。 (ルドマン（J.E. Ludman ）らの「レーザ光の非常に厚いホログラフィー非立体的フィルタリング（ Very thick holographic nonspatial filtering of laser beams」（ Optical Engineering, Vol.36, No.6, 1700(1997)）を参照されたい。文献名を示すことにより本明細書の一部となる。）ビームステアラーは、入射光をブラッグ角で偏向させるホログラムである。光カプラは、典型的にはビーム偏向器の組み合わせであり、光源からターゲットへと光の方向を変える。これらの製品は、通常、ホログラフィー光素子と呼ばれており、データ記録に関し前に説明したように、記録媒体内に特定の光干渉パターンを画像化することにより作製することができる。これらホログラフィー光素子に用いる媒体は、ここで説明する記録媒体又は導波管用の技術を用いて作製することができる。
【００６７】
一旦、１以上の干渉パターンが製品に記録されれば、光学製品は後硬化することが好ましい。マトリックス内部の光学活性種が反応可能な波長を持った強力な光に光学製品全体を露光させることにより光学製品の強力光硬化を行う。強力光硬化を行うことにより、すべての書き込み成分と反応性マトリックス成分が反応するので、記録された干渉パターンを読み出す時には干渉パターンには何の変化も起きない。
【００６８】
前述のように、ここで説明した材料の原則は、ホログラム形成のみならず、導波管等の光透過デバイスの形成にも適用可能である。ポリマー系光導波管については、例えば、ブース（B.L. Booth）の「光導波路及び集積オプテックス用ポリマーにおける光インターコネクションポリマーの技術と応用（Optical Interconnection Polymers, in Polymers for Lightwave and Integrated Optics, Technology and Applications）、ホーナック著（L.A. Hornak, ed.）、マーセル・デッカー（Marcel Dekker, Inc）、(1992)」や、米国特許第5,292,620号、米国特許第5,219,710号に記載されており、文献名を示すことにより、本明細書の一部となる。本来、本発明の記録材料は、所望の導波管パターンに照射され、導波管パターンと周囲（クラッド）の材料との間の屈折率差を提供する。例えば、集光したレーザ光又は非焦点の光源とともにマスクを用いることにより露出を行うことが可能である。一般に、単一層の場合、この方法により露出させて導波管パターンを作製することができ、クラッドを完成させるべき、さらに層を付加することにより導波管を完成させることができる。そのプロセスは、例えば、前掲のBoothの第235-236頁と、米国特許第5,292,620号のコラム5及び6に記載されている。本発明の利点は、従来の成形技術を用いることにより、マトリックス／光画像化システムの混合物をマトリックスの硬化に先立って種々の形状に成形できることにある。例えば、マトリックス／光画像化システムの混合物はリッジ型の導波管に成形することができ、そして屈折率パターンをその成形した構造体の中に記録することができる。したがって、ブラッグ格子のような構造体を容易に形成することができる。本発明のこの特徴は、ポリマー系導波管の有用な応用分野の範囲を広げるものである。
【００６９】
本発明を以下の実施例、これらは例示に過ぎないが、を用いてさらに詳しく説明する
実施例１．
以下に、ホログラム記録の間に書き込み成分がマトリックスに結合するホログラフィー記憶媒体の例を示す。
ホログラフィー媒体は、アントラセニルのペンダント基を有するマトリックスと、書き込み成分としてフリーの９−アントラセンカルボニトリルを有している。
ホログラフィー媒体は、記載wt%の下記成分から形成した。
Desmodur N3200                                 49.0%
エチレングリコール                              6.8%
N,N'−ジメチルホルムアミド(DMF)                37.7%
９−アントラセンメタノール(9AM)                 3.9%
９−アントラセンカルボニトリル(9ACN)            1.9%
ジブチル錫ジラウレート                          0.7%
ホログラフィー記憶媒体は、ジブチル錫ジラウレートを除き、均一になるまですべての成分を混合して形成した。ジブチル錫ジラウレートは、後で他の成分と混合した。その後、２つの基体間に混合物を配置することにより媒体を調製した。
【００７０】
マトリックスは、混合物中で、ポリイソシアネートとエチレングリコールを反応させてポリウレタンマトリックスを形成することにより作製した。ポリウレタンの硬化は、触媒にジブチル錫ジラウレートを用い、２つの基体間で加熱することにより行った。
【００７１】
DMFは、ホログラム書き込みの間に形成される屈折率変調へ寄与することからマトリックス成分とみなすことができる可塑剤である。この可塑剤は、書き込み成分の拡散性向上と迅速なホログラム形成を可能とする。9AMは、ポリウレタンマトリックス上のペンダント基であり、マトリックス硬化時に、イソシアネート基と結合する。9ACNは、ホログラム書き込み時に、マトリックスの9AMペンダント基に結合するフリーの書き込み分子である。9AM基は、書き込みの間に互いに結合し、ホログラム形成に寄与する。
【００７２】
図７は、407nmの２つのレーザ光の干渉を用いて、この媒体中で形成された、回折効率１％のホログラムを示している。図７で示すように、9ACNは光を強く吸収するが、9AMペンダント基は、光を少ししか吸収しない。
実施例２．
【００７３】
以下に、再書き込み可能な媒体の例を示す。再書き込み可能な媒体は、書き込み成分をマトリックスに結合させるマトリックス結合アプローチを用いる。ホログラフィー媒体は、アントラセニル  ペンダント基を有するマトリックスと、フリーの９−アントラセニルカルボニルを含む書き込み成分とを有している。
ホログラフィー媒体は、記載wt%の下記成分から形成した。
Desmodur N3200                                 49.8%
エチレングリコール                              7.2%
N,N'−ジメチルホルムアミド(DMF)                38.1%
９−アントラセンメタノール(9AM)                 3.9%
９−アントラセンカルボニトリル(9ACN)            0.3%
ジブチル錫ジラウレート                          0.7%
【００７４】
ホログラフィー記憶媒体は、ジブチル錫ジラウレートを除き、均一になるまですべての成分を混合して形成した。ジブチル錫ジラウレートは、後で他の成分と混合した。
その後、２つの基体間に混合物を配置することにより媒体を調製した。
【００７５】
マトリックスは、混合物中で、ポリイソシアネートとエチレングリコールを反応させてポリウレタンマトリックスを形成することにより作製した。ポリウレタンの硬化は、触媒にジブチル錫ジラウレートを用い、２つの基体間で加熱することにより行った。
【００７６】
DMFは、ホログラム書き込みの間に形成される屈折率変調へ寄与することからマトリックス成分とみなすことができる可塑剤かつ補助溶剤である。この可塑剤は、書き込み成分の拡散性向上と迅速なホログラム形成を可能にする。9AMは、ポリウレタンマトリックス上のペンダント基であり、マトリックス硬化時に、イソシアネート基と結合する。9ACNは、ホログラム書き込み時に、マトリックスの9AMペンダント基に結合するフリーの書き込み分子である。9AM基は、書き込みの間に互いに結合し、ホログラム形成に寄与する。
【００７７】
図８は、実施例１の媒体を用いた書き込み−消去−再書き込みのサイクルの一例の回折効率を示している。図８のホログラムは、410nmの２つのレーザ光の干渉を用い、この媒体中で形成された、回折効率0.0085%の媒体ホログラムへの最初の書き込みである。
【００７８】
この媒体では、9ACNは光を強く吸収するが、9AMペンダント基は光を少ししか吸収しない。したがって、9AM基同士の反応よりはマトリックス9AMと9ACNとの反応が優先して進む。モノマーを実質的に完全に反応させるため、次に、試料を青色光で強力光硬化させ、すべての残存する未反応の反応可能なアントラセン (9AMと9ACN)を結合させる。強力光硬化は、ホログラムからいくらかを洗い流す。それは、強力光硬化の後の回折効率の減少（そしてわずかな角シフト）から明白である。今回410nmのレーザを用いて媒体に書き込む試みにより、ホログラムが新しくなることがなく、かつ元のホログラムがほとんど変化しない結果が得られた。その後、半値幅10nmで290nmのピーク透過率を有する干渉フィルターを通過させた水銀アークランプからの紫外線を用いてホログラムを消去する。消去後の媒体の最大回折効率は、0.0010%である。元のホログラムを消去した後、410nmのレーザを用いて、媒体に新しいホログラムを再書き込みする。再書き込みしたホログラムの最大回折効率は、0.0105%である。従って、元のホログラムと再書き込み後のホログラムの間の最大の回折効率は、+0.02%である。再書き込みしたホログラムのミーニング(meaning)は、元のホログラムより実際に強かった。
【００７９】
本発明を十分に説明したので、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、請求された範囲内でかつパラメーターの広い範囲内で本発明が実施可能であることは当業者には十分に理解されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】図１は、従来のホログラフィー記憶システムを示す模式図である。
【図２】図２は、マトリックスのポリマー主鎖に結合した機能性部分に結合する書き込み成分を示す模式図である。
【図３】図３は、マトリックスのポリマー主鎖の一部である機能性部分に結合する書き込み成分を示す模式図である。
【図４】図４は、マトリックスに結合した機能性部分又は他の書き込み成分に結合可能な多機能の書き込み成分を示す模式図である。
【図５】図５は、マトリックスの一部である機能性部分又は他の書き込み成分に結合可能な多機能の書き込み成分を示す模式図である。
【図６】図６は、光学製品の再書き込みに使用される、好ましいモノ-アントラセン  ビス−アントラセンを示す図である。
【図７】図７は、波長407nmの２つのレーザ光の干渉を用いる実施例１の光学製品における、回折効率と角度の関係を示す図である。
【図８】図８は、実施例２の光学製品における、回折効率と角度の関係を示す図である。その実施例は、光学製品への書き込み、光学製品の強力光硬化、光学製品を消去、そして光学製品に再書き込みからなる一つの完全なサイクルについての回折効率を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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