(57)【要約】基板の上に多層に積層されたアゾベンゼンポリマー層８を形成する。  アゾベンゼンポリマー層８の各アゾベンゼンポリマー薄膜には光異性化反応により二次元の表面レリーフを形成しホログラムを記録されている。  記録された情報を読み出す場合は、レーザー光源９からシリンドリカルレンズ１０を介して、アゾベンゼンポリマー層８の選択されたアゾベンゼンポリマー薄膜に赤外光を照射することにより、選択されたホログラム１１をメモリ内容を可視光で読み出し再生することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成されたアゾベンゼンポリマーなどの高分子薄膜に、光異性化反応により形成される二次元の表面レリーフをホログラムメモリとし、高分子薄膜中に薄膜に沿って赤外光を照射することにより、メモリ内容を可視光で読み出し再生するようにしたことを特徴とする光導波路型ホログラフィックメモリ。
【請求項２】
基板上に形成されたアゾベンゼンポリマーなどの高分子薄膜に、光異性化反応により形成される二次元の表面レリーフをホログラムメモリとし、外部から赤外光のみを照射することにより、メモリ内容を可視光で読み出し再生するようにしたことを特徴とする光導波路型ホログラフィックメモリ。
【請求項３】
基板上に形成されたアゾベンゼンポリマーなどの高分子薄膜に、光異性化反応により形成される二次元の表面レリーフを、複数段に積層してホログラムメモリとし、それぞれの高分子薄膜中に薄膜に沿って赤外光を選択的に照射することにより、選択されたメモリ内容を可視光で読み出し再生するようにしたことを特徴とする光導波路型ホログラフィックメモリ。
【請求項４】
基板上に形成されたアゾベンゼンポリマーなどの高分子薄膜に、光異性化反応により形成される二次元の表面レリーフのホログラムメモリの領域に赤外光を増幅できる添加物をドープし、外部から励起光を加え、高分子薄膜中に薄膜に沿って赤外光を照射することにより、メモリ内容を増幅して可視光で読み出し再生するようにしたことを特徴とする光導波路型ホログラフィッメモリ。
【請求項５】
基板上に形成され、光異性化反応により夫々の異なる二次元画像データをホログラム記録したアゾベンゼンポリマーにバッファー層を挟み積層して積層型のデバイスを構築し、バッファー層に赤外光を増幅できる添加物をドープし、外部から励起光を加え、高分子薄膜中に薄膜に沿って赤外光を照射することにより、メモリ内容を増幅して可視光で読み出し再生するようにしたことを特徴とする光導波路型ホログラフィックメモリ。
【請求項６】
前記添加物は蛍光色素または希土類イオンまたは希土類金属錯体であることを特徴とする請求項４または請求項５記載の光導波路型ホログラフィックメモリ。
【請求項７】
基板上に形成されたアゾベンゼンポリマーなどの高分子薄膜に、光異性化反応により形成される二次元の表面レリーフのホログラムメモリに、コロナポーリングによりアゾベンゼンを配向させ、高分子薄膜中に薄膜に沿って赤外光を照射することにより、メモリ内容を波長変換して可視光で読み出し再生するようにしたことを特徴とする光導波路型ホログラフィックメモリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、光誘起表面レリーフを用いた光導波路型ホログラフィックメモリに関し、特に高分子薄膜が示す光誘起表面レリーフをホログラムとして記録しながら、高分子薄膜を積層し、ホログラムメモリとして利用した積層型ホログラフィクメモリに関する。
【背景技術】  従来、コンピュータ、情報機器、デジタルＡＶ機器等に用いられる外部メモリは、ＣＤ、ＤＶＤ等が使用されているが、これらのメモリの記録容量はせいぜいギガバイトのレベルである。今後の情報機器の発達に伴って、記録容量の大きいメモリの出現がますます要望されている状況である。従来のＣＤ、ＤＶＤに比べ、ホログラフィックメモリはテラバイトに迫る高い記録容量を有するものとして有望視されている。
これまでに提案されているホログラフィックメモリでは、ニオブ酸リチウムなどの単結晶を用いたものやフォトポリマーを用いたものが提案されている。また、アゾベンゼン構造を含む高分子化合物の薄膜表面に、凹凸パターンを形成させるための書き込み光を照射すると同時に、書き込み光とほぼ同じ波長のバイアス光を、書き込み光の照射領域を包含する広い領域に照射する情報記録方法も、例えば、特開２００２−７４６６５号公報に開示されている。
このような、ニオブ酸リチウムなどの単結晶やフォトポリマーを用いたホログラフィックメモリは、コスト、読み出し速度の面で問題があった。また、従来のアゾベンゼン構造を含む高分子化合物の薄膜上に凹凸パターンを形成させるタイプのものは、読み出しは単に上面から光を照射して行なうものであり、機能を付加させたり、積層して記憶容量を大きくすることはできなかった。また、アゾベンゼンに強い可視光を直接照射すると記録されたホログラムが消えてしまう場合があった。そこで本発明は、波長変換、増幅等の機能を付加が可能で、かつ積層して記憶容量を大きくすることはできる光導波路型ホログラフィックメモリを提供することを目的とする。
【発明の開示】
この出願の第１の発明は、基板上に形成されたアゾベンゼンポリマーなどの高分子薄膜に、光異性化反応により形成される二次元の表面レリーフをホログラムメモリとし、高分子薄膜中に薄膜に沿って赤外光を照射することにより、メモリ内容を可視光で読み出し再生するように構成した光導波路型ホログラフィックメモリである。
第２の発明は、基板上に形成されたアゾベンゼンポリマーなどの高分子薄膜に、光異性化反応により形成される二次元の表面レリーフをホログラムメモリとし、外部から赤外光のみを照射することにより、メモリ内容を可視光で読み出し再生するように構成した光導波路型ホログラフィックメモリである。
第３の発明は、基板上に形成されたアゾベンゼンポリマーなどの高分子薄膜に、光異性化反応により形成される二次元の表面レリーフを、複数段に積層してホログラムメモリとし、それぞれの高分子薄膜中に薄膜に沿って赤外光を選択的に照射することにより、選択されたメモリ内容を可視光で読み出し再生するように構成した光導波路型ホログラフィックメモリである。
第４の発明は、基板上に形成されたアゾベンゼンポリマーなどの高分子薄膜に、光異性化反応により形成される二次元の表面レリーフのホログラムメモリの領域に赤外光を増幅できる添加物をドープし、外部から励起光を加え、高分子薄膜中に薄膜に沿って赤外光を照射することにより、メモリ内容を増幅して可視光で読み出し再生するように構成した光導波路型ホログラフィックメモリである。
第５の発明は、基板上に形成され、光異性化反応により夫々の異なる二次元画像データをホログラム記録したアゾベンゼンポリマーにバッファー層を挟み積層して積層型のデバイスを構築し、バッファー層に赤外光を増幅できる添加物をドープし、外部から励起光を加え、高分子薄膜中に薄膜に沿って赤外光を照射することにより、メモリ内容を増幅して可視光で読み出し再生するように構成した光導波路型ホログラフィックメモリである。
第６の発明は、上記第４の発明または第５の発明の光導波路型ホログラフィックメモリに用いる前記添加物は、蛍光色素または希土類イオンまたは希土類金属錯体で構成した光導波路型ホログラフィックメモリである。
第７の発明は、基板上に形成されたアゾベンゼンポリマーなどの高分子薄膜に、光異性化反応により形成される二次元の表面レリーフのホログラムメモリに、コロナポーリングによりアゾベンゼンを配向させ、高分子薄膜中に薄膜に沿って赤外光を照射することにより、メモリ内容を波長変換して可視光で読み出し再生するように構成した光導波路型ホログラフィックメモリである。
発明の効果
本発明は光誘起表面レリーフを用いた光導波路型ホログラフィックメモリであり、基板上にアゾベンゼンポリマーなどの高分子薄膜を形成し、光異性化反応により高分子薄膜に形成される二次元の表面レリーフをホログラムメモリとして利用し、読み出したメモリ内容は可視光で再生できるものである。また、高分子薄膜が示す光誘起表面レリーフをホログラムとして記録しながら、高分子薄膜を積層し、ホログラムメモリとして利用した積層された光導波路型ホログラフィックメモリを実現し、積層された夫々の薄膜に光を導波することで記録したホログラムメモリを再生するものである。
そして、本発明の光導波路型ホログラフィックメモリは、従来の積層型ホログラフィックメモリに比べ、コロナポーリングしたアゾベンゼンは二次非線形性を示すので、この性質を利用すると、ホログラムの読み出し光として赤外光をアゾベンゼンに照射していながら、その半分の波長の可視の再生像が見える。アゾベンゼンに強い可視光を直接照射すると記録されたホログラムが消えてしまう場合があるが、この方法だと、ホログラムに直接照射している光は赤外光なので、記録されたホログラムを破壊することなく読み出すことができる。
また、読み出し光に赤外光を用いていながら、実際の再生像は可視光になるので、汎用のシリコン系光検出器、例えば、ＣＣＤ等で読み取ることができ、再生信号の検出感度を大幅に高めることができるので、小型で低価格な読み出し光学系が設計できる。
また、アゾベンゼンには、レーザー色素、金属錯体、デンドリマーなどを分散させることができる。これらの添加物を光励起すると光増幅機能を示すので、アゾベンゼン自身が読み出し光である赤外光の光強度を増幅できる。一般に、アゾベンゼンが赤外光から可視の再生光を作り出す効率は照射する赤外光の強度に比例するので、アゾベンゼンの光増幅機能は可視再生光の再生効率を向上させる。
また、記録した表面レリーフの周期をある特定の間隔に設計すると、赤外光とその半分の波長である可視再生光の伝播速度が同じになることが知られている（擬似位相整合）。この場合、赤外光から可視再生光を作り出す効率が飛躍的に向上する。
また、アゾベンゼン層とＰＭＭＡ、ポリカーネート、ポリビニルアルコールなどのバッファー層を交互に積層して、ホログラムメモリを数１０層の多層膜にすることができるので、従来の積層型ホログラフィックメモリと比べ、コスト、量産性に優れる。
更に、全ての作業は大気雰囲気中でデバイス製作できるので、真空系の配管などが不要となり、従来のものに比べて、多層膜形成が容易にできるので、安価なホログラフィックメモリが実現できてコスト、量産性に優れている。
【図面の簡単な説明】  図１は本発明のアゾベンゼンポリマー薄膜光導波路の基本構成図である。図２はアゾベンゼンポリマーの光異性化反応による表面レリーフの記録の原理図である。図３は表面レリーフの回折光学素子としての機能説明図である。図４はアゾベンゼンポリマー薄膜の光増幅機能説明図ある。図５はアゾベンゼンポリマー薄膜の波長変換機能説明図である。図６は導波路型ホログラフィックメモリ構成図である。図７は増幅機能付き導波路型ホログラフィックメモリ構成図である。図８は波長変換機能付き導波路型ホログラフィックメモリ構成図である。図９は導波路型ホログラフィックメモリの立体概念図ある。
【発明を実施するための最良の形態】  以下に、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明のアゾベンゼンポリマー薄膜光導波路の基本構成図を示す。図において、１は石英ガラス、コーニングガラス、プラスチック、アクリル等でなる基板であり、基板１に、アゾベンゼンポリマーなどの高分子の薄膜２を、スピンコート法あるいはディピング法により、厚さ数μｍに層形成して、アゾベンゼンポリマー薄膜光導波路を構成する。このアゾベンゼンポリマー薄膜の中を光が伝播（導波光という）する。
次に、上記アゾベンゼンポリマー薄膜光導波路に光異性化反応による表面レリーフを記録する原理図を図２により説明する。図２（Ａ）の記録する情報を含んだ二光束干渉縞を、図２（Ｂ）の基板１の上のアゾベンゼンポリマー薄膜２に照射すると、光の明線部でポリマーがにシス（ｃｉｓ）体に変化し、図２（Ｃ）に示すように、記録情報に基づく凹凸の表面レリーフを形成することができる。
図３により、表面レリーフを一次元で用いた、回折光学素子としての機能について説明する。上記図２で形成された表面レリーフのアゾベンゼンポリマー薄膜２の層中に薄膜に沿って赤外光を照射すると、アゾベンゼンポリマー薄膜２から可視光の回折光として記録されたメモリ内容を二次元で再生できる機能を有する。ここで、各ホログラムを再生する場合、赤外光のみを与えることによっても再生像を検出できる。
図４により、アゾベンゼンポリマー薄膜の光増幅機能について説明する。アゾベンゼンポリマー薄膜２を形成する際に、アゾベンゼンポリマーに０．１〜１０％程度のレーザー色素や希土類イオンもしくは希土類金属錯体を添加して、スピンコール法等により製膜する。この薄膜体に励起エネルギーを与える（この例では上方からの励起であるが、下方からの励起でもよい）。励起エネルギーとしては、光もしくは電極を付けて電流を注入する手段がある。この状態で、アゾベンゼンポリマー薄膜２の層中に薄膜に沿って赤外光を照射すると、増幅された光が放出され、光増幅機能を発揮する。
次に図５により、アゾベンゼンポリマー薄膜の波長変換機能（二次非線型光学効果）について説明する。アゾベンゼンポリマー薄膜２の上下に＋−の電位を印加すると、図５のように、コロナ帯電によりポリマーが分極配向し、二次の非線型光学効果が現れる。即ち、次式の
Ｐ＝χ（２）Ｅ２
2005088409.tif 000002
になり、光の波長を半分に変換する波長変換機能を発揮する。
次に、アゾベンゼンポリマー薄膜の上記機能を利用した導波路型ホログラフィックメモリの実施例を説明する。
【実施例１】  （１）導波路型ホログラフィックメモリとしての利用
図６は導波路型ホログラフィックメモリを示し、図６（Ａ）は２層に形成されたホログラフィックメモリ、図６（Ｂ）は多層に形成された積層型ホログラフィックメモリの構成図である。
図６（Ａ）において、基板１上のアゾベンゼンポリマー層（厚み数μｍ）２、３を積層して、そこには異なる二次元画像データをホログラムとして記録する。各ホログラムを再生するには、赤外光の読み出し光を所望のアゾベンゼン層へ結合（導波）させる。ホログラムからの可視光の再生光１または再生光２の再生像をＣＣＤカメラで検出して二次元データとして読み出すことができる。
ここで、各アゾベンゼン層は読み出し光には導波路として働いている。そして再生像は可視光であるので、ＣＣＤカメラと組み合わせることにより、更なる感度向上が図られる。ここで、ホログラムのキャリア周波数は読み出し波長が変わっても常に同じ角度で再生できるように変調しておくことが必要である。
図６（Ｂ）において、基板１上のアゾベンゼンポリマー層（厚み数μｍ）２、３、４、５に夫々の異なる二次元画像データをホログラム記録したアゾベンゼンポリマーにバッファー層（ＰＭＭＡやＰＶＫやＰＣ）６を挟み積層し（数十枚は種層可能）、積層型のデバイスを構築する。各ホログラムを再生するには、読み出し光を所望のアゾベンゼン層へ結合（導波）させる。ホログラムからの再生像をＣＣＤカメラで検出して二次元データとして読み出すことができる。
【実施例２】  （２）増幅機能付き導波路型ホログラフィックメモリとしての利用
図７は増幅機能付き導波路型ホログラフィックメモリを示し、図７（Ａ）は単層の増幅機能付き導波路型ホログラフィックメモリの構成図、図７（Ｂ）は単層でバッファー層にの増幅機能を付加した導波路型ホログラフィックメモリの構成図、図７（Ｃ）は２層に形成された増幅機能付きホログラフィックメモリの構成図である。
図７（Ａ）において、基板１上のアゾベンゼンポリマー層（厚み数μｍ）２を製膜し、光異性化反応により二次元画像データをホログラムとして記録する。二次元の表面レリーフのホログラムメモリの領域に赤外光を増幅できる添加物７をドープし、外部から励起光を加え、高分子薄膜中に薄膜に沿って赤外光を照射することにより、メモリ内容を増幅して可視光で読み出し再生することができる。そして、添加物は蛍光色素または希土類イオンまたは希土類金属錯体である。
図７（Ｂ）において、基板１上にバッファー層６を挟みアゾベンゼンポリマー層（厚み数μｍ）２を製膜し、バッファー層６に赤外光を増幅できる添加物７をドープし、外部から励起光を加え、高分子薄膜中に薄膜に沿って赤外光を照射することによりメモリ内容を増幅して可視光で読み出し再生することができる。
図７（Ｃ）において、基板上１に形成されたアゾベンゼンポリマーなどの高分子薄膜２、３に、光異性化反応により形成される二次元の表面レリーフを、複数段に積層してホログラムメモリとし、表面レリーフのホログラムメモリの領域に赤外光を増幅できる添加物７をドープし、外部から励起光を加え、それぞれの高分子薄膜中に薄膜に沿って赤外光を選択的に照射することにより、選択されたメモリ内容を増幅して可視光で読み出し再生することができる。
【実施例３】  （３）波長変換機能付き導波路型ホログラフィックメモリとしての利用
図８は波長変換機能付き導波路型ホログラフィックメモリを示し、図８（Ａ）は単層の波長変換機能付き導波路型ホログラフィックメモリの構成図、図８（Ｂ）は２層に形成された波長変換機能付き導波路型ホログラフィックメモリの構成図である。
図８（Ａ）において、基板上１に形成されたアゾベンゼンポリマーなどの高分子薄膜２、３に、光異性化反応により二次元の表面レリーフを形成しホログラムを記録する。形成される二次元の表面レリーフを、複数段に積層してホログラムメモリとし、記録した後、コロナポーリングにより、アゾベンゼンを配向させることでアゾベンゼンポリマーは赤外光を半分の波長の光（可視光）へ波長変換する機能を示す（第二高調波活性）。読み出す場合は、高分子薄膜中の薄膜に沿って赤外光を照射することにより、メモリ内容を波長変換して可視光で読み出し再生することができる。
記録した表面レリーフ構造に擬似位相整合のための空間的な変調信号を加えて、ホログラムのキャリア周期を適当な周期にすることで、赤外光と可視光の伝播速度を同じにする（位相整合）ことができる。この場合には、赤外光から第二高調波へ効率よく波長変換が起こり再生光の強度は高くなるので、さらに、検出感度は向上する。また、赤外光をホログラム記録されたアゾベンゼンポリマー層に導波させて読み出した場合、再生像は可視光で再生されるので、ＣＣＤカメラで感度良く検出できる。
図８（Ｂ）において、基板上１に形成されたアゾベンゼンポリマーなどの高分子薄膜２に、光異性化反応により二次元の表面レリーフを形成しホログラムを記録する。記録した後、コロナポーリングにより、アゾベンゼンを配向させることでアゾベンゼンポリマーは赤外光を半分の波長の光（可視光）へ波長変換する機能を示す（第二高調波活性）。読み出す場合は、それぞれの高分子薄膜中に薄膜に沿って赤外光を選択的に照射することにより、選択されたメモリ内容を波長変換して可視光で読み出し再生することができる。
図９に導波路型ホログラフィックメモリの立体概念図を示す。基板１の上に多層に積層されたアゾベンゼンポリマー層８を形成する。アゾベンゼンポリマー層８の各アゾベンゼンポリマー薄膜（１，２，３，４，・・）には光異性化反応により二次元の表面レリーフを形成しホログラムを記録されている。
記録された情報を読み出す場合は、レーザー光源９からシリンドリカルレンズ１０を介して、アゾベンゼンポリマー層８の選択されたアゾベンゼンポリマー薄膜に赤外光を照射することにより、選択されたホログラム１１をメモリ内容を可視光で読み出し再生することができる。
こうして、本発明の光導波路型ホログラフィックメモリは、赤外光をホログラム記録されたアゾベンゼンポリマー層に導波させて読み出した場合、再生像は可視光で再生されるので、ＣＣＤカメラで感度良く検出できて検出システムの小型、低価格化が実現できると共に、ホログラムを積層して、記録容量を大きくすることもできる。
【産業上の利用可能性】  以上のように、本発明の光導波路型ホログラフィックメモリは、テラバイトに迫る高い記録容量を有する光メモリの波及効果は計り知れず、例えば、情報機器のメモリとして、コンピュータのＲＯＭ機能としても価値は高い。また、デジタルＡＶ機器では、長い映画一本分が一枚のディスクに記録できるため、ホームシアター等がリアルに再生できる等の産業上の利用範囲は広い。
【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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【図９】
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【国際調査報告】
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