JP2000512061A - 蛍光性感光材料を備えた３次元光メモリ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、蛍光性感光材料で作成されたＷＯＲＭ（write-once-read-many、書込み１回読出し多数回）型の３次元光メモリに関する。この光メモリは１光子工程および２光子工程に基づいていて、それによりディジタル情報の書込みおよび読出しを行う。読出しのために蛍光が用いられるから、高い読出し感度が得られる。本発明は、コンピュータに対して応用を有する情報の記憶および検索のための新規なデバイスの利点を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 蛍光性感光材料を備えた３次元光メモリ技術分野 本発明は、蛍光性感光材料を備えた３次元光メモリに関する。さらに詳細に言 えば、蛍光現象を用いてディジタル・データを記憶および検索するための方法お よびデバイスに関する。本発明で提供されるデバイスは、ＷＯＲＭ（write-once -read-many、書き込み１回読出し多数回）型の記憶システムである。発明の背景 コンピュータがますます広く応用されてきていて、図書館、政府機関、病院な どでは要求される莫大な記憶容量を有するメモリが必要であることが知られてい る。新しいメモリは次のような特性、すなわちコストが安いこと、寸法が小さい ことおよびエネルギ消費量が少ないこと、を有していなければならない。 半導体メモリ、ＣＤ−ＲＯＭ、硬磁気ディスクおよび軟磁気ディスクおよび磁 気テープのような現在のメモリ技術では、２次元支持体の上に情報が記憶される 。それらは２次元の性格を有しているので、これらのメモリの並列呼出しを行う ことができなく、そして記憶容量が増加すると共にそれらの呼出し時間が増大す る。 １つの解決法は第３の次元を利用することである。３次元の光メモリは現在の ２次元のメモリよりも理論的に大きな記憶容量を有する。 例えば、λ＝500ｎｍの同じ光の波長が情報を呼び出すのに用いられると仮定 して、光ディスクに対する理論的な最大記憶密度は1／λ²＝3.5×10⁸ビット／ｃ ｍ²であり、一方３次元の場合には1／λ³＝3.5×10¹²ビット／ｃｍ³である。そ れに加えて、３次元の光メモリは並列呼出しの潜在的能力を有する。それは、単 一の動作で面全体を読み出すまたは書き込むことができるからである。３次元デ ータの記憶は光屈折材料により行われたホログラフィ・メモリに関して実験され た（Ｄ．パサルティス(D.Psaltis)およびF．モック(F.Mok)名の論文、サイエン ティフィック・アメリカン(Scientific American)、1995年11月号、52頁）。発明の要約 本発明の目的は、蛍光現象を用いてＷＯＲＭ型の３次元光メモリを得ることで ある。読出しサイクルは吸収の変化よりも蛍光を用いて行われるから、高い感度 が得られる。 本発明は、蛍光性感光材料、すなわち本発明人により出願された蛍光性感光ガ ラス（ルーマニア国出願中特許、出願番号第97-00005号、1997年１月６日）およ び蛍光性感光ガラス状セラミック（ルーマニア国出願中特許、出願番号第97-002 33号、1997年２月４日、および出願番号第97-00761号、1997年４月21日）に情報 を書き込むおよび読み出すことに基づいている。前記データの書込みおよび読出 しは共焦点顕微鏡で実行される。共焦点の原理はマービン・ミンスキィ(Marvin Minsky)により発明された。１つの点光源が物体面に結像される。放射される蛍 光は、検出器のピンホールを通って、光電子増倍管に向かって進む。このピンホ ールは空間フィルタであり、それによりこの物体を含む焦平面からだけ放射され た光を解析することができる。この事実により、改良された空間解像度を確実に 得ることができる。コンピュータはこの点をスクリーン上の１つの画素として表 示する。完全な像を生ずるために、この光の点が物体全体にわたって移動する。 検出器のピンホールを照射のピンホールに共役に配置することにより、焦平面か らの情報だけが検出器に到達することが確実に得られる。共焦点の原理は、蛍光 顕微鏡法で特に有益である。それは焦平面からくるのでない迷光をほぼ完全に除 去するからである。 したがってこのシステムは、細部にわたって最適の明瞭度と分解能を有する蛍 光画像を生ずることができる。共焦点システムＬＥＩＣＡ ＴＣＳ ＮＴは0.18 μ（ＦＷＨＭ）のｘ−／ｙ−分解能およびλ＝488ｎｍにおいて0.35μ（ＦＷＨ Ｍ）より高い対応するｚ−分解能およびＮ．Ａ．＝1.32を達成する。試料の解析 された体積領域は１μｍ³以下である。蛍光顕微鏡法の１つの改良が、蛍光性感 光材料の励起に対して２光子工程を用いることにより得られた。２光子顕微鏡法 は、焦点以外の光励起が無視できる程小さい真性の３次元分解能が得られる非線 形技術である。もし励起ビームが蛍光ビームに垂直であるならば、同様の結果が 得られる。書込み工程は、照射された面積領域の中に蛍光励起を生ずる放射線を 備えた、蛍光性感光材料の照射により行われる。読出しは、材料の励起により行 われる。照射されない面積領域は強い蛍光を有する。 本発明は、コンピュータに応用することができるデータの記憶および検索のた めの新規なデバイスについて利点を有する。 本発明の特徴を開示している４つの実施例により、本発明を説明する。 添付図面を参照しての下記説明により、本発明の目的、特徴および利点が明確 になるであろう。 図１は書込み／読出しデバイスのブロック線図。 図２は共焦点顕微鏡の概要図。 図１は、光メモリ１の上にデータを記録および読出すための光システムの図で ある。この実験的なシステムは、共焦点顕微鏡２と、垂直走査システム３、７と 、動径走査システム４と、レーザ（１）５と、レーザ（２）６と、光メモリ１を 回転するためのエンジン８とを有する。書込み工程は、レーザ（１）の光ビーム でメモリ１の選定された体積領域を照射する段階を有する。この体積領域の選定 は、前記の共焦点顕微鏡２と、垂直走査システム３と、動径走査システム４とで 実行される。蛍光性感光材料の照射された体積領域では（蛍光性感光ガラスの電 子レベルにおいておよび蛍光性感光ガラス状セラミックの構造レベルにおいて） 遷移が生じ、この遷移が原因となって蛍光の消光が生ずる。読出しを行うために 、２つの工程を用いることができるであろう。これらの工程の中の第１の工程で は、１光子工程で励起を行う。光システムの中でレーザ（２）と垂直走査システ ム７とが用いられる。前記の２光子工程に基づいている第２の工程では、レーザ （１）の光ビームを試料に向けて進める。 書込み工程に用いられる共焦点顕微鏡（図２）は下記の素子、すなわち、ピン ホール９、１０と、レンズ１１、１２、１３、１５と、ビーム・スプリッタ１４ と、レーザ５と、検出器１６とを有する。 本発明は下記の実施例によって詳細に説明されるが、しかし本発明の利点はこ れらの実施例の中で説明される材料、組成および工程に限られることを意味する ものではない。 実施例１：Ｃｅ、Ｅｕが添加された蛍光性感光ガラス、すなわちＮａ₂Ｏ− Ｐ₂Ｏ₅−0.005ＣｅＯ₂−0.005Ｅｕ₂Ｏ₃、が光メモリに対する支持体として用い られる。 メモリの書き込みは、前記レーザ（１）（ＸｅＣｌレーザ）を用いてλ₁＝308 ｎｍで行われ、そしてメモリの読出しは、前記レーザ（２）Ｎｄ：ＹＡＧレーザ に基づいてλ₂＝532ｎｍで行われる。 実施例２：実施例１の変更実施例として蛍光性感光ガラス、すなわち ２Ｎａ₂Ｏ−（Ｙ_0.94Ｅｕ_0.05Ｐｒ_0.01）₂Ｏ₃−５Ｐ₂Ｏ₈、が光メモリに対する 支持体である。書込に工程には、レーザ光の２光子吸収が用いられる。記録は、 同調可能なＴｉ：サファイア・レーザ（１）を用いてλ₁＝720ｎｍで100ｆｓレ ーザ・パルスでもって実行される。前記の読出し工程に対しては、Ｎｄ：ＹＡＧ レーザ（２）を用いてλ₂＝532ｎｍで蛍光性材料が励起される。 実施例３：Ｔｂが添加された蛍光性感光ガラス状セラミック、すなわち（重量 パーセント）〜30ＳｉＯ₂−45ＰｂＦ₂−14Ａｌ₂Ｏ₃−10ＹＦ₃−１ＴｂＦ₃−0.05 Ｓｂ₂Ｏ₃−_0.01Ａｇ、が光メモリに対して用いられる。記録および読出しは２光 子工程に基づいて行われる。100ｆｓレーザ・パルスを有する同調可能なＴｉ： サファイア・レーザ（１）を用いてλ₁＝720ｎｍで書込みが行われ、そしてλ₂ ＝750ｎｍで読出しが行われる。 実施例４：実施例３と同様の蛍光性感光ガラス状セラミック、すなわち（重量 パーセント）〜69ＳｉＯ₂−15.3Ｎａ₂Ｏ−５ＺｎＯ−７Ａｌ₂Ｏ₃−0.25Ｔｂ₄Ｏ₇ −0.25ＣｅＯ₂−0.2Ｓｂ₂Ｏ₃−0.01Ａｇ−2.3Ｆ^-−0.7Ｂｒ^-、が光メモリに対し て用いられる。書込みは、100ｆｓレーザ・パルスを有する同調可能なＴｉ：サ ファイア・レーザ（１）を用いてλ₁＝720ｎｍで行われ、一方読出しはλ₂＝980 ｎｍで行われる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１１年４月３０日（１９９９．４．３０） 【補正内容】発明の要約 本発明の目的は、蛍光現象を用いてＷＯＲＭ型の３次元光メモリを得ることで ある。読出しサイクルは吸収の変化よりも蛍光を用いて行われるから、高い感度 が得られる。 本発明は、蛍光性感光材料、すなわち蛍光性感光ガラス（Ｅ．パベル(E.Pavel )、Ｌ．ツグレア(L.Tugulea)名の論文、ジャーナル・オブ・ソリッド・ステート ・ケミストリ（Journal of Solid State Chemistry）、134巻、362頁（1997年） ；Ｅ．パベル(E.Pavel)ほか名の論文、オプティクス・レターズ（Optics Letter s）、23巻、1304頁（1998年）），および本発明人により発明された蛍光性感光 ガラス状セラミック、に情報を書き込むおよび読み出すことに基づいている。前 記データの書込みおよび読出しは共焦点顕微鏡で実行される。共焦点の原理はマ ービン・ミンスキィ(Marvin Minsky)により発明（米国特許第3,013,467号）され た。１つの点光源が物体面に結像される。放射される蛍光は、検出器のピンホー ルを通って、光電子増倍管に向かって進む。このピンホールは空間フィルタであ り、それによりこの物体を含む焦平面からだけ放射された光を解析することがで きる。この事実により、改良された空間解像度を確実に得ることができる。コン ピュータはこの点をスクリーン上の１つの画素として表示する。完全な像を生ず るために、この光の点が物体全体にわたって移動する。検出器のピンホールを照 射のピンホールに対して共役の位置に配置することにより、焦平面からの情報だ けが検出器に到達することが確実に得られる。共焦点の原理は、蛍光顕微鏡法で は特に有益である。それは焦平面からくるのでない迷光をほぼ完全に除去するか らである。 したがってこのシステムは、細部にわたって最適の明瞭度と分解能を有する蛍 光画像を生ずることができる。共焦点システムＬＥＩＣＡ ＴＣＳ ＮＴは0.18 μ（ＦＷＨＭ）のｘ−／ｙ−分解能を達成し、およびλ＝488ｎｍにおいて0.35 μ（ＦＷＨＭ）より高い対応するｚ−分解能およびＮ．Ａ．＝1.32を達成する。 試料の解析される体積領域は１μｍ³以下である。蛍光顕微鏡法の改良が、蛍光 性感光材料の励起に対して２光子工程を用いることにより得られた。２光子顕微 鏡法は、焦点以外の光励起が無視できる程小さい真性の３次元分解能が得られる 非線形技術である。もし励起ビームが蛍光ビームに垂直であるならば、同様の結 果が得られる。書込み工程は、照射された面積領域の中に蛍光の変化を生ずる放 射線を備えた、蛍光性感光材料の照射により行われる。読出しは、材料の励起に より行われる。照射されない面積領域は強い蛍光を有する。 本発明は、コンピュータに応用することができるデータの記憶および検索のた めの新規なデバイスに対して利点を有する。発明の開示 本発明の特徴を開示している４つの実施例により、本発明を説明する。 添付図面を参照しての下記説明により、本発明の目的、特徴および利点が明確 になるであろう。 図１は書込み／読出しデバイスのブロック線図。 図２は共焦点顕微鏡の概要図。 図１は、光メモリ１の上にデータを記録および読出すための光システムの図で ある。この実験的なシステムは、共焦点顕微鏡２と、垂直走査システム３、７と 、動径走査システム４と、レーザ（１）５と、レーザ（２）６と、光メモリ１を 回転するためのエンジン８とを有する。書込み工程は、レーザ（１）の光ビーム でメモリ１の選定された体積領域を照射する段階を有する。この体積領域の選定 は、前記共焦点顕微鏡２と、垂直走査システム３と、動径走査システム４とで実 行される。蛍光性感光材料の照射された体積領域では（蛍光性感光ガラスの電子 レベルにおいておよび蛍光性感光ガラス状セラミックの構造レベルにおいて）遷 移が生じ、この遷移が原因となって蛍光の変化が生ずる。読出しを行うために、 ２つの工程を用いることができるであろう。これらの工程の中の第１の工程では 、１光子工程で励起を行う。光システムの中でレーザ（２）と垂直走査システム ７とが用いられる。前記の２光子工程に基づいている第２の工程では、レーザ（ １）の光ビームを試料に向けて進める。 書込み工程に用いられる共焦点顕微鏡（図２）は次の素子、すなわち、２個の ピンホール９、１０と、レンズ１１、１２、１３、１５と、ビーム・スプリッタ １４と、レーザ５と、検出器１６とを有する。 本発明は下記の実施例によって詳細に説明されるが、しかし本発明の利点はこ れらの実施例の中で説明される材料、組成および工程に限定されることを意味す るものではない。 実施例１：Ｃｅ、Ｅｕが添加された蛍光性感光ガラス、すなわちＮａ₂Ｏ−Ｐ₂ Ｏ₅−0.005ＣｅＯ₂−0.005Ｅｕ₂Ｏ₃、が光メモリに対する支持体として用いられ る。 メモリの書き込みは、前記レーザ（１）（ＸｅＣｌレーザ）を用いてλ₁＝308 ｎｍで行われ、そしてメモリの読出しは、前記レーザ（２）Ｎｄ：ＹＡＧレーザ に基づいてλ₂＝532ｎｍで行われる。 請求の範囲 １． 蛍光性感光ガラスが情報記録媒体として用いられることを特徴とするデ ータ記憶および検索システム。 ２． 蛍光性感光ガラス状セラミックスが情報記録媒体として用いられること を特徴とするデータ記憶および検索システム。 ３． 第１項および第２項に記載されたデータ記憶および検索システムにおい て、 ｉ） 共焦点顕微鏡２と、 ｉｉ） 最高100ｆｓの光パルスを有しおよび２光子工程による書込みと読出 しのために共焦点顕微鏡２に用いられる同調可能レーザ５と、 ｉｉｉ） 書込みビームおよび励起ビームを移動するために用いられる垂直走査 システム３および動径走査システム４と、 ｉｖ） 回転する光メモリ１と、 ｖ） 蛍光ビームに垂直なビームを有しおよび１光子工程により前記光メモ リを読出すための垂直走査システム７を備えた励起レーザ６と、 を有することを特徴とする前記データ記憶および検索システム。 【手続補正書】 【提出日】平成１２年１月１４日（２０００．１．１４） 【補正内容】 請求の範囲 １．蛍光性感光ガラスが情報記録媒体として用いられることを特徴とするデー タ記憶および検索システム。 ２．蛍光性感光ガラス状セラミックが情報記録媒体として用いられることを特 徴とするデータ記憶および検索システム。 ３． 第１項または第２項記載のデータ記憶および検索システムにおいて、 ｉ） 共焦点顕微鏡と、 ｉｉ） 同調可能なレーザであって、100ｆｓのレーザ・パルスを有し、書込 みおよび読出しのために２光子工程を用いる前記レーザと、 ｉｉｉ） 書込みビームおよび励起ビームを移動するために用いられる垂直走査 システムおよび動径走査システムと ｉｖ） 回転する光メモリと、 ｖ） １光子工程により前記光メモリを読出すために垂直走査システムを備 え、ビームが蛍光ビームに垂直である励起レーザと、 を有することを特徴とする前記データ記憶および検索システム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｃ０３Ｃ 3/16 Ｃ０３Ｃ 3/16 4/12 4/12 10/00 10/00 (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ， ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，Ｌ Ｓ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ， ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，Ｅ Ｅ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，Ｍ Ｄ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ， ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，Ｕ Ｚ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．蛍光性感光材料（蛍光性感光ガラスおよび蛍光性感光ガラス状セラミック ）が光メモリのための支持体として用いられることを特徴とするデータ記憶およ び検索システム。 ２． 第１項記載のデータ記憶および検索システムにおいて、 ｉ） 書込みのためのレーザ（１）５と、 ｉｉ） 共焦点顕微鏡２と、 ｉｉｉ） 書込みビームおよび励起ビームを移動するために用いられる垂直走査 システム３および動径走査システム４と、 ｉｖ） 回転する光メモリ１と、 ｖ） １光子工程により前記光メモリを読出すために垂直走査システム７を 備えた励起レーザ（２）６と、 を有することを特徴とする前記データ記憶および検索システム。 ３． 第１項および第２項に記載されたデータ記憶および検索システムであっ て、レーザ（１）が100ｆｓのレーザ・パルスを有するパルス・レーザであるこ ととレーザ（１）が書込みおよび読出しのために２光子工程を用いることとを特 徴とする前記データ記憶および検索システム。 ４． 第１項および第２項に記載されたデータ記憶および検索システムであっ て、１光子工程の場合に励起ビームが蛍光ビームに垂直であることを特徴とする 前記データ記憶および検索システム。 ５． 第１項、第２項、第３項および第４項に記載されたデータ記憶および検 索システムであって、２つの前記レーザが同調可能であってそれにより周波数可 変で動作することを特徴とする前記データ記憶および検索システム。