第五章-光信息存储材料-课件

第五章：光信息存储材料1PPT课件第五章：光信息存储材料1PPT课件数字信息存储信息产生：能量在时间或者空间上的分布信号：传递信息的能量噪声：那些被检测到但并非我们所需要信息的能量信息的存储：介质存储某一时刻的空间能量分布，并在此之后给与再现。光学存储：用介质记录光强的分布，经过激发，这个介质能忠实的还原先前存储的光强分布！2PPT课件数字信息存储信息产生：能量在时间或者空间上的分布信号：传递信5.1信息存储技术发展史结绳记事文字出现磁盘产生光盘应用3PPT课件5.1信息存储技术发展史结绳记事文字出现磁盘产生光盘应用35.2光信息存储技术光信息存储技术：利用特定波长的光作为信息的读写工具，从信息存储介质中读出或向信息存储介质中写入信息。光信息存储光源：激光（相干性、单色性、方向性）光信息存储分类全息存储逐点存储利用全息照相原理，将信息存储在记录介质中，读出时，通过光电探测器将光信号再转变成电信号输出。通过受信号调制的激光束与记录介质相互作用时产生的状态变化逐点记录信号，读出时再用激光束投射到记录介质表面，从反射光的强度变化中读出信息。4PPT课件5.2光信息存储技术光信息存储技术：利用特定波长的光作为信5.3光信息存储技术优点及性能指标1、信息存储密度高2、易于快速随机存取3、能存储图像和数字两种信息4、价格低廉，使用方便5、保存方便，且不易丢失光信息存储技术优点：光信息存储技术性能指标:1、存储容量：存储单元的数量2、存储密度：存储器单位面积上所能记存的数的多少3、存储周期：存或取一个数据所需要的时间5PPT课件5.3光信息存储技术优点及性能指标1、信息存储密度高光信息65.4光全息存储材料1948年伽伯（D.Gabor，全息照相之父）发现全息照相基本原理，19世纪60年代后迅速发展，1971年度的诺贝尔物理学奖。1、全息照相术的简介：利用干涉和衍射原理记录并再现物体光波波前的一种技术全反射镜被摄物体曝光定时器激光束分束镜全反射镜扩束镜全息干板三维6PPT课件65.4光全息存储材料1948年伽伯（D.Gabor，全2、全息照相术的基本原理：是基于干涉、衍射的原理全息照相过程包含记录和再现两过程:（1）用干涉方法记录物光波的全部信息；（2）用衍射方法再现物体的光学现象。7PPT课件2、全息照相术的基本原理：是基于干涉、衍射的原理全息照相过（一）波前的全息记录(拍摄过程):照明光H全息干板2、全息照相术的基本过程把一束激光分为两束，其中一束直接照到全息干板上，称为参考光R，另一束照射到被摄物体上，经物体反射后再照射到干板上，称为物光O。这两束光在全息板上相遇并产生干涉，经过显影、定影等暗室处理后，底片上形成明暗的复杂的干涉条纹，形成全息图底片上以干涉条纹的形式记录下物光波的全部信息(强度和位相)8PPT课件（一）波前的全息记录(拍摄过程):照明光H全息干板2、全息照干涉图样的明暗对比程度反映了物光波相对于参考光波之间振幅的变化；干涉图样的形状和疏密变化反映了物光波和参考光波之间的相位变化。首先利用光的干涉原理，从物体上发出的光波与参考光波发生干涉，记录干涉图样。由于干涉图样中既记录了光波的光强，又记录了光波的相位，故记录了相干光及物体光波的全部信息。9PPT课件干涉图样的明暗对比程度反映了物光波相对于参考光波之间振幅的变干涉图样为什么能记录相位呢？由图中的几何关系得：此式表明，在底片上同一处，来自物体上不同点的光，由于它们的或不同，与参考光形成的干涉条纹的间距就不同，因此底片上各处干涉条纹的间距反映了物光相位的不同，也反映了物体上各发光点的位置的不同。O为物体上某一发光点。设A,B为底片上两条相邻的暗纹，在A,B两处的物光和参考光必须都反相。由于参考光在A,B两处是同相位的，所以到达A,B两处的物光的光程差等于激光的波长。10PPT课件干涉图样为什么能记录相位呢？由图中的几何关系得：O为物体上—1级0级+1级虚像再现是衍射的结果（二）物光波前的再现:(成像过程)利用衍射原理再现物质光波用一束参考光（在大多数情况下是与记录全息图时用的参考光波完全相同）照射在全息图上，就好像在一块复杂光栅上发生衍射，在衍射光波中将包含有原来的物光波，因此当观察者迎着物光波方向观察时，便可看到物体的再现像。全息图的每一部分都记录了物体上各点的光信息，它的每一部分都能再现原物的整个图像，通过多次曝光还可以在同一张底片上记录多个不同的图像，而且能互不干扰地分别显示出来。11PPT课件—1级0级+1级虚像再现是衍射的结果（二）物光波前的再现:4、在同一张照片上，可以重叠数个不同的全息图。光全息照相的特点1、相干片上的花纹与被摄物体无任何相似之处，在相干光束的照射下，物体图像却能如实重现。2、立体感很明显（三维再现性），如某些隐藏在物体背后的东西，只要把头偏移一下也可以看到。视差效应很明显。3、全息图打碎后，只要任取一小片，照样可以用来重现物光波。12PPT课件4、在同一张照片上，可以重叠数个不同的全息图。光全息照相的特此时存储是由多个层面组成的存储，每一层中记录的页面存储采用了不同的编码。当一指定层被选出来写入或读出数据时，其他各层必须有效地不被激活。在全息三维光学存储器中，输入的二维页面信息被编码并分布到整个存储空间。光全息照相的特点13PPT课件此时存储是由多个层面组成的存储，每一层中记录的页面存储采用了在最简单的光学系统中，页面存储是被显示在页面编排器上的，这是一种空间光调整器。像面全息图空间光调整器全息记录介质参考光参考光记录再现平面全息存储器14PPT课件在最简单的光学系统中，页面存储是被显示在页面编排器上的，这是只有用与记录全息图所用参考光束完全相同的光作为参考光束才能再现物，这一特征提供了复用能力。参考光束相继以不同的入射角投向同一张胶片上，就可以记录多张全息图。特定角度的参考光只再现特定位置上记录的物，而其他物的再现位置是偏移的。需要高功率激光器和复杂光学元件页面存储的大小受空间光调制器和列阵探测器技术发展水平的限制，也受到透镜和系统中其他光学元件大小的限制。15PPT课件只有用与记录全息图所用参考光束完全相同的光作为参考光束才能再堆叠全息图三维存储器如果能够选择激活任意一层，那么几个平面全息图就能以分层的结构方式堆叠在一起形成三维光学存储器。设计思想采用双光子吸收材料的光子选通三维存储器采用电子俘获材料的叠层三维存储器电信号可以激活选定的层。堆叠全息图的三维光学存储器16PPT课件堆叠全息图三维存储器如果能够选择激活任意一层，那么几个平面全Thaxster和Kestigian在1974年证实，外加电场可以控制SBN全息图记录的灵敏度和全息图再现中的衍射效率。铌酸锶钡()通常写为SBN，是一种可以用来产生全息图的光折变材料。当在合适的方向加外场，且外场达到灵敏度增加，能够记录全息图外电场提供的漂移场促进了光离化电荷的分离。SBN层的堆叠17PPT课件Thaxster和Kestigian在1974年证实，外加电注意，电极应放在SBN层的边缘。陷进中电子被激发杂质离子均匀分布光电子扩散和漂移电荷重新分布隐藏：加对抗场，增强记录的电场方向相反记录：加增强记录的电场方向相同再记录：加增强记录的电场方向相同衍射效率降低SBN层的堆叠18PPT课件注意，电极应放在SBN层的边缘。陷进中电子被激发杂质离子均匀Chen和Brady提出了用PVA叠层和偏振转动器构成三维存储器件的建议。用PVA层存储全息图，每一层PVA上有偏振旋转器，它是由一对透明电极之间夹一层液晶而成。PVA特点只有在特定的偏振态下才能记录和再现全息图。PVA叠层结构PVA层堆叠19PPT课件Chen和Brady提出了用PVA叠层和偏振转动器构成三维存未加电压时，液晶旋转器可以将入射光的偏振态旋转90°（ON）；加上电压后，液晶偏振旋转器将不影响入射光的偏振态（OFF）。液晶偏转器工作过程配向膜带有细小沟槽的配向膜，作用是使液晶分子沿着沟槽排列ON态OFF态20PPT课件未加电压时，液晶旋转器可以将入射光的偏振态旋转90°（ON）入射光偏振方向是0°，且激活PVA层要求90°。液晶偏振器在OFF态时，入射光通过PVA层不受影响；液晶偏振器在ON态时，入射光偏振态旋转90°，激活选定的PVA层，下一个PVA层也置于ON态，入射光偏振态又回到0°。PVA叠层三维存储器工作原理21PPT课件入射光偏振方向是0°，且激活PVA层要求90°。液晶偏振器在被记录的三维干涉图样称为体全息图，在再现过程中，它又可以转换成最初的二维图样。提高存储容量图的再现受布拉格条件的限制，相同波长的再现光束的照射角度必须与记录过程中的参考光束记录角度相同。体全息图再现要求在普通应用中，平面全息图用来产生物体的三维显示；在数字光学存储应用中，体全息图用于记录和显示二维页面存储。具有三维衍射光栅的性质体全息三维光学存储器22PPT课件被记录的三维干涉图样称为体全息图，在再现过程中，它又可以转换具有独创性设计的第一个三维全息光学存储器原型是D’Auria等人1974年提出的，它基于下图所示的结构，只是每一个微小的平面亚全息图替换为掺铁铌酸锂体亚全息图。偏转器将参考光束定位到全息片的亚全息图上以再现页面存储23PPT课件具有独创性设计的第一个三维全息光学存储器原型是D’Auria三维全息光学存储器研究进展工艺用SBN光纤制作微体积亚全息图，其直径为1mm，长度为4mm，存储容量为30~50个页面。材料易生长进展Mok等人后又将5000张全息图存储在2cmX1.5cmX1cm掺铁铌酸锂晶体内。Mok等人成功的将500张320X320像素图像全息图存储在1cmX1cmX1cm掺铁铌酸锂晶体内。24PPT课件三维全息光学存储器研究进展工艺用SBN光纤制作微体积亚全息图实验装置必须具备下述的三个基本条件：3．高分辨率的感光底片。当物光与参考光之间的夹角θ=60°时，λ=632.8nm时，d=0.6328μm

干涉条纹宽度：1．一个好的相干光源。激光，时间相干与空间相干；2．一个稳定性较好的防震台。干涉条纹宽度属于波长数量级；25PPT课件实验装置必须具备下述的三个基本条件：3．高分辨率的感光底片。光全息照相与普通照相的区别26PPT课件光全息照相与普通照相的区别26PPT课件动态全息图白光全息图真彩全息图光全息图片27PPT课件动态全息图白光全息图真彩全息图光全息图片27PPT课件全息照相的应用1、全息干涉测量全息干涉测量特别适用于各种材料的无损检验。全息干涉测量技术是把全息照相和干涉测量技术结合在一起形成的，也叫三维干涉测量技术。一个被测物体经过全息照相后，即记录了该物体的一个精确的形象。如果物体以后发生了某种形变，可以把这个物体经全息照相记录的形状与被记录的物体的原始形状进行光学比较，从而精确地指出物体形状的微小变化，尽而判断物体的某些性质和状态。其具体方法有一次曝光法和二次曝光法。28PPT课件全息照相的应用1、全息干涉测量全息干涉测量特别2、全息照相制作光学元件用全息照相法制作光学元件，能大大地改善光学元件的性能。例如，用全息法制作光栅完全摆脱了机械刻划的陈旧方式。采用记录干涉条纹的照相方法可以方便地得到质量较好的衍射光栅。这种全息光栅的特点：杂散光很小，且一般来说分辨率高。全息图还可以制作波带片等光学元件及作为防伪商标。29PPT课件2、全息照相制作光学元件用全息照相法制作光学元件，能大大地改5.3光学存储介质照相胶片（photographic），或者叫卤化银胶片，是用来存储图像的最常用的介质。胶片或者照相干板通常以透明的醋酸纤维胶片或者玻璃作为基片，在其上镀一层感光乳胶。乳胶有大量微小的感光卤化银颗粒组成，这些颗粒悬浮在明胶当中。卤化银乳胶可以用来产生相位调制和振幅调制存储机制AgBr，AgCl5.3.1照相底片30PPT课件5.3光学存储介质照相胶片（photographic），最初溴离子吸收光子产生一个溴原子：Ag＋Br－Ag＋＋Br0＋e吸收光银离子能与电子结合产生银原子Ag＋＋e→Ag0提供了潜影

照相底片当感光乳胶曝光时，一些卤化银颗粒吸收光能后发生复杂的物理化学变化，吸收足够能量的颗粒马上会还原为银原子。生成的明胶乳剂熔化后涂布在玻璃板或塑料片基上，形成照相干板。31PPT课件最初溴离子吸收光子产生一个溴原子：Ag＋Br－照相三步骤曝光显影定影5.3光学存储介质根据底片的感光特性及当时的照明条件，选择适当的曝光量将底片曝光，使其在底片上形成潜像显影的作用是使有潜像的底片在显影液的化学作用下，以潜像上已析出的银原子为显影中心，将附近卤化银微粒的银原子还原出来。析出的银粒子数目与感光强弱成正比。显影一定时间后，就会显现出黑白图像其作用是将底片上未起光化作用的卤化银微粒从片基上溶去，以防止它们继续感光变黑。32PPT课件照相三步骤曝光显影定影5.3光学存储介质根据底片的感光特如果将牛的软骨、蹄和骨头放在一起煮足够长的时间，它们最终将成为胶状，这些胶在经过提炼可以得到明胶。明胶胶片可以通过在衬底上浸涂(dip-coating)或者刮制(doctor-blading)的方法获得提取方法明胶遇水膨胀。明胶本身对光不敏感，用化学敏化方法增加其感光性，通常是在其中加入重铬酸铵([NH4]2Cr2O7)，它能够使明胶内部发生变化从而对光敏感。明胶特点5.3.2重铬酸盐明胶33PPT课件如果将牛的软骨、蹄和骨头放在一起煮足够长的时间，它们最终将成明胶光化学反应吸光明胶明胶交叉连接变多明胶水膨胀变弱浸泡明胶中产生折射率差明胶酒精脱水34PPT课件明胶光化学反应吸光明胶明胶交叉连接变多明胶水膨胀变弱浸泡明胶聚合过程就是两个或者多个相同物质的分子在一起形成一个新的分子（聚合体），这个分子和原来的物质分子（单体）具有相同的组分，其分子量是组成聚合体的原始分子量的整数倍。商用的光聚合物是由单体和光敏物质通过聚合胶混合形成的软片。聚合定义光聚合物（photoploymer）5.3.3光敏聚合物35PPT课件聚合过程就是两个或者多个相同物质的分子在一起形成一个新的分子光聚合过程聚合体的浓度变化荧光曝光使图像稳定，实现折射率调制曝光单体聚合光聚合物单体扩散36PPT课件光聚合过程聚合体的浓度变化荧光曝光使图像稳定，实现折射率调制光刻胶是一种有机光敏材料，它广泛应用于集成电路(IC)芯片制造的光刻过程。负型胶：在曝光之后，光刻胶会由于聚合或者其他过程变得不溶于溶剂，那些没有曝光的部分被冲洗掉之后就剩下了曝光的图像。正型胶：感光的光刻胶溶于显影溶液的图像以浮雕图样被记录下来光刻胶有两种类型：正型胶和负型胶。5.3.4光刻胶37PPT课件光刻胶是一种有机光敏材料，它广泛应用于集成电路(IC)芯片制5.3.4光刻胶光刻胶由三部分组成：1，感光剂；2，增感剂；3，溶剂。超分辨率干版就是在玻璃基片表面上涂布一层含颗粒极细的卤化银乳胶乳胶的成分：乳化剂、分散介质和辅助剂等乳化剂：硝酸银和卤化物(溴化钾，碘化钾、氯化钠等)分散介质：明胶。它易溶于热水，冷凝后成固体状态，其分子链的连接是通过链上某些氨基(＞NH)中的氢和相邻分子链上羰基(=C=O)中的氧所形成的氢健。38PPT课件5.3.4光刻胶光刻胶由三部分组成：1，感光剂；2，增感剂增感剂的作用是使卤化银的感光范围展宽防灰雾剂的作用是抑制乳胶中灰雾中心的形成，常用的防灰雾剂有苯酚三氮唑、溴化钾等分散介质(或载体)在乳胶中起分散介质和支撑体的作用。辅助剂：增感剂、防灰雾剂、稳定剂以及坚膜剂等5.3.4光刻胶39PPT课件增感剂的作用是使卤化银的感光范围展宽辅助剂：增感剂、防灰雾剂负性光刻胶分类：依曝光时抗蚀剂结构变化的方式，又有两种典型类型。一种是利用抗蚀剂分子本身的感光性官能团，如双健等进行交链反应形成三维的网状结构另一种是利用交链剂(又称架桥剂)进行交联形成三维的网状结构。聚烃类—双叠氮系光致抗烛剂就是属于这一类5.3.4光刻胶-负性光刻胶40PPT课件负性光刻胶分类：5.3.4光刻胶-负性光刻胶40PPT课件5.3.4光刻胶-负性光刻胶光照利用抗蚀剂分子本身的感光性官能团发生的光聚合反应41PPT课件5.3.4光刻胶-负性光刻胶光照利用抗蚀剂分子本身的感光性遇光照射时发生分解反应，放出氮气，变成氮游离基，然后再与树脂上的双健发生反应，而成为网状结构的不溶性物质5.3.4光刻胶-负性光刻胶交链剂双叠氮化合物42PPT课件遇光照射时发生分解反应，放出氮气，变成氮游离基，然后再与树脂邻叠氮萘醌类化合物在紫外光照射下发生分解反应，放出氮气，同时分子的结构经过重排形成五元环烯酮化合物，遇水经水解生成茚基羧酸衍生物5.3.4光刻胶-正性光刻胶43PPT课件邻叠氮萘醌类化合物在紫外光照射下发生分解反应，放出氮气，同光刻过程涂胶，前烘，曝光，显影，坚膜，腐蚀和去胶等七个步骤。光刻工艺过程示意图44PPT课件光刻过程光刻工艺过程示意图44PPT课件a,接触式b,接近式c,投影式光学曝光45PPT课件a,接触式光学曝光45PPT课件接触曝光：光的衍射效应较小，因而分辨率高；但易损坏掩模图形，同时由于尘埃和基片表面不平等，常常存在不同程度的曝光缝隙而影响成品率。接近式曝光：延长了掩模版的使用寿命，但光的衍射效应更为严重，因而分辨率只能达到2—4um左右。投影式曝光：掩模不受损伤，不存在景深问题提高了对准精度，也减弱了灰尘微粒的影响，已成为LSI和VLSI中加工小于3um线条的主要方法。缺点是投影系统光路复杂，对物镜成像能力要求高。三种方法比较46PPT课件接触曝光：光的衍射效应较小，因而分辨率高；但易损坏掩模图形，正光刻胶负光刻胶显影剂氢氧化钠二甲苯Stoddard溶剂冲洗水n-醋酸丁酯从曝光到显影47PPT课件正光刻胶掩模材料大致可分为两大类：在玻璃基板表面涂布卤化银乳剂的高分辨率干板在玻璃上附着金属或金属氧化物膜的硬面板从曝光到显影---掩模材料平面度好，机械强度高，在白炽灯下观察，无肉眼看得见的气泡、杂质、霉点和划痕热膨胀系数小透射率高化学稳定性好。玻璃衬底的要求48PPT课件掩模材料大致可分为两大类：从曝光到显影---掩模材料平面度好几种掩膜材料的特性比较49PPT课件几种掩膜材料的特性比较49PPT课件一类是掩模图形范围内多余的部分，如小岛、凸出和连条等不透明缺陷。一类是掩模图形范围内缺少的部分，如针孔、凹口，断条等透明缺陷。掩膜缺陷的种类50PPT课件一类是掩模图形范围内多余的部分，如小岛、凸出和连条等不透明缺衡量光刻胶好坏的标准1，感光度2，分辨率3，粘度及固态含有率4，稳定性5，抗蚀性6，黏附能力7，针孔密度51PPT课件衡量光刻胶好坏的标准1，感光度51PPT课件热塑

材料利用静电力所引起的塑性流动形成相位全息图的浮雕图像。热塑过程的基本要素是要在热塑层中建立与入射光场图样相同的电场图样，电脉冲对热塑层加热使得热塑层的形变对应于电场图样。5.3.5热塑材料热塑存储：电子束型热塑记录

感光性热塑记录52PPT课件热塑材料利用静电力所引起的塑性流动形成相位全息图的浮雕图像热塑存储：电子束型热塑记录感光性热塑记录53PPT课件热塑存储：电子束型热塑记录53PPT课件透明导电层光电导材料玻璃基底热塑层扫描电子束接地正负电荷吸引力产生静电压力压力大小与表面电荷密度的平方成反比例静电力使均匀加热的塑料产生形变，冷却后形变终止，图像被固定电子束型热塑记录过程54PPT课件透明导电层光电导材料玻璃基底热塑层扫描电子束接地正负电荷吸引曝光前曝光透明导电层光电导材料玻璃基底热塑层充电曝光后二次充电透明导电层光电导材料玻璃基底热塑层玻璃基底透明导电层光电导材料热塑层放电照明区照明区电场加强充电加热照明区形变感光型热塑记录1.塑料层均匀充电2.相干光下曝光3.加热至热塑层融化4.冷却固定形变55PPT课件曝光前曝光透明导电层光电导材料玻璃基底热塑层充电曝光后二次充5.3.5热塑材料及其制备方法基片：玻璃或透明塑料导电涂层作用：1.通电对热塑材料加热，要求电阻率均匀；2.静电接地。光导热塑的基质:聚苯乙烯苯乙烯-辛基-丙烯酸酯的共聚物苯乙烯-丙烯酸酯聚合物56PPT课件5.3.5热塑材料及其制备方法基片：玻璃或透明塑料56PP光折变材料是含有电子陷阱的晶体。光折变效应是指非线性光学材料在光照条件下由于其内部电荷重新分布而导致材料的折射率发生空间调制，即光致折射率的变化。5.3.6光折变材料1966年，贝尔实验室把强绿光或蓝光聚焦在铌酸锂晶体上会引起晶体折射率的变化，“激光损伤”，加热至200°以上恢复到原始状态。光折变材料能吸收外来光而产生介质内电荷的迁移，由此形成一个空间电荷分布和相应的电场，通过光电效应使介质的折射率受到调制。57PPT课件光折变材料是含有电子陷阱的晶体。光折变效应是指非线性光学材料LiNbO3:Fe光致折射率变化过程改变了材料的折射率LiNbO3陷进中电子被激发杂质离子均匀分布电荷空间重新分布，产生电场，通过线性光电效应，感应出空间折射率分布干涉光电子扩散和漂移Fe2+占有电子的陷阱(施主)Fe3+空位的陷阱(受主)曝光掺Fe造成的感光电子陷阱，存储是由于电子在这些陷阱中进行空间重新分布而实现的在可见光区有一条与将陷阱内的电子激发至导带相对应的吸收带产生相应的自由电子图像58PPT课件LiNbO3:Fe光致折射率变化过程改变了材料的折射率LiNI(x)入射相干光干涉条纹的强度分布；ρ(x)为电荷密度分布E(x)静电场分布△n(x)折射率改变量分布59PPT课件I(x)入射相干光干涉条纹的强度分布；59PPT课件光致变色材料有两种独特的稳定态A和B，称为色心，它们分别对应于两个吸收带波长λ1和λ2，当用λ1波长照明时，材料经历从稳定态A向稳定态B的转变。当转变完成后，材料就不再对λ1的光敏感，材料的吸收带也就移到了λ2。5.3.7光致变色材料光致变色过程可以使用波长的光写入而使用波长为的光读出光学数据。全息图应用重要特征——光致变色过程是个可逆过程!光致变色是折射率变化或电光效应，不是色彩变化60PPT课件光致变色材料有两种独特的稳定态A和B，称为色心，它们分别对应A无色有色Bhv有色受热，或hv’A无色Bhv受热光色逆光色显色反应激活反应热消色光消色颜色搭配光致变色现象61PPT课件A无色有色Bhv有色受热，或hv’A无色Bhv受热光色逆光色海影号隐形坦克隐身衣62PPT课件海影号隐形坦克隐身衣62PPT课件电子俘获(Electron-trapping,ET)材料类似于光致变色材料，也有两个可以通过吸收波长和的光而互相转换的可逆稳定态A和B。与光致变色材料不同的是，可以利用电子俘获材料的受激辐射光来输出，而不是采用吸收读出光的方式。在材料的某发光中心复合。稳态1稳态25.3.8电子俘获材料63PPT课件电子俘获(Electron-trapping,ET)材料类似双光子吸收材料从基态到稳定态的激发态的跃迁需要两个而不是一个光子，并且也需要另一对光子去激励激光态离子返回到基态。这两个光子可以是波长相同的，但不同波长的光子会更好。双光子材料的工作方式与电子俘获材料非常类似，都需要记录光束进行数据写入，利用读出光束激励材料的受激部分而发光。双光子吸收现象通常被称为光子选通，即利用一个光子控制另外一个光子的行为。5.3.9双光子吸收材料64PPT课件双光子吸收材料从基态到稳定态的激发态的跃迁需要两个而不是一个双光子吸收原理S1(初始态)S2S3(稳态)S465PPT课件双光子吸收原理S1(初始态)S2S3(稳态)S465PPT课细菌视紫红质能够通过直接干燥分离紫色膜并使其覆于玻璃基底上或者嵌入聚合体中而获得。细菌视紫红质(bacteriorhodopsin)是一种生物学光致变色材料，它是一种微生物紫色膜中一种吸收光的蛋白质，叫做Halobacteriunbalobium。这种细菌生长在盐沼泽地中，那里含盐浓度约为海水的6倍。什么是细菌视紫红质如何获得细菌视紫红质5.3.10细菌视紫红质66PPT课件细菌视紫红质能够通过直接干燥分离紫色膜并使其覆于玻璃基底上或细菌视紫红质储存原理B稳态JKM稳态质子质子光子细菌视紫红质具有光驱动质子泵的功能。变色67PPT课件细菌视紫红质储存原理BJKM质子质子光子细菌视紫红质具有光驱无论是有机材料还是无机材料这些材料所面临的主要困难是它们必须在很低的温度下工作(<100K)。嵌在固体光学晶格中的燃料分子（杂质）的吸收频率会因为它们与周围晶格的相互作用而发生移动，因此燃料分子的吸收线就成为一个宽而连续的不均匀的光学吸收带。当燃料分子被特定频率的光照明时，它们会发生化学反应。吸收漂白读出5.3.11光化学烧孔材料68PPT课件无论是有机材料还是无机材料这些材料所面临的主要困难是它们必须持续光谱烧孔(PSHB：PersistentSpectralHole—Burning)技术利用对不同频率的光吸收率不同来识别不同分子，它有可能使光存储的记录密度提高3-4个数量级，它属于四维光存储。69PPT课件持续光谱烧孔(PSHB：PersistentSpectra5.3.12磁光材料磁光材料(MO)将二进制信息存储为磁化向上和向下两个状态。最常用的MO介质是锰铋(MnBi)合金薄膜，所记录的数据用线偏振激光束读出，该激光束会因法拉第效应或克尔效应产生一个小的旋转，光束偏振态是左旋还是右旋取决于磁化是向上还是向下。铁磁性材料是某些物质的一种属性，在撤出外部磁化场时，这种物质仍能保持磁化强度。在铁磁材料中，原子的磁矩沿相同方向排列。当铁磁材料被加热超过居里点的温度时，原子开始随机热运动，磁矩也随机热取向，结果材料变成顺磁性的。70PPT课件5.3.12磁光材料磁光材料(MO)将二进制信息存储为磁化透射的法拉第效应偏振光发生旋转的偏振光磁场H入射光透射光旋转角与薄膜厚度成比例克尔效应发射光的偏振面发生旋转71PPT课件透射的法拉第效应偏振光发生旋转的偏振光磁场H入射光透射光旋转光盘利用磁克尔效应进行光磁记录的原理非接触式、大容量记录介质非记录位记录位直线偏振光记录层磁距记录位反向磁化

激光照射72PPT课件光盘利用磁克尔效应进行光磁记录的原理非接触式、大容量记录介质5.3.13可擦除型光盘材料可擦除型光盘材料按照记录信息的不同机理可分为：

态变型，相变型，磁光型态变型：不成化学计量比的氧化物这种材料制成的薄膜在光辐照和热作用下光透过率大部分下降（光、热黑化现象），这种现象是由于本征吸收极限变化引起的。73PPT课件5.3.13可擦除型光盘材料可擦除型光盘材料按照记录信息数据记录点在两个状态的转换是受控且可逆的，这两个状态通常是非晶态和结晶态；结晶态的反射率是非晶态的4倍；利用光束反射强度的差别识别记录的二进制数据。用相变材料进行光学记录的基本原理结晶体原子周期排列不透明非晶体原子随机排列透明相变型存储材料74PPT课件数据记录点在两个状态的转换是受控且可逆的，这两个状态通常是非Tg:转化为非晶体的温度点Tm:熔点温度用激光束加热斑点Tg<T<Tm缓慢冷却用激光束加热斑点T>Tm快速冷却非晶态和结晶态之间的转换75PPT课件Tg:转化为非晶体的温度点Tm:熔点温度用激光束加热斑点76PPT课件76PPT课件当需要擦除和向MO中重新写入数据时，写入激光束会将纪录介质加热到居里点，然后偏置磁体是被加热区域的磁化强度矢量倒转以表示一个位(bit)。检偏器擦除或写入过程：低功率线性偏振激光束能够用来读取MO碟上的数据。读出：磁光型存储材料利用线偏振光的偏振状态受磁性记录介质的影响发生变化(科尔效应),可实现信息的记录。记录方式：补偿点记录

居里点记录77PPT课件当需要擦除和向MO中重新写入数据时，写入激光束会将纪录介质加5.4.1光学磁带一连串的数据能够记录在磁带上，但磁带记录的缺点是不能快速随机的访问数据。磁带必须从头开始卷带以寻找需要的数据。光学磁带传统上用于电影胶片来记录影片的音轨。5.4位图光学存储78PPT课件5.4.1光学磁带一连串的数据能够记录在磁带上，但磁带记最成功的光学存储介质是光碟。需要记录的信号以凹坑的长度以及轨道上坑与坑之间的距离来编码。GaAlAs激光器记录光源：光碟的基本结构5.4.2光碟79PPT课件最成功的光学存储介质是光碟。需要记录的信号以凹坑的长度以及轨5.4.2.1只读光盘光信息读取过程：坑的深度典型值为0.13微米。在没有坑的地方，光线被全部反射回探测器；在有坑的地方，聚焦光束能够覆盖以及坑周围的盘面，且都镀有高反射率的材料，坑的深度设计恰好能使坑内反射的光和盘面反射的光的位相差，这样两束光就在表面相消干涉，从而只有很少的光进入探测器。CD、CD-ROM80PPT课件5.4.2.1只读光盘光信息读取过程：坑的深度典型5.4.2.2WORM光碟WORM（一次写入，多次读取）光碟用聚碳酸脂或者坚硬的玻璃作为基底，记录层具有高反射率物质(如燃料聚合体或者碲合金)。和其他光碟一样，记录层上也覆盖了一层透明的塑料来保护介质。WORM系统利用激光束顺序记录数据。写入光束在记录介