多波长写入多层光信息存储和处理元件的制作方法

xiaoxiao2020-8-1  1

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专利名称:多波长写入多层光信息存储和处理元件的制作方法
技术领域
本发明是一种用于计算机数据处理的光存储和图象处理元件,这种元件由多层不同的红外激励发光材料构成,它能用不同波长的光写入信息,用近红外光读出信息,读出信号为在可见光区具有不同光谱响应的不同颜色的发光。因而信息的读写能在各层间并行的操作,互不干扰,从而可使存取速率加快。存储密度也将进一步扩大。
光信息存储和处理技术的发展需要速度快,容量大,稳定性好,能并行,实时的对光信息进行存储和处理的器件。红外激励发光材料具有理想的特点。与其它的光存储材料不同,这种材料用波长λ1的光写入信息,用波长为λ2的近红外光读出信息,读出信号为具有第三种波长的可见光。三束光在频率上是分离的,互不干扰;这种光存储器的读出信号对写入光和读出光具有几个数量级的响应范围,并且能用较低功率的激光快速写入。[见美国专利US 4806772(HO5B33/);US 4812659(HO5B33/00);US812660(HO5B33/00)和本发明人申请的专利,申请号95111585.5及95111675.4]。上述专利提供了不同种类的电子俘获光存储的材料或单层元件。
本发明的目的是提供一种多波长写入的多层光存储和信息处理元件;这种多层结构的元件可用多种不同波长写入,用相同或不同的近红外光读出,输出信号为不同颜色的可见光。
本发明是利用各层的材料具有不同的写入光谱和透射光谱分布的特点,能用一个多波长光源或二个以上的或可调谐光源,同时借助层间介质的滤波作用来写入信息。利用各层读出信号光色不同来从光谱上分离和比较各层信息;利用读出光的强度和焦长的变化来进行层间的选择读出。
本发明的多层光存储元件的构成如

图1—4所示。其中数字a1,a2,…aN,表示不同的电子俘获材料的膜层(通常为4—20μm厚),N为元件存储膜层的层数N≥2,而b1,b2,…bN为其相应的衬底,c和d分别为必要的滤光膜和保护膜。选择性能合适的电子俘获材料的膜层a1,a2,…aN,敷在衬底介质b1,b2,…bN上,b1,b2,…bN可为某种滤光介质层,或其另一面涂以窄带通的滤光介质膜或者是对某一波段的反射膜的光学介质层或滤光介质层(例如b1层上紫外反射膜应反射掉λ<300nm的所有紫外光,因为紫外光对其余各层的材料都有写入作用)。
可利用的电子俘获材料及其有效写入波长和读出信号波长在表1中给出。
表1
#.对所有五种材料,波长λ<300nm的紫外光都是有效写入光。
上述材料可按不同的顺序排列组合成多层光存储元件,组合的原则如下1.对某一层的写入光不造成对其它层的干扰,也就是说各层的写入光是各自独立互不干扰的,如对a2层的写入光不造成对a1和a3层的干扰;2.每一层的发射光能从其上面各层透过,如对a2层的发射光能够透过覆盖其上面的a1,b1层等;3.层间的距离适当选择,使之有利于各层清晰的写入或读出;4.适当的选择材料的顺序尽可能的减少层间的干扰;本发明元件的制做方法1.利用已有的技术将各种电子俘获材料薄膜a1,a2,…aN,做在衬底b1,b2,…bN上,如b1可为不透紫外光的滤光介质或其另一面涂以全反射紫外光(λ<300nm)的介质膜,衬底的厚度在0.5-2.0mm之间,材料可为氧化铝晶片,或石英片,滤光玻璃或硬质有机薄片;2.用透明粘合剂(如多聚物,有机树脂等)逐层胶合,或边缘胶合,层间充以折射率匹配液,最后涂以保护膜或塑封,如图1-4所示。
本发明元件的用处广,如1.做为光计算中的可擦除空间光调制器,或逻辑开关;2.用于图象识别或相联存储器;3.光学图象和信息存储器件;4.计算机的某种硬件,等。
本发明元件的优点1.本元件具有电子俘获材料带来的各种优点如存取速率快,没有热效应;灵敏度高,适宜选择写入和读出光源,讯/噪比高,读/写/擦方便等;2.因多层存储,进一步扩大了容量;3.因并行操作,进一步提高了速度;4.使用多波长,增加控制通道,等。
附图图1.二层光信息存储和处理元件结构示意2.四层光信息存储和处理元件结构示意3.八层光信息存储和处理元件结构示意4.多层光信息存储和处理元件结构示意图实施例实例1当N=2时选择一块不透紫外光的介质作为衬底b1,或涂以反射紫外光的膜层c,然后在衬底一面涂CaS(Ce,Sm)膜层作为层a1,另一面涂材料VI[CaS(Eu,Sm)](或材料V和VII)薄膜作为层a2。表面涂以保护膜d或塑封,即得一种最简单的二层结构的元件,如图1。
对这种元件,可选择λ<~280nm的紫外光作为层a1的写入光,因衬底b1或c不透紫外光,层a2不受紫外光的干扰;选择440—560nm之间的任何可见光对层a2写入信息时,同样不影响层a1。
读出时可用850—1550nm之间的任何红外光源。逐层读出或擦除时可采用掠入射的方式;对于逐点读出每层的信息,可利用光学的方法,通过调制红外光的焦距来达到;同时,每层发射的信号光谱不同,可利用CCD和滤波的方法分别处理。
实例2当N=4时做一个如图2所示的四层元件。层a1为CaS(Ce,Sm),其写入光为λ<280nm的紫外光,选择一块不透紫外光的介质作为衬底b1或涂以反射紫外光的膜层c,然后在衬底另一面涂材料II[SrS(Cu,Sm)]薄膜作为层a2,该层选用~320—380nm之间的光写入;层a3为材料V[SrS(Eu,Sm)],用~470—490nm的光写入,其下面的衬底b3选用对λ<520nm的光截止透过的材料,以便使第四层a4的材料VI[CaS(Eu,Sm)]的薄膜,不受第三层a3写入光的影响,而层a4选择540—570nm的光写入信息。
读出时可用850—1550nm之间的任何红外光源。逐层读出或擦除时可采用掠入射的方式;或用柱面镜将光束汇集成片,利用波导效应从侧面逐层寻址。对于逐点读出每层的信息,可利用光学的方法,通过调制红外光的焦距来达到。同时,每层发射的信号光谱不同,层序的安排有利于信号光的透过,同时可利用CCD和衬底滤波的方法分离各层读出信号。
实例3当N=8时做一个如图3所示的八层元件。其中以实例2的四层元件为第一个单元1;第二个单元2结构为层a1′为材料I,层a2′为材料IV,层a3′为材料VII,层a4′为材料VI,原则相同。二个单元a4层与a4′层通过一红外透过介质b4图中为(F)胶合,对称的组合在一起。这样信息可从二个方向写入和读出。
读出时可用850—1550nm之间的任何红外光源。逐层读出或擦除时可采用掠入射的方式;或用柱面镜将光束汇集成片,利用波导效应从侧面逐层寻址。对于逐点读出每层的信息,可利用光学的方法,通过调制红外光的焦距来达到。同时,每层发射的信号光谱不同,可利用CCD和衬底滤波的方法分别处理。
实例4当N>8时做一个多层元件。其中层a1-材料I(写入波长λw→280nm),层a2-材料II(λw→320nm),层a3-材料III(λw→420nm),层a4-材料IV(λw→360nm),层a5-材料VI(λw→480nm),层a6-材料V(λw→450nm),层a7-材料VI(λw→530nm),层a8-材料V(λw→450nm),层a9-材料VI(λw→530nm),层a10-材料VII(λw→430nm),…等。衬底b1选用不透紫外光(λ<300nm)的介质,衬底b5另一面涂有反射波长λ~480nm的介质膜。表面塑封并对无用的光屏蔽。层数受膜层透过和介面反射的限制,需视实际情况而定。
可垂直层面写入,通过变化写入光的焦距,必免层间干扰,也可通过膜层对写入光的吸收,和拉开相同材料膜层间的距离,来减少不同层的写入干扰。
读出时可选择~800nm-1500nm的光垂直层面变化焦距对a1,a2,…aN各层寻址,前面各层发射绿光,后面各层发射红光,后面各层发射能从前面各层透过。也可从侧面用柱面镜将光束汇集成片,利用波导效应逐层寻址。
权利要求
1.一种多波长写入多层光信息存储和处理元件,在衬底b上敷有电子俘获材料做为存储膜层a,在膜层表面上有滤光膜和保护膜d。其特征在于存储膜层a的膜层数N≥2,即存储膜层a是由具有不同写入波长,同用红外光源激励的发射在可见光区内的光色不同的电子俘获材料的N层膜a1,a2,…aN所构成的,而相应的衬底b为b1,b2,…bN。
2.根据权利要求1的光信息存储和处理元件,其特征在于构成存储膜层a的不同有效写入波长的电子俘获材料是SrSY,CaSY或者是CaxSr1-xSY,其中Y为Ce,Sm,Cu,Eu。
3.根据权利要求1的光信息存储和处理元件,其特征在于衬底b是滤光介质层,或者是单面涂以窄带通滤光介质膜或反射膜的光学介质层或滤光介质层。
4.根据权利要求1或2或3的光信息存储和处理元件,其特征在于存储膜层a1,a2,…aN每一层的写入光是各自独立,互不干扰的。
5.根据权利要求1或2或3的光信息存储和处理元件,其特征在于存储膜层a1,a2,…aN每一层的发射光能透过复盖其上面的各层。
全文摘要
本发明是一种多波长写入的多层光信息存储和处理元件。它是由多种具有不同写入和发射波长的电子俘获材料敷在衬底b
文档编号G11B7/24GK1131313SQ95113370
公开日1996年9月18日 申请日期1995年12月26日 优先权日1995年12月26日
发明者陈述春, 干福熹 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所

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