многослойный оптический диск

Формула изобретения

1. Многослойный оптический диск, включающий последовательность чередующихся слоев оптически прозрачных материалов, объединенных в группы, включающие в себя волноводный слой материала с показателем преломления n₁, заключенный между изолирующим слоем материала с показателем преломления n₂, удовлетворяющим соотношению n₂<n₁ и информационным слоем фотохромного материала с показателем преломления n₃ , отличающийся тем, что показатели преломления материалов волноводного и информационного слоев удовлетворяют условию |n₃-n ₁|<0,001.

2. Многослойный оптический диск по п.1, отличающийся тем, что толщина информационного слоя d удовлетворяет условию 1 мкм<d<10 мкм.

3. Многослойный оптический диск по п.1, отличающийся тем, что толщина волноводного слоя D удовлетворяет условию 5 мкм<D<100 мкм.

4. Многослойный оптический диск по п.1, отличающийся тем, что толщина изолирующего слоя удовлетворяет условию 1 мкм< <5 мкм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам трехмерной оптической памяти и может быть использовано во всех областях вычислительной техники, где требуется производить запись больших массивов информации на компактные носители.

При создании многослойных оптических дисков с большим числом информационных слоев одной из основных проблем является адресация информационного слоя при считывании данных. В известных одно- и двухслойных оптических дисках считывающее излучение доставляется к информационному слою через плоскую поверхность диска. Однако, если число слоев возрастает, то возникают большие проблемы с определением номера информационного слоя, из которого принимается сигнал, содержащий записанные на него данные. Эта проблема решается за счет направления считывающего излучения в специальный волноводный слой, расположенный вблизи адресуемого информационного слоя диска через его боковую (цилиндрическую) поверхность.

Известен многослойный оптический диск (патентная заявка США № 2008/0305324 A1, опубл. 11.12.2008, B32B 17/10), включающий несколько информационных слоев, разделенных между собой по крайней мере двумя изолирующими слоями, выполненными из полимеров с различными механическими свойствами. Один из изолирующих слоев обладает повышенной жесткостью за счет введения в него наполнителя и имеет толщину от 5 до 15 микрон, другой - повышенной упругостью и имеет толщину от 10 до 50 микрон. Описанная конструкция обеспечивает высокие механические свойства многослойного оптического диска, а именно - деформационную стойкость. Однако данный диск не предназначен для использования в считывающих устройствах с высокой точностью адресации, так как его конструкция не предполагает наличия волноводного слоя и не предусматривает возможности ввода считывающего излучения через его боковую поверхность.

Известен многослойный оптический диск (патент США № 7449278 B2, опубл. 11.11.2008, G11B 7/24), включающий последовательно расположенные группы слоев, причем каждая группа состоит из трех слоев: информационного слоя, в котором под действием излучения с длиной волны 1 возникают фотохимические процессы, приводящие к изменению оптических свойств материала, из которого выполнен информационный слой, фотохромного слоя, отражательная способность которого увеличивается под действием излучения с длиной волны 2, и волноводного слоя, предназначенного для распространения в нем излучения с длиной волны 2, введенного в многослойный диск через его боковую поверхность. В данном диске надежность адресации данных выше, чем у вышеприведенного аналога, так как в режиме считывания отражающий фотохромный слой изолирует приемник данных от сигналов, поступающих на него из нижележащих информационных слоев, однако сигналы, поступающие из вышележащих не адресуемых информационных слоев по-прежнему могут достигать приемника, уменьшая надежность считывания данных.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению и принятым за прототип является многослойный оптический диск (патент США № 6045888, опубл. 04.04.2000, B32B 3/00), состоящий из последовательности чередующихся слоев оптически прозрачных материалов, объединенных в группы, включающие в себя слой стекла толщиной 140 мкм с показателем преломления n₁=1.515, заключенный между слоем полимера с показателем преломления n₂, удовлетворяющим соотношению n₂<n₁, и слоем фотохромного материала с показателем преломления n₃=1.47, который может изменять свои оптические свойства под действием излучения с длиной волны 1 и приобретать способность флуоресцировать под действием излучения с длиной волны 2 на длине волны 3. При считывании информации излучение с длиной волны 2 направляют в данный многослойный оптический диск через его боковую поверхность в слой стекла. При волноводном распространении света в стекле лишь незначительная часть мощности излучения в виде эванесцентной моды проникает в информационный слой фотохромного материала. Поэтому величина сигналов, поступающих на приемник излучения на длине волны 3 от тех участков (пикселей) прилежащего к стеклу информационного слоя, которые были ранее освещены излучением с длиной волны 1 и содержат биты информации, очень мала. Для того чтобы увеличить отношение сигнал шум и добиться надежной регистрации излучения на длине волны 3, поперечные размеры пикселов в плоскости фотохромного слоя необходимо увеличивать, что приводит к уменьшению информационной емкости многослойного оптического диска.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в повышении информационной емкости многослойного оптического диска с одновременным повышением надежности считывания записанной информации.

Указанный технический результат достигается тем, что в многослойном оптическом диске, включающем последовательность чередующихся слоев оптически прозрачных материалов, объединенных в группы, включающие в себя волноводный слой материала с показателем преломления n₁, заключенный между изолирующим слоем материала с показателем преломления n₂, удовлетворяющим соотношению n₂<n₁, и информационным слоем фотохромного материала с показателем преломления n ₃, показатели преломления материалов волноводного и информационного слоев удовлетворяют условию |n₃-n₁|<0.001.

Кроме того, толщина информационного слоя d удовлетворяет условию 1 мкм<d<10 мкм.

Кроме того, толщина волноводного слоя D удовлетворяет условию 5 мкм<D<100 мкм.

Кроме того, толщина изолирующего слоя удовлетворяет условию 1 мкм< <5 мкм.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид многослойного оптического диска 1 с фокусирующей системой 2 и устройством считывания информации 3; на фиг.2 изображены характерные спектры поглощения фотохромного материала в исходном (сплошная линия) и измененном (штриховая линия) под действием излучения с длиной волны 1 состояниях, а также спектр флуоресценции (пунктирная линия) под действием излучения с длиной волны 2; на фиг.3 представлен фрагмент многослойного оптического диска 1 в разрезе с волноводными слоями 4, изолирующими слоями 5, информационными слоями 6 и пикселем 7 информационного слоя 6, взаимодействующим с волноводной модой излучения с длиной волны 2.

Сущность изобретения состоит в следующем. Величина сигнала излучения на длине волны 3 пропорциональна произведению интенсивности считывающего излучения на длине волны 2 на объем пикселя 7. Если абсолютная величина разности показателей преломления материалов волноводного 4 и прилежащего к нему информационного 6 слоев в многослойном оптическом диске 1 не превышает заявленного значения 0.001, то волноводная мода считывающего излучения с длиной волны 2 распространяется в этих двух слоях без деформации и затухания как в едином волноводном слое. Интенсивность волноводной моды во много раз превышает интенсивность эванесцентной моды, следовательно, величина сигнала излучения флуоресценции на длине волны 3 будет значительно выше даже в том случае, если объем пикселя 7 будет в несколько раз уменьшен за счет уменьшения его площади в плоскости информационного слоя. Другими словами, в заявляемом изобретении можно рассчитывать на одновременное повышение плотности записи и надежности считывания записанной информации. Следует отметить, что толщину информационного слоя 6 не следует выбирать слишком большой. Дело в том, что показатели преломления фотохромного материала в исходном и измененном под действием излучения с длиной волны 1 состояниях несколько различаются. В связи с этим в результате записи данных в информационном слое 6 увеличивается рассеяние света. Это может приводить к деформации и затуханию волноводной моды считывающего излучения. Заявляемая абсолютная величина разности показателей преломления материалов волноводного 4 и прилежащего к нему информационного 6 слоев, равная 0.001, весьма существенна. Превышение этого значения будет приводить к тому, что волноводная мода будет распространяться в слое, показатель преломления материала которого больше: либо в волноводном 4 (тогда заявляемое изобретение будет тождественно прототипу), либо в информационном (тогда оптические неоднородности фотохромного материала будут вызывать рассеяние и деградацию считывающего излучения).

В примере наилучшей реализации изобретения волноводный слой 4 толщиной 50 мкм выполнен из поликарбоната с показателем преломления n ₁=1.5, изолирующий слой 5 толщиной 2 мкм - из полиметилметакрилата с показателем преломления n₁=1.4, а информационный слой 6 толщиной 5 мкм - из полиметилметакрилата, легированного спиробензопираном, с показателем преломления n₁=1.5. Данный фотохромный материал имеет две стабильные формы - спиропиран и мероцианин. Переход из первой формы во вторую осуществляется под действием ультрафиолетового излучения.

Заявляемый многослойный оптический диск 1 работает следующим образом. В режиме записи излучение на длине волны 1 направляют на фокусирующую систему 2, обеспечивая позиционирование областей фокусировки светового пучка на длине волны 1 внутри многослойного оптического диска 1. Запись информации осуществляют путем изменения оптических свойств фотохромного материала в выбранном для записи информационном слое 6. В режиме считывания устройство считывания информации 3 направляет излучение на длине волны 2 в волноводный слой 4, прилежащий к адресуемому информационному слою 6. Волноводная мода, ограниченная изолирующими слоями 5, прилежащими с одной стороны к адресуемому информационному слою 6, а с другой - к световедущему волноводному слою 4, распространяется по указанным волноводному 4 и информационному 6 слоям и взаимодействует с пикселями, содержащими записанную информацию. Считывание данных производят путем регистрации излучения флуоресценции на длине волны 3, возбуждаемой излучением с длиной волны 2, в тех пикселях информационного слоя, которые предварительно были освещены излучением с длиной волны 1. Испущенное этими пикселями излучение флуоресценции частично попадает в апертуру фокусирующей системы 2, а затем поступает на вход приемника.

Среди известных из научной и технической литературы решений автором изобретения не обнаружены многослойные оптические диски, содержащие прилежащие друг к другу волноводные и информационные слои с выравненными показателями преломления, что свидетельствует о соответствии изобретения критерию новизны. В рамках данного подхода обоснована достаточность существенных признаков для достижения заявленного технического результата.

При оценке значимости изобретения для промышленного использования необходимо отметить, что производство заявляемого многослойного оптического диска в отличие от аналогов не требует применения прецизионных технологий.