DE2102215C2

DE2102215C2 - System zum Speichern und Abrufen von Informationen

Info

Publication number: DE2102215C2
Application number: DE2102215A
Authority: DE
Inventors: Julius Birmingham Mich. Feinleib; Robert Frank North Bloomfield Hills Mich. Shaw
Original assignee: Energy Conversion Devices Inc
Current assignee: Energy Conversion Devices Inc
Priority date: 1970-02-19
Filing date: 1971-01-18
Publication date: 1982-09-16
Also published as: FR2080607B1; GB1342421A; FR2080607A1; CA924810A; US3696344A; NL7101355A; DE2102215A1; JPS549008B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein optisches Informationsspeiehersystem der im Oberbegriff des Patentanspruches I genannten Gattung.

Ein solches System ist bereits bekannt (DE-OS

14 22 586). Bei dem bekannten System wird als

Speicherschicht eine metachromatische Speicherplatte

mit hohem Auflösungsvermögen verwendet, welche die lichtempfindlichen Farbstoffe enthält und eine Anzahl

selbständiger, verkleinerter Bilder aufzunehmen vermag. Gespeichert wird dadurch, daß auf der Speicherplatte UV-Licht und zum Löschen Licht anderer Wellenlänge sowie zum Lesen Licht beispielsweise aus dem Spektrallinienbereich roten bis grünen Lichtes mit geringerer Intensität verwendet werden. Nachteilig dabei ist, daß die unterschiedlichen Speicherzustände keine stabilen sind, weshalb sich der eingeprägte Speicherzustand, der den gespeicherten Informationen, beispielsweise Bildern, entspricht, sich im Laufe der Zeit, insbesondere hei Erwärmung mehr oder weniger stark verändert Die Informationen gehen daher allmählich verloren oder werden so verändert, daß sich ein anderer Informationsgehalt ergibt.

Darüber hinaus ist auch ein optisches Informationsspeichersystem bekannt {US-PS 33 65 706), bei dem auf einer photoleitfähigen Speicherschicht chemische Veränderungen durch Strahlen, beispielsweise Licht oder Elektronenstrahlen, bewirkt werden. Solche chemischen Veränderungen sind jedoch nicht ohne weiteres rückgängig zu machen, d. h. daß Informationen, sind sie erst einmal gespeichert, nicht mehr lösbar sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Informationsspeichersystem der eingangs genannten Gattung, insbesondere hinsichtlich der Operationen »Speichern«, »Lesen« und »Löschen« einfacher und zuverlässiger zu machen.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet und im Patentanspruch 2 ist eine alternative Ausbildungsform beansprucht

Darüber hinaus sind in Unteransprüchen weitere Ausbildungen und Verbesserungen der Erfindung beansprucht

Gemäß der Erfindung wird ein Halbleiterfilm verwendet dessen Material zwischen zwei stabilen Speicherzuständen umschaltbar ist von denen der eine Speicherzustand im wesentlichen amorph oder ungeordnet und der andere Speicherzustand im wesentlichen kristallin bzw. geordnet ist Solche Speichermaterialien sind bereits bekannt (US-PS 35 30 441); es handelt sich vor allem um chalcogenide Halbleiter, bei denen eine physikalische Änderung hinsichtlich der Struktur, insbesondere Atomstruktur, beim Wechsel vom einen stabilen Speicherzustand in den anderen und zurück stattfindet Diese Eigenschaften werden bei der Erfindung zur Lösung der oben genannten Aufgabe ausgenutzt indem zum Schreiben und Löschen Schreibimpulse u/id Löschimpulse mit ei.nem Energieinhalt verwendet werden, der vom Material des Halbleiterfilms noch im wesentlichen absorbiert wird, wodurch die Strukturänderung möglich ist Zum Lesen wird dagegen ein Leseimpuls verwendet dessen Wellenlänge nicht mehr zu einem solchen Strukturwandel ausreicht

Für die Strahlung bzw. den Strahl werden elektromagnetische Wellen, insbesondere LASER-Wellen, bevorzugt doch ist auch die Verwendung von Elektronenstrahlen möglich.

Auf diese Weise genügt eine einzige Energiequelle mit mindestens zwei Frequenzkomponenten und ein einziges Strahlenabtastsystem zur Durchführung der Funktionen des Schreibens, Löschens und Lesens. Außerdem kann gemäß der Erfindung das Lesen erfolgen, während gleichzeitig Daten aufgezeichnet oder gelöscht werden, wodurch die Möglichkeit einer Prüfung auf Fehler geschaffen wird, so daß gewährleistet werden kann, daß die Daten auf dem Halbleiterfilm fehlerfrei aufgezeichnet werden.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann das Umschalten zwischen Schreib-, Lösch- und Lesebetrieb mittels eines einfachen Intensitätsmodulators erfolgen, der die Gesamtintensität des Laserstrahls wahlweise z. B. auf drei unterschiedliche Intensitätspegeldämptt.

Gemäß der Erfindung wird also bei einem Optikmassenspeicher ein dünner, amorpher Halbleiterfilm verwendet der sich zwischen einem allgemein amorphen oder ungeordneten Zustand und einem kristallinen oder geordneteren Zustand durch die Einwirkung eines Laserstrahls umschalten läßt Dieser Laserstrahl wird moduliert und veranlaßt, den amorphen Film zu bestreichen, so daß durch Umschaltung des Zustandes gewisser Bereiche des Filmes Informationen aufgezeichnet bzw. gelöscht werden. Das gleiche Laserstrahlmodulier- und Abtastsystem kann auch zum Lesen der an dem Film gespeicherten Informationen verwendet werden, indem festgestellt wird, ob an einer beliebigen gegebenen Stelle der Film sich i-n amorphen oder kristallinen Zustand befindet Der Laserstrahl ist aus mindestens zwei Frequenzen zusammengesetzt, von denen die eine von dem amorphen F^;lm absorbiert wird und zum Schreiben sowie auch run Löschen von Informationen an dem Film verwendet wird. Der amorphe Film ist für die andere Frequenz durchlässig, und der Durchtritt von Strahlung dieser Frequenz wird verwendet um festzustellen, ob sich der Film an einer beliebigen gegebenen Stelle im kristallinen oder amorphen Zustand befindet, wodurch die in dem Film gespeicherten Information gelesen wird.

In der Zeichnung sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt.

F i g. 1 ist ein Schema zur Veranschaulichung eines Systems gemäß der Erfindung, bei dem eine umlaufende Platte ein speichei-fähiges, amorphes Halbleitermaterial trägt;

F i g. 2 ist ein Wellenfornienschema zur Veranschaulichung der Intensität der zum Schreiben, Löschen und Lesen von informationen an dem speicherfähigen, amorphen Halbleitermaterial gemäß F i g. 1 und 4 verwendeten Laserimpulse;

F i g. 3 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der Du chlässigkeit des speicherfähigen, amorphen Halbleitermaterials gegenüber Wellenlängen einer Energie im Bereich von 4000 bis über 7000 A;

Fig.4 ist ein Schema zur Veranschauliciiung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung unt-dr Verwendung eines ortsfest angeordneten, speicherfähigen, amorphen Halbleitermaterials und eines zweidirnensionalen Ablenksystems zum Lenken eines Laserstrahles über das Speichermaterial; und

F i g. 5 ist eine schematische Darstellung eines Teiles eines Systems, in dem zum Umschalten zwischen Schreib-, Lösch- und Lesebetrieb gemäß der Erfindung die Frequenz einer Laserquelle verschoben wird.

Das Optikmassenspeichersystem gemäß F i g. 1 weist eine umlaufende Speicherplatte 10 auf, die mittels eines Motors 12 mit konstanter Drehzahl angetrieben ist Von einer Laserquelle 16 wird ein Laserstrahl 14 auf die Speicherplatte 10 zur Einwirkung gebracht. Der Laserstrahl 14 ,ird mittels eines Modulators 18 moduliert, der durch von einem Datenverarbeitungssy stern 22 gelieferte und auf eine Leitung 20 aufgegebene Signale betrieben wird. Das Datenverärbeitüngssystem 22 enthält die an der Speicherplatte 10 zu speichernden Daten. Diese Daten haben üblicherweise die Form von Binärsteilen, die von (nicht dargestellten) an der Speicherplatte 10 aufgezeichneten Speicherstellen ge-

bildet sind.

Das Abrufen der Informationen von der Speicherplatte 10 erfolgt unter Verwendung eines Laserstrahles 14. Ein Spiegel 24, der mittels einer entsprechend von dem Datenverarbeitungssystem 22 gelieferten und auf eine Leitung 28 aufgegebenen Signalen betriebenen Betätigungseinrichtung 26 mit einem Arm 27 parallel zur Ebene der Speicherplatte 10 bewegbar ist, richtet den Strahl 14 auf die Speicherscheibe 10. Durch Synchronisieren der Bewegung der Betätigungseinrichtung 26 und der Drehzahl der Speicherplatte 10 können bestimmte Bereiche def Speicherplatte 10 von dem Laserstrahl 14 bestrichen werden, der durch die Speicherplatte 10 hindurchgeht. Eine Linse 25 konzentriert den Laserstrahl auf die Speicherplatte 10. und eine Linse 29 konzentriert den aus der Speicherplatte 10 austretenden Laserstrahl 14 auf einen Detektor 30. Der Detektor 30 ermittelt die Änderungen, die der Laserstrahl 14 bei seinem Durchtritt durch die Speicherplatz in erfahren hat und gibt ein Signal auf eine Leitung 32 auf. die mit einem Differenzialverstärker 34 verbunden ist. Der Detektor 30 ist mit dem Betätigungsarm 27 verbunden, so daß er auf der Achse des durch die Speicherplatte hindurchtretenden Laserstrahles 14 liegt. Die Wirkungsweise des Differenzialverstärkers 34 wird unten eingehender beschrieben. Das Austrittssignal des Differentialverstärkers 34 wird über eine Leitung 36 dem Datenverarbeitungssystem 22 zugeführt. Das Datenverarbeitungssystem 22 kann die von der Speicherplatte 10 abgerufenen Signale zur Fernübertragung verwenden, die Informationen für geschäftliche oder wissenschaftliche Zwecke verarbeiten oder für beliebige andere Zwecke einschließlich der Wiederaufzeichnung der gleichen oder einer abgewandelten Information auf der Speicherplatte 10 nutzen.

Die obere Fläche der Speicherplatte 10 besteht aus einem amorphen Halbleiterfilm 38. Dieser Film 38 ist zwischen zwei stabilen Zuständen in beiden Richtungen umschaltbar. Der eine Zustand des Materials ist ein kristalliner oder geordneterer Zustand, während der andere Zustand des Materials ein allgemein amorpher oder ungeordneter Zustand ist. Jeder dieser beiden Zustände weist ihm eigene Werte des Brechungsindex, der Oberflächenreflemon. der elektromagnetischen Absorption und Durchlaßfähigkeit sowie der Streufähigkeit gegenüber Partikeln und Licht auf. Die optischen Eigenschaften sowie die elektrischen Eigenschaften amorpher Halbleiter sind in dem obengenannten Patent sowie in der USA-Patentschrift 32 71 591 (»Symmetrical Current Controlling Device-« Inhaber S. R Ovshin sky. erteilt am 6 September 1966) beschrieben. Für die Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung geeignete amorphe Halbleitermaterialien sind in dc^r genannten US-Patentschnft 32 71 591 als Hi-Lo, Circuit Breaker and Mechanism Device with Memory« bezeichnet Ein Beispiel eines amorphen Filmes 38, der sich für den Betrieb gemäß der vorliegenden Erfindung eignet, besteht aus 92% Se und 8% Te. Se und Te können auch in anderen Anteilen, beispielsweise 50 bis 100% Se, 0 bis 50% Te, zuzüglich kleiner Mengen metallischer Elemente, verwendet werden.

Der Film 38 läßt sich leicht auf einen Träger 40 aus Glas oder einen anderen durchsichtigen Träger auftragen. Es hat sich gezeigt, daß ein Film 38 von ca. 4 μπι Dicke für den Betrieb gemäß der Erfindung gut geeignet ist. Der Träger 40 aus Glas ist aus einem Konstniktionstragglied 42 montiert, das ebenfalls aus Glas oder einem beliebigen anderen, für den Laserstrahl 14 durchlässigen Material hergestellt sein kann und die erforderliche Abstützung der Speicherplatte 10 bei ihrer Drehung bildet. Der Laserbestrahlung kann die obere Fläche des Filmes 38 oder vorzugsweise, wie dargestellt, dessen dem Träger zugewendete Fläche ausgesetzt sein. Der Laserstrahl 14, der mindestens zwei Frequerizkomponenten für das Lesen, Schreiben und Löschen enthält, erreicht die Platte 10 in der Form von Impulsen von drei unterschiedlichen liitensitätspegeln. F ig. 2 zeigt diese drei unterschiedlichen Intensitätspegel. Der Impuls mit dem höchsten Pegel ist in Fig.2 durch die Einschrift »Schreibimpuls« und mit dem Bezugszeichen 46 bezeichnet. Ein Impuls 44 von mittlerer Intensität wird bei dem Massenspeichersystem gemäß Fig. 1 zum Löschen verwendet. Ein Leseimpuls 48 hat, wie in F i g. 2 gezeigt, die niedrigste Intensität.

Der Schreibimpuls 46 und der Löschimpuls 44 werden zum Umschalten des Filmes 38 zwischen den beiden stabilen Zuständen verwendet. Der Schreibimpuls 46 erzeugt in dem Film 38 an demjenigen Punkt, an dem der Laserstrahl 14 an dem Film 38 konzentriert ist, einen kristallinen oder geordneteren Zustand. Die Breite des Impulses 46 kann von ca. 0.01 bis 100 μ-s betragen und kann einen Energiegehalt haben, der nicht mehr als 1 μΐ zu betragen braucht. Der Löschimpuls 44 wird dazu verwendet, den Film 38 in den amorphen oder allgemein ungeordneten Zustand überzuführen und kann eine Impuisbreite gleich der des Schreibimpulses 46 und einen ^c.nergiegehalt von ca. 25% desjenigen des Schreibimpulses 4fi haben. Der Leseimpuls 38 ist, wie dargestellt, von ähnlicher Breite wie die Impulse 44 und 46. Intensität und Energieinhalt des Leseimpulses 48 sollten genügend gering sein, um zu gewährleisten, daß der Punkt an dem Film 38, auf den der Leseimpuls 48 konzentriert wird, im jeweiligen Zustand, also kristallin bzw. amorph, bleibt, nachdem der Leseimpuls 48 zur Einwirkung gebracht wurde. Em typischer Energieinhalt für den Leseimpuls 48. der sich für die Zwecke der Erfindung als geeignet erwiesen hat. kann weniger als 25% desjenigen des Schreibimpuses 46 bei einer Betriebsweise betragen, bei der die Schreib-. Lese- und Löschfrequenz nicht voneinander getrennt sind.

Die Laserquelle 16 erzeugt Impulse unter der Steuerung durch Signale, die von dem Datenverarbei-

tungssystem 22 über eine Leitung 52 zugeliefert werden. Die Laserquelle 16 kann ein Gaslaser, beispielsweise Argon, oder ein Mischgaslaser, beispielsweise Argon und Krypton, sein. Ein tpyischer Bereich für die Spitzenleistung eines solchen Gaslasers ist 0.1 bis 2 W.

je nach Wirkungsgrad des optischen Systems und Impulsdauer. Es kann auch ein Feststofflaser mit Mehrfrequenzstrahl oder anstatt dessen ein Las^r. der getrennt mii mindestens zwei Frequenzen arbeiten kann, verwendet werden. Es können ferner auch zwei Lasefquellen verwendet werden, die einen einzigen Strahl mit mindestens zwei Frequenzen liefern. Die Impulse von der Laserquelle 16 bilden eine Reihe von Impulsen mit konstanter Amplitude, die durch den Modulator 18 hindurchgehen. Der Modulator 18 dämpft die Intensität der Impulse auf einen der drei Intensitätspegel gemäß Fig.2. Der Strahl 14 verläßt den Modulator 18 und wird einem Strahlungsteiler 54 zugeführt, der einen Teil des Strahles zu einem Filter 56 und einem Detektor 58 umlenkt der dem Differentialverstärker 34 ein Signal über eine Leitung 60 zuliefert. Die Wirkungsweise des Filters 56 und des Detektors 58 werden noch eingehend beschrieben. Derjenige Teil des Laserstrahles 14, der durch den Strahiungsteiler 54

hindurchgeht, wird mittels eines Spiegels 24 auf den Film 38 gelenkt. Wie oben beschrieben, bestimmt die Stellung des Spiegels 24 und die jeweilige Stellung der Platte 10 während ihrer Drehung den bestimmten Punkt des Filmes 38, g«Jgen den der Laserstrahl in einem gegebenen Augenblick gerichtet wird.

Der die Laserquelle 16 verlassende Laserstrahl 14 enthält mehrere Frequenzkomponenlen. Der zur Bildur,?f dieser Frequenzkomponenten verwendete besonde/e Laser wird auf der Grundlage der Absorptions- und Durchlaßfähigkeit des Filmes 38 gewählt. F i g. 3 zeigt ein typisches Diagramm für die Durchlaßfähigkeit eines amorphen Halbleiters. Die Wellenlänge der elektromagnetischen Energie, die an dem amorphen Halbleiter zur Wirkung gebracht wird, ist entlang der Abszisse, der durch den amorphen Halbleiter hindurchtretende Anteil an Energie in Prozent entlang der Ordinate aufgetragen. Die Durchlaßfähigkeit eines typischen Halbleitermaterials, das sich zur Verwendung opmäß rlpr FrfinHnna ρίσπρί ic! alt Kurve 62 rinrcrestellt

Ein steller Anstieg der Durchlaßfähigkeit des amorphen Halbleiters tritt, wie aus F i g. 3 ersichtlich, bei ca. 6500 A + auf und wird im folgenden als Apsorptionsgrenze bezeichnet. Elektromagnetische Energie von Wellenlängen unterhalb der Absorptionsgrenze wird von dem amorphen Halbleitermaterial absobiert. Elektromagnetische Energie höherer Wellenlänge als der der Absorptionsgrenze wird durch das amorphe Halbleitermaterial durchgelassen. Dementsprechend wird Laserenergie, deren Frequenz einer kürzeren Wellenlänge als 6500 A + entspricht, in dem amorphen Film "8 absorbiert, erzeugt dort Wärme und regt die elektrischen Ladungsträger zur Stromleitung an. Laserenergie, deren Frequenz einer Wellenlänge oberhalb 6500 A + entspricht, geht durch den amorphen Halbleiterfilm 38 hindurch, erzeugt jedoch darin nur verhältnismäßig wenig Wärme bzw. regt die Ladungsträger kaum an. Für verschiedene amorphe Halbleiterzusammensetzungen weicht die Kurve 62 von der gemäß F i g. 3 ab. Die Absorptionsgrenze kann dabei bei anderen Wellenlängen als der in F i g. 3 angedeuteten von 6500A+ auftreten. Auch kann der Anstieg der Durchlaßfähigkeit weniger steil, als in F i g. 3 dargestellt, sein. Ohne Rücksicht auf die besondere Form der Absorptionsgrenze kann zur Verwendung gemäß der Erfindung ein Material geeignet sein, wenn die Möglichkeit besteht, mindestens eine Frequenzkomponente mit einer Wellenlänge oberhalb der Absorptionsgrenze und eine andere Frequenzkomponente mit einer Wellenlänge unterhalb der Absorptionsgrenze zu erzeugen. Als typische Beispiele von Frequenzkomponenten sind in F i g. 3 eine Lesefrequenzkomponente 64 mit einer Wellenlänge von 7000 Ä und eine Schreib- und Löschfrequenzkomponente 66 mit einer Wellenlänge von 5000 A dargestellt.

Im Betrieb wird ein Laserstrahl 14, der aus den zwei Frequenzkomponenten 64 und 66 besteht, an dem Film 38 zur Wirkung gebracht Die Lesekomponente 64 geht durch den Film 38 hindurch, im wesentlichen ohne auf diesen einzuwirken. Die Schreib- und Löschkomponente 66 wird hingegen von dem Film 38 absorbiert und bewirkt eine Änderung des Zustandes des Filmes 38 in Abhängigkeit von der Intensität der in den Laserstrahl 14 enthaltenen Energie. Wie aus Fi g. 2 ersichtlich, wird der Film 38, wenn die Intensität des Laserstrahles 14 gleich der Intensität des Impulses 46 ist, in den kristaiiinen oder geordneteren Zustand übergeführt, so daß an dem betreffenden Punkt des Filmes 38 ein binäres Inlofmalionsbh geschrieben wird. Wenn dieses Informationsbit gelöscht werden soll, wird der Modula-• ir 18 durch vom Datenverarbeitungssystem 22 auf eine Leitung 20 aufgegebene Signale derart eingestellt, daß ν an dem betreffenden Punkt ein Laserstrahl 14 von geringerer Intensität zur Einwirkung auf den Film 38 gebracht wird. Die Intensität kann gleich der des Impulses 44 sein; Dies hat zur Folge, daß der Film 38 in den allgemein amorphen oder ungeordneten Zustand m übergeführt wird, so daß das binäre Ühformationsbit gelöscht wird. Das Lesen erfolgt dadurch, daß der Modulator 18 derart eingestellt wird, daß der dem Impuls 48 entsprechende niedrigste Intensitätspegel zur Wirkung gebracht wird. Die Schreib- und Löschfre- > quenzkomponente 66, die in dem Leseimpuls 48 enthalten ist, reicht nicht dazu aus, den Zustand des Filmes 38 zu verändern. Die Lesefrequenzkomponente 64 des Impulses 48 geht durch den Film 38 hindurch und wird vom Detektor 30 aufgenommen. Die Energiemenjo ac· die der Detektor ?0 aufnimmt, wenn der Laserstrahl 14 durch einen Teil des Filmes 38 hindurchgeht, der sich in seinem kristallinen oder geordneteren Zustand befindet, ist geringer als die Energiemenge, die der Detektor 30 aufnimmt, wenn der gleiche Laserstrahl 14 >■> durch einen Bereich des Filmes 38 hindurchtritt, der sich im amorphen oder ungeordneten Zustand befindet. Dies kann auf mindestens eine beliebige oder auf alle der Änderungen der elektromagnetischen Eigenschaften, wie Brechungsindex. Oberflächenreflexion, elektromagnetische Abso-ption und Durchlaßfähigkeit. Streufähigkeit gegenüber Partikeln oder Licht, zurückzuführen sein, die de. Film 38 erfährt, wenn er aus einem in den anderen der beiden stabilen Zustände übergeführt wird. Der Detektor 30 erzeugt ein Signal, das der nach Durchtritt des Laserstrahles 14 durch die Speicherplatte 10 aufgenommenen Energiemenge proportional ist. Dieses Signal wird dem einen Eingang des Differentialverstärkers 34 zugeführt. Das andere, dem Differentialverstärker 34 zugelieferte Eingangssignal wird von einem Detektor 58 erzeugt, der die gleiche Funktion wie üer Detektor 30 ausübt. Die von dem Detektor 58 empfangene Energie geht durch einen Filter 56 hindurch, der beispielsweise aus den Elementen der Platte 10 besteht, wobei der Film 38 sich im amorphen oder ungeordneten Zustand befindet. Das Signal in der Leitung 60 ist also gleichwertig dem über die Leitung 32 ankommenden Signal, wenn der Laserstrahl 14 durch einen Teil der Speicherplatte 10 hindurchtritt, in der sich der Film 38 im amorphen oder ungeordneten Zustand so befindeL fegliche Abweichungen zwischen den über die Leitungen 60 und 32 eintreffenden Signalen sind daher auf einen kristallinen oder geordneteren Zustand des Fiiines 38 zurückzuführen. Wenn den Eingängen des Differentialverstärkers 34 unterschiedliche Signale 55zugef0hrt werden, wird ein Signal auf die Ausgangsleitung 36 aufgegeben, das angibt, daß an einer bestimmten, von der Stellung der Betätigungseinrichtung 26 und der Stellung der Platte 10 bei ihrer Drehung bestimmten Stelle ein binäres Informationsbtt auf der Speicherplatte 10 aufgezeichnet ist. Entsprechend bekannten, bei Speichern aus optischen Massen verwendeten Verfahrensweisen können zum Stellen der Betätigungseinrichtung 26 Servomeehanismen verwendet werden und zum Auffinden von an dem Film 38 aufgezeichneten Informationsspuren oder -zeilen an der Platte 10 vorher aufgezeichnete Zeitabsümmungs- oder Synchf onisier-Bits verwendet werde«.

Der Optikmassenspeicher gemäß Fig.4 ist, abgese-

hen von dem Slrahlenlenksystem, ähnlich dem in F i g. 1 dargestellten. Übereinstimmende Teile in Fig. I und 4 sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Der amorphe Halbleiterfilm 38 und ein Träger 40 aus Glas sind an einem Stützteil 74 montiert. Eine Ablenksteuerung 76, die entsprechend von dem Datenverarbeitungssystem 22 über eine Leitung 78 gelieferten Signalen arbeilet, betätigt ein zweidimensionales Abtastsystem 90, das den Laserstrahl 14 an bestimmten Bereichen des Filmes 38 zur Wirkung bringt. Dieses System arbeitet ähnlich dem gemäß Fig. 1, jedoch ohne daß dem Film 38 oder dem Detektor 30 eine mechanische Bewegung mitgeteilt wird. Der Film kann die Form einer rechteckigen Fläche haben, an der die Datenbits in Zeilen und Spalten gespeichert werden und jedes Datenbit mittels des Auslenk- oder Abtastsystems 80 adressierbar ist. In dem System gemäß Fig.4 hat der Filter 56 eine ähnliche Durchlaßfähigkeit wie die aus dem Abtastsystem 80, dem Träger 40 und dem Film 38 in dessen amorphem Zustand bestehende Kombination.

F ι g. J icigi cificn icii cificä jj'SiCrfiS gCmS*/ wCr

Erfindung, bei dem die drei Betriebsweisen, nämlich Schreiben. Löschen und Lesen, durch Verschiebung der Frequenz des Laserstrahls 14 herbeigeführt werden. Gleiche Teile sind in Fig. 5 mit den gleichen Bezugszeichen wie in F i g. I und 4 bezeichnet. Ein elektrooptischer Polarisator 86 ist in die Bahn des Laserstrahls 14 zwischen der Laserquelle 16 und dem Modulator t8 eingeschaltet. Der elektrooptische Polarisator 86 ändert die Polarisation des Strahles entsprechend von dem Datenverarbeitungssystem 22 über eine Leitung 88 zugelieferten Signalen, und dies geschieht immer dann, wenn die Frequenz des Laserstrahles 14 verdoppelt werden soll.

In diesem Zustand hat der Laserstrahl 14 eine geeignete Polarisation für die Frequenzverdoppelung, wenn er einem nichtlinearen optischen Frequenzverdoppler 90 zugeführt wird, der z. B. aus Lithiumniobat bestehen kann.

Wenn ein amorphes Halbleitermaterial mit einer Durchlässigkeitscharakteristik gemäß Fig. 3 als Speicherfilm 38 verwendet wird, erzeugt das System gemäß F i g. 5 einen Laserstrahl, der zwischen zwei Frequenzen verschiebbar ist, deren eine oberhalb und deren andere unterhalb der Absorptionsgrenze liegt Das System gemäß F i g. 5 kann in den Systemen gemäß F i g. 1 und 4 verwendet werden. In diesem Falle kann die der längeren Wellenlänge entsprechende Frequenz zum Ablesen der Informationen von dem Speicherfilm 38 verwendet werden. Wenn Informationen zu schreiben oder zu löschen sind, verändert der elektrooptische Polarisator 86 die Polarisation des Strahles in der für die Tätigkeit des Frequenzverdopplers 90 geeigneten Weise. Die Frequenz des am Modulator 18 ankommenden Laserstrahles 14 wird verdoppelt und fällt dann in den Absorptionsbereich des amorphen Speicherfilmes 38. Durch Steuern der Tätigkeit des Modulators 18 kann der Intensitätspegel des Laserstrahles zwischen dem Schreibimpulspegel 46 und dem Löschimpulspegel 44 (Fig.2) variiert werden. Das System gemäß Fig.5 vereinigt die Technik der Frequenzverschiebung und der Intensitätsmodulation des Laserstrahles für das Lesen, Schreiben und Löschen eines Massenspeichersystems. Das Optikmassen-Speichersystem gemäß F i g. 1 und 4 kann auch zur Ausführung einer Fehlerprüffunktion beim Schreiben und Löschen verwendet werden. Da die Lesefrequenzkomponente 64 vorhanaen ist wenn der Schreibimpuls 46 und der Löschr^puls 44 an

ίο

dem Film 38 zur Wirkung gebracht werden, kann ein Lesevorgang stattfinden, während gleichzeitig der Film aus dem einen in den anderen Zustand übergeführt wird. Dementsprechend wird in der oben beschriebenen Weise in der Leitung 36 ein Signal entwickelt, das angibt, ob der betreffende Punkt am Film 38, der den Laserstrahl empfängt, sich im kristallinen oder amorphen Zustand befindet. Obwohl die Lesefrequenzkomponente 64 während des Schreib- bzw. Löschimpulses 46 und 44 eine höhere Intensität hat, richtet der Strahlenteiler 54 einen proportionalen Anteil dieser Energie gegen den Detektor 58, so daß der Differentialverstärker 34 unabhängig von der Amplitude des Laserstrahls arbeitet, wenn dieser den Modulator 18 verläßt, und nur auf die Differenz zwischen den Signalen an den F.ingangsleitungen 60 und 32 anspricht.

In dem Fall, daß der Film 38 unter Verwendung einer Frequenzkomponente 64 von hoher Intensität gelesen werden soll, kann das Frequenzverdoppelur.gssys'em gemäß F ι g. 5 verwendet werden, oder es kann ein Filter in eine Bann des Lii&eisiiaiiics 14 gebrächt Werden, der die Schreib- und Löschfrequenzkomponente 66 während des Lesevorganges ausfiltert. Eine andere Abwandlung kann vorgenommen werden, indem ein kontinuierlicher Laser, der eine kontinuierliche Lesefrequenzkomponente 64 erzeugt, und ein optischer Verschluß verwendet werden, welch letzterer wahlweise Schreib· und Löschimpulse der Frequenzkomponente 66 erzeugt.

Bei einigen Anwendungsfällen der Erfindung kann es erwünscht sein, die Lesefrequenzkomponente 64 dazu zu verwenden, das Löschen durch Erhöhung der Intensität dieser Komponente herbeizuführen. Da der Film 38. wenn er sich in seinem kristallinen oder geordneteren Zustand befindet, die Lesekomponente 64 absorbiert, kann er in den amorphen oder ungeordneten Zustand übergeführt werden.

Obwohl der kristalline Zustand des amorphen Halbleiters 38 als »beschriebener« Zustand, also als der die Binärinformalionen enthaltende Zustand, bezeichnet ist. kann ein Film 38 verwendet werden, der sich ursprünglich im kristallinen oder geordneteren Zustand befindet Bei dieser abgewandelten Au'-Ohrungsform der Erfindung würden dann die Datenbits durch Überführen des Filmes an den gewählten Punkten in den amorphen oder ungeordneten Zustand aufgezeichnet werden. Das Lesen erfolgt dann durch Einsetzen eines Inverters in die Leitung 36 oder durch Verändern des Filters 56 in solcher Weise, daß der kristalline Zustand des Filmes 38 simuliert wird.

Obwohl bei dem System gemäß F i g. 1 eine mechanische Betätigungseinrichtung zur Erzielung der geradlinigen Bewegung des Laserstrahls 14 verwendet wird, kann eine Laserstrahl-Ablenkvorrichtung ähnlich der zweidimensionalen Ablenkvorrichtung 80 gemäß Fi g. 4 mit nur einer Ablenkrichtung im Verein mit einer Speicherplatte 10 verwendet werden. In diesem Fall kann eine Reihe von Detektoren 30, einer für jede Spur der Speicherplatte 10, verwendet werden, und deren Ausgangssignale können der Reihe nach zur Bildung eines Signals in der Leitung 32 summiert werden. Auf diese Weise würde die einzige mechanische Bewegung die konstante Drehung der Speicherplatte 10 sein. Der amorphe Halbleiterfilm 38 kann anstatt auf einer Speicherplatte 10 auf einer Trommel oder auf einem flexiblen Träger, beispielsweise einem Band, das von einer Spule auf eine andere übertragen wird, aufgetragen sein. Eine weitere Abwandlung kann vorgenommen

werden, ind :.τι das Schreiben, Löschen und Lesen ansUlt durch Hindurchschicken eines Laserstrahles durch die Platte 10 durch Relffer.ion des Laserstrahles von dieser vorgenommen wird. Dies kann dadurch erreicht werden, daß der Detektor 30 mit entsprechenden Filtern an der Unterseite der Scheibe 10 in der Bahn des von dem Film 38 reflektierten Lichtes angeordnet wird. Bei dieser Abwandlung kann die Schreib- und Lösehfrequenz auch zur Durchführung der Lesefunktion verwendet werden. Bei einer weiteren Abwandlung der Erfindung könnte der Laserstrahl 14 durch eine andere Quelle elektromagnetischer Energie ersetzt werden. In der elektromagnetischen Quelle können mehr als zwei Frequenzkomponenten vorhanden sein, und sie kann ein kontinuierliches Frequenzspektrum oberhalb und unterhalb der Absorptionsgrenze des Filmes 38 aufweisen. Andere Typen von Quellen elektromagnetischer Energie, die sich zur Verwendung gemäß der Erfindung eignen, sind Linienspektren, die aus Gasentladungen, beispielsweise einer Quecksilberdampflampe, r,t ammen.

Der Beirieb der Optikmassenspeicher laut obiger Beschreibung kann durch geeignetes Programmieren des Datenverarbeitungssystems 22 derart abgewandelt werden, daß an der Stelle eines einzigen Bits an dem Speicherfilm 38 mehr als nur eine Tätigkeit ausgeführt wird, bevor der Laserstrahl zur Stelle des nächsten Bits weiterbewegt wird. Beispielsweise kann es in manchen Anwendungsfällen erwünscht sein, an einer gegebenen Speicherstelle zuerst den dort gespeicherten Dat oder das Bit zu lesen und zu bestimmen, in welchem Zust ind sich der Speicherfilm 38 befindet. Wenn dann gewünscht wird, daß der Zustand geändert werden soll, wird ein Schreibvorgang durchgeführt. Anschließend kann es erwünscht sein, eine Prüfung auf Fehler durchzuführen, um festzustellen, ob der Schreibvorg^ng wirksam durchgeführt wurde. Es kann also durch den Laserstrahl 14 ein Lesevorgang durchgeführt werden, und wefin die an dem Speicherfilm 38 gespeicherte Information korrekt ist, kann der Strahl 14 in die nächste Stellung vorrücken.

Obwohl die Erfindung oben nur an Hand des Speichers von Binärinformationen beschrieben wurde, besteht auch die Möglichkeit, gemäß der Erfindung Analoginformationen oder für das menschliche Auge lesbare Informationen aufzuzeichnen. Für diesen Anwendungsfall kann das von dem Detektor 30 erzeugte und auf die Leitung 32 aufgegebene Signal einer Kathodenstrahlröhre zugeführt werden und das Bild an der Vorderfiäche derselben zur Darbietung gebracht werden. AnstaU dessen besteht die Möglichkeit, die Information direkt durch hindurchgeschickles oder reflektiertes Licht sichtbar zu machen.

Zahlreiche weitere Abwandlungen der mannigfr.Itigen Ausführungsformen der beschriebenen Erfindung sind ebenfalls ohne Abweichen vom Erfindungsgedanken möglich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Optisches Informationsspeichersystem mit einer Strahlenquelle (16) für elektromagnetische Strahlen, mit einer Speicherschicht (10) zum Speichern unterschiedlicher optisch feststeilbarer Speicherzustände in derselben, mit einer Steuereinrichtung (18) zum Ändern der elektromagnetischen Strahlen derart, daß eine Strahlung (14) einer ersten und eine Strahlung einer zweiten Frequenz zum Umschalten des reversibel zwischen zwei unterschiedlichen Speicherzuständen umschaltbaren Materials der Speicherschicht (10) und zum Feststellen der betreffenden Speicherzustände in einer Leseeinrichtung (30) dienen, und mit einer Strahlenablenkeinrichtung (24,26,27 oder 76,80) zum Ablenken der elektromagnetischen Strahlung auf mindestens bestimmte Bereiche der Speicherschicht (10), dadurch gekennzeichnet, daß für die Speicherschicht (10) ein solcher Halbleiterfilm (38) verwende' ist, der in einem stabilen der Speicherzustände in: wesentlichen amorph bzw. ungeordnet und im anderen, ebenfalls stabilen Speicherzustand im wesentlichen kristallin bzw. geordnet ist,
und daß die Steuereinrichtung (18) die Energiepegel (F i g. 2) und Frequenzen (F i g. 3) der Strahlung (14) bei Speicherschichten, welche sich in einem amorphen Ausgangszustand befinden, derart steuert, daß zum Zwecke des Informationseinschreibens ein Schreibimpuls (46) relativ hoher Intensität und im Bereich von 0,1 —100 μβ verwendet wird, welcher den lokalen Übergang in den vorwiegend kristallinen Zustanu oewirkt, daß zum Zwecke des Löschens der Information ein L'jschim. als (44) mit gegenüber dem Schreibimpuls (16) wesentlich geringerer Intensität aber ähnlicher Ze" dauer den lokalen Übergang von einem vorwiegend kristallinen in den amorphen Zustand bewirkt, wobei sowohl bei der Schreib- als auch Lösch-Operation Strahlungsfrequenzen mit Wellenlängen unterhalb der Absorbtionsgrenze des amorphen Halbleiterfilms (38) verwendet werden, und daß zum Zwecke des Lesens der Information ein Leseimpuls (48) mit einer Wellenlänge oberhalb der Absorbtionsgrenze ucs Halbleiterfilms (38) verwendet wird, dessen Intensität im allgemeinen geringer als die Intensität eines Löschimpulses (44) ist.

2. Optisches Informationsspeichersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Halbleiterfilm (38) in einem kristallinen Ausgangszustand befindet und die Operationen des Einschreibens und Löschens von Informationen vertauscht werden.

3. Optisches Informationsspeichersystem nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterfilm (38) 50 bis 100% Selen und bis zu 50% Tellur aufweist.

4. Optisches Informationsspeichersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterfilm (38) ein Material mit einer Absorbtionsgrenze im Wellenlängenbereich zwischen 5000 und 7000 A aufweist

5. Optisches informationsspeichersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Halbleiterfilms (38) eine Absorbtionsgrenze bei etwa 6500 A aufweist.

6. Optisches Informationsspeichersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schreibimpulse (46) einen Energieinhalt von bis zu t μ] und die Löschimpulse (44) einen Energieinhalt von etwa 25% des Energieinhaltes der Schreibimpulse (46) aufweisen. 7. Optisches Informationsspeichersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieinhalte der Leseimpulse (48) weniger als etwa 25% der Energieinhalte der Schreibimpulse (46) betragen.

ίο 8. Optisches Informationsspeichersystem nach

einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leseimpulse (48) eine ähnliche Zeitdauer wie die Zeitdauer der Schreibimpulse (46) aufweisen.

9. Optisches Informationsspeichersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterfilm (38) eine Schichtdicke in der Größenordnung von 4μΐη aufweist.

10. Optisches lnformationsspeichersystem nach

einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenquelle (!6) eine LASER-Strahienqueile ist

11. Optisches Informationsspeichersystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwei

LASER-Strahlenquellen als Strahlenquelle (16) für einen Strahl (14) mit mindestens zwei Frequenzen verwendet sind.

12. Optisches Informationsspeichersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, daß zum Ändern der Frequenz des Strahles (14) ein Polarisator (86) in den Strahlengang eingeschaltet ist.

13. Optisches Informationsspeichersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, daß zum Ändern der Intensität bzw. des Energieinhaltes des Strahles (14) ein Modulator (18) in den Strahlengang eingeschaltet ist

14. Optisches Informationsspeichersystem nach Anspruch Ί2 und 13, dadurch gekennzeichnet daß zwischen dem Polarisator (86) rad dem Modulator (18) ein Frequenzverdoppler (90) in den Strahlengang eingeschaltet ist.

15. Optisches Informationsspeichersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterfilm (38) auf einer Trommel aufgebracht ist

16. Optisches Informationsspeichersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterfilm (38) auf einem flexiblen bzw. biegbaren Träger aufgetragen ist

17. Optisches Informationsspeichersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlenquelle (16) eine Elektronenstrahlenquelle ist