DE2324778B2 - Optische speichereinrichtung - Google Patents
Optische speichereinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine optische Speichereinrichtung mit einer auf einem Substrat angeordneten Schicht
aus einem Material, dessen optisches Verhalten, wie Absorption, Reflexion und Durchlässigkeit, sich im
Bereich einer bestimmten materialabhängigen Übergangstemperatur, bei der ein Übergang zwischen
halbleitendem und metallischem Zustand des Materials erfolgt, in Abhängigkeit von der Temperatur zwischen
einem ersten und einem zweiten Zustand ausgeprägt ändert, mit einer ersten Strahlungsquelle, deren
Strahlung relativ zur Schicht über diese beweglich ist, zum kurzzeitigen Aufheizen punktförmiger Bereiche
der Schicht über die Übergangstemperatur, mit einer Temperaturhalteeinrichtung, die nach dem Aufheizen
Ί5 der punktförmigen Bereiche diese auf einen Temperaturwert
hält, bei welchem das optische Verhalten der punktförmigen Bereiche der Schicht des optischen
Materials zu dem zweiten Zustand geändert ist und mit
einer zweiten Strahlungsquelle, deren Strahlung relativ zur Schicht über diese beweglich ist zum Abtasten des
optischen Verhaltens der einzelnen punktförmigen Bereiche der Schicht.
Es ist bereits bekannt (US-PS 35 09 348), daß eine Änderung des optischen Verhaltens des Speichermaterials
in Verbindung mit zwei verschiedenen, gehaltenen Temperaturen im Bereich einer definierten Ubergangstemperatur
erreichbar ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Speichereinrichtung der eingangs genannten Art derart auszugestalten,
daß sie mit einfacheren Mitteln das Einschreiben und Speichern einer größeren Zahl von Informationen pro
Flächeneinheit und ein einfaches Löschen unter Ausnutzung von Materialeigenschaften gestattet.
Erfindungsgemäß ist zur Lösung dieser Aufgabe vorgesehen, daß das optische Verhalten der Schicht des
optischen Materials im Bereich der Übergangstemperatur eine breite Hystereseschleife zeigt, daß die
Temperaturhalteeinrichtung eine Temperaturregeleinrichtung ist und daß die Temperaturregeleinrichtung
während des Einchreibens und Speicherns von Information die mittlere Temperatur der Schicht auf die die
mittlere Hysteresetemperatur bildende Übergangstemperatur einregelt.
Eine breite Hystereseschleife liegt dann vor, wenn das optische Verhalten sich ausgeprägt ändert in Abhängigkeit
davon, ob die Temperatur der Schicht unten oder oben an die Übergangstemperatur herangeführt wird.
Solche Hystereseschleifen sind in den Fig.4 und 5 dargestellt.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Anmeldungsgegenstand im Betrieb nur auf
einer Temperatur gehalten zu werden braucht, nämlich der als Übergangstemperatur benutzten mittleren
Hysteresetemperatur. Hierbei wird in punktförmigen Materialbereichen ein optisches Verhalten durch
Heranführen der Temperatur von der einen Seite, beispielsweise durch vorheriges Abkühlen, und das
wesentlich geänderte optische Verhalten durch Annahern der Temperatur von der anderen Seite, beispielsweise
durch vorheriges Aufheizen, an die mittlere Hysteresetemperatur als Übergangstemperatur herbeigeführt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
Die in den nachfolgend beschriebenen F i g. 4 und 5 dargestellten Hystereseschleifen zeigen das optische
Verhalten einer Schicht aus Vanadiumdioxid (VO2) für Licht mit einer Wellenlänge von mehr als 9800 A. Für
diese Wellenlänge zeigt die Hysterese der Reflexionskraft (Fig.4) einen Verlauf, der genau umgekehrt zu
dem Verlauf der Hysterese der Reflektionskraft bei einer Wellenlänge von wesentlich unter 9800 A ist. Ein
solcher umgekehrter Verlauf der Hysterese der Reflexionskraft ist in der Literaturstelle »Applied
Physics Letters, Vol. 19, No. 11, Seite 453 bis 455«, dargestellt und beschrieben. Die Umkehrung für
größere Wellenlängen ist zurückzuführen auf den Beitrag der freien Elektronenwolke zu der Reflexion,
der als »Drude-Term« in sich mit Wellenoptik befassenden Physikbüchern erläutert ist, u. a. in dem
Buch »Physics of Semi-Conductors, A. F. I ο f f e, Verlag
Academic Press Inc., New York«.
Materialien mit den erforderlichen Hystereseeigen- ds
schäften, die die breite Hystereseschleife zeigen, sind in den Untcransprüchen definiert und u. a. zu entnehmen
dem Fachbuch »Metals Reference Book, Voll. Ill, 4.
Ausgabe, Verlag Butterworths, London, 1967«.
Als Substrat sind Materialien geeignet, die bis etwa 400° C temperaturfest sind und die Änderung des
optischen Verhaltens, wie Absorption, Reflexion und Durch'Sssigkeit/der aufgebrachten Schicht nicht beeinflussen.
Im Falle der Durchlässigkeit ist als Substrat ein transparentes Material erforderlich, wobei hierbei
besonders geeignet Siliciumdioxid-Glas oder Natron-Glas
ist.
Die Dicke der verwendeten Schicht ist abhängig von dem verwendeten Sensorsystem, wobei insbesondere
bei der Anwendung der Durchlässigkeit ein Gleichgewicht eingehalten werden muß zwischen der optischen
Durchlässigkeit und der Absorptionsfähigkeit der Schicht, so daß das Sensorsystem mit der erforderlichen
Genauigkeit feststellen kann, ob Absorption oder Durchlässigkeit vorliegt. Bei Verwendung von Vanadiumdioxid
(VO2) als Material für die Schicht sind Schichtdicken zwischen 1000 A und 4000 A sinnvoll,
wobei eine Schichtdicke von 3000 A sich als besonders effektiv erwiesen hat.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben; in dieser zeigt
schematisch
F i g. 1 eine teilweise geschnittene Draufsicht einer erfindungsgemäßen, für Computer geeigneten, optischen
Speichereinrichtung,
Fig.2 eine teilweise geschnittene Draufsicht einer
weiteren Ausführungsform,
F i g. 3 eine Vorderansicht der in den F i g. 1 und 2 dargestellten Scheibe, wobei zusätzlich thermoelektrische
Kühlelemente dargestellt sind,
F i g. 4 ein Diagramm einer Hystereseschleife, das die Änderung der optischen Durchlässigkeit einer dünnen
Schicht aus Vanadiumdioxid (VO2) in Abhängigkeit von einer Änderung von deren Temperatur um eine
Übergangstemperatur veranschaulicht,
F i g. 5 ein Diagramm einer Hystereseschleife, das die Änderung der optischen Reflexionskraft einer dünnen
Schicht aus VO2 in Abhängigkeit von einer Änderung von deren Temperatur um die Übergangstemperatur
veranschaulicht, und
Fig.6 eine Anordnung einer Sammeloptik, die zum
Fokussieren von Lichtbündeln auf das Speichermaterial benutzbar ist.
Nach den F i g. 1 bis 3 ist eine als Substratträge! vorgesehene Scheibe 1 mit einem Durchmesser von ca
15 cm durch eine verkeilte Nabe 3 auf einer Ausgangs welle 5 eines Elektromotors 7 mit konstanter Drehzah
fest angebracht, der sich mit 100 Umdrehungen prc Sekunde dreht, wobei das freie Ende der Welle 5 durch
ein geeignetes Lager 9 abgestützt wird, so daß sich du Scheibe 1 ohne Vibrationen dreht. Es können aucl
größere Scheiben, beispielsweise mit 30 cm oder sogai 50 cm Durchmesser, benutzt werden, und die Drehzah
des Elektromotors kann dann modifiziert werden.
Die Scheibe 1 ist im Inneren eines Gehäuses If
angeordnet, das ein als Heizungsrichtung dienende; Heizelement 13 enthält, das mit einer Regeleinrichtung
17 und einem Temperaturfühlelement 19 gekoppelt ist die zusammenwirken, um das Innere des Gehäuses 11
auf einer vorbestimmten Übergangstemperatur zi halten, die in diesem Fall 65° C ± 0,5° C beträgt.
Die Übergangstemperntur ist diejenige Temperatur bei der ein Übergang zwischen halbleitendem unc
metallischem Zustand des Speichermaterials erfolgt Die Übergangstemperatur hängt ab von dem verwende
ten Speichermaterial, das im vorliegenden Beispie
Vanadiumdioxid (VO2) ist, ebenso wie von der benutzten
Kalibrierung. Ebenso hängen die Übergangstemperatur und die genaue Form der Hysteresiskurven, wie sie in
den F i g. 4 und 5 dargestellt sind, von der körperlichen Form des VO2 in der Schicht, den Verunreinigungen
oder Dotierungsmaterialien, die in dem VO2 vorhanden sein können, und von der Art und Weise ab, in der die
Schicht auf dem Substrat abgelagert worden ist.
Im allgemeinen werden zum Speichern dienende Schichten mit optimalen Eigenschaften und breiten
Hysteresisschleifen hergestellt durch Hochfrequenzzerstäubung auf geeignete Substrate. Hier wurde ein
geschmolzenes Siliciumdioxid-Substrat auf einer erhitzten Platte in einem System angeordnet, in welchem der
Druck auf 0,6 Milli-Torr von Sauerstoff und 6,9 Milli-Torr von Argon eingeregelt war. Die Substrattemperatur wurde auf 350° C angehoben, und das Zerstäuben wurde mit einer Hochfrequenzleistung von 380
Watt von einem 99,9%igen Vanadiumtarget begonnen. Nach einer Vorzerstäubungsperiode von 15 Minuten,
um das Erreichen eines Gleichgewichtes zu ermöglichen, und nach dem Entfernen einer Klappe wurde eine
Ablagerung des VO2 auf das Substrat zugelassen. Dieser Arbeitsgang führt zu einer Ablagerungsgeschwindigkeit
von näherungsweise 30 A/min von VO2.
Die obere Oberfläche der Scheibe 1 ist über einen äußeren ringförmigen Bereich mit einer dünnen Schicht
aus VO2 beschichtet. Hier ist die Scheibe 1 aus geschmolzenem Siliciumdioxid hergestellt und weist die
Schicht aus VO2 eine Dicke von 3000 Ä auf.
In Fig.4 ist eine typische Hysteresisschleife für VO2
dargestellt, in der die optische Durchlässigkeit in Prozent punktförmig über der Temperatur aufgetragen
ist. So nimmt der Prozentsatz der optischen Durchlässigkeit geringfügig ab, wenn die Temperatur der Schicht
auf die Übergangstemperatur von 65°C gebracht wird. Wenn die Temperatur zu dieser Übergangstemperatur
ansteigt, verläuft die optische Durchlässigkeit durch den Punkt A auf der Kennlinie zu dem Punkt B, der sich bei
65°C befindet. Wenn dann die Temperatur weiter angehoben wird, fällt die optische Durchlässigkeit
schnell zu dem Punkt C. An diesem Punkt stabilisiert sich die optische Durchlässigkeit bei dem Punkt D, wenn
die Schicht auf 650C zurückgckühlt wird, und wenn eine
weitere Kühlung herbeigeführt wird, steigt sie zu dem Punkt A, wobei sie einer anderen Kurve als der Kurve
folgt, entlang der sie zum Punkt C gefallen ist. Somit wird in Abhängigkeit davon, ob die Übergangstemperatur von 650C durch Aufheizen (vom Punkt A) oder
durch Abkühlen (vom Punkt C) angenähert wird, eine y>
sehr unterschiedliche optische Durchlässigkeit erreicht. An dem Punkt B ist die Schicht relativ optisch
durchlässig und läßt Licht dort hindurchtreten, und an
dem Punkt D ist sie relativ optisch undurchlässig und hält den grüßten Anteil des auf diese auffallenden
Lichtes zurück.
Wenn die Schicht bei 650C gehalten und ein
Intensives Lichtbündel darauf fokussiert wird, wird ein
punktförmlger Bereich der Schicht vom Punkt B bis über den Punkt C hinaus erhitzt, der undurchlässig do
gemacht und beim Punkt D gespeichert wird, Wenn
wiederum gelöscht werden soll, Ist es lediglich erforderlich, die Schicht auf den Punkt A zurückzuküh·
len und dadurch wiederum optisch durchlässig zu machen. f,Ä
FIg.3 zeigt eine Hysteresisschleife, in welcher die
optische Reflexionskraft in Prozent punktförmig über der Temperatur für Wellenlängen größer all etwa 9800
A aufgetragen ist. Hier führt ein Aufheizen der Schicht zu einem Verlauf der optischen Reflexionskraft vom
Punkt Ezum Punkt Fbei der Übergangstemperatur von etwa 65°C. In beiden Fällen ist die Reflexionskraft
gering, und die Schicht absorbiert das Lichtbündel. Ein weiteres Erhitzen führt zu einem sehr schnellen Anstieg
der Reflexionskraft bis zu dem Punkt G. Dann wird durch ein Abkühlen zurück zu der Übergangstemperatur von 65°C ein hoher Wert der Reflexionskraft der
Schicht bei Punkt H aufrechterhalten. Wenn weiter abgekühlt wird, fällt die Reflexionskraft scharf ab zu
dem Punkt E Wenn somit die Schicht, die sich auf 65°C befindet, durch das Auffallen eines Lichtbündels
aufgeheizt wird, nimmt deren Reflexionskraft schnell vom Punkt F zum Punkt G zu. Hierdurch wird eine
Information in punktförmige Bereiche auf der Schicht geschrieben, und wenn die Temperatur der Schicht
zurück auf 65°C geht, wird die Information in die punktförmigen Bereiche bei dem Punkt H gespeichert,
da diese punktförmigen Bereiche hohe Reflexionskraft aufweisen und ein für Lesezwecke auffallendes Lichtbündel reflektieren. Wenn die wieder gekühlt wird, fällt
die optische Reflexionskraft schnell zum Punkt E wodurch die gespeicherte Information wieder gelöscht
und die Schicht viel weniger reflektierend und mehr absorbierend gemacht wird.
In der oberen Wand des Gehäuses 11 ist eine
geeignete Sammeloptik 21 in einer solchen Weise angeordnet, daß durch diese Optik verlaufende Strahlenbündel auf die auf die Scheibe 1 aufgebrachte Schicht
2 fokussiert werden. Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Einrichtung aus Spiegeln und Optiken ist schematisch
dargestellt, jedoch ist eine Auslegung einer geeigneten Sammeloptik in Fig.6 in einer vergrößerten Querschnittsansicht dargestellt. Anstatt eine solche Sammcloptik zu benutzen, ist es ebenfalls möglich, eine Vielzahl
von kleinen einfachen Linsen vorzusehen, die sich über den geeigneten Bereich der Scheibe 1 erstrecken, die
mit der Schicht 2 aus VO2 beschichtet ist.
Alle Teile im Inneren des Gehäuses 11, die nicht mit
der tatsächlichen Übertragung von Licht verbunden sind, sind mit einem mattschwarzen Finish vorgesehen,
um Lichtrcflexion zu vermeiden und eine Absorption von allem einfallenden Licht zu bewirken.
Als Teil einer Meßeinrichtung ist ein lichtempfindliches Element 23 in dem Gehäuse 11 vorgesehen, dus
Lichtbündcl empfängt, die entweder durch die Schicht 2 und die Scheibe 1 (F i g. 1) hindurchtreten oder durch die
Schicht 2 (Fig.2) reflektiert werden, und geeignete
Ausgangssignale erzeugt, wenn diese Bündel auffallen
Nach Fig. I kann zwischen der Scheibe I und dem lichtempfindlichen Element 23 eine weitere Linse 21
angeordnet sein, die die Bündel von einem breiter Winkel zu dem lichtempfindlichen Element 23 fokussiert, so daß das lichtempfindliche Element viel kleinci
als die Breite der VOj-Schlcht auf der Scheibe 1 sein
kann.
Außerhalb des Gehäuses Il ist ein Laser 31
angeordnet, der Lichtbündel der gwünschten Wellen' länge mit den erforderlichen Leistungen erzeugt. Irr
allgemeinen sind Laser geeignet, die Wellenlänger zwischen etwa 0,2 Mikron und IO Mikron unc
Leistungen In dem Bereich zwischen etwa 30 und 5(X Milliwatt erzeugen. Hler wird ein Laser benutzt, der ml
einer Wellenlänge von 1,06 Mikron und mit elnei
Leistung 230 Milliwatt arbeitet. Koaxial zu dem Laser Is ein optischer Modulator 41 vorgesehen, durch den die
von dem Laser 31 erzeugten Laserbündel hlndurchtre
ten. Dieser Modulator 41 ist mit einem »Ein«- und »Aus«-Effekt vorgesehen, der eine Durchlässigkeit von
etwa 80% der von dem Laser 31 ausgesendeten Leistung bzw. etwa 1% bewirkt. Es wird zum
Aufzeichnen der Modulator mit einer vorbestimmten Sequenz »ein«- und »aus«-geschaltet, so daß er eine
hohe Durchlässigkeit und eine niedrige Durchlässigkeit des Laserbündels aufeinanderfolgen läßt. Dieses Bündel
wird weiter übertragen und durch die Einrichtung mit Spiegeln und Optiken auf die Speicherschicht fokussiert,
auf welcher undurchlässige punktförmige Informationsbereiche oder »Bits« so aufgezeichnet werden.
Im Falle des Lesens kann der Modulator vollständig in dem »Aus«-Zustand bleiben, so daß die Leistung des
Lasers auf etwa 1% oder etwa 1 Milliwatt abgeschwächt ist.
Auf dem Modulator 41 folgt ein Teleskop 42, das zu diesem koaxial angeordnet ist. Das durch den Laser
erzeugte Bündel weist üblicherweise einen kleinen Durchmesser von 1 bis 3 mm auf. Das Teleskop
vergrößert diesen Durchmesser des Bündels auf etwa 30 mm und macht es dadurch viel besser geeignet für
eine weitere optische Übertragung und Reflexion. So beträgt nach F i g. 6 der Bündeldurchmesser »d« etwa
30 mm.
Auf das Teleskop 42 folgend ist axial zu diesem ein akusto-optischer Deflektor 43 vorgesehen, der etwa 200
Ablenkungen des von dem Laser empfangenen Bündels erzeugt.
Ein Bündel, beispielsweise das Bündel »a«, »b« oder »c«, das durch den akusto-optischen Deflektor 43 in
einer geeigneten Richtung abgelenkt worden ist, wird zu einem Spiegel 45 gerichtet, der selber in viele
alternative Stellungen durch eine Betätigungseinrichtung 46 eingestellt werden kann (wie es in Fig. 1
dargestellt ist, in welcher kleine Pfeile die Bewegungen eines solchen Spiegels veranschaulichen). Der dargestellte Spiegel ist ein Galvanometerspiegel, der durch 25
verschiedene Stellungen bewegt werden kann.
Der Spiegel 45 reflektiert dann das von dem akusto-optischen Deflektor empfangene Bündel zu der
Sammeloptik 21, die das Bündel auf die Schicht 2 fokussiert. In jeder Stellung des Spiegels 45 können
etwa 200 Spuren entsprechend den 200 Bündeln, die durch den akusto-optischen Deflektor 43 abgelenkt
werden können, aufgezeichnet und auf der Schicht gespeichert werden. Da 25 Stellungen des Spiegels 45
gegeben sind, ist es somit möglich, etwa 25 Informntionsbünder, von denen jedes 200 Spuren enthält,
aufzuzeichnen. Wenn eine mittlere Spurlünge von 25 cm
und ein Abstand von 10 Mikron für die geschriebenen punktförmigen Bereiche angenommen wird, werden
somit etwa 25 000 Informationsbits pro Spur und 5 x.lO·
Informationsbits pro Band aufgezeichnet. Dies bedeutet, daß eine Scheibe mit 15 cm Durchmesser, deren
angenäherte Größe in Pig.3 dargestellt ist, 1,25χ 10*
Informationsbits speichern kann. Dabei ist nur ein Teil dieser Scheibe mit der Schicht beschichtet, wahrend die
daraufgespeicherte Informationsmenge angonllhcrt der
entspricht, die Jetzt in einem Stapel von Magnet· Speicherscheiben mit 10 Doppeloberflächen und 33 cm
Abmessung gespeichert wird.
Für Lesezwecke werden die Spuren der gespeicherten Information der optischen Speichoreinrichtung
statistisch abgestastet. Durch eine vom Computer gelieferte Information wird das Deflektorsystem In die
richtige Spur geführt. Die Auswahl der richtigen Spur erfolgt dann durch ein rückgekoppeltes Regelsystem,
wobei eine Positionsinformation vorgesehen ist durch Bezugsspuren, die vorher auf die Scheibe aufgezeichnet
worden sind. Im allgemeinen weist jedes Band von 200 Spuren zwei oder drei erste Spuren für Bezugszwecke
auf.
Es ist ebenfalls erforderlich, den Betrieb von äußeren, den photoempfindlichen Elementen und dem Modulator
zugeordneten Schaltungen mit der Drehung der Scheibe 1 zu synchronisieren, und zu diesem Zweck kann die
ίο Scheibe 1 an ihrer Kante mit einer Vielzahl von
Radiallinien in vorbestimmten Intervallen vorgesehen sein. Diese Linien können ausgebildet werden durch
Entfernen oder Abkratzen sehr dünner und kurzer radialer Streifen 51 von der Kante der Scheibe, so daß
Licht von einer Punktlichtquelle 53 dort hindurch zu einer photoelektrischen Zelle 55 verlaufen kann. Der
Ausgang von der Zelle 55 liefert somit einen Impuls für jede Linie 51, was zu einem für die Synchronisierung und
Drehzahlsteuerung erforderlichen Ausgangssignal
führt.
Zusätzlich können thermoelektrische Kühler 57 gerade über der sich drehenden Scheibe 1 vorgesehen
sein. Hier sind 25 solcher Kühler vorgesehen, einer gerade über jedem der 25 auf die Scheibe aufgezeichne
ten Bänder. Die thermoelektrischen Kühlelemente sind
nach F i g. 3 gerade so über jedem Band der Scheibe angeordnet, daß sie unabhängig auf jedes solches Band
einwirken können, um nur ein ausgewähltes Band zu einer Zeit zu kühlen. Da die Scheibe aus Glas mit einer
niedrigen Wärmeleitfähigkeit hergestellt ist, kann der Kühleffekt von jedem der Elemente auf das zugeordnete Band begrenzt werden, wenn sich die Scheibe dreht.
Der Pfeil R zeigt die Drehrichtung der Scheibe 1 an. Es ist somit möglich, nur das gewünschte Band oder
gewünschte Bänder der aufgezeichneten Information zu
löschen, ohne die verbleibenden Bänder zu beeinflussen.
100 Umdrehungen pro Sekunde, und die Regeleinrichtung 17 bringt den Inhalt des Gehäuses Il auf eine
vorbestimmte Übergangstemperatur und hält diese. Die Übergangstemperatur beträgt 650C ± 0,50C für eine
mit einer VOj-Schicht hergestellte Speichereinrichtung.
Während der Inbetriebnahme der optischen Speichereinrichtung folgt die gesamte VOj-Schicht dem Teil der
in F i g. 4 dargestellten Hystcrcsis-Kennlinic von A nach
ßund befindet sich in dem Zustand am Punkt B auf der Kurve, wo alle Bereiche der Schicht eine relativ hohe
v> optische Durchlässigkeit für Licht aufweisen, d. h.
optisch transparent sind. Dieser Punkt wird als der zusatnd »Null« bezeichnet und bewirkt ein hohes
Ausgangssignal des lichtempfindlichen Elementes 23. Der entgegengesetzte Zustand am Punkt D mit einer
SS geringen optischen Durchlässigkeit wird als Zustand »Eins« bezeichnet. Dieser Zustand »Eins« wird durch
Kühlen von C nach D erreicht, und in diesem Zustand wird die durch Aufheizen von B nach C erzeugte
aufgezeichnete Information gespeichert. In diesem
fto Zustand »Eins« weisen die Bereiche der Schicht, die
zuerst erhitzt und dann zurück zu diesem Zustand gekühlt worden sind, eine geringe optische Durchlässigkeit auf, d. h. sind optisch undurchsichtig geworden. Sie
erzeugen ein niedriges oder »negatives« Ausgangssi·
". gnnl des lichtempfindlichen Elementes 23.
Wenn das OehHuse Il und dessen Inhalt eine stabile
Betriebstemperatur (In diesem Fall 630C ± 0,3"C)
erreicht haben, wird der Loser 31 eingesetzt zum
700 B31/221
Aufzeichnen und Lesen von Binärinformationen auf punktiörmigen Bereichen der VCVSchicht, wobei diese
Bereiche als Binär-Speicherzellen wirken. Hierbei wird der Modulator 41 so betrieben, daß im wesentlichen
keine Lichtenergie (etwa 1% oder weniger) durch das optische System zu der VC>2-Schicht (im »Aus«-Zustand)
verläuft. Um ein Aufzeichnen von Binärsymbolen zu bewirken, wird der Modulator in den »Ein«-Zustand
geschaltet, um eine maximale Übertragung (etwa 80% der Lichtenergie) zuzulassen. Dann wird das durch den
Modulator verlaufende Lichtbündel durch den akustooptischen Deflektor 43 geführt, und der Spiegel 45
reflektiert es durch die Sammeloptik 21, die es auf punktförmige Bereiche der VCVSchicht 2 fokussiert.
Jeder punktförmige Bereich, auf den das Licht fokussiert wird, weist einen Durchmesser von etwa 5 Mikron auf.
Der Modulator wird so betrieben, daß die Zeitdauer für einen punktförmigen Bereich einer Punktwanderung
auf der Scheibe von einem Mikron entspricht, d. h., da die Lineargeschwindigkeit der Scheibe etwa 40
Millionen Mikron pro Sekunde beträgt, beträgt die Zeit für einen punktförmigen Bereich 25 Nanosekunden.
Somit weist der punktförmige Bereich der Schicht, der durch das Erhitzen aufgrund der Bestrahlung beeinflußt
worden ist, eine Breite von etwa 5 Mikron und eine Länge von etwa 6 Mikron auf. Es können somit
punktförmige Bereiche mit einer Umfangsteilung von etwa 10 Mikron aufgezeichnet werden.
Um die Information, die vorher in der oben beschriebenen Weise gespeichert worden ist, aus der
Scheibe auszulesen, wird der Modulator 4 »aus«- geschaltct auf etwa 1% Lichtdurchlässigkeit, wobei das ■
Licht ein kontinuierliches Bündel bildet, das statistisch die verschiedenen vorher aufgezeichneten Spuren
abtasten kann. Wenn dieses Licht vom Laser 41 einen Bereich in dem Zustand »Eins« (Zustand geringer
Lichtdurchlässigkeit) streift, dann wird das auf den aufgezeichneten punktförmigen Bereich fallende Licht
zurückgehalten und kann nicht zu dem lichtempfindlichen Element 23 darunter gelangen. Dadurch wird ein
negativer elektrischer Impuls von dem lichtempfindlichen Element 23 erzeugt. Die Dauer dieses Impulses
wird bestimmt durch die Abmaße des aufgezeichneten Bereiches und betrügt etwa 25 Nanosekunden pro
Bereich. Wenn dieses Licht einen Bereich im Zustund »Null« (Zustand hoher Lichtdurchlässigkeit) antrifft,
wird es dort hindurch auf das lichtempfindliche Element geführt, und es wird ein konstanter Ausgang von diesem
Element erzeugt. Das Vorhandensein einer aufgezeichneten Information wird somit durch das Aussenden
negativer Impulse vom lichtempfindlichen Element angezeigt. Hier wird als lichtempfindliches Element ein
Sl-Photovervielfacher verwendet.
Um die Information auf einem Streifen der VO2-Schicht
zu ändern, ist es erforderlich, das Band vollständig zurück zu dem Zustand »Null« oder Punkt B
in Fig.4 zu löschen, und dies wird ausgeführt durch Kühlen des vorgewählten Bandes, indem das zugeordnete
thermoelektrische Element 57 erregt wird und das dadurch die Temperatur des Bandes unter die
Temperatur gebracht wird, die dem Punkt A in F i g. 4 entspricht. Dann ist unvermeidlich jeder Bereich auf
dem Band im Zustand »Null«, wenn die Temperatur wieder auf die Übergangstemperatur des Gehäuses von
650C ansteigen kann. Danach kann wiederum ein Aufzeichnen auf dem Band erfolgen. Die gesamte auf
einer Scheibe aufgezeichnete Information kann leicht gelöscht werden, indem einfach die Temperatur des
Gehäuses 11 auf einen Pegel unter den Punkt A in F i g. 4 abgesenkt wird.
Die Betriebsweise der in Fig.2 dargestellten Einrichtung ist sehr ähnlich der oben mit Bezug auf
F i g. 1 beschriebenen, jedoch werden die durch die Sammeloptik 21 auf die Schicht 2 fokussierten Strahlen,
anstatt durch die Schicht und die Scheibe 1 zu verlaufen, von dieser zu dem lichtempfindlichen Elemont 23
reflektiert. In diesem Fall folgen die Aufzeichnungs-, Lese- und Lösch-Funktionen der Hysteresiskurvc in
F i g. 5, und der Zustand »Null« befindet sich beim Punkt Fder Kurve, während sich der Zustand »Eins« am Punkt
W der Kurve befindet.
Anstelle der Scheibe, auf der die Speicherschicht abgelagert worden ist, kann eine Trommel benutzt
werden, wobei beispielsweise das lichtempfindliche Element auf der Achse der Trommel angeordnet sein
kann. Ebenfalls kann die Schicht auf eine fixierte Platte aufgebracht sein, wobei alle Teile der Einrichtung fixiert
sind. In einem solchen Falle können zwei akusto-oplischc
oder elektrooptische Reflektoren oder Galvano meterspicgel benutzt werden, die im rechten Winkel
zueinander arbeiten, wobei der eine den Strahl in der X-Richtung und der andere in der V-Richtung ablenkt
und eine rechtwinklige Oberfläche abgetastet wird.
Claims (13)
1. Optische Speichereinrichtung mit einer auf einem Substrat angeordneten Schicht aus einem
Material, dessen optisches Verhalten, wie Absorption, Reflexion und Durchlässigkeit, sich im Bereich
einer bestimmten materialabhängigen Übergangstemperatur, bei der ein Übergang zwischen halbleitendem
und metallischem Zustand des Materials erfolgt, in Abhängigkeit von der Temperatur
zwischen einem ersten und einem zweiten Zustand ausgeprägt ändert, mit einer ersten Strahlungsquelle,
deren Strahlung relativ zur Schicht über diese beweglich ist, zum kurzzeitigen Aufheizen punktförmiger
Bereiche der Schicht über die Übergangsternperatur, mit einer Temperaturhalteeinrichtung, die
nach dem Aufheizen der punktförmigen Bereiche diese auf einen Temperaturwert hält, bei welchem
das optische Verhalten der punktförmigen Bereiche der Schicht des optischen Materials zu dem zweiten
Zustand geändert ist und mit einer zweiten Strahlungsquelle, deren Strahlung relativ zur Schicht
über diese beweglich ist zum Abtasten des optischen Verhaltens der einzelnen punktförmigen Bereiche
der Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Verhalten der Schicht (2) des optischen
Materials im Bereich der Übergangstemperatur eine breite Hystereseschleife (F i g. 4 und 5) zeigt, daß die
Temperaturhalteeinrichtung eine Temperaturregeleinrichtung (13,17,19) ist und daß die Temperaturregeleinrichtung
während des Einschreibens und Speicherns von Information die mittlere Temperatur
der Schicht auf die die mittlere Hysteresetemperatur bildende Übergangstemperatur einregelt.
2. Optische Speichereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Material
der Schicht (2) im ersten Zustand eine geringe Durchlässigkeit und im zweiten Zustand eine hohe
Durchlässigkeit aufweist und daß eine Meßeinrichtung (23, 24) vorgesehen ist, die die durch die
punktförmigen Bereiche der Schicht (2) hindurchgehende Strahlung registriert.
3. Optische Speichereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Material
der Schicht (2) im ersten Zustand eine hohe Reflexionskraft und im zweiten Zustand eine
geringere Reflexionskraft aufweist und daß eine Meßeinrichtung (23) vorgesehen ist, die die von den
punktförmigen Bereichen der Schicht (2) reflektierte Strahlung registriert.
4. Optische Speichereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
erste und zweite Strahlungsquelle von einem einzigen Laser (31) gebildet sind, dem ein Modulator
(41) zugeordnet ist, der in einer Einstellung eine erste Strahlung vorbestimmter Wellenlänge und hoher
Leistung in einer vorbestimmten Taktfolge zum Einschreiben und Speichern durch Aufheizen punktförmiger
Bereiche der Schicht (2) und in einer zweiten Einstellung eine zweite Strahlung mit
derselben Wellenlänge und geringer Leistung kontinuierlich zum Lesen durch Abtasten des
optischen Verhaltens der punktförmigen Bereiche der Schicht (2) hindurchtreten läßt.
5. Optische Speichereinrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Einrichtung mit Spiegeln
(45) und Optiken (21, 42, 43) zum Fokussieren der Strahlung des einzigen Lasers (31) auf den
punktförmigen Bereichen der Schicht (2) des optischen Materials.
6. Optische Speichereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das optische Material der Schicht (2) Vanadiumdioxid (VO2) umfaßt.
7. Optische Speichereinrichtung nach den Ansprüchen 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
ίο Wellenlänge der Strahlung zum Aufheizen bei
Ausnutzung der Reflexion größer als 9800 Angström (A) ist.
8. Optische Speichereinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (2)
ι s eine Dicke zwischen 1000 und 4000 A aufweist.
9. Optische Speichereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das
optische Material der Schicht (2) V2O3, Ag2Si oder
Cu2HgI4 umfaßt.
10. Optische Speichereinrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als
Übergangstemperatur 65° C für VO2, 1200C für
V2O3, 18O0C für Ag2Si und 60°C für Cu2HgI4
vorgesehen ist.
11. Optische Speichereinrichtung nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturrcgeleinrichtung (13,17,19)
ein das Substrat (1) mit darauf angeordneter Schicht (2) umgebendes Gehäuse (11), eine Heizeinrichtung
(13) und einen im Gehäuse angeordneten Temperaturfühler (19) umfaßt und die Gehäusetemperatur
regelt.
12. Optische Speichereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das Substrat (1) als Scheibe ausgebildet ist und daß die Scheibe mit einer vorbestimmten
Drehzahl und synchronisiert mit den Strahlungsquellen drehbar (7) ist.
13. Optische Speichereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß zum selektiven Löschen Kühleinrichtungen (57) vorgesehen sind, mit denen die Schicht (2) in
vorbestimmten Bereichen unter die Übergangstemperatur abkühlbar und dadurch die dort gelegenen
punktförmigen Bereichen in den ersten Zustand rückführbar sind.
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