【新型光信息存储材料及原理】
拼译：the principle and application of new type optical information recording materials
光信息存储系统是现代信息处理技术的最新体系，它始于美国1961年光学式视频唱片的研究。然而，直到1972年美国和荷兰才同时发表了各自研究的激光视盘系统。近年来，对光盘的关注已从只能播放图像的视盘和收听声音的声盘逐渐转到存储和处理数字信息的应用领域。
与传统的磁性介质存储系统相比，光学信息存储具有很多优点：(1)能提供较高的存储密度和大容量的记录功能，例如，在一张直径为20cm的光盘上可记录相当于104张A4纸上的全部信息，即记录密度提高数10倍至100倍；(2)防污染性好。因为，激光束不直接与记录表面接触。同时，激光束聚焦在信息面上的光斑比基片表面光束的照射面积缩小了100万倍，因而灰尘或伤痕对信息面的影响可以忽略；(3)使用寿命长，可达10年以上；(4)成本比较低。光信息存储的原理可简述如下：当用聚焦为1μm左右的激光束照射光盘时，(该盘通常是由透明保护层、记录介质层、反射层及片基等构成)由于记录介质发生物理和化学变化，从而改变光的反射和透射强度，由此获得的信号可用以进行二进制信息记录。在读取信息时，通常用同样波长但功率较小的激光进行。信息的擦除则是利用记录介质的晶态变化、磁光效应或光致变色效应等完成。在记录信息时，依据的记录介质的物理化学变化现象可分为热作用(热型)和光化学反应(光子型)两种类型。形成坑，鼓泡、热致发色、液晶、双拆射及相转移等属于热型变化；光致变色、光重排、光异构化、光离解等属于光子型。按照应用功能，光盘分为只读、一次写入及可擦除3种类型。其中可擦除型的光信息存储是当今最具有应用价值的体系。1．无机可擦除型光记录材料。以磁光和相变材料研究的最多，并且已经在生产上得到应用。例如，磁光和相变光盘已进入商品化生产。磁光材料通常为Fe、Co、Ni掺以稀土材料Gd、Tb、Dy的合金。磁光型可擦除记录材料的记录擦除原理是：在记录前，磁光材料薄膜的磁化方向全部是沿着同一方向垂直于记录膜。记录信息时，利用激光照射，并外加一个与磁性薄膜原来磁化方向相反的附加磁场，当光照区温度超过居里温度时，磁性薄膜的磁化方向发生反转，将照在膜上的反射光旋转角度换成为强度而读出；用激光照射并外加与记录时方向相反的磁场，使被反转的磁化方向恢复到记录前的状态从而完成信息的擦除功能。目前研究最多的磁光存储材料是Gd、Tb、Fe或Tb、Fe、Co等非晶态合金薄膜，这些材料的缺点是做成薄膜后对氧和水的抵抗能力差，薄膜本身性能劣化，如表面氧化、选择氧化(即稀土元素比过渡金属先氧化)，以及孔蚀等。因此，在存储介质膜上一般都要有一层保护膜。相变材料通常为硫属化合物的合金，而且大都是3个以上元素组成的，如TeGeSbS，TeGeSnO，TeGeSn等。相变光信息记录材料的工作原理是利用在激光作用下，材料发生非晶态到晶体志的可逆相变化以实现写入和擦除信息的。晶态中，原子排列长程有序，折射率和光吸收系数大，反射率小。相反，非晶态中原子排列长程无序，其x光衍射光样呈光晕状、非晶态的折射率和光吸收系数比晶态中小，反射率则大。因而可利用晶态和非晶态的反射率差进行信息的记录和再现。该材料应用于光盘中时，要求具有适度的熔点和晶化温度，这样可保证非晶态的必要稳定性。为了得到良好的信息质量，材料的晶态和非晶态的反射率差值越大越好。信息擦除时，利用低功率长脉冲激光束把非晶态区加热到高于玻璃化转换点，但低于熔点的温度后，再冷却使结晶回到原来的多晶态。为了擦除效果好，记录材料必须在高于晶化温度的温度下具有适当的晶化速度。2．有机可擦除光记录材料。最早研究的有机可擦除光记录材料是光致变色化合物。近年来，有机相变材料及热塑性聚合物的研究也有很多报导。但是，这类材料大都处于研究开发阶段。例如，光致变色材料，其记录和擦除信息的原理是，在光的作用下材料发生光致变色异构化反应。所谓光致变色现象就是两种相关的、但光学特性(吸收、折射率等)不同的化学物质在光或热的作用下进行的可逆性转换，如下式所示，通常情况是A吸收短波长光后转变为B，B在暗中或适当波长的光照或加热而转变回A。
3000)具有较低的软化点和流动性。在擦除时，易于填平凹坑。用10mW的氦氖激光记录和擦除时，重复10次以上无变化。近年来，日本又相继研究了掺萘酞菁金属络合物的可塑性高聚物用于可擦重写光信息记录光盘。例如，Teijin公司的研究人员将氯丁橡胶、聚异氰酸盐和可溶性酞菁钒的混合物作垫底层、用含有双－2－甲基丙烯酰氧代乙氧基硅萘酞菁的丙烯酸双酚A酯聚合物作为膨胀层制备成光记录介质。当用波长830nm，功率10mW的激光脉冲照射时，产生直径为1．4μm的鼓泡，若用波长780nm功率7mW的激光连续照射时，鼓泡被消除，这样的循环可重复104次以上。【参考文献】：1 Pice P，Macovsk A．Motion Picture and Television Engineers，1970，79：9972 Heller H G，Oliver S．J．Chem．Soc．1981，3413 Arakawa S，H Kondo．Chem Lett．，1985，12：18054 Weili Zhao，Yangfu Ming A．Chem．1992，63：235～2405 吴受萍，明阳福，孟宪娟，等．有机化学，1992，12：164(中国科学院北京感光化学研究所明阳福副研究员撰)