| 单词 | 光子选通与频域存储 |
| 释义 | 【光子选通与频域存储】 拼译：photon gated and frequency domain optical storage 在光盘存储技术中，由于光的衍射，光学头聚焦在记录介质上最小光斑的极限尺寸约为1μm。因此，光盘记录介质的(x，y)二维空间有一个数量级为108bit／cm2(bit是信息单元，称位)的存储密度上限。若能在同一个记录光斑上通过改变激光的频率来产生记录信息的某种效应，则可在同一个(x，y)点实现频率(v)空间(域)的多重记录。光子选通光谱烧孔，简称PHB，是有可能应用于频率域存储的一个途径。如果PHB材料作为光盘介质，则可实现光盘的三维(x，y，v)存储。理论估计光谱烧孔的数目即频域存储的多重度的数量级约为103～104，因而光盘三维存储密度的上限可达1011～1012bit／cm2。 自从1978年美国IBM公司的G．Castro等人提出将PHB应用于频域多重记录以来，已有许多国家对PHB光存储技术进行了研究。中国也于1987年将PHB研究列入了高科技计划。PHB介质是一种以光活性客体和主体(基质)组成的有机高分子体系。在低温下，当用单模激光照射后，在客体分子非均匀展宽谱线范围的吸收带内相应于激光频率的位置上，会出现吸收率(或透射率)的减小(或增大)，因而在吸收率(或透射率)曲线上呈现出凹坑(或凸峰)，这种现象称为光谱烧孔。如果一个光谱孔对应于一个数据位，就可建立频率域的光存储。有关PHB研究可分为两类：一类是单色(包括单色单光子和单色双光子)光谱烧孔。此类烧孔由于不存在阈值而使读出具有破坏性。为了消除这个缺点，目前多数人已将研究方向转向第2类，即双色光子选通光谱烧孔。这是利用两束不同颜色(波长为λ1、λ2)的光同时照射在合适的体系上形成光谱孔。其中一束光(λ1)只起选择烧孔频率位置的作用，因而称为选位光，另一束光(λ2)则起光致反应形成光谱烧孔的作用。没有这束光就不可能烧孔，因而称为选通光。由于读出过程中只使用第一束光(λ1)，因而也就不存在破坏性读出问题了。近几年来，各国对一些有机光子材料进行了PHB研究。例如对一种体系：四苯并卟吩锌——巴豆酸／苯氧(基)树脂，简写为Zn-tbp－CA／phR，从样品的制备、孔的形成到孔的检测，包括孔的寿命、孔的温度效应、孔的擦除性能以及孔的选通比等进行了系统的实验研究。现将该项研究作一简介。样品制备 将Zntbp(客体)、CA(添加剂)及phR(主体)溶于四氢呋喃后制成样品溶液，其中Zntbp／CA=1／400(分子比)，PhR(固体)中Zntbp的浓度约为2×10－3mol／L。取此适量溶液置于黑暗环境中固化成厚约30～100μm的薄膜。烧孔与孔的检测 将试样固定在低温恒温器的样品架上，单模连续染料激光器用作选位光源，Ar+激光器用来泵浦染料激光器，并作为选通光源。所有烧孔实验均在20K的温度下进行。烧孔过程中到达样品表面的选位光功率密度ρ1、选通光功率密度ρ2以及样品被双色光照射(即烧孔)时间τB可以根据需要进行控制。孔的检测(读出)是利用白光源、单色仪、锁相放大器、光电倍增管以及记录仪等通过烧孔前后透射光谱变化的检测来实现。检测结果 (1)烧孔范围。计算得到20K下的非均匀线宽约为384cm－1(617．6－632．5nm)。实验表明，长波侧能实现烧孔范围大于632．5nm，但随着波长继续增长，需要适当提高烧孔功率密度。(2)孔的寿命。设一个刚烧得的双色孔，深度为10%(孔深为烧孔前后吸收率的变化与烧孔前吸收率之比)，则可算得，当该孔衰减至原孔深的40%时约需6年时间，孔宽随保存时间变化很缓慢。即在20K下，孔几乎能长期保存。进一步的实验表明单色孔孔形比双色孔孔形衰变得快。(3)孔的温度效应。对于20K下，波长在627．9nm附近，深为6．66%，宽为1．73cm－1的一个双色光子选通孔，分别将其退火(升温)至40K、60K、80K和100K，并在每个温度上稳定15min后，测得的孔形随着退火温度的升高，孔形逐渐变浅变宽直到消失。但样品冷却至原温后，由于升温引起的孔形变化却只能部分地恢复。而且升温越高，孔形恢复越少，当温度循环的幅度达100K时，孔已不复存在。(4)孔的擦除性能。用功率密度为50MW／cm2的Ar+激光照射一个双色光子选通孔时随着光擦除时间的增长，孔深逐渐填平(擦除)。若使用更大功率密度的Ar+激光去照射，则孔将更快地擦除。(5)孔的选通比。选通比G定义为在相同烧孔条件下，双色孔深与单色孔深之比。双色孔对应于选位光和选通光同时作用下形成的孔；而单色孔则是选位光单独作用的结果。G值的大小直接反映光子选通光谱烧孔中选通光作用的大小。为了消除单色烧孔因无阈值而导致破坏性读出的缺陷，要求设计的PHB材料体系具有大的G值。对于给定的样品，G值的大小与孔的检测温度，孔形成后在一定温度下保存的时间以及烧孔条件的取值等因素有关。迄今，国内外已研究过的PHB介质离频域存储实用化的要求还相距甚远。PHB的性能、参数不仅与材料体系本身有关，而且与存储时的读写等条件有关。PHB技术的理论基础涉及激光光谱、固体物理、低温物理、有机和无机化学、高分子材料等学科领域。要从机理上弄清PHB现象的本质和规律，从而研究出一种合适的选通型存储介质还不容易，但可望取得突破性进展。【参考文献】：1 Castro G, Haarer D, et al. U.S. Patent ,1978,4(101) :9762 Haarer D. Jpn J Appl Phys,1987,26:2273 Moerner W E. Springer-Verlag,Berlin,19884 Arnold S,et al. Opt. Lett, 1991,16 : 4205 Zhonglin Zhang,Luqing Shi, et al. Appl Phys, 1993,B56:1(北京航空航天大学丁汉泉教授撰；张忠麟审) |
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