記錄、讀出和削除信息的光熱方法

2023-05-15 10:24:21 1

專利名稱:記錄、讀出和削除信息的光熱方法
本發明屬於以信息載體與電磁場輻射-光源的相對移動為基礎的信息記錄、讀出和消除領域，更具體說是涉及光熱記錄、讀出和消除信息的方法。
本發明可用於計算技術、電視錄相和錄音設備、信息的存儲和處理系統。
發明論述了利用光源存儲裝置消除和復錄信息的功能以解決光熱記錄和儲存數字信息中的一個主要問題。目前，實現信息反覆記錄的方法是利用以硫族化物玻璃為基的介質中的可逆磁光變換和結構變化實現的。實施起來很複雜。
已知的一種光熱記錄、讀出和消除信息的方法是以加熱液體薄膜時所產生的流體動力學效應為基礎的。(А.Л.Картужанскuǔ「無銀照相過程」，1984年，《化學》.列寧格勒，第231-232頁)，根據這種流體動力學效應的存在，當薄膜表面受到輻射時，就使薄膜表面產生與被記錄信息相對應的凹凸起伏變化。這種變化取決於該薄膜表面能量與溫度的關係。
該已知的信息光熱記錄、讀出和消除方法的特點是信息的儲存時間短，靈敏度低、解析度不高，這是由於液體薄膜的準熱平衡流體動力學弛張所決定的。
已知的另一種光熱記錄、讀出和消除信息方法(А.Л.Картужанскuǔ「無銀照相過程」，1984年，《化學》，列寧格勒，46-49頁)是通過電暈放電予先對記錄介質的薄膜表面均勻充電，然後將與薄膜材料的光導率相應頻譜的記錄圖象信息投射到薄膜表面，使在該表面上首先形成電位的起伏變化，然後軟化整個薄膜(例如加熱)將潛象顯影，再定影(例如使薄膜冷卻)。用上述方法記錄的影象，可用重複軟化記錄介質的辦法將其抹去。
上述光熱記錄、讀出和消除信息的方法的特點是信息可以多次重複記錄、靈敏度高、信息儲存的時間長。但是，在上述方法中，由光塑性材料自身應變造成的噪音水平高;又因為受到薄膜表面充電時間、光塑性材料電流載體的很小的流動性、以及記錄介質熱弛張時間的限制，使記錄-抹去的周期很長;解析度有限;達不到記錄和讀出信息時光學系統解析度所提供的信息密度;通帶比較窄。上述方法的這些特點是形成潛象與顯影機制同時在整個薄膜表面上實現的結果。為了實現已知的上述方法，必須形成一個潛象，這個潛象實質上就是一種隨著投射在薄膜表面上影象的亮度變化而變化的表面充電電荷密度的分布。這個過程需要相當長的時間，並且是噪音源之一。潛象顯影是採取使整個薄膜同時軟化的方法，這就不僅使潛象顯影成凹凸的形式，也使噪音顯影成凹凸的形式，並且需要相當長的時間用於加熱和冷卻整個記錄介質。因此，這個公知的方法，在進行光熱記錄和消除信息時，不能保證最理想的薄膜變形條件，對光學系統解析度的極限所能達到的信息單位就不能實行信息的光熱記錄和消除。
有一種與上述最接近的光熱記錄，讀出和消除信息的方法(第二次全蘇科學技術代表會議「無線電技術的發展問題」，1985年，A.C.波波夫，無線電技術，電子和通訊科學技術學會中央和喬治亞共和國理事會，莫斯科，第62-63頁)，根據這個方法，將置於襯底上的記錄介質，用已調製的、定位在與信息單位的尺寸同一數量級的電磁射線進行輻照的方法記錄信息，記錄介質在熔融狀態能沿襯底擴散，射線使記錄介質熔融並產生變形。此後，由於記錄介質冷卻，所形成的已定位的信息單位，在深度方向上以兩種高度水平成凹凸起伏的畢特形式被固定下來。光熱記錄信息的過程就於此結束。畢特的讀出用聚焦的電磁射線進行。此後可以用同時加熱記錄介質整個表面的方法抹去所記錄的信息。
在上述公知的方法中，在由電磁脈衝持續時間確定的短暫時間間隔內，可以光學系統的最大密度和高信噪比進行不連續的光熱信息記錄和消除。但是，該公知方法的特點是信號處理的可靠性不高，重複記錄的作用次數少。這是由於記錄和消除過程分別向記錄介質提出了一系列互相矛盾的要求的結果。的確，因為記錄介質的變形是由於表面張力梯度和流體動力學壓力梯度產生的。因此，必須將它加熱到遠遠超出它融化的溫度，以便改善記錄介質的粘彈性和增加出現畢特的機率。但是，這樣的溫度能使記錄介質的材料迅速損壞，其後果是能實現重複記錄的循環使用次數非常少。為了加熱記錄介質，必須在記錄信息的過程中採用連續輻射的大功率雷射器，這就大大增加了用於光熱記錄、讀出和消除信息設備的重量和體積。為了減少作用於記錄介質的輻射能，似乎需採用薄膜表面能量小的記錄介質，亦即採用那些在液體狀態不易將襯底浸溼的材料製成的記錄介質。但這與信息消除過程時記錄介質薄膜的要求相矛盾。也與信息儲存條件下對記錄介質抗外來影響的穩定性要求相矛盾。在上述的已知方法中，所採用的記錄介質在記錄、讀出和消除信息的過程中不能調整其表面能量值。記錄和消除過程對記錄介質表面能量值的要求是互相矛盾的。為了使記錄、讀出和消除信息的條件變得最佳，必須在記錄過程中減少記錄介質薄膜的表面能量，而在消除信息過程中增加其能量。
已知的方法在記錄、讀出和消除信息的過程中不允許改變記錄介質薄膜表面能量值，因此不能為實現這些過程創造最佳條件。
本發明的任務是在於創造一種光熱記錄、讀出和消除信息的方法，它能允許改變記錄介質的表面能量，以保證有可能改變電磁射線對記錄介質的作用值，防止記錄介質損壞，從而保證在光熱記錄、讀出和消除信息的過程中記錄介質的最佳應變條件，這就能提高光熱記錄、讀出和消除信息時的可靠性並顯著增加信息重複記錄的循環使用次數，而光熱記錄、讀出和消除信息光學設備的重量和體積卻可減小。
本發明的目的是提高光熱記錄、讀出和消除信息的可靠性。
本發明的另一個目的是增加信息重複記錄的循環使用次數。
本發明的目的之一是減小信息記錄、讀出和消除設備的體積和重量。
本發明的實質在於一種光熱記錄、讀出和消除信息的方法是在信息的光熱記錄過程中，在襯底的記錄介質的深度方向上，使一系列信息單位中的每一個信息單位都形成具有兩種高度水平的凹凸起伏。而在讀出和消除信息的過程中，則將調製的電磁射線以與信息單位畢特的尺寸有同一數量的尺寸大小定位作用在記錄介質上。這種記錄介質的材料，在軟化時可以浸流在襯底上。本發明的特點是，在光熱記錄信息之前，予先在記錄介質的表面充以電荷，當將調製電磁射線以與信息單位畢特的尺寸有同一數量級的尺寸大小定位作用在記錄介質上時，用於記錄和消除信息的能量要大於記錄介質材料軟化的能量，而小於記錄材料被損壞的能量，在讀出信息的過程中，則所需能量小於記錄介質材料軟化的能量，並在消除信息之前將記錄介質表面上的電荷洩漏掉。
記錄介質材料的軟化能量指的是為了使記錄介質的材料軟化所必須賦予它的能量;記錄介質材料的損壞能量指的是損壞記錄介質材料所必須賦予它的能量。
本發明允許在光熱記錄、讀出和消除信息的情況下，控制記錄介質的參數，並且允許創造高度可靠的、體積小重量輕的存儲裝置。
下面，用證明實現本發明的實施例和附圖對本發明作進一步說明，其中圖1 本發明中記錄介質上有不連續記錄信息的局部視圖，在其深度方向上具有兩種高度水平的凹凸起伏形式;
圖2 本發明中記錄介質上有連續信息記錄的局部視圖，在其深度方向上具有兩種高度水平的凹凸起伏形式;
圖3 本發明用於光熱記錄、讀出和消除信息光學裝置的結構、縱剖面圖、帶有保持電暈放電的絲極;
圖4 是根據本發明所示帶有電子發射極的，用於光熱記錄、讀出和消除信息光學裝置的結構、縱剖面圖。
根據所提出的光熱記錄、讀出和消除信息的方法，在光熱記錄信息之前，記錄介質的表面充以電荷、記錄介質的材料可以是半導體，也可以是絕緣體。記錄介質的材料應當具有在軟化狀態浸流在襯底上的能力。為了在記錄介質的表面充上電荷，可以採用熱電子發射，電暈放電。記錄介質的表面能量取決於該記錄介質的材料，取決於襯底的材料和塗復記錄介質的方法。已充電記錄介質的表面能量是未充電記錄介質表面能量與所充電荷彼此互相作用的能量之和。
由於同各電荷之間互相作用的能量是負的，因此，已充電記錄介質的能量小於未充電記錄介質的能量。因此，在形成記錄介質的表面電荷時，由於所充電荷的相互作用使記錄介質的表面能量減小，甚至可能成為負的。但是，記錄介質的不穩定性，只在它隨後將被(例如，雷射輻射)熔化的區域中才會發展成深度方向上有兩種高度水平的凹凸起伏(亦即，或者有畢特，或者沒有畢特，但所有畢特的深度是相同的)。
為了在襯底的記錄介質的深度方向上形成有兩種高度水平的凹凸起伏，以代表信息單位序列中的每一個信息單位，在光熱記錄過程中，用已調製的電磁射線定位作用到與信息單位一畢特的尺寸同一數量級大小尺寸的記錄介質上。其能量大於記錄介質材料的軟化能量，但小於記錄介質材料的損壞能量。在這種情況下，可以有各種光熱信息記錄的實施方案。在不連續光熱記錄信息的情況下，雷射束可以按強度、斷面面積、光束的運動軌跡進行調製圖1是具有不連續記錄的記錄介質Ⅰ的局部視圖，上有在深度方向上以兩種高度水平凹凸起伏，兩種高度的凹凸代表畢特2。
在連續光熱記錄信息時，雷射束可以，例如，按它的寬度進行調製。
圖2是具有連續記錄的記錄介質的局部視圖，上有在深度方向上以兩種高度水平的凹凸起伏，兩種高度的凹凸代表畢特2。
在光熱記錄信息時，由於減少了記錄介質的表面能量，就可以允許用電磁射線對記錄介質加熱到小於記錄介質材料損壞的溫度，並因此而排除了記錄介質損壞的可能，從而增加反覆記錄的循環使用次數。在這種情況下，未充電的記錄介質的表面能量可能具有相當可觀的數值，這樣就能夠採用在熔融狀態下可以很好浸溼襯底，在固態情況下對襯底又有高附著力的記錄介質。因此，在記錄介質被放電後，處在信息存儲狀態時，(這种放電可以是由於記錄介質中的自身漏電，而對於用絕緣材料製成的記錄介質，可以用極性與充電時的極性相反的電暈放電的方法來放電)，記錄介質上的信息不易被抹去的穩定性增大。
在讀出的條件下，用定位作用到與信息單位的尺寸同一數量級大小的，其能量遠遠小於記錄介質材料軟化能量的電磁射線作用於記錄介質上。在這樣情況下，記錄介質可以處於充電狀態，也可以處於放電狀態。兩這樣的能量去作用，不會導致記錄介質材料性能的改變。
在信息消除條件下，為了保證記錄介質襯底有高的浸潤性，予先將記錄介質放電，然後採用定位到與信息單位的尺寸同一數量級的、已調製的。例如雷射光束以大於記錄介質軟化能量但小於記錄介質材料損壞的能量作用於記錄介質。
於是，對記錄介質表面充以電荷保證了有可能改變記錄介質的表面能量，因而能改變電磁射線對記錄介質的作用量，從而防止在信息的光熱記錄，讀出和消除過程中記錄介質材料的損壞。這樣就能提高光熱記錄、讀出和消除信息的可靠性並顯著增加重複記錄信息的循環作用次數，減小記錄、讀出和消除信息所用設備的重量和體積。
用於光熱記錄、讀出和消除信息的光學裝置包括由透明材料製成的園筒3(圖3)，在園筒3的內表面復上薄膜記錄介質Ⅰ。在園筒3的外表面復有透明的導電薄膜4。沿著園筒的軸心，在兩個絕緣材料做成的端蓋5上固定一個中心電極6。如圖3，中心電極6產生畢特。在端蓋5上為中心電極6固定1個或2個電流輸入端7。園筒3是密封的，當採用電暈放電對記錄介質1充電時，可將它充滿惰性氣體。為了進行信息的光熱記錄，採用定位作用到與信息單位的尺寸同一數量級大小的已調製電磁射線8，例如被鏡頭9定位在記錄介質1上的雷射束。為了從一個記錄畢特移向另一個記錄畢特而進行的鏡頭9與園筒3的相對位移。電定位系統(圖中未示出)實現。電暈放電所必需的，固定極性的電位差輸入到接線端子10和11，繼之從接線端子10和11經過彈性接點12輸入到導電的透明薄膜4，而經過接點13和電流輸入端7輸入到起暈的中心電極6。
根據所提出的方法，圖4所示光熱記錄、讀出和消除信息裝置的結構與前述結構的差別在用於電子發射極代替中心電極6。在本實施例中，為使記錄介質1充電可以採用熱電子發射。在這種情況下，在接線端子10和11之間加上相應的電位差，而園筒3的內腔14被抽成真空。當向接線端子15輸入高的負電壓(相對於接線端子10)時，被發射的電子落到記錄介質1的表面，於是使記錄介質1充電。當電位差從接線端子10，11和15除去以後，為了保證使記錄介質1上的電荷得以洩漏，記錄介質1應當採用半導體材料。
光熱記錄、讀出和消除信息的光學裝置以下述方式工作。
用電動機(圖中未示出)使園筒3(圖3)繞自己的軸線旋轉，藉助定位系統使園筒3相對於鏡頭9移動。
在接線端子10，11之間施以固定極性的電位差，並在產生的電暈放電中向記錄介質1的表面充以電荷。
為了用光熱方法記錄信息，定位系統按所需的地址移動園筒3。與信息單位的尺寸有同一數量大小的雷射束8定位作用在記錄介質上，以形成畢特。然後，定位系統按新的地址移動園筒3，與信息單位尺寸具有同一數量級大小的已調製的雷射束8定位作用在記錄介質1上以後，畢特可以又一次重新被記錄下來。
這樣，在記錄介質1的許多相鄰區域可能記錄幾個信息單位-畢特。這這種條件下，這種雷射束8的能量應當大於記錄介質1的材料軟化能量，但小於記錄介質1材料的損壞能量。為了讀出信息，以與信息單位的尺寸同一數量級的已調製雷射束8以遠遠小於記錄畢特時所須的能量投射到記錄介質1上。這種雷射束8的能量小於記錄介質1的材料軟化能量。從記錄介質1上反射出來的射線被記錄下來。反射射線的強度按照記錄介質上在深度方向上所具有的兩種高度水平的凹凸起伏進行調製，亦即按照被記錄的信息-畢特進行調製。被讀出信息單位的地址取決於定位系統。
在消除信息畢特之前，將記錄介質1的表面上的電荷洩放掉。為此在接線端子10，11之間加上一個與充電電荷符號相反，極性不變的電位差。
為了抹去信息定位系統按所需的地址移動園筒3，並以信息單位的尺寸同一數量級大小的，已調製雷射束8作用於記錄介質1上。在這種情況下，這種雷射束8的能量是大於記錄介質1材料的軟化能量，但小於記錄介質1材料的損壞能量。
實現記錄和消除信息的實例如下。
由硫族化物玻璃製成的薄膜記錄介質1的厚度是60毫微米，鏡頭9將雷射束8聚焦成一個直徑為1.3微米的園斑。雷射輻射的功率在1至82毫瓦範圍內。為了使薄膜記錄介質11充電，採用電暈放電1此時接線端子10和11之間的電位差為18千伏。最大充電電流不超過8微安，充電時間是20毫秒。光記錄脈衝的延續時間等於90毫微秒。當薄膜記錄介質1的充電量等於1.5×10-6庫侖時，用於光熱記錄所必須的最小輻射功率為6毫瓦，而對於已經洩漏充電荷的薄膜介質，用於記錄所必須的最小輻射功率為13毫瓦。信息的讀出是藉助於功率為1毫瓦的電磁輻射線來實現的。記錄介質1自身漏電所需的時間為2.8×103秒。記錄介質1的快速電荷洩漏是在接線端子10和11之間加上一個18千伏的，與充電電荷的符號相反的電位差，通過電暈放電實現的。信息的局部消除是用散焦的雷射輻射加熱記錄介質1的方法實現的。記錄介質1上園斑的直徑是3.0微米。
消除信息是藉助於功率為39毫瓦的雷射輻射實現的。
這樣一來，當記錄介質1的表面充電時，記錄介質1的表面能量就發生變化，為光熱記錄所必須的輻射功率就減少，因此，就可以防止記錄介質1材料的損壞，並在光熱記錄，讀出和消除信息過程中，保證記錄介質1的最佳變形條件。在充電以後的記錄介質1上信息的光熱記錄是在功率小於兩倍多的情況下進行的。當記錄時，在充電的記錄介質1上雷射束8的能量為4×10-10焦耳/微米2，這超過記錄介質材料損壞能量。這樣一來，記錄介質1上帶有電荷可以保證在不損壞記錄材料的最佳條件下進行信息畢特的記錄，這就大大提高了記錄信息的可靠性，並且在消除信息之後，還可以多次重複記錄。
用能量為0.9×10-10焦耳/微米2的輻射作用以實現信息的讀出，這個能量遠遠小於記錄介質1材料的軟化能量。
用能量為5×10-10焦耳/微米2的雷射束以完成信息的消除，這個能量大於記錄介質1材料的軟化能量，而小於記錄介質1材料的損壞能量。
於是，光熱記錄，讀出，消除信息的可靠性得到了提高，並使信息多次重複記錄成為可能。另外還減小了信息光熱記錄，讀出和消除裝置的重量和體積。
本發明可用於計算技術，用於電視錄相和錄音設備，用於信息存儲和處理系統。
權利要求
一種光熱記錄，讀出和消除信息的方法是在信息的光熱記錄過程中，在襯底的記錄介質1的深度方向上使一系列信息單位中的每一個信息單位都形成具有兩種高度水平的凹凸起伏，而在讀出和消除信息的過程中，則將調製電磁射線8以與信息單位畢特的尺寸具有同一數量級的大小尺寸定位作用在記錄介質1上，這種介質材料在軟化狀態時可以浸流在襯底上，本發明的特徵是，在信息的光熱記錄之前，先在記錄介質1的表面充以電荷，當調製電磁射線8以與信息單位畢特的尺寸有同一數量級的尺寸大小定位作用在記錄介質1上時，用於記錄和消除信息的能量亦大於記錄介質1材料的軟化能量，而小於記錄介質1材料的損壞能量，當在讀出信息的過程中，則所需能量小於記錄介質1材料的軟化能量，而在消除信息之前將記錄介質1的表面上的電荷洩漏掉。
專利摘要
一種光熱記錄、讀出和消除信息的方法包括在光熱記錄之前在記錄介質表面充電，而後在光熱記錄和消除信息的過程中，在記錄介質上作用一個與信息單位的尺寸同一數量級大小的調製電磁射線。其能量大於記錄介質的材料軟化能量，而在讀出過程中，其能量小於記錄介質的材料軟化能量。在消除信息之前，記錄介質要經過放電。
文檔編號G11B7/30GK87101892SQ87101892
公開日1987年10月7日 申請日期1987年2月7日
發明者夫亞奇斯拉夫·瓦希利維奇·彼特羅夫, 德米特裡·阿萊克桑德羅維奇·格倫科, 阿萊克桑德·阿萊克桑德羅維奇·安託諾夫, 安德裡·安德裡維奇·克爾米金 申請人:烏克蘭共和國動力模擬科學研究所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan