RU2658114C1 - Method of recording optical information in a photothermorefractive glass - Google Patents
Method of recording optical information in a photothermorefractive glass Download PDFInfo
- Publication number
- RU2658114C1 RU2658114C1 RU2017111925A RU2017111925A RU2658114C1 RU 2658114 C1 RU2658114 C1 RU 2658114C1 RU 2017111925 A RU2017111925 A RU 2017111925A RU 2017111925 A RU2017111925 A RU 2017111925A RU 2658114 C1 RU2658114 C1 RU 2658114C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- glass
- laser
- information
- radiation
- heat treatment
- Prior art date
Links
- 239000011521 glass Substances 0.000 title claims abstract description 58
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 36
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 20
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229910001439 antimony ion Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000007774 longterm Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 15
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 12
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 11
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 10
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N Silver ion Chemical compound [Ag+] FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 7
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 5
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 5
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 150000003378 silver Chemical class 0.000 description 3
- -1 cerium ions Chemical class 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 2
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000005368 silicate glass Substances 0.000 description 2
- 238000010186 staining Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004040 coloring Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000003504 photosensitizing agent Substances 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M sodium chloride Inorganic materials [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
- G03H1/18—Particular processing of hologram record carriers, e.g. for obtaining blazed holograms
- G03H1/181—Pre-exposure processing, e.g. hypersensitisation
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
- G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
- G03H1/04—Processes or apparatus for producing holograms
- G03H1/18—Particular processing of hologram record carriers, e.g. for obtaining blazed holograms
- G03H1/182—Post-exposure processing, e.g. latensification
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Non-Silver Salt Photosensitive Materials And Non-Silver Salt Photography (AREA)
- Optical Recording Or Reproduction (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к оптике и фотонике и может быть использовано для записи и длительного, архивного, хранения оптической информации в кодах высших порядков, например в восьмеричной или в шестнадцатеричной системах счисления.The invention relates to optics and photonics and can be used for recording and long-term, archival, storage of optical information in higher order codes, for example, in octal or in hexadecimal number systems.
Известен способ записи оптической информации в фототерморефрактивном стекле, содержащем ионы серебра, церия и сурьмы, заключающийся в локальном воздействии на стекло через непрозрачную маску непрерывным ультрафиолетовым излучением с длиной волны 300-315 нм (V.D. Dubrovin, А.I. Ignatiev, N.V. Nikonorov, A.I. Sidorov, Т.A. Shakhverdov, D.S. Agafonova. Luminescence of silver molecular clusters in photo-thermo-refractive glasses // Optical Materials, V. 36 (2014) P. 753-759). В процессе ультрафиолетового облучения происходит фотоионизация ионов фотосенсибилизатора (церия). Освободившиеся при этом электроны захватываются положительно заряженными молекулярными кластерами серебра, которые переходят в нейтральное состояние. Так как нейтральные молекулярные кластеры серебра обладают интенсивной люминесценцией в видимой области спектра, то участки стекла, облученные ультрафиолетовым излучением, приобретают люминесцентные свойства. Недостатком способа является необходимость использования маски при облучении ультрафиолетовым излучением. Недостатком является также невозможность записи оптической информации в кодах высших порядков.There is a method of recording optical information in phototherm-refractive glass containing silver, cerium and antimony ions, which consists in local exposure to glass through an opaque mask with continuous ultraviolet radiation with a wavelength of 300-315 nm (VD Dubrovin, A.I. Ignatiev, NV Nikonorov, AI Sidorov, T.A. Shakhverdov, DS Agafonova, Luminescence of silver molecular clusters in photo-thermo-refractive glasses // Optical Materials, V. 36 (2014) P. 753-759). In the process of ultraviolet irradiation, photoionization of photosensitizer ions (cerium) occurs. The electrons released in this case are captured by positively charged molecular clusters of silver, which become neutral. Since neutral molecular silver clusters exhibit intense luminescence in the visible region of the spectrum, the glass sections irradiated with ultraviolet radiation acquire luminescent properties. The disadvantage of this method is the need to use a mask when irradiated with ultraviolet radiation. The disadvantage is the inability to record optical information in higher order codes.
Известен способ записи оптической информации в фототерморефрактивном стекле, содержащем ионы серебра, церия и сурьмы, выбранный в качестве прототипа (D.A. Klyukin, V.D. Dubrovin, A.S. Pshenova, S.Е. Putilin, Т.А. Shakhverdov, A.N. Tsypkin, N.V. Nikonorov, A.I. Sidorov. Formation of luminescent and nonluminescent silver nanoparticles in silicate glasses by near-infrared femtosecond laser pulses and subsequent thermal treatment: the role of halogenides // Optical Engineering, V. 55 (2016) P. 067101-1-7), который заключается в локальном воздействии на стекло фемтосекундными лазерными импульсам и ближнего инфракрасного диапазона (λ=790 нм) и последующей термообработке стекла при температуре выше температуры стеклования. При облучении стекла фемтосекундными лазерными импульсами происходит многофотонная фотоионизация дефектов сетки стекла. Освободившиеся при этом электроны захватываются положительно заряженными ионами и молекулярными кластерами серебра, которые переходят в нейтральное состояние. При последующей термообработке, за счет термической диффузии, атомы серебра присоединяются к нейтральным молекулярным кластерам серебра, что приводит к увеличению их размеров. В результате в стекле формируются наночастицы серебра, обладающие плазмонным резонансом, который приводит к появлению полосы поглощения в спектральном интервале 400-450 нм. Это приводит к необратимому окрашиванию облученной зоны в желтый или коричневый цвет в зависимости от концентрации наночастиц серебра и состава стекла. Недостатком способа является большая длина волны записывающего излучения, что ограничивает минимальный геометрический размер записанного бита информации величиной в 1 мкм.A known method of recording optical information in photothermoreflective glass containing silver, cerium and antimony ions, selected as a prototype (DA Klyukin, VD Dubrovin, AS Pshenova, S.E. Putilin, T.A. Shakhverdov, AN Tsypkin, NV Nikonorov, AI Sidorov. Formation of luminescent and nonluminescent silver nanoparticles in silicate glasses by near-infrared femtosecond laser pulses and subsequent thermal treatment: the role of halogenides // Optical Engineering, V. 55 (2016) P. 067101-1-7), which consists in local exposure to glass by femtosecond laser pulses and near infrared (λ = 790 nm) and subsequent heat treatment of glass at temperatures above te glass transition temperature. When glass is irradiated with femtosecond laser pulses, multiphoton photoionization of glass grid defects occurs. The electrons released in this case are captured by positively charged ions and molecular clusters of silver, which become neutral. During subsequent heat treatment, due to thermal diffusion, silver atoms are attached to neutral molecular clusters of silver, which leads to an increase in their size. As a result, silver nanoparticles with plasmon resonance are formed in the glass, which leads to the appearance of an absorption band in the spectral range of 400–450 nm. This leads to irreversible coloring of the irradiated zone in yellow or brown color, depending on the concentration of silver nanoparticles and the composition of the glass. The disadvantage of this method is the large wavelength of the recording radiation, which limits the minimum geometric size of the recorded bit of information to 1 μm.
Изобретение решает задачи уменьшения минимального геометрического размера записанного бита информации, повышения плотности записи информации за счет записи информации в кодах высокого порядка, а также повышения контраста при считывании информации.The invention solves the problem of reducing the minimum geometric size of a recorded bit of information, increasing the recording density of information by recording information in high-order codes, as well as increasing the contrast when reading information.
Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что для записи кодов чисел используют лазерное излучение ультрафиолетового диапазона наносекундной длительности с постоянной плотностью энергии лазерного излучения, например 0,3-0,8 Дж/см2, но с различным количеством лазерных импульсов, например, 1-16 импульсов, а после термообработки участок стекла с записанной информацией облучают непрерывным ультрафиолетовым излучением с длиной волны 300-315 нм в течение 10-20 мин, причем после облучения непрерывным ультрафиолетовым излучением стекло термообрабатывают при температуре 350-400°C в течение 1 ч.The essence of the proposed technical solution lies in the fact that to record the codes of numbers using laser radiation of the ultraviolet range of nanosecond duration with a constant energy density of laser radiation, for example 0.3-0.8 J / cm 2 , but with a different number of laser pulses, for example, 1 -16 pulses, and after heat treatment, a section of glass with recorded information is irradiated with continuous ultraviolet radiation with a wavelength of 300-315 nm for 10-20 minutes, and after irradiation with continuous ultraviolet radiation with flowed heat treated at a temperature of 350-400 ° C for 1 h
При локальном воздействии на фототерморефрактивное стекло, содержащее ионы серебра, церия и сурьмы наносекундными лазерными импульсами ультрафиолетового диапазона, происходит фотоионизация дефектов сетки стекла. Освободившиеся при этом электроны захватываются положительно заряженными ионами и молекулярными кластерами серебра, которые переходят в нейтральное состояние. Часть свободных электронов захватывается также ионами сурьмы. При последующей термообработке выше температуры стеклования, за счет термической диффузии, атомы серебра присоединяются к нейтральным молекулярным кластерам серебра. При этом происходит увеличение размеров молекулярных кластеров серебра и в результате в стекле формируются наночастицы серебра, обладающие плазмонным резонансом, который приводит к появлению полосы поглощения в спектральном интервале 400-450 нм. Это приводит к необратимому окрашиванию облученной зоны стекла.When localized exposure to photothermorefractive glass containing silver, cerium and antimony ions by nanosecond laser pulses of the ultraviolet range, photoionization of glass grid defects occurs. The electrons released in this case are captured by positively charged ions and molecular clusters of silver, which become neutral. Some free electrons are also captured by antimony ions. In the subsequent heat treatment above the glass transition temperature, due to thermal diffusion, silver atoms are attached to neutral molecular clusters of silver. In this case, an increase in the size of molecular silver clusters occurs and, as a result, silver nanoparticles with plasmon resonance are formed in the glass, which leads to the appearance of an absorption band in the spectral range of 400–450 nm. This leads to irreversible staining of the irradiated area of the glass.
Увеличение количества лазерных импульсов, воздействующих на один участок стекла, соответствует увеличению дозы облучения. Это приводит к увеличению концентрации свободных электронов ив результате к увеличению концентрации нейтральных атомов и молекулярных кластеров серебра. Поэтому при последующей термообработке концентрация наночастиц серебра увеличивается. Это приводит к увеличению амплитуды полосы поглощения, соответствующей плазмонному резонансу, и к увеличению интенсивности окрашивания стекла в облученной зоне. Таким образом, варьируя количество воздействующих лазерных импульсов, можно создавать заданный уровень оптической плотности в облученной зоне и ставить ему в соответствие определенный код числа системы счисления высокого порядка, например восьмеричной системы счисления. Кодом числа в данном случае является сигнал считывающего фотодиода.An increase in the number of laser pulses acting on one section of glass corresponds to an increase in the radiation dose. This leads to an increase in the concentration of free electrons and, as a result, to an increase in the concentration of neutral atoms and molecular clusters of silver. Therefore, with subsequent heat treatment, the concentration of silver nanoparticles increases. This leads to an increase in the amplitude of the absorption band corresponding to plasmon resonance, and to an increase in the intensity of staining of glass in the irradiated zone. Thus, by varying the number of laser pulses, it is possible to create a given level of optical density in the irradiated zone and assign a certain code number of a high order number system, for example, an octal number system, to it. The number code in this case is the signal of the reading photodiode.
При последующем облучении стекла непрерывным ультрафиолетовым излучением с длиной волны 300-315 нм происходит фотоионизация ионов церия Ce3+. Освободившиеся при этом электроны захватываются оставшимися ионами и заряженными молекулярными кластерами серебра, которые переходят в нейтральное состояние, а также ионами сурьмы. Данный процесс происходит только вне облученных лазером зон, так как внутри этих зон серебро трансформировалось в наночастицы. Так как атомы и нейтральные молекулярные кластеры серебра обладают люминесценцией в видимой области спектра, то в необлученных участках стекла появляется люминесценция при ее возбуждении ультрафиолетовым или фиолетовым излучением. При дополнительной термообработке после ультрафиолетового облучения при температуре 350-400°C ионы сурьмы отдают в стекло захваченные ранее электроны, которые, в свою очередь, захватываются оставшимися ионами и заряженными молекулярными кластерами серебра, переводя их в нейтральное состояние. Это приводит к увеличению концентрации атомов и нейтральных молекулярных кластеров серебра в необлученных лазером участках стекла и к увеличению интенсивности люминесценции этих участков. Для считывания записанной оптической информации может быть использован полупроводниковый лазер с длиной волны генерации 405 нм, попадающей в плазмонную полосу поглощения наночастиц серебра, и дешевый широко распространенный кремниевый фотодиод. В облученных лазером зонах излучение лазера частично поглощается и сигнал фотодиода соответствует коду записанного числа. Вне облученных зон, при отсутствии дополнительного облучения непрерывным ультрафиолетовым излучением, описанного ранее, излучение лазера полностью проходит через стекло и регистрируется фотодиодом. Сигнал фотодиода, в этом случае, соответствует коду числа «0».Upon subsequent irradiation of the glass by continuous ultraviolet radiation with a wavelength of 300-315 nm, photoionization of cerium ions Ce 3+ occurs. The electrons released in this case are captured by the remaining ions and charged molecular clusters of silver, which become neutral, as well as by antimony ions. This process occurs only outside the laser-irradiated zones, since inside these zones silver was transformed into nanoparticles. Since silver atoms and neutral molecular clusters exhibit luminescence in the visible region of the spectrum, luminescence appears in the unirradiated regions of the glass when it is excited by ultraviolet or violet radiation. In an additional heat treatment after ultraviolet irradiation at a temperature of 350-400 ° C, antimony ions transfer previously captured electrons into the glass, which, in turn, are captured by the remaining ions and charged silver molecular clusters, turning them into a neutral state. This leads to an increase in the concentration of atoms and neutral molecular silver clusters in non-laser-irradiated areas of glass and to an increase in the luminescence intensity of these areas. To read the recorded optical information, a semiconductor laser with a generation wavelength of 405 nm falling into the plasmon absorption band of silver nanoparticles and a cheap widespread silicon photodiode can be used. In areas irradiated by the laser, the laser radiation is partially absorbed and the photodiode signal corresponds to the code of the recorded number. Outside the irradiated zones, in the absence of additional irradiation with continuous ultraviolet radiation, as described earlier, the laser radiation passes completely through the glass and is recorded by a photodiode. The signal of the photodiode, in this case, corresponds to the code number "0".
Однако длина волны 405 нм приходится на край спектральной чувствительности кремниевых фотодиодов. Поэтому контраст между сигналом, соответствующим коду числа «0», и сигналами, соответствующими кодам других чисел, невелик. При формировании люминесцентных центров в необлученных лазером участках стекла часть излучения с длиной волны 405 нм поглощается этими центрами и преобразуется в излучение в спектральном интервале 550-750 нм, который соответствует высокой чувствительности кремниевого фотодиода. Это дает возможность увеличить сигнал фотодиода, соответствующий коду числа «0», и за счет этого увеличить контраст при считывании оптической информации. При использовании объектива с числовой апертурой NA=1-1.4 лазерное излучение с длиной волны 355 нм может быть сфокусировано в пятно размером 0.5-0.6 мкм. Это позволяет уменьшить геометрический размер записанного бита информации до 0.5-0.6 мкм.However, a wavelength of 405 nm falls on the edge of the spectral sensitivity of silicon photodiodes. Therefore, the contrast between the signal corresponding to the code of the number “0” and the signals corresponding to codes of other numbers is small. During the formation of luminescent centers in non-irradiated areas of glass, a part of the radiation with a wavelength of 405 nm is absorbed by these centers and converted into radiation in the spectral range of 550-750 nm, which corresponds to the high sensitivity of the silicon photodiode. This makes it possible to increase the photodiode signal corresponding to the code number "0", and thereby increase the contrast when reading optical information. When using a lens with a numerical aperture NA = 1-1.4, laser radiation with a wavelength of 355 nm can be focused into a spot 0.5-0.6 μm in size. This allows you to reduce the geometric size of the recorded bit of information to 0.5-0.6 microns.
Достоинством предлагаемого способа является то, что благодаря использованию для записи информации ультрафиолетового излучения может быть уменьшен минимальный геометрический размер записанного бита информации. Достоинствами являются также то, что может быть повышена плотность записи информации за счет записи информации в кодах высокого порядка, а также то, что может быть повышен контраст при считывании информации за счет формирования люминесцентных центров в необлученных лазером участках стекла.The advantage of the proposed method is that due to the use of ultraviolet radiation for recording information, the minimum geometric size of the recorded information bit can be reduced. Advantages are also that the recording density of information can be increased by recording information in high-order codes, and also that the contrast can be increased when reading information due to the formation of luminescent centers in non-laser irradiated areas of glass.
Изобретение иллюстрируется следующими чертежами.The invention is illustrated by the following drawings.
На фиг. 1 показана фотография фототерморефрактивного стекла после локального лазерного облучения различным количеством импульсов и термообработки при Т=520°C в течение 3 ч. Цифры у нижнего ряда облученных участков соответствуют кодам чисел в восьмеричной системе счисления.In FIG. Figure 1 shows a photograph of photothermorefractive glass after local laser irradiation with a different number of pulses and heat treatment at T = 520 ° C for 3 hours. The numbers at the bottom row of irradiated sections correspond to the number codes in the octal number system.
На фиг. 2 показаны: спектры оптической плотности фототерморефрактивного стекла после локального лазерного облучения различным количеством импульсов и термообработки при Т=520°C в течение 3 ч. 12 - 0 импульсов, 13 - 1,14 - 5, 15 - 6, 16 - 7, 17 - 10. Пунктир - длина волны генерации полупроводникового лазера.In FIG. Figure 2 shows: optical density spectra of photothermorefractive glass after local laser irradiation with a different number of pulses and heat treatment at T = 520 ° C for 3 hours. 12 - 0 pulses, 13 - 1.14 - 5, 15 - 6, 16 - 7, 17 - 10. The dotted line is the wavelength of the semiconductor laser.
На фиг. 3 показана: зависимость поглощения фототерморефрактивного стекла на длине волны 405 нм от количества лазерных импульсов после локального лазерного облучения и термообработки при Т=520°С в течение 3 ч. Нижний ряд чисел - код числа в восьмеричной системе счисления.In FIG. Figure 3 shows: the dependence of the absorption of photothermorefractive glass at a wavelength of 405 nm on the number of laser pulses after local laser irradiation and heat treatment at T = 520 ° C for 3 hours. The lower row of numbers is the number code in the octal number system.
На фиг. 4 показана: фотография люминесценции фототерморефрактивного стекла после локального лазерного облучения различным количеством импульсов, термообработки при Т=520°С в течение 3 ч и облучения непрерывным ультрафиолетовым излучением в течение 15 мин. Длина волны возбуждения люминесценции 405 нм.In FIG. Figure 4 shows: a photograph of the luminescence of photothermorefractive glass after local laser irradiation with a different number of pulses, heat treatment at T = 520 ° C for 3 hours and irradiation with continuous ultraviolet radiation for 15 minutes. The luminescence excitation wavelength is 405 nm.
На фиг. 5 показаны: 18 - спектральная зависимость оптической плотности фототерморефрактивного стекла после локального лазерного облучения 10-ю лазерными импульсами и термообработки при Т=520°C в течение 3 ч; 19 - спектральная зависимость люминесценции участков стекла, не подвергнутых лазерному облучению, но подвергнутых облучению непрерывным ультрафиолетовым излучением в течение 15 мин. Длина волны возбуждения люминесценции 405 нм; 20 - спектральная зависимость чувствительности кремниевого фотодиода. Пунктир - длина волны 405 нм.In FIG. Figure 5 shows: 18 — spectral dependence of the optical density of photothermorefractive glass after local laser irradiation with 10 laser pulses and heat treatment at T = 520 ° C for 3 hours; 19 is a spectral dependence of the luminescence of glass portions not subjected to laser irradiation but irradiated with continuous ultraviolet radiation for 15 minutes. Luminescence excitation wavelength 405 nm; 20 is a spectral dependence of the sensitivity of a silicon photodiode. The dotted line is a wavelength of 405 nm.
Сущность изобретения раскрывается на примере, который не должен рассматриваться экспертом как ограничивающие притязания изобретения.The invention is disclosed by example, which should not be considered by an expert as limiting the claims of the invention.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретенияInformation confirming the possibility of carrying out the invention
ПримерExample
Для записи оптической информации используют фототерморефрактивное силикатное стекло - система: SiO2-Na2O-Al2O3-ZnO-NaCl с добавками Ag2O (0.2 мол. %), CeO2 (0.05 мол. %) и Sb2O3 (0.04 мол. %). Необходимо отметить, что при синтезе стекла ионы церия переходят в трехвалентное состояние, а ионы сурьмы - в пятивалентное. Температура стеклования данного стекла, измеренная с помощью дифференциального сканирующего калориметра, составила 495°С. Полированные пластины стекла облучают импульсным излучением третьей гармоники YAG:Nd лазера (длина волны - 355 нм) с длительностью лазерного импульса 9 нс и плотностью энергии в импульсе 0.5 Дж/см2. Размер облучаемого участка стекла равен 1 мм. Выбор размера облучаемого участка обусловлен удобством последующих спектральных измерений. Количество лазерных импульсов в каждом облучаемом участке варьируют от 1 до 10. После лазерного облучения проводят термообработку стекла при температуре 520°С в течение 3 ч. После термообработки облученные участи стекла приобретают окраску от светло-желтой до красно-коричневой в зависимости от количества воздействующих лазерных импульсов (фиг. 1), а на спектрах оптической плотности появляется полоса поглощения в спектральном интервале 380-600 нм, соответствующая плазмонному резонансу наночастиц серебра (фиг. 2). Амплитуда плазмонной полосы поглощения увеличивается с увеличением количества воздействующих лазерных импульсов. Для считывания информации используют полупроводниковый лазер с длиной волны генерации 405 нм и кремниевый p-i-n фотодиод BPW34. На фиг. 3 показана зависимость поглощения фототерморефрактивного стекла на длине волны 405 нм от количества лазерных импульсов после локального лазерного облучения и термообработки при Т=520°С в течение 3 ч. Из фиг. 3 видно, что зависимость близка к линейной, а изменение поглощения при изменении количества воздействующих импульсов на 1 составляет 8%. Это позволяет надежно регистрировать данное изменение с помощью фотодиода. Таким образом, можно сопоставить сигнал фотодиода с поглощением в облученном участке стекла, и поставить ему в соответствие код числа в системе счисления высокого порядка, например в восьмеричной системе счисления. Например, участку стекла, облученному одним лазерным импульсом, можно поставить в соответствие «1», двумя импульсами - «2» и т.д. При уменьшении плотности энергии лазерного излучения и увеличении диапазона варьирования количества лазерных импульсов может быть осуществлена запись информации в шестнадцатеричной системе счисления.Optical information is recorded using photothermorefractive silicate glass - a system: SiO 2 -Na 2 O-Al 2 O 3 -ZnO-NaCl with the addition of Ag 2 O (0.2 mol%), CeO 2 (0.05 mol%) and Sb 2 O 3 (0.04 mol%). It should be noted that during the synthesis of glass, cerium ions become trivalent, and antimony ions become pentavalent. The glass transition temperature of this glass, measured using a differential scanning calorimeter, was 495 ° C. Polished glass plates are irradiated with third-harmonic pulsed YAG: Nd laser radiation (wavelength - 355 nm) with a laser pulse duration of 9 ns and a pulse energy density of 0.5 J / cm 2 . The size of the irradiated area of glass is 1 mm. The choice of the size of the irradiated area is due to the convenience of subsequent spectral measurements. The number of laser pulses in each irradiated area varies from 1 to 10. After laser irradiation, the glass is heat treated at a temperature of 520 ° C for 3 hours. After heat treatment, the irradiated portions of the glass turn a color from light yellow to red-brown, depending on the number of laser pulses (Fig. 1), and an absorption band appears in the spectra of optical density in the spectral range of 380-600 nm, corresponding to the plasmon resonance of silver nanoparticles (Fig. 2). The amplitude of the plasmon absorption band increases with increasing number of laser pulses. For reading information, a semiconductor laser with a generation wavelength of 405 nm and a silicon pin photodiode BPW34 are used. In FIG. Figure 3 shows the dependence of the absorption of photothermorefractive glass at a wavelength of 405 nm on the number of laser pulses after local laser irradiation and heat treatment at T = 520 ° C for 3 hours. From FIG. Figure 3 shows that the dependence is close to linear, and the change in absorption with a change in the number of acting pulses by 1 is 8%. This allows you to reliably record this change using a photodiode. Thus, it is possible to compare the signal of the photodiode with the absorption in the irradiated area of the glass, and associate it with a number code in a high order number system, for example, an octal number system. For example, a section of glass irradiated with a single laser pulse can be assigned “1”, two pulses - “2”, etc. By reducing the energy density of the laser radiation and increasing the range of variation of the number of laser pulses, information can be recorded in a hexadecimal number system.
Для повышения контраста считывания записанной информации стекло после лазерного облучения и термообработки облучают излучением ртутной лампы, имеющей полосу излучения в спектральном интервале 300-315 нм, в течение 15 мин. При этом на участках стекла, не подвергнутых лазерному облучению, появляется люминесценция в видимой области спектра при ее возбуждении излучением с длиной волны 405 нм (фиг. 4). На фиг. 5 показаны спектральная зависимость оптической плотности фототерморефрактивного стекла в области лазерного воздействия после локального лазерного облучения 10-ю лазерными импульсами и термообработки при Т=520°C в течение 3 ч (кривая 18), спектральная зависимость люминесценции участков стекла, не подвергнутых лазерному облучению, но подвергнутых облучению непрерывным ультрафиолетовым излучением в течение 15 мин (кривая 19) и спектральная зависимость чувствительности кремниевого фотодиода BPW34 (кривая 20). Из фиг. 3 видно, что спектральное преобразование излучения с длиной волны 405 нм в спектральный интервал высокой чувствительности кремниевого фотодиода позволяет увеличить сигнал фотодиода, соответствующий коду числа «0» (участки стекла, не облученные импульсным лазером). Измерения показали, что контраст считывания в этом случае увеличивается в 2 раза. Для дальнейшего увеличения контраста считывания стекло с записанной информацией после облучения ртутной лампой подвергают термообработке при температуре 380°C в течение 1 ч. Это приводит к дополнительному увеличению интенсивности люминесценции в 2.5 раза. Во столько же раз увеличивается контраст считывания информации.To increase the reading contrast of the recorded information, the glass after laser irradiation and heat treatment is irradiated with the radiation of a mercury lamp having a radiation band in the spectral range of 300-315 nm for 15 minutes. In this case, luminescence in the visible region of the spectrum when excited by radiation with a wavelength of 405 nm appears in the areas of glass not subjected to laser irradiation (Fig. 4). In FIG. Figure 5 shows the spectral dependence of the optical density of photothermorefractive glass in the area of laser exposure after local laser irradiation with 10 laser pulses and heat treatment at T = 520 ° C for 3 h (curve 18), the spectral dependence of the luminescence of glass sections not subjected to laser irradiation, but irradiated with continuous ultraviolet radiation for 15 min (curve 19) and the spectral dependence of the sensitivity of the silicon photodiode BPW34 (curve 20). From FIG. Figure 3 shows that the spectral conversion of radiation with a wavelength of 405 nm into the spectral range of high sensitivity of a silicon photodiode makes it possible to increase the photodiode signal corresponding to the code number “0” (portions of glass not irradiated with a pulsed laser). Measurements showed that the read contrast in this case is doubled. To further increase the reading contrast, the glass with the recorded information after irradiation with a mercury lamp is subjected to heat treatment at a temperature of 380 ° C for 1 h. This leads to an additional increase in the luminescence intensity by 2.5 times. The contrast of reading information is increased by the same amount.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет уменьшить минимальный геометрический размер записанного бита информации, повысить плотности записи информации за счет записи информации в кодах высокого порядка, а также повысить контраст при считывании информации за счет формирования люминесцентных центров в необлученных лазером участках стекла. Достоинством предложенного способа является надежность хранения информации: качество записи не изменяется при воздействии ультрафиолетового и видимого излучений, а также при нагреве до 400°С, что важно при возникновении аварийных ситуаций, например при пожаре.Thus, the proposed technical solution allows to reduce the minimum geometric size of the recorded bit of information, increase the recording density of information by recording information in high-order codes, and also increase the contrast when reading information due to the formation of luminescent centers in non-laser irradiated areas of glass. The advantage of the proposed method is the reliability of information storage: the recording quality does not change when exposed to ultraviolet and visible radiation, as well as when heated to 400 ° C, which is important in case of emergency situations, for example, in case of fire.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017111925A RU2658114C1 (en) | 2017-04-07 | 2017-04-07 | Method of recording optical information in a photothermorefractive glass |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017111925A RU2658114C1 (en) | 2017-04-07 | 2017-04-07 | Method of recording optical information in a photothermorefractive glass |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2658114C1 true RU2658114C1 (en) | 2018-06-19 |
Family
ID=62620099
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017111925A RU2658114C1 (en) | 2017-04-07 | 2017-04-07 | Method of recording optical information in a photothermorefractive glass |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2658114C1 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7326500B1 (en) * | 2000-01-04 | 2008-02-05 | University Of Central Florida Research Foundation, Inc. | Sensitization of photo-thermo-refractive glass to visible radiation by two-step illumination |
| US8455157B1 (en) * | 2007-04-26 | 2013-06-04 | Pd-Ld, Inc. | Methods for improving performance of holographic glasses |
-
2017
- 2017-04-07 RU RU2017111925A patent/RU2658114C1/en active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7326500B1 (en) * | 2000-01-04 | 2008-02-05 | University Of Central Florida Research Foundation, Inc. | Sensitization of photo-thermo-refractive glass to visible radiation by two-step illumination |
| US8455157B1 (en) * | 2007-04-26 | 2013-06-04 | Pd-Ld, Inc. | Methods for improving performance of holographic glasses |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Статья "ОСОБЕННОСТИ ЗАПИСИ НАЛОЖЕННЫХ ГОЛОГРАММ В ФОТОТЕРМОРЕФРАКТИВНОМ СТЕКЛЕ" к журналу "НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ", С.А. ИВАНОВ, 2016, т. 16, НОМЕР 3, с. 428-436. * |
| Статья "ТОПОГРАФИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МОДИФИЦИРОВАННОГО ФОТОТЕРМОРЕФРАКТИВНОГО СТЕКЛА" к журналу "ОПТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ", С.А. ИВАНОВ, 2014, т. 81. НОМЕР 6, с. 72-77. * |
| Статья "ТОПОГРАФИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МОДИФИЦИРОВАННОГО ФОТОТЕРМОРЕФРАКТИВНОГО СТЕКЛА" к журналу "ОПТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ", С.А. ИВАНОВ, 2014, т. 81. НОМЕР 6, с. 72-77. Статья "ОСОБЕННОСТИ ЗАПИСИ НАЛОЖЕННЫХ ГОЛОГРАММ В ФОТОТЕРМОРЕФРАКТИВНОМ СТЕКЛЕ" к журналу "НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ", С.А. ИВАНОВ, 2016, т. 16, НОМЕР 3, с. 428-436. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2159471C2 (en) | Optical memory unit | |
| Lonzaga et al. | Color center formation in soda-lime glass with femtosecond laser pulses | |
| Efimov et al. | Color-center generation in silicate glasses exposed to infrared femtosecond pulses | |
| JPS56153540A (en) | Optical disc device | |
| US9816925B2 (en) | Method for writing and reading data by fluorescence on a light-sensitive substrate, and related substrate and devices | |
| RU2658114C1 (en) | Method of recording optical information in a photothermorefractive glass | |
| JP2013530480A5 (en) | ||
| Gorbiak et al. | Multilevel optical information recording in silver-containing photosensitive glasses by UV laser pulses | |
| US8399155B1 (en) | Production of high efficiency diffractive and refractive optical elements in multicomponent glass by nonlinear photo-ionization followed by thermal development | |
| RU2543670C1 (en) | Method of recording optical information in glass | |
| RU2710387C1 (en) | Information recording method in quartz glass | |
| RU2674402C1 (en) | Method of recording optical information in glass | |
| Huang et al. | Characterization of erasable inorganic photochromic media for optical disk data storage | |
| RU2708935C1 (en) | Laser method of changing structure of transparent materials with forbidden zone | |
| CA3192631A1 (en) | Light-sensitive glass and process for inscribing structures formed from variations in bulk refractive index in such a glass | |
| Grobnic et al. | Dynamics of the Fluorescence Intensity during Fiber Bragg Gratings Inscription in SMF28 and Pure Silica Core Fiber using 800 nm Fs Radiation | |
| RU2713044C1 (en) | Optical information carrier based on oxide glasses | |
| RU2783108C1 (en) | Method for laser modification of glass for recording information | |
| US6621048B2 (en) | Method for heating a workpiece | |
| TWI292908B (en) | Writable optical record carrier | |
| RU2269802C1 (en) | Method for manufacturing infrared light filters | |
| JP2000222764A (en) | Optical reader, optical reading method and optical recording medium | |
| Lucas et al. | Comparison of photostructural changes induced by continuous and pulsed laser in chalcogenide glass | |
| RU2707626C1 (en) | Glass laser modifying method | |
| JPH10268364A (en) | Glass coloring method |