Лазерный мир

Ветчинников Максим Павлови // Патент // Заявка: 2018147296, 2018.12.28

Реферат
Изобретение относится к способу модифицирования структуры стекла под действием лазерного пучка для формирования люминесцирующих микрообластей и может быть использовано для многократной перезаписи и хранения информации. В силикатном стекле, содержащем сульфид кадмия, записывают микрообласть при локальном облучении фемтосекундными лазерными импульсами с длиной волны в ближнем инфракрасном диапазоне, с энергией лазерных импульсов в пределах 100-400 нДж, длительностью лазерных импульсов 180-600 фс, частотой следования лазерных импульсов в пределах 100-1000 кГц. Для фокусировки лазерного пучка применяют объектив с числовой апертурой 0,45-0,85. Далее возможно стирание записанной микрообласти путем ее сканирования фемтосекундным лазерным пучком или перемещения стекла относительно сфокусированного пучка по траектории, которая задается скоростью перемещения в диапазоне 10-30 мкм/с, диаметром в диапазоне 30-100 мкм и частотой осцилляций вдоль оси, перпендикулярной направлению перемещения, в плоскости, перпендикулярной направлению падения записывающего лазерного пучка, равной 20 Гц. Для стирания используется лазерный пучок с длиной волны в ближнем инфракрасном диапазоне, с энергией лазерных импульсов в пределах 100-400 нДж, длительностью лазерных импульсов 180-600 фс, частотой следования лазерных импульсов в пределах 50-500 кГц при фокусировке лазерного пучка объективом с числовой апертурой 0,45-0,85. В стертой области возможна повторная запись микрообластей при локальном облучении фемтосекундными лазерными импульсами с длиной волны в ближнем инфракрасном диапазоне и параметрами лазерного пучка, используемыми при записи исходных микрообластей. Технический результат — возможность создания долговечной оптической памяти с возможностью перезаписи. 4 ил., 3 пр.

Формула изобретения
Способ лазерного модифицирования стекла для записи информации, включающий локальное облучение стекла сфокусированными фемтосекундными лазерными импульсами с длиной волны в ближнем инфракрасном диапазоне, а для фокусировки лазерного пучка применяют объектив с числовой апертурой 0,45-0,85, с формированием люминесцирующих микрообластей, отличающийся тем, что для облучения используют силикатное стекло состава мас. %: 0,5-4 CdS, 22-23 K2O, 19-20 ZnO, 3-4 B2O3, 50-53 SiO2, на которое воздействуют сфокусированными фемтосекундными лазерными импульсами с энергией 100-400 нДж, длительностью лазерных импульсов 180-600 фс, частотой следования лазерных импульсов 100-1000 кГц с формированием микрообластей диаметром 1-30 мкм, обладающих люминесценцией в спектральном диапазоне 430-800 нм при возбуждении люминесценции излучением с длиной волны 400-410 нм, затем записанную микрообласть обрабатывают сфокусированными фемтосекундными лазерными импульсами с длиной волны в ближнем инфракрасном диапазоне, с энергией лазерных импульсов 100-400 нДж, длительностью лазерных импульсов 180-600 фс, частотой следования лазерных импульсов 50-500 кГц, при одновременном перемещении стекла относительно сфокусированного пучка по криволинейной траектории, со скоростью перемещения ν в диапазоне 10-30 мкм/с, диаметром d в диапазоне 30-100 мкм и частотой осцилляций вдоль оси, перпендикулярной направлению перемещения, в плоскости, перпендикулярной направлению падения записывающего лазерного пучка, равной 20 Гц, затем повторно воздействуют сфокусированными фемтосекундными лазерными импульсами с длиной волны в ближнем инфракрасном диапазоне и параметрами лазерного пучка, используемыми при записи исходных микрообластей.
Описание
Изобретение относится к области оптического материаловедения, в частности к способу модифицирования структуры стекла под действием лазерного пучка для записи и стирания люминесцирующих микрообластей в стекле, и может быть использовано для многократной перезаписи и хранения информации. Изобретение позволяет записывать с помощью фемтосекундного лазера в силикатном стекле микрообласти размером 1-30 мкм, обладающие люминесценцией, стирать записанные микрообласти и заново записывать микрообласти размером 1-30 мкм, обладающие люминесценцией. Полученный результат может быть использован для многократной перезаписи и хранения информации оптической информации, где кодирование информации осуществляется в сигнале люминесценции.

Известен способ модифицирования стекла для записи оптической информации [Патент US 4092139 Process for making colored photosensitive glass], заключающийся в том, что стекло, содержащее ионы серебра, фотосенсибилизатор, локально облучают через амплитудную маску ультрафиолетовым (УФ) излучением в течение 10-20 мин, а затем термообрабатывают при температуре выше температуры стеклования в течение 1-5 часов. При УФ облучении происходит фотоионизация фотосенсибилизатора с образованием в стекле свободных электронов. Часть этих электронов захватывают ионы серебра с образованием нейтральных атомов серебра. При термообработке, в результате термической диффузии атомов серебра происходит формирование наночастиц серебра, имеющих полосу поглощения в спектральном интервале 400-450 нм. В результате этого облученная область стекла приобретает окраску. Недостатком способа является большая продолжительность записи информации, необходимость использования стекла с фотосенсибилизатором и невозможность перезаписи информации, для реализации многократной перезаписи и хранения информации.

Известен способ модифицирования стекла для записи оптической информации [R.E. de Lamaestre, Н. Bea, Н. Bernas, J. Belloni, J.L. Marigniez // Phys. Rev. B, 2007, V.76, 205431], заключающийся в том, что стекло, содержащее ионы серебра, локально облучают через амплитудную маску гамма-излучением или энергичными ионами в течение 10-20 мин, а затем термообрабатывают при температуре выше температуры стеклования в течение 1-5 часов. При гамма-облучении происходит фотоионизация компонентов стекла с образованием в стекле свободных электронов. Часть этих электронов захватывают ионы серебра с образованием нейтральных атомов серебра. При термообработке, в результате термической диффузии атомов серебра происходит формирование наночастиц серебра, имеющих полосу поглощения в спектральном интервале 400-450 нм. В результате этого облученная область стекла приобретает окраску. Недостатком способа является большая продолжительность записи информации, необходимость использования источника ионизирующего излучения либо ускорителя ионов и невозможность перезаписи информации, для реализации многократной перезаписи и хранения информации.

Известен способ модифицирования стекла для записи оптической информации [А.И. Игнатьев и др. Влияние ультрафиолетового облучения и термообработки на люминесценцию молекулярных кластеров серебра в фото-термо-рефрактивных стеклах // Опт. и спектр. 2013. Т. 114, С. 838], заключающийся в том, что стекло, содержащее ионы серебра Agnm+, молекулярные ионы серебра Agnm+(n=2-4) и фотосенсибилизатор — ионы церия Се3+, локально облучают через амплитудную маску УФ-излучением с длиной волны 305-310 нм в течение 10-20 мин. При УФ-облучении происходит фото ионизация фотосенсибилизатора с образованием в стекле свободных электронов. Часть этих электронов захватывают ионы и молекулярные ионы серебра с образованием нейтральных атомов Ag и нейтральных молекулярных кластеров Agn, обладающих интенсивной люминесценцией в видимой области спектра. Время облучения определяется тем, что при облучении в полосу поглощения ионов церия интенсивность УФ-излучения спадает по толщине образца экспоненциально. Поэтому для того, чтобы набрать необходимую дозу облучения по всей толщине образца в облучаемой зоне, необходимо продолжительное облучение. В результате этого облученная область стекла приобретает люминесцентные свойства при возбуждении люминесценции излучением с длиной волны 350-380 нм. Недостатком способа является большая продолжительность записи информации, необходимость использования стекла с фотосенсибилизатором и невозможность перезаписи информации, для реализации многократной перезаписи и хранения информации.

Известен способ модифицирования стекла для записи оптической информации [Патент SU 1714675 А1 Носитель оптической записи], заключающийся в том, что на натриевоборатное стекло с примесью цинка или кадмия в количестве 0,1-5 мас. %, воздействуют мощным УФ-излучением. При этом в облученных областях изменяются спектрально-люминесцентные характеристики, которые отвечают за процесс считывания информации. Недостатком способа является необходимость применения мощных источников УФ-излучения и невозможность перезаписи информации, для реализации многократной перезаписи и хранения информации.

Известен способ модифицирования стекла для записи оптической информации [Патент RU 2543670 Способ записи оптической информации в стекле], заключающийся в том, что силикатное стекло состава Na2O-ZnO-AlO3-SiO2-NaF-NaCl с добавкой Ag2O (0,24 мас. %) локально облучают сфокусированными фемтосекундными инфракрасными (ИК) лазерными импульсами с длиной волны 1 мкм, длительностью импульсов 200 фс, частотой повторения импульсов 300 кГц и средней мощностью 0,5-3 Вт. После этого облученная зона стекла приобретает люминесцентные свойства при возбуждении люминесценции излучением с длиной волны 350-380 нм. Недостатком способа является невозможность перезаписи информации, для реализации многократной перезаписи и хранения информации.

Полное содержание статьи: https://patents.s3.yandex.net/RU2707626C1_20191128.pdf