《波导荧光数据存储器、制作方法与数据读取方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《波导荧光数据存储器、制作方法与数据读取方法.pdf（11页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、10申请公布号CN104091604A43申请公布日20141008CN104091604A21申请号201410295733222申请日20140626G11B7/004200601G11B7/2620060171申请人南京邮电大学地址210023江苏省南京市南京邮电大学788信箱72发明人周馨慧仪明东辛菊盛李奥杨涛黄维74专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司32200代理人邓唯54发明名称波导荧光数据存储器、制作方法与数据读取方法57摘要本发明属于光信息存储技术，具体涉及利用多层平面荧光光波导结构实现数据信息的三维记录和读取。多层波导荧光数据存储器的制作是首先通过在芯层表面上刻印凹坑、。
2、将荧光材料填充到刻印好的凹坑内；然后将各个包层和芯层依次交错叠合，组合成一个整体，并保证最外两层是包层。该存储器通过芯层上的有凹坑并填充有荧光材料处与没有凹坑处区分开来，从而记录上“0”或“1”的信号。将寻址光束从波导的侧面耦合到要读取的存储单元并在芯层的上下两个交界面上发生全反射，激发作为信息符的荧光材料发出荧光，这样就会在黑暗的背景上显示出发光的数据点，该层数据通过光学系统呈像，且进一步转换为数字量，从而实现数据读取。51INTCL权利要求书1页说明书5页附图4页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页附图4页10申请公布号CN104091604ACN104。
3、091604A1/1页21波导荧光数据存储器，其特征在于，包括有至少一层波导，所述的波导的结构是中间层为芯层，在芯层的两侧为包层，芯层上设置有凹坑，凹坑内填充有荧光材料；芯层的材料的折射率大于包层的材料的折射率。2根据权利要求1所述的波导荧光数据存储器，其特征在于所述的波导为两层以上，每层波导层叠排列。3根据权利要求1所述的波导荧光数据存储器，其特征在于所述的荧光材料是EU3MFDA4NO3DMF3N。4根据权利要求1所述的波导荧光数据存储器，其特征在于所述的芯层的材料是聚甲基丙烯酸甲酯。5根据权利要求1所述的波导荧光数据存储器，其特征在于所述的包层的材料是聚二甲基硅氧烷。6根据权利要求1所述。
4、的波导荧光数据存储器，其特征在于所述的凹坑在芯层上呈点阵状排布。7权利要求1所述的波导荧光数据存储器的制作方法，包括如下步骤第一步，通过激光光刻在芯层材料上刻印上凹坑；第二步，将荧光材料填充到刻印好的凹坑内；第三步，将包层材料叠合于芯层的两侧，并固定；第四步，采用胶水粘合的方法使多个波导叠合组成完整的多层波导荧光数据存储器。8基于权利要求1所述的波导荧光数据存储器的数据读取方法，其特征在于，包括如下步骤将光束从波导的侧面射入芯层，光束在芯层上的入射角小于芯层与包层界面处的最大入射角，使荧光材料激发出荧光；通过获取荧光材料的发光点阵，得到存储的信息。9根据权利要求8所述的波导荧光数据存储器的数据。
5、读取方法，其特征在于光束对一层波层进行照射并获取到发光点阵信息之后，光束移动至另外一层，重复上述步骤。权利要求书CN104091604A1/5页3波导荧光数据存储器、制作方法与数据读取方法0001技术领域0002本发明属于光信息存储技术，具体涉及利用多层平面荧光光波导结构实现数据信息的三维记录和读取。0003背景技术0004将信息存储下来的技术。其基本物理原理是存储介质受到激光照射后，介质的某种性质如反射率、反射光极化方向等发生改变，介质性质的不同状态映射为不同的存储数据，存储数据的读出则通过识别存储单元性质的变化来实现。0005目前得到广泛应用的CD光盘、DVD光盘等光存储介质以二进制数据的。
6、形式来存储信息。信息写入过程中，将编码后的数据送入光调制器，使激光源输出强度不同的光束。调制后的激光束通过光路系统，经物镜聚焦照射到介质上。存储介质经激光照射后被烧蚀出小凹坑，所以在存储介质上存在被烧蚀和未烧蚀两种不同的状态，分别对应两种不同的二进制状态0或1。读取信息时，激光扫描介质，在凹坑处入射光不返回，无凹坑处入射光大部分返回。根据光束反射能力的不同，将存储介质上的二进制信息读出，再将这些二进制代码解码为原始信息。0006但是，现如今的光盘存储器的面密度已经接近由电磁波衍射效应引起的空间分辨率极限，而下一代超高密度光学存储器将建立在突破衍射分辨率衍射极限的进场光学存储技术TDMILSTE。
7、R,“NEARELDOPTICSANEWTOOLFORDATASTORAGE”PROCIEEE889,PP14801490,2000“NEARELDOPTICALDATASTORAGEAVENUESFORIMPROVEDPERFORMANCE”,OPTENG,4010,PP22552260,2001或突破光盘平面限制的三维光学存储技术上。0007现有的三维多层位存储通常采用双光子记录的方法（YKAWATA,HISHITOBI,ANDSKAWATA,“USEOFTWOPHOTONABSORPTIONINAPHOTOREFRACTIVECRYSTALFORTHREEDIMENSIONALOPTIC。
8、ALMEMORY,”OPTLETT,23,PP,756758,1998），来提高存储密度和减少层间干扰。但是双光子技术需要采用结构复杂、体积庞大的大功率脉冲光源，成本昂贵。从而使得三维多层位存储技术仍处于实验室研究阶段，难以得到实际应用。0008而对于采用双光子方式进行记录和读出数据的存储器，由于信号光的损耗问题，使得它存储单元的层数受到限制，进而直接影响存储器的容量。而如果采用荧光材料作为信息符的方式来实现存储器的记录和读出，就可以极大的增加数据的存储容量而且结构简单，记录和读出更加准确，且能有效地防止层间干扰。0009发明内容说明书CN104091604A2/5页40010本发明的目的就是。
9、提供一种存储量大，数据的写入和读出可靠、迅速的波导荧光数据存储器及其读出方法。0011波导荧光数据存储器，包括有至少一层波导，所述的波导结构是中间层为芯层，在芯层的两侧为包层，芯层上设置有凹坑，凹坑内填充有荧光材料；芯层的材料的折射率大于包层的材料的折射率。0012作为改进，所述的波导为两层以上，每层波导层叠排列。0013作为优选，所述的荧光材料是EU3MFDA4NO3DMF3N。0014作为优选，所述的芯层的材料是聚甲基丙烯酸甲酯。0015作为优选，所述的包层的材料是聚二甲基硅氧烷。0016作为改进，所述的凹坑在芯层上呈点阵状排布。0017上述的波导荧光数据存储器的制作方法，包括如下步骤第一。
10、步，通过激光光刻在芯层材料上刻印上凹坑；第二步，将荧光材料填充到刻印好的凹坑内；第三步，将包层材料叠合于芯层的两侧，并固定；第四步，采用胶水粘合的方法使多个波导叠合组成完整的多层波导荧光数据存储器。0018基于上述波导荧光数据存储器的数据读取方法，包括如下步骤将光束从波导的侧面射入芯层，光束在芯层上的入射角小于芯层与包层界面处的最大入射角，使荧光材料激发出荧光；通过获取荧光材料的发光点阵，得到存储的信息。0019作为改进，光束对一层波层进行照射并获取到发光点阵信息之后，光束移动至另外一层，重复上述步骤。0020综上所述，本发明具有如下优点1、多层波导荧光数据存储器与采用双光子方式的存储器相比极。
11、大地增加了存储容量。因为采用荧光为接收的信号光，所以对于处于存储器底层的存储单元与采用双光子方式的存储器比较接收到的信号光的光强要更强，可以实现更多层的存储单元叠合，这样就极大地增加了存储器的存储容量。00212、多层波导荧光数据存储器与采用双光子方式的存储器相比，它读出的信号准确度更高。因为如果采用双光子的方式底层的存储单元在数据读出时信号探测器接收到的信号会相对较弱，从而影响存储器的读出准确度，而在本发明中采用荧光材料被激发的荧光作为接收信号，所以比采用双光子方式最终接收到的信号要强，进而提高了存储器的读出准确度。00223、多层波导荧光数据存储器采用荧光材料作为信息符的方式可以有效地防止。
12、层间串扰，因为在读出时作为寻址光的激光并不作为接收的信号，而是用激光激发荧光材料进而发出的荧光作为接收的信号，而且在本发明中数据的读出是逐层进行的，所以可以有效地防止层间干扰。0023附图说明0024图1、多层波导荧光数据存储器的结构单元示意图。其中有作为信息符的荧光材料1、芯层2、包层3、波导4。0025图2、多层波导荧光数据存储器的数据读出示意图。其中有CCD5、激光光源6、寻址说明书CN104091604A3/5页5光束7、计算机控制的机械移动装置8。0026图3、配合物的晶体结构图，为了清晰省去了氢原子和DMF分子。0027图4、配合物的荧光激发光谱。0028图5、配合物的荧光发射光谱。
13、。0029具体实施方式0030实施例1多层波导荧光数据存储器的存储单元如图1所示，是由多片平面荧光光波导叠合而成的，以图1为例，顶部是为一层包层，在其下方为芯层，芯层上设置有凹坑，凹坑内填充有荧光材料1，在芯层的下方仍然为包层3，接下来依次这样进行重复，直至最底一层，最下部的一层是包层3；也就是说芯层被其两侧的包层所夹，每片波导是由上述这样的芯层和包层的包夹结构所组成。0031作为包层和芯层的材料，是应该采用具有透光性的材料，定义芯层的折射率N1，包层的折射率N2，满足条件N1N2，在本发明实施案例中在波导芯层上用于承载荧光材料的是聚甲基丙烯酸甲酯METHYLMETHACRYLATE,PMMA。
14、，它的透明度优良、有突出的耐老化性，且易加工，熔点为150，折射率为15，所以选择PMMA作为芯层上荧光材料的承载材料；波导包层材料采用聚二甲基硅氧烷（POLYDIMETHYLSILOXANE,PDMS），它的化学性质稳定、柔软性好、易成型、使用方便，其折射率为1406，可在50200下长期使用，所以选择PMDS作为包层材料。0032在芯层中采用的荧光材料为具有稀土离子特征的荧光激发特性材料。00331、配合物化学式EU3MFDA4NO3DMF3N（H2MFDA为9,9二甲基芴2,7二羧酸；DMF为N，N二甲基甲酰胺）。00342、合成方法将9,9二甲基芴2,7二羧酸（H2MFDA）01MMO。
15、L,282MG，EUNO336H2O01MMOL,447MG和N，N二甲基甲酰胺（DMF）5ML，ETOH2ML，H2O1ML混合，装入15ML带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，放入烘箱，在80的温度下恒温3天，自然冷却至室温，过滤，得到无色棒状的晶体，无水乙醇洗涤，真空干燥。00353、结构此配合物的不对称单元中包含一点五个EUIII离子，两个MFDA2配体，半个NO3，一点五个配位的DMF溶剂分子，如图3所示。EU1离子的配位数是七，配位原子分别是来自六个MFDA配体的六个氧原子和DMF分子的一个氧原子。EU2离子的配位数也是七，配位原子分别是来自四个MFDA配体的四个氧原子、一个双齿螯。
16、合的硝酸根离子的两个氧原子和DMF分子的一个氧原子。MFDA配体采用4桥连的方式连接了四个EU离子，其中每个羧酸氧原子分别连接一个EU离子。EU离子首先被MFDA配体的羧基连接成一维的沿101方向延伸的EUOC棒状二级结构单元SBU。MFDA配体的9,9二甲基芴单元进一步的把相邻的两个EUOC棒状二级结构单元连接起来形成梯状物，其中梯级由两种不同朝向的9,9二甲基芴单元交替排列组成，相邻的两个芴单元之间的二面角为75130119。每说明书CN104091604A4/5页6个EUOC棒状二级结构单元连接111和111晶面上的另外四个相邻的EUOC棒状二级结构单元，从而形成了三维的PCU型的棒状堆。
17、积结构，且在101方向有开口大小为93512的菱形孔道，DMF分子作为配位客体分子存在于孔道中（图3）。通过计算可知，去溶剂后的配合物中，每个晶胞中拥有118373的可容纳其他溶剂分子的空腔体积，占晶胞体积的288。00364、光学性质室温下配合物的固态荧光激发和发射光谱见图4。激发谱是通过检测615NM处的荧光发射得到的，从激发谱可以看到配合物在336NM处有一个宽的吸收峰，另外在394NM和465NM处有两个尖锐的吸收峰，其中336NM处的吸收最强。因此，这里用336NM作为激发波长测定了配合物的发射光谱。从发射光谱中可以看在581NM,592NM,615NM（620NM处有一个肩峰）,6。
18、54NM以及703NM处有发射峰，这些发射峰可以归属于EU3离子的特征发射5D07FJJ0,1,2,3,4。在配合物中，配体H2MFDA的强的蓝光发射完全消失了，配合物展示了强的EU3离子特征的红光发射，这说明配体把能量有效地转移给了EU3离子。通过荧光量子产率和寿命的测定，得到配合物的荧光量子产率为623，荧光寿命为519S。配合物的更多合成与表征内容可以参阅发光稀土金属有机骨架材料的设计合成及性能研究，李洪辉，南京邮电大学硕士学位论文，2013。0037多层波导荧光数据存储器的数据记录是跟存储器的制作同步的，多层波导荧光数据存储器的制作是首先通过在芯层表面上刻印凹坑、将荧光材料填充到刻印好。
19、的凹坑内；然后将各个包层和芯层依次交错叠合，组合成一个整体，并保证最外两层是包层，从而组成完整的多层波导荧光数据存储器。该存储器通过芯层上的有凹坑并填充有荧光材料处与没有凹坑处区分开来，从而记录上“0”或“1”的信号。0038下面是一种该器件制作的过程。0039第一步，通过激光光刻在芯层材料上刻印上凹坑；第二步，将荧光材料填充到刻印好的凹坑内；第三步，将制作好的芯层跟与之大小匹配的作为包层的聚二甲基硅氧烷片依次叠合；第四步，稍加压力，使得芯层和包层依次交错紧密接触，然后采用胶水粘合的方法使多个波导叠合组成完整的多层波导荧光数据存储器。0040多层波导荧光数据存储器的数据读出方法。这种数据的读出。
20、是采用计算机控制的机械的方法，将寻址光束从波导的侧面耦合到要读取的存储单元并在芯层的上下两个交界面上发生全反射，激发作为信息符的荧光材料发出荧光，这样就会在黑暗的背景上显示出发光的数据点，该层数据通过光学系统呈像，由光学头中的CCD检测器阵列读取，并由计算机收集读取的图像且进一步转换为数字量。0041第一步，这里采用计算机控制的机械的方法，将寻址光束从侧面耦合进入波导，并找到要读取的层。这里需要指出的是寻址光束的入射角须小于波导的最大入射角，其计算公式如下。其中，NA表示数值孔径，N0表示空气的折射率，N1表示芯层材料的折射率，N2表示包层材料的折射率。寻址光束是通过位于波层侧面的激光光源6发。
21、出的，激光光源最好是安装于计算机控制的机械移动装置8上，这样就可以实现对光源位置的自动、精确控制，可以方便地从一层移动至另一层的侧面处。说明书CN104091604A5/5页70042（1）（2）第二步，当寻址光束准确入射到要读取的层后，由于芯层的材料（PMMA）的折射率为15，而包层材料PDMS的折射率为1406，所以在合适的角度范围内将光线将被束缚在芯层内发生全反射。在记录了数据的荧光点处荧光材料将被激光激发发出荧光，寻址光束采用的是336NM的激光，激发的荧光发射波长为615NM，只有被选中的层才会有激光传播并激发荧光，其他层不受干扰，从而实现了有效地防止层间串扰，这极大地提高了系统的整。
22、体性能。0043第三步，当荧光材料被激发后会形成一个个发光点，这样芯层上的数据将以发光点的形式在黑暗背景上显示出亮点阵列，这些光点通过光学头的光学系统成像于CCD阵列面，然后通过计算机采集CCD接收的图像信息，通过图像处理的方法对该图像进行识别，把存储器该层存储的信息转换为数字量，从而得到该层的数据信息。读完一层之后，通过计算机控制的机械的方法找到下一个将要读取的层，直到读完整个存储器上的数据为止。0044当然，这种存储器上的波导并不一定为多层，如果是一层时，也能实现数据存储与读取的功能。此外，为了提高信息的读出灵敏度和精度，需要采用多层波导，可以通过适当的增加芯层厚度的方法实现。增加厚度还可以降低寻址光束与波导的耦合难度，有效地提高耦合效率。说明书CN104091604A1/4页8图1图2说明书附图CN104091604A2/4页9图3说明书附图CN104091604A3/4页10图4说明书附图CN104091604A104/4页11图5说明书附图CN104091604A11。