一种双偶氮苯聚合物作为双光子光存储介质用途及结构.pdf

一种基于双偶氮苯聚合物可擦除的双光子偏振多元、多阶、多层光存储技术。制备一种双偶氮苯聚合物作为双光子光存储介质。用线性偏振的钛：蓝宝石激光(波长：800nm，脉冲周期：80fs，重复频率：80MHz)双光子写入数据，用反射共焦激光扫描显微镜读出数据。该双偶氮苯聚合物用作双光子存储时，当读出光偏振方向从平行于写入光变化到与写入光成45°再到垂直于写入光，数据会发生由“暗点”到“消失”再到“亮点”的变化。基于这一特性，可进行偏振多元、多阶存储。写入的数据可以擦除，擦除之后还可以再写入。可以用交替成膜的方法，制备一种以双偶氮苯聚合物为存储层、聚乙烯醇(PVA)为间隔层的复合多层膜，从而可在偏振多元、多阶存储的基础上实现多层存储，这就为实现高密度光存储提供了一种新的途径。

1.  一种双偶氮苯聚合物作为双光子光存储介质用途，其特征在于：分子结构为下式的双偶氮苯聚合物作为双光子光存储介质材料：

R₁＝CH₃，CH₂CH₂OH   R₂＝CN，NO₂     x＝2，6

2.  根据权利要求1所述的双偶氮苯聚合物作为双光子光存储介质用途，其特征在于：所述的双偶氮苯聚合物用作双光子光存储介质时，采用线性偏振的钛：蓝宝石激光作为写入光聚焦到双光子光存储介质层写入数据；写入的数据可以通过将擦除光(为钛：蓝宝石激光)调成圆偏光或者将其偏振方向改变至垂直于写入光偏振方向扫描存储区域而擦除，擦除之后可以再写入。

3.  根据权利要求1所述的双偶氮苯聚合物作为双光子光存储介质用途，其特征在于：所述的双偶氮苯聚合物用作双光子光存储介质时，采用线性偏振的钛：蓝宝石激光作为写入光写入数据；采用偏振方向夹角为45°的二束写入光在相同存储区域的光存储介质分别写入数据时，可以实现二元存储，即二束写入光写入的两种不同数据同时存入相同区域的光存储介质中；读取写入光存储介质的数据时，采用读出光读取数据，读出光也为线性偏振的钛：蓝宝石激光；采用与写入光偏振方向平行或垂直的读出光读取数据时，可以获得高对比度的写入数据信号；当读出光偏振方向与写入光偏振方向成45°时，不能读出写入数据信号，基于这个性质才能成功地进行二元存储数据的读出，保证两种数据信号读出时不会串扰；当读出光偏振方向与写入光偏振方向成其它角度时，也能读出写入数据信号。

4.  根据权利要求1所述的双偶氮苯聚合物作为双光子光存储介质用途，其特征在于：所述的双偶氮苯聚合物用作双光子光存储介质时，写入数据的读出强度随读出光偏振方向呈周期性变化，当读出光偏振方向平行于写入光偏振方向时，读出的写入数据信号为“暗点”；当读出光偏振方向垂直于写入光偏振方向时，读出的写入数据信号为“亮点”；该性质使的所述的双偶氮苯聚合物可用于多阶存储。

5.  一种双偶氮苯聚合物作为双光子光存储介质的结构，其特征是利用聚乙烯醇作为间隔层，采用双偶氮苯聚合物作为光介质存储层，制备成双偶氮苯聚合物与聚乙烯醇交替的复合多层膜，可以实现多层存储。

一种双偶氮苯聚合物作为双光子光存储介质用途及结构
技术领域
本发明涉及双光子光存储技术领域，具体是一种基于双偶氮苯聚合物存储介质的可擦除双光子偏振多元、多阶、多层高密度光存储技术。
背景技术
目前，掺杂偶氮染料的主客体聚合物已被广泛地用于双光子光存储方面的研究。2004年，美国《应用物理快报》(Applied Physics Letters，2004年85卷351-353)报道了在掺杂分散红1(DR1)的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜中用800nm钛：蓝宝石飞秒激光进行双光子偏振存储。由于DR1在双光子激发过程中发生了漂白，因此这是一个不可逆的过程，也就是说这种材料的双光子存储是不可擦除的，而且也难以实现多元与多阶存储。2007年，美国《光学快报》(Optics Letters，2007年32卷277-279)报道了在掺杂2，5-二甲基-4-(对硝基苯偶氮)苯甲醚(DMNPAA)的聚苯乙烯(PS)薄膜中用780nm飞秒激光双光子激发实现了可擦除的偏振多元、多层存储。掺杂偶氮染料的主客体聚合物有以下两个共同的缺点：其一，偶氮染料的浓度不能掺得太高，否则容易发生聚集。其二，偶氮染料的双光子吸收截面不大，光学各向异性(双折射)也不大，从而导致其用于双光子存储效果不理想，并且难以同时实现多元与多阶存储，从而限制存储密度的提高。
采用多层存储提高存储密度是多年来研究的一个热点。1998年，美国《光学快报》(Optics Letters，1998年23卷1781-1783)报道了在一种以侧链含偶氮发色团的聚氨酯-脲共聚物为存储层、以聚乙烯醇(PVA)为间隔层三层结构薄膜中，用488nm的氩离子激光作为单光子写入光源，实现了两层存储。2004年，美国《应用物理快报》(Applied Physics Letters，2004年85卷176-178)报道了在与以上相同组成和结构的多层薄膜中，通过在存储介质中刻写三维纳米结构控制存储点的形状和空间频率分布进而进行双光子多层高密度光存储，存储密度可达2.0Tbits/cm³。
本发明将双偶氮苯聚合物作为双光子存储介质，采用类似于以上报道所用的制膜方法制备多层结构膜样品，采用双光子写入的方法，不仅可获得更好的存储效果，而且可同时实现可擦除的偏振多元、多阶、多层存储，从而有望获得更高的存储密度。
发明内容
为了克服传统用于双光子存储的掺杂偶氮染料的主客体聚合物偶氮染料容易聚集以及存储效果不理想的不足，并进一步提高存储密度，本发明提供了双偶氮苯聚合物作为双光子光存储介质用途及结构，它不仅可以抑制偶氮发色团的聚集，而且具有更好的双光子存储效果(更高的信号对比度、更好的读出效果、更大的存储稳定性)，并可同时实现多元、多阶、多层存储，为实现高密度存储开辟一条新路径。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种双偶氮苯聚合物作为双光子光存储介质用途，其特征在于：分子结构为下式的双偶氮苯聚合物作为双光子光存储介质材料：

R₁＝CH₃，CH₂CH₂OH  R₂＝CN，NO₂   x＝2，6。
所述的双偶氮苯聚合物作为双光子光存储介质用途，其特征在于：所述的双偶氮苯聚合物用作双光子光存储介质时，采用线性偏振的钛：蓝宝石激光作为写入光聚焦到双光子光存储介质层写入数据；写入的数据可以通过将擦除光(为钛：蓝宝石激光)调成圆偏光或者将其偏振方向改变至垂直于写入光偏振方向扫描存储区域而擦除，擦除之后可以再写入。
所述的双偶氮苯聚合物作为双光子光存储介质用途，其特征在于：所述的双偶氮苯聚合物用作双光子光存储介质时，采用线性偏振的钛：蓝宝石激光作为写入光写入数据；采用偏振方向夹角为45°的两束写入光在相同存储区域的光存储介质分别写入数据时，可以实现二元存储，即二束写入光写入的两种不同数据同时存入相同区域的光存储介质中；读取写入光存储介质的数据时，采用读出光读取数据，读出光也为线性偏振的钛：蓝宝石激光；采用与写入光偏振方向平行或垂直的读出光读取数据时，可以获得高对比度的写入数据信号；当读出光偏振方向与写入光偏振方向成45°时，不能读出写入数据信号，基于这个性质才能成功地进行二元存储数据的读出，保证两种数据信号读出时不会串扰；当读出光偏振方向与写入光偏振方向成其它角度时，也能读出写入数据信号。
所述的双偶氮苯聚合物作为双光子光存储介质用途，其特征在于：所述的双偶氮苯聚合物用作双光子光存储介质时，写入数据的读出强度随读出光偏振方向呈周期性变化，当读出光偏振方向平行于写入光偏振方向时，读出的写入数据信号为“暗点”；当读出光偏振方向垂直于写入光偏振方向时，读出的写入数据信号为“亮点”；该性质使的所述的双偶氮苯聚合物可用于多阶存储。
一种双偶氮苯聚合物作为双光子光存储介质的结构，其特征是利用聚乙烯醇作为间隔层，采用双偶氮苯聚合物作为光介质存储层，制备成聚乙烯醇与双偶氮苯聚合物交替的复合多层膜，可以实现多层存储。
与普通掺杂偶氮染料的主客体聚合物相比，本发明可以获得更高浓度而不会聚集，并具有更大的双光子吸收截面与光学各向异性。
由于两端带推拉电子基团的双偶氮苯分子比普通偶氮染料具有更大的双光子吸收截面、更大的双折射，因此将一种两端带推拉电子基团的双偶氮苯单体与甲基丙烯酸甲酯(MMA)或甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)共聚得到双偶氮苯聚合物，即可获得比普通掺杂偶氮染料的主客体聚合物更高的掺杂浓度、更大的光学各向异性，这样就为获得更好的双光子存储效果奠定基础。但由于这种双偶氮苯聚合物成膜性质较差，难以获得厚而均匀的薄膜，这对实现多层存储不利。为解决这个问题，本发明采用交替成膜的方法，制备一种以双偶氮苯聚合物为存储层、聚乙烯醇(PVA)为间隔层的复合多层膜。用线性偏振的钛：蓝宝石激光(波长：800nm，脉冲周期：80fs，重复频率：80MHz)双光子写入数据，用反射共焦激光扫描显微镜读出数据。双光子激发过程中，双偶氮苯发色团会发生由选择性异构化引起的取向，从而产生各向异性。这是一个可逆的过程，因此这种材料的双光子存储是可擦除的。这种材料用作双光子存储还有一个突出特点，那就是当读出光偏振方向从平行于写入光变化到与写入光成45°再到垂直于写入光，数据读出信号会发生由“暗点”到“消失”再到“亮点”的变化。因此在每一写入层可进行偏振多元、多阶存储。另外，由于双光子技术本身的优势，即光源穿透力好，并具有优越的空间分辨率和空间选择性，因此多层存储也是较容易实现的。
本发明的有益效果是，可以抑制偶氮发色团聚集的同时，可获得较好的双光子存储效果，并可同时实现可擦除的偏振多元、多阶、多层双光子光存储，从而可实现高密度存储。
附图说明
图1是本发明所述双偶氮苯聚合物的合成反应方程式。
图2是本发明所述的多层结构膜样品的结构图。
图3是本发明所述双偶氮苯聚合物应用于双光子光存储的装置图。
具体实施方式
在图1中，由末端带有强吸电子基团(硝基或氰基)、具有两个或六个spacer的双偶氮单体与精制的甲基丙烯酸甲酯(MMA)或甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)以一定摩尔比混合，以新蒸的四氢呋喃作溶剂，AIBN作引发剂，封管，在无水无氧环境下，65℃反应三天，即得到双偶氮苯聚合物。本技术属于已有较成熟技术。
双偶氮苯聚合物结构式如下：

R₁＝CH₃，CH₂CH₂OH  R₂＝CN，NO₂  x＝2，6
在图2中，先是将双偶氮苯聚合物溶于吡啶，配置一定浓度的浓溶液，将其滴在干净的玻璃基底3上以一定转速甩膜，干燥。然后将聚乙烯醇(PVA)溶于水中，配制一定浓度的溶液，将其滴在已经甩了一层双偶氮苯聚合物的玻璃基底上涂膜或者以一定的转速甩膜，干燥。依次类推，用以上两种溶液交替成膜，即得到以聚乙烯醇2作为间隔层、双偶氮苯聚合物1作为存储层的多层结构膜样品13。
在图3中，本发明所用的双光子存储装置主要是将钛：蓝宝石飞秒激光(波长：800nm，脉冲宽度：80fs，重复频率：80MHz)4通过光闸5、能量衰减器6、起偏器7、光扩束管8等获得线性偏振光作为写入光，写入光一般情况下与光介质平面垂直，然后引入到共焦激光扫描显微镜(由9-PZT扫描台，10-物镜，11-分色镜，12-光电倍增管等组成)进而聚焦到膜样品13的相应存储层。
膜样品13连同铝反射镜14放在PZT扫描台9上。写入时，PZT扫描台9由电脑15程序控制会带着膜样品13在水平方向以一定速度移动，同时光闸5在电脑15程序控制下控制光的开与关，从而可写入数据。读出时，依靠PZT扫描台9在水平方向以一定速度进行移动，钛：蓝宝石激光4(是偏振光作为读出光)会对相关存储区域进行逐行扫描，由光电倍增管12检测写入区域与未被写入区域的读出光的反射光信号的不同来读出数据。
钛：蓝宝石激光4的偏振方向不是固定的，是可以通过起偏器改变的，想读出什么样的信号就改变至相应的偏振方向，比如想读出“亮点”的信号就改变读出光偏振方向至与写入光偏振方向垂直。
实施例1：擦除实验
双偶氮苯发色团在双光子写入过程中发生由选择性异构化引起的取向，从而产生各向异性。这是一个可逆的过程，因此这种材料的双光子存储可以通过将钛：蓝宝石飞秒激光4调成圆偏光或者将其偏振方向通过起偏器7改变至垂直于写入光扫描膜样品13的存储区域以打乱原来的取向，进行擦除。擦除之后还可以再写入。
实施例2：偏振多元存储
双偶氮苯聚合物用作双光子存储介质，当读出光偏振方向平行于写入光或者垂直于写入光时，可以获得高对比度的信号；当读出光偏振方向与写入光成45°时，不能读出信号。基于这一特性，可以用偏振方向夹角为45°的二束钛：蓝宝石飞秒激光4在相同区域的存储介质写入两种不同数据(比如两个字母)，然后分别用相应偏振方向的光读出，即可实现二元存储，两种读出信号不会发生串扰。
实施例3：多阶存储
双偶氮苯聚合物用作双光子存储时，数据读出强度随读出光偏振方向呈周期性变化。当读出光偏振方向平行于写入光偏振方向时，数据为“暗点”；当读出光偏振方向垂直于写入光偏振方向时，数据为“亮点”。基于这一特性，可以在同一层不同区域用偏振方向不同的几束(比如0°，90°)的钛：蓝宝石飞秒激光4写入数据，然后用同一偏振方向(比如0°，90°)的光读出这些数据，读出的数据就会呈现出明暗程度不同(既有“亮点”又有“暗点”)的现象，即可实现多阶存储。
“暗点”是写入光与读出光的偏振方向平行，“亮点”写入光与读出光的偏振方向垂直。
实施例4：多层存储
通过PZT扫描台9在竖直方向移动，将光源聚焦到相应膜样品13的光介质存储层，就可进行空间多层存储。再加上每一层可进行多元、多阶存储，进而就可实现高密度存储。