光学信息储存方法

技术领域

本申请涉及光学信息储存领域，具体而言，涉及一种光学信息储存方法。

背景技术

信息时代的到来伴随着数字信息的快速增长，迫切需要开发巨大的存储空间和安全存储介质。光存储技术以其巨大的存储容量和低成本成为信息存储的重要发展方向之一。然而由于光波衍射的限制，二维光学磁盘的储存容量难以超过1TB。为进一步提高数据的存储密度，充分利用存储介质的空间，克服存储密度的限制，研究人员通过光信息储存技术将数据记录在三维空间中，大幅度提高了存储密度和容量。光学信息存储是一种从根本上超越二维光存储限制的高密度和超高密度光存储技术，在国内外已成为光存储研究领域的一个重要方向。

在众多三维光存储技术中，利用光致变色材料稳定可逆的变化特性，将变色前后的两种稳定状态分别对应于二进制中的0和1，所制备出的可擦写信息存储元件具有无损存储/输出及存储密度大等优点。光致变色材料已成为研究光信息储存的最佳介质之一。

目前基于光致变色特性的三维光存储介质主要通过将光致变色材料和透明玻璃结合得以实现。其原理是将光致变色材料均匀分散在玻璃材料内，利用光致变色材料的变色特性和玻璃的高透过率相结合得以实现。然而上述设置仍存在以下问题阻碍光致变色玻璃在光学信息储存领域的进一步发展：(1)光致变色材料掺杂玻璃作为光信息储存介质是一种复合结构，存在制备复杂、成分分布不均匀等问题；(2)光致变色材料掺杂玻璃的信息录入需要强激光聚焦辐照，而玻璃热导率较差，会使得焦点位置温度急剧升高，高温下内部产生的热应力极易导致玻璃炸裂。

发明内容

本申请提供了一种光学信息储存方法，其能够缓解以解决现有光致变色材料掺杂玻璃热稳定性差等局限。

本申请的实施例是这样实现的：

本申请示例提供了一种光学信息储存方法，光学信息储存方法包括：以波长为200nm-450nm的飞秒激光聚焦于光致变色透明陶瓷中，以在光致变色透明陶瓷中写入光学信息。

本申请提供的光学信息储存方法中，以光致变色透明陶瓷取代光致变色材料掺杂玻璃，利用多光子非线性吸收的飞秒激光直写技术，选择特定波长为200nm-450nm飞秒激光的在光致变色透明陶瓷中实现信息录入，在录入过程中能够使光致变色透明陶瓷产生多光子吸收导致其变色且不会损坏光致变色透明陶瓷。

在一些实施例中，光致变色透明陶瓷的透光率大于等于60％。

在一些实施例中，光致变色透明陶瓷的变色对比度大于等于10％。

在一些实施例中，光致变色透明陶瓷的响应速度小于等于60s，可选为小于等于5s。

在一些实施例中，光致变色透明陶瓷包括Y

在一些实施例中，光致变色透明陶瓷为Y

在一些实施例中，光致变色透明陶瓷为Ba(Mg，Zr，Ta)O

在一些实施例中，在光致变色透明陶瓷中写入光学信息的过程中，飞秒激光被配置为以10um/s-1mm/s的移动速度相对于光致变色透明陶瓷移动。

在一些实施例中，飞秒激光被配置为在光致变色透明陶瓷的预设方向上写入多层间隔分布的光学信息，相邻的两层光学信息之间的层间距大于等于5μm。

在一些实施例中，光学信息储存方法还包括：采用文字识别和/或反射率信号识别，以实现光致变色透明陶瓷中光学信息的一次或多次读出。

可选地，光学信息储存方法还包括：在波长为450nm的激光下进行光激励，以擦除光致变色透明陶瓷中光学信息。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为实施例1提供的Y

图2为实施例1提供的Y

图3为实施例1提供的Y

图4为实施例1提供的Y

图5为实施例1提供的Y

图6为实施例1提供的Y

图7为实施例2提供的Ba(Mg，Zr，Ta)O

图8为实施例2提供的Ba(Mg，Zr，Ta)O

具体实施方式

下面将结合实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

以下针对本申请实施例的光学信息储存方法进行具体说明：

本申请示例提供了一种光学信息储存方法，光学信息储存方法包括：以波长为200nm-450nm的飞秒激光聚焦于光致变色透明陶瓷中，以在光致变色透明陶瓷中写入光学信息。

飞秒激光是指由飞秒激光器产生的飞秒激光光束。飞秒激光聚焦于光致变色透明陶瓷中是指：飞秒激光器采用聚焦模式，使飞秒激光光束位于光致变色透明陶瓷中。需要说明的时，实际基于飞秒激光器的限定，可采用例如800nm飞秒激光器通过倍频为400nm的飞秒激光。

光致变色透明陶瓷是指通过高温固相法合成的，且具有可逆的光致变色性能的透明陶瓷，其在特定条件下发生由状态A到状态B的物理或化学转变，伴随着可见光区域吸收光谱的变化，材料的颜色也随之改变，在另一特定条件下又发生由状态B到状态A的物理或化学转变恢复初始状态，其中两个特定条件中至少有一个是光辐照。

其中光致变色透明陶瓷作为单一透明材料，制备简单且有利于工业化大规模生产，不存在成分分布不均匀等问题，光致变色透明陶瓷是一种优异的窗口材料，有着良好的透明性和光学特性，同时又保持结构陶瓷的高强度、耐腐蚀、耐高温、电绝缘好、热导率高及良好的介电性能。与玻璃相比，光致变色透明陶瓷具有强度和硬度高、光学透过范围大、可承受激光功率阈值高，不易产生热应力极导致透明陶瓷炸裂，且可以实现活性离子的高浓度均匀掺杂等优势。

以波长为200nm-450nm的飞秒激光聚焦于光致变色透明陶瓷中，在飞秒激光的激发下，光致变色透明陶瓷产生了多光子吸收现象，所吸收的能量将光致变色透明陶瓷价带中的电子激发到导带中，同时在价带中留下空穴。激发出的电子和空穴在光致变色透明陶瓷中移动时，很容易被光致变色透明陶瓷中的各种缺陷所捕获，被缺陷捕获后的电子或空穴便形成了各种各样的色心，从而导致颜色的变化，以在光致变色透明陶瓷中写入光学信息。也即是，在光致变色透明陶瓷中写入光学信息的过程中使光致变色透明陶瓷产生多光子吸收导致其变色，后续可以通过光/热刺激恢复至透明，具体光/热刺激可参考相关技术。

也即是，本申请提供的光学信息储存方法中，以光致变色透明陶瓷取代光致变色材料掺杂玻璃，利用光致异构化可逆反应来实现信息的记录和擦除。利用多光子非线性吸收的飞秒激光直写技术，选择特定波长为200nm-450nm飞秒激光的在光致变色透明陶瓷中实现信息录入。

在一些实施例中，光致变色透明陶瓷的透光率大于等于60％。

采用上述范围内的透光率，也即是光致变色透明陶瓷透过率高，有利于使光致变色透明陶瓷中写入的光学信息清晰可见，便于后续读出。

示例性地，光致变色透明陶瓷的透光率为60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％等等。

在一些实施例中，光致变色透明陶瓷的变色对比度大于等于10％。

采用上述范围的变色对比度，变色现象强，有利于进行光学信息储存。

示例性地，光致变色透明陶瓷的透光率的变色对比度为10％、20％、30％、40％、50％、60％等等。

在一些实施例中，光致变色透明陶瓷的响应速度小于等于60s。

此处的响应速度是指光致变色响应速度，上述范围内，光致变色透明陶瓷的响应速度合理，便于快速进行光学信息储存。

示例性地，光致变色透明陶瓷的响应速度为0.1s、1s、2s、3s、4s、5s、10s、15s、20s、25s、30s、35s、40s、45s、50s、55s、60s中的任一值或介于任意两个值之间。

可选地，光致变色透明陶瓷的响应速度为小于等于5s。上述范围内写入光学信息的效率高，制作效率高。

在一些实施例中，光致变色透明陶瓷包括Y

上述各光致变色透明陶瓷兼顾有较佳的透光率、变色对比度以及光致变色响应速率。

小功率激光激发无法产生多光子吸收导致光致变色透明陶瓷无法变色，大功率激光激发极易损坏光致变色透明陶瓷。

在一些实施例中，光致变色透明陶瓷为Y

上述范围内，光致变色透明陶瓷变色程度高。

可选地，写入过程中800nm飞秒激光器的功率为100mW。

在一些实施例中，光致变色透明陶瓷为Ba(Mg，Zr，Ta)O

上述范围内，光致变色透明陶瓷变色程度高。

可选地，写入过程中400nm飞秒激光器的功率为400mW。

由于光致变色是一个可逆过程，因此，在光致变色透明陶瓷中写入光学信息的过程中需要注意：飞秒激光与光致变色透明陶瓷的相对移动速度既不能太慢，太慢易导致激光局域热效应使得变色程度减小，也不能过快，过快使得光致变色过程未充分完成。

因此，在一些实施例中，在光致变色透明陶瓷中写入光学信息的过程中，飞秒激光被配置为以10um/s-1mm/s的移动速度相对于光致变色透明陶瓷移动。

通过合适的移动速率，可在光致变色透明陶瓷中写入有效的光学信息，并且缓解写入导致的变色程度减小。

在一些实施例中，飞秒激光被配置为在光致变色透明陶瓷的预设方向上写入多层间隔分布的光学信息，相邻的两层光学信息之间的层间距大于等于5μm。

预设方向包括光致变色透明陶瓷的厚度方向，本领域技术人员可根据实际的需求进行选择。

层间距是指沿预设方向的直线距离。

通过合理的设置相邻的两层光学信息之间的层间距，可避免多层信息的录入以及读取时两层之间的信息干扰，实现光学信息录入，有效增加光学信息存储的容量。

在一些实施例中，光学信息储存方法还包括：采用文字识别和/或反射率信号识别，以实现光致变色透明陶瓷中光学信息的一次或多次读出。

其中，文字识别的方式包括但不局限于光学显微术。

可选地，光学信息储存方法还包括：在波长为450nm的激光下进行光激励，以擦除光致变色透明陶瓷中光学信息。

以下结合实施例对本申请的光学信息储存方法作进一步的详细描述。

实施例1

一种光学信息储存方法，包括如下步骤：

【使用800nm钛宝石飞秒激光器通过倍频为400nm的飞秒激光进行光信息的录入】

飞秒激光脉冲经强聚焦以后，可以在很低的平均功率下实现GW/cm量级的瞬时激发光强。如此高强度的激发光强可诱发材料发生显著的非线性光化学反应。由于材料发生双光子吸收的几率与激发光强度的平方成正比，由双光子吸收引发的光化学反应将被局限在激发强度很高的焦点周围极小区域内。

因此，利用双光子吸收的特点，采用800nm钛宝石飞秒激光器倍频为400nm的飞秒激光，利用飞秒激光多光子非线性吸收可以实现对光致变色透明陶瓷(也即是样品)三维空间区域的精确加工和信息写入。

将样品置于实验平台上，实验平台被配置为能够在X轴、Y轴平移，以及在Z轴升降，其中X轴和Y轴垂直。平台被配置为在计算机控制下可进行微米级别的精细移动，以便进行相关信息的层递录入与检测。实验中分别使用如表1所示的不同的单脉冲能量对样品(Y

使用飞秒激光进行双光子信息存储，实验室系统录入的光信息可达到的最小分辨率为0.5μm×0.5μm×1.6μm(非标准)，理论上可以达到1012bits/cm

表1飞秒激光参数

如图1所示，工作功率为100mW变色效果最好，200mW已损坏光致变色透明陶瓷，因此选用100mW作用工作功率作为实施例1中的工作功率。

【录入的光学信息的相关介绍】

(1)本实施例采用的光致变色透明陶瓷为Y

图3为Y

图4为Y

对上述高对比度、高透过率且厚度为3.0mm的Y

表2录入信息

(2)通过显微镜观测等方式，观测各层信息是否清晰，材料是否完整，且各层信息互不干扰。

(3)分别对各层的光致变色二维信息的内容以及整体效果图进行拍照。

图5为Y

图6为Y

实施例2

【使用400nm激光器进行光信息的录入】

采用400nm激光器的激发可以实现对光致变色透明陶瓷三维空间区域的精确加工和信息写入。

将样品置于实验平台上，实验平台被配置为能够在X轴、Y轴平移，以及在Z轴升降，其中X轴和Y轴垂直。平台被配置为在计算机控制下可进行微米级别的精细移动，以便进行相关信息的层递录入与检测。实验中分别使用如表3所示的不同的单脉冲能量对样品(Ba(Mg，Zr，Ta)O

使用飞秒激光进行双光子信息存储，实验室系统录入的光信息可达到的最小分辨率为0.5μm×0.5μm×1.6μm(非标准)，理论上可以达到1012bits/cm

表3飞秒激光参数

如图7所示，工作功率为400mW变色效果最好，因此选用400mW作用工作功率作为实施例2中的工作功率。

【录入的光学信息的相关介绍】

图8中圆角矩形透明片为Ba(Mg，Zr，Ta)O

对厚度为3.0mm的Ba(Mg，Zr，Ta)O

表2录入信息

(2)通过显微镜观测等方式，观测各层信息是否清晰，材料是否完整，且各层信息互不干扰。

(3)分别对各层的光致变色二维信息的内容以及整体效果图进行拍照。

综上，本申请提供的光学信息储存方法，其能够缓解以解决现有光致变色材料掺杂玻璃热稳定性差等局限，其利用多光子非线性吸收的飞秒激光直写技术实现在光致变色透明陶瓷中实现信息录入，且在录入过程中能够使光致变色透明陶瓷产生多光子吸收导致其变色且不会损坏光致变色透明陶瓷。

以上仅为本申请的具体实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。