Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
ОПТИЧЕСКАЯ ЗАПИСЬ ИНФОРМАЦИИ

ОПТИЧЕСКАЯ ЗАПИСЬ ИНФОРМАЦИИ

ОПТИЧЕСКАЯ ЗАПИСЬ ИНФОРМАЦИИ - процессы записи информации, переносимой оптич. излучением, а также область науки, изучающая эти процессы. О, з. и. осуществляют на т. и. оптич. носителях информации - физ. телах, используемых для сохранения в них или на их поверхности оптич. информации. О. з. н. основана на светоиндуциров. процессах в регистрирующей среде, к-рые приводят к изменению состояния или формы носителя. О. з. и. может включать в себя также дополнит. обработку носителя, напр. проявление, закрепление, изменение размеров и т. д.

Для О. з. и. можно использовать изменениелюбого физ.-хим. свойства регистрирующей среды (электронного состояния, <атомной структуры, намагниченности и т. д.). Однако в осн. используют изменениедвух параметров: комплексного показателя преломления и оптич. длины пути l - l _Г п (l _Г - геом. путь, п- показатель преломления среды,- характеризует поглощение). Изменение величины и под действием оптич. излучения даёт соответственно амплитудную, фазовуюи рельефно-фазовую запись. Существует неск. классов регистрирующих сред:галогенидосеребряные, фотохромные (см. Фотохромные материалы), электрооптические, <магнитооптические и разл. полупроводники - аморфные, органпч., молекулярные. <В галогенидосеребряных средах можно получить амплитудную или фазовую запись. В аморфных полупроводниках фотофиз. реакции приводят к амплитуднойзаписи. В органич. полупроводниках в эл.-фотогр. процессе записи реализуетсяамплитудная, а в фототермопластическом - рельефно-фазовая записи (см. Фазоваярельефография). В магнитооптических средах, меняющих намагниченностьпод действием света, О. з. и. и её воспроизведение происходят с использованиемэффекта Фарадея.

Параметры оптической регистрации. Важнейшимипараметрами оптич. регистрирующей среды являются: уд. энергия W (табл.),характеризующая уд. светочувствительность S среды(W = 1/S )иравная величине входного сигнала, при к-рой достигается заданное отношениесигнал/шум в выходном сигнале (обычно W измеряется в Дж/см ²);разрешающая способность R (в мм ^-1) или плотность записи(бит/см ², бит/см ³); энергия, необходимая для записиодного бита информации, характеризующая информац. светочувствительность S _инф (обычно измеряется в Дж/бит); обратимость записи, <характеризуемая числом циклов перезаписи, возможность записи в реальномвремени. Уд. и информац. светочувствительности среды связаны соотношением S^-1 _инф ⁼ kS х R², где k- коэф., зависящий от способа измерения R.Светочувствительность сред изменяется в пределах 11 порядков, соответственно,W от 1 до 10^-11 Дж/см ². Энергия записи одногобита информации изменяется от 10^-9 Дж/бит (типичная величинадля прямой записи) до 10-¹⁶ Дж/бит (для наиб. чувствительныхгалогенидосеребряных сред) и до 5 х 10^-15 Дж /бит (для наиб. <чувствительных несеребряных сред), т. е. она значительно меньше, чем дляэлектронных вычислит. систем (10^-12 - 10^-13 Дж/бит).Ряд сред разл. классов позволяет выполнять обратимую оптпч. запись. К такимсредам относятся халькогенпдпые типа ТеО _х, окислы ванадияVO _х (число циклов перезаписи не менее 10⁶),гетероструктурные фототермопластич. среды (число циклов перезаписи не менее10³).

Светоиндуцнрованные процессы в разл. <веществах сводятся к трём типам реакций: фотоперспос носителей заряда (безизменения структуры вещества); светоиндуцир. фазовые переходы (фотоструктурныеизменения вещества); селективное электрои-фононное преобразование центров(процессы выжигания провалов в бесфононных линиях).

Фотопереносом электронов обусловлено большинствофотохромных реакций в ионных кристаллах и органич. соединениях, <а также процессы фоторефракции в эл.-оптич. кристаллах. В халькогенидныхстеклообразных полупроводниках фотоперенос заряда является определяющимпри интенсивности света < 100 Вт/см ², а при больших интенсивностяхпроцессы носят фототермнч. характер. Светоиндуцированные фазовые переходыв большинстве случаев фототермические, поглощённая световая энергия вызываетнагрев вещества. Фототермич. запись наиб. детально изучена в аморфных халькогенидныхполупроводниках (теллур, бинарные соединения типа Аs хS₁₀₀_ _х Те О _x.). В них индуцированные светом реакции фазовых переходов "аморфное состояние- кристаллич. состояние" по светочувствительности не уступают реакциямфотопереноса (см. табл.). Селективное электрон-фононное преобразованиецентров в твёрдых телах путём лазерного выжигания спектральных проваловна бесфононных линиях реализуется на молекулярных центрах в ионных кристаллах, <органич. твёрдых телах и др. Спектры поглощения и люминесценции молекулярныхцентров в твёрдых телах и замороженных растворах состоят из характерныхбесфононных линий (чисто электронные переходы) с широкими фононными крыльями. <Если интенсивность бесфопонпых линий существенно превышает интенсивностьфононных крыльев, то с помощью лазера можно сделать спектральный провал- "выжечь" узкую бесфононную линию в пределах всего спектра неоднородногоуширения. Лазерное возбуждение переводит центр в метастабильное или ионизов. <состояние. Меняя частоту лазера, можно выжигать ~10⁶ бесфононныхлиний в пределах полосы фононных крыльев. Этим способом удаётся существеннопревысить дифракц. предел оптич. записи на двумерных средах (10⁸ бит/см ²), доведя его до 10¹¹ бит/см ².

Параметры регистрирующих сред для оптическойзаписи

Регистрирующие среды	W, Дж/с. <м 2	S, ед. ГОСТ	R, мм -1	S инф,Дж/бит
Галогенидосеребрянные:Polaroid Type 410	10-11	104	10	10-15
Royal X - PanKodak	(1 - 5) х 10-10	103	60	10-15-2х 10-18
Kodak 649F	3 х 10-5	0,01	5 х 1 03	10-14
Фотохромные:ионные кристаллы стёкла	10-2- 5	-	-	10-8-2 х 10-10
Электрооптич. <кристаллы: кристаллы LiNbO3	5 х 10-5		4 х 1 03	3 х 10-14
Керамика	0,1 - 0, 6	-
Аморфные полупроводники	10-2- 10-4		3 х 1 0-3	10-9
Магнитооптические	10-2	-		10-9
Органич. полупроводники:фототермопластнки	5 х 10-6	0,1	2 х 103	5 х 10-14
Реоксан	10-2	-
Фотохромные	1	-	_	10-8
Молекулярные	10-2	-	-	10-9
Оптические бистабильные VOX	10-5		2 х 103	3 х 10-14
Гетероструктурные:CdSc-термопластик	10-7	102	500	5 х 10-15

Для светоиндуциров. процессов, согласнозакону Эйнштейна, один поглощённый квант света вызывает один элементарныйакт в веществе. Для количеств. характеристики действия света вводят понятие квантовоговыхода ,определяемого как отношение ср. количества элементарных актов светоиндуциров. <процессов или реакций N_a, возникших под действием . поглощённыхквантов света, к числу этих квантов:

= N_a/N. В прямых светоиндуцнров. реакциях бездополнит. усиления эффекта, вызванного светом, квантовый выход не можетпревышать единицу. Он может быть больше единицы (до десятков), если вызваннаясветом реакция связана с распадом высокоэнергетич. электронного состоянияна неск. низкоэнергетич. состояний или с размножением электронных возбужденийв сильном электрич. поле. Такими процессами являются, напр., фотонное умножениев полупроводниках и распад высокоэнергетич. электронных состояний в щёлочно-галоидныхкристаллах, галогенидосеребряных средах, аморфных и органич. полупроводниках. <Величина и уровень усиления первичной записи определяют предельную светочувствительностьсред.

Основные типы носителей оптической информации. <Существуют три способа оптич. записи: аналоговый, побитовый, голографический, <к-рые используются со всеми типами оптич. носителей информации. Первыеисследования по О. з. и. были выполнены Гольдбергом (Goldberg) в 1926 нафотоэмульсиях в виде микрофотографий. Была достигнута предельная плотностьзаписи информации для двумерной записи 10⁸ бит/см ².Микрофотографии (микрофиши) обладают высокой разрешающей способностью, <и информация на них может храниться десятилетиями. Однако этот способ неполучил широкого распространения для обработки информации ввиду трудностейвыборки микрофотогр. информации. Разработки регистрирующих сред для прямойО. з. и. в реальном времени завершились появлением в 1982 оптич. дисковпамяти (см. Памяти устройства), к-рые используются на мировомрынке в видеопроигрывателях и видеоустройствах. Высокое качество звуко-и видеовоспроизведения обеспечило их широкое распространение. В оптич. <дисках памяти применяется оптпч. побитовая запись в тонких металлич. иполупроводниковых плёнках. Сравнительно простая технология, низкая стоимостьносителей и процессов записи (запись одного бита информации в ~10³ раз дешевле, чем магнитная на дисках и лентах), а также надёжность в эксплуатацииявились решающими факторами их широкого практич. применения. Они обладаютвысокой разрешающей способностью (плотность записи 10⁸ бит/см ² )и высокой светочувствительностью (10^-9 Дж/бит), позволяющейосуществлять запись с маломощными (5 - 10 мВт) полупроводниковыми лазерами.

Пространственно-временные модуляторысвета обладают высокой светочувствительностью, с ними возможны быстрыезапись и стирание, высокая цикличность, они используются для ввода оптич. <некогерентных изображений в информац.-вычислит. системы, в оптич. спецпроцессорахдля обнаружения, опознавания образов и слежения, для анализа и преобразованияизображений.

О голографич. записи информации см. вст. Голограмма, Голографическое распознавание образов, Голография.

Лит.: Фризер X., Фотографическаярегистрация информации, пер. с нем., М., 1978; Бугаев А. А., ЗахарченяБ. П., Чудновский Ф. А., Фазовый переход металл - полупроводник и его применение, <Л., 1079; Акимов И. А., Черкасов Ю. А., Черкашин М. И., Сенсибилизированныйфотоэффект, М., 1980; Несеребряные фотографические процессы, под ред. А. <Л. Картужанского, Л., 1984; Шварц К. К., Физика оптической записи в диэлектрикахи полупроводниках, Рига, 1986;Пространствснные модуляторы света, М., 1987;Черкасов Ю. А., Буров П. А., CdSe - ФТП - новая регистрирующая среда дляпространственных модуляторов света широкой области спектра, "Труды ГОИ",1988, т. 70, в. 204, с. 67 (Иконика, кн. V).

Ю. А. Черкасов.