專利名稱:信息記錄與重現(xiàn)裝置的制作方法
本發(fā)明系一種新穎的信息記錄與重現(xiàn)裝置，其特征在于該信息記錄與重現(xiàn)裝置利用光能或熱能改變記錄介質(zhì)結(jié)晶組織來完成信息的記錄、消除及重現(xiàn)。
已有技術情況近幾年來，對信息記錄密集化、數(shù)字化的要求越來越高，促使了各種信息記錄與重現(xiàn)系統(tǒng)的發(fā)展。特別是光學記錄盤，它在激光源的配合下可實現(xiàn)信息的記錄、消除及重現(xiàn)，它的記錄密度比一般的磁盤高，因而被認為是很有前途的。光學記錄盤-光盤-在《工業(yè)用稀有金屬》1983年第80號(光盤及材質(zhì))第37～41頁上有詳細介紹。光盤利用激光重現(xiàn)信息，這點已在實際生活中運用了，它被命名為COMPACT DISC(簡稱CD)，即激光唱盤。
在其它方面，目前用作記錄信息的系統(tǒng)有兩種類型不可消除型和可重寫型。不可消除型一經(jīng)寫入便無法消除，可重寫型則允許重復寫入重復消除。不可消除型的記錄方法是用激光束使介質(zhì)破碎或使之變形而成為細小的凸面體和凹面體。讀出時，這些細小的凸面體和凹面體使激光束形成干涉現(xiàn)象，并導致反射率改變，從而實現(xiàn)信息讀出。例如有一種眾所周知的辦法，就是用激光把碲(Te)之類的介質(zhì)熔化或升華之后可以形成凸面體及凹面體。然而，此類記錄用介質(zhì)存在一個問題，它們有毒。
另一方面，光電磁性材料是可重寫型介質(zhì)中的主要材料。用這種材料進行記錄的辦法是利用光能在居里點或補償點附近使材料的局部磁性異向發(fā)生倒相，而進行重現(xiàn)的辦法是射入偏振光，由于法拉第電磁效應或磁力效應而使偏振面轉(zhuǎn)動一定的量。這種記錄與重現(xiàn)方法是現(xiàn)階段可重寫型介質(zhì)應用中最有希望的一種，目前正在加緊研究，預期數(shù)年之內(nèi)就能付諸實用。然而很遺憾，現(xiàn)在還未找到一種材料的偏振面能夠提供足夠大的轉(zhuǎn)動量。目前在S/N(單極子/數(shù)量)、C/N(載體/數(shù)量)等方面尚無足夠高的輸出水平，盡管就介質(zhì)材料的夾層等問題已作了大量工作。
另一種已為人們所知的可重寫型系統(tǒng)，是使記錄用介質(zhì)材料在非晶體狀態(tài)和晶體狀態(tài)間產(chǎn)生可逆相變，從而使反射率變化。還有一種人所共知的不可消除型介質(zhì)，是運用了晶體和非晶體狀態(tài)之間的單向的或不可逆轉(zhuǎn)的相變。但這些材料都存在問題，比如，在低溫下非晶相會發(fā)生結(jié)晶，由于在室溫下的金相不穩(wěn)定，以致盤的可靠性很差。
發(fā)明的任務根據(jù)現(xiàn)有技術情況，本發(fā)明旨在提供一種信息記錄與重現(xiàn)裝置，該裝置使用一種易于實現(xiàn)信息重寫、且具有高記錄密度的記錄介質(zhì)。
發(fā)明的簡要概述據(jù)此目的，本發(fā)明已提出了一種信息記錄與重現(xiàn)裝置，它的特征是包括由金屬或合金制成的一種記錄介質(zhì)，該金屬或合金在固態(tài)下至少具有兩種結(jié)晶組織，并能在一定溫度領域內(nèi)保存有從另一溫度領域內(nèi)所獲得的一種結(jié)晶組織。
這樣，本發(fā)明中作為信息記錄與重現(xiàn)裝置的記錄介質(zhì)的金屬或合金，在固態(tài)下至少具有兩種金相;有效地利用金相轉(zhuǎn)變引起的結(jié)晶組織變化就可以對各種信號、字母、字符、圖形之類的信息實行記錄、消除和重現(xiàn)。
圖1是二元金相圖，用以解釋不同晶體之間的可逆轉(zhuǎn)的金相轉(zhuǎn)換;
圖2為本發(fā)明的信息記錄與重現(xiàn)裝置構(gòu)造圖;
圖3為本發(fā)明的信息記錄與重現(xiàn)裝置與光學系統(tǒng)合并使用時的圖解;
圖4為本發(fā)明中一片Cu-Al-Ni合金箔材的光譜反射率示意圖;
圖5為圖4所示箔材的X-射線衍射圖譜的圖解;
圖6、圖7為圖4所示箔材的平面圖，表現(xiàn)被加熱后結(jié)晶組織改變，字母已被記錄上去的狀態(tài);
圖8表示本發(fā)明中一個光盤實例的剖面圖;
圖9A及9B為按本發(fā)明用陰極濺鍍法所獲合金箔材通過電子顯微鏡所攝取之金相組織顯微照片;
圖10按本發(fā)明用陰極濺鍍法所獲合金箔材的平面圖，其上已用Ar激光束記錄了信息;
圖11A及11B是本發(fā)明中的光盤實體模型的剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖1是Cu-Al合金的二元金相簡圖，是本發(fā)明所用記錄介質(zhì)材料的一個實施例，它可以解釋如何通過Cu-Al合金中的可逆相變進行記錄、消除及重視的原理。在A-B二元合金系統(tǒng)中，假設有一種ABX合金，金相圖如圖1所示。這種成分的Cu-Al合金，其固態(tài)溫度領域內(nèi)有三種金相，即b-單相，(b+c)-相和(a+c)-相。a、b、c單相的結(jié)晶組織都互不相同，而且單相和混合相所表現(xiàn)的光學特性也是各異的。下面以光譜反射率作為一個例子來解釋結(jié)晶組織的差異是怎樣影響光學特性變化的。在T1溫度時，合金平衡狀態(tài)下的光譜反射率幾乎與C相的反射率相等，因為此時合金呈現(xiàn)為富含C的(a+c)-相。當這種合金被加熱到T4溫度，再經(jīng)淬火，b-相即被過冷至T1，故合金顯示為T1溫度下b-相的光譜反射率。再進一步，當該過冷相被加熱到比T1溫度高的T2，再經(jīng)淬火，則b-相又變成了(a+c)-相，因此，光譜反射率又回復到近似于原先T1溫度下所得到的c-相了，這就完成了光譜反射率的可逆轉(zhuǎn)變。如果將合金加熱到T1溫度以上，就可能使b-相轉(zhuǎn)變?yōu)?a+c)-相，此時，要求加熱溫度必須低于Te但又要求越高越好，因為，加熱溫度高可以明顯地縮短相變所需的時間。如上所述，可以充分利用固態(tài)下相變所產(chǎn)生的光譜反射率的變化來實行寫入、消除和重現(xiàn)。這樣說來，在固態(tài)下可顯現(xiàn)出可逆相變特性的任何一種金屬、非金屬、復合物，都可用作為本發(fā)明信息記錄與重現(xiàn)裝置的記錄介質(zhì)材料。可用作記錄介質(zhì)的材料，有那些在元素周期表上屬于Ⅰb、Ⅱb、Ⅲb、Ⅳb、Ⅴb、Ⅵb、Ⅶb、Ⅷ各組的金屬和以這些金屬為主要成分的各種合金，因為它們可在固態(tài)下引起可逆相變。作為這種金屬的例子有Cu、Ag、Au、Zn、Cd、B、Al、Ca、In、Tl、Si、Ce、Sn、Pb、As、Sb、Bi、Se、Te、Po、Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt。這些金屬的合金也是可利用的。前面已說過，這些金屬及合金在固態(tài)下至少具有兩種金相。在這些金屬及合金之中，Cu-基合金的光譜反射率變化最顯著，效果特別好，而作為記錄介質(zhì)用的材料來說，Au-基和Ag-基的合金所產(chǎn)生的效果也很不錯。眾所周知，Cu與其它金屬或合金相比，有著獨特的棕色。另外，在光譜反射率方面，Cu還顯出了它的特有性質(zhì)在波長大于500毫微米的一側(cè)，可獲得很高的反射率。而且在向Cu中加入其它元素以組成合金時，原來為Cu所獨有的棕色調(diào)會隨著合金結(jié)晶組織的轉(zhuǎn)變而變成其它色調(diào)。例如，將Al、Ca、In、Sb、Si、Sn、Zn中的一種或數(shù)種元素加到Cu中去后，其色調(diào)會由棕色變?yōu)榻鹕Y(jié)果是光譜反射率也改變了。Cu一般具有面心型(α-相)晶體結(jié)構(gòu)，但加入上述元素后，變成了復合物(通常是γ-相)。Cu-基合金處于(α+γ)-混合相區(qū)域時呈金色，此外，其光譜反射率變化激烈，在波長500毫微米附近，反射率停止變化，而在較長的波長區(qū)，反射率又象棕色調(diào)時那樣變化遲緩。上述的各種Cu-基合金在高溫態(tài)的(α+γ)-相區(qū)域內(nèi)有一個共同特點，即有β-相存在，β-相的晶體是體心型結(jié)構(gòu)或是經(jīng)調(diào)整的體心型結(jié)構(gòu)。在恰當?shù)剡x擇合金成分情況下，β-相是棕色的。某些一定成分的合金，在施行加熱、猝冷使β-相過冷至室溫時，會引起熱彈性型的馬氏體轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變的結(jié)果使合金變成金色。然而當轉(zhuǎn)變溫度降低到室溫以下時，合金又變成了棕色。此外，合金元素含量增加得過分多會使棕色變淡。所以說，棕色色調(diào)是在溫度高于馬氏體轉(zhuǎn)變溫度條件下得到的，或是在合金成分能夠?qū)ⅠR氏體轉(zhuǎn)變溫度降低到室溫以下的條件下得到的。加入各種過渡金屬，B、C、Ge、Ag、Cd、Au、Pb、Be、Mg等，可以有效地控制轉(zhuǎn)變溫度。
上面已解釋過，作為本發(fā)明信息記錄與重現(xiàn)裝置用的記錄介質(zhì)、Cu-基合金，通過加熱、猝冷由于β-相和(α+γ)-相間的轉(zhuǎn)變能很好地在棕色和金色間作可逆轉(zhuǎn)換，并且光譜反射率也有大幅度的變化。還應注意到，除光譜反射率之外，對激光束的透射率的變化、折射系數(shù)的變化以及偏振性等也都是可資利用的。
能夠用作記錄介質(zhì)材料的那些合金，過冷處理之后，即使在低溫狀態(tài)下也能保持住高溫態(tài)時的金相。這些合金在固態(tài)下含有兩個或更多的金相，充分利用不同金相的光學特性的差別，就有可能把信息記錄下來。
這種合金的例子有Ni-Ti合金，Cu-Al合金，Cu-Zn合金，Cu-Al-Zn合金，Cu-Al-Ni合金，Ti-Nb合金，Ti-Mn合金。Ti-Mo合金，Cu-Al-Mn合金，Cu-Al-Fe-Cr合金，Cu-Ga合金，Cu-Al-Ga合金，Cu-In合金，Cu-Al-In合金，Cu-Ce合金，Cu-Al-Ge合金，Cu-Sn合金，Cu-Al-Sn合金，Au-Al合金，Ag-Al合金，Ag-Al-Au合金，Ag-Al-Cu合金，Ag-Al-Au-Cu合金，Ag-Al-Cd合金，Ag-Zn合金，Sb-In-Se合金，In-Tl合金，Co-Mn合金，Au-Cd合金，Mn-Cu合金，U-Mo合金，F(xiàn)e-Mn合金，F(xiàn)e-Cr-Ni合金等等。
較實用的合金成分可舉例如下含Al0～10%、Zn10～40%的Cu-基合金，含Sn20～30%的Cu-基合金，含Al10～20%、NiO～10%的Ou-基合金，含T140～50%的Ni-基合金等等。
特別認為滿意的合金成分舉例列于表1及表2中。
表中括號內(nèi)數(shù)字為較佳值范圍運用加熱及淬火在記錄介質(zhì)上進行寫入及消除時，降低記錄介質(zhì)的熱容量就能獲得更高的響應速度。為了降低記錄介質(zhì)的熱容量，一個相當有效的制造記錄介質(zhì)的方法是從氣態(tài)或液態(tài)直接猝冷、固化而形成薄膜。薄膜成型有多種技術，諸如PVD(物理蒸發(fā)沉淀)法，其中包括了真空蒸發(fā)沉淀法及濺鍍法，又如CVD(化學蒸發(fā)沉淀)法，再如熔化猝冷法，此法系以熔融狀態(tài)的材料傾注于高速旋轉(zhuǎn)的輥筒面上以便熔融物猝冷、固化，還有將粉末材料涂布而焙燒于基底之上的，以及電鍍層、化學鍍層法等等。為了使光譜反射率有清晰的局部變化，并為了獲得較高的S/N值，要把構(gòu)成箔材或薄膜的晶體顆粒做得盡可能地細小。上述的各種技術都能生產(chǎn)出微細的結(jié)晶組織，因為它們采用猝冷法以形成箔材及薄膜。再者，從降低熱容量的觀點來看，用粉末狀的金屬或合金制成記錄介質(zhì)，其效果是相當好的。較好的辦法是將粉末與一種粘合劑混合而涂布于基底之上。用此法在基底上形成薄膜，可以把膜劃分成最小尺寸的記錄單元，這樣做有利于降低熱容量。
前面已經(jīng)闡明，本發(fā)明所提供的信息記錄與重現(xiàn)裝置具有記錄器、重現(xiàn)器和消除器，其特征是包括有，一種在固態(tài)下至少含有兩種結(jié)晶組織的記錄介質(zhì)，它在一個溫度領域里能夠保留著從另一溫度領域中獲得的結(jié)晶組織。
本發(fā)明的記錄介質(zhì)可用作各種用途的光盤，如DAD(數(shù)字唱盤或激光唱盤)、錄象盤及存儲盤等。
圖2和圖3所示為依據(jù)本發(fā)明所得的信息記錄與重現(xiàn)裝置之實體模型，以及光盤實施記錄、重現(xiàn)、消除時所用光學系統(tǒng)布置之實施例。
實體模型所用的光盤1，其基底是一片經(jīng)過光學拋光的玻璃片，在它上面用本發(fā)明的方法形成了記錄介質(zhì)。操作時，根據(jù)準備錄入的信號，將Ar離子激光束調(diào)制成脈沖再作用到轉(zhuǎn)動著的光盤1上面去，這就在盤1的微小局部上產(chǎn)生了不同于基底色澤的色調(diào)變化(即色彩在色相與飽和度方面的變化)。當記錄介質(zhì)是數(shù)字唱盤DAD時，則以PCM(脈沖碼調(diào)制)的聲頻信號作為準備錄入的信號，當介質(zhì)是錄象盤時，就以FM(頻率調(diào)制)的視頻信號作為錄入信號，這些信號的波型之上部及下部均經(jīng)限幅削波處理而成為脈沖形式，以此作為準備錄入的信號。
圖2示出，光盤1由電動機15恒速驅(qū)動，電動機用速度控制裝置18調(diào)速，并配有轉(zhuǎn)數(shù)計16。為了實現(xiàn)記錄與重現(xiàn)，由激光源6發(fā)出激光束(圖中以虛線表示)，通過聚焦鏡5、分光鏡26，四分之一波長板3、聚焦鏡2及聚焦傳感器13，最后作用于光盤1。實施重現(xiàn)時，借助于檢測光盤1對激光的反射狀態(tài)，或檢測光盤1對激光束的偏振情況或透射情況等辦法。更準確地說，是用受光元件22來檢測反射、偏振或透射方面的任何變動量。測出的信號經(jīng)過重現(xiàn)信號處理裝置24處理之后即為輸出信號。另外，實施記錄時，將記錄信號處理裝置23所調(diào)制的激光脈沖送達光盤1。在記錄、重現(xiàn)、消除操作中的分軌操作，由分軌控制裝置20帶動一面可移動的反光鏡17來完成。操作方式控制以及速度之類的其它因素的控制，則由控制器25進行。標號19所指的是一個可移動的臺。實施消除時，由激光源12輸出激光束，經(jīng)分光鏡21及分光鏡26到達光盤1實現(xiàn)消除。
圖3所示，激光束被振蕩器6振蕩后，由耦合透鏡5放大，經(jīng)由偏振棱鏡4、四分之一波長板3及聚光鏡2而達盤1。跟蹤操作是利用由盤1反射的、經(jīng)聚光鏡7的光束。由跟蹤光敏二極管11檢測并控制跟蹤操作。
被反射回來的光束中的一部分光，經(jīng)由半反射鏡8，被引導通過柱面透鏡9而作用于自動聚焦用的光敏二極管10，該二極管經(jīng)管重現(xiàn)信號的自動聚焦和檢測。這樣，對光盤施加激光束并從光盤上反射激光束，就可以實現(xiàn)記錄與重現(xiàn)信息了。消除操作與記錄操作相同，只是要用另一個激光源12。
更確切地說，實現(xiàn)重現(xiàn)所用的方法是檢測施加于光盤上的激光，根據(jù)它在光譜反射率、透射率、偏振性及折射系數(shù)方面的一切變化實施重現(xiàn)。檢測反射光束與入射光的相對亮度水平，或檢測光束的角度變化，就能測出反射率、偏振情況及折射系數(shù)的變化。此外，檢測入射光束透過光盤后的亮度變化，就能測出透射率。可以采用半導體受光元件(光敏二極管)進行上述檢測。
綜上所述可以斷言，根據(jù)本發(fā)明可對任何信息進行記錄、重現(xiàn)及消除，因為它基于這樣一個事實，即記錄介質(zhì)材料中結(jié)晶組織變化所引起的金相轉(zhuǎn)變能改變記錄介質(zhì)材料的光學特性，諸如光譜反射率、對激光的透射率等等。然而，這也并不排斥即便介質(zhì)材料的光譜反射率沒有變化，仍然可以實現(xiàn)記錄，這可利用由于結(jié)晶組織轉(zhuǎn)變導致體積變化而在記錄介質(zhì)表面上形成的微細的凸面體和凹面體。例如，由于那些凸面體和凹面體所產(chǎn)生的光線相互干涉而引起反射率的變化，就可用于記錄。
本發(fā)明還提出了一個帶軌槽的光盤，由帶軌槽的基底和其上所覆蓋的薄膜組成，該薄膜是用一種在固態(tài)下至少含有兩種結(jié)晶組織的金屬或合金制成，這種金屬或合金能在一個溫度領域里保留有從另一溫度領域中獲得的結(jié)晶組織。軌槽寬度最好要小于幾微米(uM)。以半導體激光器作激光源時，軌槽寬度最小值以1.6微米為佳。本發(fā)明光盤薄膜中的結(jié)晶組織(金相)最好取自較低溫度側(cè)之平衡態(tài)，用以作基底，即背景。這樣，寫入操作的第一步就是使結(jié)晶組織形成高溫區(qū)所特有的金相，然后將薄膜過冷，使得剛才得到的金相在低溫區(qū)也能被保留下來。運用這種辦法，可以用較高的密度記錄信息。這種情況下的寫入呈斑點狀，而在記錄介質(zhì)的厚度方向，是部分或全部地穿透的。
寫入的辦法是先加熱到高溫區(qū)然后過冷，而消除時則須用如下辦法加熱，即改變由于過冷而保存下來的金相使之變成在較低溫度領域內(nèi)所獲的平衡態(tài)金相。反之，如果寫入時采用了將金相變?yōu)榈蜏貐^(qū)金相的辦法，那末在消除時就須采用先加熱至高溫區(qū)隨之過冷的辦法。
軌槽最好做在光盤接受光束面的反面，而記錄介質(zhì)布于軌槽上。這就要求基底對于入射光是透明的。因為記錄用介質(zhì)是用金屬或合金制成的，而且寫入或消除時還要加熱，所以記錄介質(zhì)的表面上鍍有保護膜，此膜對所施用的光線亦應透明。例如，可用SiO2作為保護膜的材料。軌槽的深度以大約為所用光線波長的四分之一為佳。
運用兩個不同的光源可以同時進行寫入和消除。也就是用一個光源消除掉已錄好的信息，與此同時，用另一裝置在消除之后進行寫入。
本發(fā)明也提供了一種信息記錄與重現(xiàn)、消除的方法，該方法具有如下各步驟制備一種記錄介質(zhì)，它由一種在固態(tài)下至少含有兩種結(jié)晶組織的金屬或合金制成，這種金屬或合金能夠在一個溫度領域里保存有從另一溫度領域中獲得的結(jié)晶組織;局部加熱記錄介質(zhì)以形成高溫下的結(jié)晶組織，隨之進行過冷，使其即便冷到較低溫度也能保存依上述方法所得之結(jié)晶組織，這樣就可記錄下所需的信息;對記錄介質(zhì)上已錄入的部分施加一束光線，以檢測被局部加熱部分與未被加熱部分之間的光學特性有何差別，這樣就可重現(xiàn)已錄入的信息;將記錄介質(zhì)的已錄入部分加熱到一個降于記錄時所用局部加熱溫度的溫度，這就可以消除已錄入的信息。
用激光作光束是比較好的。此時，激光束的波長以短波為佳。因為波長在500毫微米左右時，已加熱部分和未加熱部分兩者反射率之差為最大，所以，用作記錄和重現(xiàn)的激光束最好具有這樣的波長。通常用同一激光源實行記錄和重現(xiàn)，而消除操作則使用另一激光源，其幅照能量強度小于記錄、重現(xiàn)所用激光束強度。
本發(fā)明也提出了一種光敏記憶材料，它在固態(tài)下至少含有兩種結(jié)晶組織，它能在一個溫度領域里保存有從另一溫度領域下所獲得的結(jié)晶組織。這種記憶材料的結(jié)晶組織(金相)變化能引起光學特性如光譜反射率、偏振性、透射率、折射系數(shù)等的變化，利用這些變化中之一種變化就可形成信息的光學記錄法。
實施例(實施例1)色調(diào)及光譜反射率變化的可逆性已由一件用熔化猝冷法制得之箔材所證實。試樣用Cu-Al-Ni三元合金制備而成。材料先在真空高頻感應爐內(nèi)熔煉，然后澆注成錠。錠呈金色。將錠熔化，把熔融液傾注于一個輥子的表面上或注于兩個輥子之間的輥隙中，輥子以高速旋轉(zhuǎn)俾使熔液得以猝冷，這樣就形成了帶狀的箔材。單輥用Cu制成，直徑為300毫米，表面鍍Cr，雙輥則為直徑120毫米之Cu-Be輥。兩種輥型的輥面圓周速度均設定在10～20米/秒。使用石英澆口，以每次傾入合金母材約10克的流量即可制出數(shù)米長、5毫米寬、0.03～0.1毫米厚之箔材。一些箔材為金色，另一些則呈棕色，依不同的合金成分而異。把這些箔材加熱到各種溫度然后猝火，對其色澤及光譜反射率的變化均進行了研究。
圖4所示為箔帶的光譜反射率，箔帶的材質(zhì)為“Cu-Al14.2重量%-Ni4.01重量%”合全，用上述之單輥法制成，分別在750℃與600℃溫度下加熱2分鐘，然后用水冷卻。熱處理之前用800號金剛砂紙將箔帶拋光。猝冷固化狀態(tài)下的箔帶呈棕色，經(jīng)600℃熱處理后為金色，而經(jīng)750℃熱處理后則呈棕色。從圖中可見，波長為500毫微米附近之光譜反射率的差別最大。就是說，在此波長時，棕色箔材之光譜反射率為8.5%，而金色箔材之光譜反射率為23.9%，約為前者的三倍大。據(jù)此可以斷定，在這一波長區(qū)域內(nèi)可以有效地記錄及重現(xiàn)信息。
圖5為箔帶經(jīng)過熱處理后顯示的X-線衍射圖譜。X-線衍射中所用Cu-Ka射線源為40千伏、100毫安。從圖中可看出，750℃時形成了一種DO3型規(guī)則結(jié)構(gòu)，因之，所形成的是β-相。另外，在600℃時，結(jié)構(gòu)形式包括有α-相(面心立方體)與γ-相(斜方體)。這就弄清楚了色調(diào)與光譜反射率所發(fā)生的突變，是因為金相組織由β-單相轉(zhuǎn)變?yōu)?α+γ)-相的緣故。已經(jīng)在600℃熱處理過的試樣重新被加熱到750℃時，其色調(diào)、光譜反射率和X-線衍射圖又逆行回復到原來的棕色和β-單相的圖譜。
在圖6中，(a)所示為箔帶經(jīng)過600℃的熱處理后呈金色，(b)為同一箔帶之外觀圖，它的一半用打火機加熱過后隨即冷卻，這一半就變成棕色。更確切地說，正如(b)圖所示，虛線左側(cè)為棕色而其右側(cè)則為金色。這樣看來，用局部加熱即能輕而易舉地改變色調(diào)。也已證實棕色區(qū)與金色區(qū)之間有著十分清晰而明確的分界線。再進一步，將已變成棕色的那一部分依舊用打火機加熱到稍低于第一次加熱時的溫度，則色調(diào)會重新變回金色。
圖7表示用直徑約為0.5毫米的YAG(釔鋁石榴石)激光束作加熱裝置，在箔帶上書寫了幾個字母。基底箔帶是經(jīng)過熱處理的，呈金色。激光束按脈沖群形式振蕩，脈沖寬度為1微秒，因此字母是由大量的激光脈沖加熱的點所組成。被加熱而成為字母A、B、C的部分變成了棕色，這樣就能與基底所呈現(xiàn)的金色背景清楚地區(qū)分開。只要箔帶的加熱條件能使其變成金色，即可消除這些字母。如此作法，借助于激光束將箔帶局部地加熱到預定的溫度，就能對字母、圖形之類的信息反復地施行記錄及消除。還有，信息一經(jīng)錄入，除非把材料加熱至消除溫度，否則信息是無法消除的，因此幾乎可以永久地保存它。
(實施例2)已證實，在用真空蒸發(fā)濺鍍法制得的薄膜上，色調(diào)可以實現(xiàn)逆轉(zhuǎn)變化。從實施例1中所制備的錠子上切下一塊直徑為100毫米、厚度為5毫米的圓盤，作為濺鍍裝置的靶極。用一塊厚0.8毫米的玻璃板作為真空蒸發(fā)濺鍍的基底。為了防止濺鍍膜在加熱時被氧化以及在寫入、消除過程中從基底上剝落，在鍍膜表面上再加鍍一層厚度為30毫微米的SiO2保護膜，該膜亦用真空蒸發(fā)鍍成。圖8所示為膜片的剖面。用一個直流的磁控電子管型的濺鍍系統(tǒng)，在玻璃基底28上鍍一層合金膜27，再用RF型濺鍍系統(tǒng)鍍SiO2膜。濺鍍功率選擇范圍為140～200瓦，基底溫度則保持在200℃。用于濺鍍的蒸發(fā)皿被抽真空至10-5乇左右，并充入Ar氣至5～30毫乇的水平。合金膜的厚度波動于0.05～10微米之間，而SiO2膜的厚度則被選定為30毫微米。圖9a所示為在上述濺鍍條件下制備的300毫微米厚的合金膜在射電電子顯微鏡下的顯微照相。圖9b為同一物在更高放大倍數(shù)下的顯微照相?？梢钥吹剑辖鹉ぞ哂谐⒘５慕Y(jié)晶顆粒，以至在圖9a的放大倍數(shù)下都無法清晰辯認。從圖9b可見同一對象在較大的放大倍數(shù)下，其顆粒的粒度為30毫微米左右。因此可以認為，記錄、重現(xiàn)及消除操作在實施中，結(jié)晶顆粒不會對它們發(fā)生實質(zhì)性的影響。
圖10表示在合金膜上用Ar氣激光束加熱并冷卻以實現(xiàn)寫入及消除時，薄膜是如何變換色調(diào)時。此時Ar氣激光束是連續(xù)振蕩的。試樣被放在人工移動的臺上，當激光束在試樣表面上聚焦的同時移動此臺，這樣激光束就掃描了試樣的表面。其結(jié)果為，被激光束輻照到的部分即圖10中帶陰影線部分和虛線部分變成棕色，完成了寫入。帶陰影線部分是用200毫瓦Ar氣激光束掃描過的地方。為了顯出金色，事先將合金膜連同基底一起經(jīng)過了熱處理。然后按圖10中虛線段一上一下的方向，用激光束對合金進行掃描，但這次的激光束處于略為散焦的狀態(tài)，目的是為了降低功率強度。結(jié)果，虛線部分的棕色調(diào)經(jīng)過較低功率強度激光束掃描后，又重新變成了金色。根據(jù)這一事實可以確認，利用改變色調(diào)實行記錄和消除，這種方法同樣可以在合金的薄膜形式上實現(xiàn)。并且也證實了，寫入和消除操作幾乎可以無限制地重復許多次。
(實施例3)研究了粉末改變色調(diào)的問題，該粉末是由實施例1中所制作之錠子中取得。用切割機切割錠子時所生成的碎屑可當粉末使用。由于錠子相當脆，用作粉末的碎屑其尺寸相當小。然后將碎屑粉碎成100網(wǎng)目(約140微米)以下大小。剛粉碎好的粉末是金色的，但把它們在800℃下加熱1分鐘隨之用水冷卻后，即變成了棕色。
如此制作之粉末進一步用球磨機加細為數(shù)微米的顆粒，然后與聚酰亞胺系的有機物質(zhì)混合。將混合物涂布于玻璃基底之上，在無氧化氣氛中焙燒以便形成一層厚度約為100微米的合金膜。在這層膜的表面上再用真空蒸發(fā)法生成一層厚度為30毫微米的SiO2膜。玻璃基底是經(jīng)過鏡面拋光的，合金膜也經(jīng)鏡面拋光。這樣做成的合金膜呈現(xiàn)金色，但是用激光照射之后會變成棕色，就和前面幾個實施例的情況一樣。這就保證了信息記錄的可能性。
(實施例4)圖11a及圖11b是一個光盤的剖面圖，在直徑為120毫米、厚度為0.8毫米的玻璃基底28上，用實施例2中所用的同一種濺鍍法，生成一層Cu-Al-Ni合金的記錄介質(zhì)膜27，并在膜27上形成一層SiO2膜26。生成Cu-Al-Ni合金薄膜時，用實施例1中所制得的錠子作為濺鍍靶。事先在玻璃板上做出了軌槽29，槽寬0.8微米，槽間距為1.6微米。槽29的深度相當于激光束波長的四分之一。依據(jù)本發(fā)明，合金光譜反射率的最大差別處既然前面已說過是在波長500微米附近，因此采用了其波長與該波長最為接近的Ar氣體激光器。據(jù)此，軌槽深度被選定為120微米上下。合金膜與SiO2膜的厚度與實施例2中相同。濺鍍形成的合金膜為金色。利用圖2所示之裝置，這一光盤被局部加熱到750℃，使信息以棕色凹痕的形式被記錄下來。用一個連續(xù)振蕩的激光束，采取加熱到500℃的辦法以施行消除，由此可恢復金色。寫入所用激光束安排在緊跟消除用激光束的后面，這樣做可使剛被消除激光束照射過的部分又被寫入用的激光束重新加熱到750℃，因之色調(diào)又重新變成棕色，這樣，事實上可以同時完成消除及重寫。
通過往復循環(huán)地進行了重寫與消除操作，足以證明，任憑怎樣輪番反復地施行多少次重寫與消除，記錄介質(zhì)的寫入與消除特性仍可保持其原始狀態(tài)。
事實將證明本發(fā)明的信息記錄與重現(xiàn)裝置能夠輕而易舉地對信息施行重寫、記錄與重現(xiàn)。
權利要求
1.一種信息記錄與重現(xiàn)裝置，特征為所用之記錄介質(zhì)在固態(tài)下至少含有兩種結(jié)晶組織，它甚至能在一個溫度領域中保存有從另一溫度領域中獲得的結(jié)晶組織。
2.按權項(1)所述的信息記錄與重現(xiàn)裝置，特征為該記錄介質(zhì)系由一種金屬或合金制成，它經(jīng)過高溫及過冷處理后即使在低溫領域中也能保存有該高溫領域中的結(jié)晶組織。
3.按權項(1)所述的信息記錄與重現(xiàn)裝置，特征為該記錄介質(zhì)是用一種結(jié)晶質(zhì)的金屬或合金制成，該金屬或合金在固態(tài)下至少含有不同溫度領域內(nèi)的不同結(jié)晶組織的兩種金相，該裝置還包括一個加熱器及一個重現(xiàn)器，利用一種金相轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N金相時發(fā)生的光譜反射率的變化，來記錄及重現(xiàn)諸如信號、字母、圖形、符號等信息，金相的轉(zhuǎn)變是在該加熱器的作用下產(chǎn)生的。
4.按權項(2)所述的信息記錄與重現(xiàn)裝置，特征為該記錄介質(zhì)是由一種金屬或合金制成的，它含有于低溫領域中所獲得的低溫結(jié)晶組織并含有于高溫領域中獲得的高溫結(jié)晶組織，該高溫結(jié)晶是把該介質(zhì)至少是部分地加熱到該高溫領域時形成的，當該金屬或合金被猝冷后，即使在該低溫領域中也能夠保存有該高溫結(jié)晶，該高溫結(jié)晶與該低溫結(jié)晶呈現(xiàn)著不同的光譜反射率，因此得以記錄、消除及重現(xiàn)信息。
5.按權項(2)所述的信息記錄與重現(xiàn)裝置，特征為一種在低溫領域中保存有高溫領域結(jié)晶組織的金屬或合金，當該金屬或合金被加熱到高于能夠保持該高溫結(jié)晶組織的溫度而后冷卻時，該高溫結(jié)晶組織能夠至少部分地轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏亟Y(jié)晶組織，該轉(zhuǎn)變將導致光譜反射率發(fā)生變化，如此以記錄、消除及重現(xiàn)信息。
6.按權項(1)所述的信息記錄與重現(xiàn)裝置，特征為該記錄介質(zhì)是一種主要由元素周期表中Ⅰb～Ⅶb與Ⅷ各組選出的金屬或過渡金屬所組成的金屬或合金。
7.按權項(6)所述的信息記錄與重現(xiàn)裝置，特征為該記錄介質(zhì)是一種含有A、Ga、In、Sb、Si、Sn、Zn各元素中至少一個元素的Cu-基合金，該合金具有高溫結(jié)晶組織及β-相，并具有低溫結(jié)晶組織及α-相該高溫結(jié)晶組織及β-相是由于加熱隨后猝冷而在低溫領域中形成并被保存下來的，該高溫結(jié)晶組織和該低溫結(jié)晶組織顯示了不同的光譜反射率。
8.按權項(7)所述的信息記錄與重現(xiàn)裝置，特征為該記錄介質(zhì)中β-相的馬氏體轉(zhuǎn)變溫度低于室溫。
9.按權項(7)所述的信息記錄與重現(xiàn)裝置，特征為該記錄介質(zhì)是由一種含有B、C、Bi、Ge、Ag、Cd、Au、Pb、Be、Mg等過渡金屬中至少一個元素的材料制成。
10.按權項(1)所述的信息記錄與重現(xiàn)裝置，特征為該記錄介質(zhì)是一種猝冷-固化法直接由氣相或液相生成的箔材或膜片。
11.按權項(1)所述的信息記錄與重現(xiàn)裝置，特征為該記錄介質(zhì)是在一基底上形成的薄膜。
12.按權項(1)所述的信息記錄與重現(xiàn)裝置，特征為該記錄介質(zhì)是一種粉末，用以涂布于一基底之表面從而在該基底上形成一層薄膜。
13.按權項(1)所述的信息記錄與重現(xiàn)裝置，其中該記錄介質(zhì)按記錄單元的大小被劃分成若干細微的分段。
14.按權項(1)所述的信息記錄與重現(xiàn)裝置，特征為記錄用加熱器和消除用加熱器二者中必有一個是激光束或電子束，而重現(xiàn)器則是一激光束。
15.一種光盤，特征為包括有在一基底的軌槽上所形成的記錄介質(zhì)薄膜，該薄膜由一種在固態(tài)下含有至少兩種結(jié)晶組織的金屬或合金所制成，該金屬或合金能夠在一個溫度領域中保持有形成于另一溫度領域中的結(jié)晶組織。
16.按權項(15)所述的光盤，特征為該記錄介質(zhì)被一層鍍膜所保護，該鍍膜的材質(zhì)在加熱時不會導致化學變化。
17.一種記錄、重現(xiàn)及消除信息的方法，特征為具有如下各步驟制備一種記錄介質(zhì)，它的材料在固態(tài)下含有至少兩種結(jié)晶組織，并能在一個溫度領域中保存有從另一溫度領域中獲得的結(jié)晶組織;局部加熱記錄介質(zhì)而形成高溫結(jié)晶組織隨后過冷，這樣做即便冷卻到低溫領域也能保存剛才形成的結(jié)晶組織，如此即記錄了所需的信息;向已錄入部分施加激光束以檢測該局部被加熱部分與未加熱部分二者在光譜反射率方面的變化。如此即重現(xiàn)了已錄入的信息;將記錄介質(zhì)上的已錄入部分加熱至低于記錄時局部加熱之溫度，如此即可消除已錄入的信息。
18.一種記錄材料，特征為該材料在固態(tài)下含有至少兩種結(jié)晶組織，并能在一個溫度領域中保存有從另一溫度領域獲得的結(jié)晶組織。
專利摘要
所披露的是一種信息記錄與重現(xiàn)裝置，它使用一種金屬或合金作為記錄介質(zhì)，該金屬或合金在固體狀態(tài)下的結(jié)晶組織具有處于至少兩個溫度領域的不同金相，并可通過加熱及淬火引起金相轉(zhuǎn)變。由于金相轉(zhuǎn)變使光譜反射率發(fā)生變化。從而可對信號、字母、圖形、符號等信息予以清晰的記錄以及消除。利用激光之類的光能，很容易施行重新寫入。
文檔編號G11B7/24GK85101430SQ85101430
公開日1987年1月10日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者峰村哲郎, 安藤壽, 生田勲, 北芳明 申請人:株式會社日立制作所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan