TWI291037B - Optical switch - Google Patents

Description

1291037 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 〔發明背景〕 本發明是關於折射率變化大之非線性光學薄膜與使用 該薄膜之光學資訊記錄媒體及光學開關。 【先前技術】 由於利用近年來之光通信的資訊化社會之發展，需要 構築可以高速進行大容量資訊之通信的通信系統。現在， 波長多工通信（WDM)正被推進著，而使網路之高速化 急速進展。爲了展開此種大容量高速光通信，必須而不可 欠缺的光學裝置可以舉出：儲存大容量之光學資訊用的光 學資訊記錄媒體、及高速開關通信光之光學開關。 首先，光學資訊記錄媒體有具有單面4.7GB之容 量的D V D ( Digital Versatile Disc:數位萬用光碟）被 實用化，在電腦用途之外，作爲處理視頻等之大容量動畫 用的媒體而廣爲普及。此DVD在直接被寫入基板的資訊 之讀出專用的ROM (DVD — ROM)之外，於作爲可 以重寫的記錄再生媒體上，也正往實用化邁進。 以此種光學資訊記錄媒體之高記錄密度化爲目的之開 發也正被進行著。達成資訊記錄之高密度化的手段，被提 案的有使用比在CD等所使用之雷射（7 8 0 nm)還短 波長（約650nm)之雷射光。 但是，在處理電腦圖形等之大容量的資訊上，需要進 -5- (2) 1291037 行達成其之1·5〜2倍之高記錄密度化。爲了達成此要 求，進一步使用短波長之藍色半導體雷射（波長4 0 5 nm)之DVD的開發也正被進行著。 另一種之高記錄密度化技術可舉出：超解像膜。此超 解像膜是被形成在記錄媒體之上面或者下面的膜，藉由縮 小化透過或者反射此膜之入射光的光束點，可以達成高記 錄密度化。 超解像效果之機制之一爲吸收飽和現象，該現象是一 種利用超解像膜使具有該吸收飽和量以上之強度的光透過 ，吸收在其以下之強度的光之非線性光學特性的現象。被 使用在讀寫之雷射光束的空間強度成爲高斯分布之故，藉 由光束透過超解像膜，強度低之山麓（下部斜坡部份）部 份由超解像膜所吸收，中央部份之強度高的部份，光透過 。因此，可以縮小透過後的光束直徑。 現在，此種超解像膜可以舉出見於日本專利特開平8 -9 6 4 1 2號公報之肽花青系（Phthalocyanine)之有 機膜和硫族元素化物（Chalcogenide complex)系化合物 等。在此之外，使用相同之有機材料如日本專利特開平6 一 1 6 2 5 6 4號公報記載之熱色互變材料（

Thermochromic material)和日本專利特開平6 — 2 6 7 0 7 8號公報記載之光色材料（photochromic material)作爲超解像膜之嘗試也爲眾所知。 在記載於日本專利特開平8 — 9 6 4 1 2號公報等之 超解像膜中，在記錄或者讀出時，光束的能量密度局部成 -6 - (3) 1291037 爲非常高之故，如進行重複之記錄和再生動作，有膜逐漸 劣化之可能性。因此，在電腦用之R A Μ等過度嚴苛之使 用環境下，不易保證充分之記錄再生動作次數。另外，在 硫族元素化物中，化學上不穩定之故，難於獲得長時間保 證。 另一方面，在光學開關之領域中，正進行高速化之檢 討。目前爲止之光學資訊的開關，在中繼點需要一度將光 學資訊轉換爲電氣資訊之光電轉換。但是，爲了解決由於 中繼點之增加所造成的消費電力的增加、開關速度的高速 化之問題，以進行藉由光之開關爲佳。因此，機械型光學 開關、平面光導波路型開關、鏡面型光學開關、燈泡型開 關等被正檢討著（日經電子、No · 788、2001年 1月29日號，地160〜167頁）。 但是，在上述之光學開關中，開關時間爲數微秒之程 度，因此，難於對應今後之光通信的大容量高速化。另外 ，在藉由上述之方法的開關上，在開關上所需要之電氣驅 動力大，能量消費量依然有大的問題。因此，如日本專利 特開平1 1 一 3 3 7 9 8 8號公報所記載般地，使用非線 性光學材料之具有高速回應性的全光學開關被提出。 【發明內容】 〔發明槪要〕 在資訊記錄媒體之領域中，正在檢討獲得更高記錄密 度之資訊記錄媒體。但是，在上述之超解像膜中，對應今 -7- (4) 1291037 後更高記錄密度化的解像效果並不充分。本發明的目的之 一爲獲得具有可以更高密度之記錄或者再生的超解像膜之 資訊記錄媒體。 另外，光學開關伴隨今後的多頻道的光通信信號之切 換的需要，中繼點和開關數增加，可以預測開關所必要之 能量消費量會變大。本發明之其它目的爲獲得以少的能量 消費量可以開關信號之光學開關。 如本發明之一方案，爲一種由直接或者透過其它層而 形成在基板上的非晶質合金或者非晶質合金與氧化物玻璃 成分的混合物所形成之薄膜，此薄膜對於由外部所照射之 光呈露出狀態，因應所射入之光的強度變化，折射率爲可 逆地變化。 另外，如依據本發明之其它的方案，爲一種由直接或 者透過其它層而形成在基板上的非晶質合金或者非晶質合 金與氧化物玻璃成分的混合物所形成之薄膜，射入此薄膜 之雷射光的強度在0 · 1 G W/ m 2時所測量之折射率 η 〇與5 · 0 G W / m 2時所測量之折射率n i之變化（| η 1 - η 〇 | / no)爲 0· 2 以上。 另外，如依據本發明之非線性光學薄膜，爲一種由 Co、Cr、Ni 、V、Mn、Ti 、Ζτ、Hf 、Ta 所選擇之至少2種的金屬所構成的非晶質合金，可以包含 以S i 0 2爲主成分之氧化物玻璃。另外，上述非線性光 學薄膜爲非磁性，爲Co — C r - Z r系或者N i — C r —Z r系非晶質合金。 -8- (5) 1291037 如依據本發明之其它方案，光資訊記錄媒體是使用上 述非線性光學薄膜爲超解像膜。 如依據本發明之其它方案，再生專用之光資訊記錄媒 體爲一種至少具有：形成具有資訊之凹坑的基板；及直接 或者透過其它層而形成在此基板上之超解像膜之光資訊記 錄媒體，超解像膜爲由非晶質合金或者非晶質合金與氧化 物玻璃成分之混合物所形成之薄膜，因應射入該薄膜之雷 射光的強度變化，折射率爲可逆地變化。 如依據本發明之其它方案，可以重寫之光資訊記錄媒 體爲一種至少具有：基板；及直接或者透過其它層形成在 該基板上，藉由光以記錄資訊之記錄膜；及直接或者透過 其它層形成在該記錄膜上之超解像膜之光資訊記錄媒體， 上述超解像膜爲由非晶質合金或者非晶質合金與氧化物玻 璃成分之混合物所形成之薄膜，因應射入該薄膜之雷射光 的強度變化，折射率爲可逆地變化。 如依據本發明之其它方案，再生專用的光資訊記錄媒 體是一種至少具有：形成具有資訊之凹坑的基板；及直接 或者透過其它層而形成在此基板上之超解像膜；及直接或 者透過其它層形成在該超解像膜上之反射膜之光資訊記錄 媒體，該超解像膜爲由非晶質合金或者非晶質合金與氧化 物玻璃成分之混合物所形成之薄膜，因應射入該薄膜之雷 射光的強度變化，折射率爲可逆地變化。 如依據本發明之其它方案，可以重寫之光資訊記錄媒 體爲一種至少具有：基板；及直接或者透過其它層形成在 -9 - (6) 1291037 該基板上之超解像膜；及形成在其上而藉由光以記錄資訊 之記錄膜；進而，形成在此記錄膜上之反射膜之光資訊記 錄媒體，此超解像膜爲由非晶質合金或者非晶質合金與氧 化物玻璃成分之混合物所形成之薄膜，因應射入該薄膜之 雷射光的強度變化，折射率爲可逆地變化。 射入上述超解像膜之雷射光的強度爲0 . 1GW/ m 2時所測量之折射率η 〇與5 · 0 G W / m 2時所測量之 折射率n i之變化（| n i — η。| / η 〇 )爲〇 · 2以上 〇 進而上述非晶質合金是由C 〇、C r、N i 、V、 Μη、T i 、Ζ ι*、Hf 、Ta所選擇之至少2種的金屬 所構成，而且，上述氧化物玻璃是以S i〇2爲主成分之 玻璃。 如依據本發明之其它方案，光學開關是一種至少具有 :基板；及在一處或者複數處具有由形成在該基板上之非 晶質合金或者非晶質合金與氧化物玻璃成分之混合物所形 成之非線性光學薄膜而構成的光學開關元件部，照射控制 光之控制光照射裝置之光學開關，上述非線性光學薄膜之 折射率因應射入薄膜之光的強度變化，爲可逆地變化。 射入上述非線性光學薄膜之光的強度爲0 · 1 G W / m 2時所測量之折射率η 〇與5 · 0 G W / m 2時所測量之 折射率πι之變化（| πι - η〇| /η〇)爲0 · 2以上 ，上述非晶質合金是由Co、C r、N i 、V、Μη、

Ti 、Zr 、Hf 、Ta所選擇之至少2種的金屬所構成 -10 - (7) 1291037 ，而且’上述氧化物玻璃是以S i Ο 2爲主成分之玻璃。 【實施方式】 〔實施例之說明〕 〔實施例1〕 首先，爲了評估依據本發明之一實施例之非線性光學 薄膜之光學特性，製作如第2圖所示之薄膜試料。在本實 施例中，非線性光學薄膜1之材料爲在基板2上形成5 0 nm之具有莫耳比爲C oo.eC r q.3Z r (^^之組成的 非晶質合金薄膜。成膜是利用D C磁控管濺鍍法進行，靶 是使用與薄膜相同組成之直徑4英吋的金屬合金靶，以 600W之成膜功率進行成膜。又，濺鍍氣體爲Αι*、氣 體壓力設爲〇.65Pa。 進行如此獲得之C o〇.6C r 〇.3Z r。^薄膜的廣 角X射線繞射，都見不到顯示結晶性物質之存在的峰値， 知道爲非晶質。 利用第3圖所示之橢圓儀（ellipsometer)之光學系 統以評估第2圖所示之非線性光學薄膜材料之折射率。第 3圖中，1爲非線性光學薄膜、2爲基板、3爲脈衝產生 器、4爲光源、5爲偏光器、6爲入射光、7爲反射光、 8爲檢光器、9爲爐波器、10爲受光器、1 1爲數位示 波器、1 2爲控制用電腦、1 3爲焦點透鏡。 光學4是使用波長6 5 0 nm以及4 0 5 nm之半導 體雷射。利用脈衝產生器3以使此雷射成爲具有期望強度 •11 - (8) 1291037 '胃胃ϋδ衝光。利用偏光器使此脈衝光偏光成爲光的振 ^胃與^料*袠面平行之光（s偏光）與垂直之光（ρ偏光 } ° 3 利用焦點透鏡1 3 ，使此雷射光聚光在試料表 ® °波長爲6 5 〇 n m之情形，聚光部的雷射直徑爲 0 · 6 V m。另外，波長爲4 0 5 n m之情形，爲〇 · 6 n m ° &試料一照射此種偏光，依據試料之膜厚、折射率 U &胃Μ係數，s偏光與p偏光之反射率與相位不同。因 此’預先測量膜厚，藉由求得s偏光與ρ偏光之反射率比 、相位’可以推算折射率與衰減係數。此處，衰減係數以 折射率之虛數部表示，爲關於材料之光的吸收之參數。 在反射光之受光側放置檢光器8，使檢光器8之角度 旋轉’由在個別之檢光器角度所獲得的反射光亮，求得s 偏光與Ρ偏光之反射率比、相位。檢光器角度以12等分 之各角度測量1旋轉。另外，受光器如射入容許量以上之 光，無法進行適當之解析之故，設置因應各脈衝光之強度 的濾波器9，調節進入受光器之反射光量。 反射光是以數位示波器1 1時間分割被導入受光器之 光，每2 n m進行測量。另外，在脈衝光射入之5 0 n s 前開始測量，脈衝產生後1 0 0 n s之間，進行測量。另 外，在1次之測量中，由於雷射和受光器之偏差和電氣雜 訊，S Ν比（信號與雜訊之比）低，無法進行精密之測量 之故，1 2 8次累算各次之測量，求得其之平均値。 在第4Α圖以及4 Β圖顯示在本實施例所製作之非線 -12- (9) 1291037 性光學薄膜照射1 0 0 n S之脈衝雷射時之折射率變化。 脈衝光之強度設爲5 · 0 G W / m 2。橫軸爲以脈衝上升 時之時刻爲0時的時間。第4 A圖是顯示雷射脈衝之強度 變化。另外，第4 B圖是顯示折射率（η )之時間變化。 在脈衝之上升前，射入受光器之光的強度弱之故，測 量値的偏差大，折射率η ^爲2 · 3。將以此弱的雷射光 所測量之折射率η q稱爲線性折射率。此時之雷射光的強 度約爲0 · 1 G W / m 2。時間〇秒起，脈衝上升，隨著 此上升，折射率逐漸上升，脈衝之光量如飽和，折射率之 變化也飽和。此時之折射率η :爲3 · 2 5 ，折射率變化 率I nz—riGl / n〇爲〇 · 41 ，顯示大的變化。將以 此5 · 0 G W / m 2程度之強雷射光照射時之折射率n i 疋義爲非線性折射率。 第5圖、第6圖是顯示使脈衝光強度變化時之折射率 (η )與衰減係數（k )之時間變化。在這些圖中，折射 率與衰減係數是平均顯示第4圖所示之折射率的時間變化 之圖的脈衝光上升後5 0 n s〜1 〇 〇 n s之間的折射率 而求得。 在波長6 5 0 nm以及4 0 5 nm之任一種之情形， 隨著脈衝光強度之上升，折射率上升，在波長6 5 0 nm 中’由2 · 3上升至3 · 3。另外，在405nm之情形 ’雖然都具有各低少許之値，依然顯示大的折射率變化。 另外’衰減係數在65〇nm中，由5·05減少爲 4 · 5 1。衰減係數也與折射率相同，在40 5 nm中， -13- (10) 1291037 雖具有比6 5 0 nm之値還低的値，顯示與6 5 0 nm之 情形相同之變化。 如上述般地，在本實施例之C 〇 - C r 一 Z r系非晶 質合金薄膜中，知道藉由約5 · 0 G W / m 2程度之雷射 照射，折射率非線性地大爲變化。 折射率變化量不單與材料組成有關，也與所照射之雷 射光的強度有關。在折射率變化率大的薄膜中，與折射率 變化率小的習知材料比較，爲了獲得相同折射率所必要之 雷射強度小。另外，如比較雷射照射與折射率變化之回應 時間相等之材料，獲得相同折射率之回應時間短，對於雷 射照射，可以高速加以回應。 接著，詳細檢討此薄膜之折射率變化的回應速度。如 觀察第4 A圖以及4 B圖所示之測量結果，知道折射率之 上升隨著脈衝雷射之上升而變化。本測量之間隔爲2 n s 之故，知道折射率以2 n s以下之回應速度變化。但是， 在此以下之短時間的折射率變化，本裝置並無法測量。 因此，爲了進一步詳細調查折射率之回應速度，求得 藉由脈衝時間爲3 5微微秒之脈衝雷射照射的折射率變化 ，檢討時間回應性。其結果爲：即使在此種短時間中，也 見到與2 n s之情形相同的折射率變化。由此，知道此材 料之回應速度爲微微秒等級。 接著，關於各種組成之薄膜材料，測量折射率變化， 進行同樣之檢討。表1是顯示各薄膜之組成、膜厚以及這 些膜之以雷射功率0 . 1 G W/ m 2所測量的線性折射率 -14 - (11) 1291037 η ο、以5 · 0 G W / m 2所測量之非線性折射率n i、折 射率變化率| n 1 _ n。| / n。、以及衰減係數k 〇、 kl、其之變化率I ki—k。！ / k。。進行表1所示合 金之廣角X射線繞射分析，都觀察不到顯示結晶質存在之 峰値，爲非晶質合金薄膜。

-15- (12)1291037

波長：405nm I ki-k〇| /k〇 嬋"叫 ο CN OO ，丨H o g t—H 〇 f i 〇 f ·_Η 〇 〇 _ 4 腎 i 〇 〇s o \o v〇 1 1 4 〇 cn On f "H 〇 l 岣 Ο S » 1 "H 〇 oo m 寸· csi cn 々· r—1 CO CN ON cn r—H r 1 H vq i'«H v〇 cn 寸 ro r—^ j2 Csl wS oo csi un uo ON 一 csl m 寸· r_— wn CsJ 寸· 寸 un vy^ i/S \〇 VO 寸· f 1 H OO 1 c r—H Oi c5 〇 CO m i〇 寸 ο CNJ v〇 OJ 00 01 8 On OO cn oo ON CSJ o wn r—H c〇 _ ^ c5 a cn f 1 4 口 v〇 C<1 cn oo 口 oo τ'" M cn O CSJ CO 寸 wn cn cn r- r—H cn ON A cs OO ON r—H 04 t—H o4 οό csi VO cs v〇 m CNJ VO CN CN oo VO OQ t—H S f"'™H (N 波長：650nm v〇 1 H r-H 〇 I1·1 "< wn 〇 g 1—< o 苳 i Ο T—H f—H o r- i" u4 琴1 Ή Ο oo g o Os 1 i 〇 s T—*H o CN r—H 〇 v〇 g 〇 wn v〇 CN un 七 νο οο CO ίΝ r—H 岣 寸· un ON rn wo ON cn ro 寸 r—H wn wn m v〇 r- v〇 寸· ψ "*H v〇 r- 寸· CSJ Csl VO OO csi oo 寸· CSJ vo i H 寸 1 a as cn 苳 wn ON '"sT g CO CN ν—Ή f 崎 rn cn v〇 cn cn un ON CN o O r—H CO 〇 oo m 〇 a CN cn rn Ό cn 卜 CO OO CO cn A rn cn Csl CN3 ro in cn wo m cn CN 口 a 〇4 卜 r4 c4 wn vo CN CNJ v〇 CN l〇 〇4 wn c4 i ' i m CN r 1 H c^* v〇 Csl ㈣ mm 8 f 4 异 8 W 链Μ Γ^ί a 6 u m a δ u •B N1 a 6 u tl 〇 f •含 δ U | & U rl rn 〇 N1 PO a •泛 1 •总 龚6 誠 Ζ 一· 〇3 cn 寸· v〇 \ό oo ON O

•16- (13) 1291037 試 料 Ν 〇 • 1 3 爲 C 〇 0 . 6 C r 0 - 3 Z r 0 • 1 薄 膜 5 膜 厚 爲 2 0 η m 5 0 η m 以及 10 On m 之 試 料 0 在 任 一 種 之 試 料 中 ， η 1都比I 1 ο 大， 其變 ί化量 在 波 長 6 5 0 η m 中 都 大 〇 • 3 9 7以 上。 另外 反 之 衰 減 係 數 k 1 比 k 0 減 少 其 變 化 量爲 0 . 10 0 • 1 5 ， 與 折 射 率 之 變 化 量 相 比 比 較 /J、〇 另外 ，測 量 波 長 在 4 0 5 η m 中 9 與 6 5 0 η m 相比 ，折 射率 衰 減 係 數 都 比 較 小 ， 其 變 化 量 與 6 5 0 η m之 情形 爲同 樣 大 〇 試 料 N 〇 • 1 3 爲 Ν i 0 . 6 C r 0 . 3 Z r 0 .1 薄 膜 膜 厚 與 C 〇 0 . 6 C r 0 · 3 Ζ r 〇 . !相 同爲 2 0 η ] m 5 0 η m 以 及 1 0 0 η m 〇 在 N i 一 C r — Z r 系 薄 膜 中 在 任 一 種 之 波 長 的 情 形 都 可以 獲得 大的 折 射 率 變 化 〇 但 是 如 與 C 〇 — C r 一 Ζ r 系薄 膜比 較， 變 化 量 爲 — 半 之 程 度 〇 試 料 N 〇 • 7 1 0 爲 將 Co 一 C r 一 Z r 以 及 Ν i 一 C r — Z r 系 薄 膜 之 Z r 成 分置 換爲 Z r 所 屬 之 4 a 族 金 屬 之 Η f 以 及 T i 之 薄 膜 〇 任一 種之 情形 也 與 上 述 實 施 例 相 同 9 可 以 獲 得 大 的 折 射 率變 化。 進 而 試 料 N 〇 • 1 1 爲 N i -T a之 2 元 系 合 金 〇 此 2 元 系 合 金 也 在 X 射 線 繞 射 中顯 示非 晶質 〇 在 此 情 形 ， 知 道 也 可 以 觀 察 到 大 的 折 射 率 變化 〇 如 上 述 般 地 在 由 C 0 % N i 、C r 、 Z r 、 Η f > 丁 i Τ a 選 擇 至 少 2 種 之 元 素所 構成 之非 晶 質 合 金 薄 膜 中 9 在 測 量 波 長 6 5 0 η m 4 5 On m之 任 —* 種 情 形 -17- (14) 1291037 藉由雷射照射，都可以獲得大的折射率變化。 接著，製作在Co C r Z I*系合金添加S i〇2等之 玻璃成分之薄膜，進行與表1相同之檢討。於表2顯示折 射率變化之測量結果。

-18- (15)1291037

波長：405nm I ki-k〇l /k〇 \o σ> o m O \o 1 -丨、 o r- H 1 11 H 〇 csi o g rn 2 S 8 O I 〇 CNJ 8 O _ 4 Ο oo p o rn o o oo o VO O s 04 s as ID 8 O s m cn s ο OO o o 寸 Η O) g s IT) rn 〇 s m v〇 to to 8 O m cn 艺 ο o 1 VO as cn s CN s c5 S i i 〇 Ol o C<J s g O 8 O 8 O 8 c5 m s O c 寸· 异 ON cn g rn CN § 寸· 〇s ;% 寸· oo oo 泛 OO cs s v—H OO a o ?3 rn Cvl rn o cn CN o csi cn (M cn o 2 CN s on 芝 oo CN 5 8 ψ H rn 波長：650nm s C<1 家 CN 〇 ψ 1 H 〇 s p S rn oo c3 o § cS i | < 8 O § c5 cn 8 c5 s p cn g O O 〇〇 I oi On v〇 g cn oi g R 〇 oo OO f 4 p 异 cn cn 泛 p g vq 8 oq O s p 〇 v〇 o 8 OO cn o s 冢 p 异 m cn •__H s c5 Γ-; g 1 On o s ON -H 9 i 〇 s 5 CN 艺 O 1 o i <i Ώ O 1·· ^ 8 O 8 O i 8 O 8 O δ; p _ s un Os cn 8 对· R p ^J- 泛 ON K oo rn m 5 00 落 01 1 " Ή s oi g m cn 异 m cn 8 cn 8 8 m rn cn \ rn o ?s CO o S rn ，"_ < 1 ' _·_Η oi < cn (LUU) 纖 泛 泛 w 链 Μ VO 〇 i N1 s & u u〇 On 〇 ^—4 〇 s y δ u g O Csj o 巨 N s u u g o 0 1 y δ u S O _ S -丨丨丨_·H 〇 s δ u u o 〇 u ό 2： -丨丨丨< : O 巨 a u S O 朵 2： cS ν·*Η 〇 M R u δ y s O 〇 Q 龚 d o4 rn 2； wS OO On R 5 r4 03 rn CM

•19- (16) 1291037 非晶質合金之組成設爲與表1所使用之 c 〇〇.6C r〇.3Z 1*。.1。使此非晶質合金與氧化物玻 璃成分以莫耳比含有0 · 0 5〜〇 · 40。玻璃成分在使 用S i〇2之情形，s i〇2之含有量爲〇 · 〇5時，ηι 比nQ大，另外，其之變化量也大，爲〇 · 349〜 〇.. 3 9 6 ，顯示與不含有S i 〇2之試料相同之變化。 隨著S i〇2之含有量增加，nD、ηι以及折射率變化也 都減少。特別是在含有S i〇2爲〇 · 20〜〇 . 40之 薄膜中，ηι比n〇小。進而’ k〇、k 1也伴隨s i〇2 含有量之增加而降低，在含有S i〇2爲〇 . 2 0〜 〇 · 40之薄膜中，失去金屬光澤，產生透明性。由此， 可以認爲是隨著氧化物成分之增加，金屬成分被氧化，薄 的構造大爲變化，折射率變化之原理改變。 於第7圖顯示對於S i 0 2含有量之折射率變化量的 變化。波長6 5 0 n m、4 0 5 n m之任一種情形， S i 0 2含有量在超過〇 · 1之情形，折射率變化量小於 0 · 2 0，無法獲得大的折射率變化。 另外，如觀看表2，玻璃成分在使用S i〇2 — T i 〇2、 S i 〇2 — Na2〇一Ca〇、S i Ο 2 — B 2〇3 — N a 2〇之任一種的情形，玻璃成分之含有率在 0 · 1之情形，折射率變化量在0 · 2 0以上，成爲良好 之結果。 由以上，非晶質合金薄膜以及非晶質合金與氧化物玻 璃成分之混合薄膜產生非線性之折射率變化，其折射率變 -20- (17) 1291037 化量在以0 · 1 G W / m 2程度之弱雷射光照射之線性折 射率η。與照射5 · 0 G W / m 2之強雷射光之情形的非 線性折射率η 1之變化率在〇 · 2以上，可以獲得大的折 射率變化。 玻璃基塊成分之含有率如在〇·1以下，雖依然可以 獲得大的折射率，但是，如超過0 · 1 ，折射率變化量急 遽減少，小於0 · 2之故’並不理想。由以上，玻璃成分 之含有率以〇 · 1以下爲佳。 玻璃成分在S i〇2以外，以使用以s丨〇2 一 Ti〇2、 Si〇2 — Na2〇 一 Ca〇、 Si〇2 — B203 — Na2〇等之S i〇2爲主成分之玻璃成分。 接著’爲了弄淸楚非晶質合金薄膜之折射率變化的機 制，進行可以獲得大的折射率變化之試料N 〇 · 5之薄膜 與試料No · 1 2之薄膜的透過型電子顯微鏡觀察，觀察 合金成分與玻璃成分之存在狀態。 弟8圖顯不§式料No · 5之Co - C r 一 Zr系合金 薄膜之透過型電子顯微鏡影像之模型圖。在此試料中，形 成無數的粒徑0·5〜1·Onm程度之非常微細的粒子 。這些粒子非常微細之故，在先前所示之廣角X射線繞射 中’只觀察到顯不非晶質之存在的光環（halo)。因此， X射線繞射上，被定義爲非晶質。 將此薄膜在成膜處理室內以3 0 0 °C —面加熱一面成 膜之情形，以X射線繞射明白觀察到顯示結晶相之存在之 峰値。關於此薄膜，觀察折射率變化，知道幾乎沒有變化 -21 - (18) 1291037 。由此’可以認爲是由於加熱之粒子的肥大化，造成非線 性光學特性降低。因此，爲了獲得如上述之大的折射率變 化’可以判斷以具有如第8圖所示之微細構造爲佳。 第9圖是顯示試料No·12之透過型電子顯微鏡影 像之模型圖。由在玻璃基塊1 4中有C 〇 — c r — Z r系 非晶質合金1 5之微粒子所形成。如此圖般地，觀察到非 晶質合金與氧化物薄膜沒有相互均勻混合，非晶質合金 1 5在玻璃基塊1 4中構成微粒子，在該基塊中分散之樣 子。 由此，知道這些薄膜具有在玻璃基塊中分散金屬微粒 子之顆粒構造。另外’所分散之金屬粒子內是由第8圖所 示之1 n m以下程度之非常微細的粒子所構成。 在表2試料No·19〜23就其它薄膜進行同樣的 檢討之結果而做顯示。 在本實施例中，就A 1 、S i 、C r之結晶性金屬薄 膜以及C 〇〇、C 〇 3〇4之鈷氧化物薄膜進行檢討。在 如A 1 、S i 、C r之類的結晶性金屬薄膜中，即使使雷 射之波長和強度變化，折射率幾乎沒有變化，其變化量爲 0 · 0 0 1之程度’對於非晶質金屬系薄膜，爲1 / 1 0 0之程度的變化量。另外，關於C 〇 0薄膜，其變化 量也小’爲0 · 00 1之程度。在Co 3 0 4薄膜中，雖 可以獲得0 · 0 9〜0 · 1之程度的變化量，但是如與 C 〇 — C r 一 Z r系薄膜相比，其變化量小。 -22- (19) 1291037 〔實施例2〕 接著，檢討依據本發明之一實施例的非晶質合金薄膜 的組成範圍。表3顯示該合金薄膜試料的實施例。

-23- (20)1291037

C/N比 cn m cn cn oo m 反射率 cn oo g cs a\ S CNJ oo 合金組成(mol%) » 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Μ 0.12 0.15 0.10 0.05 0.05 0.12 c 1 1 1 1 1 1 > 1 喔 1 1 1 t 0.50 0.45 0.30 0.25 0.20 0.50 1 1 1 1 < 0.38 0.38 0.40 0.60 0.70 0.75 1 試料 No. 〇3 oo CN

-24- (21) 1291037 表3中，合金組成爲靶組成，以m ◦ 1比表示。另外 ，利用X射線繞射，評估這些薄膜之結晶狀態，在可以見 到顯示結晶之存在的峰値之情形，顯示結晶；在只觀察到 寬的峰値，結晶不存在之情形，顯示非晶質。 另外，利用震動試料型磁力計測量獲得之薄膜的磁性 特性。對於施加在試料之磁場，試料的磁化曲線在成爲磁 滯曲線之情形，知道爲強磁性體。在此種試料記上強磁性 。另外，對於施加之磁場，試料之磁化爲線性變化之情形 ，將其記爲常磁性。 進而，對這些試料照射波長6 5 0 n m之雷射光，求 取其之反射率。照射的是施加之雷射強度爲〇 · 1 m W之 弱的光。藉由光檢測器求得此時之反射光量，將與入射光 強度之比設爲反射率。 首先，使試料No · 24〜27之Co — Cr-Zr 系合金、以及試料No·28〜32之Co以及Ni濃度 變化。如觀察C 〇 - C I· 一 Z r系合金，在C 〇含有量爲 0 · 3 8之N 〇 · 2 3中，確認到明確之結晶化的峰値， 知道爲結晶。此時，磁性雖爲常磁性，但是，反射率低至 8 3% ’在適用於光碟、光學開關等之裝置之際，信號之 損失大之故，並不理想。 另一方面，在Co含有量爲〇 · 75之試料No · 2 7中’雖爲非晶質，但是，由於c 〇含有量多，磁化曲 線成爲磁滞性，知道爲強磁性體。此時，由於此磁化所造 成之光克爾效應（Optical Kerr effect )之故，反射光成 -25- (22) 1291037 爲偏光，伴隨此，反射光量降低，其値成爲8 2 %。在 Co含有量爲〇 . 40〜0 . 70之試料No . 24〜 2 6中，反射率都在9 0%以上，成爲良好之結果。 與此相同，關於試料N 〇 · 2 8〜3 2之N 1 — C r 一 Zi:系合金，Ni含有量在0 · 4〜0 · 7之情形，反 射率在9 0%以上，雖可以獲得良好之結果，但是，N i 含有量在未滿0 · 4以及超過0 · 7之情形，由於結晶化 以及強磁性化之影響，反射率都未滿9 0 %。 由以上，Co以及Ni含有量以〇 · 4〜0 · 7爲佳 。C 〇、N i含有量如未滿〇 · 4，膜結晶化，反射率降 低之故，並不理想。另一方面，如超過〇 . 7，磁性特性 成爲強磁性體之故，同樣地，反射率降低，無法說良好。 接著，製作試料No ·33〜36 ，就Co-Cr— Z r系合金之C r濃度進行檢討。在C r濃度爲0 · 1 5 之N 〇 · 3 3的試料中，爲強磁性體，此時，反射率低至 0 · 84%。另外，在Ci:濃度爲〇 · 55之試料No · 3 6中，在X射線繞射中，觀察到明確之結晶化的峰値。 此時，反射率低至8 1 %，並不理想。另外，在C r濃度 爲〇 · 2 0、0 · 5 0之試料中，爲非晶質，爲常磁性體 。此時，反射率爲9 0%以上，可以獲得良好之結果。 接著，將此Cr置換爲V、Μη，進行同樣之檢討（ 試料No.37〜46)。此時，與Cr之情形相同，在 V、Μη含有量爲〇·20〜〇·50中，沒有見到結晶 化和強磁性體化，可以獲得良好之反射率的合金薄膜。另 -26- (23) 1291037 外，這些之含有量在未滿〇 · 2 0時’析出結晶’在超過 0 · 5 0之情形’成爲強磁性體之故’反射率變成未滿 9 0 %，無法獲得良好之結果。 由以上，在Cr 、V、Mn中，以其之含有量爲 0·20〜0·50爲佳。這些之含有量如未滿〇·20 ，產生結晶化，反射率降低之故’並不理想。另外，如超 過0 · 5 0，由於強磁性體化’反射率降低之故，並不理 想。 進而，使Co - C r 一 Z r系合金之Z r濃度變化， 進行檢討。在Zr濃度爲0·03之No·47之試料以 及Z r濃度爲〇 · 2 2之N 〇 · 5 1之試料中，都確認到 結晶之析出，同時，反射率降低，並不好。Z r含有量爲 0 · 04〜〇 · 20之No · 48〜50之試料爲非晶質 ’另外，爲常磁性體。另外，此時反射率也高，此試料良 好。 同樣地，將Z I·改變爲T i 、H f ，檢討其濃度。在 與Z r相同組成之範圍中，存在不結晶化之良好組成範圍 〇 由以上，Zr、Ti 、Hf之濃度以〇 · 〇4〜 0 · 20爲佳。這些濃度如未滿〇 · 〇4或者超過 0 · 2 〇 ’結晶析出，伴隨此，反射率降低之故，並不理 想。 進而’關於N i — T a二元系非晶質合金，也進行同 樣組成範圍之檢討。在T a之含有量爲〇 · 2 8之試料 -27- (24) 1291037 Ν ο · 6 2中，爲強磁性化體，進而，在T a含有量爲 0 · 62之試料No · 66中，結晶化之故，反射率降低 。在Ta含有量爲0 · 30〜0 · 60之試料No · 63 〜6 5中，沒有見到此種結晶化、強磁性體化，獲得高反 射率。由以上’ T a含有量以〇 · 3 0〜0 · 6 0爲佳。 〔實施例3〕 第1圖顯示依據本發明之一實施例之R OM光碟之模 型剖面圖。第1圖中，1爲由本發明之非線性光學薄膜所 形成之反射膜、2爲基板、1 6爲S i〇2保護膜、1 7 爲具有資訊被寫入之凹坑。 基板2是因應規格而使用聚碳酸酯、聚烯烴、玻璃等 ，在本實施例中，使用聚碳酸酯基板。另外，藉由如圖示 之島溝構造而進行追跡，在認一之磁軌也都寫入資訊。以 下，將由本發明之非線性光學薄膜1所形成之反射膜稱爲 超解像反射膜。 R〇Μ光碟由以下之工程製作。首先，在光阻上利用 雷射形成具有資訊之凹坑圖案。之後，在N i模具複製凹 坑圖案，藉由在此模具射出成形聚碳酸酯而形成基板。在 此基板上，形成膜厚1 4 0 nm之S i 〇2保護膜1 6後 ，形成膜厚1 0 0 nm之超解像反射膜1。基板2之厚度 爲0 . 6mm，在本實施例中，將形成之2片的基板以反 射膜爲背，利用紫外線硬化樹脂而加以貼合，獲得 1 · 2mm厚之ROM光碟。超解像反射膜1之膜厚爲 -28- (25) 1291037 1 0 0 n m 〇 在本實施例中，使超解像反射膜1之組成變化，評估 個別之超解像特性。另外，製作形成A 1爲反射膜1之 R〇Μ光碟，當成比較例。 第1 0圖是顯示在本實施例使用之光資訊記錄再生裝 置之構成的方塊圖。具有判別作爲光記憶媒體之光碟 2 0 0的種類之媒體判別手段2 0 1。光碟暫時被固定在 直接或者間接連接在由馬達電路控制手段2 0 2所控制之 馬達2 0 3的旋轉軸之旋轉機構。藉由檢測拾取頭2 0 4 內之光源的雷射與反射光之檢測部，將光碟之資訊當成光 信號讀取。另外，藉由拾取頭內之光源在光碟記錄資訊。 另外，拾取頭是藉由拾取頭移動驅動器2 2 3而進行磁軌 方向之定位。 光信號經過前置放大器2 0 5、讀出信號處理手段 2 0 6、位址讀取手段2 0 7、時脈同步信號讀取手段 208，透過再生信號解調手段209 ，藉由再生資料送 出手段2 10，輸出於裝置外。再生資料由顯示裝置和揚 聲器等之預定的輸出手段輸出，或者由個人電腦等之資訊 處理裝置，進行資料處理。 在本實施例中，於被使用在通常之記錄再生之電路系 統之外，設置可以選擇任意之雷射波長之雷射選擇手段 2 1 1。依據雷射選擇手段2 1 1之輸出，依據雷射功率 控制資訊解析手段2 1 2之解析，以峰値功率決定手段 2 1 3決定所使用之峰値功率。另外，同樣以讀出功率決 -29- (26) 1291037 定手段2 1 3決定讀出功率。 峰値功率決定手段213之輸出透過功率比決定手段 2 1 4，經過記錄功率DC放大器2 1 5與抹除功率DC 放大器2 1 6 ，被輸入雷射驅動器2 1 7，控制拾取頭 2 0 4內之光源。同樣地，透過讀出功率D C放大器 2 1 8，讀出功率決定手段2 1 9之輸出被輸入雷射驅動 器217，控制拾取頭204內之光源。另外，實際的雷 射爲搭載650nm、405nm之半導體雷射。 依據波長，焦點和焦點深度不同之故，設爲伴隨雷射 選擇，可以自動聚焦之構造。進而，在光碟搭載超解像膜 ，對應追跡寬變細之故，在追跡誤差檢測手段2 2 6另外 設置高密度記錄用者，以可以進行配合媒體之追跡。此追 跡誤差檢測手段2 2 6之資訊透過控制器2 2 4、拾取頭 控制電路2 2 5而被傳達給拾取頭。另外，利用媒體之反 射率差，設置媒體之種類判別機構，藉由此，配合媒體種 類之不同，可以自動進行追跡。 在資料記錄之際，記錄資料由記錄資料接受手段 2 2 0被輸入，以記錄資料調制手段2 2 1 ，資料被調制 ’透過記錄定時補正手段222，被輸入雷射驅動器，控 制拾取頭內之光源。 藉由設爲如第1 0圖之構成，不單可以相容使用波長 不同之光記錄媒體，藉由大容量化等，可以以1台裝置處 理記錄容量不同之光碟。又，光資訊再生記錄裝置依據其 目的、用途，也可以適當在該構成加上變更而使用。 -30- (27) 1291037 首先’就製作之ROM型之光碟的超解像反射膜之反 射率與C / N比之關係進行檢討。 C/N比是依據：形成〇 · 5 0//m之標記長的記錄 凹坑，該被記錄之部份與未被記錄之部份的反射率之差（ 載體：C )與電氣雜訊和雷射、受光器等所引起之雜訊（ N)之比而當成C/N比。 超解像反射膜爲利用表3所示之試料No . 2 4〜 2 8之反射膜，調查對於該反射率之C/N比之變化。在 表4以及第1 1圖顯示對於反射膜之反射率與C / N比之 關係。膜厚都設爲1 0 0 n m。

-31 - (28)1291037 超解像 效果 ◎ 〇 ◎ 〇 〇 〇 〇 〇 〇 〇 〇 1 1 X 折射率 變化率 I η 卜n〇 丨 /n〇 0.533 0.287 ίθ.400 1__ 0.389 0.298 0.315 0.396 0.206 0.250 0.227 0.204 ； 0.090 0.039 0.001 輸出（dB) 10MHz 4mW OO Csl OO CO Csl <Nl Os CSJ CO CN un wn csl 3mW r<J cn CN 异 OO v〇 as OO vo CNl 2mW m CN 寸 m CSl 二 OO OO VO un r- VO ON H wn Ό OO |lmW CSI CSl CN VO 寸 cn JO 寸 m i 11 i 2MHz 4mW m cn 〇 o OO cn P； On CO 0 OO Ρϊ 3mW cn v〇 m JO OO m ON cn CSI m OO cn t < VO m O ON VO m 2mW wo cn 〇 \〇 m 了 o v〇 m OO cn ON m OO ON cn v〇 m OO OO vo m lmW OO CO wn m cn ON m OO cn OO VO cn OO m v〇 CO 0* VO Pi 反射膜成分 1 1 Co〇.6Cr〇.3Zr〇.i Ni〇.6Cr〇.3Zr〇.i Co〇.6Cr〇.3Hf〇.i Co〇.6Cr〇.3Ti〇.i Nio.eCrojHfo.i Ni〇.6Cr〇.3Ti〇.i 0.95 (Co〇.6Cr〇.3Zr〇. 1) -0.05 S1Ο2 0.90(Co〇6Cr〇3Zr〇i)-0. IOS1O2 0.90(Co〇.6Cr〇.3Zr〇. 1 )-0.10(S 1O2Ti O2) 0.90(Co〇.6Cr〇.3Zr〇i)-0.10(Si〇2-Na2〇-CaO) 0.90(Co〇.6Cr〇.3Zr〇i)-0.10(Si〇2-B2〇3-Na2〇）丨 0.80(Co〇6Cr〇3Zr〇i)-0.20Si〇2 0.60(Co〇.6Cr〇3Zr〇i)-0.40Si〇2 ，Ή CN cn 寸 VO OO Os 0 r—H ^ csi r—H cn T—i 寸 ，_·Η 實施例 比較例

-32- (29) 1291037 如第1 1圖般地描繪反射率與c / N比，知道可以獲 得5 0DB以上之優異的C/N比的爲反射率8 7%以上 之情形。超解像反射膜之反射率在8 7 %以上時’可以獲 得高的C / N比，C / N比幾乎一定。反射率如低於8 7 %，薄膜吸收信號光，C/N比低於50dB。由此，將 超解像膜當成反射膜使用之超解像反射膜之反射率以8 7 %以上爲佳。

進而，調查此超解像反射膜之膜厚與反射率之關係。 在表5以及第12圖顯示超解像反射膜之膜厚與反射率以 及透過率之關係。在本實施例中，超解像反射膜爲使用表 3之No·25者。使用之雷射光的波長爲65〇nm， 強度爲0 · 1 m W，光碟旋轉之線速度爲7 m /秒。 【表5】 試料No. 膜厚 (nm) 反射率 透過率 10 0 50 20 75 15 25 40 81 9 60 -----— 89 1 100 __90 0 120 91 0

在膜厚爲l〇〇n 在檢測界限以下，可以 m程度之厚的情形，薄膜之透過率 判斷爲0。膜厚一成爲5〇nm之 -33- (30) 1291037 程度，透過率上升，在40 nm爲9%，在2 0 nm爲 1 5%之程度的透過率。因應此，反射率也降低，在4 0 nm 爲 8 1%，在 20nm 爲 7 5%。 由第1 2圖所示之曲線，知道能夠獲得在先前之檢討 可以獲得良好之C/N之8 7%的反射率的膜厚爲 5 0 nm。另外，反射率與透過率之和都在9 0%程度之 故，剩餘之1 0 %可以認爲爲雜亂反射成分，或者膜之吸 收所造成者。因此，超解像反射膜之膜厚如在5 0 nm以 上，沒有透過光成分，可以高效率反射光之故，較爲理想 。但是，如低於5 0 n m，反射率低於8 7 %之故，會引 起C/N之降低之故，並不理想。 另一方面，由第1 2圖，即使膜厚比1 0 0 nm厚， 可以獲得之反射率並不高於此。因此，增加膜厚在此以上 ，製程時間變長，會導致成本增加，並不理想。由以上， 超解像反射膜之膜厚以5 0〜1 0 0 nm爲佳。 接著，將製作之超解像反射膜之組成以及讀出功率設 爲1、2、3以及4mW時之低頻成分（2MHz)與高 頻成分（1 ΟΜΗ z )之再生輸出特性顯示於表6。另外 ，顯示由此表所判斷之超解像效果的有無。 此處，所謂超解像效果是指可以高輸出讀出由光的波 長所決定的繞射界限以下之記錄凹坑之現象。使用在讀出 之雷射光爲波長4 0 5 nm之半導體雷射。 -34- (31)1291037 超解像 效果 <l < X 折射率 變化率 I m-n〇| /n〇 0.090 0.039 I o.ooi ! _出（dB) ΝΙ j4mW 〇 CNl I 3mW On r<i 2mW 〇 ON CO Τ < ilmW On 〇〇 f i 2MHz [ 4mW o P； [ 3mW ON ON m un m 2mW P； c〇 lmW P； VO 反射膜成分 0.80(Co〇.6Cr〇.3Zr〇. i )-0.20Si〇2 0.60(Co〇6Cr〇3Zr〇i)-0.40Si〇2 v〇 Ό τ—H 實施例 比較例

-35 (32) 1291037 再生輸出特性之頻率依存性由光譜分析儀加以解析。 第1 3圖顯示藉由光譜分析儀之再生輸出特性的測量例。 第1 3圖中，爲實施例1之光碟與比較例4之光碟的再生 輸出特性，在實施例1形成之超解像反射膜是表1中之 No · 3之膜。在比較例形成之反射膜爲A 1 。再生雷射 功率都是1 m W。 作爲超解像反射膜，在形成實施例N 〇 . 1之膜的情 形，與比較例之情形相比，知道輸出準位高至更高頻成分 爲止。在ROM光碟上，信號之高頻成分以更緻密之凹坑 圖案所描繪之故，在形成超解像膜之情形，顯示可以讀取 再生輸出至更微細的凹坑圖案。由此，在形成N 〇 . 4之 超解像膜之情形，可以獲得超解像效果。此現象是由超解 像反射膜只在雷射照射時折射率產生變化而產生。 利用第1 4圖、第1 5圖詳細說明藉由此折射率變化 之超解像效果。在第14圖、第15圖中，17爲記錄凹 坑、18爲雷射光束。第14圖爲顯示不具有超解像反射 膜之情形，第1 5圖爲顯示具有超解像反射膜時之再生時 的記錄凹坑圖案與雷射反射光的反射光量之圖。 對於磁軌，雷射以圖中之箭頭方向進行。如第1 4圖 般地，在不具有超解像反射膜之情形，在全部之雷射照射 區域中，爲相等之反射率之故，反射光由全部之區域返回 。因此，此雷射之全部區域的資訊一度受光照射之故，成 爲凹坑部份與凹坑以外之部份的全部的反射光的平均，只 有來自凹坑之資訊變少。因此，凹坑部份與凹坑以外之部 -36- (33) 1291037 份的反射率差變小，變成S N比差的再生信號。 接著，考慮如第1 5圖之超解像再生。藉由雷射照射 ，超解像反射膜之折射率改變之故，雷射照射區域之前方 (圖中B )經過雷射照射之時間短之故，成爲折射率沒有 變化之區域。 另一方面，在雷射照射區域之後方（圖中A )中，經 過雷射照射之時間長之故，爲折射率變化之區域。藉由反 射膜、保護膜等之折射率、膜厚等之光學設計，在某折射 率狀態中，光的反射率極爲極端小，因此，可以製作遮蔽 區域。現在，認爲反射膜之折射率沒有改變之狀態爲反射 率小之情形，使產生光不由區域B反射之狀態。 在此種狀態時，反射膜之折射率如變化，偏離由上述 之光學設計之故，反射率上升。即光只由反射膜之折射率 改變之部份（區域A )被反射之狀態。此種狀態時，與第 1 4圖之通常的再生相比，反射光返回之區域狹窄之故， 可以S N良好、高對比讀出由凹坑來之信號光與凹坑以外 來之信號光。 即藉由超解像反射膜之雷射照射所造成之折射率變化 ，產生超解像效果。此結果變成可以進行第1 3圖所示之 微細凹坑的再生。 表6中之超解像效果之判斷是由如第1 3圖之光譜讀 出各再生輸出的2MH z與1 ΟΜΗ z之輸出，在雷射光 強度2mW、高頻信號之1 0ΜΗ z的輸出爲2 0 d B以 上之情形，設爲◎，在1 3 d B以上而未滿2 0 d B之情 -37- (34) 1291037 形，設爲〇，在8dB以上而未滿13dB時，設爲△， 判定爲具有超解像效果。另外，在未滿8 d B之情形，設 爲X，判斷爲無法獲得超解像效果。另外’也一倂記載在 表1、2所檢討之各反射膜的4 0 5 n m之折射率變化率 I η 1 — η 〇 | / η 〇 〇 在實施例No. 1、3之

Co〇.6Cr〇.3Zr〇.i、Co〇.6Cr〇.3Hf〇.i 反射膜中，2mW、10MHz之輸出在20dB以上， 超解像效果爲◎。如觀看折射率變化率，此兩者都在 0 · 4以上，此時，知道可以獲得良好之超解像效果。 另外，在實施例No · 2以及No · 4〜1 1中，2 mW之1 0MHz的輸出在1 3 dB以上，而未滿 20dB，超解像效果爲〇。這些之折射率變化率爲 0 · 2以上〜未滿0 . 4，知道此範圍之超解像效果爲〇 〇 另一方面，在比較例No·14中，在2MHz雖可 以獲得高輸出，但是在1 0 Μ Η z中，輸出弱，無法確認 超解像效果。另外，在比較例12、13中，2MHz之 信號也微弱，無法判斷是否產生超解像效果。此是由於這 些膜含有很多玻璃成分之故，透過性上升，反之，反射率 降低，無法作用爲反射膜之故。 因此，在比較例1 2、1 3之膜的更裏面形成A 1反 射膜，作成如第1 6圖所示之構成，製作光碟，檢討超解 像效果。在第1 6圖中，1爲非線性光學薄膜、2爲基板 -38- (35) 1291037 、16爲Si〇2保護膜、17爲記錄凹坑、19爲A1 反射膜。將以此構成而製作之光碟如同表6進行檢討，將 其結果顯示於表7。

-39- (36) 1291037 [表3] 試料 No. 合金結 成(mo 此)- 結晶、 非晶質 磁性 反射率 Co Ni Cr V Μη Zr Ti Hf Te 0.38 - 0.50 - - 0.12 - - - 結晶 常磁性 83 24. 0.40 - 0.45 - - 0.15 - - - 非晶質 常磁性 91 25. 0.60 - 0.30 - - 0.10 - - - 非晶質 常磁性 90 26. 0.70 - 0.25 - - 0.05 - - - 非晶質 常磁性 92 27. 0.75 - 0.20 - - 0.05 • - - 非晶質 常磁性 84 28. - 0.38 0.50 - - 0.12 - - - 結晶 常磁性 82 29. - 0.40 0.45 - - 0.15 - - - 非晶質 常磁性 90 30. - 0.60 0.30 - - 0.10 - - - 非晶質 常磁性 91 31. - 0.70 0.25 - - 0.05 - - - 非晶質 常磁性 92 32. - 0.75 0.20 • - 0.05 - - - 非晶質 常磁性 86 33. 0.70 - 0.15 - - 0.15 - - - 非晶質 常磁性 84 34. 0.65 • 0.20 - - 0.15 - > - 非晶質 常磁性 91 35. 0.40 • 0.50 - - 0.10 - - - 非晶質 常磁性 92 36. 0.40 - 0.55 - - 0.05 - - - 結晶 常磁性 81 37. 0.70 - - 0.14 - 0.16 - - - 非晶質 常磁性 8 38. 0.65 - - 0.20 - 0.15 - - - 非晶質 常磁性 92 39. 0.60 - - 0.30 - 0.10 - - - 非晶質 常磁性 91 40. 0.40 - • 0.50 - 0.10 - - - 非晶質 常磁性 93 41. 0.40 - - 0.53 - 0.07 - - - 結晶 常磁性 82 42. 0.70 - - - 0.15 0.15 • - - 非晶質 常磁性 81 43. 0.65 - - 0.20 0.15 - - - 非晶質 常磁性 91 44. 0.60 - - - 0.30 0.10 > - - 非晶質 常磁性 92 45. 0.40 - - - 0.50 0.10 - - - 非晶質 常磁性 90 46. 0.40 - - - 0.55 0.05 - - - 結晶 常磁性 85 47. 0.67 - 0.30 - - 0.30 - - * 結晶 常磁性 84 48. 0.66 - 0.30 - - 0.04 - - - 非晶質 常磁性 91 49. 0.60 - 0.30 - - 0.10 - - - 非晶質 常磁性 90 50. 0.55 - 0.25 - 0.20 - - - 非晶質 常磁性 89 51. 0.53 - 0.25 - - 0.22 - - > 結晶 常磁性 84 52. 0.68 - 0.30 - - - 0.02 - - 抹日 不口曰曰 常磁性 82 53. 0.66 - 0.30 > - • 0.04 > - 非晶質 常磁性 91 54. 0.60 - 0.30 - - 0.10 - - 非晶質 常磁性 94 55. 0.55 - 0.25 - - - 0.20 - - 非晶質 常磁性 93 56. 0.53 - 0.25 - - - 0.22 - > 結晶 常磁性 84 57. 0.67 - 0.30 - - - - 0.03 - 結晶 常磁性 82 58. 0.66 - 0.30 - - - - 0.04 - 非晶質 常磁性 90 59. 0.60 • 0.30 • - - - 0.10 - 非晶質 常磁性 91 60. 0.55 - 0.25 - - - - 0.20 - 非晶質 常磁性 92 61. 0.53 - 0.25 - - - - 0.22 - 不□曰曰 常磁性 85 62. - 0.72 - - - - - - 0.28 非晶質 常磁性 83 63. • 0.70 - - - » - - 0.30 非晶質 常磁性 91 64. - 0.60 - - - - - - 0.40 非晶質 常磁性 90 65. - 0.40 - - - - - - 0.60 非晶質 常磁性 92 66. - 0.38 - - - - - - 0.62 結晶 常磁性 82 •40- (37) 1291037 在這些實施例中，與表6之情形不同，藉由設置反射 膜’ 2MH z之低頻成分的反射率被改善，可以獲得4 0 dB程度之輸出。另外，iomHz之高頻成分的輸出也 大至8 d B以上，超解像效果之判定成△。 由以上，以依據本發明之一實施例的非線性光學非晶 質合金薄膜爲反射膜，假如在非晶質合金與氧化物玻璃之 混合物的薄膜中，在此膜之裏面進而形成反射膜而製作 ROM光碟。其結果，如此反射膜之折射率變化率| ηι 一 η 〇 | / η。爲〇 · 1以上，高頻成分之輸出高，可以 獲得良好之超解像效果。進而更理想如折射率變化率在 〇· 2以上，可以獲得更高輸出，另外，如在〇 . 4以上 ，可以獲得非常良好之超解像效果。 由上述之結果，具有依據本發明之實施例的超解像膜 之R Ο Μ光碟之光資訊記錄媒體可以感度好地讀取微細之 記錄凹坑。 〔實施例4〕 接著，製作以前述所檢討之非線性光學薄膜爲超解像 反射膜而形成之R A Μ光碟，評估其特性。地1 7圖是在 本實施例所製作之R A Μ光碟的模型剖面圖。在地1 7圖 中，1爲超解像反射膜、2爲聚碳酸酯基板、2 0爲記錄 膜、1 6爲S i 〇2保護膜、1 7爲形成在此記錄膜上之 記錄凹坑。 在本實施例中，聚碳酸酯基板2是使用具有島溝構造 •41 - (38) 1291037 之厚度0 · 6mmX直徑120mm之圓盤狀者。在其上 面以濺鍍法形成80nm之ZnS — S i〇2保護膜1 6 。之後，記錄膜2 0是相同地以濺鍍法形成2 0 n m之 G e - S b — T e系相變化膜（記錄膜）。進而，在形成 保護膜1 6約9 0 nm後’形成1 〇 〇 nm之本發明的超 解像反射膜1。 藉由控制保護膜之厚度，可以調整資訊記錄媒體整體 之反射率。與R Ο Μ光碟之情形相同，藉由將形成此膜之 基板2片貼合，獲得期望之RAM光碟。 在本實施例中，超解像反射膜1是使用表1之N 〇 · 3之薄膜。另外，比較例則製作形成A 1反射膜之R A Μ 光碟。 第1 8圖是顯示對於製作等間隔、等形狀之記錄凹坑 之RAM光碟的記錄凹坑的長度（標記長）之再生輸出強 度。讀出之雷射波長設爲4 0 5 nm，雷射功率設爲 2mW。記錄再生爲1〜2mW、資訊記錄在約2 OmW 進行。 再生輸出以形成No·3之超解像反射膜之實施例與 形成A 1反射膜之比較例相比，知道對於短標記長，變得 比較高。由此，在形成超解像膜之情形，對於更短標記長 ，知道可以進行再生。由此，對於R A Μ光碟，也可以確 認超解像效果。 又，檢討表1中的全部的超解像反射膜，可以確認與 上述同樣之超解像效果。進而將表2中之No · 1 1、 -42- (39) 1291037 12、15、16、17之各薄膜當成超解像反射膜使用 之情形，也同樣可以確認高的超解像效果。另外，顯示在 表2中之18、19、20之各金屬薄膜，無法確認超解 像效果。 另外，關於表2中之No · 13、14、20、21 之累得衰減係數小而透明性高的薄膜，與在實施例2之 ROM光碟所進行之檢討相同，進而設置A 1反射膜，製 作RAM光碟，就這些膜之超解像效果進行檢討。 第19圖是製作之RAM光碟的模型剖面圖，1爲非 線性光學薄膜、2爲聚碳酸酯基板、20爲記錄膜、16 爲S i 〇2保護膜、1 7爲形成在記錄膜上之記錄凹坑， 而且，19爲A1反射膜。 在本實施例中，聚碳酸酯基板2是使用具有島溝構造 之厚度0 · 6mmX直徑120mm之圓盤狀者。在其上 面以濺鍍法形成8 0 n m之非線性光學薄膜1後，以濺鍍 法形成80nm之ZnS — Si〇2保護膜16。接著， 記錄膜2 0是相同地以濺鍍法形成2 0 nm之G e - S b 一 Te系相變化膜（記錄膜）。進而，在形成保護膜16 約90nm後，形成100nm之A1反射膜19。與至 目前爲止之檢討相同，將形成此膜之基板2片貼合，獲得 期望之RAM光碟。 對獲得之RAM光碟在全部磁軌照射13mW之雷射 光，使光碟全面之相變化記錄膜結晶化。此狀態爲資訊沒 有被寫入之狀態。於此藉由照射配合具有資訊之信號的雷 -43- (40) 1291037 射脈衝光，寫入資訊。資訊之寫入是配合資訊，照射時間 被調制之2 0 m W的脈衝光而進行。 在被照射此2 0 m W之脈衝光碟部位中，相變化記錄 膜由於雷射而被急速加熱，雷射一被移除，會被急冷之故 ’成爲非晶質化。利用原來之結晶化的部份與非晶質化之 部份的反射率之不同，記錄資訊。 進而，在非晶質化之部份藉由再度照射1 3 m W程度 之雷射，也可以抹除資訊。進而，在照射此1 3mW之光 後’藉由新照射2 0 m W之脈衝雷射，可以寫入新的資訊 。寫入之資訊藉由1〜2mW程度之弱的雷射光，可以讀 取其反射率之不同。 關於這些膜之超解像效果，以與第1 8圖所示者相同 之方法，調查超解像效果。將其結果顯示在第2 0圖。又 ，作爲比較例，也顯示不形成非線性光學薄膜1之情形。 在不形成超解像膜之比較例中，與第1 8圖所示結果相同 ，對於小的標記長之凹坑，C / N小。另外，非線性光學 薄膜在使用N 〇 · 2 1之C 〇 0膜之情形，其折射率變化 率小之故，幾乎見不到超解像效果。 另一方面，在使用No · 13、14、22之薄膜的 情形，對於小的標記長，也可以獲得高的C / N，可以見 到超解像效果。又，愈使用折射率變化率大的薄膜之情形 ，愈可以獲得大的超解像效果。 但是，如與第1 8圖之情形比較，這些膜之折射率變 化率小之故，對於0 · 1 // m程度之小標記長之C / N， -44- (41) 1291037 與使用第1 8圖之超解像反射膜之情形相比，比較小。 藉由上述之檢討，依據本發明之實施例的超解像膜可 以進行微細的資訊記錄以及讀取。另外，折射率變化率與 超解像效果具有相關連之故，在讀取與習知相等之記錄密 度的超解像膜中，可以減弱雷射光強度，能夠節省能量。 〔實施例5〕 接著，檢討對於重複再生之膜的劣化。評估是對第 1 7圖所示之RAM光碟重複照射再生信號光，藉由檢討 再生輸出而進行。雷射波長爲4 0 5 nm、雷射功率爲2 mW。記錄標記之標記長爲0 . 2 //m。超解像反射膜是 利用N 〇 · 3之膜。進而，比較例是選擇酉太青素系有機 膜，進行同樣之檢討。 第2 1圖是顯示對於重複次數之輸出的關係的曲線。 在形成有機材料系膜之光碟中，知道由1 0 0 0 0次弱之 重複次數起輸出逐漸降低。 另一方面，在形成依據本發明之實施例之玻璃膜之光 碟中，即使在1 0 0 0 0 0次之重複後，也幾乎沒有見到 輸出之降低。 由以上，知道依據本發明之實施例的光碟即使重複再 生，也可以保持超解像效果。 另外，玻璃膜即使在使用表1、表2中的其它的非線 性光學薄膜之情形，對於重複再生，也可以獲得高的穩定 性。對於上述重複再生之穩定性，認爲理由之一部份在於 -45- (42) 1291037 超解像膜以合金形式形成。因此，不限定於RAM光碟， 適用本發明之超解像膜之資訊記錄媒體全部對於重複再生 ，具有耐久性。

接著，檢討利用依據本發明之實施例之超解像反射膜 之情形的回應速度。製作第17圖所示之RAM光碟。標 記長設爲一定之0 · 2 //m。讀出之功率設爲一定之 2 m W，使旋轉之線速度變化。另外，超解像反射膜爲使 用N 〇 · 3之膜。 在表8以及第2 2圖顯示對於旋轉速度之C/N比。 表8 試料 No. 線速度 (m/秒） C/N (dB) 3 45 5 47 7 44 3 10 43 15 41 20 40 25 35 30 29 35 12

在利用本實施例之超解像反射膜之情形，在2 0 m / 秒程度中，可以獲得超解像效果，知道可以獲得高的C / -46 - (43) 1291037 N。但是，如超過2 0 m /秒），知道C / N降低。 此被認爲是光碟速度提升，超解像膜之折射率變化無 法追隨得上，記錄部份與沒有記錄部份之反射率差無法充 分獲得之故。 由以上，在利用依據本發明之實施例的超解像反射膜 之情形’光碟旋轉速度如在2 0 m /秒以下，可以獲得充 分高的C / N，能夠比習知者更高速讀取資訊。但是，如 超過2 2 0 m /秒，折射率變化無法追隨之故，折射率變 化量變小，不易獲得充分之超解像效果。 〔實施例6〕 接著，製作搭載本發明之非線性光學薄膜的光學開關 元件。第2 3圖顯示製作之光學開關元件之槪略圖。第 2 3圖中，1 0 1爲非線性光學薄膜、1 〇 3爲透過率調 整膜、102爲支撐其等之基板。 在本實施例中，非線性光學薄膜1 〇 1是使用表1之 No · 3之Co — Cr — Zr系薄膜。此薄膜在〇 · 1 GW/m2之折射率雖爲2 · 3 ，但是，在照射5GW/ m2之強雷射光之情形，成爲3 · 6之程度。透過率調整 膜10 3是使用折射率爲2 · 6之丁 i〇2薄膜。此 T i〇2薄膜與非線性光學薄膜χ 〇 1相同，利用r f濺 鍍進行。靶尺寸、成膜條件等也與非線性光學薄膜1 〇 1 相同。 爲了驅動此光學開關元件，由垂直膜面之方向照射激 -47- (44) 1291037 勵光1 1 1 ’測量使激勵光〇η、〇f f時之測量光 1 1 0之反射率。測量光1 1 0由膜面起4 5 °之方向照 射。測量光1 1 0由光源1 0 4射出，通過平行校正透鏡 105 ’進入聚光透鏡106被聚光後，照射於膜面。另 外，反射光通過平行校正透鏡1 〇7、聚光透鏡108， 進入受光器1 0 9。

激勵光雷射是使用6 5 0 nm之半導體雷射。對試料 之照射區域設爲1 · 。雷射強度設爲5 · 0GW / m 2。另外，測量光波長設爲1 5 5 0 n m，在被照射 激勵光之區域內，使反射1 · Ο//ΠΊ0之光。 在不照射激勵光1 1 1之情形，透過率調整膜之 T i 0 2的折射率爲2 · 6 ，非線性光學薄膜之折射率爲 2 · 3，使在此條件下，反射率成爲最大，依此設定透過 率調整膜之膜厚爲1 0 0 nm。 在此條件下，照射5 G W / m 2之激勵雷射光，非線 性光學薄膜之折射率變大爲3 · 6，光學之反射條件崩潰 ，測量光之反射光量幾乎成爲0。如停止此雷射照射，折 射率又回到2 · 3，反射光量增加。 由以上，藉由使用此光學開關元件，知道藉由激勵雷 射光之〇N、0 F F ，可以使測量光〇N、〇F F。 接著，在Y分歧光電路中插入此光學開關元件，製作 光學開關。第2 4圖顯示製作之光學開關的構造。在第 24圖中，1 11爲激勵光、1 1 2爲光路、1 1 3爲第 2 3圖所示之光學開關元件。如此圖般地，搭載複數個相 -48- (45) 1291037 同之光學開關，藉由在相當不射出光之位置的光學開關元 件部施加激勵光1 1 1 ，構成遮斷光之光學開關。藉由界 定哪個射出部位之信號，以使激勵雷射1 1 1發光，可以 在任意之位置、任意之時間使光〇N、〇F F。 另外，調查此光學開關之回應速度。回應速度是以預 定之時間間隔將1 n s之脈衝光當成信號光，照射光學開 關，使其時間間隔逐漸便短，測量可以開關之時間。即使 設脈衝間之時間間隔爲5 n s ，也可以開關。因此，本實 施例之光學開關具有5 n s以下之折射率變化的回應速度 ，知道在與折射率變化相同程度之短時間內，折射率可以 恢復。 進而，陣列狀設置第2 4圖所示之光學開關，可以製 作大規模之矩陣狀的光學開關。矩陣狀之光學開關藉由適 用使用折射率變化率大的薄膜之光學開關元件，可以抑制 整體之能量消費量。另外，可以縮短光學開關之開關時間 〇 如上述般地，藉由使用依據本發明之實施例的非線性 光學薄膜，可以獲得記錄密度高之資訊記錄媒體。 另外，藉由使用依據本發明之實施例之非線性光學薄 膜，可以獲得能量消費量少之光學開關。 【圖式簡單說明】 第1圖是依據本發明之一實施例之R ΟΜ光碟的模型 剖面圖。 -49- (46) 1291037 第2圖是依據本發明之一實施例之非線性光學薄膜的 光學評估用試料的剖面圖。 第3圖是依據本發明之一實施例之非線性光學薄膜之 評估光學系統的模型圖。 第4A以及4 B圖是顯示由第3圖之評估光學系統所 獲得之脈衝光照射所導致之折射率的時間變化之圖表。 第5圖是顯示對於第4A以及4 B圖所示之折射率的 雷射脈衝強度之折射率的關係之圖表。 第6圖是顯示對於雷射脈衝強度之折射率的關係之圖 表。 第7圖是顯示非晶質合金所包含之S i〇2的含有率 與折射率變化率之關係之圖表。 第8圖是非晶質合金之透過型顯微鏡影像之模型圖。 第9圖是非晶質合金與氧化物玻璃成分之混合薄膜的 透過型顯微鏡影像之模型圖。 第1 0圖是依據本發明之一實施例之光碟再生裝置的 構成之方塊圖。 第1 1圖是顯示對於依據本發明之一實施例之光碟的 超解像反射膜的反射率之C/N比之圖表。 第1 2圖是顯示對於依據本發明之一實施例之超解像 反射膜的膜厚之透過率、反射率之變化之圖表。 第1 3圖是顯示形成依據本發明之一實施例之超解像 薄膜之光碟與形成通常之反射膜之光碟的再生頻率特性之 圖表。 •50· (47) 1291037 第1 4圖是顯示藉由通常之雷射的再生原理之模型圖 〇 第1 5圖是顯示形成超解像反射膜之情形的再生原理 的模型圖。 第1 6圖是依據本發明之一實施例之r〇m光碟的模 型剖面圖。 第1 7圖是依據本發明之一實施例之RAM光碟的模 型剖面圖。 第1 8圖是顯示超解像反射膜形成之有無與對於標記 長之C/N比之圖表。 第1 9圖是顯示本發明之一實施例之RAM光碟的模 型剖面圖。 第2 0圖是顯示超解像反射膜形成之有無與對於標記 長之C/N比之圖表。 第2 1圖是顯示對於依據本發明之一實施例之光碟的 重複再生動作次數之C/N比的劣化之圖表。 第2 2圖是顯示對於搭載依據本發明之一實施例之超 解像反射膜之光碟的線速度之C / N比的變化之圖表。 第2 3圖是依據本發明之一實施例之光學開關元件的 模型圖。 第2 4圖是依據本發明之一實施例之光學開關的模型 圖。 【符號說明】 -51 - (48)1291037 2 0 0 2 0 1 2 0 2 2 0 3 2 0 4 2 0 5 2 0 6 2 0 7 2 0 8 2 0 9 2 1 0 2 11 2 12 2 13 2 14 2 15 2 16 2 17 2 18 2 19 2 2 0 2 2 1 2 2 2 2 2 3 光碟 媒體判別手段 馬達電路控制手段 馬達 拾取頭 前置放大器 讀出信號處理手段 位址讀取手段 時脈同步信號讀取手段 再生信號解調手段 再生資料送出手段 雷射選擇手段 雷射功率控制資訊解析手段 峰値功率決定手段 功率比決定手段 記錄功率D C放大器 抹除功率D C放大器 雷射驅動器 讀出功率D C放大器 讀出功率決定手段 記錄資料接受手段 記錄資料調制手段 記錄定時補正手段 拾取頭移動驅動器 -52- 1291037 (49) 2 2 4 控制器 2 2 5 拾取頭控制電路 2 2 6 追跡誤差檢測手段

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Claims (1)

1. (1) 1291037 拾、申請專利範圍 1 · 一種光學開關，是針對至少具有：一個光學開關 $件部；及控制光學開關之控制光的控制光照射裝置之光 學開關，其特徵爲： 前述光學開關元件部至少具有基板；及形成在其上之 非線性光學薄膜，該非線性光學薄膜是由非晶質合金或者 非晶質合金與氧化物玻璃成分之混合物所形成。 2 ·如申請專利範圍第i項記載之光學開關，其中對 前述非線性光學薄膜照射〇 · 1 G W / m 2時所測量之折 射率η。與照射5 · 〇 G W/ m 2時所測量之折射率η !之 變化滿足（I ηι — η〇| / η。）· 2。 3 ·如申請專利範圍第1或2項所記載之光學開關， 其中前述非晶質合金是由Co、Cr、Ni 、V、Mn、 T i ' Z i:、H f 、T a所選擇之至少2種的金屬所構成 之合金，前述氧化物玻璃是以S i〇2爲主成分。 -54-