光记录材料

现在市面上光盘很流行，光盘容量大，音像质量好。这种光盘的原理是用盘面上的一系列凹坑来记录信息，读出信息时用激光束照射盘面，突出部分和凹坑反射激光的情况不同，接收反射光把光信号转变成电信号，就可以记录下“有电”和“无电”两种状态，从而读出信息。

实际上光盘的结构并非只是在光盘表面上烧出凹坑来进行记录就行了，光盘往往具有多层结构。下面介绍一种多层结构光盘，光盘的基底是由透明的高分子材料如有机玻璃。聚碳酸酯，聚氧乙烯制成，表面经过涂层后复合一层金属铝，金属铝层的作用是反射激光，使照射到凹坑的激光能反射出去。铝层表面复合一层透明的聚甲基苯乙烯透明薄膜，再上面是吸收层。用来进行记录的凹坑就造在吸收层里。吸收层可以是银粒分散到聚合物中制成金属/ 聚合物复合材料；也可以把方酸染料分散到聚合物中来制成吸收层，方酸染料能够吸收半导体激光器发出的红外激光，在这里作吸收剂使用。在进行记录时，激光束在吸收层烧出凹坑，这些凹坑穿透吸收层，对吸收层而言实际上是洞而不是坑。在读信息时，半导体二极管发出的激光照射光盘，照到凹坑时，会被铅层反射；没有凹坑的地方由吸收层吸收入射的激光，没有激光反射回去，这时就有“有反射光”和“无反射光”两种状态。用光电管来接收反射光，把光信号复成电信号输出，就有了“有电”“无电”两种状态，信息就读出了。

也有的光盘用玻璃或塑料做基板，上面涂复碲基膜。碲是一种非金属元素，熔点低、导热能力差，用激光束烧蚀时容易形成微孔、气泡或其它记号；碲的吸收光能力很强，在读出时未烧蚀部分容易吸收激光。碲基膜的缺点是化学稳定性差，容易氧化和腐蚀。

凹坑一经烧出，不能重新填平，因此这种光盘只能读出信息，不能擦除和重写，也就是只能放，不能录，所以叫只读光盘，这是从英义 Read Only Memory 翻译过来的，缩写为 ROM。

只读光盘的缺点是不能擦除和重写，为了实现光记录重写，发展了相变记录的方法。

用聚丙烯制成 1.1 毫米厚的光盘基片，表面涂覆碲低氧化物晶体制成光盘。因为氧化碲分子式为 TeO₂，这里使用碲氧化物分子式为 FeO1.2，含氧量减少了，所以称低氧化物，碲低氧化物容易形成非晶态，在进行记录时，用

功率 8 毫瓦、直径 0.8 微米的激光束照射 50 纳秒，被照射的点加热到几百摄

氏度而熔化，因为照射时间短，熔化部分急剧冷却形成非晶态，依次按照信

息记录的需要在光盘上烧出一个个非晶态点。读出时，用激光束照射盘面，非晶态吸光多、反射少；晶态部分反射光强，接收反射光就可以识别这些点，读出信息。

要擦除光盘上的讯号，用功率 10 毫瓦的激光束照射盘面，但在每个部位

照射时间要长些，长到 1 微秒，加热时间长了 20 倍，周围环境被加热了，冷却速度慢，冷后形成结晶，整个盘面回到原来状态，记录的信息就被“擦除” 了。

氧化碲在擦除后再记录时不容易形成非晶态，添加锗、铟、锡以后，就能在激光照射下进行反复的晶态和非晶态相互转变，反复擦除和重写。因为晶态和非晶态的转变是一种相变，这种记录方式称为相变记录方式。

这种相变光盘的缺点是制造困难，长期保存不够稳定。

光致变色材料受光照产生颜色，置于暗处又褪色；而且这种变化是可逆的，能够反复使用。

光致变色材料的用途之一就是作调色材料，例如制作变色眼镜，在强光下镜片颜色变深，遮住阳光通过，在暗处镜片褪色，让光线通过，是一种有自动调色功能的眼镜。

但是要用作光记录材料就不能用调色材料，因为调色材料在暗处自动褪色，信息就丢失了。作为光记录材料应该在某个波长激光照射下产生颜色变化，用另一波长的激光照射下回到原来颜色，在通常条件下长期放置也不变色。例如带有噻吩和呋喃环的二烯丙基化合物能在激光照射下开环和闭环，可以用“开环”和“闭环”两种状态进行记录。开环体加热到 300℃ ”也不着色；闭环体在 80℃保存五个月也不褪色，记录的信息就可以长期保存了。

前面几种记录方式都是在盘的表面进行记录，从盘的横切面来考察，盘只使用了一次，这种记录方式可以认为是平面式的。光致变色材料做成光盘时可以用多种对不同激光波长敏感的材料做成多层结构。用相关的激光去照射时，只在相关的那一层实施记录和重写，其它的记录层则不受影响；然后再用另二种激光去对另一层进行记录和擦除⋯⋯这样就可以实现多重、立体记录，一张光盘能够具有几张光盘的容量。

光致变色材料一般是有机材料，这是一种正在开发中的材料。

1978 年 IBM 公司提出了光化学烧孔进行高密度信息存储的设想，这是目前在信息存储方面最富有革命性的想法，从理论上可以实现一千层的记录，就是把记录密度提高三个数量级，比现在的光盘容量大一千倍，是真正的高密度信息存储。

光化学烧孔的原理可以这样来解释。把光化学活性分子分散在高分子或者无机材料中，光化学活性分子称客体分子，高分子或无机材料称主体或基质。由于主体分子存在微观上的不均匀性和局部变形，对客体分子造成影响，使得客体分子，即那些掺杂的光化学活性分子对光的吸收波长也发生了不同的改变。换言之，处在不同环境中的光化学分子对激光的感受不同，对各种不同的波长的激光都能有分子作出反应，吸收激光能量，从基态跳到激发态。这时，用一个可以调节波长的激光器，先用某一波长激光照射光盘，光盘上就有些分子吸收激光能量，发生光化学反应，在客体分子的吸收光谱上产生空穴，进行了光记录。换一个波长又可以进行一次记录，从理论上讲可以进行多达千次的记录。

目前光化学烧还处在研究阶段，所用的化学物质有卟啉、酞青、醌茜等，

在液氦的温度下进行记录和读出。如果能找到室温下能实施记录的材料，将是非常有意义的。