多波长菌紫质光信息读、写、擦除装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术采用三种波长不同的激光源分别通过公知的光学器件组合对菌紫质生物分子膜存储器件进行激发，完成信息的写入、读出及擦除，装置中采用了ＣＣＤ实时监控和实时信息采集处理，提高了信息记录的信噪比和读出信息的处理速度。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及在一种生物光存储材料——菌紫质上存储信息的装置，特别是一种多波长菌紫质光信息读、写擦除装置，属于激光
信息化社会的发展离不开高性能的存储介质，同时存储技术也一直是信息技术中最重要也是发展最快的部分之一。在计算机技术飞速发展的今天，对高速大容量存储技术和随机快速存储技术的发展需求甚为迫切，而现行的存储介质(如半导体存储器、磁盘、光盘、磁带等)，由于自身材料的性能而受到很大限制(如半导体光刻技术以临近极限、硅单晶的生长和掺杂工艺的要求也越来越高。同时随着集成度的不断提高，元件间距不断缩小，使元件间的干扰日趋严重，散热问题也难以解决)。因此，人们在迫切寻找新的材料代替目前的硅片。光盘是继缩微技术(适于40年代)和磁性存储介质(适于60年代)之后发展起来的一种崭新的也是最为成功的一种信息存储系统。它通过激光束照射到旋转的盘片(由保护层、记录介质层、反射层和基片组成)上，利用记录介质层所发生的物理或化学变化，从而改变光的反射和透过强度而进行二进制信息的记录。它的特点是存储密度高、信息容量大、保存时间长。光盘可分为三大类型只读型光盘(ROM)、一次写多次读型光盘(WORM)和可擦除型光盘(EDRAW)。本专利技术所涉及的是EDRAW型光盘。EDRAW光盘不同于CD和WORM光盘，其存储是可逆的，即写读和擦除。目前这种类型的光盘主要基于磁光效应、可拟相变和光致变色，目前商品化的EDRAW光盘采用的均系无机材料。而本技术可以应用于EDROM超高密度光盘。本世纪八十年代以来，人们发现某些生物分子具有优异的光致变色、高速光电响应和开关存储及自装配与自组织的功能，能够满足今后高速、大容量存储和数据信息并行处理的需求，从而在全球范围内兴起了生物分子器件和生物分子计算机研究的热潮。嗜盐菌紫膜光敏蛋白-细菌视紫红质(Bacteriorhodopsin，简称菌紫质或BR)就是其中的杰出代表。细菌视紫红质是野生嗜盐菌(Halobacterium，halobium)细胞膜上自然形成的二维结晶—紫膜(Purple membrane，PM)中唯一的蛋白成分，分子量约为26000。它的组织在盐浓度比海水高6倍多的盐沼中生存，紫膜中包含蛋白质—细菌视紫红质和磷脂基质(蛋白质∶磷脂＝3∶1)，并形成具有准晶体结构的三聚物，这种三聚物在细菌细胞中具有跨膜运输质子的质子泵功能，通过吸收光子，细菌视紫红质可以从暗适应状态转化为光适应状态，并引发一个带有许多中间态(bR-K-M-N-O-P-bR)的光循环过程，从而产生跨膜质子梯度，完成质子从细胞质侧(Cytoplasmic)向细胞外侧(Extracellular)的跨膜传输，将光能转化为化学能来把磷酸盐和ADP合成为能量物质ATP。细菌视紫红质为垂直于细胞膜表面的含7个α螺旋的多肽棒，多肽键跨过膜，其C端在膜内，N端在膜外，质子通过席夫碱完成跨膜传输。由BR材料制备的生物分子膜是目前发现的唯一的结晶生物膜，它具有独特的光驱动质子泵和顺反开关功能，及双稳态和快速光电响应特性，特别是它的优良光致变色性能在光存储领域深具发展的前景，已经逐渐成为国际上普遍关注的光存储和光信息处理的新型热点材料。本技术的目的是设计一种多波长的光信息读写和擦除装置，用以实现在公知的生物存储介质-细菌视紫红质上可多次反复擦、写、读的光信息存储。多波长菌紫质光信息读、写、擦除装置，包括三组分别独立工作的光学系统，每一组光学系统均由公知的光学器件组合成相应的光路，其特征是按光路传递顺序，写入部分包括光源、扩束器、准直镜、空间光调制器、成像光学装置和监视器；读出部分包括光源、扩束器、准直器、成像光学准直和图像读出器；擦除部分包括光源、扩束器、准直器，菌紫质生物分子膜存储器件置于写入部分成像光学装置的成像面处，该位置也位于擦除部分准直器后及位于读出部分的成像光学装置与准直器之间，读、写、擦除的三个光源输出波长不同。写入读出部分的准直器前还设有光学滤波器，写入、读出、擦除三部分的光源分别为输出波长为620～670nm、585～610nm、470～500nm的激光器，写入、读出、擦除三部分的光路中，均分别设有活动遮光挡板。写入部分的监视器可以是CCD器件计算机显示器构成的实时监测，读出部分的图像读出器是由CCD器件、图像采集卡、图像数据处理软件与计算机共同构成。附图及实施细则。附图说明图1为BR分子光信息存储装置示意图。图2为分子膜存贮器件示意图。BR的光信息读、写和擦除装置如图1所示，包括了写入、读出和擦除三部分写入部分由光源1、光学滤波、扩束器4、准直器5、空间光调制器6、成像光学装置7、CCD实时监测器14组成。光源可采用波长在640nm附近的激光器，如美国PRELIMINARY公司的SDL-07470-P5型LD泵浦的光纤耦合二极管激光器，其输出波长为650nm，400μm的光纤传光束；光学滤波主要用来改善写入光的均匀性；CCD监测器用于成像光路的精密调校，包括一个CCD器件和一个显示器。待写入信息可由空间光调制器(或带有需记录信息的透明片)提供。读出部分由黄光激光器(波长594nm左右，如黄光He-Ne激光器)2、光学滤波、扩束与准直器9，10，11，12、成像光学装置13、图像读出器组成14，15，16。图像读出器由CCD器件14和图像采集卡、图像数据处理软件构成15。可直接将读取信息通过图像采集卡转换为计算机图形文件，再经过图像数据处理软件将信息经过分析和处理并储存在计算机中。图2中挡板21在执行一种操作时，另外两路挡板插入。记录信息的信噪比主要来自与记录、读出光学系统的空间分辨率和CCD器件的象素大小，特别是后者影响占主要地位；采用弱光读出可提高信噪比，但对CCD器件的灵敏度和动态范围要求较高。擦除部分由激光器3和扩束器17、准直器18构成。擦除所用激光器其输出波长在490nm附近，如氩离子激光器是美国光谱物理公司的Beamlok2085-15激光器，采用其输出的488nm单线激光。信息的记录首先待记录的信息可以由计算机输入空间光调制器6中，写入光源经过滤波、扩束和准直后通过空间光调制器，经成象光学装置将待记录信息成像在细菌视紫红质生物分子膜存储器件8上，这时，信息的记录完成；信息的读出读出光经过滤波、扩束准直后通过反射镜19和棱镜20后，变成一束准直电子照明光束投射在细菌视紫红质分子器件8上，该器件可由国内外市场购得(该器件的正面示意图如图2所示)，通过器件的读出光将携带记录的信息，并经过成像光学装置成象在CCD的光敏面上，CCD获得读出信息，通过图像采集卡和计算机中的图像处理软件将记录信息转化为计算机图形文件，信息的读出过程至此完成。读出光的光束直径可以通过调节扩束器和准直器来控制其大小，从而适合不同尺寸的细菌视紫红质器件。信息的擦除由擦除光源发出的光经过扩束和准直后，照射在记录信息的细菌视紫红质分子膜上，即能迅速擦除已记录的信息。这时，细菌视紫红质分子膜器件又可以方便地进行下一次的写、读操作。本技术的优点是利用公知的光存储介质细菌视紫红质作为光信息存储材料，根据其光致变色特性，采用三种不同波长激光源分别实现信息的写、读、擦操作，CCD与计算机结合的实时信息采集、处理及本文档来自技高网...

【技术保护点】
多波长菌紫质光信息读、写、擦除装置，包括三组分别独立工作的光学系统，每一组光学系统均由公知的光学器件组合成相应的光路，其特征是按光路传递顺序，写入部分包括光源、扩束器、准直镜、空间光调制器、成像光学装置和监视器；读出部分包括光源、扩束器、准直器、成像光学准直和图像读出器；擦除部分包括光源、扩束器、准直器，菌紫质生物分子膜存储器件置于写入部分成像光学装置的成像面处，该位置也位于擦除部分准直器后及位于读出部分的成像光学装置与准直器之间，读、写、擦除的三个光源输出波长不同。

【技术特征摘要】
1.多波长菌紫质光信息读、写、擦除装置，包括三组分别独立工作的光学系统，每一组光学系统均由公知的光学器件组合成相应的光路，其特征是按光路传递顺序，写入部分包括光源、扩束器、准直镜、空间光调制器、成像光学装置和监视器；读出部分包括光源、扩束器、准直器、成像光学准直和图像读出器；擦除部分包括光源、扩束器、准直器，菌紫质生物分子膜存储器件置于写入部分成像光学装置的成像面处，该位置也位于擦除部分准直器后及位于读出部分的成像光学装置与准直器之间，读、写、擦除的三个光源输出波长不同。2.根据权利要求1所述的菌紫质光信息存储方法的装置，其特征是在写...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈烽，杨青，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：实用新型
国别省市：87[中国|西安]