專利名稱：近場(chǎng)雙光子存儲(chǔ)的信息記錄、擦除和讀取的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)信息存儲(chǔ)技術(shù)，具體涉及近場(chǎng)光學(xué)存儲(chǔ)與雙光子存儲(chǔ)兩種技術(shù)。
超高密度的光學(xué)信息存儲(chǔ)技術(shù)有著誘人的應(yīng)用前景。目前，實(shí)現(xiàn)超高密度存儲(chǔ)的主要途徑有兩種一種是開(kāi)發(fā)短波長(zhǎng)的激光光源；另一種就是實(shí)現(xiàn)超光學(xué)衍射極限技術(shù)。在后者中，近場(chǎng)光學(xué)存儲(chǔ)與雙光子存儲(chǔ)是目前研究的熱點(diǎn)。
衍射光學(xué)原理表明，經(jīng)透鏡聚焦后的光束焦點(diǎn)的尺寸不可能小于0.61λ/(n*sinθ)(通常稱之為瑞利極限)，其中λ是光在真空中波長(zhǎng)，n是介質(zhì)的折射率(在空氣中n＝1)，θ是光線的最大偏角。近場(chǎng)光學(xué)存儲(chǔ)是控制光學(xué)存儲(chǔ)頭和存儲(chǔ)介質(zhì)之間的距離在100nm(約λ/4)以內(nèi)，充分利用倏逝光場(chǎng)的作用實(shí)現(xiàn)比瑞利極限更小的信息位的存儲(chǔ)。利用固體浸沒(méi)透鏡進(jìn)行的近場(chǎng)光學(xué)存儲(chǔ)被研究者認(rèn)為是最接近現(xiàn)實(shí)的方案。固體浸沒(méi)透鏡是一種等于或略大于半球狀的透鏡，光束被聚焦到它的平端面上，其折射率n＞1(目前已采用的固體浸沒(méi)透鏡折射率通常都在2～3之間)，所以利用固體浸沒(méi)透鏡可以突破瑞利極限、得到較小的聚焦點(diǎn)光斑從而減小信息位的大小。例如，B.D.Terris等人曾利用固體浸沒(méi)透鏡實(shí)現(xiàn)了350nm的信息位的存儲(chǔ)(見(jiàn)B.D.Terris etc.“Near-field optical data storage using solid immersionlens”Appl.Phy.Lett.Vol.65，388-390，1994年)。但由于其存儲(chǔ)密度依賴于固體浸沒(méi)透鏡的材料折射率的大小以及固體浸沒(méi)透鏡與存儲(chǔ)介質(zhì)之間的距離的大小(材料折射率越大、與存儲(chǔ)介質(zhì)的距離越小，則信息位越小)，對(duì)于通常所用的可見(jiàn)光或激光光源而言(λ約為500～800nm，下同)，利用固體浸沒(méi)透鏡所得到的信息位的大小難以突破200nm。
雙光子激發(fā)是指介質(zhì)吸收兩個(gè)低能光子從而被激發(fā)到高能態(tài)的過(guò)程；雙光子存儲(chǔ)則是指利用雙光子吸收過(guò)程改變存儲(chǔ)介質(zhì)的局部物理特性(如吸收率、折射率、熒光度等)，從而實(shí)現(xiàn)光學(xué)信息的記錄、擦除和讀取。由于雙光子是一種三階非線性光學(xué)效應(yīng)，通常其吸收點(diǎn)只局限在光強(qiáng)足夠大的焦點(diǎn)或兩束光的交點(diǎn)處，從而使信息位的尺寸減小、增加了單位面積/體積的存儲(chǔ)密度。在線性吸收的情況下，由于介質(zhì)的吸收率正比于光強(qiáng)，即 所以信息位的大小正比于光斑的半徑w(光斑半徑w在極限情況下就等于瑞利半徑)；而雙光子吸收的情況下，介質(zhì)的吸收率正比于光強(qiáng)的平方，即 從而使信息位的大小正比于 亦即雙光子存儲(chǔ)的信息位的大小也能突破瑞利極限(見(jiàn)James H.S.，Watt W.W.“Three-dimensional optical data storage in refractive media by two-photonpoint excitation”O(jiān)pt.Lett.Vol.16，No.22，P1780，1991)。但對(duì)于通常所用的可見(jiàn)光或激光光源而言，同樣不能突破200nm。
從以上簡(jiǎn)述的近場(chǎng)存儲(chǔ)和雙光子存儲(chǔ)的原理可以看出，它們是分別從光束質(zhì)量和存儲(chǔ)介質(zhì)兩方面設(shè)法獲取更高的存儲(chǔ)密度的。如果將兩者結(jié)合起來(lái)、同時(shí)減小聚焦點(diǎn)的光斑尺寸和雙光子吸收點(diǎn)的光斑尺寸，則應(yīng)得到更好的效果，對(duì)于通常所用的可見(jiàn)光或激光光源而言，有望使信息位的尺寸突破200nm。但是，由于能夠進(jìn)行雙光子吸收的物質(zhì)其激發(fā)閾值均很高(通常在104mw/cm2)，亦即現(xiàn)有的雙光子存儲(chǔ)介質(zhì)對(duì)存儲(chǔ)光源的能量要求較高(只有這樣才能產(chǎn)生有效的雙光子吸收)；而近場(chǎng)存儲(chǔ)時(shí)的有效光強(qiáng)透過(guò)率又很低，不能滿足雙光子吸收的能量要求在用固體浸沒(méi)透鏡進(jìn)行近場(chǎng)存儲(chǔ)的過(guò)程中，被聚焦到固體浸沒(méi)透鏡平端面上的光束在離開(kāi)其平端面后迅速衰減，所以存儲(chǔ)介質(zhì)與固體浸沒(méi)透鏡之間的距離必須足夠近(通常要小于λ/6)才能確保有足夠的光透過(guò)率。因此，近場(chǎng)存儲(chǔ)和雙光子存儲(chǔ)的兩者結(jié)合存在很大的障礙，被認(rèn)為是不可能實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠使信息位的尺寸小于200nm的近場(chǎng)雙光子存儲(chǔ)的信息記錄、擦除和讀取的方法。
本發(fā)明的解決方案如下一種近場(chǎng)雙光子存儲(chǔ)的信息記錄方法，其過(guò)程為將采用偶氮液晶聚合物作為存儲(chǔ)介質(zhì)而制作的存儲(chǔ)盤(pán)片置于工作平臺(tái)上，將作為記錄光源的激光器所產(chǎn)生的光波通過(guò)透射鏡、起偏振片、會(huì)聚透鏡和固體浸沒(méi)透鏡所組成的光路對(duì)存儲(chǔ)盤(pán)片上的偶氮液晶聚合物薄膜進(jìn)行照射、使光波聚焦于薄膜上，通過(guò)工作平臺(tái)的移動(dòng)調(diào)整薄膜的位置；記錄光波的偏振方向固定不動(dòng)或通過(guò)物理方法進(jìn)行改變；所述的存儲(chǔ)盤(pán)片制作成雙向透光結(jié)構(gòu)，其自上而下的基本層次結(jié)構(gòu)為電介質(zhì)薄膜/存儲(chǔ)介質(zhì)薄膜/電介質(zhì)薄膜/基片。
一種近場(chǎng)雙光子存儲(chǔ)的信息擦除方法，其過(guò)程為將根據(jù)上述記錄方法已記錄了信息的存儲(chǔ)盤(pán)片置于工作平臺(tái)上，將作為擦除光源的激光器所產(chǎn)生的光波通過(guò)透射鏡、起偏振片、λ/4波片、會(huì)聚透鏡和固體浸沒(méi)透鏡所組成的光路對(duì)偶氮液晶聚合物薄膜進(jìn)行照射、使光波聚焦于薄膜上，通過(guò)工作平臺(tái)的移動(dòng)調(diào)整薄膜的位置。
一種近場(chǎng)雙光子存儲(chǔ)的信息讀取方法，其過(guò)程為將根據(jù)上述記錄方法已記錄了信息的存儲(chǔ)盤(pán)片置于工作平臺(tái)上，將作為讀取光源的激光器所產(chǎn)生的光波通過(guò)反射鏡、起偏振片、會(huì)聚透鏡和固體浸沒(méi)透鏡所組成的光路對(duì)偶氮液晶聚合物薄膜進(jìn)行照射、使光波聚焦于薄膜上，然后再通過(guò)第二會(huì)聚透鏡和檢偏振片所組成的另一組光路使光波聚焦于光電探測(cè)器上，檢偏振片的透振方向與起偏振片的透振方向垂直，通過(guò)工作平臺(tái)的移動(dòng)調(diào)整薄膜的位置，讀取光波的偏振方向與記錄時(shí)的光波偏振方向相差為一個(gè)定值45°或固定不動(dòng)。
對(duì)于上述信息記錄或擦除方法，采用綠色光波長(zhǎng)的摻釹礬酸釔固體倍頻激光器作為光源；對(duì)于上述信息讀取方法，采用紅色光波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光器作為光源。
本發(fā)明是通過(guò)采用固體浸沒(méi)透鏡對(duì)一種新找到的、具有低雙光子激發(fā)閾值的物質(zhì)——偶氮液晶聚合物進(jìn)行信息存儲(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)了近場(chǎng)雙光子存儲(chǔ)。偶氮液晶聚合物是一種光致折變材料，可以在光的誘導(dǎo)下產(chǎn)生雙折射效應(yīng)。但是以往只發(fā)現(xiàn)了它的單光子吸收特性，即在偶氮液晶聚合物的第一吸收峰附近可出現(xiàn)單光子吸收所致的雙折射效應(yīng)。本發(fā)明則指出，在偶氮液晶聚合物的第二吸收峰處可由于雙光子激發(fā)而產(chǎn)生光致雙折射現(xiàn)象，而且這種光致雙折射激發(fā)過(guò)程的閾值很低(一般小于40mW/cm2)，因此，使得其與近場(chǎng)存儲(chǔ)方法的結(jié)合具備了可能性。同時(shí)，這種雙光子激發(fā)也具有可擦重寫(xiě)的性質(zhì)通過(guò)記錄光源或擦除光源的照射，可以使信息位處發(fā)生雙折射的產(chǎn)生或消失，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的記錄和擦除；通過(guò)讀取光源的照射，則可以使信息位處記錄的信息得到反映。由于所需激發(fā)閾值很低，還可以通過(guò)小型激光器的照射得以實(shí)現(xiàn)，使存儲(chǔ)設(shè)備的體積大大減小，有利于該方案的實(shí)用化。
對(duì)于記錄過(guò)程而言，其原理基于線偏振光的雙光子激發(fā)導(dǎo)致雙折射產(chǎn)生現(xiàn)象將在室溫下(遠(yuǎn)低于材料的玻璃化溫度)均勻涂敷于透明基片的偶氮液晶聚合物所形成的各向同性固體薄膜作為存儲(chǔ)介質(zhì)層，無(wú)須作預(yù)取向處理；基片材料可采用玻璃或塑料；涂敷了存儲(chǔ)介質(zhì)的基片稱為存儲(chǔ)盤(pán)片，支承于可作機(jī)械移動(dòng)的工作平臺(tái)上。將記錄光源所產(chǎn)生的能使存儲(chǔ)介質(zhì)產(chǎn)生雙光子吸收而激發(fā)雙折射的光波通過(guò)起偏振片變成線偏振光，再通過(guò)會(huì)聚透鏡和固體浸沒(méi)透鏡聚焦于存儲(chǔ)介質(zhì)層上，記錄信號(hào)通過(guò)固體浸沒(méi)透鏡進(jìn)行近場(chǎng)聚焦。在焦點(diǎn)處存儲(chǔ)介質(zhì)通過(guò)雙光子激發(fā)產(chǎn)生雙折射，形成光軸垂直于記錄光波偏振方向的光學(xué)各向異性的斑點(diǎn)，作為記錄的信息位。通過(guò)工作平臺(tái)的機(jī)械移動(dòng)可以旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)盤(pán)片，以調(diào)整薄膜與固體浸沒(méi)透鏡之間的距離、還可使焦點(diǎn)位置改變以將數(shù)據(jù)記錄在存儲(chǔ)介質(zhì)層的不同部位。若記錄時(shí)使光波的偏振方向固定不動(dòng)，則信息位的光軸方向與焦點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的切線方向之間形成的夾角α保持不變，這時(shí)通過(guò)信息位的有無(wú)實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制的比特存儲(chǔ)；若記錄時(shí)改變光波的偏振方向，這可通過(guò)一些物理方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，如改變起偏振片透振方向的方法或磁光調(diào)制的方法，則信息位的光軸方向與焦點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的切線方向之間形成的夾角α隨著光波偏振方向的變化而相應(yīng)變化為αi(i＝1，2，...N)，亦即通過(guò)改變光波的偏振方向(即角度復(fù)用方法)可實(shí)現(xiàn)N進(jìn)制的灰階存儲(chǔ)。記錄光源的波長(zhǎng)必須能使存儲(chǔ)介質(zhì)偶氮液晶聚合物產(chǎn)生雙光子激發(fā)雙折射，一般為500～560nm，以在綠色光的波長(zhǎng)范圍內(nèi)為佳(便于選擇激光器)；固體浸沒(méi)透鏡是采用折射率高的玻璃(如氟化鋇，磷化鉀等)制成的、半球狀或厚度為r+(r/n)的超半球狀透鏡(其中n為材料的折射率，r為球半徑)。
為了實(shí)現(xiàn)近場(chǎng)存儲(chǔ)，本發(fā)明還特意設(shè)計(jì)了一種雙向透光的光盤(pán)結(jié)構(gòu)，即存儲(chǔ)盤(pán)片自上而下的基本層次結(jié)構(gòu)為電介質(zhì)薄膜/存儲(chǔ)介質(zhì)薄膜/電介質(zhì)薄膜/基片(如附圖所示)，而取消了現(xiàn)有光盤(pán)中起強(qiáng)化反射效果的金屬薄膜層。其中，電介質(zhì)薄膜起保護(hù)層的作用，可采用氮化硅(SiN)、二氧化硅(SiO2)等材料制作。按以上結(jié)構(gòu)制作的存儲(chǔ)盤(pán)片可使記錄、擦除和讀取光源通過(guò)下層的基片和電介質(zhì)保護(hù)層等或直接通過(guò)上層的電介質(zhì)保護(hù)層照射到存儲(chǔ)介質(zhì)上，而不是象現(xiàn)有光盤(pán)那樣必須經(jīng)過(guò)下層的基片等再照射到存儲(chǔ)介質(zhì)上(該結(jié)構(gòu)既不利于固體浸沒(méi)透鏡接近存儲(chǔ)介質(zhì)，又不能雙向透光)。在進(jìn)行信息存儲(chǔ)時(shí)，固體浸沒(méi)透鏡要置于離開(kāi)基片的那一面，即固體浸沒(méi)透鏡位于靠近上層電介質(zhì)薄膜的那一面，這樣固體浸沒(méi)透鏡就可非常接近或直接接觸到電介質(zhì)薄膜保護(hù)層，以便更好地滿足近場(chǎng)存儲(chǔ)的要求，而不必顧慮其會(huì)劃傷存儲(chǔ)介質(zhì)薄膜。處于最上層(即外層)的那層電介質(zhì)薄膜的厚度要小于100nm，可在20nm到100nm之間，以使固體浸沒(méi)透鏡與存儲(chǔ)介質(zhì)之間的距離足夠小。電介質(zhì)薄膜可通過(guò)磁控濺射法制備，存儲(chǔ)介質(zhì)的制備則可采用旋涂法。
對(duì)于擦除過(guò)程而言，其原理基于圓偏振光的雙光子激發(fā)導(dǎo)致雙折射消除現(xiàn)象將根據(jù)上述記錄方法已記錄了信息的存儲(chǔ)盤(pán)片置于工作平臺(tái)上，將擦除光源所產(chǎn)生的能使存儲(chǔ)介質(zhì)產(chǎn)生雙光子吸收而激發(fā)雙折射的光波通過(guò)起偏振片變成線偏振光，再通過(guò)λ/4波片變成圓偏振光，然后通過(guò)會(huì)聚透鏡和固體浸沒(méi)透鏡聚焦于已記錄了信息的存儲(chǔ)介質(zhì)層上，擦除信號(hào)通過(guò)固體浸沒(méi)透鏡進(jìn)行近場(chǎng)聚焦；通過(guò)工作平臺(tái)的機(jī)械移動(dòng)可以旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)盤(pán)片，以調(diào)整薄膜與固體浸沒(méi)透鏡之間的距離并可使焦點(diǎn)位置改變；當(dāng)光波聚焦于信息位上時(shí)，圓偏振光將使其各向異性的光斑消失，從而擦除盤(pán)片上不同部位的數(shù)據(jù)；擦除光源的波長(zhǎng)必須能使介質(zhì)產(chǎn)生雙光子吸收，一般亦為500～560nm，以與記錄光源的波長(zhǎng)相同為佳(這樣可以將記錄光源和擦除光源采用同一個(gè)激光器以減少設(shè)備成本，擦除效果亦較好)。
對(duì)于讀取過(guò)程而言，其原理基于雙折射材料的偏振干涉效應(yīng)將根據(jù)上述記錄方法已記錄了信息的存儲(chǔ)盤(pán)片置于工作平臺(tái)上，將讀取光源所產(chǎn)生的在存儲(chǔ)介質(zhì)雙光子吸收帶以外的光波通過(guò)起偏振片變成線偏振光，再通過(guò)會(huì)聚透鏡和固體浸沒(méi)透鏡聚焦于已記錄了信息的存儲(chǔ)介質(zhì)層上，讀取信號(hào)通過(guò)固體浸沒(méi)透鏡進(jìn)行近場(chǎng)聚焦；通過(guò)工作平臺(tái)的機(jī)械移動(dòng)可以旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)盤(pán)片，以調(diào)整薄膜與固體浸沒(méi)透鏡之間的距離并可使焦點(diǎn)位置改變，從而讀取盤(pán)片上不同部位的數(shù)據(jù)；透過(guò)存儲(chǔ)介質(zhì)的發(fā)散光束由位于存儲(chǔ)盤(pán)片另一側(cè)的第二會(huì)聚透鏡收集并聚焦于光電探測(cè)器上，其光強(qiáng)將轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)以作進(jìn)一步處理；在第二會(huì)聚透鏡與光電探測(cè)器之間需放置檢偏振片，使檢偏振片的透振方向與起偏振片的透振方向互相垂直。由于到達(dá)光電探測(cè)器表面的光強(qiáng)I與sin22α成正比，因此，在比特存儲(chǔ)情況下，使讀取時(shí)的光波偏振方向與記錄時(shí)的光波偏振方向相差為一個(gè)定值45°，這可通過(guò)一些物理方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，如改變起偏振片的透振方向的方法或磁光調(diào)制的方法，此時(shí)信息位的光軸方向與焦點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的切線方向之間形成的夾角α即為45°，透過(guò)信息位而到達(dá)光電探測(cè)器表面的光強(qiáng)I為最大，以得到最大反差，提高信噪比；在灰階存儲(chǔ)情況下，使讀取時(shí)的光波偏振方向固定不動(dòng)，此時(shí)即有α＝α1，α2，…αN，光電探測(cè)器表面的光強(qiáng)即有N個(gè)不同值，以顯示出不同灰度值的信息位，即實(shí)現(xiàn)灰階的數(shù)據(jù)讀取；讀取光源的波長(zhǎng)應(yīng)遠(yuǎn)離介質(zhì)的吸收帶，不致明顯減弱信息位的各向異性，一般為630nm以上，以在紅色光的波長(zhǎng)范圍內(nèi)為佳(便于選擇激光器)。
另外，對(duì)于讀取過(guò)程而言，其光路亦可反向設(shè)計(jì)(所得到的效果是同樣的)即作為讀取光源的激光器位于存儲(chǔ)盤(pán)片的下方、而光電探測(cè)器則位于存儲(chǔ)盤(pán)片的上方(將附圖所示的光路結(jié)構(gòu)反之)。讀取光波通過(guò)檢偏振片(此時(shí)它起到起偏振片的作用)變成線偏振光，再通過(guò)第二會(huì)聚透鏡聚焦于已記錄了信息的存儲(chǔ)介質(zhì)層上；透過(guò)存儲(chǔ)介質(zhì)的發(fā)散光束由位于存儲(chǔ)盤(pán)片另一側(cè)的固體浸沒(méi)透鏡和會(huì)聚透鏡收集、并經(jīng)反射鏡的反射而聚焦于光電探測(cè)器上，在會(huì)聚透鏡與反射鏡之間放置的起偏振片此時(shí)作為檢偏振片使用。
對(duì)于上述數(shù)據(jù)記錄或擦除方法，可以采用綠色光波長(zhǎng)的摻釹礬酸釔固體倍頻激光器(其波長(zhǎng)為532nm)作為光源，此光子能量與偶氮液晶聚合物的第二吸收峰處的雙光子吸收特性相匹配，能使介質(zhì)產(chǎn)生高效的雙光子激發(fā)雙折射。對(duì)于上述數(shù)據(jù)讀取方法，則可以采用紅色光波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光器(其波長(zhǎng)為650nm)作為光源，由于該波長(zhǎng)遠(yuǎn)離記錄介質(zhì)的吸收帶，使得讀取過(guò)程不致對(duì)信息位上記錄的信息產(chǎn)生破壞。上述綠色光及紅色光波長(zhǎng)的激光器已經(jīng)具有小型化的商業(yè)產(chǎn)品。
綜上所述，本發(fā)明的特征體現(xiàn)在以下方面將近場(chǎng)存儲(chǔ)和雙光子存儲(chǔ)的原理相結(jié)合，使用了一種低閾值的雙光子存儲(chǔ)介質(zhì)，并且通過(guò)固體浸沒(méi)透鏡對(duì)欲存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行近場(chǎng)的記錄、擦除和讀取，光源使用小型化的激光器，存儲(chǔ)盤(pán)片設(shè)計(jì)為雙向透光結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明結(jié)合近場(chǎng)存儲(chǔ)和雙光子存儲(chǔ)兩者的優(yōu)點(diǎn)，采用偶氮液晶聚合物作為存儲(chǔ)介質(zhì)，并且記錄、擦除和讀取信號(hào)均通過(guò)固體浸沒(méi)透鏡進(jìn)行近場(chǎng)聚焦，實(shí)現(xiàn)了一種全新的近場(chǎng)雙光子的存儲(chǔ)方法，以獲得更高的存儲(chǔ)密度。它的關(guān)鍵之處是在偶氮液晶聚合物的第二吸收峰處利用雙光子激發(fā)從而產(chǎn)生光致取向現(xiàn)象。而這種光致雙折射激發(fā)過(guò)程的閾值很低(一般小于40mW/cm2)，不僅可以在近場(chǎng)存儲(chǔ)時(shí)有效光強(qiáng)透過(guò)率很低的情況下，滿足雙光子吸收的能量要求，從而使近場(chǎng)存儲(chǔ)和雙光子存儲(chǔ)兩者的結(jié)合得以實(shí)現(xiàn)；而且明顯地降低了激光器的功率，可充分利用商業(yè)化的小型激光器來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)。
根據(jù)以上敘述可知，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1)利用固體浸沒(méi)透鏡在偶氮液晶聚合物上進(jìn)行近場(chǎng)雙光子存儲(chǔ)，可以同時(shí)從兩方面來(lái)減小存儲(chǔ)光斑的大小，是一種比單獨(dú)的近場(chǎng)存儲(chǔ)或雙光子存儲(chǔ)更有效的方法。它能得到遠(yuǎn)小于瑞利極限的信息位，目前最小已做到120nm。
2)由于采用商業(yè)化的小型激光器來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)，明顯地降低了激光器的功率、減小了設(shè)備體積，從而大大降低了存儲(chǔ)成本，使得本發(fā)明的實(shí)際應(yīng)用易于實(shí)現(xiàn)。
3)由于使用固體浸沒(méi)透鏡時(shí)聚焦點(diǎn)的大小極大的依賴于固體浸沒(méi)透鏡的材料折射率，所以若使用大折射率的材料做固體浸沒(méi)透鏡，還可以進(jìn)一步提高存儲(chǔ)密度。
附

圖1為主要光路結(jié)構(gòu)示意圖。它由一套系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)記錄、擦除、讀取三種功能。其中光波走向的實(shí)線表示記錄和擦除光波，虛線表示讀取光波；而點(diǎn)劃線表示的λ/4波片4僅在擦除時(shí)插入光路，記錄和讀取時(shí)則撤走。
附圖2為存儲(chǔ)盤(pán)片的基本結(jié)構(gòu)示意圖。
具體的操作步驟及信息存儲(chǔ)過(guò)程的實(shí)施例如下(參照附圖)在進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄時(shí)，激光器6發(fā)出的532nm綠光透過(guò)選擇反射鏡5、起偏振片11、會(huì)聚透鏡3和固體浸沒(méi)透鏡2在存儲(chǔ)盤(pán)片1的存儲(chǔ)介質(zhì)薄膜上聚焦，焦點(diǎn)中心處的介質(zhì)經(jīng)雙光子吸收產(chǎn)生具有雙折射特性的斑點(diǎn)，成為一個(gè)記錄信息位。為使聚焦點(diǎn)盡量小，固體浸沒(méi)透鏡和存儲(chǔ)介質(zhì)薄膜之間的距離要保持在100nm以下。通過(guò)調(diào)整機(jī)械移動(dòng)裝置以旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)盤(pán)片，再通過(guò)調(diào)整起偏振片的透振方向以改變光束偏振方向、從而實(shí)現(xiàn)比特存儲(chǔ)或N進(jìn)制的灰階存儲(chǔ)；擦除時(shí)，在起偏振片的后面插入λ/4波片4，使入射到薄膜上的光波變?yōu)閳A偏振光，這時(shí)信息位在圓偏振光的照射下變成各向同性，雙折射特性消失，從而達(dá)到擦除的目的。讀取數(shù)據(jù)時(shí)，另一激光器7發(fā)出的650nm紅光經(jīng)選擇反射鏡5、起偏振片11、會(huì)聚透鏡3和固體浸沒(méi)透鏡2照射到薄膜上，其透射光被會(huì)聚透鏡8和檢偏振片10聚焦到光電探測(cè)器9上，檢偏振片和起偏振片透振方向互相垂直，透過(guò)這種起偏振片/存儲(chǔ)盤(pán)片/檢偏振片的“三明治”結(jié)構(gòu)的光強(qiáng)I與α有關(guān)(α即信息位的光軸方向與焦點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的切線方向之間的夾角)，利用光電探測(cè)器檢測(cè)透射光的強(qiáng)弱，即可讀取記錄的數(shù)據(jù)。上述所用的選擇反射鏡僅反射紅色光，但能透過(guò)綠色光，亦即其一物兩用既作反射鏡、又作透射鏡；所用的存儲(chǔ)盤(pán)片中，偶氮液晶聚合物薄膜13為各向同性的“聚甲基丙烯酸(對(duì)-氰基偶氮苯氧基)乙基酯”薄膜，厚度為30nm，電介質(zhì)薄膜12為SiN膜，外層和中間層的厚度分別為20m和150nm，基片14的材質(zhì)為玻璃，厚度為1.2mm；所用的固體浸沒(méi)透鏡為采用BaF7制作的半球型(半徑1mm，折射率為1.687)；會(huì)聚透鏡為100倍的顯微物鏡(數(shù)值孔徑0.8)；光電探測(cè)器為半導(dǎo)體光電管；記錄光源和擦除光源為功率15mw的摻釹礬酸釔(Nd∶YVO5)固體倍頻激光器(波長(zhǎng)532m)，讀取光源是功率為10mw的半導(dǎo)體激光器(波長(zhǎng)為650nm)。
權(quán)利要求
1.一種近場(chǎng)雙光子存儲(chǔ)的信息記錄方法，將激光器產(chǎn)生的光波對(duì)存儲(chǔ)介質(zhì)進(jìn)行照射，其特征在于具體過(guò)程為將采用偶氮液晶聚合物作為存儲(chǔ)介質(zhì)而制作的存儲(chǔ)盤(pán)片(1)置于工作平臺(tái)上，將作為記錄光源的激光器(6)所產(chǎn)生的光波通過(guò)透射鏡(5)、起偏振片(11)、會(huì)聚透鏡(3)和固體浸沒(méi)透鏡(2)所組成的光路對(duì)存儲(chǔ)盤(pán)片上的偶氮液晶聚合物薄膜進(jìn)行照射、使光波聚焦于薄膜上，通過(guò)工作平臺(tái)的移動(dòng)調(diào)整薄膜的位置；記錄光波的偏振方向固定不動(dòng)；所述的存儲(chǔ)盤(pán)片制作成雙向透光結(jié)構(gòu)，其自上而下的基本層次結(jié)構(gòu)為電介質(zhì)薄膜(12)/存儲(chǔ)介質(zhì)薄膜(13)/電介質(zhì)薄膜/基片(14)。
2.如權(quán)利要求1所述的近場(chǎng)雙光子存儲(chǔ)的信息記錄方法，其特征在于通過(guò)物理方法改變所述的記錄光波的偏振方向。
3.一種近場(chǎng)雙光子存儲(chǔ)的信息擦除方法，將激光器產(chǎn)生的光波對(duì)已記錄了信息的存儲(chǔ)介質(zhì)進(jìn)行照射，其特征在于具體過(guò)程為將根據(jù) 1或2所述的信息記錄方法已記錄了信息的存儲(chǔ)盤(pán)片(1)置于工作平臺(tái)上，將作為擦除光源的激光器(6)所產(chǎn)生的光波通過(guò)透射鏡(5)、起偏振片(11)、λ/4波片(4)、會(huì)聚透鏡(3)和固體浸沒(méi)透鏡(2)所組成的光路對(duì)存儲(chǔ)盤(pán)片上的偶氮液晶聚合物薄膜進(jìn)行照射、使光波聚焦于薄膜上，通過(guò)工作平臺(tái)的移動(dòng)調(diào)整薄膜的位置。
4.一種近場(chǎng)雙光子存儲(chǔ)的信息讀取方法，將激光器產(chǎn)生的光波對(duì)已記錄了信息的存儲(chǔ)介質(zhì)進(jìn)行照射，其特征在于具體過(guò)程為將根據(jù) 1所述的信息記錄方法已記錄了信息的存儲(chǔ)盤(pán)片(1)置于工作平臺(tái)上，將作為讀取光源的激光器(7)所產(chǎn)生的光波通過(guò)反射鏡(5)、起偏振片(11)、會(huì)聚透鏡(3)和固體浸沒(méi)透鏡(2)所組成的光路對(duì)存儲(chǔ)盤(pán)片上的偶氮液晶聚合物薄膜進(jìn)行照射、使光波聚焦于薄膜上，然后再通過(guò)第二會(huì)聚透鏡(8)和檢偏振片(10)所組成的另一組光路使光波聚焦于光電探測(cè)器(9)上，檢偏振片的透振方向與起偏振片的透振方向垂直，通過(guò)工作平臺(tái)的移動(dòng)調(diào)整薄膜的位置，讀取光波的偏振方向與記錄時(shí)的光波偏振方向相差為一個(gè)定值45°。
5.如權(quán)利要求4所述的近場(chǎng)雙光子存儲(chǔ)的信息讀取方法，其特征在于所述的存儲(chǔ)盤(pán)片是已根據(jù)權(quán)利要求2所述的信息記錄方法記錄了信息的，所述的讀取光波的偏振方向固定不動(dòng)。
6.如權(quán)利要求1～3所述的近場(chǎng)雙光子存儲(chǔ)的信息記錄或擦除方法，其特征在于所述的記錄光源或擦除光源為532nm波長(zhǎng)的摻釹礬酸釔固體倍頻綠色激光器。
7.如權(quán)利要求4～5所述的近場(chǎng)雙光子存儲(chǔ)的信息讀取方法，其特征在于所述的讀取光源為650nm波長(zhǎng)的的半導(dǎo)體紅色激光器。
全文摘要
本發(fā)明屬于光學(xué)信息存儲(chǔ)技術(shù)。它通過(guò)在一種低閾值的雙光子存儲(chǔ)介質(zhì)偶氮液晶聚合物上使用固體浸沒(méi)透鏡對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行記錄、擦除和讀取,將近場(chǎng)存儲(chǔ)和雙光子存儲(chǔ)兩方面的原理和優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合,從而提出了一種全新的近場(chǎng)雙光子存儲(chǔ)方法。它能得到遠(yuǎn)小于瑞利極限的信息位,目前最小已做到120nm;光源可使用小型化的激光器,使其實(shí)際應(yīng)用易于實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)G11B7/00GK1360306SQ00135438
公開(kāi)日2002年7月24日 申請(qǐng)日期2000年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月20日
發(fā)明者明海, 魯擁華, 梁忠誠(chéng), 章江英, 王超, 王沛, 孫曉紅, 焦小瑾, 吳云霞, 謝建平, 許立新 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)