專利名稱：飛秒激光在透明介質(zhì)中三維光存儲(chǔ)寫讀裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信息技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到飛秒激光在透明介質(zhì)中三維光存儲(chǔ)寫讀裝置。
背景技術(shù)：
隨著信息科學(xué)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)密度和存儲(chǔ)容量的要求也在不斷地提高。目前使用的光存儲(chǔ)器件，一般還只是在單面或雙面光盤上存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，新的DVD光盤也僅只能存儲(chǔ)幾層數(shù)據(jù)。為進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)密度，充分利用存儲(chǔ)介質(zhì)的空間，采用“三維光數(shù)據(jù)體存儲(chǔ)技術(shù)方案”是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高密度存儲(chǔ)的重要途徑。
現(xiàn)有的CD光盤是單層存儲(chǔ)的，存儲(chǔ)密度只有7.5×107bits/cm2，DVD光盤在存儲(chǔ)層數(shù)上有一定的改進(jìn)，但也只能存儲(chǔ)固定的幾層數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)密度為3×108bits/cm2。由于CD光盤和DVD光盤存儲(chǔ)的位點(diǎn)間距已接近光的衍射極限，面密度的大幅度提高已不太可能。三維高密度光數(shù)據(jù)存儲(chǔ)開拓了存儲(chǔ)介質(zhì)的第三維空間，使得存儲(chǔ)介質(zhì)的有效存儲(chǔ)區(qū)域從二維擴(kuò)展到了三維空間，從而可以極大地提高介質(zhì)的存儲(chǔ)密度和存儲(chǔ)容量，是未來實(shí)現(xiàn)高密度光數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的可能方案之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服上述光存儲(chǔ)器件的缺點(diǎn)，提供一種存儲(chǔ)數(shù)據(jù)密度高、存儲(chǔ)信號(hào)存放時(shí)間長、存儲(chǔ)信息不易復(fù)制的飛秒激光在透明介質(zhì)中三維光存儲(chǔ)寫讀裝置。
解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是設(shè)置在底座的支架上設(shè)內(nèi)安裝有防反鏡的鏡筒，在鏡筒的上端設(shè)置有圖像傳感器、下端設(shè)置有平場顯微鏡頭，在支架的底面上設(shè)位于平場顯微鏡頭下方的讀出用光源，在底座上設(shè)安裝有調(diào)整架的三維移動(dòng)平臺(tái)，在調(diào)整架上設(shè)置有樣品夾和透明存儲(chǔ)介質(zhì)。
本發(fā)明的防反鏡與鏡筒軸線的負(fù)向夾角為45°，防反鏡的鏡面上真空蒸鍍有增反膜。本發(fā)明的讀出用光源為在光源外殼內(nèi)上部設(shè)置有聚焦凸透鏡、下部設(shè)置有發(fā)光二極管，在聚焦凸透鏡與發(fā)光二極管之間設(shè)置有毛玻璃。
本發(fā)明的防反鏡鏡面上真空蒸鍍的增反膜的材料為二氧化鉿和二氧化硅，交替蒸鍍25～30層。本發(fā)明的聚焦凸透鏡的曲率半徑為25～30mm。
本發(fā)明的透明存儲(chǔ)介質(zhì)為熔融石英介質(zhì)。
本發(fā)明將具有頻率為1KHz的載有二進(jìn)制信息的強(qiáng)度為微焦量級(jí)，脈沖寬度為100飛秒量級(jí)(10-13秒)的飛秒激光脈沖緊聚焦到固定在三維精密移動(dòng)平臺(tái)上的透明存儲(chǔ)介質(zhì)體內(nèi)。由于強(qiáng)度非常高的激光脈沖與透明存儲(chǔ)介質(zhì)的非線性相互作用，在透明存儲(chǔ)介質(zhì)體內(nèi)聚焦點(diǎn)附近將物質(zhì)消融，直接通過汽化改變物質(zhì)的局部結(jié)構(gòu)，形成一個(gè)微小的微米量級(jí)圓錐形空腔結(jié)構(gòu)。通過精密三維移動(dòng)平臺(tái)的精密移動(dòng)，在透明存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)多層這種微小空腔結(jié)構(gòu)的位點(diǎn)陣列，完成二進(jìn)制數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。讀出數(shù)據(jù)時(shí)，用普通光照明，通過平場顯微鏡頭將焦平面上存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)位點(diǎn)陣列成像到圖像傳感器中，圖像傳感器將圖像輸入到計(jì)算機(jī)，經(jīng)過計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)處理，恢復(fù)成原來的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)了在存儲(chǔ)介質(zhì)體內(nèi)的三維空間上對(duì)二進(jìn)制數(shù)據(jù)的存、取目的。本發(fā)明的存儲(chǔ)密度可以達(dá)到1.4×1011bits/cm3，存儲(chǔ)信號(hào)存放壽命可達(dá)百年，存儲(chǔ)信息又不易復(fù)制，大幅度提高數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)密度和容量。本發(fā)明具有存儲(chǔ)密度高、存儲(chǔ)信號(hào)存放時(shí)間長、存儲(chǔ)信息不易復(fù)制等優(yōu)點(diǎn)，可作為信息存儲(chǔ)設(shè)備或裝置，可用于圖書、檔案等需要永久性保存的光信息存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域。


圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的主視圖。
圖2是圖1的俯視圖。
圖3是圖1中光源的剖視圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。
在圖1、2、中，本實(shí)施例的飛秒激光在透明介質(zhì)中三維光存儲(chǔ)寫讀裝置是由圖像傳感器1、鏡筒2、防反鏡3、平場顯微鏡頭4、樣品夾5、調(diào)整架6、三維移動(dòng)平臺(tái)7、讀出用光源8、底座9、支架10、熔融石英介質(zhì)11聯(lián)接構(gòu)成。
在底座9的上安裝有支架10，支架10上固定安裝有鏡筒2，鏡筒2的長度為160mm，在鏡筒2的上端通過螺紋聯(lián)接安裝有圖像傳感器1，圖像傳感器1將通過電纜與計(jì)算機(jī)相連，在鏡筒2的下端通過螺紋聯(lián)接安裝有平場顯微鏡頭4，平場顯微鏡頭4的數(shù)值孔徑為0.5，放大倍數(shù)為50倍，在鏡筒2內(nèi)安裝有防反鏡3，防反鏡3與鏡筒2軸線的負(fù)向夾角為45°，在防反鏡3的鏡面上真空蒸鍍有800nm全反、可見光增透的增反膜，增反膜的材料為二氧化鉿和二氧化硅，交替蒸鍍28層，在支架10的底面上安裝有讀出用光源8，讀出用光源8正好位于平場顯微鏡頭4的正下方。在底座9上安裝有三維移動(dòng)平臺(tái)7，三維移動(dòng)平臺(tái)7由計(jì)算機(jī)控制，可在X、Y、Z方向上移動(dòng)，三維移動(dòng)平臺(tái)7上安裝有調(diào)整架6，調(diào)整架6用來調(diào)整入射光線與樣品表面相互垂直。在調(diào)整架6上固定聯(lián)接有樣品夾5，樣品夾5用于將透明存儲(chǔ)介質(zhì)固定在調(diào)整架6上，本實(shí)施例的透明存儲(chǔ)介質(zhì)為熔融石英介質(zhì)11，在熔融石英介質(zhì)11中產(chǎn)生多層具有一定點(diǎn)間距和層間距的微小損傷陣列，在熔融石英介質(zhì)11中存儲(chǔ)層內(nèi)點(diǎn)間距為1μm、層間距為7μm的三維二進(jìn)制數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)位點(diǎn)在同一層中以相互平行的直線型排列。
在圖3中，本實(shí)施例的讀出用光源8是由光源外殼8-1、聚焦凸透鏡8-2、毛玻璃8-3、發(fā)光二極管8-4聯(lián)接構(gòu)成。在光源外殼8-1內(nèi)上部安裝有聚焦凸透鏡8-2、下部安裝有發(fā)光二極管8-4，在聚焦凸透鏡8-2與發(fā)光二極管8-4之間安裝有毛玻璃8-3，本實(shí)施例聚焦凸透鏡8-2的曲率半徑為28mm。讀出用的光源8為普通可見光，從下向上垂直照射到存儲(chǔ)有數(shù)據(jù)的熔融石英介質(zhì)11上，經(jīng)過平場顯微鏡頭4，使得其焦平面上存儲(chǔ)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)成像到圖像傳感器1上。圖像傳感器1將得到的二進(jìn)制數(shù)據(jù)圖像同時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)視器和計(jì)算機(jī)中。在監(jiān)視器中可以實(shí)時(shí)地監(jiān)視存儲(chǔ)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)點(diǎn)，計(jì)算機(jī)通過安裝在其內(nèi)的圖像采集卡將得到的圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，恢復(fù)成原來的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。
實(shí)施例2在本實(shí)施例中，鏡筒2內(nèi)的防反鏡3的鏡面上真空蒸鍍有800nm全反、可見光增透的增反膜，增反膜的材料為二氧化鉿和二氧化硅，交替蒸鍍25層。在光源外殼8-1內(nèi)上部安裝的聚焦凸透鏡8-2的曲率半徑為25mm。其它零部件以及零部件的聯(lián)接關(guān)系與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例3在本實(shí)施例中，鏡筒2內(nèi)的防反鏡3的鏡面上真空蒸鍍有800nm全反、可見光增透的增反膜，增反膜的材料為二氧化鉿和二氧化硅，交替蒸鍍30層。在光源外殼8-1內(nèi)上部安裝的聚焦凸透鏡8-2的曲率半徑為30mm。其它零部件以及零部件的聯(lián)接關(guān)系與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例4在本實(shí)施例中，鏡筒2內(nèi)的防反鏡3的鏡面上真空蒸鍍有800nm全反、可見光增透的增反膜，增反膜的材料為二氧化鉿和二氧化硅，交替蒸鍍25層。在光源外殼8-1內(nèi)上部安裝的聚焦凸透鏡8-2的曲率半徑為30mm。其它零部件以及零部件的聯(lián)接關(guān)系與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例5在本實(shí)施例中，鏡筒2內(nèi)的防反鏡3的鏡面上真空蒸鍍有800nm全反、可見光增透的增反膜，增反膜的材料為二氧化鉿和二氧化硅，交替蒸鍍30層。在光源外殼8-1內(nèi)上部安裝的聚焦凸透鏡8-2的曲率半徑為25mm。其它零部件以及零部件的聯(lián)接關(guān)系與實(shí)施例1相同。
為了驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果，發(fā)明人采用本發(fā)明實(shí)施例1制備的飛秒激光在透明介質(zhì)中三維光存儲(chǔ)寫讀裝置進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)情況如下1、實(shí)驗(yàn)方法采用本發(fā)明，將800nm、100飛秒、1KHz的脈沖激光聚焦到放置在樣品夾5上的熔融石英介質(zhì)11中，以1mm/s的速度移動(dòng)三維移動(dòng)平臺(tái)7，每個(gè)聚焦的激光脈沖在熔融石英介質(zhì)11中形成一個(gè)結(jié)構(gòu)改變的數(shù)據(jù)位點(diǎn)，數(shù)據(jù)位點(diǎn)之間的間距為2微米的。通過控制三維移動(dòng)平臺(tái)7的移動(dòng)，在熔融石英介質(zhì)11中形成了多層層間距為7微米、點(diǎn)間距為1微米×1微米的數(shù)據(jù)位點(diǎn)陣列，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)位點(diǎn)陣列經(jīng)過平場顯微鏡頭4對(duì)其功率進(jìn)行放大、并經(jīng)鏡筒2內(nèi)的防反鏡3的反射，成像到圖像傳感器1上，圖像傳感器1將圖像輸入到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像識(shí)別，轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和讀出。
2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)中得到了層間距為7微米、點(diǎn)間距為1微米×1微米的5層存儲(chǔ)數(shù)據(jù)位點(diǎn)圖像，由圖像傳感器1得到了清晰的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的圖像。經(jīng)過計(jì)算機(jī)的圖像處理，可以將存儲(chǔ)數(shù)據(jù)還原為原來的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。
3、實(shí)驗(yàn)結(jié)論實(shí)驗(yàn)證明，用飛秒激光在熔融石英介質(zhì)11中存儲(chǔ)三維光數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)密度可以達(dá)到1/(1×1×7)bits/μm3＝1.4×1011bits/cm3。
權(quán)利要求
1.一種飛秒激光在透明介質(zhì)中三維光存儲(chǔ)寫讀裝置，其特征在于設(shè)置在底座[9]的支架[10]上設(shè)內(nèi)安裝有防反鏡[3]的鏡筒[2]，在鏡筒[2]的上端設(shè)置有圖像傳感器[1]、下端設(shè)置有平場顯微鏡頭[4]，在支架[10]的底面上設(shè)位于平場顯微鏡頭[4]下方的讀出用光源[8]，在底座[9]上設(shè)安裝有調(diào)整架[6]的三維移動(dòng)平臺(tái)[7]，在調(diào)整架[6]上設(shè)置有樣品夾[5]和透明存儲(chǔ)介質(zhì)。
2.按照權(quán)利要求1所述的飛秒激光在透明介質(zhì)中三維光存儲(chǔ)寫讀裝置，其特征在于所說的防反鏡[3]與鏡筒[2]軸線的負(fù)向夾角為45°，防反鏡[3]的鏡面上真空蒸鍍有增反膜；所說的讀出用光源[8]為在光源外殼[8-1]內(nèi)上部設(shè)置有聚焦凸透鏡[8-2]、下部設(shè)置有發(fā)光二極管[8-4]，在聚焦凸透鏡[8-2]與發(fā)光二極管[8-]之間設(shè)置有毛玻璃[8-3]。
3.按照權(quán)利要求2所述的飛秒激光在透明介質(zhì)中三維光存儲(chǔ)寫讀裝置，其特征在于所說防反鏡[3]鏡面上真空蒸鍍的增反膜的材料為二氧化鉿和二氧化硅，交替蒸鍍25～30層；所說的聚焦凸透鏡[8-2]的曲率半徑為25～30mm。
4.按照權(quán)利要求1所述的飛秒激光在透明介質(zhì)中三維光存儲(chǔ)寫讀裝置，其特征在于所說的透明存儲(chǔ)介質(zhì)為熔融石英介質(zhì)[11]。
全文摘要
一種飛秒激光在透明介質(zhì)中三維光存儲(chǔ)寫讀裝置，設(shè)置在底座的支架上設(shè)內(nèi)安裝有防反鏡的鏡筒，在鏡筒的上端設(shè)置有圖像傳感器、下端設(shè)置有平場顯微鏡頭，在支架的底面上設(shè)位于平場顯微鏡頭下方的讀出用光源，在底座上設(shè)安裝有調(diào)整架的三維移動(dòng)平臺(tái)，在調(diào)整架上設(shè)置有樣品夾和透明存儲(chǔ)介質(zhì)。本發(fā)明的存儲(chǔ)密度可以達(dá)到1.4×10
文檔編號(hào)G11B7/135GK1540634SQ20031010586
公開日2004年10月27日 申請(qǐng)日期2003年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月27日
發(fā)明者陳國夫, 劉青, 程光華, 趙衛(wèi), 王屹山 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所