專(zhuān)利名稱(chēng)：：用于記錄和/或讀取的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)和用于這種系統(tǒng)的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用于記錄和/或讀取的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，該光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)利用波長(zhǎng)為λ聚焦在光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層上的射束，所述系統(tǒng)包括-介質(zhì)，具有m個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層和一個(gè)對(duì)于聚焦射束透明的覆蓋層，其中m≥2，所述覆蓋層具有厚度h0和折射率n0，所述各數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層由m-1個(gè)間隔物層隔開(kāi)，該間隔物層分別具有相應(yīng)厚度hj和折射率nj，其中j＝1，...，m-1。-光學(xué)頭，具有有數(shù)值孔徑NA的一個(gè)物鏡；所述物鏡包括一個(gè)固體浸沒(méi)透鏡，該固體浸沒(méi)透鏡適于在離所述介質(zhì)的最外表面小于λ/10的自由工作距離處記錄/讀取，并設(shè)置在所述光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)的覆蓋層一側(cè)上；從該固體浸沒(méi)透鏡，該聚焦射束在記錄/讀取期間被倏逝波耦合耦合入光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)。本發(fā)明還涉及一種適于在這種系統(tǒng)中使用的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)。
背景技術(shù)：
：光學(xué)記錄系統(tǒng)中對(duì)聚焦光斑或光學(xué)分辨率的典型量度由w＝λ/(2NA)給出，其中λ是空氣中的波長(zhǎng)，而透鏡的數(shù)值孔徑定義為NA＝sinθ。在圖1A中繪出了空氣入射的構(gòu)造，其中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層位于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)的表面處所謂第一表面數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。在圖1B中，折射率為n的覆蓋層保護(hù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層不被刮擦和沾灰。從這些圖可以推斷的是，若在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層的頂部施加一個(gè)覆蓋層，光學(xué)分辨率不會(huì)改變。另一方面，在覆蓋層中的內(nèi)部張角θ’較小，因此其內(nèi)部數(shù)值孔徑NA’減小了，但同時(shí)介質(zhì)中的波長(zhǎng)λ’也減小了相同的因數(shù)n0。由于光學(xué)分辨率越高則在介質(zhì)的相同面積上能夠存儲(chǔ)更多的數(shù)據(jù)，因此期望得到更高的光學(xué)分辨率。提高光學(xué)分辨率的直接的措施包括以透鏡復(fù)雜度的增加、容許的盤(pán)傾斜容限的削減等為代價(jià)來(lái)拓寬聚焦光束的張角，或減小空氣中的波長(zhǎng)(即改變掃描激光束的色)。已提出的另一種減小光盤(pán)系統(tǒng)中的聚焦光班尺寸的方法是采用固體浸沒(méi)透鏡(SIL)。SIL的最簡(jiǎn)單形狀是一個(gè)中心對(duì)準(zhǔn)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層上的半球型，參見(jiàn)圖2A，其聚焦光班在SIL和數(shù)據(jù)層之間的界面上。若結(jié)合以具有相同折射率n0’＝nSIL的覆蓋層，則該SIL是一個(gè)球體的切向切割部分，所述球體置于覆蓋層之上，其(虛)中心也位于存儲(chǔ)層上，參見(jiàn)圖2B。SIL的工作原理是它把存儲(chǔ)層中的波長(zhǎng)減小了nSIL倍，卻不改變張角θ該nSIL是SIL的折射率。比較圖1B和圖2A，其原因是由于所有光線(xiàn)都以直角進(jìn)入到SIL的表面，因此在SIL處的光折射率消失了?？諝庀兜膶挾韧ǔ?5-40nm(但至少小于100nm)，圖中并非按比例繪制。覆蓋層的厚度通常是幾個(gè)微米，同樣這在圖中也未按比例繪出。非常重要但前文尚未提及的是，在SIL和記錄介質(zhì)之間存在一個(gè)極薄的空氣隙。這允許記錄盤(pán)相對(duì)于記錄器的物鏡(透鏡加SIL)自由地旋轉(zhuǎn)。該空氣隙須遠(yuǎn)小于光波長(zhǎng)，通常應(yīng)小于λ/10，以便在SIL中到盤(pán)的和返回SIL中的光的所謂倏逝耦合一直可能。其發(fā)生范圍被稱(chēng)為近場(chǎng)機(jī)制(near-fieldregime)。在該體制之外，即在更大的空氣隙的時(shí)候，完全內(nèi)反射將會(huì)捕獲SIL內(nèi)的光線(xiàn)并將它發(fā)送回激光器。在SIL射向空氣的界面處，當(dāng)光波在臨界角以下時(shí)，穿過(guò)空氣隙的傳播不會(huì)衰減，而那些高于臨界角的光波在空氣隙中變成倏逝并表現(xiàn)出間隙寬度的指數(shù)衰減。在臨界角NA＝1。對(duì)于大的間隙寬度，所有大于臨界角的光由于全內(nèi)反射(TIR)而從SIL的近表面反射，參見(jiàn)圖3A和圖3B。這里，NA0是沒(méi)有SIL存在的透鏡的數(shù)值孔徑。在這兩種透鏡設(shè)計(jì)中，如果空氣隙太寬，則對(duì)于NA＞1都發(fā)生完全內(nèi)反射。如果空氣隙足夠薄，則倏逝波使光來(lái)到另一側(cè)并在透明盤(pán)中繼續(xù)傳播。需要注意的是，如果透明盤(pán)的折射率小于數(shù)值孔徑，即n0’＜NA，則一些光波仍為倏逝波，有效的NA＝n0’。對(duì)于405nm的波長(zhǎng)，正如Blu-Ray光盤(pán)(BD)的標(biāo)準(zhǔn)，最大空氣隙約為40nm，相比于傳統(tǒng)的光學(xué)記錄，這是一個(gè)極小的自由工作距離(FWD)。為了獲得足夠穩(wěn)定的倏逝耦合，在數(shù)據(jù)層和固體浸沒(méi)透鏡(SIL)之間的近場(chǎng)空氣隙應(yīng)當(dāng)保持在5nm以?xún)?nèi)的常值，或者更小(優(yōu)選為2nm以?xún)?nèi)的常值，或更小)。在硬盤(pán)記錄中，使用基于滑塊的依靠被動(dòng)的空氣軸承的方案來(lái)保持這樣一個(gè)小的空氣隙。在光學(xué)記錄中，記錄介質(zhì)必須是在驅(qū)動(dòng)器中可裝卸的，這樣，潤(rùn)滑劑的使用被限制了，盤(pán)的污染水平更大了，因此將需要一種主動(dòng)的、基于致動(dòng)器的方案來(lái)控制該空氣隙。為此目的，必須提取出間隙誤差信號(hào)，最好是從已由光學(xué)介質(zhì)反射的光學(xué)數(shù)據(jù)信號(hào)中提取。這樣的信號(hào)可以被發(fā)現(xiàn)，并在圖4中給出一個(gè)典型的間隙誤差信號(hào)。值得注意的是，盡管在覆蓋層中的張角θ’＜π/2且NA’＝sinθ’＜1，在使用近場(chǎng)SIL來(lái)定義數(shù)值孔徑為NA＝nSILsinθ的情況下，NA也可以大于1(θ是邊緣光線(xiàn)的角度)，這是一種常見(jiàn)的實(shí)際應(yīng)用。在使用了覆蓋層情況下還須注意的是，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層事實(shí)上并非在近場(chǎng)中。存在的只是從SIL到覆蓋層的波的倏逝耦合，并結(jié)合以覆蓋層中的大數(shù)值孔徑。這種類(lèi)型的光學(xué)存儲(chǔ)器的更加合適的名字應(yīng)該是“恒常倏逝耦合光學(xué)存儲(chǔ)器”，或CECOS。在真正的近場(chǎng)光學(xué)記錄中，數(shù)據(jù)可以由表面結(jié)構(gòu)表示，該表面結(jié)構(gòu)不但調(diào)制總反射強(qiáng)度，還直接影響著數(shù)據(jù)載體盤(pán)與物鏡之間的倏逝耦合的程度。在CECOS的情況下，該倏逝耦合被保持在一個(gè)恒定的值，數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層中的幅度或相位結(jié)構(gòu)表示，這與光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的當(dāng)前技術(shù)相同。我們?cè)趫D4中同時(shí)展示相對(duì)于來(lái)自折射率為1.48的平透明光學(xué)表面(“盤(pán)”)的線(xiàn)性偏振準(zhǔn)直入射束平行和垂直偏振態(tài)的反射光的強(qiáng)度的測(cè)量值(來(lái)自參考文獻(xiàn)[1])。垂直偏振態(tài)適合于作為近場(chǎng)光記錄系統(tǒng)的空氣隙誤差信號(hào)。該測(cè)量結(jié)果與該理論極好地吻合。倏逝耦合在200nm以下變得很明顯，光消逝進(jìn)入“盤(pán)”中，并且在接觸處總反射幾乎線(xiàn)性地趨向最小值。該線(xiàn)性信號(hào)可用作空氣隙閉環(huán)伺服系統(tǒng)的誤差信號(hào)。水平偏振中的波動(dòng)是由于伴隨著間隙厚度的下降而使條紋(fringes)數(shù)值個(gè)數(shù)減小到NA＝1之內(nèi)造成的。關(guān)于傳統(tǒng)近場(chǎng)光盤(pán)系統(tǒng)的更多細(xì)節(jié)可以在參考文獻(xiàn)[2]中找到。關(guān)于光學(xué)記錄器的物鏡，要么是基于滑塊的，要么是基于致動(dòng)器的，它們具有小的工作間距，通常小于50μm，這樣在最靠近存儲(chǔ)介質(zhì)的光學(xué)表面會(huì)發(fā)生污染。這是因?yàn)楫?dāng)剛從存儲(chǔ)介質(zhì)離開(kāi)后，由于高的表面溫度，水或其它材料會(huì)重新凝結(jié)，該表面溫度對(duì)于磁光(MO)記錄通常為250℃，對(duì)于相變(PC)記錄通常為650℃，它是由高的激光功率和寫(xiě)入數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)記錄層，甚或是從數(shù)據(jù)記錄層讀出數(shù)據(jù)所需要的溫度導(dǎo)致的。這種污染最終會(huì)導(dǎo)致光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)的故障，例如由于聚焦與跟蹤系統(tǒng)的伺服控制信號(hào)的失控。該問(wèn)題和其它問(wèn)題一起在參考文獻(xiàn)[3]-[5]中給出的專(zhuān)利申請(qǐng)和專(zhuān)利中進(jìn)行了說(shuō)明。由于下列情況，該問(wèn)題會(huì)變得更加嚴(yán)重高濕度、高激光功率、存儲(chǔ)介質(zhì)的低光反射率、存儲(chǔ)介質(zhì)的低熱導(dǎo)性、小的工作距離和高表面溫度。一種已知的解決方法是在存儲(chǔ)介質(zhì)上用一個(gè)熱絕緣覆蓋層屏蔽記錄器物鏡的最靠近光學(xué)表面離開(kāi)數(shù)據(jù)層。例如在參考文獻(xiàn)[4]中給出基于這種考慮的一項(xiàng)發(fā)明。為近場(chǎng)光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)提供覆蓋層具有的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是灰塵和劃痕不再直接損害數(shù)據(jù)層。然而，通過(guò)將覆蓋層加入到近場(chǎng)光學(xué)存儲(chǔ)系統(tǒng)中又產(chǎn)生了新的問(wèn)題，這導(dǎo)致必須采取新的措施。這些措施中的一些在由本申請(qǐng)人同時(shí)提交的歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)中描述了，它們的文獻(xiàn)號(hào)是PHNL040460和PHNL040461，而且它們引向了另一個(gè)重要的考慮點(diǎn)，這就是本發(fā)明所要揭示的主題多層近場(chǎng)記錄的可行性。下面討論薄的超平覆蓋層的一些優(yōu)點(diǎn)。由于盤(pán)的翹曲，覆蓋層的引入可能帶來(lái)像差，稱(chēng)為“彗形像差”。這就是任何覆蓋層都必須有一個(gè)受限厚度的主要原因，但這并不是我們?cè)谶@里所主要關(guān)注的。通常，數(shù)據(jù)層和固體浸沒(méi)透鏡之間的近場(chǎng)空氣隙應(yīng)保持在5nm之內(nèi)的常數(shù)或更小，以獲得足夠穩(wěn)定的倏逝耦合。在使用覆蓋層的情況下，空氣隙位于覆蓋層和SIL之間，參見(jiàn)圖2B。并且，該空氣隙須被保持在5nm以?xún)?nèi)的常數(shù)。顯然，SIL的焦距必須具有一個(gè)偏移來(lái)補(bǔ)償覆蓋層的厚度，以保證數(shù)據(jù)層自始至終都焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)。注意，若覆蓋層的折射率低于SIL的折射率，則它決定了系統(tǒng)的最大可能數(shù)值孔徑。為了得到足夠的熱絕緣，介電覆蓋層的厚度大于約0.5μm，但優(yōu)選為2-10μm的數(shù)量級(jí)。和僅控制空氣隙層的寬度的措施結(jié)合考慮，覆蓋層的厚度變化Δh應(yīng)當(dāng)(遠(yuǎn))小于焦深Δf≈nλ/(2NA2)(介質(zhì)內(nèi)的實(shí)際焦深是λ/4/[n-(n2-NA2)1/2]≈nλ/(2NA2))，以保證數(shù)據(jù)層在焦點(diǎn)上Δh＜Δf，參見(jiàn)圖5。若我們?nèi)〔ㄩL(zhǎng)λ＝405nm和數(shù)值孔徑NA＝1.6，我們可以得到Δf≈80nm。對(duì)于幾個(gè)微米厚的旋涂層來(lái)說(shuō)，其數(shù)量級(jí)是盤(pán)的整個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)上的厚度變化的百分之一，這看起來(lái)是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的精度。然而已經(jīng)表明能夠制造所需規(guī)格的旋涂層幾個(gè)微米的厚度，且厚度變化小于30nm，例如參見(jiàn)圖6和參考文獻(xiàn)[9]和[10]。覆蓋層在表示80％數(shù)據(jù)區(qū)的外側(cè)28mm的區(qū)域上是非常平的。上述效果很明顯，因?yàn)橐后w沒(méi)有被給予在盤(pán)的中心(由于那是一個(gè)孔)，而是被給予在18.9mm的半徑位置處。通常這會(huì)帶來(lái)分配極為不均勻的效應(yīng)，在邊緣處的覆蓋層厚度會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于中部。但是，在這種情況下，可以在旋涂工藝中利用熱梯度來(lái)調(diào)節(jié)作為盤(pán)半徑的函數(shù)的液體粘度。厚度只有不到1微米的更薄的層例如可通過(guò)無(wú)機(jī)化合物的濺射或溶膠凝膠技術(shù)獲得。從工藝和成本的角度考慮，用厚度在1-3微米之間的或更厚的無(wú)機(jī)化合物作為較厚的層是不實(shí)用的。而且在這樣的層中聚集的應(yīng)力很可能造成盤(pán)的彎曲。綜上所述，可以做如下總結(jié)-需要一個(gè)覆蓋層來(lái)防止污染和劃傷。-在近場(chǎng)光學(xué)記錄系統(tǒng)中，特別是在相變記錄系統(tǒng)中，要求覆蓋層的厚度大于1μm，以用來(lái)熱絕緣。-覆蓋層的折射率值必須大于NA的值。-濺射的(無(wú)機(jī))材料可具有極高的折射率，但由于加工時(shí)間和應(yīng)力引起的盤(pán)彎曲的原因，在光盤(pán)上濺射超過(guò)1μm的覆蓋層是不可行的。-可以旋涂超過(guò)1μm的聚合物覆蓋層，但聚合物比某些無(wú)機(jī)材料具有更低的折射率，這把NA限制在1.6左右。在多層光學(xué)存儲(chǔ)器的情況下，數(shù)據(jù)層夾在間隔物層之間。這些間隔物層具有和覆蓋層一樣的性質(zhì)。本發(fā)明主要揭示的就是關(guān)于該間隔物層的性質(zhì)，而有關(guān)覆蓋層問(wèn)題的討論僅作為對(duì)該主題的引論。現(xiàn)在討論多層光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。當(dāng)每個(gè)層具有相同的數(shù)據(jù)密度時(shí)，擁有m個(gè)層(m＞1)的多層光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器能提供單層系統(tǒng)(m＝1)的約m倍的數(shù)據(jù)容量。這種系統(tǒng)的例子是雙層(m＝2)的數(shù)字多功能盤(pán)(DVD)和Blu-ray光盤(pán)(BD)系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)層由一個(gè)所謂的間隔物層分隔，該間隔物層的厚度h在DVD的情況下約為45微米，在BD的情況下約為25微米。在圖7中給出了雙層近場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)的一個(gè)例子。最靠近光學(xué)拾取單元的數(shù)據(jù)層稱(chēng)為L(zhǎng)0是半透明的。數(shù)據(jù)層之間的最佳間隔距離h由至少以下四個(gè)條件確定1、數(shù)據(jù)層的聚焦S曲線(xiàn)應(yīng)當(dāng)相互隔開(kāi)(用足夠大的h來(lái)保證)h>λ[n-n2-NA2]]]>2、各層之間的相干串?dāng)_(檢測(cè)器上其相互反射的干擾)導(dǎo)致RF信號(hào)的調(diào)制具有調(diào)制深度η。這種效應(yīng)應(yīng)當(dāng)充分的弱，以確保在一個(gè)恒定的水平上切割“眼孔圖樣”(隨著h的增大而降低，因?yàn)闄z測(cè)器上來(lái)自另一非讀取層的光量隨著h的增大而降低)。如果Rm，eff是第m層的有效反射率且檢測(cè)器收集了所有的光，則可以用以下公式近似給出的調(diào)制深度(參見(jiàn)參考文獻(xiàn)[6])η=2πλh[n-n2-NA2]R1,effR0,eff]]>3、來(lái)自非聚焦層的通道碼非相干串?dāng)_應(yīng)當(dāng)足夠地小。這是由其它層上非聚焦光斑中的變化數(shù)據(jù)圖案導(dǎo)致的。非相干噪聲與光斑尺寸成反比，它隨h的增大而減弱，這是因?yàn)閔越大則其它層上照射區(qū)域就越大，從而更多的數(shù)據(jù)被平均。4、由各層的不同深度造成的球面像差應(yīng)保持足夠小，以在兩個(gè)層上都能保證激光焦點(diǎn)的受衍射限制的質(zhì)量。它隨著h的增大而增大，這給了h一個(gè)上限。顯然，上面的條件將間隔物層厚度置于一個(gè)界限之內(nèi)。若需進(jìn)一步閱讀相關(guān)內(nèi)容例如可參閱參考文獻(xiàn)[6]。需注意的是，多層近場(chǎng)光記錄的思想已經(jīng)在參考文獻(xiàn)[7](多層)和參考文獻(xiàn)[8](雙層)的文字中偶爾地提出過(guò)了。下面，我們可以發(fā)現(xiàn)對(duì)于近場(chǎng)光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可以采用一種新的設(shè)計(jì)體系。進(jìn)一步可以得出以下結(jié)論-間隔物層的折射系數(shù)值必須大于NA的值。-濺射的(無(wú)機(jī))材料可具有高折射系數(shù)，在一個(gè)微米數(shù)量級(jí)或更多的濺射間隔物層的厚度在光盤(pán)上是不可行的，這主要是由于工藝時(shí)間和應(yīng)力導(dǎo)致的盤(pán)彎曲。-可以旋涂正確厚度的聚合物間隔物層，但聚合物比一些無(wú)機(jī)材料具有低的折射率，這把NA限制在1.6左右。關(guān)于球面像差的問(wèn)題考慮一個(gè)在空氣中能理想地聚焦的會(huì)聚光束。如果在該光束中放置一個(gè)平面平行的盤(pán)，則它不但將沿著光軸偏移焦點(diǎn)，而且還會(huì)引入一定量的球面像差。Blu-ray光盤(pán)(BD)是一種使用波長(zhǎng)405nm的藍(lán)光且數(shù)值孔徑NA＝0.85的遠(yuǎn)場(chǎng)(FF)光記錄標(biāo)準(zhǔn)。BD的球面像差是10mλ/μm光程差(OPD)的均方根(RMS)，對(duì)于雙層Blu-ray光盤(pán)，間隔物層厚度是25μm，因此從一個(gè)數(shù)據(jù)層傳播到另一個(gè)數(shù)據(jù)層所得到的總球面像差量是250mλ。若任何特別的像差超過(guò)約±20mλ，則有必要對(duì)它進(jìn)行補(bǔ)償，以便記錄系統(tǒng)的總像差理想地保持在71mλ以下，若超過(guò)該值，則光學(xué)系統(tǒng)將不再被認(rèn)為是受衍射限制的，且焦點(diǎn)開(kāi)始變得模糊。一個(gè)已知的經(jīng)驗(yàn)法則(來(lái)自旁軸像差理論)是球面像差的大小和層的厚度成正比，并且和NA的四次方成正比。在藍(lán)光近場(chǎng)(NF)光記錄中，NA＝1.6，可以推導(dǎo)出其球面像差是Blu-ray光盤(pán)的(1.6/0.85)4＝12.6倍。對(duì)于25μm的相同間隔物層厚度，其像差似乎太大了以至無(wú)法矯正。而事實(shí)上，與NA的比例關(guān)系比上面提到的經(jīng)驗(yàn)法則更加復(fù)雜(例如參見(jiàn)參考文獻(xiàn)[14])。圖8中給出了適當(dāng)?shù)谋壤??？梢钥吹?，?duì)于遠(yuǎn)場(chǎng)系統(tǒng)，覆蓋層的折射率幾乎不影響球面像差。繪出的是BD(NA＝0.85)的球面像差值。對(duì)于多層近場(chǎng)記錄，要解決的三個(gè)主要問(wèn)題涉及-數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層之間的串?dāng)_-間隔物與覆蓋層的高折射率引起的的光吸收-由于各間隔物層的光學(xué)深度的差異而帶來(lái)的球面像差。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種開(kāi)頭段落中提出的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，其中使用了近場(chǎng)固體浸沒(méi)透鏡來(lái)獲得可靠的數(shù)據(jù)記錄和讀出。另一個(gè)目的是提供一種用于這種系統(tǒng)中的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)。按照本發(fā)明，第一目的是通過(guò)這樣一種光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的其特征在于，hj中的任一個(gè)都大于hj,min=bλnj2-NA2NA2]]>且NA＜nj，NA＜n0，以及b＞10，優(yōu)選為b＞15，且所有hj的和小于hmax=-λlnf8πnkn2-NA2]]>其中n和k是用每一間隔物層的厚度加權(quán)的所有間隔物層折射率的平均實(shí)部和虛部n=Σjm-1njhjΣjm-1hj]]>且k=Σjm-1kjhjΣjm-1hj]]>其中kj是間隔物層折射率nj的虛部，以及f是聚焦輻射束的邊緣光線(xiàn)的所要求的雙程傳輸。我們認(rèn)識(shí)到的是，要求間隔物層既薄且平，以實(shí)現(xiàn)多層近場(chǎng)記錄。此外，我們還認(rèn)識(shí)到，這樣的層可以被制造、如何來(lái)制造、它們的精度如何以及可使用什么樣的材料(參見(jiàn)參考文獻(xiàn)[10])。而且還研究了用于光學(xué)記錄系統(tǒng)會(huì)帶來(lái)什么可的結(jié)果。其中存在有兩個(gè)機(jī)制，使多層光記錄中的相干串?dāng)_能夠顯著地減小。第一個(gè)機(jī)制是眾所周知的，并被應(yīng)用于DVD和BD光記錄標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)“厚”間隔物層來(lái)優(yōu)良地分開(kāi)光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層。在它的整個(gè)區(qū)域上，相對(duì)于用于掃描該盤(pán)的激光波長(zhǎng)，該間隔物層不必非常平。新的認(rèn)識(shí)是還存在第二機(jī)制來(lái)抑制相干串?dāng)_效應(yīng)。已表明，如果使間隔物層足夠地“薄”，則制造具有優(yōu)于四分之一波長(zhǎng)的所需平直度的間隔物層是可行的。如果數(shù)值孔徑大，則對(duì)于薄的間隔物層來(lái)說(shuō)，由來(lái)自其它數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層的非相干串?dāng)_造成的噪聲仍然足夠地小。極大的數(shù)值孔徑是使用近場(chǎng)記錄的主要原因，由此平且薄的間隔物層為這種技術(shù)建立了一種特別的新的體系。進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)是這種薄的層具有附帶的優(yōu)點(diǎn)。第一個(gè)附帶的優(yōu)點(diǎn)是薄層的由光吸收造成的光學(xué)衰減更小，這允許了使用具有高的固有吸收率層材料。因?yàn)檫@通常伴隨著的是該層狀材料的折射率也更高，所以這甚而更加有益。第二個(gè)附帶的優(yōu)點(diǎn)是，如果使用了薄的間隔物層，則數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層之間的相對(duì)距離就小了，從而當(dāng)光聚焦在不同的層上時(shí)，穿過(guò)多層存儲(chǔ)介質(zhì)的光程差就相對(duì)地小了。較小的光程差意味著由該光程差引起的球面像差也小了。特別地，在實(shí)際情況中，例如4層近場(chǎng)光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)是可行的。在光學(xué)記錄和讀取系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例中，m＝2相當(dāng)于具有一個(gè)間隔物層的介質(zhì)。在另一個(gè)實(shí)施例中，在整個(gè)介質(zhì)上的任一間隔物層的厚度變化Δh滿(mǎn)足下列條件Δh<λ4nj,]]>更優(yōu)選地Δh≤λ8nj(1+cosθm)]]>且cosθm=1-(NA/nj)2.]]>優(yōu)選的NA大于1.5，這是對(duì)于大多數(shù)近場(chǎng)光記錄系統(tǒng)的情況。在一個(gè)變換的系統(tǒng)實(shí)施例中，hmax由下列公式代替，且固體浸沒(méi)透鏡的折射率nSIL是ns，任一間隔物層的折射率是njhmax=WRMS⟨fj2⟩-⟨fj⟩2-[⟨fsfj⟩-⟨fs⟩⟨fj⟩]2⟨fs2⟩-⟨j1⟩2]]>其中的變量具有下列含義⟨fs⟩=23NA2[ns3-(ns2-NA2)3/2],]]>⟨fj⟩=23NA2[nj3-(nj2-NA2)3/2],]]>⟨fs2⟩=ns2-12NA2,]]>⟨fj2⟩=nj2-12NA2,]]>⟨fsfj⟩=14NA2nsnj3+njns3-(ns2+nj2-2NA2)ns2-NA2nj2-NA2-(ns2-nj2)2log[ns2-NA2-nj2-NA2ns-nj]]]>且WRMS是仍能被矯正的最大均方根波前球面像差。也可參考“Compactdescriptionofsubstrate-relatedaberrationsinhighnumerical-apertureopticaldiskreadout”，AppliedOptics，第44卷第849-858頁(yè)(2005)。hmax的值被最大容許球面像差量限制，并按照如下約束WRMS＜250mλ，優(yōu)選為＜60mλ，更優(yōu)選為＜15mλ。另一個(gè)目的是通過(guò)一種用于記錄和讀取的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)實(shí)現(xiàn)的，在記錄和讀取時(shí)使用了波長(zhǎng)為λ且數(shù)值孔徑為NA的聚焦輻射束，該光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)至少包括-m個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層，其中m≥2，對(duì)于聚焦輻射束透明的覆蓋層，該覆蓋層具有厚度h0和折射率n0，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層由m-1個(gè)間隔物層分隔，且它們分別具有厚度hj和折射率nj，其中j＝1，...，m-1，其特征在于，任何一個(gè)hj都大于hj,min=bλnj2-NA2NA2]]>且NA＜nj，NA＜n0，b＞10，優(yōu)選為b＞15，且所有hj的和小于hmax=-λlnf8πnkn2-NA2]]>其中n和k是用每一間隔物層的厚度加權(quán)的所有間隔物層折射率的平均實(shí)部和虛部n=Σjm-1njhjΣjm-1hj]]>且k=Σjm-1kjhjΣjm-1hj]]>其中kj是間隔物層折射率nj的虛部，以及f是聚焦輻射束的邊緣光線(xiàn)的所要求的雙程傳輸。優(yōu)選地f＞0.50，更優(yōu)選為f＞0.80，進(jìn)一步優(yōu)選為f＞0.90。于是，像差的要求條件可寫(xiě)為Σj=1m-1hjdWdh|j<Wrms]]>dWdh|j=⟨fj2⟩-⟨fj⟩2-[⟨fsfj⟩-⟨fs⟩⟨fj⟩]2⟨fs2⟩-⟨j1⟩2]]>且吸收率要求條件可寫(xiě)為Σj=1m-1njkjnj2-NA2hj<-λlogf8π]]>其中f是雙程穿過(guò)疊層之后所需的最小強(qiáng)度。在光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)的一個(gè)實(shí)施例中，m＝2相當(dāng)于具有一個(gè)間隔物層的介質(zhì)。在另一個(gè)實(shí)施例中，在整個(gè)介質(zhì)上的任一間隔物層的厚度變化Δh滿(mǎn)足下列條件Δh<λ4nj,]]>更優(yōu)選地Δh≤λ8nj(1+cosθm)]]>且cosθm=1-(NA/nj)2.]]>優(yōu)選地，nj大于1.5，更優(yōu)選為1.6，進(jìn)一步優(yōu)選為1.7。這具有的優(yōu)點(diǎn)是能夠獲得NA大于1.5帶來(lái)的好處，而不受全內(nèi)反射的制約。在一個(gè)變換的系統(tǒng)實(shí)施例中，hmax由下列公式代替，且固體浸沒(méi)透鏡的折射率nSIL是ns，任一間隔物層的折射率是njhmax=WRMS⟨fj2⟩-⟨fj⟩2-[⟨fsfj⟩-⟨fs⟩⟨fj⟩]2⟨fs2⟩-⟨j1⟩2]]>其中代表在整個(gè)透鏡瞳孔上的某種像差均值的變量，由下式給出⟨fs⟩=23NA2[ns3-(ns2-NA2)3/2],]]>⟨fj⟩=23NA2[nj3-(nj2-NA2)3/2],]]>⟨fs2⟩=ns2-12NA2,]]>⟨fj2⟩=nj2-12NA2,]]>⟨fsfj⟩=14NA2nsnj3+njns3-(ns2+nj2-2NA2)ns2-NA2nj2-NA2-(ns2-nj2)2log[ns2-NA2-nj2-NA2ns-nj]]]>且WRMS是仍能被矯正的最大均方根波前球面像差。hmax的值被最大容許球面像差量限制，并按照如下約束WRMS＜250mλ，優(yōu)選為＜60mλ，更優(yōu)選為＜15mλ。在光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)的一個(gè)實(shí)施例中，間隔物層由基本對(duì)輻射束透明的聚酰亞胺形成。該聚酰亞胺優(yōu)選為是UV可固化的。四現(xiàn)在將參考附圖來(lái)更加具體地解釋本發(fā)明，其中圖1A和1B表示一常規(guī)遠(yuǎn)場(chǎng)光記錄物鏡和分別不帶有和帶有覆蓋層的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)盤(pán)，圖2A和2B表示一近場(chǎng)光記錄物鏡和分別不帶有和帶有覆蓋層的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)盤(pán)，圖3A和3B分別表示了近場(chǎng)透鏡設(shè)計(jì)的兩個(gè)基本實(shí)例具有半球SIL的透鏡，其N(xiāo)A＝nSILNA0；具有超半球SIL的透鏡，其N(xiāo)A＝nSIL2NA0，圖4表示其偏振狀態(tài)平行和垂直于輻射束的偏振狀態(tài)的反射光的總量、以及它們的和值的測(cè)量值。圖5表示了覆蓋層的厚度變化可能大于或小于焦深，圖6表示旋涂層、UV固化硅樹(shù)脂硬涂層的一個(gè)例子，圖7表示一個(gè)雙層光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)，其數(shù)據(jù)層L0和L1被厚度為h的一個(gè)間隔物層分隔。在圖7A中，激光聚焦在頂層L0上，在圖7B中，它聚焦在底部層L1上。圖8表示了藍(lán)光遠(yuǎn)場(chǎng)光學(xué)存儲(chǔ)器的球面像差(光程差)比數(shù)值孔徑的比例。圖9表示間隔物層的厚度可能大于或小于四分之一波長(zhǎng)，圖10表示在非聚焦層上的光斑覆蓋了許多數(shù)據(jù)的游程長(zhǎng)度，圖11和11B表示了在多層光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)中的數(shù)據(jù)層由一個(gè)厚度為h的間隔物層分隔。圖12表示了λ＝0.405μm、NA＝0.85且n＝1.62的遠(yuǎn)場(chǎng)情形的間隔物層厚度h在0.5和6μm之間的CCT信號(hào)，圖13表示了λ＝0.405μm、NA＝1.5且n＝1.62的近場(chǎng)情形的間隔物層厚度h在0和3μm之間的CCT信號(hào)。從DVDICCT的標(biāo)度得到最小厚度是hmin＝1.63。圖14表示了λ＝0.405μm、NA在0.5之間的近場(chǎng)情形的、對(duì)于最小間隔物層厚度hmin在0至20μm之間(從DVDICC的標(biāo)度得到)的、以間隔物層折射率n為標(biāo)度的球形像差的參數(shù)空間，圖15表示了具有BismuthGernmnate(BGO)固體浸沒(méi)透鏡(SIL)的近場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)的球面像差。對(duì)覆蓋層的折射率的三個(gè)值給出了球面像差。覆蓋層的折射率的最高值獲得了其最低值，圖16表示了不同折射率的SIL的具有BismuthGernmnate(BGO)固體浸沒(méi)透鏡(SIL)的近場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)的球面像差。如果覆蓋層具有。小最的折射率差，則球面像差最小，圖17A和17B分別表示了當(dāng)?shù)谝淮鎯?chǔ)層在焦點(diǎn)上(圖17A)并通過(guò)整體移動(dòng)物鏡來(lái)保持空氣隙為常值時(shí)、以及當(dāng)?shù)谒拇鎯?chǔ)層在焦點(diǎn)上(圖17B)時(shí)，在多層光學(xué)存儲(chǔ)器的情況中的雙致動(dòng)器的基本操作，圖18表示一種雙層透鏡的設(shè)計(jì)，其包括一個(gè)第一透鏡(頂部)和一個(gè)SIL。該SIL被做成圓錐形以慮及2毫弧度或0.12°的盤(pán)傾斜。第一透鏡的位置可以相對(duì)于SIL而改變，圖19表示圖18的雙層透鏡設(shè)計(jì)的焦點(diǎn)在L0上的光盤(pán)的細(xì)部圖，圖20表示近場(chǎng)雙透鏡致動(dòng)器的一個(gè)可能實(shí)施例的剖面圖。它基于DVR的HNA(高NA)設(shè)計(jì)，參見(jiàn)參考文獻(xiàn)[11]，圖21表示了通過(guò)相對(duì)于SIL移動(dòng)透鏡而得到的散焦。圖22表示了也可通過(guò)相對(duì)于物鏡移動(dòng)激光準(zhǔn)直器來(lái)獲得散焦。圖23表示基于濕電(EW)或液晶(LC)材料的可開(kāi)合光學(xué)元件可用來(lái)調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)的焦距。也可以以此方式同時(shí)補(bǔ)償定量的球面像差，以及圖24表示基于濕電(EW)或液晶(LC)材料的可開(kāi)合光學(xué)元件可用來(lái)調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)的焦距。此處，它被置于第一透鏡和SIL之間。也可以以此方式同時(shí)補(bǔ)償定量的球面像差。五具體實(shí)施例方式多層光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可具有比單層技術(shù)更高的數(shù)據(jù)容量。-數(shù)據(jù)層越多表示需要越多的間隔物層-間隔物層應(yīng)當(dāng)是可旋涂的，這表示它應(yīng)是一聚合物-高數(shù)值孔徑NA需要高折射率n-高n表示高吸收k-高k要求小的數(shù)據(jù)層間隔h-串?dāng)_要求極平的間隔物層-小數(shù)據(jù)層間隔允許多數(shù)據(jù)層介質(zhì)，因?yàn)榍蛎嫦癫詈凸鈱W(xué)吸收都保持在小限度內(nèi)。如此，該理論便臻于圓滿(mǎn)。近場(chǎng)光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的間隔物層厚度尺度如果覆蓋層的厚度遠(yuǎn)小于焦深Δf≈nλ/(2NA2)，且間隔物層厚度變化遠(yuǎn)小于Δhj＝λ/(4nj)(注意Δhj≈Δf)，則間隙誤差信號(hào)可被用來(lái)控制間隙和聚焦，因此不再需要S曲線(xiàn)形聚焦誤差信號(hào)，并由此它們不必被分開(kāi)。如果需要，例如可以從RF調(diào)制信號(hào)中導(dǎo)出聚焦和球面像差偏移信號(hào)。事實(shí)上，如果間隔物層厚度變化遠(yuǎn)小于Δhj＝λ/(4nj)，即遠(yuǎn)小于在間隔物層介質(zhì)中的波長(zhǎng)的1/4，則在RF信號(hào)上沒(méi)有層間干涉調(diào)制，參見(jiàn)圖9。如果厚度變化足夠地小，Δh＜＜λ/(4n)，則進(jìn)入一種對(duì)于光學(xué)記錄極為有用的參量體系?？紤]到相干串?dāng)_，需要注意的是，如果間隔物層厚度變化Δhj足夠地小，則它對(duì)于取得相干最小值的間隔物層厚度hj的選擇是有利的。對(duì)于小數(shù)值孔徑的較簡(jiǎn)單情況，其中所有光都幾乎以垂直角度傳播到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層，這將得到間隔物層的厚度是光在間隔物層材料中的波長(zhǎng)的四分之一的奇整數(shù)倍ihj＝iλ/(4nj)。對(duì)于折射率n＝1.70和波長(zhǎng)λvac＝405nm，這將得到厚度為ihj≈60inm，例如對(duì)于l＝23則h＝1.37μm。在高數(shù)值孔徑的情況下，如在本文中所考察的，結(jié)合厚度是四分之一波長(zhǎng)的較大倍數(shù)的間隔物層(例如i＝23)，存在大量的同心干涉條紋。來(lái)自在相長(zhǎng)和相消干涉之間交替的這些條紋的在檢測(cè)器上的光的積分強(qiáng)度趨向于均勻化，這表示對(duì)于高數(shù)值孔徑相干串?dāng)_調(diào)制深度η將大大地減小。事實(shí)上，如果Rm，eff是第m層的有效反射率，且檢測(cè)器收集了所有的光，則調(diào)制深度大致可由下式給出η=2πλh[n-n2-NA2]R1,effR0,eff]]>對(duì)于大的數(shù)值孔徑，間隔物層的確切厚度將僅具有一個(gè)小的結(jié)果。這使得由非聚焦層上的通道碼引起的非相干噪聲成為最重要的影響因素。由非相干串?dāng)_造成的噪聲可通過(guò)確定相鄰層上的非聚焦光斑中的游程長(zhǎng)度的數(shù)目來(lái)估計(jì)。在圖10中估計(jì)了當(dāng)焦點(diǎn)在L1上時(shí)L0上的光斑尺寸。L0上的光斑尺寸A是進(jìn)入到間隔物層中的數(shù)值孔徑NAint的函數(shù)，或是內(nèi)邊緣光線(xiàn)的角度θ的函數(shù)。A＝π(htanθ)2如果通道位長(zhǎng)度為T(mén)，<T>即為平均游程長(zhǎng)度。非聚焦光斑照射的游程長(zhǎng)度的數(shù)目N<T>為N⟨T⟩=A⟨T⟩2=πh2NA2(n2-NA2)⟨T⟩2]]>其中我們忽略了盤(pán)中的軌道結(jié)構(gòu)。應(yīng)當(dāng)注意，軌距幾乎等于平均游程長(zhǎng)度(對(duì)于DVD為740nm，倍數(shù)為1.156；對(duì)于BD為320nm，倍數(shù)為1.290)。還應(yīng)當(dāng)注意的是，軌道之間的區(qū)域具有恒定的反射率。總非相干噪聲取決于層L0和L1的有效反射率的比率、數(shù)據(jù)標(biāo)記的調(diào)制深度以及1/N<T>的平方根。如果N<T>，min是得到足夠低的非相干串?dāng)_的游程長(zhǎng)度的最小數(shù)目，則間隔物層的最小厚度由下式給出hmin=⟨T⟩NAN⟨T⟩,min(n2-NA2)/π]]>在表I中，對(duì)于選擇的間隔物層的折射率、數(shù)值孔徑和按BD設(shè)定的游程長(zhǎng)度的一些值給出了間隔物層厚度的縮放比例。顯然，在DVD和BD的情況下，用已知的間隔物層厚度h來(lái)計(jì)算N<T>，min的合適值。計(jì)算的數(shù)值用粗體表示，而假設(shè)的值用正常字體表示。最后一列中的粗體給出了五組不同近場(chǎng)系統(tǒng)參數(shù)的間隔物層的最小要求厚度。顯然，通常hmin＜2μm。除了最底下的一行，所有給出的例子都是針對(duì)405nm的藍(lán)光波長(zhǎng)的。最后一行給出的是紫外的例子。該例子顯示了，即使在極端情況下的間隔物層最小厚度也不會(huì)大大低于1微米。一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例，考慮了吸收下面我們來(lái)計(jì)算邊緣光線(xiàn)的光學(xué)吸收，邊緣光線(xiàn)一方面具有間隔物層材料中的最長(zhǎng)的光程長(zhǎng)度D＝2h/cosθ，另一方面它也是最重要的，因?yàn)樗_定了光學(xué)分辨率。如果f＝I/I0是相對(duì)強(qiáng)度或傳輸比，則我們得到f=II0=e-D/labs]]>其中l(wèi)abs＝λvac/(4πk)材料的吸收長(zhǎng)度，我們得到-lnf=Dlabs=8πkhλvaccosθ]]>折射率的虛部滿(mǎn)足k=-lnfcosθ8πhλvac=-lnf8πnhλvacn2-NA2]]>為了設(shè)計(jì)該系統(tǒng)，通過(guò)選擇內(nèi)邊緣光線(xiàn)的角度θ來(lái)確定內(nèi)部數(shù)值孔徑NAint，參見(jiàn)圖10。接著，通過(guò)各層的折射率n來(lái)確定(外部)NA。通過(guò)選擇邊緣光線(xiàn)的最小可行總傳輸比f(wàn)，可以計(jì)算各間隔物層的最佳(總)厚度hopt。該最佳值是衰減k和非相干串?dāng)_的平衡。以下的例子是可行的1)選擇θ＝70°、n＝1.70、f＝80％，并且波長(zhǎng)λvac＝405nm，則可得到下面的間隔物層設(shè)計(jì)規(guī)則2)取內(nèi)邊緣光線(xiàn)的角度θ＝70°NAint＝sinθ＝0.94，NA＝nsinθ＝1.60，3)用數(shù)值孔徑度量藍(lán)光光盤(pán)的平均游程長(zhǎng)度的尺寸，得到<T>＝210.8/NA。這樣，結(jié)合DVD的非聚焦層中的游程長(zhǎng)度平均數(shù)目N<T>＝2543，得到最佳厚度hopt＝6.0×10-6√(n2-NA2)/NA2＝1.37μm4)邊緣光線(xiàn)的總傳輸率f＝80％，在最佳厚度處取得的是(在最大NA時(shí)的雙程傳輸)k80％＝6.0×10-4NA2/n＝9.0×10-4應(yīng)當(dāng)注意，例如如果f＝90％，則k90％＝0.47k80％。對(duì)該實(shí)例的結(jié)果進(jìn)行總結(jié)，我們發(fā)現(xiàn)間隔物層的最佳厚度hopt＝1.37μm。間隔物層應(yīng)當(dāng)由實(shí)際上能以該厚度濺射到盤(pán)上的材料來(lái)制得。聚合物的旋涂能供工藝要求的速度和精確度，同時(shí)具有高的平度(Δh＜20nm)以及在基板上可以達(dá)到的足夠低的應(yīng)力(高的應(yīng)力會(huì)使盤(pán)彎曲，導(dǎo)致其表面難以滿(mǎn)足光學(xué)物鏡所要求的極小的間距)。該材料應(yīng)當(dāng)具有折射率n＝1.70和吸收率k＝9.0×10-4。參見(jiàn)參考文獻(xiàn)[16]，存在其規(guī)格在該參數(shù)范圍內(nèi)的聚合物材料。如果所選擇的材料的實(shí)際吸收將比該值更低，一定存在具有更高折射率的材料(可以是所選聚合物的改性材料)，由此它能夠支持更高的數(shù)值孔徑，并具有恰好符合上述條件的更高的吸收因子。在基于上面例子中給出的參考的多層系統(tǒng)中，例如具有4個(gè)層和1個(gè)覆蓋層，其總厚度會(huì)在7μm，吸收k＝1.8×10-4。當(dāng)?shù)讓釉诮裹c(diǎn)中時(shí)，覆蓋層上的光斑的最大直徑是39μm。4層系統(tǒng)的例子圖11A和圖11B描繪了一個(gè)多層光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)。在該例子中，四個(gè)層L0、L1、L2和L3分別由厚度為h1、h2和h3的間隔物層分隔。覆蓋層具有厚度h0。在圖11A中，激光聚焦在頂層上，在圖11B中，它聚焦在底層上。應(yīng)當(dāng)注意，存儲(chǔ)層之間的分隔距離設(shè)為不相等(在該例中h1≠h2≠h3＝h1)，這防止了在讀取一層時(shí)在另一存儲(chǔ)層上的間接聚焦，例如，如果設(shè)為h1＝h2＝h3，則在讀取L3時(shí)，來(lái)自L(fǎng)2的反射光會(huì)在L1上形成一個(gè)虛焦點(diǎn)，這會(huì)導(dǎo)致額外的非相干串?dāng)_。這是因?yàn)樵谔搶由系臄?shù)據(jù)在大的光斑上不平均。這樣，圖11A和11B中顯示了用于記錄和/或讀取的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，其使用了波長(zhǎng)λ＝405nm的輻射束(即激光束)。該激光束聚焦在光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層上。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括-具有4(m＝4)個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層和1個(gè)覆蓋層的介質(zhì)，該覆蓋層對(duì)聚焦激光束是透明的。所述覆蓋層具有厚度h0＝3.0μm、折射率n0＝1.6。各數(shù)據(jù)層由3(m-1)個(gè)間隔物層分隔，其分別具有厚度h1＝2.0μm、h2＝4.0μm和h3＝2.0μm，折射率nj＝1.60且kj＝1.4×10-4(相當(dāng)于f＝0.80)，其中j＝1、2或3；-一個(gè)光頭，其物鏡具有數(shù)值孔徑NA＝1.44，所述物鏡包括一個(gè)固體浸沒(méi)透鏡(SIL)，其被用于在自由工作距離小于λ/10＝40.5nm的情況下從所述介質(zhì)的最外表面記錄/讀取，且該SIL被裝配在所述光學(xué)數(shù)據(jù)記錄介質(zhì)的覆蓋層側(cè)上。在讀取/記錄期間，通過(guò)耦合到光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)內(nèi)的倏逝波，聚焦激光束從該固體浸沒(méi)透鏡被耦合。hj中的任一個(gè)都大于hj,min=bλnj2-NA2NA2]]>且NA＜nj＝1.62，且NA＜n0和b＞10，且所有hj和小于hmax=-λlnf8πnkn2-NA2]]>且f＝0.80其中n和k是用每一間隔物層的厚度加權(quán)的所有間隔物層折射率的平均實(shí)部和虛部n=Σjm-1njhjΣjm-1hj]]>且k=Σjm-1kjhjΣjm-1hj]]>其中kj是間隔物層折射率nj的虛部，以及f是聚焦輻射束的邊緣光線(xiàn)的所要求的雙程傳輸。另一個(gè)NA是1.52的一組可能的參數(shù)是h0＝3.0μm且h1＝1.3μm、h2＝2.6μm及h3＝1.3μm，以及折射率nj＝1.60和kj＝1.3×10-4(相當(dāng)于f＝0.80)，其中j＝1、2或3。在整個(gè)介質(zhì)上的任一間隔物層的厚度變化Δh滿(mǎn)足下列條件Δh≤λ8n(1+cosθm)]]>且cosθm=1-(NA/n)2.]]>多層近場(chǎng)光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層是可能的，因?yàn)榭梢允褂帽〉母采w層和間隔物層。下面給出了可行的逐級(jí)推導(dǎo)-因?yàn)楦采w層和間隔物層很薄，所以可以將它們做得很平。-因?yàn)殚g隔物層非常平，所以可以將各存儲(chǔ)層靠得很近而不會(huì)有相干串據(jù)帶來(lái)的負(fù)面效應(yīng)(即間隔物層可以是薄的)。-因?yàn)殚g隔物層是薄的，所以層與層之間的球面像差是小的。-因?yàn)楦鲗邮潜〉模运鼈儗?duì)于一個(gè)給定的最大衰減可以具有更高的光學(xué)吸收系數(shù)k，從而便允許了更高的折射率n(根據(jù)(基本)克拉茂-克朗尼希定律，它和折射率n的實(shí)部和虛部具有因果關(guān)系)。-因?yàn)檎凵渎瘦^高，所以層的厚度甚至可以更小！-因?yàn)檎凵渎瘦^高，所以NA較高，因此數(shù)據(jù)容量成平方地增加。雙層近場(chǎng)記錄(非)相干串?dāng)_、光吸收和球面像差受限于間隔物層的厚度考慮波長(zhǎng)λ、數(shù)值孔徑NA、間隔物層厚度h以及間隔物層折射率n的雙層系統(tǒng)。假設(shè)兩個(gè)層的反射在幅度和相位上都相同。光瞳中的干涉條紋在遠(yuǎn)離光瞳中心處的條紋和在光瞳邊緣處的條紋之間取得了平均。在物鏡的合成孔徑上的條紋平均化導(dǎo)致了中央孔徑信號(hào)的一項(xiàng)，該中央孔徑信號(hào)由信號(hào)強(qiáng)度歸一化，引起相干串?dāng)_(CCT)CCT=2sinc[2πnh(1-cosθm)λ]cos[2πnh(1+cosθm)λ]]]>cosθm=1-(NA/n)2]]>其中θm是間隔物層中的邊緣光線(xiàn)的極角，且其中sinc(x)＝sin(x)/x。cos項(xiàng)的周期是λ/n(1+cosθm)，如果NA足夠地小，則由于光程差為2h，它約為λ/2n。sinc項(xiàng)中的出現(xiàn)的周期性與中央和外部條紋之間的相位差有關(guān)，并具有周期λ/n(1-cosθm)，其于間隔物層中的焦深有關(guān)，即軸向強(qiáng)度分布是I(z)=Imaxsinc2[πnz(1-cosθm)λ].]]>其在z＝λ/n(1-cosθm)處取得第一個(gè)零。對(duì)于足夠小的NA，我們發(fā)現(xiàn)焦深λ/n(1-cosθm)約為2nλ/NA2。圖12中顯示了遠(yuǎn)場(chǎng)情況下λ＝0.405μm、NA＝0.85、n＝1.62的CCT信號(hào)的圖示。在該情況下，cos因子比sinc因子振蕩地更快。CCT信號(hào)關(guān)于間隔物層厚度的依賴(lài)性因此在sinc函數(shù)的零點(diǎn)被最小化?？梢园l(fā)現(xiàn)光程差2h是否是焦深λ/n(1-cosθm)的整數(shù)i倍。對(duì)于近場(chǎng)情況，若像圖13曲線(xiàn)那樣給出對(duì)于λ＝0.405μm、NA＝1.5、n＝1.62的圖示，則cos因子的周期與sinc因子的周期相當(dāng)。顯然，之前的方案(2h＝iλ/n(1-cosθm))不再起作用了。一個(gè)不同的方案并不如此直接。例如，如果選擇間隔物層h以使CCT信號(hào)最小或最大，則h的決定性被最小化。對(duì)平度要求例如是，相比于兩個(gè)周期中的最小一個(gè)λ/n(1+cosθm)，變化Δh必須足夠的小，假定Δh≤λ8n(1+cos(θm))[<<λ4n]]]>其計(jì)算h的Δh≤23nm。按雙層DVD設(shè)計(jì)，考慮在非聚焦層中的隨機(jī)數(shù)據(jù)造成的噪聲(非相干串?dāng)_，ICCT)，最小間隔物層厚度為hj,min=bλnj2-NA2NA2]]>且NA＜nj、NA＜n0以及b＞10，優(yōu)選為b＞15。第一實(shí)際最大間隔物層厚度可由間隔物層的吸收決定(其它因素有絕對(duì)厚度均勻性，層越厚越好)。對(duì)于邊緣光線(xiàn)的總透射率，假定f＝80％，我們得到(在θm處的雙程)hmax=-λlnf8πnkn2-NA2]]>其中n和k是用每一間隔物層的厚度加權(quán)的所有間隔物層折射率的平均實(shí)部和虛部n=Σjm-1njhjΣjm-1hj]]>且k=Σjm-1kjhjΣjm-1hj]]>其中kj是間隔物層折射率nj的虛部，以及f是聚焦輻射束的邊緣光線(xiàn)的所要求的雙程傳輸。k與消光系數(shù)的關(guān)系是α=8πkln10λ]]>非常需要注意的是，具有高折射率n的材料也具有高的k。由上式，滿(mǎn)足k≤6×10-4NA2/n＝8.3×10-4。當(dāng)我們要求n＞1.7時(shí)，這就排除了大多數(shù)的有機(jī)材料(即可旋涂的聚合物)。另一個(gè)實(shí)際的最大間隔物層厚度由激光焦點(diǎn)從一個(gè)數(shù)據(jù)層移動(dòng)到另一個(gè)數(shù)據(jù)層時(shí)由間隔物層引入的球面像差量來(lái)決定。從該實(shí)際考慮的角度，在光程中使用一個(gè)額外的可變光學(xué)元件，只能夠矯正約250毫波(milliwaves)RMS(均方根)的一定量的球面像差。每個(gè)層上的剩余球面像差應(yīng)該約小于±30毫波RMS，以保證足夠低的總光程的總像差。對(duì)于從折射率為n1(SIL)的介質(zhì)向折射率為n2的層聚焦的透鏡和數(shù)值孔徑為NA的光束，每厚度h的RMS波前球面像差由下式給出。WRMSh=⟨fj2⟩-⟨fj⟩2-[⟨fsfj⟩-⟨fs⟩⟨fj⟩]2⟨fs2⟩-⟨fs⟩2]]>其中的變量(表示在透鏡鏡瞳上的平均像差)由下式給出⟨fs⟩=23NA2[ns3-(ns2-NA2)3/2],]]>⟨fj⟩=23NA2[nj3-(nj2-NA2)3/2],]]>⟨fs2⟩=ns2-12NA2,]]>⟨fj2⟩=nj2-12NA2]]>⟨fsfj⟩=14NA2nsnj3+njns3-(ns2+nj2-2NA2)ns2-NA2nj2-NA2-(ns2-nj2)2log[ns2-NA2-nj2-NA2ns-nj]]]>這些方程可以用間隔物層的折射率來(lái)表達(dá)，例如引入?yún)?shù)m’＝ns/nj和s’＝NA/nj。在圖14中，對(duì)于DVD非相干串?dāng)_得到的厚度hmin，給出了某些m’值的球面像差。頂部的水平線(xiàn)給出了從DVD非相干串?dāng)_得到的nspacerhmin＝njhmin，該非相干串?dāng)_是s’＝NA/nj的簡(jiǎn)單函數(shù)，即底部水平軸。60mλRMS的球面像差值對(duì)于雙層系統(tǒng)恰好是允許的。類(lèi)同的，15mλRMS的球面像差值對(duì)于4層系統(tǒng)恰好是允許的。在兩種情況下可以獲得每層最大±30mλRMS的球面像差。如圖14所示，小比率的mj是優(yōu)選的m’＜1.2，或更優(yōu)選為m’＜1.02。表II給出了某些NA值以及間隔物層和SIL的折射率n2和ns的RMS球面像差。一個(gè)典型的間隔物層可以具有1.4微米的厚度和nj＝1.7的折射率。如果SIL的折射率ns＝1.9，表格顯示了球面像差是A40＝WRMS/λ＝36.95×1.4/2＝±26毫波。應(yīng)當(dāng)注意，這意味著在給出的例子中不要求額外的球面像差補(bǔ)償裝置。近場(chǎng)光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的球面像差下面將說(shuō)明的是，由于覆蓋層和間隔物層，多層近場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)的球面像差可以被保持在一個(gè)可接受的范圍內(nèi)(參見(jiàn)參考文獻(xiàn)[14])。71mλOPDRMS的總像差被認(rèn)為是衍射極限。球面像差顯然應(yīng)當(dāng)小于該數(shù)值。在BD系統(tǒng)中，總球面像差是250mλOPDRMS，并且需要例如液晶元件來(lái)進(jìn)行主動(dòng)補(bǔ)償。近場(chǎng)系統(tǒng)中補(bǔ)償250mλOPDRMS的球面像差看起來(lái)是合理的，我們將以此作為一個(gè)拐點(diǎn)。在圖15中，具有BismuthGernmnate(BGO)固體浸沒(méi)透鏡(SIL)的近場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)的藍(lán)光波長(zhǎng)(405nm)下的球面像差。對(duì)覆蓋層的折射率的三個(gè)值給出了球面像差。顯示出覆蓋層的折射率的最高值獲得了球面像差的最低值。對(duì)于折射率n＝1.7和數(shù)值孔徑NA＝1.6，我們得到60mλ/μmOPDRMS的球面像差。這把多層疊層(覆蓋層加間隔物層)的厚度限制在約250/60≈4.2μm。在圖16中顯示了具有固體浸沒(méi)透鏡的藍(lán)光波長(zhǎng)(405nm)下的球面像差，該固體浸沒(méi)透鏡由折射率為n＝2.007的SF66和折射率n＝1.9的玻璃制成。給出了兩個(gè)覆蓋層的折射率值的球面像差。對(duì)于覆蓋層的折射率n＝1.7，這把多層疊層厚度限制為250/36≈7.0μm。對(duì)于制作具有1.37μm的間隔物層和1.5μm的覆蓋層的4層盤(pán)，這足夠了。從圖15和16得到的結(jié)果表明，由覆蓋層的最高折射率獲得最低值。注意，如果遠(yuǎn)場(chǎng)(FF)值是已知的，近場(chǎng)(NF)盤(pán)的球面像差的大小不是直觀的，參見(jiàn)圖8，其中我們發(fā)現(xiàn)Blu-ray盤(pán)的值為10mλ/μmOPDRMS，對(duì)于雙層Blu-ray盤(pán)，把它乘以間隔物層厚度25μm得到25μm×10mλ/μm＝250mλ。圖15和16中的數(shù)據(jù)是利用了參考文獻(xiàn)[14]中的理論結(jié)果計(jì)算所得，其顯示了應(yīng)當(dāng)建議比圖8中推斷的數(shù)據(jù)更低的球面像差值(像差似乎是在超過(guò)NA＝1時(shí)發(fā)生了分離)。這可以追溯到一個(gè)明顯的事實(shí)，即是角度θ而不是數(shù)值孔徑NA＝nsinθ決定了像差(同樣參見(jiàn)在圖3中關(guān)于數(shù)值孔徑做的標(biāo)記)。圖15和16中顯示的數(shù)據(jù)也表示了在SIL和覆蓋層之間折射率差必須被做得小，以便得琶小的球面像差，且低于30mλ/μmOPDRMS的值應(yīng)當(dāng)是可能的。在圖14中可以更清楚地看出，其中對(duì)于m＝1得到A40＝0。間隔物層厚度通常將小于2μm，對(duì)于雙層近場(chǎng)盤(pán)，乘得2μm×30mλ/μm＝60mλ。在聚合物覆蓋層和間隔物層的折射率接近n＝1.7的情況下，SIL應(yīng)當(dāng)優(yōu)選為其折射率也為n＝1.7。然而，為了得到物鏡的高數(shù)值孔徑，應(yīng)當(dāng)要求SIL的折射率的更高的值。實(shí)例相比于NA＝2.0的單層的NA＝1.6的雙層近場(chǎng)系統(tǒng)NA≈1.6的雙層的關(guān)鍵問(wèn)題-覆蓋層和間隔物層的臨界厚度變化-光路和物鏡的復(fù)雜性(聚焦跳轉(zhuǎn)、球面像差)-高折射率(n＞1.7)可旋涂聚合物的可行性上面的第一個(gè)問(wèn)題已經(jīng)在本發(fā)明之前的公開(kāi)中被解決了，另外兩個(gè)問(wèn)題將在下文中討論?？煽吹?，這些問(wèn)題中的任一個(gè)都不是根本問(wèn)題。NA≈1.6的雙層的優(yōu)勢(shì)相比于NA＝2.0的單層系統(tǒng)，NA＝1.6的雙層系統(tǒng)可以擁有多28％的容量。NA≈1.6的聚合物間隔物層相比于NA≈2.0的濺射間隔物層+具有幾μm厚度的層用聚合物沒(méi)有問(wèn)題+厚的聚合物間隔物層幾乎不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力(更小的盤(pán)彎曲)+旋涂比濺射快得多NA≈1.6的聚合物覆蓋層相比于NA≈2.0的濺射覆蓋層+聚合物具有更低的熱導(dǎo)率，這表示在相變盤(pán)上的表面溫度更低+具有幾μm厚度的層用聚合物沒(méi)有問(wèn)題+厚的聚合物覆蓋層幾乎不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力(更小的盤(pán)翹曲)+旋涂比濺射快得多+降低了對(duì)小刮擦的敏感性NA≈1.6的凹坑和溝槽尺寸相比于NA≈2.0的+更容易和快速的母盤(pán)制作+更容易的復(fù)制+更大的失軌(de-tracking)容限，用于伺服的1.25×的更小DC增益+相比于相變微晶更大的相變效應(yīng)+對(duì)于TE(TM)極化點(diǎn)更有效的衍射N(xiāo)A≈1.6的物鏡相比于NA≈2.0透鏡的好處+對(duì)于相同的NF耦合效率允許更大的空間間隙(40nm比25nm)+更大的剩余空氣隙誤差+更寬的透鏡制造容限+對(duì)于NA≈1.6更大的光斑比NA≈2.0更大的讀取功率(更好的SNR)+1.25×更小的MTF截止頻率更小的整合介質(zhì)噪聲，更好的SNR靜態(tài)聚焦控制當(dāng)給定覆蓋層與m個(gè)間隔物層的總厚度h具有足夠小的厚度變化Δh＝Δh1+Δh1+...+Δhm，假定其總體厚度變化不到20-50nm，我們提出一種靜態(tài)焦距矯正來(lái)補(bǔ)償覆蓋層和間隔物層的組合厚度變化，以作為對(duì)動(dòng)態(tài)空氣隙矯正的補(bǔ)充。其目的是使數(shù)據(jù)(存儲(chǔ))層在焦點(diǎn)上，且同時(shí)SIL和覆蓋層之間的空氣隙保持常數(shù)，以便保證合適的倏逝耦合。光學(xué)物鏡的位置應(yīng)當(dāng)按照某種間隙誤差信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)，以將間隙保持在5nm之內(nèi)的常值。覆蓋層和間隔物層的組合厚度變化即顯著小于焦距，又顯著小于間隔物層中的四分之一波長(zhǎng)，這樣就消除了對(duì)物鏡的動(dòng)態(tài)焦點(diǎn)控制的需要，否則它將作為間隙伺服的補(bǔ)充，參見(jiàn)本發(fā)明人同時(shí)申請(qǐng)的文獻(xiàn)號(hào)為PHNL040460的歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)。只有用來(lái)補(bǔ)償盤(pán)與盤(pán)之間的差別的靜態(tài)焦點(diǎn)控制和球面像差校正是需要的。這可以通過(guò)優(yōu)化一個(gè)已知信號(hào)的調(diào)制深度來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如從一個(gè)導(dǎo)入軌道。例如，物鏡可以包括兩個(gè)軸向配置的光學(xué)元件，用來(lái)調(diào)整成對(duì)焦距而無(wú)需顯著地改變空氣隙。于是可通過(guò)整體移動(dòng)物鏡來(lái)調(diào)整空氣隙，參見(jiàn)圖17A和17B?？諝庀侗槐３趾愣?控制SIL來(lái)跟隨盤(pán)的表面)，由此配置透鏡來(lái)得到在第四存儲(chǔ)層上的焦點(diǎn)?？傮w來(lái)說(shuō)，將保持一定量的球面像差。在一些情況中，透鏡系統(tǒng)的最佳設(shè)計(jì)、覆蓋層和間隔物層的組合將滿(mǎn)足系統(tǒng)的要求，在另一些情況中，將必須采用主動(dòng)的球面像差調(diào)整和其它的措施。注意，本發(fā)明人同時(shí)申請(qǐng)的文獻(xiàn)號(hào)為PHNL040460和PHNL040461的歐洲專(zhuān)利申請(qǐng)不僅應(yīng)用于單層光學(xué)系統(tǒng)，也同樣應(yīng)用于多層光學(xué)系統(tǒng)。聚合物的高折射率一個(gè)例子是n＞1.7存在有高折射率的聚合物，其折射率高達(dá)n＝1.9，例如BrewerScience公司制造的材料。我們應(yīng)用的最有趣的化合物來(lái)自所謂的聚酰亞胺。光在405nm波長(zhǎng)的光學(xué)吸收是高的，但是在本發(fā)明的公開(kāi)中所指出的厚度體制內(nèi)，它對(duì)于某些材料足夠低而能夠應(yīng)用。該材料應(yīng)當(dāng)具有n＝1.70的折射率和k＝9.0×10-4的吸收。存在有規(guī)格在該參數(shù)范圍內(nèi)的材料，參見(jiàn)參考文獻(xiàn)[16]。為了在吸收量k(折射率的虛部)和α(消光系數(shù))之間轉(zhuǎn)換，可以使用下面的方程α＝4πkln10/λ≈0.289k/λ(cm-1)，λ的單位為米。雙層NF物鏡光學(xué)設(shè)計(jì)例NA＝1.5為可行化起見(jiàn)，在此使用本申請(qǐng)人做的設(shè)計(jì)作為例子，參見(jiàn)圖19和20。為該設(shè)計(jì)所假定的參數(shù)-用于405nm波長(zhǎng)的玻璃模制透鏡-NA＝1.5-覆蓋層厚度3μm(n＝1.62)-間隔物層厚度3μm(n＝1.62)-從數(shù)據(jù)層L0至L1的焦點(diǎn)跳轉(zhuǎn)時(shí)的恒定空氣隙焦點(diǎn)跳轉(zhuǎn)要求-準(zhǔn)直透鏡位置的改變，-第一透鏡和SIL之間的距離改變，聚焦在L0上NA＝1.50，OPD＝0mλRMS，共軛距＝無(wú)限大聚焦在L1上NA＝1.53，OPD＝14mλRMS，共軛距＝-78mm。15mλOPDRMS的公差區(qū)域Δφ＝0.22°，SIL離軸Δr＝7μm，SIL厚度Δt＝12μm，非球面離軸Δr＝1.0μm。BGOSIL的厚度公差很大，非球面軸偏的容限嚴(yán)格，但可行。該例子表明了雙層近場(chǎng)是可行的。透鏡、矯正器和光路的典型例子(同樣參見(jiàn)PHNL040460)已經(jīng)設(shè)計(jì)了雙透鏡致動(dòng)器，參見(jiàn)圖20和參考文獻(xiàn)[11]，其具有一個(gè)洛侖茲電機(jī)來(lái)調(diào)整記錄器物鏡內(nèi)的兩個(gè)透鏡之間的距離。該透鏡組件整體適配于致動(dòng)器內(nèi)部。雙透鏡致動(dòng)器由兩個(gè)以相反方向纏繞線(xiàn)圈和兩個(gè)徑向磁化的磁體組成。線(xiàn)圈圍繞著物鏡保持架纏繞，且該保持架由兩個(gè)片簧懸掛。流經(jīng)線(xiàn)圈的電流與兩個(gè)磁體的雜散場(chǎng)組合將產(chǎn)生一個(gè)垂直力，該力將把第一物鏡朝向或背向SIL移動(dòng)。一種近場(chǎng)設(shè)計(jì)可能看起來(lái)像圖21中繪出的那樣。圖11、17、18、20和21中顯示的實(shí)施例的替換實(shí)施例改變了系統(tǒng)的焦點(diǎn)位置，例如包括圖22的對(duì)激光準(zhǔn)直透鏡的調(diào)整，或者參見(jiàn)23和24以及參考文獻(xiàn)[7]的基于電濕或液晶材料的可開(kāi)合光學(xué)元件。當(dāng)然，這些措施也可同時(shí)被采用。參考文獻(xiàn)[1]FerryZijpandYouriiV.Martynov，″Statictesterforcharacterizationofopticalnear-fieldcouplingphenomena″，inOpticalStorageandInformationProcessing，ProceedingsofSPIE4081，pp.21-27(2000).KimihiroSaito，TsutomuIshimoto，TakaoKondo，AriyoshiNakaoki，ShinMasuhara，MotohiroFurukiandMasanobuYamamoto，″ReadoutMethodforReadOnlyMemorySignalandAirGapControlSignalinaNearFieldOpticalDiscSystem″，Jpn.J.Appl.Phys.41，pp.1898-1902(2002).MartinvanderMarkandGavinPhillips，″(Squeakyclean)Hydrophobicdiskandobjective″，(2002)；seeinternationalpatentapplicationpublicationWO2004/008444-A2(PHNL0200666).BobvanSomeren；FerryZijp；HansvanKesterenandMartinvanderMark，″Hardcoatprotectivethincoverlayerstackmediaandsystem″，seeinternationalpatentapplicationpublication2004/008441-A2(2002)(PHNL0200667).TeraStorCorporation，SanJose，California，USA，″Headincludingaheatingelementforreducingsignaldistortionindatastoragesystems″，US6.069.853(Januari8，1999).WimKoppers，PierreWoerlee，HubertMartens，RonaldvandenOetelaarandJanBakx，″Findingtheoptimalfocus-offsetforwritingduallayerDVD+R/+RWOptimisedonpre-recordeddata″，(2002)；seeinternationalpatentapplicationWO2004/086382-A1.TomD.Milster，Y.Zhang，S-KParkandJ-S.Kim，″Advancedlensdesignforbit-wisevolumetricopticaldatastorage″，technicaldigestp.270-271，ISOM2003.ImationCorporation，Oakdale，MN(USA)，″RewritableOpticalDataStorageDiskHavingEnhancedFlatness″，US6.238.763.F.Zijp，R.J.M.Vullers，H.W.vanKesteren，M.B.vanderMark，C.A.vandenHeuvel，B.vanSomeren，andC.A.Versehuren，″AZero-FieldMAMMOSrecordingsystemwithabluelaser，NA＝0.95lens，fastmagneticcoilandthincoverlayer″，OSATopicalMeetingOpticalDataStorage，Vancouver，11-14May2003.PietVromans，ODTC，Philips，seeinternationalpatentapplicationpublicationWO2004/064055-A1.Y.V.Martynov，B.H.W.Hendriks，F(xiàn).Zijp，J.Aarts，J.-P.Baartman，G.vanRosmalenJ.J.H.B.SchleipenandH.vanHouten，″HighnumericalapertureopticalrecordingActivetiltcorrectionorthincoverlayer？″，Jpn.J.Appl.Phys.Vol.38(1999)pp.1786-1792.deleted.B.J.Feenstra，S.Kuiper，S.Stallinga，B.H.W.Hendriks，R.M.Snoeren，″Variablefocuslens″，seeinternationalpatentapplicationpublicationWO2003/069380-A1.S.Stallinga，″Opticalscanningdevicewithaselectiveopticaldiaphragm″，patentUS6707779B1.SeveralopticalwavefrontaberrationcompensatorsS.Stallinga，″Opticalscanningdevice″，seeinternationalpatentapplicationpublicationWO2004/029949-A2.B.H.W.Hendriks，J.E.deVries，S.Stallinga，″Opticalscanningdevice″，seeinternationalpatentapplicationpublicationWO2003/049095-A2，A3.B.H.W.Hendriks，S.Stallinga，H.vanHouten，″Opticalscanningdevice″，patentUS6567365B1.J.J.Vrehen，J.Wals，S.Stallinga，″Opticalscanninghead″，patentUS6586717B2.K.Osato，S.Kai，Y.Takemoto，T.Nakao，K.Nakagawa，A.Kouchiyama，K.Aratani，″PhaseTransitionMasteringforBlurayROMdisc″，OSATopicalMeetingMD1，OpticalDataStorage，Vancouver，11-14May2003.TonyFlaim，YubaoWang，andRamilMercado(BrewerScienceInc.)，″HighRefractiveIndexPolymerCoatingsforOptoelectronicsApplications″，SPIEProceedingsofOpticalSystemsDesign2003.權(quán)利要求1.一種用于記錄和/或讀取的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，該光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)利用波長(zhǎng)為λ聚焦在光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層上的射束，所述系統(tǒng)包括-介質(zhì)，具有m個(gè)數(shù)據(jù)層和一對(duì)于聚焦射束透明的覆蓋層，其中m≥2，所述覆蓋層具有厚度h0和折射率n0，所述各數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層由m-1個(gè)間隔物層隔開(kāi)，間隔物層具有相應(yīng)的厚度hj和折射率nj，其中j＝1，…，m-1。-光學(xué)頭，具有數(shù)值孔徑NA的物鏡；所述物鏡包括固體浸沒(méi)透鏡，該固體浸沒(méi)透鏡適于在離所述介質(zhì)的最外表面小于λ/10的自由工作距離處記錄/讀取，并設(shè)置在所述光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)的覆蓋層側(cè)上；從該固體浸沒(méi)透鏡，該聚焦射束在記錄/讀取期間通過(guò)倏逝波耦合耦合入光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，hi中的任一個(gè)都大于hj,min=bλnj2-NA2NA2]]>且NA＜nj，NA＜n0，以及b＞10，優(yōu)選為b＞15，且所有hj的和小于hmax=-λlnf8πnkn2-NA2]]>其中n和k是用每一間隔物層的厚度加杈的所有間隔物層折射率的平均實(shí)部和虛部n=Σjm-1njhjΣjm-1hj]]>且k=Σjm-1kjhjΣjm-1hj]]>其中kj是間隔物層折射率nj的虛部，以及f是聚焦輻射束的邊緣光線(xiàn)的所要求的雙程傳輸。2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，其中m＝2相當(dāng)于具有一個(gè)間隔物層的介質(zhì)。3.如權(quán)利要求1或2所述的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，其中在整個(gè)介質(zhì)上的任一間隔物層的厚度變化Δh滿(mǎn)足下列條件Δh<λ4n.]]>4.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，在整個(gè)介質(zhì)上的任一間隔物層的厚度變化Δh滿(mǎn)足下列條件Δh≤λ8n(1+cosθm)]]>且cosθm=1-(NA/n)2.]]>5.如權(quán)利要求1、2、3或4中的任一個(gè)所述的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，其中NA大于1.5。6.如權(quán)利要求1-5中的任一個(gè)所述的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，其中hmax由下列公式代替，且固體浸沒(méi)透鏡的折射率nSIL是ns，任一間隔物層的折射率是njhmax=WRMS⟨fj2⟩-⟨fj⟩2-[⟨fsfj⟩-⟨fs⟩⟨fj⟩]2⟨fs2⟩-⟨fs⟩2]]>其中的變量具有下列含義⟨fs⟩=23NA2[ns3-(ns2-NA2)3/2],]]>⟨fj⟩=23NA2[nj3-(nj2-NA2)3/2],]]>⟨fs2⟩=ns2-12NA2,]]>⟨fj2⟩=nj2-12NA2,]]>⟨fsfj⟩=14NA2nsnj3+njns3-(ns2+nj2-2NA2)ns2-NA2nj2-NA2-(ns2-nj2)2log[ns2-NA2-nj2-NA2ns-nj]]]>且WRMS是最大均方根波前球面像差。7.如權(quán)利要求6所述的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，其中WRMS＜250mλ，優(yōu)選為＜60mλ，更優(yōu)選為＜15mλ。8.一種用于記錄和讀取的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)，在記錄和讀取時(shí)使用了波長(zhǎng)為λ且數(shù)值孔徑為NA的聚焦輻射束，該光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)至少包括-m個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層，其中m≥2，一對(duì)于聚焦輻射束透明的覆蓋層，該覆蓋層具有厚度h0和折射率n0，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層由m-1個(gè)間隔物層分隔，且它們具有相應(yīng)的厚度hj和折射率nj，其中j＝1，...，m-1，其特征在于，h1，…，hm-1中的任一個(gè)都大于hj,min=bλnj2-NA2NA2]]>且NA＜nj，NA＜n0，b＞10，優(yōu)選為b＞15，且所有hj的和小于hmax=-λlnf8πnkn2-NA2]]>其中n和k是用每一間隔物層的厚度加權(quán)的所有間隔物層折射率的平均實(shí)部和虛部n=Σjm-1njhjΣjm-1hj]]>且k=Σjm-1kjhjΣjm-1hj]]>其中kj是間隔物層折射率nj的虛部，以及f是聚焦輻射束的邊緣光線(xiàn)的所要求的雙程傳輸。9.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)，其中m＝2，相當(dāng)于具有一個(gè)間隔物層的介質(zhì)。10.如權(quán)利要求8或9所述的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)，在整個(gè)介質(zhì)上的任一間隔物層的厚度變化Δh滿(mǎn)足下列條件Δh<λ4n.]]>11.如權(quán)利要求10所述的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)，在整個(gè)介質(zhì)上的任一間隔物層的厚度變化Δh滿(mǎn)足下列條件Δh≤λ8n(1+cosθm)]]>且cosθm=1-(NA/n)2.]]>12.如權(quán)利要求8、9、10或11中的任一個(gè)所述的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)，其中n大于1.5。13.如權(quán)利要求8-12中的任一個(gè)所述的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)，其中hmax由下列公式代替，且固體浸沒(méi)透鏡的折射率nSIL是ns，任一間隔物層的折射率是njhmax=WRMS⟨fj2⟩-⟨fj⟩2-[⟨fsfj⟩-⟨fs⟩⟨fj⟩]2⟨fs2⟩-⟨fs⟩2]]>其中的變量具有下列含義⟨fs⟩=23NA2[ns3-(ns2-NA2)3/2],]]>⟨fj⟩=23NA2[nj3-(nj2-NA2)3/2],]]>⟨fs2⟩=ns2-12NA2,]]>⟨fj2⟩=nj2-12NA2,]]>⟨fsfj⟩=14NA2nsnj3+njns3-(ns2+nj2-2NA2)ns2-NA2nj2-NA2-(ns2-nj2)2log[ns2-NA2-nj2-NA2ns-nj]]]>且WRMS是最大均方根波前球面像差。14.如權(quán)利要求13所述的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)，其中WRMS＜250mλ，優(yōu)選為＜60mλ，更優(yōu)選為＜15mλ。15.如權(quán)利要求8-14中任一項(xiàng)所述的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)，其中間隔物層包括基本對(duì)輻射束透明的聚酰亞胺。16.如權(quán)利要求15所述的光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)，其中該聚酰亞胺是UV可固化的。全文摘要本發(fā)明涉及一種使用中等數(shù)值孔徑(NA)的多層近場(chǎng)光學(xué)記錄，其優(yōu)于高NA(NA＝2.0)的第一表面單層技術(shù)。極平且薄的間隔物層限制了由于各層深度的不同引起的球面像差。因?yàn)殚g隔物層的厚度允許相對(duì)高的吸收常數(shù)，這使得它們可以具有高的折射率。這在理論上使m層系統(tǒng)成為可能，例如m＝4，該系統(tǒng)具有NA＝1.6并可以包括一個(gè)平的保護(hù)覆蓋層。本發(fā)明還描述了用在這種系統(tǒng)中的介質(zhì)。文檔編號(hào)G11B7/135GK1947189SQ200580012431公開(kāi)日2007年4月11日申請(qǐng)日期2005年4月15日優(yōu)先權(quán)日2004年4月20日發(fā)明者M(jìn)·B·范德馬克,F·茲普,S·斯塔林加申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司