專利名稱：光掃描信息平面的方法、光記錄載體以及適用于該方法的掃描裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種借助于在信息平面上聚焦成掃描光點(diǎn)的掃描光束進(jìn)行光掃描信息平面的方法，所說(shuō)的掃描光點(diǎn)與信息平面載體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以使掃描光點(diǎn)對(duì)信息平面進(jìn)行掃描。本發(fā)明也涉及適用本方法的記錄載體，用來(lái)制造這種記錄載體的原版記錄載體以及光掃描裝置。
光學(xué)掃描顯微鏡可以用這種方法來(lái)觀察物體，但是，這種方法特別適用于掃描具有音頻或視頻節(jié)目或數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的光記錄載體。
記錄載體的信息平面可以是用光可讀信息記錄的平面，也可以是要寫(xiě)入信息的平面。前一種情況，掃描光束是讀取光束，后一種情況，掃描光束是由要寫(xiě)入的信息調(diào)制過(guò)的寫(xiě)入光束。記錄載體可以是園盤(pán)形記錄載體，也可以是帶狀記錄載體。
現(xiàn)在，這種記錄載體以及復(fù)合讀取裝置都已廣泛地應(yīng)用，此外，盤(pán)形記錄載體的堅(jiān)固性、大的存儲(chǔ)容量也都是致使光記錄系統(tǒng)成功的重要因素。直徑為12厘米的光盤(pán)，即眾所周知的名為“緊密光盤(pán)”或“CD”唱盤(pán)，可以包含一小時(shí)的數(shù)字音樂(lè)節(jié)目，而30厘米直徑的較大的光盤(pán)，即所謂“激光視盤(pán)”，則可以容納一小時(shí)的視頻節(jié)目。
然而，愈來(lái)愈需要在記錄載體上記錄更大量的信息。如果維持目前這種容易加工的光盤(pán)的直徑不變，這就意味著像在“CD”唱盤(pán)、激光視盤(pán)和光盤(pán)上進(jìn)行數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)的凹痕信息區(qū)或者是磁-光盤(pán)上可寫(xiě)入和可抹除的磁疇信息區(qū)就必須更小。當(dāng)前的技術(shù)具備寫(xiě)入如此之小的信息區(qū)的可能性，然而讀取如此之小的信息區(qū)則是個(gè)問(wèn)題。
目前的讀取裝置中使用數(shù)值孔徑NA大約為0.45的物鏡，而使用半導(dǎo)體二極管激光器，如輻射波長(zhǎng)大約為800nm的AlGaAs激光器作為輻射源，這種激光輻射能被物鏡聚焦成一個(gè)受限衍射輻射光點(diǎn)，其半功率寬度大約為1微米，半功率寬度的意思是輻射光點(diǎn)中心的最大強(qiáng)度一半處點(diǎn)之間的距離。用這樣的掃描光點(diǎn)可以很好地獨(dú)立讀取寬約為0.5微米，平均長(zhǎng)度約為1微米的信息區(qū)。
在讀取數(shù)據(jù)時(shí)，使用了靠近信息區(qū)的讀取光束的衍射，在所述的波長(zhǎng)值、數(shù)值孔徑和信息區(qū)的尺寸下，可以把信息結(jié)構(gòu)認(rèn)為是一個(gè)兩維衍射光柵，它把入射輻射光束分成為一個(gè)非衍射零次分光束、多個(gè)一次衍射分光束和多個(gè)高次衍射分光束。零次分光束具有恒定的相位和幅度，而且不受信息結(jié)構(gòu)相對(duì)于掃描光點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的影響。而一次衍射分光束的相位或幅度則取決于信息結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。
物鏡設(shè)置在記錄載體和光敏檢測(cè)器之間，它是用以把來(lái)自記錄載體的零次分光束和一部分一次分光束會(huì)聚在檢測(cè)器上。當(dāng)信息結(jié)構(gòu)和掃描光點(diǎn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，一次分光束的相位相對(duì)于零次分光束的相位而變化，一次分光束部分對(duì)零次分光束的干涉就使由檢測(cè)器接收到的輻射光強(qiáng)度發(fā)生變化。這個(gè)強(qiáng)度變化表示被讀取的信息，即在掃描方向上信息區(qū)的順序。
一次分光束和高次分光束被衍射的角度取決于信息結(jié)構(gòu)的軌跡周期，即第一個(gè)信息區(qū)的始端和下一個(gè)信息區(qū)始端之間的距離。在減小周期或增大空間頻率的情況下，衍射角度就變大，直到(在給定的空間頻率稱為“普通”截止頻率時(shí))一次分光束完全落到物鏡光孔外面為止，因此，當(dāng)空間頻率超過(guò)這個(gè)截止頻率時(shí)，信息區(qū)就不能再被檢測(cè)到。
為了能在所述的超過(guò)“普通”截止頻率的空間頻率下讀取信息結(jié)構(gòu)，美國(guó)專利4，242，579號(hào)建議在來(lái)自記錄載體的零次分光束中不對(duì)稱地設(shè)置一個(gè)物鏡，在該專利中稱為監(jiān)測(cè)物鏡。因?yàn)楸O(jiān)測(cè)物鏡被移到一次衍射分光束的方向上，這個(gè)分光束也在較高的空間頻率下被收集到。那么在檢測(cè)平面上該光束就與零次分光束相干涉而產(chǎn)生相干圖形。檢測(cè)器檢測(cè)這個(gè)圖形的變化，它表示被讀到的信息，而檢測(cè)器在掃描方向上的寬度小于相干圖形的周期。在美國(guó)專利4，242，579號(hào)的裝置中，光學(xué)元件的對(duì)中要求嚴(yán)格，特別是讀取反射信息結(jié)構(gòu)和這個(gè)信息結(jié)構(gòu)上有透明保護(hù)層時(shí)更是如此。實(shí)際上用這種裝置可以把截止頻率提高到普通截止頻率的1.5倍左右。
本發(fā)明的目的是提供一種在比普通截止頻率高得多的空間頻率下讀取光信息結(jié)構(gòu)的可能性，而對(duì)該讀取裝置基本上很少或者沒(méi)有什么特別要求。
按照本發(fā)明的讀取方法，其特征是把大體上受限衍射掃描光點(diǎn)和一層非線性光學(xué)材料相結(jié)合，掃描光束的輻射在這層光學(xué)材料內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)光學(xué)效應(yīng)，這種效應(yīng)可以在掃描點(diǎn)之內(nèi)進(jìn)行識(shí)別，以使有效掃描光點(diǎn)比原始掃描光點(diǎn)小得多。
受限衍射輻射光點(diǎn)的意思是該掃描光點(diǎn)的大小是在形成這個(gè)光點(diǎn)的透鏡的孔徑之下的衍射來(lái)決定的。這樣的光點(diǎn)有所謂的愛(ài)里(Airy)分布，就是說(shuō)它包括一個(gè)中心園形部分，其強(qiáng)度從中心向邊沿減小，還包括多個(gè)環(huán)繞的園環(huán)，其強(qiáng)度較小，而且，向外方向強(qiáng)度減小。本發(fā)明特別利用了這樣的事實(shí)，即只有在中心園形部分其強(qiáng)度足以產(chǎn)生有用的非線性光學(xué)效應(yīng)，而僅僅用這一部分的輻射光點(diǎn)來(lái)進(jìn)行掃描，所說(shuō)的掃描光點(diǎn)的部分被稱為有效掃描光點(diǎn)。
非線性光學(xué)材料的意思是這種材料的光學(xué)特性在入射光的作用下發(fā)生變化。所說(shuō)的變化可以是材料的傳輸系數(shù)或反射系數(shù)的變化，或是其折射率的變化，或是非線性光學(xué)材料層的形狀的變化。正如后面將要詳述的那樣，下列材料通常適用于非線性光學(xué)材料1.在熱效應(yīng)的作用下光學(xué)特性發(fā)生變化的材料，如熱敏材料2.所謂光學(xué)脫色材料，如光敏材料。
3.通稱為雙穩(wěn)定光學(xué)材料的材料。
4.具有大的三次方非線性靈敏度的材料，即大的X(3)(X(3)數(shù))。X(3)數(shù)是公知的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于非線性光學(xué)材料和它的定義，可以參考DavidJ.Williams著的書(shū)“有機(jī)和聚合材料的非線性光學(xué)大綱”，美國(guó)化學(xué)協(xié)會(huì)出版社，華盛頓，1983年(“Non-LinearOpticalProspectusofOrganicandPolymericMaterials”，AmericaChemicalSociety.Washing.DC，1983)一般的介紹非線性光學(xué)材料的參考書(shū)是H.Bloembergen著的“非線性光學(xué)”(“Non-LinearOptics”，Bejamin，NewYork，1965)。
直接的光學(xué)物體到圖象的變換，那就是按照傳統(tǒng)的詞意即“光學(xué)成像”，就此而言，調(diào)制轉(zhuǎn)換函數(shù)可以歸入光學(xué)掃描，就是說(shuō)逐點(diǎn)變換。調(diào)制成對(duì)比度轉(zhuǎn)換函數(shù)(MTF)可以定義為圖象對(duì)比度和目標(biāo)對(duì)比度之比，這個(gè)調(diào)制轉(zhuǎn)換函數(shù)隨目標(biāo)物上的空間頻率的增加而下降，在稱為普通光學(xué)截止頻率的截止頻率處，這個(gè)函數(shù)等于零。按照普通的方法，掃描光學(xué)信息結(jié)構(gòu)是通過(guò)光學(xué)特性不變的線性介質(zhì)來(lái)進(jìn)行的，如果檢測(cè)孔徑大于或等于入射到信息結(jié)構(gòu)上的光束孔徑，那么調(diào)制轉(zhuǎn)換函數(shù)完全由掃描光束的數(shù)值孔徑和掃描光束的波長(zhǎng)來(lái)決定，這個(gè)掃描光束的數(shù)值孔徑等于把掃描光束聚焦成掃描光點(diǎn)的物鏡的數(shù)值孔徑，該孔徑可以等于在記錄載體和檢測(cè)器之間的聚集透鏡的數(shù)值孔徑，但是，它也可以由檢測(cè)器本身的孔徑來(lái)決定。在上述的條件下，截止頻率fc可以用下式表示fc＝2NA/λ，這樣能使被讀出的信息結(jié)構(gòu)中最高的空間頻率小于2·NA/λ。
本發(fā)明就是基于如下原理，即，使用在掃描光束的作用下能改變光學(xué)特性的非線性材料，結(jié)合光束的橫截面分布，導(dǎo)致在光點(diǎn)的小范圍內(nèi)傳輸系數(shù)或反射系數(shù)的變化。在掃描光點(diǎn)范圍內(nèi)，非線性疊加在原始線性傳輸系數(shù)或反射系數(shù)上，並隨光點(diǎn)而移動(dòng)。最后所談及的分量表示亞光點(diǎn)或有效掃描光點(diǎn)，它比原始掃描光點(diǎn)小得多，而且其旁波瓣對(duì)照原始掃描光點(diǎn)的旁波瓣來(lái)說(shuō)是可以忽略不計(jì)的。這個(gè)有效光點(diǎn)就有可能讀取記錄載體的更加小的信息區(qū)，或是比用原來(lái)的掃描光點(diǎn)能檢測(cè)出目標(biāo)物的更小細(xì)節(jié)。因而就改進(jìn)了光學(xué)掃描系統(tǒng)的分辨率。
根據(jù)調(diào)制轉(zhuǎn)換函數(shù)，按本發(fā)明的方法產(chǎn)生一個(gè)疊加在由NA和λ決定的原始調(diào)制轉(zhuǎn)換函數(shù)的非線性子函數(shù)上，這個(gè)非線性子函數(shù)確實(shí)有一個(gè)較小的最大值，但是，它也有一個(gè)相當(dāng)小的范圍和一個(gè)比原始函數(shù)高的截止頻率。截止頻率的差可以是2倍或是更多倍。
使用具有更高次方的非線性率的材料，或者是否結(jié)合更大的檢測(cè)孔徑，截止頻率甚至可以更進(jìn)一步提高。檢測(cè)范圍最終將決定于信噪比，與普通光學(xué)掃描不同，它在截止頻率fc＝2·NA/λ處存在一個(gè)徒峭的極限。
應(yīng)注意到，“美國(guó)光學(xué)協(xié)會(huì)雜志”上的一篇文章“顯微鏡的超高分辨率和阿貝分辨率極限”(“SuperresolutiouinMicroscopyandtheAbbeResolutionLimit”，“JournaloftueOpticalSocietyofAmerica”，Vol.57.，No.10Pages1190-1192)在理論上論述用一個(gè)所謂光闌或?qū)ξ锕怅@，如何能達(dá)到超高分辨率，甚至到無(wú)限高的空間頻率的問(wèn)題。然而，這篇文章也指出，制造具有所要求的小孔尺寸的那種光闌，並把它設(shè)置在所要求的位置，實(shí)際上是不可能的。本發(fā)明最大的優(yōu)點(diǎn)是掃描光點(diǎn)本身在非線性層上產(chǎn)生一種光闌功能，這就使首次在實(shí)際應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)要求的超高分辨率成為可能。
本發(fā)明的一個(gè)重要的應(yīng)用涉及到讀取光記錄載體，其中使用了一種新型的記錄載體，它是一層設(shè)置在信息平面的聚焦深度之內(nèi)的非線性光學(xué)材料。
這一層非線性光學(xué)材料可以由己寫(xiě)入信息或可以寫(xiě)入信息的層構(gòu)成。然而，在另外的實(shí)施例中，除信息層外，還有分離的非線性光學(xué)材料層，在這種情況下，必須保證前述的層緊密地固定于信息平面，以使在這一層上的掃描光點(diǎn)尺寸不會(huì)與信息平面上受限衍射掃描光點(diǎn)的尺寸發(fā)生很大的偏差。因?yàn)閽呙韫恻c(diǎn)的尺寸與信息結(jié)構(gòu)是相適配的，而這個(gè)尺寸又取決于形成掃描光點(diǎn)的物鏡系統(tǒng)的數(shù)值孔徑，進(jìn)而由于該物鏡系統(tǒng)的聚焦深度反比于該數(shù)值孔徑的平方值，鑒于上述要求的簡(jiǎn)要公式化的希望，所以可以允許說(shuō)信息平面的聚焦深度，這一項(xiàng)是最佳的。
按照本發(fā)明的記錄載體有許多實(shí)施例，它們是根據(jù)兩個(gè)準(zhǔn)則來(lái)區(qū)別的，第一個(gè)準(zhǔn)則涉及記錄載體的裝置。
根據(jù)第一個(gè)準(zhǔn)則的第一實(shí)施例的特征是信息平面是一個(gè)永久性的信息結(jié)構(gòu)，它是由設(shè)置在信息軌跡上的信息區(qū)所構(gòu)成的，所說(shuō)的信息區(qū)在軌跡方面上與中間區(qū)交替相間，並且在光學(xué)上是相區(qū)別的。
永久性信息結(jié)構(gòu)的意思是，信息結(jié)構(gòu)是由記錄載體的制造者提供的，信息區(qū)最好在記錄載體上由記錄表面的凹痕或凸部構(gòu)成。這種結(jié)構(gòu)的記錄載體只能由用戶讀取，而不能抹除，也不能再次寫(xiě)入。
按照第一準(zhǔn)則的第二實(shí)施例，涉及一種可以寫(xiě)入一次的記錄載體，其特征是信息平面有一個(gè)永久性的伺服軌跡結(jié)構(gòu)，用以使信息平面上的掃描軌跡定位。這樣的記錄載體經(jīng)常是所謂燒蝕型的，例如利用寫(xiě)入光束的能量在信息表面上熔融凹痕。另一種可能性是在非晶層上形成不可抹除的結(jié)晶區(qū)或相反，而進(jìn)行寫(xiě)入。永久性的伺服軌跡結(jié)構(gòu)是由記錄載體的制造者提供的。用這種結(jié)構(gòu)，可以保證掃描光點(diǎn)沿信息平面上精確限定的軌道運(yùn)行，而且也可以保證掃描在正確的位置上沿軌跡方向在給定的時(shí)刻進(jìn)行。
按照第一準(zhǔn)則的第三實(shí)施例涉及一種可以寫(xiě)入和抹除數(shù)次的記錄載體，其特征是信息平面有一個(gè)永久性伺服軌跡結(jié)構(gòu)，用以使信息平面的掃描光點(diǎn)定位。伺服軌跡具有和第二實(shí)施例同樣的功能。第三實(shí)施例信息層的例子可以是磁-光層，或所謂相變層，在相變層里，光輻射可以使由非晶相轉(zhuǎn)換到晶相或可局部地進(jìn)行相反的轉(zhuǎn)換?？蓪?xiě)入抹除數(shù)次的信息層的第三個(gè)例子是雙層的，第一合成材料層有相當(dāng)高的熱脹系數(shù)和低于室溫的玻璃轉(zhuǎn)化溫度，第二合成材料層連接到第一合成材料層，並且有相當(dāng)?shù)偷臒崦浵禂?shù)和高于室溫的玻璃轉(zhuǎn)化溫度。這種雙層結(jié)構(gòu)在歐洲專利申請(qǐng)No.0，136，070中作了描述，其第一層稱之為伸縮層，第二層稱之為阻擋層。
按照第一個(gè)準(zhǔn)則的第四個(gè)實(shí)施例涉及一種用作原始光學(xué)寫(xiě)入的軌跡形結(jié)構(gòu)的原版記錄載體，該軌跡結(jié)構(gòu)可以由按照第一、第二或第三實(shí)施例的記錄載體進(jìn)行復(fù)制，記錄載體有一個(gè)基板和一層光敏層。
這種軌跡形結(jié)構(gòu)可以被轉(zhuǎn)換成凸版圖形的軌跡形信息結(jié)構(gòu)或伺服軌跡結(jié)構(gòu)，這種凸版圖形用公知的模壓或復(fù)制技術(shù)可以轉(zhuǎn)換到別的記錄載體上。輻射敏感層可以是光敏層，而且也可以是如上所指的那種與可抹除寫(xiě)入數(shù)次的記錄載體相連接的伸縮-阻擋雙層結(jié)構(gòu)。
上述第一到第四有關(guān)記錄載體的實(shí)施例與公知的記錄載體之區(qū)別是它們都有一層局限在信息平面的聚焦深度之內(nèi)的非線性光學(xué)材料。
用以辨別本發(fā)明記錄載體的第二準(zhǔn)則是涉及可以實(shí)現(xiàn)超高分辨率效應(yīng)的非線性層的類型。
按照第二準(zhǔn)則的第一實(shí)施例，其特征是非線性光學(xué)材料是一種隨入射光強(qiáng)度的變化傳輸系數(shù)發(fā)生變化的材料。這一層的例子在文獻(xiàn)中都是公知的，稱為“脫色層”，其傳輸系數(shù)隨入射光強(qiáng)度的增加而增加，合適的材料例如有砷化鎵、銻化鎵、砷化銦和銻化銦。
應(yīng)注意到，脫色層的使用在制造集成電路的光刻技術(shù)中是公知的，然而在這些技術(shù)中脫色層是用來(lái)使半導(dǎo)體所必須具備的線路圖案分離元件的邊緣明顯清晰，而不是像本發(fā)明中用來(lái)限制總的成像光束。
第一個(gè)實(shí)施例的記錄載體進(jìn)一步的特征在于，在光強(qiáng)度的作用下傳輸系數(shù)發(fā)生變化的材料是一種飽和染料，例如隨光強(qiáng)度的增大，這種材料對(duì)于給定的波長(zhǎng)的光輻射變得越來(lái)越透明。
然而，優(yōu)選的第一實(shí)施例的進(jìn)一步特征在于，在光強(qiáng)度的作用下傳輸系數(shù)發(fā)生變化的材料是一種雙穩(wěn)定光學(xué)材料。
這種材料在光開(kāi)關(guān)和光計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用已在“光學(xué)通信”雜志中描述(“OpticsCommunications”Vol.59(1984)No.5，Pages359-361)。在一個(gè)給定的光強(qiáng)度量級(jí)下這種材料的傳輸系數(shù)逐級(jí)增加，而當(dāng)強(qiáng)度減小到這個(gè)量級(jí)以下時(shí)，傳輸系數(shù)就逐級(jí)減小。雙穩(wěn)定或光學(xué)材料特別適用于實(shí)現(xiàn)超高分辨率效應(yīng)，因?yàn)樗淖饔没旧蠜](méi)有延時(shí)。
傳輸系數(shù)隨強(qiáng)度的變化而改變的材料層可用于具有永久性信息結(jié)構(gòu)的記錄載體、可寫(xiě)入一次的記錄載體和可寫(xiě)入、可抹除數(shù)次的記錄載體。而且，它特別適用作為制造大量相同的具有信息軌跡結(jié)構(gòu)或伺服軌跡結(jié)構(gòu)的記錄載體的原版記錄載體。
按照第二準(zhǔn)則的第二實(shí)施例的記錄載體，其特征是非線性光學(xué)材料是一種入射光輻射強(qiáng)度變化時(shí)折射率發(fā)生變化的材料。
折射率的實(shí)部和復(fù)合折射率的虛部都可能變化，換言之，幅度效應(yīng)和相位效應(yīng)都可以是非線性光學(xué)效應(yīng)。作為一個(gè)例子，這一層可以在記錄層的前面和后面，它可以包括所提及的相位變化材料。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種類型的材料，無(wú)論是非晶相的或是晶相的，它們的復(fù)合折射率都是和溫度有關(guān)的，而且以至到了這種程度，即使強(qiáng)度太小而不能實(shí)現(xiàn)相位變化的光輻射，在兩種晶相下仍然都能產(chǎn)生足夠大的折射率變化，以使這些材料能用作本發(fā)明意義上的非線性材料。
具有作為非線性光學(xué)材料的相變材料的記錄載體的一個(gè)分實(shí)施例，其特征是非線性光學(xué)材料層也是信息層，當(dāng)用第一個(gè)高強(qiáng)度量級(jí)寫(xiě)入這個(gè)記錄載體時(shí)，非晶相局部被轉(zhuǎn)換成為晶相，或者相反，而在用第二個(gè)低強(qiáng)度量級(jí)光束讀取期間折射率暫時(shí)變化，而相位不發(fā)生變化。
按照第二準(zhǔn)則的第三個(gè)實(shí)施例的記錄載體，其特征在于非線性光學(xué)材料是一種具有相當(dāng)高的熱脹系數(shù)的合成材料。
在這樣的伸縮層中，其強(qiáng)度低于寫(xiě)入強(qiáng)度的掃描光束能局部建立表面變形，以致在掃描光束內(nèi)再產(chǎn)生差別，並且在信息平面內(nèi)形成有效的更小的掃描光點(diǎn)。
伸縮層和折射率可變的層可以用于具有永久性信息結(jié)構(gòu)的記錄載體，或用于可寫(xiě)入一次或數(shù)次的記錄載體。例如具有作為非線性層的伸縮層的實(shí)施例中，信息層也可以是一個(gè)與阻擋層相結(jié)合的伸縮層。
按照第二準(zhǔn)則的第四實(shí)施例的記錄載體，其中信息層包括磁疇可以用磁場(chǎng)和幅射光來(lái)寫(xiě)入的磁光材料，磁疇的讀出則是基于掃描光束的極化的變化，其特征在于非線性材料層是由其極化的變化取決于溫度的磁-光信息層構(gòu)成的。
記錄載體的這個(gè)實(shí)施例，首先利用了這一事實(shí)，即在磁-光信息層中的磁疇所引起的極化變化取決于這一層的溫度，極化變化有極化方向旋轉(zhuǎn)型或極化橢園率變化型。
磁-光記錄載體進(jìn)一步的特征在于非線性光學(xué)材料層設(shè)置在磁-光層的聚焦深度之內(nèi)。
借助于附加層可以大大增強(qiáng)非線性效應(yīng)，基本上只使用附加層的非線性效應(yīng)也是可能的。
具有一個(gè)上述類型非線性光學(xué)層的記錄載體的最佳實(shí)施例的特征是非線性光學(xué)層形成了構(gòu)成掃描輻射光束諧振結(jié)構(gòu)的一個(gè)組層的一部分。
在記錄載體中產(chǎn)生的諧振結(jié)構(gòu)可使非線性效應(yīng)大大地增強(qiáng)，非線性層本身有一個(gè)傳輸系數(shù)(T)對(duì)光學(xué)厚度(nd∶n是折射率，d是該層的幾何厚度)的特性曲線。該特性曲線是正弦變化的。nd值的選擇是要在這條曲線上的點(diǎn)，又是該曲線有最大的斜率處的工作點(diǎn)。該層的光學(xué)厚度nd大部分都偏離N·λ/4，其中λ是掃描光束的波長(zhǎng)，N是一個(gè)整數(shù)，因?yàn)閷?duì)于n·d＝N·λ/4，大部分都落在特性曲線的極值處。因此，如果使記錄載體中的其他層的光學(xué)厚度nidi更適合，以使它們與非線性層相結(jié)合構(gòu)成諧振結(jié)構(gòu)的話，那么該層的最理想非線性效應(yīng)就能增大。對(duì)于這一組層來(lái)說(shuō)要保持Σi = 1X]]>nidi選定在特性曲線的相應(yīng)點(diǎn)上，而在曲線的斜率是最大值之處，其中x是層數(shù)，ni和di分別是第i層的折射率和幾何厚度。
具有諧振結(jié)構(gòu)的記錄載體的實(shí)施例的進(jìn)一步特征在于有多個(gè)附加層，這些層與非線性層結(jié)合構(gòu)成諧振結(jié)構(gòu)。
那些在記錄載體中已有的層是不需要被適配的，如上所表示的那樣總的光學(xué)厚度的同樣的條件也適用于帶有附加層的一組層。
當(dāng)使用非線性光學(xué)材料時(shí)，如果局部非線性光學(xué)效應(yīng)僅出現(xiàn)在掃描光點(diǎn)滯留在這個(gè)效應(yīng)的區(qū)域期間的時(shí)間間隔上，換句話說(shuō)，如果掃描光點(diǎn)的中心位置從這個(gè)局部效應(yīng)位置離開(kāi)后，局部效應(yīng)立刻消失，那么就可以得到最佳的超高分辨率信號(hào)。而后，掃描光點(diǎn)在光點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向看的前邊和后邊都縮小，因而超高分辨率信號(hào)有最大的信噪比。為此目的，要求材料具有短的回復(fù)時(shí)間或者可快速反轉(zhuǎn)，這種材料可以是例如脫色材料或雙穩(wěn)定光學(xué)材料。
如果使用具有較長(zhǎng)恢復(fù)時(shí)間的非線性光學(xué)材料，其非線性效應(yīng)幾乎都是通過(guò)熱效應(yīng)產(chǎn)生的，超高分辨率信號(hào)的信噪比較小，但利用這種效應(yīng)仍然是足夠大的。當(dāng)掃描這種材料制成的記錄載體時(shí)，在掃描光點(diǎn)的前邊和后邊發(fā)生非線性效應(yīng)，但是因?yàn)檫@個(gè)效應(yīng)滯留一段時(shí)間，並且使掃描光點(diǎn)象慧尾一樣拖尾，所以只有在它的前邊縮小光點(diǎn)，並且增大這一邊的陡度才能有助于超高分辨率效應(yīng)。
為讀取按照本發(fā)明的記錄載體，使用已知的掃描裝置是可能的，這種裝置包括一個(gè)輻射光源，一個(gè)物鏡系統(tǒng)和一個(gè)輻射敏感檢測(cè)器。物鏡用來(lái)把來(lái)自光源的輻射光束在信息平面上聚焦成一個(gè)受限衍射掃描光點(diǎn)，而檢測(cè)器則用來(lái)把來(lái)自信息平面的輻射轉(zhuǎn)換成為一個(gè)電信號(hào)，在這種公知的掃描裝置中，光源和信息平面之間的物鏡系統(tǒng)與信息平面和檢測(cè)器之間的物鏡系統(tǒng)具有相同的數(shù)值孔徑;在反射記錄載體的情況下，只有一個(gè)物鏡系統(tǒng)。
按照本發(fā)明的掃描裝置對(duì)超高分辨率效應(yīng)來(lái)說(shuō)能是最佳的，這種新穎的掃描裝置的特征在于檢測(cè)孔徑大于入射到記錄載體上的掃描光束孔徑。
檢測(cè)孔徑是輻射敏感檢測(cè)器能接收到的光束的孔徑，在大多數(shù)的情況下這個(gè)孔徑由記錄載體和檢測(cè)器之間的光學(xué)元件的開(kāi)孔來(lái)限定。
按照本發(fā)明的掃描裝置的最佳實(shí)施例，該裝置用以掃描一個(gè)反射記錄載體，其特征在于物鏡系統(tǒng)包括一個(gè)經(jīng)充分校準(zhǔn)並且對(duì)形成受限衍射輻射光點(diǎn)來(lái)說(shuō)具有滿意的光學(xué)質(zhì)量的園的中心部分，和一個(gè)可以接收來(lái)自記錄載體輻射的相鄰接的環(huán)形部分。
環(huán)形透鏡部分僅僅聚集光線，而不需要成像，因此它可以比中心透鏡部分有相當(dāng)?shù)偷墓鈱W(xué)特性。用這個(gè)環(huán)形透鏡部分可以捕獲來(lái)自記錄載體並且落在物鏡系統(tǒng)中心部分外面的輻射光，並且測(cè)定它。信息區(qū)的大小要比物鏡系統(tǒng)形成的掃描光點(diǎn)小得多，而且可借助于超高分辨率效應(yīng)讀取，包含在信息區(qū)內(nèi)的信息是由幅射光束體現(xiàn)的，這樣就使上面最后述及的掃描裝置比普通的裝置更能適用超高分辨率效應(yīng)。
用具有一個(gè)或兩個(gè)非球面的折射表面的單個(gè)透鏡元件、全息透鏡或具有徑向可變折射率的透鏡元件，用公知的方法就可以構(gòu)成物鏡系統(tǒng)。
通過(guò)環(huán)形透鏡部分的輻射光可以由檢測(cè)器接收，它也接收通過(guò)中心透鏡部分的輻射光。而按照本發(fā)明的掃描裝置進(jìn)一步的特征在于有一個(gè)接收通過(guò)環(huán)形透鏡部分的附加檢測(cè)器。
由超高分辨率效應(yīng)產(chǎn)生的信號(hào)可以單獨(dú)檢測(cè)出來(lái)並且進(jìn)行處理，而且普通光盤(pán)也可以由這種裝置讀取。
下面將以舉例的方式參照附圖對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)的描述。


圖1a至圖1k表示本發(fā)明的原理。
圖2表示用本發(fā)明所得到的調(diào)制轉(zhuǎn)換函數(shù)的例子。
圖3是光學(xué)記錄載體實(shí)施例的平面視圖。
圖4表示光學(xué)掃描裝置的一個(gè)實(shí)施例。
圖5a、5b、5c是在不存在非線性效應(yīng)或存在非線性效應(yīng)的情況下按信息結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)光場(chǎng)表示的不同級(jí)次分光束的截面圖。
圖6、7、9、10、11、13、14、16、17、18、19、20和23表示有非線性層的記錄載體的實(shí)施例。
圖8表示雙穩(wěn)定光學(xué)材料傳輸系數(shù)對(duì)光束強(qiáng)度的函數(shù)。
圖12表示以熱的方法產(chǎn)生非線性效應(yīng)的變化。
圖15表示作為非線性層和一組層的光學(xué)厚度的函數(shù)的傳輸系數(shù)曲線。
圖21表示磁-光寫(xiě)入讀出裝置。
圖22表示在磁-光記錄載體上寫(xiě)入磁疇的方法，和圖24表示按照本發(fā)明的讀出裝置的一個(gè)實(shí)施例。
圖1a示意地表示具有平面波前的幅射光束b如何被物鏡L1聚焦在傳輸目標(biāo)物0上，以及通過(guò)目標(biāo)物的輻射光又如何由第二物鏡L2會(huì)聚到輻射敏感檢測(cè)器D上。以半徑ρ為函數(shù)的通過(guò)物鏡L1的遠(yuǎn)光場(chǎng)E(ρ)的變化表示在圖1b中。這個(gè)光場(chǎng)在物鏡數(shù)值孔徑NA內(nèi)有一個(gè)恒定值E1，而在該數(shù)值孔徑外等于零。物鏡L1在目標(biāo)物0上形成一個(gè)受限衍射光點(diǎn)S，場(chǎng)E(r)(圖1c)是眾所周知的愛(ài)里分布，由函數(shù)J1(r)/r給定，其中J1(r)是一階具塞爾函數(shù)。這個(gè)輻射光點(diǎn)由一個(gè)中心亮園和幾個(gè)環(huán)繞中心亮園的較弱的光環(huán)組成，其場(chǎng)強(qiáng)隨向外方向逐漸減小。圖1c還表示出輻射光點(diǎn)的半功率寬度FWHM，即場(chǎng)強(qiáng)度等于光點(diǎn)中心強(qiáng)度一半的點(diǎn)間距離。例如，該FWHM為0.71λ/NA，其中λ是所用輻射光的波長(zhǎng)。
假定目標(biāo)物0是一個(gè)均勻?qū)?，這樣傳輸系數(shù)t就與目標(biāo)物(圖1d)上光點(diǎn)S的位置無(wú)關(guān)。如果這是一個(gè)線性層，即傳輸系數(shù)不受入射光束的影響，那么該層后面的場(chǎng)t0·E(r)就有與入射到該層上的場(chǎng)E(r)相同的相位和相同的半功率點(diǎn)寬度，如圖1e所示。物鏡L2檢測(cè)孔徑位置處的場(chǎng)，也稱為目標(biāo)物的遠(yuǎn)光場(chǎng)，是E(r)的傅里葉變換E(ρ)，即由物鏡L1產(chǎn)生的變換的反變換。這個(gè)所說(shuō)的遠(yuǎn)光場(chǎng)示于圖1f。為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，假設(shè)物鏡L2的數(shù)值孔徑等于物鏡L1的數(shù)值孔徑NA，這種情況除個(gè)別的以外，都發(fā)生在讀取反射記錄載體的時(shí)候。用檢測(cè)孔徑對(duì)遠(yuǎn)光場(chǎng)進(jìn)行褶積運(yùn)算就能夠得到調(diào)制轉(zhuǎn)換函數(shù)MTF。圖1g所示的這個(gè)函數(shù)有一個(gè)截止頻率fc，對(duì)于所考慮的情況來(lái)說(shuō)，它等于2NA/λ。
如果目標(biāo)物0是非線性材料層，那么它的傳輸系數(shù)在掃描光束b的能量的作用下就發(fā)生變化，這個(gè)能量由E(r)·E＊(r)決定，其中E＊(r)是E(r)的復(fù)數(shù)共軛值。對(duì)于一個(gè)非線性材料的目標(biāo)物來(lái)說(shuō)，傳輸系數(shù)t(r)作一級(jí)近似由下式給出
t(r)＝t0+△t△t＝γE(r)·E(r)＊其中γ是一個(gè)取決于材料類型、厚度以及周圍介質(zhì)的因子，t0項(xiàng)表示傳輸系數(shù)的線性部分，△t是非線性部分。圖1h表示出這個(gè)非線性傳輸系數(shù)項(xiàng)。對(duì)于這一項(xiàng)，也可以給出一個(gè)半功率寬度△tFWHM，例如它等于0.51λ/NA。由于存在非線性項(xiàng)△t，目標(biāo)物后面的光場(chǎng)不僅得到一個(gè)如圖1c所示的線性場(chǎng)項(xiàng)E(r)，而且還有一個(gè)非線性場(chǎng)項(xiàng)△E(r)，這一項(xiàng)由下式給出△E(r)＝△t·E(r)，因此△E(r)＝γ·E(r)·E(r)·E(r)＊並且表示于圖1i中，△E(r)表示一個(gè)帶有可忽略的旁瓣的輻射光點(diǎn)，它的半功率寬度FWHM′比圖1c中用E(r)表示的輻射光點(diǎn)的半功率寬度小得多，在給定的模型里，它等于0.42λ/NA。最先述及的輻射光點(diǎn)的分辨率大于最后述及的光點(diǎn)的分辨率，場(chǎng)△E(r)的付里葉變換△E(ρ)或在檢測(cè)孔徑位置上非線性給予遠(yuǎn)場(chǎng)的貢獻(xiàn)，通過(guò)褶積運(yùn)算可以由下式給出△E(ρ)＝γ·E(ρ)×E(ρ)＊×E(ρ)，其中E(ρ)等于均勻充滿的愛(ài)里園的遠(yuǎn)光場(chǎng)值。
如圖1j所示△E(ρ)比E(ρ)更擴(kuò)大了。按照所考慮的一個(gè)例子，E(ρ)的范圍從NA到+NA，而△E(ρ)的范圍從-3到+3，用檢測(cè)孔徑，即物鏡L2的孔徑褶積運(yùn)算遠(yuǎn)場(chǎng)項(xiàng)△E(ρ)，可以得到圖1k所示的調(diào)制轉(zhuǎn)換函數(shù)△MTF的非線性部分，對(duì)于給定的模型，△MTF的截止頻率fc′是普通受限衍射光掃描系統(tǒng)的截止頻率fc的兩倍。
如果一個(gè)檢測(cè)器D接收到來(lái)自目標(biāo)物0的光輻射，把圖1g和圖1k的函數(shù)疊加起來(lái)得到具有截止頻率為fc′的調(diào)制轉(zhuǎn)換函數(shù)MTFs，這樣，雖然掃描光點(diǎn)s的尺寸並沒(méi)有減小，而該光學(xué)掃描裝置都可以得到增大的分辨率，這種現(xiàn)象稱為超高分辨率效應(yīng)。
非線性效應(yīng)的本質(zhì)和超高分辨率效應(yīng)的本身是不相干的，△t可大可小，可正可負(fù)，甚至可以是復(fù)數(shù)或是各向異性的，如以后要解釋的那樣。各向異性的意思是這種效應(yīng)依賴于極化方向，或光輻射的E矢量的方向?！鱰的本質(zhì)僅對(duì)于小于fc的目標(biāo)物的空間頻率是重要的，如果非線性部分在從o到fc的頻率范圍內(nèi)加到線性部分上，並且非線性效應(yīng)的相位又與線性部分的相位相反，那么得到的轉(zhuǎn)換函數(shù)MTFs就會(huì)出現(xiàn)局部最小值，如圖2所示。
當(dāng)然，如前面已經(jīng)假設(shè)的那樣，被掃描的目標(biāo)物不是均勻的，但是它有一個(gè)給定的結(jié)構(gòu)。在光學(xué)記錄載體的情況下，這個(gè)結(jié)構(gòu)包括一個(gè)信息區(qū)圖形，圖3以平面視圖的方式表達(dá)了這種記錄載體的一部分。在記錄載體1的信息平面2上有大量的信息軌跡3。它們由無(wú)信息的中間區(qū)4隔開(kāi)。這些信息軌跡可以是同心軌跡或是構(gòu)成一個(gè)螺旋軌跡的準(zhǔn)同心鄰近軌跡，信息軌跡3由信息區(qū)5構(gòu)成，信息區(qū)在軌跡方向上由中間區(qū)6相間。信息結(jié)構(gòu)可以稱為相位結(jié)構(gòu)，它可以包括在信息表面下凹的凹痕或在信息表面突出的凸部。這種結(jié)構(gòu)影響入射到它上面的輻射光束的相位，信息區(qū)也可以按它們的不同的反射系數(shù)或傳輸系數(shù)與信息表面的空檔區(qū)相區(qū)別，當(dāng)讀取這種信息區(qū)時(shí)，掃描光束的幅度就發(fā)生變化。另外，信息區(qū)可以包括其磁化方向與周圍的磁化方向相反的磁疇。在這種情況下，所涉及的磁-光記錄載體可以用信息區(qū)在掃描光束中產(chǎn)生的極化旋光效應(yīng)或科爾效應(yīng)來(lái)讀取。在這種所有的情況下，信息都是在軌跡方向上按信息區(qū)的順序進(jìn)行編碼。
圖4表示記錄載體1的徑向橫截面部分，並表示這種記錄載體的讀取裝置的示意圖。信息表面2是反射型的，記錄載體的基片7是透明的，以使信息可以用兩次通過(guò)基片的掃描光束b來(lái)讀取。光束b是由輻射源10例如半導(dǎo)體二極管激光器提供的，由物鏡11把它在信息平面2上的光束聚焦成一個(gè)掃描光點(diǎn)S。物鏡11前面可以設(shè)置一個(gè)準(zhǔn)直透鏡12，用來(lái)把來(lái)自光源的發(fā)散光束變成平行光束，其橫截面能完全充滿物鏡11的光孔，掃描光點(diǎn)S是最小尺寸的受限衍射輻射光點(diǎn)。
借助通過(guò)中心孔14伸出的軸13使記錄載體旋轉(zhuǎn)，就可以掃描一個(gè)軌跡循環(huán)。相對(duì)于記錄載體，使掃描光點(diǎn)作徑向移動(dòng)，就能掃描到所有的軌跡或整個(gè)螺旋軌跡。掃描光束在軌跡方向上就按信息區(qū)和中間區(qū)的順序被調(diào)制，被調(diào)制的掃描光束由信息平面沿光源10的方向反射回來(lái)。分光器15，例如一個(gè)具有半透明表面16的棱鏡，它設(shè)置在光源和物鏡11之間，一部分反射光束通過(guò)棱鏡到輻射敏感檢測(cè)器17。然后該檢測(cè)器提供一個(gè)按照已讀取的信息調(diào)制的信號(hào)Si。
由信息區(qū)構(gòu)成的結(jié)構(gòu)可以被認(rèn)為是一個(gè)兩維衍射光柵，它把入射光束分成一個(gè)非衍射零級(jí)分光束、多個(gè)一次分光束和多個(gè)高次分光束。因?yàn)楦叽畏止馐哪芰亢苄。詫?duì)本發(fā)明來(lái)說(shuō)，只有一次分光束是重要的。
圖5a是線性光柵g的剖視圖。光柵用來(lái)自物鏡的光束b中僅顯示的光孔p來(lái)曝光的。光柵g反射光束並將光束分裂成一個(gè)零次分光束b(0)，一個(gè)+1次分光束b(+1)，一個(gè)-1次分光束b(-1)和多個(gè)沒(méi)有表示出的高次分光束。分光束b(+1)和b(-1)分別以角+α和-α衍射。圖5b表示在光孔位置上光束的截面圖。
具有相同角孔徑β和相同方向的沒(méi)有非線性效應(yīng)的分光束b(0)作為入射光束b全部落入光孔內(nèi)，並且通過(guò)檢測(cè)器被帶有信息光柵g的光學(xué)掃描裝置讀出。零次分光束不包含有關(guān)信息區(qū)和中間區(qū)的信息順序。這種信息特別呈現(xiàn)在一次分光束b(+1)、b(-1)中，僅由陰影區(qū)域OV1和OV2表示的那部分分光束落進(jìn)光孔內(nèi)。在讀取信息時(shí)，使用在分光束b(+1)和b(-1)中相對(duì)于零次分光束的相位變化。在圖5b中的區(qū)域OV1和OV2中，一次分光束與零次分光束重疊並發(fā)生干涉。當(dāng)移動(dòng)掃描點(diǎn)掃過(guò)的息信軌跡時(shí)，一次分光束的相位發(fā)生變化。因此，經(jīng)過(guò)物鏡的總輻射強(qiáng)度發(fā)生變化並由檢測(cè)器接收。
如果掃描點(diǎn)的中心與信息區(qū)的中心相一致，例如一個(gè)凹痕，在一次分光束和零次分光束之間存在一個(gè)相位差φ。這個(gè)相位差也稱為信息結(jié)構(gòu)的相位深度。如果掃描點(diǎn)從第一信息區(qū)移到第二信息區(qū)，+1次分光束的相位增加，並且當(dāng)掃描點(diǎn)的中心已到達(dá)第二信息區(qū)中心的那個(gè)時(shí)刻，這個(gè)相位增加2π。同時(shí)，相對(duì)應(yīng)的-1次分光束的相位減少。因此，相對(duì)于那些零次分光束，一次分光束的相位可用下列公式表示φ(+1)＝4+2π (x)/(Pt)φ(-1)＝4-2π (x)/(Pt)其中，x是掃描點(diǎn)的正切方向中的位置，Pt是信息結(jié)構(gòu)的局部正切周期。排列在過(guò)渡區(qū)域OV1和OV2后面的兩個(gè)檢測(cè)器的輸出電信號(hào)可用下列公式表示S1＝COS(φ+2π (x)/(Pt) )S2＝COS(φ-2π (x)/(Pt) )信息信號(hào)Si由這些附加檢測(cè)器的信號(hào)得到Si＝S1+S2＝2·COSφCOS2π (x)/(Pt)上面的公式僅適用于只要一邊是分光束b(+1)和b(-1)與另一邊是分光束b(0)之間相重疊時(shí)的情況。在一次分光束被衍射的角α上，由公式給出Sinα＝λ/Pt＝λ·f，其中f是光柵g的空間頻率或者是信息結(jié)構(gòu)的局部空間頻率。如果α＝2β，就不再有任何重疊。因?yàn)镾inβ＝NA，經(jīng)典的截止頻率fc由下面公式給出fc＝2NA/λ這個(gè)公式適用于如果在信息結(jié)構(gòu)面前的介質(zhì)是線性介質(zhì)，例如空氣或玻璃，也適用于如果一次分光束的角孔徑等于零次分光束的角孔徑的情況。依照本發(fā)明的建議，如果非線性介質(zhì)被直接安置在信息結(jié)構(gòu)附近，並且如果幅射光束具有如圖1c中表示的能量分布，以致在掃描光束通過(guò)的軌跡中產(chǎn)生一個(gè)暫時(shí)的非線性效應(yīng)，則在信息結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)光場(chǎng)中，能量分布將變得更寬，如在圖1j中表示的那樣。這意味著零次和一次分光束已經(jīng)變得較寬，如在圖5c中用園△b(0)、△b(+1)和△b(-1)表示的那樣。當(dāng)在圖5b的情況下，如果分光束b(+1)和b(-1)的中心B和C分別移到D和E，這樣能達(dá)到截止頻率，在圖5C的情況下，一直使B和C分別移到D′和E′的情況下，才能達(dá)到截止頻率，這是因?yàn)閷?duì)于一個(gè)相同大小的檢測(cè)光孔P，在一次分光束△b(+1)和△b(-1)的光孔P內(nèi)不與零次分光束△b(0)重疊。距離AD′和AE′分別達(dá)到兩倍于AD和AE，以致當(dāng)發(fā)生非線性效應(yīng)時(shí)，在給出的模型中截止頻率增加到兩倍。
因此從圖5C中使用一個(gè)較大的檢測(cè)孔徑，所以有一個(gè)較大的光孔P′，在這個(gè)光孔中一次分光束和零次分光束之間沒(méi)有重疊的位置，重疊僅發(fā)生在一次分光束△b(+1)和△b(-1)的中心B和C向外部作更大移動(dòng)的時(shí)候，以致截止頻率也變得更大。
由于分光束△b(0)、△b(+1)和△b(-1)的寬度變大，在重疊區(qū)域中，這些光束的能量小于在圖5b的重疊區(qū)域OV1和OV2中的分光束△b(0)、△b(+1)和△b(-1)的能量。因此超高分辨信號(hào)的幅度小于以普通方式獲得的信息信號(hào)Si，但是，它仍然能使讀出信號(hào)足夠大。僅僅在非線性效應(yīng)很小的情況下，才能讀出所要求的很小的信息信號(hào)(例如小于0.2μm)，分光束能“放大”到這樣的程度，在可接受的掃描光束的能量下信息信號(hào)得到一個(gè)非常小的信噪比。
對(duì)本發(fā)明重要的是非線性光學(xué)效應(yīng)直接呈現(xiàn)在信息結(jié)構(gòu)附近或在本身的信息層中，為了使光束有效地在信息結(jié)構(gòu)的平面中變窄。換句話說(shuō)，當(dāng)聚焦深度大致上與物鏡在信息結(jié)構(gòu)上形成的掃描點(diǎn)有關(guān)時(shí)，非線性層必須呈現(xiàn)在信息結(jié)構(gòu)的聚焦深度中。因?yàn)橛行У膾呙椟c(diǎn)小于受限衍射點(diǎn)，對(duì)非線性層的位置所要求的公差是小于聚焦深度的，而該聚焦深度與受限衍射輻射點(diǎn)有關(guān)。如果掃描光束通過(guò)信息層，非線性層可以呈現(xiàn)在信息結(jié)構(gòu)的前面，也可以在它的后面。在后一種情況下，被信息調(diào)制的光束或者通過(guò)在記錄載體背面的檢測(cè)器，或者在它自己旁邊被反射。為了這個(gè)目的所要求的反射層可以是一個(gè)非線性層。
所要求的非線性效應(yīng)可以用各種方法實(shí)現(xiàn)，如用各種類型的非線性光學(xué)層。本發(fā)明也涉及到若干新穎的具有這種層的光記錄載體。
這種記錄載體的第一個(gè)實(shí)施例在圖6中以正切截面表示。在信息面2中的信息結(jié)構(gòu)包括凹痕5，凹痕5的長(zhǎng)度可變並在軌跡方向t與中間區(qū)6相交替。反射層20提供到這種結(jié)構(gòu)上。這種層可用保護(hù)層21復(fù)蓋。如果有一個(gè)給定的強(qiáng)度等級(jí)的入射光在透明襯底7和反射信息結(jié)構(gòu)之間，非線性層22的透射將會(huì)增加。層22的材料和在掃描光點(diǎn)S中的能量分布是這樣選擇的使得在輻射光點(diǎn)S的中心區(qū)S′透射大部分增加，亞輻射點(diǎn)S′由信息凹痕5產(chǎn)生，該凹痕大大小于所能讀出的幅射光點(diǎn)S。在幅射點(diǎn)的中心區(qū)域S′中，透射被減少也是可能的。于是非線性效應(yīng)具有不同的符號(hào)。
如在圖7中所表示的，一個(gè)可變透射層22被交替地提供到信息平面2的后面。于是反射層20被提供到層22上。在圖7中的層22，可替換一個(gè)反射層，它的反射系數(shù)隨入射輻射局部地變化。在那種情況下，反射層20可被省去。
層22可以是“脫色”層或者是具有飽和染料的層，對(duì)于給定的波長(zhǎng)，它的透射隨強(qiáng)度的增加而增加。層22可以被一層所謂雙穩(wěn)定光學(xué)材料替換。在圖8中，這種材料的透射(T)被表示為強(qiáng)度(I)的函數(shù)。在給定的強(qiáng)度I1以下，該層具有一個(gè)比較小的透射T1。一旦強(qiáng)度超過(guò)閾值I1透射階躍增加到T2，並進(jìn)一步保持恒定，甚至當(dāng)強(qiáng)度再增加時(shí)也保持恒定。如果強(qiáng)度再減少到I1以下，透射階躍地減少到T1。T-I曲線表現(xiàn)為磁滯的特性。
雙穩(wěn)定光學(xué)材料和其它不根據(jù)熱效應(yīng)的材料的優(yōu)點(diǎn)是，它們能很快反轉(zhuǎn)，以致在輻射點(diǎn)消失后，非線性光效應(yīng)立刻消失，其結(jié)果得到最佳的超高分辨率效應(yīng)。
圖6和圖7表示的層22，例如一個(gè)脫色層，具有一個(gè)平的側(cè)面，因此它不跟蹤信息結(jié)構(gòu)的輪廓。當(dāng)使用例如蒸發(fā)沉積或?yàn)R射提供一個(gè)較薄的層22時(shí)，該層可跟隨所說(shuō)的輪廓。這兩種可能性不僅在增加層的透射的情況下發(fā)生，而且還在以后將描述的其他非線性層中發(fā)生。
圖9表示一個(gè)記錄載體的實(shí)施例，其中折射率的變化是用來(lái)產(chǎn)生暫時(shí)的非線性效應(yīng)。例如，一個(gè)所謂相變材料層30置于信息結(jié)構(gòu)的前面，對(duì)于這種材料，在信息層中已經(jīng)預(yù)先被建議用它作為光寫(xiě)入材料，這些材料，例如是GaSb(銻化鎵)和InSb(銻化銦)，當(dāng)它們用強(qiáng)度足夠高的光照射時(shí)，它們具有從非晶態(tài)變化到晶態(tài)或作相反的變化的特性。因此，復(fù)合折射率改變，以致在寫(xiě)區(qū)域具有不同于它周圍的反射或透射系數(shù)?，F(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種類型材料的復(fù)合折射率對(duì)溫度的依賴達(dá)到這種程度，甚至照射強(qiáng)度在保持能級(jí)以下，還發(fā)生從非晶態(tài)到晶態(tài)或相反的變化，在本發(fā)明意義上，復(fù)合折射率有足夠大的變化的這些材料用作非線性層。在圖9的實(shí)施例中，一個(gè)相變層30提供在信息層2的前面。層30再次保證掃描點(diǎn)S用可讀出的亞微米區(qū)域5有效地限定亞掃描點(diǎn)S′。
這樣的相變層也可以提供在信息層2的后面，如圖10所表示的那樣。于是層31可用作反射層，它的反射系數(shù)隨掃描輻射，在比掃描點(diǎn)S小的區(qū)域S′之內(nèi)局部地增加。
所謂的膨脹層也適合作為形成一個(gè)暫時(shí)的非線性光學(xué)效應(yīng)的非線性層。歐洲專利申請(qǐng)0136070號(hào)描述了在光記錄載體中用這樣的層作為寫(xiě)入層。因此，膨脹層固定地附著在第二層上，構(gòu)成所謂的阻擋層。因?yàn)樵搶泳哂写蟮臒崦浵禂?shù)，根據(jù)寫(xiě)入信息區(qū)的信息，用激光脈沖照射，以表面不均勻的形式能寫(xiě)入膨脹層中。而且這種層具有低的玻璃轉(zhuǎn)換溫度。不均勻性被傳送到具有一個(gè)相對(duì)低的膨脹系數(shù)和高于室溫的玻璃轉(zhuǎn)換溫度的阻擋層。在激光脈沖已經(jīng)消失后，表面不均勻性繼續(xù)存在，因?yàn)樽钃鯇幼柚古蛎泴与x開(kāi)它原來(lái)假設(shè)的形狀。
為了獲得超高分辨率，只要把在圖11中的膨脹層32用作一個(gè)非線性層。在掃描點(diǎn)S中的能量分布與層32的材料參數(shù)，特別是熱脹系數(shù)，在不均勻部分33比掃描點(diǎn)小的情況下是互相適應(yīng)的，以便在這個(gè)點(diǎn)內(nèi)再次鑒別，這樣，一個(gè)較小的掃描點(diǎn)S′就有效地形成了。
在輻射點(diǎn)S已經(jīng)離開(kāi)相關(guān)的位置后，不均勻部分33不會(huì)立即消失，但它將逐漸地隨著時(shí)間而減少，因?yàn)闊岜囟〞?huì)消散。這意味著，在如圖12中所示的記錄載體中，一個(gè)變得較小的延伸畸變沿著掃描點(diǎn)在層32的上表面朝向后面移動(dòng)。比較圖12中的S和S′，在掃描點(diǎn)的移動(dòng)方向Vs1上，僅從前面可以看到，這個(gè)點(diǎn)變窄並且邊緣陡度增加。因此，該超高分辨率信號(hào)的信噪比，小于使用非線性效應(yīng)與掃描點(diǎn)基本上同時(shí)消失的非線性光學(xué)材料的信噪比。
由在圖6、7、9、10和11中的層22、30、31和32實(shí)現(xiàn)的非線性光學(xué)效應(yīng)，可由具有這些層的每一層來(lái)增長(zhǎng)，而這些層在記錄載體中形成層的組件的一部分，而組件就起諧振結(jié)構(gòu)的作用。組件的其它層可由現(xiàn)在已經(jīng)在記錄載體中依賴于記錄載體的結(jié)構(gòu)的層構(gòu)成，例如信息層、反射層、分離層等等。
然而，附加一個(gè)諧振層組件作為記錄載體總體，其替換是可能的。圖13表示一個(gè)這樣的用作混合反射層的組件層24的例子。層24的組件包括一層非線性光學(xué)材料的分層24m。只要它不在輻射照射到的相關(guān)位置上，組件層的局部反射系數(shù)是相對(duì)地低的。如果掃描點(diǎn)入射在這個(gè)位置上，分層24m的折射率改變，以致使組合層24的反射發(fā)生，在這里，主要是掃描點(diǎn)具有高能量，也就是在光點(diǎn)中心具有高能量。因此，從輻射點(diǎn)S′來(lái)的反射輻射大大小于掃描點(diǎn)S的反射輻射。
減少掃描點(diǎn)中心的反射以致使在S′的中心的能量小于它的外部的能量的這種替換也是可能的。如上所述，在掃描點(diǎn)中的不連續(xù)性僅僅對(duì)超高分辨率是重要的，但是不連續(xù)性的性質(zhì)不是重要的。
如在圖14中所示，一個(gè)諧振層組件也可以提供到信息結(jié)構(gòu)的前面。組件25是在入射輻射足夠高的能量上構(gòu)成的，改變分層251……25n的一層或多層的折射率來(lái)使透射增加或減少。
對(duì)于一個(gè)透明層，透射作為例如圖15中所示的具有可變化的光厚度n·d的函數(shù)，其中n是折射率，d是幾何厚度。為獲得一個(gè)最佳的非線性和諧振相結(jié)合的效應(yīng)，必須保證非線性層和組件層的乘積n·d、以及所有層的乘積∑nidi的和與圖15中曲線最大斜率區(qū)域的工作點(diǎn)Wp相對(duì)應(yīng)。實(shí)際上，這意味著n·d不等于N·λ/4，其中N是整數(shù)，因?yàn)閷?duì)于N·λ/4，曲線呈現(xiàn)數(shù)值E。對(duì)于反射層組件來(lái)說(shuō)，作為n·d和∑nidi的函數(shù)的反射與透明層組件的透射有類似的變化，並且這種類似性是相當(dāng)有效的。
在所述的實(shí)施例中，信息結(jié)構(gòu)是相位結(jié)構(gòu)，它是根據(jù)相位差來(lái)讀出的，相位差是由包括在信息表面上的凹痕和凸部的信息區(qū)讀取光束中引入的。而且，信息結(jié)構(gòu)可以替換為幅度結(jié)構(gòu)，也可作為相位結(jié)構(gòu)，能夠以反射和透射被讀出。信息區(qū)與它們的周圍相比，具有不同的反射系數(shù)或透射系數(shù)。
在所述的記錄載體中，信息結(jié)構(gòu)是僅能讀取的永久結(jié)構(gòu)，信息區(qū)域小于那些已知的記錄載體的區(qū)域。這種記錄載體的制造用已知的技術(shù)是很容易實(shí)現(xiàn)的。輻射源是理想的，例如，必須使用較短波長(zhǎng)的激光器，寫(xiě)入物鏡必須有一個(gè)較大的數(shù)值孔徑，但這不是缺點(diǎn)，因?yàn)樾畔⒃谒^原版光盤(pán)中僅需要寫(xiě)入一次。原版光盤(pán)的大量復(fù)制可用已知的模壓或復(fù)制技術(shù)制造。寫(xiě)入裝置很昂貴，它裝有短波長(zhǎng)的氣體激光器和具有一個(gè)大的數(shù)值孔徑和小的聚焦深度的寫(xiě)入物鏡。然而，當(dāng)寫(xiě)入原版光盤(pán)時(shí)，本發(fā)明也可以應(yīng)用，以致能夠使用較簡(jiǎn)單的裝置就能寫(xiě)入亞微米信息區(qū)，或者使用同樣的裝置甚至能寫(xiě)入更小的信息區(qū)。
圖16表示在正切截面中原版記錄載體的一部分。原版記錄載體包括一個(gè)襯底40和一層輻射敏感層41。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)非線性光學(xué)層，例如一個(gè)裝備在層41上的脫色層23。一個(gè)寫(xiě)入光束b′，它是根據(jù)被寫(xiě)入的信息進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制的，並且用物鏡系統(tǒng)聚焦到受限衍射輻射點(diǎn)S(未示出)，在小于點(diǎn)S的區(qū)域內(nèi)增加層23的透射。因此，光敏層用小于S的輻射點(diǎn)S′曝光，並且信息區(qū)也相應(yīng)地比較小。在整個(gè)原版記錄載體已經(jīng)被寫(xiě)入光束掃描之后，層23被移去，並且曝光的圖形用已知的顯象和蝕刻工藝轉(zhuǎn)換成適合于復(fù)制的浮雕圖形。
另外，在圖6、7、9、10、11、13和14中表示的實(shí)施例中，它們都涉及具有一個(gè)永久信息結(jié)構(gòu)的記錄載體，本發(fā)明能在用戶自己寫(xiě)入的記錄載體中替換使用。可寫(xiě)入記錄載體，由它們的制造者優(yōu)先提供，並裝備一個(gè)以螺旋形軌跡或多個(gè)同心軌跡形成的伺服軌跡結(jié)構(gòu)。這些軌跡可以是完全空白的。當(dāng)相對(duì)于伺服軌跡的寫(xiě)入點(diǎn)位置的寫(xiě)入信息能被檢測(cè)和被重新校準(zhǔn)時(shí)，則這個(gè)點(diǎn)就準(zhǔn)確地跟隨伺服軌跡。這樣，便具有使用戶的讀/寫(xiě)設(shè)備不需要裝有很精密而且昂貴的機(jī)械定位和制導(dǎo)的機(jī)械裝置的優(yōu)點(diǎn)。伺服軌跡也包括在記錄載體上的任意位置能寫(xiě)入和讀出的地址信息。如果可寫(xiě)入的記錄載體打算用于記錄用戶的程序，而程序的一部分對(duì)所有使用者都是相同的，這一部分或標(biāo)準(zhǔn)信息可預(yù)先錄制，以便用戶僅需要用他自己的特定信息去完成。
伺服軌跡結(jié)構(gòu)或通常預(yù)先錄制的永久信息可經(jīng)過(guò)原版光盤(pán)和在具有可寫(xiě)入層的載體上復(fù)制的方法來(lái)提供。原版記錄載體具有如脫色層的非線性光學(xué)層，如由圖16描述的，以使伺服軌跡可變窄和可尋址的，以及信息區(qū)域可小于迄今為止的普通信息區(qū)。
一個(gè)具有伺服軌跡結(jié)構(gòu)的記錄載體帶有一個(gè)可寫(xiě)入的材料層，根據(jù)本發(fā)明也有一個(gè)非線性層。圖17表示這種記錄載體的一部分的徑向截面圖。由3′表示伺服軌跡和4表示中間地帶。數(shù)字42表示可寫(xiě)入層和43表示非線性層。這種層不僅用于超高分辨率的讀出而且也用于在寫(xiě)入期間形成信息區(qū)域，信息區(qū)域可大大小于寫(xiě)入點(diǎn)S。在圖17中所示，這些信息區(qū)域在伺服軌跡3′中被寫(xiě)入，但也可在中間地帶4被寫(xiě)入。而且，伺服軌跡可在襯底的表面以及在該表面的脊上刻槽。
一次可寫(xiě)入和非線性層42可以是一個(gè)燒蝕層，例如反射層，其中，孔是不反射的，或者在很小程度上能被寫(xiě)入光束形成反射。
層42可以包括一個(gè)相變材料層，其中寫(xiě)入光束使非晶相轉(zhuǎn)變?yōu)榫嗑植康卮_立，或者相反地變化。因此，一個(gè)折射率(或反射系數(shù))的變化，以致被寫(xiě)入的信息區(qū)域從它們周圍以不同的透射或反射相區(qū)別。
相變材料也可適用于寫(xiě)入和抹除信息若干次。當(dāng)抹除光束是在寫(xiě)光束和讀光束的強(qiáng)度之間產(chǎn)生時(shí)，就用高強(qiáng)度的輻射光束寫(xiě)入信息，然后用低于寫(xiě)入光束強(qiáng)度的輻射光束讀出信息。實(shí)際上，寫(xiě)、讀和抹除功能可用在三個(gè)不同強(qiáng)度能級(jí)之間轉(zhuǎn)換的一個(gè)光束來(lái)完成。
把包括相變材料的可寫(xiě)入信息層與包括一層相變材料的非線性層相結(jié)合，顯然，記錄載體僅僅包括一個(gè)相變層的替換是可能的，相變層的特性可用于寫(xiě)入信息和在讀出期間產(chǎn)生非線性光學(xué)效應(yīng)。
圖18表示記錄載體能夠?qū)懭牒湍ǔ舾纱蔚牧硪粋€(gè)實(shí)施例?？蓪?xiě)入層44包括一層膨脹層45和一層阻擋層46，其中信息區(qū)域以不均勻性47的形式能夠用具有第一波長(zhǎng)的激光束寫(xiě)入。信息能用低強(qiáng)度的光束讀出或抹除，並且用第二波長(zhǎng)的光束抹除。
隨著膨脹層的參數(shù)的適當(dāng)選擇，該層不僅用于信息層，還可作為產(chǎn)生非線性光學(xué)效應(yīng)。當(dāng)在膨脹層中以不均勻性方式讀出信息區(qū)域時(shí)，一個(gè)小的暫時(shí)變化是由讀出光束用上述的不均勻性產(chǎn)生的，在后面的階段變化消失，以致不均勻性恢復(fù)它的原來(lái)形狀並且信息被保留。
所說(shuō)的膨脹層的材料是一種類似橡膠的材料，它不僅用作可寫(xiě)入和可抹除材料，還用作在記錄載體中具有永久信息結(jié)構(gòu)的信息材料。如圖19中所示的第一種可能性，信息區(qū)是安排在信息凹痕5的下面，凹痕由所說(shuō)的類橡膠狀材料48填充的。當(dāng)讀出這個(gè)信息結(jié)構(gòu)時(shí)，在凹痕中的材料是暫時(shí)地變形的(49)，以便在輻射點(diǎn)S中產(chǎn)生不連續(xù)性並且發(fā)生非線性效應(yīng)。
如圖20中所示，在類橡膠層中形成一個(gè)永久信息結(jié)構(gòu)也是可能的。在該圖中，類橡膠信息層由數(shù)字50表示，信息區(qū)域由數(shù)字5表示。第二橡膠狀層51比層50更容易變形，它可在信息層上形成。當(dāng)讀取信息時(shí)，讀輻射暫時(shí)地使層51在掃描點(diǎn)5的位置(52)上變形，以致再次得到一個(gè)非線性效應(yīng)。
至此描述的每個(gè)可寫(xiě)入信息層為燒蝕層、相變層和膨脹層，能與所說(shuō)的非線性層的每層相結(jié)合一個(gè)具有改變透射的層、一個(gè)相變層或一個(gè)膨脹層。非線性層可在信息層的前面和后面提供，並且可在記錄載體中形成組件層的一部分，該組件形成一個(gè)諧振結(jié)構(gòu)。
可寫(xiě)入和可抹除記錄載體的另一個(gè)實(shí)施例是磁光記錄載體，它包括一個(gè)襯底，一個(gè)預(yù)先提供的伺服軌跡和一個(gè)磁光層。這種記錄載體和用這種記錄載體的寫(xiě)入和讀出裝置，在“菲利浦技術(shù)評(píng)論”中描述，Vol，42，No.2，1985年8月，第37-47頁(yè)。在圖21中圖解示出。
記錄載體1的伺服軌跡由數(shù)字3′表示。數(shù)字7表示襯底以及55表示磁光層。從光源10來(lái)的輻射光束b，例如，從一個(gè)半導(dǎo)體二極管激光器來(lái)的光束由一個(gè)準(zhǔn)直透鏡12轉(zhuǎn)換成平行光束，並由物鏡系統(tǒng)11聚焦到在磁光層55中的一個(gè)受限衍射掃描點(diǎn)S′。在由磁線圈60產(chǎn)生的磁場(chǎng)中呈現(xiàn)了這種層的照射區(qū)域。磁光層在垂直方向上被磁化到記錄載體的表面。
在寫(xiě)入期間，輻射光束根據(jù)寫(xiě)入的信息被強(qiáng)度調(diào)制。當(dāng)移動(dòng)記錄載體與輻射點(diǎn)S′互相對(duì)應(yīng)時(shí)，磁光層在一定位置上以這種方式被加熱，即磁化方向反轉(zhuǎn)為與預(yù)磁化方向相反的外磁場(chǎng)方向。
在讀這些以磁疇的形式被寫(xiě)入的信息區(qū)域時(shí)，記錄載體用強(qiáng)度低于寫(xiě)入光束的連續(xù)光束曝光。磁疇使讀光束的極化方向發(fā)生小的旋轉(zhuǎn)。這個(gè)旋轉(zhuǎn)被稱為Kerr旋轉(zhuǎn)，其±Qk依賴于局部磁化的信號(hào)。例如，由記錄載體反射的和具有一個(gè)調(diào)制極化方向的光束，使用分光棱鏡61使它朝向檢測(cè)分支。這個(gè)支路包括一個(gè)λ/2板62，它的主軸以22.5°角延伸到該光束原來(lái)的極化方向。因此，極化平面由±Qk調(diào)制並旋轉(zhuǎn)45°。一個(gè)極化敏感光分裂器63將光束分裂成兩個(gè)互相垂直的極化分光束，極化分光束經(jīng)過(guò)透鏡64和65由檢測(cè)器66和67接收。于是角調(diào)制±Qk由檢測(cè)器轉(zhuǎn)換成幅度調(diào)制。由于它們的相位是相反的，所以差分信號(hào)被準(zhǔn)確讀出。
由記錄載體反射的光束和通過(guò)棱鏡61的光束由另一個(gè)光束分裂器68(例如一個(gè)半透明鏡)對(duì)準(zhǔn)另一個(gè)檢測(cè)分支69，其中軌跡誤差和聚焦誤差可在寫(xiě)入期間和讀出期間檢測(cè)。
為了抹除記錄載體，外磁場(chǎng)完全反轉(zhuǎn)使它獲得與磁光層55的預(yù)磁化的方向相同，並且，記錄載體用連續(xù)光束曝光。因此，寫(xiě)磁疇回復(fù)到它們的原來(lái)磁化方向。
對(duì)于記錄載體和檢測(cè)方法以及裝置的詳細(xì)情況，參考前面提到的“菲利浦技術(shù)“評(píng)論”，Vol.42，No.2，Pages37-47。
本發(fā)明有利地利用了這個(gè)事實(shí)，所說(shuō)的Kerr旋轉(zhuǎn)很大程度依賴于某些磁光材料，例如釔-鐵-鈷化合物的溫度。由于在受限衍射掃描點(diǎn)中能量的分布，掃描點(diǎn)的一部分將經(jīng)歷一個(gè)與其余點(diǎn)不同的Kerr旋轉(zhuǎn)。其結(jié)果是在掃描點(diǎn)中再建立鑒別。
讀出磁光不僅建立在Kerr旋轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上，而且還建立在讀出光束極化的橢園度變化的基礎(chǔ)上。這個(gè)變化對(duì)某些磁光材料也是濕度依賴關(guān)系，以便本發(fā)明也能用于由磁疇產(chǎn)生極化的橢園度變化的磁光記錄載體中。
本發(fā)明采用了使被讀出的磁疇能小于迄今為止普通使用的讀出磁疇。這些小磁疇可在圖22中說(shuō)明的寫(xiě)入的特殊方法中獲得。假設(shè)寫(xiě)入點(diǎn)S以速度V相對(duì)于記錄載體的被寫(xiě)入軌跡3移動(dòng)到右邊，並且在t0時(shí)刻，點(diǎn)的中心Sm出現(xiàn)在A點(diǎn)。然后，磁場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)例如是朝向垂直于圖紙平面的方向，並且在S點(diǎn)下面的整個(gè)園表面在該方向磁化。在輻射點(diǎn)的中心已經(jīng)移到B點(diǎn)后，磁場(chǎng)反向。于是，在點(diǎn)S下面出現(xiàn)的園區(qū)域獲得一個(gè)相反的磁化方向。因此，可以說(shuō)中心A的寫(xiě)入磁疇的一部分被抹除。結(jié)果是保留的磁疇僅僅復(fù)蓋陰影區(qū)域D。磁疇的長(zhǎng)度由Vxt決定，其中t是磁場(chǎng)出現(xiàn)在已經(jīng)給定的方向期間的周期。因而，寫(xiě)入磁疇大大小于寫(xiě)入點(diǎn)的直徑。
上述非線性層的某一層也可供給磁光記錄載體，以便增加磁光層的非線性效應(yīng)，其結(jié)果使記錄載體的寫(xiě)和讀都得到改進(jìn)。圖23表示一個(gè)這樣記錄載體的例子。在該圖中，數(shù)字7表示透明襯底，在襯底上由被形成的軌跡3表示伺服軌跡結(jié)構(gòu)。這個(gè)結(jié)構(gòu)涂復(fù)一層例如氮化鋁介質(zhì)層70，磁光層55就被提供在這一層上。層55后面有例如氮化鋁的第二個(gè)介質(zhì)層71。該層帶有一個(gè)反射的非線性光學(xué)層，例如一個(gè)變相層31。
僅使用如圖23中磁光記錄載體中的一個(gè)額外層，例如層31的非線性效應(yīng)的這種替換當(dāng)然是可能的，載體中的磁光材料是不太依賴于溫度的。
從磁光記錄載體來(lái)的讀信號(hào)的信噪比可隨著讀光束強(qiáng)度的增加而增加。當(dāng)寫(xiě)入磁疇時(shí)，這樣的強(qiáng)度增加也是有利的。
根據(jù)本發(fā)明的記錄載體可用已知的掃描裝置來(lái)讀出和寫(xiě)入的，其中檢測(cè)孔徑基本上等于形成掃描點(diǎn)的物鏡的孔徑。根據(jù)本發(fā)明的其它方面，檢測(cè)孔徑大大地大于物鏡的孔徑。于是超高分辨率效應(yīng)能移到最佳使用的范圍。
對(duì)于打算掃描在透射中記錄載體的裝置，增加檢測(cè)孔徑是沒(méi)有任何問(wèn)題的，因?yàn)槌尸F(xiàn)在記錄載體后面的光學(xué)系統(tǒng)部分，在檢測(cè)器的側(cè)面不需要有任何的成象質(zhì)量，而僅需要會(huì)聚輻射。
當(dāng)掃描一個(gè)反射的記錄載體時(shí)，反射輻射僅經(jīng)過(guò)物鏡到達(dá)檢測(cè)器，而物鏡形成受限幅射點(diǎn)並且必須具有高的光學(xué)質(zhì)量。根據(jù)本發(fā)明，可采用一個(gè)較大的物鏡75，它的中心部分76得到很好的校準(zhǔn)，而在它的周圍部分質(zhì)量可以差一些，如在圖24中所示的那樣。附加的周圍部分77能在較大的角度下會(huì)聚被衍射的輻射，而其中非線性效應(yīng)是顯著的。由光源10提供的光束b由透鏡12準(zhǔn)直僅充滿在物鏡75的中心部分76，以便在信息面Z上形成一個(gè)高質(zhì)量的掃描點(diǎn)S。
在圖24中的物鏡75可以是單獨(dú)的非球面透鏡單元，也可以是全息透鏡或者具有折射率為徑向變化的透鏡。
在已校正的普通的物鏡周圍安置一個(gè)附加的環(huán)狀透鏡，這種替換當(dāng)然是可能的。
由記錄載體反射的部分輻射通過(guò)物鏡75的中心部分76以及由環(huán)狀部分77會(huì)聚的這些輻射的一部分都被一個(gè)檢測(cè)器17接收。
在這種情況下，分別地檢測(cè)這些輻射部分是有用的。為此，例如第二光束分離器78，以平板的形式構(gòu)成，它具有被反射部分圍繞的輻射透射中心部分79，它們被安置在第一光束分離器16后面的輻射軌跡中。現(xiàn)在，當(dāng)輻射通過(guò)環(huán)狀透鏡部分77被如環(huán)狀檢測(cè)器81分離檢測(cè)時(shí)，僅僅是通過(guò)物鏡75的中心部分76的輻射光束到達(dá)原來(lái)的檢測(cè)器17。如果非線性效應(yīng)引入一個(gè)與線性效應(yīng)相反的相位，如在圖2中所表示的，以致調(diào)制轉(zhuǎn)換函數(shù)將有局部的最小值。這種裝置對(duì)于這個(gè)最小值提供了補(bǔ)償?shù)目赡苄?，它是通把檢測(cè)的信號(hào)互相減去，而不是把檢測(cè)信號(hào)互相加在一起來(lái)達(dá)到補(bǔ)償?shù)?。此外，超高分辨率信?hào)能分別被檢測(cè)，並且該裝置也適用普通掃描的線性記錄載體。
權(quán)利要求
1.一種通過(guò)使掃描點(diǎn)聚焦在信息平面上的一束掃描光束進(jìn)行光學(xué)掃描一個(gè)信息平面的方法，所說(shuō)的掃描點(diǎn)與信息平面的載體互相作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以使掃描點(diǎn)掃描信息平面，其特征在于，把大體上受限衍射掃描點(diǎn)與一層非線性光學(xué)材料相結(jié)合，掃描光束的輻射在這層光學(xué)材料內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)光學(xué)效應(yīng)，這種光學(xué)效應(yīng)可以在掃描點(diǎn)內(nèi)進(jìn)行鑒別，以使有效掃描點(diǎn)比原始掃描點(diǎn)小得多。
2.一種適用于如權(quán)利要求1方法掃描的光記錄載體，包括一個(gè)信息平面，其特征是用一層位于信息平面的聚焦深度內(nèi)的非線性材料層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光記錄載體，其特征是信息平面具有由安排在信息中的信息區(qū)域構(gòu)成的永久信息結(jié)構(gòu)，所說(shuō)的區(qū)域與中間區(qū)域一起在軌跡方向上交替並被光鑒別。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種適合于讀取和可寫(xiě)入一次的光記錄載體，其特征是該信息平面具有用于定位信息平面中掃描點(diǎn)的永久伺服軌跡結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種適合于讀取和可寫(xiě)入及可抹除幾次的光記錄載體，其特征是，信息平面具有用于定位掃描點(diǎn)的永久伺服軌跡結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種預(yù)期作為最初原版和可寫(xiě)入軌跡形結(jié)構(gòu)的光記錄載體，並包括襯底和信息層，其特征是，該信息層是一層不含有信息的寫(xiě)入層。
7.根據(jù)權(quán)利要求2、3、4、5或6所述的一種光記錄載體，其特征是，非線性光學(xué)材料是一種其透射的變化隨著入射輻射強(qiáng)度變化的材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種記錄載體，其特征是，該材料是具有一種在強(qiáng)度影響下透射變化的飽和染料。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種記錄載體，其特征是，該材料是一種雙穩(wěn)定的光學(xué)材料，它具有在強(qiáng)度影響下透射變化的特性。
10.根據(jù)權(quán)利要求3、4或5所述的一種記錄載體，其特征是，非線性光學(xué)材料是一種當(dāng)入射輻射強(qiáng)度變化時(shí)，折射率變化的材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種記錄載體，其中非線性光學(xué)材料是變相材料，其特征是，非線性光學(xué)材料層也是信息層。
12.根據(jù)權(quán)利要求3、4或5所述的一種記錄載體，其特征是，非線性光學(xué)材料是具有相對(duì)高的熱膨脹系數(shù)的合成材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種記錄載體，具有一個(gè)包括磁光材料的信息層，其中，磁疇可由磁場(chǎng)和入射光束寫(xiě)入，磁疇能根據(jù)掃描光束極化的變化來(lái)讀出，其特征是，非線性層是由極化變化依賴于入射輻度的磁光信息層構(gòu)成。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的一種記錄載體，其特征是，非線性光學(xué)材料層是在磁光層的聚焦深度內(nèi)被提供的。
15.根據(jù)權(quán)利要求7至14所述的一種記錄載體，其特征是，非線性光學(xué)層形成一個(gè)構(gòu)成用于掃描輻射的諧振結(jié)構(gòu)層的組件部分。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的一種記錄載體，其特征是，具有與非線性層相結(jié)合的多個(gè)附加層構(gòu)成諧振結(jié)構(gòu)。
17.一種適用于實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1的方法的掃描裝置，包括一個(gè)輻射源，一個(gè)用于聚焦從輻射源到記錄載體的信息平面上的受限衍射掃描點(diǎn)的輻射光束的物鏡系統(tǒng)，以及一個(gè)用于從信息平面來(lái)的輻射轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的輻射敏感檢測(cè)器，其特征是，檢測(cè)孔徑大于在記錄載體上的入射掃描光束的孔徑。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的一種掃描裝置，打算用于掃描一個(gè)反射記錄載體，其特征是，物鏡系統(tǒng)包括一個(gè)足夠準(zhǔn)確的和具有足夠光學(xué)質(zhì)量的以用于形成受限衍射輻射點(diǎn)的園心部分，以及一個(gè)能接收從記錄載體來(lái)的輻射的鄰接環(huán)狀部分。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的一種掃描裝置，其特征是，為接收經(jīng)過(guò)環(huán)狀透鏡部分的輻射而設(shè)置了一個(gè)附加檢測(cè)器。
全文摘要
當(dāng)掃描一個(gè)具有受限衍射掃描點(diǎn)(S)的光記錄載體時(shí)，由于利用在記錄載體(1)中與非線性光學(xué)層(22)相結(jié)合的掃描點(diǎn)(S)內(nèi)的能量分布，有效掃描點(diǎn)(S′)的尺寸能夠大大地減小，以致在讀取和寫(xiě)入期間增加分辨率。
文檔編號(hào)G11B7/12GK1039319SQ8910499
公開(kāi)日1990年1月31日 申請(qǐng)日期1989年5月24日 優(yōu)先權(quán)日1988年5月24日
發(fā)明者維翰內(nèi)斯·亨德利卡斯·瑪麗亞·斯普魯伊特, 吉斯伯特斯·包胡伊斯, 安東尼厄斯·亨德利卡斯·瑪麗亞·霍爾特斯拉格, 科尼利斯·馬林納斯·約翰內(nèi)斯·范烏以贊 申請(qǐng)人:菲利浦光燈制造公司