專利名稱：多層三維存儲(chǔ)光學(xué)頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多層三維存儲(chǔ)光學(xué)頭，屬于三維數(shù)字光存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域。
在目前的各種多層三維存儲(chǔ)中，主要基于如下模式。如圖1所示，是目前通行三維存儲(chǔ)方案的原理示意圖，其存儲(chǔ)體(2)為一個(gè)正方體的雙光子光致變色材料的存儲(chǔ)體。柱狀透鏡(4)將光束聚集成平面光用于選擇工作面。另一束被所記錄的數(shù)據(jù)調(diào)整的光束通過(guò)物鏡(1)照過(guò)存儲(chǔ)體。這樣在兩束光的交匯處，信息便寫(xiě)如到存儲(chǔ)體內(nèi)。在讀出時(shí)，仍然有平面光來(lái)選擇工作面，而入射光均勻照明，在工作面上記錄的信息產(chǎn)生相應(yīng)的熒光，并由讀出物鏡(3)準(zhǔn)直后由CCD攝像機(jī)獲取信息。
在這方面取得了比較成功的例子主要是美國(guó)加州大學(xué)與美國(guó)call-recall公司等聯(lián)合研究的存儲(chǔ)系統(tǒng)，如圖2所示，其記錄體為一個(gè)1cm3的雙光子吸收材料，選擇工作面的平面光由平面放射鏡(135,136,148)和消色差瞄準(zhǔn)鏡(10)組成的光路產(chǎn)生，而工作照明光路則有透鏡(143,144,145,146)和瞄準(zhǔn)鏡(7)組成，讀出時(shí)由CCD(9)攝像機(jī)讀出。這種方法需要精密的XYZ工作臺(tái)，來(lái)完成工作面的選取，且記錄體不能很大，制約了這種存儲(chǔ)方式的應(yīng)用。雖然提供了高密度和高的數(shù)據(jù)傳輸率，但由于其昂貴而龐大的三維工作臺(tái)以及平行的數(shù)據(jù)讀取方式，使得它距離實(shí)用還很遠(yuǎn)。
為此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)我們準(zhǔn)備采用與現(xiàn)行的光存儲(chǔ)器相近的存儲(chǔ)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種多層三維存儲(chǔ)光學(xué)頭，克服現(xiàn)有三維存儲(chǔ)使用交叉兩束光造成的存儲(chǔ)設(shè)備龐大而昂貴，難以使用的問(wèn)題。設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，適于應(yīng)用的多層三維存儲(chǔ)的光學(xué)頭。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的多層三維存儲(chǔ)光學(xué)頭，包括二個(gè)激光器，一個(gè)倍頻器，二個(gè)準(zhǔn)直境，二個(gè)分光鏡，一個(gè)輔助準(zhǔn)直鏡，一個(gè)輔助激光器，一個(gè)物鏡和一個(gè)聯(lián)動(dòng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)。所述的激光器、倍頻器、準(zhǔn)直鏡和兩個(gè)分光鏡自左至右同光軸安裝，構(gòu)成主光軸。物鏡、右側(cè)分光鏡、輔助準(zhǔn)直鏡、輔助激光器同光軸安裝，該光軸與主光軸成90°角。被讀寫(xiě)盤片置于物鏡的相對(duì)于分光鏡的另一側(cè)，所述的另一準(zhǔn)直鏡和另一激光器與左側(cè)分光鏡同光軸安裝，該光軸與主光軸成90°角，構(gòu)成付光軸。聯(lián)動(dòng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)同時(shí)與兩個(gè)準(zhǔn)直鏡相連。輔助激光器產(chǎn)生一輔助激光束通過(guò)輔助準(zhǔn)直鏡、分光鏡和物鏡聚焦于被讀寫(xiě)盤片的主反射面上，并由此產(chǎn)生的信號(hào)完成聚焦，跟蹤和尋道。主光軸和付光軸的激光器生成用于擦所需要的兩種波長(zhǎng)的激光，兩束激光經(jīng)過(guò)分光鏡的合成，通過(guò)物鏡，入射到被讀寫(xiě)盤片上，完成擦操作。倍頻器用以生成用以寫(xiě)操作的兩種波長(zhǎng)激光中的一種，通過(guò)與由激光器產(chǎn)生的激光共同作用，完成寫(xiě)操作。主光路中的兩個(gè)準(zhǔn)直透鏡由聯(lián)動(dòng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)完成變焦調(diào)焦，實(shí)現(xiàn)對(duì)讀寫(xiě)層的選擇。
使用這種多層三維存儲(chǔ)光學(xué)頭，可對(duì)多層三維光盤進(jìn)行并行讀寫(xiě)，有效提高光盤數(shù)據(jù)讀寫(xiě)速率和存儲(chǔ)容量。并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)，因而很容易在實(shí)際應(yīng)用中得到推廣，做成產(chǎn)品，有很大的使用價(jià)值。


圖1是目前的各種多層三維存儲(chǔ)的工作原理。
圖2是美國(guó)加州大學(xué)與美國(guó)call-recall公司等聯(lián)合研究的存儲(chǔ)系統(tǒng)示意圖。
圖3是本發(fā)明的多層三維存儲(chǔ)光學(xué)頭結(jié)構(gòu)示意圖。
下面就各個(gè)結(jié)構(gòu)示意圖詳細(xì)說(shuō)明，圖1～圖3中1是物鏡，2是雙光子吸收材料，3是物鏡，4是柱狀透鏡，5是Nd-YAG激光器，6是掩膜，7是瞄準(zhǔn)鏡，8是記錄體，9是CCD攝像機(jī)，10是消色差瞄準(zhǔn)鏡，11是He-Ne激光器，12是脈沖延遲工作臺(tái)，131～138是平面反射鏡，141～147是透鏡，15是激光器，16是倍頻器，17是準(zhǔn)直鏡，18是分光鏡，19是盤片，20是物鏡，21是分光鏡，22是輔助激光器，23是輔助準(zhǔn)直鏡，24是激光器，25是準(zhǔn)直鏡，26是聯(lián)動(dòng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)。
如圖3所示，本發(fā)明的多層三維存儲(chǔ)光學(xué)頭，包括二個(gè)激光器15和24，一個(gè)倍頻器16，二個(gè)準(zhǔn)直境17和25，二個(gè)分光鏡18和21，一個(gè)輔助準(zhǔn)直鏡23，一個(gè)輔助激光器22，一個(gè)物鏡20和一個(gè)聯(lián)動(dòng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)26。所述的激光器15、倍頻器16、準(zhǔn)直鏡17和左側(cè)分光鏡18自左至右同光軸安裝，構(gòu)成主光軸。物鏡20、右側(cè)分光鏡21、輔助準(zhǔn)直鏡23、輔助激光器22同軸安裝，該光軸與主光軸成90°角。被讀寫(xiě)盤片19置于物鏡20的相對(duì)于分光鏡21的另一側(cè)，所述的另一準(zhǔn)直鏡25和另一激光器24與左側(cè)分光鏡18同軸安裝，該光軸與主光軸成90°角，構(gòu)成付光軸。聯(lián)動(dòng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)26同時(shí)與兩個(gè)準(zhǔn)直鏡17和25相連。輔助激光器22產(chǎn)生一輔助激光束通過(guò)輔助準(zhǔn)直鏡23、分光鏡21和物鏡20聚焦于被讀寫(xiě)盤片19的主反射面上，并由此產(chǎn)生的信號(hào)完成聚焦，跟蹤和尋道。主光軸和付光軸的激光器生成用于擦所需要的兩種波長(zhǎng)的激光，兩束激光經(jīng)過(guò)分光鏡的合成，通過(guò)物鏡，入射到被讀寫(xiě)盤片上，完成擦操作。倍頻器16用以生成用以寫(xiě)操作的兩種波長(zhǎng)激光中的一種，通過(guò)與由激光器24產(chǎn)生的激光共同作用，完成寫(xiě)操作。主光路中的兩個(gè)準(zhǔn)直透鏡17和25由聯(lián)動(dòng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)完成變焦調(diào)焦，實(shí)現(xiàn)對(duì)讀寫(xiě)層的選擇。
圖3為本發(fā)明的工作原理圖。有輔助激光器(22)和輔助準(zhǔn)直鏡(23)組成的輔助光路，用以聚焦在存儲(chǔ)盤(19)底面上，完成聚焦和跟蹤。工作所需的兩個(gè)波長(zhǎng)的激光有激光器(15和24)和產(chǎn)生，兩束激光的準(zhǔn)直鏡(17和25)由聯(lián)動(dòng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)(26)控制，來(lái)選擇分層的讀寫(xiě)面。而激光倍頻器(26)則用以轉(zhuǎn)換寫(xiě)和擦?xí)r的激光波長(zhǎng)。這種方法克服了傳統(tǒng)的三維存儲(chǔ)的設(shè)備要求，且存儲(chǔ)體可成與現(xiàn)在的光盤相似的盤狀結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化了存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)，提高存儲(chǔ)時(shí)間并且擴(kuò)大的存儲(chǔ)的容量。
考慮到現(xiàn)行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)信息主要以數(shù)據(jù)串形式進(jìn)行存儲(chǔ)和傳輸?shù)?。因此，?shù)據(jù)應(yīng)以串行方式存儲(chǔ)。多層制造中由于不能在中間層加入預(yù)刻槽，使得聚焦，尋道和跟蹤成為困難。此外，由于雙光子吸收，需要處理兩個(gè)波長(zhǎng)的光束的控制及共焦。在讀出裝置中，需要處理層間干擾。本發(fā)明的特點(diǎn)為(1)輔助光束實(shí)現(xiàn)跟蹤聚焦為了實(shí)現(xiàn)跟蹤和聚焦，引入一個(gè)輔助光束，使輔助光束始終聚焦在底面上，完成尋道、跟蹤和聚焦。而主光束通過(guò)變焦技術(shù)，來(lái)完成不同面的選擇。在每一層上讀寫(xiě)過(guò)程中仍采用類似于現(xiàn)行光盤的讀寫(xiě)方式，這樣可在在現(xiàn)有技術(shù)上較容易的進(jìn)行移植和實(shí)用化。
(2)雙波長(zhǎng)光雙焦透鏡由于寫(xiě)和擦的過(guò)程中仍然使用兩種波長(zhǎng)的激光，都需要從同一主光路進(jìn)入。由于主光路需要通過(guò)所有的記錄層，所以為避免層間干擾，兩種波長(zhǎng)的光束應(yīng)只在焦點(diǎn)處相交。兩種波長(zhǎng)的分為內(nèi)外兩路，對(duì)于透鏡來(lái)說(shuō)，其內(nèi)圈和外圈對(duì)于相應(yīng)的波長(zhǎng)具有相同的焦距。這樣能使兩種波長(zhǎng)的光能有效均焦聚焦于一點(diǎn)，便可實(shí)現(xiàn)在焦點(diǎn)處的寫(xiě)擦操作而不影響其他記錄點(diǎn)的狀態(tài)。
(3)讀出信號(hào)的共焦技術(shù)在讀操作時(shí)，在讀取信號(hào)時(shí)是使用單一波長(zhǎng)的激光，而且這種具有熒光特性的光子吸收材料，只要吸收到光子就發(fā)熒光，與光的強(qiáng)度無(wú)關(guān)。因此，當(dāng)在讀取時(shí)其他層被照到的區(qū)域同樣會(huì)發(fā)出熒光。這樣就可能產(chǎn)生信號(hào)的串?dāng)_。為了避免這種串?dāng)_，可使用一種共焦技術(shù)。引入一個(gè)帶有小空的擋板，它的位置恰好與系統(tǒng)的焦點(diǎn)處于共焦的位置，即只有在系統(tǒng)的焦點(diǎn)上發(fā)出的光通過(guò)此系統(tǒng)達(dá)到探測(cè)器上。由于其它被照亮的區(qū)域，由于并不在焦點(diǎn)處本身的量子產(chǎn)率就底，再加上擋板的阻攔，將會(huì)大大小于有用的信號(hào)。這樣，可避免相鄰的記錄點(diǎn)的串?dāng)_。
下面介紹本發(fā)明的實(shí)施例。
本系統(tǒng)中使用三種不同波長(zhǎng)的激光。寫(xiě)入是使用短波長(zhǎng)激光(355nm+590nm)使介質(zhì)發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，分子從狀態(tài)“0”變成狀態(tài)“1”。讀出時(shí)使用較長(zhǎng)波長(zhǎng)(590nm)的激光，處于狀態(tài)“1”的分子在該波長(zhǎng)激光照射下會(huì)發(fā)出熒光，而處于狀態(tài)“0”的分子則不會(huì)，因此通過(guò)檢測(cè)讀出光照射下介質(zhì)的熒光效應(yīng)就可以區(qū)分所寫(xiě)入的信號(hào)。對(duì)于發(fā)熒光材料而言，只要提高分子的熒光量子產(chǎn)率，就可以避免分子在讀出光照射下發(fā)生狀態(tài)變化，因此這是一種無(wú)損讀出過(guò)程。擦除時(shí)由于需要更高的能量，因此需要用兩束光同時(shí)照射(1064nm+590nm)。
權(quán)利要求
1.一種多層三維存儲(chǔ)光學(xué)頭，其特征在于，該光學(xué)頭包括二個(gè)激光器，一個(gè)倍頻器，二個(gè)準(zhǔn)直境，二個(gè)分光鏡，一個(gè)輔助準(zhǔn)直鏡，一個(gè)輔助激光器，一個(gè)物鏡和一個(gè)聯(lián)動(dòng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)；所述的激光器、倍頻器、準(zhǔn)直鏡和兩個(gè)分光鏡自左至右同光軸安裝，構(gòu)成主光軸；物鏡、右側(cè)分光鏡、輔助準(zhǔn)直鏡、輔助激光器同光軸安裝，該光軸與主光軸成90°角；被讀寫(xiě)盤片置于物鏡的相對(duì)于分光鏡的另一側(cè)，所述的另一準(zhǔn)直鏡和另一激光器與左側(cè)分光鏡同光軸安裝，該光軸與主光軸成90°角，構(gòu)成付光軸；聯(lián)動(dòng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)同時(shí)與兩個(gè)準(zhǔn)直鏡相連；輔助激光器產(chǎn)生一輔助激光束通過(guò)輔助準(zhǔn)直鏡、分光鏡和物鏡聚焦于被讀寫(xiě)盤片的主反射面上，并由此產(chǎn)生的信號(hào)完成聚焦，跟蹤和尋道；主光軸和付光軸的激光器生成用于擦所需要的兩種波長(zhǎng)的激光，兩束激光經(jīng)過(guò)分光鏡的合成，通過(guò)物鏡，入射到被讀寫(xiě)盤片上，完成擦操作；倍頻器用以生成用以寫(xiě)操作的兩種波長(zhǎng)激光中的一種，通過(guò)與由激光器產(chǎn)生的激光共同作用，完成寫(xiě)操作；主光路中的兩個(gè)準(zhǔn)直透鏡由聯(lián)動(dòng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)完成變焦調(diào)焦，實(shí)現(xiàn)對(duì)讀寫(xiě)層的選擇。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多層三維存儲(chǔ)光學(xué)頭,該光學(xué)頭中,激光器、倍頻器、準(zhǔn)直鏡和兩個(gè)分光鏡構(gòu)成主光軸。物鏡、右側(cè)分光鏡、輔助準(zhǔn)直鏡、輔助激光器同光軸安裝,該光軸與主光軸成90°角。被讀寫(xiě)盤片置于物鏡的相對(duì)于分光鏡的另一側(cè),另一準(zhǔn)直鏡和另一激光器與左側(cè)分光鏡同光軸安裝,該光軸與主光軸成90°角,構(gòu)成付光軸。聯(lián)動(dòng)調(diào)焦機(jī)構(gòu)同時(shí)與兩個(gè)準(zhǔn)直鏡相連。使用本發(fā)明可對(duì)多層三維光盤進(jìn)行并行讀寫(xiě),有效提高光盤數(shù)據(jù)讀寫(xiě)速率和存儲(chǔ)容量。
文檔編號(hào)G11B7/12GK1281216SQ0012442
公開(kāi)日2001年1月24日 申請(qǐng)日期2000年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月1日
發(fā)明者徐端頤, 馬利軍, 李赫雄, 岳宏達(dá) 申請(qǐng)人:清華大學(xué)