專利名稱：可實現(xiàn)多波長多層光盤并行讀出的方法及其光學(xué)頭和盤片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
可實現(xiàn)多波長多層光盤并行讀出的方法及其光學(xué)頭和盤片屬于高密度數(shù)字光存儲技術(shù)領(lǐng)域，尤其是多波長多層光存儲技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
多波長多層光盤及其讀寫技術(shù)光致變色多波長多層光盤及其讀寫技術(shù)是清華大學(xué)光盤國家工程中心一系列專利技術(shù)的一部分，該技術(shù)采用不同敏感波段的多種光致變色材料作為記錄層；將多個波長激光通過合光裝置、消色差物鏡等聚焦于光盤同一點，各記錄層同處于焦深之內(nèi)，從而實現(xiàn)多波長各記錄層并行讀寫。
中科院上海光機所、臺灣工研院、日立(Hitachi)、三菱(Mitsubishi)、松下(Matsushita)等在多波長多層光存儲方面有一定研究，其光學(xué)頭、存儲介質(zhì)結(jié)構(gòu)與清華大學(xué)技術(shù)有類似之處。但這些研究機構(gòu)或廠家的專利中常以調(diào)整焦距依次對各層尋址為基礎(chǔ)(或者對聚焦尋址問題甚少涉及或語焉不詳)，不利于并行讀寫。而光盤國家工程中心現(xiàn)有專利可實現(xiàn)并行讀寫，有利于提高讀出速度。
多波長光學(xué)頭一種典型的多波長光學(xué)頭示意圖如圖1所示包括激光器1(含不同波長單色激光器件1.1、1.2…1.N)、合光裝置2(包括N個準直透鏡和一個棱鏡)、分光器件3(包括偏振分光棱鏡和1/4波片)、分光裝置4(由棱鏡及成像透鏡組成)、探測器5(含不同波長探測器5.1、5.2…5.N)、消色差物鏡6。7為多波長多層盤片，不屬于光學(xué)頭。
以上多波長光學(xué)頭的合光、分光裝置利用了棱鏡的合、分光原理。除此以外，還可利用光定向耦合器、全息凹面衍射光柵等合光、分光，光學(xué)頭示意圖與前圖相似。以上光學(xué)頭中，分光器件利用偏振原理將入射、出射光路分開，除此以外可利用光纖等達到同一目的。
在現(xiàn)有技術(shù)中，為了使多個波長激光聚焦于光盤同一點，消色差物鏡應(yīng)滿足條件1通過消除色差，將穿過合光裝置等的波長不同的N束激光聚焦于同一點O，即U1＝U2＝…＝Uj＝…＝UN式中，U1、U2、…Uj…、UN分別為消色差物鏡對于波長不同的N束激光的像距。此處像距定義為穿過多波長光學(xué)頭的N束激光聚焦點到物鏡的距離。
多波長多層盤片多波長多層盤片結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示其中，8為盤基；9為記錄層，共N層，各包含一種光致變色材料，對應(yīng)于不同波長的讀出激光；10為反射層；11為保護層。
物鏡盤片間距、物鏡參數(shù)、盤片參數(shù)配合關(guān)系多波長多層盤片讀出示意圖如圖3其中，12為盤片入射激光光束，亦即消色差物鏡聚焦的激光光束。各波長激光經(jīng)過消色差物鏡、盤基后，聚焦到光盤記錄層上同一點O，經(jīng)反射層、盤基、消色差物鏡、分光器件、分光裝置返回，由探測器讀出。
物鏡盤片間距、物鏡像距、盤基厚度、盤片記錄層厚度必須滿足配合條件2，使穿過多波長光學(xué)頭的N束激光聚焦點落在記錄層上。即當j＝1，2，…NH+h0＜Uj＜H+h0+2∑d其中，H為盤片到物鏡的距離，h0為盤基厚度，d1、d2、…、dj、…dN分別為N個記錄層的厚度，∑d＝d1+d2+…dj…dN為記錄層厚度之和?？紤]到反射層鏡面反射效應(yīng)，聚焦點落在反射層后與N個記錄層相對稱的∑d范圍內(nèi)也是可以的(但此范圍內(nèi)反射光光強減弱，不推薦采用)，因而像距上限為H+h0+2∑d。
消色差物鏡焦深、盤片記錄層厚度還必須滿足條件3，各波長焦深大于記錄層厚度之和，即當j＝1，2，…Nlj＞∑d其中，L1、L2…Lj…LN分別為各波長聚焦激光光束焦深，如圖3所示。
各類資料對焦深及其具體數(shù)值的定義并不統(tǒng)一，本專利說明書中，焦深定義為介質(zhì)內(nèi)光腰附近，激光軸向強度降低為一定值(譬如峰值強度80％)處兩位置的軸向間距。當該定值較小，焦深值較大；該定值較大，焦深值較小。
多波長光盤波長間串擾光盤中心現(xiàn)有專利多波長多層結(jié)構(gòu)中，記錄層厚度和小于各波長焦深，各波長激光聚焦到光盤同一點，雖然便于聚焦及多波長并行讀出，但在并行讀出的同時，不可避免的引入了不同波長信號間讀出串擾，影響了讀出信號質(zhì)量。以上結(jié)論已由清華大學(xué)光盤工程研究中心實驗驗證。
中國專利00124422.1(徐端頤，馬利軍，李赫雄等，多層三維存儲光學(xué)頭)稱可實現(xiàn)并行讀寫，但由權(quán)利要求書及說明書可知，通過聯(lián)動調(diào)焦機構(gòu)變焦調(diào)焦，各層讀出是串行、順次進行的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明將利用光學(xué)系統(tǒng)固有的軸向色差實現(xiàn)多層同時聚焦、并行讀出，并削弱多波長多層光盤層間讀出串擾。與中國專利00124422.1聯(lián)動調(diào)焦機構(gòu)實現(xiàn)變焦調(diào)焦相比，本發(fā)明可實現(xiàn)真正的并行讀出，且光學(xué)系統(tǒng)較簡單。
本發(fā)明提出了一種利用光學(xué)系統(tǒng)軸向色差實現(xiàn)多波長多層光盤多個記錄層并行聚焦讀出的方法及光學(xué)頭和盤片。該方法可使各波長讀出激光分開，聚焦點分別落在多波長多層盤片對應(yīng)記錄層上，各波長焦深小于相應(yīng)記錄層厚度與相鄰間隔層(或基層)厚度之和，任一記錄層均處于對應(yīng)波長聚焦點焦深之內(nèi)，而任意相鄰記錄層不處于前述焦深之內(nèi)，從而可實現(xiàn)多層同時聚焦、并行讀出，記錄層間讀出串擾得到削弱。
本發(fā)明所提出的方法的特征在于它是利用光學(xué)頭中的調(diào)色差物鏡的軸向色差將不同波長的激光聚焦在多層盤片的不同記錄層上，從而實現(xiàn)不同波長激光并行讀出的方法；其中不同波長激光為N束，多層盤片的記錄層層數(shù)為N層，盤片間隔層層數(shù)為N層；所述多層盤片與光學(xué)頭的調(diào)色差物鏡滿足下述條件時，波長不同的N束激光分別聚焦在多層盤片N個記錄層上1)調(diào)色差物鏡滿足U1＜U2＜…＜Uj＜…＜UN；2)多層盤片的第一層記錄層應(yīng)滿足第一束激光的聚焦點落在盤基和第一層間隔層之間H+H1-h0＜U1＜H+H1+d1+h1第一束激光的焦深小于盤基到第一層間隔層之間的距離L1＜d1+h0+h1第一層記錄層與第一束激光的焦深有重疊區(qū)域H+H1-L1/2＜U1＜H+H1+d1+L1/2第二層記錄層不與第一束激光的焦深重疊U1＜H+H1+d1+h1-L1/23)多層盤片的中間記錄層應(yīng)滿足第j束激光的聚焦點落在第j-1和第j層間隔層之間H+Hj-hj-1＜Uj＜H+Hj+dj+hj第j束激光的焦深小于第j-1和第j層間隔層之間的距離Lj＜dj+hj-1+hj第j層記錄層與第j束激光的焦深有重疊區(qū)域H+Hj-Lj/2＜Uj＜H+Hj+dj+Lj/2第j-1層或第j+1層記錄層不與第j束激光的焦深重疊H+Hj-hj-1+Lj/2＜Uj＜H+Hj+dj+hj-Lj/2上式中j＝2，3……N-1；4)考慮反射層的作用，與反射層相鄰的記錄層應(yīng)滿足第N束激光的聚焦點落在第N-1層間隔層和第N-1層間隔層的鏡像之間(包括該間隔層及其鏡像)H+HN-hN-1＜UN＜H+HN+2dN+2hN+hN-1第N束激光的焦深小于第N-1層間隔層與第N-1層間隔層的鏡像之間(包括該間隔層及其鏡像)的距離LN＜2dN+2hN-1+2hN第N層記錄層或其鏡像與第N束激光的焦深有重疊區(qū)域，即H+HN-LN/2＜UN＜H+HN+dN+LN/2，對應(yīng)于記錄層與焦深有重疊區(qū)域，或H+HN+dN+2hN-LN/2＜UN＜H+HN+2dN+2hN+LN/2，對應(yīng)于記錄層鏡像與焦深有重疊區(qū)域；第N-1層記錄層及其鏡像不與第N束激光的焦深重疊H+HN-hN-1+LN/2＜UN＜H+HN+2dN+2hN+hN-1-LN/2前述各公式中Uj為調(diào)色差物鏡對于第j束波長激光的像距；H是物鏡到盤片相鄰表面的距離；Hj是所述盤片表面到第j層記錄層的厚度，即Hj＝h0+d1+h1+d2+h2+…+dj-1+hj-1，其中h0指盤基的厚度；Lj是第j束激光聚焦的焦深；hj是盤片的第j層間隔層的厚度；dj是盤片的第j層記錄層的厚度；當某間隔層不存在時，前述各公式中相應(yīng)間隔層厚度取0。
在所述條件1)～4)基礎(chǔ)上，還滿足激光聚焦在相應(yīng)記錄層中間面，即Uj＝H+Hj+dj/2；此時讀出效果更好。
本發(fā)明所提出的光學(xué)頭含有能發(fā)射不同波長激光的激光器(1)、合光裝置(2)、分光器件(3)、分光裝置(4)、能探測不同波長激光的探測器(5)，其特征在于，還含有調(diào)色差物鏡(13)；所述分光裝置(4)、分光器件(3)、調(diào)色差物鏡(13)依次同光軸安裝，構(gòu)成主光軸；所述合光裝置(2)、分光器件(3)與主光軸成90°角同光軸安裝，構(gòu)成副光軸。激光器發(fā)射的不同波長激光經(jīng)過合光裝置(2)合成、分光器件(3)反射之后，通過調(diào)色差物鏡(13)入射到多波長多層盤片的不同層上；反射后，經(jīng)調(diào)色差物鏡(13)、分光器件(3)、分光裝置(4)，照在探測器(5)上，完成讀操作。
本發(fā)明所提出的另一種光學(xué)頭，含有能發(fā)射不同波長激光的激光器(1)、合光裝置(2)、分光裝置(4)、能探測不同波長激光的探測器(5)，其特征在于，還含有調(diào)色差物鏡(13)；所述合光裝置(2)、調(diào)色差物鏡(13)由光纖連接；所述分光裝置(4)、調(diào)色差物鏡(13)由光纖連接。激光器發(fā)射的不同波長激光經(jīng)過合光裝置(2)合成后，通過光纖、調(diào)色差物鏡(13)后分別入射到多波長多層盤片的不同層上；反射后，經(jīng)調(diào)色差物鏡(13)、光纖、分光裝置(4)，照在探測器(5)上，完成讀操作。
本發(fā)明提出的盤片的特征在于，在各記錄層之間均含有間隔層，所述間隔層是透明的。在所述保護層與和該保護層相鄰的記錄層之間也有間隔層，所述間隔層是透明的。
本發(fā)明提出的另一種盤片的特征在于，在N記錄層之間含有M層間隔層，M＜N，所述間隔層是透明的。在所述保護層與和該保護層相鄰的記錄層之間也有間隔層，所述間隔層是透明的。
實驗證明，本發(fā)明所提出的方法可實現(xiàn)可多波長多層光盤的并行讀出，大大削弱多波長多層光盤層間讀出串擾。本光學(xué)頭能將不同波長的激光聚焦點分開，本發(fā)明提出的多波長多層光盤能夠在不同記錄層接收不同波長的激光，并且成本較低；達到了預(yù)期的目的。


圖1現(xiàn)有技術(shù)多波長光學(xué)頭示意圖；圖2現(xiàn)有技術(shù)多波長多層盤片結(jié)構(gòu)示意圖；圖3現(xiàn)有技術(shù)多波長多層盤片讀出示意圖；圖4本發(fā)明所提出的方法示意圖，包含本發(fā)明提出的光學(xué)頭和現(xiàn)有技術(shù)中的盤片；圖5本發(fā)明的多波長多層盤片示意圖；圖6本發(fā)明的波長多層盤片反射層鏡面反射示意圖；圖7條件4示意圖，其中Ujmin、Ujmax指在條件4約束下，第j束激光像距最小、最大值兩極限位置；圖8條件5示意圖，其中Ujmin、Ujmax指在條件5約束下，第j束激光像距最小、最大值兩極限位置。
具體實施例方式本發(fā)明所提出的方法是利用光學(xué)頭中的調(diào)色差物鏡的軸向色差將不同波長的激光聚焦在多層盤片的不同記錄層上，從而實現(xiàn)不同波長激光并行讀出的方法；為了使不同波長的激光聚焦在多層盤片的不同記錄層上，多層盤片與光學(xué)頭的調(diào)色物鏡之間要滿足下述關(guān)系條件1’物鏡對于不同波長激光的相距要滿足U1＜U2＜…＜Uj＜…＜UN這樣才能使聚焦點分開；更優(yōu)情況下，調(diào)色差物鏡可滿足以下條件U2-U1≈U3-U2≈…≈Uj-Uj-1≈…≈UN-UN-1這樣能夠使激光的聚焦點均勻分開，也便于盤片結(jié)構(gòu)設(shè)計。但該條件并不一定要滿足。
對于不同盤片的第一層紀錄層、處于中間位置的紀錄層、和反射層相鄰的紀錄層來說，各參數(shù)的配合關(guān)系也不同，如下條件2’對于多層盤片的第一層記錄層，應(yīng)滿足第一束激光的聚焦點落在盤基和第一層間隔層之間(包括盤基、第一層間隔層)H+H1-h0＜U1＜H+H1+d1+h1
第一束激光的焦深小于盤基到第一層間隔層之間(包括盤基、第一層間隔層)的距離L1＜d1+h0+h1第一層記錄層與第一束激光的焦深有重疊區(qū)域H+H1-L1/2＜U1＜H+H1+d1+L1/2第二層記錄層不與第一束激光的焦深重疊U1＜H+H1+d1+h1-L1/2條件3’對于多層盤片的中間記錄層，應(yīng)滿足第j束激光的聚焦點落在第j-1和第j層間隔層之間(包括第j-1、第j層間隔層)H+Hj-hj-1＜Uj＜H+Hj+dj+hj第j束激光的焦深小于第j-1和第j層間隔層之間(包括第j-1、第j層間隔層)的距離Lj＜dj+hj-1+hj第j層記錄層與第j束激光的焦深有重疊區(qū)域H+Hj-Lj/2＜Uj＜H+Hj+dj+Lj/2第j-1層或第j+1層記錄層不與第j束激光的焦深重疊H+Hj-hj-1+Lj/2＜Uj＜H+Hj+dj+hj-Lj/2上式中j＝2，3……N-1；條件4’對于與反射層相鄰的記錄層，考慮反射層的作用，見圖6，應(yīng)滿足第N束激光的聚焦點落在第N-1層間隔層和第N-1層間隔層的鏡像之間H+HN-hN-1＜UN＜H+HN+2dN+2hN+hN-1第N束激光的焦深小于第N-1層間隔層與第N-1層間隔層的鏡像之間的距離LN＜2dN+2hN-1+2hN第N層記錄層或其鏡像與第N束激光的焦深有重疊區(qū)域，即焦深邊緣與記錄層相切的A、B兩極限情況之間，見圖7H+HN-LN/2＜UN＜H+HN+dN+LN/2，對應(yīng)于記錄層與焦深有重疊區(qū)域，或H+HN+dN+2hN-LN/2＜UN＜H+HN+2dN+2hN+LN/2，對應(yīng)于記錄層鏡像與焦深有重疊區(qū)域；第N-1層記錄層及其鏡像不與第N束激光的焦深重疊，即聚焦點及其焦深應(yīng)介于如圖8所示C、D兩極限情況之間H+HN-hN-1+LN/2＜UN＜H+HN+2dN+2hN+hN-1-LN/2前述各公式中Uj為調(diào)色差物鏡對于第j束波長激光的像距；H是物鏡到盤片相鄰表面的距離；Hj是前述盤片表面到第j層記錄層(不包括該記錄層)的厚度，即Hj＝h0+d1+h1+d2+h2+…+dj-1+hj-1，其中h0指盤基的厚度；
Lj是第j束激光聚焦的焦深；hj是盤片的第j層間隔層的厚度；dj是盤片的第j層記錄層的厚度；當某間隔層不存在、記錄層直接相鄰時，前述各公式中相應(yīng)間隔層厚度取0即可。
當激光聚焦在相應(yīng)記錄層中間面，即Uj＝H+Hj+dj/2時，讀出效果較好，為優(yōu)化方案。以上條件中各式相應(yīng)變化。
如前所述，本專利說明書中，焦深定義為介質(zhì)內(nèi)光腰附近，激光軸向強度降低為一定值(譬如峰值強度80％)處兩位置的軸向間距。當此軸向強度定值較小，焦深值較大；強度定值較大，焦深值較小。焦深值較大時，前述條件較為嚴格，串擾消減明顯；焦深值較小時，前述條件較寬松，串擾消減效果稍差。實際應(yīng)用中應(yīng)平衡材料、工藝、效果等因素，為該定值選出最優(yōu)值。
根據(jù)本發(fā)明所提出的方法而設(shè)計的光學(xué)頭有兩種類型1見圖4，其余部分與圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)中的光學(xué)頭一樣，僅將消色差物鏡改為調(diào)色差物鏡，調(diào)色差物鏡并不像消色差物鏡一樣通過消除色差使得波長不同的讀出激光聚焦于同一點，而是保留適當色差，利用色差的分光效應(yīng)，將N束讀出激光分開。
本發(fā)明的光學(xué)頭包括激光器1(含不同波長單色激光器件1.1、1.2…1.N)、合光裝置2(包括N個準直透鏡和一個棱鏡)、分光器件3(包括偏振分光棱鏡和1/4波片)、分光裝置4(由棱鏡及成像透鏡組成)、探測器5(含不同波長探測器5.1、5.2…5.N)、調(diào)色差物鏡13等。所述分光裝置4、分光器件3、調(diào)色差物鏡13依次同光軸安裝，構(gòu)成主光軸。所述合光裝置、分光器件同光軸安裝，該光軸與主光軸成90°角，構(gòu)成副光軸。激光器發(fā)射的不同波長激光經(jīng)過合光裝置合成、分光器件反射之后，通過調(diào)色差物鏡入射到新型多波長多層盤片14上，反射后，經(jīng)調(diào)色差物鏡13、分光器件3、分光裝置4，分別照在不同波長探測器5.1、5.2…5.N上，完成讀操作，如圖4所示。
類型2該光學(xué)頭包括激光器1(含不同波長激光器件1.1、1.2…1.N)、合光裝置2(包括N個準直透鏡和一個棱鏡)、分光裝置4(由棱鏡及成像透鏡組成)、探測器5(含不同波長探測器5.1、5.2…5.N)、調(diào)色差物鏡13等。合光裝置、調(diào)色差物鏡間由光纖連接；分光裝置、調(diào)色差物鏡間由光纖連接。激光器發(fā)射的不同波長激光經(jīng)過合光裝置合成后，通過光纖、調(diào)色差物鏡后完全分開，分別入射到新型多波長多層盤片14不同層上。反射后，經(jīng)調(diào)色差物鏡13、光纖、分光裝置4，照在不同波長探測器5.1、5.2…5.N上，完成讀操作。
現(xiàn)有多波長光學(xué)頭相關(guān)專利中，為完全消除色差，應(yīng)在消色差物鏡中引入復(fù)消色差A(yù)PO技術(shù)，或?qū)Πㄎ镧R在內(nèi)的整個光學(xué)系統(tǒng)進行補償、修正，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。而調(diào)色差物鏡不需要完全消除色差，結(jié)構(gòu)簡化，成本降低。
新型多波長多層盤片本發(fā)明涉及的多波長盤片包括N個信息記錄層。記錄層材料與現(xiàn)有技術(shù)相同，在一定波長光的照射下，結(jié)構(gòu)、能態(tài)或性質(zhì)發(fā)生變化，并記錄信息。記錄層材料包括但不限于光致變色材料、光譜燒孔材料、電子俘獲材料、照相膠片材料等。各記錄層材料只對應(yīng)于特定波長的光。通過控制各波長入射光強度，可在各記錄層按一定格式讀出數(shù)據(jù)。
本發(fā)明所涉及的多波長多層盤片涉及以下幾種類型類型1基本結(jié)構(gòu)與如圖2所示的現(xiàn)有技術(shù)中的多波長多層光盤結(jié)構(gòu)相同。
類型2在類型1基礎(chǔ)上，N個記錄層間依次加入N-1個間隔層，如圖5所示。
類型3在類型1基礎(chǔ)上，N個記錄層間加入M個間隔層，M小于N-1，即并不是在所有記錄層之間都有間隔層。
類型4在前三種類型的基礎(chǔ)上，在鄰近反射層的記錄層與反射層間加入間隔層。
另外，在前四種類型基礎(chǔ)上，在盤片結(jié)構(gòu)中加入更多非記錄層。盤基與記錄層間夾層可視為盤基的一部分，記錄層間、記錄層反射層間的夾層可視為對應(yīng)間隔層的一部分，從而轉(zhuǎn)化為類型1、2、3或4，進行處理。
在記錄層間加入間隔層可節(jié)約記錄層材料，間隔層為透明材料，如透明塑料薄膜。
具體實施例以三波長光存儲系統(tǒng)光學(xué)頭及盤片作為實施例。
設(shè)光學(xué)頭入射激光波長分別為λ1＝550nm、λ2＝630nm、λ3＝780nm。
光學(xué)材料都有色散。以鋇火石玻璃(BaF8)為例，其柯西色散經(jīng)驗公式為n＝1.6028+0.007/λ2+0.001/λ4。
因此，同一個透鏡對于不同色光焦距會有不同。
利用不同折射率、不同色差的光學(xué)材料組合，可消除部分色差，但消色差剩余的二級光譜引起的焦距變化一般不小于焦距的千分之二。設(shè)對于λ2，物鏡焦距(折算到盤片介質(zhì)內(nèi))為f2＝1.5mm，則二級光譜引起的總的焦距變化(折算到盤片介質(zhì)內(nèi))不小于3000nm。對于λ1＝550nm、λ3＝780nm，物鏡焦距(折算到盤片介質(zhì)內(nèi))分別為f1、f3。
設(shè)調(diào)色差后f2-f1＝1200nm、f3-f2＝2200nm，則f3-f1＝4400nm＞3000nm，與前述條件相符，合理。
設(shè)射入物鏡的激光為三束平行光，則像距、焦距相等，U1＝f1，U2＝f2，U3＝f3。
光盤存儲系統(tǒng)光盤介質(zhì)內(nèi)聚焦光斑焦深L可近似表示為聚焦激光波長λ及物鏡數(shù)值孔徑NA的函數(shù)L(λ，NA)＝λ/NA2。
設(shè)雙波長光存儲系統(tǒng)物鏡數(shù)值孔徑為NA＝0.6。
則，對于λ1＝550nmL1＝L(λ1，NA)＝1528nm；對于λ2＝630nmL2＝L(λ2，NA)＝1750nm；
對于λ3＝780nmL3＝L(λ3，NA)＝2167nm。
三波長盤片符合類型2。盤片基片為透明聚碳酸酯，折射率1.55，與CD、DVD相同，厚度h0＝1mm；間隔層為旋涂的透明高分子薄膜，折射率1.55，厚度分別為h1＝1100nm，h2＝2100nm；全反射層為鋁膜，反射率70％以上；保護層為旋涂的保護膠，經(jīng)紫外光固化。
盤片記錄層選用三種螺吡喃，折射率1.55，分別對應(yīng)于三種波長激光λ1＝550nm、λ2＝630nm、λ3＝780nm。這三種光致變色材料，吸收帶的寬度均較窄，未發(fā)生光致變色反應(yīng)時，反射率為20％，接近全部發(fā)生光致變色反應(yīng)后，反射率在60％左右。螺吡喃的光致變色反應(yīng)產(chǎn)物對上述三種波長的激光是透明的。記錄層厚度為d1＝d2＝d3＝100nm。
在此情況下，d1/2+h1+d2/2＝U2-U1，d2/2+h2+d3/2＝U3-U2，從而三波長記錄層中間面間距與三波長像距(折算到盤片介質(zhì)內(nèi))差值相符。各波長讀出激光分別聚焦在三記錄層中間面上是合理的。H＝U1-d1/2-h0。
將各已知量代入條件1)～4)中，均滿足，則各波長讀出激光完全分開，聚焦點分別落在對應(yīng)記錄層上，各波長焦深小于相應(yīng)記錄層厚度與相鄰間隔層(或基層)厚度之和，任一記錄層均與對應(yīng)波長激光的焦深有重疊區(qū)域，任一記錄層相鄰記錄層均不與對應(yīng)波長激光的焦深重疊，從而可實現(xiàn)多層同時聚焦、并行讀出，記錄層間讀出串擾得到削弱。
利用GLAD等光學(xué)軟件對系統(tǒng)光路進行模擬，對本發(fā)明進行了驗證。
現(xiàn)有多波長光盤相關(guān)技術(shù)往往以各波長激光經(jīng)過消色差物鏡聚焦到光盤同一點或以調(diào)整焦距依次對各層尋址為基礎(chǔ)(或?qū)劢箚栴}甚少涉及)，對于色散對聚焦的影響均未給以足夠重視。事實上，為完全消除色差將各波長激光聚焦到同一點，必須消除二級光譜對鏡頭質(zhì)量的影響，在消色差物鏡中引入復(fù)消色差(APO)技術(shù)，或?qū)Πㄎ镧R在內(nèi)的整個光學(xué)系統(tǒng)進行補償、修正，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，不利于實際應(yīng)用。而通過調(diào)整焦距依次對各層尋址，難以實現(xiàn)并行讀出，讀出速度較低；若通過多焦點透鏡或多光學(xué)頭等解決并行讀出問題，必將使光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。本專利結(jié)構(gòu)相對簡單，成本較低，在并行讀出的同時可有效削弱多波長光存儲波長間串擾。
權(quán)利要求
1.一種可實現(xiàn)多波長多層光盤并行讀出的方法，其特征在于，它是利用光學(xué)頭中的調(diào)色差物鏡的軸向色差將不同波長的激光聚焦在多層盤片的不同記錄層上，從而實現(xiàn)不同波長激光并行讀出的方法；其中不同波長激光為N束，多層盤片的記錄層層數(shù)為N層，盤片間隔層層數(shù)為N層；所述多層盤片與光學(xué)頭的調(diào)色差物鏡滿足下述條件時，波長不同的N束激光分別聚焦在多層盤片N個記錄層上1)調(diào)色差物鏡滿足U1＜U2＜…＜Uj＜…＜UN；2)多層盤片的第一層記錄層應(yīng)滿足第一束激光的聚焦點落在盤基和第一層間隔層之間H+H1-h0＜U1＜H+H1+d1+h1第一束激光的焦深小于盤基到第一層間隔層之間的距離L1＜d1+h0+h1第一層記錄層與第一束激光的焦深有重疊區(qū)域H+H1-L1/2＜U1＜H+H1+d1+L1/2第二層記錄層不與第一束激光的焦深重疊U1＜H+H1+d1+h1-L1/23)多層盤片的中間記錄層應(yīng)滿足第j束激光的聚焦點落在第j-1和第j層間隔層之間H+Hj-hj-1＜Uj＜H+Hj+dj+hj第j束激光的焦深小于第j-1和第j層間隔層之間的距離Lj＜dj+hj-1+hj第j層記錄層與第j束激光的焦深有重疊區(qū)域H+Hj-Lj/2＜Uj＜H+Hj+dj+Lj/2第j-1層或第j+1層記錄層不與第j束激光的焦深重疊H+Hj-hj-1+Lj/2＜Uj＜H+Hj+dj+hj-Lj/2上式中j＝2，3......N-1；4)考慮反射層的作用，與反射層相鄰的記錄層應(yīng)滿足第N束激光的聚焦點落在第N-1層間隔層和第N-1層間隔層的鏡像之間H+HN-hN-1＜UN＜H+HN+2dN+2hN+hN-1第N束激光的焦深小于第N-1層間隔層與第N-1層間隔層的鏡像之間的距離LN＜2dN+2hN-1+2hN第N層記錄層或其鏡像與第N束激光的焦深有重疊區(qū)域，即H+HN-LN/2＜UN＜H+HN+dN+LN/2，對應(yīng)于記錄層與焦深有重疊區(qū)域，或H+HN+dN+2hN-LN/2＜UN＜H+HN+2dN+2hN+LN/2，對應(yīng)于記錄層鏡像與焦深有重疊區(qū)域；第N-1層記錄層及其鏡像不與第N束激光的焦深重疊H+HN-hN-1+LN/2＜UN＜H+HN+2dN+2hN+hN-1-LN/2前述各公式中Uj為調(diào)色差物鏡對于第j束波長激光的像距；H是物鏡到盤片相鄰表面的距離；Hj是所述盤片表面到第j層記錄層且不包括該記錄層的厚度，即Hj＝h0+d1+h1+d2+h2+…+dj-1+hj-1，其中h0指盤基的厚度；Lj是第j束激光聚焦的焦深；hj是盤片的第j層間隔層的厚度；dj是盤片的第j層記錄層的厚度；當某間隔層不存在時，前述各公式中相應(yīng)間隔層厚度取0。
2.如權(quán)利要求1所述的一種可實現(xiàn)多波長多層光盤并行讀出的方法，其特征在于，在所述條件1)～4)基礎(chǔ)上，還滿足激光聚焦在相應(yīng)記錄層中間面，即Uj＝H+Hj+dj/2；此時讀出效果更好。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實現(xiàn)多波長多層光盤并行讀出的方法而設(shè)計的光學(xué)頭，含有能發(fā)射不同波長激光的激光器(1)、合光裝置(2)、分光器件(3)、分光裝置(4)、能探測不同波長激光的探測器(5)，其特征在于，還含有調(diào)色差物鏡(13)；所述分光裝置(4)、分光器件(3)、調(diào)色差物鏡(13)依次同光軸安裝，構(gòu)成主光軸；所述合光裝置(2)、分光器件(3)與主光軸成90°角同光軸安裝，構(gòu)成副光軸；激光器發(fā)射的不同波長激光經(jīng)過合光裝置(2)合成、分光器件(3)反射之后，通過調(diào)色差物鏡(13)入射到多波長多層盤片的不同層上；反射后，經(jīng)調(diào)色差物鏡(13)、分光器件(3)、分光裝置(4)，照在探測器(5)上，完成讀操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可實現(xiàn)多波長多層光盤并行讀出的方法而設(shè)計的光學(xué)頭，含有能發(fā)射不同波長激光的激光器(1)、合光裝置(2)、分光裝置(4)、能探測不同波長激光的探測器(5)，其特征在于，還含有調(diào)色差物鏡(13)；所述合光裝置(2)、調(diào)色差物鏡(13)由光纖連接；所述分光裝置(4)、調(diào)色差物鏡(13)由光纖連接；激光器發(fā)射的不同波長激光經(jīng)過合光裝置(2)合成后，通過光纖、調(diào)色差物鏡(13)后分別入射到多波長多層盤片的不同層上；反射后，經(jīng)調(diào)色差物鏡(13)、光纖、分光裝置(4)，照在探測器(5)上，完成讀操作。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可實現(xiàn)多波長多層光盤并行讀出的方法而設(shè)計的多波長多層光盤，含有盤基、N層記錄層、反射層和保護層，其特征在于，在各記錄層之間均含有間隔層，所述間隔層是透明的。
6.如權(quán)利要求5所述的多波長多層光盤，其特征在于，在所述反射層與和該反射層相鄰的記錄層之間也有間隔層，所述間隔層是透明的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可實現(xiàn)多波長多層光盤并行讀出的方法而設(shè)計的多波長多層光盤，含有盤基、N層記錄層、反射層和保護層，其特征在于，在N層記錄層之間含有M層間隔層，M＜N-1，所述間隔層是透明的。
8.如權(quán)利要求7所述的多波長多層光盤，其特征在于，在所述反射層與和該反射層相鄰的記錄層之間也有間隔層，所述間隔層是透明的。
全文摘要
可實現(xiàn)多波長多層光盤并行讀出的方法及其光學(xué)頭和盤片，屬于高密度數(shù)字光存儲技術(shù)領(lǐng)域，尤其是多波長多層光存儲技術(shù)領(lǐng)域。其特征在于，它是利用光學(xué)頭中的調(diào)色差物鏡的軸向色差將不同波長的激光聚焦在多層盤片的不同記錄層上，從而實現(xiàn)不同波長激光并行讀出的方法；方法中提出了多層盤片與光學(xué)頭的調(diào)色物鏡之間的參數(shù)配合關(guān)系，滿足該關(guān)系能夠使不同波長的激光聚焦在多層盤片的不同記錄層上。本發(fā)明還提出了適于該方法的光學(xué)頭和多波長多層盤片。利用方法及其光學(xué)頭和盤片可實現(xiàn)多波長多層光盤的并行讀出，大大削弱多波長多層光盤層間讀出串擾。
文檔編號G11B7/24GK1564249SQ20041003078
公開日2005年1月12日 申請日期2004年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月9日
發(fā)明者賈惠波, 菅冀祁, 馬騁, 熊劍平, 王玉英 申請人:清華大學(xué)