專利名稱：位相型橫向超分辨共焦系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及超分辨技術(shù)，特別是一種可以在橫向提高超分辨的同時維持高中心光斑光強和極低旁瓣的位相型橫向超分辨共焦系統(tǒng)。它可以很好地用于超高密度光盤光學(xué)讀取頭中。
背景技術(shù)：
隨著信息存儲、處理和傳輸量要求的日益增加，急需發(fā)展超高密度光盤存儲技術(shù)。對盤片而言，實現(xiàn)高密度的途徑是縮小軌道間距來增加光學(xué)信息存儲容量。相應(yīng)的對于光學(xué)讀取頭而言則必須縮小聚焦光斑尺度。這就要求更短的激光波長和有更高數(shù)值孔徑的聚焦物鏡，因為聚焦光斑的半高寬可表示為D=λ2NA,]]>式中λ為入射的激光光束波長，NA為聚焦物鏡的數(shù)值孔徑。但是受光源的限制激光波長只能有限的減小，而采用大的數(shù)值孔徑的物鏡則會帶來諸如相差校正難度大，聚焦伺服系統(tǒng)設(shè)計更加困難等問題。而超分辨技術(shù)則可以成功的避免以上的問題。超分辨技術(shù)(就是超出衍射極限的技術(shù))也是常用于縮小記錄點的方法之一，它是通過在聚焦物鏡前的準直光路中放置一個衍射型光闌，改變?nèi)肷涔獾恼穹蛭幌喾植?，使得?jīng)透鏡聚焦后的愛里斑主斑變小。但是愛里斑主斑的減小通常伴隨著主斑光強的減小和旁瓣的增大。這一困難極大的限制了超分辨技術(shù)自光存儲中的應(yīng)用。因此設(shè)計一種能夠提高超分辨但并不引起主斑光強減小和旁瓣增大的系統(tǒng)是非常有用的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)問題，提供一種應(yīng)用于超高密度光盤光學(xué)讀取頭的位相型橫向超分辨系統(tǒng)。該系統(tǒng)在橫向提高超分辨的同時可以保持很高的中心光強。另外，這種橫向超分辨系統(tǒng)還可以極大的抑制旁瓣干擾。
本發(fā)明的基本思想是分別將兩塊橫向位相型超分辨光闌置于共焦讀出系統(tǒng)中的兩塊物鏡前，利用共焦系統(tǒng)的乘積性質(zhì)提高橫向超分辨，并抑制旁瓣。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下
一種位相型橫向超分辨共焦系統(tǒng)，其特征在于它的構(gòu)成是由第一物鏡和第二物鏡組成一共焦系統(tǒng)，在該共焦系統(tǒng)的光軸上位于第一物鏡和第二物鏡前分別放置第一二值位相型橫向超分辨光闌和第二位相型橫向超分辨光闌，在該共焦系統(tǒng)的后焦點設(shè)置針孔光闌，在該共焦系統(tǒng)的第一物鏡之前放置一會聚透鏡，該會聚透鏡與第一物鏡之間的距離L＝f1+f2，其中f1為會聚透鏡的焦距，f2為該共焦系統(tǒng)的前焦距。
所述的第一位相型橫向超分辨光闌和第二位相型橫向超分辨光闌都是一圓環(huán)形二值位相板，其外環(huán)的歸一化半徑為1時，內(nèi)環(huán)半徑a＝0.12，且內(nèi)環(huán)的位相Φ＝π，外環(huán)的位相Φ2＝0。
所述的會聚物鏡的后焦點與共焦系統(tǒng)的前焦點重合，而針孔接受裝置與針孔光闌同位于所述共焦系統(tǒng)的后焦點處。
在由兩塊相同物鏡組成的共焦系統(tǒng)中，兩塊物鏡前分別放置位相型橫向超分辨光闌，組成超分辨共焦系統(tǒng)。從激光器出射的光束經(jīng)會聚物鏡聚焦進入到超分辨共焦系統(tǒng)中，通過超分辨共焦系統(tǒng)傳輸后在共焦系統(tǒng)的后焦點處用針孔實施點探測，發(fā)現(xiàn)聚焦后的光斑在橫向可突破衍射極限，并且可以獲得比單塊超分辨光闌更高的超分辨率。
本發(fā)明通過將兩塊位相型橫向超分辨光闌耦合到共焦系統(tǒng)中，利用共焦系統(tǒng)的乘積性質(zhì)提高橫向超分辨，同時維持了高的中心光斑光強。另外，這種橫向超分辨系統(tǒng)還可以極大的抑制旁瓣干擾。
下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明做進一步說明


圖1是本發(fā)明的位相型橫向超分辨系統(tǒng)實施例的光路示意圖。
圖2是二值位相型橫向超分辨光闌的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是未加超分辨光闌、單塊橫向位相超分辨光闌和本發(fā)明位相型橫向超分辨共焦系統(tǒng)在橫向產(chǎn)生的光強分布對比圖。
具體實施例方式
請參閱圖1，圖1是本發(fā)明位相型橫向超分辨共焦系統(tǒng)實施例的光路示意圖。由圖可見，本發(fā)明位相型橫向超分辨共焦系統(tǒng)，它的構(gòu)成是由第一物鏡3和第二物鏡5組成一共焦系統(tǒng)，在該共焦系統(tǒng)的光軸上位于第一物鏡3和第二物鏡5前分別放置第一二值位相型橫向超分辨光闌2和第二位相型橫向超分辨光闌4，在該共焦系統(tǒng)的后焦點設(shè)置針孔光闌6，在該共焦系統(tǒng)的第一物鏡3之前放置一會聚透鏡1，該會聚透鏡1與第一物鏡3之間的距離L＝f1+f2，其中f1為會聚透鏡1的焦距，f2為該共焦系統(tǒng)的前焦距。
所述的第一位相型橫向超分辨光闌2和第二位相型橫向超分辨光闌4都是一圓環(huán)形二值位相板，其外環(huán)的歸一化半徑為1時，內(nèi)環(huán)半徑a＝0.12，且內(nèi)環(huán)的位相Φ＝π，外環(huán)的位相Φ2＝0。
所述的會聚物鏡1的后焦點與共焦系統(tǒng)的前焦點重合，而針孔接受裝置7與針孔光闌6同位于所述共焦系統(tǒng)的后焦點處。
圖3是計算機模擬給出的數(shù)值結(jié)果圖。其中3a為橫向超分辨共焦系統(tǒng)所得的橫向光強分布，3b為單塊位相型橫向超分辨光闌所得的橫向光強分布，3c為未加超分辨光闌時的橫向光強分布。其中橫向光學(xué)坐標與實際橫向坐標r的關(guān)系為v=2πλNAr.]]>由圖可見，使用橫向超分辨共焦系統(tǒng)后，光斑橫向尺寸明顯減小，在中心光斑強度相同的情況下獲得的中心光斑遠小于單塊橫向超分辨光闌，而且旁瓣也幾乎被消除。表一給出了單塊橫向超分辨光闌和橫向超分辨系統(tǒng)的對比參數(shù)值。
表一

表中各個參數(shù)的意義為半高寬聚焦光束束腰平面上光強降低到峰值強度一半時的全寬度。
半寬比加入超分辨裝置前后半高寬之比。半寬比越低超分辨效果越好。
斯特爾比加入超分辨裝置后的聚焦光束的束腰面上中心峰值強度與未加超分辨裝置時的聚焦光束束腰面上中心峰值強度之比。
旁瓣相對強度聚焦光束第一旁瓣的峰值強度與主斑的峰值強度之比是衡量聚焦光束質(zhì)量的指標之一，旁瓣相對強度越低光束質(zhì)量越好。
通過比較，本發(fā)明有以下優(yōu)越性在橫向突破衍射極限，實現(xiàn)超分辨；與單塊位相型橫向超分辨光闌比在橫向有更好的超分辨能力；在提高超分辨的同時極大的抑制了旁瓣。因此，本發(fā)明可以很好的運用于超高密度光盤光學(xué)讀取頭中。
權(quán)利要求
1.一種位相型橫向超分辨共焦系統(tǒng)，其特征在于它的構(gòu)成是由第一物鏡(3)和第二物鏡(5)組成一共焦系統(tǒng)，在該共焦系統(tǒng)的光軸上位于第一物鏡(3)和第二物鏡(5)前分別放置第一二值位相型橫向超分辨光闌(2)和第二位相型橫向超分辨光闌(4)，在該共焦系統(tǒng)的后焦點設(shè)置針孔光闌(6)，在該共焦系統(tǒng)的第一物鏡(3)之前放置一會聚透鏡(1)，該會聚透鏡(1)與第一物鏡(3)之間的距離L＝f1+f2，其中f1為會聚透鏡(1)的焦距，f2為該共焦系統(tǒng)的前焦距。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的位相型橫向超分辨共焦系統(tǒng)，其特征在于所述的第一位相型橫向超分辨光闌(2)是一圓環(huán)形二值位相板，其外環(huán)的歸一化半徑為1時，內(nèi)環(huán)半徑a＝0.12，且內(nèi)環(huán)的位相Φ＝π，外環(huán)的位相Φ2＝0。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2任一項所述的位相型橫向超分辨共焦系統(tǒng)，其特征在于所述的會聚物鏡(1)的后焦點與共焦系統(tǒng)的前焦點重合，而針孔接受裝置(7)與針孔光闌(6)同位于所述共焦系統(tǒng)的后焦點處。
全文摘要
一種橫向超分辨共焦系統(tǒng)，其構(gòu)成是由第一物鏡和第二物鏡組成一共焦系統(tǒng)，在該共焦系統(tǒng)的光軸上兩塊物鏡前分別放置一二值位相型橫向超分辨光闌，在該共焦系統(tǒng)的后焦點設(shè)置針孔光闌，在該共焦系統(tǒng)的第一物鏡前放置一會聚透鏡，該會聚透鏡與第一物鏡之間的距離L＝f1+f2，其中f1為會聚透鏡的焦距，f2為共焦系統(tǒng)的前焦距。本發(fā)明不僅可以極大提高橫向超分辨率，而且同時還可以獲得高中心光斑光強和極低的旁瓣。
文檔編號G11B7/09GK1641765SQ20041008933
公開日2005年7月20日 申請日期2004年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月9日
發(fā)明者趙曉楓, 阮昊 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所