專利名稱：一種適用于三維雙光子熒光存儲(chǔ)的光路系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光信息存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及ー種適用于三維雙光子熒光存儲(chǔ)的光路系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著互聯(lián)網(wǎng)的廣泛普及和深入發(fā)展，各種信息的計(jì)算量和存儲(chǔ)量呈指數(shù)級(jí)的增長(zhǎng)。光信息存儲(chǔ)作為信息存儲(chǔ)的ー種重要手段，為了擴(kuò)大容量，一直在不斷地進(jìn)行技術(shù)革新。近年來(lái)發(fā)展的三維雙光子熒光存儲(chǔ)技術(shù)，體存儲(chǔ)密度可達(dá)到
105iffi Cms，而且雙光子存儲(chǔ)記錄點(diǎn)較小，同時(shí)也增加了面存儲(chǔ)密度，能夠大大增加光盤
的存儲(chǔ)層數(shù)和面容量，極大增加數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量，且具有光存儲(chǔ)技術(shù)的數(shù)據(jù)保存時(shí)間長(zhǎng)、安全穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，因而具有廣闊的應(yīng)用前景。目前的光盤存儲(chǔ)系統(tǒng)均采用兩個(gè)激光器，一個(gè)用于伺服控制，另ー個(gè)用于讀寫數(shù)據(jù)?，F(xiàn)有的一種應(yīng)用于三維雙光子熒光存儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)讀寫方案如圖I所示。該系統(tǒng)包含熒光讀寫模塊和伺服控制模塊。激光器I發(fā)出波長(zhǎng)為800nm的讀寫激光，經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直擴(kuò)束后，透過(guò)選層透鏡17，經(jīng)過(guò)一系列的分光棱鏡6、9、11后，被物鏡18聚焦在存儲(chǔ)材料的選定層，使存儲(chǔ)材料發(fā)生雙光子吸收寫入數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)材料經(jīng)激光掃描發(fā)出熒光，熒光被分光棱鏡11反射后，由光電倍增管12吸收獲得數(shù)據(jù)信號(hào)。激光器7發(fā)出波長(zhǎng)為532nm的伺服激光，進(jìn)入分光棱鏡6,與讀寫激光稱合到同一光軸上,經(jīng)過(guò)分光棱鏡9、11后,被物鏡18聚焦到盤片反射層。反射回來(lái)的伺服激光經(jīng)過(guò)分光棱鏡9、11組成的特殊棱鏡，最終被光電檢測(cè)器10接收，產(chǎn)生聚焦和循跡誤差信號(hào)。上述光路系統(tǒng)采用兩個(gè)不同波長(zhǎng)的激光器，需要分別控制，系統(tǒng)復(fù)雜；并且采用多個(gè)分光棱鏡、四分之一波片等元件，結(jié)構(gòu)繁瑣，光能損失較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種適用于三維雙光子熒光存儲(chǔ)的光路系統(tǒng)，僅使用一個(gè)激光器便能實(shí)現(xiàn)伺服光路和讀寫光路，且光路簡(jiǎn)單，光能損失較小。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種適用于三維雙光子熒光存儲(chǔ)的光路系統(tǒng)，包括激光器、伺服信號(hào)檢測(cè)模塊、數(shù)據(jù)信號(hào)檢測(cè)模塊以及由所述激光器往存儲(chǔ)材料的路徑上依次布置的準(zhǔn)直透鏡、衍射光學(xué)元件、分光光學(xué)元件、ニ向色片和物鏡，所述衍射光學(xué)元件用于將經(jīng)準(zhǔn)直的激光轉(zhuǎn)換成發(fā)往存儲(chǔ)材料反射層的O階激光和發(fā)往存儲(chǔ)材料數(shù)據(jù)層的I階激光，所述分光光學(xué)元件用于透射來(lái)自所述衍射光學(xué)元件的激光和反射來(lái)自存儲(chǔ)材料反射層的激光，所述ニ向色片用于透射激光和反射熒光，所述伺服信號(hào)檢測(cè)模塊設(shè)置在所述分光光學(xué)元件對(duì)來(lái)自存儲(chǔ)材料反射層的激光進(jìn)行反射的反射路徑上，所述數(shù)據(jù)信號(hào)檢測(cè)模塊設(shè)置在所述ニ向色片對(duì)存儲(chǔ)材料數(shù)據(jù)層激發(fā)的熒光進(jìn)行反射的反射路徑上。優(yōu)選地，所述激光器為飛秒激光器。優(yōu)選地，所述飛秒激光器發(fā)出激光的波長(zhǎng)為1044nm。優(yōu)選地，所述分光光學(xué)兀件為分光棱鏡。優(yōu)選地，所述伺服信號(hào)檢測(cè)模塊包括光電檢測(cè)器，所述數(shù)據(jù)信號(hào)檢測(cè)模塊包括光電倍增管。優(yōu)選地，所述伺服信號(hào)檢測(cè)模塊還包括設(shè)置在所述分光光學(xué)元件和所述光電檢測(cè)器之間的柱面鏡，和/或所述數(shù)據(jù)信號(hào)檢測(cè)模塊還包括設(shè)置在所述ニ向色片和所述光電倍增管之間的球面鏡。優(yōu)選地，所述伺服信號(hào)檢測(cè)模塊還包括設(shè)置在所述光電檢測(cè)器和所述柱面鏡之間的針孔。優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)信號(hào)檢測(cè)模塊還包括設(shè)置在所述光電倍増管和所述球面鏡之間的針孔。優(yōu)選地，所述衍射光學(xué)元件厚度為700nm。優(yōu)選地，所述衍射光學(xué)元件為產(chǎn)生18%的O階激光和63%的I階激光的光學(xué)元件。本發(fā)明有益的技術(shù)效果在于
本發(fā)明的光路系統(tǒng)通過(guò)衍射光學(xué)元件(DOE)將激光器發(fā)出的激光轉(zhuǎn)換成O階和I階兩束光，分別作為伺服光和讀寫光，并通過(guò)設(shè)置ー個(gè)ニ向色片和ー個(gè)分光光學(xué)元件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)激發(fā)的熒光和伺服激光的讀取，因此只需要采用ー個(gè)激光器和ー個(gè)分光光學(xué)元件便能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)伺服和數(shù)據(jù)讀寫，從而本發(fā)明相對(duì)于以往的光存儲(chǔ)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單、緊湊，且光能損失較小。


圖I是ー種現(xiàn)有三維雙光子熒光存儲(chǔ)數(shù)據(jù)讀寫系統(tǒng)原理示意 圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的三維雙光子熒光存儲(chǔ)光路系統(tǒng)示意 圖中標(biāo)號(hào)與部件對(duì)應(yīng)如下201.激光器，202.準(zhǔn)直透鏡，203.衍射光學(xué)元件(D0E)，204.分光光學(xué)元件，205. ニ向色片，206.物鏡，207.存儲(chǔ)材料，208.柱面鏡，209.針孔，210.光電檢測(cè)器(PD)，211.球面鏡，212.針孔，213.光電倍增管(PMT)。
具體實(shí)施例方式以下通過(guò)實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)ー步的詳細(xì)說(shuō)明。請(qǐng)參閱圖2，在一個(gè)實(shí)施例里，一種適用于三維雙光子熒光存儲(chǔ)的光路系統(tǒng)包含包括激光器201、伺服信號(hào)檢測(cè)模塊、數(shù)據(jù)信號(hào)檢測(cè)模塊以及由所述激光器201往存儲(chǔ)材料207如光盤盤片的路徑上依次布置的準(zhǔn)直透鏡202、衍射光學(xué)元件203、分光光學(xué)元件204、ニ向色片205和物鏡206。所述衍射光學(xué)元件203用于將經(jīng)準(zhǔn)直透鏡202準(zhǔn)直的激光轉(zhuǎn)換成發(fā)往存儲(chǔ)材料反射層的O階激光和發(fā)往存儲(chǔ)材料數(shù)據(jù)層的I階激光，所述分光光學(xué)元件204用于透射來(lái)自所述衍射光學(xué)元件203的激光和反射來(lái)自存儲(chǔ)材料反射層的激光，所述ニ向色片205能夠透射長(zhǎng)波長(zhǎng)的激光而反射短波長(zhǎng)的熒光。所述伺服信號(hào)檢測(cè)模塊設(shè)置在所述分光光學(xué)元件204對(duì)來(lái)自存儲(chǔ)材料反射層的激光進(jìn)行反射的反射路徑上，所述數(shù)據(jù)信、號(hào)檢測(cè)模塊設(shè)置在所述ニ向色片205對(duì)存儲(chǔ)材料數(shù)據(jù)層激發(fā)的熒光進(jìn)行反射的反射路徑上。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，激光器201發(fā)出的激光經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡202準(zhǔn)直后，通過(guò)衍射光學(xué)元件(D0E)203產(chǎn)生O階光和I階光。O階光仍為平行光，I階光有一定出射角，可以通過(guò)衍射光學(xué)元件(D0E)203的參數(shù)來(lái)控制角度。O階光作為伺服光束，I階光作為讀寫光束。兩束光通過(guò)分光光學(xué)元件204、ニ向色片205后，由物鏡206分別會(huì)聚到盤片反射層和數(shù)據(jù)層。O階光被盤片反射后，通過(guò)物鏡206、ニ向色片205,被分光光學(xué)兀件204反射到伺服信號(hào)檢測(cè)模塊，產(chǎn)生聚焦和循跡誤差信號(hào)。寫數(shù)據(jù)時(shí)，I階光會(huì)聚到盤片數(shù)據(jù)層，在數(shù)據(jù)層上記錄下數(shù)據(jù)信息。讀取數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)點(diǎn)由I階光 激發(fā)出的熒光通過(guò)物鏡206，被ニ向色片205反射到數(shù)據(jù)信號(hào)檢測(cè)模塊，產(chǎn)生數(shù)據(jù)信號(hào)。其中，ニ向色片透射長(zhǎng)波長(zhǎng)的激光，反射短波長(zhǎng)的熒光。通過(guò)控制物鏡移動(dòng)可以調(diào)整伺服光路，通過(guò)控制衍射光學(xué)元件DOE和物鏡移動(dòng)，可以調(diào)整讀寫光路。所述激光器優(yōu)選為飛秒激光器。在一個(gè)實(shí)施例里，所述飛秒激光器發(fā)出激光的波長(zhǎng)為1044nm。飛秒激光器輸出功率可調(diào)節(jié)。ニ向色片可透射1044nm的長(zhǎng)波,反射560nm的短波。在一個(gè)實(shí)施例里，所述衍射光學(xué)元件(DOE)厚度為700nm。較優(yōu)地，飛秒激光器發(fā)出的激光通過(guò)衍射光學(xué)元件產(chǎn)生18%的O階激光和63%的I階激光。在一個(gè)實(shí)施例里,所述分光光學(xué)兀件為分光棱鏡。在一個(gè)實(shí)施例里，所述伺服信號(hào)檢測(cè)模塊包括光電檢測(cè)器(PD)210，所述數(shù)據(jù)信號(hào)檢測(cè)模塊包括光電倍增管(PMT) 213。在優(yōu)選的實(shí)施例里，所述伺服信號(hào)檢測(cè)模塊還包括設(shè)置在所述分光光學(xué)元件204和所述光電檢測(cè)器210之間的柱面鏡208。更優(yōu)選地，在所述光電檢測(cè)器210和所述柱面鏡208之間設(shè)置有針孔209。由此，在優(yōu)選的實(shí)施例里提供如下所述的伺服光路。飛秒激光器201發(fā)出1044nm的激光，經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡202后變?yōu)槠叫泄?。通過(guò)衍射光學(xué)元件203后，O階光仍然為平行光。經(jīng)過(guò)分光棱鏡204后，被ニ向色片205透射，由物鏡206匯聚到盤片207的反射層。光線反射后，經(jīng)過(guò)物鏡206、ニ向色片205后，由分光棱鏡204反射，再被柱面鏡208匯聚到光電檢測(cè)器210上，從而產(chǎn)生聚焦和循跡誤差信號(hào)。針孔209可以過(guò)濾雜光，減少干擾。在優(yōu)選的實(shí)施例里，所述數(shù)據(jù)信號(hào)檢測(cè)模塊還包括設(shè)置在所述ニ向色片205和所述光電倍増管213之間的球面鏡211。更優(yōu)選地，在所述光電倍増管213和所述球面鏡211之間設(shè)置有針孔212。由此，在優(yōu)選的實(shí)施例里提供如下所述的讀寫光路。數(shù)據(jù)寫入?yún)?，飛秒激光器201發(fā)出較大功率激光，波長(zhǎng)為1044nm。經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直透鏡202后變?yōu)槠叫泄?。通過(guò)衍射光學(xué)元件203后，I階光有一定出射角。通過(guò)分光棱鏡204、ニ向色片205后，由物鏡206匯聚到盤片207的數(shù)據(jù)層，存儲(chǔ)材料發(fā)生雙光子光致變色反應(yīng)，從而記錄數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)讀取吋，飛秒激光器201發(fā)出較小功率激光，光線通過(guò)同樣的光路到達(dá)數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)點(diǎn)被激發(fā)出波長(zhǎng)為560nm的熒光，熒光通過(guò)物鏡206后，被ニ向色片205反射，由球面鏡211匯聚到光電倍增管213上，從而獲得數(shù)據(jù)信號(hào)。針孔212可以濾掉數(shù)據(jù)相鄰區(qū)域發(fā)出的熒光，減少層間串?dāng)_。在一個(gè)實(shí)施例里，物鏡可采用焦距3. 07mm的非球面鏡。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)ー步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍
權(quán)利要求
1.一種適用于三維雙光子突光存儲(chǔ)的光路系統(tǒng)，其特征在于，包括激光器、伺服信號(hào)檢測(cè)模塊、數(shù)據(jù)信號(hào)檢測(cè)模塊以及由所述激光器往存儲(chǔ)材料的路徑上依次布置的準(zhǔn)直透鏡、衍射光學(xué)元件、分光光學(xué)元件、ニ向色片和物鏡，所述衍射光學(xué)元件用于將經(jīng)準(zhǔn)直的激光轉(zhuǎn)換成發(fā)往存儲(chǔ)材料反射層的O階激光和發(fā)往存儲(chǔ)材料數(shù)據(jù)層的I階激光，所述分光光學(xué)元件用于透射來(lái)自所述衍射光學(xué)元件的激光和反射來(lái)自存儲(chǔ)材料反射層的激光，所述ニ向色片用于透射激光和反射熒光，所述伺服信號(hào)檢測(cè)模塊設(shè)置在所述分光光學(xué)元件對(duì)來(lái)自存儲(chǔ)材料反射層的激光進(jìn)行反射的反射路徑上，所述數(shù)據(jù)信號(hào)檢測(cè)模塊設(shè)置在所述ニ向色片對(duì)存儲(chǔ)材料數(shù)據(jù)層激發(fā)的熒光進(jìn)行反射的反射路徑上。
2.如權(quán)利要求I所述的光路系統(tǒng)，其特征在干，所述激光器為飛秒激光器。
3.如權(quán)利要求2所述的光路系統(tǒng)，其特征在干，所述飛秒激光器發(fā)出激光的波長(zhǎng)為1044nmo
4.如權(quán)利要求I所述的光路系統(tǒng)，其特征在于，所述分光光學(xué)兀件為分光棱鏡。
5.如權(quán)利要求I至4任一項(xiàng)所述的光路系統(tǒng)，其特征在干，所述伺服信號(hào)檢測(cè)模塊包括光電檢測(cè)器，所述數(shù)據(jù)信號(hào)檢測(cè)模塊包括光電倍增管。
6.如權(quán)利要求5所述的光路系統(tǒng)，其特征在干，所述伺服信號(hào)檢測(cè)模塊還包括設(shè)置在所述分光光學(xué)元件和所述光電檢測(cè)器之間的柱面鏡，和/或所述數(shù)據(jù)信號(hào)檢測(cè)模塊還包括設(shè)置在所述ニ向色片和所述光電倍增管之間的球面鏡。
7.如權(quán)利要求6所述的光路系統(tǒng)，其特征在干，所述伺服信號(hào)檢測(cè)模塊還包括設(shè)置在所述光電檢測(cè)器和所述柱面鏡之間的針孔。
8.如權(quán)利要求6所述的光路系統(tǒng)，其特征在干，所述數(shù)據(jù)信號(hào)檢測(cè)模塊還包括設(shè)置在所述光電倍増管和所述球面鏡之間的針孔。
9.如權(quán)利要求I至4任一項(xiàng)所述的光路系統(tǒng)，其特征在干，所述衍射光學(xué)元件厚度為700nm。
10.如權(quán)利要求I至4任一項(xiàng)所述的光路系統(tǒng)，其特征在干，所述衍射光學(xué)元件為產(chǎn)生18%的O階激光和63%的I階激光的光學(xué)元件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用于三維雙光子熒光存儲(chǔ)的光路系統(tǒng)，包括激光器、伺服信號(hào)檢測(cè)模塊、數(shù)據(jù)信號(hào)檢測(cè)模塊、準(zhǔn)直透鏡、衍射光學(xué)元件、分光光學(xué)元件、二向色片和物鏡，所述衍射光學(xué)元件用于將經(jīng)準(zhǔn)直的激光轉(zhuǎn)換成發(fā)往存儲(chǔ)材料反射層的0階激光和發(fā)往存儲(chǔ)材料數(shù)據(jù)層的1階激光，所述分光光學(xué)元件用于透射來(lái)自所述衍射光學(xué)元件的激光和反射來(lái)自存儲(chǔ)材料反射層的激光，所述二向色片用于透射激光和反射熒光，所述伺服信號(hào)檢測(cè)模塊設(shè)置在所述分光光學(xué)元件對(duì)來(lái)自存儲(chǔ)材料反射層的激光進(jìn)行反射的反射路徑上，所述數(shù)據(jù)信號(hào)檢測(cè)模塊設(shè)置在所述二向色片對(duì)存儲(chǔ)材料數(shù)據(jù)層激發(fā)的熒光進(jìn)行反射的反射路徑上。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，且光能損失較小。
文檔編號(hào)G11B7/13GK102637439SQ20121013824
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月7日
發(fā)明者侯欣楠, 侯鑒玻, 杜柯, 程雪岷, 馬建設(shè) 申請(qǐng)人:清華大學(xué)深圳研究生院