飞秒激光三维光存储写入装置 【技术领域】
本发明属于信息存储技术领域，具体涉及到用光学方法实现的记录或重现的按所选用的材料或按结构或按形式区分的记录载体。
背景技术
在光存储技术中，一般的数据存储密度受到光波衍射极限的限制，其记录点约为波长量级，而且存放时间受到存储介质的存储寿命限制，存储时间一般在10年左右，目前一殷光盘面密度为：0.5～1Gbit/in2，约为108bit/cm2，最大的5英寸存储光盘的容量为2.8×1010bit/每张，计算机硬盘的存储时间一般只有20年。如何能更有效提高存储密度和存储器的使用寿命和存放寿命一直是科学家和工程技术人员研究的热点课题。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题以及解决其技术问题采用的技术方案是：在安装板上水平光轴方向的一侧设置有钛宝石啁啾脉冲再生放大器、另一侧设置有反射镜，在安装板上同一条水平光轴方向钛宝石啁啾脉冲再生放大器的内侧设置有聚焦凸透镜、反射镜的内侧设置有衰减片，在安装板上同一条水平光轴方向聚焦凸透镜与衰减片之间设置有准直扩束凸透镜，在安装板上与反射镜成-45°角的垂直光轴方向设置有三维移动平台，在安装板上反射镜与三维移动平台之间设置有写入光头，在三维移动平台上设置有存储介质，三维移动平台通过电缆与计算机相连接，计算机通过电缆与钛宝石啁啾脉冲再生放大器相连接。
本发明的聚焦凸透镜的曲率半径为15～25mm、准直扩束凸透镜的曲率半径为45～75mm，聚焦凸透镜与准直扩束凸透镜的曲率半径比为1∶3。
本发明的存储介质为石英玻璃或透明光学材料。
本发明的写入光头的数值孔径为0.45～0.8。
本发明采用飞秒脉冲激光在透明介质中实现高密度三维数据存储，它是利用高强度脉冲激光在介质体内指定位置处发生非线性效应而产生微小的空腔，达到记录数据的目的。它的存储介质采用透明光学材料，若采用石英玻璃，具有耐酸碱、高温和潮湿等特性，这是普通光盘和计算机硬盘无法比拟地，这种有存储介质记录的信息，可以长时间保存，其数据的存储密度可达到2×1011bit/cm3，存储时间可达几百年。本发明与目前市场上的光存储系统相比具有存储量大，存放寿命长，化学稳定性好等优点。
【附图说明】
图1是本实用新型一个实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。
实施例1
在图1中，本实施例的飞秒激光三维光存储写入装置由钛宝石啁啾脉冲再生放大器1、聚焦凸透镜2、准直扩束凸透镜3、衰减片4、反射镜5、写入光头6、存储介质7、三维移动平台8、计算机9、安装板10联接构成。
在安装板10上水平光轴方向的左侧安装有钛宝石啁啾脉冲再生放大器1、右侧安装有反射镜5，钛宝石啁啾脉冲再生放大器1可产生泵浦激光，由钛宝石啁啾脉冲再生放大器1产生150微焦、重复率1～5KHz脉冲宽度为100飞秒的激光发射，反射镜5与水平光轴的的负向夹角为45°，反射镜5用于将钛宝石啁啾脉冲再生放大器1发射的激光沿垂直光轴方向反射出去。在安装板10上同一条水平光轴方向钛宝石啁啾脉冲再生放大器1的内侧安装有聚焦凸透镜2，聚焦凸透镜2的曲率半径为20mm，安装板10上水平光轴方向反射镜5的内侧安装有衰减片4，衰减片4将飞秒脉冲泵浦激光的单脉冲激光的能量调节到1～0.5微焦之间。在安装板10上同一条水平光轴方向聚焦凸透镜2与衰减片4之间安装有准直扩束凸透镜3，准直扩束凸透镜3的曲率半径为60mm，聚焦凸透镜2和准直扩束凸透镜3将钛宝石啁啾脉冲再生放大器1射出激光斑扩大到直径为6mm激光束，在安装板10上与反射镜5成-45°角的垂直光轴方向安装有三维移动平台8，在安装板10上反射镜5与三维移动平台8之间安装有写入光头6，写入光头6的数值孔径为0.6，三维移动平台8上放置有存储介质7，写入光头6可将一个能量约为1微焦、脉冲宽度为100飞秒的激光脉冲紧聚焦到存储介质7内，移动三维平台8来改变焦点的位置，实现三维数据的记录，三维移动平台8通过电缆与计算机9相连接。本实施例的存储介质7是石英玻璃，具有耐酸碱、高温和潮湿等特性，这种石英玻璃记录的信息，可以永久性保存，存储时间可达几百年。存储介质7也可采用其它透明光学材料。将高功率飞秒激光脉冲紧聚焦到存储介质7内部，当焦点的功率密度超过材料的非线性效应阈值时，这种高强度脉冲激光与介质相互作用的非线性效应，在焦点处能够产生高温等离子体微爆，形成一个亚微米尺度结构改变(空腔)，通过改变焦点的位置，在存储介质中记录数据信息。飞秒光脉冲与存储介质相互作用时通过多光子电离激励过程，能迅速在局部产生一个高温、高密度的等离子体结构，吸收大部分激光能量，在存储介质7体内聚焦点附近将物质消融，产生一个微小的空腔，在此过程中不会出现液态，直接通过高温等离子体的微爆改变物质的局部结构。相对于长脉冲和连续波激光来说，飞秒激光脉冲不产生热作用区域和热损伤，能更精密地改变介质的局部物理结构，最终可实现亚微米级的微爆结构。存储介质7已达到存储密度为2×1011bit/cm3，甚至更高的存储密度。计算机9控制移动三维移动平台8的速度、位置、加速度与信息流之间的同步运行，以实现信息的正确写入。计算机9通过电缆与钛宝石啁啾脉冲再生放大器1相连接，计算机9把预存储的数据传输给钛宝石啁啾脉冲再生放大器1，调制钛宝石啁啾脉冲再生放大器1的泵浦激光发射，实现写入激光束被写入信息调制。
实施例2
在本实施例中，聚焦凸透镜2的曲率半径为15mm，准直扩束凸透镜3的曲率半径为45mm，写入光头6的数值孔径为0.45。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。
实施例3
在本实施例中，聚焦凸透镜2的曲率半径为25mm，准直扩束凸透镜3的曲率半径为75mm，写入光头6的数值孔径为0.8。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。
为了验证本发明的有益效果，发明人采用本发明第一个实施例制作的飞秒激光三维光存储写入装置，经测试，记录位的直径为0.5μm，数据位点间距为1×1×7μm(即在同一层内，点间距为1×1μm，层与层的间距为5μm)，记录密度约为2×1011bit/cm3。
本发明的工作原理如下
由钛宝石啁啾脉冲再生放大器1输出的飞秒激光通过聚焦凸透镜2和准直扩束凸透镜3，将激光光斑扩大到直径为6mm的光束，再通过衰减片4将飞秒激光脉冲的单脉冲激光能量调节到1～0.5微焦之间，反射镜5将飞秒激光脉冲传播方向改变90度，再通过写入光头6将飞秒激光脉冲聚焦到存储介质7内部，通过三维平台的移动来改变焦点的位置，实现三维数据的记录。计算机9对移动三维平台的速度、位置、加速度进行控制，计算机9把预存储的数据传输给钛宝石啁啾脉冲再生放大器1，调制钛宝石啁啾脉冲再生放大器1的泵浦激光发射，实现写入激光脉冲被写入信息调制。
根据上述原理，还可设计出另外一种具体结构的飞秒激光三维光存储写入装置。