多层三维存储光学头 本发明涉及一种多层三维存储光学头，属于三维数字光存储技术领域。
在目前的各种多层三维存储中，主要基于如下模式。如图1所示，是目前通行三维存储方案的原理示意图，其存储体(2)为一个正方体的双光子光致变色材料的存储体。柱状透镜(4)将光束聚集成平面光用于选择工作面。另一束被所记录的数据调整的光束通过物镜(1)照过存储体。这样在两束光的交汇处，信息便写如到存储体内。在读出时，仍然有平面光来选择工作面，而入射光均匀照明，在工作面上记录的信息产生相应的荧光，并由读出物镜(3)准直后由CCD摄像机获取信息。
在这方面取得了比较成功的例子主要是美国加州大学与美国call-recall公司等联合研究的存储系统，如图2所示，其记录体为一个1cm3的双光子吸收材料，选择工作面的平面光由平面放射镜(135,136,148)和消色差瞄准镜(10)组成的光路产生，而工作照明光路则有透镜(143,144,145,146)和瞄准镜(7)组成，读出时由CCD(9)摄像机读出。这种方法需要精密的XYZ工作台，来完成工作面的选取，且记录体不能很大，制约了这种存储方式的应用。虽然提供了高密度和高的数据传输率，但由于其昂贵而庞大的三维工作台以及平行的数据读取方式，使得它距离实用还很远。
为此在系统设计时我们准备采用与现行的光存储器相近地存储系统来实现。
本发明的目的是设计一种多层三维存储光学头，克服现有三维存储使用交叉两束光造成的存储设备庞大而昂贵，难以使用的问题。设计出结构简单，操作方便，适于应用的多层三维存储的光学头。
本发明设计的多层三维存储光学头，包括二个激光器，一个倍频器，二个准直境，二个分光镜，一个辅助准直镜，一个辅助激光器，一个物镜和一个联动调焦机构。所述的激光器、倍频器、准直镜和两个分光镜自左至右同光轴安装，构成主光轴。物镜、右侧分光镜、辅助准直镜、辅助激光器同光轴安装，该光轴与主光轴成90°角。被读写盘片置于物镜的相对于分光镜的另一侧，所述的另一准直镜和另一激光器与左侧分光镜同光轴安装，该光轴与主光轴成90°角，构成付光轴。联动调焦机构同时与两个准直镜相连。辅助激光器产生一辅助激光束通过辅助准直镜、分光镜和物镜聚焦于被读写盘片的主反射面上，并由此产生的信号完成聚焦，跟踪和寻道。主光轴和付光轴的激光器生成用于擦所需要的两种波长的激光，两束激光经过分光镜的合成，通过物镜，入射到被读写盘片上，完成擦操作。倍频器用以生成用以写操作的两种波长激光中的一种，通过与由激光器产生的激光共同作用，完成写操作。主光路中的两个准直透镜由联动调焦机构完成变焦调焦，实现对读写层的选择。
使用这种多层三维存储光学头，可对多层三维光盘进行并行读写，有效提高光盘数据读写速率和存储容量。并且结构简单，便于实现，因而很容易在实际应用中得到推广，做成产品，有很大的使用价值。
【附图说明】
图1是目前的各种多层三维存储的工作原理。
图2是美国加州大学与美国call-recall公司等联合研究的存储系统示意图。
图3是本发明的多层三维存储光学头结构示意图。
下面就各个结构示意图详细说明，图1～图3中：
1是物镜，2是双光子吸收材料，3是物镜，4是柱状透镜，5是Nd-YAG激光器，6是掩膜，7是瞄准镜，8是记录体，9是CCD摄像机，10是消色差瞄准镜，11是He-Ne激光器，12是脉冲延迟工作台，131～138是平面反射镜，141～147是透镜，15是激光器，16是倍频器，17是准直镜，18是分光镜，19是盘片，20是物镜，21是分光镜，22是辅助激光器，23是辅助准直镜，24是激光器，25是准直镜，26是联动调焦机构。
如图3所示，本发明的多层三维存储光学头，包括二个激光器15和24，一个倍频器16，二个准直境17和25，二个分光镜18和21，一个辅助准直镜23，一个辅助激光器22，一个物镜20和一个联动调焦机构26。所述的激光器15、倍频器16、准直镜17和左侧分光镜18自左至右同光轴安装，构成主光轴。物镜20、右侧分光镜21、辅助准直镜23、辅助激光器22同轴安装，该光轴与主光轴成90°角。被读写盘片19置于物镜20的相对于分光镜21的另一侧，所述的另一准直镜25和另一激光器24与左侧分光镜18同轴安装，该光轴与主光轴成90°角，构成付光轴。联动调焦机构26同时与两个准直镜17和25相连。辅助激光器22产生一辅助激光束通过辅助准直镜23、分光镜21和物镜20聚焦于被读写盘片19的主反射面上，并由此产生的信号完成聚焦，跟踪和寻道。主光轴和付光轴的激光器生成用于擦所需要的两种波长的激光，两束激光经过分光镜的合成，通过物镜，入射到被读写盘片上，完成擦操作。倍频器16用以生成用以写操作的两种波长激光中的一种，通过与由激光器24产生的激光共同作用，完成写操作。主光路中的两个准直透镜17和25由联动调焦机构完成变焦调焦，实现对读写层的选择。
图3为本发明的工作原理图。有辅助激光器(22)和辅助准直镜(23)组成的辅助光路，用以聚焦在存储盘(19)底面上，完成聚焦和跟踪。工作所需的两个波长的激光有激光器(15和24)和产生，两束激光的准直镜(17和25)由联动调焦机构(26)控制，来选择分层的读写面。而激光倍频器(26)则用以转换写和擦时的激光波长。这种方法克服了传统的三维存储的设备要求，且存储体可成与现在的光盘相似的盘状结构，简化了存储机构，提高存储时间并且扩大的存储的容量。
考虑到现行计算机系统内信息主要以数据串形式进行存储和传输的。因此，数据应以串行方式存储。多层制造中由于不能在中间层加入预刻槽，使得聚焦，寻道和跟踪成为困难。此外，由于双光子吸收，需要处理两个波长的光束的控制及共焦。在读出装置中，需要处理层间干扰。本发明的特点为
(1)辅助光束实现跟踪聚焦为了实现跟踪和聚焦，引入一个辅助光束，使辅助光束始终聚焦在底面上，完成寻道、跟踪和聚焦。而主光束通过变焦技术，来完成不同面的选择。在每一层上读写过程中仍采用类似于现行光盘的读写方式，这样可在在现有技术上较容易的进行移植和实用化。
(2)双波长光双焦透镜由于写和擦的过程中仍然使用两种波长的激光，都需要从同一主光路进入。由于主光路需要通过所有的记录层，所以为避免层间干扰，两种波长的光束应只在焦点处相交。两种波长的分为内外两路，对于透镜来说，其内圈和外圈对于相应的波长具有相同的焦距。这样能使两种波长的光能有效均焦聚焦于一点，便可实现在焦点处的写擦操作而不影响其他记录点的状态。
(3)读出信号的共焦技术
在读操作时，在读取信号时是使用单一波长的激光，而且这种具有荧光特性的光子吸收材料，只要吸收到光子就发荧光，与光的强度无关。因此，当在读取时其他层被照到的区域同样会发出荧光。这样就可能产生信号的串扰。为了避免这种串扰，可使用一种共焦技术。引入一个带有小空的挡板，它的位置恰好与系统的焦点处于共焦的位置，即只有在系统的焦点上发出的光通过此系统达到探测器上。由于其它被照亮的区域，由于并不在焦点处本身的量子产率就底，再加上挡板的阻拦，将会大大小于有用的信号。这样，可避免相邻的记录点的串扰。
下面介绍本发明的实施例。
本系统中使用三种不同波长的激光。写入是使用短波长激光(355nm+590nm)使介质发生光化学反应，分子从状态“0”变成状态“1”。读出时使用较长波长(590nm)的激光，处于状态“1”的分子在该波长激光照射下会发出荧光，而处于状态“0”的分子则不会，因此通过检测读出光照射下介质的荧光效应就可以区分所写入的信号。对于发荧光材料而言，只要提高分子的荧光量子产率，就可以避免分子在读出光照射下发生状态变化，因此这是一种无损读出过程。擦除时由于需要更高的能量，因此需要用两束光同时照射(1064nm+590nm)。