飞秒激光在透明介质中三维光存储写读装置.pdf

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摘要
申请专利号:

CN200310105862.2

申请日:

2003.10.27

公开号:

CN1540634A

公开日:

2004.10.27

当前法律状态:

终止

有效性:

无权

法律详情:

专利权的终止(未缴年费专利权终止)授权公告日:2005.11.9|||授权|||实质审查的生效|||公开

IPC分类号:

G11B7/00; G11B7/08; G11B7/12

主分类号:

G11B7/00; G11B7/08; G11B7/12

申请人:

中国科学院西安光学精密机械研究所;

发明人:

陈国夫; 刘青; 程光华; 赵卫; 王屹山

地址:

710068陕西省西安市友谊西路234号

优先权:

专利代理机构:

西安永生专利代理有限责任公司

代理人:

申忠才

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内容摘要

一种飞秒激光在透明介质中三维光存储写读装置,设置在底座的支架上设内安装有防反镜的镜筒,在镜筒的上端设置有图像传感器、下端设置有平场显微镜头,在支架的底面上设位于平场显微镜头下方的读出用光源,在底座上设安装有调整架的三维移动平台,在调整架上设置有样品夹和透明存储介质。本发明的存储密度可以达到1.4×1011bits/cm3,存储信号存放寿命可达百年,存储信息又不易复制,大幅度提高数据的存储密度和容量。它具有存储密度高、存储信号存放时间长、存储信息不易复制等优点,可作为信息存储设备或装置,可用于图书、档案等需要永久性保存的光信息存储技术领域。

权利要求书

1: 一种飞秒激光在透明介质中三维光存储写读装置,其特征在于:设置在底 座[9]的支架[10]上设内安装有防反镜[3]的镜筒[2],在镜筒[2]的上端设置有图像传感 器[1]、下端设置有平场显微镜头[4],在支架[10]的底面上设位于平场显微镜头[4] 下方的读出用光源[8],在底座[9]上设安装有调整架[6]的三维移动平台[7],在调整 架[6]上设置有样品夹[5]和透明存储介质。
2: 按照权利要求1所述的飞秒激光在透明介质中三维光存储写读装置,其特 征在于:所说的防反镜[3]与镜筒[2]轴线的负向夹角为45°,防反镜[3]的镜面上真空 蒸镀有增反膜;所说的读出用光源[8]为:在光源外壳[8-1]内上部设置有聚焦凸透 镜[8-2]、下部设置有发光二极管[8-4],在聚焦凸透镜[8-2]与发光二极管[8-]之间设 置有毛玻璃[8-3]。
3: 按照权利要求2所述的飞秒激光在透明介质中三维光存储写读装置,其特 征在于:所说防反镜[3]镜面上真空蒸镀的增反膜的材料为二氧化铪和二氧化硅,交 替蒸镀25~30层;所说的聚焦凸透镜[8-2]的曲率半径为25~30mm。
4: 按照权利要求1所述的飞秒激光在透明介质中三维光存储写读装置,其特 征在于:所说的透明存储介质为熔融石英介质[11]。

说明书


飞秒激光在透明介质中三维光存储写读装置

    【技术领域】

    本发明属于信息技术领域,具体涉及到飞秒激光在透明介质中三维光存储写读装置。

    背景技术

    随着信息科学的迅猛发展,人们对数据存储器的存储密度和存储容量的要求也在不断地提高。目前使用的光存储器件,一般还只是在单面或双面光盘上存储数据,新的DVD光盘也仅只能存储几层数据。为进一步提高数据的存储密度,充分利用存储介质的空间,采用“三维光数据体存储技术方案”是实现数据高密度存储的重要途径。

    现有的CD光盘是单层存储的,存储密度只有7.5×107bits/cm2,DVD光盘在存储层数上有一定的改进,但也只能存储固定的几层数据,存储密度为3×108bits/cm2。由于CD光盘和DVD光盘存储的位点间距已接近光的衍射极限,面密度的大幅度提高已不太可能。三维高密度光数据存储开拓了存储介质地第三维空间,使得存储介质的有效存储区域从二维扩展到了三维空间,从而可以极大地提高介质的存储密度和存储容量,是未来实现高密度光数据存储的可能方案之一。

    【发明内容】

    本发明所要解决的技术问题在于克服上述光存储器件的缺点,提供一种存储数据密度高、存储信号存放时间长、存储信息不易复制的飞秒激光在透明介质中三维光存储写读装置。

    解决上述技术问题所采用的技术方案是:设置在底座的支架上设内安装有防反镜的镜筒,在镜筒的上端设置有图像传感器、下端设置有平场显微镜头,在支架的底面上设位于平场显微镜头下方的读出用光源,在底座上设安装有调整架的三维移动平台,在调整架上设置有样品夹和透明存储介质。

    本发明的防反镜与镜筒轴线的负向夹角为45°,防反镜的镜面上真空蒸镀有增反膜。本发明的读出用光源为:在光源外壳内上部设置有聚焦凸透镜、下部设置有发光二极管,在聚焦凸透镜与发光二极管之间设置有毛玻璃。

    本发明的防反镜镜面上真空蒸镀的增反膜的材料为二氧化铪和二氧化硅,交替蒸镀25~30层。本发明的聚焦凸透镜的曲率半径为25~30mm。

    本发明的透明存储介质为熔融石英介质。

    本发明将具有频率为1KHz的载有二进制信息的强度为微焦量级,脉冲宽度为100飞秒量级(10-13秒)的飞秒激光脉冲紧聚焦到固定在三维精密移动平台上的透明存储介质体内。由于强度非常高的激光脉冲与透明存储介质的非线性相互作用,在透明存储介质体内聚焦点附近将物质消融,直接通过汽化改变物质的局部结构,形成一个微小的微米量级圆锥形空腔结构。通过精密三维移动平台的精密移动,在透明存储介质中存储多层这种微小空腔结构的位点阵列,完成二进制数据的存储。读出数据时,用普通光照明,通过平场显微镜头将焦平面上存储的数据位点阵列成像到图像传感器中,图像传感器将图像输入到计算机,经过计算机进行图像数据处理,恢复成原来的二进制数据。实现了在存储介质体内的三维空间上对二进制数据的存、取目的。本发明的存储密度可以达到1.4×1011bits/cm3,存储信号存放寿命可达百年,存储信息又不易复制,大幅度提高数据的存储密度和容量。本发明具有存储密度高、存储信号存放时间长、存储信息不易复制等优点,可作为信息存储设备或装置,可用于图书、档案等需要永久性保存的光信息存储技术领域。

    【附图说明】

    图1是本发明一个实施例的主视图。

    图2是图1的俯视图。

    图3是图1中光源的剖视图。

    【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。

    在图1、2、中,本实施例的飞秒激光在透明介质中三维光存储写读装置是由图像传感器1、镜筒2、防反镜3、平场显微镜头4、样品夹5、调整架6、三维移动平台7、读出用光源8、底座9、支架10、熔融石英介质11联接构成。

    在底座9的上安装有支架10,支架10上固定安装有镜筒2,镜筒2的长度为160mm,在镜筒2的上端通过螺纹联接安装有图像传感器1,图像传感器1将通过电缆与计算机相连,在镜筒2的下端通过螺纹联接安装有平场显微镜头4,平场显微镜头4的数值孔径为0.5,放大倍数为50倍,在镜筒2内安装有防反镜3,防反镜3与镜筒2轴线的负向夹角为45°,在防反镜3的镜面上真空蒸镀有800nm全反、可见光增透的增反膜,增反膜的材料为二氧化铪和二氧化硅,交替蒸镀28层,在支架10的底面上安装有读出用光源8,读出用光源8正好位于平场显微镜头4的正下方。在底座9上安装有三维移动平台7,三维移动平台7由计算机控制,可在X、Y、Z方向上移动,三维移动平台7上安装有调整架6,调整架6用来调整入射光线与样品表面相互垂直。在调整架6上固定联接有样品夹5,样品夹5用于将透明存储介质固定在调整架6上,本实施例的透明存储介质为熔融石英介质11,在熔融石英介质11中产生多层具有一定点间距和层间距的微小损伤阵列,在熔融石英介质11中存储层内点间距为1μm、层间距为7μm的三维二进制数据,数据位点在同一层中以相互平行的直线型排列。

    在图3中,本实施例的读出用光源8是由光源外壳8-1、聚焦凸透镜8-2、毛玻璃8-3、发光二极管8-4联接构成。在光源外壳8-1内上部安装有聚焦凸透镜8-2、下部安装有发光二极管8-4,在聚焦凸透镜8-2与发光二极管8-4之间安装有毛玻璃8-3,本实施例聚焦凸透镜8-2的曲率半径为28mm。读出用的光源8为普通可见光,从下向上垂直照射到存储有数据的熔融石英介质11上,经过平场显微镜头4,使得其焦平面上存储的二进制数据成像到图像传感器1上。图像传感器1将得到的二进制数据图像同时传输到监视器和计算机中。在监视器中可以实时地监视存储的二进制数据点,计算机通过安装在其内的图像采集卡将得到的图像进行数据处理,恢复成原来的二进制数据。

    实施例2

    在本实施例中,镜筒2内的防反镜3的镜面上真空蒸镀有800nm全反、可见光增透的增反膜,增反膜的材料为二氧化铪和二氧化硅,交替蒸镀25层。在光源外壳8-1内上部安装的聚焦凸透镜8-2的曲率半径为25mm。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,镜筒2内的防反镜3的镜面上真空蒸镀有800nm全反、可见光增透的增反膜,增反膜的材料为二氧化铪和二氧化硅,交替蒸镀30层。在光源外壳8-1内上部安装的聚焦凸透镜8-2的曲率半径为30mm。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4

    在本实施例中,镜筒2内的防反镜3的镜面上真空蒸镀有800nm全反、可见光增透的增反膜,增反膜的材料为二氧化铪和二氧化硅,交替蒸镀25层。在光源外壳8-1内上部安装的聚焦凸透镜8-2的曲率半径为30mm。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5

    在本实施例中,镜筒2内的防反镜3的镜面上真空蒸镀有800nm全反、可见光增透的增反膜,增反膜的材料为二氧化铪和二氧化硅,交替蒸镀30层。在光源外壳8-1内上部安装的聚焦凸透镜8-2的曲率半径为25mm。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,发明人采用本发明实施例1制备的飞秒激光在透明介质中三维光存储写读装置进行了实验,实验情况如下:

    1、实验方法

    采用本发明,将800nm、100飞秒、1KHz的脉冲激光聚焦到放置在样品夹5上的熔融石英介质11中,以1mm/s的速度移动三维移动平台7,每个聚焦的激光脉冲在熔融石英介质11中形成一个结构改变的数据位点,数据位点之间的间距为2微米的。通过控制三维移动平台7的移动,在熔融石英介质11中形成了多层层间距为7微米、点间距为1微米×1微米的数据位点阵列,存储的数据位点阵列经过平场显微镜头4对其功率进行放大、并经镜筒2内的防反镜3的反射,成像到图像传感器1上,图像传感器1将图像输入到计算机,计算机进行图像识别,转换为二进制数据,实现数据的存储和读出。

    2、实验结果

    实验中得到了层间距为7微米、点间距为1微米×1微米的5层存储数据位点图像,由图像传感器1得到了清晰的存储数据的图像。经过计算机的图像处理,可以将存储数据还原为原来的二进制数据。

    3、实验结论

    实验证明,用飞秒激光在熔融石英介质11中存储三维光数据,存储密度可以达到1/(1×1×7)bits/μm3=1.4×1011bits/cm3。

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一种飞秒激光在透明介质中三维光存储写读装置,设置在底座的支架上设内安装有防反镜的镜筒,在镜筒的上端设置有图像传感器、下端设置有平场显微镜头,在支架的底面上设位于平场显微镜头下方的读出用光源,在底座上设安装有调整架的三维移动平台,在调整架上设置有样品夹和透明存储介质。本发明的存储密度可以达到1.41011bits/cm3,存储信号存放寿命可达百年,存储信息又不易复制,大幅度提高数据的存储密度和容量。。

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