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一种利用可变光学部件(10)的光学头(10)，该部件包括可弯曲纳米元件(3)，这些元件借助于在电极(1，2)之间施加的驱动场而可在弯曲和不弯曲状态之间转换。在弯曲状态下，这些纳米元件吸收辐射，因此调整穿过该部件的辐射束的辐射强度分布。

1、  一种光学头(100)，其包括：
辐射源(11)，其用于发出辐射束，
透镜(12)，其用于将所述发射辐射束聚焦到介质(13)上，以及
可变光学部件(10)，其用于改变入射到透镜(12)的辐射束的强度分布，
所述辐射束具有位于可变光学部件(10)的位置处的横截面(17)，
其特征在于，可变光学部件(10)包括：用于产生驱动场的电极(1，2)的电极结构；和可弯曲纳米元件(3)，这些纳米元件借助于所述驱动场可在不弯曲状态和弯曲状态之间转换。

2、  根据权利要求1的光学头(100)，进一步包括分束器(15)，其特征在于可变光学部件(10)位于辐射源(11)和分束器(15)之间。

3、  根据权利要求1或2的光学头(100)，其特征在于可弯曲纳米元件(3)在所述横截面(17)上具有不均匀密度。

4、  根据权利要求1、2或3的光学头(100)，其特征在于可弯曲纳米元件位于该横截面(17)上的多个段(51，52，53，54，55，56，57，58)中。

5、  根据权利要求1、2或3的光学头(100)，其特征在于将所述电极结构在所述横截面(17)上设置成多个段(51，52，53，54，55，56，57，58)。

6、  根据权利要求1、2或3的光学头(100)，其特征在于可变光学部件包括在辐射束的传播方向上排列的具有可弯曲纳米元件(3，3′，3″)的衬底(4，4′，4″)的叠层。

7、  根据权利要求4、5或6中任一项的光学头(100)，其特征在于可变光学部件(10)设置成使得辐射束中心处的辐射强度比辐射束边缘处的强度受到更大的影响。

8、  一种用在根据权利要求1至7中任一项的光学头(100)中的可变光学部件(10)，其特征在于该可变光学部件具有：用于产生驱动场的电极(1，2)的构造，以及可弯曲纳米元件(3)，这些纳米元件借助于所述驱动场可在不弯曲状态和弯曲状态之间转换。

9、  一种利用权利要求1至8中任一项的光学头的光学系统，进一步包括响应于在写入模式和读取模式之间的转换来控制所述可变部件的驱动场的装置(21)。

具有可变光学部件的光学头
技术领域
本发明涉及一种包括可变光学部件的光学头，所述光学部件改变倾斜的辐射束的强度分布。本发明还涉及用于这种光学头的可变光学部件以及利用该光学头的光学系统。
背景技术
在诸如用于格式CD、DVD和蓝光盘(BD)的光学存储数据应用中，数据从存储介质回放和数据记录到存储介质中对于盘上的光点有不同的要求。在回放过程中，聚焦在信息层上的光点的尺寸确定读出分辨率，即仍然可读的标记(凹坑)尺寸。在记录过程中，由光点中聚焦辐射量引起的盘中记录层的温度升高起主要作用，光点尺寸不太关键。在回放和记录之间的这些不同要求转变为对物镜光瞳平面内的强度及其分布的要求，该物镜用于将辐射束聚焦到介质中的信息层或记录层上。边缘强度是位于光瞳缘(edge)(或边缘(rim))与光瞳平面内的辐射分布的最大强度相比较的相对强度。对于回放来说，需要高边缘强度来实现小的光点，因此实现高读出分辨率。这一要求对于切向(即平行于轨道的盘内的扫描光点的方向)和径向(即垂直于轨道的盘内的扫描光点的方向)是不同的，这取决于轨道之间的距离以及在轨道中的凹坑尺寸。对于记录来说，辐射的总量很重要。
用在光学存储应用中的辐射源通常是半导体激光二极管。这些激光二极管众所周知的特性是成椭圆形的远场强度分布。这一分布的特点在于，在相对于激光二极管芯片的两个相关方向上的半高宽(FWHM)发散角：平行方向和垂直方向。对于CD和DVD来说，常用的大功率激光器的FWHM值在平行方向上为大约9度，在垂直方向上为大于17至18度。对于所谓的蓝光盘(BD)系统来说，目前可用的激光器具有甚至更强的椭圆率，因为通常的远场强度分布的FWHM值在平行方向上为大约10度，在垂直方向上为大约25度。
为了获得盘的良好读出质量，在切向和径向上都需要最小的边缘强度。对于诸如BD的最新的高数据密度光盘系统来说，这些要求是最强的，其中最小边缘强度要求在这两个方向上为大约65％。因此，有效使用的仅仅是由激光器发出的激光辐射的相对较小的部分。利用65％的边缘强度的最小值，在平行方向上的光束发散将是有关发射激光辐射的可用部分的限制参数。圆形光瞳相对于激光器的平行远场方向的边缘强度为65％，那么与BD的常用激光器的垂直远场方向有关的边缘强度为大约95％。这意味着激光器发射的辐射的有效利用(耦合效率)很低(仅仅大约14％)，这对于记录系统是不利的，因为该系统需要具有高额定输出功率的激光器。
在光学数据存储应用的光学系统中，如光学记录系统，准直透镜通常用于对激光器发射的发散辐射进行准直。该准直透镜的数值孔径决定了有效地耦合到光学系统中的辐射的量：即，耦合效率。
对于记录目的，需要高耦合效率，但是从上述实例中显而易见，这会导致对于回放目的来说很低的边缘强度。光束成形器可以将椭圆形的强度分布转变为更加圆形的强度分布。常用的光束成形器是变形棱镜对和透镜型光束成形器。利用这种更加圆形的强度，尽管对于BD仍然具有同样的例如65％的对边缘强度的最低要求，也能够增大耦合效率。因此耦合效率可以增加一倍至28％。这意味着，所需的总的激光辐射输出功率可比没有光束成形器的光学系统更低。这对于例如激光的可用性、功率消耗和功率耗散、激光器寿命等是有利的。
半导体激光二极管的另一个特性在于激光器噪声(高频输出功率波动)随输出功率的增大而减小。对于光学数据存储应用的读出性能的影响随读出速度提高而增大。为了保证读出信号的最小SNR(信噪比)，激光器必须在最小辐射输出功率处工作。
另一方面，在可记录盘的回放过程中的最大辐射功率受到这一事实的限制，即不应当擦除已记录数据。结合光学记录系统所需的高耦合效率，这导致回放过程中的总激光输出功率对于稳定的激光输出操作来说太低了。因此SNR将变得很低，这限制了光盘系统的读出性能(例如，限制了读出速度)。
由于光学数据存储应用通常支持多种盘格式的组合，如Bd和DVD回放和记录，因此，所支持的每种格式都需要上述要求。但是，由于这些系统的不同特性，因此对于每个系统，要求也不同，所述不同特性诸如为盘上的数据密度、轨道距离、凹坑尺寸、物镜(用于将辐射束聚焦到介质上)的数值孔径、介质灵敏度，以及盘格式所需的波长。对于CD来说，所用的波长为大约785nm，对于DVD来说为大约650nm，对于BD来说为大约405nm。
美国专利申请US 2003/0169667公开了一种记录和回放装置，其中增大了回放过程中的总激光器功率而不增大记录过程中的所需的总激光器功率。通过将可变光学耦合效率装置提供到该回放和记录装置的光学头中，可以将耦合效率从回放过程中的低水平转换为记录过程中的高水平。该申请描述了可变光学耦合装置的各种实例，其可由电装置或由机械装置来进行开关。所公开的可变光学耦合效率装置提供了一种通过降低从辐射源经由衰减、衍射等到达盘的传输效率而改善读出系统的SNR的解决方案，但是没有给出与边缘强度和耦合效率有关的涉及回放和记录参数的不同要求的解决方案。
本发明的目的在于提供一种改进的具有光学头的记录和回放装置，该光学头在记录过程中具有高耦合效率并在回放过程中具有低激光器噪声状态。
发明内容
根据本发明，这一目的通过一种光学头来实现，该光学头包括用于发出辐射束的辐射源、用于将所述发射辐射聚焦到介质上的透镜，以及用于改变入射到透镜的辐射束的强度分布的可变光学部件，所述辐射束具有位于可变光学部件的位置处的横截面，并且该可变光学部件包括用于产生驱动场的若干电极的电极结构，和可弯曲(bendable)纳米元件，这些纳米元件借助于该驱动场而可在非弯曲状态和弯曲状态之间转换。
在该申请范围内，驱动场可以是电场或者磁场及其组合，这取决于可弯曲纳米元件的性质。
纳米元件是纳米管和纳米线(也称作晶须)以及小棱镜的总称，并且已经在几篇论文中描述了各种材料的纳米元件，所述材料例如为磷化铟(InP)、氧化锌(ZnO)、硒化锌(ZnSe)、氮化硼(BN)、碳化硅(SiC)和碳(C)。纳米元件是非常小的物体，其具有中空(纳米管)或填满(纳米线)的圆柱形或棱柱形形状，其具有在纳米范围内的最小尺寸，例如直径。这些物体具有对称轴，其取向决定其电学和光学性质。可弯曲纳米元件在对称轴方向上通常比在其它方向上具有更大的尺寸。
在这种装置中，所有可弯曲纳米元件都使其对称轴在不弯曲状态下基本上平行。纳米元件相对于这一方向可能出现小的偏移，但不会影响可变光学部件的光学性能。
特别是已经令人满意地研究了碳纳米管。它们是基本上石墨(sp2-)结构的碳的单层或多层圆柱形结构。已经用试验方法证实了存在金属和半导电纳米管。而且，近来发现，厚度为例如0.4nm并在AIPO₄-5单晶的通道中对准的单壁碳纳米管显示出光学各向异性。碳纳米管对于波长在1.5μm到200nm范围内并且偏振方向垂直于管轴的辐射几乎是透明的。它们对于波长在大约600nm到200nm范围内并且偏振方向平行于管轴的辐射显示出很强的吸收(Li，Z.M.等人，Phys.Rev.Lett.87(2001)，1277401-1/4)。
纳米线和纳米管可以通过使其在模板中生长而提供，其允许容易且可很好控制地限定纳米结构的图案，如Schnenberger等人在J.Phys.Chem.B，101(1997)，5497-5505中描述的。纳米线可以通过已知方法来生长，例如电化学生长以及例如Morales和LIeber在Science，279(1998)，208-211中所描述的气相-液体-固体方法。
可以将利用可弯曲纳米元件的可变光学部件用在适合于光学存储应用的光学头中。当例如在光学头的辐射源，即半导体激光器处于用于数据记录或数据擦除的高功率水平模式时，纳米元件优选将具有基本上不弯曲的状态，从而对辐射束的强度分布具有最小的影响。
当激光器处于用于例如读取的低功率模式时，可以将驱动场施加于可变光学部件，使得纳米元件进入弯曲状态。这导致吸收入射辐射。因此，激光器可以在较高功率水平下工作，具有较少的噪声并因此具有较好的SNR和读出质量。反馈到该激光器中的辐射也得以减少。
在本发明的实施例中，可变光学部件位于光学头的辐射源和分束器之间。将位于辐射源和物镜之间的分束器用在光学头中，从而将朝向光学存储应用的介质的辐射束与从介质反射的辐射束分开。将该反射的辐射束朝向辐射检测装置引导，该检测装置用以产生例如数据和/或伺服信号。优选的是，可变光学部件位于辐射源和分束器之间，以改变朝向物镜的辐射束的辐射强度分布。当该可变光学部件位于分束器和物镜之间时，辐射束将穿过该部件两次，因此也影响由介质反射的辐射束，导致来自辐射探测器的信号减少。
在另一实施例中，光学头包括可变光学部件，在该部件中，可弯曲纳米元件在横截面上具有不均匀密度。在这种情况下，可以改变在该横截面上的吸收水平。当由于可弯曲纳米元件在中心部分的密度比外部更大而使该横截面中心部分比外部更强烈地衰减时，中心部分的辐射强度相对于外部的辐射强度降低。因此，辐射束的边缘强度以及因此在物镜光瞳内的边缘强度增大。这具有在读出分辨率方面的优点，因为将抑制聚焦在介质中的辐射光点的第二最大值(旁瓣)。
这种实施例的另一个优点在于：能够相对于未受影响的辐射束，增加用于来自辐射源的辐射的耦合光学系统的数值孔径，而不会降低边缘强度。这甚至在激光器的写入模式中是有利的，因为当激光器处于写入模式时，与具有较小数值孔径并且无可弯曲纳米元件的吸收的情况相比，可以提高朝向物镜的辐射束的总辐射功率。由于该辐射强度改变而引起的辐射功率损耗会比由于较大耦合孔径而引起的辐射功率增益小，导致盘上的总辐射功率增益。这是透镜或棱镜型光束成形器的替代方案，并且没有紧密对准公差。
可弯曲纳米元件也能够以基本上均匀的密度分布在该横截面上。因此，吸收水平在横截面上可以是基本上均匀的，导致辐射束的衰减。当激光器(作为辐射源)处于用于写入模式的高功率水平时，可弯曲纳米元件设置为基本上不弯曲的状态，导致低吸收水平，并且当激光器处于用于读取模式的低功率水平时，可弯曲纳米元件设置为弯曲状态，导致吸收。该吸收水平可以被设置为使读取模式中的激光功率处于低激光器噪声操作水平。
另一些可能的实施例中，可变光学部件具有分段的电极结构或者纳米元件的分布是分段的。每一段可以与一驱动场相关联，该驱动场与其它驱动场的强度不同。按照这种方式，当施加驱动场时，最后得到的弯曲角对于每一段都是不同的。因此，该横截面中的每一段都能对入射在该装置上的辐射束的辐射强度分布的变化有着不同的影响。分段可以例如按照像素、环形圈或者任何其它可用的图案，以调整辐射束的辐射强度。
利用配备有可变光学部件的光学头的光学存储装置的优点对于读取或写入每种模式都很明显。在读取模式中，实现了光学存储介质的高质量读出性能。当利用如显示出能够对辐射束进行光束成形的实施例中描述的可变光学部件时，也能够改进写入性能。
也可以将单个装置应用于利用多个激光器的光学头，所述多个激光器例如具有诸如在多个盘片格式兼容性的光学头中使用的不同波长。通过使激光器控制器连接到可变光学装置的控制器，可以控制每个操作激光器的设置。因此这些设置对于每个操作激光器是不同的。
参考下面的附图进一步解释本发明的这些和其它方面。

附图简述
这些附图没有按比例绘制，并且完全是示意性的。不同附图中的相同附图标记指的是相同的元件。
图1示意性示出具有可弯曲纳米元件的可变光学部件的横截面，这些可弯曲纳米元件处于其不弯曲状态，
图2示意性示出具有可弯曲纳米元件的可变光学部件的横截面，这些可弯曲纳米元件处于其弯曲状态，
图3示出用于扫描介质的设备的示意图，在该设备中使用根据本发明的可变光学部件，
图4示出具有不均匀分布的可弯曲纳米元件的可变光学部件，
图5示出可弯曲纳米元件或电极的分布被分段的可变光学部件的例子，
图6示出基于衬底叠层的可变光学部件的可选择结构的例子，该衬底叠层包括可弯曲纳米元件，以及
图7示出用于扫描介质的设备的示意图，在该设备中，可变光学部件与用于控制该可变光学部件的装置相结合使用。
具体实施方式
在图1中给出了可变光学部件10的示意图，用以示出具有可弯曲纳米元件的可变光学部件的工作原理。该可变光学部件包括衬底4，在该情况下是玻璃衬底，在其底部设有偏振器5并在相对侧设有电极1、2和可弯曲纳米元件3。对于透射型可变光学部件，这些电极可以由例如氧化铟锡(ITO)制成。在该例子中，SiO₂介电层6覆盖这些电极。该层的功能有两个方面：第一，其将衬底4平面化，这简化了可弯曲纳米元件的施加，第二，其用作可弯曲纳米元件3和电极1、2之间的绝缘隔板。按照这种方式，可弯曲纳米元件将仅仅受电场的影响，并且不受与电极1、2直接电接触的影响。
在该实例中，可弯曲纳米元件3是已经用Si(OR)₃基进行功能化的碳纳米管，其中R是甲基。利用适当的端基对碳纳米管进行功能化本身可从Langmuir第16(2000)卷，第3569-3573页中获知。其中，具有所希望长度的单壁碳纳米管悬浮在乙醇中用超声处理。碳纳米管已经通过氧化被赋予羧端基。然后通过与Si(OR)₃的化学反应来取代该端基。
为了实现图案化的淀积，用光致抗蚀剂覆盖衬底，根据所希望的图案将其显影。然后，光致抗蚀剂材料和衬底经历等离子体处理工艺以便使衬底更亲水并使光致抗蚀剂更疏水。适当的处理顺序是氧等离子体处理、氟等离子体处理和氧等离子体处理。多束碳纳米管将沿着表面对准，这是因为各个碳纳米管之间的疏水性相互作用。作为使用光致抗蚀剂的替代方案，可以使用另一种材料的掩模来获得所需图案。也可以例如通过借助于具有足够强度的激光束根据所希望的图案烧掉碳纳米管来获得该图案。
在外加电场是零的情况下，即没有向电极1和2供给电压的情况下，纳米元件3垂直于衬底4排列。由于纳米元件平行于辐射的传播方向排列，因此沿垂直于衬底表面的方向入射到可变光学部件10上的辐射束B将基本上不受阻碍地通过该可变光学部件。如果接通电场，那么这些纳米元件将弯曲并变为如图2中所示的弯曲的纳米元件。现在这些弯曲的纳米元件覆盖了电极1和2之间的至少相当大的面积，并吸收光束B中偏振方向与弯曲的纳米元件的切线相平行的分量。如果入射光束B是其偏振方向为弯曲的纳米元件的切线方向的线偏振光束，那么该光束的吸收将达到最大。如果辐射束已经被充分地线性起偏振了，如源自半导体激光二极管的辐射束，那么可以省略偏振器5。因此可变光学部件优选沿着使纳米元件的弯曲方向与该辐射束的偏振方向匹配的方向来取向。
借助于强度在0.1至5V/μm范围内的电场可使这些纳米元件弯曲。用于产生电场的电压可以是DC电压。但是，可以使用频率在几赫兹和几千赫之间的交流电，优选大约50赫兹(例如，市电频率)。
一般来说，例如上面参考图1描述的可变光学部件可以是透射型或者反射型的。通过利用例如反射衬底或者通过在衬底和电极结构之间安排反射层可以将如上所述的透射型可变光学部件变为反射型。这一反射层可具有如在具有依赖于波长的特性的光束分离器或者固定变迹滤光器(fixed apodisation filter)中所用的光学特性，例如该层对于一个波长范围是透射的，对于另一个波长范围是反射的。
在图3中，示意性地示出了与存储介质13结合的光学头100。图中说明了根据本发明第一实施例的光学系统。光学头100可用在光学存储装置中，其包括用于产生辐射束的辐射源11、可变光学部件10、分束器15、用作将辐射束聚焦到介质上的透镜的物镜12，和辐射探测器14。在该实例中，该介质是光学存储介质。从辐射源11发出的辐射束入射在可变光学部件10上，透过可变光学部件10的辐射束入射在分束器15上。透过该分束器的辐射束入射到物镜12上，该物镜将辐射束聚焦到光学存储介质(光盘)13的数据层上。该光盘可以是只读盘，如CD-ROM或BD-ROM，或者是可以在其上进行数据记录的盘，如DVD+R或DVD+RW。从光盘13的数据层反射的辐射入射到物镜12，由分束器15将该辐射与辐射源11的辐射束分开，并朝辐射探测器14引导该辐射。该辐射探测器可以用于数据信号产生和/或伺服信号产生，如聚焦和跟踪信号。
当辐射源11发出的辐射束透过可变光学部件10时，可变光学部件10适当地改变该辐射束的强度分布。在读取模式中，可以将可变光学部件设置为“开启状态”，此时纳米元件处于弯曲状态，以便能够使入射在可变光学部件上的辐射束衰减。将可变光学部件的衰减设置在这样的水平，即，使得辐射源在足够低的激光器噪声水平下工作，同时为信号产生而在辐射探测器上保持可用的辐射强度水平。在写入模式中，可以将可变光学部件设置为“关断状态”，此时纳米元件处于基本上不弯曲状态，从而使透过可变光学部件的辐射束基本上不受影响。
当可变光学部件10位于分束器15和物镜12之间的光路中时，从辐射源发出并由光盘13反射的辐射将到达辐射探测器14，同时穿过可变光学部件10两次。在可变光学部件处于开启状态的读取模式中，辐射强度分布将改变两次。这将导致辐射探测器上的辐射强度水平太低而不能产生优质的伺服和/或数据信号。因此，优选的是将可变光学部件10设置在辐射源11和分束器15之间的光路中，因为在这种情况下从辐射源发出并由光盘13反射的辐射将到达辐射探测器14，同时仅穿过可变光学部件10一次，因此与可变光学部件位于辐射源和分束器之间相比能够实现更高的辐射强度水平。
在本发明的实施例中，可变光学部件具有基本上均匀分布的可弯曲纳米元件。当可变光学部件在读取模式中处于开启状态时，由弯曲纳米元件引起的吸收在辐射束与可变光学部件的截面上是基本上均匀的。在这种情况下，使透射的辐射束的辐射强度分布衰减。决定可弯曲纳米元件的弯曲角的电场(驱动场)取决于电极上施加的电压和电极结构。因此外加电压决定辐射束的衰减。当可变光学部件应用于光学头中时，可变光学部件可以在写入模式中处于关断状态，在该状态中可弯曲纳米元件处于基本上不弯曲的状态。为了在写入模式中获得介质上的高辐射功率水平，通过将大数值孔径用于将辐射朝向介质耦合到光学系统来设定耦合效率，该耦合效率是耦合到光学系统中的辐射功率的量与辐射源的总发射辐射功率输出之比。在读取模式中，高耦合效率能够导致低辐射功率发射水平从而使辐射源不在稳定的输出功率范围内工作，这导致输出功率噪声。将辐射源的辐射输出增大到使噪声处于可接受水平的值，会导致聚焦在介质上的辐射功率太高。为了降低辐射源中的发射束的噪声并仍然保持介质上的辐射功率水平处于足够低的水平，需要减少从辐射源到介质的辐射传输路径。可以将可变光学部件的透射设置为，使读取模式中的发射辐射束的输出功率水平导致来自辐射源的发射束的噪声水平足够低，而不会使介质上的辐射功率水平太高。
举例来说，使用以Li等人(Li，Z.M.等人，Phys.Rev.Lett.87(2001)，1277401-1/4)的研究结果为基础的一些数据来设计利用可弯曲纳米元件的基本上均匀分布的衰减器。在405nm波长处(对应于大约3.1eV的光子能量)，对具有与可弯曲纳米元件的轴相垂直的偏振的辐射束的吸收是大约40％(吸收OD～0.35)，而对偏振方向与可弯曲纳米元件的轴相平行的辐射束的透射是大约0％(吸收OD～5.5)。这些数字基于可弯曲纳米元件的比密度以及可弯曲纳米元件的尺寸。
可以按照对吸收系数α和L依赖性，根据下式(1)来表示系统的透射T，其中L为可弯曲纳米元件的尺寸的测量值
T～e^-α.L                             (1)
光学密度OD是透射T的对数，因此线性依赖于αT。根据Li等人公布的数据，发现偏振方向与可弯曲纳米元件的轴相平行的辐射的OD与偏振方向与可弯曲纳米元件的轴相垂直的辐射的OD之比是大约15。当考虑具有可弯曲纳米元件的其它密度和尺寸的其它配置时，可以使用这一比例。
利用所述比例，偏振方向与可弯曲纳米元件的轴相平行的辐射束的透射为大约0.1％(OD＝3)的构造，将导致偏振与可弯曲纳米元件的轴相垂直的透射为大约63％(OD～0.2)。偏振方向与可弯曲纳米元件的轴相平行的辐射束的透射为大约10％(OD＝1)的构造，将导致偏振与可弯曲纳米元件的轴相垂直的透射为大约86％(OD～0.067)。
由于可弯曲纳米元件的中间弯曲角是可能的，因此在不弯曲和完全弯曲之间，并非比例的全部范围都可以用在一个应用中。对于每个应用来说，可以将该驱动场或多个驱动场调到使弯曲角产生所需吸收水平的程度。
为了实现在辐射束的横截面上足够均匀的吸收，可能需要多个电极使该横截面上所有纳米元件都产生基本上相同的弯曲角。
在本发明的另一个实施例中，可变光学部件具有可弯曲纳米元件的不均匀分布。可弯曲纳米元件的这种不均匀分布不一定是旋转对称的。可以具有适合于该应用的任何分布，例如沿一个方向的密度分布有变化而沿着与该方向垂直的方向具有均匀的密度分布。
图4示出这种可变光学部件10的横截面的示意性例子，该可变光学部件10具有可弯曲纳米元件3的不均匀分布。可弯曲纳米元件在可变光学部件中心处的密度比在外部区域的密度大。在该例子中，可变光学部件沿光轴16旋转对称。当可变光学部件放置在例如光学头的辐射束中并且不施加驱动场(关断状态)使可弯曲纳米元件相对于穿过这些纳米元件的辐射束的方向处于基本上不弯曲的状态时，不存在吸收并因此对穿过的辐射束的辐射强度分布没有影响。这是可变光学部件在光学头的写入模式中的状态，其中需要从辐射源到介质的高效率。当在电极1、2之间施加驱动场(开启状态)时，可以使可弯曲纳米元件弯曲。当弯曲方向是沿着辐射束的偏振方向(因此平行于辐射束的偏振方向)时，可变光学部件中心部分的吸收将大于外部的吸收。第一个优点在于增大了在读取模式中辐射源的所需辐射发射功率，从而减少了如前面实施例中所讨论的辐射源所产生的噪声。第二个优点在于以下述方式改变了辐射束的强度分布，即，使得边缘强度增大，由此介质上聚焦光点尺寸减小，因此增大了读出分辨率(也参见Tawa L等人，SPIE笫3864(1999)卷，第37-39页)。
对于诸如CD、DVD和BD的光学系统，边缘强度对于从盘读取数据的质量是很重要的。在诸如光学记录的应用中，辐射源是边缘发射半导体激光器。这些激光器的远场纵横比通常使发射光束在与激光器的有源层相平行的方向上的光束发散比在与激光器的有源层相垂直的方向上的光束发散小。利用耦合透镜将发射辐射束耦合到光学系统中，该透镜的数值孔径将受到对最后得到的辐射束的边缘强度的最小要求的限制。这将由沿着激光器有源层的平行方向的光束发散角来确定。因此，在与垂直方向对应的方向上的边缘强度将很高。这意味着，特别是在与垂直方向对应的方向上，将有相当大量的发射辐射不被利用(落在耦合透镜的数值孔径之外)。该耦合透镜能够集成到光学头的物镜中。因此该物镜是有限耦合型。
在常规的光束成形光学系统中，通常将变形棱镜用于将发射辐射束的基本上椭圆的辐射强度分布整形为具有更圆的辐射强度分布的辐射束。由于对最小边缘强度的相同的要求，可以将更多的辐射耦合到光学系统中。这种变形棱镜需要完全平行的光束入射，因此准直透镜位于辐射源和光束成形器之间是必需的。这意味着，在光学头的读出和伺服光路中需要一些附加的光学部件，从而将盘反射的辐射聚焦到探测器上。而且，在辐射源和准直透镜之间有位置稳定性的要求；激光器相对于准直透镜的散焦将导致在射出变形棱镜的光束中出现像散，因此导致辐射束的光学质量下降。
也可以通过利用例如在图4中示出并参考图4描述的可变光学部件来降低光束中心部分的强度同时不影响光束的外部(边缘)的强度，从而提高边缘强度。在这种情况下，可通过对耦合透镜应用相对较大的数值孔径由此降低边缘强度来增大耦合效率，相应地减少辐射束中心部分处的强度，以便最终获得校正过的(相对)边缘强度。对于需要高边缘强度的光学系统，诸如BD，由于可变光学部件的吸收而引起的辐射损耗会比由于耦合透镜的较大数值孔径而引起的耦合效率的增益更小。在这种光学系统的设计中可以获得大约50％或更大的耦合效率的增益。在上面的描述中，可变光学部件在写入模式中将处于开启状态，以便在穿过该可变光学部件的辐射束中心部分获得所需吸收。
具有光束成形器功能的可变光学部件的应用，不需要变形棱镜或透镜型光束成形器所需的紧密公差。
在可变光学部件具有可弯曲纳米元件的均匀或不均匀分布这两种情况下，可以将用于施加一个或多个驱动场的电极结构分段。图5示出用于可变光学部件的可能的分段的一些例子。可弯曲纳米元件可以位于圆形区域中，例如在可变光学部件与辐射束的圆形截面中。在图5A中，示意性地示出了与可弯曲纳米元件的均匀密度分布结合的电极结构的环形段51、52、53、54。这种构造例如提供了对每个激光器每一段进行吸收调谐的可能性，因为如在光学存储应用中使用的半导体激光器并不都相同。在平行和垂直方向上的辐射发射角(FWHM)在激光器的生产批次之间分散。另一个优点在于当这种分段的装置位于应用多个激光器(例如，用于DVD的红色激光器和用于BD的蓝紫色激光器)的光学头中时，可以为每个激光器不同地调谐可变光学部件段的吸收。段之间的驱动场因此被调整成适合于满足每个激光器类型的要求。段的数量不限于图中所示的数量。在图5B中，示出了只沿一个方向进行分段的例子。段55a和55b，而且56a和56b、57a和57b、58a和58b中都可以被单独寻址或者成对寻址。在该应用中，这一方向最有可能是沿激光器的平行远场的方向，因此能够增大沿该方向的边缘强度。尽管前面的描述与电极结构有关，但是也可以与可弯曲纳米元件的分布的分段有关。
这种分段还可以使每一段被单独寻址，以便向每个段施加特定的驱动场。写入和读取模式每一个中，每个段的驱动场可能不同。段可以具有任何形状，诸如正方形像素、环形圈或者其它形状。将可弯曲纳米元件的分布进行分段也是可能的，例如图5C中示意性示出的。在图5C的例子中，中心段51a具有可弯曲纳米元件的最大密度，而在外部段54a中具有可弯曲纳米元件的最小密度。
当利用由适当电极结构所施加的均匀强度分布和不均匀驱动场的组合时，也可以获得与可变光学部件上可弯曲纳米元件的不均匀分布相似的效果。由于施加的不均匀驱动场，可弯曲纳米元件的弯曲角在横截面上是不均匀的，因此辐射束的横截面上的吸收也是不均匀。
可以将可变光学部件设计和制造为具有在该申请中描述的多个特征的组合。而且，可变光学部件包括具有可弯曲纳米元件的衬底的叠层也是可能的。在图6中示出了这种层叠装置的例子。单独的衬底4、4′和4″包括可弯曲纳米元件3、3′、3″以及用于向可弯曲纳米元件施加驱动场的电极1、2，1′、2′和1″、2″。衬底的数量不限于图6中所示的数量。借助于隔板30将具有可弯曲纳米元件的衬底分开。在图6中，示出了6个这种隔板。隔板可以是玻璃、塑料或任何其它适合的材料。具有可弯曲纳米元件3″的顶部衬底4″可用覆盖物31来覆盖。该覆盖物可以由玻璃、塑料或其它合适的透明材料来制成。如图6中所示的叠层可以被认为是可变光学部件沿其光轴16的方向的三维分段。单独的衬底(4、4′、4″)可以包括可弯曲纳米元件的均匀或不均匀分布。具有可弯曲纳米元件的每个衬底可以具有可弯曲纳米元件的分布的分段，或者可以包括分段的(多个)电极结构。叠层中衬底上的电极可以被同时寻址，即好像是单个叠层一样，或者被单独寻址。
这种叠层的优点在于可弯曲纳米元件能够以均匀的密度分布在衬底上，与例如可弯曲纳米元件的不均匀分布相比，这更容易制造，在所述不均匀分布中，可弯曲纳米元件在可变光学部件中心处的密度大于在外部区域的密度。并且利用如图6中所示的装置可以实现如图5c中所示的例子的可变光学部件的功能，图6中的器件利用具有多个衬底的叠层，每个衬底都具有可弯曲纳米元件的均匀密度分布。
在图7中，给出了在光学头100中使用的可变光学部件10的示意图，该光学头100包括用于控制可变光学部件以及来自辐射源的辐射量的装置。辐射源11发射辐射束，该辐射束穿过可变光学部件10。透射的辐射束穿过分束器15并耦合到透镜12中，该透镜将辐射束聚焦到介质13上。该介质反射的辐射穿过透镜并由分束器15将其朝向辐射探测器14引导。利用借助于柱面透镜18在光束中产生的像散，可以使用像散聚焦方法。在该光学头中使用反射型可变光学部件也是可能的。
正向信号方位选定器19位于一部分发射辐射束中以测量和控制辐射源的辐射输出。在这种情况下，将部分发射辐射经由分束器23朝向正向信号方位选定器19引导。该正向信号方位选定器的输出信号是辐射源控制器20的输入信号，其将来自辐射源11的辐射量控制在例如读取水平和写入水平。
还利用监测探测器21监测已经穿过可变光学部件的辐射的量。这是例如为了监测可变光学部件在读取或写入模式中的设置对朝向介质的辐射功率的影响。监测探测器21的输出信号可以是可变光学部件控制器22的输入信号。该可变光学部件控制器22控制可变光学部件的一个或多个驱动场。需要这些驱动场以使可变光学部件的可弯曲纳米元件弯曲。
当该系统设置在读取模式中时，辐射源控制器20将辐射源的辐射输出设置在预定值。任选的是，可利用来自正向信号方位选定器19的信号进行上述设置。可变光学部件控制器22将可变光学部件10设置在读取模式中。这可以是针对获得穿过该可变光学部件的辐射束的所需吸收而必需的一个或多个驱动场的预定设置。监测探测器21可以监测透过可变光学部件的辐射束功率。利用监测探测器21的输出可以对可变光学部件控制器的设置进行微调。辐射束穿过透镜12并且聚焦在介质13中以读出数据。介质反射的辐射透过透镜12并被朝向信号探测器14引导。通过通常所用的聚焦方法可以控制辐射束的聚焦，所述聚焦方法如像散聚焦方法。
当将系统设置在写入模式中时，控制器22将可变光学部件10设置在写入模式中。这可以使得基本上没有由于可弯曲纳米元件引起的吸收，或者使得存在应用光束成形方式的吸收。由辐射源控制器20将辐射源10的输出功率设置在写入模式功率水平。辐射源控制器20可以在系统的设置和/或读取和/或写入模式中利用正向信号方位选定器19的输出信号。并且可变光学部件控制器22可以在系统的设置和/或读取和/或写入模式中利用监测探测器21的输出信号。
监测探测器21可以是单个探测器或者是分段的探测器，其适合于测量单段或多段可变光学部件的透射。在多段的监测探测器的情况下，可以经由其控制器21对可变光学部件10的每个段进行微调。
辐射源控制器20和可变光学部件控制器22以及辐射源控制器20和监测探测器21可以具有电相互作用，以便设定辐射源11的输出功率和可变光学部件10的设置。图7中的虚线代表这种可能的相互作用。这些电相互作用的优点在于，能够以较好的方式来控制辐射源输出功率设置以及可变光学部件设置的时序。利用与可变光学部件的控制器连接的辐射源控制器，对光学头中的多个辐射源的设置进行控制和/或调谐也是可能的。
辐射源控制器20和/或可变光学部件控制器22可以位于光学头上或者位于包括光学头的光学系统的另一部分中。
可变光学部件可以位于具有聚散度的辐射束中或者位于平行光束中。
如上所述的可变光学部件还可以用在要改变辐射束强度的其它光学应用中。这些应用可以是例如激光打印机、显微术等。