BR112016012116B1 - Método e sistema para armazenamento de dados óticos - Google Patents

Abstract

MÉTODO E SISTEMA PARA ARMAZENAMENTO DE DADOS ÓTICOS. Métodos e aparelho para gravar e recuperar dados de leitura ótica, que empregam um meio de gravação (100) que inclui um material oticamente ativo (108) capaz de induzir uma mudança nas propriedades do meio na presença de radiação ótica com uma primeira característica, tal como uma primeira frequência ótica, e em que a mudança nas propriedades pode ser inibida por radiação ótica com uma segunda característica, tal como uma segunda frequência ótica. Durante a gravação, uma zona do meio de gravação (100) é irradiada com um primeiro feixe (506) de radiação ótica com a primeira característica, possuindo o feixe uma intensidade suficiente dentro de uma seção central da zona irradiada e tendo uma duração suficiente para causar uma alteração oticamente induzida nas propriedades do meio de gravação. Simultaneamente, a zona do meio de gravação (100) é irradiada com um segundo feixe (508) de radiação ótica com a segunda característica, possuindo o segundo feixe uma intensidade local mínima dentro da seção central da zona irradiada, e uma intensidade local máxima em pelo menos uma seção da zona irradiada adjacente à seção central que é suficiente para inibir a alteração oticamente induzida nas propriedades do meio de gravação. É utilizado um método idêntico para recuperação, mas a intensidade do primeiro feixe (506) é reduzida para evitar mudanças nas propriedades do material no meio de gravação (100).

Description

[001] ÂMBITO DA INVENÇÃO

[002] A presente invenção refere-se a sistemas de armazenamento de dados do tipo baseado na utilização de campos óticos (p. ex. luz laser) para gravar e recuperar informação usando as propriedades físicas de um meio de gravação adequado. A invenção refere-se mais especificamente a sistemas de armazenamento de densidade muito elevada para usar em grandes centros de dados e semelhante.

[003] HISTORIAL DA INVENÇÃO

[004] Os meios de gravação ótica são meios nos quais os dados são guardados de modo passível de leitura ótica, de modo a poderem ser lidos, por exemplo, através de um laser e para que um fotodetector possa estar integrado em uma pickup. Os atuais meios de armazenamento ótico da geração comercial incluem discos DVD e Blu-ray de camada única e dual, onde a gravação e reprodução se baseiam no controle ou detecção da luz devolvida pelas camadas refletoras dentro do meio (isto é, um disco ótico). Destes, a maior capacidade de armazenamento de dados é conseguida por um disco Blu-ray de camada dual, que pode conter até 50 gigabytes de informação. No entanto, as aplicações emergentes, por exemplo em centros de dados muito grandes, requerem no futuro um armazenamento de uma densidade ainda maior, para assim minimizar o espaço físico necessário para o armazenamento de dados, assim como, os requisitos de energia para manter e operar esses centros de dados.

[005] Uma técnica para aumentar a densidade de armazenamento é utilizar todas as três dimensões do meio de armazenamento, isto é, guardado dados adicionais a diferentes profundidades dentro do meio. Os discos DVD e Blu-ray de camada dual são exemplos desta técnica, e permitem um armazenamento independente de dados em duas camadas de gravação discretas, que são laminadas dentro da estrutura do disco, e acedidas pelo ajuste do foco do feixe laser. O número de camadas discretas que pode ser incorporado no meio de gravação deste modo é limitado por características físicas, p. ex. peso e espessura, e a densidade dos dados na dimensão de profundidade está também limitada pelo espaçamento físico das camadas.

[006] Uma segunda técnica para aumentar a densidade de armazenamento é melhorar a resolução ótica do sistema de armazenamento. Convencionalmente, a resolução do armazenamento de dados óticos é limitada pela natureza difrativa da luz. Pode ser alcançada uma maior densidade através do aumento da abertura numérica das óticas ou redução do comprimento da onda (isto é, aumentando a frequência) das fontes óticas usadas para escrever/ler. Em qualquer evento, porém, é difícil formar um recurso de gravação de tamanho inferior a metade do comprimento de onda do feixe de escrita ou, por outro lado, detectar um recurso inferior a metade do comprimento de onda do feixe de leitura.

[007] Recentemente, foram desenvolvidos métodos de gravação de super- resolução de campo distante que empregam estados de polarização especiais do feixe de escrita, ou onde a função pupila na abertura traseira da objetiva está apodizada. No entanto, estes métodos não conseguem uma resolução abaixo de 50 nanómetros. Adicionalmente, a gravação sequencial de bits que usa estes métodos é intrinsecamente lenta e, correspondentemente, a transmissão de dados é limitada.

[008] As características mais desejáveis para o armazenamento de dados óticos de densidade ultraelevada são, por isso, a alta resolução ótica, a capacidade de usar todas as três dimensões de um meio de gravação volumoso (isto é, sem a necessidade de laminar camadas de gravação discretas separadas de materiais que diferem) e a elevada transmissão de dados, tanto para gravação como reprodução. Existe uma necessidade crescente de melhores métodos e sistemas de armazenamento de dados óticos capazes de um maior desempenho através desses critérios chave.

[009] RESUMO DA INVENÇÃO

[010] Em um aspecto, a invenção fornece um método de gravar dados passíveis de leitura ótica, em que o método emprega um meio de gravação fornecido que compreende um material oticamente ativo capaz de induzir uma mudança nas propriedades do meio na presença de radiação ótica com uma primeira característica, e em que a mudança nas propriedades pode ser inibida por radiação ótica com uma segunda característica, caracterizado por o método incluir:

[011] irradiar uma zona do meio de gravação com um primeiro feixe de radiação ótica com a primeira característica, possuindo o feixe uma intensidade suficiente dentro de uma seção central da zona irradiada e tendo uma duração suficiente para causar uma alteração oticamente induzida nas propriedades do meio de gravação; e

[012] simultaneamente irradiar a zona do meio de gravação com um segundo feixe de radiação ótica com a segunda característica, possuindo o segundo feixe uma intensidade local mínima dentro da seção central da zona irradiada, e uma intensidade local máxima em pelo menos uma seção da zona irradiada adjacente à seção central que é suficiente para inibir a alteração oticamente induzida nas propriedades do meio de gravação.

[013] Os modelos da invenção são vantajosamente capazes de conseguir uma melhor resolução, excedendo o limite habitual de difração, através da supressão de uma mudança nas propriedades do meio de gravação em uma zona definida pelo segundo feixe de radiação ótica que rodeia o ponto central do primeiro feixe. O resultado é uma mudança nas propriedades no meio de gravação, representando um estado de informação guardada, que é inferior, isto é, de maior resolução, do que a que seria alcançada no limite de difração do primeiro feixe sozinho.

[014] Em outro aspecto, a invenção fornece um método para ler a nível ótico dados guardados em um meio de gravação que compreende um material oticamente ativo, no qual foi induzida uma alteração nas propriedades do meio correspondente aos dados gravados, em uma ou mais regiões, em que a alteração nas propriedades é detectável via uma resposta do meio à radiação ótica com uma primeira característica, e em que a resposta do meio pode ser inibida pela radiação ótica com uma segunda característica, caracterizado por o método compreender:

[015] irradiar uma zona do meio de gravação com um primeiro feixe de radiação ótica com a primeira característica, possuindo o primeiro feixe uma intensidade suficiente dentro de uma seção central da zona irradiada e tendo uma duração suficiente para originar a resposta, mas de intensidade e duração insuficiente para causar uma alteração oticamente induzida nas propriedades do meio de gravação;

[016] simultaneamente irradiar a zona do meio de gravação com um segundo feixe de radiação ótica com a segunda característica, possuindo o segundo feixe uma intensidade local mínima dentro da seção central da zona irradiada, e uma intensidade local máxima em pelo menos uma seção da zona irradiada adjacente à seção central que é suficiente para inibir a resposta do meio ao primeiro feixe de radiação ótica; e

[017] detectar se o meio exibe a resposta ao primeiro feixe de radiação ótica dentro da seção central da zona irradiada.

[018] Tal como no aspecto de gravação da invenção, os modelos do aspecto de leitura conseguem uma maior resolução através do mecanismo de inibição da resposta do material em uma zona que rodeia imediatamente o ponto central do primeiro feixe de radiação ótica.

[019] Em alguns modelos, a primeira e a segunda características compreenderem diferentes frequências óticas. Em outros modelos, a primeira e a segunda características compreenderem diferentes estados de polarização. Em outros modelos ainda, a primeira e a segunda características compreenderem diferentes larguras de impulso ótico.

[020] Em alguns modelos da invenção, o primeiro feixe de radiação ótica tem uma distribuição de intensidade de forma gaussiana. Tal como os profissionais em matéria ótica entenderão, um feixe de forma gaussiana tem uma resolução espacial limitada de difração. Correspondentemente, por exemplo, se o primeiro feixe for fornecido a partir de uma fonte ótica com um comprimento de onda de 800 nanómetros, seria de esperar uma resolução máxima de cerca de 400 nanómetros.

[021] Em alguns modelos, o segundo feixe tem uma distribuição de intensidade anelar. Uma distribuição de intensidade anelar pode ser obtida, por exemplo, focando um feixe polarizado circularmente com um modo Laguerre- Gaussian ou um feixe polarizado azimutalmente para produzir uma forma 'tipo donut'.

[022] Vantajosamente, através da sobreposição espacial do primeiro e do segundo feixes, e do controle apropriado da sua intensidade relativa, antecipa- se que a resolução do armazenamento ótico pode ser melhorada abaixo de 50 nanómetros.

[023] Em alguns modelos, o segundo feixe é formado para fornecer uma distribuição de intensidade oca tridimensional. Isto pode ser conseguido, por exemplo, pela combinação de um feixe circularmente polarizado com um modo Laguerre-Gaussian (ou fase vórtice com uma carga topológica) e um feixe circularmente polarizado com um desfasamento π concêntrico no centro do feixe para formar a forma oca. Pode ser produzida uma forma de gaiola oca através da focalização de um feixe polarizado cilíndrico com um desfasamento π concêntrico no centro do feixe.

[024] Vantajosamente, as distribuições de intensidade oca tridimensional do segundo feixe podem ser empregues para inibir mudanças nas propriedades durante a escrita, ou para inibir uma resposta durante a leitura, em um espaço tridimensional à volta de um ponto focal central do primeiro feixe. Isto permite gravar os estados de informação em todas as três dimensões do material de gravação volumoso, com uma resolução comparável ao longo de todas as dimensões, sem a necessidade de formar uma estrutura de gravação fisicamente em camadas.

[025] O primeiro e o segundo feixes podem ser criados de fontes óticas de onda pulsada ou contínua (CW).

[026] Em alguns modelos, o primeiro e o segundo feixes compreenderem uma pluralidade feixes paralelos. Por exemplo, uma função de pupila dos feixes pode ser concebida para criar redes multifocais no plano focal. A sobreposição de uma rede multifocal com pontos focais em forma gaussiana correspondentes ao primeiro feixe, e redes multifocais com pontos focais ocos ou anelares, correspondentes ao segundo feixe, permite vantajosamente a gravação/reprodução paralela com uma velocidade de transferência de dados aumentada.

[027] Em alguns modelos, os estados de polarização do primeiro e do segundo feixes estão dispostos e sobrepostos para criar qualquer orientação de polarização tridimensional desejada. Vantajosamente, isto permite múltiplos estados de informação por codificar nos estados de polarização do feixe de escrita, na mesma posição espacial dentro do meio de gravação.

[028] Em modelos do aspecto de leitura da invenção, a resposta do material que indica mudanças nas propriedades é radiação//fosforescência ótica de banda larga. Correspondentemente, pode ser lido um estado de informação gravado através da detecção, p. ex. usando um fotodetector, se o meio emite radiação em resposta à aplicação do primeiro e do segundo feixes.

[029] Em outro aspecto, a invenção fornece um aparelho de gravação e reprodução de dados óticos, que compreende:

[030] um suporte configurado para suportar um meio de gravação que inclui um material oticamente ativo capaz de induzir uma alteração nas propriedades do meio e de gerar uma resposta material indicativa de uma alteração nas propriedades, na presença da radiação ótica com uma primeira característica, e em que a alteração nas propriedades, e a resposta indicativa alteração nas propriedades, poderem ser inibidas pela radiação ótica com uma segunda característica;

[031] uma primeira fonte ótica configurada para controlar a radiação emitida com a primeira característica;

[032] um primeiro sistema de processamento de imagens configurado para focar de forma controlada um primeiro feixe de radiação ótica emitida a partir da primeira fonte ótica para uma zona do meio de gravação, em que a radiação ótica tem uma intensidade máxima dentro de uma seção central do primeiro feixe;

[033] uma segunda fonte ótica configurada para emitir de forma controlada radiação com a segunda característica;

[034] um segundo sistema de processamento de imagens configurado para focar de forma controlada um segundo feixe de radiação ótica emitida a partir da segunda fonte ótica para a zona do meio de gravação, em que a radiação ótica tem uma intensidade local mínima dentro de uma seção central do segundo feixe, e uma intensidade local máxima em pelo menos uma seção do segundo feixe adjacente à sua seção central; e

[035] um controlador configurado para controlar pelo menos a primeira fonte ótica, o primeiro sistema de processamento de imagens, a segunda fonte ótica e o segundo sistema de processamento de imagens, de modo a irradiar simultaneamente uma zona selecionada de um meio de gravação suportado no suporte, com a radiação ótica de uma primeira intensidade selecionada emitida a partir da primeira fonte ótica, e com a radiação ótica de uma segunda intensidade selecionada emitida a partir da segunda fonte ótica, para seletivamente gravar ou ler dados no ou a partir do meio de gravação.

[036] Em alguns modelos, pelo menos o primeiro sistema de processamento de imagens compreende um modulador controlável para seletivamente bloquear o primeiro feixe contra a irradiação do meio de gravação. Vantajosamente, o modulador pode ser controlado para determinar se é ou não registada uma mudança do estado de informação no meio, e/ou se é lido qualquer estado de informação guardado no meio.

[037] Em alguns modelos da invenção, o controlador está configurado para controlar a intensidade de, pelo menos, o primeiro feixe ótico, de modo a selecionar entre a operação de escrever e de ler do aparelho de gravação e reprodução. Por exemplo, pode ser usada uma intensidade relativamente alta para uma operação de escrita, enquanto pode ser usada uma intensidade mais baixa para uma operação de leitura.

[038] Em alguns modelos, o meio de gravação compreende um disco, e a montagem compreende um fuso configurado para fixar a montagem do disco, que é ativado por um motor com uma velocidade controlável para permitir uma velocidade angular do disco a controlar. O primeiro e o segundo sistemas de processamento de imagens podem ainda estar configurados para permitir que a zona selecionada do meio de gravação seja radialmente transmitida, por exemplo através do posicionamento ótico e/ou mecânico dos pontos focais. Em alguns modelos, o meio de gravação de disco inclui elementos de rastreamento detectáveis radialmente dispostos, tais como elementos refletores, metálicos ou magnéticos, para fornecer um mecanismo de feedback de circuito fechado durante a transmissão, ou de rastreamento dos sistemas de imagem. Em particular, em alguns modelos, o aparelho inclui pelo menos um sensor do elemento de rastreamento que está ligado a um controlador de servidor configurado para manter a posição radial dos sistemas de imagem relativamente ao disco.

[039] Em alguns modelos, o primeiro e o segundo sistemas de imagem estão configurados para criar uma pluralidade de feixes paralelos. Em alguns modelos também, o primeiro e o segundo sistemas de imagem compreendem, cada um, um modulador espacial posicionado para permitir a formação seletiva da pluralidade de feixes óticos paralelos.

[040] Em alguns modelos, os sistemas de montagem e/ou de imagens estão configurados para permitir que a zona selecionada do meio de gravação esteja localizada a uma profundidade controlável dentro do meio de gravação. Por exemplo, os pontos focais do primeiro e do segundo feixes podem estar localizados de forma controlável em uma posição arbitrária dentro do meio de gravação, através de um ou ambos os posicionamentos óticos e mecânicos.

[041] Em alguns modelos, a resposta material indicativa das propriedades alteradas é uma radiação ótica de banda larga/fosforescência, e o aparelho compreende ainda um fotodetector configurado para detectar a presença da radiação emitida/fosforescência durante e/ou a seguir à irradiação do meio de gravação pelo primeiro e segundo feixes.

[042] Em outro aspecto, a invenção fornece um sistema de armazenamento de dados óticos, que compreende:

[043] uma pluralidade de aparelhos de gravação e reprodução de dados óticos que fazem parte da invenção;

[044] uma pluralidade de meios de gravação associados a cada aparelho de gravação e reprodução de dados óticos, sendo cada meio de gravação seletivamente carregável no suporte do aparelho de gravação e reprodução de dados óticos associado; e

[045] um controlador de armazenamento configurado para receber pedidos para gravar e recuperar dados dentro do sistema de armazenamento, para identificar meios de gravação dentro do sistema requeridos para responder aos pedidos recebidos, para fazer com que os meios de gravação requeridos sejam carregados em cada aparelho de gravação e reprodução de dados óticos associado, e para fazer com que os aparelhos de gravação e reprodução de dados óticos associados completem as operações de gravação e/ou de recuperação requeridas para responder aos pedidos recebidos.

[046] Em outro aspecto, a invenção fornece um meio de gravação que compreende uma pluralidade de camadas, em que pelo menos uma camada inclui uma camada protetora exterior, e pelo menos outra camada inclui um material oticamente ativo capaz de induzir uma alteração nas propriedades do meio e originar uma resposta material indicativa das propriedades alteradas, na presença da radiação ótica com uma primeira característica, e em que a mudança nas propriedades, e a resposta indicativa das propriedades alteradas, podem ser inibidas pela radiação ótica com uma segunda característica.

[047] Em alguns modelos, o meio de gravação inclui um disco.

[048] Além disso, o meio de gravação pode compreender pelo menos duas camadas protetoras, dispostas em faces opostas do material ativo oticamente.

[049] De acordo com um modelo, o material oticamente ativo compreende um primeiro estado excitado, no qual pode ser induzida uma transição por radiação ótica com a primeira característica, e em que a alteração nas propriedades do meio de gravação resulta da absorção da radiação ótica com a primeira característica quando está no primeiro estado excitado. Correspondentemente, nesses modelos, o material ativo oticamente possui preferencialmente um maior coeficiente de absorção não linear.

[050] Além disso, em modelos da invenção, a presença de radiação ótica com a segunda característica induz uma rápida transição do primeiro estado excitado, inibindo assim a alteração nas propriedades do meio.

[051] Os modelos da invenção podem empregar um material oticamente ativo que inclui uma molécula orgânica conjugada que tem abundantes electrões deslocalizados, em sistemas conjugados que contêm: grupos de vinil; grupos de fenilo; ou grupos de carbonilo. Para reações foto-físicas/químicas induzidas via absorção do primeiro estado de excitação, os modelos da invenção empregam um material oticamente ativo que inclui grupos, tais como: grupos de amido; grupos de carbonilo; grupos de éster; ou grupos de amino.

[052] Em modelos da invenção, a resposta do material indicativa de mudanças nas propriedades é radiação/fosforescência ótica de banda larga, que é conseguida por declínio do primeiro estado de excitação para um estado base, e nesse caso o material exibe vantajosamente um processo de fotoluminescência com um rendimento quântico razoavelmente grande, por exemplo um rendimento quântico superior a 10 por cento. Os materiais adequados nos modelos da invenção incluem aqueles que têm grandes orbitas pi conjugadas para a molécula de trabalho no meio de gravação, para melhorar a função do segundo feixe para inibir a ação do primeiro feixe e para aumentar uma velocidade de transição induzida por fotão a partir de um segundo estado de excitação para o estado base. Os candidatos a molécula para modelos da invenção incluem: cumarina e seus derivados; tioxanteno e seus derivados; metanona e seus derivados; ciclopentano e seus derivados; ou rodamina e seus derivados.

[053] Em alguns modelos, a espessura da camada de material oticamente ativo é suficiente para permitir múltiplas camadas internas de armazenamento de informação.

[054] Em alguns modelos, o meio de gravação compreende uma camada de rastreamento com elementos de rastreamento detectáveis radialmente dispostos. Os elementos de rastreamento adequados incluem um ou mais de: elementos de rastreamento magnéticos; elementos de rastreamento óticos; elementos de rastreamento metálicos; e elementos de rastreamento físicos (tais como cavidades ou ranhuras).

[055] Há outras características, benefícios e aplicações da invenção que ficarão mais evidentes a partir da descrição que se segue de modelos exemplificativos, que são fornecidos para dar aos profissionais na matéria uma compreensão mais completa da natureza e operação dos modelos da invenção, mas que não devem ser considerados limitativos do âmbito da invenção conforme descrito em qualquer uma das declarações anteriores ou definido nas reivindicações aqui anexas.

[056] BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[057] Passamos a descrever os modelos da invenção com referência aos desenhos anexos, nos quais os números de referência iguais se referem a características idênticas, e em que:

[058] A Figura 1 ilustra um meio de gravação em forma de disco que incorpora a invenção;

[059] A Figura 2 mostra diagramas do nível de energia para um material oticamente ativo que ilustra operações de gravação e leitura de acordo com um modelo da invenção;

[060] A Figura 3 mostra diagramas do nível de energia para um material oticamente ativo alternativo que ilustra operações de gravação e leitura de acordo com um modelo da invenção;

[061] A Figura 4 é um diagrama que ilustra esquematicamente as formas dos pontos focais do feixe e do primeiro e do segundo feixes óticos que incorporam a invenção;

[062] A Fig. 5 é um diagrama de bloco de um aparelho para gravação e leitura dos dados óticos que fazem parte da invenção;

[063] A Figura 6 é um fluxograma de um algoritmo de controle exemplificativo de gravação/leitura implementado pelo controlador da Figura 5;

[064] A Figura 7 é um diagrama que ilustra uma disposição para a gravação e leitura paralela de acordo com um modelo da invenção;

[065] A Figura 8 é um gráfico que ilustra uma relação entre a potência do feixe de inibição e o tamanho do recurso que incorpora a invenção;

[066] A Figura 9 mostra imagens de microscópio eletrônico de varrimento (SEM) que comparam a gravação de feixe único com a gravação de feixe dual de acordo com um modelo da invenção; e

[067] A Fig. 10 é um diagrama de bloco que ilustra um sistema de rede de armazenamento ótico que compreende unidades óticas que fazem parte da invenção.

[068] DESCRIÇÃO DETALHADA DE VERSÕES

[069] Tal como se pode ver na Figura 1, um meio de gravação 100 em forma de disco que incorpora a invenção inclui um número de camadas, tal como se pode ver na seção transversal 102. O disco 100 tem um orifício central, de um modo convencional, para receber um fuso para girar o disco. Uma camada protetora superior 104 compreende um substrato antidesgaste com índice de refração correspondente a uma ou mais camadas de gravação 108, que inclui um material oticamente ativo capaz de induzir uma alteração nas propriedades do meio e originar uma resposta material indicativa das propriedades alteradas, na presença da radiação ótica com uma primeira característica, e em que a mudança nas propriedades, e a resposta indicativa das propriedades alteradas, podem ser inibidas pela radiação ótica com uma segunda característica.

[070] Em particular os modelos aqui descritos, a primeira e a segunda característica são a frequência ótica (isto é, a energia de fotão), conforme descrito em maior detalhe abaixo com referência às Figuras 2 e 3.

[071] É também fornecida uma camada protetora inferior 106.

[072] Na configuração abaixo, o primeiro e o segundo feixes laser combinados 110 irradiam o disco 100 de cima. A camada protetora superior 104 é transparente a estes feixes duais. Em operação, os feixes estão focados em uma zona dentro das camadas de gravação 108, conforme descrito em maior detalhe abaixo, em particular com referência à Figura 4. Através do controle apropriado da forma e da intensidade do primeiro e do segundo feixe, podem ser induzidas mudanças nas propriedades dentro das camadas de gravação 108, de modo a codificar informação armazenada. A informação armazenada pode ser também lida através da detecção de zonas com alterações nas propriedades, novamente com o controle apropriado dos parâmetros dos feixes duais 110.

[073] As camadas de gravação 108 podem compreender marcas 112 dispostas a intervalos radiais dentro do disco 100. As marcas podem ter propriedades oticamente detectáveis para permitir que o aparelho de leitura e escrita rastreie a posição dos feixes laser 110 ao longo da direção radial. Adicionalmente, o disco exemplificativo 100 inclui uma camada de rastreamento magnética 114, que consiste de anéis concêntricos posicionados com precisão de material magnético, que pode ser detectado por uma sonda magnética 116, podendo ser usado um sistema auxiliar para corrigir desvios e/ou movimentos dos discos durante a operação.

[074] A Figura 2 mostra diagramas do nível energético para um material oticamente ativo adequado para ser utilizado nas camadas de gravação 108 do modelo dos meios da presente invenção. Os materiais podem possuir características físicas e/ou químicas particulares, de modo a poder induzir-se uma alteração nas propriedades pela radiação ótica que tem uma primeira característica, podendo a mudança nas propriedades ser inibida por radiação ótica que tem uma segunda característica. Os diagramas do nível de energia apresentados na Figura 2 são representativos de um material exemplificativo, no qual a primeira característica é uma primeira frequência ótica (ou energia de fotão), e a segunda característica é uma frequência ótica diferente (ou energia de fotão).

[075] Uma amostra do material é representada inicialmente pelo diagrama do nível de energia 200. As moléculas no material têm um primeiro estado base 202 e um segundo estado de excitação 204, com uma transição do estado base 202 para o estado de excitação 204 a ser induzida na presença de um campo ótico de suficiente intensidade, e com uma frequência ótica correspondente à diferença de energia entre o estado de excitação 204 e o estado base 202.

[076] As moléculas no material têm um segundo estado base 206, com uma correspondente segunda diferença de energia relativamente ao estado de excitação 204. Na presença de um segundo campo ótico de suficiente intensidade e com uma frequência correspondente à diferença de energia entre o estado de excitação 204 e o estado base 206, será induzida uma rápida transição do estado de excitação 204 para o estado base 206, que depois declina para o primeiro estado base 202.

[077] Correspondentemente, na presença do segundo campo ótico, também conhecido por um 'campo de inibição', não ocorre nenhuma mudança nas propriedades do material. No entanto, na presença do primeiro campo ótico de suficiente intensidade, também designado por 'campo de gravação', e na ausência do campo de inibição, as moléculas permanecem mais tempo no estado de excitação 204. Dentro deste estado, a continuação da absorção dos fotões do campo de gravação pode resultar em uma mudança foto- física/química no material, resultando em uma mudança nos seus níveis de energia característicos. Os níveis de energia exemplificativos do material mudado são apresentados no diagrama 208.

[078] O material modificado oticamente tem um novo primeiro estado base 21 0, e um novo correspondente estado de excitação 212, com uma diferença de energia correspondente à primeira frequência de campo ótico. Existe um novo segundo estado base 214 em um nível de energia que fica abaixo do novo estado de excitação 212 em um valor correspondente à frequência do campo de inibição. Correspondentemente, na presença do campo de inibição, o estado de excitação 212 é curto. No entanto, na ausência do campo de inibição, o estado de excitação é longo, e pode exibir fotoluminescência quando declina para trás para o estado base 210, o estado base 214 ou outro nível de energia mais baixo. A resultante fotoluminescência pode ser detectada para identificar a presença do material modificado.

[079] Deste modo, e tal como será apreciado, pode ser usado um primeiro campo ótico com uma primeira frequência ótica para induzir mudanças no material, que podem depois ser identificadas, novamente expondo o material ao primeiro campo ótico. Na presença do campo de inibição, porém, esta mudança das propriedades pode ser suprimida. Ao controlar a taxa de intensidade entre os dois campos, é possível controlar a conversão entre os dois estados do material e, assim, usá-la para codificar a informação dentro das camadas de gravação 108.

[080] Para os mecanismos acima mencionados serem eficazes, o material oticamente ativo pode ter as seguintes propriedades. Em primeiro lugar, pode conter moléculas com um grande coeficiente de absorção. Por exemplo, é preferível um grande coeficiente de absorção não linear para gravar em todas as três dimensões, para possibilitar a transição do estado base 202 para o estado de excitação 204. Exemplos de materiais adequados incluem as moléculas orgânicas conjugadas com abundantes electrões deslocalizados em sistemas conjugados que contêm, grupos de vinil, grupos de fenilo ou grupos de carbonilo.

[081] Em segundo lugar, o material pode induzir reações foto- físicas/químicas a partir do estado de excitação 204. Por exemplo, as moléculas orgânicas podem incluir alguns grupos ativos, tais como grupos de amido, grupos de carbonilo, grupos de éster ou grupos de amino. Em terceiro lugar, o estado de excitação 204 pode declinar para o estado base 202 ou para o estado base 206 acompanhado por um processo de fotoluminescência, tal como a fluorescência, que pode ter um quântico suficiente para este efeito, por exemplo maior do que 10 por cento. Relativamente a isto, podem ser necessárias grandes orbitais pi conjugados para moléculas de trabalho no meio de gravação para melhorar a função do campo de inibição e para aumentar a velocidade de transição fotão-induzida do estado de excitação 212 para o estado base 202. Para satisfazer estes critérios, as moléculas candidatas incluem cumarina e seus derivados, tioxanteno e seus derivados, metanona e seus derivados, ciclopentano e seus derivados ou rodamina e seus derivados.

[082] A Figura 3 mostra diagramas do nível de energia para um material alternativo oticamente ativo que incorpora a invenção. O material compreende dois tipos de moléculas, representadas pelos diagramas de energia 300, 302, um dos quais é um iniciador e sendo o outro um inibidor. Na presença de um campo de gravação, as moléculas do iniciador podem transitar de um estado base 304 para um estado de excitação 306, e depois decair para um estado triplete 308. Adicionalmente, na presença de um campo de inibição, as moléculas do inibidor podem transitar de um estado base 310 para um estado de excitação 312, e depois decair para um estado triplete 314.

[083] Na ausência de moléculas de inibidor no estado triplete 314, para as moléculas do iniciador no estado triplete 308 a continuação da absorção de fotões pode resultar na mudança foto-física/química no material, resultando em níveis de energia modificados que compreendem um estado base 318, um estado de excitação 320 e um segundo estado base 322, tal como se pode ver no diagrama do nível de energia 316. Note-se que a detecção do material modificado com níveis de energia 316 pode ser realizada do mesmo modo como para o material modificado com níveis de energia 208 apresentado na Figura 2.

[084] Quando as moléculas do inibidor são excitadas para o estado triplete 314, elas podem formar espécies quimicamente reativas, tais como radicais, que impedem a transição em propriedades do material. Por exemplo, o iniciador de excitação pode causar uma polimerização ou despolimerização através de processos de geração de radicais ativos para conduzir a transferência. Para uma adequada eficiência da inibição, o inibidor pode ter um estado triplete para um rendimento quântico elevado de espécies reativas. Além disso, as espécies reativas podem apenas reagir com o iniciador ao nível de energia do estado triplete 314 e os seus produtos podem ser gerados a partir do nível de energia do estado triplete 314.

[085] Para satisfazer todos os critérios acima mencionados, o iniciador pode ser, por exemplo, metanona e seus derivados ou ciclopentano e seus derivados, enquanto o inibidor pode ser um dissulfureto e seus derivados.

[086] A Figura 4 é um diagrama que ilustra esquematicamente as formas dos pontos focais e do feixe do primeiro (isto é, gravando ou lendo) e do segundo (isto é, inibição) feixes óticos que incorporam a invenção. O primeiro feixe 402 está combinado com o segundo feixe 404 usando um divisor de feixe 406, e os feixes combinados estão focados através de um sistema de processamento de imagens 408. Os dois feixes estão, por isso, simultaneamente focados em uma zona selecionada dentro das camadas de gravação 108 do meio de gravação, tal como o disco 100.

[087] Conforme ilustrado na primeira coluna 410 do quadro da Figura 4, o primeiro feixe tem uma intensidade máxima dentro da seção central, e no exemplo apresentado produz um ponto focal na forma de um esferoide geralmente achatado.

[088] Tal como se pode ver na coluna 412 do quadro na Figura 4, o segundo feixe pode ser formado de modo a ter uma intensidade mínima local dentro de uma zona central e um perfil de intensidade geralmente anelar à volta desta zona. Em alternativa, tal como se pode ver na coluna 414, o segundo feixe pode ser formado de modo a produzir uma distribuição de intensidade geralmente oca em três dimensões à volta da zona focal. De um modo geral, a característica desejada do segundo feixe é ter uma intensidade mínima local dentro da seção central da zona irradiada, e uma intensidade máxima local em pelo menos uma seção da zona irradiada adjacente à seção central.

[089] Correspondentemente, a aplicação do primeiro feixe para uma zona selecionada do meio de gravação pode resultar na gravação ou leitura das propriedades do material nas proximidades do ponto focal. A presença do campo de inibição, por exemplo em forma de um ânulo ou zona oca tridimensional, restringe o volume sobre o qual ocorre a gravação ou leitura, provocando inibição dos processos relevantes dentro da zona envolvente, conforme ilustrado acima com referência às Figuras 2 e 3. De um modo geral e por isso, a operação de feixe dual de acordo com os modelos da invenção pode resultar na resolução melhorada de gravação e leitura e, por isso, em uma muito maior densidade de armazenamento de dados.

[090] A forma do primeiro feixe 402 pode ser um convencional perfil gaussiano com uma resolução espacial de difração limitada. A forma anelar do segundo feixe 404 pode ser obtida focando um feixe polarizado circularmente com um modo Laguerre-Gaussian ou um feixe polarizado azimutalmente para produzir uma forma 'tipo donut'. A forma centrada oca (p. ex. conforme apresentado na coluna 414) pode ser formada pela combinação de um feixe circularmente polarizado com um modo Laguerre-Gaussian (ou fase vórtice com uma carga topológica) e um feixe circularmente polarizado com um desfasamento pi concêntrico no centro do feixe. Pode ser produzida uma forma de gaiola oca através da focalização de um feixe polarizado cilíndrico com um desfasamento pi concêntrico no centro do feixe.

[091] A Figura 5 é um diagrama de bloco de um aparelho para gravação e leitura dos dados óticos que fazem parte da invenção. Um aparelho destes é normalmente conhecido como uma unidade ótica, ou simplesmente uma unidade.

[092] A unidade ótica 500 compreende uma montagem 502 configurada para suportar o meio de gravação, isto é, o disco ótico 100. A montagem 502 compreende um fuso configurado para fixar a montagem do disco através do orifício central, que é ativado por um motor com uma velocidade controlável para permitir uma velocidade angular do disco a controlar.

[093] Uma fonte laser 504 inclui uma primeira e uma segunda fontes óticas 506, 508 que passam pelo primeiro e o segundo sistema de processamento de imagens 510, 512. Os sistemas de processamento de imagens 510, 512 estão dispostos do modo descrito acima, com referência à Figura 4, para criar a primeira e segunda formas de feixes desejadas, para gravação/leitura e inibição respetivamente. É usado um espelho 514 e divisor de feixe 516 para combinar o primeiro e o segundo feixes. Os feixes combinados são depois focados para a zona selecionada do meio de gravação 100 através de um mecanismo de rastreamento, ou cabeça ótica, representado no diagrama de bloco simples da Figura 5 pelo espelho 518 e lente 519. O sistema de rastreamento pode ser controlado pelo menos para mover-se radialmente relativamente ao disco 100, para permitir a seleção de um rastreamento particular para gravação/leitura.

[094] Um sistema auxiliar 520 está ligado à sonda 116 e compreende um circuito de feedback que pode ser usado para manter a velocidade de rotação e rastreamento desejada com suficiente precisão para gravar para, e ler de zonas desejadas do disco 100.

[095] Durante operações de leitura, a luz emitida a partir do disco 100 em resposta aos campos óticos aplicados é devolvida através de óticas de rastreamento 519, 518, e refletida do divisor de feixes 522 para o sistema de detecção 524. O sistema de detecção 524 pode compreender um detector fotossensível e desmodulador para desmodular a informação lida. Os filtros de passagem de fluorescência são usados antes de o detector fotossensível rejeitar ruído e feixes laser residuais.

[096] Os componentes da unidade 500, isto é a fonte laser 504, o sistema auxiliar 520, o sistema de rastreamento 518, 519 e o sistema de detecção 524 são operados sob o controle de um controlador eletrônico 526, que normalmente compreende um microprocessador, programação adequada e outros componentes eletrônicos para enviar e receber sinais de controle entre os componentes da unidade 500.

[097] Outras propriedades e parâmetros de gravação e reprodução podem basear-se em existentes tecnologias de armazenamento ótico, tais como tecnologias de disco DVD e Blu-ray. Por exemplo, pode ser aplicada uma técnica de modulação (modulação de 8 a 16) para codificar dados gravados para o disco 100. Para confirmar o rendimento constante e a constante densidade de dados através de todos os meios de disco, pode ser utilizada a operação de velocidade linear constante (CLV), por exemplo a uma velocidade de 60 m/seg, para gravar e ler. Sujeito a tempo cíclico mínimo de leitura e escrita, o rendimento pode ser melhorado aumentando a CLV. O rendimento para a gravação de bits é T = CLV/d, em que CLV é a velocidade linear constante utilizada no sistema e d é o comprimento (isto é, no/junto ao disco físico 100) de um único bit.

[098] A unidade pode conseguir a gravação e leitura paralela, conforme descrito em maior detalhe com referência à Figura 7. O rendimento da gravação e da leitura pode aumentar correspondentemente. Depois de aplicar a escrita paralela, o rendimento geral da gravação dos dados é Tdrive= pxT, em que p é o número de bits paralelos gravados.

[099] Tal como se pode ver nas Figuras 1 e 5, é utilizado um sistema auxiliar magnético que emprega uma camada de rastreamento magnético 114 e sonda 116, para uma correção ultra-precisa para a saída do disco giratório durante a gravação e a leitura. O sistema auxiliar pode compreender uma cabeça de leitura, um micro-atuador e um circuito de controle digital. A tarefa principal do sistema auxiliar é detectar um sinal de erro de posição e corrigir erros de posição. A sonda 116 é operada pelo micro-atuador e encontra-se perto da superfície do disco com ranhuras de rastreamento magnéticas (na camada de rastreamento 114 conforma mostra a Figura 1). A posição da cabeça é determinada pelos sinais de posição de leitura pré-codificados nas ranhuras de rastreamento, que geram sinais de erro de posição para corrigir a posição da cabeça ótica 518, 519. O circuito de controle digital é usado para controlar o micro-atuador, transferir sinais de posição e coordenar a taxa de amostragem do sistema auxiliar com o sistema de gravação e leitura ótica. Com base nos sinais de posição do sistema auxiliar, os atuadores usados para acionar a cabeça ótica podem conseguir ajustar a posição relativa dos feixes de laser com precisão extremamente alta. p. ex. abaixo de 30 nm.

[100] Em um modelo alternativo (não ilustrado) pode ser empregue um sistema ótico auxiliar. O sistema ótico auxiliar inclui um quarto de fotodetector, óticas de astigmatismo e um circuito diferencial. Um laser auxiliar, a operar, por exemplo, a um comprimento de onda de 658 nm, está constantemente focado em uma estrutura de ranhura formada no disco 100. O feixe laser auxiliar refletido transporta a informação de saída do disco depois de passar pelas óticas de astigmatismo compostas por um par de lentes circulares e cilíndricas. O quarto de fotodetector pode detectar a mudança de forma do feixe refletido. O quarto de fotodetector gera quatro sinais (A, B, C e D). O circuito diferencial pode usar esses quatro sinais para julgar o estado dos sinais de saída, de velocidade do fuso, de erro de rastreamento e de erro de focalização. Um sinal RF é gerado adicionando os quatro sinais (A+B+C+D). A velocidade do fuso pode ser determinada a partir da frequência do sinal RF. O erro de foco radial pode ser medido através de (A+C-B-D)/(A+B+C+D), que é chamado de sinal de erro de foco. O erro de foco lateral (ou sinal de erro de rastreamento) pode ser medido através de (A+BC-D)/(A+B+C+D). Serão aplicadas as correspondentes correntes aos atuadores que controlam a cabeça ótica para ajustar a posição relativa da lente da objetiva 519 da cabeça relativamente à posição de rastreamento axial e lateral do disco.

[101] A Figura 6 mostra um fluxograma simplificado 600 de um algoritmo de controle exemplificativo da gravação/leitura que pode ser implementado dentro do controlador 526. Os primeiros passos, no caso de escrever ou ler, são para ativar 602 o sistema auxiliar e realizar 604 um algoritmo de detecção, que confirma a presença de um disco com marcas de rastreamento apropriadas. Se não estiver presente nenhum disco 606, é reportado um erro 608.

[102] No ponto de decisão 610, o algoritmo prossegue ao longo de caminhos alternativos dependendo se é solicitada uma operação de ler dados ou uma operação de gravar dados. No caso de dados de leitura 612, o controlador ativa o feixe de leitura no passo 614. O controlador assegura que o nível de intensidade do feixe de leitura é suficiente para criar uma resposta fotoluminescência, mas abaixo do nível de intensidade ao qual as propriedades do material mudam (isto é, no caso de gravação). O controlador 526 também ativa o motor do fuso no passo 616. Normalmente, durante uma operação de leitura, é criada alguma forma de indicação ou outra visualização 618, para fornecer uma confirmação visual a qualquer observador de que está a realizar- se uma leitura. O controlador continua a operação de leitura 620 até toda a informação desejada ter sido recuperada do disco 100, altura em que o processo está completo 622.

[103] Em maior detalhe, antes da leitura, o controlador pode proceder a uma procura para encontrar um setor de destino. Para procurar a localização do destino, o controlador 526 vira-se para o sistema auxiliar 520 para encontrar primeiro a posição de rastreamento. Depois, a potência do primeiro feixe 506 é reduzida em uma décima parte da que é empregue durante a gravação para evitar destruir a leitura. A análise axial é realizada detectando a fluorescência recolhida para encontrar a camada de informação de destino. Assim que a localização do disco estiver confirmada, o controlador 526 muda para o modo de feixe dual e sincroniza a entrada laser com a rotação do disco. O detector fotossensível no sistema de detecção 524 converte o sinal de dados óticos detectados em um correspondente sinal elétrico digital. O sinal elétrico é desmodulado pelo descodificador e, por fim, transferido para um dispositivo de hospedagem como dados recuperados.

[104] No caso de gravação de dados 612, o controlador recebe primeiro os dados por gravar no passo 624. No passo 626, o feixe de gravação é ativado a uma suficiente intensidade para iniciar mudanças nas propriedades do meio de gravação. O feixe de inibição é também ativado 628. Tal como no caso da leitura, o controlador ativa o motor do fuso no passo 630. A gravação continua 632 até o bloco de entrada de dados ter sido totalmente gravado. No passo 634, o controlador determina se é para gravar outro bloco de dados e, em caso afirmativo, o controle regressa ao passo 624. Caso contrário, o processo de gravação está completo 622.

[105] Também é possível a gravação paralela em modelos da invenção, de modo a aumentar significativamente o rendimento da gravação e da leitura. A Figura 7 mostra uma disposição 700 adequada à implementação dentro da unidade 500, para a gravação e leitura paralelas. De um modo geral, a disposição 700 emprega moduladores de luz espacial (SLMs) dentro do caminho do feixe de cada um do primeiro e do segundo (isto é, gravação/leitura e inibição) feixes. Os padrões de fase criados por computador apresentados nos SLMs são usados para criar redes multifocais no meio de gravação.

[106] Em particular, o primeiro e o segundo feixes 702, 704 são dirigidos para o primeiro e o segundo SLMs 706, 708. Os SLMs apresentam padrões de fase adequadamente criados 710, 712, conforme descrito em maior detalhe abaixo. O SLM 708 também pode ser usado para adicionar uma frente de onda de fase de vórtice 714, ou isto pode ser incluído através de uma placa de fase separada. Os feixes 702,704 podem ser ondas contínuas (CW) ou pulsadas, mas no caso de criar um grande número de pontos focais, um modo pulsado com uma alta intensidade de pico pode ter vantagens relativamente a uma operação de modo CW.

[107] O espelho 716 e o divisor de feixe 718 são usados para combinar o primeiro e o segundo feixes, e o feixe combinado passa pelas óticas colimadoras 720. É usada uma objetiva 722 para focar o campo ótico para o meio de gravação 100. O resultado é uma rede de pontos focais do primeiro e do segundo feixes, tal como são ilustrados esquematicamente 724, 726 na Figura 7. Deste modo, pode ser simultaneamente escrito ou lido uma rede de valores de dados. Os pontos individuais, para controlar a escrita de estados de informação específicos, podem ser ligados e desligados por controle informático apropriado dos SLMs.

[108] Para a criação informática de padrões de rede de redes multifocais usados para controlar os SLMs, pode ser aplicada a sobreposição de uma função combinada dentro do plano de campos elétricos no plano focal e um método iterativo para medir a intensidade para manter a elevada uniformidade de uma rede multifocal. A teoria de difração vetorial Debye, na qual os efeitos da apodização e despolarização são totalmente considerados, pode ser utilizada no processo de cálculo. Especificamente, pode ser levado a cabo um algoritmo iterativo entre um plano de holograma e um plano focal para obter uma rede multifocal de difração limitada com elevada uniformidade. A abordagem começa com um campo elétrico de entrada de uma frente de onda do plano uniforme e uma suposição da fase inicial arbitrária no plano do holograma. A transformação inteira Debye desta frente de onda é levada a cabo para estimar o campo elétrico de saída no plano focal. A correspondente intensidade de pico das localizações pré-determinadas no plano de saída é comparada com a intensidade e pico ideal, que é uma combinação dentro do plano igualmente ponderada. O erro da intensidade de pico E dos dois é calculado, e a amplitude do campo elétrico complexo no plano focal é ainda substituída pela função combinada ideal. Para melhorar a uniformidade em uma rede multifocal, é introduzido um fator de ponderação:

[109] em que k é o número de iteração, m representa o ponto focal mth em uma rede e I apresenta a intensidade do pico. Depois da ponderação efetiva para cada ponto focal, a transformação inversa do novo campo elétrico adaptado produz o correspondente campo no plano de entrada. A amplitude no plano de entrada deixa de corresponder ao caso de frente de onda do plano uniforme, sendo depois substituída pela amplitude uniforme. E a fase no plano de entrada é mantida para a próxima iteração. Isto completa uma iteração e o ciclo repete-se até o erro de intensidade ε na iteração nth convergir para dentro de uma faixa de tolerância aceitável, por exemplo 0.01. A fase consecutivamente adaptada no plano de entrada é o padrão de fase de rede multifocal final.

[110] Este algoritmo é independente da forma da frente de onda incidente, mas depende do comprimento de onda da luz laser e, por isso, podem ser usados dois SLMs 706, 708 para os feixes duais quando são empregues fontes óticas de duas frequências diferentes para gravar.

[111] Apesar de a polarização linear X ser aplicada no algoritmo acima, a fase calculada pode ser também aplicada a qualquer tipo de estado de polarização, que pode ser convertido depois da modulação de fase SLM. Por isso, o estado de polarização em uma rede multifocal é idêntico e depende do estado de polarização no plano de abertura traseiro da lente da objetiva.

[112] Foi feita prova das experiências do conceito para demonstrar a eficiência dos métodos de gravação de alta resolução do feixe dual e dos aparelhos que incorporam a invenção. As Figuras 8 e 9 mostram resultados ilustrativos destas experiências. Um primeiro feixe (de gravação) foi gerado usando uma fonte de laser pulsada com uma taxa de repetição de 80 megahertz, e uma largura de impulse de 140 femtosegundos a um comprimento de onda de 800 nanómetros. O segundo feixe (de inibição) foi gerado a partir de uma fonte CW a um comprimento de onda de 375 nanómetros.

[113] A Figura 8 é um gráfico 800 que ilustra uma relação entre o tamanho do recurso resultante criado durante a gravação, e a potência do segundo feixe (de inibição). A potência do feixe de inibição é apresentada no eixo horizontal 802, enquanto o tamanho do recurso correspondente é apresentado no eixo vertical 804. Na ausência do feixe de inibição, tal como se pode ver pelo ponto de dados 806, foi obtido um tamanho de recurso à volta de 220 nanómetros. Com uma potência do feixe de inibição de 0,3 microwatt, tal como se pode ver pelo ponto 808, o tamanho dos recursos reduziu para quase abaixo dos 200 nanómetros. Quando a potência do feixe de inibição foi ainda mais aumentada para 0,6 microwatts, tal como se pode ver pelo ponto 810, o tamanho do recurso reduziu para abaixo de 120 nanómetros. Isto ilustra claramente a capacidade de o método de gravação de feixe dual produzir tamanhos de recursos abaixo do limite de difração do feixe de gravação.

[114] A Figura 9 mostra imagens analisadas de microscópio de electrões (SEM) que comparam a gravação de feixe único 902 e a gravação de feixe dual 904, com uma potência do feixe de inibição de 0,3 microwatts. Tal como se pode ver na primeira imagem 902, devido ao limite de difração das óticas de gravação, a rede de bits produzida por um feixe de gravação único com uma distância de centro a centro de 300 nanómetros não permite que cada ponto individual seja claramente discernido. Porém, quando o feixe de inibição, com uma potência de 0,3 microwatts, também estava ativo é possível distinguir claramente pontos individuais dentro de uma rede com uma distância de centro a centro de 200 nanómetros, ilustrando claramente a capacidade de modelos da invenção em fornecer uma maior densidade de armazenamento de dados.

[115] Graças ao potencial de uma capacidade extremamente alta e armazenamento de dados de alta densidade, antecipa-se que os modelos da invenção serão aplicados em grandes centros de dados. A Figura 10 é um diagrama de bloco 1000 que ilustra um sistema de rede de armazenamento ótica, tal como pode ser empregue em um centro de dados. O sistema compreende uma pluralidade de unidades 500 que incorporam a presente invenção.

[116] Em particular, o sistema 1000 compreende um computador de hospedagem 1002 e uma rede de armazenamento ótica (OSA) 1004. A própria OSA compreende uma pluralidade de unidades, incluindo cada uma pilha de meios físicos, isto é, discos, 1006. Um seletor 1008 é um dispositivo mecânico que consegue recuperar um disco específico desejado da pilha 1006 e monta-o dentro da unidade 500. Todas as unidades multi-disco operam sob o controle de um controlador eletrônico/microprocessador 1010. Na disposição apresentada, é utilizada uma unidade multi-drive em particular 1012 para conter meios de paridade, que podem ser usados para detectar e corrigir quaisquer erros que podem ocorrer em qualquer um dos meios de armazenamento principais e, por isso, assegurar a integridade da informação armazenada na OSA.

[117] Para maximizar o desempenho de OSA 1004, é otimizado o tempo de acesso para seleção e transferência de discos para/de as unidades. O controlador 1010 pode implementar um algoritmo de controle para sincronizar os tempos de acesso de unidades individuais. O número de unidades de acionamento pode ser aumentado dependendo do desejado rendimento de gravação e leitura de dados.

[118] A OSA 1004 pode ser concebida para otimizar o desempenho em termos de: elevado rendimento de gravação; elevada capacidade de armazenamento; elevado rendimento de leitura; e espelhamento ou duplicação de dados.

[119] O rendimento de gravação aumenta gradualmente com o aumento do tamanho do ficheiro de gravação. Para uma maior eficiência, os dados com grandes tamanhos de ficheiro podem ser listrados em primeiro lugar. Os dados listrados podem ser gravados ao longo das unidades N idênticas, aumentando assim o rendimento por um fator de N. Ao usar unidades capazes de gravar informação paralela, tal como se pode ver na Figura 7, o rendimento geral de OSA 1004 pode ser Tosa = TxpxN, em que T é a velocidade de transferência para a gravação de bits únicos, sendo p o número de bits paralelos a gravar e sendo N o número de unidades ligadas em OSA.

[120] OSA 1004 pode também aumentar significativamente em termos de capacidade de armazenamento. A capacidade de armazenamento total depende do número de discos de meios de armazenamento de alta densidade. A capacidade de armazenamento geral de OSA 1004 é Cosa = CxNmxNl em que C é a capacidade de armazenamento de um único disco, sendo N, o número de discos suportados dentro da pilha 1006 de uma única unidade, e sendo N o número de unidades.

[121] No caso de leitura, o seletor 1008 pode primeiramente recuperar o disco que se pretende ler. Para um elevado rendimento de leitura de dados, o tempo de recuperação pode ser minimizado. Assim que os dados tiverem sido lidos por uma unidade 500, são transferidos para uma memória temporária dentro do controlador 1010. O controlador reúne os dados listrados dos diferentes endereços físicos em múltiplos discos para recuperar o ficheiro original. A recolha de dados para a memória temporária antes da transferência para o computador de hospedagem 1002 acelera o rendimento de leitura.

[122] No caso de duplicação de dados, em vez de enviar diferentes dados listrados a todas as unidades individuais, os dados são enviados para um conjunto de unidades selecionadas também duplicadas para outros discos em diferentes endereços físicos. Uma vez que nem todas as unidades podem ser usadas simultaneamente para realizar a gravação de um ficheiro único com duplicação, a capacidade e o rendimento dos dados diminuem. A capacidade de armazenamento geral de OSA 1004 para o espelhamento de disco é Cmirror= Cosa/Nmirror, em que Cosa é a capacidade de armazenamento de OSA 1004 sem espelhamento, e sendo Nmirror o número total de discos duplicados empregues. O rendimento para espelhamento de discos é Tmirror=TosaI Nmirror, em que Tosa é o rendimento geral sem espelhamento.

[123] Na discussão acima são descritos vários métodos, aparelhos, sistemas e disposições que incorporam a presente invenção. Aprecia-se o fato de estes terem sido fornecidos para facilitar a compreensão total da invenção e a sua implementação prática em vários modelos. Note-se que estes não pretendem indicar quaisquer limitações específicas ao âmbito da invenção, e foram fornecidos apenas a título de exemplo. O âmbito da invenção deve ser determinado por referência às reivindicações aqui anexadas.

Claims (25)

1. Método de gravar dados passíveis de leitura ótica, em que o método emprega um meio de gravação fornecido que compreende uma camada de gravação que inclui um material oticamente ativo capaz de induzir uma mudança nas propriedades do meio na presença de radiação ótica com uma primeira característica e que armazena dados pela alteração nas propriedades do meio, e em que a mudança nas propriedades pode ser inibida por radiação ótica com uma segunda característica, caracterizado por o método incluir: irradiar uma zona da camada de gravação com um primeiro feixe de radiação ótica com a primeira característica, possuindo o feixe uma intensidade suficiente dentro de uma seção central da zona irradiada e tendo uma duração suficiente para causar uma alteração oticamente induzida nas propriedades do meio de gravação; e simultaneamente irradiar a zona da camada de gravação com um segundo feixe de radiação ótica com a segunda característica, possuindo o segundo feixe uma intensidade local mínima dentro da seção central da zona irradiada, e uma intensidade local máxima em pelo menos uma seção da zona irradiada adjacente à seção central que é suficiente para inibir a alteração oticamente induzida nas propriedades do meio de gravação.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a primeira e a segunda características compreenderem diferentes frequências óticas.

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o primeiro feixe de radiação ótica ter uma distribuição de intensidade de forma gaussiana.

4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o segundo feixe ter uma distribuição de intensidade anular.

5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o segundo feixe ser formado para proporcionar uma distribuição de intensidade tridimensional oca dentro de uma zona focal.

6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o primeiro e o segundo feixes compreenderem uma pluralidade feixes paralelos.

7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por compreender um passo de aplicar funções de pupila do primeiro e do segundo feixes, para criar matrizes multifocais em um plano focal.

8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender a disposição e sobreposição de estados de polarização selecionados do primeiro e do segundo feixes para criar uma orientação de polarização tridimensional predeterminada dos campos dentro de uma zona focal.

9. Método para ler a nível ótico dados guardados em um meio de gravação que compreende uma camada de gravação que inclui um material oticamente ativo, no qual foi induzida uma alteração nas propriedades do meio correspondente aos dados gravados, em uma ou mais regiões e que armazena dados pela alteração nas propriedades do meio, em que a alteração nas propriedades é detectável via uma resposta do meio à radiação ótica com uma primeira característica, e em que a resposta do meio pode ser inibida pela radiação ótica com uma segunda característica, caracterizado por o método compreender: irradiar uma zona da camada de gravação com um primeiro feixe de radiação ótica com a primeira característica, possuindo o primeiro feixe uma intensidade suficiente dentro de uma seção central da zona irradiada e tendo uma duração suficiente para originar a resposta, mas de intensidade e duração insuficiente para causar uma alteração oticamente induzida nas propriedades da camada de gravação; simultaneamente irradiar a zona da camada de gravação com um segundo feixe de radiação ótica com a segunda característica, possuindo o segundo feixe uma intensidade local mínima dentro da seção central da zona irradiada, e uma intensidade local máxima em pelo menos uma seção da zona irradiada adjacente à seção central que é suficiente para inibir a resposta da camada ao primeiro feixe de radiação ótica; e detectar se a camada de gravação exibe a resposta ao primeiro feixe de radiação ótica dentro da seção central da zona irradiada.

10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por a resposta do material que indica propriedades alteradas ser radiação ótica de banda larga/fosforescência, e o passo de detectar compreender detectar se o meio emite radiação em resposta à aplicação do primeiro e do segundo feixes.

11. Aparelho de gravação e reprodução ótica de dados, caracterizado por compreender: um suporte configurado para suportar um meio de gravação que inclui uma camada de gravação que compreende um material oticamente ativo capaz de induzir uma alteração nas propriedades do meio e de gerar uma resposta material indicativa de uma alteração nas propriedades, na presença da radiação ótica com uma primeira característica, e em que a alteração nas propriedades, e a resposta indicativa alteração nas propriedades, poderem ser inibidas pela radiação ótica com uma segunda característica; uma primeira fonte ótica configurada para controlar a radiação emitida com a primeira característica; um primeiro sistema de imagem configurado para focar de forma controlada um primeiro feixe de radiação ótica emitida a partir da primeira fonte ótica para uma zona da camada de gravação, em que a radiação ótica tem uma intensidade máxima dentro de uma seção central do primeiro feixe; uma segunda fonte ótica configurada para emitir de forma controlada radiação com a segunda característica; um segundo sistema de imagem configurado para focar de forma controlada um segundo feixe de radiação ótica emitida a partir da segunda fonte ótica para a zona da camada de gravação, em que a radiação ótica tem uma intensidade local mínima dentro de uma seção central do segundo feixe, e uma intensidade local máxima em pelo menos uma seção do segundo feixe adjacente à sua seção central; e um controlador configurado para controlar pelo menos a primeira fonte ótica, o primeiro sistema de imagem, a segunda fonte ótica e o segundo sistema de imagem, de modo a irradiar simultaneamente uma zona selecionada de uma camada de gravação suportado no suporte, com a radiação ótica de uma primeira intensidade selecionada emitida a partir da primeira fonte ótica, e com a radiação ótica de uma segunda intensidade selecionada emitida a partir da segunda fonte ótica, para seletivamente gravar ou ler dados no ou a partir da camada de gravação.

12. Aparelho de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por o primeiro sistema de imagem compreender um modulador controlável para seletivamente controlar a irradiação da camada de gravação com o primeiro feixe.

13. Aparelho de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por o controlador estar configurado para controlar a intensidade de, pelo menos, o primeiro feixe ótico, de modo a selecionar entre a operação de escrever e de ler do aparelho de gravação e reprodução.

14. Aparelho de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por o primeiro e o segundo sistemas de imagem estarem configurados para criar uma pluralidade de feixes paralelos.

15. Aparelho de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por o primeiro e o segundo sistemas de imagem compreenderem, cada um, um modulador espacial posicionado para permitir a formação seletiva da pluralidade de feixes óticos paralelos.

16. Aparelho de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por a resposta material indicativa das propriedades alteradas ser uma radiação ótica de banda larga/fosforescência, e por o aparelho compreender ainda um fotodetector configurado para detectar a presença da radiação emitida/fosforescência durante e/ou a seguir à irradiação da camada de gravação pelo primeiro e segundo feixes.

17. Sistema de armazenamento de dados óticos, caracterizado por compreender: uma pluralidade de aparelhos de gravação e reprodução de dados óticos de acordo com a reivindicação 11; uma pluralidade de meios de gravação associados a cada aparelho de gravação e reprodução de dados óticos, sendo cada meio de gravação seletivamente carregável no suporte do aparelho de gravação e reprodução de dados óticos associado; e um controlador de armazenamento configurado para receber pedidos para gravar e recuperar dados dentro do sistema de armazenamento, para identificar meios de gravação dentro do sistema requeridos para responder aos os pedidos recebidos, para fazer com que os meios de gravação requeridos sejam carregados em cada aparelho de gravação e reprodução de dados óticos associado, e para fazer com que os aparelhos de gravação e reprodução de dados óticos associados completem as operações de gravação e/ou de recuperação requeridas para responder aos pedidos recebidos.

18. Meio de gravação, caracterizado por compreender pelo menos uma camada que inclui uma camada protetora exterior, e uma camada de gravação que inclui um material oticamente ativo capaz de induzir uma alteração nas propriedades do meio e originar uma resposta material indicativa das propriedades alteradas, na presença da radiação ótica com uma primeira característica e que armazena dados pela alteração nas propriedades do meio, e em que a mudança nas propriedades, e a resposta indicativa das propriedades alteradas, podem ser inibidas pela radiação ótica com uma segunda característica.

19. Meio de gravação de acordo com a reivindicação 18, caracterizado por compreender um disco.

20. Meio de gravação de acordo com a reivindicação 18, caracterizado por o material oticamente ativo compreender um primeiro estado excitado, no qual pode ser induzida uma transição por radiação ótica com a primeira característica, e em que a alteração nas propriedades da camada de gravação resulta da absorção da radiação ótica com a primeira característica quando está no primeiro estado excitado.

21. Meio de gravação de acordo com a reivindicação 20, caracterizado por o material oticamente ativo ter uma propriedade segundo a qual a presença de radiação ótica com a segunda característica induz uma rápida transição do primeiro estado excitado, inibindo assim a alteração nas propriedades do meio.

22. Meio de gravação de acordo com a reivindicação 18, caracterizado por a resposta do material indicativa de alterações nas propriedades ser radiação ótica de banda larga/fosforescência resultante da decomposição de um primeiro estado excitado para um estado basal.

23. Meio de gravação de acordo com a reivindicação 18, caracterizado por a espessura da camada de material oticamente ativo ser suficiente para permitir múltiplas camadas internas de armazenamento de informação.

24. Meio de gravação de acordo com a reivindicação 18, caracterizado por compreender uma camada de rastreamento com elementos de rastreamento detectáveis radialmente dispostos.

25. Meio de gravação de acordo com a reivindicação 24, caracterizado por os elementos de rastreamento compreenderem um ou mais de: elementos de rastreamento magnéticos, elementos de rastreamento óticos; elementos de rastreamento metálicos; e elementos de rastreamento físicos.

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