CN101385083A - 光学记录和再生设备 - Google Patents

Abstract

一种光学记录和再生设备，用于在光学记录介质中记录驻波信息并从光学记录介质再生驻波信息。光学记录和再生设备包括光学头，该光学头用于将从光源(1)发射的激光束分离成三个光束，并且将分离光束中的两个激光束(A，B)从同一侧输入至具有反射面(10)的光盘(8)。发射激光束(A)，以达到反射面，并且发射激光束(B)，以由反射面返回，然后，通过使用物镜(7)来使光束聚焦在同一焦点位置(SF)。通过由光学头发射、从而聚焦在同一焦点位置(SF)的两个激光束，以多层结构将驻波记录在光盘中，并且从当发射两个激光束中的激光束(A)时的反射光读取信息。

Description

光学记录和再生设备

技术领域

本发明涉及一种用于使用驻波在记录介质上记录信息并再生记录在该记录介质上的驻波信息的光学记录和再生设备，其中该记录介质根据光的强度来改变其折射率。

本申请要求2006年2月16日提交的日本专利申请2006-39747的优先权，该申请通过引用被包括。

背景技术

一般说来，配置使用包括如致密盘(CD)、数字多功能盘(DVD)以及蓝光盘(Blu-ray Disc，注册商标)等光盘的记录介质的光盘系统，从而使用如用于显微镜的物镜等透镜来非接触地读出在盘的一侧上形成的折射率的细微变化，并再生所记录的信息。

将会聚在光盘上的光点的大小确定为约λ/NA(λ:照明光的波长，NA:数值孔径)。分辨率与该值成比例。例如，在Y.Kasami，Y.Kuroda，K.Seo，O.Kawakubo，S.Takagawa，M.Ono，and M.Yamada，Jpn.J.Appl.Phys.，39，756(2000)(文献1)中详细说明了直径为12cm并且记录容量相当于约25GB的蓝光盘(Blu-rayDisc，注册商标)。

另外，I.Ichimura et al，Technical Digest of ISOM′04，pp52，Oct.11-15，2005，Jeju Korea(文献2)说明了用于通过在光盘中形成多个堆叠记录层来增加记录容量的技术。

另一方面，R.R.Mcleod er al.，＂Microholographic multilayeroptical disk data storage，＂Appl.Opt.，Vol.44，2005，pp3197(文献3)说明了用于使用驻波来记录信息的方法。如图23所示，使用保持件方法的该设备具有这种结构:首先从光学头106输出的光束聚焦在光聚合物盘107上，其中该光聚合物盘107是具有根据所发射的光束的光强度而变化的折射率的介质。之后，使用设置在盘107的背面附近的反射单元108，沿逆方向将该光束再次聚焦至同一焦点位置。

在图23中示出的设备中，通过声光(AO)调制器来调制从激光二极管101发射的激光束的光波，并通过准直透镜103将该光波转换成平行光束。之后，激光束通过偏振分束器(PBS)，并且利用1/4波长板(QWP)105进行圆偏振。然后，从位于用于记录和再生目的的光学头106中的反射镜106a反射该激光束，通过物镜106b来会聚该激光束，并将该激光束发射至被轴旋转的盘107。聚焦至盘107内部的焦点的激光束被位于盘107的背面附近的反射单元108所反射，并且从盘的背面侧聚焦至盘107内的同一焦点。反射单元108包括凸透镜108a、遮挡板108b、凸透镜108c以及反射镜108d。

结果，如图24所示，通过形成光点大小的小全息图，可以记录信息。通过控制焦点的光点来形成全息图，以在盘107内形成同一平面。因此，在盘中，横跨多个层形成全息图。也就是说，盘107具有多层结构。层之间的距离D是例如22.5μm。同一层中的轨道之间的距离(轨道间距)L是例如2μm。另外，由全息图形成的标记之间的距离(标记间距)P是例如1.5μm。通过以这种方式以层状结构在盘107的介质上记录信息，可以在盘107中记录数量与存储在数量与盘107上的层数相同的几种普遍使用的光盘中的信息相同的信息。

当从包含所记录的全息图的盘107再生全息图数据时，在不使用反射单元108的情况下进行下面的操作。如在图23中所示，从光学头106发射再生激光束至盘内的全息图标记。来自盘107的再生激光束的反射光的偏振面再次利用1/4波长板105偏振90°并且被PBS 104反射。由会聚透镜109来会聚光束，并通过针孔110由如光电检测器等数据检测器111来读出该光束。因此，识别出信息。

发明内容

技术问题

然而，在如图23所示的使用驻波来记录信息的光学记录和再生设备中，如光学头106和反射单元108等光学系统需要布置在盘107的两侧。因此，整个光学系统或驱动系统大小变得大且复杂。

因此，本发明的技术目的是提供一种用于在不增加整个光学系统或驱动系统的大小和复杂度的情况下，在光学记录介质上记录驻波信息并且再生记录在该光学记录介质上的驻波信息的光学记录和再生设备。

根据本发明，提供了一种光学记录设备，用于使用驻波将信息记录在具有根据光束的强度而变化的折射率的记录介质上。所述光学记录设备包括:光学头，用于使用物镜来发射通过将从光源发射的激光束分离成多个分离激光束所生成的两个分离激光束，使得两个激光束中的一个激光束在到达所述记录介质的反射面为止的焦点位置与另一激光束在从所述反射面返回之后的焦点位置相同。使用由所述光学头发射的、从而具有同一焦点位置的所述两个激光束，来将驻波以多层结构记录在所述记录介质内。

另外，根据本发明，一种光学再生设备，用于从记录介质再生驻波信息，所述记录介质具有根据光束的强度而变化的折射率，并且在所述记录介质中使用驻波记录了信息，其特征在于:通过从光学头发射通过将从光源发射的激光束分离成多个分离激光束所生成的两个分离激光束，使得两个激光束中的一个激光束在到达所述记录介质的反射面为止的焦点位置与另一激光束在从所述反射面返回之后的焦点位置相同，来将驻波以多层结构记录在所述记录介质中，并且通过发射所述两个激光束中的任意一个激光束来从所述反射面读出由驻波形成的信息。

此外，根据本发明，一种光学记录和再生设备，用于使用驻波将信息记录在具有根据光束的强度而变化的折射率的记录介质上以及从所述记录介质再生驻波信息，其特征在于，所述光学记录和再生设备包括:光学头，用于使用物镜来发射通过将从光源发射的激光束分离成多个分离激光束所生成的两个分离激光束，使得两个激光束中的一个激光束在到达所述记录介质的反射面为止的焦点位置与另一激光束在从所述反射面返回之后的焦点位置相同。使用由所述光学头发射的、从而具有同一焦点位置的所述两个激光束，来将驻波以多层结构记录在所述记录介质内，并且通过发射所述两个激光束中的任意一个激光束来读出从所述反射面输出的驻波的形式的信息。

此外，根据本发明，提供了一种光学记录方法，用于使用驻波将信息记录在具有根据光束的强度而变化的折射率的记录介质上。在所述光学记录方法中，通过使用物镜来发射通过将从光源发射的激光束分离成多个分离激光束所生成的两个分离激光束，使得两个激光束中的一个激光束在到达所述记录介质的反射面为止的焦点位置与另一激光束在从所述反射面返回之后的焦点位置相同，来将驻波以多层结构记录在所述记录介质内。

此外，根据本发明，提供了一种光学记录和再生方法，用于使用驻波将信息记录在具有根据光束的强度而变化的折射率的记录介质上以及从所述记录介质再生驻波信息。所述光学记录和再生方法的特征在于包括:使用物镜来发射通过将从光源发射的激光束分离成多个分离激光束所生成的两个分离激光束，使得两个激光束中的一个激光束在到达所述记录介质的反射面为止的焦点位置与另一激光束在从所述反射面返回之后的焦点位置相同；使用所发射的、从而具有同一焦点位置的所述两个激光束，来使用光学头将驻波以多层结构记录在所述记录介质中；以及通过发射所述两个激光束中的任意一个激光束来读出从所述反射面输出的驻波的形式的信息。

此外，根据本发明，一种光学再生设备，用于从记录介质再生驻波信息，所述记录介质具有根据光束的强度而变化的折射率，并且在所述记录介质中使用驻波记录了信息，其特征在于:通过从光学头发射通过将从光源发射的激光束分离成多个分离激光束所生成的两个分离激光束，使得两个激光束中的一个激光束在到达所述记录介质的反射面为止的焦点位置与另一激光束在从所述反射面返回之后的焦点位置相同，来将驻波以多层结构记录在所述记录介质中，并且通过发射所述两个激光束中的任意一个激光束来从所述反射面读出由驻波形成的信息。

此外，根据本发明，一种记录介质，其具有根据光束的强度而变化的折射率，并且在所述记录介质中使用驻波记录了信息，其特征在于:通过从光学头发射通过将从光源发射的激光束分离成多个分离激光束所生成的两个分离激光束，使得两个激光束中的一个激光束在到达所述记录介质的反射面为止的焦点位置与另一激光束在从所述反射面返回之后的焦点位置相同，来将驻波以多层结构记录在所述记录介质中。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本发明的其它特征将显而易见。

附图说明

图1是根据本发明实施例的光学记录和再生设备的框图。

图2示出由物镜会聚的激光束入射在盘上的方式。

图3示出光学记录和再生设备中的两个激光束的光路[A]和[B]。

图4示出中继透镜的结构。

图5A、5B和5C示出由中继透镜引起的记录介质中的聚焦的变化。

图6是示出记录介质中的光栅的记录的图。

图7是示出数值孔径NA相对衍射效率的特性图。

图8是示出折射率的变化Δn相对衍射效率的特性图。

图9是示出光照射量相对折射率的变化的特性图。

图10示出光栅的厚度的计算区域。

图11是示出层间距离相对衍射效率的特性图。

图12示出当正常的小的二维反射标记(2-D)远离焦点位置时检测到的光量。

图13是示出图12中示出的测量的结果的特性图。

图14是示出散焦和信号之间的关系的特性图。

图15是示出在本发明所记录的标记远离焦点位置时检测到的光量的特性图。

图16是示出图15中所示的测量的结果的特性图。

图17是示出散焦和信号之间的关系的特性图。

图18是示出层间距离相对串扰的特性图。

图19示出层间距离和抖动之间的特性图。

图20示出在盘内形成的多层结构。

图21是示出层数相对串扰总和的特性图。

图22是示出当改变再生层N时的T^N-1(1-T)T^N-1的特性图。

图23是使用驻波来记录信息的现有记录和再生设备的框图。

图24示出包含由图23中示出的记录和再生设备以多层结构记录的全息图的记录介质。

具体实施方式

参考附图来说明用于执行本发明的最佳模式。本实施例是从盘的同一表面侧向具有反射面的光盘发射两个光束的光盘记录和再生设备。此时，光束中的一个光束在到达光盘的反射面之前发射至焦点位置，并且发射另一光束，从而在被光盘的反射面返回之后到达同一焦点。从而记录驻波。当再生信息时，从在发射光束之一时获得的反射光束读出该信息。另外，本实施例是通过将另一光束聚焦在光盘的反射面上来进行物镜的聚焦和跟踪伺服的光学记录和再生设备。

如在图1所示，该光学记录和再生设备是这样的光盘记录和再生设备，该光盘记录和再生设备用于使用驻波将信息记录在具有根据光强度而变化的折射率的光盘8上，并再生记录在光盘8上的驻波信息。光学记录和再生设备将从光源1发射的单个激光束分离成三个激光束，并且将三个分离激光束中的两个激光束A和B从光盘8的同一表面侧发射至具有反射面10的光盘8，下面参考图2将说明该反射面10。使用物镜7，两个激光束之一的激光束A在到达反射面10之前发射至焦点位置SF，并且发射另一光束的激光束B，从而在被反射面10返回之后到达同一焦点位置SF。

使用从光学头发射的以聚焦在同一焦点位置SF上的两个激光束，将驻波记录在光盘8的多层中。另外，从在发射两个激光束之一的激光束A时获得的反射光束读出信息。

下面将以光学头为中心来详细说明光学记录和再生设备的结构和操作。在光学记录和再生设备中，在记录期间，将从光源1发射的激光束分离成三个激光束:用于跟踪和聚焦伺服的一个激光束C以及用于记录全息图的两个激光束A和B。在再生期间，将激光束分离成两个激光束:用于跟踪和聚焦伺服的一个激光束C以及用于读出全息图的一个激光束A。

首先，说明在记录和再生期间用于跟踪和聚焦伺服的激光束C。将从激光二极管(LD)1发射出的波长为405nm的激光束通过准直透镜2转换成平行光束，并且到达分束器(BS)3。分束器3允许激光束部分从中通过。

部分通过分束器3的激光束是激光束C，该激光束C由反射镜4垂直反射。在通过非偏振分束器(NBS)5和NBS 6之后将激光束C引导至物镜7。

物镜7会聚激光束，并将激光束发射至下面所述的在光盘8的反射面10上形成的、用于检测跟踪信号的引导槽或凹凸坑(标记)。来自在光盘8上形成的引导槽或凹凸坑的衍射光束用作反射光束，该反射光束通过NBS 6和NBS 5，并且由反射镜4反射。然后，由分束器3来反射该光束，并且由会聚透镜26来会聚该光束。之后，调整光束以由圆柱透镜27进行像散检测，并且通过两轴伺服光电检测器(伺服PD)28来检测该光束。

根据由两轴伺服光电检测器(伺服PD)28检测到的检测信号，使用像散方法来生成聚焦伺服信号，并且使用推拉方法来生成跟踪伺服信号。之后，伺服电路(未示出)基于聚焦伺服信号来进行聚焦伺服，并且基于跟踪伺服信号来进行跟踪伺服。因此，光学记录和再生设备可以在记录和再生期间分别控制物镜7和光盘8的位置。

接着说明用于记录驻波的激光束A。控制从LD 1发射的激光束的偏振面，使得使用1/2波长板(HWP)12，从PBS 13透射激光束的一半并且由PBS 13反射激光束的一半。通过PBS 13的激光束是激光束A，该激光束A被检电镜14反射。由检电镜14反射的激光束A通过液晶面板(LCP)15、1/4波长板16、包括一对凸透镜的中继透镜17以及凸透镜18。之后，通过NBS 6朝盘方向以直角反射激光束A，并且使激光束A入射在物镜7上。

液晶面板15校正将激光束A发射至光盘8的物镜7中出现的球面像差。更具体地，液晶面板15对从当激光束A入射在盘上时到当激光束A到达焦点位置时出现的球面像差以及由盘的倾斜导致的彗星像差进行校正。

1/4波长板16旋转激光束A的偏振面，以将线偏振转换成圆偏振。中继透镜17通过改变中继透镜17中的一个透镜即透镜17a和中继透镜17中的另一透镜即透镜17b之间的距离，来改变通过了物镜7的激光束A在光盘8中的焦点位置。

图2示出由物镜7会聚的激光束A入射在光盘8上的方式。图2还示出光盘8的结构。光盘8包括基板9，在该基板9上形成有反射面10。如上所述，光盘8的反射面10包括用于检测跟踪信号的引导槽或凹凸坑。如上所述，激光束C发射至引导槽或凹凸坑，并且被引导槽或凹凸坑反射从而变成返回光。另外，在反射面10上形成记录层(介质)11从而形成记录介质。图1中示出的光学记录和再生设备将驻波记录在该记录层11中。具体地，光学记录和再生设备以层状结构来记录信息。因此，光学记录和再生设备可以在一张盘上记录数量与存储在数量与该张盘上的层数相同的几种普遍使用的光盘上的信息相同的信息。

通过物镜7来会聚激光束A并且使其入射到光盘8上。之后，激光束A聚焦在未到达反射面10的点(点SF)处。随后，激光束A到达反射面10并且被反射面10反射。

相反，如图1所示，也用于记录驻波的激光束B被分束器3反射，并且入射在1/2波长板12上。激光束B通过1/2波长板12并被PBS 13反射。激光束B通过液晶面板19、1/2波长板20以及OPD补偿器21。然后激光束B通过另一PBS-a22。随后，激光束B通过1/4波长板23、包括一对凸透镜的中继透镜24以及凸透镜25。然后，激光束B被NBS 5朝盘方向以直角反射，并且入射在物镜7上。

液晶面板19校正在由物镜7会聚激光束B时出现的球面像差。更具体地，液晶面板19对在激光束B在光盘上的入射面和焦点位置之间出现的球面像差以及由光盘的倾斜导致的彗星像差进行校正。

1/2波长板20将已经由1/2波长板12旋转从而被PBS 13反射的激光束B的偏振面旋转90°，使得激光束B不会被位于在1/2波长板20下游的PBS-a22反射。因此，激光束B通过PBS-a22。

1/4波长板23将线偏振的激光束B改变为圆偏振的激光束B。中继透镜24通过改变中继透镜24中的一个透镜即透镜24a和中继透镜24中的另一透镜即透镜24b之间的距离，来改变通过了物镜7的激光束B在光盘8中的焦点位置。

随后，激光束B被物镜7会聚并且入射在光盘8上。之后，激光束B被反射面10反射，并且聚焦在与激光束A的焦点相同的焦点位置SF上。

接着参考图3至图5来详细说明为了使在光盘8中激光束A的焦点和激光束B的焦点相同而对中继透镜17和24进行的控制。通过改变在激光束A朝光盘行进时使用的中继透镜17中的两个透镜之间的距离以及检电镜14的角度来控制激光束A的焦点，并通过改变在激光束B朝光盘行进时使用的中继透镜24中的两个透镜之间的距离来控制激光束B的焦点。

首先，如图3所示，光学记录和再生设备具有两个光路[A]和[B]。如图4所示，在分别构成中继透镜17和24的一对透镜17a和17b以及一对透镜24a和24b中，例如，由步进马达35沿光轴方向以可移动的方式支持透镜17a和24a，从而使得透镜17a和17b之间的距离以及透镜24a和24b之间的距离可变。因此，根据例如由步进马达35支持的透镜17a或透镜24a的位置，如图5A、5B和5C中所示，改变入射在记录介质上的激光束的焦点位置。

下面说明使用中继透镜17和24来控制入射在记录介质上的激光束的焦点的过程。

首先，对通过光路[B]并入射在光盘8上的激光束的焦点进行设置。通过可变地改变中继透镜24的透镜24a和24b之间的距离来进行焦点的设置。更具体地，通过相对于另一透镜24b可调整地移动由步进马达25支持的一个透镜24a来进行焦点的设置。这里，令fr表示与物镜7邻近布置的中继透镜24的透镜24b的焦距，并且令fo表示物镜的焦距。那么，d＝n₀(fo/fr)²D(n₀是记录介质的折射率)(图5A)。此时，激光束平行并且从图5A的左侧入射。

随后，对通过光路[A]并入射在光盘8上的激光束的焦点进行设置。与上述中继透镜24相同，通过可变地改变中继透镜17的透镜17a和17b之间的距离来进行焦点位置的设置。更具体地，通过相对于另一透镜17b可调整地移动由步进马达35支持的一个透镜17a来进行焦点的设置。此时，如在图5C中所示，移动中继透镜17的透镜17b，从而远离物镜7。

之后，通过如图3所示的光路将由物镜7会聚并被光盘8的反射面10反射的激光束A引导至两轴伺服光电检测器28。两轴伺服光电检测器28可以使用像散方法来检测从光路[A]中的中继透镜17传送来的激光束是会聚激光束、平行激光束还是发散激光束。通过控制光路[A]中的中继透镜17的透镜17a和17b之间的距离从而使得通过的激光束变为平行光束，两轴伺服光电检测器28可以进行控制，使得如在图5A中所示，记录介质中的焦点位置位于与反射面10相距距离d的位置处。

另外，使用下面说明的信号来进行激光束A和激光束B的焦点位置的对准。也就是说，激光束A通过PBS 13并且被检电镜14反射。然后，通过1/4波长板16来使激光束A圆偏振。当激光束A沿来自光盘8的返回光束B的光路反向传播时，通过1/4波长板23再次使激光束A的偏振面旋转90°。因此，激光束A被PBS-a22反射，并且通过透镜29和圆柱透镜30引导至GM(检电镜)伺服PD 31。

此时，如果激光束A和激光束B的焦点位置相对于彼此相互偏移，则GM(检电镜)伺服PD 31上的光点的位置和聚焦偏移。因此，控制检电镜14的角度以及激光束B的光路[B]中的中继透镜24所包括的透镜之间的距离和/或激光束A的光路[A]中的中继透镜17所包括的透镜之间的距离，从而不出现偏移。

注意，在图2中示出的光盘8中不一定包括基板部分。另外，可以使用记录介质的背面反射来实现反射面(反射镜)。此外，为了防止不想要的反射，可以将无反射涂层施加至光盘的表面。

此时，如果从光源(LD)1到焦点位置的光路长度针对激光束A和激光束B而不同，则作为干涉条纹的驻波的强度可能下降。因此，通过使用布置在光束B的光路中的OPD补偿器21，使得激光束A和激光束B的从光源1到焦点位置的光路长度相等。OPD补偿器21是具有斜楔形的光学元件。OPD补偿器21根据光束入射的位置来改变折射率。当改变激光束A和激光束B中每个的折射率时，激光束的波长改变。因此，通过控制折射率，可以校正光路长度。因此，可以校正激光束A和激光束B的光路长度以使它们相等。因此，可以在光盘8内部形成干涉波纹。以这种方式，可以将驻波记录在光盘8中的激光束A和激光束B的焦点位置处。

当再生该信息时，激光束B被附接至OPD补偿器21的遮挡板21a所阻挡。在再生过程中，当朝光盘8行进时，激光束A被1/4波长板16圆偏振。另外，在激光束A被光盘8反射之后，激光束A再次通过1/4波长板16。因此，将激光束A的偏振面旋转90°至线偏振光束。因此，激光束A被PBS 13反射。由PBS 13反射的激光束A的再生返回光束通过聚光透镜32和针孔33，并且被引导至包括RF光检测器的检测器34。包括RF光检测器的检测器34可以检测记录在光盘8上的信息。

接着说明用于光盘8的记录介质:在该光盘8中，图1中示出的光学记录和再生设备使用驻波以多层结构来记录信息。

由具有与光照射量相应地变化的折射率的最大变化Δn的材料形成该记录介质。如图6所示，如在现有设备中，当光束从上侧和下侧发射至记录介质的同一焦点时，记录与光点大小相同的光栅。从记录介质的上侧发射记录和再生参考光束，并且从记录介质的下侧反射记录信息光束使得将光束发射至同一焦点位置。从而记录光栅。在等式3中示出光栅的大小W。在等式4中示出间距(pitch)大小。注意，在图3中也写入了这些等式。

$W=\frac{4{\mathrm{\λ}}_0}{{\mathrm{NA}}^2}\·\·\·\left(3\right)$

$\mathrm{Pitch}=\frac{\mathrm{\λ}}{2}=\frac{1}{(n_0-{\mathrm{NA}}^2/{4n}_0)}\·\·\·\left(4\right)$

随后，图7和8示出当在进行记录使得如图6所示焦点位置处折射率的改变是最大值Δn之后发射再生参考光束时标绘的反射光束强度/再生参考光束强度。这里，将布置在记录介质的上侧和下侧的物镜的数值孔径NA设置为相同的值。

如从图7和8可以看出，参考光束的强度与数值孔径NA的4次幂成反比，并且与Δn的平方成正比。根据这些图，可以获得由下面的等式5表示的关系。这里，η表示衍射效率，即反射光束的强度与照射光束的强度之比。

$\mathrm{\η}\≈8.53\frac{{\left(\mathrm{\Δn}\right)}^2}{{\mathrm{NA}}^4}\·\·\·\left(5\right)$

相反，由于介质的折射率的变化与光强度密度成比例，因此折射率的变化与光点的面积成比例。另外，由于折射率的变化还与照射时间成比例，因此获得下面的等式:

$\mathrm{\Δn}=\frac{S\·P\·t}{{(\mathrm{\λ}/\mathrm{NA})}^2}$ $\mathrm{\η}\≈8.53{\left(\frac{S\·P\·t}{{\mathrm{\λ}}^2}\right)}^2$

P:照射功率(mW)，t:照射时间(秒)，λ:波长(cm)，S:介质的灵敏度:折射率的变化相对于光照射量(Δn/(mJ/cm²))...(6)

这里，为了实现与现有光盘相同的记录标记调制方法和传送速率，对于最小标记时间，将t设置为100ns或更少，将波长λ设置为405nm，并且当前用于激光束的记录功率最大为约20mW。当需要从盘的表面反射光束的至少1/10时，需要折射率η大于或等于0.5％。为了满足这些条件，需要采用具有满足下面的表达式7的灵敏度的记录介质:

$S\≥\sqrt{\frac{\mathrm{\η}}{8.53}}\frac{{\mathrm{\λ}}^2}{P\·t}\·\·\·\left(7\right)$

S≥2×10^-5(Δn/(mJ/cm²))

接着参考图9至11来说明对低的光照射量不感光的介质的灵敏度特性。如在图9所示，从光照射量A到光照射量B，折射率的变化Δn线性增加。然而，在光照射量B以上的范围中折射率的变化Δn恒定。因此，令TH＝A/B。图10示出光栅厚度的计算区域。该区域包括在焦平面上方和下方形成的区域。图11示出在限制在介质中形成的光栅的厚度w时通过使用上述计算方法获得的反射再生光束的标绘图。根据计算出的波长和数值孔径NA，光栅的厚度是8.4μm。然而，实际上，如由TH＝0.00的图所示，出现从厚度大于该值的区域反射的反射光束。

因此，通过使用具有约0.01或更多的比率TH的记录介质，可以避免导致不想要的反射的光栅区域。这里，比率TH是记录介质不感光的光照射量与为记录介质提供灵敏度特性中的最大折射率的光照射量之间的比率。

接着说明噪声信号计算。首先说明用于获得层间串扰可忽视的层间距离的计算。

图12示出当小的正常的二维反射标记(2-D)远离焦点位置时检测到的光量。图13是示出计算结果的特性图。在图13中，横轴表示反射标记和焦点位置之间的距离，并且纵轴表示信号(dB)。图14示出散焦和信号之间的关系。波长是405nm，数值孔径NA是0.85，并且层之间的折射率是1.55。

另外，图15示出当本发明所记录的标记远离焦点位置时检测到的光量。图16是示出光量的测量结果的特性图。在图16中，横轴表示标记和焦点位置之间的距离，并且纵轴表示信号(dB)。图17示出散焦和信号之间的关系。如在上述情况中一样，波长是405nm，NA是0.85，并且层之间的折射率是1.55。

这些结果表示根据本发明的就标记位置而言的再生特性与普遍使用的光盘的再生特性类似。

光盘的再生信号的振幅与强度反射率和光点强度相对于标记面积的积分成比例。随后，当要再生的层是信号面时，光点的直径约为1.22λ/NA。

相反，当导致串扰的层是串扰面并且串扰面和信号面之间的距离是d时，将点直径D表示为如下:

D＝2d tan(sin^-1(NA/n))...(8)

因此，令σ_s ²表示从信号面上的一个标记输出的信号功率。然后，可以将串扰面上的一个标记的串扰噪声表示为如下:

${\mathrm{\σ}}_n^2=K_{\mathrm{ct}}{\left(\frac{\mathrm{\λ}/\mathrm{NA}}{d\tan \left({\sin }^{-1}(\mathrm{NA}/n_0)\right)}\right)}^4{\mathrm{\σ}}_s^2\·\·\·\left(9\right)$

由于点中的标记的数量与点的面积成比例，因此如在下面的等式10中所示，(总串扰功率)/(信号功率)与点面积比率成比例:

${\mathrm{CT}}_{\mathrm{power}}=K_{\mathrm{ct}}{\left(\frac{\mathrm{\λ}/\mathrm{NA}}{d\tan \left({\sin }^{-1}(\mathrm{NA}/n_0)\right)}\right)}^2\·\·\·\left(10\right)$

图18示出当改变层间距离时来自邻近层的串扰的计算结果。横轴表示层间距离(厚度(μm))，并且纵轴表示串扰量(串扰(dB))。将串扰量(dB)定义为通过将“通过从具有邻近层的信号中减去不具有邻近层的信号所获得的信号功率”除以“不具有邻近层的信号的功率”所获得的值。

参数是405nm的波长和NA＝0.85。误差校正是(1，7)RLL，轨道间距Tp是0.32μm，并且1T是80nm。这些值与蓝光盘(Blu-rayDisc，注册商标)的值相同。层间的折射率是1.55。另外，实线表示当等式10中Kct＝0.1时的串扰。

随后，图19示出层间距离和抖动的计算的例子。横轴表示层间距离(厚度(μm))，并且纵轴表示抖动(抖动(％))。计算条件与图18中的计算条件相同。如从图19可以看出，当层间距离小于或等于5μm时，抖动特性迅速地劣化。结果，认为图18所示的串扰的最小值约为-27dB。

随后，研究层数增加的情况。如在图20中所示，令M表示总层数，并且M层的第N层表示要再生的层。令恒定值d表示层间距离，并且T表示强度反射率。首先，考虑到直到第N层的透射率、第N层的反射以及直到表面的透射率，信号振幅与下面的表达式成比例:

T^N-1(1-T)T^N-1...(11)

可以使用由下面的表达式12表示的值来计算来自再生层以外的层的总的串扰信号功率:

$\underset{m\≠0}{\mathrm{\Σ}}{\left(T^{N-1-m}(1-T)T^{N-1-m}\right)}^2{K}_{\mathrm{ct}}{\left(\frac{C}{\left|m\right|d}\right)}^2$

$C{=\frac{\mathrm{\λ}/\mathrm{NA}}{\tan \left({\sin }^{-1}(\mathrm{NA}/n_0)\right)}}^{\mathrm{}}\·\·\·\left(12\right)$

因此，将串扰表示为如下所示:

${\mathrm{CT}}_{\mathrm{power}}=\frac{K_{\mathrm{ct}}{C}^2}{d^2}\underset{m\≠0}{\mathrm{\Σ}}\frac{T^{-4m}}{{\left|m\right|}^2}\·\·\·\left(13\right)$

随后，接着参考图21说明当再生层位于介质的中间时进行的计算的例子。横轴表示层的数量，并且纵轴表示串扰的总和(串扰总和比)。将串扰信号功率表示为如下:

$\underset{m=1}{\overset{m=M/2}{\mathrm{\Σ}}}\frac{T^{-4m}}{m^2}+\underset{m=-M/2}{\overset{m=-1}{\mathrm{\Σ}}}\frac{T^{-4m}}{{\left|m\right|}^2}\·\·\·\left(14\right)$

结果，如果各层的反射率(1-T)小于或等于约2％，则随着再生层的层数M增加，表达式14变为约2π²/6。

另外，图22示出当再生层N改变时的T^N-1(1-T)T^N-1。在图22中，横轴表示层的数量。这里，如由下面的表达式15所示，随着(1-T)减少，改变变小。因此，可以减小多层结构的每层中的再生光束的量的改变。

T^2N(1-T)     ...(15)

另一方面，在表达式15的总和中，通过下面的表达式可以近似估计多层结构中的串扰:

$\mathrm{CT}\≈\frac{K_{\mathrm{ct}}{C}^2}{d^2}\frac{{2\mathrm{\π}}^2}{6}\·\·\·\left(16\right)$

根据上述结果，由于串扰的容许量为-27dB(-2×10^-3)并且Kct＝0.1，因此可以将层间距离设置为如下:

$d\≥12.8{\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{NA}\tan \left(\sin (\mathrm{NA}/n_0)\right)}}^{\mathrm{}}\·\·\·\left(17\right)$

接着说明记录介质的灵敏度。相关技术文献之一是X.Shiet.al.，Technical Digest of ISOM/ODS2005，MB-6，(2005)，Hawaii USA。

在本文献中，将记录灵敏度S定义为如下:

$S=\frac{\sqrt{\mathrm{\η}}}{I\·t\·L}(\mathrm{cm}/J)\·\·\·\left(18\right)$

其中，η是衍射效率(反射光束的强度/入射光束的强度)，t是照射时间(秒)，L是介质的厚度(cm)，并且I是光强度(W/cm²)。另外，将介质的记录灵敏度的例子描述为1(cm/J)。

根据灵敏度的定义，对于根据本发明的光学记录和再生设备，期望在灵敏度((折射率的变化)/(照射光量))方面，具有根据照射光强度而变化的折射率的盘介质满足下面的条件19:

S≥150(cm/J)...(19)

接着说明用于获得表达式19的条件的方法。

根据本发明，将衍射效率表示为如下:

$\mathrm{\η}\≈8.53\frac{{\left(\mathrm{\Δn}\right)}^2}{{\mathrm{NA}}^4}\·\·\·\left(20\right)$

可以如下估计在灵敏度测量中使用的反射全息图的衍射效率:

${\mathrm{\η}}_1={\tanh }^2\left(\frac{\mathrm{\π\ΔnL}}{\mathrm{\λ}}\right)\≈{\left(L\frac{\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}\mathrm{\Δn}\right)}^2\·\·\·\left(21\right)$

另外，根据本发明，如上所述，将有效全息图厚度W表示为如下:

$w=L=\frac{{4\mathrm{\λn}}_0}{{\mathrm{NA}}^2}\·\·\·\left(22\right)$

因此，根据上述等式21和22可以获得下面的等式23:

${\mathrm{\η}}_1={\left(\frac{{4\mathrm{\πn}}_0\mathrm{\Δn}}{{\mathrm{NA}}^2}\right)}^2\·\·\·\left(23\right)$

此外，令P(mW)表示入射光束的强度。由于将点的横截面积表示为(λ/NA)²，因此可以如下使用上述等式18来表示光强度I:

$I={10}^{-3}P\frac{{\mathrm{NA}}^2}{{\mathrm{\λ}}^2}(W/{\mathrm{cm}}^2)\·\·\·\left(24\right)$

因此，可以如下表示记录灵敏度S:

$S={10}^3\frac{{\mathrm{\λ}}^2}{{\mathrm{NA}}^2}\frac{\sqrt{{\mathrm{\η}}_1}}{P\·t\·L}(\mathrm{cm}/J)\·\·\·\left(25\right)$

然后，使用等式22、23和25可以获得下面的等式26:

$S={10}^3\frac{{\mathrm{\λ}}^2}{{\mathrm{NA}}^2}\frac{{4\mathrm{\πn}}_0\mathrm{\Δn}}{{\mathrm{NA}}^2}\frac{1}{P\·t}\frac{{\mathrm{NA}}^2}{{4\mathrm{\λn}}_0}={10}^3\frac{{\mathrm{\λ}}^2}{{\mathrm{NA}}^2}\frac{\mathrm{\π\Δn}}{\mathrm{\λP}\·t}\·\·\·\left(26\right)$

因此，可以将Δn表示为如下所示:

$\mathrm{\Δn}={10}^{-3}S\frac{{\mathrm{NA}}^2}{\mathrm{\π\λ}}P\·t\·\·\·\left(27\right)$

使用等式2和27，可以获得下面的等式28和29:

$\mathrm{\η}=8.53{({10}^{-3}S\frac{{\mathrm{NA}}^2}{\mathrm{\π\λ}}P\·t)}^2\frac{1}{{\mathrm{NA}}^4}=0.864\×{10}^{-6}{\left(\frac{S\·P\·t}{\mathrm{\λ}}\right)}^2\·\·\·\left(28\right)$

$S_{[\mathrm{cm}/J]}=1080\frac{{\mathrm{\λ}}_{\left[\mathrm{cm}\right]}}{P_{\left[\mathrm{mW}\right]}\·t_{\left[\sec \right]}}\sqrt{\mathrm{\η}}$

其中，

λ＝0.405×10-5(cm)，

P＝20(mW)，

t＝100(ns)，并且

η≥0.5％。         ...(29)

因此，可以将S表示为如下所示:

S≥155(cm/J)      ...(30)

Claims (14)

1.一种光学记录设备，用于使用驻波将信息记录在具有根据光束的强度而变化的折射率的记录介质上，其特征在于，所述光学记录设备包括:

光学头，用于使用物镜来发射通过将从光源发射的激光束分离成多个分离激光束所生成的两个分离激光束，使得两个激光束中的一个激光束在到达所述记录介质的反射面为止的焦点位置与另一激光束在从所述反射面返回之后的焦点位置相同；

其中，使用由所述光学头发射的、从而具有同一焦点位置的所述两个激光束，来将驻波以多层结构记录在所述记录介质内。

2.根据权利要求1所述的光学记录设备，其特征在于，所述光学头将分离激光束中的再一分离激光束聚焦在形成在所述记录介质的所述反射面上的引导槽或者标记上，从而进行所述物镜的聚焦和跟踪伺服。

3.根据权利要求1所述的光学记录设备，其特征在于，所述光学头通过控制反向跟踪所述另一激光束的光路的所述一个激光束的角度和焦点位置，来控制通过所述物镜的所述两个激光束的焦点位置。

4.根据权利要求1所述的光学记录设备，其特征在于，所述光学头使入射在光学记录介质上的激光束圆偏振。

5.根据权利要求1所述的光学记录设备，其特征在于，所述光学头包括调整机构，所述调整机构用于使从所述光源到所述记录介质内部的焦点位置的光路长度对于所述两个激光束是相同的。

6.根据权利要求1所述的光学记录设备，其特征在于，所述光学头以多层结构记录驻波的所述记录介质确定所述记录介质的邻近层之间的距离d，从而满足下面的表达式1:

$d\≥12.8\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{NA}\tan \left(\sin (\mathrm{NA}/n_0)\right)}...\left(1\right).$

7.根据权利要求1所述的光学记录设备，其特征在于，当所述光学头再生驻波信息时，所述记录介质的每层具有2％或更小的反射率。

8.根据权利要求1所述的光学记录设备，其特征在于，所述光学头以多层结构记录驻波的所述记录介质具有满足下面的表达式2的灵敏度S＝(折射率的变化)/(光照射量):

S≥150(cm/J)         ...(2)。

9.一种光学再生设备，用于从记录介质再生驻波信息，所述记录介质具有根据光束的强度而变化的折射率，并且在所述记录介质中使用驻波记录了信息，其特征在于:通过从光学头发射通过将从光源发射的激光束分离成多个分离激光束所生成的两个分离激光束，使得两个激光束中的一个激光束在到达所述记录介质的反射面为止的焦点位置与另一激光束在从所述反射面返回之后的焦点位置相同，来将驻波以多层结构记录在所述记录介质中，并且通过发射所述两个激光束中的任意一个激光束来从所述反射面读出由驻波形成的信息。

10.一种光学记录和再生设备，用于使用驻波将信息记录在具有根据光束的强度而变化的折射率的记录介质上以及从所述记录介质再生驻波信息，其特征在于，所述光学记录和再生设备包括:

光学头，用于使用物镜来发射通过将从光源发射的激光束分离成多个分离激光束所生成的两个分离激光束，使得两个激光束中的一个激光束在到达所述记录介质的反射面为止的焦点位置与另一激光束在从所述反射面返回之后的焦点位置相同；

其中，使用由所述光学头发射的、从而具有同一焦点位置的所述两个激光束，来将驻波以多层结构记录在所述记录介质内，并且其中，通过发射所述两个激光束中的任意一个激光束来读出从所述反射面输出的驻波的形式的信息。

11.一种光学记录方法，用于使用驻波将信息记录在具有根据光束的强度而变化的折射率的记录介质上，其特征在于:通过使用物镜来发射通过将从光源发射的激光束分离成多个分离激光束所生成的两个分离激光束，使得两个激光束中的一个激光束在到达所述记录介质的反射面为止的焦点位置与另一激光束在从所述反射面返回之后的焦点位置相同，来将驻波以多层结构记录在所述记录介质内。

12.一种光学记录和再生方法，用于使用驻波将信息记录在具有根据光束的强度而变化的折射率的记录介质上以及从所述记录介质再生驻波信息，其特征在于，所述光学记录和再生方法包括:

使用物镜来发射通过将从光源发射的激光束分离成多个分离激光束所生成的两个分离激光束，使得两个激光束中的一个激光束在到达所述记录介质的反射面为止的焦点位置与另一激光束在从所述反射面返回之后的焦点位置相同；

使用所发射的、从而具有同一焦点位置的所述两个激光束，来使用光学头将驻波以多层结构记录在所述记录介质中；以及

通过发射所述两个激光束中的任意一个激光束来读出从所述反射面输出的驻波的形式的信息。

13.一种光学再生设备，用于从记录介质再生驻波信息，所述记录介质具有根据光束的强度而变化的折射率，并且在所述记录介质中使用驻波记录了信息，其特征在于:通过从光学头发射通过将从光源发射的激光束分离成多个分离激光束所生成的两个分离激光束，使得两个激光束中的一个激光束在到达所述记录介质的反射面为止的焦点位置与另一激光束在从所述反射面返回之后的焦点位置相同，来将驻波以多层结构记录在所述记录介质中，并且通过发射所述两个激光束中的任意一个激光束来从所述反射面读出由驻波形成的信息。

14.一种记录介质，其具有根据光束的强度而变化的折射率，并且在所述记录介质中使用驻波记录了信息，其特征在于:通过从光学头发射通过将从光源发射的激光束分离成多个分离激光束所生成的两个分离激光束，使得两个激光束中的一个激光束在到达所述记录介质的反射面为止的焦点位置与另一激光束在从所述反射面返回之后的焦点位置相同，来将驻波以多层结构记录在所述记录介质中。

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