CN101432812A - 采用离子束技术的数字媒体制作方法以及采用离子束技术制作的数字媒体 - Google Patents

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Abstract

一种写入数据到光学媒体的方法，其特征在于，包括指令来自一离子源的离子束的间歇脉冲以一可控的形式射到一光学媒体上，以在该光学媒体表面产生表面特性，该表面特性代表数据。根据一个实施例，根据一个实施例，实现该方法的系统，包括一媒体接收部分，用于容置一光学媒体；一离子源，用于发射离子束到位于媒体接收部分上的光学媒体；以及一操控机构，用于指令该离子束以可控的方式射到该光学媒体上。该离子束以间歇式脉冲的形式撞击光学媒体，以在该光学媒体上产生表面特性。

Description

采用离子束技术的数字媒体制作方法以及采用离子束技术制作的数字媒体
技术领域
本发明涉及数字媒体，更具体地，涉及利用离子束技术制作数字媒体的方法以及由该方法形成的数字媒体。
背景技术
光学媒体现包括光盘(CD)、数字视频光盘(DVD)、激光视盘以及专用产品。光学媒体作为存储音乐、视频和数据的媒体，因其经久使用、寿命长以及成本低，已取得了巨大的成功。
一张CD典型地包括以光亮的聚碳酸酯塑料为材料的底层。在制作时，利用具有确定样式的凸起(或凹坑)的母盘，对聚碳酸酯进行注塑，从而形成在聚碳酸酯上以单一、连续、盘旋状轨道排列的细微凸起。然后，将一层薄的具有反射性的铝层溅射到该光盘以覆盖这些凸起。接下来在铝层上喷溅一薄的丙烯酸层，以起到对铝层的保护作用。最后将标签印制于丙烯酸层。图1显示了一种典型的数据或音频CD 100的截面示意图，该图特别描绘了聚碳酸酯层102、铝层104、丙烯酸层106、标签108以及代表存储于光盘100上数据的凹坑110以及坑间平台112。需要注意的是，“凹坑”110是相对于从铝层一侧而言，对于从激光读取一侧，则它们为凸起。构成数据轨道的这些延长的每个凸起宽0.5微米，长至少为0.83微米，高125纳米。一张标准CD的尺寸为厚约1.2毫米，直径为约4.5英寸。一张CD可存储约740MB的数据。
数据重放时，读取器的激光束穿过聚碳酸酯层，在铝层被反射，然后进入可侦测光变化的光电设备。凸起部分与坑间平台对光的反射不同，因此光电传感器可根据反射率侦测该变化。读取器中的电子组件可解析由该反射率反映的变化，以读取构成数据的比特信息。
存储于CD上的数据可以由一CD播放器获取，该播放器可将一激光器对准凹凸轨道扫描。激光束穿过聚碳酸酯层，在铝层被反射，然后进入可侦测光变化的光电设备。凸起部分与坑间平台对光的反射率不同，因此光电传感器可根据反射率侦测该变化。读取器中的电子组件可解析由该反射率反映的变化，以读取构成字节的比特信息。
DVD非常类似于CD，大致上以同样的方法制作和读取(多层DVD除外，将在下文叙述)。但一张标准的DVD可存储较CD多7倍的数据。
单面、单层的DVD可存储比CD多7倍的数据。这些增加的存储量很大一部分来自于DVD上更小的凹坑和轨道。表1显示了CD与DVD各项规格的比较。
                          表1
规格                    CD                       DVD
轨道间距                1600纳米                 740纳米
最小凹坑长度(单面DVD)   830纳米                 400纳米
最小凹坑长度(双面DVD)   830纳米                 440纳米
为进一步增加存储容量，一张DVD可多达4层，也即每面两层。读取光盘的激光可穿过第一层，并射入第二层。表2列出了不同形式DVD的容量。
                          表2
形式                    容量                 约可播放影片长度
单面单层                4.38GB               2小时
单面双层                7.95GB               4小时
双面单层                8.75GB               4.5小时
双面双层                15.9GB               大于8小时
一张DVD由多个塑料层组成，共厚约1.2毫米。图2显示了一种单面双层DVD200的横截面示意图。每层由聚碳酸酯依母盘注塑产生，如上文所述。该工艺形成的光盘200具有以单一、连续、和极其长的盘旋状数据轨道排列的细微凸起。一旦形成光亮的聚碳酸酯202、204，便在光碟上溅射一薄反射层并覆盖凸起。在内层后使用铝206，而外层使用半反射的金层208，以允许激光穿过外层射入内层。当所有这些层制作完成后，每层喷涂涂料后挤压为整体，并利用红外光源诊测。对于单面光盘，标签丝印于不可读取的一面上。而双面光盘仅能在中部圆孔附近的不可读区域进行印刷。如图中所示为不同类型的DVD成品的横截面示意图。
DVD播放器的功能于上文叙述的CD播放器类似。但是，在DVD播放器中，激光既可照射到距其最近层后的半反射材料，并且，在为双面光盘的情况下，还可穿过此层，照射到内层后的反射材料。激光束穿过聚碳酸酯层，到达该层后的反射层被反射，然后入射到可侦测光变化的光电设备。
这些技术均存在一个问题，即制作母盘成本高、耗时长。另一个问题是如果没有形成全然完美的母盘，所有利用该母盘制成的光盘将不能正常工作。此外，如图3A所示，母盘300上的凸起302必须具有倾斜面，以使聚碳酸酯可从母盘脱离。与90度的垂直角相比，这些倾斜面局限了凸起表面面积的尺寸，因此会降低光盘的读取性能。
再一个问题是，如图3B所示，母盘凸起302的边缘306需呈圆形，以利于母盘300与聚碳酸酯304相互分开。但是，这些呈圆形的边缘会在光盘数据重放时产生信号抖动量(jitter)，事实上，50％以上的信号抖动量是由呈圆形的边缘造成的。
CD和DVD也包括现今的可记录光盘类型。CD可记录光盘(CD-R)以及DVD可记录光盘(DVD±R)不带有突起和平坦区域(即凹坑或坑间平台)，而是如图4中可读取光盘400的横截面示意图所示，它们具有平坦的金属反射层402，该层设于光敏染料层404上，该染料层下面为聚碳酸酯层406，此外还有一底层408。当光盘为空盘时，光敏染料为半透明状，光可以穿过并由金属表面反射。写入激光器会使点区410变暗(类似传统CD或DVD的凸起)，从而形成不反射区域。这就是人们所知晓的“刻”盘。通过沿数据轨道有选择性地暗化特殊的点410，同时保留其他区域染料的半透明性质，可产生能够被标准CD或DVD播放器读取的数字形式。仅当染料仍为半透明时，播放器的激光束产生的光才能反射回传感器，这就好比传统的CD或DVD中，光仅能从平坦区域反射回传感器一样。
与CD-R和DVD-R光盘的基于染料的纪录层相比，CD-RW(可覆写CD)和DVD±RW(可覆写DVD)代之以利用由银、铟、锑、碲混合物形成的晶体化合物形成纪录层。当这些材料的组合被加热到一定温度然后冷却后，它会成为光透射晶体，但是当该组合物被加热到更高的温度然后冷却后，它会成为非晶质物，因此是不能透射光。因此，晶体区域可使反射层更好地反射光，而非晶体区域吸收激光束，因此是不可反射的。
为在记录层达到这些效果，光盘记录器使用三种不同的激光源：最强激光源，称为“写入源”，它在纪录层上产生非晶体(光吸收)状态；中等激光光源，也被称为“擦取源”，用于融化纪录层并转化为可透射的晶体状态；以及最弱激光源，也即“读取源”，它不改变纪录层的状态，因此可以用于读取数据。
在写入过程中，聚焦的“写入源”激光束有选择性地以融化温度(500-700℃)对可相变物质的区域进行加热，以使该区域内的所有原子在液态快速运动。然后，如果充分快地冷却，该任意的液态被“冻结”，即形成所谓的非晶质物状态。这种材料的非晶质状态是不透明的，此处可写入激光点区，并形成可被识别的CD或DVD表面。当一“擦取源”以低于融化但高于结晶化的温度对可相变层进行加热并持续足够时间时(至少长于最小结晶化时间)，原子回复为光透射的状态(例如：晶体状态)。被聚焦的激光束单次穿过即可完成写操作，有时这被称为“直接覆写”，此过程可以在每张光盘上重复几千次。
可记录光学媒体的一个问题是刻录过程需要花费较长时间，因此利用此种方法复制光盘效率很低。例如，以48X的正常读取速度刻录640RM的CD-R需花费超过两分钟的时间。而刻录一张单面单层的DVD±R需要花费14-16分钟的时间。这些时间还未包括其他步骤所需时间，例如打开驱动室、放入光盘、关闭驱动室、初始化驱动、在刻录后打开驱动室并取出光盘等所花费的时间。
可记录光学媒体伴随的另一个问题是写入激光产生带有圆状边缘的燃料斑点，如上述提及的那样，圆状边缘会产生信号抖动量。
因此，需要一种对光学媒体提高写入速度的方法。
还需要一种能够在反射和非反射的坑间平台和凹坑产生整齐边缘以更好控制反射激光的方法。
进一步需要一种写入媒体的方法，该方法可使其表面具有加强的边缘特性。
发明内容
为克服上述缺陷并提供理想的优点，写入数据到光学媒体的方法包括指令一从离子源发射的离子束间歇脉冲以可控的形式射到一光学媒体上，从而在该光学媒体上产生表面特性，该表面特性即代表数据。
根据一个实施例，本发明的实现该方法的系统，包括一媒体接收部分，用于容置一光学媒体；一离子源(例如离子枪)，用于发射离子束到位于媒体接收部分上的光学媒体；以及一操控机构，用于指令该离子束以可控的方式射到该光学媒体上。该离子束以间歇式脉冲的形式撞击光学媒体，以在该光学媒体上产生表面特性，这些表面特性代表数据。
该系统可将音频数据、视频数据、软件等快速地写入到光学媒体，例如，少于一分钟，甚至少于一秒钟。该系统可将数据写入到任何类型的光学媒体，包括可被消费者级别的CD和DVD播放器读取的光学媒体。适用的光学媒体包括任何商业上可用的媒体，包括CD、DVD、激光光盘、可记录光盘(例如：CD-R、CD-WR、DVD+R、DVD-R、DVD+RW、DVD-RW)，或其他任何类型数据依靠光读取的媒体。
如果该光学媒体为光盘，该样式优选地为大致呈盘旋状。根据一个实施例，该媒体包括一充分透明层以及一反射层，该离子脉冲破坏该反射层。根据另一个实施例，该媒体包括一充分透明层以及一反射层，该离子脉冲在充分透明层产生凹坑，该反射层在表面特性产生后被添加。根据再一个实施例，该媒体包括一反射层以及可以非破环状态充分透明的染料层，该离子脉冲在该染料层产生暗化部分。根据再一个实施例，在光学媒体的至少两层上产生该表面特性，例如，在双层DVD上。
通过控制功率和脉宽，该系统能够产生可被现有的光学媒体阅读器以及专有阅读器读取的表面特性。该表面特性可被制作成显著小于迄今为止任何利用于商业场合的媒体。这归功于由离子束技术提供的精微细节(例如，约5纳米)和锐利边缘。例如，这些沿数据轨道的表面特性颗具有小于约500纳米的长度、小于约200纳米的长度、小于约100纳米的长度以及小于约50纳米的长度。利用此种方法，存储在单个媒体中的数据量可大大增加，而仅局限于光学系统使用的波长，例如，对更精微的表面特性，可使用紫外，微波以及X射线光学系统。
该离子束可以可控的形式通过由操控线圈产生的磁场进行指令。在一个实施例中，通过控制离子源的栅压产生脉冲。在另一个实施例中，由离子束消隐(beam blanking)产生脉冲。
为了进一步克服前述缺陷以及提供理想的优点，一种光学媒体，包括一底层以及一反射层，其中该底层和反射层的至少一层具有代表数据的表面特性，该表面特性由如下方法形成：指令一从离子源发射的离子束脉冲以可控的形式射到该底层和反射层的至少一层，从而形成该表面特性。
如果该光学媒体为光盘，该样式优选地为大致呈盘旋状。根据一个实施例，该媒体包括一充分透明底层以及一反射层，该离子脉冲修改该反射层。根据另一个实施例，该媒体包括一底层以及一反射层，该离子脉冲在底层产生凹坑，该反射层在表面特性产生后被加强。根据再一个实施例，该媒体包括一反射层以及可以非破环状态充分透明的染料层，该离子脉冲在该染料层产生暗化部分(即表面特性)。根据再一个实施例，在光学媒体的至少两层上产生该表面特性，例如，在双层DVD上。
根据一个实施例，本发明的实现该方法的系统，包括一媒体接收部分，用于容置一光学媒体；一离子源(例如离子枪)，用于发射离子束到位于媒体接收部分上的光学媒体；以及一操控机构，用于指令该离子束以可控的方式射到该光学媒体上。该离子束以间歇式脉冲的形式撞击光学媒体，以在该光学媒体上产生表面特性，这些表面特性代表数据。
该系统可将音频数据、视频数据、软件等快速地写入到光学媒体，例如，少于一分钟，甚至少于一秒钟。该系统可将数据写入到任何类型的光学媒体，包括可被消费者级别的CD和DVD播放器读取的光学媒体。适用的光学媒体包括任何可商业上购买的媒体，包括CD、DVD、激光光盘、可记录光盘(例如：CD-R、CD-WR、DVD+R、DVD-R、DVD+RW、DVD-RW)，或其他任何类型数据依靠光读取的媒体。
通过控制功率和脉宽，该系统能够产生可被现有的光学媒体阅读器以及专有阅读器读取的表面特性。该表面特性可被制作成显著小于迄今为止任何利用于商业场合的媒体。这归功于由离子束技术提供的精微细节(例如，约5纳米)和锐利边缘。例如，这些沿数据轨道的表面特性颗具有小于约500纳米的长度、小于约200纳米的长度、小于约100纳米的长度以及小于约50纳米的长度。利用此种方法，存储在单个媒体中的数据量可大大增加，而仅局限于光学系统使用的波长，例如，对更精微的表面特性，可使用紫外，微波以及X射线光学系统。
该离子束可以可控的形式通过由操控线圈产生的磁场进行指令。在一个实施例中，通过控制离子源的栅压产生脉冲。在另一个实施例中，由光束间隔产生脉冲。
本发明的其他特征和优点，将通过以下的详细描述，并结合可表明本发明原理的附图，被清晰地显示。
附图说明
为更充分理解本发明以及优选的实施方式的性质和优点，将会在以下的详细描述中采用与附图中相对应的标记。
图1是一种CD的不依比例绘制的部分截面示意图；
图2是一种单面双层DVD的不依比例绘制的部分截面示意图；
图3A是母盘以及聚碳酸酯层的不依比例绘制的部分截面示意图；
图3B是图3A中沿3B-3B线切割的不依比例绘制的部分截面示意图；
图4是一种可记录媒体的不依比例绘制的部分截面示意图；
图5是根据一个实施例，将数据写入一光学媒体的系统的系统示意图；
图6是根据一个描述的实施例，将数据写入一标准CD或一单面或双面的单层(每面)DVD的方法流程图；
图7是根据一个描述的实施例，将数据写入一标准CD或一单面或双面的单层(每面)DVD的方法流程图；
图8是根据一个描述的实施例，将数据写入一单面双层(每面)DVD的方法流程图；
图9是根据一个描述的实施例，将数据写入一可记录光盘、例如商业可用的可记录CD或DVD的方法流程图；
图10是由一离子束产生的表面特性的侧视图；
图11A-B是一光学媒体的另一个实施例的不依比例绘制的部分截面示意图。
具体实施方式
下文中的描述为实现本发明的目前所预期的最佳实施方式。该描述的目的是为了说明本发明的一般性原理，而并非局限本发明要求保护的概念范围。
如图5所示为根据一个实施例，将数据写入到一光学媒体的系统500，该系统500包括一媒体接收部分502，用于容置一目标光学媒体504，一离子源506，例如离子枪，用于以可控的方式发射离子束508到光学媒体504上，例如以盘旋同心圈方式、以直线方式等。一控制器512控制系统各部分的运行。使离子束508间歇性地撞击光学媒体504，从而在光学媒体504上产生表面特性。特别地，离子束508可使其撞击的材料移位或扁平化，从而产生凹坑。这种工艺一般被称为磨削(milling)、刻蚀(etching)或溅射(sputtering)。沿数据轨道得到的凹坑和坑间平台代表了数据。至少该媒体接收部分502应当被置于真空度保持在1×10-3托(Torr)或更低的真空室514中。需要注意离子枪506的发射部分也应置于真空室514内。
此处描述的系统可非常快速地将数据(例如音频数据、视频数据、软件等)写入到光学媒体，例如，少于一分钟，甚至少于一秒钟。该系统可将数据写入到任何类型的光学媒体，包括可被消费者级别的CD和DVD播放器读取的光学媒体。适用的光学媒体包括任何可商业上购买的媒体，包括CD、DVD、激光光盘、可记录光盘(例如：CD-R、CD-WR、DVD+R、DVD-R、DVD+RW、DVD-RW)，或其他任何类型数据依靠光读取的媒体。当然，此处公开的技术其适用范围还将延伸到当前正在研究或尚未发现的光学媒体的未来类型。
本发明的系统可配置一正离子源或负离子源。用于轰击的离子种类为Ar+、O2+、Ga+、Cs+、Li+、Na+、K+、Rb+等。
一个优选的实施例使用了聚焦离子束(Focused Ion Beam，FIB)系统。FIB系统从一离子源中获取带电粒子，并通过电磁/静电透镜将它们聚焦为离子束，然后利用偏转盘或扫描线圈扫描目标物的微小区域。FIB系统通过选择由离子束与目标物相互作用产生的二次电子发射，产生高分辨成像。样本的高区域(峰)可比低区域(谷)产生更多的二次电子，由此可形成对照。
在一个优选的实施例中，FIB系统使用从场致发射液态金属离子(field emission liquidmetal ion，FE-LMI)源中发射的离子。在运行时，原始的镓离子(Ga+)束撞击到样本表面，溅射一小部分材料，被移位的材料表面带有二次离子(i+或i-)或中性原子(n0)。该原始离子束也产生二次电子(e-)。随着离子束对样本表面的栅扫描，溅射离子或二次电子被收集并成像。
在低初始束电流下，非常少的材料被溅射；现代的FIB系统可达到5nm的分辨成像。在高初始电压下，很大一部分材料可通过溅射被去除，从而允许在亚微米级别对样本进行磨削。发明人在商用媒体上的测试结果为40nm的分辨成像。
样本的溅射率受许多因素和物性影响，包括离子束电流、样本密度、样本的原子质量以及外来离子质量。一个优选的离子种类为Ga+。
另外，可以使用气辅助蚀刻工艺(gas-assisted etching)。在样本被溅射时，如在其表面引入气体，溅射效果将会因气体与样本之间的化学反应而增强。例如，通过在磨削过程中引入活性气体，离子束切割深度的纵横比例将会显著改变，因此可实现在不影响上层金属化的情况下到达下层的金属化基线(metallization line)。这可以减少再沉积，并且可提高磨削效率。两种典型的气体为碘和二氟化氙。
如果样本不导电，则可利用一低能量的淹没式电子枪以提供电荷中和。利用此种方式，利用正极性原始离子束带来的正极性二次离子成像，可使甚至高度绝缘的样本成像，可在样本不具有导电涂层(例如，扫描电子显微镜，SEM需要用到导电涂层)的情况下进行磨削。.该特性非常有利于将表面特性直接写入一光学媒体的聚合层。
适用的离子枪包括ILG-2、IGPS-2、E/IMG-16、E/IGPS-16，可从Kimball Physics购得(地址：311 Kimball Hill Road，New Hampshire 03086-9742，美国)。其他的合适的离子枪为IOG型液态金属镓离子枪，可以从Ionoptika有限公司购得(地址：EpsilonHouse，Chilworth Science Park，Southampton，Hampshire SO16 7NS，英国)。本领域的普通技术人员容易认识到，其他制造商生产的电子枪也适用于本系统，包括具有更大或更小聚焦尺寸的类型。
操控机构可利用栅扫描技术(rastering technology)将离子束沿数据路径射向光学媒体。一种优选的操控机构包括由控制器控制的操控线圈或偏转盘。操控线圈为铜线绕组，可产生影响离子束方向的磁场。线圈中其中一组产生的磁场在X轴向上偏移离子束，另一组产生的磁场在Y方向上偏移离子束。偏转盘同样包括两对(X和Y)，它们设置于离子枪的离子束出射端附近。对这些偏转盘施加电势后可在垂直于离子束运行方向的平面上产生偏转力。通过控制线圈和偏转盘的电压，离子束可射向媒体的任何部位。因为栅扫描可以非常快地进行，因此光学媒体可以在不到一秒时间内形成所有的数据轨道。
栅扫描形式可由利用标准X-Y栅格的电脑产生，该删格代表光学媒体上的各个点。该删格具有充分的密度，以允许将所有必要的点写入到该媒体。然后，操控机构指令离子束射到与删格中数据点相对应的媒体的各个点，并在这些点上发射脉冲。此类型系统的简单的栅扫描控制器与阴极射线管(CRT)中所用的控制器类似。
可选地，栅扫描形式可以沿一数据轨道设置，例如盘旋形。可对操控线圈以使粒子束沿数据轨道运动的方式施加能量，此时离子束沿数据轨道在选定的点发出脉冲。例如，在此类型的系统中，操控线圈在X和Y轴向上产生的场可大致呈正弦曲线状，随着离子束沿媒体的盘旋形数据轨道从内部圆周到外围圆周运动，该曲线的幅角逐渐增加。
如上文所述，表面特性可由离子束脉冲产生。对于大多数离子枪而言，包括KimballPhysics生产的类型，当离子枪运行时，离子束可以关闭和打开。该方式可根据特定的离子枪设计而实现。通常一个特定的离子枪具有数种粒子脉冲方式。
脉冲为在一个很快的周期内停止和开始离子流。一般通过快速地将栅极电压降低到截止电压停止离子束，可得到该脉冲。该栅格提供对离子束的第一控制并一般用来关闭离子束。对一离子枪而言，如果删极电压足够抵消阴极，它会首先从阴极的外围，然后以更高的电压(抵消力更强)从整个阴极表面抑制离子的发射。完全关闭射向目标物的离子流所需的最低电压被称作栅极截止电压。栅极电压可由管理电源供应的控制器控制。因此，在大多数离子枪中，当离子枪仍在运行时，可通过将栅极电压设为截止电压，从而关闭离子束。
栅极电压可由多种不同的方法控制，其中一种为电容控制。很多离子枪可配备一电容容纳设备(可以是一分立的脉冲接线盒或接线筒，也可以是带盒的电缆)，用于接收从外部脉冲产生器(可从离子枪厂商购得)产生的信号。该栅极供应电源以及外来脉冲输出均被施加并在栅孔产生电压。离子束脉冲的一般形式为带有不同宽度(由定时开、关产生)和不同重复率的方波。电容性脉冲可提供最快的升/降时间以及最大程度缩短不同方法的脉冲长度。但是，电容不允许长时间的脉冲或直交流(DC)转换。如果在离子枪上具有单独的栅极接点，则这种电容性脉冲方案可以添加到大多数现有的离子枪系统中去而不需要对它们进行改装。
一个典型的脉冲长度为约20-100纳秒，该长度由如下方法确定：从离子束开启时起到达到完全束宽50％所花时间，并可能包括一些瞬变时间。离子束到达其完全值15％以及降低到完全值的90％测量的升/降时间典型地为约10纳秒。缩短该升/降时间将会增加瞬变。脉冲效果也取决于使用者提供的脉冲产生器的性能。
并不是所有离子枪都设计为可产生脉冲。例如，一些离子枪具有阳极栅极，以获得更多离子，因此这些离子枪通常不带有栅极截至，除非提供双栅极。对于一些高电流的离子枪而言，其光学设计和阴极的位置不允许栅极带有截至，因此，必须利用另外一种选择手段，称为消隐(blanking)，以取代脉冲方法来中断离子束。
离子束消隐将离子束偏移到离子枪管侧边，以在不关闭离子束的情况下中断离子流射向目标物。离子枪中消隐装置盘所用电压由供应电源上的电位计控制。可利用消隐响应TTL输入，重复地进行开、关动作从而产生最终的离子束电流脉冲。离子束截止所需的消隐电压取决于离子枪结构和离子束能量，该电压可由制造商出厂的离子枪配备的参考资料容易地确定。
如上所述，系统500可将数据写入商用的媒体、可记录媒体和专用媒体。首先，将讨论系统500是如何将数据写入到商用媒体例如CD和DVD上的。
图6描述了一种将数据写入一标准CD或一单面或双面的单层(每面)DVD的方法600。在操作步骤602，目标盘通过人工或自动系统被置入媒体接收部分。该媒体接受部分最好可固定地容置目标盘以避免移动。
如上所述，CD和DVD典型地包括一光亮的聚碳酸酯塑料底层，一溅射于聚碳酸酯层上的薄的反射铝层以及一喷涂到该铝层以起到保护作用的薄的保护层(例如丙烯酸涂层、漆涂层等)。在方法600中，置于系统中的目标盘包括聚碳酸酯层、一反射层以及一丙烯酸底层。丙烯酸底层面向离子枪。在操作步骤604，选取用于添加到光盘的数据，并下载入控制器。在操作步骤606，在控制器控制下，指令离子枪发出的离子束射到光盘上，并在光盘上产生表面特性。离子束以可控的形式产生间歇脉冲，以沿数据轨道产生表面特性，这些表面特性即代表数据轨道中的数据。获得的数据轨道为从光盘的内径开始的盘旋状样式。对离子束电压进行设定，使离子束可穿过底层并在反射层上产生可光学辨识的特性，阅读器将仅能从该反射层上为破坏的部分侦测到反射，由此，沿数据轨道产生表面特性。对于CD而言，数据点宽约0.5微米(500纳米)，最小长约0.83微米(830纳米)。轨道间隔约为6微米(6000纳米)。对DVD而言，构成数据轨道的破坏部分每个宽约320纳米，最小长约400纳米，轨道间隔约为740纳米。
在操作步骤608，光盘从系统中分离。在操作步骤610，利用本领域熟知的印刷设备，将标签印制于贴于丙烯酸层上，或者将标签作为粘结层粘于丙烯酸层。利用该方式，光盘的破坏区域被覆盖，并且对终端用户是不可见的。标签贴附于光盘的一面最好是不反射的，以避免在重放时反射读取器的激光。还应注意可在贴附标签之前，可选地添加一保护层。
图7描述了将数据写入一CD或一单面或双面的单层(每面)DVD的方法700。在该方法中，置于媒体接收部分的光盘包括一充分透明的聚碳酸酯层，如操作步骤720所示。在操作步骤704，选取用于添加到光盘的数据，并下载入控制器。在操作步骤706，在控制器控制下，指令离子枪发出的离子束间歇脉冲射到聚碳酸酯层上，以在光盘上产生表面特性。表面特性即代表数据轨道中的数据。设定离子束电源，使离子束在聚碳酸酯层产生凹坑。对于CD，形成的凹坑深约125纳米；对于DVD，形成的凹坑深约120纳米。
然后，离子束以可控的方式再次产生脉冲以沿数据轨道产生表面特性。对于CD，凹坑宽约0.5微米(500纳米)，最小长约0.83微米(830纳米)。轨道间隔约为6微米(6000纳米)。对DVD，每个凹坑宽约320纳米，最小长约400纳米，轨道间隔约为740纳米。
在操作步骤708，在光盘上喷涂一反射层。在操作步骤710，光盘从系统中分离。在操作步骤712，利用本领域熟知的印刷设备将标签印制于丙烯酸层上，或作为粘贴层贴合于丙烯酸层。
图8描述了将数据写入一单面双层(每面)DVD的方法800。在该方法中，一具有一半透明层的第一充分透明聚碳酸酯层被置于媒体接收部分中，参考操作步骤802。这为可读取外层，其中半透明层面向离子枪。在操作步骤804，选取用于添加到光盘的可读取外层的数据，并下载入控制器。在操作步骤806，在控制器的控制下，指令离子枪发出的离子束间歇脉冲射到半透明层上，以在光盘上产生表面特性。表面特性即代表作为外层数据轨道的可读的数据轨道数据。在操作步骤808，一具有一反射底层的第二聚碳酸酯层与该半透明层相贴合。该反射底层面向离子枪。在步骤810，选取用于添加到光盘的可读取内层的数据，并下载入控制器。在步骤812，在控制器的控制下，指令离子枪发出的离子束间歇脉冲射到反射层上，以在光盘上产生表面特性。表面特性即代表作为内层数据轨道的可读的数据轨道数据。然后是其他附加步骤，例如添加丙烯酸底层以及添加标签。
方法800的优点在于光盘不移动，并且离子枪不移动。因此可读内层和外层每次都固有地整齐排列。
该过程可重复进行，以产生另外两个可与第一以及第二聚碳酸酯层相结合的数据层，从而产生双面双层DVD。甚至可以利用改过程制作每面具有两层以上可读层的媒体，例如：每面具有3、4、5或6层。
类似地，在方法700中，透明层被离子束修改，本领域的普通技术人员容易理解，该方法可也适用于制作多层光学媒体。此种情况下，可读外层的透明层首先被写入，然后在该层上溅射一半透明层。一第二透明层(可读内层)与该半透明层相结合，然后在该层上写入数据。随后一反射层被溅射到第二透明层上，该反射层上可增加标签或其他附加层。
图9描述了将数据写入一可记录光盘、例如商业可用的可记录CD或DVD的方法900。在该方法中，光盘包括一充分透明层，一染料层以及一反射层，并置于媒体接收部分中，其中反射层面向离子枪，如操作步骤902所示。在步骤904，选取用于添加到光盘的数据，并下载入控制器。在操作步骤906，在控制器控制下，指令离子枪发出的离子束间歇脉冲射到光盘上以破坏染料层中的染料。被破坏的染料暗化，由此产生代表数据轨道中数据的表面特性。对离子束的电源进行设定，使其最好能够穿过反射层并破坏染料，但不明显破坏在下面的透明层。再次地，该离子束以可控的形式产生脉冲并沿数据轨道形成表面特性。在操作步骤908，光盘从系统分离。在操作步骤910，利用本领域熟知的印刷设备，将标签印制于贴于丙烯酸层上，或者将标签作为粘结层粘于丙烯酸层。作为一种方案，染料层在未被破坏状态为充分不透明，离子脉冲在染料层产生充分透明部分。
该方法也可用于写入数据到可覆写光盘，例如DVD-RW以及DVD±RW。在这种情况下，对离子束的电源进行设定，以高于融化温度(500-700℃)对可相变物质的区域进行加热，以使该区域内的所有原子在液态快速运动。然后，如果充分快地冷却，该任意的液态被“冻结”，即形成所谓的非晶质物状态。这种材料的非晶质状态是不透明的，从而产生“凹坑”的等同物，此处可写入数据点，并形成可被识别的CD或DVD表面。
本领域的普通技术人员应当意识到上述各方法多个操作步骤可以相互组合以产生写入数据到媒体上的另外的方法，该另外的方法应当在本发明的保护范围内。本领域的普通技术人员还应当意识到，这些方法还适合于用以写入除光盘状媒体之外的其他类型媒体的软件指令。
该表面特性可被制作成显著小于迄今为止任何利用于商业场合的媒体。这归功于由离子束技术提供的精微细节(例如，约5纳米)和锐利边缘。例如，这些沿数据轨道的表面特性颗具有小于约500纳米的长度、小于约200纳米的长度、小于约100纳米的长度以及小于约50纳米的长度。利用此种方法，存储在单个媒体中的数据量可大大增加，而仅局限于光学系统使用的波长。对于具有比DVD更加精细的表面特性的光盘，需要使用可读取比DVD更加精细特征的读取器。对更精微的表面特性，可使用诸如紫外，微波以及X射线等光学系统。
还应当注意到，本发明产生的表面特性具有近乎完美的直边。图10显示了一媒体1000的表面，该表面上具有被一离子束形成的表面特性1002。通过图10中的媒体1000与图3B的比较，可以看出离子束产生的表面特性1002具有非常直的边缘和尖锐角。已发现由此形成的媒体相比已知的光学媒体具有少得多的信号抖动量。
在本发明的另一实施例中，可利用电子束在表面产生具有不同反射率的“凹坑和坑间平台”，该表面具有可影响光反射率的纳米特性(nanofeature)。纳米特性的形状和数量决定表面的反射率(如果大于零)。因此不需要一单独的反射层。本领域的普通技术人员应当能够意识到该纳米特性的形状和尺寸可以变化，并可由实验选择合适的形状以及尺寸。
图11A显示了一示例性的媒体层1100，它具有一被纳米特性覆盖的数据区域。该纳米特性可使媒体层1100在初始时为充分非反射状态。或者通过冲压、成型等工艺，使该纳米特性1102在一可反射的表面上产生。为将数据写入媒体，离子束融化或扁平化该纳米特性1102，从而在表面1104产生或破坏反射区域1106，如图11B所示。由此产生“凹坑和坑间平台”，当激光读取媒体时，“凹坑和坑间平台”可通过测量反射率的变化被读取。
尽管以上描述了多种实施例，但容易理解它们仅用于作为示例说明本发明，而不用于限制本发明的范围。因此优选的实施方式的范围不应局限于上述任一个示范性实施例，而仅应由后附的权利要求以及其等同范围所确定。

Claims (100)

1、一种写入数据到光学媒体的方法，其特征在于，包括：
指令来自一离子源的离子束的间歇脉冲以一可控的形式射到一光学媒体上，以在该光学媒体上产生表面特性，该表面特性代表数据。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光学媒体为光盘。
3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述形式具有大致呈盘旋的形状。
4、如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述光学媒体可以被一消费者级别的光盘(CD)播放器读取。
5、如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述光学媒体可以被一消费者级别的数字视频光盘(DVD)播放器读取。
6、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光学媒体可被一读取器读取，该读取器能够读取与一消费者级别的数字视频光盘(DVD)相比更精细的表面特性。
7、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述媒体为可商业购买的光盘。
8、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述媒体为可商业购买的数字视频光盘。
9、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述媒体为可商业购买的可写光盘。
10、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述媒体为可商业购买的可写数字视频光盘。
11、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述媒体为可商业购买的可写光学媒体。
12、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述媒体包括一充分透明层以及一反射层，所述离子脉冲破坏该反射层。
13、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述媒体包括一充分透明层以及一反射层，所述离子脉冲在该充分透明层产生凹坑，当所述表面特性产生后，添加该反射层。
14、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述媒体包括一反射层以及一在非破坏状态为充分透明的染料层，所述离子脉冲在该染料层产生暗化部分。
15、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述表面特性沿一数据轨道具有小于约500纳米的长度。
16、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述表面特性沿一数据轨道具有小于约200纳米的长度。
17、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述表面特性沿一数据轨道具有小于约100纳米的长度。
18、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述数据媒体的至少两层上产生所述表面特性。
19、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述离子束以磁场可控形式接受指令。
20、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脉冲由控制所述离子源的栅极电压产生。
21、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脉冲由离子束消隐产生。
22、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据在小于约一分钟时间内被写入所述光学媒体。
23、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据在小于约一秒钟时间内被写入所述光学媒体。
24、一种写入数据到光学媒体的方法，其特征在于，包括：
指令来自一离子源的离子束的间歇脉冲以一盘旋状的形式射到一圆盘状的光学媒体上，以在该光学媒体上产生表面特性，该表面特性代表数据。
25、如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述光学媒体可以被一消费者级别的光盘(CD)播放器读取。
26、如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述光学媒体可以被一消费者级别的数字视频光盘(DVD)播放器读取。
27、如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述光学媒体可被一读取器读取，该读取器能够读取与一消费者级别的数字视频光盘(DVD)相比更精细的表面特性。
28、如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述媒体为可商业购买的光盘。
29、如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述媒体为可商业购买的数字视频光盘。
30、如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述媒体为可商业购买的可写光盘。
31、如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述媒体为可商业购买的可写数字视频光盘。
32、如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述媒体为可商业购买的可写光学媒体。
33、如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述媒体包括一充分透明层以及一反射层，所述离子脉冲破坏该反射层。
34、如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述媒体包括一充分透明层以及一反射层，所述离子脉冲在该充分透明层产生凹坑，当所述表面特性产生后，添加该反射层。
35、如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述媒体包括一反射层以及一在非破坏状态为充分透明的染料层，所述离子脉冲在该染料层产生暗化部分。
36、如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述表面特性沿一数据轨道具有小于约500纳米的长度。
37、如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述表面特性沿一数据轨道具有小于约200纳米的长度。
38、如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述表面特性沿一数据轨道具有小于约100纳米的长度。
39、如权利要求24所述的方法，其特征在于，在所述数据媒体的至少两层上产生所述表面特性。
40、如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述离子束以磁场可控形式接受指令。
41、如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述脉冲由控制所述离子源的栅极电压产生。
42、如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述脉冲由离子束消隐产生。
43、如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述数据在小于约一分钟时间内被写入所述光学媒体。
44、如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述数据在小于约一秒钟时间内被写入所述光学媒体。
45、一种写入数据到光学媒体的系统，其特征在于，包括：
一媒体接收部分，用于容置一光学媒体；
一离子源，用于发射离子束到位于媒体接收部分上的光学媒体；以及
一操控机构，用于指令该离子束以可控的方式射到该光学媒体上，其中该离子束以间歇式脉冲的形式撞击光学媒体，以在该光学媒体上产生表面特性，该表面特性代表数据。
46、如权利要求45所述的系统，其特征在于，所述光学媒体为光盘。
47、如权利要求46所述的系统，其特征在于，所述形式具有大致呈盘旋的形状。
48、如权利要求46所述的系统，其特征在于，所述光学媒体可以被一消费者级别的光盘(CD)播放器读取。
49、如权利要求46所述的系统，其特征在于，所述光学媒体可以被一消费者级别的数字视频光盘(DVD)播放器读取。
50、如权利要求45所述的系统，其特征在于，所述光学媒体可被一读取器读取，该读取器能够读取与一消费者级别的数字视频光盘(DVD)相比更精细的表面特性。
51、如权利要求45所述的系统，其特征在于，所述媒体为可商业购买的光盘。
52、如权利要求45所述的系统，其特征在于，所述媒体为可商业购买的可写光盘。
53、如权利要求45所述的系统，其特征在于，所述媒体为可商业购买的可写数字视频光盘。
54、如权利要求45所述的系统，其特征在于，所述媒体为可商业购买的可写光学媒体。
55、如权利要求45所述的系统，其特征在于，所述媒体包括一充分透明层以及一反射层，所述离子脉冲破坏该反射层。
56、如权利要求45所述的系统，其特征在于，所述媒体包括一充分透明层以及一反射层，所述离子脉冲在该充分透明层产生凹坑，当所述表面特性产生后，添加该反射层。
57、如权利要求45所述的系统，其特征在于，所述媒体包括一反射层以及一在非破坏状态为充分透明的染料层，所述离子脉冲在该染料层产生暗化部分。
58、如权利要求45所述的系统，其特征在于，所述表面特性沿一数据轨道具有小于约500纳米的长度。
59、如权利要求45所述的系统，其特征在于，所述表面特性沿一数据轨道具有小于约200纳米的长度。
60、如权利要求45所述的系统，其特征在于，所述表面特性沿一数据轨道具有小于约100纳米的长度。
61、如权利要求45所述的系统，其特征在于，在所述数据媒体的至少两层上产生所述表面特性。
62、如权利要求45所述的系统，其特征在于，所述操控机构包括产生磁场的操控线圈。
63、如权利要求45所述的系统，其特征在于，所述脉冲由控制所述离子源的栅极电压产生。
64、如权利要求45所述的系统，其特征在于，所述脉冲由离子束消隐产生。
65、如权利要求45所述的系统，其特征在于，所述数据在小于约一分钟时间内被写入所述光学媒体。
66、如权利要求45所述的系统，其特征在于，所述数据在小于约一秒钟时间内被写入所述光学媒体。
67、一种写入数据到光学媒体的系统，其特征在于，包括：
一媒体接收部分，用于容置一圆盘状的光学媒体；
一离子源，用于发射离子束到位于媒体接收部分上的光学媒体；以及
一操控机构，用于指令该离子束以可控的方式射到该光学媒体上，其中该离子束以间歇式脉冲的形式撞击光学媒体，以在该光学媒体上产生表面特性，该表面特性代表数据。
68、一种光学媒体，包括：
一底层；以及
一反射层，
其中该底层和该表面层的至少一层具有代表数据的表面特性，该表面特性由指令一来自离子源的离子束脉冲以一可控的形式射到该底层和反射层的至少一层而产生。
69、如权利要求68所述的光学媒体，其特征在于，所述光学媒体为光盘。
70、如权利要求69所述的光学媒体，其特征在于，所述形式具有大致呈盘旋的形状。
71、如权利要求69所述的光学媒体，其特征在于，所述光学媒体可以被一消费者级别的光盘(CD)播放器读取。
72、如权利要求69所述的光学媒体，其特征在于，所述光学媒体可以被一消费者级别的数字视频光盘(DVD)播放器读取。
73、如权利要求68所述的光学媒体，其特征在于，所述光学媒体可被一读取器读取，该读取器能够读取与一消费者级别的数字视频光盘(DVD)相比更精细的表面特性。
74、如权利要求68所述的光学媒体，其特征在于，所述媒体为可商业购买的光盘。
75、如权利要求68所述的光学媒体，其特征在于，所述媒体为可商业购买的数字视频光盘。
76、如权利要求68所述的光学媒体，其特征在于，所述媒体为可商业购买的可写光盘。
77、如权利要求68所述的光学媒体，其特征在于，所述媒体为可商业购买的可写数字视频光盘。
78、如权利要求68所述的光学媒体，其特征在于，所述媒体为可商业购买的可写光学媒体。
79、如权利要求68所述的光学媒体，其特征在于，所述离子脉冲修改所述底层。
80、如权利要求68所述的光学媒体，其特征在于，所述离子脉冲修改所述反射层。
81、如权利要求68所述的光学媒体，其特征在于，所述离子脉冲在所述底层产生凹坑，当所述表面特征产生后，添加所述反射层。
82、如权利要求68所述的光学媒体，其特征在于，所述底层为一在非破坏状态为充分透明的染料层，所述离子脉冲在该染料层产生暗化部分。
83、如权利要求68所述的光学媒体，其特征在于，所述底层为一在非破坏状态为充分不透明的染料层，所述离子脉冲在该染料层产生充分透明部分。
84、如权利要求68所述的光学媒体，其特征在于，进一步包括多个底层和多个反射层。
85、如权利要求84所述的光学媒体，其特征在于，所述多个底层和多个反射层位于所述光学媒体的同一可读面。
86、如权利要求84所述的光学媒体，其特征在于，所述多个底层位于所述光学媒体的不同面，所述多个反射层位于所述光学媒体的不同面。
87、如权利要求68所述的光学媒体，其特征在于，所述表面特性沿一数据轨道具有小于约500纳米的长度。
88、如权利要求68所述的光学媒体，其特征在于，所述表面特性沿一数据轨道具有小于约200纳米的长度。
89、如权利要求68所述的光学媒体，其特征在于，所述表面特性沿一数据轨道具有小于约100纳米的长度。
90、如权利要求68所述的光学媒体，其特征在于，在所述数据媒体的至少两层上产生所述表面特性。
91、如权利要求68所述的光学媒体，其特征在于，所述数据在小于约一分钟时间内被写入所述光学媒体。
92、如权利要求68所述的光学媒体，其特征在于，所述数据在小于约一秒钟时间内被写入所述光学媒体。
93、如权利要求68所述的光学媒体，其特征在于，所述数据包括音频数据。
94、如权利要求68所述的光学媒体，其特征在于，所述数据包括视频数据。
95、如权利要求68所述的光学媒体，其特征在于，所述数据包括软件。
96、一种光学媒体，其特征在于，包括：
一圆盘状底层；以及
一圆盘状反射层，
其中该底层和该表面层的至少一层具有代表数据的表面特性，该表面特性由指令来自一离子源的离子束脉冲以一可控的形式射到该底层和反射层的至少一层而产生。
97、一种光学媒体，其特征在于，包括：
一在非破坏状态为充分透明的染料层；以及
一反射层，
其中通过指令来自一离子源的离子束脉冲以一可控的形式射到该染料层上，以在该染料层产生暗化部分。
98、一种光学媒体，其特征在于，包括：
一在非破坏状态为充分不透明的染料层；以及
一反射层，其中通过指令来自一离子源的离子束脉冲以一可控的形式射到该染料层上，以在该染料层产生充分透明部分。
99、一种光学媒体，其特征在于，包括：
一表面，该表面具有可反射的第一部分以及带有纳米特性的第二部分，该纳米特性影响入射光的反射率，该表面上的该第一部分和第二部分代表数据。
100、如权利要求99所述的光学媒体，其特征在于，所述表面的所述第一部分和第二部分由一离子束限定。
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