CN102024473A - 近场光记录装置、方法以及介质 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种用于近场光记录的装置(1)、方法以及记录介质(13)。该装置包括生成读取光束(3)的光源(2)，该读取光束(3)照射近场光记录介质(13)。该装置进一步包括从自所述近场光记录介质(13)返回的光束(14)中生成间隙误差信号(GES)的检测器(25)。由信号处理器(27)从检测器(25)的输出信号(OS)中导出数据信号(HF)。

Description

近场光记录装置、方法以及介质
技术领域
本发明涉及一种用于近场(near field)光记录的方法和装置。本发明进一步涉及一种适用于近场光记录方法和装置的近场光记录介质。
背景技术
光数据存储一般受读写系统的光分辨率限制。提高光分辨率的简单方法包括以透镜复杂性为代价，使用较短的波长和较大的数值孔径NA。进一步的措施是使光存储介质的可容许倾斜余量(margin)变窄或将扫描激光的波长缩短到蓝光或近UV(紫外线)范围。光数据存储系统中缩小焦斑大小的不同措施是使用具有高数值孔径NA(NA＞1)的近场光学器件。这种高数值孔径一般借助于固体浸没透镜(solid immersion lens，SIL)来实现。虽然像CD(激光唱盘)、DVD(数字多功能盘)或BD(蓝光盘)那样的传统系统按经典光学描述的光远场方式(regime)操作，但上述的新系统按近场光学描述的光近场方式工作。对于传统系统，光存储介质的表面与通常是物镜的读写头的第一光表面之间的工作距离，即，气隙具有100μm(微米)的尺度。可是，利用近场光学器件的系统需要具有50nm(纳米)或更小尺度的极小工作距离或气隙。小气隙是保证隐失波(evanescent wave)可以耦合到光存储介质中所必需的。为了控制读写头与光存储介质之间的距离，生成所谓的间隙误差信号(gap error signal，GES)。这种控制方法利用了以下事实：由固体浸没透镜中的内全反射所致的反射光量至少在用于近场存储的尺寸范围内与气隙的大小成比例的事实。利用近场光学器件和间隙误差信号的光存储系统公开在US 2009/0168633中。类似的系统也公开在如下文献中：F.Zijp等人的“利用固体浸没透镜、传统致动器、以及耐用气隙伺服器的高密近场光记录”(F.Zijp et al.：“High-Density Near-Field Optical Recording With a Solid ImmersionLens，Conventional Actuator，and a Robust Air Gap Servo”，IEEE Trans.Mag.Vol.41(2005)，pp.1042-1046)；以及C.A.Verschuren等人的“在受聚合物覆盖层保护的盘上利用固体浸没透镜的近场记录”(C.A.Verschuren et al.：“Near-Field Recording With a Solid Immersion Lens on Polymer Cover-layer ProtectedDiscs”，Jap.J.Appl.Phys.Vol.45(2006)，pp.1325-1331)。
发明内容
本发明的目的是提出一种用于从近场光记录介质中进行读取的简化解决方案、以及适用于这种简化解决方案的光记录介质。
按照本发明的第一方面，一种用于从近场光记录介质中进行读取的装置包括用于生成读取光束的光源、和从自所述近场光记录介质返回的光束中生成间隙误差信号的检测器。所述装置包括用于从所述检测器的输出信号中导出数据信号的信号处理器。
类似地，按照本发明的进一步方面，一种用于从近场光记录介质中进行读取的方法包括步骤：
-生成读取光束；
-利用所述读取光束照射所述近场光记录介质；
-利用检测器从自所述近场光记录介质返回的光束中检测间隙误差信号；以及
-从所述检测器的输出信号中导出数据信号。
本发明提出了使用在任何情况下生成的用于聚焦控制的间隙误差信号来检测所述近场光记录介质上的数据点(pit)，即，导出数据信号。在用于利用读取光束照射所述近场光记录介质的固体浸没透镜的底部上全反射的光量取决于这个透镜与所述近场光记录介质的表面之间的距离。如果所述数据点接近固体浸没透镜，本应全反射的一部分光耦合到所述数据点，并且继续传播到所述近场光记录介质。因此，损失了一部分能量。因此数据点和平台(间隙)的序列导致与数据信号相对应的间隙误差信号的HF(高频)调制。这种HF调制是利用信号处理器从所述检测器的输出信号中导出的。只需对装置稍作修改即可达到这个目的。同时，可以省略专用于获取数据信号的光路。
最好，所述信号处理器是高通滤波器。由于数据信号是间隙误差信号的高频调制，所以可以通过所述高通滤波器容易地从所述间隙误差信号中导出。为了从所述检测器的输出信号中导出所述间隙误差信号，配备附加低通滤波器是有利的。这允许使用间隙误差信号用于聚焦控制。
有益的是，所述记录光束是环形光束。所述数据点引起的调制的确主要影响在所述固体浸没透镜的底部上全反射的那部分读取光束。这个反射部分形成环形锥。因此，环形读取光束进一步改善了信号调制。另外，环形光束允许生成比完整光束小的焦斑，这样就能够进一步扩大数据容量。环形或焦圈形光束的生成描述在例如以下文献中：H.Kawauch等人的“利用分段半波片同时生成线性和径向偏振的螺旋形束”(H.Kawauch et al.：“Simultaneousgeneration of helical beams with linear and radial polarization by use of asegmented half-wave plate”，Opt.Lett.Vol.33(2008)，pp.399-401)；以及S.Quabis等人的“高质量径向偏振焦圈形模式的形成”(S.Quabis et al.：“Generation of a radially polarized doughout mode of high quality”，Appl.Phys.BVol.81(2005)，pp.597-600)。
最好，所述读取光束的内径ri是ri＝f/nsil，以及所述读取光束的外径ro是ro＝f*NA，其中f是包括物镜和固体浸没透镜的读取透镜系统的焦距，NA是所述读取透镜系统的数值孔径，以及nsil是所述固体浸没透镜的折射率。如果这些条件得到满足，由数据点和近场的隐失耦合引起的调制就达到最大。
按照本发明的更进一步方面，提供了带有数据点的近场光记录介质，所述数据点由所述光记录介质的表面的凸点或凹点形成。有益的是，所述数据点具有在10nm与30nm之间的高度或深度。当将所述数据点排列在所述光记录介质的表面上时，它们导致所述间隙误差信号的调制。所提出的高度或深度足以造成所述间隙误差信号的可靠地可检测的调制。同时，低的高度或浅的深度简化了所述近场光记录介质的制造。
有利的是，所述数据点具有特别大的宽度，最好大于0.5λ/NA，其中λ是用于读出的波长和NA是用于读出的数值孔径。例如，对于405nm的读取波长和1.5的数值孔径，数据点的宽度大于270nm。这样，所述数据点覆盖读取光斑的大部分，这改善了隐失波与数据点的耦合。另外，特别宽的数据点进一步有助于所述近场光记录介质的制造。
有益的是，所述近场光记录介质不包括反射涂层。基于隐失波耦合的检测机制允许使用没有任何反射涂层的近场光记录介质。简单的模压塑料基底就足够了。显然，这减少了所述近场光记录介质的制造步骤的数量，因此降低了制造成本。
附图说明
为了更好地理解本发明，现在将在如下的描述中参照附图对本发明作更详细说明。不言而喻，本发明不局限于这个示范性实施例，也可以在不偏离如所附权利要求书限定的本发明范围的条件下便利地组合和/或修改规定的特征。在附图中：
图1示出了处在近场光记录介质的间隙上的固体浸没透镜；
图2描绘了处在近场光记录介质的数据点上的固体浸没透镜；
图3示出了间隙误差信号与间隙大小的相关性；
图4例示了聚焦读取光束相对于数据点的直径；
图5描绘了处在近场光记录介质中形成凹点的数据点上的固体浸没透镜；
图6例示了用于从近场光记录介质中进行读取的已知装置；以及
图7描绘了根据本发明的用于从近场光记录介质中进行读取的装置。
具体实施方式
图1示出了处在近场光记录介质13的间隙130上的固体浸没透镜12b。固体浸没透镜12b和物镜12a形成读取系统12，该读取系统12将读取光束3导引到近场光记录介质13的表面。读取光束3的一部分14在固体浸没透镜12b的底部上全反射。这部分14通过环形锥来描绘。总反射量取决于固体浸没透镜12b与光记录介质13的表面之间的距离。
图2描绘了处在近场光记录介质13的数据点131上的固体浸没透镜12b。如果数据点131充分接近固体浸没透镜12b，在固体浸没透镜12b的底部上全反射的读取光束3的一部分能量耦合到数据点131，且继续传播到近场光记录介质13。因此，反射量减少了。
如F.Zijp等人在文献“利用固体浸没透镜、传统致动器以及耐用气隙伺服器的高密近场光记录”(F Zijp et al.，“High-Density Near-Field OpticalRecording With a Solid Immersion Lens，Conventional Actuator，and a Robust AirGap Servo”，IEEE Trans.Mag.Vol.41(2005)，pp.1042-1046)中确定的间隙误差信号GES与间隙大小的典型相关性描绘在图3中。可以看出，间隙误差信号呈现与到近场光记录介质13的表面的距离的极强相关性。按照本发明，这种相关性用于从间隙误差信号GES中导出数据信号HF。为此，提出了由带有模压数据点131的塑料基底组成的光记录介质13。不必有反射涂层。但是，最好涂上特殊硬涂层，以提高光记录介质13的耐用性。10nm到30nm的数据点高度足以造成间隙误差信号的足够强调制。数据点宽度大于传统ROM(只读存储器)光记录介质的数据点宽度是有利的。在标准ROM光记录介质中，从数据点和平台反射的光之间的相消干扰用于检测。这里的机制不同。将隐失波与光记录介质的耦合的强距离相关性用于减弱反射信号。因此，数据点应该尽可能宽，以覆盖整个光斑。在传统ROM光记录介质中，数据点宽度通常小于0.4*λ/NA，其中λ是读取光束的波长和NA是物镜的数值孔径。对于所提出的光记录介质，数据点最好比0.5*λ/NA宽。在图4中示意性地描绘了这种情况，其中外圆代表直径为0.66*λ/NA的读取光束3的衍射极限聚焦，中圆代表宽度为0.66*λ/NA和长度为0.4*λ/NA的数据点131，以及内(虚线)圆代表宽度为0.4*λ/NA的传统数据点。将已知推挽信号用于跟踪是有利的。当然，如果将数据点压在材料中，即，如果数据点是凹点，则数据信号的调制与之相反。在这种情况下，当固体浸没透镜处在数据点上时，间隙误差信号较大。在图5中示意性地描绘了这种情况。
在图6中例示了用于从近场光记录介质中进行读取的装置1。这种装置可从C.A.Verschuren等人的“在受聚合物覆盖层保护的盘上利用固体浸没透镜的近场记录”(C.A.Verschuren et al.：“Near-Field Recording With a SolidImmersion Lens on Polymer Cover-layer Protected Discs”，Jap.J.Appl.Phys.Vol.45(2006)，pp.1325-1331)中了解到。激光二极管2发出的读取光束3被准直透镜4准直。非偏振光束分光器5将读取光束3的一小部分6经由第一物镜7导引到用于测量激光二极管2的输出功率的正向检测器8。读取光束3的主要部分穿过偏振光束分光器9和四分之一波片10，四分之一波片10将读取光束3的偏振转化成圆偏振(circular polarization)。然后，读取光束3穿过用于聚焦调整的望远镜11，望远镜11由两个透镜11a、11b组成。由第二物镜12a和固体浸没透镜12b组成的近场透镜12最终将读取光束3导引到光记录介质13的表面。在与光记录介质13相互作用之后，返回读取光束14穿过四分之一波片10，四分之一波片10将返回读取光束14的偏振转化成线偏振。因此，大多数返回读取光束14被偏振光束分光器9改向到检测支路。该检测支路包括半波片15和另一偏振光束分光器16，该偏振光束分光器16将返回读取光束14分成由第三物镜18导引到用于跟踪控制的检测器19的第一部分17、和由第四物镜21导引到用于数据检测的检测器22的第二部分20。由于全反射使偏振的方向旋转了一点点，所以返回读取光束14的一小部分23穿过偏振光束分光器9，并且被非偏振光束分光器5和第五物镜24导引到用于生成间隙误差信号的检测器25。
根据本发明的用于从近场光记录介质13中进行读取的装置1描绘在图7中。除了用于生成间隙误差信号的检测器25的输出信号OS被分到存在低通滤波器26的低频路径(例如，＜50kHz(千赫))和存在高通滤波器27的高频路径(例如，＞1MHz)之外，该装置1与已知的装置类似。高频路径用于数据信号HF的检测，而低频路径用于基于滤波后间隙误差信号GES的聚焦控制。对于数据检测，不再需要图6的HF检测器22以及将返回读取光束14的一部分引向这个检测器22的相关光学部件15、16、21。
如前所解释的，由数据点引起的调制的确主要影响了在固体浸没透镜的底部全反射的那部分读取光束。环形读取光束进一步改善了信号调制。优选地，读取光束的内径ri是ri＝f/nsil，以及读取光束的外径ro是ro＝f*NA，其中f是透镜系统的焦距，NA是透镜系统(包括固体浸没透镜)的数值孔径，以及nsil是固体浸没透镜的折射率。如果这些条件得到满足，则由数据点和近场的隐失耦合引起的调制达到最大。此外，已知在某些条件下，环形光束具有比完整光束小的焦斑。这个事实可以用于进一步扩大数据容量。

Claims (15)

1.一种用于从近场光记录介质(13)中进行读取的装置(1)，包括用于生成读取光束(3)的光源(2)和用于从自所述近场光记录介质(13)返回的光束(14)中生成间隙误差信号(GES)的检测器(25)，其特征在于，所述装置(1)包括用于从所述检测器(25)的输出信号(OS)中导出数据信号(HF)的信号处理器(27)。
2.按照权利要求1所述的装置(1)，其中，所述信号处理器(27)是高通滤波器。
3.按照权利要求1或2所述的装置(1)，进一步包括用于从所述检测器(25)的输出信号(OS)中导出间隙误差信号(GES)的低通滤波器(26)。
4.按照前面权利要求之一所述的装置，其中，所述读取光束(3)是环形光束。
5.按照权利要求4所述的装置，其中，所述读取光束(3)的内径ri是ri＝f/nsil，以及所述读取光束(3)的外径ro是ro＝f*NA，其中f是包括物镜(12a)和固体浸没透镜(12b)的读取透镜系统(12)的焦距，NA是所述读取透镜系统(12)的数值孔径，以及nsil是所述固体浸没透镜(12b)的折射率。
6.一种用于从近场光记录介质(13)中进行读取的方法，包括步骤：
-生成读取光束(3)；
-利用所述读取光束(3)照射所述近场光记录介质(13)；
-利用检测器(25)从自所述近场光记录介质(13)返回的光束(14)中检测间隙误差信号(GES)；以及
-从所述检测器(25)的输出信号(OS)中导出数据信号(HF)。
7.按照权利要求6所述的方法，其中，从所述检测器(25)的输出信号(OS)中导出数据信号(HF)的步骤包括高通滤波所述输出信号(OS)。
8.按照权利要求6或7所述的方法，进一步包括步骤：通过低通滤波从所述检测器(25)的输出信号(OS)中导出间隙误差信号(GES)。
9.按照权利要求6到8之一所述的方法，其中，生成读取光束(3)的步骤包括生成环形光束。
10.按照权利要求9所述的方法，其中，所述读取光束(3)的内径ri是ri＝f/nsil，以及所述读取光束(3)的外径ro是ro＝f*NA，其中f是包括物镜(12a)和固体浸没透镜(12b)的读取透镜系统(12)的焦距，NA是所述读取透镜系统(12)的数值孔径，以及nsil是所述固体浸没透镜(12b)的折射率。
11.一种包括数据点(131)的近场光记录介质(13)，其特征在于，所述数据点(131)是所述光记录介质(13)的表面的凸点或凹点。
12.按照权利要求11所述的近场光记录介质(13)，其中，所述数据点(131)具有在10nm与30nm之间的高度或深度。
13.按照权利要求11或12所述的近场光记录介质(13)，其中，所述数据点(131)的宽度大于0.5λ/NA，其中λ是读出所需的波长和NA是读出所需的数值孔径。
14.按照权利要求13所述的近场光记录介质(13)，其中，所述数据点(131)的宽度大于270nm。
15.按照权利要求11到14之一所述的近场光记录介质(13)，其中所述近场光记录介质(13.)不包括反射涂层。
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C06 Publication
PB01 Publication
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20110420