CN102637439B - 一种适用于三维双光子荧光存储的光路系统 - Google Patents

一种适用于三维双光子荧光存储的光路系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于三维双光子荧光存储的光路系统，包括激光器、伺服信号检测模块、数据信号检测模块、准直透镜、衍射光学元件、分光光学元件、二向色片和物镜，所述衍射光学元件用于将经准直的激光转换成发往存储材料反射层的0阶激光和发往存储材料数据层的1阶激光，所述分光光学元件用于透射来自所述衍射光学元件的激光和反射来自存储材料反射层的激光，所述二向色片用于透射激光和反射荧光，所述伺服信号检测模块设置在所述分光光学元件对来自存储材料反射层的激光进行反射的反射路径上，所述数据信号检测模块设置在所述二向色片对存储材料数据层激发的荧光进行反射的反射路径上。本发明结构简单、紧凑，且光能损失较小。

Description

一种适用于三维双光子荧光存储的光路系统
技术领域
本发明涉及光信息存储技术领域，特别是涉及一种适用于三维双光子荧光存储的光路系统。
背景技术
随着互联网的广泛普及和深入发展，各种信息的计算量和存储量呈指数级的增长。光信息存储作为信息存储的一种重要手段，为了扩大容量，一直在不断地进行技术革新。近年来发展的三维双光子荧光存储技术，体存储密度可达到                                                ，而且双光子存储记录点较小，同时也增加了面存储密度，能够大大增加光盘的存储层数和面容量，极大增加数据存储容量，且具有光存储技术的数据保存时间长、安全稳定等优点，因而具有广阔的应用前景。
目前的光盘存储系统均采用两个激光器，一个用于伺服控制，另一个用于读写数据。现有的一种应用于三维双光子荧光存储系统的数据读写方案如图1所示。该系统包含荧光读写模块和伺服控制模块。激光器1发出波长为800nm的读写激光，经过准直扩束后，透过选层透镜17，经过一系列的分光棱镜6、9、11后，被物镜18聚焦在存储材料的选定层，使存储材料发生双光子吸收写入数据。存储材料经激光扫描发出荧光，荧光被分光棱镜11反射后，由光电倍增管12吸收获得数据信号。激光器7发出波长为532nm的伺服激光，进入分光棱镜6，与读写激光耦合到同一光轴上，经过分光棱镜9、11后，被物镜18聚焦到盘片反射层。反射回来的伺服激光经过分光棱镜9、11组成的特殊棱镜，最终被光电检测器10接收，产生聚焦和循迹误差信号。
上述光路系统采用两个不同波长的激光器，需要分别控制，系统复杂；并且采用多个分光棱镜、四分之一波片等元件，结构繁琐，光能损失较大。  
发明内容
本发明的主要目的就是针对现有技术的不足，提供一种适用于三维双光子荧光存储的光路系统，仅使用一个激光器便能实现伺服光路和读写光路，且光路简单，光能损失较小。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种适用于三维双光子荧光存储的光路系统，包括激光器、伺服信号检测模块、数据信号检测模块以及由所述激光器往存储材料的路径上依次布置的准直透镜、衍射光学元件、分光光学元件、二向色片和物镜，所述衍射光学元件用于将经准直的激光转换成发往存储材料反射层的0阶激光和发往存储材料数据层的1阶激光，所述分光光学元件用于透射来自所述衍射光学元件的激光和反射来自存储材料反射层的激光，所述二向色片用于透射激光和反射荧光，所述伺服信号检测模块设置在所述分光光学元件对来自存储材料反射层的激光进行反射的反射路径上，所述数据信号检测模块设置在所述二向色片对存储材料数据层激发的荧光进行反射的反射路径上。
优选地，所述激光器为飞秒激光器。
优选地，所述飞秒激光器发出激光的波长为1044nm。
优选地，所述分光光学元件为分光棱镜。
优选地，所述伺服信号检测模块包括光电检测器，所述数据信号检测模块包括光电倍增管。
优选地，所述伺服信号检测模块还包括设置在所述分光光学元件和所述光电检测器之间的柱面镜，和/或所述数据信号检测模块还包括设置在所述二向色片和所述光电倍增管之间的球面镜。
优选地，所述伺服信号检测模块还包括设置在所述光电检测器和所述柱面镜之间的针孔。
优选地，所述数据信号检测模块还包括设置在所述光电倍增管和所述球面镜之间的针孔。
优选地，所述衍射光学元件厚度为700nm。
优选地，所述衍射光学元件为产生18%的0阶激光和63%的1阶激光的光学元件。
本发明有益的技术效果在于：
本发明的光路系统通过衍射光学元件（DOE）将激光器发出的激光转换成0阶和1阶两束光，分别作为伺服光和读写光，并通过设置一个二向色片和一个分光光学元件来实现对激发的荧光和伺服激光的读取，因此只需要采用一个激光器和一个分光光学元件便能实现系统伺服和数据读写，从而本发明相对于以往的光存储系统结构更为简单、紧凑，且光能损失较小。
附图说明
图1是一种现有三维双光子荧光存储数据读写系统原理示意图；
图2是本发明一个实施例的三维双光子荧光存储光路系统示意图；
图中标号与部件对应如下：201.激光器，202.准直透镜，203.衍射光学元件（DOE），204.分光光学元件，205.二向色片，206.物镜，207.存储材料，208.柱面镜，209.针孔，210.光电检测器（PD），211.球面镜，212.针孔，213.光电倍增管（PMT）。
具体实施方式
以下通过实施例结合附图对本发明进行进一步的详细说明。
请参阅图2，在一个实施例里，一种适用于三维双光子荧光存储的光路系统包含包括激光器201、伺服信号检测模块、数据信号检测模块以及由所述激光器201往存储材料207如光盘盘片的路径上依次布置的准直透镜202、衍射光学元件203、分光光学元件204、二向色片205和物镜206。所述衍射光学元件203用于将经准直透镜202准直的激光转换成发往存储材料反射层的0阶激光和发往存储材料数据层的1阶激光，所述分光光学元件204用于透射来自所述衍射光学元件203的激光和反射来自存储材料反射层的激光，所述二向色片205能够透射长波长的激光而反射短波长的荧光。所述伺服信号检测模块设置在所述分光光学元件204对来自存储材料反射层的激光进行反射的反射路径上，所述数据信号检测模块设置在所述二向色片205对存储材料数据层激发的荧光进行反射的反射路径上。
根据本发明的实施例，激光器201发出的激光经过准直透镜202准直后，通过衍射光学元件（DOE）203产生0阶光和1阶光。0阶光仍为平行光，1阶光有一定出射角，可以通过衍射光学元件（DOE）203的参数来控制角度。0阶光作为伺服光束，1阶光作为读写光束。两束光通过分光光学元件204、二向色片205后，由物镜206分别会聚到盘片反射层和数据层。0阶光被盘片反射后，通过物镜206、二向色片205，被分光光学元件204反射到伺服信号检测模块，产生聚焦和循迹误差信号。写数据时，1阶光会聚到盘片数据层，在数据层上记录下数据信息。读取数据时，数据点由1阶光激发出的荧光通过物镜206，被二向色片205反射到数据信号检测模块，产生数据信号。其中，二向色片透射长波长的激光，反射短波长的荧光。通过控制物镜移动可以调整伺服光路，通过控制衍射光学元件DOE和物镜移动，可以调整读写光路。
所述激光器优选为飞秒激光器。在一个实施例里，所述飞秒激光器发出激光的波长为1044nm。飞秒激光器输出功率可调节。二向色片可透射1044nm的长波，反射560nm的短波。
在一个实施例里，所述衍射光学元件（DOE）厚度为700nm。较优地，飞秒激光器发出的激光通过衍射光学元件产生18%的0阶激光和63%的1阶激光。
在一个实施例里，所述分光光学元件为分光棱镜。
在一个实施例里，所述伺服信号检测模块包括光电检测器（PD）210，所述数据信号检测模块包括光电倍增管（PMT）213。
在优选的实施例里，所述伺服信号检测模块还包括设置在所述分光光学元件204和所述光电检测器210之间的柱面镜208。更优选地，在所述光电检测器210和所述柱面镜208之间设置有针孔209。
由此，在优选的实施例里提供如下所述的伺服光路。飞秒激光器201发出1044nm的激光，经过准直透镜202后变为平行光。通过衍射光学元件203后，0阶光仍然为平行光。经过分光棱镜204后，被二向色片205透射，由物镜206汇聚到盘片207的反射层。光线反射后，经过物镜206、二向色片205后，由分光棱镜204反射，再被柱面镜208汇聚到光电检测器210上，从而产生聚焦和循迹误差信号。针孔209可以过滤杂光，减少干扰。
在优选的实施例里，所述数据信号检测模块还包括设置在所述二向色片205和所述光电倍增管213之间的球面镜211。更优选地，在所述光电倍增管213和所述球面镜211之间设置有针孔212。
由此，在优选的实施例里提供如下所述的读写光路。数据写入时，飞秒激光器201发出较大功率激光，波长为1044nm。经过准直透镜202后变为平行光。通过衍射光学元件203后，1阶光有一定出射角。通过分光棱镜204、二向色片205后，由物镜206汇聚到盘片207的数据层，存储材料发生双光子光致变色反应，从而记录数据。数据读取时，飞秒激光器201发出较小功率激光，光线通过同样的光路到达数据层。数据点被激发出波长为560nm的荧光，荧光通过物镜206后，被二向色片205反射，由球面镜211汇聚到光电倍增管213上，从而获得数据信号。针孔212可以滤掉数据相邻区域发出的荧光，减少层间串扰。
在一个实施例里，物镜可采用焦距3.07mm的非球面镜。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种适用于三维双光子荧光存储的光路系统，其特征在于,包括激光器、伺服信号检测模块、数据信号检测模块以及由所述激光器往存储材料的路径上依次布置的准直透镜、衍射光学元件、分光光学元件、二向色片和物镜，所述衍射光学元件用于将经准直的激光转换成发往存储材料反射层的0阶激光和发往存储材料数据层的1阶激光，所述0阶激光作为伺服光束，用于从存储材料反射层产生聚焦和循迹误差信号，所述1阶激光作为读写光束，用于从所述存储材料数据层读取或在所述存储材料数据层记录数据信息，所述分光光学元件用于透射来自所述衍射光学元件的激光和反射来自存储材料反射层的激光，所述二向色片用于透射激光和反射荧光，所述伺服信号检测模块设置在所述分光光学元件对来自存储材料反射层的激光进行反射的反射路径上，所述数据信号检测模块设置在所述二向色片对存储材料数据层激发的荧光进行反射的反射路径上。
2.如权利要求1所述的光路系统，其特征在于,所述激光器为飞秒激光器。
3.如权利要求2所述的光路系统，其特征在于,所述飞秒激光器发出激光的波长为1044nm。
4.如权利要求1所述的光路系统，其特征在于,所述分光光学元件为分光棱镜。
5.如权利要求1至4任一项所述的光路系统，其特征在于,所述伺服信号检测模块包括光电检测器，所述数据信号检测模块包括光电倍增管。
6.如权利要求5所述的光路系统，其特征在于,所述伺服信号检测模块还包括设置在所述分光光学元件和所述光电检测器之间的柱面镜，和/或所述数据信号检测模块还包括设置在所述二向色片和所述光电倍增管之间的球面镜。
7.如权利要求6所述的光路系统，其特征在于,所述伺服信号检测模块还包括设置在所述光电检测器和所述柱面镜之间的针孔。
8.如权利要求6所述的光路系统，其特征在于,所述数据信号检测模块还包括设置在所述光电倍增管和所述球面镜之间的针孔。
9.如权利要求1至4任一项所述的光路系统，其特征在于,所述衍射光学元件厚度为700nm。
10.如权利要求1至4任一项所述的光路系统，其特征在于,所述衍射光学元件为产生18％的0阶激光和63％的1阶激光的光学元件。
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