CN1038963C - 利用读光束读取信息平面的方法及其装置和光记录载体 - Google Patents

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Abstract

当扫描一个具有受限衍射扫描点(S)的光记录载体时，辐射光点中心部分的光强大于周围部分的光强，由于利用在记录载体(1)中与非线性光学层(22)相结合的扫描点(S)内的能量分布，有效扫描点(S′)的尺寸能够大大地减小，以致在读取和写入期间增加分辨率。

Description

利用读光束读取信息平面的方法及其装置和光记录载体
本发明涉及一种借助于在信息平面上聚焦成扫描光点的扫描光束进行光扫描信息平面的方法，所说的扫描光点与信息平面载体作相对运动，以使扫描光点对信息平面进行扫描。本发明也涉及适用本方法的记录载体，用来制造这种记录载体的原版记录载体以及光扫描装置。
光学扫描显微镜可以用这种方法来观察物体，但是，这种方法特别适用于扫描具有音频或视频节目或数字数据的光记录载体。
记录载体的信息平面可以是用光可读信息记录的平面，也可以是要写入信息的平面。前一种情况，扫描光束是读取光束，后一种情况：扫描光束是由要写入的信息调制过的写入光束。记录载体可以是园盘形记录载体，也可以是带状记录载体。
现在，这种记录载体以及相关联的读取装置都已广泛地应用，此外：盘形记录载体的坚固性、大的存储容量也都是致使光记录系统成功的重要因素。直径为12厘米的光盘，即众所周知的名为“致密光盘”或“CD”唱盘，可以包含一小时的数字音乐节目，而30厘米直径的较大的光盘，即所谓“激光视盘”，则可以容纳一小时的视频节目。
然而，愈来愈需要在记录载体上记录更大量的信息。如果维持目前这种容易加工的光盘的直径不变，这就意味着像在“CD”唱盘、激光视盘和光盘上进行数字数据存储的凹痕信息区或者是磁一光盘上可写入和可抹除的磁畴信息区就必须更小。当前的技术具备写入如此之小的信息区的可能性，然而读取如此之小的信息区则是个问题。
目前的读取装置中使用数值孔径NA大约为0.45的物镜，而使用半导体二极管激光器，如辐射波长大约为800nm的AlGaAs激光器作为辐射源，这种激光辐射能被读出物镜聚焦成一个受限于衍射的辐射光点，其半功率宽度大约为1微米，半功率宽度的意思是强度为辐射光点中心的最大强度一半的两点之间的距离。用这样的扫描光点可以很好地独立读取宽约为0.5微米，平均长度约为1微米的信息区。
在读取数据时，使用了靠近信息区的读取光束的衍射，在所述的波长值、数值孔径和信息区的尺寸下，可以把信息结构认为是一个两维衍射光栅，它把入射辐射光束分成为一个非衍射零次分光束、多个一次衍射分光束和多个高次衍射分光束。零次分光束具有恒定的相位和幅度，而且不受信息结构相对于扫描光点运动的影响，而一次衍射分光束的相位或幅度则取决于信息结构的运动。
物镜设置在记录载体和辐射敏感检测器之间，它是用以把来自记录载体的零次分光束和一部分一次分光束会聚在检测器上。当信息结构和扫描光点相对运动时，一次分光束的相位相对于零次分光束的相位而变化，一次分光束部分对零次分光束的干涉就使由检测器接收到的辐射光强度发生变化。这个强度变化表示被读取的信息，即在扫描方向上信息区系列。
一次分光束和高次分光束被衍射的角度取决于信息结构的局部周期，即第一个信息区的始端和下一个信息区始端之间的距离。在减小周期或增大空间频率的情况下，衍射角度就变大，直到(在给定的空间频率称为“普通”截止频率时)一次分光束完全落到物镜光孔外面为止，因此，空间频率超过这个截止频率的信息区就不能再被检测到。
为了能在所述的超过“普通”截止频率的空间频率下读取信息结构，美国专利4,242,579号建议在来自记录载体的零次分光束中不对称地设置一个物镜，在该专利中称为监测物镜。因为监测物镜按一次分光束之一的衍射方向偏移，这个分光束也在较高的空间频率下被收集到。那么在检测平面上该光束就与零次分光束的一部分相干涉而产生相干图形。检测器检测这个图形的变化，它表示被读到的信息，而检测器在扫描方向上的宽度小于相干图形的周期。在美国专利4,242,579号的装置中，光学元件的对中要求严格，特别是读取反射信息结构和这个信息结构上有透明保护层时更是如此。实际上用这种装置可以把截止频率提高到普通截止频率的1.5倍左右。
本发明的目的是提供一种在比普通截止频率高得多的空间频率下读取光信息结构的可能性，而对该读取装置基本上很少或者没有什么特别要求。
按照本发明的读取方法，其特征是一种利用在信息平面上被聚焦成读光点的读光束对该信息平面进行光读取的方法，该读光点与该信息平面的载体作相对运动以使该读光点扫描该信息平面，由辐射敏感的检测器捕捉来自信息平面的读光束，将被信息平面所调制的读光束转换成电信息信号，其特征在于：主要受限于衍射的辐射光点具有周围部分和中心部分，该中心部分的光强大于该周围部分的光强；非线性光学材料层与所述信息平面相邻且扫描光点穿过该层射入，并具有随扫描光点的入射辐射强度呈函数而变化的特性，以在扫描光点内进行空间鉴频从而使扫描光点明显地小于原扫描光点。
受限于衍射的辐射光点的意思是该扫描光点的大小是在形成这个光点的透镜孔径之下的衍射来决定。这样的光点有所谓的爱里(Airy)分布，就是说它包括一个中心圆形部分，其强度从中心向边沿减小，还包括多个环绕的圆环，其强度较小，而且，沿着向外的方向强度减小。本发明特别利用了这样的事实，即只有在中心圆形部分其强度足以产生有用的非线性光学效应，而仅仅用这一部分的辐射光点来进行扫描，所说的扫描光点的部分被称为有效扫描光点。
非线性光学材料的意思是这种材料的光学特性在入射光的作用下发生变化。所说的变化可以是材料的传输系数的变化，或是其折射率的变化，或是非线性光学材料层的形状的变化。正如后面将要详述的那样，下列材料通常适用于非线性光材料：
1.在热效应的作用下光学特性发生变化的材料，如热敏材料。
2.所谓光学脱色材料，如光致变色材料。
3.通称为双稳定光学材料的材料。
4.具有大的三次方非线性灵敏度的材料，即大的X(3)(chi(3)数)X(3)数是公知的标准，对于非线性光学材料和它的定义，可以参考David J.Williams著的书：“有机和聚合材料的非线性光学大纲”，美国化学协会出版社，哥伦比亚特区华盛顿，1983年(“Non-LinearOpticalProspectus of Organic and polymeric Materials”，America ChemicalSociety.Washington DC.1983)
一般的介绍非线性光学材料的参考书是H.Bloebergen著的“非线性光学”(“Non-Linear Optics”，Bejamin；New York，1965)。
类似于直接的光学物体到图象的变换(按照传统的词意即“光学成像”)，调制转换函数可以归入光学扫描，就是说逐点变换。调制或对比度转换函数(MTF)可以定义为图象对比度和目标对比度之比，这个调制转换函数随目标的空间频率的增加而下降，在称为普通光学截止频率的截止频率处，这个函数等于零。普通扫描光学信息结构的方法是通过光学特性不变的线性介性来进行的，如果检测孔径大于或等于入射到信息结构上的光束孔径，那么调制转换函数完全由扫描光束的数值孔径和扫描光束的波长来决定。这个扫描光束的数值孔径等于可把扫描光束聚焦成扫描光点的物镜的数值孔径。检测孔径是可被该辐射敏感检测器接收到的光束的孔径。该孔径可以等于在记录载体和检测器之间的聚集透镜的数值孔径，但是，它也可以由检测器本身的孔径来决定。在上述的条件下，截止频率fc可以用下式表示：fc＝2NA/λ，这样能使被读出的信息结构中最高的空间频率小于2NA/λ。
本发明就是基于如下原理，即，使用在扫描光束的作用下能改变光学特性的非线性材料，结合光束的横截面上的能量分布，从而导致在光点的小范围内例如传输系数或反射系数的变化。在扫描光点范围内，非线性分量叠加在原始线性传输系数或反射系数上，并随光点而移动。上面所谈及的该分量表示亚光点或有效扫描光点，它比原始扫描光点小得多，而且其旁波瓣对照原始扫描光点的旁波瓣来说是可以忽略不计的。这个有效光点就有可能读取记录载体的更加小的信息区，或是比用原始扫描光点能检测出目标物的更小细节。因而就改进了光学扫描系统的分辨率。
根据调制转换函数，按本发明的方法产生一个叠加在由NA和λ决定的原始调制转换函数上的非线性子函数。这个非线性子函数确实有一个较小的最大值，但是，它也有一个比原始函数较小的范围和较高的截止频率。截止频率的差可以是2倍或是更多倍。
使用具有更高次方的非线性率的材料，无论是否结合更大的检测孔径，截止频率甚至可以更进一步提高。检测范围最终将决定于信噪比，与普通光学扫描不同，它在截止频率fc＝2·NA/λ处存在一个陡峭的极限。
应注意到，“美国光学协会杂志”上的一篇文章：“显微镜的超高分辨率和阿贝分辨率极限”(“Superresolution in Microscopyand theAbbe Resolution Limit”，“Journal of the OpticalSociety of America”，Vol.57；No.10，Pages 1190-1192)在理论上论述用一个所谓光阑，如何能达到超高分辨率，甚至到无限高的空间频率的问题。然而，这篇文章也指出，制造具有所要求的小孔尺寸的那程光阑，并把它设置在所要求的位置，实际上是不可能的。本发明最大的优点是扫描光点本身在非线性层上产生一种光阑功能，这就使首次在实际应用中实现要求的超高分辨率成为可能。
本发明的一个重要的应用涉及到读取光记录载体，其中使用了一种新型的记录载体，其特征在于一层设置在信息平面的聚焦深度之内的非线性光学材料。
这一层非线性光学材料可以由已写入信息或可以写入信息的层构成。然而，在另外的实施例中，除信息层外，还有分离的非线性光学材料层，在这种情况下，必须保证前述的层靠近信息平面设置；以使在这一层上的扫描光点尺寸不会与信息平面上受限于衍射的扫描光点的尺寸发生很大的偏差。由于扫描光点的尺寸与信息结构是相适配的，而这个尺寸又取决于形成扫描光点的物镜系统的数值孔径，进而由于该物镜系统的聚焦深度反比于该数值孔径的平方值，鉴于上述要求的简要公式的希望，所以可以允许说信息平面的聚焦深度这一术语是较妥当的。
按照本发明的记录载体有许多实施例，它们是根据两个准则来区别的，第一准则涉及记录载体的装置。
根据第一个准则的第一实施例的特征在于该信息平面设有一个永久性的信息结构，它是由设置在信息轨迹上的信息区所构成的，所说的信处息区与中间区在轨迹方向上交替相间，并且在光学性质上是相区别的。
永久性信息结构的意思是：信息结构是由记录载体的制造者提供的，信息区最好在记录载体上由记录表面的凹痕或凸部构成。这种结构的记录载体只能由用户读取而不能抹除，也不能再次写入。
按照第一准则的第二实施例，涉及一种可以写入一次的记录载体，其特征是信息平面有一个永久性的伺服轨迹结构，用以使信息平面上的扫描光点定位。这样的记录载体经常是所谓烧蚀型的。例如利用写入光束的能量在信息表面上熔融凹痕。另一种可能性是在非晶层上形成不可抹除的结晶区或相反而进行写入，永久性的伺服轨迹结构是由记录载体的制造者提供的。用这种结构，可以保证扫描光点沿信息平面上精确限定的轨道运行，而且也可以保证扫描在正确的位置上沿轨迹方向在给定的时刻进行。
按照第一准则的第三实施例涉及一种可以写入和抹除数次的记录载体，其特征是信息平面有一个永久性伺服轨迹结构；用以使信息平面上的扫描光点定位。伺服轨迹具有和第二实施例同样的功能。第三实施例信息层的例子可以是磁一光层，或所谓相变层，在相变层里，光辐射可以使由非晶相转换到晶相或可局部地进行相反的转换。可写入和抹除数次的信息层的第三个例子是双层的；其中第一合成材料层有相当高的热胀系数和低于室温的玻璃转化温度，第二合成材料层连接到第一合成材料层，并且有相当低的热胀系数和高于室温的玻璃转化温度。这种双层结构在欧洲专利申请No.0,136,070中作了描述，其第一层称之为伸缩层，第二层称之为阻挡层。
按照第一准则的第四实施例涉及一种用作原始光学写入的轨迹形结构的原版记录载体，该轨迹结构可以由按照第一、第二或第三实施例的记录载体进行复制，记录载体有一个基板和一层辐射敏感层。
这种轨迹形结构是可以被转换成凸版图形的轨迹形信息结构或伺服轨迹结构，这种凸版图形用公知的模压或复制技术可以转换到别的记录载体上。辐射敏感层可以是光敏层，而且也可以是如上所指的那种与可抹除和写入数次的记录载体有关的伸缩一阻挡双层结构。
上述第一到第四有关记录载体的实施例与公知的记录载体之区别是它们都有一层局限在信息平面的聚焦深度之内的非线性光学材料。
用以辨别本发明记录载体的第二准则是涉及可以实现超高分辨率效应的非线性层的类型。
按照第二准则的第一实施例，其特征是非线性光学材料是一种其传输系数随入射光强度的变化而发生变化的材料。这一层的例子在文献中都是公知的，称为“脱色层”，其传输系数随入射光强度的增加而增加，合适的材料例如有：砷化镓、锑化镓、砷化铟和锑化铟。
应注意到，脱色层的使用在制造集成电路的光刻技术中是公知的，然而在这些技术中脱色层是用来使半导体所必须具备的线路图案中的独立元件的边缘明显清晰，而不是像本发明中用来限制总的成像光束。
第一个实施例的记录载体进一步的特征在于，在光强度的作用下传输系数发生变化的材料是一种饱和染料，例如：随光强度的增大，这种材料对于给定的波长的光辐射变得越来越透明。
然而，优选的第一实施例的进一步特征在于，在光强度的作用下传输系数发生变化的材料是一种双稳定光学材料。
这种材料在光开关和光计算机中的应用已在“光学通信”杂志中描述(“Optics communications”Vol.59(1984)No.5；Pages 359-361)。在一个给定的光强度量级下这种材料的传输系数逐级增加，而当强度减小到这个量级以下时，传输系数就逐渐减小。双稳定或光学材料特别适用于实现超高分辨率效应，因为它的作用基本上没有延时。
传输系数随强度的变化而改变的材料层可用于具有永久性信息结构的记录载体、可写入一次的记录载体和可写入、可抹除数次的记录载体。而且，它特别适用作为制造大量相同的具有信息轨迹结构或伺服轨迹结构的记录载体的原版记录载体。
按照第二准则的第二实施例的记录载体，其特征是：非线性光学材料是一种当入射光辐射强度变化时其折射率发生变化的材料。
折射率的实部和复合折射率的虚部都可能变化，换言之，“幅度效应和相位效应都可以是非线性光学效应。作为一个例子，这一层可以在记录层的前面和后面，它可以包括所提及的相位变化材料。已经发现这种类型材料，无论是非晶相的或是晶相的，它们的复合折射率都是和温度有关的，而且达到如此的相关程度：即使强度太小而不能实现相位变化的光辐射，在两种晶相下仍然都能产生足够大的折射率变化；以使这些材料能用作本发明意义上的非线生材料。
具有作为非线性光学材料的相变材料的记录载体的一个分实施例，其特征是非线性光学材料层也是信息层，当用第一个高强度量级写入这个记录载体时，非晶相局部被转换成为晶相，或者相反，而在用第二个低强度量级光束读取期间折射率暂时变化，而相位不发生变化。
按照第二准则的第三个实施例的记录载体，其特和在于非线性光学材料是一种具有相当高的热胀系数的合成材料。
在这样的伸缩层中，其强度低于写入强度的扫描光束能局部建立表面变形，以致在扫描光束内再产生差别，并且在信息平面内形成有效的更小的扫描光点。
伸缩层和折射率可变的层可以用于具有永久性信息结构的记录载体，或用于可写入一次或数次的记录载体。例如：具有作为非线性层的伸缩层的实施例中，信息层也可以是一个与阻挡层相结合的伸缩层。
按照第二准则的第四实施例的记录载体，其中信息层包括磁畴可以用磁场和辐射光来写入的磁光材料，磁畴的读出则是基于扫描光束的极化的变化，其特征在于非线性材料层是由其极化的变化取决于温度的磁一光信息层构成的。
记录载体的这个实施例，首先利用了这一事实，即：在磁一光信息层中的磁畴所引起的极化变化取决于这一层的温度，极化变化有极化方向旋转型或极化椭园率变化型。
磁一光记录载体进一步的特征在于非线性光学材料层设置在磁一光层的聚焦深度之内。
借助于附加层可以大大增强非线性效应，基本上只使用附加层的非线性效应也是可能的。
具有一个上述类型非线性光学层的记录载体的最佳实施例的特征是：非线性光学层形成了构成扫描辐射光束谐振结构的一个组层的一部分。
在记录载体中产生的谐振结构可使非线性效应大大地增强，非线性层本身有一个传输系数(T)对光学厚度(nd：n是折射率，d是该层的几何厚度)的特性曲线，该特性曲线是正弦变化的。nd值的选择是要在这条曲线上的点，又是该曲线有最大的斜率处的工作点。该层的光学厚度nd大部分都偏离N·λ/4，其中λ是扫描光束的波度，N是一个整数，因为对于n·d＝N·λ/4，大部分都落在特性曲线的极值处。因此，如果使记录载体中的其他层的光学厚度ni·di更适合，以使它们与非线性层相结合构成谐振结构的话，那么该层的最理想非线性效应就能增大。对于这一组层来说要保持 Σ i = 1 X n i · d i 选定在特性曲线的相应点上，而在曲线的斜率是最大值之处，其中X是层数，ni和di分别是第i层的折射率和内何厚度。
具有谐振结构的记录载体的实施例的进一步特征在于有多个附加层，这些层与非线性层结合构成谐振结构。
那些在记录载体中已有的层是不需要被适配的，如上所表示的那样总的光学厚度的同样的条件也适用于带有附加层的一组层。
当使用非线性光学材料时，如果局部非线性光学效应仅出现在扫描光点滞留在这个效应的区域期间的时间间隔上，换句话说，如果扫描光点的中心位置从这个局部效应位置离开后，局部效应立刻消失，那么就可以得到最佳的超高分辨率信号，于是，在从光点运动方向看时，扫描光点的前边和后边都缩小，因而超高分辨率信号有最大的信噪比。为此目的，要求材料具有短的恢复时间或者可快速反转，这种材料可以是例如脱色材料或双稳定光学材料。
如果使用具有较长恢复时间的非线性光学材料，其非线性效应几乎都是通过热效应产生的，超高分辨率信号的信噪比较小，但利用这种效应时仍然是足够大的。当扫描这种材料制成的记录载体时，在扫描光点的前边和后边发生非线性效应，但是因为这个效应滞留一段时间，并且使扫描光点象慧尾一样拖尾，所以只有在它的前边缩小光点，并且增大这一边的陡度才能有助于超高分辨率效应。
为读取按照本发明的记录载体，使用已知的扫描装置是可能的。这种装置包括一个辐射光源，一个物镜系统和一个辐射敏感检测器。物镜用来把来自光源的辐射光束在信息平面上聚焦成一个受限于衍射的扫描光点，而检测器则用来把来自信息平面的辐射转换成为一个电信号，在这种公知的扫描装置中，光源和信息平面之间的物镜系统与信息平面和检测器之间的物镜系统具有相同的数值孔径；在反射记录载体的情况下，只有一个物镜系统。
按照本发明的扫描装置对超高分辨率效应来说可能是最佳的，这种新颖的扫描装置的特征在于检测孔径大于入射到记录载体上的扫描光束孔径。
检测孔径是辐射敏感检测器能接收到的光束的孔径，在大多数的情况下这个孔径由记录载体和检测器之间的光学元件的开孔来限定。
按照本发明的扫描装置的最佳实施例，该装置用以扫描一个反射记录载体，其特征在于物镜系统包括一个经充分校准并且对形成受限于衍射的辐射光点来说具有满意的光学质量的圆的中心部分，和一个可以接收来自记录载体辐射的相邻接的环形部分。
环形透镜部分仅仅聚集光线，而不需要成像，因此它可以比中心透镜部分有相当低的光学特性。用这个环形透镜部分可以捕获来自记录载体并且落在物镜系统中心部分外面的辐射光，并且测定它。信息区的大小要比物镜系统形成的扫描光点小得多，而且可借助于超高分辨率效应读取，包含在信息区内的信息是由幅射光束体现的，这样就使上面最后述及的扫描装置比普通的装置更能适用超高分辨率效应。
用具有一个或两个非球面的折射表面的单个透镜元件、全息透镜或具有径向可变折射率的透镜元件，用公知的方法就可以构成物镜系统。
通过环形透镜部分的辐射光可以由检测器接收，该检测器也接收通过中心透镜部分的辐射光。而按照本发明的扫描装置进一步的特征在于有一个接收通过环形透镜部分的辐射的附加检测器。
由超高分辨率效应产生的信号可以单独检测出来并且进行处理，而且普通光盘也可以由这种装置读取。
下面将以举例的方式参照附图对本发明作更详细的描述。
图1a至图1k表示本发明的原理。
图2表示用本发明所得到的调制转换函数的例子。
图3是光学记录载体实施例的平面视图。
图4表示光学扫描装置的一个实施例。
图5a、5b、5c是在不存在非线性效应或存在非线性效应的情况下按信息结构的远光场表示的不同级次分光的截面图。
图6、7、9、10、11、13、14、16、17、18、19、20和23表示有非线性层的记录载体的实施例。
图8表示双稳定光学材料传输系数对光束强度的函数。
图12表示以热的方法产生非线性效应的变化。
图15表示作为非线性层和一组层的光学厚度的函数的传输系数曲线。
图21表示磁一光写入读出装置。
图22表示在磁一光记录载体上写入磁畴的方法，和
图24表示按照本发明的读出装置的一个实施例。
图1a示意地表示具有平面波前的辐射光束b如何被物镜L1聚焦在传输目标物o上，以及通过目标物的辐射光又如何由第二物镜L2会聚到辐射敏感检测器D上。以半径ρ为函数的通过物镜L1的远光场E(ρ)的变化表示在图1b中，这个光场在物镜数值孔径NA内有一个恒定值E1，而在该数值孔径外等于零。物镜L1在目标物O上形成一个受限于衍射的辐射光点S，场E(r)(图1c)是众所周知的爱里分布，由函数J1(r)/r给定，其中J1(r)是一阶贝塞尔函数。这个辐射光点由一个中心亮园和几个环绕中心亮园的较弱的光环组成，其场强朝着向外方向逐渐减小。图1c还表示出辐射光点的半功率宽度FWHM，即场强度等于光点中心强度一半的点间距离。例如，该FWHM为0.71λ/NA，其中λ是所用辐射光的波长。
假定目标物o是一个均匀层，这样传输系数t就与目标物(图1d)上光点S的位置无关，如果这是一个线性层，即传输系数不受入射光束的影响，那么该层后面的场to·E(r)就有与入射到该层上的场E(r)相同的相位和相同的半功率点宽度，如图1e所示。物镜L2检测孔径位置处的场也称为目标物的远光场，是E(r)的傅里叶变换E(ρ)，即由物镜L1产生的变换的反变换。这个所说的远光场示图1f。为简化起见，假设物镜L2的数值孔径等于物镜L1的数值孔径NA，这种情况除个别的以外，都发生在读取反射记录载体的时候。用检测孔径对远光场进行褶积运算就能够得到调制转换函数MTF。图1g所示的这个函数有一个截止频率fc，对于所考虑的情况来说，它等于2NA/λ。
如果目标物o是非线性材料层，那么它的传输系数在扫描光束b的能量的作用下就发生变化，这个能量由E(r)·E*(r)决定，其中E*(r)是E(r)的复数共轭值。对于一个非线性材料的目标物来说，传输系数t(r)作一级近似由下式给出：
t(r)＝to+Δt
Δt＝γ E(r)·E(r)*其中γ是一个取决于材料类型、厚度以及周围介质的因子，to项表示传输系数的线性部分，Δt是非线性部分。图1h表示出这个非线性传输系数项。对于这一项，也可以给出一个半功率宽度ΔtFWHM，例如它等于0.51λ/NA。由于存在非线性项Δt，目标物后面的光场不仅得到一个如图1c所示的线性场项E(r)，而且还有一个非线性场项ΔE(r)，这一项由下式给出：
ΔE(r)＝Δt·E(r)，  因此
ΔE(r)＝γ·E(r)·E(r)·E(r)*并且表示于图1i中，ΔE(r)表示一个带有忽略的旁瓣的辐射光点，它的半功率宽度FWHM比图1c中用E(r)表示的辐射光点的半功率宽度小得多，在给定的模型里，它等于0.42λ/NA。最先述及的辐射光点的分辨率大于最后述及的光点的分辨率，场项ΔE(r)的付里叶变换ΔE(ρ)或在检测孔径位置上非线性给予远场的贡献，通过褶积运算可以由下式给出：
ΔE(ρ)＝γ·E(ρ)×E(ρ)*×E(ρ)，其中E(ρ)等于均匀充满的爱里圆的远光场值。
如图1j所示ΔE(ρ)比E(ρ)更扩大了。按照所考虑的一个例子，E(ρ)的范围从NA到+NA，而ΔE(ρ)的范围从-3至+3，用检测孔径，即物镜L的孔径褶积运算场项ΔE(ρ)，可以得到图1k所示的调制转换函数ΔMTF的非线性部分，对于给定的模型，ΔMTF的载止频率fc′是普通受限于衍射的光扫描系统的载止频率fc的两倍。
如果一个检测器D接收到来自标物O的光辐射，把图1g和图1k的函数叠加起来得到具有截止频率为fc′的调制转换函数MTFs，这样，虽然扫描光点s的尺寸并没有减小，而该光学扫描装置都可以得到增大的分辨率，这种现象称为超高分辨率效应。
非线性效应的本质和超高分辨效应的本身是不相干，Δt可大可小，可正可负，甚至可以是复数或是各向异性的，如以后要解释的那样。各向异性的意思是这种效应依赖于极化方向，或光辐射的E知量的方向。Δt的本质仅对于小于fc的目标物的空间频率是重要的；如果非线性部分在从O到fc的频率范围内加到线性部分上，并且非线性效应的相位又与线性部分的相位相反，那么得到的转换函数MTFs就会出现局部最小值，如图2所示。
当然，如前面已经假设的那样，被扫描的目标物不是均匀的，但是它有一个给定的结构。在光学记录载体的情况下，这个结构包括一个信息区图形，图3以平面视图的方式表达了这种记录载体的一部分。在记录载体1的信息平面2上有大量的信息轨迹3。它们由无信息的中间区4隔开。这些信息轨迹可以是同心轨迹或是构成一个螺旋轨迹的准同心邻接的轨迹，信息轨迹3由各信息区5这些信息区在轨迹方向上与各中间区6相间。信息结构可以称为相位结构，它可以包括在信息表面下凹的凹痕或在信息表面突出的凸部。这种结构影响入射到它上面的辐射光束的相位，信息区也可以按它们的不同的反射系数或传输系数与信息表面的空档区相区别，当读取这种信息区时，扫描光束的幅度就发生变化。另外，信息区可以包括其磁化方向与周围的磁化方向相反的磁畴。在这种情况下，所涉及的磁一光记录载体可以用信息区在扫描光束中产生的极化旋光效应或科尔效应来读取。在这种所有的情况下，信息都是在轨迹方向上按信息区的顺序进行编码。
图4表示记录载体1的径向横截面部分，并表示这种记录载体的读取装置的示意图。信息表面2是反射型的，记录载体的基片7是透明的，以使信息可以用两次通过基片的扫描光束b来读取。光束b是由辐射源10例如导体二极管激光器提供的，由物镜11把它在信息平面2上的光束聚焦成一个扫描光点S。物镜11前面可以设置一个准直透镜12，用来把来自光源的发散光束变成平行光束，其横截面能完全充满物镜11的光孔，扫描光点S是最小尺寸的受限于衍射的辐射光点。
借助通过中心孔14伸出的轴13使记录载体旋转，就可以扫描一个轨迹循环。相对于记录载体，使扫描光点作径向移动，就能扫描到所有的轨迹或整个螺旋轨迹。扫描光束在轨迹方向上就按信息区和中间区的顺序被调制，被调制的扫描光束由信息平面沿光源10的方向反射回来。分光器15，例如一个具有半透明表面16的棱镜，它设置在光源和物镜11之间，一部分反射光束通过棱镜到辐射敏感检测器17。然后该检测器提供一个按照已读取的信息调制的电信号Si。
由信息区构成的结构可以被认为是一个两维衍射光栅，它把入射光束分成一个非衍射零级分光束、多个一次分光束和多个高次分光束。因为高次分光束的能量很小，所以对本发明来说，只有一次分光束是重要的。
图5a是线性光栅g的剖视图，光栅是用来自物镜的光束b中仅显示的光孔P来曝光的。光栅g反射光束并将光束分裂成一个零次分光束b(o)，一个+1次分光束b(+1)，一个-1次分光束b(-1)和多个没有表示出的高次光束，分光束b(+1)和b(-1)分别以角度+a和-a衍射。图5b表示在光孔位置上光束的截面图。
具有相同角孔径β和相同方向的、没有非线性效应的分光束b(O)作为入射光束b全部落入光孔内，并且通过检测器被带有信息光栅g的光学扫描装置读出。零次分光束不包含有关信息区和中间区的顺序的信息。这种信息特别呈现在一次分光束b(+1)、b(-1)中，仅由阴影区域OV1和OV2表示的那部分分光束落进光孔内。在读取信息时，使用在分光束b(+1)和b(-1)中相对于零次分光束的相位变化。在图5b中的区域OV1和OV2中，一次分光束与零次分光束重叠并发生干涉。当移动扫描点扫过信息轨迹时，一次分光束与零次分光束重叠并发生干涉。当移动扫描点扫过信息轨迹时，一次分光束的相位发生变化。因此，经过物镜的总辐射强度发生变化并由检测器接收。
如果扫描光点的中心与信息区(例如一个凹痕)的中心相一致，在一次分光束和零次分光束之间存在一个相位差φ。这个相位差也称为信息结构的相位深度。如果扫描点从第一信息区移到第二信息区，+1次分光束的相位增加，并且当扫描点的中心已到达第二信息区中心的那个时刻，这个相位增加2π。同时，相对应的-1次分光束的相位减少。因此，相对于那些零次分光束，一次分光束的相位可用下列公式表示：
Figure C8910499400212
其中，X是扫描的正切方向中的位置，Pt是信息结构的局部正切周期。排列在过渡区域OV和OV后面的两个检测器的输出电信号可用下列公式表示：
Figure C8910499400221
Figure C8910499400222
信息信号Si附加这些检测器的信号得到：
Figure C8910499400223
上面的公式仅适用于只要一边是分光束b(+1)和b-1)与另一边是分光束b(o)之间相重叠时的情况。在一次分光束按角度α被衍射时，该α由分式Siaα＝λ/Pt＝λ·f，其中f是光栅g的空间频率或者是信息结构的局部空间频度。如果α＝2β，就不再有任何重叠。因为Sinβ＝NA，经典的截止频率fc由下面公式给出：
fc＝2NA/λ
这个公式适用于如果在信息结构面前的介质是线性介质，例如空气或玻璃，也适用于如果一次分光束的角孔径等于零次分光束的角孔径的情况。依照本发明的建议，如果非线性介质被直接安置在信息结构附近，并且如果幅射光束具有如图1c中表示的能量分布，以致在扫描光束通过的轨迹中产生一个暂时的非线性效应，则在信息结构的远光场中，能量分布将变得更宽，如在图1j中表示的那样。这意味着零次和一次分光束已经变得较宽，如在图5c中用圆Δb(O)、Δb(+1)和Δb(-1)表示的那样。当在图5b的情况下，如果分光束b(+1)和b(-1)的中心B和C分别移到D和E，这样能达到截止频率，在图5c的情况下，一直使B和C分别移到D′和E′的情况下，才能达到截止频率，这是因为：对于一个相同大小的检测光孔P，在一次光束Δb(+1)和Δb(-1)的光孔P内不存在与零次分光束Δb(O)的重叠。距离AD′和AE′分别达到两倍的AD和AE，以致当发生非线性效应时，在给出的模型中截止频率增加到两倍。
因此从图5c中可见，当使用一个较大的检测孔径时，因为有一个较大的光孔P′，在这个光孔中一次分光束和零次分光束之间没有重叠的位置，重叠仅发生在一次分光束Δb(+1)和Δb(-1)的中心B和C向外部作更大移动的时候，以致载止频率也变得更大。
由于分光束Δb(O)、Δb(+1)和Δb(-1)的宽度变大，在重叠区域中，这些光束的能量小于在图5b的重叠区域OV1和OV2中的分光束Δb(O)、Δb(+1)和Δb(-1)的能量。因此超高分辨率信号的幅度小于以普通方式获得的信息信号Si，但是，它仍然足够能进行读出。仅仅在非线性效应很小的情况下(在要求读出很小的信息信号(例如小于0.2μm)时)，分光束能“放大”到这样的程度，在可接受的扫描光束的能量下信息信号将要求一个非常小的信噪比。
对本发明重要的是非线性光学效应直接呈现在信息结构附近或在本身的信息层中，为了使光束有效地在信息结构的平面中变窄。换句话说，当聚焦深度大致上与物镜在信息结构上形成的扫描光点有关时，非线性层必须呈现在信息结构的聚焦深度中。因为有效的扫描光点小于受限于衍射的光点，因此对非线性层的位置所要求的公差是小于聚焦深度的，而该聚焦深度与受限于衍射的辐射光点有关。如果扫描光束通过信息层，非线性层可以呈现在信息结构的前面，也可以在它的后面。在后一种情况下，被信息调制的光束或者通过在记录载体背面的检测器，或者在它自己旁边被反射。为了这个目的所要求的反射层可以是一个非线性层。
所要求的非线性效应可以用各种方法实现，如用各种类型的非线性光学层。本发明也涉及到若干新颖的具有这种层的光记录载体。
这种记录载体的第一个实施例在图6中以正切截面表示。在信息面2中的信息结构包括凹痕5，凹痕5的长度可变并在轨迹方向t与中间区6相交替。反射层20设置在这种结构上。这种层可用保护层21复盖。如果有一个给定的强度等级的入射光在透明衬底7和反射信息结构之间，非线性层22的透射将会增加。层22的材料和在扫描光点S中的能量分布是这样选择的：使得在辐射光点S的中心区S′透射大部分增加，亚辐射光点S′由信息凹痕5产生，该凹痕大大小于所能读出的辐射光点S。在辐射光点的中心区域S′中，透射被减少也是可能的。于是非线性效应具有不同的符号。
如在图7中所表示的。一个可变透射层22被交替地提供到信息平面2的后面。然后反射层20被提供到层22上。在图7中的层22也可换成这样一个反射层，它的反射系数随入射辐射局部地变化。在那种情况下，反射层20可被省去。
层22可以是“脱色”层或者是具有饱和染料的层，对于给定的波长，它的透射率随强度的增加而增加。层22可以被一层所谓双稳定光学材料替换。在图8中，这种材料的透射率(T)被表示为强度(I)的函数。在给定的强度I1以下，该层具有一个比较小的透射率T1。一旦强度超过阈值I1，透射率阶跃增加到T2，并进一步保持恒定，甚至当强度再增加时也保持恒定。如果强度再减少到I1以下，透射率阶跃地减少到T1。T-I曲线表现为磁滞的特性。
双稳定光学材料和其它不基于热效应的材料的优点是，它们能很快反转，以致在辐射光点消失后，非线性光效应立刻消失，其结果得到最佳的超高分辨率效应。
图6和图7表示的层22，例如一个脱色层，具有一个平的侧面，因此它不跟踪信息结构的轮廓。当使用例如蒸发沉积或溅射提供一个较薄的层22时，该层可跟随所说的轮廓。这两种可能性不仅在增加层的透射的情况下发生，而且还在以后将描述的其他非线性层中发生。
图9表示一个记录载体的实施例，其中折射率的变化是用来产生暂时的非线性效应。例如，一个所谓相变材料层30置于信息结构的前面，对于这种材料，在信息层中已经按预先的建议用它作为光写入材料，这些材料，例如是Gasb(锑化镓)和InSb(锑化铟)，当它们用强度足够高的光照射时，它们具有从非晶态变化到晶态或作相反的变化的特性。因此，复合折射率改变，以致在写区域具有不同于它周围的反射或透射系数。现在已经发现，这种类型材料的复合折射率对温度的依赖达到这种程度，甚至照射强度保持在一定的能级以下(即：在该能级时发生从非晶态到晶态的变化或相反的变化)，在本发明意义上这些复合折射率有足够大变化的材料用作非线性层。在图9的实施例中，一个相变层30设置在信息层2的前面。层30再次保证扫描光点S被有效地限制成亚扫描光点S′，后者可用于读出亚微米区S′。
这样的相变层也可以提供在信息层2的后面，如图10所表示的那样。于是层31可用作反射层，它的反射系数随扫描辐射在比扫描光点S小的区域S′之内局部地增加。
所谓的膨胀层也适合作为形成一个暂时的非线性光学效应的非线性层。欧洲专利申请0136070号描述了在光记录载体中用这样的层作为写入层。因此，膨胀层固定地附着在所谓阻挡层的第二层上，根据欲写入的信息用激光脉冲照射，由于膨胀具有大的热胀系数，因此在该层中可以以表面不均匀的形式对信息区进行写入。而且这种层具有低的玻璃转换温度。不均匀性被传送到具有一个相对低的膨胀系数和高于室温的玻璃转换温度的阻挡层。在激光脉冲已经消失后，表面不均匀性继续存在，因为阻挡层阻止膨胀层离开它原来假设的形状。
为了获得超高分辨率，只有在图11中所示的该膨胀层32可被用作非线性层。在扫描点S中的能量分布与层32的材料参数(其中特别是热胀系数)按照能使不均匀部分33比扫描光点小而进行互相配合，以便在这个光点内再次鉴别，这样，一个较小的扫描光点S′就有效地形成了。
在辐射光点S已经离开相关的位置后，不均匀部分33不会立即消失，但随着时间它将逐渐地减少，因为热必定会消散。这意味着，在如图12中所示的记录载体中，一个朝着后面越变越小的延伸畸变沿着扫描光点在层32的表面上移动。比较图12中的S和S′可以看到在扫描点的移动方向VS1上，这个点仅从前面变窄并且边缘陡度增加。因此，该超高分辨率信号的信噪比小于当使用那些非线性效应与扫描点基本上同时消失的非线性光学材料时呈现的信噪比。
由在图6、7、9、10和11中的层22、30、31和32实现的非线性光学效应可通过以下方式来提高：使这些层的每一层在记录载体中形成层的组件的一部分，而该组件起谐振结构的作用。组件的其它层可由现已存在记录载体中的层构成，例如：信息层、反射层、分离层等等，这取决于记录载体的结构。
然而，也可将谐振层组件作为一个整体附加到记录载体上。图13表示一个这样的用作混合反射层的组件层24的例子。层24的组件包括一层非线性光学材料的分层24m。只要辐射光不照射到其相关位置上，组件层的局部反射系数是相对地低的，如果扫描光点入射在这个位置上，分层24m的折射率改变，以致使组合层24的反射增加，在这里，主要是扫描光点具有高能量，也就是在光点中心具有高能量。因此，反射辐射看起来是来自辐射光点S′，该反射辐射大大小于扫描光点S的反射辐射。
另外，也可减少扫描光点中心的反射以致使在S′的中心的能量小于它的外部的能量，如上所述，在扫描光点中的不连续性仅仅对超高分产率是重要的，但是不连续性的性质不是重要的。
如在图14中所示，一个谐振层组件也可以提供到信息结构的前面。组件25是这样构成的，在入射辐射具有足够高的能量的情况下，改变分层25……25n的一层或多层的折射率来使透射增加或减少。
对于一个透明层，透射率作为例如图15中所示的具有可变化的光学厚度n·d的函数，其中n是折射率，d是几何厚度。为获得一个最佳的非线性和谐振相结合的效应，必须保证非线性层和组件层的乘积n·d、以及所有层的乘积∑nidi的和与图15中曲线最在斜率区域的工作点Wp相对应。实际上，这意味着n·d不等于N·λ/4，其中N是整数，因为对于N·λ/4，曲线呈现极值E。对于反射层组件来说，作为n·d和∑nidi的函数的反射率与透明层组件的透射率有类似的变化，并且这种类似是相当有效的。
在所述的实施例中，信息结构是相位结构，它是根据相位差来读出的，相位差是由包括在信息表面上的凹痕和凸部的信息区读取光束中引入的。而且，信息结构也可以为幅度结构，后者也可作为相位结构，能够以反射或透射方式被读出。信息区与它们的周围相比，具有不同的反射系数或透射系数。
在所述的记录载体中，信息结构是仅能读取的永久结构，信息区域小于那些已知的记录载体的区域。这种记录载体的制造用已知的技术是很容易实现的。辐射源(例如，一个较短波长的激光器)是必须的，写入物镜必须有一个较大的数值孔径，但这不是缺点，因为信息在所谓原版光盘中仅需要写入一次。原版光盘的大量复制可用已知的模压或复制技术制造。写入装置很昂贵，它装有短波长的气体激光器和具有一个大的数值孔径和小的聚焦深度的写入物镜。然而，当写入原版光盘时，本发明也可以应用，以致能够使用较简单的装置就能写入更小的信息区。
图16表示在正切截面中原版记录载体的一部分。原版记录载体包括一个衬底40和一层辐射敏感层41。根据本发明，一个非线性光学层，例如一个脱色层23被装备在层41上。一个写入光束b′根据写入的信息进行强度调制，并且被物镜系统聚焦到成为受限于衍射的辐射光点S(未示出)，它在小于光点S的区域内提高层23的透射率。因此，光敏层受到小于S的辐射光点S′曝光，并且信息区也相应地比较小。在整个原版记录载体已经被写入光束扫描之后，层23被移去，并且曝光的图形用已知的显象和蚀刻工艺转换成适合于复制的浮雕图形。
另外，在图6、7、9、10、11、13和14中表示的实施例中，它们都涉及具有一个永久信息结构的记录载体，本发明另外也能在用户自己写入的记录载体中使用。可写入记录载体的制造者在该载体上优选地设置一个以螺旋形轨迹或多个同心轨迹形成的伺服轨迹结构。这些轨迹可以是完全空白的。当相对于伺服轨迹的写入光点位置的写入信息能被检测和被重新校准时，则这个光点就准确地跟随伺服轨迹。这样，便具有使用户的读/写设备不需要装有很精密而且昂贵的机构定位和制导的机械装置的优点。伺服轨迹也包括在记录载体上的任意位置能写入和读出的地址信息，如果可写入的记录载体打算用于记录用户的程序，而程序的一部分对所有使用者都是相同的，这一部分或标准信息可预先录制，以便用户仅需要用他自己的特定信息去完成。
伺服轨迹结构或通常预先录制的永久信息可经过制原版光盘和在具有可写入层的载体上复制的方法来提供。原版记录载体具有如脱色层的非线性光学层(如由图16描述的)以使伺服轨迹可变窄并使可能的地址以及信息区域可小于迄今为止的普通信息区。
一个具有伺服轨迹结构的记录载体带有一个可写入的材料层，根据本发明也有一个非线性层。图17表示这种记录载体的一部分的径向截面图。由3′表示伺服轨迹和4表示中间地带，数字42表示可写入层和43表示非线性层。这种层不仅用于超高分辨的读出而且也用于在写入期间形成信息区域，信息区域可大大小于写入光点S。如图17中所示，这些信息区域在伺服轨迹3′中被写入，但也可在中间地带4被写入。而且，伺服轨迹可在衬底的表面以及在该表面的背面上刻槽。
一次可写入和非可抹除层42可以是一个烧蚀层，例如反射层，其中，不反射或者在很小程度上反射的各孔能被写入光束形成。
层42或者也可以包括一个相变材料层，其中写入光束局部地产生从非晶相到晶相的转变，或者产生相反地变化。因此，产生一个折射率(或反射率)的变化，以致被写入的信息区域与它们周围以不同的透射率或反射率相区别。
相变材料也可适用于写入和抹除信息若干次。当使用的抹除光束强度是在写光束和读光束的强度之间时，就用高强度的辐射光束写入信息，然后用低于写入光束强度的辐射光束读出信息。实际上，写、读和抹除功能可用在三个不同强度能级之间转换的一个光束来完成。
把包括相变材料的可写入信息层与包括一层相变材料的非线性层相结合，显然，记录载体仅仅包括一个相变层的替换方案也是可行的，该相变层的特性可用于写入信息和在读出期间产生非线性光学效应。
图18表示记录载体能够写入和抹除若干次的另一个实施例。可写入层44包括一层膨胀层45和一层阻挡层46，其中信息区域以不均匀度47的形式能够用具有第一波长的激光束写入。信息能用低强度的光束读出或抹除，并且用第二波长的光束抹除。
随着膨胀层的参数的适当选择，该层不仅用于信息层，还可作为产生非线性光学效应。当在膨胀层中以不均匀性方式读出信息区域时，一个小的暂时变化是由读出光束在上述的不均匀度中产生的，在后面的阶段变化消失，以致不均匀度恢复它的原来形状并且信息被保留。
所说的膨胀层的材料是一种类似橡胶的材料，它不仅用作可写入和可抹除材料，还用作在记录载体中具有永久信息结构的信息材料。如图19中所示的第一种可能性，信息区是安排在信息凹痕5的下面，凹痕由所说的类橡胶状材料48填充的。当读出这个信息结构时，在凹痕中的材料是暂时地变形的(49)，以便在辐射光点S中产生不连续性并且发生非线性效应。
如图20中所示，在橡胶状层中形成一个永久信息结构也是可能的。在该图中，橡胶状信息层由数字50表示，信息区域由数字5表示。第二橡胶状层51比层50更容易变形，它可在信息层上形成。当读取信息时，读辐射暂时地使层51在扫描光点5的位置(52)上变形，以致再次得到一个非线性效应。
至此描述的每个可写入信息层为：烧蚀层、相变层和膨胀层，这些层中的每一种能与所说的非线性层中的每一种相结合，这些非线性层包括：一个具有改变透射率的层、一个相变层或一个膨胀层。非线性层可在信息的前面和后面设置，并且可在记录载体中形成组件层的一部分，该组件形成一个谐振结构。
可写入和可抹除记录载体的另一个实施例是磁光记录载体，它包括一个衬底，一个预先提供的伺服轨迹和一个磁光层。这种记录载体和用这种记录载体的写入和读出装置，在“菲利浦技术评论”(Vol.42，No.2，1985年8月，第37-47页中描述，并在图21中示出。
记录载体1的伺服轨迹由数字3′表示。数字7表示衬底以及55表示磁光层。从光源10来的辐射光束b，例如，从一个半导体二极管激光器来的光束由一个准直透镜12转换成平行光束，并由物镜系统11聚焦到在磁光层55中的一个受限于衍射的扫描光点S′。在由磁线圈60产生的磁场中呈现了这种层的照射区域。磁光层按垂直记录载体表面的方向被磁化。
在写入期间，辐射光束根据写入的信息进行强度调制。当记录载体与辐射点S′之间相对移动时，磁光层在一定位置上以这种方式被加热，即磁化方向反转为与预磁化方向相反的外磁场方向。
在读这些以磁畴的形式被写入的信息区域时，记录载体用强度低于写入光束的连续光束曝光。磁畴使读光束的极化方向发生小的旋转。这个旋转被称为Kerr旋转，其±QK依赖于局部磁化的符号。由记录载体反射并具有一个调制极化方向的光束，可以例如使用分光棱镜61使它朝向检测分支。这个支路包括一个λ/2板62，它的主轴以22.5°角延伸到该光束原来的极化方向。因此，极化平面由±Qk调制并旋转45°。一个7对极化敏感的光分裂器63将光束分裂成两个互相垂直的极化分光束，极化分光束经过透镜64和65由检测器66和67接收。于是角调制±QK在检测器中转换成幅度调制。由于它们的相位是相反的，所以差分信号被准确读出。
由记录载体反射和通过棱镜61的部分光束由另一个光束分裂器68(例如一个半透明镜)引导到另一个检测分支69，其中轨迹误差和聚焦误差可在写入期间和读出期间检测。
为了抹除记录载体，外磁场完全反转使它获得与磁光层55的预磁化的相同方向，并且，记录载体用连续光束曝光。因此，写磁畴恢复到它们的原来磁化方向。
对于记录载体和检测方法以及装置的详细情况，参考前面提到的“菲利浦技术评论”，Vol.42，No.2，Pages37-47。
本发明有利地利用了这个事实，所说的Kerr旋转很大程度依赖于某些磁光材料(例如钇-铁-钴化合物)的温度。由于在受限于衍射的扫描光点中能量的分布，扫描点光的一部分将经历一个与其余光点不同的Kerr旋转。其结果是在扫描光点中再建立鉴别。
磁光读出过程不仅建立在Kerr旋转的基础上，而且还建立在读出光束极化的椭圆度变化的基础上。这个变化对某些磁光材料也具有温度依从关系，以致本发明也能用于因磁畴产生极化的椭园度变化的磁光记录载体中。
本发明能使被读出的磁畴小于迄今为止用普通方法读出的磁畴。这些小磁畴可在图22中说明的特殊写入方法中获得。假设写入光点S以速度V相对于记录载体的被写入轨迹3移动到右边，并且在to时刻，光点的中心Sm出现在A点。然后，磁场对准例如是朝向垂直于图纸平面的方向，并且在光点S下面的整个园表面在该方向上磁化。在辐射光点的中心已经移到B点后，磁场反向。于是，在光点S下面出现的园区域获得一个相反的磁化方向。因此，可以说带有中心A的写入磁畴的一部分被抹除。结果是保留的磁畴仅仅复盖阴影区域D。磁畴的长度由Vxt决定，其中t是磁场出现在已经给定的方向期间的周期。因而，写入磁畴大大小于写入光点的直径。
上述非线性层的某一层也可供给磁光记录载体，以增强光层的非线性效应，其结果使记录载体的写和读都得到改进。图23表示这样一种记录载体的例子。在该图中，数字7表示透明衬底，在衬底上由被形成的轨迹3表示伺服轨迹结构。这个结构涂复一层例如氮化铝介质层70，磁光层55就被提供在这一层上。层55后面有例如是氮化铝的第二个介质层71。该层上载有一个非线性光学反射层，例如一个变相层31。
另外，当然也可仅使用如图23中磁光记录载体中的一个额外层(例如层31)的非线性效应，该载体中的磁光材料与温度的依从关系不太大。
从磁光记录载体来的读信号的信噪比可随着读光束强度的增大而增大，当写入磁畴时，这样的强度增大也是有利的。
根据本发明的记录载体可用已知的扫描装置来读出和写入，其中检测孔径基本上等于形成扫描光点的物镜的孔径。根据本发明的其它方面，检测孔径大大地大于物镜的孔径。于是超高分辨率效应能利用到最佳的程度。
对用以透射方式扫描记录载体的装置，增加检测孔径是没有任何问题的，因为呈现在记录载体后面的光学系统部分在检测的一侧不需要有任何的成象质量，而仅需要会聚辐射。
当扫描一个反射的记录载体时，反射辐射仅经过物镜到达检测器，该物镜必须形成受限于辐射的光点并且必须具有高的光学质量。根据本发明，可采用一个较大的物镜75，它的中心部分76得到很好的校准，而在它的周围部分质量可以差一些，如在图24中所示的那样。附加的周围部分77能在较大的角度下会聚被衍射的辐射，而其中非线性效应是显著的。由光源10提供并由透镜12准直的光束b仅充满物镜75的中心部分76，从而在信息面Z上形成一个高质量的扫描光点S。
图24中的物镜75可以是单独的非球面透镜单元，也可以是全息透镜或者具有径向变化的折射率的透镜。
在已校正的普通的物镜周围安置一个附加的环状透镜，这种替换当然是可能的。
由记录载体反射并通过物镜75的中心部分76的部分辐射以及由环状部分77会聚的该辐射的部分可被一个检测器17接收。
在这种情况下，分别地检测这些辐射部分是有用的。为此，例如第二光束分离器78(它例如是以平板的形式构成，具有被反射部分80围绕的辐射透射中心部分79)被安置在第一光束分离器16后面的辐射路径中。现在，当通过环状透镜部分77的辐射被例如是环状检测器81的分离器检测时，仅仅是通过物镜75的中心部分76的辐射光束到达原来的检测器17。如果非线性效应引入一个与线性效应相反的相位(如在图2中所表示)以致调制转换函数将有局部的最小值。这种装置对于这个最小值提供了补偿的可能性，这是通过把检测器信号互相减去，而不是把检测器信号相加起来而达到补偿的。此外，超高分辨率信号能单独被检测，并且该装置也适用扫描普通的线性记录载体。

Claims (19)

1.一种利用在信息平面上被聚焦成读光点的读光束对该信息平面进行光读取的方法，该读光点与该信息平面的载体作相对运动以使该读光点扫描该信息平面，由辐射敏感的检测器捕捉来自信息平面的读光束，将被信息平面所调制的读光束转换成电信息信号，其特征在于：
主要受限于衍射的辐射光点具有周围部分和中心部分，该中心部分的光强大于该周围部分的光强；
非线性光学材料层与所述信息平面相邻且扫描光点穿过该层射入，并具有随扫描光点的入射辐射强度呈函数而变化的特性，以在扫描光点内进行空间鉴频从而使扫描光点明显地小于原扫描光点。
2.一种具有适于被读光束读取的信息平面的光记录载体，该读光束在该信息平面上被聚焦成受限于衍射的读光点，其特征在于设置在所述被聚焦的读光束的聚焦深度内的非线性光学材料层，该层对所述读光束强度敏感，以致该层的影响透射率的特性取决于局部的读光束强度，从而在该信息平面上形成小于所述受限于衍射的光点的读光点。
3.根据权利要求2所述的一种光记录载体，其特征是：信息平面具有由安排在信息中的信息区域构成的永久信息结构，所说的信息区域与中间区域在轨迹方向上互相交替并被光鉴别。
4.根据权利要求2所述的一种光记录载体，适合于读取和可写入一次，其特征是：该信息平面具有用于定位信息平面中扫描光点的永久伺服轨迹结构。
5.根据权利要求2所述的一种光记录载体，适合于读取和可写入及可抹除几次，其特征是：信息平面具有用于定位扫描光点的永久伺服轨迹结构。
6.根据权利要求2所述的一种光记录载体，用于作为最初原版和可写入轨迹形结构，并包括衬底和信息层，其特征是：该信息层是一层不含有信息的写入层。
7.根据权利要求2、3、4、5或6所述的一种光记录载体，其特征是：非线性光学材料是一种其透射率随着入射辐射强度而变化的材料。
8.根据权利要求7所述的一种记录载体，其特征是：该材料是具有在所述强度影响下变化的透射率的饱和染料。
9.根据权利要求7所述的一种记录载体，其特征是：该材料是一种双稳定的光学材料，它具有在所述强度影响下变化的透射率的特性。
10.根据权利要求3、4或5所述的一种记录载体，其特征是：非线性光学材料是一种当所述入射辐射强度变化时其折射率变化的材料。
11.根据权利要求10所述的一种记录载体，其中非线性光学材料是变相材料，其特征是：非线性光学材料层也是信息层。
12.根据权利要求3、4或5所述的一种记录载体，其特征是：非线性光学材料是具有相对高的热膨胀系数的合成材料。
13.根据权利要求5所述的一种记录载体，具有一个包括磁光材料的信息层，其中，磁畴可由磁场和入射光束写入，磁畴能根据扫描光束极化的变化来读出，其特征是：非线性层是由极化变化依赖于入射辐射强度的磁光信息层构成。
14.根据权利要求13所述的一种记录载体，其特征是：非线性光学材料层设置在磁光层的聚焦深度内。
15.根据权利要求7至14所述的一种记录载体，其特征是：非线性光学层形成一个构成用于扫描辐射的谐振结构层的组件部分。
16.根据权利要求15所述的一种记录载体，其特征是：具有与非线性层相结合的多个附加层构成所述谐振结构。
17.一种适于实现如权利要求1的方法的读装置，包括：一个辐射源，一个成象透镜系统，用于将该辐射源在该信息平面上成象为受限于衍射的读光点，并包括一个具有孔经的物镜系统，该读装置还包括一个收集辐射的透镜系统，用于收集来自该信息平面的辐射，并将辐射集聚到一个辐射敏感检测器上，以便将辐射转换为电信号，其特征在于，
所述收集辐射的透镜系统具有的孔径大于所述物镜系统的所述孔径。
18.根据权利要求17所述的一种读装置，用于读一个反射记录载体，其特征是：物镜系统包括一个具有足够准确度并具有足够光学质量以便形成受限于衍射的辐射光点的园心部分，以及一个能接收从记录载体来的辐射并规定所述检测孔径的邻接环状部分。
19.根据权利要求18所述的一种读装置，其特征是，为接收经过环状透镜部分的辐射而设置了一个附加检测器。
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