CN111508533A - 基于纳米光刻光盘及其物理存储介质结构和写入读出方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供基于纳米光刻光盘及其物理存储介质结构和写入读出方法，其中，根据纳米光刻信息写入方法的不同，基于纳米光刻光盘可分为：单光束光盘的物理存储介质结构和双光束光盘的物理存储介质结构；根据不同的光盘读取方法不同则可分为：1)多层介质膜反射光盘；2)超分辨荧光暗态光盘；3)双折射偏振光盘。本发明的技术方案结合基于纳米光刻光盘的读写方法可有效提高光盘信息读取速率和分辨能力，并极大地提升了光盘的存储密度和存储维度。

Description

基于纳米光刻光盘及其物理存储介质结构和写入读出方法
技术领域
本申请涉及光盘信息存储技术领域，特别是涉及基于纳米光刻光盘及其物理存储介质结构和写入读出方法。
背景技术
随着基因测序以及脑活动读取等技术的发展，不仅仅产生了大量的数据，同时对于数据如何有效、稳定、准确地保存提出了更高的要求。基于上述背景，光盘存储技术因其节能、存储寿命长、安全性好以及易加工等优点，很好地顺应了时代的要求。而对于光盘技术而言，存储容量的限制严重阻碍了光盘技术的发展。
为了提升光盘的容量，传统的技术路线是减小记录光斑的尺寸。随着短波长激光二极管 (GaN蓝绿色激光器)的研制成功，使得蓝光光盘逐渐成为光盘市场上的主流存储方式。早期的CD光盘，记录激光波长为780nm，数值孔径为0.45，轨道间距为1.6μm，单层存储容量仅为650MB；后来的DVD光盘，记录激光波长为650nm，数值孔径为0.6，轨道间距为 0.74μm，单层存储容量为4.7GB；而目前的蓝光光盘记录激光波长为405nm，数值孔径为0.85，轨道间距为0.32μm，轨道间距仅仅是红光DVD盘片(0.74μm)的一半，单层存储容量高达 25GB，同时，蓝光光盘利用不同反射率达到多层写入效果，实现了12层300GB的蓝光光盘存储。
为了进一步突破光盘存储量的限制，科研工作者也提出了一些提升存储容量的方法。例如：2009年澳大利亚的顾敏研究团队利用不同长宽比的金纳米线对不同波长和偏振方向激光的响应差异，实现了10μm厚度内，三层五维(x、y、z、λ以及偏振)光信息存储(Nature,2009, 459(7245):410-413)。再例如：2011年，S.W Hell研究团队提出了一种可用于超分辨光存储读写的新型显微技术RESOLFT(reversible saturable optical‘fluorescence’transition between two states)，利用绿色荧光蛋白(rsEGFP)的光固化和光开关特性，通过超分辨写入读出的方法，实现了250nm点间距的高密度光存储实验(Nature,2011,478,204-208)。或者例如：2012年澳大利亚的顾敏研究团队结合光致聚合以及超分辨受激辐射损耗技术原理，利用1,5-双(对二甲氨基辛酰亚胺)环戊酮(BDCC)材料体系，实现了9nm的光刻沟道宽度，52nm的沟道间距(Nature Communications,2013,4.6:2061)。利用该光致聚合光刻的机制可高密度写入光盘信息，据此顾敏研究团队申请了国际专利(Appl.No:15/039,368；PCT No:PCT/AU2013/001378)。
但是，现有的该些方法提升的存储容量有限，本领域仍需更有效的用于提升存储容量的技术手段。
申请内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供基于纳米光刻光盘及其物理存储介质结构和写入读出方法，用于解决现有技术中光盘存储容量有限的技术问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请的第一方面提供一种基于纳米光刻光盘的物理存储介质结构，所述基于纳米光刻光盘根据纳米光刻信息写入方法的不同选用不同的物理存储介质结构，其包括：根据双光束纳米光刻信息写入方法，采用双光束光盘的物理存储介质结构；根据单光束纳米光刻信息写入方法，采用单光束光盘的物理存储介质结构；其中，所述双光束光盘的物理存储介质结构以及单光束光盘的物理存储介质结构均为多层结构。
于本申请第一方面的一些实施方式中，所述双光束光盘的物理存储介质结构，从顶层到底层依次包括：保护层，用于保护光盘免受损坏或污物的影响，以保证光盘的存储质量和数据安全；吸收调制层，用于实现实心刻写光束焦斑尺寸的压缩；刻写记录层，用于数字存储信息的纳米光刻记录；反射层，用于提高光盘的信息读取能力，并提升数字信息读取时的信号强度；吸收调制层与刻写记录层之间根据需要，可增加一层10nm以下的过渡保护层，用于避免吸收调制层对刻写记录层产生影响。
于本申请第一方面的一些实施方式中，所述吸收调制层的厚度小于500nm，该层材料具有吸收调制特性，且材料性质稳定能长久保存。
于本申请第一方面的一些实施方式中，所述吸收调制特性为该材料存在两种状态，分别为状态1和状态2，其中，状态1下的该材料对波长λ2的光吸收强，对波长λ1的光则吸收弱；状态2下的该材料则对波长λ2的光吸收弱，对波长λ1的光则吸收强，其材料包括二芳基乙烯类、俘精酸酐类、或者叠氮类材料。。
于本申请第一方面的一些实施方式中，所述过渡保护层的厚度小于10nm，其材料包括 PVA(聚乙烯醇)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)。
于本申请第一方面的一些实施方式中，所述单光束光盘的物理存储介质结构，从顶层到底层依次包括：保护层，用于保护光盘免受损坏或污物的影响，以保证光盘的存储质量和数据安全；刻写记录层，用于数字存储信息的纳米光刻记录；反射层，用于提高光盘的信息读取能力，并提升信息读取时的信号强度。
于本申请第一方面的一些实施方式中，所述基于纳米光刻光盘根据不同的光盘读取方法选用不同的刻写记录层材料。
于本申请第一方面的一些实施方式中，所述基于纳米光刻光盘根据不同的光盘读取方法不同分为：1)多层介质膜反射光盘；2)超分辨荧光暗态光盘；3)双折射偏振光盘。
于本申请第一方面的一些实施方式中，所述多层介质膜反射光盘读取方法为反射光谱测量方法；根据反射光谱测量方法，选用的刻写记录层材料可以稳定保存，具有较高的荧光效率与稳定性，且能够进行光学刻写，包括：SiO2、GaF2,、MgF2、有机玻璃、或者光敏材料。
于本申请第一方面的一些实施方式中，所述多层介质膜反射光盘对应反射层采用反射率较高的材料，主要包括金属材料或者多层分布式布拉格反射镜(DBR)材料。
于本申请第一方面的一些实施方式中，所述反射光谱测量读取方法的数字信息读取分辨力取决于反射光谱差异和光谱读取分辨能力，双光束多层介质膜反射光盘通过在刻写记录层与反射层之间增加高折射率材料的中间层实现反射光谱差异和光谱读取分辨能力的提高。
于本申请第一方面的一些实施方式中，所述双光束多层介质膜反射光盘的中间层的折射率大于刻写记录层材料，且中间层的材料厚度小于测量波长。
于本申请第一方面的一些实施方式中，基于反射光谱测量方法的光盘包括单光束多层介质膜反射光盘和双光束多层介质膜反射光盘。
于本申请第一方面的一些实施方式中，所述双光束多层介质膜反射光盘的物理存储介质结构从顶层到底层依次包括：保护层，用于保护光盘免受损坏或污物的影响，以保证光盘的存储质量和数据安全；吸收调制层，用于实现实心刻写光束焦斑尺寸的压缩；过渡保护层，用于保护吸收调制层对刻写记录层的影响；刻写记录层，用于数字存储信息的纳米光刻记录；中间层，用于提高反射光谱差异和光谱读取分辨能力；反射层，用于提高光盘的信息读取能力，易于光谱信息的反射测量。
于本申请第一方面的一些实施方式中，所述双光束多层介质膜反射光盘的物理存储介质结构从顶层到底层依次包括：保护层，用于保护光盘免受损坏或污物的影响，以保证光盘的存储质量和数据安全；过渡保护层，用于保护吸收调制层对刻写记录层的影响；刻写记录层，用于数字存储信息的纳米光刻记录；中间层，用于提高反射光谱差异和光谱读取分辨能力；反射层，用于提高光盘的信息读取能力，易于光谱信息的反射测量。
于本申请第一方面的一些实施方式中，所述多层介质膜反射光盘包括多层介质腔结构反射光盘，该光盘物理存储介质的形成方式为：在刻写记录层完成光学刻写后，对光盘的吸收调制层进行超声等化学方法清洗，清洗后将刻写记录层进行180度翻转，以形成完成光学刻写的第二表面在下而第一表面在上的刻写记录层，以使第二表面与原先的反射层相叠设置，第一表面上新镀反射层2，反射层2与原有光盘反射层1之间构成介质腔；反射层2也是光盘的保护层，其采用的材料包括金属材料或者多层DBR材料，所述金属材料包括金或银。
于本申请第一方面的一些实施方式中，介质腔结构使得光谱信息寿命仅依赖于刻写记录层的寿命，以使存储信息永久保存并提升存储密度与存储容量。
于本申请第一方面的一些实施方式中，所述超分辨荧光暗态光盘读取方法为超分辨荧光暗态读取方法；根据超分辨荧光暗态读取方法选用的刻写记录层材料包括：8-羟基喹啉 (AIQ-3)，DPVBi，红荧烯(Rubrene)以及固化剂组成。
于本申请第一方面的一些实施方式中，所述超分辨荧光暗态光盘的刻写记录层的厚度大于1/2刻写激光波长。
于本申请第一方面的一些实施方式中，所述超分辨荧光暗态光盘根据吸收调制材料的双光子吸收特性实现多层超分辨荧光暗态光盘数字信息存储；所述多层超分辨荧光暗态光盘的物理存储介质结构从顶层到底层依次包括：保护层，用于保护光盘存储介质结构；多层信息刻写记录层，用于光盘的数据记录；基底层，用于保护光盘的物理存储介质结构。
于本申请第一方面的一些实施方式中，所述多层超分辨荧光暗态光盘包括：双光束多层超分辨荧光暗态光盘和单光束多层超分辨荧光暗态光盘。
于本申请第一方面的一些实施方式中，所述双光束多层超分辨荧光暗态光盘的多层信息刻写记录层由多层荧光记录材料与吸收调制材料交错构成；其结构包括2n层，n≥1；其中：从第1层到第2n层中的奇数层为吸收调制层，用于实现实心刻写光束焦斑尺寸的压缩；从第 1层到第2n层中的偶数层为荧光刻写记录层，用于荧光暗态纳米光刻信息记录。
于本申请第一方面的一些实施方式中，所述单光束多层超分辨荧光暗态光盘的多层信息刻写记录层由多层荧光记录材料与吸收调制材料交错构成；其结构包括2n层，n≥1；
其中：从第1层到第2n层中的奇数层为荧光刻写记录层，用于荧光暗态纳米光刻信息记录；
从第1层到第2n层中的偶数层为过渡保护层，用于保护荧光刻写记录层间的相互影响。
于本申请第一方面的一些实施方式中，所述双折射偏振光盘读取方法为偏振平衡测量方法；双折射偏振光盘的刻写记录层采用双折射材料来实现纳米光刻信息记录。
于本申请第一方面的一些实施方式中，所述双折射材料具有双折射特性，能够进行光学刻写且材料性质稳定能长久保存，包括如下材料中的任一种或多种组合：介质膜堆构成的薄膜偏振材料，物理气相沉积法镀膜采用的材料包括MgF2、SiO2、ZrO2、TiO2、或者HfO2；有机聚合物材料，其包括偶氮聚合物、偶氮液晶材料、PMMA、PE、PI、或者聚酯材料；双折射雕塑薄膜，薄膜材料包括SiO2、TiO2、或者ZnS；双折射晶体材料，其包括方解石、铌酸锂、钽酸锂、或者铌酸钡；旋光性材料，光通过该物质时偏振面发生变化，其包括石英，旋光性高分子聚合物中任意一种或多种组合。
于本申请第一方面的一些实施方式中，所述双折射偏振光盘包括：双光束双折射偏振光盘和单光束双折射偏振光盘。
于本申请第一方面的一些实施方式中，所述双折射偏振光盘的刻写记录层采用光致双折射材料来实现纳米光刻信息记录，其能在均匀光照或加热后将光盘的存储信息擦除掉，以实现光盘的重复使用。
于本申请第一方面的一些实施方式中，所述光致双折射材料具有光致双折射特性，能够进行光学刻写且材料性质稳定能长久保存，包括：有机聚合物材料，其包括偶氮聚合物、偶氮液晶材料、PMMA、PE、PI、或者聚酯材料；金属离子掺杂铌酸锂晶体材料，其包括锰铁双掺、Mg、或者Fe。
于本申请第一方面的一些实施方式中，基于光致双折射效应的光盘读出方法的光盘包括：双光束光致双折射光盘和单光束光致双折射光盘。
于本申请第一方面的一些实施方式中，上述光盘相同物理结构可扩展到双面，达到双面高密度信息存储。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请的第二方面提供一种基于纳米光刻光盘的写入读出方法，根据不同的光刻信息写入方法，选择不同的光盘物理存储介质结构，其包括：根据双光束纳米光刻信息写入方法，选择双光束光盘的物理存储介质结构；根据单光束纳米光刻信息写入方法，选择单光束光盘的物理存储介质结构；其中，所述双光束光盘的物理存储介质结构以及单光束光盘的物理存储介质结构均为多层结构。
于本申请第二方面的一些实施方式中，所述双光束光盘的物理存储介质结构从顶层到底层依次包括：保护层，用于保护光盘免受损坏或污物的影响，以保证光盘的存储质量和数据安全；吸收调制层，用于材料的吸收和调制；过渡保护层，用于保护吸收调制层对刻写记录层的影响；刻写记录层，用于用于实现双光束纳米光刻机制；反射层，用于提高光盘的信息读取能力，并提升信息读取时的信号强度。
于本申请第二方面的一些实施方式中，所述单光束光盘的物理存储介质结构从顶层到底层依次包括：保护层，用于保护光盘免受损坏或污物的影响，以保证光盘的存储质量和数据安全；刻写记录层，用于进行信息的刻写记录；反射层，用于提高光盘的信息读取能力，并提升信息读取时的信号强度。
于本申请第二方面的一些实施方式中，根据不同的光盘读取方法，选择不同的光盘的刻写记录层材料。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请的第三方面提供一种基于纳米光刻光盘，其包括所述物理存储介质结构。
如上所述，本申请的基于纳米光刻光盘及其物理存储介质结构和写入读出方法，具有以下有益效果：
附图说明
图1显示为本发明一实施例中的单光束纳米光刻的光盘物理存储介质结构的示意图。
图2A显示为本发明一实施例中的双光束纳米光刻的光盘物理存储介质结构的示意图。
图2B显示为本发明一实施例中的双光束纳米光刻的光盘物理存储介质结构的示意图。
图3A显示为本发明一实施例中的双光束多层介质膜反射光盘结构的示意图。
图3B显示为本发明一实施例中的反射光谱测量读取方法示意图。
图4A显示为本发明一实施例中的单光束多层介质膜反射光盘结构的示意图。
图4B显示为本发明一实施例中的光盘物理存储介质结构优化对光谱分辨能力的影响示意图。
图4C显示为本发明一实施例中的多层介质腔结构反射光盘的物理存储介质结构的示意图。
图5A显示为本发明一实施例中的双光束超分辨荧光暗态光盘结构的示意图。
图5B显示为本发明一实施例中的单光束超分辨荧光暗态光盘的示意图。
图6显示为本发明一实施例中的单光束多层超分辨荧光暗态光盘结构的示意图。
图7显示为本发明一实施例中的双光束多层超分辨荧光暗态光盘结构的示意图。
图8显示为本发明一实施例中的多层超分辨荧光暗态光盘的超分辨荧光暗态读取方法的示意图。
图9A显示为本发明一实施例中的双光束双折射偏振光盘结构的示意图。
图9B显示为本发明一实施例中的单光束双折射偏振光盘的示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
第一实施例
如图1所示，展示了一种基于单光束纳米光刻的光盘物理存储介质结构，其结构包括：
1)保护层101，该层使光盘可以经受住频繁的使用、指纹、抓痕和污垢，以此保证光盘的存储质量和数据安全。
2)刻写记录层102，用于进行信息的刻写与记录，该层特征为可以稳定保存，且可进行光学刻写。
3)反射层103，用于提高光谱反射率，易于光谱信息的反射测量，其采用反射率较高的材料。
该光盘物理存储介质结构采用单光束纳米光刻方法，通过采用更短波长刻写激光束(可采用半导体激光405纳米或更短波长输出，或355纳米和266纳米固体激光输出，或者248 纳米、193纳米和157纳米输出准分子激光等等)以及高数值孔径物镜的聚焦方式，获得压缩的衍射受限聚焦光斑104，该光束作用于刻写记录层上进行数字信息刻写106，并通过移动光束作用于刻写记录层的固定信息记录点位置105，完成数字信息存储全过程。
第二实施例
如图2A所示，展示了一种基于双光束纳米光刻的光盘物理存储介质结构，其结构包括：
1)保护层201，该层使光盘可以经受住频繁的使用、指纹、抓痕和污垢，以此保证光盘的存储质量和数据安全；
2)吸收调制层202，该层材料具有吸收调制特性，其吸收光谱具有如图1所示特征，该层厚度小于500nm，吸收调制层材料包括二芳基乙烯类、俘精酸酐类材料、叠氮类材料；
3)刻写记录层203，用于进行信息的刻写与记录，该层特征为可以稳定保存，且可进行光学刻写；
4)反射层204，用于提高光谱反射率，易于光谱信息的反射测量，其采用反射率较高的材料。
在另一实施例中，如图2B所示，进一步地，吸收调制层202与刻写记录层203之间根据需要，可增加一层10nm以下的过渡保护层，用于避免吸收调制层202对刻写记录层203 产生影响。所述过渡保护层的材料包括：PVA(聚乙烯醇)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)等。
该光盘物理存储介质结构采用双光束纳米光刻方法，以下结合图2A和图2B阐述基于前述方式的双光束光刻信息写入原理：
实心刻写光束205与空心抑制光束206同时作用于吸收调制层202上，经吸收调制特性作用，空心抑制光束206抑制了实心刻写光束205的外围光束透过吸收调制层202，使透过吸收调制层202的刻写光斑尺寸被进一步压缩，如207所示，经吸收调制层202压缩后的光束210作用于刻写记录层203上进行信息刻写。压缩后的实心刻写光束210作用于刻写记录层上进行数字信息刻写206，并通过移动光束作用于刻写记录层的固定信息记录点位置211，至下一固定信息记录点位置进行纳米光刻信息记录；依次类推，直至完成刻写记录层上的信息记录过程，由此提高了光盘的信息存储维度与存储容量。
于此，对上述双光束光刻信息写入方法做些许说明：本方法采用一束波长λ1的刻写连续激光和一束波长λ2的抑制连续激光同时照射上述光盘物理存储介质的吸收调制层，通过吸收调制材料的吸收调制特性实现超分辨纳米光刻写入，使透过吸收调制层刻写光束的焦斑被大大压缩，从而实现超越衍射极限光斑的纳米光刻信息记录。该方法的作用特征为：波长为λ1的刻写激光束，以一定的强度照射吸收调制材料，使该材料对于波长λ1的刻写光透明；波长λ2的抑制激光束以一定强度同时照射该材料，则使该材料对于波长λ2的光束产生强烈的吸收；两束光束的焦平面在空间上重合，刻写光束为实心光束，光强符合高斯强度分布，起刻录信息的作用；抑制光束为空心光束，光强符合环形强度分布，中心强度近似为零(可用涡旋相位板或者空间光调制器等产生)，起到抑制刻写光束外围光斑透过吸收调制层的作用；经过吸收调制层压缩后的刻写光束作用于刻写记录层。分别控制刻写光束和抑制光束的照射时间和光束强度，可实现对刻写记录层的刻蚀深度和刻蚀宽度的精准控制。在双光束纳米光刻信息写入方法中，刻写光束可选用蓝光或紫外短波长连续激光。
第三实施例
如图3A所示，展示了一种双光束多层介质膜反射光盘，其结构包括：
1)保护层301，该层使光盘可以经受住频繁的使用、指纹、抓痕和污垢，以此保证光盘的存储质量和数据安全；
2)吸收调制层302，该层材料具有吸收调制特性，其吸收光谱具有如图1所示特征，该层厚度小于500nm，吸收调制层材料包括二芳基乙烯类、俘精酸酐类材料、叠氮类材料；
3)刻写记录层303，用于进行信息的刻写与记录，该层特征为可以稳定保存，且可进行光学刻写，选用材料包括SiO2，GaF2，MgF2、有机玻璃、光敏材料等；
4)反射层304，用于提高光谱反射率，易于光谱信息的反射测量，其采用反射率较高的材料，主要包括金属材料或者多层分布式布拉格反射镜(DBR)材料。
该光盘物理存储介质结构采用如第二实施例中所述双光束纳米光刻方法进行数字信息写入，结合2m位数字信息编码方法，以m＝3为例，在303上信息记录点的固定位置305处的数字存储位点(1)、(2)、(3)处进行不同沟槽深度Z1，Z2，Z3的连续刻写，其中，对应(m)处进行刻写表示该处存储数码“1”，反之则为存储数码“0”，不同的(m)则对应2m位编码中的不同位数；至此，完成了固定位置305处的信息记录，再移动至下一固定位置，重复上述过程完成数字信息存储；依次类推，完成数字信息存储全过程。
需要说明的是，对于第一实施例和第二实施例中的光盘物理存储介质，保护层301并非必须，在缺少保护层301的情况下其他各层亦可以单独实施。
如图3B所示，展示了通过反射光谱测量读取方法读取双光束多层介质膜反射光盘数字存储信息，光源306发出白光；透镜组307、308将所述白光进行准直扩束并汇聚到分束镜 309；分束镜309对接收的白光进行分光并发射至高倍物镜310；高倍物镜310将接收的白光聚焦作用于光盘物理存储介质311的表面，以对其刻写记录层进行反射测量，并将收集的测量光信号射出；单个透镜312将所述测量光信号汇聚至光谱仪313；光谱仪314处理接收的测量光信号，并从中解码出数据存储信息。
优选的，所述光源为卤素灯、钨灯、氙灯、白光LED灯、带通滤波的白光光源、或紫外LED光源。带通滤波的白光光源使得测量光斑得到压缩。紫外LED光源使得测量信息记录点间距和轨道间距可进一步提高。
常用的光栅光谱仪采用机械转动光栅的方法，不适用于数据的高速读取与处理。为达到光盘读取对速率、灵敏度的要求，本实施例的光谱仪313采用高速测量光谱仪，具体包括：光学色散元件、窄带集成滤光片、及线阵探测器；其中，所述光学色散元件对接收的测量光信号进行分光，以使反射光谱信息在空间上展开；所述窄带集成滤光片获得经所述光学色散元件色散后的反射光谱信息所对应的波长的光；所述线阵探测器对经所述窄带集成滤光片所得到的各波长的光的光强进行探测，以获得反射光谱信息。当然，在其他具体应用中，亦可根据实际光谱测量需求，光谱仪可仅用“光学色散元件+线阵探测器”或者“集成式窄带滤波片+线阵探测器”的方式进行快速光谱信息测量。
第四实施例
如图4A所示，展示了一种单光束多层介质膜反射光盘，其结构包括：
1)保护层402，该层使光盘可以经受住频繁的使用、指纹、抓痕和污垢，以此保证光盘的存储质量和数据安全；
2)刻写记录层403，用于进行信息的刻写与记录，该层特征为可以稳定保存，且可进行光学刻写，选用材料包括SiO2、GaF2、MgF2、有机玻璃、光敏材料等；
3)反射层404，用于提高光谱反射率，易于光谱信息的反射测量，其采用反射率较高的材料，主要包括金属材料或者多层分布式布拉格反射镜(DBR)材料。
如图4B所示，图右侧展示了一种提高反射光谱测量分辨能力的优化光盘物理存储介质结构，其结构为：
1)刻写记录层408，用于进行信息的刻写与记录，该层特征为可以稳定保存，且可进行光学刻写，选用材料包括SiO2、GaF2、MgF2、有机玻璃、光敏材料等；
2)中间层409，为高折射率材料，折射率大于刻写记录层303的材料的折射率，且光谱吸收率较低，该层材料厚度小于测量波长，选用材料包括Al2O3、Si3N4、Nb2O5、Ta2O5和TiO2等；
3)反射层410，用于提高光谱反射率，易于光谱信息的反射测量，其采用反射率较高的材料，主要包括金属材料或者多层分布式布拉格反射镜(DBR)材料。
图4B展示了没有中间层的光盘物理存储介质(图左侧)与添加中间层的光盘存储物理介质(图右侧)所对应的反射测量光谱信息411与412。对比411与412可以明显看出，添加中间层后的光盘存储物理介质的光谱分辨能力得到了明显的提高：
(1)412相较411而言，“峰位”的移动更为明显；
(2)412的强度变化更为剧烈，在更小的窗口，如360nm～400nm之间就可以实现编码信息的区分，对采用紫外区间光源进行光谱信息读取提供了可能；
(3)不同数字编码信息之间对应的反射光谱的峰型差异增大。
因此，通过增加一层中间层或者多层中间层，可使光谱的分辨能力得到巨大的提升。
如图4C所示，展示了另一种光盘物理存储介质，该光盘物理存储介质的刻写记录层414 已在第二表面(见图中与415接触的平面)完成了光刻信息的写入，并在第一表面(见图中与413接触的平面)新增了反射层413。
该光盘物理存储介质的形成方式为：在对第三实施例的刻写记录层303进行光学刻写后，对光盘的吸收调制层302(如有过渡层则含)进行超声等化学方法清洗，清洗后将刻写记录层303进行180度翻转，以形成图4C所示的完成光学刻写的第二表面在下而第一表面在上的刻写记录层303，此时，第二表面与原先的反射层304(也即图4C中的413)相叠设置，第一表面上新镀反射层415，反射层415与反射层413之间构成介质腔。反射层415可采用金、银等金属材料，或者多层DBR材料。反射层413同时也是光盘的保护层。
介质腔结构使得光谱信息寿命仅依赖于刻写记录层的寿命，进而实现存储信息的永久保存，除此之外，也实现了存储密度与存储容量的大幅度提升。
第五实施例
如图5所示，展示了一种双光束超分辨荧光暗态光盘，其结构包括：
1)保护层501，使光盘可以经受住频繁的使用、指纹、抓痕和污垢，保证光盘的存储质量和数据安全；
2)吸收调制层502，该层材料具有吸收调制特性，其吸收光谱具有如图3A所示特征，该层厚度一般小于500nm，吸收调制层的材料包括：二芳基乙烯类，俘精酸酐类以及叠氮类材料；
3)荧光刻写记录层503，用于记录荧光暗态信息，该层的特征是可以稳定保存，具有较高的荧光效率与稳定性，且可进行光学纳米信息刻写，主要由常用的荧光材料，如8-羟基喹啉(AIQ-3)以及固化剂组成，；
4)基底层504，用以保护光盘物理介质存储结构。
如上述第二实施例所述，采用压缩后的实心刻写光束进行纳米信息刻写时，完成信息记录点505处的信息写入后，再令压缩后的实心刻写光束作用于下一信息记录点处进行荧光暗态信息的写入，依次类推，直至完成荧光刻写记录层上的信息记录过程，由此提高了光盘的信息存储维度与存储容量，其中，固定信息记录位置处是否进行纳米信息光刻对应二进制存储数码“0”和“1”。
如图5B所示，展示了一种单光束超分辨荧光暗态光盘，其结构包括：
1)保护层506，使光盘可以经受住频繁的使用、指纹、抓痕和污垢，保证光盘的存储质量和数据安全；
2)荧光刻写记录层507，用于记录荧光暗态信息，该层的特征是可以稳定保存，具有较高的荧光效率与稳定性，且可进行光学纳米信息刻写，主要由常用的荧光材料，如8-羟基喹啉(AIQ-3)以及固化剂组成；
3)基底层508，用以保护光盘物理介质存储结构。
如上述第一实施例所述，采用压缩后的实心刻写光束进行纳米信息刻写时，完成信息记录点509处的信息写入后，再令压缩后的实心刻写光束作用于下一信息记录点处进行荧光暗态信息的写入，依次类推，直至完成荧光刻写记录层上的信息记录过程，由此提高了光盘的信息存储维度与存储容量，其中，固定信息记录位置处是否进行纳米信息光刻对应二进制存储数码“0”和“1”。
第六实施例
如图6所示，展示了一种单光束多层超分辨荧光暗态光盘，包括：
1)保护层601，该层使光盘可以经受住频繁的使用、指纹、抓痕和污垢，以此保证光盘的存储质量和数据安全；
2)602为荧光刻写记录层1，用于进行第一层信息的荧光暗态信息记录，该层厚度大于 1/2波长，该层特征为可以稳定保存，具有较高的荧光效率与稳定性，且可进行光学刻写，主要由常用的荧光材料，如8-羟基喹啉(AIQ-3)以及固化剂组成；
3)603为中间过渡层1，该层厚度小于1/2波长，于荧光记录层1与荧光记录层2之间，用以保护荧光记录层之间的信息串扰，常用材料包括PVA等有机材料；
4)604为荧光刻写记录层2，用于进行第一层信息的荧光暗态信息记录，该层厚度大于 1/2波长，该层材料可与荧光记录层材料1相同，亦可选择其他荧光波长的荧光材料，采用多波长荧光进行存储可以有效避免信号的串扰；
5)605为中间过渡层2，该层厚度小于1/2波长，于荧光记录层1与荧光记录层2之间，用以保护荧光记录层之间的信息串扰，常用材料包括PVA等有机材料；
6)606为荧光刻写记录层3，用于进行第一层信息的荧光暗态信息记录，该层厚度大于 1/2波长，该层材料可与荧光记录层材料1、2相同，亦可选择其他荧光波长的荧光材料，采用多波长荧光进行存储可以有效提高信号的串扰；
7)607为中间过渡层3，该层厚度小于1/2波长，于荧光记录层3与基底之间，用以保护荧光记录层与基底层之间的信息串扰，常用材料包括PVA等有机材料；
8)基底层608，用以保护光盘物理介质存储结构。
结合上述光盘物理存储结构，以下阐述基于前述方式二的单光束光刻信息写入方法的改进方法：
经物镜609聚焦光束聚焦作用于602荧光刻写记录层1上，在荧光刻写记录层1上的信息记录点(如612)处进行荧光暗态信息的写入。刻写时，读取信息记录点处的刻写控制信息，据以判断是否进行荧光暗态信息的写入，也即是否进行光刻写入。若刻写控制信息为“1”数码，则在信息记录点处进行刻写，若刻写控制信息为“0”，则不在信息记录点处进行刻写。当完成信息记录点处的信息写入后，再令光束作用于本层的下一信息记录点处进行荧光暗态信息的写入，依次类推，直至完成荧光刻写记录层1上的信息记录过程。
通过移动物镜和样品间的位置距离609或者调节聚焦光束的激光发散度，调节光束的焦深(过程610)，使聚焦光束作用于604荧光刻写记录层2上，在荧光刻写记录层2上的信息记录点(如613)处进行荧光暗态信息的写入刻写时，读取信息记录点处的刻写控制信息，据以判断是否进行荧光暗态信息的写入，也即是否进行光刻写入。若刻写控制信息为“1”数码，则在信息记录点处进行刻写，若刻写控制信息为“0”，则不在信息记录点处进行刻写。当完成信息记录点处的信息写入后，再令光束作用于本层的下一信息记录点处进行荧光暗态信息的写入，依次类推，直至完成荧光刻写记录层2上的信息记录过程。
通过移动物镜和样品间的位置距离609或者调节聚焦光束的激光发散度，调节光束的焦深(过程611)，使聚焦光束作用于606荧光刻写记录层3上，在荧光刻写记录层3上的信息记录点(如614)处进行荧光暗态信息的写入。若刻写控制信息为“1”数码，则在信息记录点处进行刻写，若刻写控制信息为“0”，则不在信息记录点处进行刻写。当完成信息记录点处的信息写入后，再令光束作用于本层的下一信息记录点处进行荧光暗态信息的写入，依次类推，直至完成荧光刻写记录层3上的信息记录过程。
为避免多层荧光信号的串扰问题，实心刻写光束采用脉冲光束，利用材料的双光子特性，通过双光子过程的阈值特性避免刻写过程中的信号串扰问题。同时，采用更短波长刻写激光束(可采用半导体激光405纳米或更短波长输出，或355纳米和266纳米固体激光输出，或者248纳米、193纳米和157纳米输出准分子激光等等)以及高数值孔径物镜的聚焦方式，获得压缩的衍射受限聚焦光斑。
第七实施例
图7所示，展示了一种双光束多层超分辨荧光暗态光盘，包括：
1)保护层701，该层使光盘可以经受住频繁的使用、指纹、抓痕和污垢，以此保证光盘的存储质量和数据安全；
2)702为吸收调制层1，该层材料具有吸收调制特性，其吸收光谱如图3A所示，该层厚度一般小于500nm，该层使刻写脉冲光束高斯线性得到压缩，压缩后的光束作用于荧光记录层1用于荧光暗态信息写入过程，吸收调制层材料包括：二芳基乙烯类，俘精酸酐类以及叠氮类材料；
3)703为荧光刻写记录层1，用于进行第一层信息的荧光暗态信息记录，该层厚度大于 1/2波长，该层特征为可以稳定保存，具有较高的荧光效率与稳定性，且可进行光学刻写，主要由常用的荧光材料，如8-羟基喹啉(AIQ-3)以及固化剂组成；
4)704为吸收调制层2，该层材料具有吸收调制特性，其吸收光谱如图3A所示，该层厚度小于500nm，该层使刻写脉冲光束高斯线性得到压缩，压缩后的光束作用于荧光记录层2用于荧光暗态写入过程，吸收调制层材料包括二芳基乙烯类，俘精酸酐类以及叠氮类材料；
5)705为荧光刻写记录层2，用于进行第二层信息的荧光暗态信息记录，该层厚度大于 1/2波长，该层材料可与荧光记录层1材料相同，亦可选择其他荧光波长的荧光材料，采用多波长荧光进行存储可以有效提高信号的串扰；
6)706为吸收调制层3，该层材料具有吸收调制特性，其吸收光谱如图3A所示，该层厚度小于500nm，该层使刻写脉冲光束高斯线性得到压缩，压缩后的光束作用于荧光记录层3用于荧光暗态信息写入过程，吸收调制层材料包括：二芳基乙烯类，俘精酸酐类以及叠氮类材料；
7)707为荧光刻写记录层3，用于进行第三层信息的荧光暗态信息记录，该层厚度大于 1/2波长，该层材料可与荧光记录层1、2材料相同，亦可选择其他荧光波长的荧光材料，采用多波长荧光进行存储可以有效提高信号的串扰；
8)708为中间过渡层，该层厚度小于1/2波长，于荧光记录层3与基底之间，用以保护荧光记录层与基底层之间的信息串扰，常用材料包括PVA等有机材料；
8)基底层709，用以保护光盘物理介质存储结构。
结合上述光盘物理存储结构，以下阐述基于前述方式一的双光束光刻信息写入方法的改进方法：
实心刻写光束711与空心抑制光束712经物镜710聚焦作用于702吸收调制层1上，经吸收调制层1作用，透过吸收调制层的激光束713聚焦作用于703荧光刻写记录层1上，在荧光刻写记录层1上信息记录点(如714)处进行荧光暗态信息写入过程，即是否进行光刻写入。若刻写控制信息为“1”数码，则在信息记录点处进行刻写，若刻写控制信息为“0”，则不在信息记录点处进行刻写。当完成信息记录点处的信息写入后，再令光束作用于本层的下一信息记录点处进行荧光暗态信息的写入，依次类推，直至完成荧光刻写记录层1上的信息记录过程。
调节实心刻写光束711与空心抑制光束412的强度和发散度以及物镜和样品间的位置距离(过程715)，使透过吸收调制层的激光束聚焦作用于704吸收调制层2上，透过吸收调制层的激光束聚焦作用于705荧光刻写记录层2上，在荧光刻写记录层2上的信息记录点(如 716)处进行荧光暗态信息写入过程，即是否进行光刻写入。若刻写控制信息为“1”数码，则在信息记录点处进行刻写，若刻写控制信息为“0”，则不在信息记录点处进行刻写。当完成信息记录点处的信息写入后，再令光束作用于本层的下一信息记录点处进行荧光暗态信息的写入，依次类推，直至完成荧光刻写记录层2上的信息记录过程。
调节实心刻写光束711与空心抑制光束712的强度和发散度以及物镜和样品间的位置距离(过程717)，使透过吸收调制层的激光束聚焦作用于706吸收调制层3上，透过吸收调制层的激光束聚焦作用于707荧光刻写记录层3上，在荧光刻写记录层3上的信息记录点(如 718)处进行荧光暗态信息写入过程，即是否进行光刻写入。若刻写控制信息为“1”数码，则在信息记录点处进行刻写，若刻写控制信息为“0”，则不在信息记录点处进行刻写。当完成信息记录点处的信息写入后，再令光束作用于本层的下一信息记录点处进行荧光暗态信息的写入，依次类推，直至完成荧光刻写记录层3上的信息记录过程。
为避免多层荧光信号的串扰问题，实心刻写光束711采用脉冲光束，利用材料的双光子特性，通过双光子纳米信息刻写过程的阈值特性避免刻写过程中的信号串扰问题，可实现光盘的多层数字信息刻写。
第八实施例
如图8所示，展示了一种多层超分辨荧光暗态光盘的超分辨荧光暗态读取方法，其中， 801为保护层，802为荧光刻写记录层1、804为荧光刻写记录层2，806为荧光刻写记录层3， 803、805、807为中间过渡层，808为基底层。
1)对于刻写完成的多层光盘存储介质结构，激光光束810和811经物镜809聚焦作用于 802荧光记录层1上，对该层荧光信号进行读取；
2)激光光束810为实心光束，光强符合高斯强度分布，使荧光材料产生荧光，激光光束 811为空心光束，光强符合环形强度分布，中心强度近似为零(可用涡旋相位板或者空间光调制器等产生)，起到抑制荧光材料产生荧光的作用，实现荧光“擦除”的效果，从而实现荧光的超分辨读出；
3)在荧光刻写记录层1上的信息记录点(如814)处进行荧光信号的超分辨读取过程，对应荧光强度较低时，表示该点处存入暗态信息，解码出该点的记录信息为“1”；而对应荧光强度较高时，表示该点处未存入暗态信息，解码出该点的记录信息为“0”；完成该信息记录点处的信息读取过程，移动光盘存储介质结构，令光束作用于荧光刻写记录层1的下一信息记录点处进行荧光暗态信息读取，依次类推，直至完成荧光刻写记录层1上的信息读取过程；
4)移动物镜位置(过程812)，使光束810和811聚焦作用于504荧光刻写记录层2上，荧光刻写记录层2上信息记录点(如815)处进行荧光信号的超分辨读取过程，对应荧光强度较低时，表示该点处存入暗态信息，解码出该点的记录信息为“1”；而对应荧光强度较高时，表示该点处未存入暗态信息，解码出该点的记录信息为“0”；完成该信息记录点处的信息读取过程，移动光盘存储介质结构，令光束作用于荧光刻写记录层2的下一信息记录点处进行荧光暗态信息读取，依次类推，直至完成荧光刻写记录层2上的信息读取过程；
5)移动物镜位置(过程813)，使光束810和811聚焦作用于806荧光刻写记录层3上，荧光刻写记录层3上信息记录点(如816)处进行荧光信号的超分辨读取过程，对应荧光强度较低时，表示该点处存入暗态信息，解码出该点的记录信息为“1”；而对应荧光强度较高时，表示该点处未存入暗态信息，解码出该点的记录信息为“0”；完成该信息记录点处的信息读取过程，移动光盘存储介质结构，令光束作用于荧光刻写记录层3下一信息记录点处进行荧光暗态信息读取，依次类推，直至完成荧光刻写记录层3上的信息读取过程。
需要说明的是，超分辨荧光暗态读取方法采用共焦层析式读取方式实现了所述光盘物理存储介质的多层存储信息读取，该方法同时也可用于单层超分辨荧光暗态光盘的数字信息读取。
第九实施例
如图9A所示，展示了一种双光束双折射偏振光盘，包括：
1)保护层901，该层使光盘可以经受住频繁的使用、指纹、抓痕和污垢，以此保证光盘的存储质量和数据安全；
2)吸收调制层902，该层材料具有吸收调制特性，其吸收光谱具有如图1所示特征，该层厚度小于500nm，吸收调制层材料包括二芳基乙烯类、俘精酸酐类材料、叠氮类材料；
3)刻写记录层903，用于进行信息的刻写与记录，该层特征为可以稳定保存，且可进行光学刻写；
4)反射层904，用于提高光谱反射率，易于光谱信息的反射测量，其采用反射率较高的材料，主要包括金属材料或者多层分布式布拉格反射镜(DBR)材料。
其中，刻写记录层903可选用光学成膜双折射材料包括如下材料中的任一种或多种组合：
1)介质膜堆构成的薄膜偏振材料，物理气相沉积法镀膜采用的材料包括MgF2、SiO2、 ZrO2、TiO2、或者HfO2；
2)有机聚合物材料，其包括偶氮聚合物、偶氮液晶材料、PMMA、PE、PI、或者聚酯材料；
3)双折射雕塑薄膜，薄膜材料包括SiO2、TiO2、或者ZnS；
4)双折射晶体材料，其包括方解石、铌酸锂、钽酸锂、或者铌酸钡。
需要说明的是，对于可擦除式光盘，即基于光致双折射效应的光盘读出方法的光盘，刻写记录层903则可选用光学成膜光致双折射材料，包括：
1)有机聚合物材料，其包括偶氮聚合物、偶氮液晶材料、PMMA、PE、PI、或者聚酯材料；
2)金属离子掺杂铌酸锂晶体材料，其包括锰铁双掺、Mg、或者Fe。
光盘物理存储介质结构采用如第二实施例中所述双光束纳米光刻方法进行数字信息写入，结合2m位数字信息编码方法，以m＝3为例，在903上信息记录点的固定位置905处的数字存储位点(1)、(2)、(3)处进行不同沟槽深度Z1,Z2,Z3的连续刻写，其中，对应(m) 处进行刻写表示该处存储数码“1”，反之则为存储数码“0”，不同的(m)则对应2m位编码中的不同位数；至此，完成了905处的信息记录，再移动至下一固定位置，重复上述过程完成数字信息存储；依次类推，完成数字信息存储全过程。
如图9B所示，展示了一种单光束双折射偏振光盘，包括：
1)保护层906，该层使光盘可以经受住频繁的使用、指纹、抓痕和污垢，以此保证光盘的存储质量和数据安全；
2)刻写记录层907，用于进行信息的刻写与记录，该层特征为可以稳定保存，且可进行光学刻写；
3)反射层908，用于提高光谱反射率，易于光谱信息的反射测量，其采用反射率较高的材料，主要包括金属材料或者多层分布式布拉格反射镜(DBR)材料。
其中，刻写记录层907可选用光学成膜双折射材料包括如下材料中的任一种或多种组合：
1)介质膜堆构成的薄膜偏振材料，物理气相沉积法镀膜采用的材料包括MgF2、SiO2、 ZrO2、TiO2、或者HfO2；
2)有机聚合物材料，其包括偶氮聚合物、偶氮液晶材料、PMMA、PE、PI、或者聚酯材料；
3)双折射雕塑薄膜，薄膜材料包括SiO2、TiO2、或者ZnS；
4)双折射晶体材料，其包括方解石、铌酸锂、钽酸锂、或者铌酸钡；
5)旋光性材料，光通过该物质时偏振面发生变化，其包括石英，旋光性高分子聚合物中任意一种或多种组合。
需要说明的是，对于可擦除式光盘，即基于光致双折射效应的光盘读出方法的光盘，刻写记录层907则可选用光学成膜光致双折射材料，包括：
1)有机聚合物材料，其包括偶氮聚合物、偶氮液晶材料、PMMA、PE、PI、或者聚酯材料；
2)金属离子掺杂铌酸锂晶体材料，其包括锰铁双掺、Mg、或者Fe。
光盘物理存储介质结构采用如第二实施例中所述单光束纳米光刻方法进行数字信息写入，结合2m位数字信息编码方法，以m＝3为例，在907上信息记录点的固定位置909处的数字存储位点(1)、(2)、(3)处进行不同沟槽深度Z1,Z2,Z3的连续刻写，其中，对应(m)处进行刻写表示该处存储数码“1”，反之则为存储数码“0”，不同的(m)则对应2m位编码中的不同位数；至此，完成了909处的信息记录，再移动至下一固定位置，重复上述过程完成数字信息存储；依次类推，完成数字信息存储全过程。
第十实施例
第一实施例～第九实施例介绍的光盘物理存储介质皆可视为“单面”结构。本实施例提供一种“双面”光盘物理存储介质，从而达到双面高密度信息存储的效果。所谓的“双面”结构可视作由两个“单面”结构共用一反射层103或反射层204“背对背”设置而成。在本实施例中，第一实施例中的反射层103或第二实施例中的反射层204作为基底层，其他层对称设于所述基底层的上表面和下表面。例如，以第一实施例介绍的光盘物理存储介质为例，其扩展至双面后的结构由上至下依次为保护层、记录层、反射层、记录层、保护层。
本申请还提供一种基于纳米光刻光盘的写入读出方法，所述方法根据不同的光刻信息写入方法，选择不同的光盘物理存储介质结构，其包括：根据双光束纳米光刻信息写入方法，选择双光束光盘的物理存储介质结构；根据单光束纳米光刻信息写入方法，选择单光束光盘的物理存储介质结构；其中，所述双光束光盘的物理存储介质结构以及单光束光盘的物理存储介质结构均为多层结构。因本实施例中基于纳米光刻光盘的写入读出方法的实施方式与上文中基于纳米光刻光盘的物理存储介质结构的实施方式类似，故不再赘述。
本申还提供一种基于纳米光刻光盘，其包括所述物理存储介质结构。因本实施例中基于纳米光刻光盘的实施方式与上文中基于纳米光刻光盘的物理存储介质结构的实施方式类似，故不再赘述。
综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (35)

1.一种基于纳米光刻光盘的物理存储介质结构，其特征在于，所述基于纳米光刻光盘根据纳米光刻信息写入方法的不同选用不同的物理存储介质结构，其包括：
根据双光束纳米光刻信息写入方法，采用双光束光盘的物理存储介质结构；
根据单光束纳米光刻信息写入方法，采用单光束光盘的物理存储介质结构；
其中，所述双光束光盘的物理存储介质结构以及单光束光盘的物理存储介质结构均为多层结构。
2.根据权利要求1所述的物理存储介质结构，其特征在于，所述双光束光盘的物理存储介质结构，从顶层到底层依次包括：
保护层，用于保护光盘免受损坏或污物的影响，以保证光盘的存储质量和数据安全；
吸收调制层，用于实现实心刻写光束焦斑尺寸的压缩；
刻写记录层，用于数字存储信息的纳米光刻记录；
反射层，用于提高光盘的信息读取能力，并提升数字信息读取时的信号强度；
其中，吸收调制层与刻写记录层之间能够增加一层厚度小于10nm的过渡保护层，用于避免吸收调制层对刻写记录层产生影响。
3.根据权利要求2所述的物理存储介质结构，其特征在于，所述吸收调制层采用性质稳定且能长久保存的材料，该层材料的厚度小于500nm，且具有吸收调制特性。
4.根据权利要求3所述的物理存储介质结构，其特征在于，所述吸收调制特性为该材料存在两种状态，分别为状态1和状态2，其中，状态1下的该材料对波长λ2的光吸收强，对波长λ1的光则吸收弱；状态2下的该材料则对波长λ2的光吸收弱，对波长λ1的光则吸收强，其材料包括二芳基乙烯类、俘精酸酐类、或者叠氮类材料。
5.根据权利要求2所述的物理存储介质结构，其特征在于，所述过渡保护层的厚度小于10nm，其材料包括PVA(聚乙烯醇)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)。
6.根据权利要求1所述的物理存储介质结构，其特征在于，所述单光束光盘的物理存储介质结构，从顶层到底层依次包括：
保护层，用于保护光盘免受损坏或污物的影响，以保证光盘的存储质量和数据安全；
刻写记录层，用于数字存储信息的纳米光刻记录；
反射层，用于提高光盘的信息读取能力，并提升信息读取时的信号强度。
7.根据权利要求1所述的物理存储介质结构，其特征在于，所述基于纳米光刻光盘根据不同的光盘读取方法选用不同的刻写记录层材料。
8.根据权利要求7所述的物理存储介质结构，其特征在于，所述基于纳米光刻光盘根据不同的光盘读取方法不同分为：1)多层介质膜反射光盘；2)超分辨荧光暗态光盘；3)双折射偏振光盘。
9.根据权利要求8所述的物理存储介质结构，其特征在于，所述多层介质膜反射光盘读取方法为反射光谱测量方法；根据反射光谱测量方法，选用的刻写记录层材料包括：SiO2、GaF2,、MgF2、有机玻璃、或者光敏材料。
10.根据权利要求9所述的物理存储介质结构，其特征在于，所述多层介质膜反射光盘对应反射层采用反射率较高的材料，主要包括金属材料或者多层分布式布拉格反射镜(DBR)材料。
11.根据权利要求9所述的物理存储介质结构，所述反射光谱测量读取方法的数字信息读取分辨力取决于反射光谱差异和光谱读取分辨能力，双光束多层介质膜反射光盘通过在刻写记录层与反射层之间增加高折射率材料的中间层实现反射光谱差异和光谱读取分辨能力的提高。
12.根据权利要求11所述的物理存储介质结构，其特征在于，所述双光束多层介质膜反射光盘的中间层的折射率大于刻写记录层材料，且中间层的材料厚度小于测量波长。
13.根据权利要求9所述的物理存储介质结构，其特征在于，基于反射光谱测量方法的光盘包括单光束多层介质膜反射光盘和双光束多层介质膜反射光盘。
14.根据权利要求13所述的物理存储介质结构，其特征在于，所述双光束多层介质膜反射光盘的物理存储介质结构从顶层到底层依次包括：
保护层，用于保护光盘免受损坏或污物的影响，以保证光盘的存储质量和数据安全；
吸收调制层，用于实现实心刻写光束焦斑尺寸的压缩；
过渡保护层，用于保护吸收调制层对刻写记录层的影响；
刻写记录层，用于数字存储信息的纳米光刻记录；
中间层，用于提高反射光谱差异和光谱读取分辨能力；
反射层，用于提高光盘的信息读取能力，易于光谱信息的反射测量。
15.根据权利要求13所述的单光束多层介质膜反射光盘，其特征在于，所述双光束多层介质膜反射光盘的物理存储介质结构从顶层到底层依次包括：
保护层，用于保护光盘免受损坏或污物的影响，以保证光盘的存储质量和数据安全；
过渡保护层，用于保护吸收调制层对刻写记录层的影响；
刻写记录层，用于数字存储信息的纳米光刻记录；
中间层，用于提高反射光谱差异和光谱读取分辨能力；
反射层，用于提高光盘的信息读取能力，易于光谱信息的反射测量。
16.根据权利要求8所述的物理存储介质结构，其特征在于，所述多层介质膜反射光盘包括多层介质腔结构反射光盘，该光盘物理存储介质的形成方式为：在刻写记录层完成光学刻写后，对光盘的吸收调制层进行超声等化学方法清洗，清洗后将刻写记录层进行180度翻转，以形成完成光学刻写的第二表面在下而第一表面在上的刻写记录层，以使第二表面与原先的反射层相叠设置，第一表面上新镀反射层2，反射层2与原有光盘反射层1之间构成介质腔；反射层2也是光盘的保护层，其采用的材料包括金属材料或者多层DBR材料，所述金属材料包括金或银。
17.根据权利要求16所述的物理存储介质结构，其特征在于，介质腔结构使得光谱信息寿命仅依赖于刻写记录层的寿命，以使存储信息永久保存并提升存储密度与存储容量。
18.根据权利要求8所述的物理存储介质结构，其特征在于，所述超分辨荧光暗态光盘读取方法为超分辨荧光暗态读取方法；超分辨荧光暗态光盘选用能够稳定保存且具有高荧光效率与稳定性且能够进行光学刻写的刻写记录层材料；根据超分辨荧光暗态读取方法选用的刻写记录层材料包括：8-羟基喹啉(AIQ-3)，DPVBi，红荧烯(Rubrene)以及固化剂组成。
19.根据权利要求18所述的物理存储介质结构，其特征在于，所述超分辨荧光暗态光盘的刻写记录层的厚度大于1/2刻写激光波长。
20.根据权利要求18所述的物理存储介质结构，其特征在于，所述超分辨荧光暗态光盘根据吸收调制材料的双光子吸收特性实现多层超分辨荧光暗态光盘数字信息存储；所述多层超分辨荧光暗态光盘的物理存储介质结构从顶层到底层依次包括：
保护层，用于保护光盘存储介质结构；
多层信息刻写记录层，用于光盘的数据记录；
基底层，用于保护光盘的物理存储介质结构。
21.根据权利要求20所述的物理存储介质结构，其特征在于，所述多层超分辨荧光暗态光盘包括：双光束多层超分辨荧光暗态光盘和单光束多层超分辨荧光暗态光盘。
22.根据权利要求21所述的物理存储介质结构，其特征在于，所述双光束多层超分辨荧光暗态光盘的多层信息刻写记录层由多层荧光记录材料与吸收调制材料交错构成；其结构包括2n层，n≥1；其中：
从第1层到第2n层中的奇数层为吸收调制层，用于实现实心刻写光束焦斑尺寸的压缩；
从第1层到第2n层中的偶数层为荧光刻写记录层，用于荧光暗态纳米光刻信息记录。
23.根据权利要求21所述的单光束多层超分辨荧光暗态光盘，其特征在于，所述单光束多层超分辨荧光暗态光盘的多层信息刻写记录层由多层荧光记录材料与吸收调制材料交错构成；其结构包括2n层，n≥1；其中：
从第1层到第2n层中的奇数层为荧光刻写记录层，用于荧光暗态纳米光刻信息记录；
从第1层到第2n层中的偶数层为过渡保护层，用于保护荧光刻写记录层间的相互影响。
24.根据权利要求8所述的物理存储介质结构，其特征在于，所述双折射偏振光盘读取方法为偏振平衡测量方法；双折射偏振光盘的刻写记录层采用双折射材料来实现纳米光刻信息记录。
25.根据权利要求24所述的物理存储介质结构，其特征在于，所述双折射材料具有双折射特性，能够进行光学刻写且材料性质稳定能长久保存，包括如下材料中的任一种或多种组合：
介质膜堆构成的薄膜偏振材料，物理气相沉积法镀膜采用的材料包括MgF2、SiO2、ZrO2、TiO2、或者HfO2；
有机聚合物材料，其包括偶氮聚合物、偶氮液晶材料、PMMA、PE、PI、或者聚酯材料；
双折射雕塑薄膜，薄膜材料包括SiO2、TiO2、或者ZnS；
双折射晶体材料，其包括方解石、铌酸锂、钽酸锂、或者铌酸钡；
旋光性材料，光通过该物质时偏振面发生变化，其包括石英，旋光性高分子聚合物中任意一种或多种组合。
26.根据权利要求24所述的物理存储介质结构，其特征在于，所述双折射偏振光盘包括：双光束双折射偏振光盘和单光束双折射偏振光盘。
27.根据权利要求24所述的物理存储介质结构，其特征在于，所述双折射偏振光盘的刻写记录层采用光致双折射材料来实现纳米光刻信息记录，其能在均匀光照或加热后将光盘的存储信息擦除掉，以实现光盘的重复使用。
28.根据权利要求27所述的物理存储介质结构，其特征在于，所述光致双折射材料具有光致双折射特性，能够进行光学刻写且材料性质稳定能长久保存，包括：
有机聚合物材料，其包括偶氮聚合物、偶氮液晶材料、PMMA、PE、PI、或者聚酯材料；
金属离子掺杂铌酸锂晶体材料，其包括锰铁双掺、Mg、或者Fe。
29.根据权利要求27所述的物理存储介质结构，其特征在于，基于光致双折射效应的光盘读出方法的光盘包括：双光束光致双折射光盘和单光束光致双折射光盘。
30.根据权利要求1所述的物理存储介质结构，其特征在于，所述光盘的双面均具有相同物理存储介质结构，以达到双面高密度信息存储。
31.一种基于纳米光刻光盘的写入读出方法，其特征在于，根据不同的光刻信息写入方法，选择不同的光盘物理存储介质结构，其包括：
根据双光束纳米光刻信息写入方法，选择双光束光盘的物理存储介质结构；
根据单光束纳米光刻信息写入方法，选择单光束光盘的物理存储介质结构；
其中，所述双光束光盘的物理存储介质结构以及单光束光盘的物理存储介质结构均为多层结构。
32.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，所述双光束光盘的物理存储介质结构从顶层到底层依次包括：
保护层，用于保护光盘免受损坏或污物的影响，以保证光盘的存储质量和数据安全；
吸收调制层，用于材料的吸收和调制；
过渡保护层，用于保护吸收调制层对刻写记录层的影响；
刻写记录层，用于用于实现双光束纳米光刻机制；
反射层，用于提高光盘的信息读取能力，并提升信息读取时的信号强度。
33.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，所述单光束光盘的物理存储介质结构从顶层到底层依次包括：
保护层，用于保护光盘免受损坏或污物的影响，以保证光盘的存储质量和数据安全；
刻写记录层，用于进行信息的刻写记录；
反射层，用于提高光盘的信息读取能力，并提升信息读取时的信号强度。
34.根据权利要求31所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据不同的光盘读取方法，选择不同的光盘的刻写记录层材料。
35.一种基于纳米光刻光盘，其特征在于，包括如权利要求1～30中任一项所述的物理存储介质结构。
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