CN113113065A - 一种双光束超分辨光学数据的写入/读出方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于光学数据存储领域，更具体地，涉及一种双光束超分辨光学数据的写入/读出方法及装置。选择一个存储介质和一种用于写入/读出的数据阵列格式；将第一光源出射的第一读写光经过光路形成的第一光斑和第二光源出射的第二读写光经过光路形成的第二光斑在存储介质上发生部分重叠，重叠部分形成叠加光斑，以完成该数据阵列格式中的一个数据点或该数据阵列格式的一次性写入/读出；存储介质只有被所述第一光源和第二光源出射的两束光同时作用或先后作用后才能够发生性质的改变；若只有其中的一束光对该存储介质进行作用，其不能发生性质的改变；本发明采用利用双光束边缘光合并能量实现光学数据存储，提高分辨率，增大存储容量。

Description

一种双光束超分辨光学数据的写入/读出方法及装置

技术领域

本发明属于光学数据存储领域，具体涉及一种双光束超分辨光学数据的写入/读出方法及装置，更具体地，涉及一种合作吸收双光束超分辨光学数据的写入/读出方法及装置。

背景技术

双光束超分辨光学数据存储技术中，普遍的方式是采用两束光来减小数据记录点的尺寸和提高数据存储的密度。第一束记录光聚焦成为一点打在记录介质上，使得记录介质发生性能改变，从而实现一个点数据的记录。记录点通过与其周边性能未发生改变的材料区分开来，从而实现数据记录的有无。在单光束数据存储的情况下，因为光束聚焦形成的小光点受到衍射极限的限制，因而实际形成的该聚焦光斑为高斯状弥散光斑。利用该光斑来记录数据将存在两个记录点间距过于靠近的时候在物理上原本需要分离的两个数据点黏连在一起的情况，从而造成无法区分是一个记录点还是两个记录点的数据读出问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种合作吸收双光束超分辨光学数据的写入/读出方法及装置，利用两束读写光重合部分光束能量实现双光束超分辨光存储，实现与现有的两束光相减的双光束超分辨光存储技术(CN111883185A)相比拟的存储能力。

为实现上述目的，本发明提供了一种合作吸收双光束超分辨光学数据的写入/读出方法，包括如下步骤：

(1)选择一个存储介质和一种用于写入/读出的数据阵列格式；

(2)第一光源出射的第一读写光在所述存储介质上形成第一光斑，第二光源出射的第二读写光在所述存储介质上形成第二光斑，所述第一光斑和第二光斑在所述存储介质上发生部分重叠，重叠部分形成叠加光斑，该叠加光斑对应该数据阵列格式或该数据阵列格式中的一个数据点，以完成该数据阵列格式或该数据阵列格式中的一个数据点的一次性写入；

所述存储介质既能够吸收第一光源出射的第一读写光，也能够吸收所述第二光源出射的第二读写光，且该存储介质只有被所述第一光源和第二光源出射的两束光同时作用或先后作用后才能够发生目标性质的改变；若只有其中的一束光对该存储介质进行作用，其不能发生最终目标性质的改变。

由于只有所述叠加光斑所在的区域既被所述第一光源出射的第一读写光作用，又被所述第二光源出射的第二读写光作用，因此，仅该叠加光斑所在的区域能够发生目标性质的改变，该叠加光斑的尺寸决定了该写入/读出方法的分辨率。

优选地，步骤(2)完成该数据阵列格式或该所述数据阵列格式中的一个数据点的一次性写入后，通过移动所述存储介质相对于所述叠加光斑的相对位置，以进行下一次所述数据阵列格式或下一个数据点的写入。

优选地，在平面的两个维度上移动时，单个维度上的相对移动距离小于两个相邻的叠加光斑的中心间距。

优选地，所述第一光斑为所述第一光源通过激光单点聚焦或投影在所述存储介质上形成的第一光斑，所述第二光斑为所述第二光源通过激光单点聚焦或投影在所述存储介质上形成的第二光斑。

优选地，通过激光单点聚焦在所述存储介质上形成第一光斑和第二光斑的部分重叠以形成叠加光斑，该叠加光斑对应所述数据阵列格式中的一个数据点的写入，通过移动第一光源出射的第一读写光光束和第二光源出射的第二读写光光束的位置或移动存储介质的位置来实现该数据阵列格式中其他数据点在存储介质上的写入。

优选地，所述第一光源出射的第一读写光通过第一物镜，经缩微至存储介质上得到进入刻录准备状态的第一光斑；所述第二光源出射的第二读写光通过第二物镜，经缩微至存储介质上形成第二光斑，且与所述进入刻录准备状态的第一光斑发生部分重叠，形成叠加光斑，完成该数据阵列格式中一个数据点的写入。

优选地，所述第一光源出射的第一读写光通过双色镜后经刻录物镜缩微至存储介质上，得到进入刻录准备状态的第一光斑，第二光源出射的第二读写光依次通过反射镜和双色镜，该第二读写光的光束依次被反射镜和双色镜反射后改变传播方向，经刻录物镜后被缩微至存储介质上形成第二光斑，且与所述进入刻录准备状态的第一光斑发生部分重叠，形成叠加光斑，完成该数据阵列格式中一个数据点的写入。

优选地，通过投影在存储介质上使所述第一光斑和第二光斑发生部分重叠以形成叠加光斑，以完成该数据阵列格式中一个数据点的写入，然后通过移动第一光源出射的第一读写光的光束和第二光源出射的第二读写光的光束的位置，或移动存储介质的位置来实现该数据阵列格式中其他数据点在存储介质上的写入；直至完成一个数据阵列格式的写入；

完成一个所述数据阵列格式的写入后，移动所述存储介质，进行下一个所述数据阵列格式的写入。

优选地，通过投影在存储介质上使所述第一光斑和第二光斑发生部分重叠以形成叠加光斑，以完成该数据阵列格式的一次性写入，然后通过移动存储介质的位置来实现其他数据阵列格式在存储介质上的写入。

优选地，首先将第一光源出射的第一读写光依次通过第一图案板和第一刻录物镜，经缩微投影至存储介质上，得到进入刻录准备状态的第一光斑；第二光源出射的第二读写光光束依次通过第二图案板和第二刻录物镜，经缩微投影至所述存储介质上形成第二光斑，且所述第二光斑与所述进入刻录准备状态的第一光斑发生部分重叠形成叠加光斑，完成该数据阵列格式的写入或完成该数据阵列格式中一个数据点的写入。

优选地，第一光源出射的第一读写光依次通过所述第一图案板和双色镜，然后经刻录物镜缩微投影至存储介质上，得到进入刻录准备状态的第一光斑；所述第二光源出射的第二读写光依次通过第二图案板、反射镜以及双色镜，该第二读写光的光束依次被反射镜和双色镜反射后改变传播方向，最后经刻录物镜被缩微投影至存储介质上形成第二光斑，且与所述进入刻录准备状态的第一光斑发生部分重叠，形成叠加光斑，完成该数据阵列格式的写入或完成该数据阵列格式中一个数据点的写入。

优选地，第一光源出射的第一读写光依次通过双色镜和图案板，最后经刻录物镜缩微投影至存储介质上，得到进入刻录准备状态的第一光斑；所述第二光源出射的第二读写光依次通过反射镜、双色镜以及图案板，所述第二读写光光束依次被反射镜和双色镜反射后改变传播方向，最后经刻录物镜被缩微投影至存储介质上，形成第二光斑，且与所述进入刻录准备状态的第一光斑共同被图案板调制成叠加光斑，完成该数据阵列的写入或完成该数据阵列格式中一个数据点的写入。

优选地，所述的写入/读出方法，还包括步骤：

(3)对步骤(2)写入数据阵列格式的存储介质在光照条件下进行读出；其中照明光源将读出的环境照亮以使探测器能够更好地接收所述存储介质上数据点的辐射光，有数据记录的地方将会辐射荧光或磷光，通过辐射光光强或波长的变化来对应数据点的有无。

优选地，所述存储介质表面设置有感光材料，该感光材料只有被所述第一光源和第二光源出射的两束光同时作用或先后作用后才能够发生目标性质的改变，且该感光材料中含有光敏分子，所述光敏分子在被第一束读写光激发后其状态可以被第二束读写光改变，只有两束读写光均作用于该感光材料后才能引起其性质的变化。

优选地，所述光敏分子为具有荧光上转换性质的分子材料。

优选地，所述光敏分子为稀土上转换荧光材料。

按照本发明的另一个方面，提供了一种合作吸收双光束超分辨光写数据的写入/读出装置，用于执行所述的写入/读出方法。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)本发明提供的一种合作吸收双光束超分辨直写光学数据的写入/读出方法，首先选择一个存储介质和一种用于写入/读出的数据阵列格式，根据所述数据阵列格式向所述存储介质上单次投射出两束读写光，以完成一个数据的写入，并通过位置移动实现整个数据阵列的记录，通过上述技术方案，加工完成的存储介质与数据阵列对应，双束光合作重叠写入比单束光在记录点尺寸上实现了缩小，可极大地提高记录点写入的密度，增大存储容量。

(2)本发明提出的合作吸收双光束超分辨光学数据的写入/读出方法，无论是直写式还是投影式，单个数据点的尺寸被缩小。若单次投影整个数据阵列，投影出的光斑图案与数据阵列对应，一次投射就能将一个数据阵列全部写入存储介质或者一次读出一个阵列的数据。数据阵列格式越大，一次写入/读出的数据越多。

(3)本发明超分辨光学数据写入/读出方法中的存储介质既能够吸收第一光源出射的第一读写光，也能够吸收所述第二光源出射的第二读写光，且该存储介质只有被所述第一光源和第二光源出射的两束光同时作用或先后作用后才能够发生性质的改变；若只有其中的一束光对该存储介质进行作用，其不能发生最终目标性质的改变；由于只有所述叠加光斑所在的区域既被所述第一光源出射的读写光作用，又被所述第二光源出射的读写光作用，因此，仅该叠加光斑所在的区域能够发生性质的改变，该叠加光斑的尺寸决定了该写入/读出方法的分辨率。两束读写光即两束存储光中任何一束光单独入射都不能实现记录点写入/读出，只有两束存储光同时作用于存储介质时，存储介质才能发生物理/化学变化，两束光重叠部分的尺寸决定了单个数据点的尺寸，相比于单束光数据点写入/读出，两束光能减小光衍射的影响，缩小数据点尺寸，提高分辨率，增加存储容量。

附图说明

图1是本发明中在存储介质上双光束的光斑示意图；

图2是本发明中单光束图案板的形状示意图；

图3是本发明中投影式图案板的形状示意图；

图4是本发明中分体直写式写入装置的局部示意图；

图5是本发明中合体直写式写入装置的局部示意图；

图6是本发明中分体投影式写入装置的局部示意图；

图7是本发明中合体投影双图案板式写入系统的局部示意图；

图8是本发明中合体投影单图案板式写入系统的局部示意图；

图9是本发明的合作吸收双光束超分辨光学数据的读出装置示意图；

图10是光学数据图案分解写入/读出步骤原理示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

专利CN111883185A提出的投影式双光束超分辨光存储方法中的两束光分别为实心光束(记录光)和空心光束(抑制光)，抑制光通过抑制记录光光束的边缘效应实现记录点尺寸的减小。然而，本发明利用两束光边缘光合并能量实现超分辨的记录点存储/读出，提出了一种新型的双光束超分辨光存储方法，并且通过该种方法实现了与上述投影式双光束超分辨光存储技术相同的写入/读出性能。

本发明提供的一种合作吸收双光束超分辨光学数据的写入/读出方法，包括如下步骤：

(1)选择一个存储介质和一种用于写入/读出的数据阵列格式；

(2)第一光源出射的第一读写光在所述存储介质上形成第一光斑，第二光源出射的第二读写光在所述存储介质上形成第二光斑，所述第一光斑和第二光斑在所述存储介质上发生部分重叠，重叠部分形成叠加光斑，该叠加光斑对应该数据阵列格式或该数据阵列格式中的一个数据点，以完成该数据阵列格式或该数据阵列格式中的一个数据点的一次性写入；

所述存储介质既能够吸收第一光源出射的第一读写光，也能够吸收所述第二光源出射的第二读写光，且该存储介质只有被所述第一光源和第二光源出射的两束光同时作用或先后作用后才能够发生目标性质的改变；若只有其中的一束光对该存储介质进行作用，其不能发生性质的改变；由于只有所述叠加光斑所在的区域既被所述第一光源出射的读写光作用，又被所述第二光源出射的读写光作用，因此，仅该叠加光斑所在的区域能够发生性质的改变，该叠加光斑的尺寸决定了该写入/读出方法的分辨率。本发明采用利用双光束边缘光合并能量实现光学数据存储，提高分辨率，增大存储容量。

本发明通过上述方法能够实现数据存储密度的提升，当记录点的间距缩小到原来的1/10时，数据密度将提升100倍，标准光盘尺寸下，其容量将提高100倍。而如今蓝光光盘25GB每层，其道间距为320纳米，如果能够提高到20纳米，则相当于提高容量256倍，单层光盘将可容纳6.4TB的数据。

本发明存储介质表面设置有感光材料，该感光材料只有被所述第一光源和第二光源出射的两束光同时作用或先后作用后才能够发生性质的改变。一些实施例中，该感光材料中含有特定的光敏分子，当第一束读写光作用于该感光材料中时，该分子被激发到其激发态；当第二束读写光作用于被第一束光曝光后的感光材料时，该分子又被彻底激活。所述光敏分子在被第一束读写光激发后状态可以被第二束读写光改变，只有两束光均作用于该感光材料后才能引起其最终目标性质的变化。这一类光敏分子可以是一类具有荧光上转换性质的分子材料，比如为稀土上转换荧光材料。该光敏分子包括但不限于：稀土类晶体、稀土类粒子、稀土类配合物、量子点类等。本发明存储介质可以为光盘、掩膜版、空间光调制器、数字微镜、晶圆等能进行光存储的存储介质，掩膜版可以为强度型掩膜版、相位型掩膜版、偏振型掩模版或者强度、相位和偏振混合型掩膜版；数据阵列格式可以是数据点阵、也可以是数据线阵或其他格式。

本发明步骤(2)完成该数据阵列格式中的一个数据点或该所述数据阵列格式的一次性写入后，通过移动所述存储介质相对于所述叠加光斑的相对位置，以进行下一个数据点或下一次所述数据阵列格式的写入。

一些实施例中，移动所述存储介质相对于所述叠加光斑的相对位置可以为通过移动第一光源出射的第一读写光和第二光源出射的第二读写光的光束位置来实现，也可以通过移动所述存储介质的位置来实现，以进行下一个数据点或下一次所述数据阵列格式的写入。

在平面的两个维度上移动时，单个维度上的相对移动距离小于两个相邻的叠加光斑的中心间距。位移平台的精度可一定程度上影响该写入/读出方法的分辨率。

一些实施例中，所述第一光斑为所述第一光源通过激光单点聚焦或投影在所述存储介质上形成的光斑，所述第二光斑为所述第二光源通过激光单点聚焦或投影在所述存储介质上形成的光斑。

一些实施例中，通过激光单点聚焦在所述存储介质上形成第一光斑和第二光斑的部分重叠以形成叠加光斑，该叠加光斑对应所述数据阵列格式中的一个数据点的写入，通过移动第一光源出射的第一读写光光束和第二光源出射的第二读写光光束的位置或移动存储介质的位置来实现该数据阵列格式中其他数据点在存储介质上的写入。

本发明通过激光单点聚焦在存储介质上形成第一光斑和第二光斑的部分重叠以形成叠加光斑时，该叠加光斑对应所述数据阵列格式中的一个数据点的写入，通过改变存储介质与叠加光斑的相对位置，并再次按照相同方法形成叠加光斑，来实现该数据阵列格式中其他数据点在存储介质上的写入。数据阵列格式可以是数据点阵、也可以是数据线阵或其他格式。根据数据阵列格式，向存储介质上单次入射两束光，两束光重叠部分作用于存储介质，完成单个数据点的写入。当数据阵列格式为点阵时，单次双光束入射生成单个点，根据数据点阵格式移动光束位置实现整个点阵数据的写入；当数据阵列格式为线阵时，两束光重叠部分作用于存储介质，保持两束光处于出射状态，移动光束位置实现单条线数据的写入，根据数据线阵移动光束位置实现整个线阵数据的写入；当数据点阵格式呈图形状时，两束光重叠部分作用于存储介质，根据图形点阵控制两束光状态，移动光束位置实现图形数据的写入/读出。任意一种数据阵列中，其中任意一个位置对应的聚焦位置处的光强归一化后为“0”或“1”，无论选择何种数据阵列格式，最终写入/读出的点阵均需要与数据阵列中的“0”或“1”对应。

一些实施例中，所述第一光源出射的第一读写光通过第一物镜，经缩微至存储介质上得到进入刻录准备状态的第一光斑；所述第二光源出射的第二读写光通过第二物镜，经缩微至存储介质上形成第二光斑，且与所述进入刻录准备状态的第一光斑发生部分重叠，形成叠加光斑，完成该数据阵列格式中一个数据点的写入。

另一些实施例中，所述第一光源出射的第一读写光通过双色镜后经刻录物镜缩微至存储介质上，得到进入刻录准备状态的第一光斑，第二光源出射的第二读写光依次通过反射镜和双色镜，该第二光束依次被反射镜和双色镜反射后改变传播方向，该读写光束经刻录物镜后被缩微至存储介质上形成第二光斑，且与所述进入刻录准备状态的第一光斑发生部分重叠，形成叠加光斑，完成该数据阵列格式中一个数据点的写入。

一些实施例中，通过投影在存储介质上使所述第一光斑和第二光斑发生部分重叠以形成叠加光斑，以完成该数据阵列格式中一个数据点的写入，然后通过移动第一光源出射的第一读写光光束和第二光源出射的第二读写光光束的位置或移动存储介质的位置来实现该数据阵列格式中其他数据点在存储介质上的写入；直至完成一个数据阵列格式的写入。完成一个所述数据阵列格式的写入后，移动所述存储介质，进行下一个所述数据阵列格式的写入。

一些实施例中，通过投影在存储介质上使所述第一光斑和第二光斑发生部分重叠以形成叠加光斑，以完成该数据阵列格式的一次性写入，然后通过移动存储介质的位置来实现其他数据阵列格式在存储介质上的写入。

本发明通过投影在存储介质上形成第一光斑和第二光斑的部分重叠以形成叠加光斑时，该叠加光斑可以与激光单点聚焦获得的叠加光斑一样，仅为该数据阵列格式中一个数据点，可通过移动第一光源出射的第一读写光光束和第二光源出射的第二读写光光束的位置或移动存储介质的位置来实现该数据阵列格式中其他数据点在存储介质上的写入。比如可通过移动光束位置实现数据阵列中其他数据点的写入。一些实施例中，采用两个图案板，两个图案板重叠部分的形状对应数据阵列单个数据点的数据形状，单次双光束入射生成单个特定形状的点，根据数据点阵移动光束位置实现整个点阵数据的写入。

本发明通过投影在存储介质上形成第一光斑和第二光斑的部分重叠以形成叠加光斑时，也可通过图案板的图案设置，使得一次性写入得到的叠加光斑图案对应整个数据阵列格式，即一次性写入整个数据阵列。比如一些实施例中，采用单个图案板，根据数据阵列的格式向存储介质上单次投射出光斑图案，以完成一个数据阵列的一次性写入/读出。当数据阵列格式为点阵时，投射出的光斑图案为点阵型光斑图案，当数据阵列格式为线阵时，投射出的光斑图案为线阵型光斑图案，当数据点阵格式呈图形状时，投射出的光斑图案为图形状的光斑图案。任意一种数据阵列中，其中任意一个位置对应的聚焦位置处的光强归一化后为“0”或“1”，无论选择何种数据阵列格式，投射出的光斑图案均需要与数据阵列中的“0”或“1”对应。

一些实施例中，首先将第一光源出射的第一读写光依次通过第一图案板和第一刻录物镜，经缩微投影至存储介质上，得到进入刻录准备状态的第一光斑；第二光源出射的第二光束依次通过第二掩膜板和第二刻录物镜，经缩微投影至所述存储介质上形成第二光斑，且所述第二光斑与所述进入刻录准备状态的第一光斑发生部分重叠形成叠加光斑，完成该数据阵列的写入或完成该数据阵列格式中一个数据点的写入。

一些实施例中，第一光源出射的第一读写光依次通过所述第一图案板和双色镜，然后经刻录物镜缩微投影至存储介质上，得到进入刻录准备状态的第一光斑；所述第二光源出射的第二读写光依次通过第二图案板、反射镜以及双色镜，该第二光束依次被反射镜和双色镜反射后改变传播方向，最后经刻录物镜被缩微投影至存储介质上形成第二光斑，且与所述进入刻录准备状态的第一光斑发生部分重叠，形成叠加光斑，完成该数据阵列的写入或完成该数据阵列格式中一个数据点的写入。

一些实施例中，第一光源出射的第一读写光束依次通过双色镜和图案板，最后经刻录物镜缩微投影至存储介质上，得到进入刻录准备状态的第一光斑；所述第二光源出射的第二读写光束依次通过反射镜、双色镜以及图案板，所述第二光束光依次被反射镜和双色镜反射后改变传播方向，最后经刻录物镜被缩微投影至存储介质上，形成第二光斑，且与所述进入刻录准备状态的第一光斑共同被图案板调制成叠加光斑，完成该数据阵列的写入或完成该数据阵列格式中一个数据点的写入。

本发明提出的合作吸收双光束超分辨光学数据的写入/读出方法，无论是直写(激光单点聚焦)式还是投影式，单个数据点的尺寸被缩小。单图案板投影式方法，通过光斑图案的投影，一次性就能将一个数据阵列全部写入，仅需要一次曝光时间，可大幅提高存储的速度。

本发明中将第一光源出射的第一读写光经过直写式光路或投影式光路形成的第一光斑和第二光源出射的第二读写光经过直写式光路或投影式光路形成的第二光斑在所述存储介质上发生部分重叠，重叠部分形成叠加光斑，实际读写光束为两光束的重叠部分，如图1所示，由第一光源和第二光源出射的两个光束可以为圆形、椭圆等其他形状的光斑，两束读写光光束可以是任意光束，可以是连续光，也可以是脉冲光，波长范围为可见光、红外光或紫外光。两束光可以同时辐照存储介质，也可以不同时辐照介质；当不同时辐照存储介质时，其辐照时间间隔可以从10的负15次方秒，到10的5次方秒。在实际光路中可以以任意角度重叠，只有重叠部分才可以应用于实际光数据刻录。

具体地，直写(激光单点聚焦)式写入/读出方法，无需图案板，只需将两束光束按照数据点阵依次写入/读出即可。投影式写入/读出方法，单次投射出光斑图案的具体步骤为：如图3所示，制作与数据阵列格式相匹配的图案板，将图案板放置于激光光路中，以使激光束在存储介质上单次投影出光斑图案。

图2为不同图案板的形状示意图。图案板的制作方法可以为：在图案板内设计全通光阵列，然后将图案板内不需要通光的位置涂上阻光材料例如金属形成涂层；也可以为：选择一个透明衬底，在透明衬底上涂覆一层阻光材料例如金属，形成涂层，然后根据需要通光的图案对涂层进行刻蚀。这样，激光束投射到图案板上就可以形成需要的光斑图案。将存储介质放置在光斑图案的焦平面上，就可以实现数据阵列的一次性曝光写入/读取。如图3所示，以图案板为点阵的阵列进行说明：如要一次写入/读取一个100000×100000的数据点阵，那么也将图案板设计为100000×100000的全通光点阵，对于不需要通光的地方，可通过涂有金属或者其他材料的涂层来阻止光的通过，以使图案板的点阵图案与所需要的数据点阵一一对应。然后将该图案板放置在激光束的光路中，激光束就能投影出一个点阵光斑图案。

对于高密度数据点写入，可以将高密度图案分解为多个低密度图案，低密度图案中图案特征分辨率(也就是数据点中心间距)不低于双光束超分辨光学数据写入方法中两束光中最长波长所对应的经典光学阿贝衍射极限尺寸。这样，才能够使得分解后的每一个低密度图案，可以通过双光束超分辨光学数据写入方法刻录进存储介质。

具体地，激光束包括两束读写光，两束光可以是任意光束，可以是连续光，也可以是脉冲光，波长范围为可见光、红外光或紫外光。两束光波长可以相同也可以不同。

如图4所示，激光束包括第一激光器出射的第一读写光3和第二激光器出射的第二读写光4，第一读写光3通过第一物镜5，经缩微至第一存储介质7上得到进入刻录准备状态的第一光斑；移动第一存储介质7至第二读写光4下得到第二存储介质8(第一存储介质7和第二存储介质8实际为同一存储介质，只是位置不同)，第二读写光4通过第二物镜6，经缩微至第二存储介质8上形成第二光斑，且与所述进入刻录准备状态的第一光斑发生部分重叠，形成叠加光斑，完成该数据阵列格式中一个数据点的写入。

如图5所示，第一光源出射的第一读写光3通过双色镜9后经刻录物镜12缩微至第三存储介质13上，得到进入刻录准备状态的第一光斑，第二光源出射的第二读写光束4依次通过反射镜10和双色镜9，该第二读写光束依次被反射镜10和双色镜9反射后改变传播方向，该读写光束经刻录物镜12后被缩微至第三存储介质13上形成第二光斑，且与所述进入刻录准备状态的第一光斑发生部分重叠，形成叠加光斑，完成该数据阵列格式中一个数据点的写入。且可通过调控所述双色镜9和反射镜10的夹角调控该写入/读出方法的分辨率，控制该夹角使两束光重叠部分面积在足够小的范围以提高其分辨率。

第一存储介质7或第二存储介质8对单束读写光没有响应，只有第一读写光3和第二读写光4重叠部分才可以改变存储介质的性能。对于投影式方法，激光束投射到图案板上，图案板中有的位置通光，有的位置不通光，对于不通光的地方，可通过涂金属或其他材料的涂层来实现。

如图6所示，首先将第一光源出射的第一读写光依次通过第一图案板1和第一物镜5，经缩微投影至第一存储介质7上，得到进入光刻准备状态的第一光斑；移动第一存储介质7至第二存储介质8的位置，第二光源出射的第二读写光束依次通过第二图案板2和第二物镜6，经缩微投影至所述第二存储介质8上形成第二光斑，且所述第二光斑与所述进入光刻准备状态的第一光斑发生部分重叠形成叠加光斑，完成该数据阵列的写入或完成该数据阵列格式中一个数据点的写入。

如图7所示，第一光源出射的第一读写光依次通过所述第一图案板1和双色镜9，然后经刻录物镜12缩微投影至存储介质上，得到进入光刻准备状态的第一光斑；所述第二光源出射的第二读写光依次通过第二图案板2、反射镜10以及双色镜9，该第二光束依次被反射镜10和双色镜9反射后改变传播方向，改变传播方向后的光束11垂直入射至刻录物镜12，最后经刻录物镜12被缩微投影至存储介质上形成第二光斑，且与所述进入光刻准备状态的第一光斑发生部分重叠，形成叠加光斑，完成该数据阵列的写入或完成该数据阵列格式中一个数据点的写入。

如图8所示，第一光源出射的第一读写光束依次通过双色镜9和第一图案板1，最后经刻录物镜12缩微投影至第三存储介质13上，得到进入光刻准备状态的第一光斑；所述第二光源出射的第二读写光束依次通过反射镜10、双色镜9以及第一图案板1，所述第二光束光依次被反射镜10和双色镜9反射后改变传播方向，改变传播方向后的光束11垂直入射至刻录物镜12，最后经刻录物镜12被缩微投影至第三存储介质13上，形成第二光斑，且与所述进入光刻准备状态的第一光斑共同被第一图案板1调制成叠加光斑，完成该数据阵列的写入或完成该数据阵列格式中一个数据点的写入。

图案板具有生成不同阵列格式的能力，小到1*1、1*10、大到1亿*1亿，甚至更多，这主要取决于光学系统的性能，可以通过采用大尺寸的光学元件，例如大尺寸镜片、聚焦透镜、成像面阵列相机或用拼接的方法实现更大像素的面阵列相机等等，来生成更大数据阵列数。数据阵列越大，一次曝光写入/读取的数据越多，整体的制造、成像速度也就越快。

而无论是采用点阵、线阵还是其他的图形格式，合作吸收双光束刻录的单点数据尺寸与单光束刻录的单点数据尺寸相比，已经实现了很大程度的缩小。当存储材料对单束光完全响应时，仅用一束读写光，由于光束聚焦形成的小光点受到衍射极限的限制，因而实际形成的聚焦点为高斯状弥散点，当两个聚焦点之间距离较近时，就容易出现黏连的情况。本发明存储介质不能对单束光完全响应，当两束读写光同时作用于存储介质时，存储介质才会完全响应，发生性能改变，从而使得在两束光重叠位置处除外的其他地方，读写光引起的存储介质发生性能改变不发生或者性能改变的存储介质材料产生量减少，最终达到减小刻录尺寸的目的。

更具体地，本发明第一读写光光束与第二读写光光束通过的图案板可以为固定式图案板或可变动式图案板，其中，固定式图案板可以是利用电子束曝光等方法来产生，可变动式图案板可以通过数字微镜阵列的方式产生。图案板具有生成不同阵列格式的能力，小到1*1、1*10、大到1亿*1亿，甚至更多，这主要取决于光学系统的性能，可以通过采用大尺寸的光学元件，例如大尺寸镜片、聚焦透镜、成像面阵列相机或用拼接的方法实现更大像素的面阵列相机等等，来生成更大数据阵列数。数据阵列越大，一次曝光写入/读取的数据越多，整体的制造、成像速度也就越快。

进一步地，在前两步的基础上，本发明还可以通过移动存储介质相对于光斑图案的位置，进行下一个数据阵列中数据点的写入/读出或下一个数据阵列的写入/读出。

具体地，移动存储介质可在平面的两个维度上进行，且单个维度上的相对移动距离小于光斑图案中相邻两个光斑的中心间距。

进一步地，本发明的方法对于二维码一类的写入/读出方式也可以应用，针对二维码中的每个维度，均可以采用本发明中的方式来提高图案的像素。

本发明中的数据阵列适用于二维数据，同时也适用于三维数据。针对二维数据层叠加形成的三维数据，本发明可以在二维数据读写上，对激光束进行纵向的多焦点调焦聚焦，从而完成三维数据的读写，当然，也包括其他一次性生成三维数据的方法。

本发明对写入数据阵列格式的存储介质在光照条件下进行读出。具体的，以图8写入装置及光路为例，其对应的读出的装置及光路如图9所示，读出的装置在写入的装置基础上还包括用于获取读出图案的探测器15、聚焦物镜14以及照明光源16，探测器15可以为面阵列相机、单点探测器、阵列探测器等，而采用阵列探测器时，读出速度会明显高于单点探测器。

在读取过程中，将存储有数据的第三存储介质13放置在光斑图案的焦平面上，照明光源将读出的环境照亮以使探测器能够更好地接收所述存储介质上数据点的辐射光，有数据记录的地方将辐射出不同的荧光，也可以为磷光，既可以通过光强变化来对应数据记录的有无，也可以通过光的波长变化来对应数据记录的有无。这种对应不是固定的，比如荧光光强归一化为“1”时，可对应数据记录的“1”或者“0”，而荧光光强归一化为“0”时，可对应数据记录的“0”或者“1”，只要体现出强度变化差异即可。通过检测有记录点的信号，可以得出一幅与写入记录点对应的分布图案。这个分布图案可以用面阵列相机的方法一次性获得，单次读出时间与点扫描记录一个点时的单次读出时间大致相等，因此可大幅度提高读出速度。

在实际工程中，该光存储装置系统的使用可分为如下步骤：

1：选择一个最终目标点阵数据图案的密度。

2：选择合作吸收双光束超分辨写入装置中两束读写光的波长。

3：对于直写式光存储装置，激光单点聚焦在存储介质上形成第一光斑和第二光斑的部分重叠以形成叠加光斑，该叠加光斑对应所述数据阵列格式中的一个数据点的写入，通过改变存储介质与叠加光斑的相对位置，并再次按照相同方法形成叠加光斑，来实现该数据阵列格式中其他数据点在存储介质上的写入。

4：对于投影式光存储装置，两束光被各自的图案板调制成特定的光斑图案，分体式光存储装置系统中两束光分别通过各自的物镜，合体式光存储装置中两束光在反射镜和双色镜的调整下，通过同一个物镜。

5：光源发出后，如图4、图6分体式光存储装置中两束光先后投影到存储介质上，如图5、图7和图8合体式光存储装置中两束光同时或先后投影到存储介质上。分体式光存储装置中，既可以第一束读写光多次射入存储介质中，再一同入射对应的第二束读写光，也可以每次入射第一束读写光后，接着入射对应的第二束读写光。前者首先进行第一束读写光多次射入存储介质。期间如果多个制造点或图案的中心不重叠，可以移动存储介质材料，如果中心重叠，则不需要移动存储介质。随后在确保对齐的条件下，同理进行对应的第二束光入射。后者在第一束光入射后，将存储介质移动一个位移，确保对齐后，接受第二束光入射。合体式光刻机系统中，两束光刻录过程中，不需要移动存储介质。

一些实施例中，如图10示，根据本发明的合作吸收双光束超分辨光学数据的写入/读出方法，结合图案分解的方法实现数据写入，通过图案板，单次可以打出四个数据点，通过移动图案板实现套刻，实现高密度刻录。同理对于大数据、高密度点阵，采用图案分解的方法，可以实现高密度、高速度的数据写入。

下面以更为详细的实施例进行说明。

实施例1

以10×10数据点阵格式为例，如果使用本发明的直写方法写入上述数据点阵，分100步完成，单次双光束写入单个数据点，根据数据点阵分布，一次写入100个数据点，100步写完后，即生成上述数据点阵。直写式方法适用于数据点阵列较小的情况，若需要写入三维大数据阵列，投影式方法适用。

实施例2

参照图10，以100000×100000数据点阵格式为例，如果使用本发明的投影式方法写入一个100×100000×100000的数据点阵，分100步完成，100步写完后，相当于在原本的100000×100000的数据点阵格式中分别在平面的两个维度上的相邻两点之间嵌套了9个点，最终，相邻两个点的中心间距是单个100000×100000数据点阵的十分之一。

通过上述嵌套式的扫描写入方法，可成倍地缩小相邻两点的中心间距，在提高数据写入速度的基础上进一步提高数据写入的密度。

为实现嵌套式扫描写入可将存储介质放置在具有移动功能的平移台上。使用本方法进行光学刻录时，可以应用在光刻、3D打印、三维微纳制造等各个光学制造领域，能确保制造速度得到极大的提升。

实施例3

如果读出一个100×100000×100000的数据点阵，也能使用实施例2所述的嵌套式扫描方法，通过使每步扫描间距等于100×100000×100000数据点阵中所有点中间间距的100纳米，用100步完成读取，在读出过程中，每100000×100000的数据点阵所对应的光强值是1步一次性读出的。

也可以用100×100步完成读取，其原理是，通过使每步扫描间距小于100×100000×100000数据点阵中所有点中心间距的100纳米，两个相邻点的区分依靠光强变化，数据点处光强强，没有数据点处没有光强，可以在对于相邻的两个点得到一条中心光强为零，两侧各有一个荧光光强峰的线形，并因此实现对两个记录点的区分。如果其中有一个记录点没有被记录，则其对应位置的光强变弱，将得到一侧有一个荧光光强峰的线形，进而可以实现01或者10的数据读出。平面的两个维度上，相邻两个点分10步取得荧光光强的线形，总体读完一般需要100×100步读完，对于要取得点中心间距10纳米的情况，也仅仅需要移动10000步。考虑到数据记录和读取均需要按照特定的格式在标定的位置上记录，分100步写入一个100×100000×100000的数据点阵时，也可以用1000000×1000000的图案板，分100读完。

通过上述嵌套式的扫描读出方法，可成倍地缩小相邻两点的中心间距，在提高数据读出速度的基础上进一步提高数据读出的密度。

具体的，如图9所示，为读出的装置及光路，读出的装置在写入的装置基础上还包括用于获取读出图案的探测器15，探测器15可以为面阵列相机、单点探测器、阵列探测器等，而采用阵列探测器时，读出速度会明显高于单点探测器。

在读取过程中，将存储有数据的存储介质13放置在光斑图案的焦平面上，有数据记录的地方将辐射出不同的荧光，也可以为磷光，既可以通过光强变化来对应数据记录的有无，也可以通过光的波长变化来对应数据记录的有无。这种对应不是固定的，比如荧光光强归一化为“1”时，可对应数据记录的“1”或者“0”，而荧光光强归一化为“0”时，可对应数据记录的“0”或者“1”，只要体现出强度变化差异即可。通过检测有记录点的信号，可以得出一幅与写入记录点对应的分布图案。这个分布图案可以用面阵列相机的方法一次性获得，单次读出时间与点扫描记录一个点时的单次读出时间大致相等，因此可大幅度提高读出速度。

本发明中的写入和读出可同时运用到存储领域，提高存储的写入与读出效率。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种合作吸收双光束超分辨光学数据的写入/读出方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)选择一个存储介质和一种用于写入/读出的数据阵列格式；

(2)第一光源出射的第一读写光在所述存储介质上形成第一光斑，第二光源出射的第二读写光在所述存储介质上形成第二光斑，所述第一光斑和第二光斑在所述存储介质上发生部分重叠，重叠部分形成叠加光斑，该叠加光斑对应该数据阵列格式或该数据阵列格式中的一个数据点，以完成该数据阵列格式或该数据阵列格式中的一个数据点的一次性写入；

所述存储介质既能够吸收第一光源出射的第一读写光，也能够吸收所述第二光源出射的第二读写光，且该存储介质只有被所述第一光源和第二光源出射的两束光同时作用或先后作用后才能够发生目标性质的改变；若只有其中的一束光对该存储介质进行作用，其不能发生目标性质的改变；所述叠加光斑所在的区域能够发生目标性质的改变，该叠加光斑的尺寸决定了该写入/读出方法的分辨率。

2.如权利要求1所述的写入/读出方法，其特征在于，步骤(2)完成该数据阵列格式或该所述数据阵列格式中的一个数据点的一次性写入后，通过移动所述存储介质相对于所述叠加光斑的相对位置，以进行下一次所述数据阵列格式或下一个数据点的写入。

3.如权利要求1所述的写入/读出方法，其特征在于，所述第一光斑为所述第一光源通过激光单点聚焦或投影在所述存储介质上形成的第一光斑，所述第二光斑为所述第二光源通过激光单点聚焦或投影在所述存储介质上形成的第二光斑。

4.如权利要求1所述的写入/读出方法，其特征在于，通过激光单点聚焦在所述存储介质上形成第一光斑和第二光斑的部分重叠以形成叠加光斑，该叠加光斑对应所述数据阵列格式中的一个数据点的写入，通过移动第一光源出射的第一读写光光束和第二光源出射的第二读写光光束的位置或移动存储介质的位置来实现该数据阵列格式中其他数据点在存储介质上的写入。

5.如权利要求1所述的写入/读出方法，其特征在于，所述第一光源出射的第一读写光通过第一物镜，经缩微至存储介质上得到进入刻录准备状态的第一光斑；所述第二光源出射的第二读写光通过第二物镜，经缩微至存储介质上形成第二光斑，且与所述进入刻录准备状态的第一光斑发生部分重叠，形成叠加光斑，完成该数据阵列格式中一个数据点的写入。

6.如权利要求1所述的写入/读出方法，其特征在于，通过投影在存储介质上使所述第一光斑和第二光斑发生部分重叠以形成叠加光斑，以完成该数据阵列格式中一个数据点的写入，然后通过移动第一光源出射的第一读写光的光束和第二光源出射的第二读写光的光束的位置，或移动存储介质的位置来实现该数据阵列格式中其他数据点在存储介质上的写入；直至完成一个数据阵列格式的写入；完成一个所述数据阵列格式的写入后，移动所述存储介质，进行下一个所述数据阵列格式的写入；或

通过投影在存储介质上使所述第一光斑和第二光斑发生部分重叠以形成叠加光斑，以完成该数据阵列格式的一次性写入，然后通过移动存储介质的位置来实现其他数据阵列格式在存储介质上的写入。

7.如权利要求1所述的写入/读出方法，其特征在于，首先将第一光源出射的第一读写光依次通过第一图案板和第一刻录物镜，经缩微投影至存储介质上，得到进入刻录准备状态的第一光斑；第二光源出射的第二光束依次通过第二图案板和第二刻录物镜，经缩微投影至所述存储介质上形成第二光斑，且所述第二光斑与所述进入刻录准备状态的第一光斑发生部分重叠形成叠加光斑，完成该数据阵列格式的写入或完成该数据阵列格式中一个数据点的写入。

8.如权利要求1所述的写入/读出方法，其特征在于，第一光源出射的第一读写光依次通过所述第一图案板和双色镜，然后经刻录物镜缩微投影至存储介质上，得到进入刻录准备状态的第一光斑；所述第二光源出射的第二读写光依次通过第二图案板、反射镜以及双色镜，该第二读写光的光束依次被反射镜和双色镜反射后改变传播方向，最后经刻录物镜被缩微投影至存储介质上形成第二光斑，且与所述进入刻录准备状态的第一光斑发生部分重叠，形成叠加光斑，完成该数据阵列格式的写入或完成该数据阵列格式中一个数据点的写入。

9.如权利要求1所述的写入/读出方法，其特征在于，所述存储介质表面设置有感光材料，该感光材料只有被所述第一光源和第二光源出射的两束光同时作用或先后作用后才能够发生目标性质的改变，该感光材料中含有光敏分子，所述光敏分子在被第一束读写光激发后其状态可以被第二束制造光改变，只有两束读写光均作用于该感光材料后才能引起其性质的变化；优选地，所述光敏分子为具有荧光上转换性质的分子材料。

10.一种合作吸收双光束超分辨光写数据的写入/读出装置，其特征在于，用于执行如权利要求1至9任一项所述的写入/读出方法。

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