CN116500306B - 高速并行写入读取系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高速并行写入读取系统及方法，系统包括：片上集成光子芯片系统；片上集成光子芯片系统包括：光源、多个阵列化单元以及探测器，各阵列化单元独立控制，多个阵列化单元划分为近场作用像素区和距离校准像素区；近场作用像素区内的阵列化单元根据写入需求和/或读取需求将控制信号调制至光载波或调制光信号上，从而对待测样品各空间点写入，和/或，读取待测样品各空间点返回的光信号；距离校准像素区内的阵列化单元探测写入和读取过程中与待测样品的垂直距离；由于本发明中通过高速并行超分辨成像与曝光技术，同时对待测样品进行写入和读取，从而能够提高扫描速度，并加入实时垂直测距反馈功能，从而能够调控扫描时的最佳垂直距离。
Description
技术领域
本发明涉及芯片领域，尤其涉及高速并行写入读取系统及方法。
背景技术
芯片技术是现代工业中的核心技术，其性能需求的增长对单位面积上元件密度的要求越来越高，电路尺寸也越来越小。因而，与之相匹配的检测与加工技术，对于分辨率的要求也随之越来越高。现代成像与曝光技术中，通过多种方法，从物理量参数、过程和信息处理等方面实现超高分辨率。其一是通过提高光传播环境的介质折射率，达到提高等效数值孔径以及分辨率的效果，典型如液体浸没显微技术与液体浸没光刻技术，以及固体浸没透镜（Solid immersion lens, SIL）等。由于光学系统的数值孔径即收集角有限，只能收集到一定范围的空间频率信息，从而对应于更小结构尺寸的更高频率信息无法被系统收集。因而，将对应尺寸更小结构的高空间频率信息转换为低频信息，便可通过传输光波被光学系统收集，这种通过干涉等方法进行频谱搬移的技术方案叫做结构光照明显微技术（Structured illumination microscopy, SIM）。无论是光学成像或是加工曝光系统，光斑的空间分布及其对应的点扩散函数十分关键，因而，对于光的点扩散函数的调制也可增加分辨率，如共聚焦显微技术（Confocal microscopy）和受激发射损耗（Stimulatedemission depletion, STED）显微成像技术，以及基于STED原理，对激发光产生聚合效应区域进行空间抑制的边缘光抑制激光直写技术（Peripheral-photoinhibition directlaser writing, PPI-DLW）。考虑单次采样难以实现高分辨率成像，通过统计原理，分步激发荧光的进行单分子的超高精度定位，达到以时间换空间效果的单分子定位显微技术（Single molecule localization microscopy, SMLM），具体包括光激活局域定位显微成像技术（Photo-activation localization microscopy, PALM）和随机光学重构显微成像技术（Stochastic optical reconstruction microscopy, STORM）等。此外，可通过合成孔径（Synthetic aperture, SA）原理增加探测分辨率。在此基础上，傅里叶叠层显微技术（Fourier ptychographic microscopy, FPM）通过预设的傅里叶变换光学，对发光二极管（light emitting diode, LED）阵列光源进行编程，分次照明成像并提取多维光场信息，将高频信息编码至低频图像并通过光学系统，然后进行孔径合成，实现频谱扩展。近场光波（如倏逝波）包含极小空间尺寸结构所对应的超高空间频谱，由此衍生出近场光超分辨探测与超分辨加工技术，如基于近场探针设置、基于物体表面光电耦合以及将近场光转换为远场光波等。基于探针的近场超分辨显微技术包括近场扫描光学显微技术（Near-fieldscanning optical microscopy, NSOM）、原子力显微技术（Atomic force microscopy,AFM）和扫描隧道显微技术（Scanning tunneling microscopy, STM）等。基于物体表面等离激元（Surface plasmonic polaritons, SPPs）的倏逝波耦合可提供超高精度的探测与加工。而通过超透镜（Superlens），可将包含超高空间频谱的近场倏逝波转换为远场传输波，从而可被商用光学设备所探测。信息处理端，也有超采样极限分辨率成像技术，包括亚像素移动投影显微成像技术（Subpixel perspective sweeping microscopy, SPSM）、无透镜数字同轴全息显微成像技术（Lensless digital in-line holographic microscopy,LDIHM）和编码叠层显微成像技术（Coded ptychographic microscopy, CPM）等。在光刻领域，利用光刻胶非线性响应，加工出超分辨的临界尺寸结构，已成为先进芯片制造的基石。
然而，以上技术也有各自的限制与缺陷。SIL和液体浸没技术受限于波长的材料与环境选择，对有效数值孔径和分辨率的直接提升有限。SIM和FPM需要预设计光场分布与重构算法，其基于分析模型的算法优化较为复杂，对计算资源需求较高，而且FPM的合成孔径部分对位相控制的精度要求非常高（小于1/10波长）。STED等光场点扩散函数调制技术对分辨率的提升是以牺牲成像速度与视场为代价。SMLM从原理上限制了成像速度，且仅适用于荧光场景。近场超分辨技术虽然分辨率最高，但基于探针和SPPs的技术都有视场极小、速度慢、易受环境干扰影响的特点，而超透镜因加工难度高，暂无广泛产业应用。超采样极限分辨率成像除了对计算资源的较高需求，也仅适用于成像。采用光刻胶非线性的曝光技术则高度依赖光学胶体非线性效应，故材料供应选择面窄。
现有技术中通常采用近场光学在光空间信息传输前完成光信息的采集，从而达到优于衍射极限的检测与加工效果。但是，现有基于探针和介质微球的近场技术中，运行的近场扫描距离极短（<1/2波长），易损坏或污染探头及样品表面；且由于单点视场极小，扫描速度受限。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种高速并行写入读取系统及方法，旨在解决现有基于探针和介质微球的近场技术中，运行的近场扫描距离极短，易损坏或污染探头及样品表面；且由于单点视场极小，扫描速度受限的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种高速并行写入读取系统，述高速并行写入读取系统包括：片上集成光子芯片系统；所述片上集成光子芯片系统包括：光源、多个阵列化单元以及探测器，各阵列化单元独立控制，多个阵列化单元划分为近场作用像素区和距离校准像素区；
所述光源用于提供光载波或调制光信号；
所述近场作用像素区内的阵列化单元用于根据写入需求和/或读取需求将控制信号调制至光载波或调制光信号上，从而对待测样品各空间点写入，和/或，读取所述待测样品各空间点返回的光信号；
所述距离校准像素区内的阵列化单元用于探测写入和读取过程中与所述待测样品的垂直距离；
所述探测器用于基于所述待测样品各空间点返回的光信号获取待测样品表面写入图案的空间分布信息，并获取所述垂直距离，所述垂直距离用于距离校准。
可选地，所述高速并行写入读取系统还包括：上位机和位移设备；所述片上集成光子芯片系统还包括：片上集成高速并行读写头；
所述上位机用于在接收到写入图案信息时，检测所述片上集成高速并行读写头是否处于所述待测样品对应的工作准备位置；
所述上位机还用于在所述片上集成高速并行读写头未处于所述待测样品对应的工作准备位置时，发出位移指令；
所述位移设备用于根据所述位移指令进行移动，以使所述片上集成高速并行读写头到达所述工作准备位置；
所述上位机还用于在所述片上集成高速并行读写头处于所述待测样品对应的工作准备位置时，根据所述写入图案信息发出写入指令；
所述片上集成高速并行读写头用于根据所述写入指令在待测样品表面进行图案写入；
所述片上集成高速并行读写头还用于读取所述待测样品的表面，获得读取图案信息；
所述位移设备还用于在所述片上集成高速并行读写头进行写入和/或读取时，进行位移，以确保所述片上集成高速并行读写头相对于所述待测样品处于预设工作范围；
所述上位机还用于将所述读取图案信息与所述写入图案信息进行对比，并根据对比结果判断是否需要对写入图案进行优化；
所述上位机，还用于在需要对写入图案进行优化时，基于预设优化算法对所述写入图案信息进行更新。
可选地，所述片上集成高速并行读写头和/或所述待测样品上搭载所述位移设备，所述片上集成高速并行读写头和/或所述待测样品通过所述位移设备相对移动。
可选地，所述阵列化单元包括：光天线阵列的单元和近场作用层的单元，所述光天线阵列的单元与所述近场作用层的单元对应设置；
所述近场作用层与所述光源输出的光载波或调制光信号产生近场作用，并将所述作用后的光载波或调制光信号投射到待写入样品表面；
所述近场作用层和待测样品返回的光信号之间产生近场作用，并将该光信号输出至读取系统。
可选地，所述近场作用层由微纳结构阵列组成。
可选地，所述光天线阵列的单元通过空间光投射照明方式将所述光源输出的光载波或调制光信号投射到所述近场作用层的同一层次并进行交织。
可选地，所述片上集成光子芯片系统还包括：调制器，所述调制器用于对所述光源输出的光载波或调制光信号进行调制，所述调制器包括：强度调制器和/或相位调制器。
可选地，所述片上集成光子芯片系统还包括：相位提取设备；
所述相位提取设备用于对所述光源输出的光载波或调制光信号和所述待测样品各空间点返回的光信号进行耦合，提取待测样品表面的相位信息。
可选地，所述相位提取设备包括：调制器、耦合器以及光探测器；
所述耦合器用于耦合所述光源输出的光载波或调制光信号和所述待测样品各空间点返回的光信号；
所述光探测器用于对耦合后光信号进行成像信息提取，获得经过干涉的同相分量和正交分量。
可选地，所述片上集成光子芯片系统还包括：后处理设备；
所述后处理设备用于根据所述相位信息重构获得待测样品表面的相位分布图像。
可选地，所述距离校准像素区内的阵列化单元用于控制写入和读取过程中与所述待测样品的距离小于或等于预设第一距离，并大于或等于预设第二距离，所述预设第一距离大于所述预设第二距离，所述预设第一距离基于所述光源输出的光载波或调制光信号的波长确定。
可选地，多个光源分别连接多个阵列化单元或单个光源分光后连接多个阵列化单元。
进一步地，为实现上述目的，本发明还提供一种高速并行写入读取方法，应用于上述高速并行写入读取系统，所述高速并行写入读取方法包括：
光源提供光载波或调制光信号；
近场作用像素区内的阵列化单元根据写入需求和/或读取需求将控制信号调制至光载波或调制光信号上，从而对待测样品各空间点写入，和/或，读取所述待测样品各空间点返回的光信号；
距离校准像素区内的阵列化单元探测写入和读取过程中与所述待测样品的垂直距离；
探测器基于所述待测样品各空间点返回的光信号获取待测样品表面写入图案的空间分布信息，并获取所述垂直距离，所述垂直距离用于距离校准。
可选地，所述高速并行写入读取系统还包括：上位机和位移设备；片上集成光子芯片系统还包括：片上集成高速并行读写头；所述高速并行写入读取方法包括：
所述上位机在接收到写入图案信息时，检测所述片上集成高速并行读写头是否处于所述待测样品对应的工作准备位置；
所述上位机在所述片上集成高速并行读写头未处于所述待测样品对应的工作准备位置时，发出位移指令；
所述位移设备根据所述位移指令进行移动，以使所述片上集成高速并行读写头到达所述工作准备位置；
所述上位机在所述片上集成高速并行读写头处于所述待测样品对应的工作准备位置时，根据所述写入图案信息发出写入指令；
所述片上集成高速并行读写头，根据所述写入指令在待测样品表面进行图案写入；
所述片上集成高速并行读写头，读取所述待测样品的表面，获得读取图案信息；
所述位移设备在所述片上集成高速并行读写头进行写入和/或读取时，进行位移，以确保所述片上集成高速并行读写头相对于所述待测样品处于预设工作范围；
所述上位机将所述读取图案信息与所述写入图案信息进行对比，并根据对比结果判断是否需要对写入图案进行优化；
所述上位机在需要对写入图案进行优化时，基于预设优化算法对所述写入图案信息进行更新。
在本发明中，高速并行写入读取系统包括：片上集成光子芯片系统；片上集成光子芯片系统包括：光源、多个阵列化单元以及探测器，各阵列化单元独立控制，多个阵列化单元划分为近场作用像素区和距离校准像素区；光源用于提供光载波或调制光信号；近场作用像素区内的阵列化单元用于根据写入需求和/或读取需求将控制信号调制至光载波或调制光信号上，从而对待测样品各空间点写入，和/或，读取待测样品各空间点返回的光信号；距离校准像素区内的阵列化单元用于探测写入和读取过程中与待测样品的垂直距离；探测器用于基于待测样品各空间点返回的光信号获取待测样品表面写入图案的空间分布信息，并获取垂直距离，垂直距离用于距离校准；由于本发明中通过高速并行超分辨成像与曝光技术，同时对待测样品进行写入和读取，从而能够提高扫描速度，并加入实时垂直测距反馈功能，从而能够调控扫描时的最佳垂直距离。
附图说明
图1为本发明高速并行写入读取系统第一实施例的结构示意图；
图2为本发明高速并行写入读取系统一实施例的近场作用像素区和距离校准像素区示意图；
图3a和3b为本发明高速并行写入读取系统一实施例的并行像素控制写入与读取例子示意图；
图4a为本发明高速并行写入读取系统一实施例的第一次写入分布A的像素示意图；
图4b为本发明高速并行写入读取系统一实施例的第二次写入分布B的像素，同时读取分布A的像素示意图；
图4c为本发明高速并行写入读取系统一实施例的第三次写入分布C的像素，同时读取分布B的像素示意图；
图5a为本发明高速并行写入读取系统一实施例的第一次写入分布D的像素示意图；
图5b为本发明高速并行写入读取系统一实施例的第二次写入分布E的像素示意图；
图5c为本发明高速并行写入读取系统一实施例的第三次写入分布F的像素示意图；
图5d为本发明高速并行写入读取系统一实施例的单次读取区域内所有像素示意图；
图6为本发明高速并行写入读取系统第二实施例的结构框图；
图7为搭载位移台的高速并行写入读取系统示意图；
图8为本发明高速并行写入读取系统一实施例的空间光投射照明方案示意图；
图9为本发明高速并行写入读取系统一实施例的相位提取过程示意图；
图10为本发明高速并行写入读取系统一实施例的调制器结构示意图；
图11为本发明高速并行写入读取方法第一实施例的流程示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在第一实施例中，所述高速并行写入读取系统包括：片上集成光子芯片系统；所述片上集成光子芯片系统包括：光源、多个阵列化单元以及探测器，各阵列化单元独立控制，多个阵列化单元划分为近场作用像素区和距离校准像素区。
所述光源用于提供光载波或调制光信号；
所述近场作用像素区内的阵列化单元用于根据写入需求和/或读取需求将控制信号调制至光载波或调制光信号上，从而对待测样品各空间点写入，和/或，读取所述待测样品各空间点返回的光信号；
所述距离校准像素区内的阵列化单元用于探测写入和读取过程中与所述待测样品的垂直距离；
所述探测器用于基于所述待测样品各空间点返回的光信号获取待测样品表面写入图案的空间分布信息，并获取所述垂直距离，所述垂直距离用于距离校准。
应当理解的是，本实施例中提出了一种片上集成光子芯片系统，可以根据写入需求和/或读取需求将控制信号调制至光载波或调制光信号上，从而对待测样品各空间点写入，和/或，读取所述待测样品各空间点返回的光信号，实现对样品表面的并行写入和读取功能。
在具体实现中，写入可以是曝光，例如，光刻曝光；读取可以是成像，并行写入和读取功能在实际应用中也可以拆分为单独模式分别使用。
需要说明的是，光源可以为相干光源，例如，激光。光源的写入波长为目标光学胶体光敏响应较高的波长，例如，紫光（中心波长400纳米）和紫外波段（波长10至380纳米）等，本实施例对此不加以限制。光源的读取波长为目标光学胶体光敏响应较低的波长，例如，黄光（中心波长570纳米）、红光（中心波长660纳米）和近红外（波长780至2526纳米）等，本实施例对此不加以限制。
应当理解的是，本实施例也可以用于其它近场光学检测成像应用，例如：产生表面形貌相位变化的半导体外延生长检测、二维材料结构检测以及相变材料表面检测等，本实施例对此不加以限制。
可以理解的是，阵列化单元可以独立控制，从而能够实现对阵列化单元的自由化控制，进而能够实现并行光学曝光和成像检测功能。
应当理解的是，阵列化单元可以通过连接线路与光源和探测器相连接，在本实施例中，连接线路可以是波导阵列。
需要说明的是，片上集成光子芯片系统可以具有高相位敏感度，以便处理相位信息；片上集成光子芯片系统可以为自参考信号系统，以避免激光散斑干扰 (speckle-free)；片上集成光子芯片系统还可以与发射端相位组合，进一步拓展功能。
为了便于理解，参考图1进行说明，但并不对本方案进行限定。图1为片上集成光子芯片系统第一实施例的结构框图，图中，光源和探测器设置在多个阵列化单元的一侧，待测样品放置在多个阵列化单元的另一侧，阵列化单元可以通过连接线路与光源和探测器相连接，在本实施例中，连接线路可以是波导阵列。
为了便于理解，参考图2进行说明，但并不对本方案进行限定。图2为近场作用像素区和距离校准像素区示意图，图中，近场作用像素区可以实现并行处理，包括写入和读取，入射光源通过阵列化单元对待测样品的表面进行照明，每一个单元照明视为一个像素点；四个角上的距离校准像素区负责待测样品和近场像素之间的距离感知，可以采用单波干涉（迈克尔逊干涉方式）或者扫频（频率扫描/包络频谱扫描）或者多波（需要校准波长对物体的吸收及散射特性）。写入和读取过程中近场像素和待测样品表面的距离控制均由前述测距功能协助实现。
应当理解的是，扫描结构运行期间，会实时采集被观测物体形貌，以便控制曝光距离，有效协助后续成像或曝光。
为了便于理解，参考图3a和3b进行说明，但并不对本方案进行限定。图3a和3b为并行像素控制写入与读取例子示意图，图中，基于对各阵列化单元独立控制，可自由设定单次写入和成像的像素点，并通过控制程序进行系列控制，例如，单次写入和成像可同时在激活的近场作用像素点上进行并行处理，而未激活像素点上则无写入和成像活动。
应当理解的是，写入和成像活动可以依序进行。为了便于理解，参考图4a、4b以及4c进行说明，但并不对本方案进行限定。图4a为第一次写入分布A的像素示意图，图中，第一次写入活动激活分布A的近场作用像素点；图4b为第二次写入分布B的像素，同时读取分布A的像素示意图，图中，第二次写入活动激活分布B的近场作用像素点，同时成像活动激活分布A的近场作用像素点；图4c为第三次写入分布C的像素，同时读取分布B的像素示意图，图中，第三次写入活动激活分布C的近场作用像素点，同时成像活动激活分布B的近场作用像素点，依此类推。
应当理解的是，写入和成像活动可以分批进行。为了便于理解，参考图5a、5b、5c以及5d进行说明，但并不对本方案进行限定。图5a为第一次写入分布D的像素示意图，图中，第一次写入活动激活分布D的近场作用像素点；图5b为第二次写入分布E的像素示意图，图中，第二次写入活动激活分布E的近场作用像素点；图5c为第三次写入分布F的像素示意图，图中，第三次曝光/写入活动激活分布F的近场作用像素点，依此类推；之后，读取活动激活区域内所有近场作用像素点，图5d为单次读取区域内所有像素示意图。
在本实施例中，高速并行写入读取系统包括：片上集成光子芯片系统；片上集成光子芯片系统包括：光源、多个阵列化单元以及探测器，各阵列化单元独立控制，多个阵列化单元划分为近场作用像素区和距离校准像素区；光源用于提供光载波或调制光信号；近场作用像素区内的阵列化单元用于根据写入需求和/或读取需求将控制信号调制至光载波或调制光信号上，从而对待测样品各空间点写入，和/或，读取待测样品各空间点返回的光信号；距离校准像素区内的阵列化单元用于探测写入和读取过程中与待测样品的垂直距离；探测器用于基于待测样品各空间点返回的光信号获取待测样品表面写入图案的空间分布信息，并获取垂直距离，垂直距离用于距离校准；由于本实施例中通过高速并行超分辨成像与曝光技术，同时对待测样品进行写入和读取，从而能够提高扫描速度，并加入实时垂直测距反馈功能，从而能够调控扫描时的最佳垂直距离。
参照图6，图6为本发明高速并行写入读取系统第二实施例的结构框图，图中，所述高速并行写入读取系统还包括：上位机和位移设备；所述片上集成光子芯片系统还包括：片上集成高速并行读写头；
所述上位机用于在接收到写入图案信息时，检测所述片上集成高速并行读写头是否处于所述待测样品对应的工作准备位置；
所述上位机还用于在所述片上集成高速并行读写头未处于所述待测样品对应的工作准备位置时，发出位移指令；
所述位移设备用于根据所述位移指令进行移动，以使所述片上集成高速并行读写头到达所述工作准备位置；
所述上位机还用于在所述片上集成高速并行读写头处于所述待测样品对应的工作准备位置时，根据所述写入图案信息发出写入指令；
所述片上集成高速并行读写头用于根据所述写入指令在待测样品表面进行图案写入；
所述片上集成高速并行读写头还用于读取所述待测样品的表面，获得读取图案信息；
所述位移设备还用于在所述片上集成高速并行读写头进行写入和/或读取时，进行位移，以确保所述片上集成高速并行读写头相对于所述待测样品处于预设工作范围；
所述上位机还用于将所述读取图案信息与所述写入图案信息进行对比，并根据对比结果判断是否需要对写入图案进行优化；
所述上位机，还用于在需要对写入图案进行优化时，基于预设优化算法对所述写入图案信息进行更新。
需要说明的是，片上集成高速并行读写头可以包括：读取模块、写入模块以及测距模块，其中，读取模块用于读取待测样品的表面图案，写入模块用于对待测样品的表面进行图案写入，测距模块用于测量片上集成高速并行读写头与待测样品的垂直距离。
应当理解的是，位移设备上可以是位移台，片上集成高速并行读写头和/或待测样品上可以搭载位移台，位移台可以通过平面位移、垂直位移以及角度偏转中的至少一种方式带动片上集成高速并行读写头和/或待测样品移动。
为了便于理解，以下以并行读写的模式举例说明高速并行写入读取系统的工作流程，但并不对本方案进行限定。
1、输入写入图案信息到上位机，上位机指示：
（a）测距模块测量片上集成高速并行读写头与待测样品的垂直距离；
（b）位移设备获取片上集成高速并行读写头的空间位置；
2、上位机根据垂直距离和空间位置检测片上集成高速并行读写头是否处于待测样品对应的工作准备位置，具体可以为：在垂直距离不处于指定垂直距离范围内，和/或，空间位置不为指定空间位置时，判定片上集成高速并行读写头未处于待测样品对应的工作准备位置。其中，指定垂直距离范围和指定空间位置可以根据待测样品的位置信息确定，也可以预先设置，本实施例对此不加以限制；
上位机在判定片上集成高速并行读写头未处于待测样品对应的工作准备位置后，可以指示位移设备进行移动，以使片上集成高速并行读写头到达工作准备位置；
3、若片上集成高速并行读写头处于待测样品对应的工作准备位置，或通过步骤2已移动到工作准备位置，上位机则指示写入模块对待测样品的表面进行图案写入；
4、在执行步骤3的同时，上位机还可以指示读取模块读取待测样品的表面，获得读取图案信息；
5、在执行步骤3和4的过程中，上位机还可以结合测距模块测量的垂直距离控制位移设备进行移动，确保片上集成高速并行读写头相对于待测样品处于预设工作范围；
6、上位机将读取图案信息与写入图案信息进行对比，并根据对比结果判断是否需要对写入图案进行优化；
7、若需要对写入图案进行优化，则基于预设优化算法对写入图案信息进行更新，并重复步骤1至6。
在第二实施例中，所述片上集成高速并行读写头和/或所述待测样品上搭载所述位移设备，所述片上集成高速并行读写头和/或所述待测样品通过所述位移设备相对移动。
应当理解的是，位移设备上可以是位移台，片上集成高速并行读写头和/或待测样品上可以搭载位移台，位移台可以通过平面位移、垂直位移以及角度偏转中的至少一种方式带动片上集成高速并行读写头和/或待测样品移动。
为了便于理解，参考图7进行说明，但并不对本方案进行限定。图7为搭载位移台的高速并行写入读取系统示意图，图中，片上集成阵列化单元的片上集成高速并行读写头（T）与待测样品（S）表面实现（X, Y, Z）平移方向和（θ）旋转方向的相对位移，控制写入和/或读取的过程。位移台有三种组合方式：
1、其中一方（T或S）保持固定，另一方（S或T）搭载位移台，实现XYZθ（平面和垂直方向）的相对移动；
2、其中一方（T或S）搭载部分方向（如平面XY和θ）的位移台，另一方（S或T）搭载剩余方向（如垂直方向Z）的位移台，两方联合实现XYZθ（平面和垂直方向）的相对移动；
3、两方均搭载位移台，使得在至少一个移动维度上，两方均有该维度/方向的位移功能，实现多级可调XYZθ（平面和垂直方向）的相对移动。需要注意的是，两方搭载的位移台在同一维度上允许采用不同的位移精度和行程，从而实现粗调-细调的功能。
基于上述图1所示的实施例，提出本发明高速并行写入读取系统的第三实施例。
在第三实施例中，所述阵列化单元包括：光天线阵列的单元和近场作用层的单元，所述光天线阵列的单元与所述近场作用层的单元对应设置；
所述近场作用层与所述光源输出的光载波或调制光信号产生近场作用，并将所述作用后的光载波或调制光信号投射到待写入样品表面；
所述近场作用层和待测样品返回的光信号之间产生近场作用，并将该光信号输出至读取系统。
需要说明的是，近场作用层可以直接在光天线阵列上构建与集成，也可以是设置在光天线阵列的一侧，本实施例对此不加以限制。
近场作用层与光天线阵列的信号连接方式可以是物理接触的直接连接，也可以是通过空间光信号传输相干，本实施例对此不加以限制。
光天线阵列的单元与近场作用层的单元的对应关系可以是多对一、一对一或一对多，本实施例对此不加以限制。
应当理解的是，光天线阵列的单元可以独立控制，因此，与光天线阵列的单元对应的近场作用层的单元也可以独立控制。
可以理解的是，本实施例中写入模式的主要应用实例为近场曝光，本实施例方案亦可用于其它相干光与物质相互作用的加工应用，例如：激光直写双光子聚合，边缘光抑制激光直写技术（PPI-DLW），和激光诱导材料生长等，本实施例对此不加以限制。
应当理解的是，待测样品表面返回的光信号通过近场作用层被相对应的光天线阵列所收集，并通过相连接的光波导进行信号输出。
进一步地，所述近场作用层由微纳结构阵列组成。
应当理解的是，现有基于探针和介质微球的近场技术中，信号采集与传输在一些情况下受微球/针尖和样品表面相互作用（如谐振）影响其信噪比。因此，为了克服上述缺陷，本实施例中，通过片上集成微纳光学设计，能有效避免和校准谐振效应。
需要说明的是，近场作用层可直接通过光天线阵列投射在同一空间层中的调制光信号相互作用，也可由微纳结构阵列组成，实现空间尺寸的压缩。该微纳结构阵列组成的近场作用层为片上光学芯片系统的一部分，可通过波导等与光天线阵列相连接，其中，微纳结构阵列可以包括透镜阵列、介质微球阵列、超构微球阵列以及超表面阵列等，本实施例对此不加以限制。
可以理解的是，光天线阵列的单元与微纳结构阵列的单元的对应关系也可以是多对一、一对一或一对多，在本实施例中，以一对一为例进行说明。
可以理解的是，入射光源通过微纳结构阵列的近场作用层对待测样品的表面进行照明，每一个单元照明视为一个像素点。其中，每个像素点和一个微纳结构阵列的单元以及一个光天线阵列的单元对应。每个像素点可以设计成不同谐振特性或避免谐振，以消除谐振影响。上述照明可以为并行照明模式，有效减少临近效应干扰。
进一步地，所述光天线阵列的单元通过空间光投射照明方式将所述光源输出的光载波或调制光信号投射到所述近场作用层的同一层次并进行交织。
应当理解的是，为了实现对单个近场作用层的单元的自由控制，本实施例中，光天线阵列的单元通过空间光投射照明方式将光源输出的光载波或调制光信号投射到近场作用层的同一层次并进行交织。
为了便于理解，参考图8进行说明，但并不对本方案进行限定。图8为空间光投射照明方案示意图，图中，采用空间光方式将光斑阵列投射到同一层次并进行交织。在具体实现中，通过空间光将光斑阵列投射到同一层次进行交织时，可设计成光天线阵列与近场作用单元阵列的多对一结构，从而对单个近场作用单元实现更高自由度的控制。对于目标加工与检测图案为周期性结构或准周期性结构时，前述方案亦可改为光天线阵列与近场作用单元阵列的一对多结构，从而进一步扩大像素点阵列，提高扫描作业效率。
基于上述各实施例，提出本发明高速并行写入读取系统的第四实施例。
在第四实施例中，所述片上集成光子芯片系统还包括：调制器，所述调制器用于对所述光源输出的光载波或调制光信号进行调制，所述调制器包括：强度调制器和/或相位调制器。
应当理解的是，为了实现高品质光束，本实施例中，高速并行写入读取系统还包括：调制器，调制器用于对光源输出的光载波或调制光信号进行调制。
可以理解的是，本实施例中，通过对于单个像素写入模式的入射光进行强度和/或相位调制，结合阵列化单元的时域-空域控制，灵活进行可编程阵列图案写入。
应当理解的是，调制器还与波导阵列连接，以实现与片上集成光子芯片系统中的其他设备连接。
本实施例通过调制器对光源输出的光载波或调制光信号进行调制，从而能够实现高品质光束，并且能够实现灵活进行可编程阵列图案写入。
在第四实施例中，所述片上集成光子芯片系统还包括：相位提取设备；
所述相位提取设备用于对所述光源输出的光载波或调制光信号和所述待测样品各空间点返回的光信号进行耦合，提取待测样品表面的相位信息。
应当理解的是，为了提取样品表面的微纳尺寸相位信息，本实施例中，片上集成光子芯片系统还包括：相位提取设备，相位提取设备用于对光源输出的光载波或调制光信号和待测样品返回的光信号进行耦合，提取待测样品表面的相位信息。
本实施例通过相位提取设备对光源输出的光载波或调制光信号和待测样品返回的光信号进行耦合，提取待测样品表面的相位信息，从而能够提取样品表面的微纳尺寸相位信息。
进一步地，所述相位提取设备包括：调制器、耦合器以及光探测器；
所述耦合器用于耦合所述光源输出的光载波或调制光信号和所述待测样品各空间点返回的光信号；
所述光探测器用于对耦合后光信号进行成像信息提取，获得经过干涉的同相分量和正交分量。
应当理解的是，为了提高相位提取的准确性，本实施例中，相位提取设备包括：调制器、耦合器以及光探测器，其中，光探测器可以是光电二极管。
为了便于理解，参考图9进行说明，但并不对本方案进行限定。图9为相位提取过程示意图，图中，相位提取设备包括：调制器、耦合器以及光电二极管，调制器用于对光源输出的光载波或调制光信号进行调制；耦合器用于耦合光源输出的光载波或调制光信号和待测样品返回的光信号；光电二极管用于对耦合后光信号进行成像信息提取，获得经过干涉的同相分量和正交分量，其中，光电二极管可以是平衡光电二极管（Balanced Photodiode,BPD）。
为了便于理解，参考图10进行说明，但并不对本方案进行限定。图10为调制器结构示意图，图中，调制器模块，由与输入模块相连接的强度调制器（Intensity Modulator,IM）和相位调制器（Phase Modulator, PM）以及输出单元构成，主要用于对光源输出的光载波或调制光信号进行调制。
进一步地，所述片上集成光子芯片系统还包括：后处理设备；
所述后处理设备用于根据所述相位信息重构获得待测样品表面的相位分布图像。
应当理解的是，为了准确还原光刻胶上的隐图像，本实施例中，片上集成光子芯片系统还包括：后处理设备；后处理设备用于根据相位信息重构获得待测样品表面的相位分布图像。
需要说明的是，后处理设备可以是电脑、服务器等设备，本实施例对此不加以限制。
在具体实现中，后处理设备可以通过算法将所输出的相位信息重构出折射率的空间分布图像，进而还原光刻胶上的隐图像。
本实施例中通过近场扫描光检测与光调制干涉成像，提取横向空间超分辨相位信息，重构获得实时隐图像。
在第四实施例中，所述距离校准像素区内的阵列化单元用于控制写入和读取过程中与所述待测样品的距离小于或等于预设第一距离，并大于或等于预设第二距离，所述预设第一距离大于所述预设第二距离，所述预设第一距离基于所述光源输出的光载波或调制光信号的波长确定。
应当理解的是，为了保证与样品的非接触状态，避免损坏样品表面和污染读写头，并保证（准）近场作用区间，本实施例中，可以控制写入和读取过程中与待测样品的距离小于或等于预设第一距离，并大于或等于预设第二距离，预设第一距离大于所述预设第二距离，预设第一距离基于光源输出的光载波或调制光信号的波长确定。
在具体实现中，例如，基于目标信息相对于光源波长的空间尺度，阵列化单元与待测样品表面的垂直距离为近场范围（小于光信号写入波长的1/2），以近场采集空间超高分辨信息。
在第四实施例中，公开了距离校准像素区内的阵列化单元用于控制写入和读取过程中与待测样品的距离小于或等于预设第一距离，并大于或等于预设第二距离，预设第一距离大于预设第二距离，预设第一距离基于光源输出的光载波或调制光信号的波长确定；由于本实施例中通过控制写入和读取过程中与待测样品的距离小于或等于预设第一距离，并大于或等于预设第二距离，从而能够在避免扫描距离过近的同时，近场采集空间超高分辨信息。
在第四实施例中，多个光源分别连接多个阵列化单元或单个光源分光后连接多个阵列化单元。
应当理解的是，多个光源可以分别连接多个阵列化单元，以对光信号实现单元级/像素级调制；单个光源分光后连接多个阵列化单元，实现外部调制，适应高速写入。
上述各实施例提出一种片上集成光子芯片系统，可实现并行高速近场曝光与近场光学检测成像功能。该系统中，光天线阵列的单元与其对应的近场作用层的单元组成一个功能像素点，对于待测样品表面的光学曝光与近场成像可通过同一像素点共用收发光路，或分开使用不同的光路通道。基于像素点空间阵列的集成，组成本实施例所述的片上集成光子芯片系统，与扫描系统结合，可实现大面积曝光与检测。控制端采取接收/发射双模式编码调制，分别对应检测成像/曝光两种功能。发射模式中，入射光经过光波导和调制器调制，通过近场作用层的单元向样品表面输出高品质光束，与待测样品表面进行光和物质相互作用，基于近场非衍射特性，可实现超高分辨曝光。接收模式中，调制过的入射光照射到待测样品表面后，生成携带超高空间分辨率与相位分辨率的近场光信息，近场作用层的单元收集，并通过与波长适配的光波导实现低损耗传输，通过波导耦合与参考光束相干，形成对相位信息高敏感的输出信号（IQ方式获得信号）。通过相连接的调制系统，获取横向空间超分辨相位信息，重构获得样品表面相位分布的图像。基于像素点在阵列中的空间分布，与收发调制控制端的信号处理机制，以及中间连接光波导的布局，可自由实现时分-空分上的控制。基于应用需求与入射光选取，本实施例的系统可单独实现不同模式的主要功能，如纯发射模式可用于近场光刻，而纯接收模式可用于近场成像检测。
参照图11，本发明高速并行写入读取系统提供一种高速并行写入读取方法，图11为本发明高速并行写入读取方法第一实施例的流程示意图，其高速并行写入读取系统包括：光源、多个阵列化单元以及探测器，各阵列化单元独立控制，多个阵列化单元划分为近场作用像素区和距离校准像素区；所述高速并行写入读取方法包括：
步骤S10：光源提供光载波或调制光信号；
步骤S20：近场作用像素区内的阵列化单元根据写入需求和/或读取需求将控制信号调制至光载波或调制光信号上，从而对待测样品各空间点写入，和/或，读取所述待测样品各空间点返回的光信号；
步骤S20'：距离校准像素区内的阵列化单元探测写入和读取过程中与所述待测样品的垂直距离；
步骤S30：探测器基于所述待测样品各空间点返回的光信号获取待测样品表面写入图案的空间分布信息，并获取所述垂直距离，所述垂直距离用于距离校准。
需要说明的是，在本文中，采用了诸如S10、S20等步骤代号，其目的是为了更清楚简要地表述相应内容，不构成顺序上的实质性限制，本领域技术人员在具体实施时，可能会先执行S20后执行S10，或同时执行步骤10至步骤S30等，但这些均应在本申请的保护范围之内。
应当理解的是，本实施例中提出了一种片上集成光子芯片方法，可以根据写入需求和/或读取需求将控制信号调制至光载波或调制光信号上，从而对待测样品各空间点写入，和/或，读取所述待测样品各空间点返回的光信号，实现对样品表面的并行写入和读取功能。
在具体实现中，写入可以是曝光，例如，光刻曝光；读取可以是成像，并行写入和读取功能在实际应用中也可以拆分为单独模式分别使用。
需要说明的是，光源可以为相干光源，例如，激光。光源的写入波长为目标光学胶体光敏响应较高的波长，例如，紫光（中心波长400纳米）和紫外波段（波长10至380纳米）等，本实施例对此不加以限制。光源的读取波长为目标光学胶体光敏响应较低的波长，例如，黄光（中心波长570纳米）、红光（中心波长660纳米）和近红外（波长780至2526纳米）等，本实施例对此不加以限制。
应当理解的是，本实施例也可以用于其它近场光学检测成像应用，例如：产生表面形貌相位变化的半导体外延生长检测、二维材料结构检测以及相变材料表面检测等，本实施例对此不加以限制。
可以理解的是，阵列化单元可以独立控制，从而能够实现对阵列化单元的自由化控制，进而能够实现并行光学曝光和成像检测功能。
应当理解的是，阵列化单元可以通过连接线路与光源和探测器相连接，在本实施例中，连接线路可以是波导阵列。
需要说明的是，片上集成光子芯片系统可以具有高相位敏感度，以便处理相位信息；片上集成光子芯片系统可以为自参考信号系统，以避免激光散斑干扰 (speckle-free)；片上集成光子芯片系统还可以与发射端相位组合，进一步拓展功能。
为了便于理解，参考图1进行说明，但并不对本方案进行限定。图1为片上集成光子芯片系统第一实施例的结构框图，图中，光源和探测器设置在多个阵列化单元的一侧，待测样品放置在多个阵列化单元的另一侧，阵列化单元可以通过连接线路与光源和探测器相连接，在本实施例中，连接线路可以是波导阵列。
为了便于理解，参考图2进行说明，但并不对本方案进行限定。图2为近场作用像素区和距离校准像素区示意图，图中，近场作用像素区可以实现并行处理，包括写入和读取，入射光源通过阵列化单元对待测样品的表面进行照明，每一个单元照明视为一个像素点；四个角上的距离校准像素区负责待测样品和近场像素之间的距离感知，可以采用单波干涉（迈克尔逊干涉方式）或者扫频（频率扫描/包络频谱扫描）或者多波（需要校准波长对物体的吸收及散射特性）。写入和读取过程中近场像素和待测样品表面的距离控制均由前述测距功能协助实现。
应当理解的是，扫描结构运行期间，会实时采集被观测物体形貌，以便控制曝光距离，有效协助后续成像或曝光。
为了便于理解，参考图3a和3b进行说明，但并不对本方案进行限定。图3a和3b为并行像素控制写入与读取例子示意图，图中，基于对各阵列化单元独立控制，可自由设定单次写入和成像的像素点，并通过控制程序进行系列控制，例如，单次写入和成像可同时在激活的近场作用像素点上进行并行处理，而未激活像素点上则无写入和成像活动。
应当理解的是，写入和成像活动可以依序进行。为了便于理解，参考图4a、4b以及4c进行说明，但并不对本方案进行限定。图4a为第一次写入分布A的像素示意图，图中，第一次写入活动激活分布A的近场作用像素点；图4b为第二次写入分布B的像素，同时读取分布A的像素示意图，图中，第二次写入活动激活分布B的近场作用像素点，同时成像活动激活分布A的近场作用像素点；图4c为第三次写入分布C的像素，同时读取分布B的像素示意图，图中，第三次写入活动激活分布C的近场作用像素点，同时成像活动激活分布B的近场作用像素点，依此类推。
应当理解的是，写入和成像活动可以分批进行。为了便于理解，参考图5a、5b、5c以及5d进行说明，但并不对本方案进行限定。图5a为第一次写入分布D的像素示意图，图中，第一次写入活动激活分布D的近场作用像素点；图5b为第二次写入分布E的像素示意图，图中，第二次写入活动激活分布E的近场作用像素点；图5c为第三次写入分布F的像素示意图，图中，第三次曝光/写入活动激活分布F的近场作用像素点，依此类推；之后，读取活动激活区域内所有近场作用像素点，图5d为单次读取区域内所有像素示意图。
在本实施例中，高速并行写入读取系统包括：片上集成光子芯片系统；片上集成光子芯片系统包括：光源、多个阵列化单元以及探测器，各阵列化单元独立控制，多个阵列化单元划分为近场作用像素区和距离校准像素区；光源用于提供光载波或调制光信号；近场作用像素区内的阵列化单元用于根据写入需求和/或读取需求将控制信号调制至光载波或调制光信号上，从而对待测样品各空间点写入，和/或，读取待测样品各空间点返回的光信号；距离校准像素区内的阵列化单元用于探测写入和读取过程中与待测样品的垂直距离；探测器用于基于待测样品各空间点返回的光信号获取待测样品表面写入图案的空间分布信息，并获取垂直距离，垂直距离用于距离校准；由于本实施例中通过高速并行超分辨成像与曝光技术，同时对待测样品进行写入和读取，从而能够提高扫描速度，并加入实时垂直测距反馈功能，从而能够调控扫描时的最佳垂直距离。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在如上所述的一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (11)
1.一种高速并行写入读取系统，其特征在于，所述高速并行写入读取系统包括：片上集成光子芯片系统；所述片上集成光子芯片系统包括：光源、多个阵列化单元、探测器以及相位提取设备，各阵列化单元独立控制，多个阵列化单元划分为近场作用像素区和距离校准像素区，相位提取设备包括调制器、耦合器以及光探测器；
所述光源用于提供光载波或调制光信号；
所述近场作用像素区内的阵列化单元用于根据写入需求和/或读取需求将控制信号调制至光载波或调制光信号上，从而对待测样品各空间点写入，和/或，读取所述待测样品各空间点返回的光信号；
所述距离校准像素区内的阵列化单元用于探测写入和读取过程中与所述待测样品的垂直距离；
所述探测器用于基于所述待测样品各空间点返回的光信号获取待测样品表面写入图案的空间分布信息，并获取所述垂直距离，所述垂直距离用于距离校准；
所述调制器用于对所述光源输出的光载波或调制光信号进行调制，所述调制器包括：强度调制器和/或相位调制器；
所述相位提取设备用于对所述光源输出的光载波或调制光信号和所述待测样品各空间点返回的光信号进行耦合，提取待测样品表面的相位信息；
所述耦合器用于耦合所述光源输出的光载波或调制光信号和所述待测样品各空间点返回的光信号；
所述光探测器用于对耦合后光信号进行成像信息提取，获得经过干涉的同相分量和正交分量。
2.如权利要求1所述的高速并行写入读取系统，其特征在于，所述高速并行写入读取系统还包括：上位机和位移设备；所述片上集成光子芯片系统还包括：片上集成高速并行读写头；
所述上位机用于在接收到写入图案信息时，检测所述片上集成高速并行读写头是否处于所述待测样品对应的工作准备位置；
所述上位机还用于在所述片上集成高速并行读写头未处于所述待测样品对应的工作准备位置时，发出位移指令；
所述位移设备用于根据所述位移指令进行移动，以使所述片上集成高速并行读写头到达所述工作准备位置；
所述上位机还用于在所述片上集成高速并行读写头处于所述待测样品对应的工作准备位置时，根据所述写入图案信息发出写入指令；
所述片上集成高速并行读写头用于根据所述写入指令在待测样品表面进行图案写入；
所述片上集成高速并行读写头还用于读取所述待测样品的表面，获得读取图案信息；
所述位移设备还用于在所述片上集成高速并行读写头进行写入和/或读取时，进行位移，以确保所述片上集成高速并行读写头相对于所述待测样品处于预设工作范围；
所述上位机还用于将所述读取图案信息与所述写入图案信息进行对比，并根据对比结果判断是否需要对写入图案进行优化；
所述上位机，还用于在需要对写入图案进行优化时，基于预设优化算法对所述写入图案信息进行更新。
3.如权利要求2所述的高速并行写入读取系统，其特征在于，所述片上集成高速并行读写头和/或所述待测样品上搭载所述位移设备，所述片上集成高速并行读写头和/或所述待测样品通过所述位移设备相对移动。
4.如权利要求1所述的高速并行写入读取系统，其特征在于，所述阵列化单元包括：光天线阵列的单元和近场作用层的单元，所述光天线阵列的单元与所述近场作用层的单元对应设置；
所述近场作用层与所述光源输出的光载波或调制光信号产生近场作用，并将所述作用后的光载波或调制光信号投射到待写入样品表面；
所述近场作用层和待测样品返回的光信号之间产生近场作用，并将该光信号输出至读取系统。
5.如权利要求4所述的高速并行写入读取系统，其特征在于，所述近场作用层由微纳结构阵列组成。
6.如权利要求4所述的高速并行写入读取系统，其特征在于，所述光天线阵列的单元通过空间光投射照明方式将所述光源输出的光载波或调制光信号投射到所述近场作用层的同一层次并进行交织。
7.如权利要求1所述的高速并行写入读取系统，其特征在于，所述片上集成光子芯片系统还包括：后处理设备；
所述后处理设备用于根据所述相位信息重构获得待测样品表面的相位分布图像。
8.如权利要求1至6中任一项所述的高速并行写入读取系统，其特征在于，所述距离校准像素区内的阵列化单元用于控制写入和读取过程中与所述待测样品的距离小于或等于预设第一距离，并大于或等于预设第二距离，所述预设第一距离大于所述预设第二距离，所述预设第一距离基于所述光源输出的光载波或调制光信号的波长确定。
9.如权利要求1至6中任一项所述的高速并行写入读取系统，其特征在于，多个光源分别连接多个阵列化单元或单个光源分光后连接多个阵列化单元。
10.一种高速并行写入读取方法，应用于如权利要求1至9中任一项所述的高速并行写入读取系统，其特征在于，所述高速并行写入读取方法包括：
光源提供光载波或调制光信号；
近场作用像素区内的阵列化单元根据写入需求和/或读取需求将控制信号调制至光载波或调制光信号上，从而对待测样品各空间点写入，和/或，读取所述待测样品各空间点返回的光信号；
距离校准像素区内的阵列化单元探测写入和读取过程中与所述待测样品的垂直距离；
探测器基于所述待测样品各空间点返回的光信号获取待测样品表面写入图案的空间分布信息，并获取所述垂直距离，所述垂直距离用于距离校准；
所述调制器用于对所述光源输出的光载波或调制光信号进行调制，所述调制器包括：强度调制器和/或相位调制器；
所述相位提取设备用于对所述光源输出的光载波或调制光信号和所述待测样品各空间点返回的光信号进行耦合，提取待测样品表面的相位信息；
所述耦合器用于耦合所述光源输出的光载波或调制光信号和所述待测样品各空间点返回的光信号；
所述光探测器用于对耦合后光信号进行成像信息提取，获得经过干涉的同相分量和正交分量。
11.如权利要求10所述的高速并行写入读取方法，其特征在于，所述高速并行写入读取系统还包括：上位机和位移设备；片上集成光子芯片系统还包括：片上集成高速并行读写头；所述高速并行写入读取方法包括：
所述上位机在接收到写入图案信息时，检测所述片上集成高速并行读写头是否处于所述待测样品对应的工作准备位置；
所述上位机在所述片上集成高速并行读写头未处于所述待测样品对应的工作准备位置时，发出位移指令；
所述位移设备根据所述位移指令进行移动，以使所述片上集成高速并行读写头到达所述工作准备位置；
所述上位机在所述片上集成高速并行读写头处于所述待测样品对应的工作准备位置时，根据所述写入图案信息发出写入指令；
所述片上集成高速并行读写头，根据所述写入指令在待测样品表面进行图案写入；
所述片上集成高速并行读写头，读取所述待测样品的表面，获得读取图案信息；
所述位移设备在所述片上集成高速并行读写头进行写入和/或读取时，进行位移，以确保所述片上集成高速并行读写头相对于所述待测样品处于预设工作范围；
所述上位机将所述读取图案信息与所述写入图案信息进行对比，并根据对比结果判断是否需要对写入图案进行优化；
所述上位机在需要对写入图案进行优化时，基于预设优化算法对所述写入图案信息进行更新。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5592444A (en) * | 1993-06-14 | 1997-01-07 | Zen Research N.V. | Method of writing data simultaneously on a plurality of tracks of an optical disk, and apparatus therefor |
| JP2001035003A (ja) * | 1999-07-19 | 2001-02-09 | Minolta Co Ltd | 光ヘッドおよびそれを用いた近接場光記録再生装置ならびに光ヘッド用部材 |
| US6702186B1 (en) * | 2000-02-24 | 2004-03-09 | Hitachi Global Storage Technologies, Netherlands B.V. | Assembly comprising a plurality of media probes for writing/reading high density magnetic data |
| JP2008073699A (ja) * | 2006-09-19 | 2008-04-03 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | レーザ加工装置及びレーザ加工装置の制御方法 |
| JP2013206520A (ja) * | 2012-03-29 | 2013-10-07 | Toshiba Corp | 光情報記録再生装置および方法 |
| CN114495991A (zh) * | 2020-11-12 | 2022-05-13 | 华为技术有限公司 | 一种数据读写系统和方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6999484B2 (en) * | 2003-03-18 | 2006-02-14 | Eastman Kodak Company | Parallel access data storage system using a combination of VCSEL arrays and an integrated solid immersion lens array |
| US7586583B2 (en) * | 2005-09-15 | 2009-09-08 | Franklin Mark Schellenberg | Nanolithography system |
-
2023
- 2023-06-28 CN CN202310772032.2A patent/CN116500306B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5592444A (en) * | 1993-06-14 | 1997-01-07 | Zen Research N.V. | Method of writing data simultaneously on a plurality of tracks of an optical disk, and apparatus therefor |
| JP2001035003A (ja) * | 1999-07-19 | 2001-02-09 | Minolta Co Ltd | 光ヘッドおよびそれを用いた近接場光記録再生装置ならびに光ヘッド用部材 |
| US6702186B1 (en) * | 2000-02-24 | 2004-03-09 | Hitachi Global Storage Technologies, Netherlands B.V. | Assembly comprising a plurality of media probes for writing/reading high density magnetic data |
| JP2008073699A (ja) * | 2006-09-19 | 2008-04-03 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | レーザ加工装置及びレーザ加工装置の制御方法 |
| JP2013206520A (ja) * | 2012-03-29 | 2013-10-07 | Toshiba Corp | 光情報記録再生装置および方法 |
| CN114495991A (zh) * | 2020-11-12 | 2022-05-13 | 华为技术有限公司 | 一种数据读写系统和方法 |
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