CN1273975C - 超分辨近场结构光盘 - Google Patents

Abstract

一种超分辨近场结构光盘，包括锗锑碲记录层和聚碳酸酯光盘基片，特征在于其构成是在光盘基片上依次溅射：第一保护层、非线性掩膜层、第二保护层、记录层和第三保护层构成的，所述的非线性掩膜层为锑；所述的第一保护层、第二保护层和第三保护层都是氮化硅和二氧化硅的复合材料构成的；本发明综合了传统超分辨光盘和近场记录的优点，聚焦光束作用在非线性掩膜层上形成一个动态开关小孔(尺寸小于衍射极限)，聚焦光束通过小孔后，光斑大小在近场范围是由小孔大小决定而不是由衍射极限决定，所以可以不受衍射极限的限制，大大缩小记录点尺寸，提高光盘的存储密度，具有很高的实用化前景。

Description

超分辨近场结构光盘

技术领域：

本发明属于近场光存储技术领域，是一种超分辨近场结构光盘。它集传统的超分辨光盘和近场记录于一身，可以缩小记录点，大大提高光盘的存储密度。

背景技术：

信息技术的迅猛发展要求用于信息存储的器件必须具备超高存储密度和超快存取速率，这就要求用于信息存储的光盘的记录点的尺寸越来越小。但由于光的衍射极限效应和光学头的数值孔径的制约，光斑尺寸的减小即使从目前的蓝光转移到紫光也只是几倍的关系，而光学头数值孔径的增大是以焦深的减小和由于偏心率而引起的失真的加大为代价。因此采用增大光学头的数值孔径和减小激光波长来减小读出光斑的尺寸是十分有限的，所以研究直径小于光的衍射极限的记录点(超分辨记录点)的记录和读出具有非常重要的应用价值和意义。在先进技术中采用光纤或者固体浸没透镜(SIL)在近场范围内在记录层上进行记录和读出，见E.Betzig，J.Trautman，R.Wolfe，E.Gyorgy，P.Finn，M.Kryder，and C.Chang，Appl.Phys.Lett.61，142(1992).可以突破衍射极限，见图1，光盘结构包括记录层01和光盘基片02，记录和读取的时，光纤探针03或者固体浸没透镜04和记录层之间的距离要保持在近场范围内，可以记录和读出小于衍射极限的记录点。但采用以上技术具有以下缺点：

1、光纤探针非常脆弱，控制其在近场范围内运动时(记录和读取)，很容易损坏，速度很慢，而且光强很弱，不利于获得高的信噪比。

2、采用固体浸没透镜(SIL)虽然提高了光的强度，但是同样面临近场距离难以控制的问题，要保持SIL和记录层之间的距离在近场范围内(十几纳米到几十纳米)，需要非常精密的控制反馈装置，难以实用化。

发明内容

本发明要解决的问题在于有效地改善上述现有技术的缺陷和困难，提出一种超分辨近场结构光盘，它在一次记录或者可擦写光盘中可实现小于衍射极限的记录点的记录和读出，而且结构简单，实用。

本发明的技术解决方案如下：

一种超分辨近场结构光盘，包括锗锑碲记录层和聚碳酸酯光盘基片，特征在于其构成是在光盘基片上依次溅射：第一保护层、非线性掩膜层、第二保护层、记录层和第三保护层构成的，所述的非线性掩膜层为锑；所述的第一保护层、第二保护层和第三保护层都是氮化硅和二氧化硅的复合材料构成的；

所述的非线性掩膜层为铋，所述的第一保护层、第二保护层和第三保护层都是硫化锌和二氧化硅的复合材料构成的。

所述的记录层也可为银铟锑碲。

所述的第一保护层的厚度为120nm，第二保护层的厚度为10～40nm，第三保护层的厚度为130nm。

所述的非线性掩膜层的厚度为10～50nm的锑或铋薄膜。

所述的记录层为厚度15nm。

本发明的技术效果：

聚焦光束作用在非线性掩膜层上形成一个动态开关小孔(尺寸小于衍射极限)，聚焦光束通过小孔后，光斑大小在近场范围内是由小孔尺寸决定而不是由衍射极限决定，所以可以不受衍射极限的限制，从而可以在记录层上记录上小于衍射极限的记录点。与先前技术相比，利用第二保护层3使非线性掩膜层和记录层之间的距离保持在近场范围内，可以克服近场距离难以控制的问题，结构简单，而且和普通的光盘记录读出系统有较好的兼容性，可以大大缩小记录点尺寸，提高光盘的存储密度，具有很高的实用化前景。

附图说明：

图1在先技术中采用光纤探针或者固体浸没透镜进行记录和读取其相应的光盘结构图。

图2本发明的超分辨近场结构图及读取原理图

图3采用本发明的超分辨近场结构光盘，Sb作掩膜层、SiN作保护层，在记录功率12mW、记录脉宽200ns在GeSbTe记录层上形成的记录点CCD图形。

图4采用本发明的超分辨近场结构光盘，Bi作掩膜层、(ZnS)₈₀(SiO₂)₂₀作保护层，在记录功率7mW、记录脉宽200ns在GeSbTe记录层上形成的记录点CCD图形。

图5是记录点大小随保护层3厚度的变化关系

图6是记录点大小随非线性掩膜层2厚度的变化关系

具体实施方式：

本发明的超分辨结构光盘如图2所示，本发明的超分辨结构光盘的结构是在厚度为0.6mm聚碳酸酯的光盘基片11上依次溅射：保护层1、非线性掩膜层2、保护层3、记录层4和保护层5。第一保护层1、第二保护层3和第三保护层5用于防止非线性掩膜层2和记录层4受到热破坏或者氧化，其中第二保护层3还起着控制非线性掩膜层2和记录层4之间的距离在近场范围内的作用。非线性掩膜层2在激光作用下形成尺寸小于衍射极限的动态开关小孔，在近场范围内，光斑尺寸由小孔决定，从而在记录层4上形成小于衍射极限的记录点。

本发明掩膜中的第一保护层1、第二保护层3和第三保护层5由氮化硅(SiN)或者硫化锌∶二氧化硅＝80∶20的复合材料组成，厚度分别为120nm、10～40nm和170nm；非线性掩膜层2为厚度10-50nm的Sb或Bi薄膜；记录层为厚度15nm的锗锑碲(GeSbTe)或者银铟锑碲(AgInSbTeSb)薄膜。

下面结合实例对本发明及其作用作进一步说明：

超分辨近场结构光盘的制备过程如下：采用磁控溅射方法，溅射气压1.0×10^-4Pa，在厚度为0.6mm光盘基片11上依次溅射：第一保护层1、非线性掩膜层2、第二保护层3、记录层4和第三保护层5。其中第一保护层1、第二保护层3和第三保护层5的厚度分别为120nm、15～40nm和130nm，非线性掩膜层3为10～50nm厚的Sb或者Bi薄膜，记录层为15nm厚的GeSbTe或者AgInSbTe。光盘记录装置采用波长650nm和数值孔径0.6，记录点的衍射极限约为λ/2NA≈0.5μm。记录时激光从光盘基片入射，即激光束依次通过保护层(2)、非线性掩膜层(3)、保护层(4)、记录层(5)和保护层(6)，记录时光束聚焦在Sb或者Bi上形成动态开关小孔，聚焦光束通过小孔后，在近场范围内光斑大小由小于衍射极限的小孔决定，在近场范围内在GeSbTe记录上形成更小的小于衍射极限的记录点。

在较高的记录条件下(12mW，200ns)，采用Sb作非线性掩膜层、SiN作保护层。而在本发明的超分辨结构光盘的情况下，见图3，能量可以被很好的会聚到中心，记录点大小为0.3～0.4μm，小于衍射极限。

在较低的记录条件下(7mW，200ns)，采用Bi作掩膜层、(ZnS)₈₀(SiO₂)₂₀作保护层，0.2μm，这时记录点已经也远远小于衍射极限。

图5为记录点大小随保护层3厚度的变化关系，可以看出第二保护层3的厚度在10～40nm的范围内，可以实现小于衍射极限的记录点。

图6记录点大小随非线性掩膜层2厚度的变化关系，可以看出非线性掩膜层2的厚度在10～50nm的范围内，可以实现小于衍射极限的记录点。

综上所述，本发明的超分辨结构光盘，可以减小记录点尺寸，形成小于衍射极限的记录点，它在一次记录或者可擦写光盘中可实现小于衍射极限的记录点的记录和读出，而且结构简单，实用，提高光盘的存储密度，具有很高的实用化意义。

Claims (7)

1、一种超分辨近场结构光盘，包括锗锑碲记录层(4)和聚碳酸酯光盘基片(11)，特征在于其构成是在光盘基片(11)上依次溅射：第一保护层(1)、非线性掩膜层(2)、第二保护层(3)、记录层(4)和第三保护层(5)构成的，所述的非线性掩膜层(2)为锑；所述的第一保护层(1)、第二保护层(3)和第三保护层(5)都是氮化硅和二氧化硅的复合材料构成的。

2、根据权利要求1所述的超分辨近场结构光盘，其特征在于所述的非线性掩膜层(2)为铋，所述的第一保护层(1)、第二保护层(3)和第三保护层(5)都是硫化锌和二氧化硅的复合材料构成的。

3、根据权利要求1或2所述的超分辨近场结构光盘，其特征在于所述的记录层(4)为银铟锑碲。

4、根据权利要求1或2所述的超分辨近场结构光盘，其特征在于所述的第一保护层(1)的厚度为120nm，第二保护层(3)的厚度为10～40nm，第三保护层(5)的厚度为130nm。

5、根据权利要求1所述的超分辨结构光盘，其特征在于所述的非线性掩膜层(3)为厚度为10～50nm的锑或铋薄膜。

6、根据权利要求1或2所述的超分辨结构光盘，其特征在于所述的记录层(5)为厚度15nm。

7、根据权利要求3所述的超分辨结构光盘，其特征在于所述的记录层(5)的厚度为15nm。

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