CN1295696C - 位相型横向超分辨共焦系统 - Google Patents

Abstract

一种横向超分辨共焦系统，其构成是：由第一物镜和第二物镜组成一共焦系统，在该共焦系统的光轴上两块物镜前分别放置一二值位相型横向超分辨光阑，在该共焦系统的后焦点设置针孔光阑，在该共焦系统的第一物镜前放置一会聚透镜，该会聚透镜与第一物镜之间的距离L＝f1+f2，其中f1为会聚透镜的焦距，f2为共焦系统的前焦距。本发明不仅可以极大提高横向超分辨率，而且同时还可以获得高中心光斑光强和极低的旁瓣。

Description

位相型横向超分辨共焦系统

技术领域

本发明是涉及超分辨技术，特别是一种可以在横向提高超分辨的同时维持高中心光斑光强和极低旁瓣的位相型横向超分辨共焦系统。它可以很好地用于超高密度光盘光学读取头中。

背景技术

随着信息存储、处理和传输量要求的日益增加，急需发展超高密度光盘存储技术。对盘片而言，实现高密度的途径是缩小轨道间距来增加光学信息存储容量。相应的对于光学读取头而言则必须缩小聚焦光斑尺度。这就要求更短的激光波长和有更高数值孔径的聚焦物镜，因为聚焦光斑的半高宽可表示为 $D=\frac{\mathrm{\λ}}{2\mathrm{NA}},$ 式中λ为入射的激光光束波长，NA为聚焦物镜的数值孔径。但是受光源的限制激光波长只能有限的减小，而采用大的数值孔径的物镜则会带来诸如相差校正难度大，聚焦伺服系统设计更加困难等问题。而超分辨技术则可以成功的避免以上的问题。超分辨技术(就是超出衍射极限的技术)也是常用于缩小记录点的方法之一，它是通过在聚焦物镜前的准直光路中放置一个衍射型光阑，改变入射光的振幅或位相分布，使得经透镜聚焦后的爱里斑主斑变小。但是爱里斑主斑的减小通常伴随着主斑光强的减小和旁瓣的增大。这一困难极大的限制了超分辨技术自光存储中的应用。因此设计一种能够提高超分辨但并不引起主斑光强减小和旁瓣增大的系统是非常有用的。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术问题，提供一种应用于超高密度光盘光学读取头的位相型横向超分辨系统。该系统在横向提高超分辨的同时可以保持很高的中心光强。另外，这种横向超分辨系统还可以极大的抑制旁瓣干扰。

本发明的基本思想是：

分别将两块横向位相型超分辨光阑置于共焦读出系统中的两块物镜前，利用共焦系统的乘积性质提高横向超分辨，并抑制旁瓣。

本发明的技术解决方案如下：

一种位相型横向超分辨共焦系统，其特征在于它的构成是：由第一物镜和第二物镜组成一共焦系统，在该共焦系统的光轴上位于第一物镜和第二物镜前分别放置第一位相型横向超分辨光阑和第二位相型横向超分辨光阑，在该共焦系统的后焦点设置针孔光阑，在该共焦系统的第一物镜之前放置一会聚透镜，该会聚透镜与第一物镜之间的距离L＝f1+f2，其中f1为会聚透镜的焦距，f2为该共焦系统的前焦距。

所述的第一位相型横向超分辨光阑和第二位相型横向超分辨光阑都是一圆环形二值位相板，其外环的归一化半径为R，当R＝1时，内环半径a＝0.12，且内环的位相Φ＝π，外环的位相Φ2＝0。

所述的会聚透镜的后焦点与共焦系统的前焦点重合，而针孔接受装置与针孔光阑同位于所述共焦系统的后焦点处。

在由两块相同物镜组成的共焦系统中，两块物镜前分别放置位相型横向超分辨光阑，组成超分辨共焦系统。从激光器出射的光束经会聚透镜聚焦进入到超分辨共焦系统中，通过超分辨共焦系统传输后在共焦系统的后焦点处用针孔实施点探测，发现聚焦后的光斑在横向可突破衍射极限，并且可以获得比单块超分辨光阑更高的超分辨率。

本发明通过将两块位相型横向超分辨光阑耦合到共焦系统中，利用共焦系统的乘积性质提高横向超分辨，同时维持了高的中心光斑光强。另外，这种横向超分辨系统还可以极大的抑制旁瓣干扰。

下面结合实施例及附图对本发明做进一步说明：

附图说明

图1是本发明的位相型横向超分辨系统实施例的光路示意图。

图2是第一二值位相型横向超分辨光阑的结构示意图。

图3是未加超分辨光阑、单块横向位相超分辨光阑和本发明位相型横向超分辨共焦系统在横向产生的光强分布对比图。

具体实施方式

请参阅图1，图1是本发明位相型横向超分辨共焦系统实施例的光路示意图。由图可见，本发明位相型横向超分辨共焦系统，它的构成是：由第一物镜3和第二物镜5组成一共焦系统，在该共焦系统的光轴上位于第一物镜3和第二物镜5前分别放置第一位相型横向超分辨光阑2和第二位相型横向超分辨光阑4，在该共焦系统的后焦点设置针孔光阑6，在该共焦系统的第一物镜3之前放置一会聚透镜1，该会聚透镜1与第一物镜3之间的距离L＝f1+f2，其中f1为会聚透镜1的焦距，f2为该共焦系统的前焦距。

所述的第一位相型横向超分辨光阑2和第二位相型横向超分辨光阑4都是一圆环形二值位相板，其外环的归一化半径R为1时，内环半径a＝0.12，且内环的位相Φ＝π，外环的位相Φ2＝0。

所述的会聚透镜1的后焦点与共焦系统的前焦点重合，而针孔接受装置7与针孔光阑6同位于所述共焦系统的后焦点处。

图3是计算机模拟给出的数值结果图。其中3a为横向超分辨共焦系统所得的横向光强分布，3b为单块位相型横向超分辨光阑所得的横向光强分布，3c为未加超分辨光阑时的横向光强分布。其中横向光学坐标与实际横向坐标r的关系为： $v=\frac{2\mathrm{\π}}{\mathrm{\λ}}\mathrm{NAr}.$ 由图可见，使用横向超分辨共焦系统后，光斑横向尺寸明显减小，在中心光斑强度相同的情况下获得的中心光斑远小于单块横向超分辨光阑，而且旁瓣也几乎被消除。表一给出了单块横向超分辨光阑和横向超分辨系统的对比参数值。

表一

	横向半宽比	斯特尔比	横向旁瓣相对强度
				单块横向超分辨光阑	0.975	0.9	3.57％
横向超分辨共焦系统	0.728	0.9	0.07％

表中各个参数的意义为：

半高宽：聚焦光束束腰平面上光强降低到峰值强度一半时的全宽度。

半宽比：加入超分辨装置前后半高宽之比。半宽比越低超分辨效果越好。

斯特尔比：加入超分辨装置后的聚焦光束的束腰面上中心峰值强度与未加超分辨装置时的聚焦光束束腰面上中心峰值强度之比。

旁瓣相对强度：聚焦光束第一旁瓣的峰值强度与主斑的峰值强度之比是衡量聚焦光束质量的指标之一，旁瓣相对强度越低光束质量越好。

通过比较，本发明有以下优越性：在横向突破衍射极限，实现超分辨；与单块位相型横向超分辨光阑比在横向有更好的超分辨能力；在提高超分辨的同时极大的抑制了旁瓣。因此，本发明可以很好的运用于超高密度光盘光学读取头中。

Claims (3)

1、一种位相型横向超分辨共焦系统，其特征在于它的构成是：由第一物镜(3)和第二物镜(5)组成一共焦系统，在该共焦系统的光轴上位于第一物镜(3)和第二物镜(5)前分别放置第一位相型横向超分辨光阑(2)和第二位相型横向超分辨光阑(4)，在该共焦系统的后焦点设置针孔光阑(6)，在该共焦系统的第一物镜(3)之前放置一会聚透镜(1)，该会聚透镜(1)与第一物镜(3)之间的距离L＝f1+f2，其中f1为会聚透镜(1)的焦距，f2为该共焦系统的前焦距。

2、根据权利要求1所述的位相型横向超分辨共焦系统，其特征在于所述的第一位相型横向超分辨光阑(2)是一圆环形二值位相板，其外环的归一化半径(R)为1时，内环半径a＝0.12，且内环的位相Φ＝π，外环的位相Φ2＝0。

3、根据权利要求1或2任一项所述的位相型横向超分辨共焦系统，其特征在于所述的会聚透镜(1)的后焦点与共焦系统的前焦点重合，而针孔接受装置(7)与针孔光阑(6)同位于所述共焦系统的后焦点处。

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