CN1352455A - 带有非线性掩膜夹层结构的超分辨高密光盘 - Google Patents
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Abstract
带有非线性掩膜夹层结构的超分辨高密光盘属于光致超分辨技术领域。其特征在于:该光盘还包括由第一间隔层,中间介质层、第二间隔层共三层介质薄膜层组成的掩膜夹层,整个掩膜夹层可置于盘基和记录层之间,或置于第n－1层记录层和第n层记录层之间,或第m－1层记录层和第m层记录层之间(1<m<n),或盘基和第1层记录层之间,或只读光盘中盘基和反射层之间,掩膜夹层和记录层的或只读光盘中掩膜夹层和盘基上预压信息凹坑深度的厚度总和小于读写系统的焦点深度。其中,第一、第二间隔层是透明、耐高温、耐强光照射的材料,中间介质层是非线性光与材料。它具有:可在常规光盘上用常规工艺实现超分辨记录,对记录介质和入射光频率无特殊要求,在整个可见光波段均可无差别地快速响应的优点。
Description
技术领域
一种带有非线性掩膜夹层结构的超分辨高密光盘属于光致超分辨技术领域，它涉及一种应用于光盘上的，可以减小在记录层上读写光班尺寸的掩膜夹层超分辨高密光盘。
背景技术
提高光盘存储密度的传统方法是减小读写光班的尺寸，主要采用减小激光波长和增大光学头物镜的数值孔径两种方法。前者由于短波长激光器研制的困难以及盘基对短波长激光器透过率减弱等原因，波长的减小受到限制。后者由于光存储系统中的大数值孔径的非球面透镜的制作在工艺上比较困难，同时根据象差分析，即使在物镜很好地校正了象差的情况下，光盘厚度的变化也将引起光程变化，这一光程的变化将使读写信号质量下降。目前，采用“超分辨”掩膜技术可以得到小于衍射极限尺寸的光班。主要的超分辨掩膜技术有：1、磁致超分辨技术。在光盘中使用磁性介质层，利用外部磁场实现读写时的超分辨效果，可以提高磁光盘的线密度和道密度，以实现更高密度的存储。2、相变材料的超分辨技术。它利用相变介质的晶态与非晶态间反射率的不同实现超分辨率掩膜以提高存储密度。3、光致超分辨技术。这一设想由北京清华大学光盘国家工程中心的徐端颐等人提出。它基于光学效应，可实现分子级别的反应，分辨率较高，而且有波长选择性。上述超分辨率掩膜方法都能在不改变读写系统光路的情况下达到超衍射极限的读写效果，增加介质的存储密度。但是，磁致超分辨技术只能用于磁光介质。另外，上述这些介质超分辨盘如光致超分辨盘其掩膜层的光学非线性效应不明显，没有明显的照射光功率阀值点，也就是说不存在这样一个功率值：聚焦激光功率低于此值时，掩膜不开孔，功率高于此值时掩膜开孔。从而使光致超分辨掩膜孔径尺寸随照射时间增加而变大，降低拦截效果，在应用上受到限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有明显的照射功率阀值点的掩膜夹层以及利用它与记录层间的近场耦合作用来在常规光盘系统上实现接近纳米尺度超分辨读写的带有非线性掩膜夹层的超分辨高密光盘。
本发明的特征在于：它含有：依次相互排列的盘基，掩膜夹层，记录层，反射层和保护层，所述的掩膜夹层依次由第一间隔层，中间介质层和第二间隔层共三层介质薄膜组成；所述的掩膜夹层和记录层的厚度总和要小于读写系统的焦点深度；按照盘基在上的顺序，所述的光盘各层及其厚度依次是：(1)盘基，厚度0.1mm～10mm，(2)第一间隔层，厚度5nm～1000nm，(3)中间介质层，厚度5nm～1000nm，(4)第二间隔层，厚度5nm～1000nm，(5)记录层，厚度5nm～2000nm，(6)反射层，厚度5nm～1000nm，(7)保护层，厚度1um～5mm。所述的记录层是第一记录层，记录层共有n层。
本发明的特征还在于：它含有：依次相互排列的盘基，1～(n-1)层记录层，掩膜夹层，n层记录层，反射层和保护层，n为记录层的层数，所述的掩膜央层依次由第一间隔层，中间介质层和第二间隔层共三层介质薄膜组成；所述的掩膜夹层和记录层的厚度总和要小于读写系统的焦点深度；按照盘基在上的顺序，所述的光盘各层及其厚度依次是：(1)盘基，厚度为0.1mm～10mm，(2)第1～n～1层记录层，厚度各为5nm～1000nm，(3)掩膜夹层中第一间隔层，厚度为5nm～1000nm，(4)中间介质层，厚度为5nm～1000nm，(5)第二间隔层，厚度为5nm～1000nm，(6)第n层记录层，厚度为5nm～1000nm，(7)反射层，厚度为5nm～1000nm，(8)保护层，厚度为1um～5mm。
本发明的特征又在于：它含有：依次排列的盘基，第1～(m-1)层记录层，掩膜夹层，第m～n层记录层，反射层和保护层，其中，1＜m＜n，n为记录层的层数，所述的掩膜夹层依次由第一间隔层，中间介质层，第二间隔层共三层介质薄膜组成；所述的掩膜夹层和记录层的厚度总和要小于读写系统的焦点深度；按照盘基在上的顺序，所述的光盘各层及其厚度依次是：(1)盘基，厚度为0.1mm～10mm，(2)第1～(m-1)层记录层，厚度各为5nm～1000nm，(3)掩膜夹层中：第一间隔层厚度为5nm～1000nm，中间介质层为5nm～1000nm，第二间隔层为5nm～1000nm，(4)第m～n层记录层，厚度各为5nm～1000nm，(5)反射层，厚度为5nm～1000nm，(6)保护层，厚度为1um～5mm。
本发明的特征还可在于：它是一种带有掩膜夹层的只读光盘，含有依次排列着的预压有信息凹坑的盘基，掩膜夹层，反射层和保护层，所述的掩膜夹层依次由第一间隔层，中间介质层和第二间隔层共三层介质薄膜组成；所述的掩膜夹层的厚度与上述予压凹坑深度的总和要小于读出系统的焦点深度；依照盘基在上的顺序，所述的光盘各层及其厚度依次是：(1)盘基，厚度为0.1mm～10mm，(2)掩膜夹层，第一间隔层的厚度为5nm～1000nm，中间介质层为5nm～1000nm，第二间隔层为5nm～1000nm，(3)反射层，厚度为5nm～1000nm，(4)保护层，厚度为1um～5mm，信息凹坑深度为10nm～2000nm。
使用证明：它达到了预期目的。
附图说明
图1：本发明只有一层记录层时的光盘结构剖视图，掩膜夹层位于盘基和记录层之间。
图2：本发明有n层记录层时的光盘结构剖视图，掩膜夹层位于第n层记录层与第(n-1)层记录层之间。
图3：本发明有n层记录层时的光盘结构剖视图，掩膜夹层位于第m层记录层与第(m-1)层记录层之间。
图4：本发明有n层记录层时的光盘结构剖视图，掩膜夹层位于盘基与第一层记录层之间。
图5：本发明的只读光盘结构，掩膜夹层位于盘基与反射层之间。
图6：盘基上的非线性掩膜夹层在入射聚焦激光不同功率时的透射率变化情况，横轴代表透射功率(mw)，纵轴代表透射率。
图7：当照射功率高于非线性阀值时，聚焦激光束在通过掩膜夹层前后光强沿半径分布图，三角形代表透过掩膜前的实验数据，菱形代表透过掩膜后的实验数据，两条平滑曲线分别是二者的拟合曲线。
图8：一定功率的聚焦激光在普通无掩膜光盘上产生的记录符扫描电镜图，白色长条为1um，下同。
图9：一定功率的聚焦激光在有掩膜的光盘上产生的记录符扫描电镜图。
图10：本发明光盘的掩膜夹层制备工艺图。
具体实施方式
请见图1。1是盘基，2是掩膜夹层的第一间隔层，3是掩膜夹层的中间介质层，4是掩膜夹层的第二间隔层，5是记录层，6是反射层，7是保护层(下同)。它是只有一层记录层5的光盘，掩膜夹层位于盘基1和记录层5之间。读写光班透过掩膜夹层，在记录层5上形成尺度缩小的实际光班，所述的掩膜夹层和记录层5的厚度总和小于读写系统的焦点深度。
请见图2。它是一种带有掩膜夹层的多层多波长光盘结构。第n层记录层5n对应的读写波长入n最长，掩膜夹层位于第n层记录层5n与第n-1层记录层5n-1层之间。只将波长为λn的读写光斑缩小尺度，不影响其他波长的读写光斑，所述的掩膜夹层和记录层的厚度总和小于读写系统的焦点深度。
请见图3。它是掩膜夹层的多层多波长光盘的另一种结构。掩膜夹层位于中间某一记录层第m层和第m-1层之间，1＜m＜n。掩膜夹层只将对应记录层第m～第n层的读写光斑缩小尺度，其对应波长为λm～λn，不影响其他波长的读写光斑，所述的掩膜夹层和记录层的厚度总和小于读写系统的焦点深度。
请见图4。它是带有掩膜夹层的多层多波长光盘中的第三种结构。掩膜夹层位于盘基与第一记录层5之间。读写光束的某一组分起到″开启光的作用″使掩膜夹层产生散射微结构，从而使读写光斑透过掩膜夹层时，缩小所有读写波长λ1～λn的读写光斑尺寸，所述的掩膜夹层和记录层的厚度总和小于读写系统的焦点深度。
请见图5。它是本发明的只读光盘。掩膜夹层位于盘基1和反射层6之间。读出光斑透过掩膜夹层在已经预压有信息凹坑的盘基1上形成尺度缩小的实际光斑，所述的掩膜夹层厚度与预压凹坑深度的总和小于读写系统的焦点深度。
以下是实施例：
1、适用于图1～图4。掩膜夹层中第一间隔层2的厚度为200nm，中间介质层3的厚度为20nm，第二间隔层4的厚度为22nm，每层记录层5的厚度为60nm，反射层6的厚度为50nm，保护层7的厚度为20μm，盘基1的厚度为1mm。掩膜夹层中第一间隔层2用氮化硅，中间介质层3用锑，第二间隔层4用氮化硅。掩膜夹层对记录介质无特殊要求，可用于包括只读，磁光，相变，色变等各种存储介质(下同)。在本发明中，记录层5用Ge2Sb2Te5，反射层6用Al保护层7用UV胶，下同。
2、适用于图1～图4。掩膜夹层中第一间隔层2的厚度为150nm，中间介质层3的厚度为16nm，第二间隔层4的厚度为20nm，每层记录层5的厚度为60nm，反射层6的厚度为40nm，保护层7的厚度为30μm，盘基1的厚度为1.1mm。掩膜夹层中第一间隔层2用氧化硅，中间介质层3用锑，第二间隔层4用氧化硅。其余同实施例1。
3.适用于图1～图4。掩膜夹层中第一间隔层2的厚度为100nm，中间介质层3的厚度为16nm，第二间隔层4的厚度为20nm，每层记录层5的厚度为40nm，反射层6的厚度为60nm，保护层7的厚度为40μm，盘基1的厚度为1mm。掩膜夹层中第一间隔层2用硫化锌∶氧化硅＝1∶1，中间介质层3用氧化银，第二间隔层4用硫化锌∶氧化硅＝1∶1。其余同实施例1。
4、适用于图5。掩膜夹层中第一间隔层2的厚度为100nm，中间介质层3的厚度为18nm，第二间隔层4的厚度为20nm，反射层6的厚度为50nm，保护层7的厚度为20μm，盘基1的厚度为1mm。掩膜夹层中第一间隔层2用氮化硅，中间介质层3用锑，第二间隔层4用氮化硅。反射层6、保护层7同实施例1。
5、适用于图5。掩膜夹层中第一间隔层2的厚度为170nm，中间介质层3的厚度为21nm，第二间隔层4的厚度为18nm，反射层6的厚度为60nm，保护层7的厚度为30μm，盘基1的厚度为1mm。掩膜夹层中第一间隔层2用氧化硅，中间介质层3用锑，第二间隔层4用氧化硅。
6、适用于图5。掩膜夹层中第一间隔层2的厚度为100nm，中间介质层3的厚度为16nm，第二间隔层4的厚度为22nm，反射层6的厚度为70nm，保护层7的厚度为40μm，盘基1的厚度为1.1mm。掩膜夹层中第一间隔层2用硫化锌∶氧化硅＝1∶1，中间介质层3用氧化银，第二间隔层4用硫化锌∶氧化银＝1∶1。
上述氧化硅、氮化硅是透明、耐高温、在强光下稳定的材料。锑、氧化银是非线性光学材料。微孔散射掩膜光盘一般用锑，在一定条件下，可以获得更小的超分辨记录符，但透过掩膜到记录层的能量耦合效率低；微粒散射掩膜光盘一般用氧化银，在相同的记录条件下，得到的超分辨记录符较前者大，但透过掩膜到记录层的能量耦合效率较高。
光盘膜系制备一般采用真空溅射镀膜工艺，请见图10。它是采用溅射工艺在光盘盘基1上镀膜的工艺简图。8是靶，9是辉光区，1是盘基，10是托架，11是注入的溅射气体，12是与真空设备连接后从溅射室抽出的气体。根据各实施例的具体情况，溅射参数的范围为：气压10-1～10Pa，靶负偏压：102～103V，轰击靶的正离子能量：102～103eV，溅射出粒子的能量：≈101eV。其制备工艺与现有CD-R/W，CD-RAM，DVD-R/W，DVD-RAM工艺方法完全相同。因此，本光盘无论在读写系统还是在制作工艺上均与现有光盘完全兼容，但在存储密度上有极大的提高。
图6表示盘基上的非线性掩膜夹层，在入射聚焦激光不同功率时掩膜夹层的透射率变化情况，可以看出：掩膜夹层存在一个明显的功率阀值点，入射聚焦激光功率低于此阀值时，实验测出掩膜夹层的透射率与薄膜光学理论计算所得的透射率一致；当入射聚焦激光功率高于此阀值时，透射率突然增加，透射曲线存在一个非线性台阶。这是由于掩膜夹层受到一定功率的聚焦激光束照射时，中间介质层3的光学物理性质突变，同时受到在上、下间隔层2、4的应力场和夹层内局域热场等多物理场的作用，从而在中间介质层3聚焦激光束中心对应功率密度高于一定阀值处形成一个光散射微结构区。它可以是微孔结构或微粒结构，并且当激光功率下降到阀值点以下时，微结构会消失，介质回复正常聚集状态。
图7的纵轴是归一化光强，横轴是归一化半径。可以看出：由于夹层中散射体的作用，改变了聚焦光束的能量分布，由边缘向中心集中起了减小光斑的作用，实验和计算均表明在夹层中散射区近场范围内，能较好地保持这种集中的能量分布，因此记录层5同掩膜夹层的距离尤为关键，近场距离控制是由掩膜夹层中的第二间隔层4实现的。
对比图8和图9可以看出：掩膜夹层明显减小了有效记录符的尺寸，实现了超分辨记录。
由此可见，本发明具有：能在常规光盘上用同样工艺实现超分辨记录、掩膜夹层对记录介质和入射光频率都无特殊要求，在整个可见光波段均有反应，而且无明显差别且又对入射光可极快响应等优点。
Claims (8)
1.一种带有非线性掩膜夹层结构的超分辨高密光盘，含有盘基，记录层，掩膜层，反射层和保护层，其特征在于，它含有：依次相互排列的盘基，掩膜夹层，记录层，反射层和保护层，所述的掩膜夹层依次由第一间隔层，中间介质层和第二间隔层共三层介质薄膜组成；所述的掩膜夹层和记录层的厚度总和要小于读写系统的焦点深度；按照盘基在上的顺序，所述的光盘各层及其厚度依次是：(1)盘基，厚度0.1mm～10mm，(2)第一间隔层，厚度5nm～1000nm，(3)中间介质层，厚度5nm～1000nm，(4)第二间隔层，厚度5nm～1000nm，(5)记录层，厚度5nm～2000nm，(6)反射层，厚度5nm～1000nm，(7)保护层，厚度1um～5mm。
2.据权利要求1的带有非线性掩膜夹层结构的超分辨高密光盘其特征在于：所述的记录层是第一记录层，记录层共有n层。
3.一种带有非线性掩膜夹层结构的超分辨高密光盘，含有盘基，记录层，掩膜层，反射层和保护层，其特征在于，它含有：依次相互排列的盘基，1～(n-1)层记录层，掩膜夹层，n层记录层，反射层和保护层，n为记录层的层数，所述的掩膜夹层依次由第一间隔层，中间介质层和第二间隔层共三层介质薄膜组成；所述的掩膜夹层和记录层的厚度总和要小于读写系统的焦点深度；按照盘基在上的顺序，所述的光盘各层及其厚度依次是：(1)盘基，厚度为0.1mm～10mm，(2)第1～(n-1)层记录层，厚度各为5nm～1000nm，(3)掩膜夹层中第一间隔层，厚度为5nm～1000nm，(4)中间介质层，厚度为5nm～1000nm，(5)第二间隔层，厚度为5nm～1000nm，(6)第n层记录层，厚度为5nm～1000nm，(7)反射层，厚度为5nm～1000nm，(8)保护层，厚度为1um～5mm。
4.一种带有非线性掩膜夹层结构的超分辨高密光盘，含有盘基，记录层，掩膜层，反射层和保护层，其特征在于，它含有：依次排列的盘基，第1～(m-1)层记录层，掩膜夹层，第m～n层记录层，反射层和保护层，其中，1＜m＜n，n为记录层的层数，所述的掩膜夹层依次由第一间隔层，中间介质层，第二间隔层共三层介质薄膜组成；所述的掩膜夹层和记录层的厚度总和要小于读写系统的焦点深度；按照盘基在上的顺序，所述的光盘各层及其厚度依次是：(1)盘基，厚度为0.1mm～10mm，(2)第1～(m-1)层记录层，厚度各为5nm～1000nm，(3)掩膜夹层中：第一间隔层厚度为5nm～1000nm，中间介质层为5nm～1000nm，第二间隔层为5nm～1000nm，(4)第m～n层记录层，厚度各为5nm～1000nm，(5)反射层，厚度为5nm～1000nm，(6)保护层，厚度为1um～5mm。
5.一种带有非线性掩膜夹层结构的超分辨高密光盘，含有盘基，掩膜层，反射层和保护层，其特征在于：它是一种带有掩膜夹层的只读光盘，含有依次排列着的予压有信息凹坑的盘基，掩膜夹层，反射层和保护层，所述的掩膜夹层依次由第一间隔层，中间介质层和第二间隔层共三层介质薄膜组成；所述的掩膜夹层的厚度与上述予压凹坑深度的总和要小于读出系统的焦点深度；依照盘基在上的顺序，所述的光盘各层及其厚度依次是：(1)盘基，厚度为0.1mm～10mm，(2)掩膜夹层，第一间隔层的厚度为5nm～1000nm，中间介质层为5nm～1000nm，第二间隔层为5nm～1000nm，(3)反射层，厚度为5nm～1000nm，(4)保护层，厚度为1um～5mm，信息凹坑深度为10nm～2000nm。
6.根据权利要求1～5中任何一种带有非线性掩膜夹层结构的超分辨高密光盘，其特征在于：在掩膜夹层中，第一间隔层采用透明、耐高温、耐强光的材料氧化硅，中间介质层采用非线性光学材料锑，第二间隔层采用氧化硅。
7.根据权利要求1～5中任何一种带有非线性掩膜夹层结构的超分辨高密光盘，其特征在于：在掩膜夹层中，第一间隔层采用透明、耐高温、耐强光的材料氮化硅，中间介质层采用锑，第二间隔层采用氮化硅。
8.根据权利要求1～5中任何一种带有非线性掩膜夹层结构的超分辨高密光盘，其特征在于：在掩膜夹层中，第一间隔层采用硫化锌：氧化硅，中间介质层采用氧化银，第二间隔层采用硫化锌：氧化硅，其中，硫化锌∶氧化硅＝1∶(1～5)。
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| CN01134864A CN1352455A (zh) | 2001-11-16 | 2001-11-16 | 带有非线性掩膜夹层结构的超分辨高密光盘 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN01134864A CN1352455A (zh) | 2001-11-16 | 2001-11-16 | 带有非线性掩膜夹层结构的超分辨高密光盘 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1352455A true CN1352455A (zh) | 2002-06-05 |
Family
ID=4672805
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN01134864A Pending CN1352455A (zh) | 2001-11-16 | 2001-11-16 | 带有非线性掩膜夹层结构的超分辨高密光盘 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN1352455A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101615403B (zh) * | 2008-06-27 | 2012-06-27 | 索尼株式会社 | 多层光学记录介质、记录装置、以及记录激光功率调节方法 |
| CN107478615A (zh) * | 2017-07-11 | 2017-12-15 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 一种基于材料热致透过率变化的超分辨非荧光成像方法 |
-
2001
- 2001-11-16 CN CN01134864A patent/CN1352455A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101615403B (zh) * | 2008-06-27 | 2012-06-27 | 索尼株式会社 | 多层光学记录介质、记录装置、以及记录激光功率调节方法 |
| CN107478615A (zh) * | 2017-07-11 | 2017-12-15 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 一种基于材料热致透过率变化的超分辨非荧光成像方法 |
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C06 | Publication | ||
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |