CN1539140A - 可重写光记录系统 - Google Patents

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Abstract

一种从例如MAMMOS磁光盘(1)的磁畴扩展数据存储器中读出数据的方法，该MAMMOS磁光盘(1)包含其中数据以磁标记的形式存储的数据存储层(22)和可以从存储层复制和扩展磁畴的扩展层(24)，该系统施加第一辐射光束(7)从而启动将磁畴从存储层复制到扩展层，其中该第一辐射光束(7)具有在盘上的第一点尺寸，该系统还施加第二辐射光束(9)从而从扩展层中读出数据，其中该第二辐射光束(9)具有在盘上大于第一点尺寸的第二点尺寸。

Description

可重写光记录系统
本发明涉及可重写光数据记录系统，更特别地，本发明涉及磁光数据存储系统，并且更加特别地涉及磁畴(domain)扩展磁光数据存储系统。
已经提出了多种用于提高以磁光数据存储系统形式的可重写光记录系统中的数据存储密度的方法。一种被称作激光脉冲磁场调制(LP-MFM)的技术可以在磁光存储介质上实现比被用来进行记录的光点的尺寸还要小很多的标记。该标记被记录为一系列半月状的磁磁畴。已经表明了例如使用0.6μm点实现的20nm磁畴的记录的结果。但是，仅在可以实现如此小的尺寸的数据读出的情况下，才可以获得如此小的磁畴所带来的优势。传统的读出技术使得介质上可探测标记的尺寸被限制为点尺寸的一半。
为了达到较高的数据存储密度而提出的用于从磁光存储介质读出的其它技术包含磁光(MO)磁畴扩展技术，例如首先由H.Awano、S.Ohnuki、H.Shirai和N.Ohta提出的MAMMOS(磁放大磁光系统)(Applied Physics Letters 69，(1996)4257)。
图1示意性地说明了MAMMOS过程。在MAMMOS读出期间，由聚焦激光束B对盘上的一个区磁畴进行加热。该盘包含多个不同的功能层，包含存储层S和读出或扩展层E。该扩展层的初始磁化方向为存储层中的数据空间的方向，而该存储层还包含按照与该方向相反的方向排列的磁标记。可以使用一个或多个中间层来提供存储层与扩展层之间的静磁耦合。按照这样一种方式来选择存储层和读出层中的材料的成分，使得随着温度相对于室温的提高，存储层的磁化强度增大(并且因此所产生的杂散场Hstray，storage也增大)并且扩展层的矫顽磁力Hc，read降低。在读出期间，同步于数据信号将外部场Hext(在标记方向上)加入到Hstray，storage，从而帮助磁畴复制和扩展，并且为了使该被扩展的磁畴破坏从而在下一个比特是空的情况下给出一个不同的读出信号，翻转该外部场Hext的方向，在这种情况下并不发生磁畴复制和扩展。将被记录的标记复制到扩展层要求一个最低盘温度Tcopy。当温度高于该温度的时候，扩展层中的标记的杂散场和外部场的和大于读出层的矫顽磁力：
Hstray，storage+Hext＞Hc，read    (1)
如果外部场足够大，那么将会发生被复制的磁畴的扩展。通过测量来自扩展层中的被扩展磁畴的反射上由克尔效应(Kerr effect)引起的偏振角度的旋转，可以探测被扩展层反射的光束中的被扩展磁畴的磁状态，如在已知的磁光系统中实现上述测量。
对于跟踪方向上的一段特定的长度，在外部磁场的帮助下，由激光束创造出将标记从存储层复制到扩展层所必需的温度。在这个区磁畴中有可能实现复制。因此将这个区磁畴称作复制窗口。
如果激光功率降低，盘上的温度将会下降，这将引起矫顽磁力提高(曲线向上移动)以及杂散场降低。复制窗口的尺寸也将因此变得更小。当温度曲线中的最高温度低于Tcopy的时候，复制窗口为零：没有信号。另一方面，如果激光功率提高，那么矫顽磁力曲线向下移动并且杂散场增大。因此，复制窗口的尺寸也将增大。
该复制窗口的尺寸决定了可分辨的最小特征的尺寸：如果复制窗口大于最小磁畴尺寸的一半，那么相邻磁畴之间将会发生重叠，这将导致附加峰值和不正确的读出。为了实现正确的读出，解决方案是最小的磁畴应该大于复制窗口的两倍。
因为复制窗口的尺寸随激光功率的提高而增大，所以用于最大复制窗口和Tcopy(下限)的值对应于一定范围的激光功率。因此，较高的分辨率就会要求较小的复制窗口，而这将降低可能的激光功率的范围，即功率余量，反之亦然。换句话说，最终的分辨率将由记录系统的功率余量决定。
当在读出过程中要求高的分辨率的时候，为了实现成功的读出所要解决的问题涉及功率余量。非常小的功率余量通常用于实现高的分辨率，这是频谱的红或蓝部分中衍射受限点的热曲线的顶部与磁畴长度相比要宽很多这一事实所导致的直接结果。高数值孔径(NA)蓝光激光系统可以被用来实现和较低NA红光激光系统相比更高的分辨率。但是，当波长减小和/或数值孔径增加的时候，会出现其它的问题，这些问题包括光学系统的复杂程度的提高，以及降低探测器处信噪比的效应，例如探测器处克尔效应的降低和散射噪声的增大。
根据本发明的一个方面，提供了一种从磁畴扩展存储介质读出数据的方法，所述介质包含其中数据以磁标记的形式被存储的数据存储层，和可以从该存储层复制和扩展磁畴的扩展层，所述方法包含：
施加第一辐射光束从而启动将一个磁畴从存储层复制到扩展层，其中该第一辐射光束具有在存储介质上的第一点尺寸；以及施加第二辐射光束从而从扩展层中读出数据，其中该第二辐射光束具有在存储介质上大于第一点尺寸的第二点尺寸。
注意到，EP-A-899727描述了一种使用两个光束点实现从磁光盘读出的光学记录和读出系统，但是其中所描述的系统是一种磁畴壁移动检出(DWDD)读出系统，该系统与本发明的磁畴扩展介质读出系统有显著的区别，包含以下特征：在磁畴壁移动检出读出系统中，使用的是磁畴壁移动而不是磁畴扩展，存储层和读出层是通过磁交换耦合被耦合到一起的，以及在读出过程中通常不使用外部磁场。DWDD要求热曲线中的非对称温度梯度从而抑制“幻像信号(ghostsignal)”。在所提出的系统中，产生较大的点尺寸的光束被加入到传统DWDD读出光束从而改善读出。
通过随后参考附图所做的对本发明的实施方案的描述，本发明的特征和优势将得到明显的体现，其中：
图1是如用于本发明的实施方案的MAMMOS记录系统的示意图；
图2是根据本发明的第一实施方案进行配置的光学扫描设备的示意图；
图3是图2中所示的设备的一部分的示意图；
图4是根据本发明的第二实施方案进行配置的光学扫描设备的示意图；
图5显示了在本发明的各种实施方案中所得到的温度曲线的特性。
图2显示了根据本发明的第一实施方案的磁光扫描设备。根据本发明的实施方案，磁光可重写盘1以MAMMSO盘的形式存在，该盘包含外部覆盖层和/或基底层，并且外部覆盖层和基底层中的至少一个是透明的并且该透明层位于至少一个存储层和一个扩展层的相对侧面。MAMMOS盘的层结构的一个例子是：1.2mm PC基底/60nm SiNx/20nm GdFeCo/5nm SiNx/50nm TbFeCo/20nm SiNx/30nm铝合金。所有层都是通过DC磁电管溅射法制备的。对于MO层来说，补偿温度在室温附近，其中在该补偿温度处矫顽磁力趋向于无穷大，而对于GdFeCo和TbFeCo来说，居里温度分别是320℃和270℃。
信息可以以在基本上平行的、同心的或者螺旋形的磁轨中排列的标记的形式存储在光盘1的存储层中，这并未在图1中显示。可以在盘上使用凸区-凹槽结构来进行光跟踪。标记以磁光的形式存在，由例如LP-MFM记录技术生成。
光扫描设备包含第一辐射源6和第二辐射源8，其中第一辐射源6是例如发射第一辐射光束7的半导体激光器并且基本上所有辐射都位于例如430nm区域中的第一波长λ1，而第二辐射源8是例如发射第二辐射光束9的半导体激光器并且基本上所有辐射都位于例如650nm区域中的第二波长λ2。
每个光路包含校准仪透镜12、偏振和/或二色分光器15、折叠式反射镜16以及包含后透镜元件13和前透镜元件14的复合物镜10。前透镜元件14是平凸的SIL。通过适当尺寸的空气轴承(air-bearing)滑动器(未示出)，使得前透镜元件14距离上盘的入口面很近，优选地在一个辐射波长的范围内并且通常在1μm内。为了改善界面的摩擦特性，在外部覆盖层26上涂有润滑剂。该润滑剂可以通过例如已知的FomblinTM和ZdolTM的多氟聚醚(polyfluoropolyether)来形成。通过在润滑剂的溶液中对盘进行浸涂覆，润滑剂形成了厚度典型地小于1nm的均匀的层。可以通过在应用润滑剂之前利用类金刚石碳的硬涂覆对外部覆盖层的顶部表面进行处理，从而改善润滑剂的应用。
每个单独的校准仪透镜12将发散的辐射光束7和9转换为通常是被校准的光束。该第一光束7被分光器15反射，而第二光束9则不被分光器15反射。
后透镜元件13将第一光束7和第二光束9聚焦为位于后透镜元件13和前透镜元件14之间的会聚光束。利用伺服传动装置可以使后透镜元件13相对于前透镜14移动，从而进行跟踪和聚焦。图3对这种配置进行了更详细的描述。作为使用近场倏逝耦合将光耦合进入盘的固态浸没透镜(Solid Immersion Lens，SLL)，前透镜元件14所引起的效果是随着第一光束进入盘的入口面时，进一步提高系统对于第一光束7的数值孔径，而不引入球面像差，或降低不需要的球面像差，同时对第二光束9产生更加有限的聚焦效果。因此，光束7和9每个都被复合物镜10聚焦到在光盘1的扩展层上形成的一个点。第一光束具有相对较高的数值孔径NA1，例如大于1(NA＞1)，而第二光束具有相对较低的数值孔径NA2，例如位于大小为0.6的区域之内。另外，这些点优选地是基本上衍射受限的，并且λ1/NA1＜λ2/NA2。按照半最大值全宽度(FWHM)幅度来进行测量、且形成于扩展层上的第一光束点因此基本上小于形成于扩展层之上的第二辐射点，优选地小于第二辐射点的尺寸的一半，并且更加优选地小于第二辐射点的尺寸的三分之一。
在相应的相反过程中的光学系统将被反射的光束从位于前透镜元件14和后透镜元件13之间的发散光束转换为位于后透镜元件13和校准透镜12之间的被校准的光束。
第一光束7被分光器15反射，并且由校准透镜12将其聚焦为入射到与辐射源6并排放置的跟踪误差探测器系统上的会聚反射光束。该跟踪误差探测器系统捕获该辐射并将其转换为电信号。该信号被用来在对盘的扫描期间执行跟踪误差校正。该探测器系统还可以被用来执行焦点误差探测。
由校准透镜12将第二光束9聚焦为入射到与辐射源8并排放置的磁光数据信号探测器系统上的会聚反射光束。该数据信号探测器系统捕获该辐射并将其转换为电信号。该信号被用来在对盘的扫描期间探测数据信号。如果在跟踪误差探测器上并未执行焦点误差探测，那么该探测器系统还可以被用来执行焦点误差探测。
未在图2中示出的外部场线圈位于盘的一侧，优选地位于具有MAMMOS层的盘的一侧，并且包含用于同步于数据读出对磁场进行切换的磁场方向切换电路，如在MAMMOS记录系统领域中所公知的。
现在参考图3，在这种实施方案中的盘1包含一个厚度值在0.6-1.2mm范围内的相对较厚的基底20、一磁数据存储层22、一磁畴扩展层24和厚度值在5-20μm范围内的薄透明覆盖层，并且该透明覆盖层的厚度优选为大约10μm。前透镜元件14被安装在透明滑动器28上，包含在数据记录期间使用的MFM线圈30。高NA光束7可以在MFM记录过程期间被用于数据记录。
图4显示了本发明的一种替换的第二实施方案。在这种实施方案中，包含前透镜元件13的第一光束7的光学元件被位于光盘的相对侧的滑动器30所取代，并且具有同步于上部光学系统的移动而进行移动的径向移动机制。该上部光学系统可以被用来生成数据信号、跟踪误差信号和聚焦误差信号等全部信号。后透镜元件13被为第二光束9进行过优化的物镜32所取代。MAMMOS盘1被具有不同格式的MAMMOS盘34所取代。
滑动器30包含生成等效于第一光束的具有第一波长λ1的光束的辐射源36，例如半导体激光器，并且该光束被聚焦到具有非常小的输出孔径的平面波导结构中，从而在盘32的信息承载层上生成非常小的点。在一种替换的实施方案中，在不需要使用单独的波导的情况下，高NA光束可以由具有小近场曲线的半导体激光器直接生成，如在日本应用物理学期刊(Japanese Journal of Applied Physics)，Vol 37(1998)p.3759中所提出的那样。在另一种替换的实施方案中，位于盘附近并且具有小输出孔径的光纤或激光器可以被用来生成小的点，其中小输出孔径例如是通过聚焦的离子束来实现的。
MAMMOS盘34包含位于第二光束9一侧的厚度值在0.6-1.2mm范围之内的透明基底42、位于基底42之下的磁畴扩展层44、位于磁畴扩展层44之下的磁存储层46，以及具有例如在10nm范围内的厚度的非常薄的覆盖层48。
滑动器30包含数据记录期间所使用的MFM线圈40。由源36所生成的小点可以被用于在LP-MFM记录过程期间进行数据记录。相关于线圈40的电路包含用于同步于数据读出对磁场进行切换的磁场方向切换电路，如在MAMMOS记录系统领域中所公知的。因此，线圈40可以被用于向盘记录数据和从盘读出数据。
图5显示了在上述本发明的各种实施方案中在盘上可以得到的温度曲线。所示温度曲线是轴对称的，但是在实际当中，由于在扫描期间盘相对于光束会发生移动，所以该曲线将有些不对称，向光束的尾部边缘方向展宽。由于在第一实施方案中的第一光束7的加热效应，该温度曲线包含第一相对较窄的组成部分50，或者在上述的第二实施方案或其它替换的实施方案中与之等效的组成。由于第二光束9的加热效应，该曲线包含第二相对较宽的组成部分52。在给定的功率余量的范围内，第一和第二光束的功率电平得到控制，从而第一组成部分50包含具有高于MAMMOS盘的复制温度Tc的温度的部分，而被认为是由第二光束单独生成的第二组成部分并没有达到MAMMOS盘的复制温度Tc，但是高于盘的扩展温度Te。因此，第一组成部分50规定了复制窗口的宽度w，并且因此也就规定了读出过程的分辨率。第二组成部分52规定了磁畴扩展区域的宽度s，该宽度大于复制窗口，从该宽度中得到系统的数据读出信号。应该注意到，因为两个组成部分是由两个光束累加生成的，所以可以使用具有相对较低功率的激光来生成温度曲线的第一组成部分50，而使用具有相对较高功率的激光来生成第二组成部分52。
因此，可以理解，根据上述本发明的各种实施方案的磁光扫描提供了多个优点。在使用大的信号光束点用于数据读出的情况下，以相对较高的分辨率执行数据读出过程，并且对于每个光束都有相对较好的功率余量，以及可以获得相对较高的信噪比。
上述实施方案应该被理解为本发明的示例。还可以设计本发明的其它实施方案。例如，可以替换地使用例如零磁场MAMMOS的其它的磁畴扩展技术和其它磁畴扩展系统。另外，两个光束不必具有不同的波长；两个光束可以仅是具有不同的NA，从而可以实现与根据图5所描述的温度曲线类似的温度曲线。应该理解，根据一种实施方案所描述的任何特征都可以被用于其它的实施方案。另外，可以在不偏离本发明的范围的情况下使用没有在上面得到描述的等价物和修改，其本发明在所附的权利要求中被规定。

Claims (15)

1.一种从磁畴扩展数据存储介质中读出数据的方法，所述介质包含其中数据以磁标记的形式存储的数据存储层，以及可以从该存储层复制和扩展磁畴的扩展层，所述方法包含：
施加第一辐射光束从而启动将磁畴从存储层复制到扩展层，其中该第一辐射光束具有在存储介质上的第一点尺寸；以及
施加第二辐射光束从而从扩展层中读出数据，其中该第二辐射光束具有在存储介质上大于所述第一点尺寸的第二点尺寸。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一光束包含比所述第二光束的辐射更短波长的辐射。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在该存储介质上，所述第一光束具有第一数值孔径，所述第二光束具有第二数值孔径，并且所述第一数值孔径大于所述第二数值孔径。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中在该存储介质上，所述第一光束具有第一数值孔径NA1，所述第二光束具有第二数值孔径NA2，并且所述第一光束包含第一波长λ1，所述第二光束包含第二波长λ2，其中λ1/NA1＜λ2/NA2。
5.根据上述任何一个权利要求所述的方法，其中使用大于1的数值孔径来生成所述第一点尺寸。
6.根据上述任何一个权利要求所述的方法，其中使用小于1的数值孔径来生成所述第二点尺寸。
7.根据上述任何一个权利要求所述的方法，包含在发射所述第一光束的光学元件和所述存储介质之间提供倏逝光学耦合。
8.根据上述任何一个权利要求所述的方法，其中所述第一和第二光束被施加到存储介质的一侧。
9.根据权利要求1到7中的任何一个权利要求所述的方法，其中所述第一和第二光束被施加到存储介质的不同侧。
10.根据上述任何一个权利要求所述的方法，其中在读出期间，以比生成所述第二光束所用功率更低的功率来生成所述第一光束。
11.根据上述任何一个权利要求所述的方法，其中所述第二光束单独具有的功率不足以启动将磁畴从存储层复制到扩展层。
12.根据上述任何一个权利要求所述的方法，其中基本上完全由所述第一光束提供的温度曲线组成部分来规定复制窗口宽度。
13.根据上述任何一个权利要求所述的方法，其中基本上完全由所述第二光束提供的温度曲线组成部分来规定磁畴扩展区域尺寸。
14.根据上述任何一个权利要求所述的方法，进一步包含使用所述第一光束向所述存储介质写数据。
15.一种被配置用来执行上述任何一个权利所述方法的光学扫描设备。
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