CN1630901A - 用于在光存储介质的记录层中记录标记的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于在相变型存储介质上记录标记(1)的方法以及记录设备。通常，一个nT标记(1)是通过一个n－1或更少的写脉冲序列记录的。在慢冷却叠层中，这将导致低质量的标记。本发明提出通过应用多脉冲(3)而增加写脉冲序列中的多脉冲(3)之间的冷却周期，所述多脉冲的脉冲持续时间为Tmp＜4ns，且占空周期为Tmp/Tw，其中Tw为参考时钟周期时间且Tw＜40ns。以这种方式，即使在巨大数量的直接重写(DOW)周期之后和在宽记录功率和记录速度范围的情况下，也能获得质量非常好的标记(1)。
Description
技术领域
本发明涉及通过用脉冲辐射束照射记录层而在存储介质中记录具有时间长度为n*Tw的标记的方法，n表示大于1的整数，而Tw表示参考时钟一个周期的长度，所述存储介质包括一具有相位可逆材料的记录层，其在晶相和非晶相之间是可变换的，每个标记是通过脉冲序列写入的，所述脉冲序列包括一第一脉冲，其后紧跟m个多脉冲，m表示大于或等于1且小于或等于n-1的整数。
本发明还涉及一种能够执行上述方法的用于在一光存储介质上记录标记的记录设备，所述存储介质包括一具有相位可逆材料的记录层，其在晶相和非晶相之间是可变换的。
背景技术
具有可在晶相和非晶相之间变换的相位可逆材料的记录层通常称作相变层。光信号的记录操作是以这样一种方式执行的：通过改变辐射束的辐射条件而使该层中的记录材料的相位在非晶相和晶相之间发生可逆的变化，从而在相变层中记录所述信号，而所记录的信号的播放操作是这样进行的：通过检测相变层的非晶相和晶相之间的光学特性差从而产生所记录的信号。这样一种相变层允许通过在写功率电平和擦除功率电平之间调制辐射束的功率来记录和擦除信息。
根据前言的用于在光存储介质的相变层中记录信息的方法可从譬如美国专利US5732062中获知。这里nT标记是通过具有大体上接近50％的占空周期的n-1写脉冲序列记录的。通过在所述序列之间施加擦除功率而可擦除正被记录的标记之间的先前记录的标记，从而允许该方法用于直接重写(DOW)模式，也就是将要记录的信息记录在存储介质的记录层中并且同时擦除先前记录在记录层中的信息。为了补偿在各个先前标记之后记录一正被记录的随后标记的过程中积聚的热量，脉冲序列中的各个第一和最后的写脉冲的写功率电平高于该脉冲序列中剩余写脉冲的写功率电平。热量积聚将引起记录的标记失真。这些标记，例如具有减小的标记长度。此外，通常观察到：这些标记在播放过程中将导致对再现的记录信号的调制减小。该调制是从记录层上具有标记的区域产生的信号的幅度与从记录层上不具有标记的区域产生的信号的幅度的差。通常相变型光存储介质具有一记录叠层(stack)，包括接近记录层的一金属反射层。从该叠层中省略所述金属反射层不但具有记录层光学性能方面的后果，而且很明显还具有其热特性方面的后果。金属具有比干涉层和相变层更高的导热率。该金属反射层的导热性在对非结晶标记进行实际写入处理时具有优点。在写入处理过程中，通过写脉冲将相变材料加热到其熔点以上。随后，快速冷却相变材料以防止熔化的(也就是非结晶的)材料再结晶。为了顺利的执行该处理，需要使冷却时间短于再结晶时间。金属反射层的较大热导率和热容量有助于从熔化的相变材料快速除去热量。然而，在不具有或具有减小数量的这种冷却金属反射层的(半)透明记录层中，冷却时间看起来变得较长，使得相变材料有时间进行再结晶。这导致了低质量的标记。
在由本申请人提交的非提前公开的欧洲专利申请01201531.9(PHNL010294)中，介绍了根据前言的用于在光存储介质的相变层中记录信息的方法，该方法例如使用了n/α脉冲策略，a＝2或3，在该方法中用于写入nT标记的写脉冲数量被设定为大于或等于n/α的最接近的整数。该方法允许在写脉冲序列中的两个接连的写脉冲之间出现一较长的冷却周期，因为在较大的距离上使用了较少的脉冲。与例如使用n-1策略时得到的标记相比，该增加的冷却周期将导致标记具有较好的质量。在这种策略中，当将α设定为3T、4T、5T和6T时，通过2个写脉冲序列就把所有标记都记录了。由此，需要对写脉冲进行另外微调。这些调节可通过调整脉冲功率、脉冲持续时间和脉冲位置来执行。在大多数情况下，该调节对于不好实现的各个标记长度和各个记录速度是不同的。因此，该方法对辐射束的功率波动敏感并且具有相对困难的标记长度控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种开篇段落中所述类型的记录标记的方法，该方法能够产生质量好的记录标记(也就是正确的标记位置、标记长度和标记宽度)，该方法是容易实现的，该方法具有宽的功率范围，例如0.9-1.25倍的最佳记录功率，并且该方法在大数量的直接重写(DOW)周期过程中，例如1000或更多，以及在大记录速度范围上，例如大约3.5m/s至14m/s之间能够产生保持好和恒定质量的记录标记。
当前述方法的特征在于多脉冲具有脉冲持续时间Tmp＜4ns，而Tw＜40ns，且第一脉冲具有脉冲持续时间Tfirst Tmp时可实现该目的。
已经观测到：当缩短多脉冲的脉冲持续时间时，在大数量的DOW周期过程中标记形成质量基本是恒定的。较短的脉冲要求辐射束(例如半导体激光器)具有较高的功率等级，这是切实可行的，因为减小激光的占空周期允许较高的功率等级而不会损害激光的饱和度。对于传统的写策略，激光的平均占空周期为50％或接近于该值。在该占空周期的情况下，当校正使用期限容限为约10％时(参见图9曲线91)，最大可用激光功率为约21mW。当使用短脉冲时，也就是使用低占空周期时，较低的激光热负荷导致最大可用激光功率更高，例如30mW(参见图9曲线93)。
除了具有较长间隔的已有效果外，短脉冲写策略具有下列优点：
-较低的激光热负荷和较长的潜在使用期限(lifetimepotential)(图9)
-在写入时盘的较低热负荷导致较长的使用期限(更多的DOW周期)和邻近轨迹之间的较少的热串扰(图2和图3)
-较宽的写功率窗口(图4)
-在读取过程中对标记产生的低抖动(图5和7)和较高的调制
-宽记录速度窗口(图6)
注意第一脉冲通常具有大于Tmp的脉冲持续时间，这是有利的，以便补偿热效应，例如第一脉冲不会或几乎不会“感觉到”先前标记中先前脉冲的影响，然而多脉冲会“感觉到”第一脉冲的影响。
在一实施例中，Tfirst＝Tmp。在该情况下，例如由于记录层的某种材料特性，不需要加宽第一脉冲。其优点为所有脉冲都具有相同的脉冲持续时间，这样的脉冲是更加容易实现的。
在另一个实施例中，Tmp/Tw＜0.30，Tmp/Tw＜0.15或者Tmp/Tw＜0.075。根据光存储介质中标记的线性记录速度，Tmp/Tw的值可以发生变化。例如，当在参考时钟为9.55ns且脉冲持续时间为2.7ns时激光的线性记录速度为13.96m/s(DVD4倍速)时，比值Tmp/Tw等于0.283。参考时钟一个周期的长度通常与线性记录速度成反比例地设置，以便使标记长度保持恒定。基本上，最小脉冲持续时间受激光的激励器电子和激光器本身的最大物理输出的限制。在较低的线性记录速度，例如3.49m/s(1倍速)，在脉冲持续时间为2.7ns的情况下，Tmp/Tw的比值等于0.0707。注意对于图2和3所述的具有线性记录速度为6.98m/s(DVD2倍速)的实施例，标记信息质量保持良好和恒定，一直到多于1000DOW周期。在将来的记录系统中，当非常高功率的半导体激光器在商业上变得可用并且经济上可行时，脉冲持续时间和占空周期还可进一步缩短。
在一优选实施例中，多脉冲的数量具有值n-2。这具有以下优点：相应于n-1策略总共写入了n-1个脉冲。已知当改变记录速度时，该策略是特别有效的。在较高的记录速度下，n-1策略也是可能的。最大速度受所述脉冲中可用的激光功率量的限制，并且从而受激光器性能和介质和驱动器的机械的限制。
在另一个实施例中，依靠Tw设置所述脉冲序列中至少一个脉冲的功率或者依靠Tw设置所述脉冲序列中至少一个脉冲的持续时间。有时需要调节或微调一个或多个脉冲以正确地写入记录标记。由于记录叠层的结构、记录材料的限制、激光激励器电子装置的限制和/或激光本身的限制，这种调节或微调是需要的。
在一个特定实施例中，所述多脉冲具有脉冲高度Pw，并且出现一附加脉冲，该附加脉冲具有小于Pw但高于Pe的脉冲高度，Pe为辐射束的恒定擦除等级。其具有这样的优点：该附加脉冲控制围绕非结晶标记的结晶环境的反向增长(backgrowth)的数量。反向增长为当记录层材料的温度相对升高但还低于其熔点时从非结晶标记的边缘进行的再结晶。作为一个例子，在图10中，在脉冲序列的末端有一个额外的脉冲B，其用于控制结晶结构的反向增长。
注意根据本发明的方法可有利地用在任何使用存储介质的高速光记录系统中，所述存储介质包括相变型的单一记录层或多记录层，其中冷却时间变成关键因素。在这些系统中，由于快速的写脉冲序列，记录过程中的冷却时间变得较短。根据本发明的方法允许较长的冷却周期。
本发明的另一个目的是提供一种用于执行根据本发明的方法的记录设备。
当导言中的记录设备的特征在于：记录设备包括用于执行根据本发明的方法中的任何一个的装置时可实现该另一个目的。
附图说明
通过下述结合附图的对实验结果和本发明的实施例进行的更加特定的说明，本发明的这些和其它目的、特征和优点将显而易见，其中：
图1示出一个标记和一脉冲序列，其表示用于通过对不同功率等级和持续时间的规定来对例如DVD+RW和CD-RW进行写入标记的写策略；
图2示出两条曲线，其代表使用样本号725得到的对于根据本发明的方法和已知的方法、作为DOW周期数的函数的平均抖动Javg(以％表示)；
图3示出两条曲线，其代表使用样本号725得到的对于根据本发明的方法和已知的方法、作为邻近轨迹中的DOW周期数的函数的平均抖动Javg(以％表示)；
图4示出一幅曲线图，其代表使用样本号725得到的对于根据本发明的方法和已知的方法、作为最佳写功率Pwo的分数P/Pwo的函数的平均抖动Javg(以％表示)；
图5示出两条曲线51(样本725)和53(样本828)，其表示与使用n/2写策略的常规脉冲的已知方法的平均抖动等级进行比较，在记录速度为6.98m/s(2倍速)的情况下使用参考时钟周期Tw为19.1ns得到的作为脉冲时间Tmp的函数的平均抖动Javg(以％表示)(水平虚线52和54)；
图6示出两条曲线61和62，其代表与用于标准策略的调制(曲线62)比较使用短脉冲写策略(曲线61)对于记录盘样本210得到的作为写入过程中的记录速度Vr的函数、在读取过程中的写入标记的调制深度M；
图7示出两条曲线71和72，其表示与标准策略的(曲线72)平均抖动进行比较使用短脉冲写策略(曲线71)对记录盘样本210得到的作为记录速度Vr的函数的平均抖动Javg(以％表示)；
图8表示用于执行本发明的方法的光存储介质的示意剖面图；
图9示出一幅曲线图，其代表作为激光的脉冲电流Ipulge(以％表示)的函数的MCC ML120G8-22型半导体激光器的激光功率P(以mW表示)。该激光器用于执行图2至7所示的实验。
图10表示代表用于以4×DVD+RW记录速度记录6T标记的本发明的典型写策略的脉冲序列。
具体实施方式
在图1中示出了一种用于DVD+RW和CD-RW的写策略的例子。根据DVD+RW和CD-RW标准，在该图中所述不同可能的功率电平和持续时间是可能的。根据该方法，以顶视图示意性示出的具有6*Tw时间长度的标记1被记录在存储介质的记录层上，这里所述的存储介质为光存储介质。Tw表示参考时钟一个周期的长度。通过一脉冲序列而写入该6*Tw标记，所述脉冲序列包括一个第一脉冲2，其后紧跟4个多脉冲3。根据本发明，多脉冲3具有脉冲持续时间Tmp＜4ns，而Tw＜40ns，且第一脉冲2具有脉冲持续时间Tfirgt≥Tmp。
下列附图是关于在试验用的具有相变型记录层的光记录介质样本nr.725(图2-4)、828(图5)和210(图8)上进行记录。这些介质都基本上具有在图8的说明中所述的设计。通过在图9的说明中提到的半导体激光器来执行所述记录。在下列附图中，根据本发明的所有短脉冲(SP)策略是所谓的n-1策略。所有提到的n/2策略为正常的“长”脉冲(10ns)写策略。然而，本发明还可以应用于n/2策略。
选择n-1和n/2策略来比较短(3ns)和长(10ns)写脉冲。对于高速DVD+RW(＞6X)，可能需要带有短脉冲的n/2策略，所以重要的不是写策略的脉冲数，而是脉冲长度(Tmp)。
在图2中，平均抖动Javg(以％表示)在图中使用已知的n/2脉冲策略标示(曲线21)为直接重写(DOW)周期数的函数。在曲线22中，对于短脉冲n-1策略使用根据本发明的两个参数：在参考时钟周期时间Tw为19.2ns情况下脉冲持续时间为2.7ns来示出该关系。记录速度为6.98m/s(2倍速)。所用的介质为样本725。注意当使用根据本发明的短脉冲策略时，直到达到平均抖动等级为15ns的DOW周期数被充分增加，即，从大约3000增加到大约10000。
在图3中，作为DOW周期数的函数，对短脉冲策略(曲线32)和正常脉冲策略(曲线31)的热串扰进行比较(曲线31和32)。策略参数与在图2的曲线21和22中使用的相同。所用的介质为样本725。所述热串扰为轨迹x+1中的DOW周期对轨迹x中的所记录标记的尺寸的影响，作为轨迹x+1中的DOW周期数的函数而被读出。当轨迹x中的标记尺寸受轨迹x+1中的DOW周期的影响时，轨迹x中的标记的抖动等级将增加。通常由于标记在边缘处的反向增长(再结晶)，标记的尺寸将减小。反向增长是由于对相变材料进行太长时间的温升而使得非结晶标记从这种标记的边缘开始的再结晶。在图3中，值得注意的是就在第一DOW周期处，在轨迹x的标记中测得的抖动Javg(以％表示)出现了轻微的增加，该抖动对于两个策略是相等的。但在这些第一周期之后，使用正常脉冲策略的Javg继续增加(曲线31)，而使用根据本发明的短脉冲策略的Javg保持恒定并且处于低等级(曲线32) 。
在图4中，曲线41和42表示分别用于已知的脉冲策略和根据本发明的短脉冲策略、作为最佳写功率的分数(Pw/Pwo)的函数的Javg(以％表示)。策略参数与在图2的曲线21和22中使用的相同。所用的介质为样本725。注意从最佳功率偏离的范围对于根据本发明的短脉冲策略是非常大的。这使得写处理远不用决定性的依赖于激光的写功率。
在图5中，示出了用于样本725(曲线51)和样本828(曲线53)的脉冲时间Tmp对Javg(以％表示)的影响。应该注意到对于样本725，当减小脉冲持续时间时，抖动等级趋于降低。对于样本828，当达到较低的脉冲持续时间时，抖动非常低，但趋于轻微的增加。该增加是由于该样本的相变记录材料的非常高的再结晶速度产生的。而且，对于样本725(曲线52)和828(曲线54)，使用n/2策略进行记录的平均抖动等级由虚线表示。应强调的是使用n/2策略的抖动等级表示在图3所示的较大数量的DOW周期之后的实质增加。
在图6中，以两个不同的写策略：具有长脉冲长度的“标准”DVD+RW n-1策略(曲线62)和根据本发明的高功率短脉冲(SP)n-1策略(曲线61)，示出了用于高速DVD记录盘(样本210)的。在读取期间记录速度Vr对写入标记的调制深度M的影响。DVD+RW为最近提出来的格式即所谓的可重写数字万用(或视频)盘的缩写。调制深度M定义为|Rw-Ru|/Rm，其中Rw表示从写入标记反射的聚焦辐射束的强度，Ru表示该反射的聚焦辐射束在没有写入标记的地方的强度，且Rmax为Rw或Ru的最大值。通常Ru比Rw大。由于标记的反向增长，较长的脉冲(曲线62)导致较差的调制等级M。高功率SP策略(曲线61)导致记录速度不受高调制等级的影响，直到记录速度大于14m/s(DVD+RW＞4速，CD-RW＞12速)。为0.60的M值由水平虚线示出，其被认为是最小可接受值。
在图7中，示出了利用两个不同的写策略：具有长脉冲长度的“标准”DVD+RW n-1策略(曲线72)和本发明的高功率短脉冲(SP)n-1策略(曲线71)的高速DVD记录盘(样本210)的记录速度(Vr)对Javg(以％表示)的影响。较长脉冲策略导致相对高等级的Javg，而高功率SP策略导致Javg等级低于9％直到记录速度大于14m/s(DVD+RW＞4速，CD-RW＞12速)。被认为是良好值的9％等级由水平虚线表示。当使用了更加强烈的激光以允许在短脉冲中产生较高的峰值功率时或者更加敏感的记录材料变得可利用时，超高记录速度是可能的。
在图8中，示出了试验用介质725(图2-4)、828(图5)和210(图6和7)的结构。在所述例子中使用的相变材料为掺入In和Ge的化学计量Sb2Te型的。所述层结构如下：
-0.6mm厚的聚碳酸酯(PC)基片81
-由(ZnS)80(SiO2)20制成的80nm厚的介电层82
-具有组分GeaInbSbcTed的13nm厚的相变层83，且
0％＜a＜7％
0％＜b＜10％
60％＜c＜75％
20％＜d＜30％
-由(ZnS)80(SiO2)20制成的25nm厚的介电层84
-150nm厚的Ag反射层85
-0.6mm厚的聚碳酸酯(PC)基片81
所述各层是通过溅射沉积的。所述相变记录层具有相对高的再结晶速度。
在图9中，示出了作为脉冲电流Ipulse的函数从Mitsubishi型号为ML120G8-22的半导体激光器输出的光学激光功率。所述激光波长为658nm。在曲线91中，脉冲的占空周期(DC)为50％。在240mA的大约85％处，激光饱和并且光学输出功率下降。当使用37.5％的占空周期时，饱和度出现在240mA的90％等级处。当使用25％的占空周期时，不会出现饱和度并且获得最大激光输出功率为32.5mW。确信当使用低(例如＜1/3)的占空周期时，半导体激光器的潜在使用期限增加。
在图10中，给出了用于写入6*Tw标记的4×DVD+RW记录模式、根据本发明的写策略的例子。该例子中的多脉冲长度(Tmp)为3.2ns。第一脉冲102也具有3.2ns的脉冲宽度。4个多脉冲103具有脉冲高度Pw，而且由参考标记104表示的附加脉冲B具有小于Pw但高于Pe的脉冲高度。Pe为激光束的恒定擦除功率等级Pe。在脉冲序列的末端出现附加脉冲B以控制结晶反向增长。脉冲B的脉冲持续时间为3.2ns，且相对功率等级P/Pw为0.33。
注意上述的实施例只是示意性说明而不是对本发明的限制，且在不脱离附加权利要求的范围的情况下，本领域技术人员可对本发明做出修改。用于执行本发明的介质的层厚和层的组成在不脱离本发明的范围的情况下可以发生变化。尤其注意本发明并不局限于使用利用n-1或n/2脉冲的写策略。此外，如上所述，当应用于超高速记录系统时，本发明特别有益。
Claims (10)
1.一种通过用脉冲辐射束照射记录层而在存储介质上记录具有n*Tw时间长度的标记的方法，n表示大于1的整数，而Tw表示参考时钟一个周期的长度，所述存储介质包括一具有相位可逆材料的记录层，其在晶相和非晶相之间是可变换的，每个标记是通过脉冲序列写入的，所述脉冲序列包括一第一脉冲，其后紧跟m个多脉冲，m表示大于或等于1且小于或等于n-1的整数，其特征在于：
所述多脉冲具有脉冲持续时间Tmp＜4ns，而Tw＜40ns，且第一脉冲具有脉冲持续时间Tfirst≥Tmp。
2.根据权利要求1所述的方法，其中Tfirmt＝Tmp。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中Tmp/Tw＜0.30。
4.根据权利要求3所述的方法，其中Tmp/Tw＜0.15。
5.根据权利要求4所述的方法，其中Tmp/Tw＜0.075。
6.根据权利要求1-5任何一项所述的方法，其中m具有值n-2。
7.根据权利要求1-6任何一项所述的方法，其中依靠Tw来设置所述脉冲序列中至少一个脉冲的功率。
8根据权利要求1-6任何一项所述的方法，其中依靠Tw来设置所述脉冲序列中至少一个脉冲的持续时间。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述多脉冲具有脉冲高度Pw，并且出现一附加脉冲，该附加脉冲具有小于Pw但高于Po的脉冲高度并且Po为辐射束的恒定擦除等级。
10.一种用于通过用脉冲辐射束照射记录层而在存储介质上记录具有n*Tw时间长度的标记的记录设备，n表示大于1的整数，而Tw表示参考时钟一个周期的长度，所述存储介质包括一具有相位可逆材料的记录层，其在晶相和非晶相之间是可变换的，每个标记是通过脉冲序列写入的，所述脉冲序列包括一第一脉冲，其后紧跟m个多脉冲，m表示大于或等于1且小于或等于n-1的整数，其特征在于：
所述记录设备包括用于执行根据前述任何一个权利要求所述的方法的装置。
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