KR100604027B1 - 상변화 디스크 기록/재생 장치 및 기록/재생 방법 - Google Patents

상변화 디스크 기록/재생 장치 및 기록/재생 방법 Download PDF

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Abstract

근접장을 이용한 상변화형 광 디스크의 기록/재생 장치 및 그 방법에 대한 것으로 파 필드(far field) 광기록의 문제인 회절에 의한 기록 밀도 한계를 극복하고, 근접장(near field) 광기록의 경우 문제인 낮은 광 효율과 광 섬유 팁(fiber tip)의 짧은 수명을 동시에 해결할 수 있는 방안을 제시 하고 있다. 즉, 근접장 광기록의 경우 광섬유팁에 레이저 광을 직접 조사(launching)시킬 때 생겨나는 효율이 작은 문제를 해결하기 위해 상변화 디스크를 중심으로 광 섬유 팁(fiber tip)과 반대의 위치에 레이저 광원을 하나 더 추가하여 기록과 재생시에 종래의 저 효율 문제를 해결하고, 기록시에 고 출력에 의한 광 섬유 팁의 열화 현상도 감소시킬 수 있다.
근접장, 상변화, 기록밀도, 광 섬유 팁, 어퍼춰

Description

상변화 디스크 기록/재생 장치 및 기록/재생 방법{Writing/Reading apparatus and method for phase change disk}
도 1은 종래의 파 필드를 이용한 상변화 디스크의 기록/재생 장치를 보여주는 도면
도 2는 종래의 근접장을 이용한 상변화 디스크의 기록/재생 장치를 보여주는 도면
도 3은 본 발명의 근접장을 이용한 상변화 디스크의 기록/재생 장치를 보여주는 도면
본 발명은 근접장을 이용한 상변화 광디스크의 기록/재생 장치 및 방법에 관한 것이다.
종래의 파 필드(far field)를 이용한 광자기 기록 방법은 도 1과 같은 방법으로 하였다. 즉, 레이저 광을 0.5 ~ 0.6정도의 개구수(NA, Numerical Aperture)를 갖는 렌즈를 이용하여 집속 시키고, 이 레이저 광은 먼저 기판을 투과한 후 기록막에 도달하게 된다.
이와 같은 종래 기술에 의한 기록의 경우 기록 밀도는 집속된 레이저 광의 크기에 의해 결정된다. 레이저 광은 회절을 고려 하였을 때 광원의 파장 λ와 사용 렌즈의 개구수(NA) 에 의해 결정된다. Rayleigh 회절 한계에 의하면 집속된 레이저 광의 직경 D 는,
D = 1.22 λ/ NA
이나, 실제 이용할 수 있는 한계는 가우시안(Gaussian) 강도 분포를 갖는 레이저 광의 반치폭 (Full Width at Half Maximum) 에 해당되는 계수인 0.61 로 볼 수 있다. 따라서 마크 크기(Mark size)의 감소에 의한 기록 밀도를 높이기 위해서는 레이저의 파장을 감소시키거나 렌즈의 개구수(NA)를 증가시키면 되나, 레이저 파장 감소에는 한계가 있고 개구수(NA)의 증가는 서보(Servo)의 어려움과 수차의 증가를 동반한다.
상변화형 광디스크는, 기록층에 가해지는 기록용 레이저 광의 강도에 의해 형성되는 비정질 상(amorphous phase)과 결정질 상(crystalline phase)의 흡수도 및 반사도 차를 이용한다. 높은 출력의 레이저 빔을 기록 매체에 가하여 융점 이상(~ 600 ℃)으로 온도가 올라 갔다가 냉각되면서 비정질 상의 마크(mark)를 형성하였을 때 "on" 또는 "1"을 나타내게 된다. 반면, 비정질 마크에 결정화 온도 (Crystallization temperature ~ 200℃) 정도로 올릴 수 있는 비교적 낮은 출력의 레이저 광을 가하면 결정화 되어 "off" 또는 "0" 상태로 소거된다.
한편, 상변화 기록물질, 대표적으로 Ge-Sb-Te를 예로 든다면, 결정질 상과 비정질 상의 복소 굴절률(N= n + ik)이 다르기 때문에 흡수도 및 반사도의 차이가 난다. 기록막 면에 수직으로 레이저가 입사 했을 때, 반사도 R 은,
R = {(n-1)2 + k2}/{(n+1)2 + k2}
이다. 통상 비정질 상이 결정질 상에 비해 흡수도가 크고 반사도가 작다.
이러한 목적의 특성을 얻기 위해 대표적으로 이용하는 기록 재료로는 Ge-Sb-Te, In-Sb-Te 또는 Ag-In-Sb-Te 합금 계이다.
지금까지는 기존의 파 필드(far field)를 이용한 광자기 기록에 관해 살펴 보았지만, 기록 밀도를 더욱 향상시키기 위하여 빛의 회절이 일어나지 않는 영역에서 기록 밀도를 높이는 방법인 근접장(near field)을 이용한 광 기록에 관해 언급하도록 한다.
근접장을 이용한 광 기록은 도 2에 나타난 바와 같이 광섬유를 가공한 광섬유 팁(fiber tip)을 이용하는 것을 기본으로 한다. 팁 끝 부분은 기록 비트(bit) 크기와 관련이 있는 어퍼춰(aperture)로서 반경은 수 십 nm 정도로 레이저 광의 파장보다 작은 것을 이용한다. 이때, 광 섬유 팁과 기록막과의 간격이 또한 기록 비트와 관련이 있는 것으로 근접장 효과를 이용하기 위해서는 역시 레이저 광의 파장보다 작아야 한다.
여기서 기록 및 재생을 위한 레이저는 광 섬유안으로 레이저 빛을 조사( launching)시킨다. 이 경우에 광량의 손실이 생기게 된다. 특히, 기록시에는 기록막의 온도를 기록막의 융점(Melting point) 온도 부근까지 올려야 하는바, 높은 출력이 요구되는데, 조사(launching)시의 낮은 효율로 인해 문제가 있게 된다.
재생시에는 광 섬유 팁에서 나온 빛이 기록막에서 다시 반사된 다음에 어퍼춰(aperture)를 통과하여 광 검지기(photodetector)에 도달하여야 하기 때문에 손실이 상당히 크다. 즉, 도 2와 같은 종래의 근접장 기술은 위에 기술한 바와 같은 단점들이 있다.
또한, 도 1과 같은 파 필드(far field)를 이용하는 경우는 빛의 회절한계 때문에 기록 밀도가 낮은 단점이 있기 때문에 기록 밀도는 많아야 수 십 Gb/in2 이다. 도 2와 같은 근접장을 이용한 종래 기술의 경우에도 앞서 언급한 바와 같이 레이저 광을 광섬유 팁에 조사(launching)시키는 경우에 생겨나는 빛의 손실과 기록막에서 반사된 이후에 다시 팁을 통해 반사광이 들어가면서 생겨나는 손실이 있다.
따라서, 기록시에는 기록막의 온도를 융점 온도까지 충분히 올릴 수 있을 만큼의 출력을 얻기 어렵고 재생시에는 반사이후의 손실 까지 있기 때문에 충분한 재생광에 의한 신호를 얻기 어렵다.
또 다른 한가지의 문제점은 종래에 이용했던 광 섬유 팁은 팁의 표면에 반사막을 코팅하여 빛이 바깥으로 손실되는 것을 막았는데 이 경우 기록을 위해 비교적 높은 출력의 레이저 빛이 팁을 통과하게 되면, 사용 시간이 지나면서 열화가 되어 이를 자주 교체해 주어야 한다는 것이다.
본 발명은 앞서 기술한 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 광 파이버 팁의 광 효율을 높이고 팁의 열화 현상도 감소시킬 수 있는 근접장을 이용한 상변화 광디스크의 기록/재생 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 근접장을 이용한 상변화 디스크 기록/재생 장치는 기본적으로 상변화 디스크와, 상변화 디스크의 한 쪽 면 상부에 위치하여 광을 발생시키는 제 1광원과, 상기 상변화 디스크의 한 쪽 면 상부에 위치하고 입사 또는 반사되는 광을 투과시키는 광 섬유 팁과, 상기 상변화 디스크의 반대편 다른 한 쪽면에 위치하여 광을 발생시키는 제 2광원으로 구성된다.
여기서, 상변화 디스크와 제 2광원 사이에는 보통 광을 집속시키기 위한 대물 렌즈가 설치되고, 광 섬유 팁의 끝 부분에는 소정 크기로 어퍼춰(aperture)가 형성되어 있어 근접장 현상을 일으키게 된다.
이와 같이 구성되는 근접장을 이용한 상변화 디스크 기록/재생 장치에서는 상변화 디스크를 중심으로 한 쪽에는 제 1광원과 광 섬유 팁을 위치시키고,다른 한 쪽에는 제 2광원을 두어 레이저 광을 상변화 디스크에 집속시킨다.
이와 같이 구성되는 상변화 디스크 기록/재생 장치를 이용하여 상변화 디스크에 정보를 기록할 때에는 제 2광원의 광을 디스크에 투과시키면서 제 1광원의 광을 광 섬유 팁에 통과시켜 상변화 기록 물질을 융점까지 올린 후 급속 냉각하여 비정질 상을 만듦으로써 정보를 기록하게 된다.
그리고, 기록된 정보를 재생할 때에도 마찬 가지로 제 1광원에서 발생되어 광 섬유 팁을 통과하여 디스크에 반사된 빛에 의한 재생 신호뿐 아니라 제 2광원에 서 발생되어 디스크를 투과한 빛에 의해 발생하는 재생 신호도 함께 이용할 수가 있게 된다.
이와 같은 상변화 디스크 기록/재생 장치를 이용하여 정보를 기록/재생함으로써, 파 필드(far field)기록의 문제점인 회절에 의한 기록 밀도 한계를 극복하고, 근접장을 이용한 광기록의 문제점인 낮은 광 효율과 광 섬유 팁의 짧은 수명 문제를 동시에 해결할 수가 있다.
본 발명의 다른 목적, 특징, 이점 등은 첨부한 도면을 참조한 다음 실시예의 상세한 설명 부분에서 좀 더 명백히 드러날 것이다.
본 발명에서는 도 2에 나타난 종래의 근접장을 이용한 광 기록/재생 장치의 광 섬유 팁의 위치 반대 편에 별도의 광원을 두어 여기서 발생하는 레이저 광을 디스크에 집속시킴으로써 기록시에 광섬유 팁만으로 충분치 못한 빛을 이 레이저를 이용하여 제공함으로써 온도를 융점 온도 이상으로 올린다.
재생시에는 광 섬유 팁을 투과하여 디스크에 반사된 반사광에 의한 재생신호 뿐 아니라 디스크 반대편에 설치된 별도의 광원에서 발생한 레이저 광을 기록막에 투과시켜 광 파이버 팁의 어퍼춰(aperture)에 도달하는 빛에 의한 신호까지도 재생신호로 이용할 수 있기 때문에 신호대 잡음비 (Signal-to-noise ratio) 를 향상시킬 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 근접장을 이용한 상변화 디스크 기록/재생 장치를 이용한다면, 정보 기록시에 과다한 빛을 광섬유 팁의 어퍼춰로 투과시키지 않아도 되기 때문에 광 섬유 팁을 투과하는 광의 출력을 낮출 수가 있을 뿐 아니라 광섬유 팁의 열화도 크게 줄일 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 근접장을 이용한 상변화 디스크 기록/재생 장치를 나타낸 것으로 상변화 물질을 기록막으로 하는 상변화 디스크와, 상기 상변화 디스크의 한 쪽 면 상부에 위치하여 광을 발생시키는 제 1 광원과, 입사 또는 반사되는 광을 투과시키는 광 섬유 팁과, 상기 상변화 디스크의 반대편 다른 한 쪽에 위치하여 디스크에 광을 발생시키는 제 2광원으로 구성된다. 여기에는 레이저 광을 집속시키는 대물 렌즈가 설치될 수 있으며 제 1,2 광원과 디스크 사이에는 광 경로 조절을 위한 여러 수단들이 필요하지만 본 발명과는 직접 관련이 없으므로 도 3에서는 모두 생략하였다.
상기 광섬유 팁의 끝 부분은 기록 비트(bit) 크기와 관련이 있으며, 그 어퍼춰(aperture)는 제 1 광원과 제 2 광원으로부터 조사되는 레이저 광의 파장보다 작아야 하는데, 예를 들어 상기 광섬유 팁의 어퍼춰는 수 십 nm 정도의 크기를 가질 수 있다.
또한, 상기 광 섬유 팁 및 기록막과의 간격 역시 기록 비트와 관련이 있는 요소로서, 근접장 효과를 이용하기 위해서는 제 1 광원과 제 2 광원으로부터 조사되는 레이저 광의 파장보다 작아야 한다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 상변화 디스크 기록/재생 장치를 이용한 정보의 기록/재생 방법은 다음과 같다.
1)기록 방법
상변화 디스크의 한 쪽 면에 위치한 제 2광원의 광을 상변화 디스크에 집속키면서 제 1광원의 광을 광 섬유 팁에 투과시켜 이를 상변화 디스크에 집속시켜 상변화 기록 물질을 융점까지 올린 후 급속 냉각하여 비정질 상을 만듦으로써 정보를 기록한다.
이와 같이 2개의 광원을 이용하여 광 섬유 팁의 반대편에 위치시킨 제 2광원에서 발생된 광을 직접 상변화 디스크의 기록막에 집속시켜 기록막의 융점 온도 직전까지 기록막의 온도를 올려준 상태에서, 광 섬유 팁 쪽에 위치한 제 1광원에서 발생된 광을 광 섬유 팁에 투과시켜 약간의 온도만 상승시키면 기록막의 온도를 기 록막의 융점 온도( 보통 600℃ 정도)까지 쉽게 올릴 수가 있으며 하나의 광원을 사용할 때 보다 광원의 출력도 낮출 수가 있게 된다.
이 때 광 섬유 팁 반대편의 제 2광원의 레이저 광은 연속으로 일정하게 가할 수도 있고, 광 섬유 팁 쪽의 제 1광원과 동기화하여 기록 비트(bit) 위치에서만 펄스(pulse)형태로 가할 수도 있다.
2)재생 방법
한편, 재생의 경우에도 종래 광 손실에 의한 충분치 못한 재생신호가 문제인바, 본 발명에서는 광 섬유 팁의 반대편에 위치시킨 제 2광원에서 발생된 광을 상변화 디스크의 기록막에 투과시키면서 광 섬유 팁 쪽에 위치한 제 1광원에서 발생된 광을 광 섬유 팁에 투과시키면 광 섬유 팁을 투과하여 디스크에 반사된 제 1광원의 광과, 기록막을 투과하여 광 섬유 팁에 도달되는 제 2광원의 광을 모두 재생 신호로 사용하게 되므로 역시 하나의 광원을 사용할 때 보다 큰 재생 신호를 얻을 수 있기 때문에 신호대 잡음비를 현격히 향상시킨다.
본 발명에 따른 근접장을 이용한 상변화 디스크 기록/재생 장치 및 방법에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 본 발명은 근접장을 이용한 상변화 디스크의 기록시에 다른 레이저를 하나 더 사용함 으로써 광 섬유 팁을 이용한 광기록에서 낮은 광효율로 인해 고 출력화가 어려운 문제를 해결한다.
둘째, 재생시에는 광 섬유 팁을 수광 소자로도 활용하여 반사광과 더불어 광 자기 디스크의 반대편에 위치한 레이저 광을 기록막에 투과시킨 후 광 섬유 팁의 어퍼춰에 들어오는 빛을 재생에 이용하기 때문에 반사광과 투과광을 합한 큰 재생신호를 얻을 수 있어 종래의 작은 재생 신호의 문제를 해결 할 수 있다.
세째, 기록시에 수 십 nm 직경의 어퍼춰를 갖는 광 섬유 팁에 가능한 한 많은 빛을 통과시키려는 과정에서 생겨나던 열화에 의한 문제도 적은 양의 광만 광 섬유 팁에 투과시키므로 해결된다.

Claims (6)

  1. 상변화 디스크와,
    상기 상변화 디스크의 한 쪽 면 상부에 위치하여 광을 발생시키는 제 1 광원과,
    입사 또는 반사되는 광을 통과시키는 광 섬유 팁과,
    상기 제 1 광원의 위치에 대응되어, 상기 상변화 디스크의 반대편에 위치하여 광을 발생시키는 제 2광원을 포함하는 상변화 디스크 기록/재생 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 2광원과 상변화 디스크 사이에는 광을 집속하기 위한 대물렌즈가 추가됨을 특징으로 하는 상변화 디스크 기록/재생 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 광 섬유 팁의 끝에는 제 1,제 2광원의 파장보다 작은 크기의 어퍼춰가 형성됨을 특징으로 하는 상변화 디스크 기록/재생 장치.
  4. 상변화 디스크와, 제 1,2광원과, 광 섬유 팁을 포함하는 상변화 디스크 기록/재생 장치의 기록/재생 방법에 있어서,
    상기 제 1광원의 광을 상기 광 섬유 팁에 통과시켜 상변화 디스크에 집속함과 동시에 상기 제 2광원의 광을 디스크에 집속시켜 정보를 기록하고,
    상기 제 1광원의 광을 상기 광 섬유 팁에 통과시켜 상변화 디스크에 반사시킴과 동시에 상기 제 2광원의 광을 상변화 디스크 및 광 섬유 팁에 투과시켜 신호를 재생시키는 상변화 디스크 기록/재생 장치의 기록/재생 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 제 2광원의 광 파워는 연속적으로 인가함을 특징으로 하는 상변화 디스크 기록/재생 장치의 기록/재생 방법.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 제 2광원의 광 파워는 상기 제 1광원의 광 파워와 동기시켜 기록 비트 위치에서만 펄스(pulse)형태로 인가함을 특징으로 하는 상변화 디스크 기록/재생 장치의 기록/재생 방법.
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