[发明专利]一种双光束三维光盘数据读写方法

说明书

技术领域：

本发明属于信息存储技术领域。 

背景技术：

近年来光盘存储技术产品和市场蓬勃发展，人们期望光存储技术有新的提高和突破。另外，随着现代计算机速度的迅速提高，对信息存储密度的要求也越来越高。因此需要发展超高密度光存储技术。以双光子吸收技术为基础的三维数据存储技术以其特有的三维处理能力和极高的空间分辨本领而显示出变革性的应用潜力，已成为高密度信息存储领域最热门的研究方向之一。 

三维数据存储的工作原理是利用飞秒激光诱导光敏材料发生的局域光化学反应(光还原、光聚合和光解离等过程)，利用扫描系统使这一过程在一定空间范围内选择性地发生，通过相应的后处理工艺实现二进制信息的存储。由于材料发生双光子吸收的几率与激发光强度的平方成正比，由双光子吸收引发的光化学反应将被局域在激光强度很高的焦点周围极小的区域内，可实现很高的空间分辨。作为一种新型的数据存储技术，与传统的光存储技术相比，它可以实现三维的数据存储和读写。1989年，California大学Irvine分校的Rentzepis等用双光子技术在光致变色材料上记录成功只写一次的三维数据，层内比特间距和层间距离分别高达30μm和80μm。1991年，Webb等用单波长单光束产生双光子的方法，在光致聚合物上成功地记录了10层，使层内比特间距和层间间距分别降到1μm和3μm。1998年Y.Kawata等人用钛蓝宝石激光输出的762nm脉冲激光，在无掺杂铌酸锂晶体中实现了双光子激发的三维数据存储，信息密度可达33Gbits/cm³。2005年，日本TAKITA AKIHIRO等人在生物组织中用飞秒激光存储三维数据，可达到信息密度为3.6Gbits/cm³。2006年，中国科学技术大学黄文浩等人采用双光子写入单光子共焦读出的方法分别在光致漂白、光致变色和微爆材料中成功存储和读出了三维数据。 

目前双光子三维信息存储尚停留在实验室中利用精密三维平台移动来实现数据写入读出的阶段，没有实现光盘上的三维信息存储。本发明提出了一种双光束三维光盘数据读写方法，可以将数据存储在盘片上，突破了三维存储只能在平台上实现的局限，从而提供了一种使双光子三维信息存储从实验室阶段走向商业化、实用化的途径。 

发明内容：

系统由荧光读写模块和伺服控制模块两个模块组成。两模块在盘片同侧放置。其中，荧光读写模块包括读写激光光源(1)、光闸(2)、能量衰减器(3)、扩束准直装置(4)、物镜(18)和光电倍增管PMT(12)部分；伺服模块由伺服激光光源(7)、主轴电机(15)、音圈电机(5)、(13)和光电接收器(10)组成。主轴电机(15)采用直流电机等线速度控制(CLV)。两模块光路经过耦合棱镜(6)和一个由两块特殊设计的棱镜(9)、(11)胶合而成的分光棱镜，如图2所示，进行耦合和分离。伺服激光光源(7)发射的激光始终聚焦在光盘盘片(14)的信道上，通过伺服音圈电机(13)实现伺服跟踪，其反射光通过分光棱镜分光后被光电接收器(10)接收，产生聚焦和循迹伺服信号来控制伺服音圈电机(13)。二极管固体激光器输出532nm的连续光作为Ti:Sapphire(掺钛蓝宝石)激光器的泵浦源，Ti:Sapphire激光器(1)作为双光子写入和读出光源，其中心波长为800nm，脉宽为80fs，重复频率为80MHz。读写激光经过扩束后再通过耦合棱镜(6)与伺服激光耦合到同一光轴上，通过选层音圈电机(5)与伺服音圈电机(13)的配合实现跟踪和分层聚焦。光闸(2)由声光调制器和驱动电源两部分组成，主控电路从主机获取数据，经编码后输出脉冲驱动信号，控制声光调制器打开或关闭写入光路，从而实现二进制数据0和1的写入。信息读出时，采用800nm的脉冲光，经物镜(18)聚焦于选定信道，激发出来的荧光通过特殊设计的分光棱镜分离以后被光电倍增管PMT(12)接收，经A/D转换后传入计算机进行处理，从而读出数据。