飛秒雷射在透明介質中三維光存儲寫讀裝置的製作方法
2023-05-02 05:47:01
專利名稱：飛秒雷射在透明介質中三維光存儲寫讀裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於信息技術領域，具體涉及到飛秒雷射在透明介質中三維光存儲寫讀裝置。
背景技術：
隨著信息科學的迅猛發展，人們對數據存儲器的存儲密度和存儲容量的要求也在不斷地提高。目前使用的光存儲器件，一般還只是在單面或雙面光碟上存儲數據，新的DVD光碟也僅只能存儲幾層數據。為進一步提高數據的存儲密度，充分利用存儲介質的空間，採用「三維光數據體存儲技術方案」是實現數據高密度存儲的重要途徑。
現有的CD光碟是單層存儲的，存儲密度只有7.5×107bits/cm2，DVD光碟在存儲層數上有一定的改進，但也只能存儲固定的幾層數據，存儲密度為3×108bits/cm2。由於CD光碟和DVD光碟存儲的位點間距已接近光的衍射極限，面密度的大幅度提高已不太可能。三維高密度光數據存儲開拓了存儲介質的第三維空間，使得存儲介質的有效存儲區域從二維擴展到了三維空間，從而可以極大地提高介質的存儲密度和存儲容量，是未來實現高密度光數據存儲的可能方案之一。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在於克服上述光存儲器件的缺點，提供一種存儲數據密度高、存儲信號存放時間長、存儲信息不易複製的飛秒雷射在透明介質中三維光存儲寫讀裝置。
解決上述技術問題所採用的技術方案是設置在底座的支架上設內安裝有防反鏡的鏡筒，在鏡筒的上端設置有圖像傳感器、下端設置有平場顯微鏡頭，在支架的底面上設位於平場顯微鏡頭下方的讀出用光源，在底座上設安裝有調整架的三維移動平臺，在調整架上設置有樣品夾和透明存儲介質。
本發明的防反鏡與鏡筒軸線的負向夾角為45°，防反鏡的鏡面上真空蒸鍍有增反膜。本發明的讀出用光源為在光源外殼內上部設置有聚焦凸透鏡、下部設置有發光二極體，在聚焦凸透鏡與發光二極體之間設置有毛玻璃。
本發明的防反鏡鏡面上真空蒸鍍的增反膜的材料為二氧化鉿和二氧化矽，交替蒸鍍25～30層。本發明的聚焦凸透鏡的曲率半徑為25～30mm。
本發明的透明存儲介質為熔融石英介質。
本發明將具有頻率為1KHz的載有二進位信息的強度為微焦量級，脈衝寬度為100飛秒量級(10-13秒)的飛秒雷射脈衝緊聚焦到固定在三維精密移動平臺上的透明存儲介質體內。由於強度非常高的雷射脈衝與透明存儲介質的非線性相互作用，在透明存儲介質體內聚焦點附近將物質消融，直接通過汽化改變物質的局部結構，形成一個微小的微米量級圓錐形空腔結構。通過精密三維移動平臺的精密移動，在透明存儲介質中存儲多層這種微小空腔結構的位點陣列，完成二進位數據的存儲。讀出數據時，用普通光照明，通過平場顯微鏡頭將焦平面上存儲的數據位點陣列成像到圖像傳感器中，圖像傳感器將圖像輸入到計算機，經過計算機進行圖像數據處理，恢復成原來的二進位數據。實現了在存儲介質體內的三維空間上對二進位數據的存、取目的。本發明的存儲密度可以達到1.4×1011bits/cm3，存儲信號存放壽命可達百年，存儲信息又不易複製，大幅度提高數據的存儲密度和容量。本發明具有存儲密度高、存儲信號存放時間長、存儲信息不易複製等優點，可作為信息存儲設備或裝置，可用於圖書、檔案等需要永久性保存的光信息存儲技術領域。
圖1是本發明一個實施例的主視圖。
圖2是圖1的俯視圖。
圖3是圖1中光源的剖視圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明進一步詳細說明，但本發明不限於這些實施例。
在圖1、2、中，本實施例的飛秒雷射在透明介質中三維光存儲寫讀裝置是由圖像傳感器1、鏡筒2、防反鏡3、平場顯微鏡頭4、樣品夾5、調整架6、三維移動平臺7、讀出用光源8、底座9、支架10、熔融石英介質11聯接構成。
在底座9的上安裝有支架10，支架10上固定安裝有鏡筒2，鏡筒2的長度為160mm，在鏡筒2的上端通過螺紋聯接安裝有圖像傳感器1，圖像傳感器1將通過電纜與計算機相連，在鏡筒2的下端通過螺紋聯接安裝有平場顯微鏡頭4，平場顯微鏡頭4的數值孔徑為0.5，放大倍數為50倍，在鏡筒2內安裝有防反鏡3，防反鏡3與鏡筒2軸線的負向夾角為45°，在防反鏡3的鏡面上真空蒸鍍有800nm全反、可見光增透的增反膜，增反膜的材料為二氧化鉿和二氧化矽，交替蒸鍍28層，在支架10的底面上安裝有讀出用光源8，讀出用光源8正好位於平場顯微鏡頭4的正下方。在底座9上安裝有三維移動平臺7，三維移動平臺7由計算機控制，可在X、Y、Z方向上移動，三維移動平臺7上安裝有調整架6，調整架6用來調整入射光線與樣品表面相互垂直。在調整架6上固定聯接有樣品夾5，樣品夾5用於將透明存儲介質固定在調整架6上，本實施例的透明存儲介質為熔融石英介質11，在熔融石英介質11中產生多層具有一定點間距和層間距的微小損傷陣列，在熔融石英介質11中存儲層內點間距為1μm、層間距為7μm的三維二進位數據，數據位點在同一層中以相互平行的直線型排列。
在圖3中，本實施例的讀出用光源8是由光源外殼8-1、聚焦凸透鏡8-2、毛玻璃8-3、發光二極體8-4聯接構成。在光源外殼8-1內上部安裝有聚焦凸透鏡8-2、下部安裝有發光二極體8-4，在聚焦凸透鏡8-2與發光二極體8-4之間安裝有毛玻璃8-3，本實施例聚焦凸透鏡8-2的曲率半徑為28mm。讀出用的光源8為普通可見光，從下向上垂直照射到存儲有數據的熔融石英介質11上，經過平場顯微鏡頭4，使得其焦平面上存儲的二進位數據成像到圖像傳感器1上。圖像傳感器1將得到的二進位數據圖像同時傳輸到監視器和計算機中。在監視器中可以實時地監視存儲的二進位數據點，計算機通過安裝在其內的圖像採集卡將得到的圖像進行數據處理，恢復成原來的二進位數據。
實施例2在本實施例中，鏡筒2內的防反鏡3的鏡面上真空蒸鍍有800nm全反、可見光增透的增反膜，增反膜的材料為二氧化鉿和二氧化矽，交替蒸鍍25層。在光源外殼8-1內上部安裝的聚焦凸透鏡8-2的曲率半徑為25mm。其它零部件以及零部件的聯接關係與實施例1相同。
實施例3在本實施例中，鏡筒2內的防反鏡3的鏡面上真空蒸鍍有800nm全反、可見光增透的增反膜，增反膜的材料為二氧化鉿和二氧化矽，交替蒸鍍30層。在光源外殼8-1內上部安裝的聚焦凸透鏡8-2的曲率半徑為30mm。其它零部件以及零部件的聯接關係與實施例1相同。
實施例4在本實施例中，鏡筒2內的防反鏡3的鏡面上真空蒸鍍有800nm全反、可見光增透的增反膜，增反膜的材料為二氧化鉿和二氧化矽，交替蒸鍍25層。在光源外殼8-1內上部安裝的聚焦凸透鏡8-2的曲率半徑為30mm。其它零部件以及零部件的聯接關係與實施例1相同。
實施例5在本實施例中，鏡筒2內的防反鏡3的鏡面上真空蒸鍍有800nm全反、可見光增透的增反膜，增反膜的材料為二氧化鉿和二氧化矽，交替蒸鍍30層。在光源外殼8-1內上部安裝的聚焦凸透鏡8-2的曲率半徑為25mm。其它零部件以及零部件的聯接關係與實施例1相同。
為了驗證本發明的有益效果，發明人採用本發明實施例1製備的飛秒雷射在透明介質中三維光存儲寫讀裝置進行了實驗，實驗情況如下1、實驗方法採用本發明，將800nm、100飛秒、1KHz的脈衝雷射聚焦到放置在樣品夾5上的熔融石英介質11中，以1mm/s的速度移動三維移動平臺7，每個聚焦的雷射脈衝在熔融石英介質11中形成一個結構改變的數據位點，數據位點之間的間距為2微米的。通過控制三維移動平臺7的移動，在熔融石英介質11中形成了多層層間距為7微米、點間距為1微米×1微米的數據位點陣列，存儲的數據位點陣列經過平場顯微鏡頭4對其功率進行放大、並經鏡筒2內的防反鏡3的反射，成像到圖像傳感器1上，圖像傳感器1將圖像輸入到計算機，計算機進行圖像識別，轉換為二進位數據，實現數據的存儲和讀出。
2、實驗結果實驗中得到了層間距為7微米、點間距為1微米×1微米的5層存儲數據位點圖像，由圖像傳感器1得到了清晰的存儲數據的圖像。經過計算機的圖像處理，可以將存儲數據還原為原來的二進位數據。
3、實驗結論實驗證明，用飛秒雷射在熔融石英介質11中存儲三維光數據，存儲密度可以達到1/(1×1×7)bits/μm3＝1.4×1011bits/cm3。
權利要求
1.一種飛秒雷射在透明介質中三維光存儲寫讀裝置，其特徵在於設置在底座[9]的支架[10]上設內安裝有防反鏡[3]的鏡筒[2]，在鏡筒[2]的上端設置有圖像傳感器[1]、下端設置有平場顯微鏡頭[4]，在支架[10]的底面上設位於平場顯微鏡頭[4]下方的讀出用光源[8]，在底座[9]上設安裝有調整架[6]的三維移動平臺[7]，在調整架[6]上設置有樣品夾[5]和透明存儲介質。
2.按照權利要求1所述的飛秒雷射在透明介質中三維光存儲寫讀裝置，其特徵在於所說的防反鏡[3]與鏡筒[2]軸線的負向夾角為45°，防反鏡[3]的鏡面上真空蒸鍍有增反膜；所說的讀出用光源[8]為在光源外殼[8-1]內上部設置有聚焦凸透鏡[8-2]、下部設置有發光二極體[8-4]，在聚焦凸透鏡[8-2]與發光二極體[8-]之間設置有毛玻璃[8-3]。
3.按照權利要求2所述的飛秒雷射在透明介質中三維光存儲寫讀裝置，其特徵在於所說防反鏡[3]鏡面上真空蒸鍍的增反膜的材料為二氧化鉿和二氧化矽，交替蒸鍍25～30層；所說的聚焦凸透鏡[8-2]的曲率半徑為25～30mm。
4.按照權利要求1所述的飛秒雷射在透明介質中三維光存儲寫讀裝置，其特徵在於所說的透明存儲介質為熔融石英介質[11]。
全文摘要
一種飛秒雷射在透明介質中三維光存儲寫讀裝置，設置在底座的支架上設內安裝有防反鏡的鏡筒，在鏡筒的上端設置有圖像傳感器、下端設置有平場顯微鏡頭，在支架的底面上設位於平場顯微鏡頭下方的讀出用光源，在底座上設安裝有調整架的三維移動平臺，在調整架上設置有樣品夾和透明存儲介質。本發明的存儲密度可以達到1.4×10
文檔編號G11B7/135GK1540634SQ20031010586
公開日2004年10月27日 申請日期2003年10月27日 優先權日2003年10月27日
發明者陳國夫, 劉青, 程光華, 趙衛, 王屹山 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所