光學數據存儲系統用的低雙折射光纖的製作方法
2023-05-22 05:45:11 7
專利名稱：光學數據存儲系統用的低雙折射光纖的製作方法
技術領域：
本發明涉及本發明一般涉及用於數據存儲系統的光纖，更詳細地說，本發明涉及在光學數據存儲系統中的低雙折射光纖。
背景技術：
在磁光存儲系統中，使用沉積在旋轉光碟上的磁光(MO)記錄材料，可以把信息作為磁疇的空間變化記錄在磁光碟上。在讀出期間，磁疇圖形調製光偏振，而檢測系統把所產生的信號從光學格式轉換成電子學格式。
在一類磁光存儲系統中，把磁光頭組件放置在直線致動器上，該致動器在記錄和讀出期間使磁光頭沿磁光碟的徑向移動，使磁光頭組件位於數據磁軌的上方。把一個磁性線圈放在磁光頭組件上的一個分開的組件上，以產生在垂直於磁光碟表面的方向上有磁場分量的磁場。首先通過使雷射束聚焦以在磁光碟上形成一個光點，記錄相對於圍繞磁光碟媒體的磁性材料為垂直極性的磁化作為指示零或一的標誌。光點的功能是使磁光材料加熱到接近或超過居裡點的溫度(在該溫度施加磁場可以容易地改變磁化)。流過磁性線圈的電流使自發的垂直磁化的取向或是向上或是向下。在具有適當高的溫度的光點區域中發生該取向過程。去除雷射束後，保留該磁化強度的取向。在磁性線圈產生相反方向的磁場期間，如果雷射束再把該標誌處加熱到居裡點，則可以擦除或重寫該標誌。
通過利用磁克耳效應而根據磁光碟上所考慮的特定標誌讀出信息，從而通過所考慮的標誌處的磁化來檢測施加在反射光束上的光偏振的克耳旋轉。由材料的特性來確定克耳旋轉的量值(包括在克耳係數中)。通過建立的差分檢測方案以及根據在所考慮的標誌處的自發磁化的方向是順時針還是逆時針取向來測量旋轉方向。
目前對具有表面密度為1千兆位/英寸數量級的磁光碟提供存取的傳統的磁光頭勢必基於相對較大的光學組件，這種組件使磁光頭的物理尺寸和質量變得頗為笨重(一般沿一個方向的尺寸為3-15mm)。結果，在現有技術中機械地移動磁光頭以存取在磁光存儲盤上的數據磁軌的速度很慢。此外，現有技術的磁光頭的物理尺寸限制了磁光碟之間的間隔。因為在標準高度磁光碟驅動器中可得到的容積是有限的，因此，尚未得到作為高容量商品化產品的磁光碟驅動器。例如，目前可得到的商品化磁光存儲裝置僅提供雙面2.6 ISO千兆字節磁光碟的僅一面的存取，磁光碟存取時間為40ms，而數據傳輸速率為4.6兆比特/秒。
N.Yamada(第5，255，260號美國專利)揭示了一種小型浮動光頭，用於存取多個光碟的上表面和下表面。Yamada揭示的浮動光頭描述一個致動臂，該臂具有安裝在其上的一個靜止(相對於臂固定)的鏡子或稜鏡，用於把光傳輸遞到相變光碟和從相變光碟接收光。雖然Yamada描述的靜止光學元件對包含在固定容積中的多個相變光碟的兩面進行存取，但Yamada的浮動光頭受到光學元件的尺寸和質量的限制。結果，也限制了能製造來在給定容積中起作用的光碟的性能和數量。使用光纖把光傳遞到光碟驅動器內的存儲位置允許小型的光路，這使在給定形狀係數內垂直地放置的光碟數增加。
使用偏振保持光纖和Fabry-Perot(FP)雷射器以使偏振光從光源傳遞到存儲位置的現有技術磁光浮動頭經受顯著的模式分配噪聲，該噪聲限制了可得到的信噪比。明顯的是，當把雙折射率高的元件放置在PF雷射器的光路中時，寬帶偏振起伏形式的模式分配噪聲(MPN)是FP雷射器的固有特性。通過設計，偏振保持(PM)光纖的雙折射率很高，因此，當PM光纖和FP雷射器一起使用時，很難消除MPN。
因此，與現有技術相比，所需要的是一種具有足夠大的信噪比(SNR)的光學數據存儲系統，所述光學數據存儲系統使用光纖，以在雷射光源和光學驅動光學數據存儲系統的存儲位置之間傳輸光，並允許放置在給定容積內的碟片的數量增加。經改進的光頭最好應提供較大的數值孔徑、較小的光頭尺寸和質量。此外，光頭還應在存取光碟表面、光碟驅動器存取時間、數據傳輸速率、光學方式產生的噪聲和易於對準和製造方面比現有技術有所改進。
發明概要本發明提供對於現有技術的光碟驅動器的改進。這種改進允許增加可以放置在任何給定容積中的存儲碟片的數量。這種改進包括使用低雙折射光纖，以把信息傳遞到光學存儲媒體或從光學存儲媒體傳出信息。這種改進還包括在較小的光頭上的高諧振頻率的跟蹤伺服裝置，它和光纖一起提供改進的對存儲媒體的存取、改進的碟片驅動器存取時間和改進的數據傳輸速率。
本發明的光碟還使用Winchester磁碟技術的各個方面，例如，浮動頭技術。在本發明中，雷射光學組件把光從光源導向光開關，光開關把光導向耦合到一個或多個旋轉臂的多條光纖之一，每個旋轉臂支撐一個浮動光頭。為了在相應的存儲媒體處用經聚焦的光點讀出和寫入數據的目的，使光通過光纖傳輸到相應的光頭。通過光頭和光纖把來自存儲媒體的經反射的光信號耦合起來，用於接著的處理。在一個實施例中，光的光源包括Fabry Perot雷射器。
由可操縱的經微加工(micro-machined)的鏡子改變由光纖傳遞的光的光路。通過使鏡子的中央部分圍繞旋轉軸旋轉而進行磁軌跟蹤和鄰近磁軌的搜索。通過嵌入的微物鏡(諸如GRIN(漸變折射率)透鏡或模製透鏡)引導來自可操縱的微加工鏡子的經反射的光。使經聚焦的光點沿近似平行於存儲媒體的徑向的方向來回掃描。在另一個實施例中，通過操作一組彼此獨立的可操縱的微加工鏡子，可以對一個以上的存儲媒體表面進行磁軌跟蹤和鄰近磁軌的搜索。
在本發明中，進一步的改進包括使用低雙折射光纖把信息傳遞到磁光存儲盤和從磁光存儲盤傳出信息。當通過光纖傳輸時，由於施加到光纖上的不可避免的應力，來自存儲媒體的偏振信息的SNR比可能變壞。本發明提供一種提高SNR的裝置和方法。在一個實施例中，補償在低雙折射光纖中導致雙折射的面內(in-plane)彎曲以增加SNR。在另一個實施例中，補償導致雙折射的面外(out-of-plane)彎曲以增加SNR。通過提供光偏振旋轉元件可以補償雙折射導致的面外彎曲，該元件可以包括一個1/2波片或固定的1/4波片和可旋轉的1/4波片的組合。通過提供經反射的光的光相位滯後可以補償面內彎曲。通過光相位滯後元件可以提供相位滯後，該元件包括液晶滯後器和固定的1/4波片的組合、固定的1/4波片和可旋轉的1/2波片的組合、或固定的1/4波片和可旋轉的漏洩分束器。在再另一個實施例中，通過提供包括經調製的Fabry-Perot雷射器的光的光源可以增加SNR。
附圖簡述
圖1a示出帶有低雙折射光纖的面內彎曲和面外彎曲的磁光存儲和檢索系統的一個實施例；圖1b示出帶有低雙折射光纖的面外彎曲的磁光存儲和檢索系統；圖2a示出本發明的雷射器一光學組件；圖2b示出光相位滯後器的一個實施例；圖2c示出光相位滯後器的另一個實施例；圖2d示出光相位滯後器的另一個實施例；圖2e示出光偏振旋轉器的一個實施例；圖2f示出一個實施例，其中用脈衝驅動Fabry-Perot雷射器；圖3示出包括光開關的光學模塊；圖4a-g示出本發明的浮動頭的各種視圖；以及圖5a-b示出磁光碟驅動器的兩個實施例。
發明詳述現在詳細參考附圖，其中用相同的數字來識別本發明的相似的部件，在圖1a中可看到一般以透視圖示出的磁光存儲和檢索系統100。在一個較佳實施例中，磁光(MO)數據存儲和檢索系統100包括一組Winchester型浮動頭106，該浮動頭適用於一組雙面第一表面磁光碟107(每個磁光碟表面一個浮動頭)。通過相應的懸掛件130和致動器臂105把浮動頭組106(此後稱之為浮動磁光頭)耦合到旋轉致動器磁鐵和線圈組件120，從而位於一組磁光碟107的表面的上方。在工作中，通過主軸馬達旋轉磁光碟組107以致在浮動磁光頭組106和磁光碟組107之間產生空氣動力學上升力，以致使浮動磁光頭組106在離磁光碟組107的上表面和下表面約15微英寸處保持浮動狀態。由懸掛件組130施加的相等相反的彈簧力對抗上升力。在不工作期間，使浮動磁光頭組106靜態地保持在離開磁光碟組107的表面的存儲狀態。系統100還包括光學模塊103和耦合到其上的低雙折射光纖組102。
圖2b示出作為雷射光模塊103的一部分而使用的雷射器一光學組件101。在本發明中，圖1a和1b的光學模塊103包括雷射器一光學組件101，該組件包括本技術領域中公知的多種光源中的Fabry Perot(FP)雷射光源231。在一個示例實施例中，雷射光源231工作於可見光譜的紅光區域中約660nm波長處；然而，可以理解，工作於其它波長的雷射光源也在本發明的範圍內。Fabry-Perot雷射二極體的特徵是在它們的光譜輸出中的高頻起伏，在本技術領域中也稱之為模式分配噪聲(MPN)。在現有技術中，當把線偏振光送入高雙折射元件(例如，單模偏振保持(PM)光纖)時，模式分配噪聲(MPN)轉換成偏振噪聲，它的作用是降低可得到的信噪比(SNR)。在磁光記錄中，由於希望讀出來自磁光碟107的偏振信息，重要的是要把偏振噪聲保持至最小，然而，當在現有技術中使用FP雷射光源和單模偏振保持光纖時難於達到該要求。雷射器一光學組件101進一步包括準直光學元件234、漏洩分束器232和耦合透鏡233。雷射器一光學組件101把P偏振雷射束291從雷射光源231通過漏洩分束器232和耦合透鏡233導向光開關104。雷射器一光學組件101還接收來自特定磁光碟107的表面的經反射的雷射束292的S和P偏振分量。耦合透鏡233引導經反射的雷射束292並經過漏洩光束分離器232導向包括偏振分束器239、鏡子235和光電二極體組236的差分檢測器。在經過光電二極體組236轉換之後，差分信號經過差分放大器237的處理並作為信號294輸出。差分檢測器用一個差分信號測量經反射的雷射束292的正交的S和P偏振分量的光功率，所述差分信號最好是在特定磁光碟107的表面處由克耳效應引起的偏振旋轉的敏感量度。如下所述，在本發明的特殊實施例中，雷射器一光學組件101進一步包括在AA和BB表示的位置處的多種光學元件，以提供雷射束291和292的光相位滯後和/或光偏振旋轉。
圖3示出包括光開關104的光學模塊103。把光開關104放置在光纖組102和雷射器一光學組件101之間，並在包括光纖組102之一、浮動磁光頭組106之一和磁光碟組107之一的代表性光路中示出。光開關104提供足夠程度的選擇性以致把輸出雷射束291引導到特定光纖102的相應的近端。輸出雷射束291從光纖102的遠端出來並通過浮動磁光頭106導向相應的磁光碟107的表面記錄層349。
在信息寫入期間，輸出雷射束291通過對所選擇的所考慮的點340加熱到接近磁光記錄層349的居裡點而降低表面記錄層349的矯頑力。使輸出雷射束291的光強保持不變，而使用時變垂直偏置磁場來確定垂直於磁光碟107的「向上」或「向下」的磁疇的圖形。該技術稱之為磁場調製(MFM)。另一種做法是，為了較佳地控制疇壁位置和降低疇邊緣抖動，在所考慮的點340處可以對輸出雷射束291以同步於時變垂直偏置磁場的方式進行調製。接著，當在表面層349處的所選擇的所考慮的點340冷卻時，使信息在相應的旋轉碟片107的表面上編碼。
在信息的讀出期間，有選擇地把輸出雷射束291(與寫入的功率相比，其功率較低)傳送到磁光碟107，致使在從所考慮的點340反射時，克耳效應造成經反射的雷射束292的偏振狀態或是順時針旋轉或是反時針旋轉(如箭頭363所示)。實質上上述光路是雙向的。相應地，經反射的雷射束292由浮動磁光頭106接收並輸入到光纖102的遠端。光纖102把經反射的雷射束292導向光開關104並通過光開關104有選擇地傳送到雷射器一光學組件101，用於接著的光一電信號轉換。
回到圖1，在較佳實施例中，本發明的光纖組102包括單模低雙折射光纖。本發明確定，通過使用設計成具有低雙折射的光纖(在光纖技術中稱為低雙折射或lo-bi光纖)，可以降低模式分配噪聲以得到可接受的SNR。lo-bi光纖的低雙折射與單模偏振保持光纖(也稱為PM光纖)的固有高雙折射相對比。可以提供lo-bi光纖作為「旋轉光纖」(spun fiber)，它是在光纖拉制過程期間從稍微雙折射光纖預製棒旋轉而成。當冷卻時，使幾何的扭轉固定成旋轉光纖。如果光纖足夠地旋轉，則通過由旋轉引入的等效園雙折射可以壓倒由於非園形截面或各向異性熱應力而引起的彎曲產生的直線雙折射效應。大多數光纖呈現由幾何和內應力引起的直線雙折射。旋轉光纖是一種例外。可以理解，本發明不必限制於旋轉的lo-bi光纖，因為使用其它手段製造lo-bi光纖在本技術領域中也是已知的。在本發明的一個示例實施例中，lo-bo光纖組102包括每米1-2度的相位滯後、近似於600nm的工作波長、580-600nm的截止波長、約80μm的包層直徑、直徑160-190μm的丙烯酸鹽雙護套、0-70℃的可工作溫度範圍、約4.0μm的模式場直徑和小於5％的模式場橢圓度。
如圖1a所示，lo-bi光纖組102在其遠端處耦合浮動磁光頭組106中相應的一組，確定該光纖組的路線沿致動器臂組105和懸掛件組130中相應的一組，確定其路線圍繞光學模塊103並在其近端處耦合到光學模塊103。因為在系統100中的有限容積所加的限制，光纖組102可能要求以不是共線和/或共面方式確定其路線，這接著會使光纖102受到應力，因此在光纖102中產生雙折射。在本發明中，光纖102在所示的A點處從光學模塊103出來，併集合在一起和圍繞光學模塊103纏繞。如果需要，額外的繞組提供額外的光纖長度以便於裝配和返修。最好這樣確定光纖的路線，即，大多數的彎曲都發生在單個平面中(此後稱之為面內(in-plane)彎曲)。在點C處示出光纖102的面內彎曲的例子。在本發明中，在某些點上光纖102扇出(fan out)到它各自的頭，例如在所示的點B處開始；因此，在光纖102之間還可能有一些面外(out-of-plane)彎曲，這會改變雙折射的局部取向，但是如果保持足夠大的彎曲半徑，則面外的雙折射的量值可以是相當小。彎曲引起的雙折射的特徵可以表示為(1)正比於(Rfiber/Rbend)2的一個量值，其中Rfiber是光纖包層的半徑而Rbend是彎曲的半徑；以及(2)這樣一種取向，致使一根軸在彎曲的平面內而另一根軸垂直於該平面。熟悉本技術領域的人員會理解，如果不是因為光纖組102的彎曲，輸出和反射的雷射束291和292在理論上經受具有低雙折射的光纖組102，類似於一組自由空間光路。在lo-bi光纖組102中的雙折射引起的上述彎曲可以使通過光纖組102傳送的偏振旋轉信息變壞。相應地，本發明提供一種用於補償的方法和裝置，包括在雷射束291和/或292的光路中的光學元件，以提供光相位滯後和/或光偏振旋轉。
本發明確定，通過光纖組102的彎曲引起的雙折射，在輸出雷射束291和反射雷射束292之間引入了相移，並確定，通過在反射光束292的光路中放置光相位滯後元件可以補償相移，此外還確定，為了以最大的SNR檢測反射雷射束292的克耳旋轉，P偏振輸出雷射束291和P和S偏振的反射雷射束292之間的相移應保持0度模π(0 degrees moduloπ)。在較佳實施例中，通過使在沒有克耳信號時的反射雷射束292和正交偏振克耳分量同相而利用光相位滯後，以優化來自磁光碟107的克耳信號，因此，通過在噪擾帶(noise fringe)的底部工作，還使由光纖組102引入的模式分配噪聲最小化。通過光相位滯後元件可以提供光相位滯後，該元件使光波分解成兩個正交線偏振分量並在它們之間產生相移。理想地，提供光滯後的光學元件將既不會偏振也不會在光束通過它們時引起強度變化；它們將簡單地改變光束的偏振狀態。提供光相位滯後的元件可以是固定的或可變的品種，並且一般可作為具有兩個不同折射率的雙折射、單軸材料得到。例如舉出這種材料的幾個例子可以包括單軸晶體、石英晶體、雲母、向列相液晶、電光材料、聚合物。
本發明確定，為了得到這些情況，光纖組102的彎曲引起的軸應和漏洩分束器232的軸對準，致使輸出雷射束291的P偏振將旋轉入同一平面並垂直於光纖組102的面內彎曲引起的軸。
如上所述，光纖組102可能經歷彎曲，例如，面內彎曲和/或面外彎曲的組合。在如圖1b示出的另一個實施例中，可以這樣確定光纖102的路線，致使發生光纖組102的最小的面外彎曲，例如，如果確定光纖102的路線使之從光學模塊103出來並使之沿平行平面加以保持，則這些平行平面具有的平面間隔和光纖的路線到達的各自的頭106(不是在B點處的扇出)之間的間隔相等。在該實施例中，即使沒有面外彎曲，仍會發生光纖的面內彎曲，諸如在光纖組102從光學模塊103到頭106的的正常確定路線期間。
在光纖102發生最小面外彎曲的一個實施例中，可以通過一個光相位滯後器255提供光相位滯後，該光相位滯後器包括諸如科羅拉多州Frederick的Meadowlark Optics製造的LVR 100 VRS之類的可變液晶滯後器。在該實施例中，光相位滯後器255連同第一1/2波片253一起使用，兩者都放置在漏洩分束器232和偏振分束器239之間的光路中的BB點處(在圖2a和2b中示出)。最好把光相位滯後器255的光軸相對於漏洩分束器232的光軸對準在零度，而第一1/2波片的光軸相對於漏洩分束器232的光軸對準在22.5°。在可變液晶滯後器的一個例示的使用中，施加1.53伏的峰一峰輸入電壓，它已經示出對於面內引起的應力產生適當的補償；稍微改變光纖組102之間的面內彎曲可能要求略為不同的電壓。在校正階段可以預定當使用特殊的光纖102時要施加的特殊的電壓。在光開關104切換之間的時間間隔期間可以改變該電壓。
在光纖102發生最小面外彎曲的另一個實施例中，可以通過組合本技術領域眾知的1/4波片254和動態旋轉的1/2波片257來提供光相位滯後，兩者都放置在漏洩分束器232和偏振分束器239之間(在圖2a和2c中示出)。在該實施例中，1/4波片254的光軸相對於漏洩分束器232的光軸對準在45°，而動態旋轉的1/2波片257的光軸相對於漏洩分束器232的光軸旋轉。動態旋轉的1/2波片257可以包括耦合到機電的或電－微加工的致動器的1/2波片，以啟動所要求的1/2波片的旋轉。當使用特殊的光纖102時，可以在校正階段預定要施加到1/2波片257的特殊的旋轉。可以在光開關104的切換之間的時間間隔期間施加旋轉。
在又一個實施例中，通過1/4波片254提供光相位滯後，把該1/4波片放置在漏洩分束器232和偏振分束器239之間，最好1/4波片254的光軸相對於漏洩分束器239的光軸對準在45°(在圖2a和2c中示出)。在這種型式下，提供偏振分束器239作為動態旋轉偏振分束器。動態旋轉偏振分束器可以包括耦合到機電的或電－微加工的致動器的偏振分束器，以啟動所要求的偏振分束器的旋轉。當使用特殊的光纖102時，可以在校正階段期間預定要施加的特殊的旋轉，並可以在光開關104的切換之間的時間間隔期間施加旋轉。
在上述實施例中，雖然補償的是在低雙折射光纖中引起的應力，但可以忽略動態面內彎曲引起的應力，因為一般而言它十分小，雖然原則上也能以足夠快的補償對它補償。
如上討論，最好把光纖組102的彎曲引起的軸與漏洩分束器232的軸對準，致使把輸出雷射束291的P偏振與光纖組102的彎曲引起的軸對準。可以通過人工使光纖102的軸相互對準並和漏洩分束器232的軸對準。在光纖102的軸和漏洩分束器232的軸沒有對準的情況下，在耦合透鏡233和漏洩分束器232之間的點AA處可以放置光偏振旋轉器256，如圖2a。光偏振旋轉器可以包括本技術領域眾知的第二1/2波片。在本實施例中，預先使光纖組102的光軸相互對準，並放置1/2波片以提供輸出雷射束291的P偏振的光旋轉，使之旋轉入lo-bi光纖組102的彎曲引起的軸的平面中。
在上述圖1a的實施例中，確定光纖組102的每條光纖的路線圍繞光學模塊103到各自的浮動光頭106。確定光纖102的路線到分開的光頭106造成每條光纖以略為不同的通路行進，因此，相對於輸出點A經受不同的面外彎曲。面外彎曲造成每條lo-bi光纖102包含彎曲引起的軸，它們彼此之間的取向和/或對於漏洩分束器232的取向略為不同。通過使用光偏振旋轉器256可以使每條光纖102的面外彎曲引起的軸之間的變化相容，可以動態調節該光偏振旋轉器256以旋轉輸出雷射束291的線偏振，例如，以相對於第二可變液晶滯後器(示於圖2e)的軸45°耦合在本技術領域中眾知的一種1/4波片滯後器。通過電氣地控制可變液晶的滯後可以得到偏振旋轉。可以用科羅拉多州Frederick的MeadowlarkOptics的LPR100 660作為如上所述的可變光偏振旋轉器。也可以通過旋轉的機械致動來啟動光偏振旋轉器256。在校正步驟期間可以確定對準每條光纖102所引起的的軸所需要的偏振旋轉量，致使在操作中，當發生在光纖102之間切換時，把相應於正在使用的特殊的光纖102的控制電壓以前饋的形式施加到光偏振旋轉器256以提供所需要的偏振旋轉。
可以理解，沒有上述光纖102的面內彎曲時，諸如在使光纖102行進的光路保持最小的彎曲的一個實施例中，光相位滯後不是必需的。可以理解，沒有上述光纖102的面外彎曲時，諸如在只使用單個lo-bi光纖102把信息傳遞到單個磁光碟107的一個實施例中，光偏振旋轉不是必需的。在出現面內和面外兩種彎曲另一個實施例中，可能需要光相位滯後和光偏振旋轉兩者。因此應該明白，本發明應不限於上述實施例而只限於下面的權利要求書的範圍。
在圖2f描述的第四實施例中，已經確定，來自光纖組102近端的寄生反射會降低SNR，因而反射光束292可能包含來自近端的光束291的反射分量，從而導致在反射光束293中包括E(t)+E(t+τ)。在這種情況下，本發明可以包括一個FP雷射光源231，用佔空比為50％或更小的脈衝使該雷射光源接通和斷開，而且其調製頻率約為350MHz。雷射器231的脈衝式工作允許光束292的反射脈衝在時間上與來自光束291的脈衝分開，從而減小兩個脈衝列之間的幹擾並因此而有效地增加檢測到的克耳信號的SNR。在一個示例實施例中，光纖102的折射率為1.5，選擇每條光纖102的長度約為71.35mm。調製頻率(F)和光纖102的長度(L)之間的關係在等式中體現出來F=c(2i+1)/4Ln，i=0，1，2，…其中c=光速，n=光纖的折射率。選擇光纖組102的長度以保證脈衝列的適當的時間分隔。可以理解，在其它實施例中可以根據其它的折射率和其它的脈衝頻率來選擇光纖102的長度，因此，本發明僅受權利要求書的範圍的限制。雖然本發明描述低雙折射光纖的使用，但是可以理解，在使用高雙折射光纖(即偏振保持光纖)的實施例中，也可以用如第四實施例中所述的脈衝式雷射器和選擇合適的光纖長度來增加SNR。
圖4a-g示出本發明的磁光頭的各種視圖。可以參考單個代表性的浮動磁光頭106來說明浮動磁光頭組。在圖4b中示出單個代表性的浮動磁光頭106，要把它放置在旋轉的磁光碟組107中之一的相應的表面記錄層349的上面。在較佳實施例中，浮動磁光頭106包括主體444、空氣支承表面447、可操縱的微加工的鏡子組件400、物鏡光學元件(objective optics)446和磁性線圈460。在一個示例的實施例中，磁性線圈460是放置在空氣支承表面447附近的微型多匝線圈，以致產生這樣的磁場每種極性約300奧斯特，可以在約4ns的時間中反向，以及近似垂直於旋轉的磁光碟107的平面。在共同轉讓的美國專利申請08/844，207中描述了可操縱的微加工的鏡子組件，通過參照在此引用該申請。最好在在通過浮動磁光頭106到旋轉磁光碟107的途中輸出和反射雷射束291和292不受到磁性線圈的幹擾，反之亦然。如包括浮動磁光頭106、主體444的上述元件的機械尺寸和/或光學特性所確定的，包括約889μm的高度和相應於2032μm×1600μm的平面覆蓋區(footprint area)。最好把低雙折射光纖102耦合到浮動磁光頭106並通過v形槽43或其它合適定出寸的通道使之保持沿主體444的軸。把光纖102放置在v形槽443內，最好把輸出雷射束291作為最佳聚焦的所考慮的點340而引導到磁光碟107。接著通過使用紫外固化環氧樹脂或相似的粘結劑可以把光纖102固定到位。使用在v形槽內的光纖102允許相對於鏡子組件400準確地對準和傳遞輸出雷射束291。可操縱的微加工鏡子組件400和物鏡光學元件446最好是小型化和小質量的，以致可以安裝在近似確定主體444矩形外形尺寸的物理容積內，而且還足夠大以對準輸出和反射雷射束291和292的完整的橫截面，以致功率損失最小，且在輸出和反射雷射束291和292中不引入明顯的畸變和色散。通過使用本發明的低雙折射光纖102，磁光頭160的外形、重量和設計都進一步地得到簡化在浮動磁光頭106上不需要使用1/4波片作為附加的光學元件，而當使用現有技術的偏振保持光纖時就需要這種附加的光學元件。
最好在代表性的光路中對準可操縱的微加工鏡子組件400，以致使輸出雷射束291通過物鏡光學元件446導向磁光碟107，以致把反射雷射束292從磁光碟107引導返回到雷射器一光學組件101。在一個實施例中，物鏡光學元件446可以是具有約.67數值孔徑(NA)的微透鏡(microlens)。由於在空氣支承表面上的浮動高度保持為定值，故不再需要聚焦伺服。
當在磁光存儲和檢索系統100中使用時，通過使可操縱的微加工的鏡子組件400的反射中央鏡子部分420(在圖4a中以虛線示出以示被遮住)繞受一組鉸鏈410約束的一根旋轉軸旋轉而進行對磁軌的細跟蹤和短搜索，致使在傳輸到物鏡光學元件446之前改變輸出雷射束291的傳播角。通過把差分電壓施加到驅動電極而使反射中央鏡子部分420繞由鉸鏈410形成的軸旋轉。差分電壓產生一個靜電力，該力使經聚焦的所考慮的點340在磁光媒體107上沿徑向方向450移動。在一個示例實施例中，中央鏡子部分420約旋轉+/-2度，這約相當於在磁光碟107的表面上的+/-4個磁軌。雖然在示例實施例中揭示了+/-4個磁軌的移動，根據上述可操縱的微加工的鏡子400所要求的性能特徵，可以理解大於或小於+/-4個磁軌的移動範圍也是可能的。結果，可以把經聚焦的所考慮的點340越過磁光碟107移動和把反射雷射束292的檢測用於存儲和檢索信息、磁軌跟蹤和從一個數據磁軌到另一個數據磁軌的搜索。通過調節電流以旋轉致動器磁鐵和線圈組件120(圖1a)可以保持粗跟蹤。使用本技術領域中公知的結合的粗和細跟蹤的伺服技術可以得到用於跟蹤磁光碟107的特殊的磁軌的磁軌跟蹤信號。例如，可以使用取樣扇區伺服格式來確定磁軌。伺服格式可以包括壓印入磁光碟107上的壓印凹坑或相似於數據標誌而讀出的磁疇取向。如果使用壓印凹坑，則可以使用一個加法器輸出電路來補充差分放大器237(圖2)。熟悉本領域技術的人員會理解，傳統的現有技術的多磁碟Winchester磁碟驅動器使用一組各自的懸掛件和致動器臂使之作為一個整體單元而相互合作地(intandem)移動。因此，因為這種整體單元的每個浮動頭相對於另外的浮動頭是固定的，在特殊磁碟表面的磁軌跟蹤期間不可能同時跟蹤另外的磁碟表面的磁軌。對比之下，不論致動器臂組105和懸掛件組130的移動與否，都可以使用一組可操縱的微加工鏡子組件400來獨立地操作，因此允許磁軌跟蹤和搜索，以致在任何給定的時刻可以使用一個以上的磁光碟表面來讀出和/或寫入信息。使用一組同時操作的可操縱的微加工的組件400的獨立的磁軌跟蹤和搜索最好要求一組分開的各自的讀出通道和細跟蹤電子線路和鏡子驅動電子線路。因為上述實施例最好要求使用分開的雷射器一光學組件101，所以不需要用於在每個分開的光路之間切換的光開關104。
圖5a示出作為磁光碟驅動器的一部分的磁光數據存儲和檢索系統。在一個較佳實施例中，磁光系統100包括小型高速和高容量磁光碟驅動器500，所述磁光碟驅動器包括工業標準5.25英寸半高度形狀係數(form factor)(1.625英寸)，至少6個雙面磁光碟107和至少12個浮動磁光頭106。如上所述，可以製造浮動磁光頭106使之包括光纖102作為極小質量、小外形、高數值孔徑光學系統的一個部分，以致能在磁光碟驅動器500的很接近的間隔中使用多個磁光碟107，因此，與現有技術的相等體積相比，它允許包括較大的面積的和體積的容量和存儲容量。在一個較佳實施例中，每個磁光碟107之間的間隔小於或等於.182英寸。本發明確定，可以通過低雙折射光纖102來傳送偏振狀態，這比通過偏振保持光纖傳送時的噪聲要小。
在圖5b中示出的另一個實施例中，半高度形狀係數磁光碟驅動器500可以包括可拆卸的磁光碟盒部分510和兩個固定的內部磁光碟107。通過提供可拆卸的磁光碟盒部分510，固定的內部的和可拆卸的組合允許有效地把外部信息傳送到磁光碟驅動器500，以接著傳送到內部磁光碟107。接著可以把複製的信息記錄回在可拆卸的磁光碟盒部分510上，用於分配到其它的計算機系統。此外，可拆卸的磁光碟盒部分510允許極方便和高速地進行內部磁光旋轉盤107的備份。固定的內部的和可拆卸的組合還允許在可拆卸的磁光碟盒部分510上存儲數據文件而在內部磁光旋轉盤107上存儲系統文件和軟體應用程式。在另一個實施例中(未示出)，磁光碟驅動器500可以包括任何個數(包括零)的內部磁光碟107和/或在任何個數的可拆卸的磁光碟盒部分中的任何個數的磁光碟107。
本發明不需使用旋轉致動器臂，例如，可以使用直線致動器臂。可以使用本發明揭示的小外形光路來把信息傳送到存儲位置和從存儲位置送出，而不需要物鏡光學元件(例如，使用錐形光纖或在一端形成透鏡的光纖)；和/或反射襯底(例如，使用曲線狀的光纖沿磁光頭106的表面傳送信息)。
可以理解，可以在多種環境中找到本發明的使用，諸如其它類型的光碟機、通信系統、等等。因此，雖然這裡已經參考特殊實施例描述了本發明，但是在上述揭示中可以作修改、各種變化和替代，並可以理解，在某些例子中，可以不偏離本發明的範圍而使用發明的某些特徵但不相應地使用其它的特徵。
權利要求
1．至少一條光纖，當在無應力狀態下時所述至少一條光纖呈現低雙折射，其特徵在於，放置所述光纖以沿在光源和存儲位置之間的光路傳送光束。
2．如權利要求1所述的至少一條光纖，其特徵在於，所述存儲位置包括至少一個磁光碟。
3．如權利要求2所述的至少一條光纖，其特徵在於，把所述至少一條光纖的每條光纖耦合到浮動光頭。
4．如權利要求2所述的至少一條光纖，其特徵在於，通過可操縱的鏡子在所述存儲位置和所述至少一條光纖之間引導所述光束。
5．如權利要求4所述的至少一條光纖，其特徵在於，所述可操縱的鏡子包括微加工鏡子。
6．如權利要求1所述的至少一條光纖，其特徵在於，在所述光路中放置光相位滯後器以對所述光纖的應力狀態進行補償。
7．如權利要求1所述的至少一條光纖，其特徵在於，在所述光路中放置光偏振旋轉器以對所述光纖的應力狀態進行補償。
8．如權利要求3所述的至少一條光纖，其特徵在於，所述應力狀態由所述至少一條光纖的面內彎曲造成。
9．如權利要求3所述的至少一條光纖，其特徵在於，所述應力狀態由所述至少一條光纖的面外彎曲造成。
10．如權利要求1所述的至少一條光纖，其特徵在於，在所述光路中放置光相位滯後器和光偏振旋轉器以對受力光纖狀態的光路進行補償。
11．如權利要求10所述的至少一條光纖，其特徵在於，所述受力狀態由所述至少一條光纖的面外彎曲和面內彎曲的組合造成。
12．如權利要求1所述的至少一條光纖，其特徵在於，在特定的頻率上對所述光束進行調製。
13．如權利要求12所述的至少一條光纖，其特徵在於，所述至少一條光纖包括一段作為所述頻率的函數的長度。
14．一種用於沿在光源和存儲位置之間的光路引導光束的系統，其特徵在於，所述光路包括低雙折射光纖。
15．如權利要求14所述的系統，其特徵在於，所述存儲位置包括磁光存儲位置。
16．如權利要求14所述的系統，其特徵在於，所述系統包括磁光碟驅動器。
17．如權利要求16所述的系統，其特徵在於，在所述光源和所述存儲位置之間的光路中放置光相位滯後器。
18．如權利要求17所述的系統，其特徵在於，所述光相位滯後器包括液晶。
19．如權利要求16所述的系統，其特徵在於，在所述光源和所述存儲位置之間的光路中放置光偏振旋轉器。
20．如權利要求19所述的系統，其特徵在於，所述光偏振旋轉器包括1/2波片。
21．如權利要求19所述的系統，其特徵在於，所述光偏振旋轉器包括旋轉的1/2波片。
22．如權利要求19所述的系統，其特徵在於，所述光偏振旋轉器包括旋轉的1/4波片和液晶單元。
23．如權利要求14所述的系統，其特徵在於，在特定的頻率上對光束進行調製。
24．如權利要求23所述的系統，其特徵在於，所述光纖包括一段作為所述特定頻率的函數的長度。
25．如權利要求14所述的系統，其特徵在於，由Fabry-Perot雷射器提供所述光束。
26．如權利要求17所述的系統，其特徵在於，所述光相位滯後器包括旋轉的1/2波片連同靜止的1/4波片。
27．一種用於沿在光源和光碟機的存儲位置之間的光路引導光束方法，所述方法包括下列步驟引導所述光束通過一條低雙折射光纖。
28．如權利要求27所述的方法，還包括下列步驟引導所述光通過放置在所述光路中的光偏振旋轉器。
29．如權利要求27所述的方法，還包括下列步驟引導所述光通過放置在所述光路中的光相位滯後器。
30．如權利要求27所述的方法，還包括下列步驟以特定的頻率對所述光束施加脈衝；以及提供作為所述頻率的函數的所述光纖的長度。
31．一種用於沿在光源和存儲位置之間的光路引導光束的系統，其特徵在於，包括用於為低雙折射光纖的彎曲引起的雙折射而對光路進行補償的裝置。
全文摘要
一種光數據存儲系統(100)使用光纖(102)把信息傳遞到存儲媒體(107)和從存儲媒體傳出信息。存儲媒體(107)包括磁光存儲盤。光纖(102)是低雙折射光纖。與現有技術相比較,以較低的噪聲準確地再現由光纖(102)傳遞的偏振狀態。
文檔編號G11B7/135GK1296615SQ99804770
公開日2001年5月23日 申請日期1999年3月26日 優先權日1998年3月30日
發明者J·P·維爾德, 小J·E·赫斯特, J·F·希紐, V·伊斯瑞裡安, A·採利科夫 申請人:西加特技術有限責任公司