專利名稱：飛秒激光三維光存儲(chǔ)寫入裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信息存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到用光學(xué)方法實(shí)現(xiàn)的記錄或重現(xiàn)的按所選用的材料或按結(jié)構(gòu)或按形式區(qū)分的記錄載體。
背景技術(shù)：
在光存儲(chǔ)技術(shù)中，一般的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度受到光波衍射極限的限制，其記錄點(diǎn)約為波長(zhǎng)量級(jí)，而且存放時(shí)間受到存儲(chǔ)介質(zhì)的存儲(chǔ)壽命限制，存儲(chǔ)時(shí)間一般在10年左右，目前一殷光盤面密度為0.5～1Gbit/in2，約為108bit/cm2，最大的5英寸存儲(chǔ)光盤的容量為2.8×1010bit/每張，計(jì)算機(jī)硬盤的存儲(chǔ)時(shí)間一般只有20年。如何能更有效提高存儲(chǔ)密度和存儲(chǔ)器的使用壽命和存放壽命一直是科學(xué)家和工程技術(shù)人員研究的熱點(diǎn)課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題以及解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是在安裝板上水平光軸方向的一側(cè)設(shè)置有鈦寶石啁啾脈沖再生放大器、另一側(cè)設(shè)置有反射鏡，在安裝板上同一條水平光軸方向鈦寶石啁啾脈沖再生放大器的內(nèi)側(cè)設(shè)置有聚焦凸透鏡、反射鏡的內(nèi)側(cè)設(shè)置有衰減片，在安裝板上同一條水平光軸方向聚焦凸透鏡與衰減片之間設(shè)置有準(zhǔn)直擴(kuò)束凸透鏡，在安裝板上與反射鏡成-45°角的垂直光軸方向設(shè)置有三維移動(dòng)平臺(tái)，在安裝板上反射鏡與三維移動(dòng)平臺(tái)之間設(shè)置有寫入光頭，在三維移動(dòng)平臺(tái)上設(shè)置有存儲(chǔ)介質(zhì)，三維移動(dòng)平臺(tái)通過(guò)電纜與計(jì)算機(jī)相連接，計(jì)算機(jī)通過(guò)電纜與鈦寶石啁啾脈沖再生放大器相連接。
本發(fā)明的聚焦凸透鏡的曲率半徑為15～25mm、準(zhǔn)直擴(kuò)束凸透鏡的曲率半徑為45～75mm，聚焦凸透鏡與準(zhǔn)直擴(kuò)束凸透鏡的曲率半徑比為1∶3。
本發(fā)明的存儲(chǔ)介質(zhì)為石英玻璃或透明光學(xué)材料。
本發(fā)明的寫入光頭的數(shù)值孔徑為0.45～0.8。
本發(fā)明采用飛秒脈沖激光在透明介質(zhì)中實(shí)現(xiàn)高密度三維數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，它是利用高強(qiáng)度脈沖激光在介質(zhì)體內(nèi)指定位置處發(fā)生非線性效應(yīng)而產(chǎn)生微小的空腔，達(dá)到記錄數(shù)據(jù)的目的。它的存儲(chǔ)介質(zhì)采用透明光學(xué)材料，若采用石英玻璃，具有耐酸堿、高溫和潮濕等特性，這是普通光盤和計(jì)算機(jī)硬盤無(wú)法比擬的，這種有存儲(chǔ)介質(zhì)記錄的信息，可以長(zhǎng)時(shí)間保存，其數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)密度可達(dá)到2×1011bit/cm3，存儲(chǔ)時(shí)間可達(dá)幾百年。本發(fā)明與目前市場(chǎng)上的光存儲(chǔ)系統(tǒng)相比具有存儲(chǔ)量大，存放壽命長(zhǎng)，化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。
實(shí)施例1在圖1中，本實(shí)施例的飛秒激光三維光存儲(chǔ)寫入裝置由鈦寶石啁啾脈沖再生放大器1、聚焦凸透鏡2、準(zhǔn)直擴(kuò)束凸透鏡3、衰減片4、反射鏡5、寫入光頭6、存儲(chǔ)介質(zhì)7、三維移動(dòng)平臺(tái)8、計(jì)算機(jī)9、安裝板10聯(lián)接構(gòu)成。
在安裝板10上水平光軸方向的左側(cè)安裝有鈦寶石啁啾脈沖再生放大器1、右側(cè)安裝有反射鏡5，鈦寶石啁啾脈沖再生放大器1可產(chǎn)生泵浦激光，由鈦寶石啁啾脈沖再生放大器1產(chǎn)生150微焦、重復(fù)率1～5KHz脈沖寬度為100飛秒的激光發(fā)射，反射鏡5與水平光軸的的負(fù)向夾角為45°，反射鏡5用于將鈦寶石啁啾脈沖再生放大器1發(fā)射的激光沿垂直光軸方向反射出去。在安裝板10上同一條水平光軸方向鈦寶石啁啾脈沖再生放大器1的內(nèi)側(cè)安裝有聚焦凸透鏡2，聚焦凸透鏡2的曲率半徑為20mm，安裝板10上水平光軸方向反射鏡5的內(nèi)側(cè)安裝有衰減片4，衰減片4將飛秒脈沖泵浦激光的單脈沖激光的能量調(diào)節(jié)到1～0.5微焦之間。在安裝板10上同一條水平光軸方向聚焦凸透鏡2與衰減片4之間安裝有準(zhǔn)直擴(kuò)束凸透鏡3，準(zhǔn)直擴(kuò)束凸透鏡3的曲率半徑為60mm，聚焦凸透鏡2和準(zhǔn)直擴(kuò)束凸透鏡3將鈦寶石啁啾脈沖再生放大器1射出激光斑擴(kuò)大到直徑為6mm激光束，在安裝板10上與反射鏡5成-45°角的垂直光軸方向安裝有三維移動(dòng)平臺(tái)8，在安裝板10上反射鏡5與三維移動(dòng)平臺(tái)8之間安裝有寫入光頭6，寫入光頭6的數(shù)值孔徑為0.6，三維移動(dòng)平臺(tái)8上放置有存儲(chǔ)介質(zhì)7，寫入光頭6可將一個(gè)能量約為1微焦、脈沖寬度為100飛秒的激光脈沖緊聚焦到存儲(chǔ)介質(zhì)7內(nèi)，移動(dòng)三維平臺(tái)8來(lái)改變焦點(diǎn)的位置，實(shí)現(xiàn)三維數(shù)據(jù)的記錄，三維移動(dòng)平臺(tái)8通過(guò)電纜與計(jì)算機(jī)9相連接。本實(shí)施例的存儲(chǔ)介質(zhì)7是石英玻璃，具有耐酸堿、高溫和潮濕等特性，這種石英玻璃記錄的信息，可以永久性保存，存儲(chǔ)時(shí)間可達(dá)幾百年。存儲(chǔ)介質(zhì)7也可采用其它透明光學(xué)材料。將高功率飛秒激光脈沖緊聚焦到存儲(chǔ)介質(zhì)7內(nèi)部，當(dāng)焦點(diǎn)的功率密度超過(guò)材料的非線性效應(yīng)閾值時(shí)，這種高強(qiáng)度脈沖激光與介質(zhì)相互作用的非線性效應(yīng)，在焦點(diǎn)處能夠產(chǎn)生高溫等離子體微爆，形成一個(gè)亞微米尺度結(jié)構(gòu)改變(空腔)，通過(guò)改變焦點(diǎn)的位置，在存儲(chǔ)介質(zhì)中記錄數(shù)據(jù)信息。飛秒光脈沖與存儲(chǔ)介質(zhì)相互作用時(shí)通過(guò)多光子電離激勵(lì)過(guò)程，能迅速在局部產(chǎn)生一個(gè)高溫、高密度的等離子體結(jié)構(gòu)，吸收大部分激光能量，在存儲(chǔ)介質(zhì)7體內(nèi)聚焦點(diǎn)附近將物質(zhì)消融，產(chǎn)生一個(gè)微小的空腔，在此過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)液態(tài)，直接通過(guò)高溫等離子體的微爆改變物質(zhì)的局部結(jié)構(gòu)。相對(duì)于長(zhǎng)脈沖和連續(xù)波激光來(lái)說(shuō)，飛秒激光脈沖不產(chǎn)生熱作用區(qū)域和熱損傷，能更精密地改變介質(zhì)的局部物理結(jié)構(gòu)，最終可實(shí)現(xiàn)亞微米級(jí)的微爆結(jié)構(gòu)。存儲(chǔ)介質(zhì)7已達(dá)到存儲(chǔ)密度為2×1011bit/cm3，甚至更高的存儲(chǔ)密度。計(jì)算機(jī)9控制移動(dòng)三維移動(dòng)平臺(tái)8的速度、位置、加速度與信息流之間的同步運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)信息的正確寫入。計(jì)算機(jī)9通過(guò)電纜與鈦寶石啁啾脈沖再生放大器1相連接，計(jì)算機(jī)9把預(yù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)傳輸給鈦寶石啁啾脈沖再生放大器1，調(diào)制鈦寶石啁啾脈沖再生放大器1的泵浦激光發(fā)射，實(shí)現(xiàn)寫入激光束被寫入信息調(diào)制。
實(shí)施例2在本實(shí)施例中，聚焦凸透鏡2的曲率半徑為15mm，準(zhǔn)直擴(kuò)束凸透鏡3的曲率半徑為45mm，寫入光頭6的數(shù)值孔徑為0.45。其它零部件以及零部件的聯(lián)接關(guān)系與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例3在本實(shí)施例中，聚焦凸透鏡2的曲率半徑為25mm，準(zhǔn)直擴(kuò)束凸透鏡3的曲率半徑為75mm，寫入光頭6的數(shù)值孔徑為0.8。其它零部件以及零部件的聯(lián)接關(guān)系與實(shí)施例1相同。
為了驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果，發(fā)明人采用本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例制作的飛秒激光三維光存儲(chǔ)寫入裝置，經(jīng)測(cè)試，記錄位的直徑為0.5μm，數(shù)據(jù)位點(diǎn)間距為1×1×7μm(即在同一層內(nèi)，點(diǎn)間距為1×1μm，層與層的間距為5μm)，記錄密度約為2×1011bit/cm3。
本發(fā)明的工作原理如下由鈦寶石啁啾脈沖再生放大器1輸出的飛秒激光通過(guò)聚焦凸透鏡2和準(zhǔn)直擴(kuò)束凸透鏡3，將激光光斑擴(kuò)大到直徑為6mm的光束，再通過(guò)衰減片4將飛秒激光脈沖的單脈沖激光能量調(diào)節(jié)到1～0.5微焦之間，反射鏡5將飛秒激光脈沖傳播方向改變90度，再通過(guò)寫入光頭6將飛秒激光脈沖聚焦到存儲(chǔ)介質(zhì)7內(nèi)部，通過(guò)三維平臺(tái)的移動(dòng)來(lái)改變焦點(diǎn)的位置，實(shí)現(xiàn)三維數(shù)據(jù)的記錄。計(jì)算機(jī)9對(duì)移動(dòng)三維平臺(tái)的速度、位置、加速度進(jìn)行控制，計(jì)算機(jī)9把預(yù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)傳輸給鈦寶石啁啾脈沖再生放大器1，調(diào)制鈦寶石啁啾脈沖再生放大器1的泵浦激光發(fā)射，實(shí)現(xiàn)寫入激光脈沖被寫入信息調(diào)制。
根據(jù)上述原理，還可設(shè)計(jì)出另外一種具體結(jié)構(gòu)的飛秒激光三維光存儲(chǔ)寫入裝置。
權(quán)利要求
1.一種飛秒激光三維光存儲(chǔ)寫入裝置，其特征在于在安裝板[10]上水平光軸方向的一側(cè)設(shè)置有鈦寶石啁啾脈沖再生放大器[1]、另一側(cè)設(shè)置有反射鏡[5]，在安裝板[10]上同一條水平光軸方向鈦寶石啁啾脈沖再生放大器[1]的內(nèi)側(cè)設(shè)置有聚焦凸透鏡[2]、反射鏡[5]的內(nèi)側(cè)設(shè)置有衰減片[4]，在安裝板[10]上同一條水平光軸方向聚焦凸透鏡[2]與衰減片[4]之間設(shè)置有準(zhǔn)直擴(kuò)束凸透鏡[3]，在安裝板[10]上與反射鏡[5]成-45°角的垂直光軸方向設(shè)置有三維移動(dòng)平臺(tái)[8]，在安裝板[10]上反射鏡[5]與三維移動(dòng)平臺(tái)[8]之間設(shè)置有寫入光頭[6]，在三維移動(dòng)平臺(tái)[8]上設(shè)置有存儲(chǔ)介質(zhì)[7]，三維移動(dòng)平臺(tái)[8]通過(guò)電纜與計(jì)算機(jī)[9]相連接，計(jì)算機(jī)[9]通過(guò)電纜與鈦寶石啁啾脈沖再生放大器[1]相連接。
2.按照權(quán)利要求1所述的飛秒激光三維光存儲(chǔ)寫入裝置，其特征在于所說(shuō)的聚焦凸透鏡[2]的曲率半徑為15～25mm、準(zhǔn)直擴(kuò)束凸透鏡[3]的曲率半徑為45～75mm，聚焦凸透鏡[2]與準(zhǔn)直擴(kuò)束凸透鏡[3]的曲率半徑比為1∶3。
3.按照權(quán)利要求1所述的飛秒激光三維光存儲(chǔ)寫入裝置，其特征在于所說(shuō)的存儲(chǔ)介質(zhì)[7]為石英玻璃或透明光學(xué)材料。
4.按照權(quán)利要求1所述的飛秒激光三維光存儲(chǔ)寫入裝置，其特征在于所說(shuō)的寫入光頭[6]的數(shù)值孔徑為0.45～0.8。
全文摘要
一種飛秒激光三維光存儲(chǔ)寫入裝置，在安裝板上水平光軸方向的一側(cè)設(shè)置有鈦寶石啁啾脈沖再生放大器、另一側(cè)設(shè)置有反射鏡，在安裝板上同一條水平光軸方向鈦寶石啁啾脈沖再生放大器的內(nèi)側(cè)設(shè)置有聚焦凸透鏡、反射鏡的內(nèi)側(cè)設(shè)置有衰減片，在安裝板上同一條水平光軸方向聚焦凸透鏡與衰減片之間設(shè)置有準(zhǔn)直擴(kuò)束凸透鏡，在安裝板上與反射鏡成－45°角的垂直光軸方向設(shè)置有三維移動(dòng)平臺(tái)，在安裝板上反射鏡與三維移動(dòng)平臺(tái)之間設(shè)置有寫入光頭，在三維移動(dòng)平臺(tái)上設(shè)置有存儲(chǔ)介質(zhì)，三維移動(dòng)平臺(tái)通過(guò)電纜與計(jì)算機(jī)相連接，計(jì)算機(jī)通過(guò)電纜與鈦寶石啁啾脈沖再生放大器相連接。它具有存儲(chǔ)量大，存放壽命長(zhǎng)，化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G11B7/26GK1405768SQ0213949
公開(kāi)日2003年3月26日 申請(qǐng)日期2002年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月1日
發(fā)明者陳國(guó)夫, 程光華, 劉青, 趙衛(wèi), 王屹山 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所