固体浸没透镜光存储的信号探测技术.docVIP

固体浸没透镜光存储的信号探测技术 在全球信息量与日俱增的今天, 信息存储已成为信息技术中的关键环节。人们不断探索高密度、高速率、高质量的存储技术, 在光学存储领域开辟出近场光学存储的新途径。传统的光存储, 如CD 和DVD 都是基于远场光学原理的存储技术, 记录光斑尺寸受到光学衍射极限的限制, 所能达到的存储密度有限。而近场光存储利用光的隐失场在记录介质中的耦合作用进行记录和读取, 突破了远场光学衍射极限的限制, 大大减小了记录点的尺寸, 在提高存储密度上极具潜力。基于固体浸没透镜SIL( Solid Immersion Lens) 的光学存储是近场光存储技术中的一种。固体浸没透镜采用高折射率材料制成, 有半球形和超半球形两种基本形式。当光束汇聚于固体浸没透镜底面中心时, 可以分别将透镜的数值孔径提高n SIL和n2SIL倍, 从而减小聚焦光斑, 实现高密度存储。使用折射率为1. 83的超半球型固体浸没透镜, 理论上可达到的光斑直径为125nm, 相应的存储密度为40GB/ 英寸2[ 1] 。最初, 固体浸没透镜是作为一种提高显微镜分辨率的方法被提出的。1990 年Stanfor d 大学的Kino 等人[ 2] 用固体浸没透镜代替油浸物镜, 利用存在于固体浸没透镜底面附近的隐失场来获取近场图像, 获得了10nm 左右的高分辨率。1994 年Kino 与IBM 的Almaden研究中心的Terris 等人[ 1] 合作, 首次将固体浸没透镜应用于近场光存储。他们使用波长为780nm 的激光, 数值孔径为0. 6 的聚焦物镜和折射率分别为1.. 83 和1.. 9 的固体浸没透镜对磁光介质进行刻写, 在固体浸没透镜与盘片保持接触的条件下得到最小记录点的半高宽( Full Width at Half Maximum, FWHM) 小于半波长, 约为350nm。由于固体浸没透镜近场光存储技术记录的光斑小、通光率高、光能量集中、读写速度相应提高, 同时可与多种已有的存储相关技术结合, 因此能实现高密度、快速存储目标, 是很有发展前景的近场光学存储技术。固体浸没透镜技术发展了已经有近十年, 但是其信号探测技术一直到最近的两三年里才受到普遍关注。在此以前的研究中, 人们对利用固体浸没透镜已经记录的标记通常使用电镜扫描、刀口扫描法 ( the Edge..Scan Test Method) 或近场光学扫描等探测技术进行检测。由于这些扫描成像技术探测速度慢、处理复杂, 最重要的是不能很好地与固体浸没透镜光学头相结合, 所以不能现真正存储意义上的信号读取。与传统光存储信号读取相比, 基于固体浸没透镜光存储信号探测的主要特点是光的近场耦合, 这使得后者的信号质量受到更为复杂的因素的影响, 也给研究中的理论分析方法的建立和技术实现带来了很大的挑战。目前, 国外已有多篇文献报道了固体浸没透镜光存储中信号探测技术的研究成果, 包括有针对性的理论分析方法和模型, 重要影响因素的分析和新技术与实验结果等。本文将重点介绍固体浸没透镜近场光存储中的信号探测方面的研究成果。 1仿真理论与模型 由于固体浸没透镜光学头的数值孔径大于1, 会聚光束的孔径角非常大, 而且与光盘表面形成近场耦合, 所以光在经过固体浸没透镜时产生很强的光极化作用。传统光探测的研究方法——标量衍射理论和二维衍射理论都已经不能很好地反映固体浸没透镜光存储信号探测中的这种特殊现象了。矢量衍射理论有模态扩展法、多重多极子方法( MultipleMultipole, MMP)、微分方法、边界元素法、有限时域差、平面波分解模型示意图分法和有限频域差分法等。目前在已发表的有关固体浸没透镜技术的文献中, 主要是基于平面波分解方法来研究固体浸没透镜光存储中的信号探测。图 1所示为平面波分解方法的模型示意图其分析的步骤为: ( 1) 将会聚光束展开为一系列的平面波(每个平面波等效为物镜光瞳上一点出射的光波) ; ( 2) 计算每一个平面波经过盘面反射后( 3) 计算物镜光瞳各点上光波的总和,得到在光瞳处的光场分布。这样就将光瞳上光场的分布计算转化为了平面波经过盘面反射后的光波的计算。 针对不同的盘片结构,对光波的计算处理主要有两种方法:一种是利用薄膜矩阵理论计算: ( 1) 计算平面波的 p、 s 偏振分量; ( 2)将盘面结构分解成几个均匀介质薄层; ( 3) 利用薄膜矩阵法得到整个膜系的反射系数; ( 4) 分别计算 p、 s 分量经过膜系反射后的光波。这种方法主要适用于具有平面均匀膜层结构的记录介质。M Mansuripur 和 Tom D Milster都对薄矩阵理论的建立作出了突出的贡献。M Mansuripur在其较早的文章中对这种方法进行了介绍和分析, 并在此基础上设计了商业软件 DIFFRAC