[发明专利]双光子双光束超分辨光存储材料读写装置和读写方法

权利要求书

1.一种双光子双光束超分辨光存储材料读写装置，其特征在于包括光路和计算机(36)，所述的光路由记录光路、读出光路和荧光收集光路组成：

所述的记录光路包括波长可调脉冲激光器(1)，该脉冲激光器(1)输出的激光经第一光纤耦合器(2)、第一翻转镜架(3)输出脉冲光，该脉冲光经第二翻转镜架(7)、第一声光调制器(8)、第一扩束透镜组(9)后作为中心诱导光；第一连续激光器(10)输出的激光经第二光纤耦合器(11)、第二声光调制器(12)、第二扩束透镜组(13)、第一涡旋相位片(14)、第一反射镜(15)、第一偏振分光棱镜(16)、第一1/4波片(17)后作为第一外围抑制光，该第一外围抑制光通过第一二向色镜(18)与所述的中心诱导光合束形成记录光束，该记录光束经第二二向色镜(27)、第三二向色镜(28)、1/2波片(29)、第三1/4波片(30)和物镜(31)后照射位于纳米位移台(32)上的光存储材料薄膜,该光存储材料薄膜为光致变色材料薄膜，以下简称为样品；记录光路中包括淬灭荧光光路，所述光路包括波长可调脉冲激光器(1)，该脉冲激光器(1)输出的激光经所述的第一光纤耦合器(2)、翻转镜架(3)、第二反射镜(4)、倍频晶体(5)后输出倍频脉冲激光，该脉冲激光通过第三反射镜(6)、翻转镜架(7)、第一声光调制器(8)、第一扩束透镜组(9)后作为淬灭光，该淬灭激光经第一二向色镜(18)、第二二向色镜(27)、第三二向色镜(28)、1/2波片(29)、第三1/4波片(30)、物镜(31)后照射位于纳米位移台(32)上的光存储材料薄膜，将荧光信息淬灭；

所述的读出光路包括第一连续激光器(10)，该激光器(10)输出的激光经所述的第二光纤耦合器(11)、第二声光调制器(12)、第二扩束透镜组(13)，并通过计算机移除第一涡旋相位片(14)，经过第一反射镜(15)、第一偏振分光棱镜(16)、第一1/4波片(17)、第一二向色镜(18)作为中心读出光；第二连续激光器(19)输出的激光经第三光纤耦合器(20)、第三声光调制器(21)、第三扩束透镜组(22)、第二涡旋相位片(23)、第四反射镜(24)、第二偏振分光棱镜(25)、第二1/4波片(26)后作为第二外围抑制光，该第二外围抑制光经第二二向色镜(27)与所述的中心读出光合束形成读出光束，该读出光束经第三二向色镜(28)、1/2波片(29)、第三1/4波片(30)和物镜(31)后照射位于纳米位移台(32)上的样品；

荧光收集光路为：纳米位移台(32)上的样品产生的荧光经所述的物镜(31)、第三1/4波片(30)、1/2波片(29)、第三二向色镜(28)、聚焦透镜(33)、光纤(34)，输入单光子计数器(35)；

所述的第一扩束透镜组(9)、第二扩束透镜组(13)、第三扩束透镜组(22)是由一对正负透镜组成对光束进行扩束；

所述的计算机(36)与所述的纳米位移台(32)、第一声光调制器(8)、第二声光调制器(12)、第三声光调制器(21)、第一涡旋相位片(14)、第二涡旋相位片(23)的控制端相连，所述的单光子计数器(35)的输出端与所述的计算机(36)的输入端相连。

2.根据权利要求1所述的双光子双光束超分辨光存储材料读写装置，其特征在于所述的光致变色材料薄膜，包括二芳基乙烯衍生物薄膜、俘精酸酐衍生物薄膜、偶氮类衍生物薄膜或螺吡喃材料薄膜。

3.利用权利要求1所述的双光子双光束超分辨光存储材料读写装置的读写方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

记录步骤：

1)对二芳基乙烯衍生物薄膜进行预处理，保证薄膜单体均为暗态，即为不可记录状态；

2)将所述的样品置于所述的纳米位移台(32)上，在计算机(36)的控制下，所述的纳米位移台(32)将所述的样品移位，使所述样品的第1记录点位于所述物镜(30)的焦点位置方向，并令i＝1；

3)计算机判断：若第i记录点不需要记录，则进入步骤5)，需要记录则进入下一步；

4)所述的计算机(36)控制开启第二声光调制器(12)，使所述的第一连续激光器(10)输出的激光通过记录光路，将样品的记录平面的第i记录点区域涡旋光中心d/2范围外的暗态保持，同时开启第一声光调制器(8)，使所述的脉冲激光器(1)输出的激光经第一光纤耦合器(2)输出脉冲光，该脉冲光经第一翻转镜架(3)、第二翻转镜架(7)、第一声光调制器(8)、第一扩束透镜组(9)后形成中心诱导光并经记录光路将第i记录点区域涡旋光中心d/2范围内的暗态转为亮态，而外围通过光抑制的方式始终保持暗态；待中心d/2范围内的暗态全部转为亮态后，所述的计算机(36)控制关闭第二声光调制器(12)，同时手动打开第一翻转镜架(3)、第二翻转镜架(7)，手动调整脉冲激光器(1)波长，经第一光纤耦合器(2)、翻转镜架(3)、第二反射镜(4)、倍频晶体(5)产生倍频脉冲激光，该倍频脉冲激光通过第三反射镜(6)、第二翻转镜架(7)、第一声光调制器(8)、第一扩束透镜组(9)后形成淬灭光，该淬灭光经过记录光路将第i记录点区域涡旋光中心d/2范围内的亮态转为淬灭态；

5)所述的计算机(36)关闭所述的第一声光调制器(8)、第二声光调制器(12)，并控制纳米位移台(32)将所述样品移动至i＝i+1记录点，并返回步骤3)，当记录面的所有记录点全部扫描完，即进入下一步；

6)完成记录，结束；

读出步骤：

1)对二芳基乙烯衍生物薄膜进行预处理，将除淬灭态之外的暗态全部转为亮态，即可读出荧光态；

2)将样品安置在所述的纳米位移台(32)上，在所述的计算机(36)的控制下，所述的纳米位移台(32)将所述的样品移位，使所述样品的第1记录点位于所述物镜(31)的焦点位置方向，并令i＝1；

3)所述的计算机(36)开启第三声光调制器(21),所述的第二连续激光器(19)输出的激光经第三光纤耦合器(20)、第三声光调制器(21)、第三扩束透镜组(22)、第二涡旋相位片(23)、第四反射镜(24)、第二偏振分光棱镜(25)、第二1/4波片(26)后作为第二外围抑制光，经读出光路对记录点i扫描；所述的计算机(36)开启第二声光调制器(12)，所述的第一连续激光器(10)输出的激光经第二光纤耦合器(11)、第二声光调制器(12)、第二扩束透镜组(13)，并通过计算机移除第一涡旋相位片(14)，通过第一反射镜(15)、第一偏振分光棱镜(16)、第一1/4波片(17)、第一二向色镜(18)后作为中心读出光经读出光路同时照射所述的记录点i，记录点i产生的荧光经所述的荧光收集光路输入所述的单光子计数器(35)计数，若输出为亮点，则说明没有记录信息，若输出为暗点，则说明有记录信息，该单光子计数器(35)将信息输入所述的计算机(36)，完成记录点i的读出；

4)在所述的计算机(36)的控制下，所述的纳米位移台(32)将所述的样品移位到下一个记录点，并令i＝i+1，返回步骤3)；当样品的所有的记录点全部读出后，进入下一步；

5)完成读出，所述的计算机(36)根据所述的单光子计数器(35)实时采集的信息经过图像处理后，产生记录信息图像。