[发明专利]用于双光子三维盘式存储的自动调焦和道跟踪装置和方法

摘要

用于双光子三维盘式存储的自动调焦和道跟踪装置及方法属于三维数字光存储领域，其装置中主要含有：盘式双光子存储体，写入激光器，读出激光器，特殊设计的内圈焦距略小于外圈焦距的透镜，自动调焦控制系统，自动道跟踪控制系统和共焦读出系统。读出数据时，外圈透镜将读出光束聚焦于读出数据层，对此层进行聚焦和道跟踪并读出数据，写入数据时，外圈透镜将读出光束聚焦于记录过数据的最上面一层记录层上，对此层进行聚焦和道跟踪，内圈透镜将写入光束聚焦于上一层并进行写入数据。整个装置具有控制精度高，结构简单，成本低，易于集成化等优点。

主权项

1、用于双光子三维盘式存储的自动调焦和道跟踪装置，其特征在于，它包括：a)计算机(821)；b)读出激光器(81)，发出荧光读出光束，以下简称读出光束，读出光束为平行光束；c)写入激光器(82)，发出双光子写入光束，以下简称写入光束，写入光束也为平行光束；d)读出光束挡光片(83)，经过它的读出光束的横截面变为圆环形；e)写入光束挡光片(84)，经过它的写入光束的横截面变为圆形，圆形的直径略小于经过读出光束挡光片的光束的横截面的圆环形的内径；f)电子快门(85)，它由上述计算机(821)控制，在读出时，选通读出光束，在写入时，既选通读出光束，又选通写入光束，并通过快门的快速开关对写入光束进行调制，如果采用的是半导体激光器则直接控制半导体激光器的开关对写入光束进行调制；g)偏振分光棱镜(86)，它接收来自电子快门(85)的读出光束；h)偏振分光棱镜(87)，在读出时，它只接收来自偏振分光棱镜(86)的读出光束，写入时它既接收来自偏振分光棱镜(86)的读出光束，又接收来自电子快门(85)的写入光束；i)偏振分光棱镜(88)，读出时，它接收来自偏振分光棱镜(87)的读出光束，写入时，它接收经偏振分光棱镜(87)组合后的内外嵌套的写入光束和读出光束；j)临界角棱镜(89)，它的顶角取光线从玻璃入射到空气发生全反射的临界角；它接收从下述记录层的记录符上发出并经过聚焦物镜(811)、偏振分光棱镜(88)而反射来的荧光光束；k)窄带滤色片(810)，只允许记录符受读出光束照射发出的荧光通过，阻挡其它波长的光；l)聚焦物镜(811)，由两个焦距不同的球面透镜组成，内圈透镜(32)焦距略小于外圈透镜(31)的焦距，且外圈透镜焦距与内圈透镜焦距之差等于记录层的层间距，内圈透镜(32)表面镀有光学薄膜，允许让写入光束通过，但不让记录过信息的双光子材料受读出光束照射时发出的荧光通过；读出时，外圈透镜(31)接收来自偏振分光棱镜(88)的读出光束，并将读出光束聚焦在下述盘式双光子存储材料(817)中要读取的记录层上进行聚焦伺服和道跟踪伺服，同时读取该层数据；写入时，内圈透镜(32)与外圈透镜(31)分别接收来自偏振分光棱镜(88)的内外嵌套的写入光束和读出光束，外圈透镜(31)将读出光束聚焦在下述盘式双光子存储材料(817)中记录过数据的最上面一层的记录层上只进行聚焦伺服和道跟踪伺服，而不读取此层数据，以下称此层为伺服层，内圈透镜(32)将写入光束聚焦在伺服层的上一层并将数据写入该层；读出光束焦点处的记录符受读出光束照射而发出的荧光经外圈物镜后变为平行光束射向偏振分光棱镜(88)，射向内圈透镜(32)的荧光被镀在内圈透镜(32)表面上的光学薄膜所阻挡，当记录符偏离读出光束的焦点时，记录符发出的荧光经外圈透镜(31)后变为不平行光束；m)透镜(812)，与聚焦物镜(811)组成共焦透镜组，接收偏振分光棱镜(88)反射的平行的荧光光束；n)光阑板(813)，所述共焦透镜组将记录符发出的荧光精确的聚焦在这块光阑板(813)上；o)四象限光电探测器(814)，它有A、B、C、D四个独立的探测器，在空间上它们分别依次位于第一、二、三、四共4个象限，它监测聚焦在光阑板(813)上的上述荧光光束，并输出4路相对应的也用A、B、C、D表示的电信号；p)盘式双光子存储材料即盘片(817)，在它的底层有一层预先制作的螺旋伺服道，数据沿着螺旋伺服道被一层一层的记录到盘式双光子存储材料中，层间距等于写入光束和读出光束被物镜聚焦于两点之间的垂直距离，在记录过数据的记录层上存有用户数据以及这些数据所在的层信息和扇区信息；q)夹持器(818)，用于夹紧盘式双光子存储材料(817)；r)转盘电机(819)，它与夹持器(818)固定在一起，驱动盘式双光子存储材料(817)恒角速度转动；s)执行器(816)含有：聚焦物镜支架(825)；光学头支架(827)，与聚焦物镜支架(825)用阻尼弹簧(826)连接；道跟踪线圈(822)和聚焦线圈(824)，分别绕在聚焦物镜支架(825)上，两个线圈在空间上交叉90度；两块永磁体(823)，固定在光学头支架(827)上；光学头定位电机(829)带动精密丝杠(828)，沿水平方向从盘片的外圈向内圈或从盘片的内圈向外圈推动光学头支架；t)运算电路(820)，它由运算放大器构成的加法器和减法器组成，接收上述四象限光电探测器(814)输出的4路电信号，将这些信号进行加减运算生成聚焦误差信号(FES)、道跟踪误差信号(TES)和读出信号(RF)；FES＝A+B-(C+D)，若入射光束聚焦在记录层上时，FES＝0，当焦点向上偏离记录层时，FES＞0，反之，FES＜0；TES＝A+C-(B+D)，当读出光束聚焦后的光斑正确落在上述由记录符形成的螺旋伺服道时TES＝0，当向内圈偏离上述螺旋伺服道时，TES＞0，反之，TES＜0；RF＝A+B+C+D；u)反馈控制电路(815)，运算电路输出的聚焦误差信号(FES)和道跟踪误差信号(TES)，分别与计算机送入的经过数模转换的参考信号相减后，分别送入PID校正电路1和PID校正电路2，PID校正电路1和PID校正电路2的输出分别与偏置电压相加后送入压流转换芯片BA5937的两个输入端，生成驱动执行器(816)中的聚焦线圈(824)和道跟踪线圈(822)的电流信号，调整聚焦物镜(811)的位置消除聚焦误差和离道误差；改变其中流过聚焦线圈(804)的电流能使聚焦物镜(811)沿盘式双光子存储材料(817)的轴向微动，改变流过道跟踪线圈(803)的电流能使聚焦物镜(811)沿平行于盘式双光子存储材料(817)中记录层的径向微动，从而实现自动调焦和道跟踪；v)光学头，由所述读出激光器(81)，写入激光器(82)，读出光束挡光片(83)，写入光束挡光片(84)，电子快门(85)，偏振分光棱镜(87)，偏振分光棱镜(86)，偏振分光棱镜(88)，临界角棱镜(89)，窄带滤色片(810)，聚焦物镜(811)，透镜(812)，光阑板(813)，四象限光电探测器(814)，道跟踪线圈(822)，永磁体(823)，聚焦线圈(824)，聚焦物镜支架(825)，阻尼弹簧(826)，光学头支架(827)组成，它们按上述位置关系摆放，并固定在光学头支架上。