光學超分辨及其在光儲存中的作用

陳成杰+顧文翠+張瑞瑞

摘 要 當前的社會處于移動信息時代，對于新興儲存技術有著非常高的要求。在古代以及近代，采用紙張進行記錄與儲存，而隨著時代的發展，微縮照相儲存以及光盤儲存不斷的興起與更迭。而光學超分辨技術是隨著時代發展而不斷完善的信息儲存技術，在光儲存中有著不可比擬的作用。文章針對光學超分辨進行分析，對其在光儲存中的作用進行探討。

關鍵詞 光學超分辨；光儲存；作用

中圖分類號：TP333 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）13-0135-02

隨著信息技術的發展，人們儲存信息的技術也在不斷的更新，從原始的紙張信息記錄形式發展到當前最為先進的光學超分辨技術。在近些年來，隨著計算機應用的普及化，人們對于超高容量、密度、快速的信息儲存技術越來越向往。而光儲存技術是以光子為信息載體的一項優秀技術，特別是近年來取得了許多重大突破，在市場上的應用越來越廣泛。當前社會中信息儲存已經無法離開以光盤為基礎的儲存器件，其對于活動圖像以及數據的儲存有著非常好的效果。而光學超分辨技術對于光儲存的發展有著引導作用，特別是儲存密度的提高更是關鍵。調制激光束載有信息，光盤儲存技術通過物鏡使其聚焦于光盤存儲介質之上。近年來發展起來的兩項技術，光刻技術與工藝超分辨近場結構技術都是將近場光儲存技術與超分辨光盤技術結合起來的新技術，對于新興儲存中的許多問題都可以進行有效解決。

1 光學超分辨近場技術及其應用

1.1 光學超分辨進場技術概述

基于傳統的超分辨光學技術基礎，綜合近場光存儲技術而發展起來的Super-RENS技術，是于上世紀九十年代初中通過磁致超分辨技術來實現的，其讀出是通過熱虹食原理來進行的。一般來說具有兩層工作薄膜，其中一層用來記錄，而另一層是用來作為掩膜層，光盤處于高速旋轉的時候，激光就會照射到其上面，進而對于光束進行讀取，并且存在著一個光束與照射前高溫區的重疊，因為該重疊會引發熱虹食的效應，對于光斑通過一個類似于光孔來有效的減少，對于信號有效的加以讀取。

通過一定孔徑的光束會發生散射，但是進場光在這種局限條件下實現突破，在孔的后面一定范圍內，根據小孔的尺寸來限制光束的束寬，而波長的大小對其不會產生太大的印象，因此超過衍射極限的超精細結構也就可以有效的加以讀取。該技術之所以能夠突破衍射極限，取得更大的優勢在于其結合了兩項傳統技術，并且在此基礎上發揮自身的特點。一般來說該技術有多層膜系，而在近場范圍內設置掩膜層與記錄層。掩膜層介質在激光的照射下能夠產生非線性效應，其微區光場可以有效的形成，或者為中心型或者為孔徑型。在該技術下實現超分辨的技術基礎在于掩膜在激光的作用下，能夠快速的產生光學性質的變化。

1.2 光學超分辨近場技術在光儲存中的應用

由幾個科學家率先提出的光學超分辨近場技術，在超高密度光儲存中進行應用。其掩膜層是采用Sb型的，在記錄膜上可以實現一定的記錄點。在發展過程中有其他科學家發現了介電保護層的不同對于超分辨性能有著不同的影響。介電保護層由于Sb薄膜的熔化而受到一定的壓力，對于信噪比有很大的提升，對于介電保護層有很大的提升作用。Sb型掩膜的特點是其晶態與非晶態之間的轉變可以使得激光的透過率發生變化，進而近場記錄得以實現。一旦有激光照射后，激光束能量具備了高斯分布，Sb膜的光斑中央區域可以從晶態向熔化裝狀態轉變，針對入射光，熔化狀態的Sb有著較高的透過率，因此也就類似于在晶體狀態下的掩膜中設置一個光斑直徑的小孔，記錄層與Sb膜層之間的厚度與近場光傳播距離相比較小，也正因為這樣，Sb掩膜層中小孔的投影與到達記錄層的光束相類似，一旦移去激光束，熔化狀態的Sb就會迅速的變成結晶狀，也就是實現了整個近場記錄的過程。

如果記錄點的大小保持在一定范圍內，而膜層也處于固定狀態下，SiN/Sb/Sin膜層可以使得系統的信噪比達到最優化，其厚度為一定值。對于介電保護層的結構進行調整，使得介電層間的壓力處于最優狀態，對于信噪比可以很大程度的提高。

2 光學超分辨技術在光學頭中的具體體現

從光學超分辨的各種實現途徑可知，其具有自身的優劣勢。基于現實中各因素的考慮，一般采用光瞳濾波器的光學變跡術。作為光盤驅動器的重要元件，在保證物鏡的波長和數值孔徑的前提下，在光學頭中運用超分辨技術可減少光斑的讀出，同時在衍射極限上取得突破。這種光學頭一般被稱為超分辨光學頭。在DVD光學頭中加入光瞳濾波器可獲得超分辨光學頭，通過這種方式獲得的超分辨光學頭能夠獲得高于常規光盤存儲器的儲存容量。

光學超分辨系統屬于比例分辨率放大系統中的一種，光瞳濾波器的超分辨增益是影響整個光學超分辨系統分辨率的決定性因素。而能夠影響超分辨增益的只有光瞳本身的設計，跟其他因素無關。基于此，在諸如DVD、BD、HD、CD等系統中都可以運用光學超分辨技術，從而提高DVD、BD、HD、CD等的分辨率。從這一點上看，光學超分辨率具有很大的市場優勢。

2.1 超分辨光學頭系統機構分析

以一個帶有超分辨原件的典型光學頭進行分析。通常情況下，要使從激光器發射出來的激光能夠準直，需要通過準直鏡來達到這一目的，然后準直的激光通過超分辨光瞳，在光盤表面上會有一個壓縮焦斑的形成。跟大眾的DVD光學頭進行比較之后，不難發現其在結構上跟DVD光學頭的最大差別即是在超分辨原件上。對于老式的光學頭來講，在其上面再添加一個超分辨光瞳就能夠變為現今的超分辨光學頭。

2.2 超分辨元件的結構和行為

對于三段式相移光瞳來講，通過相關的結構參數和透過率的設計，就能夠調制中央主瓣的大小，從而實現超分辨的效果。通常情況下，光瞳的超分辨行為可以通過半寬比、旁瓣強度比和斯特列爾比來進行定量分析和描述。拿斯特列爾來說，其表示的是焦點強度和其相應的未整形光束的強度之間的比值。

3 結束語

信息技術時代對于信息儲存技術的要求也越來越高，而光儲存是一種較為先進的信息儲存技術。光儲存領域不斷發展的過程中，受到儲存密度的影響較大，通過光學超分辨技術的應用，特別是光學超分辨近場技術對于光儲存技術的提高有著重要作用。光儲存技術以光子為信息載體，突破了傳統的儲存技術，充分發揮自身的優點，近年來成為社會中不可或缺的信息載體，對于數據以及影響活動都有著重要作用。文章對于超分辨近場結構技術以及光學超分辨技術在光學頭中的應用進行探討，特別是就如何提高儲存密度進行分析，對于超分辨掩膜的功能進行分析，其產生的微小光場以及介質層的功能對于實現光子納米儲存技術都有著重要的推動作用。

參考文獻

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作者簡介

陳成杰（1992-），女，山東德州人，本科在讀，研究方向：光學工程。

顧文翠（1991-），女，山東棗莊人，本科在讀，研究方向：光學工程。

張瑞瑞（1992-），女，山東濟寧人，本科在讀，研究方向：光學工程。endprint