CN100388373C - 超透镜薄膜结构的超分辨数字光盘 - Google Patents
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Abstract
一种超透镜薄膜结构的超分辨数字光盘，包括超透镜薄膜(2)和盘基(3)，还有介电层(1)，它们依次为介电层(1)/超透镜薄膜(2)/盘基(3)，介电层(1)是氮化硅SiN或ZnS-SiO2；盘基(3)带有坑点，坑点尺寸小于380nm，最小坑点尺寸在200nm，其特征在于：超透镜薄膜(2)是Ag(x)Au(1-x)合金薄膜，其中x值在0-1之间变化。该光盘结构，通过使用激光波长为650nm红光，数值孔径为0.60的光学头，实现信息坑点尺寸在200nm及其以上的动态读出。该光盘的单面单层容量达到12-15GB，双面单层的容量达到25-30GB。
Description
技术领域
本发明属于信息技术中光存储领域，是一种超透镜薄膜结构的超分辨数字光盘，主要适用于只读式红光超分辨数字光盘，可以有音频、视频等多种用途。
背景技术
信息技术的迅猛发展要求用于信息存储的光盘必须具备超高存储密度和超快存取速率，这就要求光盘中的记录点的尺寸越来越小。然而，随着记录点尺寸的减小，要求用于记录点读出的光斑尺寸也相应减小，采用现有的光学系统却很难读出如此微小的记录点，因为记录点尺寸小于读出光斑的分辨率，光斑中将出现多个记录点的信号，这就要求采用短波长的激光和高数值孔径的光学头，但由于光的衍射极限效应和光学头的数值孔径的制约，读出光斑尺寸的减小即使从目前的蓝光转移到紫光也只是几倍的关系，而光学头数值孔径的增大是以焦深的减小和由于偏心率而引起的失真的加大为代价。因此采用增大光学头的数值孔径和减小激光波长来减小读出光斑的尺寸是十分有限的，所以研究直径小于光的衍射极限的记录点(超分辨记录点)的读出具有非常重要的应用价值和意义，同时这对于实现超高容量的只读式光盘来讲也有很大的实际应用前景。Yasuda等首次采用“PC基片/介电层/反射层/介电层/掩膜层/介电层”的膜层结构在只读式光盘中实现了超分辨记录点的读出(Kouichi Yasuda，Masumi Ono and Katsuhisa Aratani et al.Premastered OpticalDisk by Super-resolution.Jpn.J.Appl.Phys.，1993，32(11B)：5210-5213)，随后他们改变光盘结构为“PC基片/对比度增强层/介电层/掩膜层/介电层/反射层/介电层”既实现了只读式超分辨光盘的线密度提高，又实现了其道密度的增加(Yutaka K，Kouichi Y，Masumi O et al.，Jpn.J.Appl.Phys.，1996，35 part.1B 423-428)。Yihong Wu等在理论上提出“PC基片/介电层/上掩膜层/下掩膜层/反射层/介电层”双掩膜层结构的只读式超分辨光盘来获得超分辨记录点的读出(Yihong Wu，Hock Khoo and Takuyo Kogure et al.Read-only Optical disk with Super-resolution，Appl.Phys.Lett.1994，64(24)：3225-3227)。Jingsong Wei and Fuxi Gan采用超分辨反射膜结构在激光波长为632.8nm、光学头的数值孔径为0.40的装置上实现了尺寸为380nm的超分辨信息点的读出。(Jingsong Wei and Fuxi Gan，“Novel approach to super-resolution pits readout”，Opt.Eng.(Lett)41(9)，2073-2074(2002)。然而，以上的光盘结构读出的记录点尺寸仅仅在光的衍射极限左右，我们的任务是进一步读出更小的记录点和得到更高的信噪比，使光盘上的信息记录点小于380nm。
发明内容
为了能读出只读式光盘中小于380nm的信息记录点，本发明提出一种超透镜薄膜结构的超分辨数字光盘，在激光波长为650nm、数值孔径为0.60的动态装置上实现记录点尺寸在200nm及其以上的读出，该记录点的尺寸远小于动态测试装置的分辨率。
本发明的技术解决方案是：
一种超透镜薄膜结构的超分辨数字光盘，包括超透镜薄膜2和盘基3，其特征在于：还有介电层1，它们依次为介电层1/超透镜薄膜2/盘基3，介电层1是氮化硅SiN或ZnS-SiO2；超透镜薄膜2是Ag、Au或Ag(x)Au(1-x)合金薄膜，其中x值在0-1之间变化；盘基3带有坑点，坑点尺寸小于380nm，最小坑点尺寸在200nm。由于采用了上述结构，与在先技术相比具有结构简单、制备成本低廉和工艺控制容易等优良性能。其机理是在读出激光束的作用下，由于超透镜薄膜由贵金属组成，其上又覆盖了介电层1，在介电层1/超透镜薄膜2的界面处会激发出表面等离子体波，表面等离子体波由于沿表面传播，波矢大、波长短，当遇到信息记录点时，它将被散射和耦合成传播光，通过探测该传播光来实现更小超分辨记录点的动态读出。
如上所述的超透镜薄膜结构的超分辨数字光盘，其特征在于所述的超透镜薄膜2所用的Ag、Au或Ag(x)Au(1-x)合金薄膜材料的厚度范围5-500nm。在5-500nm区间中，具有读出信噪比高，光盘性能稳定等优良性能。
如上所述的超透镜薄膜结构的超分辨数字光盘，其特征在于介电层1由厚度10-500nm的氮化硅SiN或ZnS-SiO2构成，厚度范围是10--500nm。在10--500nm区间中，具有具有读出信噪比高，光盘性能稳定等优良性能。
如上所述的超透镜薄膜结构的超分辨数字光盘，其特征在于所述的盘基3所用的材料为聚碳酸酯或K9玻璃，盘基的厚度为0.6-1.2mm。盘基3可用的材料有用聚碳酸酯或K9玻璃或普通的石英玻璃，选用聚碳酸酯或K9玻璃具有读出性能好、材料来源容易、与传统光盘兼容等优良性能。
本发明的技术效果：
与先前的技术相比，本发明的超透镜薄膜结构的超分辨数字光盘中介电层1为保护层，并与超透镜薄膜层2结合用于减小读出光斑的尺寸。在激光波长为650nm、光学头的数值孔径为0.60的动态测试系统下能实现信息坑点尺寸在200nm及200nm以上的读出。该只读式光盘的单面单层容量达到12-15GB，双面单层的容量达到25-30GB。
附图说明
图1，本发明实施例的结构示意图。
图2，以SiN作为介电层、Ag作为超透镜薄膜得到的动态信号示波器图。
图3，以SiN作为介电层、Au作超透镜薄膜得到的动态读出信号频谱图。
图4，以SiN作为介电层，Ag0.5Au0.5超透镜薄膜得到的读出信号频谱图。
图5，以ZnS-SiO2作为介电层，Ag作超透镜薄膜得到的读出信号的频谱图。
图6，以ZnS-SiO2作为介电层，Au作超透镜薄膜得到的读出信号的频谱图。
图7，以ZnS-SiO2作为介电层，Ag0.5Au0.5作超透镜薄膜得到的信号的频谱图。
图8，SiN薄膜厚度与读出信噪比的关系。
图9，ZnS-SiO2薄膜厚度与读出信噪比的关系。
图10，Ag薄膜厚度与读出信噪比的关系。
图11，Au薄膜厚度与读出信噪比的关系。
图12，Ag0.5Au0.5薄膜厚度与读出信噪比的关系。
具体实施方式
本发明的实施例为″超透镜薄膜结构的只读式红光超分辨多用数字光盘”，如图1所示，包括介电层1、超透镜薄膜层2和盘基3。介电层1用于保护超透镜薄膜层2，并与超透镜薄膜层2结合用于减小读出光斑的尺寸，盘基3用于预制信息点，信息点尺寸在200nm。
本发明实施例中的介电层1由厚度10-500nm的氮化硅或ZnS-SiO2构成.根据实施的具体情况取值，然而，在低于10nm时，则不行，因为在该厚度下高质量的薄膜制备比较困难；在高于500nm时也不行，因为在该厚度下一方面使制备成本提高，另一方面读出信号下降。超透镜薄膜层2所用的材料的厚度为5-500nm的Ag、Au或Ag(x)Au(1-x)合金薄膜，根据实施的具体情况取值，在低于5nm时则不行，因为在该厚度下高质量的薄膜制备比较困难，同时降低光盘的读出信噪比，高于500nm时也不行，因为在该厚度下已经没有表面等离子体波效应，不能实现超分辨信息点的动态读出。介电层1、超透镜薄膜层2和盘基3联合构成超透镜薄膜结构的超分辨数字光盘，见图1。
本发明的介电层1可以由SiN(x)或ZnS(x)-SiO2(1-x)构成，超透镜薄膜2可以由Ag(x)、Au(1-x)或Ag(x)Au(1-x)合金组成(注：参数x可以取0和1之间的任意值)。下面结合实例对本发明及其作用作进一步说明：
在厚度为0.6mm的聚碳酸酯基片上用压制的方法预制直径为200nm的坑点作为信息点。超透镜薄膜结构的只读式红光超分辨多用数字光盘的制备过程如下：采用磁控溅射方法(溅射气压1.0×10-4Pa)，在光盘基片上依次镀：贵金属薄膜层2和介电层1，其中介电层1为厚度为80nm的SiN薄膜，贵金属薄膜层2为40nm厚的Ag超透镜薄膜。检测光盘中信号所用装置的激光器是波长为650nm的半导体激光器，所用光学头的数值孔径为0.60，根据光的衍射极限公式计算得到光斑的半高宽的直径为600nm，远远超过坑点直径200nm。测试本实验中的超透镜薄膜结构的只读式红光超分辨多用数字光盘，则得到了图2所示的示波器信号，这说明本发明“超透镜薄膜结构的只读式红光超分辨多用数字光盘”能在激光波长为650nm、光学头的数值孔径为0.60的动态装置上实现信息坑点尺寸在200nm的读出。以SiN作为介电层，Au作为超透镜薄膜层得到的动态读出信号的频谱图3。以SiN作为介电层，Ag0.5Au0.5作为超透镜薄膜层得到的动态读出信号的频谱图4。以ZnS-SiO2作为介电层，Ag作为超透镜薄膜层得到的动态读出信号的频谱图5。以ZnS-SiO2作为介电层，Au作为超透镜薄膜层得到的动态读出信号的频谱图6。以ZnS-SiO2作为介电层，Ag0.5Au0.5作为贵金属薄膜层得到的动态读出信号的频谱图7。
改变上述SiN薄膜或ZnS-SiO2薄膜厚度得到图8和图9所示的动态读出信号与薄膜厚度的关系，其关系为随着薄膜厚度的增加，其信噪比先增加再减小。SiN薄膜或ZnS-SiO2薄膜厚度在200nm左右时，信噪比达到最大值。
改变Ag薄膜或Au薄膜或Ag0.5Au0.5薄膜的厚度，得到图10、图11、图12所示的读出信噪比与薄膜厚度的关系，其关系为随着薄膜厚度的增加，其信噪比先增加再减小。Ag薄膜，Au薄膜，Ag0.5Au0.5薄膜的厚度分别在300nm，220nm，320nm左右时，信噪比达到最大值。
综上所述，采用本发明的“超透镜薄膜结构的只读式红光超分辨多用数字光盘”，在激光波长为650nm、光学头的数值孔径为0.60的动态装置上能实现信息坑点尺寸在200nm及其以上的读出。
Claims (4)
1.一种超透镜薄膜结构的超分辨数字光盘，包括超透镜薄膜(2)和盘基(3)，还有介电层(1)，它们依次为介电层(1)/超透镜薄膜(2)/盘基(3)，介电层(1)是氮化硅SiN或ZnS-SiO2；盘基(3)带有坑点，坑点尺寸小于380nm，最小坑点尺寸在200nm，其特征在于：超透镜薄膜(2)是Ag(x)Au(1-x)合金薄膜，其中x值在0-1之间变化，不包括0和1。
2.如权利要求1所述的超透镜薄膜结构的超分辨数字光盘，其特征在于所述的超透镜薄膜(2)所用的Ag(x)Au(1-x)合金薄膜材料的厚度范围5-500nm。
3.如权利要求1或2所述的超透镜薄膜结构的超分辨数字光盘，其特征在于介电层(1)由厚度10-500nm的氮化硅SiN或ZnS-SiO2构成，厚度范围是10-500nm。
4.如权利要求3所述的超透镜薄膜结构的超分辨数字光盘，其特征在于所述的盘基(3)所用的材料为聚碳酸酯或K9玻璃，盘基的厚度为0.6-1.2m。
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