专利名称：光存储材料存储特征的测试仪的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种光存储材料存储特征的测试仪。主要适用的光存储材料是指一次写入光盘(CD-R)、可读写光盘(CD-RW)、高密度一次写入光盘(DVD-R)和高密度可读写光盘(DVD-RW)等等光盘的记录层材料，也可用于其他光点逐点记录的可录和可擦写存储材料。
背景技术：
对光存储材料存储特征进行静态测试，包括确定其写入波长，写入功率、写入脉宽、擦除波长，擦除功率和擦除脉宽与信号对比度以及擦除率的关系，是光存储材料进入实用化之前首先要做的事情。测试结果反映了材料存储性质、制备工艺和成膜工艺的综合影响。在先技术中对光存储材料存储特征进行静态测试是采用了一种磁光盘静态测试仪(参见“磁光盘静态测试仪”，陈仲裕、甘柏辉、刘海清和干福熹，《光学学报》，第11卷，第12期，1991年12月，第1110～1114页)。该测试仪显著的缺陷是只能采用一个波长的激光进行写入和擦除测试，更换激光波长后，设备就不能使用，除非大幅度改造或重换一台；更换物镜也很麻烦；由于物镜是在被测样品之下，无法添加半球形固体浸润透镜；更无法添加监视调焦过程以及写入和擦除后记录点形貌的光学系统。
发明内容
本实用新型的光存储材料存储特征的测试仪，包括几大部分，有测试光源部分、测试显示部分、光束写入读出部分、调整被测位置部分、监视显示部分和监视光源。其中测试光源部分含有激光器6，沿着激光器6发射光束G前进方向的光轴oo上，依次置有声光调制器7，扩束组件8、立方偏光棱镜9、四分之一波片10和分光镜11。分光镜11的分光面与光轴oo成45°角放置。
其中测试显示部分含有置于通过立方偏光棱镜9分光面的中心点垂直于激光器6发射光束G光轴oo的第一条垂直线o′o′上有会聚透镜12和光电探测器14。光电探测器14的输出通过电子控制箱22连接到带有显示器24的计算机23上。
光束写入读出部分，包括在穿过分光镜11中心点Oo的垂直于激光器6发射光束G光轴oo的第二条垂直线o″o″上，分光镜11反射光束G′前进的方向上置有高数值孔径物镜13和半球形固体浸润透镜15，半球形浸润透镜15的球面向着高数值孔径物镜13，高数值孔径物镜13的焦点落在半球形固体浸润透镜15平面的中心点上。
所说的调整被测位置部分，包括被测样品16放置在内部装有第一限位开关19和第二限位开关20的一维平移台19上，被测样品16的被测记录层表面与半球形浸润透镜15的平面接触，为了减少被测记录层表面与半球形浸润透镜15平面接触处的光损耗，要使两者的表面紧密接触，两者表面之间的最大间距小于150纳米，或者在两表面之间放有折射率油。一维平移台19置于三维平台21上，一维平移台19连接有步进电机17。步进电机17、第一限位开关19和第二限位开关20通过电子控制箱22与计算机23相连。
所说的监视显示部分，包括在上述激光器6发射光束G光轴oo的第二条垂直线o″o″上，在分光镜11反射光束G前进方向的反方向上，由分光镜11开始依次置有半反半透分光镜4、镜筒透镜3和带有监视器2的摄像机1。镜筒透镜3的焦点恰好落在摄像机1的接收面101上。半反半透分光镜4的分光面与第二条垂直线o″o″成45°角放置。
所说的监视光源是白光光源5，白光光源5光轴oo与穿过半反半透分光镜4中心点垂直于第二条垂直线o″o″的垂直线oo重合。它包括自半反半透分光镜4至白炽灯505之间的白光光源5光轴oo上，依次置有照明透镜501、孔径光阑502、视场光阑503和聚焦透镜504。它们的中心均位于光轴oo上。视场光阑503位于照明透镜501的物方焦点处，它控制着监测系统的视场。孔径光阑502控制白光光束G″的口径，所以它控制着监测系统的数值孔径和焦深。如图1所示。
本实用新型的光存储材料存储特征的测试仪如上所述和图1所示的结构。
以下结合附图详细描述本实用新型的结构。所说的测试光源部分有激光器6。在激光器6的发射窗口一边，有声光调制器7，声光调制器7的方位应使激光通过它之后衍射的一级衍射光最强。从声光调制器7输出光束前进方向上，依次置有扩束组件8、立方偏光棱镜9、四分之一波片10和分光镜11。扩束组件8的光轴oo与声光调制器7的一级衍射光重合。立方偏光棱镜9、四分之一波片10的中心位于光轴oo上，且它们的入射面与光轴oo垂直。四分之一波片10的快轴方向与激光器6输出的线偏振光的偏振方向成45°角。分光镜11的分光面与光轴oo成45°角，且其中心点Oo位于光轴oo上。
通过分光镜11的分光面的中心点Oo垂直于光轴oo的第二条垂直线o″o″上有半球形固体浸润透镜15，半球形固体浸润透镜15的平面相当于置于被测样品16表面上，被测样品16放在一维平移台19上，一维平移台19置于三维平台21上。有第一限位开关18和第二限位开关20安装在一维平移台19内，第一限位开关18和第二限位开关20与电子控制箱22连接。一维平移台19由与其连接的步进电机17驱动其位移，步进电机17与电子控制箱22连接。电子控制箱22通过电缆与计算机23连接，计算机23内部的信号发生接口板通过导线与声光调制器7连接，计算机23的输入信息以及结果信息由通过电缆与其连接的显示器24显示。在半球形固体浸润透镜15与分光镜11的分光面的中心点Oo之间的第二条垂直线o″o″上，有光轴与第二条垂直线o″o″重合的高数值孔径物镜13，高数值孔径物镜13的焦点落在半球形固体浸润透镜15的平面上。在第二条垂直线o″o″上，有中心轴线与第二条垂直线o″o″重合的带有监视器2的摄像机1，摄像机1的接收面101隔着分光镜11与半球形固体浸润透镜15相对。在分光镜11与摄像机1的接收面101之间的第二条垂直线o″o″上，有光轴与第二条垂直线o″o″重合的镜筒透镜3，镜筒透镜3的焦点落在摄像机1的接收面101上。在分光镜11与镜筒透镜3之间的第二条垂直线o″o″上，有反射面中心点在第二条垂直线o″o″上的半反半透分光镜4，半反半透分光镜4的反射面向着分光镜11，且与第二条垂直线o″o″成45°角。
通过半反半透分光镜4的反射面的中心点有与第二条垂直线o″o″垂直的垂直线oo。此垂直线oo是白光光源5的光轴。
通过立方偏光棱镜9的分光面的中心点垂直于光轴oo的第一条垂直线o′o′上置有光电探测器14，其中心轴线与穿过立方偏光棱镜9的中心点的第一条垂直线o′o′重合，与第二条垂直线o″o″平行。同时，激光器6的方位应使输出的线偏振光的偏振方向与第一条垂直线o′o′和光轴oo决定的平面平行。光电探测器14的输出与电子控制箱22连接。在光电探测器14与立方偏光棱镜9之间的第一条垂直线o′o′上，有光轴与第一条垂直线o′o′重合的会聚透镜12，会聚透镜12的焦点落在光电探测器14的接收面上。
所说的扩束组件8，包括光轴与光轴oo重合的发散凹透镜801和准直凸透镜802，两个透镜的焦点重合。发散凹透镜801将光束发散，准直凸透镜802再将发散的光束变成平行光束G，此出射的平行光束G的口径要比入射时的口径大，即比声光调制器7出射的一级衍射光束口径大。
所说的分光镜11分光面上镀有对激光器6的发射激光束波长λ反射率大于95％的分光膜，说所的分光镜11的分光面就是镀有分光膜的表面。
所说的半反半透分光镜4是一个表面上镀有对白光反射50％，透过50％的半反半透膜层的玻璃平行平板，说所的半反半透分光镜4的反射面就是镀有对白光半反半透膜层的表面。
所说的高数值孔径物镜的数值孔径大于0.8。
所说的半球形固体浸润透镜的半球的半径小于1毫米。
所说的立方偏光棱镜9由两个等边直角棱镜胶合而成，胶合面上镀有偏振分光膜，对偏振方向垂直于光轴oo与第一条垂直线o′o′所构成平面的光(S)透射，对偏振方向平行于光轴oo与第一条垂直线o′o′所构成平面的光(P)反射，所说的立方偏光棱镜9的分光面就是镀有偏振分光膜的胶合面。
本实用新型的测试仪如上所述的结构，激光器6发射的单色(波长为λ)线偏振平行光束通过声光调制器7后将发生衍射。声光调制器7一级衍射光通过扩束组件8后形成宽的光束G。光束G通过立方偏光棱镜9的偏振分光膜，对S光透射，对P光反射，也就是说，立方偏光棱镜9的分光面对激光器6输出的偏振方向为线偏振光是透过的。透过立方偏光棱镜9的线偏振光束穿过四分之一波片10，因为四分之一波片10的快轴方向与入射线偏振光的偏振方向成45°角，所以通过四分之一波片10后线偏振光束变成园偏振光。再通过分光镜11，因为分光镜11的分光面是一个表面上镀有对激光器6的输出激光波长λ的反射率大于95％的分光膜，所以光束经分光镜11有95％的光束被反射后成为平行光束G′，平行光束G′通过高数值孔径物镜13，将光束会聚在被测样品16的表面上，因半球形固体浸润透镜15的平面是置于被测样品16的表面上，即半球形固体浸润透镜15的平面与被测样品16表面是紧密接触。而且被测样品16与半球形固体浸润透镜15接触的一面就是镀有记录层的被测表面。通过高数值孔径物镜13的会聚光束通过半球形固体浸润透镜15的球面后最终会聚到高数值孔径物镜13的焦点处，也是半球形固体浸润透镜15的平面的中心点处，也就是光束通过半球形固体浸润透镜15平面后会聚到被测样品16上有记录层的表面上。被测样品16是放在一维平移台19上。一维平移台19又固定在三维平台21上。三维平台21和一维平移台19用于调节被测样品16的平移及上下左右前后的位置。一维平移台19由与其连接的步进电机17驱动位移。步进电机17与电子控制箱22连接。电子控制箱22控制步进电机17工作。第一限位开关18和第二限位开关20装在一维平移台19内，与电子控制箱22连接。当一维平移台19移动到一定位置时，第一限位开关18和第二限位开关20之一将发送信号给电子控制箱22。因电子控制箱22与计算机23连接，计算机23通过电子控制箱22、步进电机17、第一限位开关18和第二限位开关20控制一维平移台19的移动。计算机23内部的信号发生接口板与声光调制器7连接，从而控制声光调制器7一级衍射光的强弱和通断时间。计算机23的输入信息以及结果信息由通过电缆与其连接的显示器24显示。
会聚于高数值孔径物镜13的焦点处的光束由置于高数值孔径物镜13的焦点处的被测样品16上的记录层反射，沿原路返回，经过半球形固体浸润透镜15的透射、高数值孔径物镜13的折射、分光镜11的反射后，入射到四分之一波片10上，经过四分之一波片10后，园偏振光变为线偏振光，且偏振方向与激光器6输出的线偏振光的偏振方向成90°角，再入射到立方偏光棱镜9时，将由立方偏光棱镜9内的分光面反射后经过会聚透镜12将光束会聚，会聚点在光电探测器14的接收面上，光电探测器14将光信号转化为电信号送到电子控制箱22内，电子控制箱22再将此电信号送入计算机23内，由计算机23对电信号进行A/D变换和数据采集。其结果由显示器24显示出。
白光光源5发射的白光光束G″经半反半透分光镜4反射后的光束，透过分光镜11、高数值孔径物镜13和半球形固体浸润透镜15会聚到被测样品16有记录层的表面上。由被测样品16有记录层的表面反射的白光光束再通过半球形固体浸润透镜15后由高数值孔径物镜13收集、经分光镜11和半反半透分光镜4，透射后的光形成光束G，经镜筒透镜3后，在镜筒透镜3的像方焦面上形成被测样品16有记录层的表面的像。恰好摄像机1的接受面101是在镜筒透镜3的像方焦面上，所以摄像机1就将接受到的被测样品16有记录层的表面的像送到监视器2上显示，以此不断地监视着被测样品16的状态。如图1所示。
本实用新型的测试仪首先是光束写入读出部分是置于被测样品16的被测记录层表面之上，调整方便，其中有高数值孔径物镜13与半球形固体浸润透镜15结合为更高数值孔径的显微镜物镜。为此本实用新型的测试装置比在先技术的测量装置分辨率高、测量精度高。而且更换高数值孔径物镜13和半球形固体浸润透镜15方便。本实用新型的测试装置光源部分是将与激光器6波长有关的部件和与激光器6波长无关的部件分离开来，更换激光器6后，只需微调扩束组件8，更换立方偏光棱镜9、四分之一波片10和分光镜11，其它部件或元件无需全部调整和更换，扩展了装置的使用范围；因为高数值孔径物镜13可像显微镜物镜那样更换；当然半球形固体浸润透镜15可以加上去，也可以不加上去，加上后可进行近场光存储研究，测量高密度的光盘读与写，不加上去，就是普通的静态测试装置。本实用新型含有监视显示部分和监视光源部分，可直观地监视调焦过程，并直接观察记录光斑和记录点(初次写入的点或擦出后的点)的形貌，使本实用新型的测试仪的测试直观而操作方便，提高了测试的效率。
图1是本实用新型的光存储材料存储特征的测试仪的结构示意图。
具体实施方式
装置如图1所示。激光器6采用氩离子气体激光器(波长514.5nm)，光束直径1mm左右，发散度为1毫弧度，最高功率大于100mW。声光调制器7的载频为100MHz，调制频率0～10MHz，衍射效率大于85％。高数值孔径物镜13的数值孔径为0.9，工作距离2mm。扩束组件8的扩束倍率为10倍。半球形固体浸润透镜15的折射率大于1.8，半径为0.714mm。镜筒透镜3焦距200mm。摄像机1为1/4″彩色电荷耦合器(CCD)摄像头。监视器2为十四英寸彩色监视器。测试过程中，如上述图1的结构，将被测样品16放在一维平移台19上，调整一维平移台19和三维平台20使被测样品16的被测表面与半球形固体浸润透镜15的平面紧密接触，或者在两者之间加一层折射率油以提高近场耦合的效率。打开所有电源，包括激光器6的电源、声光调制器7的电源、电子控制箱22的电源、计算机23的电源、显示器24的电源、白炽灯505的电源、摄像机1的电源和监视器2的电源。激光器6有激光输出。由计算机23向声光调制器7发送一个直流信号，激光器6通过声光调制器7后产生恒定的一级衍射光，调整声光调制器7的方位，使一级衍射光最强。由计算机23控制，给声光调制器7输出一个零信号，使一级衍射光消失，激光器6的输出激光就不能入射到扩束组件8上及其后的光学元件上。
与此同时，由白光光源5发射的白光光束G″入射到半反半透分光镜4上，由其反射后入射到分光镜11上；透过分光镜11的光束入射到高数值孔径物镜13上后再入射到半球形固体浸润透镜15上。此时，高数值孔径物镜13和半球形固体浸润透镜15结合相当于一个更高数值孔径的显微镜物镜，它将入射到它们上的光束会聚到被测样品16有记录层的表面上。由被测样品16被测的有记录层的表面散射的光再由半球形固体浸润透镜15和高数值孔径物镜13收集，沿原路返回，透过分光镜11和半反半透分光镜4后，由镜筒透镜3将被测样品16有记录层的表面成像在摄像机1接受面101上。监视器2将被测样品16有记录层的表面像显示出来。开始时半球形固体浸润透镜15的位置可能不合适，监视器2上没有像显示出来，此时，左右、前后和上下调节三维平台21，使像在监视器2上显示出来。
然后由计算机23控制，使步进电机17向某个方向旋转一步，一维平移台19随之向某个方向位移一步，计算机23向声光调制器7发出一个电脉冲信号，通过声光调制器7后的一级衍射光就成为一个光脉冲，通过扩束组件8的扩束后成为光束G，入射到立方偏光棱镜9上，透过立方偏光棱镜9的光束再经过四分之一波片10后变成园偏振光。园偏振光打在分光镜11上反射后成为平行光束G′。平行光束G′通过高数值孔径物镜13和半球形固体浸润透镜15后会聚于高数值孔径物镜13在被测样品16的记录层上的焦点处，与此同时记录出一个点(用于写入测试)，在监视器2上可以观察该点的形貌。
计算机23再向声光调制器7发出一个幅度较小的电脉冲信号，通过声光调制器7后的一级衍射光就成为一个功率较小光脉冲，光束同样经过上述过程会聚于高数值孔径物镜13的焦点处，也就是被测样品16的记录层上同一点，由于光脉冲功率低，它不能记录一个点只能用于读出此记录点的反射率变化，由记录点散射的光沿原路返回，经过半球形固体浸润透镜15和高数值孔径物镜13以及分光镜11的反射后，入射到四分之一波片10上，经过四分之一波片10后，园偏振光变为线偏振光，且偏振方向与激光器6输出的线偏振光的偏振方向成90°角，所以再入射到立方偏光棱镜9时，立方偏光棱镜9将此光束反射。反射到会聚透镜12上后会聚到光电探测器14的接收面上，光电探测器14将光信号转化为电信号，并送到电子控制箱22，由计算机23来读取。上面所述是一次写入过程和一次读取过程。当测试材料的信号对比度时，是先进行一次读的过程，记录此时的光电探测器14输出信号，写入一次，再同样读取一次，记录此时的光电探测器14输出信号，两个信号的差异就代表了信号对比度。擦除率的测试过程是这样的先进行一次读的过程，记录此时的光电探测器14输出信号，写入一次，擦除一次(由计算机23输出到声光调制器7的电脉冲信号幅度介于写入和读取幅度之间，其他与写入和读取过程相同)，再同样读取一次，记录此时的光电探测器14输出信号，两个信号的差异就代表了擦除率。写入、读取和擦除的电脉冲信号的长短和幅度是可变的，一维平移台19向某个方向位移一步，改变写入、读取或擦除的电脉冲信号的长短或幅度，重复一次，然后再步进一步，再改变写入、读取或擦除的电脉冲信号的长短或幅度，再重复一次，如此反复几次或几十次，就可给出信号对比度或擦除率随某个条件变化的曲线。
按上述步骤测量光存储材料静态特征，最高写入功率为25mW，最低读取功率0.2mW，从最高功率到最低功率分256档。脉宽从50纳秒到5微秒，分256档。总的噪声信号比在1％以下。计算机23实现了测试的自动化。
权利要求1.一种光存储材料存储特征的测试仪，包括<1>测试光源部分含有沿着激光器(6)发射光束(G)前进方向的光轴(oo)上依次置有声光调制器(7)、扩束组件(8)、偏光棱镜(9)、四分之一波片(10)和分光镜(11)，分光镜(11)的分光面与光轴(oo)成45°角放置；<2>测试显示部分含有置于通过立方偏光棱镜(9)分光面的中心点垂直于激光器(6)发射光束(G)光轴(oo)第一条垂直线(o′o′)上有会聚透镜(12)和光电探测器(14)，光电探测器(14)的输出通过电子控制箱(22)连接到带有显示器(24)的计算机(23)上；其特征是<3>光束写入读出部分包括在穿过分光镜(11)中心点(Oo)的垂直于激光器(6)发射光束(G)光轴(oo)的第二条垂直线(o″o″)上，分光镜(11)反射光束(G′)前进的方向上置有高数值孔径物镜(13)和半球形固体浸润透镜(15)，半球形固体浸润透镜(15)的球面向着高数值孔径物镜(13)，高数值孔径物镜(13)的焦点落在半球形固体浸润透镜(15)平面的中心点上；<4>调整被测位置部分包括被测样品(16)放置在内部装有第一限位开关(19)和第二限位开关(20)的一维平移台(19)上，被测样品(16)的被测记录层表面与半球形浸润透镜(15)的平面接触，一维平移台(19)置于三维平台(21)上，一维平移台(19)连接有步进电机(17)，步进电机(17)、第一限位开关(19)和第二限位开关(20)通过电子控制箱(22)与计算机(23)相连；<5>有监视显示部分包括在上述激光器(6)发射光束(G)光轴(oo)的第二条垂直线(o″o″)上，在分光镜(11)反射光束(G′)前进方向的反方向上，由分光镜(11)开始依次置有半反半透分光镜(4)、镜筒透镜3和带有监视器2的摄像机1，镜筒透镜(3)的焦点恰好落在摄像机(1)的接收面(101)上，半反半透分光镜(4)的分光面与第二条垂直线(o″o″)成45°角放置；<6>有监视光源是白光光源(5)，白光光源(5)光轴(oo)与穿过半反半透分光镜(4)中心点垂直于第二条垂直线(o″o″)的垂直线(oo)重合，它包括自半反半透分光镜(4)至白炽灯(505)之间的白光光源(5)光轴(oo)上依次置有照明透镜(501)、孔径光阑(502)、视场光阑(503)和聚焦透镜(504)。
2.根据权利要求1所述的光存储材料存储特征的测试仪，其特征在于所说的分光镜(11)的分光面上镀有对激光器(6)发射激光束波长反射率大于95％的分光膜。
3.根据权利要求1所述的光存储材料存储特征的测试仪，其特征在于所说的被测样品(16)的被测记录层表面与半球形固体浸润透镜(15)的平面是紧密接触，或者两者之间放有折射率油。
专利摘要一种光存储材料存储特征的测试仪,主要适用各种光盘记录层材料存储特征的测试。包括测试光源部分、测试显示部分、光束写入读出部分、调整被测位置部分、监视显示部分和监视光源。其中光束写入读出部分是置于被测样品的被测记录层表面之上,有高数值孔径物镜与半球形固体浸润透镜结合为更高数值孔径的显微物镜。所以本实用新型比在先技术的测试装置分辨率高、测量精度高。更换高数值孔径物镜和半球形固体浸润透镜方便,调节被测样品的位置也方便。本实用新型中有监视显示部分和监视光源。可以直观地监视调焦过程,并直接观察记录光斑和记录点的形貌,使装置测试直观而操作方便,提高了测试效率。
文档编号G11B7/00GK2497394SQ0125341
公开日2002年6月26日 申请日期2001年8月31日 优先权日2001年8月31日
发明者徐文东, 干福熹 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所