光数据存贮媒体及其读写方法

专利名称：光数据存贮媒体及其读写方法
技术领域：
本发明涉及一种包含有数据存贮区的光数据存贮媒体，其由基本上透明均匀衬底材料形成，并毗临这个数据存贮区的一面有一些光敏结构。本发明还涉及按照权利要求13和14介绍的写数据方法以及分别按照权利要求17和18介绍的读数据的方法，此外，本发明还涉及按照权利要求19介绍的并行写数据的方法和按照权利要求20介绍的并行读数据的方法。最后本发明涉及按照权利要求25介绍的读数据的方法。
本发明用于以旋转盘、矩形卡或者带型或卷筒型的纸张或纸带形式的光数据存贮媒体中。
本发明特意要同在另一个专利申请中所述的载数据媒体和该载数据媒体里产生载数据结构的方法联系起来利用。所说的另一个专利申请是同一申请人提出的XX-XXXX号挪威专利，在这里提出以供参考。
在按目前技术水平的数字光数据存贮中，被强烈聚焦的激光束在载数据的媒体(典型地是一旋转盘)的表面上有规则地扫描，而数据的内容按着当激光束通过微小的凹点或斑点时盘的反射光的变化来推演出来。所说的微小凹点或斑点已到这个媒体上进行代码化。当凹点或斑点很小，且彼此非常靠近时，高的数据密度被实现。形成载数据结构的凹点或斑点在制造时被塑压到盘里，或者利用扫描激光束，通过载数据结构(如斑点形式)形成的急速猝发的光将数据编码到盘里。
这种光数据存贮和访问有许多缺点。为了定位激光束准确地沿包含数据的路径并且数据可连续读出，需要高精密的光机系统。这遗留下机械操作的限制，还减慢了随机访问的速度。后者的问题在许多应用中特别严重。为了开发允许更快速机械定位的更轻光头的设计，目前正在进行广泛的研究。但是，基于机械的方法不适于达到很高的访问速率，因而可观的资源已被投入到为发展基于声光或电光效应的光束的寻址方案中。由于目前这样方案能以紧凑的和可取地低成本的实际组件来实现，集成光结构对研究者来说是特别有兴趣的。
即使这个在进行的研究将最终导致实用硬件的出现，但是由于对存贮信息的连续访问和利用循迹方法的结果，数据传送速率将是严重问题。为了消除这个问题，多轨迹解决办法的研究已进行，在多轨迹解决办法中，数据被写和读许多相邻轨迹的光头并行地传送。按这个方式，仅少量相邻的轨迹能被一个单独的伺服控制的光头覆盖，为达到更高速度需要若干独立循迹的光头。用这样方法可达到读写的并行程度严重地为物理和成本的制约所限制。
本发明的目的是避免上述同当前光数据存贮技术相联系的问题以及由一些以前提出的解决办法产生的问题。另一个目的是可以并行地访问在载数据媒体中的大块数据和通过利用基于电子寻址以及基于电子逻辑操作完全地或部分地代替机械移动。
本发明的特定目的是实现简单的读写并行通道中的大量(几百到几千)光存贮数据和在一些无机械移动的情况下获得快速随机的数据访问。
能提供一个不昂贵的具有高数据密度的载数据媒体是本发明的又一个目的。本发明再另外一个目的是，在一些应用中，不需要激光源而仅需要如发光二极管(LED)这样的不相干光电发射器。本发明再另外一个目的是，除了允许使用很紧凑的光写/读硬件外，它应当同数据承载媒体上的任何格式相配，不管媒体是盘、卡还是带。
上述目的将依据具备一种光数据存贮区的本发明来达到。光数据存贮区的特征在于光敏结构是分别为聚焦入射到数据存贮区的光束到一个或几个存贮区内的点上和/或聚焦从这点或这些点折回的光束或发射的光辐射到在光存贮媒体外的一点上而放置的衍射光学元件，结合分别在具体的权利要求13和14中所表明的特点的写数据方法，以及分别在具体的权利要求17和18中所表明的特点的读数据方法。根据本发明的并行写数据方法的特点是在具体的独立权利要求19中所表明的，而根据本发明并行读数据方法的特点是在具体的独立权利要求20中所表明的。最后，根据本发明的另一个数据的读方法的特点是在具体的独立权利要求25中所表明的。
现在将参照附图结合如用在本发明中那样的衍射光学元件原理的叙述并结合实施例来更详细地说明本发明。


图1表示衍射光学元件DOE矩阵形式的光敏结构。
图2a、b表示如用在本发明中的衍射光学元件DOE或波带片透镜的原理。
图3a表示图2b中的衍射光学元件DOE的一个波带的剖面。
图3b、c、d表示在图3a中的剖面的不同的相位函数近似或量化的方法。
图4a表示看作衍射光栅的波带片透镜。
图5表示一个入射平面波如何被在衬底中的衍射光元件聚焦。
图6是依据本发明的光数据存贮媒体的示意截面图。
图7是根据本发明的并行写数据方法的示意图解。
图8是根据本发明的并行读数据方法的示意图解。
图9a、b是根据本发明在聚焦各激光束到同一平面上的原理的示意图解。
图10是根据本发明在数据存贮媒体中并行访问几个存贮层方法的示意图解。
本发明的基本特点是在载数据媒体中使用以衍射光学元件DOE形式的光敏结构，这些衍射光学元件DOE起许多显微透镜的作用。因此，根据本发明的载数据媒体实际在效果上成为光学系统的一个集成元件，这个元件整形和引导用作数据读写的光。于是，许多在传统光数据存贮方法中遇到的限制被解除，打开了用实用又不昂贵的硬件实现高写/读性能的可能性。
同光的、折射或反射不同，衍射光学是以衍射为基础。在许多情况下，DOE可取代如透镜或棱镜这样的常规折射光学设备，由此提供了在成本上或尺寸上的明显减小。在许多情况下，衍射光学设备可提供比折射光学设备更优越的性能，例如消除色差，或者提供以折射或反射为基础的常规光学元件所达不到的可能性。
图1表示一个衍射光学元件DOC矩阵。每个DOE由精心设计的外形结构组成。这种结构可通过如塑造、雕刻、干燥或湿腐蚀这样的广东回加工过程被制造和复制。
现在将说明为了实现所要求的数据存贮能力，衍射光学元件DOE怎样被用于根据本发明的光数据存贮媒体中。数据存贮能力将依赖于由在DOE后面的载数据媒体的衬底中的非重迭聚焦面积或焦斑所能得到的最大密度。
在图2上说明衍射光学元件DOE或波带片透镜的原理。为简单起见，如果假定带有波前平行于图2a所示的透镜的平面表面的平面波从下面入射，则除了2nπ的相位因子(n是整数)外，只图2a中的阴影区将影响被传播的波前。因此，除了在图2b的透镜中的2个不同波带2nπ之间有不连续的相位跳动外，图2b中所示的透镜将产生与图2a中的透镜相同的传播波前。如在图2b中所示的那样透镜被按照衍射光学元件DOE或波带片透镜来说明。它同Fresnel透镜的区别在于，Frensnel透镜由于制造过程中的不精确会产生从一个波带到另一个波带的随机相位跳动，结果由不同波带产生的波场不提供在聚焦区的相长干涉。因此，Frensnel透镜的衍射极限分辨率取决于宽度，而波带片透镜的分辨率取决于透镜的直径。
图2b中的一个波带的实际剖面被表示在图3a上。然而，实际上如图3b和3c所示用分级波带剖面会是更容易的。在分级剖面中的梯级数被描写为相位函数的量化级数。显然，当量化级数变成无限大时，可得到类似图3d中那样的连续剖面。提供轴上一点的最佳成象的波带片透镜的设计原理是经透镜中每个波带的由物点到象点的光程长除了一个整数波长外应是物点和像点之间的直接光程长。
DOE或波带片透镜被分别表示在图4a中的顶视图和图4b中的横截正视图上。会看出，波带片透镜由一些同心环形通道组成，每个环被规定一个具体的相位和幅度值。此外，众所周知，波带片透镜具有较高阶焦点，其结果是只一部分入射能量在所要求的象中结束。还众所周知的是，波带透镜的效率可通过增加相位函数的量化级数而被增加。已证明，对于2、3和4量化级有可能在无象差象的主波瓣中获得分别为33、57和67％的强度级。但是，最近已发展了一种称为RSIDO方法的新编码方法，据说它给出90％测量出的衍射效率。另外，波带片透镜的一个不利之处是它有大的色差。但是，只要照射是比较单色的，则中等的相对于用于波带片透镜结构中的波长的照射波长的改变将不引起成象质量的明显恶化。一般说，视场也受彗差、象散和场的弯曲的限制，但是彗差可通过将波带片透镜或DOE放在球形形面上来避免。
通过将波带片透镜或DOE看作有不同光栅周期的衍射光栅和根据光栅方程建立几何束，在波带片透镜或DOE中的光路可被求得。参看在图4a、b中表示的波带片透镜，如图4a所示它可被看作有周期的向透镜边缘减小的圆形衍射光栅。在图4b中所表示的波带片透镜中，光场同一入射几何光束、局部平面波相联系。对应于一阶衍射被转换的几何光束的方向由光栅方程给出sinθt-sinθi=λd---(1)]]>这里λ是波长，d是光栅周期的局部值，θi和θt分别是在光栅上的法线几何光束和入射以及传播几何光束之间的角度。由于d向透镜边缘减小，在图4b中可看出，最外侧的光束接受的偏转比靠近中心的光束大。通过特殊的方式使光栅周期减小，所有光束都能朝向公共焦点。应注意到，在图4b中沿水平和垂直轴分别用不同的标度。
在DOE中的光线路径几何图形示意地表示在图5中。具有空气中给定波长λo的单色平面波对DOE的光轴有入射角θ，DOE同有一定折射指数的平面衬底接触。DOE的直径用D表示，DOE/衬底组合的第二焦距用f表示。对于不同的f数，DOE的直径D和衬底的折射指数n的组合，在半最大强度上的焦斑全宽(FWHM)可按如下确定。曾发现，FWHM在光轴上是在0.33μm和0.42μm之间变化，而在视场的边缘上是在0.70μm和0.90μm之间变化。在光轴上的透射强度大约是0.9，而在视场边缘上的透射强度大约是这个数的1/10。于是，当强度向着DOE视场的边缘迅速下降时，FWHM对于DOE同对于以微型球形式的折射透镜大致相同。但是，一个优点是，对于给定直径，DOE提供了比较自由地选择f数和衬底的折射指数的可能性，由于这两个数值都会影响衍射极限的FWHM。DOE的另一个优点是，它有可忽略的光场弯曲，结果在光轴上的焦点和在光场边缘上的焦点大致是在同一平面上。对平面衬底接触的DOE的衍射极限聚焦特性的分析表明，对于具有一固定直径的DOE来说，FWHM与衬底的折射指数成反比，与在衬底上的DOE的f数成正比。
最后应指出，衍射光学元件DOE有大的色散，这是由于DOE的焦距高度地依赖于光的波长。
现在结合图6将更详细地考虑利用如上所述的衍射光学元件DOE或波带片透镜的根据本发明的载数据媒体的设计。图6示意地说明这种数据媒体的一部分，在这种数据媒体的表面上有一密集的衍射光学元件DOE的矩阵。每个DOE起一个小透镜的作用，入射光如上述那样被聚焦和被引导到存贮区、即信息承受区。为简洁起见，下面将按照(二进制)位层来说明这个区。在数据照射状态时每位信息可被在位层中材料如何受影响或被透过它的光的影响来表示。例如，假定载数据媒体是如图6中所表示的那样，在前面入射到DOE上的光在镀敷薄碲合金膜的DOE背面被聚焦。这个膜构成位层或存贮层，除了在写状态时光斑处暴露在短的高强度光脉冲外，有很低的光传递。因此，同每个衍射光学元件DOE相联系的载数据媒体的这一部分中的信息内容由位层中的一组光传递或非传递的位分配区或结构所代表，例如，当它们被读以便传输时，这组位分配区或结构按亮或暗表现。在载数据媒体中的每个数据的位置同唯一的地址相联系，在两个独立的写和读步骤期间这个地址可通过DOE访问。在载数据媒体的表面上的一定的DOE的位置由X、Y坐标定义，例如，相对于载数据媒体上的一个参考原点的DOE色心位置。在位层中相对于同其联系的衍射元件DOE的光斑位置用聚焦在这点上的光的入射方向定义，例如，用一般极坐标θ、φ来定义。于是，完全的地址是x、y、θ、φ。
为在媒体中达到尽可能高的数据存贮密度，光斑或载数据结构必须尽可能地小，它们应在每个DOE下面排列得尽可能地靠近在一起。此外，在通过不相同但又相邻的DOE询问的载数据结构组之间的“死区”应被做得最小。上述最后的要求在每个DOE下面的每个载数据结构的位置和模型之间以及在媒体表面上的DOE的形状和相对位置之间加上了一种联系物。应注意到，用比载数据结构大几个数量级的DOE可实现很小的载数据结构或光斑尺寸。此外，大范围的DOE尺寸可给出几乎是相同的载数据结构的平均尺寸，并因此给出在位层中的相同的平均局部数据存贮密度。
在后面的情况下，大的DOE应同大数量的载数据结构位置相联系，于是，在读和写时利用较密地隔开的入射光的角度寻址位置θ、φ。如以后关于最佳媒体所讨论的，增加DOE的尺寸会使每个DOE的空间寻址x，y精度的减小，必须对照角度坐标θ、φ的高精度来权衡。
作为一个例子可提及，占有2500μm2面积的一个DOE典型地可被分配10000多个如上所说明的有0.3～0.7μm直径的载数据结构，以θ、φ的角度寻址偏移被分开到0.5-1.0°。如果DOE的直线尺寸被减小N倍，在相邻载数据结构间的角度间隔必须被增加大约同样的倍数，而同每个DOE相联系的载数据结构的数目被减少N2倍。
在某些根据本发明的载数据媒体的实施例中，同常规的光存贮媒体很类似，借助于光和薄膜相互作用可进行写和读。的确，为常规的“写一次，读许多次”(WORM)型的媒体以及为可重写媒体而研制的薄膜可直接在根据本发明的数据存贮媒体中实施。在本发明和其他已知的技术之间进行区别的要点在于如何把光引导和聚焦到位层上以及由此产生的结果。写在写期间，一个短而强的光脉冲以指定的方向θ、φ指向在x、y坐标上指定的DOE。如图7中所示，为加速写过程，几个或所有同DOE联系的方向同时或以快时序被闪光，例如用闪光照射空间光调制器(SLM)或线束激光器(垂直腔表面发射激光器，VCSEL)来实现。这实际上同在下面将要更严密说明的大规模并行轨迹字相当。对于每个DOE写光束的准直允差取决于在每种应用中的确切的设计和性能参数，但通常要比应用在传统的光学数据存贮方案中来得宽松。在后者的情况下，要求跟踪精度在所有三维尺寸上低于1μm，而DOE的定位允差可以是1或2个数量级上的宽松。读同分层(x，y)(θ、φ)寻址相结合的载数据媒体的物理布局对于简单，高速的随机存取和传递数据定性开辟了新的机遇。采用直接从载数据媒体映象到矩阵探测器的大数据块实现了大规模并行读取，从而取代了用严密聚焦的激光束来顺序地读取沿一轨迹的位串信号。
本发明的一个实施例示意地表示在图8中，其中以入射角θ、φ的准直光同时指向许多DOE，使载数据媒体显示在每个被照射的DOE处的θ、φ地址位状态。DOE在载数据媒体的表面上典型地以30～100μm的间隔被间隔开，因此能够容易地被宽阔场、长的场深度的光学设备所分辨，这个光学设备将在每个DOE处的θ、φ位状态映象到所说明的矩阵探测器上。一般地说，在没有聚焦伺服、甚至媒体偏离平面性的条件下，上述情况也是可能的。对于以480nm的照射波长能分辨50μm特征物的光学系统，其最大场深度是10mm。另一方面，如果位状态通过没有DOE的简单平面层上的位图形直接映象来访问，则小于1μm的位到位间隔会需要约等于3μm的场深度，用同时映象到矩阵探测器方式的大规模读出实际上是不可能的，即使有聚焦伺服也是如此。在美国专利NO.4745484(J.Drexper和J.B.Arnold)中临时地介绍了一个克服这个问题的方法，指出了按几个分离的步骤的非同时成象次序。
在以θ1、φ1照射下矩阵探测器上形成的象中包含了媒体中视场内所有地址(x，y，θ1，φ1)上的位状态，这个象被传递到读装置的电子系统作进一步处理，对于新的读出周期，探测器被清零，这是在读出角θ2、φ2时。依次地，这又得出在视场范围内在所有地址(x、y、θ2、φ2)上的信息内容。这个周期被重复直到所有在载数据媒体中需要的地址被读完为止。
上述从平面媒体角度多路读出方案表面上类似于角度多路全息摄影存贮，并在某些方面类似于基于折射或反射结构的方案。后者如在挪威专利申请NO.90-0443(P.-E.Nordal)中所介绍的，上述折射或反射结构将光引导和聚焦到一烧膜上。但是，如在以后的各节里要被详述的，使用根据本发明的DOE提供了在其他情况下得不到的关于性能和成本利益的技术上的可能性和优点。
结合上述DOE原理的说明，论证了怎样小的焦斑是可达到的，这可通过FWHM参数给定。当DOE被用于在位层或存贮层中聚焦时，为了达到在这个层中的数据密度，焦斑或FWHM的尺寸是决定性的。对于有关数据媒体设计和诸如波长这样的运算参数的计算表明，遍及在每个DOE下面的大部分区域，光斑尺寸是衍射极限的或接近衍射极限的。在具体意义上这意味着，例如，当光圈数是1，在衬底中的折射指数是1.6时，以450nm波长照射一个直径为50μm制造恰当的DOE，便能产生一个近轴焦斑，即在光轴上有一个直径为0.33μm的FWHM。在偏轴位置、即入射角θ＞0°，焦斑受透镜中的象差现象的影响，在θ＝30°时焦班增加到0.61μm。如已提到的，除非为避免彗差将DOE建造在球形表面上，否则象场的弯曲是很小的。在这种情况下，所述的DOE的色散性质可被利用来消除场弯曲。
如已提到的，当使用折射或反射光学系统时带有衍射光学设备的载数据媒体提供了无任何相似的灵活性和可能性。如已提到的，这意味着，同球折射透镜情况相比，衍射光学设备提供选择f数和衬底的折射指数，乃至焦斑尺寸的充分自由。
如提到的，衍射光学的显著特点是它们的很大色散性，即衍射透镜的焦距高度地依赖于光的波长。于是，当用作折射透镜的光学材料呈现出折射指数随波长而改变，这典型地使透镜焦距在可见光谱上有1％的相对变化，对于衍射透镜这个变化是40-50倍那样大，相当于焦距和光波长之间的直接反比值。这就对如下的应用有明显的否定的推断在应用中，由于技术的或成本的限制，得不到单色光源，或者，在应用中，要求用多色光成象。在本发明中，可用单色光，带有DOE的存贮媒体的波长允差适合于诸如半导体激光器和发光二极管LED等相关的光源。于是，通过适当地选择和改变波长，使采用受控方式移动衬底里的焦点位置成为可能。在本发明中，可以利用几种方式。象场变曲的修正这在图9a中作说明，在那里位层是平面的，但以单色光形成的象场组成了球形表面，如用破折线表示。于是，在平面的位层上建立的焦斑被形成，并由于它们的位置在最佳焦距之外而被放大。由于焦距依赖于光的波长，应注意到，作为入射角的函数的入射单色光的波长调谐可被用于在位层中焦点的定位，如图9b中所示。可用矩阵固定波长光源矩阵或可调谐光源来实现基本原理。用波长调谐同时存取几个位层由于焦距可通过调节光波长来调节，这就有可能在如图10中所示的不同深度层上形成载数据结构。制定这样的实用方案的一个基本因素是DOE中有大的色散。为避免不同层间的串扰，各层必须被分开至少一个距离S，参见图10。间隔S的最小可允许值取决于若干因素，如位层薄膜的写特性、所需要的对比度和可允许的串扰程度。后者又取决于在每个焦斑的数据内容是否被例如灰度级编码所加强。于是，为了设计数据密度和写/读能力间最高可能的比值，在灰度级编码中的码级和几个位层的同时写/读之间存在一个折衷。
参照图10可进行简单的可能性估计，假定尺寸可忽略的焦斑可被用在所示位层中的较低层。穿过上位层的聚焦光的焦斑直径df近似是df=Dsf---(2)]]>其中，D是微型透镜的直径，f是微型透镜的焦距。由于衍射光学元件DOE的焦距同光波长λ成反比，对于波长的变化为Δλλ=sf---(3)]]>现在可要求，df是这样大以致在离开焦点的位层(图10中的上层)中的光强度相对在最佳焦点上的光强度减小到某个倍数。忽略在位层里的吸收并假定df＝2.0μm，如果焦斑直径是0.5μm，这就给出了16倍的强度减小，可以求得Δλλ=dfsD---(4)]]>这意味着，在这个具体情况下需要4％的波长变化，也就是说，例如从480nm波长增加到500nm波长。如果光保持在可见或近可见光谱内，则许多位层或存贮层可被使用，每个这样的位层在其指定波长上用照射寻址，例如，假定相邻波长之间的间隔为4％460nm、479nm、498nm、518nm、539nm、561nm、584nm，608nm、633nm、659nm、686nm、714nm、743nm和773nm。在这个例子中共有14层，同单一存贮层相比较存贮容量增加了14倍，如果每层上的数据密度在两种情况下是相同的话。
这个多层存贮概念有些类似某些已知道的在磁盘上的2个或多个平行层中数据存贮方案，但有重要差别。在本发明中每层的寻址通过光的波长调谐进行，而那些已知道的方案都是建立在用伺服控制激励器机械定位写/读光学设备的基础上。这样一来，在本发明中在波长调谐提供极其快速的随机访问的同时避免了机械的复杂性。
多层存贮的一个众所周知的问题是，当光传播到媒体里穿透相应位层或存贮层时，它必须越过插入的各位层。当光从这层向探测器传播时，同样地这些插入层必须被再次越过(用反射读的情况下)，或者，在相应层的相对面上的各层必须被越过(在用透射写的情况下)。这个问题已由IBM先前处理了。通过仔细地均衡在每层的反射特性，IBM推断；在实用系统中10层会是可行的(用反射读数据媒体)。有理由予料，通常在这方面很少需要以透射读的数据媒体。
根据本发明的光存贮媒体可这样设计，10个2μm厚的存贮层一起组成了三明治结构或存贮层堆，其中间层的每侧延伸10μm。在该体积内可实现或产生许多不同的结构。
(1)每层可以由产生载数据结构(即位点)的写光束来生成，位点确定在最初是均匀的20μm厚的块内的位层，在这种情况下每个载数据结构实际上将是在聚焦写光束中的高强体积元相对应的小体积元。
(2)另一方面，三明治结构的各独立层在制造时就被建造到数据存贮媒体里。例如通过嵌入染料分子，每层则被给定一特定光谱响应，染料分子与进入到在那个特定存贮层中的最佳焦点上的光的波长相匹配。这样，这个响应可以是在存贮层的不写状态时的窄吸收带中的选择吸收变到在被写光斑里的低吸收(脱色)。如果各吸收带很窄且不重迭，则除了相关层外的所有层将对这个波长上的光显得是透明的，由此便消除了对比度和串扰的问题。
关于所用的衍射光学元件，它们目前有若干产品中可用，并有为本发明所必需的质量和尺寸。
上述可见，根据本发明的光数据存贮媒体连同衍射光学元件的使用允许数据在存贮区中的真正的体积存贮和访问。在存贮区里，数据能被存贮在随机选取但在存贮区体积内的唯一可寻址位置，或被安排在存贮区中的各特定存贮层中。在两种情况下，所存贮的数据的访问也能被随机地和立体地进行。
权利要求
1.包含由基本上透明均匀的基底材料所构成的数据存贮区和在邻近数据存贮区的一侧面有许多光敏结构的光数据存贮媒体，其特征是，光敏结构是衍射光学元件，其被安排为将入射到数据存贮区的光束聚焦到一个或几个存贮区中的点上和/或将从这个点或这些点折回的光束或发射的光辐射聚焦到在光存贮媒体外的一点上。
2.根据权利要求1的光数据存贮媒体，其特征是，衍射光学元件是波带片透镜。
3.根据权利要求1或2的光数存贮媒体，其特征是，存贮区在透明表面层和透明衬底之间。
4.根据权利要求3的光数据存贮媒体，其特征是，衍射光学元件在表面层上。
5.根据权利要求3的光数据存贮媒体，其特征是衍射光学元件被嵌入表面层。
6.根据权利要求3的光数据存贮媒体，其特征是，衍射光学元件同表面层形成一体。
7.根据权利要求3的光数据存贮媒体，其特征是，在表面层和存贮层之间有一不透明层，这个不透明层通过吸收辐射能量是可破坏的。
8.根据前面的权利要求中的一个的光数据存贮媒体，其特征是，存贮媒体被设计成带，盘或光的形式，以及衍射光学元件被排列在带、盘或片的表面上。
9.根据前面的权利要求中的一个的光数据存贮媒体，其特征是，衍射光学元件以成行成列的形式被排列，于是衍射光学元件组成一个矩阵。
10.根据前面的权利要求中的一个的光数据存贮媒体，其特征是，存贮区包含一个或几个构成一个或几个性质不同的存贮平面的存贮层；这个存贮层或这些存贮层包含嵌入构成存贮层的衬底材料中的莹光染料分子，在每个单独的存贮层中的染料分子有不同的光谱响应，该响应与由衍射光学元件聚焦到这个存贮层上的光束的波长相匹配。
11.根据权利要求10的光数据存贮媒体，其特征是，一个或几个存贮层是部分反射或透射层。
12.根据权利要求10的光数据存贮媒体，其特征是，存贮层是与波长有关的反射或透射层。
13.在根据权利要求1-13的光存贮媒体中写数据的方法，其特点是引导一激光束到光存贮媒体上的衍射光学元件上，由此经衍射光学元件将激光束聚焦到存贮区中的一特定点上；通过在焦点上由激光束发射的能量引起在这个点上的原来存贮区里的材料中的物理或化学变化，由此数据承载结构被生成；将一数据赋给载数据结构，这个数据的值对应于在数据承载结构里的材料中的物理或化学变化程度，这个程度由依据预定的调整程序调制激光束来确定。
14.在根据权利要求1～13的光数据存贮媒体中写数据的方法，其中波长可调谐的激光器被利用在这个方法中，方法的特征是将一激光束引导到光学存贮媒体上的衍射光学元件上；调谐激光束波长，于是使激光束经过衍射光学元件被聚焦到存贮区中的一特定点上；通过在焦点上由激光束发射的能量引起在这点上的原来存贮区里的材料中的物理或化学变化，由此数据承载结构被生成；将一数据赋给数据承载结构，这个数据的值对应于在数据承载结构里的材料里的物理或化学变化程度，这个程度由根据预定的调制程度调制激光束来确定。
15.根据权利要求14的方法，其中存贮区是一种基本上均匀的原基底材料，方法的特征是调谐激光束的波长，使调谐度确定均匀基底材料中的一个或几个随机存贮层。
16.根据权利要求14的方法，其中存贮区由多个叠式的存贮层组成，方法的特征是，调谐激光的波长于是激光束被聚焦到在生成数据承载结构的特定存贮层里一个点上。
17.根据权利要求1～12的读出在光数据存贮媒体中的数据的方法，其中存贮媒体包含按照根据权利要求13的方法产生的数据承载结构，方法的特征是将光束引导到在光数据存贮媒体上的衍射光学元件上；于是光束被聚焦到在存贮区中的一特定数据承载结构上；借助在焦点上从光束发射的能量引起从数据承载结构来的可光探测响应有效，可探测响应对应于存贮在数据承载结构中的数据；通过衍射元件可将可光探测响应聚焦到在光存贮媒体外的光探测器上。
18.根据权利要求1～12的读出在光数据存贮媒体中的数据的方法，其中存贮媒体包含按根据权利要求14～16的方法产生的数据承载结构，方法的特征是将光束引导到在光数据存贮媒体上的衍射光学元件上；调谐光束的波长，于是光束被聚焦到在存贮区里的一特定数据承载结构上。借助在焦点上从光束发射的能量引起从数据承载结构来的可光探测响应有效，这个可探测响应对应于存贮在数据承载结构中的数据值；通过衍射元件将可光探测响应聚焦到在光存贮媒体外的光探测器上。
19.根据权利要求1～12的光存贮媒体中并行写数据的方法，其特征是引导由包括两个或多个可单独激活的激光元件组成的激光装置发射的两个或多个激光束通过光学装置并以不同的入射角到在光存贮媒体上的衍射光学元件上；调谐每个单独激光束的波长，于是激光束通过衍射光学元件被聚焦到同一平面上。所说的同一平面对应于在存贮区里的一特定的存贮层；借助在焦点上由每个激光束发射的能量引起在这个平面中的每个焦点上原来存贮层里的材料中的物理或化学变化，由此在这个平面内形成有同激光数目对应数目的数据承载结构；赋给每个数据承载结构一个其值对应于在数据承载结构中物理或化学变化程度的数据，这个程度通过根据预定的调制程序调制各个激光束来确定。
20.根据权利要求1～12的并行读光存贮媒体中的数据的方法，其中有利用的根据权利要求14的在光学存贮媒体中写数据的方法或根据权利要求19的在光存贮媒体中并行写数据的方法，方法的特征是引导从包括一个或几个有固定的或可调谐的波长的可选择激活的光源的照射装置发出的光束穿过光学元件并到一个或几个在存贮媒体上的衍射光学元件上；通过从一个或几个由在贮存区中的数据承载结构来的可光探测响应有效以及将可光探测响应穿过在数据存贮媒体反面上的另外光学装置聚焦到在光探测装置中的光探测元件上，所探测的光响应对应于赋给各个数据承载结构的数据值。
21.根据权利要求20的方法，其特征是，多个光源被利用在照射装置中，以便引导对应于所利用的光源的若干光束穿过光学装置；各个光束通过一个或几个衍射光学元件在不同的入射角上被聚焦，以便从被分配给一个和相同的衍射元件的若干数据承载结构并行产生典型的可光探测响应。
22.按权利要求21的方法，其特征是，被按排在照射装置中的光源构成矩阵。
23.根据权利要求21或22的方法，其特征是，各个发自照射装置的光束被同时调谐到不同的波长以便从被安置在光存贮区中不同平面或存贮层上的若干数据结构并行产生可光探测响应，结果除了并行读出存贮在在同一平面或存贮层上数据承载结构里的数据外，还得到并行读出存贮在不同平面或存贮层上的数据承载结构里的数据。
24.根据权利要求20～23中的一个的方法，其特征是，光滤波器被利用于数据的读出。
25.根据按权利要求1～12的光存贮媒体的读数据的方法，其中数据存贮媒体包含带有嵌入构成存贮层的基底材料中的莹光染料分子的存贮层，方法的特征是，为数据的读出，利用调谐到在每个单独的存贮层中提供的莹光染料分子的光谱特性上的波长的光。
全文摘要
在带有由透明均匀基底材料构成的存贮区并带有一些在这存贮区的一个面上的光敏结构的光数据存贮媒体中,光敏结构是能将入射到存贮区的一光束聚焦到一个或多个在存贮区的点上和/或将从这个或这些点折回的光束或发射的光辐射聚焦到在光存贮媒体外的一点上的衍射光学元件。在存贮媒体中写/读时,衍射光学元件被用于聚焦写/读光束以便分别地产生载数据结构或读存贮在这样的载数据结构中的数据。通过利用衍射光学元件的特殊光学性质,可能完成在光存贮媒体中的几个平行的或随机分布的存贮层里并行写/读数据,于是光存贮媒体提供真正体积存贮和相应的所存贮数据的体积访问。
文档编号G02B5/18GK1192819SQ96196243
公开日1998年9月9日 申请日期1996年6月24日 优先权日1995年6月23日
发明者H·G·古德森, R·M·尼尔森, T·内林斯鲁德, P·E·诺达尔 申请人:奥普蒂科姆公司