多层三维非线性光学数据载体以及在其中记录/读取数据的方法

专利名称：：多层三维非线性光学数据载体以及在其中记录/读取数据的方法
技术领域：
：本发明通常属于光学数据载体领域，并且涉及三维非线性数据载体以及在其中记录/读取数据的方法。
背景技术：
：现有的用于光学存储介质的方法是建立在使用反射介质的基础上的。因此，商业上可获得的光盘具有双层几何结构，其中两层之间的距离与激光束的焦深相比相对较大。转让给本申请的受让人的、公布号为WO01/73779的专利合作条约(PCT)申请，公开了一种用于在包含活性介质(activemedium)的巻(volume)中存储信息的非线性三维存储器。作为对能量基本等于第一阈值能量的光束辐射的响应，该活性介质能够从第一同分异构形变为第二同分异构形。在任意给定的巻部分中第一和第二同分异构形之间的集中度代表数据单元。所述PCT公布文本公开了一种光学存储介质，其包括二芳基二烯衍生物、三烯衍生物、多烯衍生物或其混合物.具有光敏基因的光学存储介质已经转让给本申请的受让人的多个PCT公布文本中公开，例如WO2006/0117791、WO2006/075326、WO2001/073779、WO2006/075328、WO2003/070689、WO2006/111973、WO2006/075327、WO2006/075329。非线性介质可以由单片板制造并包括如第WO2006/075329号PCT公布文本中所描述的各种添加剂。通常，记录过程比读取过程更加非线性。这种功能差别的使用也在第WO2006/075329号PCT公布文本中公开。
发明内容本发明涉及多光子存储介质中的记录(写入)和读取过程。这些过程通常需要大的激光功率密度，以记录用于在介质上存储信息的彼此隔开的标记的模式。此外，从已记录的标记得到的读取信号的质量取决于存储介质的调制变化。通常以如下目的对4丸行该记录和/或读耳又过程的光学系统进行配置，即，将激光-扫描光束聚焦至衍射极限斑上，该衍射极限斑对应于"理论上"最小的可能的斑点面积。实际上，当通过光学传递函数测量时，由光学系统形成的最小斑点通常仅略大于理论衍射极限。因此，术语"衍射极限斑"假定为包括激光-扫描光束的焦斑的理论衍射极限以及所述理论衍射极限附近的斑点。为了记录以高密度排列的小标记并且得到高的数据传送率，光学记录系统使用各种具有不同功率分布模式的激光。大多数包括激光二极管的激光光源自然地产生高斯功率分布模式的光。然后高斯模式可变形为其它的模式，例如，变形为在某些传统CD中使用的平顶光束，但是这种变形通常伴随着激光功率的损耗。在例如双光子介质的非线性光学介质的情况下，激光功率的损耗或浪费是不期望的，尤其是因为这种介质的记录和读取需要高的功率密度，例如百万或十亿watt/(cm)2的量级。因为非线性相互作用截面的位置非常低，因此利用衍射极限斑来记录和读取是非常重要的，这在激光束或其波前在均勾介质中传播时能够实现。然而，载体中的数据和/或格式标记的光学性质(包括不同的折射率、吸收和/或反射分布曲线)与空白介质的光学性质不同。这些光学性质的不一致性改变了记录和/或读取光束的光程和波前。这影响了光学系统生成衍射极限斑的能力以及记录和读取过程的性能。通常，记录过程比读取过程更加非线性，因此对像差更为敏感。焦斑的位置和焦斑的光能分布都受到光束的光程中的折射率变化的影响。光束可表示为由朝向光斑传播的各个光线组成，因此所述各个光线间的光程长度之间的改变确定了波前。产生的焦斑取决于由聚焦光学器件以及由光线穿过的介质作用到光线上的累加效果。通常，各种光线(光子)穿过介质中不同量的已记录和未记录区域。因此，所聚焦的光斑的累加像差与光线的光程长度间的变化有关。发明人已设法降低所述变化并且已经发现，对于记录过程而言，这可以通过使用有序的(非随机)的记录策略来完成。在多种非随机记录策略中，发明人选择了这样的策略，其通过可接受的焦斑像差并且容许可方便地实现的全部装置的参数。因此，本发明提供了一种用于在非线性光学介质中以这样的形式记录/读取数据的新颖的技术，即，在介质的虚拟层中分布的彼此隔开的数据标记的三维模式。本发明的技术能够明显地提高有效地可记录的以及可读取的数据层的数量，因此明显地提高了所存储的数据量。应当理解，本文中使用的术语"非线性介质"表示这样一种介质，即，在所述介质中，数据标记可通过多光子吸收过程记录，优选通过并发的多光子(例如双光子)过程。对于读取过程，介质可以为以下种类的介质，即，在该介质中，可通过探测来自由(并发的)多光子吸收过程激发的介质的荧光信号来读取已记录的数据。本发明中使用的光学介质可以是包括可光转换的(例如，可异构化的)物质的非线性介质，在该介质中，已记录的数据标记相对于其与询问光的光学相互作用，具有与介质中的周围物质不同的态。优选地，将介质选择为使得介质的数据标记区及其周围具有重叠的线性吸收过程的吸收峰，即，在两个异构态中的介质成分具有重叠的吸收峰。相互作用的光(即，用于记录和读取的激发光)的波长被选择为远离介质的主线性吸收光谱。介质响应光(焚光)的波长峰值，其可以由能够进行读取(读取信号)的多光子吸收过程(在具体的优选情况下，由并发的双光子吸收过程)激发，所述波长峰值比介质的信息吸收峰的波长优选长50nm,更优选长70nm,更优选长100nm。本发明中使用的非线性介质对于激发和受激波长(读取、记录和焚光的波长)基本上是透明的。记录至期望的调制深度的数据标记区与其周围(介质中空白或未记录的区)之间的折射率差非常小。对于优选对多个数据层基本上相同的给定的占空因数而言，介质的适当选择以及以最佳记录策略来操作能够在介质中生成大量的数据层，例如IOO及更多的数据层。根据本发明，通过从介质的上表面进入介质的记录光束(例如脉冲光束)来照亮所述介质，同时在一定的普通记录方向上通常单调地改变记录光束的焦平面深度，从而将离散的数据标记记录在所有的数据层中。所述普通的记录方向可以是从介质的上表面朝向下表面，或者相反的方向。"通常单调地改变记录光束的焦平面深度，，这一表达描述了一种适于应用在本发明中的非随机记录策略。所述记录策略的使用，与对在记录和读取光束通过介质传播期间影响焦斑质量的各种因素的理解有关。所述因素包括，除了其他因素之外，吸收引起的光束强度的损失、记录/读取光束在介质和光学器件的界面处的反射和散射以及不均匀性、记录/读取光束角度的偏差、光束在密集记录的信息层上可能发生的这是、其它的像差影响。所述多种因素能够导致焦斑强度的损失以及焦斑的^f象差。本发明的上述非随机记录策略便于消除或者至少明显地降低影响光束聚焦质量的效应。在普通的记录方向上焦平面深度通常单调地改变的记录策略至少能够以三种可能的方式来实施，其中两种方式为在相反方向上分别基本单调地改变焦平面深度，即，当从上表面开始以及从下表面开始逐一记录所有的数据层时，而另一记录策略是使得所有的数据层都以含有多个数据层的块的方式来记录。在后一种情况下，连续的块被依次记录，同时在普通的方向上(从或朝向上表面)改变焦平面深度，同时在相反的方向上或以任意的方式记录块中的连续层。对于通过块来记录数据层的策略而言，两个局部相邻的块之间的距离优选地大于同一块中的层之间的距离。光学记录/读取系统可包括像差校正光学器件，当逐块地改变记录光束的焦平面深度时，所述光学器件可以移动或者进行切换。在某些情况下，本发明的记录策略允许分别以强度基本恒定的记录光束和读取光束来记录和读取多个数据层。这不仅便于使用(例如，降低功率浪费，减少对照明源的功率动态范围的要求，允许使用更小、更便宜、更可靠的光源)，而且可以在读取过程期间防止不期望的记录效应(灰度化效应)。同样，所述记录策略允许对于所有的数据层在数据标记中生成基本相同的所需的调制深度。关于这一点，应注意的是"用于数据标记的所需的调制深度”意味着应该在标记及其周围实现的某个最小的调制深度。如下文将更具体地进一步描述的那样，调制深度取决于记录过程的分辨率和强度、以及读取过程的分辨率。因此，根据本发明的一个方面，提供了一种用于在其中记录信息的非线性光学数据载体，所述信息由在虚拟数据层中布置的彼此隔开的标记的模式来定义，所述数据载体包括含有这样一种物质的介质，即，所述物质能够由第一多光子过程激发，以从所述物质的第一态转换为第二态，其中所述物质的所述第一态和所述第二态对第二多光子相互作用提供不同的响应信号，所述物质在处于所述第一态和所述第二态时具有基本上重叠的线性吸收波长峰值，并且包含在所述第一和第二多光子过程中的第一和第二波长以及所述响应信号的波长位于所述物质在其所述第一和第二态中的线性吸收光谱峰值之外，所述非线性光学存储介质允许在其中产生多个数据层。所述响应信号可以是荧光信号。优选地，所述(焚光)响应信号响应信号的波长比所述介质的所述线性吸收峰值的波长至少长50nm，或者更优选地比所述介质的所述线性吸收峰值的波长至少长70nm，或者甚至比所述介质的所述线性吸收峰值的波长至少长100nm.所述数据载体可包含多个已记录的数据层，每一个已记录的数据层均包含多个4皮此隔开的已记录的标记。在本发明的某些实施方案中，对于所述多个数据层，所述已记录的标记配置有基本上相同的基本调制深度。在其它的实施方案中，所述数据层中的所述已记录的标记，在从数据载体的上表面(所述数据载体通过所述上表面暴露于读取光束中)开始的方向上配置有渐增的基本调制深度。增大的基本调制深度可利用以下方式实现，即，利用在从所述数据载体的上表面开始的方向上，在多个数据层中基本相同的已记录标记的基本尺寸、增大的荧光态浓度分布曲线对比度级别、以及对于多个数据层基本相同的间距基本尺寸，其中所述数据载体通过其上表面暴露于读取光束中。可选地，所述渐增的基本调制深度可利用这样一种已记录标记的模式来实现，即，其中第一数据层中的标记的基本尺寸大于第二数据层中的标记的基本尺寸；和/或所述第一数据层中的间距的基本尺寸大于所述第二数据层中的间距的基本尺寸。所述数据层可包括块的布置，每一个块均包括所述多个数据层。在这种情况下，所述块之间的间隔大于同一块中的数据层之间的间隔。本发明的非线性光学数据载体可包括约35-70个数据层，或者约71-150个数据层。根据本发明的另一方面，提供了一种用于在其中记录信息的非线性光学数据载体，所述信息以在虚拟数据层中布置的间隔开的标记模式来定义，介质包括这样一种物质，即，所述物质能够由第一多光子过程激发，以从所述物质的第一态转换为第二态，所述第二态与第二多光子过程的光学相互作用不同，其中当所述物质在所述第一态和所述第二态中时具有小的吸收相异性。根据本发明的另一方面，提供了一种用于在其中记录信息的非线性光学数据载体，所述信息以在虚拟数据层中布置的间隔开的标记模式来定义，介质包括这样一种物质，即，所述物质能够由第一多光子过程激发，以从所述物质的第一态转换为第二态，所述第二态与第二多光子过程的光学相互作用不同，其中当所述物质在所述第一态和所述第二态中时具有小的吸收相异性，所述非线性光学存储介质具有多个已记录的数据层，所述多个已记录的数据层配置有用于所述多个数据层的基本调制深度基本上相同。根据本发明的另一方面，提供了一种用于在其中记录信息的非线性光学数据载体，所述信息以在虚拟数据层中布置的间隔开的标记模式来定义，其中在至少一个第一层和至少一个第二层中，所述第二层比所述第一层更接近所述介质的所述上表面，所述数据载体通过所述上表面暴露于读取光束，已记录的标记的模式的特征在于以下内容中的至少一个在所述第一数据层中的标记的基本尺寸大于在所述第二数据层中的标记的基本尺寸；以及在所述第一数据层中的间距的基本尺寸大于在所述第二数据层中的间距的基本尺寸。本发明还提供了一种在三维光学数据存储介质中记录数据的方法，所述介质可由多光子吸收过程来记录，所述方法包括，通过从所述介质的上表面进入所述介质的记录光束来照亮所述介质，同时在一定的普通记录方向上通常单调地改变所述记录光束的焦平面深度，以记录在多个虚拟数据层中设置的彼此隔开的标记的模式。优选地，所述多个数据层的记录通过强度基本上相同的所述记录光束来实现。在本发明的某些实施方案中，所述多个数据层的记录包括，对于所述多个数据层，生成基本上相同的基本调制深度。在本发明的某些其它实施方案中，所述多个数据层的记录包括，生成用于所述多个数据层的基本调制深度，所述基本调制深度在从所述上表面开始的方向上基本上逐渐增大。后者可通过以下方式实现，即，通过在从所述上表面开始的方向上增加所述多个数据层中的荧光态浓度分布曲线对比度的级别，或者通过在从所述上表面的方向上增加在所述多个数据层中的所述基本标记/间隔的尺寸。所述荧光态浓度分别曲线对比度的级别的增加可以通过以下方式实现，即，通过利用记录事件之间的较长的记录事件和/或较长的时间间隔(timegap)来记录，以及当在所述至少一个第一层中记录时，利用所述记录光束和所述光学介质间的相对位移的较小速度来记录。所述基本标记/间隔的尺寸增大可以通过以下方式来实现，即，利用记录事件之间的较长的记录事件和/或较长的时间间隔来记录，以及利用所述记录光束和所述光学介质间的相对位移的基本相同的速度来记录。所述记录可通过以下方式进行，即，连续地记录所述数据层的多个块，同时在所述普通记录方向上单调地改变所述块之间的记录光束的所述焦平面深度。所述多个数据层的记录可包括，对任意改变记录方向的块的数据层进行记录。优选地，在逐块地改变记录光束的所述焦平面深度的同时，移动(重新调整)像差校正光学器件的位置。所述通常单调地改变所述焦平面深度可包括，在所述普通的记录方向上单调地改变所述焦平面深度，所述普通的记录方向可以是从所述介质的上表面朝向下表面的方向，或者是从所述介质的下表面朝向上表面的方向。优选地，所述记录光束的宽度被选择为大于用来读取所述数据层的光束的宽度。在本发明的另一方面中，提供了一种包括如上所述的数据载体光学介质和4元APD的系统，所述4元APD被配置用来〗果测可由并发的多光子吸收过程激发的、并能够用于读取的荧光信号。为了理解本发明并看到在实践中可以如何实现本发明，参照附图，现将仅以非限定性实施例的方式描述优选的实施方案，在附图中图1是盘状的非线性光学存储介质的剖面示意图2是图1中的盘状非线性光学数据载体的俯视图3是非线性光学数据载体的已记录部分的展开图4A至4C分别示出了本发明的、在其中具有已记录数据标记的光学数据载体的三个实例；图5A和5B举例示出了在本发明的非线性光学数据载体中的记录策略；图6a-6e示出了与光传播经过具有已记录数据层介质相关的某些效应的模拟结果；图7A-7C和图8A-8B分别示意性地示出了用在本实验中的两个光学介质结构；图9示出了使用本发明的技术得到的调制深度的实验结果；以及图10示出了适于用在本发明的数据层中的介质的光学性质。具体实施例方式参见图1,其中示出了一般由100表示的三维光学信息载体的示例性实施方案。载体100可以是单片盘状体，或者是由透明或半透明的聚合物材料102制成的板的组件，聚合物材料102例如是聚曱基丙烯酸曱酯(PMMA)以及包含丙烯酸脂和曱基丙烯酸酯单体的组合物。与聚合物102结合的是活性部分，该活性部分一经例如激光辐射104的电磁能量的相互作用，便能够将其状态从一个同分异构形转变为另一个同分异构形。信息在载体100上被记录为标记110的三维(3D)模式。标记110可以包括球形或椭圆形或椭圆的倾斜形状的标记。除了表示信息的光学记录的数据标记之外，伺服或格式化标记(未示出)的才莫式也可以压印或光学记录在载体100上。格式化标记的形状可以与^t据标记相似或者可以有时与之相同。虽然便于将标记110记录在多个"虚拟"层106上，但实际上标记IIO是被光学记录在载体100中的任意位置的。通常，沿着所谓的数据道202(图2)记录标记110，数据道202可以是圓形或螺旋形的轨道。设置在同一轨道上的标记110之间以及两个相邻轨道之间具有一定的距离(轨道间距)。两个相邻轨道间的距离或轨道间距可以在微米范围内。在沿介质IOO的轴向尺寸(厚度)设置的记录层106之间也存在一定距离。第一记录层和最后记录层之间、或者可以记录数据的边缘层之间的介质厚度T通常称为活性厚度。所期望的是有效地记录尽可能多的数据层("有效"意味着该记录允许进一步以足够高的信噪比读取数据)。原则上，可以在几毫米厚(l-6mm)的介质中引入数百个层。本发明利用在数据层内记录多种尺寸的数据标记以及数据标记间的间隔。标记的形状可以是椭圆形的或倾斜的。数据记录可以利用所谓的运转长度有限(RLL)数据编码技术的原理。例如，数据标记的尺寸可以是2T、3T，...，nT(其中T是以长度单位或相应的时钟滴答声来测量的)，并且该数据标记对应于不同的位序。由标记和间隔形成的才莫式可表示出信息，即，标记间的间隔也对信息起作用。例如，间隔的尺寸可以为2T'、3T',nT'。优选地，对于不同的位序，数据标记尺寸的增大值是相同的。在上述实例中，该增大值等于T。数据编码可以使用所谓的对称方案，意味着T=T'。编码方案也可以包括额外的特征,例如其可以要求标记出现的统计频率可以控制和/或间隔为一定的尺寸，例如DC自由编码。对非线性光学介质而言，数据记录和读取过程应该允许多次读取同样的记录数据。对于数据读取过程而言，其通过例如以连续的短脉冲来照亮介质并探测介质的非线性荧光响应来执行。记录过程旨在定义数据标记的尺寸(长度)和形状以及间隔的尺寸(以对应于所编码的数据)。读取过程旨在识别所述尺寸、形状以及间隔，以识别所存储的数据。其中，间隔由在所探测的读取信号序列中的调制深度来确定。标记的长度(或间隔的长度)由读取信号强度中的两个连续的上升-和-下降以及下降-和-上升事件之间的时间间隔来确定。在光束通过介质传播的同时，基于对光束行为(记录和读取光束以及荧光响应)的理解，选择记录策略以提供有效的记录(即，允许对数据进行编码以及进一步读取数据)。所述记录策略应生成基本上相同的、所需的、基本的介质调制深度，该调制深度包含用于所有数据层的数据标记和间隔。因此，可以理解以下内容调制深度通常#皮定义为以下比率M=PMAX-PMIN/PMAX其中PMAX和尸M/w分别为来自已记录的^:据标记和空白区(间隔)的荧光响应强度；或者在某些情况下被定义为以下比率PMAX-PMIN/PMAX-PMIN上述两个定义间的关系为m=M/2-M读取过程的调制深度取决于以下参数读取信号的探测分辨率以及所探测的读取信号的强度分布曲线。所探测的读取信号(荧光信号)的强度分布曲线由以下因素决定已记录的数据标记形状(尺寸和几何形状)、在该数据标记内记录的局部效应分布(态浓度分布曲线)以及焦点处的读取光束的强度分布。调制深度的特征在于记录和读取过程的特性，尤其是上述过程的非线性，并且调制深度由光学传递函数(OTF)来探测。对于尺寸在光学系统的衍射极限附近以及小于该衍射极限的标记而言，荧光信号对比度将迅速地下降。这是因为当开始从周围的间隔中收集信号时，OTF将从低于分辨率的较小的标记开始提供读取信号，其中该分辨率与间隔的反差较小。对于非致像差(non-aberrating)介质和光学系统，该极限约为衍射极限。信噪比(SNR)是随着调制深度单调变化的。记录更大(更长)的标记能够增大读取信号的SNR。应注意的是在单片介质中记录椭圓形或倾斜标记的性质之一为，已记录的标记的折射率变化(如果有的话)并不突然(例如物理层之间的变化)，这是因为对于椭圓形标记而言，标记与其周围的间隔之间的至少两个态的集中度之间的转换是连续的，态浓度分布曲线通常近似为高斯曲线，因此来自标记的反射和散射较弱。如将在下文中进一步更具体地描述的那样，利用椭圓形或倾斜标记的记录会影响读取信号。鉴于上面对焚光信号对比度取决于OTF和标记-间隔模式、以及RLL记录原理的解释，发明人发现，在数据层中，通过控制尺寸为基本(最小)标记尺寸的标记以及尺寸为基本(最小)间隔尺寸的间隔的调制深度，以控制介质标记和间隔的调制深度是适当的。如上所述，在光学存储中使用多种尺寸的标记和多种尺寸的间隔，以便利用有限的离散的尺寸集合进行数据编码(以及向伺服系统发信号)。对于上述实例而言，所述基本标记尺寸和基本间隔尺寸将分别为2T和2T'。更长或更大的标记将距离衍射极限更远，并将因此提供更高的OTF。因此，在具体的层中，所有在该层中被使用的标记类型和间隔类型之中，在该层中系统所使用的最小标记和最小间隔提供了最小调制深度(和最低SNR)。在工作系统中，这些最小(基本)的标记和最小(基本)的间隔的调制深度应等于或大于该层所需的最小调制深度。最小标记及其调制深度也足以反映该层通路容量，该通路容量与在该层中能够记录多少最小标记和间隔直接相关。因此，能够以多种方式定义某一层中"所需的数据标记的调制深度"，以方便参考在该层中使用的基本(最小)标记的调制深度，并考虑到读取光束和读取信号的固有像差，同时在光学数据载体中，例如，介质缺陷以及如将在下文中详述的由数据层形成的固有像差。对于多层光学介质中的读取过程来说，该过程包括使读取光束穿过一个或多个数据层，其使得焦点处的读取光束的强度降低，并且在某些情况下使得读取分辨率降低(焦点处的读取光束的宽度增大)。这发明人已发现，在数据标记和间隔区之间的折射率差异很小(导致每层的像差较小)的介质中，焦点处的光束强度的降低变为更明显的、影响读取过程性能的效应。发明人已发现，相比于增大上层的读取光束强度，在读取期间可以通过增大下层的读取光束强度来提供对上述效应的部分补偿。然而，适当地选择记录策略将允许以基本相同的读取光束强度来执行读取过程。发明人已进一步发现，对于在从介质的顶部到底部表面的方向上的记录事件而言，可以通过以变化的条件来执行记录过程而至少部分地补偿上述效应。这一点能够以两种方式来实现通过增大记录的局部效应以及通过"增大分辨率"，即，意味着增大如上所述的标记和/或间隔的基本尺寸。在相同的数据标记尺寸内，记录的局部效应(荧光态浓度分布曲线对比度)的增大可通过某些数据标记尺寸内的更长的记录事件来实现，这样将使得异构化的发色团的局部浓度增大。实际上，这可以通过适当地控制介质和记录光束之间的相对位移(例如降低介质转动的速度)来实现。标记和/或间隔的基本尺寸的增大可以通过延长记录事件来实现，从而允许增大标记/间隔尺寸(例如对于给定的介质转动速度，延长记录事件)。就记录过程而言，如果从介质的上表面向其下表面推进，则上述效应(焦点处强度的降低以及某些情况下焦点处记录光束宽度的增大)也与记录光束相关。因此，通常，记录的局部效应的增大(利用相同的标记尺寸)可以通过增大记录光束的强度来实现。然而，发明人已发现，使用适当的非随机记录策略(如将在下文中进一步更具体地详述的那样)允许以基本恒定的记录光束强度方便地且因此优选地记录多个数据层。同样应该注意的是，因为记录过程的非线性程度可能比读取过程更高，因此记录光束可能对这些效应更为敏感。可选地，记录过程可沿着从介质的底部到其上表面的方向推进。因此，一般说来，所述记录策略利用了聚焦深度在某一普通记录方向上通常单调变化这一特点。所述通常单调的记录策略的实例是自下而上进行记录的，在该策略中多个层逐一地连续记录。就非线性光学介质而言，在这种介质中的数据能够通过同时发生的多光子吸收过程来记录，并且优选地能够通过同时发生的多光子吸收过程来读取。例如，这种介质可以包括能够异构化的物质，其中，记录的数据标记与介质中的记录的数据标记周围的物质相比具有不同的异构态。存在几种非线性地存取非线性响应材料的机制，该响应材料的双光子吸收是优选的，其它的过程，例如将双光子吸收与激发态的额外吸收结合(He等人，J.Phys,Chem.A,104，4805-4810,2000)也是本领域公知的。本文描述的光学介质的记录方法和光学介质的结构也适用于这些材料。本发明一方面在于利用以预定次序进行记录的能力(即，以预定的记录策略)，以克服上述由已记录的层引至光束焦斑的像差问题，其中所述光束的波长用于进行记录，然后利用可与记录波长相同的第二波长进行读取，并且使一个或多个读取光束具有减少/可控的像差量。对最优的记录策略而言，应该考虑记录光束通过介质传播的各种因素。下文是对可能影响记录光束传播的各种机制的解释。让我们考虑从介质上表面的方向上推进的记录过程(即，距离光学记录单元更近的表面)。在这种情况下，当前已记录的数据层由通过介质巻的记录光束来存取，该介质巻在其上方包含之前已记录的数据层。聚合物材料102中已记录的巻或标记的折射率与未记录的或空白部分的折射率可能不同。如图3所示，即使这些已记录的部分(标记110)的折射率与介质102的空白部分的折射率之间的差异较小，其也会改变记录和/或读取光束104的光程和波前。所述光程(波前)的改变影响记录和读取过程的性能。在非线性光学介质上，尤其是在多光子(例如双光子)介质上记录和读取数据，需要极大的激光功率密度。为了达到该密度，记录和读取过程通常由衍射极限斑以及由具有高斯功率分布的激光束来执行。如果光子(光线)的光程或波前的畸变小于1/4入，则可能形成衍射极限斑。因为累积的波前误差是由聚焦光学器件以及由激光束穿过的介质102引起的光(光子、光线)程差的总和，因此由聚焦光学器件和介质102中的每一个所引起的波前畸变误差应更小。虽然实际考虑的结果显示对于非线性光存储介质来说1入的极限是可接受的，但是惯例表明介质102由低于0.25入或者甚至低于O.l入的畸变极限引起，其中入是记录/读取激光的波长。通常，在例如介质102(图l)的空白介质中，可能满足这一要求。然而，如图3所示，图3是非线性存储介质载体IOO的已记录部分的展开图，当读取或记录激光束104在(m+l)层上操作时，其通过m个已记录的层进行传播。出于演示的目的，在图中仅示出了三层。激光束104与标记110相遇，标记110的折射率与介质102的其余部分的折射率不同。穿过已记录的标记的光线的光程长度与未穿过已记录标记的光线的光程不同。光程长度是光线传播的几何距离与折射率的乘积。如果介质载体100中已记录的部分或标记IIO与空白的或未记录部分102间的折射率差别为An,且标记110的相应的有效尺寸为d，则随后相比于穿过介质载体IOO的空白区域，穿过单个标记或层的具体光子(光线)304的相变可表示成27rd*An/(入)。在该表达式中，d*An为标记的有效光学厚度。对于高数值孔径光学器件而言，如光线314所示的相变将特别大。在实际情况中，当激光(光)束104聚焦在(m+l)层上时，光束104必须在光束传播方向上穿过在m+l层之前的m层。每一通向m+l层的光子(光线)，将穿过已记录的标记和介质102的未记录的部分，直至到达m+l层。如果光子(光线)在单层中与已记录的标记相遇的统计概率为P，则平均每个光子(光线)将穿过m承P个已记录的标i己。并非所有的光子(光线)都将穿过介质102中相同数量的已记录和未记录的部分。因此，对于穿过已记录标记的光子，光程长度的统计变化将在一级近似中与(m*P*(1-P))1/2成正比。在密集的记录介质中，单个已记录层的厚度接近或等于已记录标记的有效光学厚度d。上述表达式并未说明由以下因素引入的额外干扰读取/记录光束的某些反射、由密集记录的信息层引起的衍射、读取和记录光束角度的变化，其中，该角度的变化最有可能使穿过所有m层的光子(或光线或波前)的相位变化略微增大。(在本申请的正文中，光波前相变有时是以绝对相变单位测量的，并且方便地或者常规地以例如入、1/4入、0.15入的波长分数来建立。为了在这两个表达式之间进行转换，将绝对相变乘以λ/2π,并且2π的相变变化量对应于lλ)。为了保持通过具有多个已记录层的介质102的衍射极限斑，上述表达式的值应小于1λ或者小于0.25λ，并且甚至如果该值小于0.05λ则更好。所关心的其它盘状参数为两个相邻的已记录层(例如m-l和m或者m和m+l)间的距离L,该距离L可与已记录标记110的尺寸d相当或者与其数量级相同。假定距离L等于已记录标记110的尺寸d或者大于d是合理的。为了记录多个数据层，同时在通过介质以普通记录方向扫描记录光束，可以对记录策略进行选择，以便对于所述多个数据层以基本相同的基本标记/间隔尺寸来记录数据。在这种情况下，可对基本尺寸的数据标记和基本尺寸的间隔进行编码，以使得在所有层中提供的介质调制深度基本上相同。这在图4A中进行了举例说明，其中图4示出了具有多个已记录数据层的光学数据载体1000，图中示出了两个这样的层Li和L2，其中层L2距离介质的上表面更近。如图所示，层L,中的数据标记1Vh和间隔Si的基本尺寸基本上与层L2中的基本数据标记尺寸M2和间隔S2相同，并且层！^和L2中的基本标记的态浓度分布曲线(记录的局部效应)基本上相同。在这种情况下，为了得到用于读取过程的期望的调制深度，读取过程强度将必须由介质的上表面(与光学系统更近的面)朝向介质的底面推进。该方案可优选的是记录强度朝向底层逐渐增大。图4B和图4C举例说明了无需在强度朝向底层增大的情况下进行读取的数据载体结构。图4B示出了具有多个已记录数据层的光学数据载体2000。在图4B中示出了两个层L、和L'2，其中层L'2距离介质的上表面更近(朝向光源)。这种结构基本上与图4A的结构类似，即，层L、中的数据标记M、和间隔S',的基本尺寸基本上与层L'2中的基本数据标记尺寸M、和间隔S'2相同。然而，与上述器件1000不同的是，在器件2000中，层IA中的标记是以更高的平均态浓度分布曲线(记录的局部效应)记录的。这可以通过利用与层L'2的记录条件不同的记录条件来记录层L’1而得到，即，利用所谓的"更强烈记录"来记录层L’1,所述"更强烈记录，，可通过更长的记录事件并由介质和记录光束之间速度更低的相对位移(例如介质的转动更慢)来得到。因此，在图4B中的上述实例中，由于在更深的层内，荧光钛浓度分布曲线更高，因而当更深地聚焦进介质中时，位于焦点处的读取光束的强度的降低至少部分地通过增加读取信号的对比度得以补偿。图4C示出了由不同的记录策略产生的光学数据载体3000，其中对于多个数据层以变化的标记/间隔基本尺寸来记录数据。多层的光学数据载体3000被示出，在图中示出了两个层L”1和L"2，其中层L"2距离介质的上表面更近。在此，层L”1、中数据标记M”1、和间隔S"1的基本尺寸大于层L"2中数据标记M"2和间隔S"2的基本尺寸。这可以通过在介质中以更长的记录事件以及基本上相同的介质转动速度m记录更深的层而得到。因此，在这种情况下，由于数据标记的尺寸更大，因而当更深地聚焦进介质中时，焦点处的读取光束的强度降低至少部分地通过增加读取信号的对比度以及因此增加读取信号的对比度而得以补偿。应注意的是在部分已记录的载体中，上部的层将提供更好的调制，以允许更简单的数据获取。应注意的是，在图4B-4C的实例中使用的记录策略的原理可以进行组合(即，以更大的基本尺寸和更高的局部记录效应来记录更深的层)。利用这些记录策略中的任意一个，对于读取更深的层而言，读取可利用渐增的强度。发明人将优选的最小调制深度选为约0.1、优选为0.15、更优选为约0.3、最优选为高于0.5,并且调制深度的变化为50%、更优选为25%,甚至更优选为10%。如已提及的那样，介质可以由两个或更多的单片板形成，该单片板相互结合并且在其中间具有可重复记录或者压印的参考层。在这样的情况下，单片板之间的物理界面可使穿过的光束的像差效应急剧增大。因此，这可能降低SNR，而SNR不仅取决于调制深度，还取决于信号振幅。本发明人的记录和读取策略以及介质也适用于这些情况。尤其是，本发明人能够设定每个单体板本身所需的调制深度，因此补偿在焦点处记录和读取光束的强度的降低。在这种适合的方法中，本发明规定所需的调制深度朝向底部通常成块(block-wisely)增加。例如，块可以为20、50、甚至100层厚。上述改变记录条件的效应中的任意一个均可以通过多种记录策略来实现，所述多种记录策略建立于在普通的记录方向上，以通常单调地改变记录光束的焦平面深度进行记录的基础上。这可以通过使用这样的记录策略来实施，即，使得多个数据层在从至少一个第一层到至少一个第二层的普通记录方向上进行记录，其中第二层到介质上表面的距离比第一层更近。也就是说，记录过程从介质的底面向上表面推进。从底部到顶部记录的多个层，可以是介质中从底部到顶部单调地改变焦平面的深度而记录的所有层，或者是多块的层，其中每一块的多个层都乂人其底部到顶部进4亍记录，同时在相反的普通记录方向上记录连续的块。这些是利用焦平面深度通常单调变化的记录策略。上述记录策略(从底部到顶部)在图5A和图5B中进行了举例说明，其中数据从层m+l开始记录，并推进至层m、m-l等等。关于数据读取过程，应注意以下内容。读取必须从任意的记录层进行，并且读取斑点的尺寸增大50%将严重降低可靠性或者数据读取过程及数据传送速率。此外，如果读取机制包括需要高光子密度的非线性光学过程，则斑点尺寸的增大将减少有用的信号并降低信噪比。非线性光学存储介质，尤其是双光子介质支持多数据擦除/记录；设置在之前已记录的层之间的一层或多层可以被擦除，并且可以记录新的(不同的)信息以代替被擦除的层。在这种情况下，记录激光束104必须穿透在已擦除部分之前的且具有不同折射率的多个层。实际的数据记录考虑因素，允许设计出折射率变化有限的记录方法，建立相邻的已记录层之间的最佳距离以及非线性光学数据载体的活性厚度。在自由的、未受具体记录限制的层中，在双光子介质中的记录将导致层的厚度比已记录的标记110(图3)的适当尺寸大2至4倍。已记录的标记110的物理尺寸(可以是0.5至15微米)可与记录光束的波长相当，并且在介质中的记录层的厚度(其未对层的厚度加以限制)通常可表示为d/X=1-20。然而，期望以更低的比率工作，例如2或5。非线性光学存储介质为密集记录介质，并且取决于已记录的数据量，激光束与已记录的标记相遇的概率为P=0.1-0.7(每层)，对于已记录的层该概率更典型地为0.2-0.4。在本发明的上下文中，已记录的标记是指这样的数据或伺服标记，即，其无须位于记录轨道上并且无须位于由数据标记形成的同一虚拟层(或表面)上(例如参见WO2005015552和WO/2006111972)。在本文中，因为盘的结构可以比简单的层更为复杂，并且基本逻辑单元可以是块(该块的厚度可以容许例如2、4或6层厚的几层)时，因此可以将P看作是在盘的薄巻中穿过已记录的标记的概率。对于最佳介质来说，可允许的折射率变化条件目前通常可以用公式表示为2tt*(d/λ)*(m*P*(l-P))1/2*An<l*27T，其中右手边为绝对相变并且2tt因数可以抵消。假定d/入比率的范围是1至20，并且在单层中与已记录的标记相遇的积无率为P=0.1-0.7，则能够记录m层的折射率变化不应大于l*(m*0.7(l-0.7)1/2*An<l。如前所述，为了达到更佳的结果，期望波前(光路)畸变不超过0.25X、甚至不超过0.15入、或者甚至不超过0.05入。这种关系允许估计折射率变化的极限，该极限支持在非线性光学存储介质中已记录层106的可能最大数。因此，选择所列出的参数的极值，折射率变化的最大容许值将导致介质中已记录的层数最少。如果能够达到引起波前畸变较小的、较低的折射率变化的值，则已记录的层106的数量可以增大。测量空白的盘状介质的光学性质，包括对折射率的变化进行测量或者等同地在行材料中进行测量，从而可以确定哪些空白的容量会高于其它空白的容量。能够在介质中记录的层数的最大值定义了介质容量。这种方法可以用于产品质量控制过程中。因此，优选按照以下方式来选择介质，即，使得介质100中已记录的部分(标记110)与介质102中未记录的部分之差不超过1/(K*(已记录的层数的最大值)1/2),其中K为常数，并且与折射率变化、已记录的层数、击中已记录标记的概率以及某些影响光通过非均质材料传播的其它因数/性质成正比。因为由最小化的折射率变化所支持的介质中的层数以及层间的距离变为已知的，所以该方法进一步支持三维光学存储介质100的活性厚度T的确定，其中T是第一与最后的(边缘的)已记录层之间的距离。假定两个相邻的已记录层106之间的距离等于相应的已记录标记IIO的尺寸，则活性厚度T将等于层数m与两个相邻的已记录层106间的距离L的乘积。因此，活性厚度T，或者边缘层之间的距离，等于或小于L乘以(K*(介质中已记录与未记录的部分之间的折射率差异))2。如上所述，非随机记录策略的适当选择是建立在对各种影响记录光束传播过介质的效应及其对数据标记模式的影响的理解的基础上的，而对数据标记的影响则依次决定读取过程的性能。已经引入了计算机模拟以理解由多个数据层引起的像差效应，并且开发了用于记录和读取的方法以及多层非线性介质结构。首先，发明人已经考虑了光束(记录光束)光程中的大相位掩模的影响，其中这种掩模相对于光束传播方向位于聚焦透镜的上游或下游。在由发明人进行的模拟中，使用数值孔径NA=0.5的聚焦透镜。应注意的是，该模拟对NA相对不敏感，并且，因为来自常规光栅的最有效的衍射是利用准直光束而形成的，因此对于常规衍射光栅而言NA越低，情况则越差。在模拟中，因为介质中的散射和反射均不真实，因此只考虑强度畸变的变化。所有的实例都是利用半径为1500um的光束孔径来模拟的，并且强度从周边到中心变化约2.5倍(即，在接合透镜之前，穿过光束截面的强度变化相对较小)。相位掩模设置在孔径和透镜之间。对不同尺寸、不同相移、以及相对光束的不同位置的相位掩模进^亍考虑和叠加，以才莫拟光束波前的随机相位畸变的大斑点(patch)的态。似乎该结果应显示出对所关心的多层结构所观察到的影响。图6a-6c示出了最终获得的几个这种模拟运行的焦点峰值图像。例如，相移掩模可有效地等同于可增加到聚焦透镜中的凸出和倾角缺陷的效果。在透镜上(如果存在的话)，这种凸出和倾角将导致聚焦的某一强度转移至与主峰值相距有限距离的多个位置。与图6a-6b非常相似的图6d和6e，示出了多层结构模拟(50个随机层)的结果。上文说明了以下内容对于宏观的随机系统，畸变及其影响的特征在于中级尺度的有限相关长度。甚至在完全随机的散射系统中仍存在有意义的有限传播相关长度。类似地，对于光束前部的随机相位畸变，存在特征相关长度。更简单地说，总是存在取决于变化速度的连续畸变。存在某一中等尺度(大于微小尺度)，而在其上的变化较小。考虑贯穿光束直径的相移畸变的结果，该结果由通过多层盘结构的传播产生，应该注意以下内容。因为多层结构具有内部次序，例如使用某一组标记尺寸、层和轨道间距之间的距离，因此相移将具有实质的相关长度，之后明显的影响将类似于在光束路径中引入有限尺寸相移掩模的影响。模拟结果已经示出了第一随机的多个小的次峰远离中央焦点峰扩散，并因此降低了中央焦点峰的强度，并且仅在稍后(在介质中更深)中央峰的加宽变得明显。这可以在图6a-6e中看出。在上文的多层结构模拟中，每一层均由4个光栅的结合组成，每个光栅的周期和方向均不同。例如，50层的系统利用200个不同光栅的结合来模拟。更具体地，在模拟中使用了参数^Kd/X!)An;对于有效标记厚度d，由光束累加的相位是exp[i27rd/X]=exp[i27rdn/VI，其中X=Xo/n。在层上光束前部(穿过介质)的部分之间累加的相对相移4艮好地近似为exp[i27T幻。与在模拟中使用的光学介质相关的$的数值在0.005-0.05范围内。以下内容是随着模拟的光束穿过的层数的增加而观察到的；(i)焦点处的强度随层数增加而按指数规律降低；(ii)首先，峰值宽度基本保持为常数，随后，当明显的相位畸变累加时，聚焦的中央峰开始变宽，并且甚至分解为较宽分散的分布。这在峰值强度降低为初始强度的50%之前是观察不到的。因此，为了获得允许数以百计的数据层具有相同的分辨率的介质，要求已记录的标记与其周围之间的折射率变化较小。然而，应注意到，如果在多个层中需要相似的数据强度，则即使折射率变化非常小，在焦点处对读取强度损耗的补偿也可能不够。一般而言，对于实际层数的估计，应该考虑额外的因素来补偿焦点处的强度损耗，例如其它系统像差的累加以及可获得的用于记录的功率。根据下式来估计指数衰减因数<formula>seeoriginaldocumentpage28</formula>因此可以得到<formula>seeoriginaldocumentpage28</formula>其中PN是焦斑处的强度lN与初始强度Io之比，使用对IO层的模拟结果来推导出几个不同相移值$的层因数"U"。然后，U的各个值用来预测在传输过30层和50层之后的峰值高度，并将其与30层和50层的实际模拟作比较。这一点总结在表l中(上标为层数)。表1<table>complextableseeoriginaldocumentpage28</column></row><table>表l中示出的结果表明在自身一致性方面的精确性高于10%，并且下文所示的结果示出了与实验的合理配合。因此，峰值高度降低对于层数的指数依赖被确认为第一近似值。通式1^可用于预测在任意层数情况下的峰值高度。表1示出了对100层和300层的预测。因此，焦点峰值强度显然随层数增加而按指数规律衰减。对于An=0.008的介质材料，即使利用300层也没有太多问题。但是，在100层上的强度便已经以1/2的倍数降低。因此，当设计具有尽可能多的数据层的光学数据载体时，需要确定每层的"u"值，以识别对于任意具体需要的层数N、在可控的材料性质An大小上的实际限制。介质中折射率的变化非常低，因此优选使用以更强大的可测方式反映每层的折射率变化或强度损耗的其它测量方法。以下内容是在非线性介质中记录多层以及测量标记调制深度的像差影响的实验结果的某些实例。使用的介质包括单片板10%w的MeAA(丙烯酸3-{4-[1，2-氰-2-(4-曱氧基-苯基)-乙烯基]-苯氧基}-丙基脂)，20%w的eMMA(2-曱基-丙烯酸3-{4-[1,2-氰-2-(4-乙氧基-苯基)-vinylj-苯氧基L丙基脂)，50%w的TCLP(2-曱基-丙烯酸3-(2,4,6-三氯-苯氧基)-丙基脂)，10%w的EDGMA(聚(乙二醇)二曱基丙烯酸酯)，10%w的TBEC(三元醇-丁基过氧2-乙烷基己基碳酸盐)以及10%w的MeMMA(2-甲基-丙烯酸3-{4-[1，2-氰-2-(4-曱氧基-苯基)-乙烯基]-苯氧基}-丙基脂)。对记录方案进行优化，以便以极少的缺陷进行记录。使用以下参数NA0.7;二极管泵浦固体激光器(晶体激光器)，其于671nm发射，峰值功率(PP)为21W且半最大值全宽度(FWHM)为22ns;脉沖能量(PE)为460nJ;标记记录速率66标记/s;标记间距1.5微米且如下文将会示出的那样，标记FWHM约为0.6微米，对于每一个层横向尺寸提供的基本固定的记录占空因数(在块中的已记录层中)约为16y。(0.6/μm标记尺寸(FWHM)/1.5/μm周期)；层间距4-5/μm;并且当记录多块时，块间的距离为lOμm。当逐块地执行记录过程时，光学装置的球面像差校正器被适当地调整。在z曲线(当朝向介质传播时，记录光束的光轴)最佳位置附近的焦斑上，球面像差效应的小的变化可能对优化深度的每一侧记录三层，因此允许在每一块中记录几层而无需再调整球面像差校正器。通过使用精确的压电调节器，每一记录块的横向尺寸限制为100微米乘100微米。首先针对用于记录一个块(几层)的各种参数，对记录过程进行测试，直到记录过程可重复。实验l-记录两个块(14层)参见图7A-7C,其中图7A示出了由两个块形成的光学数据载体，每一块均包含七个数据层，图7B示意性地示出了用于记录这些层的记录方案，图7C示出了用于每一单独层的记录方案。在该实验中，使用上文提及的折射率n约为1.5的介质。因为光学NA为0.7且介质折射率约为1.5,聚焦在介质巻中的记录光束的会聚角6为tan0=O.5(参见图7B)。关于这一点，应注意的是优选使用由大数值孔径的光学器件产生的会聚记录光束来记录标记。这是因为当光束传播到其焦斑上时，应优选地使光束明显地散焦，否则会引起不期望的记录。多光子过程的使用基本上确保了在焦斑外的任意发射或者在例如由有效的光栅形成的相似量级斑点外的任意发射对介质没有影响。因此，当记录光束聚焦在最底层上时，所有会聚到焦斑上的记录光束的光线都经过在上述层上方的约IO个已记录的层，当前记录光束在最底层上聚焦，而只有该光线中某些(例如，中心光线)穿过3个上部层。也就是说，对于那IO层来说，具有光束的层剖面的占空因数为已记录层的占空因数。当记录光束聚焦在最底层的中部时，额外的3层部分地覆盖光束。因此，使用本实验的记录程序，可以测试由通过O至13层的连续记录引起的调制深度的改变。这种记录14层的结果总结在表2中。表2<table><row><column>层#</column><column>调制深度[%]</column><column>标记FWHM[um]</column></row><row><column>块1</column></row><row><column>1</column><column>10.6</column><column>0.55</column></row><row><column>2</column><column>11</column><column>0.6</column></row><row><column>3</column><column>11.4</column><column>0.6</column></row><row><column>4</column><column>8,9</column><column>0.53</column></row><row><column>5</column><column>8.4</column><column>0.61</column></row><row><column>6</column><column>9.7</column><column>0.6</column></row><row><column>7</column><column>8.45</column><column>0.52</column></row><row><column>块2</column></row><row><column>8</column><column>6.7</column><column>0.63</column></row><row><column>9</column><column>7.3</column><column>0.55</column></row><table><table><row><column>10</column><column>6.3</column><column>0.68</column></row><row><column>11</column><column>9.44</column><column>0.64</column></row><row><column>12</column><column>8.7</column><column>0.53</column></row><row><column>13</column><column>8.5</column><column>0.47</column></row><row><column>14</column><column>8</column><column>0.46</column></row><table>如表2所示，最底部的(最后记录的)层的调制深度为8%且数据标记尺寸为0.46jam。在统计上观察到每层的调制深度缓慢降低0.22%。实验2-记录21层(深度为三块)参见图8A和图8B。图8A示出了由8块(每块包含7层，100/xm乘100/xm)的布置以及在所述8块布置下面居中的一块所形成的光学数据载体。图8B更具体地示出了所述8-块的布置以及制造这种数据载体的记录方案。这种布置使得当记录光束聚焦在最底层记录时并在更低块的中间较低层处居中时，光束会聚导致光线在所有层的上方通过。记录过程从4个上部的块开始；然后改变目标设置并记录接下来的4个块。在此之后，再次改变目标设置并且记录最后的块。这种21层的记录和样品读取的结果在表3中示出。表3<table>complextableseeoriginaldocumentpage24</column></row><table><table>Complextableseeoriginaldocumentpage32</column></row><table>如表3所示，最后一层的调制深度为8.6%。在统计上，每层的调制深度均緩慢降低，即，每层降低约0.14%。实验3-100层实验在本实验中，在从介质的上表面开始连续记录14个七层的块以及另外的2层。在记录之后，读取每块中的至少一层以确保已记录数据的完整性。对已记录的层进行取样；调制深度和标记尺寸的结果在表4中示出。调制深度的变化在图9中以绘图的方式示出。表4<table><row><column>层#</column><column>M,%</column><column>标记μm</column><column>层#</column><column>M，％</column><column>标记μm</column></row><row><column>1</column><column>11.28</column><column>0.61</column><column>42</column><column>10.15</column><column>0.52</column></row><row><column>4</column><column>15.42</column><column>0.64</column><column>49</column><column>9.62</column><column>0.58</column></row><row><column>7</column><column>12.62</column><column>0.6</column><column>56</column><column>8.5</column><column>0.56</column></row><row><column>8</column><column>10.35</column><column>0.55</column><column>63</column><column>9.41</column><column>0.46</column></row><row><column>11</column><column>13.38</column><column>0.49</column><column>70</column><column>10.35</column><column>0.6</column></row><row><column>14</column><column>10.55</column><column>0.66</column><column>77</column><column>10.15</column><column>0.55</column></row><row><column>15</column><column>8.3</column><column>0.49</column><column>84</column><column>9.28</column><column>0.58</column></row><row><column>18</column><column>8.23</column><column>0.52</column><column>91</column><column>11.09</column><column>0.63</column></row><table><table><row><column>21</column><column>10.98</column><column>0.47</column><column>98</column><column>11.1</column><column>0,49</column></row><row><column>28</column><column>9.3</column><column>0.65</column><column>100</column><column>10.6</column><column>0.49</column></row><row><column>35</column><column>8.98</column><column>0.55</column></row><table>如表4所示，开始时，调制深度随介质深度的增大而降低，在~20层之后，调制深度似乎稳定在10%附近。当通过多层的记录朝向第100层的记录推进时，因为多数光线通过在侧面穿过已记录的层堆而到达焦斑，因此在上部块/层附近的光线的模糊变得较弱。光束在其朝向焦斑传播的过程中所受到的干扰的量接近稳定值。该干扰对于竖直光线比对于从侧面到达光斑的光线更加明显。从该实验中可以得出两个结论。第一个结论为对于顶-至-底的记录，除非采取特殊的测量(使用更长的记录脉冲、更高的激光功率等)来防止调制深度降低，否则调制深度都会降低。第二个结论为对于底-至-顶的记录，即使为记录不同的层而使用相同或相近的激光功率以及激光脉冲持续时间，对于适当选择的材料来说，调制深度也能够是稳定的。通过评价实验的两个阶段来支持上述两个结论初始的和稳定的，前者对应于顶-至-底的记录，这是因为对于这种记录，光束干扰随每层而增大；后者物理上对应于底-至-顶的记录，这是因为对于这种记录，光束干扰对于每层均相同。因此，本发明提供了一种新颖的光学数据载体以及在其中记录数据的方法，其使得明显地增加数据层并因此增大在介质中存储的信息量。应注意的是上述所有的记录策略涉及这样一种介质，即，其基本的光学性质允许有效的多层记录，以便能够进行读取。尤其是，具有已记录数据标记的介质在已记录标记与周围间隔之间的折射率差别较低。同样，从读取焦点位置发射的荧光将需要以足够小的强度损耗和最小的像差到达探测器，这是因为荧光信号通常较为微弱。因此，介质应优选最低限度地吸收焚光信号，即，所述介质应该使得其萸光信号远离介质的(线性)吸收峰值，以减少由荧光信号穿过多个已记录层所形成的像差。经历的像差较小的焚光信号可以由例如4元APD(包括4个呈方形或圓形排列的独立部分的雪崩光电二极管)或其它的位置灵敏探测器来探测。APD能够探测低信号。成像探测或位置灵敏探测可用来追踪并可集中误差信号。发射与吸收间的波长差应与斯托克司频移区分开来。后者为导致荧光的线性吸收波长的峰值与荧光峰值之间的差别。本文中所涉及的发射与吸收间的差别为荧光与振子强度高于0.1的任意线性吸收峰之间的波长差。提供了针对询问波长之间的关系、发射以及吸收的足够标准。在特定波长中，已记录的标记与周围间隔之间的低折射率变化的特征在于，每个结构和组成要素均对折射率的改变起作用。对于光学介质中的光敏材料的要求的特征在于，基于Kramers-Kronig关系的可测量标准。这种标准涉及具体的波长以及更近的吸收峰，其由以下内容组成读取波长远离最近的吸收峰值，优选地与振子强度大于0.1的吸收峰值的距离大于150nm，更优选地与这种吸收峰值的距离大于200nm。在包括至少两个态(未记录的间隔和不同的标记)的光壽文材料的吸收光谱之间将存在高度重叠。荧光远离最近的吸收峰值，优选地与振子强度大于0.1的吸收峰值的距离大于50nm，更优选地与这种吸收峰值的距离大于100nm。应理解的是吸收重叠可以通过术语吸收差异(absorbancedissimilarity)来量化，吸收差异是对这种吸收重叠的补充。为了公开的目的，相对于在350nm的波长范围中的特定的询问(激发)波长，在该询问波长周围的每个方向上，该吸收差异根据以下等式而有效地定义<formula>seeoriginaldocumentpage34</formula>其中D是吸收差异；s,.(w)是各个材料依赖于波长的吸收系数并且是在光穿过光敏材料的溶液时测得的；Q是询问频率；而L和U分别是相关波长范围的下限和上限。通过从所测量的吸收光谱中对吸收差异进行数值估计，上文使用的定义能够对不同的材料进行比较。对于在材料光谱之间的多层光学存储的吸收差异应基本上小于0.4,优选小于0.25，最优选小于0.15。上述标准对于读取系统很重要，该系统能够便于对由探测通过多层的荧光信号引起的像差进行补偿；并且该系统能够通过以下方式提高读取能力首先减少读取光束的像差数量，其次减少荧光信号的像差数量，因此能够更好地将信号成像收集到位置灵敏探测器上。实施例Al产生了这样一种聚合物，其中发色团链与聚合物基质连接，或者悬垂或者在聚合物骨架中。通过本发明的实施方案，聚合物为由可聚合的活性发色团单体组成的均聚物或共聚物。优选地，聚合物为基于聚曱基丙烯酸曱酯的聚合物，其中活性发色团下列通式(I)的均二苯代乙烯衍生物Ar1C(R1)=C(R2)Ar2(I)其中A/和A一是任选独立取代的苯基基团，并且其中R/和R2在IR中强烈地吸收；或者其中A—和A一是被一个或多个选自-d-6烷基、-0(^.6烷基、-Sd—6烷基、以及-d—60H、硫醇及其盐、NR，R"的基团任选独立取代的苯基基团，R，和R"独立地为氢或C^烷基；R1和R"为选自腈、卣化物、羧酸、羧酸脂或硝基化合物的取代基，所述腈选自-(CH2)nCN，n为0、1或2;所述硝基化合物选自-(CH2)nC02，n为0、1或2。C1—6烷基可以是直链或支链烷基，优选曱基、乙基、丙基、异丙基、丁基、仲丁基或叔丁基、以及戊基基团；腈优选为-CN基团且硝基化合物优选为-N02基团。或者，化合物可以为通式(VII)(VII):<formula>seeoriginaldocumentpage36</formula>其中n独立地为0、1或2;X1、X2、X3和X4为共轭基团，每个独立地选自(i)5或6元的芳香部分，其也可包含一个、两个或三个选自N、O或S的杂原子，以及(ii)C2-C5亚埽基或C2-C5亚烷基或其杂原子链类似物，该杂原子链类似物任选地可在链中包括N、O或S原子；一个或两个所述X1和X2可与苯环的3、4或5位结合，或者一个或两个所述X'和乂2可与苯环形成在3-4或4-5位形成稠合环；D1和02为电子供体部分，其独立地选自-CM烷基、-OCM烷基、-SCw烷基、以及-CmOH、硫醇及其盐、R，和R"独立地为氢或Cm烷基的NR，R"、联苯基、以及杂芳族化合物，其具有一个或两个选自N、O或S的杂原子的5或6元环；A是电子受体部分，其独立地选自吡啶鏘、铵盐、C2-5烯基或C2-5炔基基团、偶氮苯、C,-4CN、卤化物、C1-6COOH或其d—6酯、或者C1-4CN化合物。可用于本发明的可聚合活性发色团单体优选为下列通式(II)化合物Ar1C(R1)=C(R2)Ar2-M(II)其中Ar1、Ar2、R1和R2如上文所定义并且M为可聚合单体部分。M的具体实例为丙烯酸单体，如曱基丙烯酸曱酉旨(MMA)和丙烯酸曱酯(MA)衍生物或基于苯乙烯的单体。示例性的改性光致变色单体是下列通式(III)的那些物质<formula>seeoriginaldocumentpage37</formula>(III)其中X是曱基或氢；n是2至7的整数；Y是氢，或者是具有被卤素任选取代的1至8个碳原子的直链或支链烷基部分。具体的实例是下列通式(IV)和(V)的可聚合活性发色团单体(在本文中也分别称为"eMMA"和"eAA"):<formula>seeoriginaldocumentpage37</formula>另一实例是通式(VI)的基于苯乙烯的单体:<formula>seeoriginaldocumentpage37</formula>(VI)其中Y如上文所定义。优选的苯乙烯衍生物是Y为乙基的苯乙烯衍生物。通式(I)的化合物的衍生物，尤其是根据本发明优选使用的化合物("eMMA")是反式和顺式构型之间可光异构化的。反式构型的特征在于(i)其荧光比顺式构型高得多；(ii)反式构型具有较大的2光子吸收截面；(iii)类似的单光子吸收。上述特征允许反式构型通过2光子激发而用在3D存储器中。化合物的双光子吸收峰约为650nm,并且可以通过使用类似用于DVD应用的激光二极管，于波长约为650时询问，包括该材料的介质从500nm到约1000nm基本上是透明的，其基本的吸收峰值约为370nm(图10)，其吸收(当375nm时最大)与发射(当485nm时最大)光谱之间的重叠差别很小，吸收差异为0.15，并且高的斯托克司频移超过100nm(荧光峰值约为500nm)。这意味着该介质可在读取光束的像差之前或者在发射变为严重问题之前用于通过多层读取数据。尽管已经示出和描述了本方法的实施方案，但将会理解的是在不影响本方法的精神和范围的情况下，可对本方法作出各种改变。因此，本方法的范围参照以下权利要求来限定。权利要求1.一种用于在其中记录信息的非线性光学数据载体，所述信息由在虚拟数据层中布置的彼此隔开的标记的模式来定义，所述数据载体包括含有这样一种物质的介质，即，所述物质能够由第一多光子过程激发，从而从所述物质的第一态转换为第二态，其中所述物质的所述第一和第二态对第二多光子相互作用提供不同的响应信号，所述物质在处于所述第一态和所述第二态时具有基本上重叠的线性吸收波长峰值，并且包含在所述第一和第二多光子过程中的第一和第二波长以及所述响应信号的波长，位于所述物质在其所述第一和第二态中的线性吸收光谱峰值之外，所述非线性光学存储介质允许在其中产生多个数据层。2.如权利要求1所述的非线性光学数据载体，其中所述响应信号是荧光信号。3.如权利要求1或2所述的非线性光学数据载体，其中所述响应信号的波长比所述介质的所述线性吸收峰值的波长至少长50nm。4.如权利要求l或2所述的非线性光学数据载体，其中所述响应信号的波长比所述介质的所述线性吸收峰值的波长至少长70nm。5.如权利要求1或2所述的非线性光学数据载体，其中所述响应信号的波长比所述介质的所述线性吸收峰值的波长至少长100nm。6.如前述权利要求中的任意一项所述的非线性光学数据载体，其具有上表面，并且所述多个数据层包含多个彼此隔开的已记录的标记，对于所述多个数据层，所述已记录的标记配置有基本上相同的基本调制深度。7.如权利要求1至5中的任意一项所述的非线性光学数据载体，其具有上表面，并且所述多个数据层包含多个彼此隔开的已记录的标记，所述数据层中的所述已记录的标记，在从数据载体的所述上表面开始的方向上配置有渐增的基本调制深度。8.如权利要求7所述的非线性光学数据载体，其中所述多个层的所述已记录的标记以及所述已记录的标记之间的间距具有以下特征中的至少一个特征(a)所述已记录的标记的基本尺寸基本上相同，并且在从所述数据载体的上表面开始的方向上，所述多个数据层中的态浓度分布曲线的级别逐渐增大，所述数据载体通过所述上表面暴露于读取光束，以及(b)对于所述多个数据层，所述间距的基本尺寸基本上相同。9.如权利要求5所述的非线性光学数据载体，其中所述多个层的所述已记录的标记以及所述已记录的标记之间的间距具有以下特征中的至少一个特征所述已记录的标记的基本尺寸基本上相同，以及对于所述多个数据层，所述间距的基本尺寸基本上相同。10.如权利要求5所述的非线性光学数据载体，其中在至少一个第一层和至少一个第二层中，所述第二层比所述第一层更接近所述介质的所述上表面，所述已记录的标记的模式具有以下特征中的至少一个特征所述第一数据层中的标记的基本尺寸大于所述第二数据层中的标记的基本尺寸；以及所述第一数据层中的间距的基本尺寸大于所述第二数据层中的间距的基本尺寸。11.如权利要求5至9中的任意一项所述的非线性光学数据载体，其中所述数据层包括块的布置，其中每一个块均包括多个数据层，所述块之间的间隔大于同一块中的数据层之间的间隔。12.如权利要求5至IO中的任意一项所述的非线性光学数据载体，其包括约35-70个所述数据层。13.如权利要求5至IO中的任意一项所述的非线性光学数据载体，其包括约71-150个所述数据层。14.一种用于在其中记录信息的非线性光学数据载体，所述信息以在虚拟数据层中布置的间隔开的标记模式来定义，介质包括这样一种物质，即，所述物质能够由第一多光子过程激发，以从所述物质的第一态转换为第二态，所述第二态与第二多光子过程的光学相互作用不同，其中当所述物质在所述第一态和所述第二态中时具有小的吸收差异性。15.—种用于在其中记录信息的非线性光学数据载体，所述信息以在虚拟数据层中布置的间隔开的标记模式来定义，介质包括这样一种物质，即，所述物质能够由第一多光子过程激发，以从所述物质的第一态转换为第二态，所述第二态与第二多光子过程的光学相互作用不同，其中当所述物质在所述第一态和所述第二态中时具有小的吸收差异性，所述非线性光学存储介质具有多个已记录的数据层，所述多个已记录的数据层配置有用于所述多个数据层的基本调制深度基本上相同。16.—种用于在其中记录信息的非线性光学数据载体，所述信息以在虚拟数据层中布置的间隔开的标记模式来定义，其中在至少一个第一层和至少一个第二层中，所述第二层比所述第一层更接近所述介质的所述上表面，所述数据载体通过所述上表面暴露于读取光束，已记录的标记的模式的特征在于以下内容中的至少一个在所述第一数据层中的标记的基本尺寸大于在所述第二数据层中的标记的基本尺寸；以及在所述第一数据层中的间距的基本尺寸大于在所述第二数据层中的间距的基本尺寸。17.—种在三维光学数据存储介质中记录数据的方法，所述介质可由多光子吸收过程来记录，所述方法包括，通过从所述介质的上表面进入所述介质的记录光束来照亮所述介质，同时在一定的普通记录方向上通常单调地改变所述记录光束的焦平面深度，以记录在多个虚拟数据层中设置的彼此隔开的标记的模式。18.如权利要求17所述的方法，其中所述多个数据层的记录通过强度基本上相同的记录光束来实现。19.如权利要求17或18所述的方法，其中所述多个数据层的记录包括，对于所述多个数据层，生成基本上相同的基本调制深度。20.如权利要求17或18所述的方法，其中所述多个数据层的记录包括，生成用于所述多个数据层的基本调制深度，所述基本调制深度在从所述上表面开始的方向上基本上逐渐增大。21.如权利要求20所述的方法，其中所述记录包括，在从所述上表面开始的方向上，增加所述多个数据层中的荧光态浓度分布曲线对比度的级别。22.如权利要求20所述的方法，其中所述多个数据层的记录包括在至少一个第一层中提供记录事件以至少记录所述基本标记，所述第一层中的所述记录事件比至少一个第二层中的记录事件更长，而所述第二层到所述介质的所述上表面的距离比所述第一层更近。23.如权利要求20或22所述的方法，其中所述多个数据层的记录包括，在至少一个第一层中至少生成基本间距尺寸时，在所述记录事件之间提供时间间隔，所述第一层中的时间间隔比至少一个第二层中的时间间隔更长，而所述第二层到所述介质的所述上表面的距离比所述第二层更近。24.如权利要求22或23所述的方法，其中所述记录包括，保持所述记录光束和所述光学介质之间的相对位移的速度基本上相同。25.如权利要求22或23所述的方法，其中所述记录包括，在所述至少一个第一层中进行记录时，所述记录光束和所述光学介质之间的相对位移的速度小于在所述至少一个第而层中进行记录时，所述记录光束和所述光学介质之间的相对位移的速度。26.如权利要求17至25中的任意一项所述的方法，其中所述多个数据层的记录包括，连续地记录所述数据层的多个块，同时，在所述普通记录方向上单调地改变所述块之间的记录光束的所述焦平面深度。27.如权利要求26所述的方法，其中所述多个数据层的记录包括，对任意改变记录方向的块的数据层进行记录。28.如权利要求26或27所述的方法，其中每两个局部相邻的块之间的距离大于同一块中的层之间的距离。29.如权利要求26-28中的任意一项所述的方法，其中所述多个数据层的记录包括，在逐块地改变所述记录光束的焦平面深度的同时移动像差校正光学器件的位置。30.如权利要求17所述的方法，其中所述通常单调地改变所述焦平面深度包括，在所述普通的记录方向上单调地改变所述焦平面深度。31.如权利要求30所述的方法，其中所述普通的记录方向是从所述介质的所述上表面朝向下表面的。32.如权利要求所述30的方法，其中所述普通的记录方向是从下表面朝向所述介质的所述上表面的。33.如权利要求17-32中的任意一项所述的方法，其中所述记录光束的宽度被选择为大于用来读取所述数据层的光束的宽度。全文摘要提出了一种非线性光学数据载体。该非线性光学数据载体被配置用于在其中记录信息，所述信息由在虚拟数据层中布置的彼此隔开的标记的模式来定义。数据载体介质包括这样的物质，即，其能够由第一多光子过程激发，从而从该物质的第一态转换为第二态，其中所述物质的第一态和第二态对第二多光子相互作用提供不同的响应信号。所述物质在处于第一态和第二态时具有基本上重叠的线性吸收波长峰值，包含在第一和第二多光子过程中的第一和第二波长以及响应信号的波长位于该物质在其第一态和第二态中的线性吸收光谱峰值之外。第一层中的标记和间隔的基本尺寸大于第二层。通过单调地改变记录光束的焦平面深度来记录数据层。文档编号G11B7/246GK101346764SQ200680044423公开日2009年1月14日申请日期2006年11月28日优先权日2005年11月28日发明者亚尔·萨洛莫,埃利亚·罗比诺维奇,奥塔尔·阿尔佩特申请人:梅姆派尔有限公司