專利名稱：超透鏡薄膜結(jié)構(gòu)的超分辨數(shù)字光盤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信息技術(shù)中光存儲(chǔ)領(lǐng)域，是一種超透鏡薄膜結(jié)構(gòu)的超分辨數(shù)字光盤，主要適用于只讀式紅光超分辨數(shù)字光盤，可以有音頻、視頻等多種用途。
背景技術(shù)：
信息技術(shù)的迅猛發(fā)展要求用于信息存儲(chǔ)的光盤必須具備超高存儲(chǔ)密度和超快存取速率，這就要求光盤中的記錄點(diǎn)的尺寸越來(lái)越小。然而，隨著記錄點(diǎn)尺寸的減小，要求用于記錄點(diǎn)讀出的光斑尺寸也相應(yīng)減小，采用現(xiàn)有的光學(xué)系統(tǒng)卻很難讀出如此微小的記錄點(diǎn)，因?yàn)橛涗淈c(diǎn)尺寸小于讀出光斑的分辨率，光斑中將出現(xiàn)多個(gè)記錄點(diǎn)的信號(hào)，這就要求采用短波長(zhǎng)的激光和高數(shù)值孔徑的光學(xué)頭，但由于光的衍射極限效應(yīng)和光學(xué)頭的數(shù)值孔徑的制約，讀出光斑尺寸的減小即使從目前的藍(lán)光轉(zhuǎn)移到紫光也只是幾倍的關(guān)系，而光學(xué)頭數(shù)值孔徑的增大是以焦深的減小和由于偏心率而引起的失真的加大為代價(jià)。因此采用增大光學(xué)頭的數(shù)值孔徑和減小激光波長(zhǎng)來(lái)減小讀出光斑的尺寸是十分有限的，所以研究直徑小于光的衍射極限的記錄點(diǎn)(超分辨記錄點(diǎn))的讀出具有非常重要的應(yīng)用價(jià)值和意義，同時(shí)這對(duì)于實(shí)現(xiàn)超高容量的只讀式光盤來(lái)講也有很大的實(shí)際應(yīng)用前景。Yasuda等首次采用“PC基片/介電層/反射層/介電層/掩膜層/介電層”的膜層結(jié)構(gòu)在只讀式光盤中實(shí)現(xiàn)了超分辨記錄點(diǎn)的讀出(Kouichi Yasuda，Masumi Ono and Katsuhisa Aratani et al.Premastered OpticalDisk by Super-resolution.Jpn.J.Appl.Phys.，1993，32(11B)52105213)，隨后他們改變光盤結(jié)構(gòu)為“PC基片/對(duì)比度增強(qiáng)層/介電層/掩膜層/介電層/反射層/介電層”既實(shí)現(xiàn)了只讀式超分辨光盤的線密度提高，又實(shí)現(xiàn)了其道密度的增加(Yutaka K，Kouichi Y，Masumi O et al.，Jpn.J.Appl.Phys.，1996，35part.1B 423-428)。Yihong Wu等在理論上提出“PC基片/介電層/上掩膜層/下掩膜層/反射層/介電層”雙掩膜層結(jié)構(gòu)的只讀式超分辨光盤來(lái)獲得超分辨記錄點(diǎn)的讀出(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采用超分辨反射膜結(jié)構(gòu)在激光波長(zhǎng)為632.8nm、光學(xué)頭的數(shù)值孔徑為0.40的裝置上實(shí)現(xiàn)了尺寸為380nm的超分辨信息點(diǎn)的讀出。(Jingsong Wei and Fuxi Gan，“Novel approach to super-resolution pits readout”，Opt.Eng.(Lett)41(9)，2073-2074(2002)。然而，以上的光盤結(jié)構(gòu)讀出的記錄點(diǎn)尺寸僅僅在光的衍射極限左右，我們的任務(wù)是進(jìn)一步讀出更小的記錄點(diǎn)和得到更高的信噪比，使光盤上的信息記錄點(diǎn)小于380nm。

發(fā)明內(nèi)容
為了能讀出只讀式光盤中小于380nm的信息記錄點(diǎn)，本發(fā)明提出一種超透鏡薄膜結(jié)構(gòu)的超分辨數(shù)字光盤，在激光波長(zhǎng)為650nm、數(shù)值孔徑為0.60的動(dòng)態(tài)裝置上實(shí)現(xiàn)記錄點(diǎn)尺寸在200nm及其以上的讀出，該記錄點(diǎn)的尺寸遠(yuǎn)小于動(dòng)態(tài)測(cè)試裝置的分辨率。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種超透鏡薄膜結(jié)構(gòu)的超分辨數(shù)字光盤，包括超透鏡薄膜2和盤基3，其特征在于還有介電層1，它們依次為介電層1/超透鏡薄膜2/盤基3，介電層1是氮化硅SiN或ZnS-SiO2；超透鏡薄膜2是Ag、Au或Ag(x)Au(1-x)合金薄膜，其中x值在0-1之間變化；盤基3帶有坑點(diǎn)，坑點(diǎn)尺寸小于380nm，最小坑點(diǎn)尺寸在200nm。由于采用了上述結(jié)構(gòu)，與在先技術(shù)相比具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制備成本低廉和工藝控制容易等優(yōu)良性能。其機(jī)理是在讀出激光束的作用下，由于超透鏡薄膜由貴金屬組成，其上又覆蓋了介電層1，在介電層1/超透鏡薄膜2的界面處會(huì)激發(fā)出表面等離子體波，表面等離子體波由于沿表面?zhèn)鞑ィㄊ复?、波長(zhǎng)短，當(dāng)遇到信息記錄點(diǎn)時(shí)，它將被散射和耦合成傳播光，通過(guò)探測(cè)該傳播光來(lái)實(shí)現(xiàn)更小超分辨記錄點(diǎn)的動(dòng)態(tài)讀出。
如上所述的超透鏡薄膜結(jié)構(gòu)的超分辨數(shù)字光盤，其特征在于所述的超透鏡薄膜2所用的Ag、Au或Ag(x)Au(1-x)合金薄膜材料的厚度范圍5-500nm。在5-500nm區(qū)間中，具有讀出信噪比高，光盤性能穩(wěn)定等優(yōu)良性能。
如上所述的超透鏡薄膜結(jié)構(gòu)的超分辨數(shù)字光盤，其特征在于介電層1由厚度10-500nm的氮化硅SiN或ZnS-SiO2構(gòu)成，厚度范圍是10-500nm。在10-500nm區(qū)間中，具有具有讀出信噪比高，光盤性能穩(wěn)定等優(yōu)良性能。
如上所述的超透鏡薄膜結(jié)構(gòu)的超分辨數(shù)字光盤，其特征在于所述的盤基3所用的材料為聚碳酸酯或K9玻璃，盤基的厚度為0.6-1.2mm。盤基3可用的材料有用聚碳酸酯或K9玻璃或普通的石英玻璃，選用聚碳酸酯或K9玻璃具有讀出性能好、材料來(lái)源容易、與傳統(tǒng)光盤兼容等優(yōu)良性能。
本發(fā)明的技術(shù)效果與先前的技術(shù)相比，本發(fā)明的超透鏡薄膜結(jié)構(gòu)的超分辨數(shù)字光盤中介電層1為保護(hù)層，并與超透鏡薄膜層2結(jié)合用于減小讀出光斑的尺寸。在激光波長(zhǎng)為650nm、光學(xué)頭的數(shù)值孔徑為0.60的動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)下能實(shí)現(xiàn)信息坑點(diǎn)尺寸在200nm及200nm以上的讀出。該只讀式光盤的單面單層容量達(dá)到12-15GB，雙面單層的容量達(dá)到25-30GB。


圖1，本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2，以SiN作為介電層、Ag作為超透鏡薄膜得到的動(dòng)態(tài)信號(hào)示波器圖。
圖3，以SiN作為介電層、Au作超透鏡薄膜得到的動(dòng)態(tài)讀出信號(hào)頻譜圖。
圖4，以SiN作為介電層，Ag0.5Au0.5超透鏡薄膜得到的讀出信號(hào)頻譜圖。
圖5，以ZnS-SiO2作為介電層，Ag作超透鏡薄膜得到的讀出信號(hào)的頻譜圖。
圖6，以ZnS-SiO2作為介電層，Au作超透鏡薄膜得到的讀出信號(hào)的頻譜圖。
圖7，以ZnS-SiO2作為介電層，Ag0.5Au0.5作超透鏡薄膜得到的信號(hào)的頻譜圖。
圖8，SiN薄膜厚度與讀出信噪比的關(guān)系。
圖9，ZnS-SiO2薄膜厚度與讀出信噪比的關(guān)系。
圖10，Ag薄膜厚度與讀出信噪比的關(guān)系。
圖11，Au薄膜厚度與讀出信噪比的關(guān)系。
圖12，Ag0.5Au0.5薄膜厚度與讀出信噪比的關(guān)系。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施例為″超透鏡薄膜結(jié)構(gòu)的只讀式紅光超分辨多用數(shù)字光盤”，如圖1所示，包括介電層1、超透鏡薄膜層2和盤基3。介電層1用于保護(hù)超透鏡薄膜層2，并與超透鏡薄膜層2結(jié)合用于減小讀出光斑的尺寸，盤基3用于預(yù)制信息點(diǎn)，信息點(diǎn)尺寸在200nm。
本發(fā)明實(shí)施例中的介電層1由厚度10-500nm的氮化硅或ZnS-SiO2構(gòu)成.根據(jù)實(shí)施的具體情況取值，然而，在低于10nm時(shí)，則不行，因?yàn)樵谠摵穸认赂哔|(zhì)量的薄膜制備比較困難；在高于500nm時(shí)也不行，因?yàn)樵谠摵穸认乱环矫媸怪苽涑杀咎岣?，另一方面讀出信號(hào)下降。超透鏡薄膜層2所用的材料的厚度為5-500nm的Ag、Au或Ag(x)Au(1-x)合金薄膜，根據(jù)實(shí)施的具體情況取值，在低于5nm時(shí)則不行，因?yàn)樵谠摵穸认赂哔|(zhì)量的薄膜制備比較困難，同時(shí)降低光盤的讀出信噪比，高于500nm時(shí)也不行，因?yàn)樵谠摵穸认乱呀?jīng)沒(méi)有表面等離子體波效應(yīng)，不能實(shí)現(xiàn)超分辨信息點(diǎn)的動(dòng)態(tài)讀出。介電層1、超透鏡薄膜層2和盤基3聯(lián)合構(gòu)成超透鏡薄膜結(jié)構(gòu)的超分辨數(shù)字光盤，見(jiàn)圖1。
本發(fā)明的介電層1可以由SiN(x)或ZnS(x)-SiO2(1-x)構(gòu)成，超透鏡薄膜2可以由Ag(x)、Au(1-x)或Ag(x)Au(1-x)合金組成(注參數(shù)x可以取0和1之間的任意值)。下面結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明及其作用作進(jìn)一步說(shuō)明在厚度為0.6mm的聚碳酸酯基片上用壓制的方法預(yù)制直徑為200nm的坑點(diǎn)作為信息點(diǎn)。超透鏡薄膜結(jié)構(gòu)的只讀式紅光超分辨多用數(shù)字光盤的制備過(guò)程如下采用磁控濺射方法(濺射氣壓1.0×10-4Pa)，在光盤基片上依次鍍貴金屬薄膜層2和介電層1，其中介電層1為厚度為80nm的SiN薄膜，貴金屬薄膜層2為40nm厚的Ag超透鏡薄膜。檢測(cè)光盤中信號(hào)所用裝置的激光器是波長(zhǎng)為650nm的半導(dǎo)體激光器，所用光學(xué)頭的數(shù)值孔徑為0.60，根據(jù)光的衍射極限公式計(jì)算得到光斑的半高寬的直徑為600nm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)坑點(diǎn)直徑200nm。測(cè)試本實(shí)驗(yàn)中的超透鏡薄膜結(jié)構(gòu)的只讀式紅光超分辨多用數(shù)字光盤，則得到了圖2所示的示波器信號(hào)，這說(shuō)明本發(fā)明“超透鏡薄膜結(jié)構(gòu)的只讀式紅光超分辨多用數(shù)字光盤”能在激光波長(zhǎng)為650nm、光學(xué)頭的數(shù)值孔徑為0.60的動(dòng)態(tài)裝置上實(shí)現(xiàn)信息坑點(diǎn)尺寸在200nm的讀出。以SiN作為介電層，Au作為超透鏡薄膜層得到的動(dòng)態(tài)讀出信號(hào)的頻譜圖3。以SiN作為介電層，Ag0.5Au0.5作為超透鏡薄膜層得到的動(dòng)態(tài)讀出信號(hào)的頻譜圖4。以ZnS-SiO2作為介電層，Ag作為超透鏡薄膜層得到的動(dòng)態(tài)讀出信號(hào)的頻譜圖5。以ZnS-SiO2作為介電層，Au作為超透鏡薄膜層得到的動(dòng)態(tài)讀出信號(hào)的頻譜圖6。以ZnS-SiO2作為介電層，Ag0.5Au0.5作為貴金屬薄膜層得到的動(dòng)態(tài)讀出信號(hào)的頻譜圖7。
改變上述SiN薄膜或ZnS-SiO2薄膜厚度得到圖8和圖9所示的動(dòng)態(tài)讀出信號(hào)與薄膜厚度的關(guān)系，其關(guān)系為隨著薄膜厚度的增加，其信噪比先增加再減小。SiN薄膜或ZnS-SiO2薄膜厚度在200nm左右時(shí)，信噪比達(dá)到最大值。
改變Ag薄膜或Au薄膜或Ag0.5Au0.5薄膜的厚度，得到圖10、圖11、圖12所示的讀出信噪比與薄膜厚度的關(guān)系，其關(guān)系為隨著薄膜厚度的增加，其信噪比先增加再減小。Ag薄膜，Au薄膜，Ag0.5Au0.5薄膜的厚度分別在300nm，220nm，320nm左右時(shí)，信噪比達(dá)到最大值。
綜上所述，采用本發(fā)明的“超透鏡薄膜結(jié)構(gòu)的只讀式紅光超分辨多用數(shù)字光盤”，在激光波長(zhǎng)為650nm、光學(xué)頭的數(shù)值孔徑為0.60的動(dòng)態(tài)裝置上能實(shí)現(xiàn)信息坑點(diǎn)尺寸在200nm及其以上的讀出。
權(quán)利要求
1.一種超透鏡薄膜結(jié)構(gòu)的超分辨數(shù)字光盤，包括超透鏡薄膜2和盤基3，其特征在于還有介電層1，它們依次為介電層1/超透鏡薄膜2/盤基3，介電層1是氮化硅SiN或ZnS-SiO2；超透鏡薄膜2是Ag、Au或Ag(x)Au(1-x)合金薄膜，其中x值在0-1之間變化；盤基3帶有坑點(diǎn)，坑點(diǎn)尺寸小于380nm，最小坑點(diǎn)尺寸在200nm。
2.如權(quán)利要求1所述的超透鏡薄膜結(jié)構(gòu)的超分辨數(shù)字光盤，其特征在于所述的超透鏡薄膜(2)所用的Ag、Au或Ag(x)Au(1-x)合金薄膜材料的厚度范圍5-500nm。
3.如權(quán)利要求1或2所述的超透鏡薄膜結(jié)構(gòu)的超分辨數(shù)字光盤，其特征在于介電層(1)由厚度10-500nm的氮化硅SiN或ZnS-SiO2構(gòu)成，厚度范圍是10-500nm。
4.如權(quán)利要求3所述的超透鏡薄膜結(jié)構(gòu)的超分辨數(shù)字光盤，其特征在于所述的盤基(3)所用的材料為聚碳酸酯或K9玻璃，盤基的厚度為0.6-1.2mm。
全文摘要
一種超透鏡薄膜結(jié)構(gòu)的超分辨數(shù)字光盤，包括超透鏡薄膜2和盤基3，其特征在于還有介電層1，它們依次為介電層1/超透鏡薄膜2/盤基3，介電層1是氮化硅SiN或ZnS－SiO
文檔編號(hào)G11B7/254GK1822150SQ20061001828
公開日2006年8月23日 申請(qǐng)日期2006年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月23日
發(fā)明者魏勁松, 施宏仁, 侯立松, 干福熹 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所, 查黎