光学超分辨及其在光储存中的作用

陈成杰+顾文翠+张瑞瑞

摘 要 当前的社会处于移动信息时代，对于新兴储存技术有着非常高的要求。在古代以及近代，采用纸张进行记录与储存，而随着时代的发展，微缩照相储存以及光盘储存不断的兴起与更迭。而光学超分辨技术是随着时代发展而不断完善的信息储存技术，在光储存中有着不可比拟的作用。文章针对光学超分辨进行分析，对其在光储存中的作用进行探讨。

关键词 光学超分辨；光储存；作用

中图分类号：TP333 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）13-0135-02

随着信息技术的发展，人们储存信息的技术也在不断的更新，从原始的纸张信息记录形式发展到当前最为先进的光学超分辨技术。在近些年来，随着计算机应用的普及化，人们对于超高容量、密度、快速的信息储存技术越来越向往。而光储存技术是以光子为信息载体的一项优秀技术，特别是近年来取得了许多重大突破，在市场上的应用越来越广泛。当前社会中信息储存已经无法离开以光盘为基础的储存器件，其对于活动图像以及数据的储存有着非常好的效果。而光学超分辨技术对于光储存的发展有着引导作用，特别是储存密度的提高更是关键。调制激光束载有信息，光盘储存技术通过物镜使其聚焦于光盘存储介质之上。近年来发展起来的两项技术，光刻技术与工艺超分辨近场结构技术都是将近场光储存技术与超分辨光盘技术结合起来的新技术，对于新兴储存中的许多问题都可以进行有效解决。

1 光学超分辨近场技术及其应用

1.1 光学超分辨进场技术概述

基于传统的超分辨光学技术基础，综合近场光存储技术而发展起来的Super-RENS技术，是于上世纪九十年代初中通过磁致超分辨技术来实现的，其读出是通过热虹食原理来进行的。一般来说具有两层工作薄膜，其中一层用来记录，而另一层是用来作为掩膜层，光盘处于高速旋转的时候，激光就会照射到其上面，进而对于光束进行读取，并且存在着一个光束与照射前高温区的重叠，因为该重叠会引发热虹食的效应，对于光斑通过一个类似于光孔来有效的减少，对于信号有效的加以读取。

通过一定孔径的光束会发生散射，但是进场光在这种局限条件下实现突破，在孔的后面一定范围内，根据小孔的尺寸来限制光束的束宽，而波长的大小对其不会产生太大的印象，因此超过衍射极限的超精细结构也就可以有效的加以读取。该技术之所以能够突破衍射极限，取得更大的优势在于其结合了两项传统技术，并且在此基础上发挥自身的特点。一般来说该技术有多层膜系，而在近场范围内设置掩膜层与记录层。掩膜层介质在激光的照射下能够产生非线性效应，其微区光场可以有效的形成，或者为中心型或者为孔径型。在该技术下实现超分辨的技术基础在于掩膜在激光的作用下，能够快速的产生光学性质的变化。

1.2 光学超分辨近场技术在光储存中的应用

由几个科学家率先提出的光学超分辨近场技术，在超高密度光储存中进行应用。其掩膜层是采用Sb型的，在记录膜上可以实现一定的记录点。在发展过程中有其他科学家发现了介电保护层的不同对于超分辨性能有着不同的影响。介电保护层由于Sb薄膜的熔化而受到一定的压力，对于信噪比有很大的提升，对于介电保护层有很大的提升作用。Sb型掩膜的特点是其晶态与非晶态之间的转变可以使得激光的透过率发生变化，进而近场记录得以实现。一旦有激光照射后，激光束能量具备了高斯分布，Sb膜的光斑中央区域可以从晶态向熔化装状态转变，针对入射光，熔化状态的Sb有着较高的透过率，因此也就类似于在晶体状态下的掩膜中设置一个光斑直径的小孔，记录层与Sb膜层之间的厚度与近场光传播距离相比较小，也正因为这样，Sb掩膜层中小孔的投影与到达记录层的光束相类似，一旦移去激光束，熔化状态的Sb就会迅速的变成结晶状，也就是实现了整个近场记录的过程。

如果记录点的大小保持在一定范围内，而膜层也处于固定状态下，SiN/Sb/Sin膜层可以使得系统的信噪比达到最优化，其厚度为一定值。对于介电保护层的结构进行调整，使得介电层间的压力处于最优状态，对于信噪比可以很大程度的提高。

2 光学超分辨技术在光学头中的具体体现

从光学超分辨的各种实现途径可知，其具有自身的优劣势。基于现实中各因素的考虑，一般采用光瞳滤波器的光学变迹术。作为光盘驱动器的重要元件，在保证物镜的波长和数值孔径的前提下，在光学头中运用超分辨技术可减少光斑的读出，同时在衍射极限上取得突破。这种光学头一般被称为超分辨光学头。在DVD光学头中加入光瞳滤波器可获得超分辨光学头，通过这种方式获得的超分辨光学头能够获得高于常规光盘存储器的储存容量。

光学超分辨系统属于比例分辨率放大系统中的一种，光瞳滤波器的超分辨增益是影响整个光学超分辨系统分辨率的决定性因素。而能够影响超分辨增益的只有光瞳本身的设计，跟其他因素无关。基于此，在诸如DVD、BD、HD、CD等系统中都可以运用光学超分辨技术，从而提高DVD、BD、HD、CD等的分辨率。从这一点上看，光学超分辨率具有很大的市场优势。

2.1 超分辨光学头系统机构分析

以一个带有超分辨原件的典型光学头进行分析。通常情况下，要使从激光器发射出来的激光能够准直，需要通过准直镜来达到这一目的，然后准直的激光通过超分辨光瞳，在光盘表面上会有一个压缩焦斑的形成。跟大众的DVD光学头进行比较之后，不难发现其在结构上跟DVD光学头的最大差别即是在超分辨原件上。对于老式的光学头来讲，在其上面再添加一个超分辨光瞳就能够变为现今的超分辨光学头。

2.2 超分辨元件的结构和行为

对于三段式相移光瞳来讲，通过相关的结构参数和透过率的设计，就能够调制中央主瓣的大小，从而实现超分辨的效果。通常情况下，光瞳的超分辨行为可以通过半宽比、旁瓣强度比和斯特列尔比来进行定量分析和描述。拿斯特列尔来说，其表示的是焦点强度和其相应的未整形光束的强度之间的比值。

3 结束语

信息技术时代对于信息储存技术的要求也越来越高，而光储存是一种较为先进的信息储存技术。光储存领域不断发展的过程中，受到储存密度的影响较大，通过光学超分辨技术的应用，特别是光学超分辨近场技术对于光储存技术的提高有着重要作用。光储存技术以光子为信息载体，突破了传统的储存技术，充分发挥自身的优点，近年来成为社会中不可或缺的信息载体，对于数据以及影响活动都有着重要作用。文章对于超分辨近场结构技术以及光学超分辨技术在光学头中的应用进行探讨，特别是就如何提高储存密度进行分析，对于超分辨掩膜的功能进行分析，其产生的微小光场以及介质层的功能对于实现光子纳米储存技术都有着重要的推动作用。

参考文献

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[2]于前洋，曲宏松.实现同步轨道（GEO）高分辨力对地观测的技术途径（下）[J].中国光学与应用光学，2009（01）.

[3]乔彦峰，刘坤，段相永.光学合成孔径成像技术及发展现状[J].中国光学与应用光学，2009（03）.

作者简介

陈成杰（1992-），女，山东德州人，本科在读，研究方向：光学工程。

顾文翠（1991-），女，山东枣庄人，本科在读，研究方向：光学工程。

张瑞瑞（1992-），女，山东济宁人，本科在读，研究方向：光学工程。endprint