專利名稱：光存儲材料存儲特征的測試儀的制作方法
技術領域：
本實用新型是一種光存儲材料存儲特征的測試儀。主要適用的光存儲材料是指一次寫入光盤(CD-R)、可讀寫光盤(CD-RW)、高密度一次寫入光盤(DVD-R)和高密度可讀寫光盤(DVD-RW)等等光盤的記錄層材料，也可用于其他光點逐點記錄的可錄和可擦寫存儲材料。
背景技術：
對光存儲材料存儲特征進行靜態測試，包括確定其寫入波長，寫入功率、寫入脈寬、擦除波長，擦除功率和擦除脈寬與信號對比度以及擦除率的關系，是光存儲材料進入實用化之前首先要做的事情。測試結果反映了材料存儲性質、制備工藝和成膜工藝的綜合影響。在先技術中對光存儲材料存儲特征進行靜態測試是采用了一種磁光盤靜態測試儀(參見“磁光盤靜態測試儀”，陳仲裕、甘柏輝、劉海清和干福熹，《光學學報》，第11卷，第12期，1991年12月，第1110～1114頁)。該測試儀顯著的缺陷是只能采用一個波長的激光進行寫入和擦除測試，更換激光波長后，設備就不能使用，除非大幅度改造或重換一臺；更換物鏡也很麻煩；由于物鏡是在被測樣品之下，無法添加半球形固體浸潤透鏡；更無法添加監視調焦過程以及寫入和擦除后記錄點形貌的光學系統。
發明內容
本實用新型的光存儲材料存儲特征的測試儀，包括幾大部分，有測試光源部分、測試顯示部分、光束寫入讀出部分、調整被測位置部分、監視顯示部分和監視光源。其中測試光源部分含有激光器6，沿著激光器6發射光束G前進方向的光軸oo上，依次置有聲光調制器7，擴束組件8、立方偏光棱鏡9、四分之一波片10和分光鏡11。分光鏡11的分光面與光軸oo成45°角放置。
其中測試顯示部分含有置于通過立方偏光棱鏡9分光面的中心點垂直于激光器6發射光束G光軸oo的第一條垂直線o′o′上有會聚透鏡12和光電探測器14。光電探測器14的輸出通過電子控制箱22連接到帶有顯示器24的計算機23上。
光束寫入讀出部分，包括在穿過分光鏡11中心點Oo的垂直于激光器6發射光束G光軸oo的第二條垂直線o″o″上，分光鏡11反射光束G′前進的方向上置有高數值孔徑物鏡13和半球形固體浸潤透鏡15，半球形浸潤透鏡15的球面向著高數值孔徑物鏡13，高數值孔徑物鏡13的焦點落在半球形固體浸潤透鏡15平面的中心點上。
所說的調整被測位置部分，包括被測樣品16放置在內部裝有第一限位開關19和第二限位開關20的一維平移臺19上，被測樣品16的被測記錄層表面與半球形浸潤透鏡15的平面接觸，為了減少被測記錄層表面與半球形浸潤透鏡15平面接觸處的光損耗，要使兩者的表面緊密接觸，兩者表面之間的最大間距小于150納米，或者在兩表面之間放有折射率油。一維平移臺19置于三維平臺21上，一維平移臺19連接有步進電機17。步進電機17、第一限位開關19和第二限位開關20通過電子控制箱22與計算機23相連。
所說的監視顯示部分，包括在上述激光器6發射光束G光軸oo的第二條垂直線o″o″上，在分光鏡11反射光束G前進方向的反方向上，由分光鏡11開始依次置有半反半透分光鏡4、鏡筒透鏡3和帶有監視器2的攝像機1。鏡筒透鏡3的焦點恰好落在攝像機1的接收面101上。半反半透分光鏡4的分光面與第二條垂直線o″o″成45°角放置。
所說的監視光源是白光光源5，白光光源5光軸oo與穿過半反半透分光鏡4中心點垂直于第二條垂直線o″o″的垂直線oo重合。它包括自半反半透分光鏡4至白熾燈505之間的白光光源5光軸oo上，依次置有照明透鏡501、孔徑光闌502、視場光闌503和聚焦透鏡504。它們的中心均位于光軸oo上。視場光闌503位于照明透鏡501的物方焦點處，它控制著監測系統的視場。孔徑光闌502控制白光光束G″的口徑，所以它控制著監測系統的數值孔徑和焦深。如圖1所示。
本實用新型的光存儲材料存儲特征的測試儀如上所述和圖1所示的結構。
以下結合附圖詳細描述本實用新型的結構。所說的測試光源部分有激光器6。在激光器6的發射窗口一邊，有聲光調制器7，聲光調制器7的方位應使激光通過它之后衍射的一級衍射光最強。從聲光調制器7輸出光束前進方向上，依次置有擴束組件8、立方偏光棱鏡9、四分之一波片10和分光鏡11。擴束組件8的光軸oo與聲光調制器7的一級衍射光重合。立方偏光棱鏡9、四分之一波片10的中心位于光軸oo上，且它們的入射面與光軸oo垂直。四分之一波片10的快軸方向與激光器6輸出的線偏振光的偏振方向成45°角。分光鏡11的分光面與光軸oo成45°角，且其中心點Oo位于光軸oo上。
通過分光鏡11的分光面的中心點Oo垂直于光軸oo的第二條垂直線o″o″上有半球形固體浸潤透鏡15，半球形固體浸潤透鏡15的平面相當于置于被測樣品16表面上，被測樣品16放在一維平移臺19上，一維平移臺19置于三維平臺21上。有第一限位開關18和第二限位開關20安裝在一維平移臺19內，第一限位開關18和第二限位開關20與電子控制箱22連接。一維平移臺19由與其連接的步進電機17驅動其位移，步進電機17與電子控制箱22連接。電子控制箱22通過電纜與計算機23連接，計算機23內部的信號發生接口板通過導線與聲光調制器7連接，計算機23的輸入信息以及結果信息由通過電纜與其連接的顯示器24顯示。在半球形固體浸潤透鏡15與分光鏡11的分光面的中心點Oo之間的第二條垂直線o″o″上，有光軸與第二條垂直線o″o″重合的高數值孔徑物鏡13，高數值孔徑物鏡13的焦點落在半球形固體浸潤透鏡15的平面上。在第二條垂直線o″o″上，有中心軸線與第二條垂直線o″o″重合的帶有監視器2的攝像機1，攝像機1的接收面101隔著分光鏡11與半球形固體浸潤透鏡15相對。在分光鏡11與攝像機1的接收面101之間的第二條垂直線o″o″上，有光軸與第二條垂直線o″o″重合的鏡筒透鏡3，鏡筒透鏡3的焦點落在攝像機1的接收面101上。在分光鏡11與鏡筒透鏡3之間的第二條垂直線o″o″上，有反射面中心點在第二條垂直線o″o″上的半反半透分光鏡4，半反半透分光鏡4的反射面向著分光鏡11，且與第二條垂直線o″o″成45°角。
通過半反半透分光鏡4的反射面的中心點有與第二條垂直線o″o″垂直的垂直線oo。此垂直線oo是白光光源5的光軸。
通過立方偏光棱鏡9的分光面的中心點垂直于光軸oo的第一條垂直線o′o′上置有光電探測器14，其中心軸線與穿過立方偏光棱鏡9的中心點的第一條垂直線o′o′重合，與第二條垂直線o″o″平行。同時，激光器6的方位應使輸出的線偏振光的偏振方向與第一條垂直線o′o′和光軸oo決定的平面平行。光電探測器14的輸出與電子控制箱22連接。在光電探測器14與立方偏光棱鏡9之間的第一條垂直線o′o′上，有光軸與第一條垂直線o′o′重合的會聚透鏡12，會聚透鏡12的焦點落在光電探測器14的接收面上。
所說的擴束組件8，包括光軸與光軸oo重合的發散凹透鏡801和準直凸透鏡802，兩個透鏡的焦點重合。發散凹透鏡801將光束發散，準直凸透鏡802再將發散的光束變成平行光束G，此出射的平行光束G的口徑要比入射時的口徑大，即比聲光調制器7出射的一級衍射光束口徑大。
所說的分光鏡11分光面上鍍有對激光器6的發射激光束波長λ反射率大于95％的分光膜，說所的分光鏡11的分光面就是鍍有分光膜的表面。
所說的半反半透分光鏡4是一個表面上鍍有對白光反射50％，透過50％的半反半透膜層的玻璃平行平板，說所的半反半透分光鏡4的反射面就是鍍有對白光半反半透膜層的表面。
所說的高數值孔徑物鏡的數值孔徑大于0.8。
所說的半球形固體浸潤透鏡的半球的半徑小于1毫米。
所說的立方偏光棱鏡9由兩個等邊直角棱鏡膠合而成，膠合面上鍍有偏振分光膜，對偏振方向垂直于光軸oo與第一條垂直線o′o′所構成平面的光(S)透射，對偏振方向平行于光軸oo與第一條垂直線o′o′所構成平面的光(P)反射，所說的立方偏光棱鏡9的分光面就是鍍有偏振分光膜的膠合面。
本實用新型的測試儀如上所述的結構，激光器6發射的單色(波長為λ)線偏振平行光束通過聲光調制器7后將發生衍射。聲光調制器7一級衍射光通過擴束組件8后形成寬的光束G。光束G通過立方偏光棱鏡9的偏振分光膜，對S光透射，對P光反射，也就是說，立方偏光棱鏡9的分光面對激光器6輸出的偏振方向為線偏振光是透過的。透過立方偏光棱鏡9的線偏振光束穿過四分之一波片10，因為四分之一波片10的快軸方向與入射線偏振光的偏振方向成45°角，所以通過四分之一波片10后線偏振光束變成園偏振光。再通過分光鏡11，因為分光鏡11的分光面是一個表面上鍍有對激光器6的輸出激光波長λ的反射率大于95％的分光膜，所以光束經分光鏡11有95％的光束被反射后成為平行光束G′，平行光束G′通過高數值孔徑物鏡13，將光束會聚在被測樣品16的表面上，因半球形固體浸潤透鏡15的平面是置于被測樣品16的表面上，即半球形固體浸潤透鏡15的平面與被測樣品16表面是緊密接觸。而且被測樣品16與半球形固體浸潤透鏡15接觸的一面就是鍍有記錄層的被測表面。通過高數值孔徑物鏡13的會聚光束通過半球形固體浸潤透鏡15的球面后最終會聚到高數值孔徑物鏡13的焦點處，也是半球形固體浸潤透鏡15的平面的中心點處，也就是光束通過半球形固體浸潤透鏡15平面后會聚到被測樣品16上有記錄層的表面上。被測樣品16是放在一維平移臺19上。一維平移臺19又固定在三維平臺21上。三維平臺21和一維平移臺19用于調節被測樣品16的平移及上下左右前后的位置。一維平移臺19由與其連接的步進電機17驅動位移。步進電機17與電子控制箱22連接。電子控制箱22控制步進電機17工作。第一限位開關18和第二限位開關20裝在一維平移臺19內，與電子控制箱22連接。當一維平移臺19移動到一定位置時，第一限位開關18和第二限位開關20之一將發送信號給電子控制箱22。因電子控制箱22與計算機23連接，計算機23通過電子控制箱22、步進電機17、第一限位開關18和第二限位開關20控制一維平移臺19的移動。計算機23內部的信號發生接口板與聲光調制器7連接，從而控制聲光調制器7一級衍射光的強弱和通斷時間。計算機23的輸入信息以及結果信息由通過電纜與其連接的顯示器24顯示。
會聚于高數值孔徑物鏡13的焦點處的光束由置于高數值孔徑物鏡13的焦點處的被測樣品16上的記錄層反射，沿原路返回，經過半球形固體浸潤透鏡15的透射、高數值孔徑物鏡13的折射、分光鏡11的反射后，入射到四分之一波片10上，經過四分之一波片10后，園偏振光變為線偏振光，且偏振方向與激光器6輸出的線偏振光的偏振方向成90°角，再入射到立方偏光棱鏡9時，將由立方偏光棱鏡9內的分光面反射后經過會聚透鏡12將光束會聚，會聚點在光電探測器14的接收面上，光電探測器14將光信號轉化為電信號送到電子控制箱22內，電子控制箱22再將此電信號送入計算機23內，由計算機23對電信號進行A/D變換和數據采集。其結果由顯示器24顯示出。
白光光源5發射的白光光束G″經半反半透分光鏡4反射后的光束，透過分光鏡11、高數值孔徑物鏡13和半球形固體浸潤透鏡15會聚到被測樣品16有記錄層的表面上。由被測樣品16有記錄層的表面反射的白光光束再通過半球形固體浸潤透鏡15后由高數值孔徑物鏡13收集、經分光鏡11和半反半透分光鏡4，透射后的光形成光束G，經鏡筒透鏡3后，在鏡筒透鏡3的像方焦面上形成被測樣品16有記錄層的表面的像。恰好攝像機1的接受面101是在鏡筒透鏡3的像方焦面上，所以攝像機1就將接受到的被測樣品16有記錄層的表面的像送到監視器2上顯示，以此不斷地監視著被測樣品16的狀態。如圖1所示。
本實用新型的測試儀首先是光束寫入讀出部分是置于被測樣品16的被測記錄層表面之上，調整方便，其中有高數值孔徑物鏡13與半球形固體浸潤透鏡15結合為更高數值孔徑的顯微鏡物鏡。為此本實用新型的測試裝置比在先技術的測量裝置分辨率高、測量精度高。而且更換高數值孔徑物鏡13和半球形固體浸潤透鏡15方便。本實用新型的測試裝置光源部分是將與激光器6波長有關的部件和與激光器6波長無關的部件分離開來，更換激光器6后，只需微調擴束組件8，更換立方偏光棱鏡9、四分之一波片10和分光鏡11，其它部件或元件無需全部調整和更換，擴展了裝置的使用范圍；因為高數值孔徑物鏡13可像顯微鏡物鏡那樣更換；當然半球形固體浸潤透鏡15可以加上去，也可以不加上去，加上后可進行近場光存儲研究，測量高密度的光盤讀與寫，不加上去，就是普通的靜態測試裝置。本實用新型含有監視顯示部分和監視光源部分，可直觀地監視調焦過程，并直接觀察記錄光斑和記錄點(初次寫入的點或擦出后的點)的形貌，使本實用新型的測試儀的測試直觀而操作方便，提高了測試的效率。
圖1是本實用新型的光存儲材料存儲特征的測試儀的結構示意圖。
具體實施方式
裝置如圖1所示。激光器6采用氬離子氣體激光器(波長514.5nm)，光束直徑1mm左右，發散度為1毫弧度，最高功率大于100mW。聲光調制器7的載頻為100MHz，調制頻率0～10MHz，衍射效率大于85％。高數值孔徑物鏡13的數值孔徑為0.9，工作距離2mm。擴束組件8的擴束倍率為10倍。半球形固體浸潤透鏡15的折射率大于1.8，半徑為0.714mm。鏡筒透鏡3焦距200mm。攝像機1為1/4″彩色電荷耦合器(CCD)攝像頭。監視器2為十四英寸彩色監視器。測試過程中，如上述圖1的結構，將被測樣品16放在一維平移臺19上，調整一維平移臺19和三維平臺20使被測樣品16的被測表面與半球形固體浸潤透鏡15的平面緊密接觸，或者在兩者之間加一層折射率油以提高近場耦合的效率。打開所有電源，包括激光器6的電源、聲光調制器7的電源、電子控制箱22的電源、計算機23的電源、顯示器24的電源、白熾燈505的電源、攝像機1的電源和監視器2的電源。激光器6有激光輸出。由計算機23向聲光調制器7發送一個直流信號，激光器6通過聲光調制器7后產生恒定的一級衍射光，調整聲光調制器7的方位，使一級衍射光最強。由計算機23控制，給聲光調制器7輸出一個零信號，使一級衍射光消失，激光器6的輸出激光就不能入射到擴束組件8上及其后的光學元件上。
與此同時，由白光光源5發射的白光光束G″入射到半反半透分光鏡4上，由其反射后入射到分光鏡11上；透過分光鏡11的光束入射到高數值孔徑物鏡13上后再入射到半球形固體浸潤透鏡15上。此時，高數值孔徑物鏡13和半球形固體浸潤透鏡15結合相當于一個更高數值孔徑的顯微鏡物鏡，它將入射到它們上的光束會聚到被測樣品16有記錄層的表面上。由被測樣品16被測的有記錄層的表面散射的光再由半球形固體浸潤透鏡15和高數值孔徑物鏡13收集，沿原路返回，透過分光鏡11和半反半透分光鏡4后，由鏡筒透鏡3將被測樣品16有記錄層的表面成像在攝像機1接受面101上。監視器2將被測樣品16有記錄層的表面像顯示出來。開始時半球形固體浸潤透鏡15的位置可能不合適，監視器2上沒有像顯示出來，此時，左右、前后和上下調節三維平臺21，使像在監視器2上顯示出來。
然后由計算機23控制，使步進電機17向某個方向旋轉一步，一維平移臺19隨之向某個方向位移一步，計算機23向聲光調制器7發出一個電脈沖信號，通過聲光調制器7后的一級衍射光就成為一個光脈沖，通過擴束組件8的擴束后成為光束G，入射到立方偏光棱鏡9上，透過立方偏光棱鏡9的光束再經過四分之一波片10后變成園偏振光。園偏振光打在分光鏡11上反射后成為平行光束G′。平行光束G′通過高數值孔徑物鏡13和半球形固體浸潤透鏡15后會聚于高數值孔徑物鏡13在被測樣品16的記錄層上的焦點處，與此同時記錄出一個點(用于寫入測試)，在監視器2上可以觀察該點的形貌。
計算機23再向聲光調制器7發出一個幅度較小的電脈沖信號，通過聲光調制器7后的一級衍射光就成為一個功率較小光脈沖，光束同樣經過上述過程會聚于高數值孔徑物鏡13的焦點處，也就是被測樣品16的記錄層上同一點，由于光脈沖功率低，它不能記錄一個點只能用于讀出此記錄點的反射率變化，由記錄點散射的光沿原路返回，經過半球形固體浸潤透鏡15和高數值孔徑物鏡13以及分光鏡11的反射后，入射到四分之一波片10上，經過四分之一波片10后，園偏振光變為線偏振光，且偏振方向與激光器6輸出的線偏振光的偏振方向成90°角，所以再入射到立方偏光棱鏡9時，立方偏光棱鏡9將此光束反射。反射到會聚透鏡12上后會聚到光電探測器14的接收面上，光電探測器14將光信號轉化為電信號，并送到電子控制箱22，由計算機23來讀取。上面所述是一次寫入過程和一次讀取過程。當測試材料的信號對比度時，是先進行一次讀的過程，記錄此時的光電探測器14輸出信號，寫入一次，再同樣讀取一次，記錄此時的光電探測器14輸出信號，兩個信號的差異就代表了信號對比度。擦除率的測試過程是這樣的先進行一次讀的過程，記錄此時的光電探測器14輸出信號，寫入一次，擦除一次(由計算機23輸出到聲光調制器7的電脈沖信號幅度介于寫入和讀取幅度之間，其他與寫入和讀取過程相同)，再同樣讀取一次，記錄此時的光電探測器14輸出信號，兩個信號的差異就代表了擦除率。寫入、讀取和擦除的電脈沖信號的長短和幅度是可變的，一維平移臺19向某個方向位移一步，改變寫入、讀取或擦除的電脈沖信號的長短或幅度，重復一次，然后再步進一步，再改變寫入、讀取或擦除的電脈沖信號的長短或幅度，再重復一次，如此反復幾次或幾十次，就可給出信號對比度或擦除率隨某個條件變化的曲線。
按上述步驟測量光存儲材料靜態特征，最高寫入功率為25mW，最低讀取功率0.2mW，從最高功率到最低功率分256檔。脈寬從50納秒到5微秒，分256檔。總的噪聲信號比在1％以下。計算機23實現了測試的自動化。
權利要求1.一種光存儲材料存儲特征的測試儀，包括<1>測試光源部分含有沿著激光器(6)發射光束(G)前進方向的光軸(oo)上依次置有聲光調制器(7)、擴束組件(8)、偏光棱鏡(9)、四分之一波片(10)和分光鏡(11)，分光鏡(11)的分光面與光軸(oo)成45°角放置；<2>測試顯示部分含有置于通過立方偏光棱鏡(9)分光面的中心點垂直于激光器(6)發射光束(G)光軸(oo)第一條垂直線(o′o′)上有會聚透鏡(12)和光電探測器(14)，光電探測器(14)的輸出通過電子控制箱(22)連接到帶有顯示器(24)的計算機(23)上；其特征是<3>光束寫入讀出部分包括在穿過分光鏡(11)中心點(Oo)的垂直于激光器(6)發射光束(G)光軸(oo)的第二條垂直線(o″o″)上，分光鏡(11)反射光束(G′)前進的方向上置有高數值孔徑物鏡(13)和半球形固體浸潤透鏡(15)，半球形固體浸潤透鏡(15)的球面向著高數值孔徑物鏡(13)，高數值孔徑物鏡(13)的焦點落在半球形固體浸潤透鏡(15)平面的中心點上；<4>調整被測位置部分包括被測樣品(16)放置在內部裝有第一限位開關(19)和第二限位開關(20)的一維平移臺(19)上，被測樣品(16)的被測記錄層表面與半球形浸潤透鏡(15)的平面接觸，一維平移臺(19)置于三維平臺(21)上，一維平移臺(19)連接有步進電機(17)，步進電機(17)、第一限位開關(19)和第二限位開關(20)通過電子控制箱(22)與計算機(23)相連；<5>有監視顯示部分包括在上述激光器(6)發射光束(G)光軸(oo)的第二條垂直線(o″o″)上，在分光鏡(11)反射光束(G′)前進方向的反方向上，由分光鏡(11)開始依次置有半反半透分光鏡(4)、鏡筒透鏡3和帶有監視器2的攝像機1，鏡筒透鏡(3)的焦點恰好落在攝像機(1)的接收面(101)上，半反半透分光鏡(4)的分光面與第二條垂直線(o″o″)成45°角放置；<6>有監視光源是白光光源(5)，白光光源(5)光軸(oo)與穿過半反半透分光鏡(4)中心點垂直于第二條垂直線(o″o″)的垂直線(oo)重合，它包括自半反半透分光鏡(4)至白熾燈(505)之間的白光光源(5)光軸(oo)上依次置有照明透鏡(501)、孔徑光闌(502)、視場光闌(503)和聚焦透鏡(504)。
2.根據權利要求1所述的光存儲材料存儲特征的測試儀，其特征在于所說的分光鏡(11)的分光面上鍍有對激光器(6)發射激光束波長反射率大于95％的分光膜。
3.根據權利要求1所述的光存儲材料存儲特征的測試儀，其特征在于所說的被測樣品(16)的被測記錄層表面與半球形固體浸潤透鏡(15)的平面是緊密接觸，或者兩者之間放有折射率油。
專利摘要一種光存儲材料存儲特征的測試儀,主要適用各種光盤記錄層材料存儲特征的測試。包括測試光源部分、測試顯示部分、光束寫入讀出部分、調整被測位置部分、監視顯示部分和監視光源。其中光束寫入讀出部分是置于被測樣品的被測記錄層表面之上,有高數值孔徑物鏡與半球形固體浸潤透鏡結合為更高數值孔徑的顯微物鏡。所以本實用新型比在先技術的測試裝置分辨率高、測量精度高。更換高數值孔徑物鏡和半球形固體浸潤透鏡方便,調節被測樣品的位置也方便。本實用新型中有監視顯示部分和監視光源。可以直觀地監視調焦過程,并直接觀察記錄光斑和記錄點的形貌,使裝置測試直觀而操作方便,提高了測試效率。
文檔編號G11B7/00GK2497394SQ0125341
公開日2002年6月26日 申請日期2001年8月31日 優先權日2001年8月31日
發明者徐文東, 干福熹 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所