專利名稱：超透鏡薄膜結構的超分辨數字光盤的制作方法
技術領域：
本發明屬于信息技術中光存儲領域，是一種超透鏡薄膜結構的超分辨數字光盤，主要適用于只讀式紅光超分辨數字光盤，可以有音頻、視頻等多種用途。
背景技術：
信息技術的迅猛發展要求用于信息存儲的光盤必須具備超高存儲密度和超快存取速率，這就要求光盤中的記錄點的尺寸越來越小。然而，隨著記錄點尺寸的減小，要求用于記錄點讀出的光斑尺寸也相應減小，采用現有的光學系統卻很難讀出如此微小的記錄點，因為記錄點尺寸小于讀出光斑的分辨率，光斑中將出現多個記錄點的信號，這就要求采用短波長的激光和高數值孔徑的光學頭，但由于光的衍射極限效應和光學頭的數值孔徑的制約，讀出光斑尺寸的減小即使從目前的藍光轉移到紫光也只是幾倍的關系，而光學頭數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。因此采用增大光學頭的數值孔徑和減小激光波長來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(超分辨記錄點)的讀出具有非常重要的應用價值和意義，同時這對于實現超高容量的只讀式光盤來講也有很大的實際應用前景。Yasuda等首次采用“PC基片/介電層/反射層/介電層/掩膜層/介電層”的膜層結構在只讀式光盤中實現了超分辨記錄點的讀出(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構為“PC基片/對比度增強層/介電層/掩膜層/介電層/反射層/介電層”既實現了只讀式超分辨光盤的線密度提高，又實現了其道密度的增加(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”雙掩膜層結構的只讀式超分辨光盤來獲得超分辨記錄點的讀出(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構在激光波長為632.8nm、光學頭的數值孔徑為0.40的裝置上實現了尺寸為380nm的超分辨信息點的讀出。(Jingsong Wei and Fuxi Gan，“Novel approach to super-resolution pits readout”，Opt.Eng.(Lett)41(9)，2073-2074(2002)。然而，以上的光盤結構讀出的記錄點尺寸僅僅在光的衍射極限左右，我們的任務是進一步讀出更小的記錄點和得到更高的信噪比，使光盤上的信息記錄點小于380nm。
發明內容
為了能讀出只讀式光盤中小于380nm的信息記錄點，本發明提出一種超透鏡薄膜結構的超分辨數字光盤，在激光波長為650nm、數值孔徑為0.60的動態裝置上實現記錄點尺寸在200nm及其以上的讀出，該記錄點的尺寸遠小于動態測試裝置的分辨率。
本發明的技術解決方案是一種超透鏡薄膜結構的超分辨數字光盤，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，坑點尺寸小于380nm，最小坑點尺寸在200nm。由于采用了上述結構，與在先技術相比具有結構簡單、制備成本低廉和工藝控制容易等優良性能。其機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的界面處會激發出表面等離子體波，表面等離子體波由于沿表面傳播，波矢大、波長短，當遇到信息記錄點時，它將被散射和耦合成傳播光，通過探測該傳播光來實現更小超分辨記錄點的動態讀出。
如上所述的超透鏡薄膜結構的超分辨數字光盤，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區間中，具有讀出信噪比高，光盤性能穩定等優良性能。
如上所述的超透鏡薄膜結構的超分辨數字光盤，其特征在于介電層1由厚度10-500nm的氮化硅SiN或ZnS-SiO2構成，厚度范圍是10-500nm。在10-500nm區間中，具有具有讀出信噪比高，光盤性能穩定等優良性能。
如上所述的超透鏡薄膜結構的超分辨數字光盤，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、材料來源容易、與傳統光盤兼容等優良性能。
本發明的技術效果與先前的技術相比，本發明的超透鏡薄膜結構的超分辨數字光盤中介電層1為保護層，并與超透鏡薄膜層2結合用于減小讀出光斑的尺寸。在激光波長為650nm、光學頭的數值孔徑為0.60的動態測試系統下能實現信息坑點尺寸在200nm及200nm以上的讀出。該只讀式光盤的單面單層容量達到12-15GB，雙面單層的容量達到25-30GB。
圖1，本發明實施例的結構示意圖。
圖2，以SiN作為介電層、Ag作為超透鏡薄膜得到的動態信號示波器圖。
圖3，以SiN作為介電層、Au作超透鏡薄膜得到的動態讀出信號頻譜圖。
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的頻譜圖。
圖8，SiN薄膜厚度與讀出信噪比的關系。
圖9，ZnS-SiO2薄膜厚度與讀出信噪比的關系。
圖10，Ag薄膜厚度與讀出信噪比的關系。
圖11，Au薄膜厚度與讀出信噪比的關系。
圖12，Ag0.5Au0.5薄膜厚度與讀出信噪比的關系。
具體實施例方式
本發明的實施例為″超透鏡薄膜結構的只讀式紅光超分辨多用數字光盤”，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用于保護超透鏡薄膜層2，并與超透鏡薄膜層2結合用于減小讀出光斑的尺寸，盤基3用于預制信息點，信息點尺寸在200nm。
本發明實施例中的介電層1由厚度10-500nm的氮化硅或ZnS-SiO2構成.根據實施的具體情況取值，然而，在低于10nm時，則不行，因為在該厚度下高質量的薄膜制備比較困難；在高于500nm時也不行，因為在該厚度下一方面使制備成本提高，另一方面讀出信號下降。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，根據實施的具體情況取值，在低于5nm時則不行，因為在該厚度下高質量的薄膜制備比較困難，同時降低光盤的讀出信噪比，高于500nm時也不行，因為在該厚度下已經沒有表面等離子體波效應，不能實現超分辨信息點的動態讀出。介電層1、超透鏡薄膜層2和盤基3聯合構成超透鏡薄膜結構的超分辨數字光盤，見圖1。
本發明的介電層1可以由SiN(x)或ZnS(x)-SiO2(1-x)構成，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x可以取0和1之間的任意值)。下面結合實例對本發明及其作用作進一步說明在厚度為0.6mm的聚碳酸酯基片上用壓制的方法預制直徑為200nm的坑點作為信息點。超透鏡薄膜結構的只讀式紅光超分辨多用數字光盤的制備過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。檢測光盤中信號所用裝置的激光器是波長為650nm的半導體激光器，所用光學頭的數值孔徑為0.60，根據光的衍射極限公式計算得到光斑的半高寬的直徑為600nm，遠遠超過坑點直徑200nm。測試本實驗中的超透鏡薄膜結構的只讀式紅光超分辨多用數字光盤，則得到了圖2所示的示波器信號，這說明本發明“超透鏡薄膜結構的只讀式紅光超分辨多用數字光盤”能在激光波長為650nm、光學頭的數值孔徑為0.60的動態裝置上實現信息坑點尺寸在200nm的讀出。以SiN作為介電層，Au作為超透鏡薄膜層得到的動態讀出信號的頻譜圖3。以SiN作為介電層，Ag0.5Au0.5作為超透鏡薄膜層得到的動態讀出信號的頻譜圖4。以ZnS-SiO2作為介電層，Ag作為超透鏡薄膜層得到的動態讀出信號的頻譜圖5。以ZnS-SiO2作為介電層，Au作為超透鏡薄膜層得到的動態讀出信號的頻譜圖6。以ZnS-SiO2作為介電層，Ag0.5Au0.5作為貴金屬薄膜層得到的動態讀出信號的頻譜圖7。
改變上述SiN薄膜或ZnS-SiO2薄膜厚度得到圖8和圖9所示的動態讀出信號與薄膜厚度的關系，其關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，信噪比達到最大值。
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系，其關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，信噪比達到最大值。
綜上所述，采用本發明的“超透鏡薄膜結構的只讀式紅光超分辨多用數字光盤”，在激光波長為650nm、光學頭的數值孔徑為0.60的動態裝置上能實現信息坑點尺寸在200nm及其以上的讀出。
權利要求
1.一種超透鏡薄膜結構的超分辨數字光盤，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，坑點尺寸小于380nm，最小坑點尺寸在200nm。
2.如權利要求1所述的超透鏡薄膜結構的超分辨數字光盤，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.如權利要求1或2所述的超透鏡薄膜結構的超分辨數字光盤，其特征在于介電層(1)由厚度10-500nm的氮化硅SiN或ZnS-SiO2構成，厚度范圍是10-500nm。
4.如權利要求3所述的超透鏡薄膜結構的超分辨數字光盤，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
一種超透鏡薄膜結構的超分辨數字光盤，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G11B7/254GK1822150SQ20061001828
公開日2006年8月23日 申請日期2006年1月23日 優先權日2006年1月23日
發明者魏勁松, 施宏仁, 侯立松, 干福熹 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所, 查黎