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本文内容包括了两部分工作。第一部分是设计和搭建的蓝光光存储静态测试系统,为论文的主体,本论文是按照这个主体进行论述的。相位板应用研究只作为论文的一章进行论述,是本论文的第二部分。
论文首先综述了光存储技术研究现状和发展趋势,特别是蓝光光存储技术。而后,介绍了蓝光光存储静态测试系统的测试要求和设计思路,设计和搭建了基本监光光存储静态测试系统。针对基本测试系统的不足之处,分别进行系统的改进升级。并且,在测试系统上进行了蓝光光存储材料实验研究。
基本蓝光光存储静态测试系统中,激光器发出来的光经过声光调制器调制以后,衍射的一级光经过小孔射向扩束镜。扩束后的光束,经过分光镜和物镜,聚焦到记录层上。声光调制器与其驱动器相连,声光调制器驱动器与可编程信号发生器连接。计算机控制信号发生器,产生所需电信号,输入给声光调制器驱动器,对光进行调制得到所需光信号。单个光脉冲用于实现信息的写和擦过程,连续脉冲信号用于读过程。为得到材料反射光强信息,系统中必须有光电探测部分。材料反射光经过分光镜,一部分光被反射,经过透镜汇聚到光电探测器上。探测器将光信号转化成为电信号,经过放大和解调,得到能真正反映反射光强的信号,经数据采集卡输入计算机。
基本蓝光光存储静态测试系统可以满足实验要求。但是,存在一些不足,可以进行改进升级。
(1)用光隔离部件代替基本测试系统中的分光镜,光隔离部件由偏振分光镜和四分之一波片。光隔离提高了激光器输出光的利用率;增加了打在光电探测器上光强;减少材料反射光入射凹激光器的光强。
(2)利用纳米平台实现光点扫描,弥补了基本测试系统中样品扫描的不足。物镜与纳米平台相吲定,纳米平台带动物镜移动实现了光点扫描,给静态测试装置带来很大的灵活性。样品尺寸原则上不受限制。
(3)改善调焦功能。在基本测试系统中,是通过判断反射光束是否为平行光进行调焦的。这种方法主观性太强,辨别精度较差,需要时间较长。将白光监视系统引入调焦过程,通过监视器或图形采集卡构成调焦反馈,形成环路,提高精度和效率。
基本系统改进升级后,进行了系统集成,包括机械、电子学和软件的集成。在完成蓝光静态测试系统后,首先是验证测试系统功能性能的功能测试实验。调试结果表明光学、电子学和测试软件均工作正常。并且检测了系统测量的误差,确定此测试系统可以作为蓝光材料研究平台,进行静态测试。
在确定可以进行静态测试后,进行了光存储材料实验研究。本人充当技术支持,或者与材料制作人同时进行实验操作。此处只将部分实验结果列出:
有机材料实验结果:只列出两种有机材料CuIH和NiIA的部分实验结果。CuIH和NiIA薄膜记录后反射光信号显著降低,记录前后的反射强度差异明显。薄膜具有明显的记录功率域值,即当记录脉宽为100ns,记录功率小于1.5mW时,薄膜没有出现明显的记录点反射信号。但是,当记录功率为2.5mW时,薄膜记录时明显观察到记录点的反射光信号,CuIH的反射率对比度为32%,NiIA反射率对比度为52%。CuTH薄膜在记录功率为4.0mW,记录脉宽小于100ns时,反射率对比度随着脉宽的增大而明显增大,当记录脉宽大于100ns时,薄膜的反射率对比度随着脉宽的增大而增加缓慢,并在记录脉宽为300ns时,反射率对比度达到46%,然后趋向稳定。而NiIA薄膜在记录功率为4.2mW,记录脉宽小于100ns时,反射率对比度随着脉宽的增大而明显增大,并在记录脉宽为100ns-200ns左右,反射率对比度达到最大值,然后,随着脉宽的增大趋向稳定。
无机材料实验结果:在镀有超分辨掩膜的CD盘基上,用静态测试系统写入了记录点线阵。AFM图像显示透过Super-RFNS掩膜后的记录点尺寸小于100nm。
实验结果表明:测试系统可以满足试验的要求,形成材料研究测试平台。
相位板在光学系统中的作用倍受关注。在设计和搭建监光静态测试系统的同时,本人也对相位板作用进行了探索,结果如下:
(1)在高数值孔径情况下,采用矢量衍射理论,系统研究了同轴分区相位板对光学焦点轴向光强分布的影响。高数值孔径系统中,选择适当的几何尺寸可以使焦深提高约3倍。几何尺寸一定的情况下,高斯光束的束腰也对焦深影响很大,可以使焦深提高约4倍。在利用相位板技术时,十分注意出现焦裂情况。
(2)研究了相位板引起的焦移和焦点跳跃现象。相位板由同轴三个区域构成,并且内环形区域相位是可调节的。当相位板的几何参数选定后,调节中间环形区域相位可以产生有趣的现象,焦移很有规律,在某些情况下还伴有焦点跳跃。焦裂可以用来构成可控的光镊子装置。并且,装置中焦移和焦点跳跃现象会构成微观上的颗粒运输带,实现微观微粒的运输和操纵。
(3)利用非螺旋型相位板将相位奇点引入高斯光束,形成光漩涡,并且研究了这种高斯光束聚焦性质。当相位板将线性变化相位引入一半高斯光束时,改变变化速率可以调节焦点形状,包括单峰焦点、双峰环形焦点和双峰焦点。相位变化方向可以明显地调节焦点区域的光强分布。当相位板将线性变化相位引入高斯光束四分之一区域时,增加变化率,双峰焦点向单峰焦点转化,并伴有焦移现象。