CN114280802A - 一种单光源超分辨光存储光学*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单光源超分辨光存储光学***，包括，激光光源，用于产生激光光束；第一准直整形***，用于对产生的激光光束进行准直以形成平行光束；能量分光***，用于对入射的平行光束进行分光形成第一平行光束和第二平行光束；抑制光斑形成***，用于将入射的第一平行光束进行处理形成具有衍射极限空心光斑的抑制空心光斑光束；激发光斑形成***，用于将入射的第二平行光束进行荧光激发和偏振处理形成与抑制空心光斑光束波长不同的圆偏振激发光斑光束；光斑光路调整***，用于将抑制空心光斑光束和圆偏振激发光斑光束汇聚至信息记录材料上。本发明公开了一种单光源超分辨光存储光学***具有结构简单，***成本低，方便调节等优点。
Description
技术领域
本发明涉及光存储技术领域，尤其是一种单光源超分辨光存储光学***。
背景技术
在光学存储领域，存储的数据密度与记录点的尺寸成反比，记录点的尺寸与写入激光焦点光斑的尺寸成正比，所以要想提高数据的存储密度就必须缩小写入激光光斑的尺寸。
光学成像光斑的尺寸受衍射极限的限制，减小光点尺寸的方法是减小光波长或者是增大物镜数值孔径，在现阶段通过各种方法，这两方面已经做到了极限，为了突破衍射极限，现有一种双光束超分辨方案，其原理为：双光束超分辨激光存储技术，主要利用材料与光的非线性作用，如受激发射辐射、激发中间态吸收等过程，将光反应限制在光焦点中心极小的区域来实现超衍射极限，通常需要一束激发光(initiating laser)来引发光反应，一束抑制光(inhibiting laser)来阻止光反应，并且两束光波长是不同的。抑制光束为一束焦点具有中空形状(“甜甜圈”形)(如图3)，中空的尺寸可以远远小于焦点衍射极限光斑的尺寸，激发光束与抑制光束重叠区域内的聚合反应被抑制光限制，而中空部分没有受到限制将发生聚合反应，记录信息点的尺寸与抑制光斑的中空尺寸相同，突破衍射极限的限制。
具体方案如图2示例，使用不用波长的激光光源，LD_1、LD_2，其中激光LD_1为抑制光源，经准直整形***成符合要求的具有一定光束宽度的平行光束，经1/2波长板2和1/4波长板40调制后成为圆偏振光，经过VVP(涡旋相位板42)后成为中空光束，MR镜60(反射镜)、DM镜61(二向色镜)调整抑制光束方向后经物镜62汇聚成中空衍射极限光斑。激光光源LD_2为激发光源，同样经准直整形***2成符合要求的具有一定光束宽度的平行光束，经1/2波长板40和1/4波长板41调制后成为圆偏振光，经DM镜调整光束方向后进入同一物镜汇聚成衍射极限光斑。激发光斑与抑制光斑共同作用在信息记录材料上，没有受到抑制光束影响的材料与激发光束反应形成超衍射极限的信息记录点。
现有的双光束超分辨激光存储***具有以下不足，需要使用两个独立的激光光源，一般采用的激光光源为飞秒激光器少则几十万，多则几百万，不仅使整个***成本高昂，同时，两路激光存在合束问题，即需要通过调整机械结构使两束光束中心完全重合，调整起来比较困难。
发明内容
本发明针对以上问题提出了一种单光源超分辨光存储光学***。
本发明采用的技术手段如下：
一种单光源超分辨光存储光学***，包括，
激光光源，用于产生激光光束；
第一准直整形***，用于对产生的所述激光光束进行准直以形成具有设定宽度的平行光束；
能量分光***，用于对入射的所述平行光束进行分光形成第一平行光束和第二平行光束；
抑制光斑形成***，用于将入射的所述第一平行光束进行偏振和涡旋处理形成具有衍射极限空心光斑的抑制空心光斑光束；
激发光斑形成***，用于将入射的第二平行光束进行荧光激发和偏振处理形成与抑制空心光斑光束波长不同的圆偏振激发光斑光束；
光斑光路调整***，用于将所述抑制空心光斑光束和所述圆偏振激发光斑光束汇聚至信息记录材料上。
进一步地，所述激发光斑形成***包括第一反射镜、第一汇聚透镜、荧光板、光阑、第二准直整形***、带通滤光***、起偏器以及第一1/4波长板；
所述第一反射镜，用于将入射的所述第二平行光束入射至所述第一汇聚透镜；
所述第一汇聚透镜，用于将入射的所述第二平行光束进行汇聚形成汇聚光束并入射至所述荧光板；
所述荧光板，用于接收所述入射的所述汇聚光束，并由所述汇聚光束激发产生激发光束；
所述光阑，用于对所述激发光束进行截取；
所述第二准直整形***，用于对由所述光阑截取的激发光束进行准直形成具有设定宽度的平行激发光束；
所述带通滤光***，用于对所述平行激发光束进行滤波以获得与第一平行光束的波长不同的设定波长平行激发光束；
所述起偏器，用于对所述设定波长平行激发光束进行偏振处理形成线偏振激发光束；
所述第一1/4波长板，用于对线偏振激发光束调制成所述圆偏振激发光斑光束。
进一步地，所述抑制光斑形成***包括第一1/2波长板、第二1/4波长板以及涡旋相位板；
所述第一1/2波长板，用于对所述第一平行光束调制成与所述第一平行光束相位差为λ/2的第一调制光束；
所述第二1/4波长板，用于对入射的所述第一调制光束调制成第一圆偏振光束；
所述涡旋相位板，用于将入射的所述第一圆偏振光束调制成抑制空心光斑光束。
进一步地，所述光斑光路调整***包括第二反射镜、二向色镜以及物镜；
所述第二反射镜，用于将所述抑制空心光斑光束入射至所述二向色镜中；
所述二向色镜，用于将入射的所述抑制空心光斑光束和所述圆偏振激发光斑光束合成形成合成光束并入射至所述物镜中；
所述物镜，用于对入射的所述合成光束汇聚形成衍射极限光斑。
进一步地，所述能量分光***为能量分光镜。
进一步地，所述光阑对所述激发光束进行截取后的发散角为±10度。
进一步地，所述带通滤光***的滤波后获得的所述设定波长平行激发光束的波长带宽与所述激光光源产生的所述激光光束的波长带宽相近。
与现有技术比较，本发明公开的单光源超分辨光存储光学***具有以下有益效果：由于仅具有一个激光光源，并能通过能量分光***、抑制光斑形成***和激发光斑形成***将由激光光源产生的激光光束形成波长不同的抑制空心光斑光束和圆偏振激发光斑光束以实现在信息材料上记录信息，本发明由于仅具有一个激光光源，降低了***成本，同时便于***的调节，简化了***的结构。
附图说明
图1为本发明公开的单光源超分辨光存储光学***的结构图；
图2为现有技术的双光束超分辨激光存储***的结构图；
图3为抑制光束和激发光束作用在信息材料上的示意图。
图中：1、激光光源，2、第一准直整形***，3能量分光***，4、抑制光斑形成***，40、第一1/2波长板，41、第二1/4波长板，42、涡旋相位板，5、激发光斑形成***，50、第一反射镜，51、第一汇聚透镜，52、荧光板，53、光阑，54、第二准直整形***，55、带通滤光***，56、起偏器，57、第一1/4波长板，6、光斑光路调整***，60、第二反射镜，61、二向色镜，62、物镜，7、信息记录材料。
具体实施方式
如图1所示为本发明公开的单光源超分辨光存储光学***，包括，
激光光源1，用于产生激光光束；
第一准直整形***2，用于对产生的所述激光光束进行准直以形成具有设定宽度的平行光束；
能量分光***3，用于对入射的所述平行光束进行分光形成第一平行光束和第二平行光束；
抑制光斑形成***4，用于将入射的所述第一平行光束进行偏振和涡旋处理形成具有衍射极限空心光斑的抑制空心光斑光束；
激发光斑形成***5，用于将入射的第二平行光束进行荧光激发和偏振处理形成与抑制空心光斑光束波长不同的圆偏振激发光斑光束；
光斑光路调整***6，用于将所述抑制空心光斑光束和所述圆偏振激发光斑光束汇聚至信息记录材料上。
具体地，本实施例中，激光光源采用LD激光光源，激光光源产生激光光束入射至第一准直整形***2，本实施例中，第一准直整形***2采用准直透镜，第一准直整形***用于将激光光束进行准直整形形成具有设定宽度的平行光束，平行光束入射至能量分光***3，本实施例中，所述能量分光***3为能量分光镜，平行光束入射至能量分光镜中一部分透射形成第一平行光束，一部分反射形成第二平行光束，第一平行光束入射至抑制光斑形成***4中，本实施例中，抑制光斑形成***4采用与现有的双光束超分辨激光存储***中的抑制光斑形成***相同的结构，具体地，所述抑制光斑形成***4包括第一1/2波长板40、第二1/4波长板41以及涡旋相位板42；
所述第一1/2波长板40，用于对所述第一平行光束调制成与所述第一平行光束相位差为λ/2的第一调制光束；
所述第二1/4波长板41，用于对入射的所述第一调制光束调制成第一圆偏振光束；
所述涡旋相位板42，用于将入射的所述第一圆偏振光束调制成抑制空心光斑光束，即第一平行光束经过第一1/2波长板、第二1/4波长板以及涡旋相位板形成圆偏振中空光束。
经过能量分光镜反射形成第二平行光束入射至激发光斑形成***5中，所述激发光斑形成***5包括第一反射镜50、第一汇聚透镜51、荧光板52、光阑53、第二准直整形***54、带通滤光***55、起偏器56以及第一1/4波长板57；
所述第一反射镜50，用于将入射的所述第二平行光束进行折转使其入射至所述第一汇聚透镜51中；
所述第一汇聚透镜51，用于将入射的所述第二平行光束进行汇聚形成汇聚光束并入射至所述荧光板52上；
所述荧光板52，用于接收所述入射的所述汇聚光束，并由所述汇聚光束激发产生激发光束，荧光板由荧光材料制成，激光入射至荧光材料上激发荧光发光，根据具体需求选择合适荧光材料激发出相应波长的荧光；
所述光阑53，用于对所述激发光束进行截取，由于被激发的荧光光源的发散角达到180度，因此通过光阑对荧光光源进行截取，优选地，由光阑截取后的发散角为±10度；
所述第二准直整形***54，用于对由所述光阑截取的激发光束进行准直形成具有设定宽度的平行激发光束；
所述带通滤光***55，用于对所述平行激发光束进行滤波以获得与第一平行光束的波长不同的设定波长平行激发光束，由于激发产生的荧光的波长范围相对较宽，跨度可以达到100nm以上，无法实现对记录材料的非线性转化，因此，设置带通滤光***对激发的荧光进行截取，使得截取的荧光的波长范围与激光光源产生的激光光束的波长宽度接近的宽度，优选的，截取的带宽为1nm；
所述起偏器56，用于对所述设定波长平行激发光束进行偏振处理形成线偏振激发光束，由带通滤光***滤波处理后的荧光为非偏振光，使用起偏器将其转换成线偏振光；
所述第一1/4波长板57，用于对线偏振激发光束调制成圆偏振光即所述圆偏振激发光斑光束。
所述光斑光路调整***6包括第二反射镜60、二向色镜61以及物镜62；
所述第二反射镜60，用于将所述抑制空心光斑光束入射至所述二向色镜中；
所述二向色镜61，用于将入射的所述抑制空心光斑光束和所述圆偏振激发光斑光束合成形成合成光束并入射至所述物镜中；
所述物镜62，用于对入射的所述合成光束汇聚形成衍射极限光斑，抑制空心光斑光束与圆偏振激发光斑光束共同作用在信息记录材料7上，没有受到抑制光束影响的材料与激发光束反应形成超衍射极限的信息记录点。
本发明公开的单光源超分辨光存储光学***由于仅具有一个激光光源，并能通过能量分光***、抑制光斑形成***和激发光斑形成***将由激光光源产生的激光光束形成波长不同的抑制空心光斑光束和圆偏振激发光斑光束以实现在信息材料上记录信息，同时由于仅具有一个激光光源，大大的降低了***成本，同时便于***的调节，简化了***的结构。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种单光源超分辨光存储光学***，其特征在于：包括，
激光光源(1)，用于产生激光光束；
第一准直整形***(2)，用于对产生的所述激光光束进行准直以形成具有设定宽度的平行光束；
能量分光***(3)，用于对入射的所述平行光束进行分光形成第一平行光束和第二平行光束；
抑制光斑形成***(4)，用于将入射的所述第一平行光束进行偏振和涡旋处理形成具有衍射极限空心光斑的抑制空心光斑光束；
激发光斑形成***(5)，用于将入射的第二平行光束进行荧光激发和偏振处理形成与抑制空心光斑光束波长不同的圆偏振激发光斑光束；
光斑光路调整***(6)，用于将所述抑制空心光斑光束和所述圆偏振激发光斑光束汇聚至信息记录材料(7)上。
2.根据权利要求1所述的单光源超分辨光存储光学***，其特征在于：所述激发光斑形成***(5)包括第一反射镜(50)、第一汇聚透镜(51)、荧光板(52)、光阑(53)、第二准直整形***(54)、带通滤光***(55)、起偏器(56)以及第一1/4波长板(57)；
所述第一反射镜(50)，用于将入射的所述第二平行光束入射至所述第一汇聚透镜(51)；
所述第一汇聚透镜(51)，用于将入射的所述第二平行光束进行汇聚形成汇聚光束并入射至所述荧光板(52)；
所述荧光板(52)，用于接收所述入射的所述汇聚光束，并由所述汇聚光束激发产生激发光束；
所述光阑(53)，用于对所述激发光束进行截取；
所述第二准直整形***(54)，用于对由所述光阑(53)截取的激发光束进行准直形成具有设定宽度的平行激发光束；
所述带通滤光***(55)，用于对所述平行激发光束进行滤波以获得与第一平行光束的波长不同的设定波长平行激发光束；
所述起偏器(56)，用于对所述设定波长平行激发光束进行偏振处理形成线偏振激发光束；
所述第一1/4波长板(57)，用于对线偏振激发光束调制成所述圆偏振激发光斑光束。
3.根据权利要求2所述的单光源超分辨光存储光学***，其特征在于：所述抑制光斑形成***(4)包括第一1/2波长板(40)、第二1/4波长板(41)以及涡旋相位板(42)；
所述第一1/2波长板(40)，用于对所述第一平行光束调制成与所述第一平行光束相位差为λ/2的第一调制光束；
所述第二1/4波长板(41)，用于对入射的所述第一调制光束调制成第一圆偏振光束；
所述涡旋相位板(42)，用于将入射的所述第一圆偏振光束调制成抑制空心光斑光束。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的单光源超分辨光存储光学***，其特征在于：所述光斑光路调整***(6)包括第二反射镜(60)、二向色镜(61)以及物镜(62)；
所述第二反射镜(60)，用于将所述抑制空心光斑光束入射至所述二向色镜中；
所述二向色镜(61)，用于将入射的所述抑制空心光斑光束和所述圆偏振激发光斑光束合成形成合成光束并入射至所述物镜中；
所述物镜(62)，用于对入射的所述合成光束汇聚形成衍射极限光斑。
5.根据权利要求1所述的单光源超分辨光存储光学***，其特征在于：所述能量分光***为能量分光镜。
6.根据权利要求2所述的单光源超分辨光存储光学***，其特征在于：所述光阑对所述激发光束进行截取后的发散角为±10度。
7.根据权利要求2所述的单光源超分辨光存储光学***，其特征在于：所述带通滤光***(55)的滤波后获得的所述设定波长平行激发光束的波长带宽与所述激光光源产生的所述激光光束的波长带宽相近。
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