CN1207710C - 多波长多阶只读光盘的母盘刻录和制造方法 - Google Patents
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Abstract
多波长多阶只读光盘的母盘刻录和制造方法，属于高密度数字光存储技术和微细加工技术领域，其特征在于：它是一种利用记录材料对应的选择吸收特性，用多波长刻录激光进行多路并行刻录，并在每一层上多阶存储的方法，它依次包含以下步骤：在玻璃盘基上旋涂由多种波长激光一一对应的多种光致变色材料混合而成的感光层；多种波长的刻录激光通过复消色差物镜聚焦在同一感光层上，进行多路并行刻录；改变曝光区域光致变色材料对特定波长激光的吸收率，并按吸收率的高低分阶以记录数据；对感光层进行固定处理；在感光层上再旋涂一层透明的固化介质层；把固化介质层和感光层从玻璃盘基上一起剥离；在感光层上甩涂保护层，三者组成的掩膜即为母盘。
Description
技术领域
多波长多阶只读光盘的母盘刻录和制造方法，属于高密度数字光存储技术和微细加工技术领域。
背景技术
清华大学徐端颐等在“Multi-wavelength Optical Disc Apparatus and Method forReading and Writing”(美国专利号“12000226E-US”)等一系列相关发明专利和学术论文中，提出了一种多波长多阶光存储方法，利用记录材料对光的选择吸收特性，实现光波频率维并行读写，同时每一层上多阶存储，同时提高了存储容量和读写速度。多波长多阶光存储是在光学系统数值孔径和波长不变的情况下进一步提高光存储容量的先进光存储技术，该技术可以直接应用于多波长多阶只读光盘(如图1所示)。多波长多阶只读光盘的出现，对母盘刻录技术提出了新的挑战。现有的母盘刻录技术，都采用了传统的坑点边缘记录方式(如图2所示)，盘片复制则采用模压技术。这种模压型盘片制造工艺无法应用于多波长多阶只读光盘制造。
根据国内外检索结果，目前没有提出多波长多阶母盘制造方法的文章或专利。
发明内容
本发明的目的在于提出一种供制造多波长多阶只读光盘用的母盘刻录和制造方法，从而为多波长多阶存储技术的产业化实现铺平道路。
本发明的特征在于：
1、它是一种利用记录材料对应的选择吸收特性，用多波长刻录激光进行多路并行刻录，并在每一层上多阶存储的方法，它依次包含以下步骤：
(1)把由多种波长激光一一对应的多种光致变色材料混合而成的感光层旋涂于玻璃盘基上，该感光层厚度小于所用所有激光的焦深。
(2)多种波长的刻录激光通过复消色差物镜聚焦在同一感光层上，进行多路并行刻录。调焦信号是从其中一路激光的反射光检测得到的。
(3)在刻录过程中，改变曝光区域光致变色材料对特定波长激光的吸收率，并按吸收率的高低分阶以记录数据；
(4)刻录完成后对感光层进行固定，使感光材料不再对刻录激光敏感，提高感光层稳定性；
(5)固定完成后在感光层上再旋涂一层透明的固化介质层，然后采用分离工艺将固化介质层和感光层一起从玻璃盘基上剥离，然后在感光层上再甩涂上透明的保护层，由固化介质层、感光层和保护层构成的掩膜即为可以用于多波长多阶只读母盘复制工艺的母盘。
2、所述的改变曝光区域光致变色材料对特定波长激光的吸收率，是通过改变刻录过程中的曝光强度来实现的。
试验证明：感光层内的每一种光致变色材料都可以存储多阶信息，而且感光层在固定后不会再对刻录激光发生光致变色反应。
附图说明：
图1：多波长多阶只读光盘结构简图。
图2：用于模压DVD的母盘(Stamper)的表面形貌图。
图3：刻录光学头的光路简图。
图4：多层并行光刻中的激光器控制原理简图。
图5：多波长多阶母盘制作工艺流程简图。
在图1中，11为保护层，12为反射层，13为信息记录层，14为盘基。信息记录层由多种(2种，3种或者4种)光致变色材料混合而成，其中每一种光致变色材料只对一种波长敏感。图中所示信息记录层即由3种吸收峰分别为λ1、λ2、λ3的光致变色材料(分别即为材料1，材料2和材料3)混合而成。每种光致变色材料的分子具有两种状态，一种状态只吸收λ1波长的光子，对另两种波长光不吸收，而另一种状态则不吸收全部3种波长的激光；材料2一种状态只吸收λ2波长的光子，而另一种状态则不吸收全部3种波长的激光；材料3一种状态只吸收λ3波长光子，而另一种状态则不吸收全部3种波长的激光。每种光致变色材料根据曝光量的不同，处于状态1的分子浓度也不同，对该波长的吸收率也不同。利用这一点，每一种材料都可以实现存储多阶信息。多波长多阶只读光盘的信息记录层已经在复制工艺被强电或者其它方法固定，不会再发生光致变色反应。
在图2中示为白色椭圆形斑点的是突起的记录符，利用这些突起，被模压的盘基将具有与母盘吻合的凹坑形记录符。
在图3中，31、34和39是具有不同波长(λ1、λ2、λ3)的3个激光器，他们经过各自的准直整形系统(32、35、310)和1/4波片(33、36、313)后，入射到合光/分光装置(314)后被合成为一束共轴平行光，然后经过复消色差透镜(315)后，聚焦到待刻录母盘(316)上，主轴电机(317)带动待刻录母盘转动。偏振分光镜(312)、聚光镜(38)和光电探测器(37)用于检测激光3的反射光强，用于产生调焦误差信号。刻录时，根据要写入的数据信息，同时调制三个激光器的刻录光强(刻录光强大于各记录层写入阈值)按强度分阶，这样就可实现三波长三层盘数据的纵向并行刻录，数据则分别被刻录在该感光层的不同材料上。
如图4所示，编码系统根据每个记录符上每一层所需记录的数据决定对应激光器的功率并把该功率大小以8位数字量的形式输出给相应8位D/A电路，8位D/A电路将其转换为模拟量(电压)并输入到相应激光器的功率控制电路以控制激光器的出射光强大小。激光器出射光强的大小与记录数据的数值之间大致成正比，同时兼顾材料敏感度和调焦要求。例如，记录符所需存储三层数据依次为01，02，03，则控制功率1为“01000000”(二进制)，控制功率2为“10000000”，控制功率3为“11000000”。数据00对应控制功率为“00000000”，由于波长405nm的蓝光需同时用于调焦，需要常开，所以蓝光记录层的数据00对应控制功率不是“00000000”，而是一个小于材料阈值同时满足调焦要求的值，比如“00011000”。
在图5中，I为由感光层(51)和玻璃盘基(52)组成的待刻录盘片，II为经过刻录曝光和固化工艺后的盘片(其中53为曝光后的感光层，即信息层)，III为涂上固化层(54)后的盘片，IV为与盘基分离后由固化层与信息层组成的盘片，V为涂上保护层(55)后的盘片，即可以用于多波长多阶只读光盘复制的母盘。
感光层的材料与多波长多阶只读光盘中的信息记录层材料一样由多种波长激光对应的多种光致变色材料混合而成，旋涂于玻璃盘基上。该感光层厚度小于所用所有激光的焦深，以保证同一记录符的记录材料被对应激光均匀曝光。
母盘刻录曝光过程是利用光致变色效应，改变被曝光区域内的光致变色材料对特定波长激光的吸收率，并以吸收率的高低分阶以记录数据。刻录完成后对感光层进行固定，使感光材料不再对刻录激光敏感，提高感光层稳定性。
固定完成后在感光层上再旋涂一层透明的固化介质层，然后采用分离工艺将固化介质层和感光层一起从玻璃盘基上剥离，然后在感光层上再甩涂上透明的保护层，由固化介质层、感光层和保护层构成的掩膜即为可以用于多波长多阶只读母盘复制工艺的母盘。
刻录过程中曝光强度越大，该区域内对应材料对该波长的吸收率越小，该波长激光在该点的透射率越大。这样，以该母盘为掩膜对同种材料的感光层进行曝光，就可以得到相同记录状态的盘片。
下面介绍本发明的实施例——三波长四阶母盘刻录系统。
采用的三种激光波长分别为650nm、532nm和405nm。非消色差物镜数值孔径为0.65，焦深为0.8μm。光盘盘基由有机塑料组成，厚度为0.6mm。
感光层为由吸收带不同的3种螺吡喃混合而成，吸收峰分别为650nm、532nm和405nm，吸收带的宽度非常窄。光致变色材料的分子结构差别不大，除吸收峰不同外，其它光化学特性基本一致。
刻录完成后对感光层进行固定，采用外加强电场的电固定方法。固定完成后在感光层再旋涂一层透明的固化介质层，把固化介质层和感光层一起从玻璃盘基上剥离后，在感光层上
刻录完成后对感光层进行固定，采用外加强电场的电固定方法。固定完成后在感光层再旋涂一层透明的固化介质层，把固化介质层和感光层一起从玻璃盘基上剥离后，在感光层上再甩涂的透明保护层。固化介质层和保护层采用的材料相同，都是现有光盘中的保护层材料。固化介质层比保护层相对厚得多，防止母盘变形。
未发生光致变色反应时，吸收率在80％，接近全部发生光致变色反应后，吸收率在40％左右。在一定的时间内，光致变色反应的阈值为2.5mW左右，刻录激光的强度为0mW、4mW、9mW和15mW时，可以使吸收率分别为80％、67％、53％和40％，分别代表4阶存储的4种状态：“00”、“01”、“10”、“11”，即两个byte的数据。
自动调焦系统和自动跟踪系统均使用405nm的激光，其工作光强为1.5mW。在数刻录过程中，刻录数据要求激光的强度为0mW时实际使用1.5mW的激光，以保证自动调焦和自动跟踪系统仍能正常工作。因为1.5mW仍小于阈值2.5mW，刻录数据仍是正确的。
Claims (2)
1、多波长多阶只读光盘的母盘刻录和制造方法，其特征在于：它是一种利用记录材料对应的选择吸收特性，用多波长刻录激光进行多路并行刻录，并在每一层上多阶存储的方法，它依次包含以下步骤：
(1)把由多种波长激光一一对应的多种光致变色材料混合而成的感光层旋涂于玻璃盘基上，该感光层厚度小于所用所有激光的焦深；
(2)多种波长的刻录激光通过复消色差物镜聚焦在同一感光层上，进行多路并行刻录。调焦信号是从其中一路激光的反射光检测得到的；
(3)在刻录过程中，改变曝光区域光致变色材料对特定波长激光的吸收率，并按吸收率的高低分阶以记录数据；
(4)刻录完成后对感光层进行固定，使感光材料不再对刻录激光敏感，提高感光层稳定性；
(5)固定完成后在感光层上再旋涂一层透明的固化介质层，然后采用分离工艺将固化介质层和感光层一起从玻璃盘基上剥离，然后在感光层上再甩涂上透明的保护层，由固化介质层、感光层和保护层构成的掩膜即为可以用于多波长多阶只读母盘复制工艺的母盘。
2、根据权利要求书1所述的多波长多阶只读光盘母盘的刻录和制造方法，其特征在于：所述的改变曝光区域光致变色材料对特定波长激光的吸收率，是通过改变刻录过程中的曝光强度来实现的。
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