RU2727566C2

RU2727566C2 - Optical data storage method and system

Info

Publication number: RU2727566C2
Application number: RU2018133303A
Authority: RU
Inventors: Минь ГУ; Сянпин ЛИ; Яоюй ЦАО
Original assignee: Шанхай Нейгюэнг Информейшн Текнолоджи Корпорейшн
Priority date: 2018-09-20
Filing date: 2018-09-20
Publication date: 2020-07-22
Also published as: RU2018133303A; RU2018133303A3

Abstract

FIELD: data storage systems.SUBSTANCE: method for recording and retrieving optically readable data involves using a recording medium which includes a recording layer which contains an optically active substance, capable of inducing change in carrier properties in the presence of optical radiation having a first characteristic, e.g., first optical frequency, and wherein variation of properties can be suppressed by optical radiation having a second characteristic, e.g., second optical frequency. During recording, the recording medium region is irradiated with the first optical radiation beam having a first characteristic, wherein the beam has sufficient intensity in the central portion of the irradiated region and sufficient duration to cause optically induced change in the properties of the recording medium. Simultaneously, the area of the recording medium is irradiated with a second optical radiation beam having a second characteristic, wherein the second beam has a local intensity minimum in the central portion of the irradiated region and a local intensity maximum in at least one portion of the irradiated region, adjacent to central portion, which is sufficient to suppress optically induced change in properties of recording medium.EFFECT: method and system for optical data storage are disclosed.25 cl, 11 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

[0001] Настоящее изобретение относится к системам хранения данных на основе использования оптических полей (например, лазерного света) для записи и извлечения информации с использованием физических свойств подходящего носителя записи. Изобретение относится, в частности, к системам хранения очень высокой плотности, пригодным для использования в крупных информационных центрах и пр.[0001] The present invention relates to data storage systems based on the use of optical fields (eg, laser light) to record and retrieve information using the physical properties of a suitable recording medium. The invention relates, in particular, to very high density storage systems suitable for use in large data centers, etc.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИLEVEL OF TECHNOLOGY

[0002] Оптические запоминающие носители представляют собой носители, в которых данные хранятся с возможностью оптического считывания, что позволяет их считывать, например, посредством лазера и фотодетектора, интегрированных в головке. Современные коммерческие оптические носители данных включают в себя одно- и двухслойные диски DVD и Blu-ray, запись и воспроизведение которых основаны на управлении или обнаружении возвращаемого света от отражающих слоев в носителе (т.е. оптическом диске). Из них наибольшая емкость хранилища данных достигается двухслойным диском Blu-ray, который может содержать до около 50 гигабайт информации. Однако перспективные применения, например, в очень крупных информационных центрах, потребуют в будущем хранилища еще более высокой плотности, для минимизации физического пространства, необходимого для хранения данных, а также энергозатрат для поддержания и эксплуатации таких информационных центров.[0002] Optical storage media are media in which data is stored in an optically readable manner that can be read, for example, by a laser and a photodetector integrated in the head. Current commercial optical storage media include single and dual layer DVD and Blu-ray discs, the recording and playback of which is based on controlling or detecting the return light from reflective layers in the medium (ie, optical disc). Of these, the largest storage capacity is achieved by a dual-layer Blu-ray disc, which can hold up to about 50 gigabytes of information. However, promising applications, such as in very large data centers, will require even higher storage densities in the future to minimize the physical space required to store data as well as the energy required to maintain and operate such data centers.

[0003] Один подход к увеличению плотности хранения состоит в использовании всех трех измерений носителя данных, т.е. в хранении дополнительных данных на разных глубинах в носителе. Двухслойные диски DVD и Blu-ray являются примерами такого подхода, и допускают независимое хранение данных в двух отдельных слоях записи, которые заламинированы в структуре диска, и доступ к ним осуществляется путем регулировки фокуса лазерного пучка. Количество отдельных слоев, которые могут быть включены в состав носителя записи, таким образом, ограничивается физическими характеристиками, например, весом и толщиной, и плотность данных в измерении глубины также ограничивается физическим разнесением слоев.[0003] One approach to increasing storage density is to use all three dimensions of the storage medium, i. E. in storing additional data at different depths in the medium. Double-layer DVD and Blu-ray discs are examples of this approach, and allow data to be independently stored in two separate recording layers that are laminated in the disc structure and accessed by adjusting the focus of the laser beam. The number of discrete layers that can be included in a recording medium is thus limited by physical characteristics such as weight and thickness, and the data density in depth measurement is also limited by physical layer separation.

[0004] Второй подход к увеличению плотности хранения состоит в повышении оптического разрешения системы хранения. Традиционно, разрешение оптического хранилища данных ограничивается дифракционной природой света. Более высокой плотности можно добиться либо путем увеличения числовой апертуры оптики, либо путем уменьшения длины волны (т.е. увеличения частоты) оптических источников, используемых для записи/считывания. В любом случае, однако, трудно сформировать элемент записи размером менее половины длины волны записывающего пучка, или, напротив, обнаружить элемент, меньший половины длины волны пучка считывания.[0004] A second approach to increasing storage density is to increase the optical resolution of the storage system. Traditionally, the resolution of optical storage has been limited by the diffractive nature of light. Higher density can be achieved either by increasing the NA of the optics or by decreasing the wavelength (i.e., increasing the frequency) of the optical sources used for recording / reading. In any case, however, it is difficult to form a recording element less than half the wavelength of the recording beam, or, conversely, to find an element less than half the wavelength of the reading beam.

[0005] Недавно были разработаны способы записи с повышенным разрешением в дальнем поле, где используются особые состояния поляризации пучка записи, или аподизируется зрачковая функция на задней апертуре объектива. Однако эти способы не позволяют достичь разрешения менее 50 нанометров. Дополнительно, последовательная запись битов с использованием этих способов по природе своей происходит медленно, что, соответственно, ограничивает пропускную способность по данным.[0005] Recently, high-resolution far-field recording techniques have been developed that utilize special polarization states of the recording beam or apodize pupillary function at the rear aperture of the lens. However, these methods do not allow achieving a resolution of less than 50 nanometers. Additionally, sequential writing of bits using these techniques is inherently slow, which consequently limits data throughput.

[0006] Поэтому наиболее желательными характеристиками для оптического хранилища данных сверхвысокой плотности являются высокое оптическое разрешение, возможность использовать все три измерения объемного носителя записи (т.е. без необходимости наслаивать отдельные, дискретные слои записи из разных веществ), и высокая пропускная способность по данным, как для записи, так и для воспроизведения. Сохраняется необходимость в усовершенствованных способах и системах оптического хранения данных, которые позволяют достигать высокой производительности по этим ключевым критериям.[0006] Therefore, the most desirable characteristics for ultra-high density optical data storage are high optical resolution, the ability to use all three dimensions of the bulk recording medium (i.e., without the need to layer separate, discrete recording layers from different substances), and high data throughput. , for both recording and playback. There remains a need for improved optical storage methods and systems that can achieve high performance against these key criteria.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

[0007] В одном аспекте изобретение предусматривает способ записи оптически считываемых данных, причем способ предусматривает использование обеспеченного носителя записи, который содержит оптически активное вещество, способное индуцировать изменение свойств носителя в присутствии оптического излучения, имеющего первую характеристику, и при этом изменение свойств может подавляться оптическим излучением, имеющим вторую характеристику, причем способ содержит этапы, на которых выполняют:[0007] In one aspect, the invention provides a method for recording optically readable data, the method comprising using a provided recording medium that contains an optically active substance capable of inducing a change in the properties of a medium in the presence of optical radiation having a first characteristic, and wherein the change in properties can be optically suppressed. radiation having a second characteristic, and the method comprises the stages, which perform:

облучение области носителя записи первым пучком оптического излучения, имеющего первую характеристику, причем пучок имеет достаточную интенсивность в центральном участке облучаемой области и достаточную длительность, чтобы вызывать оптически индуцируемое изменение свойств носителя записи; иirradiating an area of the recording medium with a first beam of optical radiation having a first characteristic, the beam having a sufficient intensity in a central portion of the irradiated area and a sufficient duration to cause an optically induced change in properties of the recording medium; and

одновременное облучение области носителя записи вторым пучком оптического излучения, имеющего вторую характеристику, причем второй пучок имеет локальный минимум интенсивности в центральном участке облучаемой области и локальный максимум интенсивности в, по меньшей мере, одном участке облучаемой области, соседствующем с центральным участком, чего достаточно для подавления оптически индуцируемого изменения свойств носителя записи.simultaneous irradiation of an area of the recording medium with a second beam of optical radiation having a second characteristic, the second beam having a local minimum intensity in the central portion of the irradiated area and a local maximum of intensity in at least one portion of the irradiated area adjacent to the central portion, which is sufficient to suppress optically induced change in properties of the recording medium.

[0008] Варианты осуществления изобретения преимущественно позволяют достигать повышенное разрешение сверх обычного дифракционного предела путем подавления изменения свойств носителя записи в области, определяемой вторым пучком оптического излучения, которая окружает центральное пятно первого пучка. Это приводит к тому, что изменение свойств в носителе записи, представляющих сохраненное информационное состояние, оказывается меньше, т.е. разрешение оказывается выше, чем достигалось бы на дифракционном пределе одного только первого пучка.[0008] Embodiments of the invention advantageously achieve improved resolution beyond the usual diffraction limit by suppressing changes in properties of the recording medium in the area defined by the second optical radiation beam that surrounds the central spot of the first beam. This causes the change in properties in the recording medium representing the stored information state to be less, i. E. the resolution turns out to be higher than would be achieved at the diffraction limit of the first beam alone.

[0009] В другом аспекте, изобретение предусматривает способ оптического считывания данных, хранящихся на носителе записи, который содержит оптически активное вещество, в котором изменение свойств носителя в соответствии с записанными данными индуцировано в одной или более областях, причем изменение свойств обнаруживается по реакции носителя на оптическое излучение, имеющее первую характеристику, и при этом реакция носителя может подавляться оптическим излучением, имеющим вторую характеристику, причем способ содержит этапы, на которых выполняют:[0009] In another aspect, the invention provides a method for optically reading data stored on a recording medium that contains an optically active substance, in which a change in properties of the medium in accordance with the recorded data is induced in one or more regions, the change in properties being detected by the response of the medium to optical radiation having a first characteristic, and wherein the response of the carrier can be suppressed by optical radiation having a second characteristic, the method comprising the steps of:

облучение области носителя записи первым пучком оптического излучения, имеющего первую характеристику, причем первый пучок имеет достаточную интенсивность в центральном участке облучаемой области и достаточную длительность, чтобы вызывать реакцию, но недостаточные интенсивность и длительность, чтобы вызывать оптически индуцируемое изменение свойств носителя записи;irradiating an area of the recording medium with a first beam of optical radiation having a first characteristic, the first beam having a sufficient intensity in the central portion of the irradiated area and a sufficient duration to induce a reaction, but insufficient intensity and duration to induce an optically induced change in properties of the recording medium;

одновременное облучение области носителя записи вторым пучком оптического излучения, имеющего вторую характеристику, причем второй пучок имеет локальный минимум интенсивности в центральном участке облучаемой области и локальный максимум интенсивности в, по меньшей мере, одном участке облучаемой области, соседствующем с центральным участком, чего достаточно для подавления реакции носителя на первый пучок оптического излучения; иsimultaneous irradiation of an area of the recording medium with a second beam of optical radiation having a second characteristic, the second beam having a local minimum intensity in the central portion of the irradiated area and a local maximum of intensity in at least one portion of the irradiated area adjacent to the central portion, which is sufficient to suppress the reaction of the carrier to the first beam of optical radiation; and

обнаружение, демонстрирует ли носитель реакцию на первый пучок оптического излучения в центральном участке облучаемой области.detecting whether the carrier exhibits a response to the first beam of optical radiation in the central portion of the irradiated region.

[0010] Как и в аспекте записи изобретения, варианты осуществления аспекта считывания позволяют достигать более высокого разрешения с помощью механизма подавления реакции вещества в области, непосредственно окружающей центральное пятно первого пучка оптического излучения.[0010] As with the recording aspect of the invention, embodiments of the reading aspect allow for higher resolution to be achieved by a mechanism for suppressing the reaction of the substance in the area immediately surrounding the central spot of the first optical beam.

[0011] В некоторых вариантах осуществления, первая и вторая характеристики содержат разные оптические частоты. В других вариантах осуществления первая и вторая характеристики содержат разные состояния поляризации. В прочих вариантах осуществления, первая и вторая характеристики содержат разные значения ширины оптического импульса.[0011] In some embodiments, the first and second characteristics comprise different optical frequencies. In other embodiments, the first and second characteristics comprise different states of polarization. In other embodiments, implementation, the first and second characteristics contain different values of the optical pulse width.

[0012] Согласно вариантам осуществления изобретения, первый пучок оптического излучения имеет гауссово распределение интенсивности. Специалистам в данной области техники понятно, что пространственное разрешение гауссова пучка ограничено дифракцией. Соответственно, например, если первый пучок выходит из оптического источника, имеющего длину волны 800 нанометров, максимальное разрешение, предположительно, будет составлять около 400 нанометров.[0012] According to embodiments of the invention, the first optical radiation beam has a Gaussian intensity distribution. Those skilled in the art will understand that the spatial resolution of a Gaussian beam is diffraction limited. Accordingly, for example, if the first beam exits from an optical source having a wavelength of 800 nanometers, the maximum resolution is expected to be about 400 nanometers.

[0013] В некоторых вариантах осуществления, второй пучок имеет кольцевое распределение интенсивности. Кольцевое распределение интенсивности можно получить, например, путем фокусировки поляризованного по кругу пучка с модой Лагерра-Гаусса или азимутально поляризованного пучка для создания тороидной формы.[0013] In some embodiments, the second beam has an annular intensity distribution. An annular intensity distribution can be obtained, for example, by focusing a circularly polarized Laguerre-Gaussian beam or an azimuthally polarized beam to create a toroidal shape.

[0014] Преимущественно, за счет пространственного наложения первого и второго пучков и надлежащего управления их относительной интенсивностью, предполагается, что разрешение оптического хранилища можно повысить до менее 50 нанометров.[0014] Advantageously, by spatial overlap of the first and second beams and proper control of their relative intensities, it is believed that the resolution of the optical storage can be increased to less than 50 nanometers.

[0015] В некоторых вариантах осуществления второй пучок формируется для обеспечения трехмерного распределения интенсивности с провалом. Этого можно добиться, например, объединением поляризованного по кругу пучка с модой Лагерра-Гаусса (или вихревой фазой с топологическим зарядом) и поляризованного по кругу пучка с концентрическим сдвигом фазы на π в центре пучка для формирования пустотелой формы. Форму пустотелой клетки можно создавать путем фокусировки цилиндрически поляризованного пучка с концентрическим сдвигом фазы на π в центре пучка.[0015] In some embodiments, the second beam is formed to provide a notched three-dimensional intensity distribution. This can be achieved, for example, by combining a circularly polarized beam with a Laguerre-Gauss mode (or a vortex phase with a topological charge) and a circularly polarized beam with a concentric phase shift by π at the center of the beam to form a hollow shape. A hollow cell can be created by focusing a cylindrically polarized beam with a concentric π phase shift at the center of the beam.

[0016] Преимущественно трехмерные распределения интенсивности с провалом второго пучка можно применять для подавления изменения свойств в ходе записи или для подавления реакции в ходе считывания в трехмерном пространстве, окружающем центральную фокальную точку первого пучка. Это позволяет записывать информационные состояния во всех трех измерениях объемного вещества записи, со сравнимым разрешением во всех измерениях, без необходимости формировать физически многослойную структуру записи.[0016] The predominantly three-dimensional notch intensity distributions of the second beam can be used to suppress property changes during writing or to suppress a response during read-out in three-dimensional space surrounding the center focal point of the first beam. This allows informational states to be recorded in all three dimensions of the bulk recording substance, with comparable resolution in all dimensions, without the need to form a physically multi-layer recording structure.

[0017] Первый и второй пучки могут генерироваться из оптических источников импульсной или непрерывной волны (CW).[0017] The first and second beams can be generated from pulsed or continuous wave (CW) optical sources.

[0018] В некоторых вариантах осуществления первый и второй пучки содержат несколько параллельных пучков. Например, можно задать зрачковую функцию для пучков для создания многофокусных массивов в фокальной плоскости. Наложение многофокусного массива, имеющего гауссовы фокальные пятна, соответствующие первому пучку, и многофокусные массивы с пустотелыми или кольцевыми фокальными пятнами, соответствующими второму пучку, преимущественно позволяет производить параллельную запись/воспроизведение с повышенной скоростью передачи данных.[0018] In some embodiments, the first and second tufts comprise multiple parallel tufts. For example, you can set the pupillary function for beams to create multifocal arrays in the focal plane. The superposition of a multifocal array having Gaussian focal spots corresponding to the first beam, and multifocal arrays with hollow or annular focal spots corresponding to the second beam, advantageously allows parallel recording / playback at an increased data rate.

[0019] В некоторых вариантах осуществления состояния поляризации первого и второго пучков размещаются и накладываются для создания любой желаемой трехмерной ориентации поляризации. Преимущественно, это позволяет кодировать несколько информационных состояний в состояния поляризации пучка записи, в одной и той же пространственной позиции в носителе записи.[0019] In some embodiments, the polarization states of the first and second beams are positioned and superimposed to create any desired three-dimensional polarization orientation. Advantageously, this allows several information states to be encoded into polarization states of the recording beam, at the same spatial position in the recording medium.

[0020] Согласно вариантам осуществления аспекта считывания изобретения реакцией вещества, указывающей измененные свойства, является широкополосное оптическое излучение/фосфоресценция. Соответственно, записанное информационное состояние можно считывать путем обнаружения, например, с использованием фотодетектора, испускает ли носитель излучение в ответ на применение первого и второго пучков.[0020] According to embodiments of the reading aspect of the invention, the reaction of the substance indicating altered properties is broadband optical radiation / phosphorescence. Accordingly, the recorded information state can be read by detecting, for example using a photo detector, whether the medium emits radiation in response to the application of the first and second beams.

[0021] В другом аспекте изобретение предусматривает оптическое устройство записи и воспроизведения данных, содержащее:[0021] In another aspect, the invention provides an optical data recording and reproducing apparatus, comprising:

держатель, выполненный с возможностью удерживать носитель записи, который содержит оптически активное вещество, способное индуцировать изменение свойств носителя, и генерировать реакцию вещества, указывающую изменение свойств, в присутствие оптического излучения, имеющего первую характеристику, и при этом, изменение свойств и реакция, указывающая изменение свойств, могут подавляться оптическим излучением, имеющим вторую характеристику;a holder configured to hold a recording medium that contains an optically active substance capable of inducing a change in the properties of the medium and to generate a reaction of a substance indicating a change in properties in the presence of an optical radiation having a first characteristic and thereby changing properties and a response indicating a change properties can be suppressed by optical radiation having a second characteristic;

первый оптический источник, выполненный с возможностью управления испусканием излучения, имеющего первую характеристику;a first optical source configured to control emission of radiation having a first characteristic;

первую систему формирования изображения, выполненную с возможностью управляемой фокусировки первого пучка оптического излучения, испускаемого из первого оптического источника на область носителя записи, причем оптическое излучение имеет максимальную интенсивность в центральном участке первого пучка;a first imaging system configured to controllably focus a first beam of optical radiation emitted from the first optical source onto an area of the recording medium, the optical radiation having a maximum intensity in a central portion of the first beam;

второй оптический источник, выполненный с возможностью управляемого испускания излучения, имеющего вторую характеристику;a second optical source configured to controllably emit radiation having a second characteristic;

вторую систему формирования изображения, выполненную с возможностью управляемой фокусировки второго пучка оптического излучения, испускаемого из второго оптического источника на область носителя записи, причем оптическое излучение имеет локальный минимум интенсивности в центральном участке второго пучка и локальный максимум интенсивности в, по меньшей мере, одном участке второго пучка, соседствующем с его центральным участком; иa second imaging system configured to controllably focus a second beam of optical radiation emitted from a second optical source onto an area of a recording medium, wherein the optical radiation has a local minimum intensity in the central section of the second beam and a local maximum intensity in at least one section of the second a beam adjacent to its central section; and

контроллер, выполненный с возможностью управления, по меньшей мере, первым оптическим источником, первой системой формирования изображения, вторым оптическим источником и второй системой формирования изображения, так чтобы одновременно облучать выбранную область носителя записи, удерживаемого в держателе, оптическим излучением первой выбранной интенсивности, испускаемым из первого оптического источника, и оптическим излучением второй выбранной интенсивности, испускаемым из второго оптического источника, для избирательной записи на носитель записи или избирательного считывания данных с него.a controller configured to control at least a first optical source, a first imaging system, a second optical source, and a second imaging system so as to simultaneously irradiate a selected area of a recording medium held in a holder with optical radiation of a first selected intensity emitted from of the first optical source, and optical radiation of a second selected intensity emitted from the second optical source for selectively recording on or selectively reading data from the recording medium.

[0022] В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере первая система формирования изображения содержит модулятор, управляемый для избирательного блокирования облучения носителя записи первым пучком. Преимущественно, модулятор можно управлять для определения, записывается ли изменение информационного состояния в носителе, и/или считывается ли любое информационное состояние, сохраненное в носителе.[0022] In some embodiments, at least the first imaging system comprises a modulator controllable to selectively block irradiation of the recording medium with the first beam. Advantageously, the modulator can be controlled to determine whether a change in the information state is recorded in the medium and / or whether any information state stored in the medium is read.

[0023] Согласно вариантам осуществления изобретения контроллер выполнен с возможностью управления интенсивностью, по меньшей мере, первого оптического пучка для выбора между операцией записи и считывания устройства записи и воспроизведения. Например, для операции записи можно использовать сравнительно высокую интенсивность, тогда как для операции считывания можно применять более низкую интенсивность.[0023] According to embodiments of the invention, the controller is configured to control the intensity of at least the first optical beam to select between a write and read operation of the recording and reproducing apparatus. For example, a write operation can use a relatively high intensity while a read operation can use a lower intensity.

[0024] В некоторых вариантах осуществления носитель записи содержит диск, и держатель содержит шпиндель, сконфигурированный для крепления держателя диска, который приводится в действие двигателем, имеющим управляемую скорость, для обеспечения управления угловой скоростью диска. Первая и вторая системы формирования изображения могут быть дополнительно выполнены с возможностью обеспечения радиального перемещения выбранной области носителя записи, например, путем оптического и/или механического позиционирования фокальных пятен. В некоторых вариантах осуществления дисковый носитель записи содержит радиально расположенные обнаружимые элементы отслеживания, например, отражающие, металлические или магнитные элементы, для обеспечения механизма обратной связи по замкнутому циклу в ходе перемещения, или отслеживания, систем формирования изображения. В частности, в некоторых вариантах осуществления устройство содержит, по меньшей мере, один датчик элементов отслеживания, который подключен к контроллеру сервера, выполненному с возможностью поддержания радиальной позиции систем формирования изображения относительно диска.[0024] In some embodiments, the recording medium comprises a disc, and the holder comprises a spindle configured to mount a disc holder that is driven by a speed controlled motor to control the angular velocity of the disc. The first and second imaging systems may be further configured to radially move a selected area of the recording medium, for example, by optical and / or mechanical positioning of the focal spots. In some embodiments, the disc-based recording medium comprises radially disposed detectable trackers, such as reflective, metallic, or magnetic elements, to provide a closed loop feedback mechanism during movement, or tracking, of the imaging systems. In particular, in some embodiments, the apparatus comprises at least one tracker sensor that is coupled to a server controller configured to maintain the radial position of the imaging systems relative to the disk.

[0025] В некоторых вариантах осуществления первая и вторая системы формирования изображения выполнены с возможностью генерирования нескольких параллельных оптических пучков. Также в некоторых вариантах осуществления каждая из первой и второй систем формирования изображения содержит пространственный модулятор, расположенный так, чтобы обеспечивать избирательное формирование нескольких параллельных оптических пучков.[0025] In some embodiments, the first and second imaging systems are configured to generate multiple parallel optical beams. Also, in some embodiments, each of the first and second imaging systems includes a spatial modulator positioned to selectively generate multiple parallel optical beams.

[0026] В некоторых вариантах осуществления держатель и/или системы формирования изображения выполнены с возможностью расположения выбранной области носителя записи на управляемой глубине в носителе записи. Например, фокальные пятна первого и второго пучков можно управляемо располагать в произвольной позиции в носителе записи, посредством одного или обоих из оптического и механического позиционирования.[0026] In some embodiments, the holder and / or imaging systems are configured to position a selected area of the recording medium at a controlled depth in the recording medium. For example, the focal spots of the first and second beams can be controllably positioned at an arbitrary position in the recording medium by one or both of optical and mechanical positioning.

[0027] В некоторых вариантах осуществления реакцией вещества, указывающей измененные свойства, является широкополосное оптическое излучение/фосфоресценция, и устройство дополнительно содержит фотодетектор, выполненный с возможностью обнаружения присутствия испускаемого излучения/фосфоресценции во время и/или после облучения носителя записи первым и вторым пучками.[0027] In some embodiments, the reaction of the substance indicative of the altered properties is broadband optical radiation / phosphorescence, and the apparatus further comprises a photodetector configured to detect the presence of emitted radiation / phosphorescence during and / or after irradiation of the recording medium with the first and second beams.

[0028] В другом аспекте изобретение предусматривает оптическую систему хранения данных, содержащую:[0028] In another aspect, the invention provides an optical storage system comprising:

несколько оптических устройств записи и воспроизведения данных, отвечающих изобретению;several optical data recording and reproducing devices according to the invention;

несколько носителей записи, связанных с каждым оптическим устройством записи и воспроизведения данных, причем каждый носитель записи выборочно загружается в держатель соответствующего оптического устройства записи и воспроизведения данных; иa plurality of recording media associated with each optical data recording and reproducing apparatus, each recording medium being selectively loaded into a holder of a corresponding optical data recording and reproducing apparatus; and

контроллер хранилища, выполненный с возможностью приема запросов на запись и извлечение данных в системе хранения, идентификации носителей записи в системе, необходимых для выполнения принятых запросов, предписания загрузки необходимых носителей записи в каждое ассоциированное оптическое устройство записи и воспроизведения данных, и предписания соответствующим оптическим устройствам записи и воспроизведения данных выполнять операции записи и/или извлечения, необходимые для выполнения принятых запросов.storage controller configured to receive requests for recording and retrieve data in the storage system, identify recording media in the system necessary to fulfill the received requests, instruct loading the necessary recording media into each associated optical data recording and reproducing apparatus, and prescribing corresponding optical recording devices and reproducing the data to perform write and / or retrieve operations necessary to fulfill the received requests.

[0029] В другом аспекте изобретение предусматривает Носитель записи, содержащий несколько слоев, в котором, по меньшей мере, один слой содержит внешний защитный слой, и, по меньшей мере, еще один слой содержит оптически активное вещество, способное индуцировать изменение свойств носителя, и генерировать реакцию вещества, указывающую изменение свойств, в присутствие оптического излучения, имеющего первую характеристику, и при этом, изменение свойств и реакция, указывающая изменение свойств, могут подавляться оптическим излучением, имеющим вторую характеристику.[0029] In another aspect, the invention provides a Recording medium comprising multiple layers, wherein at least one layer comprises an outer protective layer and at least another layer comprises an optically active substance capable of inducing a change in properties of the medium, and generate a reaction of a substance indicating a change in properties in the presence of optical radiation having a first characteristic, and the change in properties and a reaction indicating a change in properties can be suppressed by the optical radiation having a second characteristic.

[0030] В некоторых вариантах осуществления носитель записи содержит диск.[0030] In some embodiments, the recording medium comprises a disc.

[0031] Дополнительно, носитель записи может содержать, по меньшей мере, два защитных слоя, расположенных на противоположных поверхностях оптически активного вещества.[0031] Additionally, the recording medium may comprise at least two protective layers located on opposite surfaces of the optically active substance.

[0032] Согласно варианту осуществления, оптически активное вещество содержит первое возбужденное состояние, переход в которое может индуцироваться оптическим излучением, имеющим первую характеристику, и при этом, изменение свойств носителя записи является результатом поглощения оптического излучения, имеющего первую характеристику, когда он находится в первом возбужденном состоянии. Соответственно, в таких вариантах осуществления желательно, чтобы оптически активное вещество обладало большим коэффициентом нелинейного поглощения.[0032] According to an embodiment, the optically active substance comprises a first excited state, the transition to which can be induced by optical radiation having a first characteristic, and the change in properties of the recording medium is the result of absorption of the optical radiation having a first characteristic when it is in the first excited state. Accordingly, in such embodiments, it is desirable that the optically active agent has a large nonlinear absorption coefficient.

[0033] Кроме того, согласно вариантам осуществления изобретения присутствие оптического излучения, имеющего вторую характеристику, индуцирует быстрый переход из первого возбужденного состояния, тем самым, подавляя изменение свойств носителя.[0033] In addition, according to embodiments of the invention, the presence of optical radiation having a second characteristic induces a rapid transition from the first excited state, thereby suppressing a change in the properties of the carrier.

[0034] Варианты осуществления изобретения могут использовать оптически активное вещество, которое содержит органическую сопряженную молекулу, имеющую избыточные делокализованные электроны, в сопряженных системах, содержащих: винильные группы; фенильные группы; или карбонильные группы. Для индуцируемых фотофизических/химических реакций посредством поглощения из первого возбужденного состояния, варианты осуществления изобретения используют оптически активное вещество, содержащее такие группы, как: амидогруппы; карбонильные группы; сложноэфирные группы; или аминогруппы.[0034] Embodiments of the invention may use an optically active substance that contains an organic conjugated molecule having excess delocalized electrons in conjugated systems containing: vinyl groups; phenyl groups; or carbonyl groups. For induced photophysical / chemical reactions by absorption from the first excited state, embodiments of the invention use an optically active substance containing groups such as: amido groups; carbonyl groups; ester groups; or an amino group.

[0035] Согласно вариантам осуществления изобретения реакцией вещества, указывающей измененные свойства, является широкополосное оптическое излучение/фосфоресценция, которая достигается за счет затухания первого возбужденного состояния до основного состояния, и в этом случае вещество преимущественно демонстрирует процесс фотолюминесценции, имеющий довольно большой квантовый выход, например, квантовый выход более 10 процентов. Подходящие вещества, согласно вариантам осуществления изобретения, включают в себя те, которые имеют большие сопряженные пи-орбитали для рабочей молекулы в носителе записи, для улучшения функции второго пучка для подавления действия первого пучка, и для повышения вероятности фотонно-индуцированного перехода из второго возбужденного состояния в основное состояние. Предполагаемые молекулы для вариантов осуществления изобретения включают в себя: кумарин и его производные; тиоксантон и его производные; метанон и его производные; циклопентанон и его производные; или родамин и его производные.[0035] According to embodiments of the invention, the reaction of the substance indicating altered properties is broadband optical radiation / phosphorescence, which is achieved by attenuation of the first excited state to the ground state, in which case the substance advantageously exhibits a photoluminescence process having a rather high quantum yield, for example , the quantum yield is over 10 percent. Suitable substances according to embodiments of the invention include those having large conjugated pi orbitals for the working molecule in the recording medium to improve the function of the second beam to suppress the action of the first beam, and to increase the likelihood of a photon-induced transition from the second excited state to the ground state. Molecules contemplated for embodiments of the invention include: coumarin and derivatives thereof; thioxanthone and its derivatives; methanone and its derivatives; cyclopentanone and its derivatives; or rhodamine and its derivatives.

[0036] В некоторых вариантах осуществления толщина слоя оптически активного вещества достаточна для обеспечения нескольких внутренних слоев хранилища информации.[0036] In some embodiments, the layer thickness of the optically active substance is sufficient to provide multiple internal layers of information storage.

[0037] В некоторых вариантах осуществления носитель записи содержит слой отслеживания, имеющий радиально расположенные обнаружимые элементы отслеживания. Подходящие элементы отслеживания включают в себя один или более из: магнитных элементов отслеживания; оптических элементов отслеживания; металлических элементов отслеживания; и физических элементов отслеживания (например, ямок или канавок).[0037] In some embodiments, the recording medium comprises a tracking layer having radially disposed detectable tracks. Suitable trackers include one or more of: magnetic trackers; optical tracking elements; metal tracking elements; and physical tracking features (such as pits or grooves).

[0038] Дополнительные признаки, преимущества и применения изобретения явствуют из нижеследующего описания иллюстративных вариантов осуществления, которые призваны давать специалисту в данной области техники более полное понимание природы и принципа действия вариантов осуществления изобретения но не призваны ограничивать объем изобретения, описанного в любом из вышеприведенных утверждений или заданного в нижеследующей формуле изобретения.[0038] Additional features, advantages and applications of the invention will emerge from the following description of illustrative embodiments, which are intended to provide a person skilled in the art with a more complete understanding of the nature and mode of operation of the embodiments, but are not intended to limit the scope of the invention described in any of the above statements, or defined in the following claims.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS

[0039] Варианты осуществления изобретения будут описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых аналогичные ссылочные позиции обозначают аналогичные признаки, и на которых:[0039] Embodiments of the invention will be described below with reference to the accompanying drawings, in which like reference numerals denote like features, and in which:

фиг. 1 демонстрирует дискообразный носитель записи, согласно изобретению;fig. 1 shows a disc-shaped recording medium according to the invention;

фиг. 2 демонстрирует диаграммы энергетических уровней для оптически активного вещества, иллюстрирующие операции записи и считывания согласно варианту осуществления изобретения;fig. 2 shows energy level diagrams for an optically active substance illustrating write and read operations according to an embodiment of the invention;

фиг. 3 демонстрирует диаграммы энергетических уровней для альтернативного оптически активного вещества, иллюстрирующие операции записи и считывания согласно варианту осуществления изобретения.fig. 3 shows energy level diagrams for an alternative optically active substance illustrating write and read operations according to an embodiment of the invention.

Фиг. 4 - схема, демонстрирующая в упрощенном виде пучок и формы фокального пятна первое и второго оптических пучков, согласно изобретению;FIG. 4 is a diagram showing in a simplified form the beam and focal spot shapes of the first and second optical beams according to the invention;

фиг. 5 - блок-схема оптического устройства записи и считывания данных согласно изобретению;fig. 5 is a block diagram of an optical data recording and reading device according to the invention;

фиг. 6 - блок-схема операций иллюстративного алгоритма управления записью/считыванием, осуществляемого контроллером, показанным на фиг. 5;fig. 6 is a flow chart of an exemplary write / read control flow performed by the controller of FIG. five;

фиг. 7 - схема, демонстрирующая конфигурацию для параллельных записи и считывания согласно варианту осуществления изобретения;fig. 7 is a diagram showing a configuration for parallel writing and reading according to an embodiment of the invention;

фиг. 8 - график, демонстрирующий соотношение между мощностью пучка подавления и размером признака согласно изобретению;fig. 8 is a graph showing the relationship between suppression beam power and feature size according to the invention;

фиг. 9 демонстрирует изображения, полученные на растровом электронном микроскопе (SEM), для сравнения однопучковой записи с двухпучковой записью согласно варианту осуществления изобретения; иfig. 9 shows scanning electron microscope (SEM) images for comparing a single-beam recording with a double-beam recording according to an embodiment of the invention; and

фиг. 10 - блок-схема, демонстрирующая систему массива оптических запоминающих устройств, содержащую оптические приводы, согласно изобретению.fig. 10 is a block diagram showing an optical storage array system including optical drives according to the invention.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF IMPLEMENTATION OPTIONS

[0040] Как показано на фиг. 1, дискообразный носитель 100 записи согласно изобретению содержит несколько слоев, как показано в виде 102 в разрезе. Диск 100 традиционно имеет центральное отверстие, для приема шпинделя, вращающего диск. Верхний защитный слой 104 содержит износостойкую основу, показатель преломления которой согласуется с одним или более слоями 108 записи, которые содержат оптически активное вещество, способное индуцировать изменение свойств носителя, и генерировать реакцию вещества, указывающую изменение свойств, в присутствие оптического излучения, имеющего первую характеристику, и при этом, изменение свойств и реакция, указывающая изменение свойств, могут подавляться оптическим излучением, имеющим вторую характеристику.[0040] As shown in FIG. 1, the disc-shaped recording medium 100 according to the invention comprises multiple layers as shown in sectional view 102. Disc 100 traditionally has a central bore to receive a spindle that rotates the disc. The upper protective layer 104 comprises a wear-resistant substrate, the refractive index of which is consistent with one or more recording layers 108 that contain an optically active substance capable of inducing a change in the properties of a medium and generating a reaction of a substance indicating a change in properties in the presence of optical radiation having a first characteristic, and thus, the change in properties and the response indicating the change in properties can be suppressed by the optical radiation having the second characteristic.

[0041] В конкретных описанных здесь вариантах осуществления первой и второй характеристиками являются оптическая частота (т.е. энергия фотона), как описано более подробно ниже со ссылкой на фиг. 2 и 3.[0041] In the specific embodiments described herein, the first and second characteristics are optical frequency (ie, photon energy), as described in more detail below with reference to FIG. 2 and 3.

[0042] Предусмотрен также нижний защитный слой 106.[0042] A backsheet 106 is also provided.

[0043] В показанный конфигурации объединенные первый и второй лазерные пучки 110 облучают диск 100 сверху. Верхний защитный слой 104 прозрачен для этих двойных пучков. В ходе эксплуатации пучки фокусируются на область в слоях 108 записи, как описано более подробно ниже, в частности, со ссылкой на фиг. 4. Надлежащее управление формой и интенсивностью первого и второго пучков позволяет индуцировать изменения свойств в слоях 108 записи, для кодирования сохраненной информации. Сохраненную информацию также можно считывать путем обнаружения областей, имеющих измененные свойства, опять же, за счет надлежащего управления параметрами двойных пучков 110.[0043] In the configuration shown, the combined first and second laser beams 110 irradiate the disk 100 from above. The top protective layer 104 is transparent to these double beams. In use, the beams are focused onto an area in the recording layers 108, as described in more detail below, in particular with reference to FIG. 4. Proper control of the shape and intensity of the first and second beams can induce changes in properties in the recording layers 108 to encode the stored information. The stored information can also be read by detecting areas having altered properties, again by appropriately controlling the parameters of the double beams 110.

[0044] Слои 108 записи могут содержать метки 112, расположенные с радиальными интервалами в диске 100. Метки могут иметь оптически обнаружимые свойства, что позволяет устройству считывания и записи отслеживать позицию лазерных пучков 110 в радиальном направлении. Кроме того, иллюстративный диск 100 содержит слой 114 магнитного отслеживания, состоящий из аккуратно расположенных концентрических колец магнитного вещества, которые можно обнаруживать магнитным зондом 116, что позволяет применять сервосистему для коррекции дрейфа и/или перемещения дисков в ходе эксплуатации.[0044] The recording layers 108 may comprise marks 112 located at radial intervals in the disc 100. The marks may have optically detectable properties that allow the reader and writer to track the position of the laser beams 110 in the radial direction. In addition, exemplary disc 100 includes a magnetic tracking layer 114 consisting of neatly spaced concentric rings of magnetic material that can be detected by a magnetic probe 116, allowing a servo to be used to correct for drift and / or movement of the discs during operation.

[0045] Фиг. 2 демонстрирует диаграммы энергетических уровней для оптически активного вещества, пригодного для использования в слоях 108 записи носителей, отвечающих настоящему изобретению. Вещества могут обладать конкретными физическими и/или химическими характеристиками, что позволяет индуцировать изменение свойств оптическим излучением, имеющим первую характеристику, и при этом подавлять изменение свойств оптическим излучением, имеющим вторую характеристику. Диаграммы энергетических уровней, показанные на фиг. 2, представляют иллюстративное вещество, первой характеристикой которого является первая оптическая частота (или энергия фотона), и второй характеристикой является другая оптическая частота (или энергия фотона).[0045] FIG. 2 shows energy level diagrams for an optically active substance suitable for use in the recording layers 108 of the recording media of the present invention. Substances can have specific physical and / or chemical characteristics, which makes it possible to induce a change in the properties of optical radiation having the first characteristic, and at the same time suppress the change in the properties of optical radiation having a second characteristic. The energy level diagrams shown in FIG. 2 represent an illustrative substance, the first characteristic of which is a first optical frequency (or photon energy) and the second characteristic is a different optical frequency (or photon energy).

[0046] Образец вещества представлен первоначально диаграммой 200 энергетических уровней. Молекулы в веществе имеют первое основное состояние 202 и первое возбужденное состояние 204, причем переход из основного состояния 202 в возбужденное состояние 204 индуцируется в присутствии оптического поля достаточной интенсивности, и имеющего оптическую частоту, соответствующую разности энергий между возбужденным состоянием 204 и основным состоянием 202.[0046] A sample of a substance is represented initially by a diagram of 200 energy levels. The molecules in the substance have a first ground state 202 and a first excited state 204, and the transition from the ground state 202 to an excited state 204 is induced in the presence of an optical field of sufficient intensity, and having an optical frequency corresponding to the energy difference between the excited state 204 and the ground state 202.

[0047] Молекулы в веществе имеют второе основное состояние 206, имеющее соответствующую вторую разность энергий относительно возбужденного состояния 204. В присутствие второго оптического поля достаточной интенсивности и имеющего частоту, соответствующую разности энергий между возбужденным состоянием 204 и основным состоянием 206, индуцируется быстрый переход из возбужденного состояния 204 в основное состояние 206, которое будет последовательно затухать до первого основного состояния 202.[0047] The molecules in the substance have a second ground state 206 having a corresponding second energy difference relative to an excited state 204. In the presence of a second optical field of sufficient intensity and having a frequency corresponding to the energy difference between the excited state 204 and the ground state 206, a rapid transition from the excited state is induced state 204 to ground state 206, which will decay successively to first ground state 202.

[0048] Соответственно, в присутствии второго оптического поля, также известного как 'поле подавления'', никакого изменения свойств вещества не происходит. Однако в присутствии достаточно интенсивного первого оптического поля, также именуемого 'полем записи'', и в отсутствии поля подавления, молекулы могут оставаться в возбужденном состоянии 204 в течение более длительного периода. В этом состоянии дополнительное поглощение фотонов из поля записи может приводить к фотофизическому/химическому изменению в веществе, в результате чего, его характеристические энергетические уровни изменяются. Иллюстративные энергетические уровни измененного вещества показаны на диаграмме 208.[0048] Accordingly, in the presence of the second optical field, also known as the 'suppression field', no change in the properties of the substance occurs. However, in the presence of a sufficiently intense first optical field, also referred to as the 'recording field', and in the absence of a suppression field, the molecules can remain in the excited state 204 for a longer period. In this state, additional absorption of photons from the recording field can lead to a photophysical / chemical change in the substance, as a result of which its characteristic energy levels change. Illustrative energy levels of altered matter are shown in diagram 208.

[0049] Оптически модифицированное вещество имеет новое первое основное состояние 210 и соответствующее новое возбужденное состояние 212, имеющие разность энергий, соответствующую частоте первого оптического поля. Новое второе основное состояние 214 существует на энергетическом уровне, который ниже нового возбужденного состояния 212 на величину, соответствующую частоте поля подавления. Соответственно, в присутствии поля подавления, возбужденное состояние 212 является короткоживущим. Однако, в отсутствии поля подавления, возбужденное состояние является более долгоживущим, и может демонстрировать фотолюминесценцию при затухании обратно до основного состояния 210, основное состояние 214 или на другой более низкий энергетический уровень. Результирующую фотолюминесценцию можно обнаруживать для идентификации присутствия модифицированного вещества.[0049] The optically modified substance has a new first ground state 210 and a corresponding new excited state 212 having an energy difference corresponding to the frequency of the first optical field. The new second ground state 214 exists at an energy level that is below the new excited state 212 by an amount corresponding to the frequency of the suppression field. Accordingly, in the presence of a suppression field, the excited state 212 is short lived. However, in the absence of a cancellation field, the excited state is more long-lived and may exhibit photoluminescence when decayed back to ground state 210, ground state 214, or another lower energy level. The resulting photoluminescence can be detected to identify the presence of the modified substance.

[0050] Поэтому, как очевидно, первое оптическое поле, имеющее первую оптическую частоту, можно использовать для индуцирования изменений в веществе, которые затем можно идентифицировать, опять же, подвергая вещество действию первого оптического поля. Однако, в присутствии поля подавления это изменение свойств можно подавлять. Управляя отношением интенсивностей между двумя полями, можно управлять преобразованием между двумя состояниями вещества, и, таким образом, использовать его для кодирования информации в слоях 108 записи.[0050] Therefore, as is apparent, the first optical field having the first optical frequency can be used to induce changes in the substance, which can then be identified, again by exposing the substance to the first optical field. However, in the presence of a suppression field, this property change can be suppressed. By controlling the intensity ratio between the two fields, it is possible to control the transformation between the two states of matter, and thus use it to encode information in the recording layers 108.

[0051] Чтобы вышеупомянутые механизмы были эффективными, оптически активное вещество может иметь следующие свойства. Во-первых, оно может содержать молекулы с большим коэффициентом поглощения. Например, большой коэффициент нелинейного поглощения желателен для записи во всех трех измерениях для обеспечения перехода из основного состояния 202 в возбужденное состояние 204. Примеры подходящих веществ включают в себя органические сопряженные молекулы с избыточными делокализованными электронами в сопряженных системах, содержащих винильные группы, фенильные группы или карбонильные группы.[0051] For the above mechanisms to be effective, the optically active substance may have the following properties. First, it can contain molecules with a high absorption coefficient. For example, a large nonlinear absorption coefficient is desirable to be recorded in all three dimensions to provide a transition from the ground state 202 to the excited state 204. Examples of suitable substances include organic conjugated molecules with excess delocalized electrons in conjugated systems containing vinyl groups, phenyl groups, or carbonyl groups. groups.

[0052] Во-вторых, вещество может индуцировать фотофизические/химические реакции из возбужденного состояния 204. Например, органические молекулы могут включать в себя некоторые активные группы, например, амидогруппы, карбонильные группы, сложноэфирные группы или аминогруппы.[0052] Secondly, the substance can induce photophysical / chemical reactions from the excited state 204. For example, organic molecules can include some active groups, for example, amido groups, carbonyl groups, ester groups or amino groups.

[0053] В-третьих, возбужденное состояние 204 может затухать до либо основного состояния 202, либо до основного состояния 206, сопровождаемого процессом фотолюминесценции, например, флуоресценции, который может иметь достаточную для этой цели величину, например, более 10 процентов. В связи с этим, большие сопряженные пи-орбитали для рабочей молекулы в носителе записи могут потребоваться для улучшения функции поля подавления и для повышения вероятности фотонно-индуцированного перехода из возбужденного состояния 212 в основное состояние 202. Чтобы удовлетворять этим критериям, предполагаемые молекулы включают в себя кумарин и его производные, тиоксантон и его производные, метанон и его производные, циклопентанон и его производные, или родамин и его производные.[0053] Third, the excited state 204 can decay to either the ground state 202 or to the ground state 206, accompanied by a photoluminescence process, such as fluorescence, which can be sufficient for this purpose, for example, more than 10 percent. As such, large conjugated pi orbitals for the working molecule in the recording medium may be required to improve the suppression field function and to increase the likelihood of a photon-induced transition from excited state 212 to ground state 202. To meet these criteria, putative molecules include coumarin and its derivatives, thioxanthone and its derivatives, methanone and its derivatives, cyclopentanone and its derivatives, or rhodamine and its derivatives.

[0054] Фиг. 3 демонстрирует диаграммы энергетических уровней для альтернативного оптически активного вещества согласно изобретению. Вещество содержит два типа молекул, представленных энергетическими диаграммами 300, 302, одна из которых является инициатором, и другая из которых является ингибитором. В присутствии поля записи молекулы-инициаторы могут переходить из основного состояния 304 в возбужденное состояние 306, и затем затухать до триплетного состояния 308. Дополнительно, в присутствии поля подавления молекулы-ингибиторы могут переходить из основного состояния 310 в возбужденное состояние 312, и затухать до триплетного состояния 314.[0054] FIG. 3 shows energy level diagrams for an alternative optically active substance according to the invention. The substance contains two types of molecules, represented by energy diagrams 300, 302, one of which is an initiator and the other of which is an inhibitor. In the presence of a recording field, initiator molecules can transition from the ground state 304 to an excited state 306, and then decay to a triplet state 308. Additionally, in the presence of a suppression field, inhibitor molecules can transition from the ground state 310 to an excited state 312, and decay to a triplet state. states 314.

[0055] В отсутствие молекул-ингибиторов в триплетном состоянии 314 для молекул-инициаторов в триплетном состоянии 308 дополнительное поглощение фотонов может приводить к фотофизическому/химическому изменению в веществе, что приводит к изменению энергетических уровней, содержащих основное состояние 318, возбужденное состояние 320 и второе основное состояние 322, как показано на диаграмме 316 энергетических уровней. Отметим, что обнаружение модифицированного вещества, имеющего энергетические уровни 316, можно осуществлять таким же образом, как для модифицированного вещества, имеющего энергетические уровни 208, показанные на фиг. 2.[0055] In the absence of inhibitor molecules in the triplet state 314 for the initiator molecules in the triplet state 308, additional absorption of photons can lead to a photophysical / chemical change in the substance, which leads to a change in energy levels containing the ground state 318, the excited state 320 and the second ground state 322 as shown in energy level diagram 316. Note that the detection of the modified substance having energy levels 316 can be performed in the same manner as for the modified substance having energy levels 208 shown in FIG. 2.

[0056] Когда молекулы-ингибиторы возбуждаются с переходом в триплетное состояние 314, они могут формировать химически реакционноспособные частицы, например, радикалы, препятствующие изменению свойств вещества. Например, возбужденный инициатор может вызывать полимеризацию или деполимеризацию посредством процессов генерирования активных радикалов для проведения переноса. Для адекватной эффективности подавления, ингибитор может иметь триплетное состояние для высокого квантового выхода реакционноспособных частиц. Дополнительно, реакционноспособные частицы могут реагировать только с инициатором на энергетическом уровне триплетного состояния 314, и его продукт может генерироваться из энергетического уровня триплетного состояния 314.[0056] When the inhibitor molecules are excited to transition to the triplet state 314, they can form chemically reactive species, such as radicals, that prevent the substance from changing properties. For example, an excited initiator can cause polymerization or depolymerization through processes for generating active radicals to effect transfer. For adequate suppression efficiency, the inhibitor can have a triplet state for a high quantum yield of reactive particles. Additionally, reactive particles can only react with the initiator at the energy level of the triplet state 314, and its product can be generated from the energy level of the triplet state 314.

[0057] Чтобы удовлетворять всем вышеуказанным критериям, инициатором может быть, например, метанон и его производные или циклопентанон и его производные, тогда как ингибитором может быть дисульфид и его производные.[0057] To meet all of the above criteria, the initiator can be, for example, methanone and its derivatives or cyclopentanone and its derivatives, while the inhibitor can be a disulfide and its derivatives.

[0058] На фиг. 4 показана схема, демонстрирующая в упрощенном виде пучок и формы фокального пятна первого (т.е. записи или считывания) и второго (т.е. подавления) оптических пучков, отвечающих изобретению. Первый пучок 402 объединяется со вторым пучком 404 с использованием делителя 406 пучка, и объединенные пучки фокусируются посредством системы 408 формирования изображения. Таким образом, два пучка одновременно фокусируются на выбранной области в слоях 108 записи носителя записи, например диска 100.[0058] FIG. 4 is a schematic diagram showing in a simplified form the beam and focal spot shapes of the first (ie, write or read) and second (ie, suppression) optical beams according to the invention. The first beam 402 is combined with the second beam 404 using a beam splitter 406, and the combined beams are focused by the imaging system 408. Thus, the two beams are simultaneously focused on a selected area in the recording layers 108 of a recording medium, such as disc 100.

[0059] Как проиллюстрировано в первом столбце 410 таблицы на фиг. 4, первый пучок имеет максимум интенсивности в центральном участке и в показанном примере формирует фокальное пятно в форме, в общем случае, сплющенного сфероида.[0059] As illustrated in the first column 410 of the table in FIG. 4, the first beam has a maximum intensity in the central region and, in the example shown, forms a focal spot in the form of a generally flattened spheroid.

[0060] Как проиллюстрировано в столбце 412 таблицы на фиг. 4, второй пучок может формироваться таким образом, чтобы иметь локальный минимум интенсивности в центральной области, и, в общем случае, кольцевой профиль интенсивности, окружающий эту область. Альтернативно, как проиллюстрировано в столбце 414, второй пучок может формироваться для создания, в общем случае, распределения интенсивности с провалом в трех измерениях вокруг фокальной области. В целом, желательно, чтобы характеристика второго пучка имела локальный минимум интенсивности в центральном участке облучаемой области и локальный максимум интенсивности в по меньшей мере одном участке облучаемой области, соседствующем с центральным участком.[0060] As illustrated in table column 412 in FIG. 4, the second beam can be formed so as to have a local minimum intensity in the central region and, in general, an annular intensity profile surrounding this region. Alternatively, as illustrated in column 414, a second beam can be formed to create a generally notched three-dimensional intensity distribution around the focal region. In general, it is desirable for the characteristic of the second beam to have a local minimum intensity in the central portion of the irradiated area and a local maximum in intensity in at least one portion of the irradiated area adjacent to the central portion.

[0061] Соответственно, применение первого пучка к выбранной области носителя записи может приводить к записи или считыванию свойств вещества вблизи фокального пятна. Присутствие поля подавления, например, в форме кольца или трехмерной пустотелой области, ограничивает объем, в котором происходит запись или считывание, вызывая подавление соответствующих процессов в окружающей области, как показано выше со ссылкой на фиг. 2 и 3. Поэтому в целом двухпучковая операция согласно вариантам осуществления изобретения позволяет повысить разрешение записи и считывания, и, таким образом, значительно повысить плотность хранилища данных.[0061] Accordingly, application of the first beam to a selected area of the recording medium may result in the recording or reading of material properties near the focal spot. The presence of a suppression field, for example in the form of a ring or a three-dimensional void area, limits the volume in which writing or reading occurs, causing suppression of the corresponding processes in the surrounding area, as shown above with reference to FIG. 2 and 3. Therefore, in general, the double-beam operation according to the embodiments of the invention can increase the write and read resolution, and thus greatly increase the density of the data storage.

[0062] Первый пучок 402 может иметь традиционный гауссов профиль, имеющий ограниченный дифракцией пространственное разрешение. Кольцевую форму второго пучка 404 можно получить путем фокусировки поляризованного по кругу пучка с модой Лагерра-Гаусса, или азимутально поляризованного пучка, для создания тороидной формы. Форма с центральной полостью (например, как показано в столбце 414) может формироваться объединением поляризованного по кругу пучка с модой Лагерра-Гаусса (или вихревой фазой с топологическим зарядом) и поляризованного по кругу пучка с концентрическим сдвигом фазы на π в центре пучка. Форму пустотелой клетки можно создавать путем фокусировки цилиндрически поляризованного пучка с концентрическим сдвигом фазы на π в центре пучка.[0062] The first beam 402 may have a conventional Gaussian profile having diffraction limited spatial resolution. An annular shape of the second beam 404 can be obtained by focusing a circularly polarized Laguerre-Gaussian beam, or an azimuthally polarized beam, to create a toroidal shape. A central cavity shape (eg, as shown in column 414) can be formed by combining a circularly polarized Laguerre-Gaussian beam (or vortex phase with topological charge) and a circularly polarized beam with a concentric π phase shift at the center of the beam. A hollow cell can be created by focusing a cylindrically polarized beam with a concentric π phase shift at the center of the beam.

[0063] На фиг. 5 показана блок-схема оптического устройства записи и считывания данных, отвечающего изобретению. Такое устройство обычно именуется оптическим приводом или просто приводом.[0063] FIG. 5 is a block diagram of an optical data recording and reading apparatus according to the invention. Such a device is usually referred to as an optical drive or simply a drive.

[0064] Оптический привод 500 содержит держатель 502, выполненный с возможностью удержания носителя записи, т.е. оптического диска 100. Держатель 502 содержит шпиндель, сконфигурированный для крепления держателя диска через центральное отверстие, который приводится в действие двигателем, имеющим управляемую скорость, для обеспечения управления угловой скоростью диска.[0064] The optical drive 500 includes a holder 502 configured to hold a recording medium, i. E. of the optical disc 100. The holder 502 includes a spindle configured to mount the disc holder through a center hole, which is driven by a speed controlled motor to control the angular velocity of the disc.

[0065] Лазерный источник 504 включает в себя первый и второй оптические источники 506, 508, которые проходят через первую и вторую системы 510, 512 формирования изображения. Системы 510, 512 формирования изображения размещаются вышеописанным образом, как показано на фиг. 4, для генерирования желаемых форм первого и второго пучков, для записи/считывания и подавления, соответственно. Зеркало 514 и делитель 516 пучка используются для объединения первого и второго пучков. Затем объединенные пучки фокусируются на выбранную область носителя 100 записи посредством механизма отслеживания или оптической головки, представленной в простой блок-схеме, показанной на фиг. 5, зеркалом 518 и линзой 519. Система отслеживания управляется, по меньшей мере, для радиального перемещения относительно диска 100, для обеспечения выбора конкретной дорожки для записи/считывания.[0065] The laser source 504 includes first and second optical sources 506, 508 that pass through the first and second imaging systems 510, 512. Imaging systems 510, 512 are arranged in the above manner as shown in FIG. 4 to generate the desired first and second beam shapes for writing / reading and suppressing, respectively. A mirror 514 and a beam splitter 516 are used to combine the first and second beams. The combined beams are then focused onto a selected area of the recording medium 100 by a tracking mechanism or an optical pickup shown in a simple block diagram shown in FIG. 5, a mirror 518, and a lens 519. The tracking system is controlled at least to radially move relative to the disc 100 to ensure that a particular track is selected for writing / reading.

[0066] Сервосистема 520 подключена к зонду 116 и содержит контур обратной связи, который можно использовать для поддержания желаемой скорости вращения и отслеживания с достаточной точностью для записи в желаемые области диска 100 и считывания из них.[0066] Servo 520 is coupled to probe 116 and includes a feedback loop that can be used to maintain a desired rotational speed and track with sufficient accuracy to write to and read from desired areas of disc 100.

[0067] В ходе операций считывания свет, испускаемый из диска 100 в ответ на применение оптических полей, возвращается через оптику 519, 518 отслеживания и отражается от делителя 522 пучка в систему 524 обнаружения. Система 524 обнаружения может содержать светочувствительный детектор и демодулятор для демодуляции считанной информации. Фильтры, пропускающие флуоресцентное излучение, используются до светочувствительного детектора для отфильтровывания шумовых и остаточных лазерных пучков.[0067] During read operations, light emitted from the disc 100 in response to the application of optical fields is returned through the tracking optics 519, 518 and reflected from the beam splitter 522 to the detection system 524. The detection system 524 can include a light-sensitive detector and a demodulator for demodulating the read information. Fluorescent filters are used before the light-sensitive detector to filter out noise and residual laser beams.

[0068] Компоненты привода 500, т.е. лазерный источник 504, сервосистема 520, система 518, 519 отслеживания и система 524 обнаружения действуют под управлением электронного контроллера 526, который обычно содержит микропроцессор, подходящее программное обеспечение и другие электронные компоненты для отправки и приема сигналов управления между компонентами привода 500.[0068] The components of the drive 500, i. E. the laser source 504, the servo system 520, the tracking system 518, 519, and the detection system 524 operate under the control of an electronic controller 526, which typically contains a microprocessor, suitable software, and other electronic components to send and receive control signals between the components of the actuator 500.

[0069] Дополнительные свойства и параметры записи и воспроизведение могут базироваться на существующих технологиях оптического хранения, например, технологиях дисков DVD и Blu-ray. Например, для кодирования данных, записываемых на диск 100, можно применять метод модуляции (модуляцию 8-в-16). Для подтверждения постоянной производительности и постоянной плотности данных по всему дисковому носителю, для записи и считывания можно работать на постоянной линейной скорости (CLV), например, на скорости 60 м/с. При условии минимальных времен циклов считывания и записи, производительность можно повысить путем увеличения CLV. Производительность побитовой записи выражается как T=CLV/d, где CLV - постоянная линейная скорость, используемая в системе, и d - длина (т.е. на/в физическом диске 100) единичного бита.[0069] Additional recording and reproduction properties and parameters can be based on existing optical storage technologies such as DVD and Blu-ray disc technologies. For example, a modulation technique (8-to-16 modulation) can be used to encode data recorded on the disc 100. To confirm consistent performance and constant data density across the entire disc medium, writing and reading can be operated at a constant linear velocity (CLV), for example 60 m / s. Providing minimal read and write cycle times, performance can be improved by increasing CLV. The bit write performance is expressed as T = CLV / d, where CLV is the constant linear velocity used in the system and d is the length (i.e. on / in physical disk 100) of a single bit.

[0070] Привод имеет возможность параллельной записи и считывания, как описано более подробно ниже со ссылкой на фиг. 7. Соответственно, можно повысить производительность записи и считывания. После применения параллельной записи, общая производительность записи данных выражается как T_drive=p×T, где p - количество параллельно записываемых битов.[0070] The drive is capable of parallel writing and reading, as described in more detail below with reference to FIG. 7. Accordingly, the write and read performance can be improved. After applying parallel writing, the total data write performance is expressed as T _drive = p × T, where p is the number of bits written in parallel.

[0071] Как показано на фиг. 1 и 5, магнитная сервосистема, где применяются слой 114 магнитного отслеживания и зонд 116, используется для сверхточной коррекции увода вращающегося диска во время записи и считывания. Сервосистема может содержать считывающую головку, микропривод и схему цифрового управления. Основной задачей сервосистемы является обнаружение сигнала ошибки позиционирования и корректировка ошибок позиционирования. Зонд 116 перемещается под действием микропривода и устанавливается вблизи поверхности диска с магнитными трекинговыми канавками (в слое 114 отслеживания, как показано на фиг. 1). Позиция головки определяется путем считывания сигналов позиционирования, предварительно закодированных в трекинговых канавках, которая генерирует сигналы ошибки позиционирования для коррекции позиции оптической головки 518, 519. Схема цифрового управления используется для управления микроприводом, передачи сигналов позиционирования и координации частоты дискретизации сервосистемы с оптической системой записи и считывания. На основании сигналов позиционирования от сервосистемы, приводы, используемые для приведения в движение оптической головки, имеют возможность регулировать относительную позицию лазерных пучков со сверхвысокой точностью, например, менее 30 нм.[0071] As shown in FIG. 1 and 5, a magnetic servo system employing a magnetic tracking layer 114 and a probe 116 is used to super-accurately correct spinning disc slip during writing and reading. The servo system can contain a read head, a micro drive and a digital control circuit. The main task of the servo system is to detect the positioning error signal and correct the positioning errors. The probe 116 is micro-driven and positioned close to the surface of the magnetic tracking groove disk (in the tracking layer 114 as shown in FIG. 1). The position of the head is determined by reading the positioning signals pre-encoded in the tracking grooves, which generates positioning error signals to correct the position of the optical head 518, 519. The digital control circuit is used to control the microdrive, transmit the positioning signals and coordinate the sampling rate of the servo system with the optical read / write system ... Based on the positioning signals from the servo system, the actuators used to drive the optical head have the ability to adjust the relative position of the laser beams with ultra-high precision, for example less than 30 nm.

[0072] В альтернативном варианте осуществления (не показан) можно применять оптическую сервосистему. Оптическая сервосистема содержит квадрантный фотодетектор, астигматичную оптику и дифференциальную схему. Серволазер, работающий, например, на длине волны 658 нм, постоянно фокусируется на канавчатой структуре, сформированной в диске 100. Затем отраженный пучок серволазера переносит информацию увода диска, проходя через астигматичную оптику, состоящую из пары круглых и цилиндрических линз. Квадрантный фотодетектор может регистрировать изменение формы отраженного пучка. Квадрантный фотодетектор генерирует четыре сигнала (A, B, C и D). Дифференциальная схема может использовать эти четыре сигнала для определения состояния увода, скорости шпинделя, ошибки отслеживания и сигналов ошибки фокусировки. RF сигнал генерируется путем суммирования четырех сигналов (A+B+C+D). На основании частоты RF сигнала можно определить скорость шпинделя. Радиальную ошибку фокусировки можно измерять по (A+C-B-D)/(A+B+C+D), которое называется сигналом ошибки фокусировки. Поперечная ошибка фокусировки (сигнал ошибки отслеживания) можно измерять по (A+B-C-D)/(A+B+C+D). Соответствующие токи поступают на приводы, управляющие оптической головкой, для регулировки относительной позиции объектива 519 головки относительно аксиальной и поперечной позиции дорожки диска.[0072] In an alternative embodiment (not shown), an optical servo system may be used. The optical servo system contains a quadrant photodetector, astigmatic optics and a differential circuit. A servo laser, operating at a wavelength of 658 nm, for example, continuously focuses on a grooved structure formed in disk 100. The reflected beam of the servo laser then carries the disk slip information, passing through an astigmatic optics consisting of a pair of circular and cylindrical lenses. The quadrant photodetector can register the change in the shape of the reflected beam. The quadrant photo detector generates four signals (A, B, C, and D). Differential circuitry can use these four signals to determine slip status, spindle speed, tracking error, and focus error signals. An RF signal is generated by summing four signals (A + B + C + D). Based on the RF frequency, the spindle speed can be determined. The radial focus error can be measured at (A + C-B-D) / (A + B + C + D), which is called the focus error signal. Lateral focus error (tracking error signal) can be measured at (A + B-C-D) / (A + B + C + D). Appropriate currents are supplied to the optical head actuators to adjust the relative position of the head lens 519 relative to the axial and lateral position of the disc track.

[0073] Фиг. 6 демонстрирует упрощенную блок-схему операций 600 иллюстративного алгоритма управления записью/считыванием, который может осуществляться в контроллере 526. На первых этапах, в случае записи или считывания, производится активация 602 сервосистемы и осуществляется 604 алгоритм обнаружения для подтверждения присутствия диска с надлежащими метками отслеживания. Если диск отсутствует 606, то сообщается 608 ошибка.[0073] FIG. 6 shows a simplified flow diagram 600 of an exemplary write / read control algorithm that may be performed in controller 526. In the first steps, in the case of writing or reading, the servo system is activated 602 and a detection algorithm is performed 604 to confirm the presence of a disc with proper track marks. If the disk is missing 606, then an error 608 is reported.

[0074] На этапе 610 принятия решения алгоритм выбирает один из альтернативных путей в зависимости от того, запрашивается ли операция считывания данных или операция записи данных. В случае 612 считывания данных, контроллер активирует пучок считывания на этапе 614. Контроллер гарантирует, что уровень интенсивности пучка считывания достаточен для генерирования фотолюминесцентной реакции, но ниже уровня интенсивности, при котором свойства вещества изменяются (т.е. в случае записи). Контроллер 526 также активирует двигатель шпинделя на этапе 616. Обычно, в ходе операции считывания генерируется 618 в той или иной форме индикация или другое отображение, для обеспечения визуального подтверждения любому наблюдателю, что происходит считывание. Контроллер продолжает 620 операцию считывания, пока вся желаемая информация не будет извлечена из диска 100, и на этом процесс завершается 622.[0074] At decision block 610, the algorithm selects one of the alternate paths depending on whether a data read operation or a data write operation is requested. In the case 612 read data, the controller activates the read beam at step 614. The controller ensures that the intensity level of the read beam is sufficient to generate a photoluminescent response, but below the intensity level at which the properties of the substance change (ie, in the case of writing). The controller 526 also activates the spindle motor at block 616. Typically, during a read operation, some form of indication or display is generated 618 to provide visual confirmation to any observer that a read is taking place. The controller continues the read operation 620 until all desired information has been retrieved from the disk 100, at which point the process ends 622.

[0075] В частности, до считывания, контроллер может осуществлять адресный поиск для нахождения намеченного сектора. Для поиска положения на диске, контроллер 526 сначала включает сервосистему 520 для нахождения позиции дорожки. Затем мощность первого пучка 506 снижается в десять относительно применяемой в ходе записи, во избежание разрушающего считывания. Аксиальное сканирование осуществляется путем обнаружения собранной флуоресценции для нахождения намеченного информационного слоя. Когда положение на диске подтверждено, контроллер 526 переключается в двухпучковый режим и синхронизирует лазерное стробирование с вращением диска. Светочувствительный детектор в системе 524 обнаружения преобразует обнаруженный оптический сигнал данных в соответствующий цифровой электрический сигнал. Электрический сигнал демодулируется декодером и, наконец, переносится на главное устройство в качестве извлеченных данных.[0075] In particular, prior to reading, the controller may perform an address search to find the target sector. To find a position on the disc, controller 526 first turns on servo 520 to find a track position. Then, the power of the first beam 506 is reduced by a factor of ten relative to that used during the recording, in order to avoid destructive reading. Axial scanning is performed by detecting the collected fluorescence to find the target information layer. When the position on the disc is confirmed, the controller 526 switches to dual-beam mode and synchronizes the laser strobing with the rotation of the disc. A light-sensitive detector in the detection system 524 converts the detected optical data signal into a corresponding digital electrical signal. The electrical signal is demodulated by a decoder and finally transferred to the host as extracted data.

[0076] В случае записи данных, контроллер сначала принимает данные, подлежащие записи, на этапе 624. На этапе 626 пучок записи активируется, с интенсивностью, достаточной для инициирования изменений свойств носителя записи. Активируется 628 также пучок подавления. Как и в случае считывания, контроллер активирует двигатель шпинделя на этапе 630. Затем запись продолжается 632, пока входной блок данных не будет полностью записан. На этапе 634 контроллер определяет, подлежит ли записи еще один блок данных, и, если да, управление возвращается к этапу 624. В противном случае, процесс записи завершается 622.[0076] In the case of data recording, the controller first receives the data to be recorded in step 624. In step 626, the write beam is activated at an intensity sufficient to trigger changes in properties of the recording medium. 628 also activates the suppression beam. As with read, the controller activates the spindle motor at block 630. Writing then continues 632 until the input data block has been completely written. In step 634, the controller determines whether another block of data is to be written, and if so, control returns to step 624. Otherwise, the write process ends 622.

[0077] Параллельная запись также возможна согласно вариантам осуществления изобретения для значительного увеличения производительности записи и считывания. Конфигурация 700, пригодная для реализации в приводе 500, для параллельных записи и считывания показана на фиг. 7. В целом, конфигурация 700 использует пространственные светомодуляторы (SLM) на пути пучка каждого из первого и второго пучков (т.е. записи/считывания и подавления). Для генерирования многофокусных массивов в носителе записи, используются генерируемые на компьютере фазовые диаграммы направленности, отображаемые на SLM.[0077] Parallel writing is also possible according to embodiments of the invention to significantly increase write and read performance. A configuration 700 suitable for implementation in a drive 500 for parallel writing and reading is shown in FIG. 7. In general, the configuration 700 uses spatial light modulators (SLMs) in the beam path of each of the first and second beams (ie, write / read and suppress). To generate multifocal arrays in the recording medium, computer-generated phase patterns displayed on the SLM are used.

[0078] В частности, первый и второй пучки 702, 704 направляются на первый и второй SLM 706, 708. SLM отображают надлежащим образом генерируемые фазовые диаграммы 710, 712 направленности, как описано более подробно ниже. SLM 708 также можно использовать для добавления волновой фронт 714 вихревой фазы, или это может быть включено в виде отдельной фазовой пластинки. Пучки 702, 704 могут представлять собой либо непрерывную волну (CW), либо импульсы, однако в случае генерирования большого количества фокальных пятен, импульсный режим с высокой пиковой интенсивностью может обеспечивать преимущества над режимом CW.[0078] Specifically, the first and second beams 702, 704 are directed to the first and second SLMs 706, 708. The SLMs display appropriately generated phase patterns 710, 712, as described in more detail below. The SLM 708 can also be used to add a vortex phase wavefront 714, or it can be included as a separate phase plate. Beams 702, 704 can be either continuous wave (CW) or pulses, however, when a large number of focal spots are generated, the high peak intensity pulsed mode can provide advantages over the CW mode.

[0079] Зеркало 716 и делитель пучка 718 используются для объединения первого и второго пучков, и объединенный пучок пропускается через коллимирующую оптику 720. Объектив 722 используется для фокусировки оптического поля на носитель 100 записи. Это приводит к образованию массива фокальных пятен первого и второго пучков, например, проиллюстрированного в упрощенном виде 724, 726 на фиг. 7. Таким образом, соответствующие значения массива данных можно одновременно записывать или считывать. Отдельные пятна, для управления записью конкретных информационных состояний, могут включаться и отключаться посредством надлежащего компьютерного управления SLM.[0079] Mirror 716 and beam splitter 718 are used to combine the first and second beams, and the combined beam is passed through collimating optics 720. Lens 722 is used to focus the optical field onto the recording medium 100. This results in an array of focal spots of the first and second beams, for example illustrated in simplified form 724, 726 in FIG. 7. Thus, the corresponding data array values can be simultaneously written or read. Individual spots, to control the recording of specific information states, can be turned on and off by proper computer control of the SLM.

[0080] Для компьютерного генерирования фазовых диаграмм направленности многофокусного массива, используемых для управления SLM, наложение плоскостной гребенчатой функции электрических полей в фокальной плоскости и способ итераций с взвешиванием интенсивности можно применять для поддержания высокой однородности в многофокусном массиве. Векторную дебаевскую теорию дифракции, в которой полностью рассмотрены эффекты аподизаци и деполяризации, можно использовать в процессе вычисления. В частности, итерационный алгоритм между плоскостью голограммы и фокальной плоскостью можно осуществлять для получения многофокусного массива, ограниченного дифракцией, с высокой однородностью. Приближение начинается с входного электрического поля однородного плоского волнового фронта и произвольного предположения о начальной фазе в плоскости голограммы. Дебаевское интегральное преобразование этого волнового фронта осуществляется для оценивания выходного электрического поля в фокальной плоскости. Соответствующая пиковая интенсивность в заранее определенных местах в выходной плоскости сравнивается с идеальной пиковой интенсивностью, которая представляет собой одинаково взвешенную плоскостную гребенку. Вычисляется ошибка εε пиковой интенсивности обеих, и амплитуда комплексного электрического поля в фокальной плоскости дополнительно заменяется идеальной гребенчатой функцией. Для повышения однородности в многофокусном массиве вводится весовой коэффициент:[0080] For computer generated phase patterns of a multifocal array used for SLM control, focal plane electric field comb function and intensity-weighted iteration method can be applied to maintain high uniformity in a multifocal array. Vector Debye diffraction theory, in which the effects of apodization and depolarization are fully considered, can be used in the calculation process. In particular, an iterative algorithm between the hologram plane and the focal plane can be performed to obtain a diffraction limited multifocal array with high uniformity. The approximation begins with the input electric field of a uniform plane wavefront and an arbitrary assumption about the initial phase in the plane of the hologram. Debye integral transform of this wavefront is performed to estimate the output electric field in the focal plane. The corresponding peak intensity at predetermined locations in the exit plane is compared to the ideal peak intensity, which is an equally weighted flat comb. The error εε of the peak intensity of both is calculated, and the amplitude of the complex electric field in the focal plane is additionally replaced by an ideal comb function. To increase the uniformity in a multifocal array, a weighting factor is introduced:

,

где k - номер итерации, m представляет m-е фокальное пятно в массиве, и I обозначает пиковую интенсивность. После эффективного взвешивания для каждого фокального пятна, обратное преобразование нового адаптированного электрического поля дает соответствующее поле во входной плоскости. Амплитуда во входной плоскости больше не согласуется со случаем однородного плоского волнового фронта, поэтому она дополнительно заменяется однородной амплитудной. И фаза во входной плоскости сохраняется для следующей итерации. На этом одна итерация завершается, и цикл повторяется, пока ошибка εε интенсивности на n-ой итерации не окажется в приемлемом диапазоне допуска, например 0,01. Последовательно адаптированная фаза во входной плоскости является окончательной фазовой диаграммой направленности многофокусного массива.where k is the iteration number, m represents the m -th focal spot in the array, and I denotes the peak intensity. After effective weighting for each focal spot, the inverse transformation of the new adapted electric field gives the corresponding field in the input plane. The amplitude in the input plane is no longer consistent with the case of a uniform plane wavefront, so it is additionally replaced by a uniform amplitude one. And the phase in the input plane is saved for the next iteration. At this one iteration is completed and the cycle is repeated until the error εε intensity at n-th iteration would not in an acceptable tolerance range, for example 0.01. The sequentially adapted phase in the input plane is the final phase diagram of the multifocal array.

[0081] Этот алгоритм не зависит от формы падающего волнового фронта, однако он зависит от длины волны лазерного света, и, таким образом, два SLM 706, 708 для двойных пучков можно использовать, когда оптические источники двух разных частот применяются для записи.[0081] This algorithm is independent of the incident wavefront shape, however, it does depend on the wavelength of the laser light, and thus two SLMs 706, 708 for dual beams can be used when optical sources of two different frequencies are used for recording.

[0082] Хотя согласно вышесказанному алгоритму применяется x-линейная поляризация, вычисленная фаза также можно применять к любому типу состояния поляризации, который можно преобразовывать после фазовой модуляции SLM. Поэтому состояние поляризации в многофокусном массиве идентично и зависит от состояния поляризации в плоскости задней апертуры объектива.[0082] Although the above algorithm applies x-linear polarization, the calculated phase can also be applied to any type of polarization state that can be converted after phase modulation SLM. Therefore, the state of polarization in a multifocal array is identical and depends on the state of polarization in the plane of the rear aperture of the lens.

[0083] Подтверждение принципиальных экспериментов было проведено для демонстрации эффективности способов и устройств двухпучковой записи высокого разрешения, отвечающих изобретению. Фиг. 8 и 9 демонстрируют иллюстративные результаты этих экспериментов. Первый пучок (записи) генерировался с использованием импульсного лазерного источника, имеющего частоту повторения 80 мегагерц и ширину импульса 140 фемтосекунд на длине волны 800 нанометров. Второй пучок (подавления) генерировался из источника CW на длине волны 375 нанометров.[0083] Validation of principal experiments was performed to demonstrate the effectiveness of the high resolution dual-beam recording methods and apparatus of the invention. FIG. 8 and 9 show illustrative results of these experiments. The first beam (recording) was generated using a pulsed laser source having a repetition rate of 80 megahertz and a pulse width of 140 femtoseconds at a wavelength of 800 nanometers. The second (suppression) beam was generated from a CW source at a wavelength of 375 nanometers.

[0084] На фиг. 8 показан график 800, иллюстрирующий соотношение между результирующим размером признака, генерируемого в ходе записи, и мощность второго пучка (подавления). Мощность пучка подавления показана на горизонтальной оси 802, тогда как соответствующий размер признака показан на вертикальной оси 804. В отсутствии пучка подавления, как показано точкой 806 данных, был получен размер признака около 220 нанометров. При мощности пучка подавления 0,3 микроватт, как показано точкой 808, размер признаков уменьшился до чуть меньше 200 нанометров. Когда мощность пучка подавления дополнительно повысилась до 0,6 микроватт, как показано точкой 810, размер признака уменьшился до ниже 120 нанометров. Это отчетливо демонстрирует возможность способа двойной двухпучковой записи для создания размеров признаков ниже дифракционного предела пучка записи.[0084] FIG. 8 is a graph 800 illustrating the relationship between the resulting size of a feature generated during recording and the power of the second beam (suppression). The power of the suppression beam is shown on the horizontal axis 802, while the corresponding feature size is shown on the vertical axis 804. In the absence of the cancellation beam, as shown by data point 806, a feature size of about 220 nanometers was obtained. With a suppression beam power of 0.3 microwatts, as indicated by point 808, the feature size decreased to just under 200 nanometers. When the suppression beam power was further increased to 0.6 microwatts, as indicated by point 810, the feature size decreased to below 120 nanometers. This clearly demonstrates the ability of the double-beam recording method to create feature sizes below the diffraction limit of the recording beam.

[0085] Фиг. 9 демонстрирует изображения, полученные на растровом электронном микроскопе (SEM), для сравнения однопучковой записи 902 и двухпучковой записи 904, при мощности пучка подавления 0,3 микроватт. Как показано на первом изображении 902, вследствие дифракционного предела записывающей оптики, битовый массив, создаваемый единичным пучком записи с расстоянием между центрами 300 нанометров, не позволяет отчетливо разглядеть каждое отдельное пятно. Однако, когда пучок подавления, с мощностью 0,3 микроватт, также был активен можно отчетливо различать отдельные пятна в массиве, имеющем расстояние между центрами 200 нанометров, что наглядно иллюстрирует емкость вариантов осуществления изобретения для обеспечения повышенной плотности хранилища данных.[0085] FIG. 9 shows Scanning Electron Microscope (SEM) images comparing single-beam recording 902 and double-beam recording 904, at a suppression beam power of 0.3 microwatts. As shown in the first image 902, due to the diffraction limit of the recording optics, the bitmap created by a single recording beam with a center distance of 300 nanometers prevents each individual spot from being clearly visible. However, when the 0.3 microwatt suppression beam was also active, individual spots in the array having a center-to-center distance of 200 nanometers can be clearly distinguished, which clearly illustrates the capacity of embodiments of the invention to provide increased storage density.

[0086] Благодаря возможности хранения данных чрезвычайно высокой емкости и высокой плотности, предполагается, что варианты осуществления изобретения найдут применение в крупных информационных центрах. На фиг. 10 показана блок-схема 1000, которая демонстрирует систему массива оптических запоминающих устройств, которую, например, можно применять в информационном центре. Система содержит несколько приводов 500, отвечающих настоящему изобретению.[0086] Because of the extremely high capacity and high density storage capabilities, embodiments of the invention are expected to find application in large data centers. FIG. 10 is a block diagram 1000 that illustrates an optical storage array system that, for example, may be employed in a data center. The system contains several actuators 500 in accordance with the present invention.

[0087] В частности, система 1000 содержит главный компьютер 1002 и массив 1004 оптических запоминающих устройств (OSA). Сам OSA содержит несколько блоков, каждый из которых включает в себя стопку 1006 физических носителей, т.е. дисков. Блок 1008 выбора представляет собой механическое устройство, способное извлекать конкретный желаемый диск из стопки 1006 и устанавливать его в приводе 500. Все блоки многодискового привода работают под управлением электронного контроллера/микропроцессора 1010. В показанной конфигурации, один конкретный многоприводный блок 1012 применяется для вмещения равноправных носителей, что можно использовать для обнаружения и исправления любых ошибок, которые могут возникать в любом из основных носителей данных, и, таким образом, для обеспечения целостности информации, хранящейся в OSA.[0087] In particular, system 1000 includes a host 1002 and an optical storage array (OSA) 1004. The OSA itself contains several blocks, each of which includes a stack of physical media 1006, i. disks. Select block 1008 is a mechanical device capable of removing a particular desired disc from stack 1006 and inserting it into a drive 500. All multi-drive units are controlled by an electronic controller / microprocessor 1010. In the configuration shown, one particular multi-drive unit 1012 is used to accommodate peer-to-peer media that can be used to detect and correct any errors that may occur in any of the main storage media, and thus to ensure the integrity of the information stored in OSA.

[0088] Для обеспечения максимальной производительности OSA 1004, оптимизируется время доступа для выбора и переноса дисков на/из приводов. Контроллер 1010 может реализовать алгоритм управления для синхронизации времен доступа отдельных блоков привода. Количество блоков привода можно увеличивать в зависимости от желаемой производительности записи и считывания данных.[0088] To maximize OSA 1004 performance, access times for selecting and moving disks to / from drives are optimized. Controller 1010 can implement a control algorithm to synchronize access times of individual drive units. The number of drive units can be increased depending on the desired write and read performance.

[0089] OSA 1004 можно построить для оптимизации производительности в отношении: высокой производительности записи; высокой емкости хранилища; высокой производительности считывания; и зеркалирования или дублирования данных.[0089] OSA 1004 can be built to optimize performance for: high write performance; high storage capacity; high reading performance; and mirroring or duplicating data.

[0090] Производительность записи постепенно снижается с увеличением размера записываемого файла. Для повышения эффективности, можно сначала отбирать данные файла большого размера. Отобранные данные можно записывать по N одинаковым приводам, таким образом, повышая производительность в N раз. Благодаря использованию приводов, способных записывать параллельную информацию, как показано на фиг. 7, общая производительность OSA 1004 может составлять T_osa=T×p×N, где T - скорость переноса для единичной побитовой записи, p - количество параллельных битов для записи, и N - количество приводов, соединенных в OSA.[0090] The recording performance gradually decreases as the size of the recorded file increases. To improve efficiency, you can select large file data first. The selected data can be written to N identical drives, thus increasing productivity by N times. By using drives capable of writing parallel information, as shown in FIG. 7, the overall performance of OSA 1004 may be T _osa = T × p × N, where T is the transfer rate for a single bit write, p is the number of parallel bits for writing, and N is the number of drives connected in the OSA.

[0091] OSA 1004 также может значительно увеличивать емкость хранилища. Полная емкость хранилища зависит от количества дисковых носителей данных высокой плотности. Общая емкость хранилища OSA 1004 равна C_osa=C × N_m ×N, где C - емкость хранилища единичного диска, N_m - количество дисков в стопке 1006 единичного привода, и N - количество приводов.[0091] OSA 1004 can also significantly increase storage capacity. The total storage capacity depends on the number of high-density disk storage media. The total storage capacity of OSA 1004 is C _osa = C × N _m × N, where C is the storage capacity of a single disk, N _m is the number of disks in the single drive stack 1006, and N is the number of drives.

[0092] В случае считывания, блок 1008 выбора может сначала извлекать адресованный диск для считывания. Для высокой производительности считывания данных можно минимизировать время извлечения. Когда данные считаны приводом 500, они переносятся в буфер в контроллере 1010. Контроллер объединяет отобранные данные с разных физических адресов на нескольких дисках для восстановления исходного файла. Сбор данных в буфер до переноса на главный компьютер 1002 повышает производительность считывания.[0092] In the case of reading, the selection unit 1008 may first eject the addressed disc for reading. For high read performance, retrieval times can be minimized. When the data is read by the drive 500, it is buffered in the controller 1010. The controller combines the sampled data from different physical addresses across multiple disks to restore the original file. Buffering data prior to transfer to host 1002 improves read performance.

[0093] В случае дублирования данных, вместо отправки разных отобранных данных на все отдельные приводы, данные отправляются на набор выбранных приводов также дублированными на другие диски в разных физических адресах. Поскольку не все блоки привода можно одновременно использовать для осуществления записи единичного файла с дублированием, емкость и пропускная способность по данным снижаются. Общая емкость хранилища OSA 1004 для зеркалирования диска составляет C_mirror=C_osa/N_mirror, где C_osa - емкость хранилища OSA 1004 без зеркалирования, и N_mirror - суммарное количество дисков, применяемых для дублирования. Производительность для зеркалирования диска равна T_mirror=T_osa/N_mirror, где T_osa - общая производительность без зеркалирования.[0093] In the case of duplicate data, instead of sending different sampled data to all individual drives, the data is sent to a set of selected drives also duplicated to other disks at different physical addresses. Since not all drive units can be used simultaneously to perform duplicate single file writes, data capacity and throughput are reduced. The total storage capacity of OSA 1004 for disk mirroring is C _mirror = C _osa / N _mirror , where C _osa is the storage capacity of OSA 1004 without mirroring, and N _mirror is the total number of disks used for mirroring. The performance for disk mirroring is T _mirror = T _osa / N _mirror , where T _osa is the overall performance without mirroring.

[0094] Согласно вышеприведенному рассмотрению, были описаны различные способы, устройство, системы и конфигурации, отвечающие настоящему изобретению. Очевидно, что они обеспечены для облегчения полного понимания изобретения и его практического применения в различных вариантах осуществления. Следует понимать, что они не призваны указывать какие-либо конкретные ограничения объема изобретения и обеспечены исключительно в порядке примера. Объем изобретения подлежит определению со ссылкой на нижеследующую формулу изобретения.[0094] As discussed above, various methods, apparatus, systems, and configurations of the present invention have been described. Obviously, they are provided to facilitate a thorough understanding of the invention and its practical application in various embodiments. It should be understood that they are not intended to indicate any particular limitation on the scope of the invention and are provided by way of example only. The scope of the invention is to be determined with reference to the following claims.

Claims

1. A method for recording optically readable data, the method comprising using a provided recording medium that contains a recording layer that contains an optically active substance capable of inducing a change in the properties of the medium in the presence of optical radiation having a first characteristic and that stores data by changing the properties of the medium, and wherein said change in properties can be suppressed by optical radiation having a second characteristic, the method comprising the steps of:

irradiating the region of the recording layer with a first optical radiation beam having a first characteristic, the beam having a sufficient intensity in a central portion of the irradiated region and a sufficient duration to cause an optically induced change in properties of the recording medium; and

simultaneously irradiate the area of the recording layer with a second beam of optical radiation having a second characteristic, and the second beam has a local minimum intensity in the central portion of the irradiated area and a local maximum of intensity in at least one portion of the irradiated area adjacent to the central portion, which is sufficient to suppress the optically induced changing the properties of the recording medium.

2. The method of claim 1, wherein the first and second characteristics comprise different optical frequencies.

3. The method of claim 1, wherein the first optical radiation beam has a Gaussian intensity distribution.

4. The method of claim 1, wherein the second beam has an annular intensity distribution.

5. The method of claim 1, wherein the second beam is formed to provide a three-dimensional intensity distribution with a notch in the focal region.

6. The method of claim 1, wherein the first and second tufts comprise a plurality of parallel tufts.

7. The method of claim 6, comprising applying the pupillary functions of the first and second beams to create multifocal arrays in the focal plane.

8. The method according to claim 1, comprising the step of arranging and superimposing the selected polarization states of the first and second beams to create a predetermined three-dimensional orientation of the polarization of the fields in the focal region.

9. A method for optically reading data stored on a recording medium, which contains a recording layer that contains an optically active substance, in which a change in the properties of the medium in accordance with the recorded data is induced in one or more regions and which stores data by changing the properties of the medium, while the change in properties can be detectable by the response of the carrier to optical radiation having a first characteristic, and the response of the carrier can be suppressed by optical radiation having a second characteristic, the method comprising the steps of:

irradiating the region of the recording layer with a first beam of optical radiation having a first characteristic, the first beam having a sufficient intensity in the central portion of the irradiated region and a sufficient duration to induce said response, but insufficient intensity and duration to induce an optically induced change in properties of the recording medium;

simultaneously irradiate the area of the recording layer with a second beam of optical radiation having a second characteristic, and the second beam has a local minimum intensity in the central portion of the irradiated area and a local maximum intensity in at least one portion of the irradiated area adjacent to the central portion, which is sufficient to suppress the response of the carrier on the first beam of optical radiation; and

it is detected whether the recording layer exhibits a response to the first optical beam in the central portion of the irradiated region.

10. The method of claim 9, wherein the response of the substance indicating the altered properties is broadband optical radiation / phosphorescence, and the detection step comprises detecting whether the carrier emits radiation in response to the application of the first and second beams.

11. An optical device for recording and reproducing data, comprising:

a holder configured to hold a recording medium that contains a recording layer that contains an optically active substance capable of inducing a change in properties of the medium and generate a substance response indicative of a change in properties in the presence of optical radiation having a first characteristic and the change in properties and a response indicating a change in properties can be suppressed by optical radiation having a second characteristic;

a first optical source configured to control emission of radiation having a first characteristic;

a first imaging system configured to controllably focus a first beam of optical radiation emitted from the first optical source onto an area of the recording layer, the optical radiation having a maximum intensity in a central portion of the first beam;

a second optical source configured to controllably emit radiation having a second characteristic;

a second imaging system configured to controllably focus a second beam of optical radiation emitted from a second optical source onto an area of a recording layer, wherein the optical radiation has a local minimum intensity in the central section of the second beam and a local maximum intensity in at least one section of the second beam, adjacent to its central site; and

a controller configured to control at least a first optical source, a first imaging system, a second optical source, and a second imaging system so as to simultaneously irradiate a selected area of the recording layer held in the holder with optical radiation of a first selected intensity emitted from the first optical source, and optical radiation of a second selected intensity, emitted from the second optical source, for selective writing on the recording layer or selectively reading data from it.

12. The apparatus of claim 11, wherein the first imaging system comprises a modulator controllable to selectively control irradiation of the recording layer with the first beam.

13. The apparatus of claim 11, wherein the controller is configured to control the intensity of the at least the first optical beam to select between a write and read operation of the recording and reproducing apparatus.

14. The apparatus of claim 11, wherein the first and second imaging systems are configured to generate a plurality of parallel optical beams.

15. The apparatus of claim 14, wherein each of the first and second imaging systems comprises a spatial modulator positioned to selectively generate a plurality of parallel optical beams.

16. The apparatus of claim 11, wherein the substance response indicating the altered properties is broadband optical radiation / phosphorescence, and the apparatus further comprises a photodetector configured to detect the presence of emitted radiation / phosphorescence during and / or after irradiation of the recording layer first, and the second beams.

17. Optical data storage system containing:

a plurality of optical devices for recording and reproducing data according to claim 11;

a plurality of recording media associated with each optical data recording and reproducing apparatus, each recording medium being selectively loaded into a holder of the associated optical data recording and reproducing apparatus; and

storage controller configured to receive requests for writing and retrieve data in the storage system, identifying recording media in the system required to fulfill the received requests, directing the loading of the required recording media into each associated optical data recording and reproducing apparatus, and prescribing to the associated optical recording devices and reproducing the data to perform the write and / or retrieve operations required to fulfill the received requests.

18. The recording medium containing at least one layer comprises an outer protective layer, and the recording layer contains an optically active substance capable of inducing a change in the properties of the medium and generating a substance response indicative of a change in properties in the presence of optical radiation having a first characteristic, and stores data by changing properties of the medium, and the change in properties and the response indicative of the changed properties can be suppressed by optical radiation having the second characteristic.

19. The recording medium of claim 18, which is a disc.

20. The recording medium of claim 18, wherein the optically active substance comprises a first excited state, the transition to which can be induced by optical radiation having a first characteristic, and wherein the change in properties of the recording medium is the result of absorption of the optical radiation having a first characteristic when is in the first excited state.

21. The recording medium of claim 20, wherein the optically active substance has the property that the presence of optical radiation having a second characteristic induces a rapid transition from the first excited state, thereby suppressing a change in properties of the medium.

22. The recording medium of claim 18, wherein the response of the substance indicating the altered properties is broadband optical emission / phosphorescence due to attenuation of the first excited state to the ground state.

23. The recording medium of claim 18, wherein the layer thickness of the optically active substance is sufficient to provide a plurality of inner layers of information storage.

24. The recording medium of claim 18, which comprises a tracking layer having radially disposed detectable tracks.

25. The recording medium of claim 24, wherein the trackers comprise one or more of: magnetic trackers; optical tracking elements; metal trackers and physical trackers.