оптический носитель записи и способ считывания информации с оптического носителя записи

Формула изобретения

1. Оптический носитель записи, содержащий последовательности питов, выполненных в материале упомянутого носителя и расположенных вдоль дорожки записи на носителе, при этом каждый пит содержит N штриховых оптических неоднородностей, где N1, причем при N>1 штриховые неоднородности в пределах каждого пита являются параллельными и периодическими и образуют угол относительно вектора электрического поля электромагнитной волны считывающего излучения, причем величина угла , являющегося элементарным источником информации, различается для разных питов.

2. Носитель записи по п. 1, отличающийся тем, что упомянутые оптические штриховые неоднородности в пределах каждого пита представляют собой выступы или канавки в оптически прозрачном материале носителя, покрытые сплошной пленкой металла, при этом высота выступов и соответственно глубина канавок имеет величину /4, где - длина волны считывающего излучения в упомянутом материале носителя.

3. Носитель записи по п. 1, отличающийся тем, что упомянутые штриховые оптические неоднородности в пределах каждого пита представляют собой чередующиеся полосы материалов, различающихся по комплексной диэлектрической проницаемости.

4. Носитель записи по п. 3, отличающийся тем, что штриховые оптические неоднородности представляют собой чередующиеся полосы светопоглощающего свет и светопрозрачного материалов на длине волны считывающего излучения.

5. Носитель записи по пп. 3 и 4, отличающийся тем, что штриховые оптические неоднородности представляют собой чередующиеся полосы материалов, обладающих фотолюминесценцией при возбуждении считывающим информацию лазером.

6. Носитель записи по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что в материале упомянутого носителя между дорожками записи и питами выполнены дополнительные штриховые оптические неоднородности с теми же размерами сечения в плоскости, перпендикулярной оси упомянутых неоднородностей, что и у штриховых оптических неоднородностей, выполненных в пределах питов, причем дополнительные штриховые оптические неоднородности параллельны или перпендикулярны дорожкам записи.

7. Носитель записи по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что в материале упомянутого носителя на дорожках записи с заданной периодичностью выполнены калибровочные питы, содержащие дополнительные штриховые оптические неоднородности, для регистрации сигналов максимального и/или минимального отражения.

8. Способ считывания информации с оптического носителя записи, содержащего последовательности питов, выполненных в материале упомянутого носителя и расположенных вдоль дорожки записи на носителе, при этом каждый пит содержит N штриховых оптических неоднородностей, где N1, причем при N>1 штриховые неоднородности в пределах каждого пита являются параллельными и периодическими и образуют угол относительно вектора электрического поля электромагнитной волны считывающего излучения, причем величина угла , являющегося элементарным источником информации, различается для разных питов, причем способ включает этапы: управляемого вращения плоскости поляризации считывающего излучения лазера и фиксации плоскости поляризации считывающего излучения при достижении экстремального значения отраженного сигнала от носителя записи информации по данным детектора, регистрирующего сигнал.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к носителям информации, более конкретно к оптическим носителям с высокой плотностью записи информации.

Оптические диски памяти (ОДП) широко используются в настоящее время для воспроизведения звуковой, цифровой и видеоинформации [1], а также записи, хранения и считывания данных в компьютерах.

В отношении звуковой информации достигнутые преимущества являются решающими, и практически полный переход к оптическому хранению и воспроизведению аудиоинформации является делом времени. Преимущества оптических дисков также очевидны при хранении относительно eмких компьютерных программ. Вместе с тем сохраняются проблемы в применении оптических дисков в компьютерах в режиме оперативной перезаписи ("винчестер") и в видеопроигрывателях. Сложность, дороговизна и некоторые технические неудобства оптических систем ограничивают их применение относительно редкими видами персональных компьютеров, а видеодиски уступают магнитным видеокассетам либо по объему видеоинформации, либо по стоимости.

В настоящее время ведутся интенсивные работы, направленные на реализацию более высокой плотности информации в ОДП. В последние 5-6 лет достигнуты существенные успехи на пути увеличения количества информации, записываемой на оптическом диске, за счет использования его объема и создания многослойных систем. Наиболее известной такой системой является DVD ("цифровой видеодиск") [2] . Однако увеличение количества слоев неизбежно приводит к ухудшению качества регистрируемого сигнала. Поэтому в DVD удается использовать, главным образом, только два слоя, лежащих один поверх другого и разделенных полупрозрачным слоем отражающего свет металла. Слои по отдельности используют принципы стандартной технологии и конструкции элементарных носителей информации CD ROM (фиг.1 а) Возможно использование и второй стороны диска, что в результате приводит к выигрышу по отношению к CD ROM в четыре раза (при прочих равных условиях).

Более радикально проблема многослойной записи решается системой FMD/C ("флуоресцентные многослойные диски/карты") [3]. Здесь используются флуоресцентные свойства красителя, вводимого слоями в прозрачную основу диска или карты. Регистрируется некогерентный сигнал вторичного излучения, возбуждаемого лазером. При условии некоторого смещения длины волны излучения от слоя к слою, достаточного, однако, для надежного разделения соответствующих длин волн системой фильтров перед детектором, информация с каждого слоя считывается независимо, и дополнительные слои создают минимальные помехи полезному сигналу. Это обеспечивает условия для существенного увеличения количества слоев, причем 10 слоев уже реализуемы практически, а 100 авторы считают теоретически возможными.

Однако существенное увеличение плотности записи в одном слое обычно связывают с уменьшением длины волны излучения лазера. Действительно, при существующем методе кодирования информации увеличение плотности записи в одном слое принципиально ограничено минимально достижимым размером светового пятна в фокусе объектива. Так, даже при применении идеальной оптической системы размер светового пятна d_min ограничен дифракцией. Размер d_min связан с длиной волны света и числовой апертурой объектива NA критерием Рэлея, как

d_min = 1,22/NA,

откуда при минимальной площади, занимаемой на диске единичным носителем информации (питом), S₁d_min ², следует максимальная плотность N = 10⁸ см^-2 (для длины волны ₁800 нм, характерной для наиболее высокоэффективных полупроводниковых лазеров, и максимальной апертуры NA0,5-0,6, достигаемой в массовых высокоапертурных микрообъективах [1]).

Увеличение плотности записи при традиционном методе кодирования информации возможно при уменьшении длины волны, и выигрыш соответствует квадрату отношения ₁/₂, где ₂ - длина волны относительно коротковолнового лазера. Так, создание "голубого" лазера с ₂ = 400 нм обеспечит выигрыш в 4 раза, однако его промышленное применение сопряжено с необходимостью решения трудно преодолимых проблем, связанных с долговечностью таких приборов. Принципиальным моментом является неизбежность выделения большего количества джоулева тепла при работе р-n перехода, имеющего более широкую зону, в качестве гетероэмиттера, причем выделяемое тепло увеличивается с уменьшением длины волны лазера. На решение этих проблем в настоящее время направлены усилия ведущих фирм и научно-исследовательских лабораторий мира. Для этих целей исследуются, главным образом, полупроводниковые соединения ZnSe и GaN и низкоразмерные гетеросистемы на их основе. Однако приемлемый для широкого промышленного использования результат в настоящее время не достигнут.

Некоторое уменьшение длины волны полупроводникового лазера, вплоть до 630-650 нм, применяемое в DVD (фиг.1б) и не сопряженное с проблемами такого порядка, а также ряд других мер, в числе которых повышение числовой апертуры объектива, предопределили суммарный выигрыш DVD до семи раз в пределах одного слоя по сравнению с традиционными CD ROM, в том числе выигрыш более чем в четыре раза за счет размеров элементарных носителей 1 информации (питов) и зазоров 2, 3 между ними и между дорожками (фиг.1б) соответственно [2].

По ряду причин наиболее приемлемой для тиражирования CD ROM и для систем воспроизведения информации с оптических дисков, предназначенных для аудио- и видеосистем, до сих пор являлась такая конструкция (фиг.1а), в которой регистрируется сигнал отражения от тонкой алюминиевой пленки 4, нанесенной на поверхность прозрачного диска из пластика (поликарбоната). Диск содержит углубления (питы) 5 эллиптической формы: глубиной d = 0,11-0,15 мкм, длиной в направлении дорожки l 0,8 мкм и поперек ее b = 0,5-0,6 мкм [1,2] (фиг.1а). Если световое пятно попадает на участок, где расположен пит, то часть света, отраженная от него, приобретает фазовый сдвиг, что приводит к рассеянию света, возвращающегося в объектив, и уменьшению сигнала приемника. Это изменение сигнала и содержит необходимую информацию, по которой может быть восстановлена звуковая, видео или цифровая информация. Притом звук записывается на диск в цифровой форме, в то время как видеоинформация чаще записывалась в аналоговой, т.к. видеоизображение требует очень широкой полосы частот, и его запись в цифровой форме при существующем методе кодирования занимала в CD ROM слишком большую площадь.

Таков в общих чертах формат CD ROM, принятый ведущими фирмами, хорошо развитый и обеспеченный серийным технологическим оборудованием. Кроме того, эта схема обеспечена хорошо разработанными оптическими системами, системами слежения за дорожкой, автоматического регулирования, подавления ошибок и т. п. , а также системами записи исходной информации и тиражирования [1]. DVD нуждается в наиболее современной модификации всех этих систем, к тому же снабженной более коротковолновым лазером, чем CD ROM. Соответствующий драйвер может считывать информацию и с CD ROM, тогда как CD ROM драйверами DVD не читаются. Драйверы FMD/C усложнены дополнительно по отношению к DVD драйверам системами фильтров и селекции считываемого слоя [2].

Таким образом, предпочтительными были бы такие новые системы, которые не только создают новые информационные возможности, но и максимально вписываются в уже разработанную и широко применяемую систему, типа описанной в общих чертах выше для CD ROM.

Задачей настоящего изобретения является создание оптического носителя записи, позволяющего увеличить информационную емкость каждого элемента (пита) оптического диска за счет более полного использования такого свойства оптического излучения, как поляризация. Достигаемым техническим результатом является увеличение информационной емкости каждого элемента (пита) размером S₁=d_min ² во столько раз, сколько технически различимых состояний поляризации может оно нести.

Коэффициент К, характеризующий увеличение информационной емкости одного пита при регистрации различных состояний поляризации, можно найти как

K = /2_min,

где _min - минимально различимый угол между направлением штриха q и вектором электрического поля световой волны Е. Если считать различимым _min = 0,3, как это уже реализовано в магнитооптических дисках памяти, коэффициент К составит К= 90/0,3 = 300.

При традиционных методах записи и воспроизведения на бит информации приходится площадь, эквивалентная двум питам. В то же время стандартная величина минимально-различимого угла поворота вектора поляризации, достигаемая в технике научного эксперимента, составляет _min = 0,0001 (K= 900000), что можно рассматривать как запас возможностей "поляризационного" метода.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в оптическом носителе записи, содержащем последовательности питов, выполненных в материале упомянутого носителя и расположенных вдоль дорожки записи на носителе, в соответствии с изобретением, каждый пит содержит N штриховых оптических неоднородностей, где N 1, причем при N>1 штриховые неоднородности в пределах каждого пита являются параллельными и периодическими и образуют угол относительно вектора электрического поля электромагнитной волны считывающего излучения, причем величина угла , являющегося элементарным источником информации, может различаться для отдельных питов.

При этом оптические штриховые неоднородности в пределах каждого пита могут представлять собой выступы или канавки в оптически прозрачном материале носителя, покрытые сплошной пленкой металла, причем высота выступов и, соответственно, глубина канавок имеет величину /4, где - длина волны считывающего излучения в упомянутом материале носителя.

Кроме того, штриховые оптические неоднородности в пределах каждого пита могут представлять собой чередующиеся полосы материалов, различающихся по комплексной диэлектрической проницаемости, например, штриховые оптические неоднородности могут представлять собой чередующиеся полосы светопоглощающего и светопрозрачного материалов на длине волны считывающего излучения. Чередующиеся полосы материалов также могут обладать существенной фотолюминесценцией при возбуждении считывающим информацию лазером. В этом случае будет регистрироваться некогерентное вторичное излучение, а не отраженный сигнал. Притом величина регистрируемого сигнала окажется пропорциональной углу вследствие пропорциональности этому углу количества поглощенной энергии считывающего пучка света.

Кроме того, с целью увеличения плотности записи информации в материале носителя между дорожками записи и питами могут быть выполнены дополнительные штриховые оптические неоднородности с теми же размерами сечения в плоскости, перпендикулярной оси упомянутых неоднородностей, что и у штриховых оптических неоднородностей, выполненных в пределах питов, причем дополнительные штриховые оптические неоднородности строго параллельны или перпендикулярны дорожкам записи. Такой же эффект может быть достигнут, если в материале носителя для регистрации сигналов максимального и/или минимального отражения на дорожках записи с заданной периодичностью будут выполнены дополнительные калибровочные питы, содержащие соответствующим образом направленные штриховые оптические неоднородности. Выбор между этими двумя методами калибровки информационного сигнала будет диктоваться технико-экономическими соображениями.

Вышеуказанный технический результат увеличения плотности записи информации достигается также в способе считывания информации с оптического носителя записи, содержащего последовательности питов, выполненных в материале упомянутого носителя и расположенных вдоль дорожки записи на носителе, каждый пит содержит N штриховых оптических неоднородностей, где N 1, причем при N>1 штриховые неоднородности в пределах каждого пита являются параллельными и периодическими и образуют угол относительно вектора электрического поля электромагнитной волны считывающего излучения, причем величина угла , являющегося элементарным источником информации, различается для отдельных питов, если считывание информации включает этапы управляемого вращения плоскости поляризации считывающего излучения и фиксации плоскости поляризации считывающего излучения при достижении максимального значения отраженного сигнала.

Изобретение поясняется на примерах его осуществления, иллюстрируемых чертежами, на которых представлено следующее:

Фиг. 1 - вид и типичные размеры носителей информации на различных вариантах оптических дисков памяти (в случае оптических карт на соответствующем фрагменте устройства они будут расположены относительно друг друга линейно, а не по окружности): а - CD ROM, б - DVD, в - оптический диск памяти, соответствующий изобретению;

Фиг. 2 - фрагмент информационной дорожки (а) с последовательностью питов с различными углами ориентации оптических штриховых неоднородностей относительно вектора электромагнитной волны считывающего излучения (б);

Фиг. 3 - вид элементарного носителя информации, использующего штриховые оптические неоднородности в виде выступов и углублений;

Фиг. 4 - то же, что на фиг.2, но с межпитовым и междорожечным пространствами, заполненными калибровочными дополнительными штриховыми оптическими неоднородностями, перпендикулярными вектору электромагнитной волны считывающего излучения;

Фиг. 5 - фрагменты экспериментальных спектров, демонстрирующие получение >10²;

Фиг. 6 - традиционные схемы оптических головок для считывания информации с оптических носителей записи: а - простейшая, чувствительная к отражению, б - поляризационно-чувствительная схема, применяемая в магнитооптических дисках;

Фиг. 7 - возможные схемы оптических головок для считывания информации с оптического носителя записи согласно способу, соответствующему изобретению: а - на базе традиционной головки, чувствительной к отражению, б - на базе поляризационно-чувствительной головки.

Исследования, выполненные автором, подтверждают потенциальную возможность создания оптических дисков памяти (фиг. 1в), основанных на методе "кодирования" информации, использующем поляризационные свойства отражения от определенной оптической штриховой неоднородности 6. Такая оптическая штриховая неоднородность 6 действует как эффективный поляризатор с вектором 7 поляризации вдоль направления штриха 8 (фиг.2). Оптическая штриховая неоднородность 6, обладающая поляризационными свойствами, может представлять собой сплошную пленку 9 (фиг.3) металла, нанесенную на гофрированную поверхность любого материала, или же прерывистую пленку металла на плоской поверхности диэлектрика или полупроводника, образующую контраст проводимости или коэффициента преломления (поглощения) между штрихом и зазором. Понятно, что поляризационные свойства можно реализовать и при наличии сплошной пленки некоторого вещества, обладающего фазовым переходом типа "металл-диэлектрик" или "металл-полупроводник" со штриховой структурой, определяемой контрастом оптических свойств между фазами. Наконец, поляризационные свойства могут быть реализованы и в оптической штриховой неоднородности с контрастом по коэффициенту поглощения, если она обладает еще и существенными фотолюминесцентными свойствами: выход вторичного излучения будет пропорционален поглощенной энергии считывающего лазера как функции угла .

Во всех случаях информация "кодируется" как угол между направлением q штриха 8 и вектором Е электрического поля считывающей световой волны, как показано на фиг. 2. Те же принципы могут быть распространены и на создание системы возобновляемой записи и, в частности, могут использовать фазовые переходы в тонких полупроводниковых пленках. Результат, полученный на коэффициенте отражения периодической оптической штриховой неоднородности, распространенный на структуры с чередующимися проводящими (поглощающими) и непроводящими (прозрачными) слоями, обладающими существенной фотолюминесценцией, позволяет применить заявленный оптический носитель записи и соответствующий ему способ считывания и в формате FMD/C.

Соответствующий изобретению метод "кодирования" информации, реализованный в заявленном оптическом носителе записи, обеспечивает возможность работы с такими оптическими штриховыми неоднородностями, у которых отношение периода штрихов к длине волны считывающего излучения мало, T/1. Это позволяет, используя традиционный для CD ROM диапазон длин волн 800 нм и соответствующий им диаметр пита d_min0,8-1 мкм, разместить в нем достаточно протяженную периодическую штриховую структуру (фиг.2). Использование более коротковолнового источника, считывающего информацию излучения, приведет к соответствующему изменению масштабов элементов носителя записи.

Предлагаемый оптический носитель записи при его реализации в оптических дисках памяти может иметь разнообразные технические воплощения. Опишем в качестве примера некоторые варианты, допускающие, однако, различные модификации в процессе их реализации.

Общее техническое решение и конструкция оптического диска вполне подобны традиционным: он представляет собой, например, склейку двух дисков оптически прозрачного пластика, например поликарбоната, при этом внутренняя поверхность представляет собой регулярную спиральную последовательность питов диаметром D, гофрированных штрихообразными выпуклостями (углублениями) с глубиной , шагом Т и толщиной h металлической пленки 9 (например, из алюминия), как показано на фиг.3. Таким образом, выпуклости и углубления группируются в питы - единичные носители информации. Как показано на фиг.2, в пределах каждого пита 6 штрихи 8 имеют одно и то же направление, их количество может быть больше одного. Таким образом, каждый пит образует микроучасток со свойствами поляризатора (фиг.2). Направление q, вдоль которого нанесены штрихи 8, меняется от пита к питу 6 в соответствии с содержанием записанной информации. Размер (диаметр) пита имеет порядок или несколько больше длины волны считывающего излучения по всем направлениям. Как показано на фиг.4, промежутки 10 между питами 6 и промежутки 3 (фиг. 1в) между информационными дорожками могут быть сделаны также штриховыми для удобства калибровки путем выделения базового направления штрихов - вдоль или поперек вектора скорости диска (пластины) в точке считывания, выверенного с вектором Е электрического поля световой волны считывающего лазера.

Реализация перезаписываемых носителей записи, выполненных в соответствии с изобретением, потребует отказа от штриховых выступов и канавок как от техники, нуждающейся в специальных и необратимых технологических процедурах. Такие перезаписываемые оптические носители записи могут быть реализованы в варианте плоских штриховых структур с контрастом диэлектрической проницаемости (высокочастотной проводимости, коэффициента преломления) в случае достаточности энергии источника считывающего излучения для осуществления фазового перехода "металл-полупроводник (диэлектрик)" в материале рабочего слоя в режиме записи.

Сравнивая предлагаемый метод кодирования информации с известными эффективными методами увеличения плотности информации в оптических дисках памяти, сводящимися к увеличению числа слоев, накладываемых друг на друга (например, с DVD или FMD дисками с флуоресцентными слоями), можно отметить следующие преимущества, обеспечиваемые изобретением:

а) производство однослойных оптических носителей записи дешевле производства многослойных носителей,

б) в однослойных оптических носителях в существенной степени могут быть исключены проблемы, затрудняющие перезапись в многослойных носителях,

в) лежащий в основе изобретения поляризационный метод кодирования информации может быть применен и для существенного дополнительного расширения возможностей по объемам информации в вышеупомянутых известных методах (DVD, FMD/C), т.к. он вполне аддитивен и совместим.

При этом поляризационный метод позволяет теоретически реализовать в одном слое объемы информации, превосходящие многослойные системы в форматах и DVD, и FMD/C. Соответствующий объем информации на оптическом диске формата CD ROM (650 MB) при использовании заявленного изобретения можно оценивать как 650 MB (310²-910⁵) 200 GB-500TB.

Автором была проведена экспериментальная проверка заявленного изобретения. Регистрировались различные направления q оптической штриховой неоднородности относительно вектора Е поляризации падающего излучения по интенсивности отраженного луча. Подложкой служили образцы кристаллов GaAs, на которые наносился фоторезист, а затем производилась интерференционная засветка пучком света ультрафиолетовой линии аргонового или кадмий-неонового лазера. После проявления фоторезиста поверхность GaAs травилась (ионное травление) на заданную глубину .

Далее магнетронным распылением поверх рельефной структуры в полупроводнике наносилась пленка металла заданной толщины h. Типичное сечение исследуемых образцов представляет собой фигуру, близкую к меандру. Исследовались образцы, имеющие различную глубину травления , шаг Т, различную толщину металлической пленки h и различные металлы: золото (Аu), серебро (Ag), медь (Сu) и алюминий (А1). Исследовалось, главным образом, отражение при нормальном падении светового пучка в спектральном диапазоне 0,4-1,4 мкм. Для измерения зависимости интенсивности отраженного сигнала R от применялось вращение образца относительно оптической оси, нормальность которой образцу строго выверялась при помощи юстировочного лазера.

Измерялись сигналы отражения при ориентациях соответственно, и вычислялась спектральная зависимость Типичные полученные зависимости представляют собой кривую с одним или несколькими максимумами. Амплитуда и расположение максимумов изменяются от образца к образцу во всем изучавшемся диапазоне, притом максимальная относительная амплитуда доходит до таких значительных величин, как >10² (фиг.5). Нетрудно было убедиться, что изменение угла в пределах от 0 до /2 плавно изменяет величину отраженного сигнала от максимального до минимального, и это создает возможность регистрации различных направлений штриха вплоть до минимально различимой величины _min.

Как показывает исследование коэффициента отражения от узких (шириной менее /2) полос золота, нанесенных на различные гладкие (не рельефные) подложки, если имеется существенный контраст коэффициента поглощения (преломления) системы "штрих-зазор", аналогичный результат может быть получен также и от практически плоской, но не однородной по составу штриховой структуры.

Фиг. 6 а, б иллюстрирует традиционную оптическую схему регистрации, соответствующую двум основным типам оптических головок: чувствительных к отражению (фиг.6а) и поляризационно-чувствительных - для магнитооптических дисков (фиг.6б).

Чувствительная к отражению оптическая головка, показанная на фиг.6а, содержит оптический диск 11, являющийся носителем записи, считывающий объектив 12, поворотное зеркало 13, поляризационный светоделитель 14, формирующую оптику 15, коллимирующую линзу 16, считывающий лазер 17, астигматическую линзу 18, четвертьволновую пластину 19 и четырехквадрантный детектор 20. Линейно поляризованное излучение лазера 17, пройдя без потерь через светоделитель 14, приобретает циркулярную поляризацию при прохождении четвертьволновой пластины 19 и направляется на оптический диск 11 через поворотное зеркало 13 и фокусирующий объектив 12. Будучи отражено от информационной дорожки с питами, излучение лазера вновь проходит через ту же четвертьволновую пластину 19, но ввиду обратного направления вращения циркулярной поляризации отраженного луча преобразуется ею в линейно поляризованный свет с вектором электрической волны, повернутым на 90^o и перпендикулярным первоначальному излучению лазера. Поэтому он направляется поляризационным светоделителем 14 полностью в другом направлении и через астигматическую линзу попадает на четырехквадрантный многофункциональный детектор 20, сигналы которого обеспечивают и слежение за дорожкой, и автоматическую фокусировку, и регистрацию полезного сигнала.

Поляризационно-чувствительная оптическая головка, показанная на фиг.6б, содержит оптический диск 11, считывающий объектив 12, поворотное зеркало 13, неполяризующий светоделитель (с потерями) 21, формирующую оптику 15, коллимирующую линзу 16, считывающий лазер 17, еще один неполяризующий амплитудный светоделитель 22, астигматическую линзу 18, полуволновую пластину 23, четырехквадрантный детектор 20, поляризационный светоделитель 24 и фотодетекторы 25. Эта схема усложнена по сравнению с предыдущей наличием элементов 22, 23, 24 и 25. Кроме того, вместо поляризационного светоделителя 14 и четвертьволновой пластины 19 ставится светоделитель 21 с потерями, так как для "кодирования" информации здесь используется вращение плоскости поляризации света в результате магнитооптического эффекта Керра при отражении от поверхности оптического диска с доменами, ориентированными магнитным полем. Циркулярно-поляризованный свет в этом случае бесполезен. Регистрация поворота плоскости поляризации осуществляется при помощи поляризационного светоделителя 24 и разложения в нем сигнала на Х- и Y-составляющие, детектируемые отдельными фотодетекторами 25, а полуволновая пластина 23 осуществляет общий поворот плоскости поляризации на 45^o, почти выравнивающий Х- и Y-сигналы по амплитуде и позволяющий осуществить дифференциальный метод регистрации полезного сигнала. Так как угол вращения плоскости поляризации мал и не превышает 0,5^o, мощность полезного сигнала оказывается незначительной величиной порядка микроваттов и дифференциальный способ регистрации оказывается выходом из положения.

(Заметим, что наличие поворотного зеркала 13 не является обязательным, а диктуется лишь соображениями удобства компоновки описываемых систем; при вертикальной компоновке оптических головок оно исключается.)

Простая техника, основанная на поляризационном светоделителе 14 и четвертьволновой пластине 19, разработанная для головки, чувствительной к интенсивности отражения (фиг. 6а), к сожалению, не может быть применена в нашем случае полностью, но в упрощенном варианте, при замене элементов 14 и 19 на простейший светоделитель с потерями, может быть использована и с заявленным оптическим носителем записи. На фиг.7а приведена схема оптической головки для считывания информации с оптического носителя записи, соответствующего изобретению. Она содержит оптический диск 11, считывающий объектив 12, поворотное зеркало 13, неполяризующий светоделитель 21, формирующую оптику 15, коллимирующую линзу 16, считывающий лазер 17, астигматическую линзу 18 и четырехквадрантный многоцелевой детектор 20. Кроме того (фиг.7б), в зависимости от вариантов системы считывания схема дополняется элементами 22, 24, 25 (как в поляризационно-чувствительной магнитооптической головке), а также элементом 26 (фиг.7а, б, штриховой прямоугольник), осуществляющим управляемое вращение плоскости поляризации считывающего светового пучка.

Вариант 1. В случае поляризованного источника 17 излучения (лазера) для заявленного оптического носителя записи, сводящегося к системе различным образом повернутых отражательных линейных поляризаторов света, регистрируемый сигнал окажется аналоговым, и фотоответ каждого пита в схеме, изображенной на фиг.7а, будет содержать согласно закону Малюса сигналы различной интенсивности - столько градаций интенсивности, сколько минимально разрешаемых системой углов поворота плоскости поляризации помещается между углами в 0 и 90 градусов. Это простейшая схема регистрации информации, содержащейся в величине угла , по интенсивности отраженного сигнала.

Вариант 2. Для увеличения информации, считываемой с каждого пита, а также для автоматического цифрового кодирования информации, используется традиционный линейно-поляризованный полупроводниковый лазер 17 (фиг.7а) с добавлением фазовращающего элемента 26 (штриховой прямоугольник), осуществляющего управляемое вращение плоскости поляризации считывающего светового пучка, например керровской или фарадеевской ячейки. Применение керровской или фарадеевской ячейки, например, на входе, до светоделителя 21, в системе, чувствительной к интенсивности отражения, позволяет фиксировать угол поворота штриховой структуры как величину электрического смещения на фазовращателе, при котором сигнал максимален (минимален). Цифровой эквивалент управляющего фазовращателем сигнала в момент прохождения через экстремум и является информацией, "закодированной" в пите.

Вариант 3. Используется оптическая головка, приближающаяся по конструкции к поляризационно-чувствительной оптической головке, однако при этом применяется неполяризованный источник 17 считывающего излучения (фиг.7б). Отличие этой схемы оптической головки от поляризационно-чувствительной головки по фиг.6б, заключается в следующем. При традиционном применении головки по фиг. 6б регистрируется очень слабое, не превышающее 0,5^o, дополнительное вращение плоскости поляризации, вызываемое эффектом Керра при отражении от ферромагнитной пленки с сориентированными магнитными доменами. Недостаток данной магнитооптической головки, связанный с малыми углами вращения плоскости поляризации, обычно частично преодолевался применением полуволновой пластинки и дифференциального метода регистрации. В случае оптической головки, предназначенной для считывания заявленного оптического носителя записи, имеет место существенный диапазон углов между векторами поляризации. В этом случае отпадает необходимость в полуволновой пластине 23, но сохраняется поляризационный светоделитель 21 и пара Х- и Y-детекторов. Разность сигналов этих детекторов и содержит необходимую информацию. В этом случае регистрируется угол поворота как разность сигналов Х-фотодиода и Y-фотодиода на выходах поляризационного светоделителя. Таким образом, схема головки совпадает со схемой по фиг.6б при исключении полуволновой пластинки 23.

Вариант 4. Отличается от варианта 3 наличием фазовращающего элемента 26, помещаемого перед поляризационным светоделителем. Информационный сигнал, соответствующий углу поворота штриховой структуры, фиксируется в момент равенства сигналов двух регистрирующих фотодиодов, по цифровому эквиваленту величины электрического смещения фазовращающего элемента 26 (штриховой прямоугольник на фиг.7б).

В качестве эталона максимального (минимального) сигнала можно применить заполнение междорожечного (3, фиг.1в) и межпитового (10, фиг.4) пространства или же отдельных питов штрихами, направленными вдоль (поперек) вектора поляризации световой волны. Применение встроенных эталонных элементов приводит к существенному увеличению количества надежно считываемой информации с каждого пита.

Исходный сигнал, считывающий информацию, в вариантах 3 и 4, является неполяризованным и может исходить даже от светодиода, что существенно выгоднее по стоимости и гарантированной длительности безотказной работы. Более того, для этих целей уже в настоящее время может быть в принципе применен гораздо более коротковолновый источник излучения. В случае применения в качестве источника считывающего излучения лазера, в вариантах 3, 4, он должен быть деполяризован при помощи специального деполяризатора, или может быть применен неполяризующий лазер. Отраженный сигнал в случае неполяризованного источника света оказывается линейно-поляризованным с направлением вектора поляризации, соответствующим направлению штрихов на оптическом диске. Оптическая схема в варианте 2 может быть существенно упрощена в результате применения разрабатываемого в настоящее время вертикально-излучающего лазера с электрически управляемым вращением плоскости поляризации (исключается дополнительный фазовращатель 26).

Источники информации:

1. Г.Боухьюз, Дж.Браат, А.Хейслер и др. Оптические дисковые системы. Под ред. М.Стельмаха, М.:Радио и связь, 1991, 279с.

2. T.Pratt and Ch.Steenbergen. Removable Media Storage Devices. 2001 Dell Computer Corporation, http://del1.com/r&d. htm ; CD Solutions - Compact Disc Manufacturing Process, http://www.cds.com/procеss.htm

3. M.Mansuripur. The Principles of Magneto-optical Recording. 1995, Cambridge University Press, London. M.Mansuripur, R&D Activities in Optical Data Storage Media. In: The Future of Data Storage Technologies, June 1999, International Technology Research Institute, Baltimore. T.W.McDaniel and R. H. Victors, Eds. Handbook of Magneto-Optical Data Recording. 1997, Noyes Publications.

4. C3D Data Storage Technologies. 2000. http://www.c-3d.net/r&d.htmр