УСТРОЙСТВО ДЛЯ МНОГОКАНАЛЬНОЙ ОПТИЧЕСКОЙ ЗАПИСИ ИНФОРМАЦИИ Российский патент 1994 года по МПК G11B7/00 

Изобретение относится к технике записи информации и может быть использовано в устройствах для изготовления форматированных подложек мастер-дисков, в оптических запоминающих устройствах, а также в лазерных фотопостроителях (генераторах изображений) для изготовления фотошаблонов и элементов плоской оптики.

Известно устройство, состоящее из источника излучения, двух светоделителей, двух модуляторов, расширителей, вспомогательных зеркал, блоков управления фокусировкой, фокусирующего объектива и регистрирующей среды [1] .

Наиболее близким по технической сущности является устройство, содержащее оптически связанные лазер, первый объектив, первый поляризационный светоделитель, акустооптические модуляторы (АОМ), пъезоэлектрические преобразователи которых электрически связаны через блоки управления с источником модулирующего напряжения, а также второй, расположенный встречно, поляризационный светоделитель, второй объектив, согласующую оптическую систему, фокусирующий объектив и регистрирующую оптическую среду [2].

Поляризационные светоделители, выполненные на основе призм Волластона, образуют два параллельных оптических канала, в которых расположены ячейки АОМ.

Общим недостатком перечисленных выше устройств являются большие габариты, сложная конструкция и юстировка.

Целью изобретения является уменьшение габаритов, упрощение конструкции и юстировки.

Цель достигается тем, что в устройстве для многоканальной оптической записи информации, содержащем оптически связанные лазер, объектив, поляризационный светоделитель разведения каналов записи, в каждом из которых установлен акустооптический модулятор со звукопроводом, а также поляризационный светоделитель сведения каналов записи, другой объектив, согласующая оптическая система и объектив записи, причем вход пьезоэлектрического преобразователя каждого акустооптического модулятора электрически связан через соответствующий блок управления с выходом источника модулирующего напряжения, акустооптические модуляторы соседних каналов установлены со смещением друг относительно друга на величину, кратную расстоянию между соседними каналами, а указанная величина смещения меньше высоты оптической грани звукопровода акустооптического модулятора.

Пьезоэлектрические преобразователи соседних акустооптических модуляторов расположены на их противоположных торцах.

На фиг. 1 приведена схема устройства для числа каналов, равного 2; на фиг. 2 - схема формирования записывающих пучков света; на фиг.3,4 - схема взаимодействия световых и акустических волн в ячейках АОМ; на фиг.5 - вариант выполнения поляризованного светоделителя для числа каналов 4; на фиг.6 - вариант взаимного расположения ячеек АОМ для числа каналов 4; на фиг.7 - вид записывающих пучков в плоскости регистрирующей среды.

Устройство для многоканальной оптической записи информации (фиг.1) содержит оптически связанный лазер 1, первый объектив 2, поляризационный светоделитель 3 разведения каналов записи, акустооптические модуляторы 4 и 5, пьезоэлектрические преобразователи 6 и 7 которых электрически связаны через блоки 8 и 9 управления с источником 10 модулирующего напряжения, расположенный встречно светоделителю 3 поляризационный светоделитель 11 сведения каналов записи, второй объектив 12, согласующую оптическую систему 13, фокусирующий объектив 14 и регистрирующую среду 15. Ячейки акустооптических модуляторов 4 и 5 установлены последовательно вдоль оптической оси устройства со смещением звукопроводов друг относительно друга на величину, кратную расстоянию разведения соседних параллельных световых пучков светоделителем 3, причем величина этого разведения меньше высоты рабочей оптической грани звукопровода. Пьезопреобразователи 6 и 7 смежных ячеек акустооптических модуляторов расположены на их противоположных торцах. Последовательно с ячейкой АОМ 5 установлен тонкий оптический клин (призма) 16 с шириной меньшей, чем расстояние между соседними параллельными световыми пучками.

В случае выполнения устройства с количеством каналов, равным 4, светоделитель 3 содержит пластины 17 и 18 из двоякопреломляющего кристалла и фазовую пластину 19, а акустооптические модуляторы выполняются с ячейками 20-23 (фиг.5 и 6).

Устройство (вариант с количеством каналов записи, равным 2) работает следующим образом (фиг.1).

Линейно поляризованный световой пучок лазера 1 с плоскостью поляризации, ориентированной под углом 45^о к оптической оси, поступает к объективу 2. Последовательно с объективом установлен поляризованный светоделитель 3, выполненный в виде пластины с параллельными гранями, вырезанной из кристалла двоякопреломляющего материала, например кальцита. Оптическая ось находится в плоскости рисунка и образует угол 45^о с нормалью к пластине. Падающая световая волна делится внутри кристалла на обыкновенный 0 и необыкновенный Н лучи. Обыкновенный луч проходит в том же направлении, а необыкновенный отклоняется к оси кристалла. Расстояние L между выходящими из пластины параллельными световыми пучками в вертикальной плоскости равно:
L = a, (1) где n_o, n_н - коэффициенты преломления кристалла для обыкновенного и необыкновенного лучей;
а - толщина пластины.

При использовании в качестве материала для изготовления пластины кальцита, имеющего n_н = 1,66; n_о = 1,49; а = 10 мм, расстояние L=1,1 мм.

Прошедшие светоделитель 3 разведения каналов записи световые пучки фокусируются в фокальной плоскости Р объектива 2. По обе стороны от этой плоскости расположены установленные под углом Брегга ячейки АОМ 4 и 5 (фиг. 2). Эти ячейки расположены в пространстве таким образом, что один из световых пучков (0 - на фиг.3,4) проходит область взаимодействия с акустической волной 1-го модулятора 4, а второй пучок (Н - на фиг.3,4) взаимодействует с акустической волной 2-го модулятора 5. Так как размер области взаимодействия обычно много меньше сечения звукопровода и приблизительно равен размеру светового пучка, то в каждой из ячеек взаимодействует с акустической волной только один из сфокусированных пучков света, как это показано на фиг.2-4.

Пьезоэлектрические преобразователи 6 и 7, связанные через блоки 8 и 9 управления с источником 10 модулирующего напряжения, расположены на противоположных торцах АОМ. При этом направление движения бегущих ультразвуковых акустических волн в ячейках будет противоположным. При равенстве частот возбуждения и углов Брегга ячеек АОМ углы отклонения i₁, i₂ дифрагированных световых волн равны:
sini₁= sini₂= = (2) где λ - длина волны источника света-лазера 1;
λ₁=λ₂=v/f - длина ультразвуковой волны;
v - скорость ультразвуковой волны;
f - ее частота.

За счет эффекта Доплера дифрагированные в ячейках световые потоки будут иметь частотные сдвиги:
v=v₀ - f₁, v₂=v₀+ f₂, (3) где v₀ - частота световой волны лазера 1.

Дифрагированный на ячейках АОМ световой поток проходит установленные последовательно с ячейками оптически тонкие клинья (призмы) 16 и поступает к светоделителю сведения каналов записи.

Светоделитель 11 выполнен аналогично светоделителю 3, но установлен встречно. Поэтому необыкновенный световой луч (Н) отклоняется к оптической оси кристалла, а обыкновенный (О) проходит в том же направлении. Далее оба световых пучка (лучи О и Н) коллимируются объективом 12 и через согласующую оптическую систему 13 (например, систему зеркал) направляются к объективу 14, который фокусирует их на поверхность регистрирующей среды 15.

При изменении величины высокочастотного напряжения, поступающего с блоков 8 и 9 управления к ячейкам АОМ, происходит модуляция интенсивности дифрагированных световых пучков. Если ячейки АОМ расположены симметрично на расстоянии L относительно плоскости Р совмещения фокальных плоскостей объективов 2 и 12, то из фиг.2 следует, что расстояние D между парой фокальных точек S и S' в плоскости Р (действительная точка S для луча Н и мнимая S для луча О) объектива 2 равно:
D = L + L. (4)
Расстояние d' между сформированными на регистрирующей среде информационными дорожками определяется отношением фокусных расстояний объективов 12 и 14, которые образуют проекционную систему:
d' = DF₂/F₁, (5) где F₁ и F₂ - соответственно фокусные расстояния объективов 12 и 14.

Если в устройстве используется АОМ типа МЛ-201 с ячейкой из стекла ТФ-7, то v = 3,5 106, f = 80 мГц, λ=0,44 мкм, F₁=600 мм, F₂ = 4 мм, то из (2), (4), (6), следует, что при L=12 мм расстояние между точками фокусировки световых пучков на поверхности регистрирующей среды 15 составит d' = 1,6 мкм.

При необходимости дискретного изменения расстояния между дорожками в один или оба канала устройства вводится тонкий оптический клин 16 (призма), отклоняющий в небольших пределах световой пучок, как показано пунктиром на фиг. 2. Из выражения (4) следует, что расстояние между фокальными точками S и S' будет:
D = L + -Bsinβ, (6) где В - расстояние от плоскости Р до клина 16;
β - угол отклонения света в клине.

В небольших пределах (± 10%) расстояние между дорожками можно изменять путем вариации частот f₁ и f₂ возбуждения ультразвуковых волн.

Сфокусированные на регистрирующей среде записывающие пучки расположены на достаточно близком расстоянии (в приведенном примере d' = 1,6 мкм при диаметре пучков порядка 0,8-1 мкм на уровне 0,1) их взаимное влияние будет практически отсутствовать из-за различия в частотах светового пучка (см.выражение (5)) и взаимно ортогональных плоскостей поляризации.

В устройстве может быть реализовано большее число каналов записи. Для этого светоделителя 3 и 11 должны обеспечивать разделение светового потока на n параллельных пучков, а в блоке акустооптических модуляторов должно быть установлено n ячеек АОМ. Все модуляторы сдвинуты относительно оптической оси в плоскости разделения световых пучков на величину, кратную расстоянию между соседними световыми пучками, а направление излучения акустических ультразвуковых волн в ячейках попарно противоположно.

На фиг.5 приведен вариант выполнения светоделителя, обеспечивающего разделение светового потока на n=4 параллельных, попарно ортогонально поляризованных пучка. Светоделитель выполнен в виде последовательно установленных двух пластин 17 и 18 различной толщины с параллельными гранями, вырезанных под углом 45^о к оптической оси из двоякопреломляющего кристалла (например, кальцита) и фазовой пластины 19, установленной между пластинами. Для получения выходных пучков одинаковой интенсивности плоскость поляризации входного излучения ориентируется под углом 45^о к оптической оси кристалла, а фазовая пластина выполняется полуволновой. Если оптические оси пластин 17 и 19 имеют одинаковую ориентацию, то их толщины равны соответственно 2а и а, где а - длина пластины, обеспечивающей наименьшее поперечное отклонение. Для получения n пучков необходимо использовать N = log₂n двоякопреломляющих пластин.

На фиг.6 показан вариант (вид в плоскости деления пучков света) взаимного расположения ячеек АОМ 20-23 в устройстве при количестве каналов n=4. Ячейки АОМ могут быть выполнены в виде монолитного блока (т.е. ячейки 20-23 склеиваются между собой или имеют общий звукопровод) с расположением областей взаимодействия, как показано на фиг.6.

Поперечный размер области взаимодействия световой и акустической волн в каждой из ячеек должен быть меньше расстояния L между соседними световыми пучками, а световое сечение в звукопроводе должно иметь размеры:
B > 2na (7)
Для серийно выпускаемого АОМ типа МЛ-201 а= 0,5 мм, В = 8 мм, т.е. этот модулятор может быть использован в устройстве, обеспечивающем 8-канальную запись информации.

Если ячейки АОМ расположены симметрично плоскости Р (фиг.2 и 6) с шагом 2L, то из выражений (4) и (5) следует, что расстояние между соседними записывающими световыми пучками в плоскости регистрирующей среды 15 равно D (фиг.7).

Частоты световых пучков за счет попарно противоположного расположения преобразователей в ячейках АОМ 20-23 будут отличаться на величину 2f_1,2. Из-за этого частотного сдвига и ортогональной поляризации смежных пучков света (направления поляризации на фиг.7 показаны стрелками) в плоскости регистрирующей среды 15 паразитная интерференция между ними будет отсутствовать. В небольших пределах расстояния между световыми пучками D можно изменять путем вариации частот f₁, f₂, f₃, f₄ возбуждения ультразвуковых волн в соответствующих ячейках АОМ.

Устройство обеспечивает многоканальную запись информации на поверхности регистрирующей среды при меньшем по сравнению с известными устройствами количестве оптических элементов в оптической схеме. Так как ячейки АОМ расположены последовательно вдоль оптической оси и разделение световых пучков осуществляется пластинками двоякопреломляющего материала, то габариты устройства уменьшаются, а юстировка упрощается. Общая длина модулирующего канала (при тех же параметрах, что и в устройстве-прототипе) составляет порядка 200 мм, что более, чем в 5 раз меньше, чем в устройстве-прототипе. Перестройка частоты возбуждения ячеек и установка оптических клиньев позволяют изменять расстояние между записываемыми информационными дорожками.

Использование: запись информации, форматирование подложек мастер-дисков, лазерные фотопостроители. Сущность изобретения: устройство содержит лазер, два объектива, два поляризационных модулятора, два пьезоэлектрических преобразователя, два блока управления, источник модулирующего напряжения, согласующую оптическую систему, объектив записи, регистрирующую среду. 1 з. п. ф-лы, 7 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ МНОГОКАНАЛЬНОЙ ОПТИЧЕСКОЙ ЗАПИСИ ИНФОРМАЦИИ, содержащее оптически связанные лазер, объектив, поляризационный светоделитель разведения каналов записи, в каждом из которых установлен акустооптический модулятор со звукопроводом, а также поляризационный светоделитель сведения каналов записи, другой объектив, согласующая оптическая система и объектив записи, причем вход пьезоэлектрического преобразователя каждого акустооптического модулятора электрически связан через соответствующий блок управления с выходом источника модулирующего напряжения, отличающееся тем, что, с целью уменьшения габаритов, упрощения конструкции и юстировки, акустооптические модуляторы соседних каналов установлены со смещением друг относительно друга на величину, кратную расстоянию между соседними каналами, а указанная величина смещения меньше высоты оптической грани звукопровода акустооптического модулятора. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пьезоэлектрические преобразователи соседних акустооптических модуляторов расположены на их противоположных торцах.