СПОСОБ И СИСТЕМА ОПТИЧЕСКОГО ХРАНЕНИЯ ДАННЫХ Российский патент 2018 года по МПК G11B7/125 G11B7/45 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[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.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[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:

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; и

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.

[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.

[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:

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;

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; и

обнаружение, демонстрирует ли носитель реакцию на первый пучок оптического излучения в центральном участке облучаемой области.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[0017] Первый и второй пучки могут генерироваться из оптических источников импульсной или непрерывной волны (CW).

[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.

[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.

[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.

[0021] В другом аспекте изобретение предусматривает оптическое устройство записи и воспроизведения данных, содержащее:

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;

первый оптический источник, выполненный с возможностью управления испусканием излучения, имеющего первую характеристику;

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;

второй оптический источник, выполненный с возможностью управляемого испускания излучения, имеющего вторую характеристику;

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; и

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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[0028] В другом аспекте изобретение предусматривает оптическую систему хранения данных, содержащую:

несколько оптических устройств записи и воспроизведения данных, отвечающих изобретению;

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; и

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.

[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 присутствии оптического излучения, имеющего первую характеристику, и при этом, изменение свойств и реакция, указывающая изменение свойств, могут подавляться оптическим излучением, имеющим вторую характеристику.

[0030] В некоторых вариантах осуществления носитель записи содержит диск.

[0031] Дополнительно, носитель записи может содержать по меньшей мере два защитных слоя, расположенных на противоположных поверхностях оптически активного вещества.

[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.

[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.

[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.

[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 π-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.

[0036] В некоторых вариантах осуществления толщина слоя оптически активного вещества достаточна для обеспечения нескольких внутренних слоев хранилища информации.

[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).

[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.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0039] Варианты осуществления изобретения будут описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых аналогичные ссылочные позиции обозначают аналогичные признаки и на которых:

фиг. 1 демонстрирует дискообразный носитель записи, согласно изобретению;

фиг. 2 демонстрирует диаграммы энергетических уровней для оптически активного вещества, иллюстрирующие операции записи и считывания согласно варианту осуществления изобретения;

фиг. 3 демонстрирует диаграммы энергетических уровней для альтернативного оптически активного вещества, иллюстрирующие операции записи и считывания согласно варианту осуществления изобретения;

Фиг. 4 - схема, демонстрирующая в упрощенном виде пучок и формы фокального пятна первого и второго оптических пучков, согласно изобретению;

фиг. 5 - блок-схема оптического устройства записи и считывания данных согласно изобретению;

фиг. 6 - блок-схема операций иллюстративного алгоритма управления записью/считыванием, осуществляемого контроллером, показанным на фиг. 5;

фиг. 7 - схема, демонстрирующая конфигурацию для параллельных записи и считывания согласно варианту осуществления изобретения;

фиг. 8 - график, демонстрирующий соотношение между мощностью пучка подавления и размером признака согласно изобретению;

фиг. 9 демонстрирует изображения, полученные на растровом электронном микроскопе (SEM), для сравнения однопучковой записи с двухпучковой записью согласно варианту осуществления изобретения; и

фиг. 10 - блок-схема, демонстрирующая систему массива оптических запоминающих устройств, содержащую оптические приводы, согласно изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[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 присутствии оптического излучения, имеющего первую характеристику, и при этом, изменение свойств и реакция, указывающая изменение свойств, могут подавляться оптическим излучением, имеющим вторую характеристику.

[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.

[0042] Предусмотрен также нижний защитный слой 106.

[0043] В показанной 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.

[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.

[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).

[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.

[0047] Молекулы в веществе имеют второе основное состояние 206, имеющее соответствующую вторую разность энергий относительно возбужденного состояния 204. В присутствии 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.

[0048] Соответственно, в присутствии второго оптического поля, также известного как “поле подавленияʹʹ, никакого изменения свойств вещества не происходит. Однако в присутствии достаточно интенсивного первого оптического поля, также именуемого “полем записиʹʹ, и в отсутствие 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.

[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 отсутствие 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.

[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.

[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.

[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.

[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 π-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.

[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.

[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.

[0056] Когда молекулы-ингибиторы возбуждаются с переходом в триплетное состояние 314, они могут формировать химически реакционно-способные 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 реакционно-способных частиц. Дополнительно, реакционно-способные частицы могут реагировать только с инициатором на энергетическом уровне триплетного состояния 314, и его продукт может генерироваться из энергетического уровня триплетного состояния 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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[0062] Первый пучок 402 может иметь традиционный гауссов профиль, имеющий ограниченное 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.

[0063] На фиг. 5 показана блок-схема оптического устройства записи и считывания данных, отвечающего изобретению. Такое устройство обычно именуется оптическим приводом или просто приводом.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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 в 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.

[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.

[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 ε 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:

,

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-й итерации не окажется в приемлемом диапазоне допуска, например 0,01. Последовательно адаптированная фаза во входной плоскости является окончательной фазовой диаграммой направленности многофокусного массива.

[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.

[0082] Хотя согласно вышесказанному алгоритму применяется x-линейная поляризация, вычисленную фазу 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.

[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.

[0084] На фиг. 8 показан график 800, иллюстрирующий соотношение между результирующим размером признака, генерируемого в ходе записи, и мощностью второго пучка (подавления). Мощность пучка подавления показана на горизонтальной оси 802, тогда как соответствующий размер признака показан на вертикальной оси 804. В отсутствие 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.

[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.

[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.

[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 многоприводной 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.

[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.

[0089] OSA 1004 можно построить для оптимизации производительности в отношении: высокой производительности записи; высокой емкости хранилища; высокой производительности считывания; и зеркалирования или дублирования данных.

[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.

[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.

[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.

[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.

[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.

Изобретение относится к системам хранения данных. Способы и устройство для записи и извлечения оптически считываемых данных предусматривают использование носителя записи, который содержит оптически активное вещество, способное индуцировать изменение свойств носителя в присутствии оптического излучения, имеющего первую характеристику, например, первую оптическую частоту, и при этом изменение свойств может подавляться оптическим излучением, имеющим вторую характеристику, например, вторую оптическую частоту. В ходе записи, область носителя записи облучается 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. Одновременно область носителя записи облучается 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. Технический результат – повышение плотности записи. 5 н. и 20 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. 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:

облучают область 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; и

одновременно облучают область 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.

2. Способ по п. 1, в котором первая и вторая характеристики содержат разные оптические частоты.

3. Способ по п. 1, в котором первый пучок оптического излучения имеет гауссово распределение интенсивности.

4. Способ по п. 1, в котором второй пучок имеет кольцевое распределение интенсивности.

5. Способ по п. 1, в котором второй пучок формируется для обеспечения трехмерного распределения интенсивности с провалом в фокальной области.

6. Способ по п. 1, в котором первый и второй пучки содержат несколько параллельных пучков.

7. Способ по п. 6, содержащий этап, на котором применяют зрачковые функции первого и второго пучков для создания многофокусных массивов в фокальной плоскости.

8. Способ по п. 1, содержащий этап, на котором размещают и накладывают выбранные состояния поляризации первого и второго пучков для создания заранее определенной трехмерной ориентации поляризации полей в фокальной области.

9. Способ оптического считывания данных, хранящихся на носителе записи, который содержит оптически активное вещество, в котором изменение свойств носителя в соответствии с записанными данным индуцировано в одной или более областях, причем изменение в свойствах 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:

облучают область 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;

одновременно облучают область 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; и

обнаруживают, демонстрирует ли носитель реакцию на первый пучок оптического излучения в центральном участке облучаемой области.

10. Способ по п. 9, в котором реакцией вещества, указывающей измененные свойства, является широкополосное оптическое излучение/фосфоресценция, и этап обнаружения содержит этап, на котором обнаруживают, испускает ли носитель излучение в ответ на применение первого и второго пучков.

11. Оптическое устройство записи и воспроизведения данных, содержащее:

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 присутствии оптического излучения, имеющего первую характеристику, и при этом изменение свойств и реакция, указывающая изменение свойств, могут подавляться оптическим излучением, имеющим вторую характеристику;

первый оптический источник, выполненный с возможностью управления испусканием излучения, имеющего первую характеристику;

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;

второй оптический источник, выполненный с возможностью управляемого испускания излучения, имеющего вторую характеристику;

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; и

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.

12. Устройство по п. 11, в котором первая система формирования изображения содержит модулятор, управляемый для избирательного управления облучением носителя записи первым пучком.

13. Устройство по п. 11, в котором контроллер выполнен с возможностью управления интенсивностью по меньшей мере первого оптического пучка для выбора между операцией записи и считывания устройства записи и воспроизведения.

14. Устройство по п. 11, в котором первая и вторая системы формирования изображения выполнены с возможностью генерирования нескольких параллельных оптических пучков.

15. Устройство по п. 14, в котором каждая из первой и второй систем формирования изображения содержит пространственный модулятор, расположенный, чтобы обеспечивать избирательное формирование нескольких параллельных оптических пучков.

16. Устройство по п. 11, в котором 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.

17. Оптическая система хранения данных, содержащая:

несколько оптических устройств записи и воспроизведения данных по п. 11;

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; и

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.

18. 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 присутствии оптического излучения, имеющего первую характеристику, и при этом изменение свойств и реакция, указывающая изменение свойств, могут подавляться оптическим излучением, имеющим вторую характеристику.

19. Носитель записи по п. 18, который содержит диск.

20. Носитель записи по п. 18, в котором 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.

21. Носитель записи по п. 20, в котором оптически активное вещество имеет свойство, благодаря которому присутствие оптического излучения, имеющего вторую характеристику, индуцирует быстрый переход из первого возбужденного состояния, тем самым подавляя изменение свойств носителя.

22. Носитель записи по п. 18, в котором реакцией вещества, указывающей измененные свойства, является широкополосное оптическое излучение/фосфоресценция, обусловленное затуханием первого возбужденного состояния до основного состояния.

23. Носитель записи по п. 18, в котором толщина слоя оптически активного вещества достаточна для обеспечения нескольких внутренних слоев хранилища информации.

24. Носитель записи по п. 18, который содержит слой отслеживания, имеющий радиально расположенные обнаруживаемые элементы отслеживания.

25. Носитель записи по п. 24, в котором элементы отслеживания содержат один или более из: магнитных элементов отслеживания; оптических элементов отслеживания; металлических элементов отслеживания; и физических элементов отслеживания.