【正文】 材料的 居里溫度 要 適中 。 6) 材料的 克爾旋轉(zhuǎn)角 要 大 。 ? 經(jīng)過多年的研究開發(fā)，用于磁光盤的 磁光存儲材料 已有很大發(fā)展，大致可分為稀土 過渡金屬（ RETM） 非晶態(tài)合金 薄膜、 石榴石氧化物 薄膜、 PtCo成分調(diào)制 膜和 PtCo合金 薄膜、 Mn基大磁光效應(yīng) 材料等 。 相變材料 ? 相變光盤 （ 包括 PCD、 PD、 CDRW、 DVDRAM、 DVDRW和 DVD+RW等 )）的讀 、 寫 、 擦基于以下原理 。 ? 相變光盤的寫入和擦除 ， 是 用激光引發(fā)硫系半導(dǎo)體記錄膜相變 實現(xiàn)的 。 由于硫系半導(dǎo)體薄膜在晶態(tài) 、 非晶態(tài)兩相中的光學參數(shù)如反射率 、 折射率不同 ，可逆相變就會引起這些光學參數(shù)的可逆變化 。 ? 一般相變光盤在實施寫 、 擦之前 ， 先要進行 初始化 。 所謂初始化就是用激光對相變光盤均勻照射使硫系半導(dǎo)體記錄膜全體處于均一的晶態(tài)中 。 經(jīng)過初始化的相變光盤即可進行寫入和擦除操作 。 此時若用高功率密度 、 窄脈寬的激光照射相變光盤 ， 其記錄膜的 光照區(qū) 就會發(fā)生非晶化 ， 而記錄膜的其它部分 (非光照區(qū) ) 則仍為晶態(tài) 。 以 反射率 為例 ，此時 光照區(qū) 的 反射率 是記錄膜 處于非晶態(tài)時的 反射率 ， 非光照區(qū) 的 反射率 是記錄膜 處于晶態(tài)時的 反射率 。 若將此非晶態(tài)區(qū)域視為 “ 1” ， 晶態(tài)區(qū)域視為“ 0” ， 光引發(fā)的熱致非晶化 即可視為是在記錄膜上 寫入 數(shù)字信號 。 如果 這種反射率的差別 能長期保持 ， 則 寫入的信號 就 得以儲存 。 若用 較低功率密度 、 較寬脈沖激光 照射此 非晶態(tài)區(qū)域 ， 該區(qū)域 又會發(fā)生晶化 ，光照區(qū)域 又回到 “ 0” 的狀態(tài) 。 這時 ， 原來寫入的信號 已被擦除 。 信號的讀出 是用 不會引起材料相變的低功率密度激光 照射上述 光照 或 非光照區(qū)域 ， 用 光電探測器 檢測其 反射光 并將其轉(zhuǎn)化為 電信號 的方法進行的 。 ? 相變光盤存儲系統(tǒng) 對相變光盤的 基本要求 是 高 靈敏度 高 信噪比 長期 保存性 (穩(wěn)定性 ) 單光束 高速 直接重寫 高 寫 /擦循環(huán)次數(shù) (4) 單光束高速直接重寫 ? 相變光盤的另一重要特性 是單光束高速直接重寫 。 圖 給出了相變光盤單光束直接重寫時的 激光功率調(diào)制示意圖 (a) 和直接重寫軌跡圖 （ b） 。 由圖可知 ， 相變光盤單光束直接重寫時的 激光功率 存在 三個功率水平 ： (a) 寫入峰值 功率； (b) 擦除偏置 功率； (c) 讀出 功率 。 圖 相變光盤單光束直接重寫時的激光功率調(diào)制 示意圖 (a)和直接重寫軌跡圖 （ b） ? 所謂 單光束直接重寫 是指，當用單束激光照射相變記錄層時， 不管光照區(qū)在 光照前 是處于非晶態(tài)還是晶態(tài)， 只要該區(qū)域被用峰值寫入功率照射， 該區(qū) 域就變成非晶態(tài)（即寫入態(tài)）； 同樣，只要該區(qū)域被用偏置擦除功率照射， 該區(qū) 域就變成晶態(tài) (即擦除態(tài) )（參見圖 ）。 這樣，相變光盤在重寫時就 不需要先轉(zhuǎn)一圈擦除舊信息，在轉(zhuǎn)一圈重新寫入信息。而是 在重新寫入的同 時直接擦除了 舊有的信息 。這種單光束直接重寫功能 對 提高 相變光盤的 數(shù) 據(jù)傳輸速率 十分 重要。 ? 光盤在旋轉(zhuǎn)時， 其 內(nèi)周的 線速度 慢于 外圈的 線速度 。 對于普通商業(yè)化的 ?130mm相變光盤驅(qū)動系統(tǒng) ( 采用區(qū)域等角速度技術(shù) ZCAV ), 當轉(zhuǎn)速為 1800rpm 時，光盤最內(nèi)周的線速度為 ， 最外周的線速度為 。 設(shè) 光斑直徑為 1?m， 則 激光 在 光盤內(nèi)外周 每一位置的 輻照時間 各為 180ns 和 90ns. ? 相變光盤的直接重寫性能 對 相變光記錄材料 提出了苛刻的要求 。這是因為，當相變光盤高速旋轉(zhuǎn)時，寫入和擦除是同時進行的。這就 要求 相變材料 在激光作用下的 晶化和非晶化 都需 在極短的時間長度內(nèi) 完成 。 一般要求 寫入和擦除脈寬 都小于 100ns。 當光盤轉(zhuǎn)速進一步提高時，這兩種脈寬需進一步縮短。 ? 如前所述，相變光盤記錄疇（非晶態(tài)）壽命至少需在 10年以上。也就是說，非晶態(tài)記錄疇 在室溫條件下 應(yīng)十分穩(wěn)定 。而單光束直接重寫功能則要求非晶態(tài)記錄疇在一定的激光功率密度作用下，在很短的時間內(nèi)（ ?100ns） 轉(zhuǎn)變成晶態(tài)。這就 要求相變光記錄材料 既要有 較高的 玻璃轉(zhuǎn)變溫度， 又要有 很高的結(jié)晶活化能。 ? 經(jīng)過二十多年的研究開發(fā) ， 相變光存儲材料 已主要集中在 GeSbTe 和 InSbTeAg 兩個系統(tǒng)中 。 ? 由圖 可知 ， GeSbTe系統(tǒng)中 三個 化學計量比合金 GeSb4Te7, GeSb2Te4和 Ge2Sb2Te5的位置都處于 GeTe和 Sb2Te3兩個 二元合金的連線上 。 它們的晶化速度都非常快 ， 最短擦除脈寬分別 為 30ns, 40ns和 50ns， 完全符合直接重寫的需求 。 它們的 熔點分別為 605?C， 615?C和 630?C。 圖 GeSbTe系統(tǒng)中三個化學計量比合金 GeSb4Te7, GeSb2Te4 和 Ge2Sb2Te5的位置 ? InSbTeAg系統(tǒng) 相變光存儲材料是以三元合金 AgInTe2為基礎(chǔ)發(fā)展起來的 。 其中 有兩個組分的性能最具特色 。 H 組分 ， 即 Ag9In14Te37Sb40的 ?RF值較低 ， 約 12%， 但其重復(fù)寫擦循環(huán)次數(shù) （ 約 106 次 ） 和結(jié)晶活化能 （ Ea=） 都很高 。 L 組分 ， 即 Ag8In8Te46Sb38的 ?RF值較高 ， 約 26%， 但其重復(fù)寫擦循環(huán)次數(shù)比 H組分降低很多 （ 約 103 次 ） ， 結(jié)晶活化能也略有降低 （ Ea=） 。 兩組分的晶化溫度大致相等 ， 約 224226?C。 ? 計算機用途的光盤 ， 需要較高的重復(fù)寫擦循環(huán)次數(shù) ， 故 H組分適用于發(fā)展 DVDRAM用記錄材料 。 就影視娛樂業(yè)方面的光盤用途而言 ， 寫擦循環(huán)次數(shù)有 103次已經(jīng)足夠 。 ? 而 就增大調(diào)制度而言 ， 記錄材料的 ?RF約大越好 。 因此 ， L組分適用于 CDRW。 ? 以 GaN藍光半導(dǎo)體激光器為光源的高密度可擦重寫式 DVD光盤也已研制成功 ，它們的膜層結(jié)構(gòu)與普通可擦重寫式 DVD光盤的有所不同 。 下面以 相變材料為記錄層的藍光高密度可擦重寫式 DVD光盤 為例 ， 介紹這種 新的多層膜結(jié)構(gòu) 。 ? 若要記錄兩小時數(shù)據(jù)傳輸速率為 25Mbit/s的 高清晰度數(shù)字衛(wèi)星廣播 ， 至少需要2223GB的記錄容量 。 目前已商品化的 普通 DVDRAM和 DVDRW等的記錄容量為 ,還 無法滿足數(shù)字衛(wèi)星廣播的要求 。 ? 如前所述 ， 聚焦光斑的直徑與 ?/NA成正比 。 波長 ? 越小 ， 物鏡的數(shù)值孔徑NA越大 ， 聚焦光斑的直徑就越小 ， 光盤的面記錄密度也就越高 。 然而 ， 伴隨著 NA值的增大 ， 與普通 DVD相比 ， 高密度可擦重寫 DVD光盤 對基板厚度差的容許度 和 對光學頭的傾斜容許度 各自以 NA 的 4 次方 和 3 次方 的比例 大幅度地變小 。 ? 高密度可擦重寫 DVD光盤的 光源是 GaN半導(dǎo)體激光器 ， ? 為 405nm， NA為 。在此條件下 ， 基板厚度差的容許度 僅為 7 ?m。 我們知道 ， 光盤的基板是用 注塑機高速擠壓成形 的 ， 工藝上很難達到如此高的精度 。 為此 ， 索尼公司 的一個研究小組研制出一種 間距可調(diào) （ 可調(diào)距離為 130?m） 的 非球面雙透鏡組 ，同時 改變光盤的 膜層結(jié)構(gòu) （ 參見圖 ） ， 解決了這一問題 。 ? 普通可擦重寫 DVD光盤的膜層結(jié)構(gòu)中 ， 聚碳酸樹脂基板在最下面 ， 從下往上依次為下保護膜 ZnSSiO2, 相變記錄膜 ， 上保護膜 ZnSSiO2, Al高反射膜 。 激光從基板的下表面入射 。 與此不同 ， 高密度可擦重寫 DVD光盤的 聚碳酸樹脂基板 (厚度改為 ) 被移到 膜層結(jié)構(gòu)的 最上面 ， 即 Al高反射膜 的上面 。 膜層結(jié)構(gòu)最下面 則放置了 一塊 聚碳酸樹脂薄板 。 激光從該薄板的下表面入射 。 為了滿足高數(shù)據(jù)傳輸速率的需要 ， GeSbTe相變記錄層 和 上下保護膜 ZnSSiO2之間 ， 各增添了 一層 SiC 促進晶化層 ， 以提高 直接重寫速度 。 圖 雙透鏡組和相變紀錄介質(zhì)的層結(jié)構(gòu) 超高密度光存儲材料 ? 超高密度光存儲材料 一般是指 近場光學掃描顯微存儲 材料 。 光譜燒孔 材料 。 全息存儲 材料 近場掃描光學顯微 (NSOM)存儲材料 ? NSOM存儲技術(shù) 是在 掃描隧道顯微鏡 （ STM） 技術(shù) 的影響下 發(fā)展起來的 。 在 NSOM存儲技術(shù)中 ， 來自激光器光源的激光被耦合進中心孔徑為 2030nm的光導(dǎo)纖維中 ， 光纖的另一端被加工成針尖 ， 其外表面鍍有 Al反射膜 。 將該針尖置放在與光存儲介質(zhì)表面垂直距離僅 1020nm的位置 ， 通過對光存儲介質(zhì)表面的水平方向的二維掃描 ， 即可用脈沖激光實現(xiàn)近場掃描光學顯微存儲 。 用NSOM存儲技術(shù) 可在 記錄介質(zhì)表面 獲得 直徑為幾十個納米的 記錄光斑 ， 相應(yīng)的 面存儲密度 高達 100GB/in2。 ? 采用 NSOM存儲技術(shù)可在相變材料或磁光材料上實現(xiàn)靜態(tài)超高密度光存儲。但 由于 光纖針尖 與 記錄介質(zhì)表面 的距離 太短（ 1020nm） ,在光存儲介質(zhì)高速旋轉(zhuǎn)時，光纖針尖的上下抖動和光存儲介質(zhì)表面的微觀起伏 難免會導(dǎo)致 光纖針尖 的損壞 。因此，采用 NSOM光纖存儲技術(shù) 很難實現(xiàn)對 相變或磁光材料 的 動態(tài)光存儲 。 ? 為此 ， 人們在 NSOM光纖存儲技術(shù)的啟發(fā)下 ， 又發(fā)明了一種稱為 超分辨近場結(jié)構(gòu) (superRENS)的膜層結(jié)構(gòu) 。 這種超分辨近場結(jié)構(gòu)的設(shè)計 基于 記錄光斑的高斯分布和添加的透光膜層材料 在激光的作用下 被光斑中心覆蓋的區(qū)域 發(fā)生晶相 ?非晶相的相變 從而 使該區(qū)域的透過率 變大 ， 相當于在此透光層上開了一個小孔 ， 當光束到達記錄層表面時 ， 其 直徑僅為幾十納米 。 在記錄層和透光層之間是 ZnSSiO2上保護膜 ， 其厚度 被設(shè)計成 1020nm左右 ， 與 NSOM光纖存儲技術(shù)中 光纖與記錄介質(zhì)間的 距離 相當 。 據(jù)此 ， 利用超分辨近場結(jié)構(gòu)可對記錄材料實現(xiàn)近場光存儲 。 由于擯棄了光纖針尖結(jié)構(gòu) ， 光學頭與光盤表面的間距得以擴大 ， 從而 有利于 對相變或磁光材料 實現(xiàn)動態(tài)近場光存儲 。 這種超分辨近場結(jié)構(gòu)采用 銻 （ Sb） 為透光層材料 ， 因而被稱為 透光型 超分辨近場結(jié)構(gòu) 。 這種結(jié)構(gòu)的 主要缺點是 到達記錄層的近場光的 光強太弱 ， 導(dǎo)致 載噪比（ CNR） 太低 。 圖 透光型超分辨近場結(jié)構(gòu)示意圖 ? 在透光型超分辨近場結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上 ， 人們有開發(fā)了 散射型超分辨近場結(jié)構(gòu) 。 散射型超分辨近場結(jié)構(gòu) 用氧化銀取代了銻 。 在激光作用下 ， 光斑中心部的 氧化銀 受熱分解成 Ag和氧 。 由于 Ag的反射率很高 ， Ag即成為一種微小的光散射體 ， 這種光散射體 受高溫等離子體激發(fā) ， 會在其周圍生成 較強的近場光 ， 到達記錄層表面 。散射型超分辨近場結(jié)構(gòu)的載噪比優(yōu)于透光型超分辨近場結(jié)構(gòu) ， 是很有發(fā)展前途的一種近場光存儲技術(shù) 。 圖 散射型超分辨近場結(jié)構(gòu)示意圖 光譜燒孔材料 ? 固體晶格中的 缺陷 會使該部位的激活離子的發(fā)射 （ 或吸收 ） 的中心頻率有 微小的移動 ， 導(dǎo)致 中心頻率 有一定程度的 譜線加寬 ， 這種加寬稱為 均勻加寬 。 晶格中的各種缺陷會導(dǎo)致各中心頻率的均勻加寬 ， 這些均勻加寬譜線疊加到一起 ， 就會形成包絡(luò) ， 整個包絡(luò)線的寬度 稱為 非均勻加寬 。 ? 若用線寬遠小于非均勻加寬的很窄的強激光激發(fā)這種固體 ， 同時測量其吸收譜線的形狀 ， 就會發(fā)現(xiàn)在吸收譜線的激發(fā)光頻率處出現(xiàn)了一個凹陷 。 這就是所謂的 光譜燒孔 。 出現(xiàn)凹陷的原因 是 ， 在 窄帶強激光作用下 ， 固體中與激光共振的離子 被全部激發(fā)到 激發(fā)態(tài) ， 在測量 該固體的 吸收譜線時 ， 在 窄帶強激光的頻率處 因吸收已飽和 不再吸收 ， 而 吸收譜線的其它部分 則有 正常的吸收 ， 故出現(xiàn) 凹陷 。 圖 光譜燒孔原理