应用共焦显微镜原理实现多层光盘信息读取技术研究

论文摘要

三维光存储能将光存储密度提高几个数量级。实现三维光存储技术的主要困难之一就是在读取信息时,如何有效地消除相邻数据层之间的相互串扰。本文提出了一种基于共焦显微镜光学分层技术的三维光盘读取技术。共焦显微镜能对一定厚度的透明材料进行光学层析扫描,其结构上采用针孔(Pinhole)装置,形成物象共轭的独特设计,激光经物镜焦平面上针孔形成点光源对样品扫描,于测量透镜焦平面的探测针孔处经空间滤波后,有效地抑制同焦平面上非测量光点附近的杂散荧光和样品非聚焦面上射来的干扰荧光,这是因为光学系统物象共轭,只有物镜焦平面上的点经针孔空间滤波才能进入探测器被接收。因此,利用共焦技术,当激光聚焦在选定的信息层上时,来至于其他相隔一定距离的信息层数据将不会通过共焦小孔而进入探测器被读取,这大大的抑制了层间窜扰,使我们可以分别对各个信息层进行独立数据读取。论文主要完成了以下工作:(1)引入共焦显微镜原理,系统地设计了共焦多层光盘信号读取的光路系统,并利用共焦光学传递函数,对共焦多层光盘系统进行数学计算和理论分析。(2)应用矢量衍射理论,建立了光盘信号读取的数学模型,并进行分析。随着光盘数据容量的不断增大,信息记录尺寸不断的减少,已经将近激光波长量级,这时采用传统标量衍射理论对光盘模型进行数学分析将带来极大的误差。(3)根据矢量衍射理论数学模型,编制了Matlab光盘矢量衍射程序,并用之于光盘读出信号的分析。(4)设计并实现了共焦多层光盘数据读取系统,得出实验结果。本文应用共焦显微镜原理探讨的多层光盘信息抗干扰读取技术及理论,可有效消除三维光盘信息读取时的干扰问题,是多层光学存储技术开发中的一个关键技术,具有重要意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景、意义、目的
• 1.2 国内外研究状况及进展
• 1.2.1 双光子吸收三维光存储
• 1.2.2 光学体全息存储
• 1.2.3 光谱烧孔数据存储
• 1.2.4 利用飞秒脉冲激光在透明介质中实现三维存储
• 1.2.5 其他三维体存储技术
• 1.3 国内外目前各种三维存储技术的优缺点比较及发展方向
• 1.4 共焦三维光盘读取技术方案及研究的主要内容
• 1.5 小结
• 第二章 共焦多层光盘系统设计与分析
• 2.1 共焦读出模块原理与分析
• 2.1.1 共焦显微系统原理
• 2.1.2 共焦显微系统成像理论分析
• 2.2 多层光盘系统设计与分析
• 2.2.1 CD/DVD系统介绍
• 2.2.2 共焦多层光盘光学系统
• 2.3 小结
• 第三章 光盘衍射理论
• 3.1 光盘标量衍射
• 3.1.1 标量衍射理论介绍
• 3.1.2 标量衍射理论的优缺点与误差分析
• 3.2.矢量衍射理论
• 3.2.1 聚焦光束的分解
• 3.2.2 衍射波场的计算
• 3.2.3 读出信号的计算
• 3.3 小结
• 第四章 光盘严格耦合波分析和算法实现
• 4.1 耦合波理论
• 4.1.1 光盘模型与参数
• 4.1.2 电磁场方程与定解条件
• 4.1.3 光栅区域的电磁场
• 4.1.4 盘基和铝介质内的波场
• 4.1.5 衍射波场的求解
• 4.2 分析算法的程序实现
• 4.2.1 采样方法
• 4.2.2 程序流程
• 4.3 小结
• 第五章 多层光盘读出信号计算仿真与分析
• 5.1 应用矢量衍射理论对光盘读出信号的分析
• 5.1.1 光源偏振态的影响
• 5.1.2 平面波入射角度对读出信号的影响
• 5.1.3 坑点形貌参数对读出信号的影响
• 5.1.4 金属膜参数对读出信号的影响
• 5.2.FDTD软件仿真
• 5.2.1 DVD光盘信号仿真
• 5.2.2 多层光盘信号仿真
• 5.3 小结
• 第六章 共焦多层光盘系统设计与实验结果分析
• 6.1 实验系统设计与装置
• 6.1.1 实验光路系统
• 6.1.2 读出信号处理模块
• 6.1.3 数据采集模块
• 6.1.4 LABVIEW计算机程序设计
• 6.2 实验结果与分析
• 6.3 小结
• 第七章 结论与展望
• 1.结论
• 2.论文研究工作创新点
• 3.展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表的论文
• 附录 MATLAB光盘矢量衍射程序