双光子双光束超分辨光存储材料读写装置和读写方法制造方法及图纸

一种双光子双光束超分辨光存储材料读写装置，包括光路和计算机，所述的光路由记录光路、读出光路和荧光收集光路组成：以及读写方法，本发明专利技术采用脉冲光诱导‑连续光抑制的淬灭记录方式，可以快速读取信息，同时解决材料记录和读取的问题，采用了淬灭记录，使得记录状态的稳定性大幅度提高，在超分辨写入时可以保证没有擦除效应，以及可以保持长时间的信息记录，获得更小的记录光斑和提高光盘的存储密度。

Two-photon two-beam super-resolution optical storage material reading and writing device and reading and writing method

A two-photon and two-beam super-resolution optical storage material reading and writing device includes an optical path and a computer. The optical route recording optical path, readout optical path and fluorescence collection optical path are composed of: and a reading and writing method. The invention adopts a quenching recording mode of pulse light induction and continuous light suppression, which can read information quickly and solve the problem simultaneously. Quenching is used to record and read materials, which greatly improves the stability of recording state, ensures no erasure effect in super-resolution writing, maintains long-term information recording, obtains smaller recording spot and improves the storage density of optical discs.

【技术实现步骤摘要】
双光子双光束超分辨光存储材料读写装置和读写方法
本专利技术属于光存储
，特别是一种具有光致变色特性材料的双光子双光束超分辨光存储材料读写装置和读写方法。
技术介绍
传统的存储技术，受限于材料本身的物理极限和技术限制，所记录与读出光斑尺寸的大小也多在衍射极限附近，存储密度无法进一步提高，另外，现有光存储技术所用于刻录的光波长大多在紫外范围，而这种波长的光源成本较高，并且也无法得到衍射极限之下的光斑。光盘存储的存储量受到很大的限制。双光子双光束超分辨光存储技术可以有效提高记录密度，其特点在于双光子吸收强度的空间分布更加集中，以及双光束过程，此外外围空心涡旋光可以有效抑制中心的非线性吸收作用，进而增加记录点的分辨率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种双光子双光束超分辨光存储读写装置与读写方法，可以同时利用双光子效应及双光束效应提高记录分辨率，并同时解决光致变色材料薄膜记录过程的擦除效应，在超分辨光存储和光刻领域有很大的应用价值。为达到上述目的，本专利技术的技术解决方案是:一种双光子双光束超分辨光存储材料读写装置，其特点在于包括光路和计算机，所述的光路由记录光路、读出光路和荧光收集光路组成：所述的记录光路包括波长可调脉冲激光器，该脉冲激光器输出的激光经所述的第一光纤耦合器、第一翻转镜架输出脉冲光，该脉冲光经第二翻转镜架、第一声光调制器、第一扩束透镜组后作为中心诱导光；第一连续激光器输出的激光经第二光纤耦合器、第二声光调制器、第二扩束透镜组、第一涡旋相位片、第一反射镜、第一偏振分光棱镜、第一1/4波片后作为第一外围抑制光，该第一外围抑制光通过第一二相色镜与所述的中心诱导光合束形成记录光束，该记录光束经第二二相色镜、第三二相色镜、1/2波片、第三1/4波片和物镜后照射位于纳米位移台上的光存储材料薄膜,该光存储材料薄膜为光致变色材料薄膜，以下简称为样品；记录光路中包括淬灭荧光光路，所述光路包括波长可调脉冲激光器，该脉冲激光器输出的激光经所述的第一光纤耦合器、翻转镜架、第二反射镜、倍频晶体后输出倍频脉冲激光，该脉冲激光通过第三反射镜、翻转镜架、第一声光调制器、第一扩束透镜组后作为淬灭光，该淬灭激光经第一二向色镜、第二二向色镜、第三二向色镜、1/2波片、第三1/4波片、物镜后照射位于纳米位移台上的光存储材料薄膜，将荧光信息淬灭；所述的读出光路包括第一连续激光器，该激光器输出的激光经所述的第二光纤耦合器、第二声光调制器、第二扩束透镜组，并通过计算机移除第一涡旋相位片，经过第一反射镜、第一偏振分光棱镜、第一1/4波片、第一二向色镜作为中心读出光；第二连续激光器输出的激光经第三光纤耦合器、第三声光调制器、第三扩束透镜组、第二涡旋相位片、第四反射镜、第二偏振分光棱镜、第二1/4波片后作为第二外围抑制光，该第二外围抑制光经第二二相色镜与所述的中心读出光合束形成读出光束，该读出光束经第三二相色镜、1/2波片、第三1/4波片和物镜后照射位于纳米位移台上的样品；荧光收集光路为：纳米位移台上的样品产生的荧光经所述的物镜、第三1/4波片、1/2波片、第三二相色镜、聚焦透镜、光纤，输入单光子计数器；所述的第一扩束透镜组、第二扩束透镜组、第三扩束透镜组是由一对正负透镜组成对光束进行扩束；所述的计算机与所述的纳米位移台、第一声光调制器、第二声光调制器、第三声光调制器、第一涡旋相位片、第二涡旋相位片的控制端相连，所述的单光子计数器的输出端与所述的计算机的输入端相连。所述的光致变色材料薄膜，包括二芳基乙烯衍生物薄膜、俘精酸酐衍生物薄膜、偶氮类衍生物薄膜或螺吡喃材料薄膜。利用上述双光子双光束超分辨光存储材料读写装置的读写方法，其特点在于，该方法包括以下步骤：记录步骤：1)对二芳基乙烯衍生物薄膜进行预处理，保证薄膜单体均为暗态，即为不可记录状态，并称为样品；2)将所述的样品置于所述的纳米位移台上，在计算机控制下，所述的纳米位移台将所述的样品移位，使所述样品的第1记录点位于所述物镜的焦点位置方向，并令i＝1；3)计算机判断：若第i记录点不需要记录，则进入步骤5)，需要记录则进入下一步；4)所述的计算机控制开启第二声光调制器，使所述的第一连续激光器输出的激光通过记录光路，将样品的记录平面的第i记录点区域涡旋光中心d/2范围外的暗态保持，同时开启第一声光调制器，使所述的脉冲激光器输出的激光经第一光纤耦合器输出脉冲光，该脉冲光经第一翻转镜架、第二翻转镜架、第一声光调制器、第一扩束透镜组后形成中心诱导光并经记录光路将第i记录点区域涡旋光中心d/2范围内的暗态转为亮态，而外围通过光抑制的方式始终保持暗态；待中心d/2范围内的暗态全部转为亮态后，所述的计算机控制关闭第二声光调制器，同时手动打开第一翻转镜架、第二翻转镜架，手动调整脉冲激光器波长，经第一光纤耦合器、翻转镜架、第二反射镜、倍频晶体产生倍频脉冲激光，该倍频脉冲激光通过第三反射镜、第二翻转镜架、第一声光调制器、第一扩束透镜组后形成淬灭光，该淬灭光经过记录光路将第i记录点区域涡旋光中心d/2范围内的亮态转为淬灭态。5)所述的计算机关闭所述的第一声光调制器、第二声光调制器，并控制纳米位移台将所述样品移动至i＝i+1记录点，并返回步骤3)，当记录面的所有记录点全部扫描完，即进入下一步；6)完成记录，结束；读出步骤：1)对二芳基乙烯衍生物薄膜进行预处理，将除淬灭态之外的暗态全部转为亮态，即可读出荧光态；2)将样品安置在所述的纳米位移台上，在所述的计算机的控制下，所述的纳米位移台将所述的样品移位，使所述样品的第1记录点位于所述物镜的焦点位置方向，并令i＝1；3)所述的计算机开启第三声光调制器,所述的第二连续激光器输出的激光经第三光纤耦合器、第三声光调制器、第三扩束透镜组、第二涡旋相位片、第四反射镜、第二偏振分光棱镜、第二1/4波片后作为第二外围抑制光，经读出光路对记录点i扫描；所述的计算机开启第二声光调制器，所述的第一连续激光器输出的激光经第二光纤耦合器、第二声光调制器、第二扩束透镜组，并通过计算机移除第一涡旋相位片，通过第一反射镜、第一偏振分光棱镜、第一1/4波片、第一二向色镜后作为中心读出光经读出光路同时照射所述的记录点i，记录点i产生的荧光经所述的荧光收集光路输入所述的单光子计数器计数，若输出为亮点，则说明没有记录信息，若输出为暗点，则说明为记录信息，该单光子计数器将信息输入所述的计算机，完成记录点i的读出；4)在所述的计算机的控制下，所述的纳米位移台将所述的样品移位到下一个记录点，并令i＝i+1，返回步骤3)；当样品的所有的记录点全部读出后，进入下一步；5)完成读出，所述的计算机根据所述的单光子计数器实时采集的信息经过图像处理后，产生记录信息图像。与现有技术相比，本专利技术的技术效果如下：1.本专利技术改进了二芳基乙烯的记录方式，在超分辨光存储领域第一次同时解决记录和读取的问题。Hell组所采用的GFP荧光蛋白作为记录介质，由于荧光蛋白寿命极短，保存时间短，保存条件要求高，严重限制了其成为光存储材料薄膜的可能性。顾敏等人采用双光束超分辨光刻的方式记录，只解决的写入的问题，只能通过SEM(电子显微镜)进行观测，没有解决读出的问题。采用脉冲光诱导-连续光抑制的淬灭记录方式，可以快速读取信息，同时解决材料记录和读本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双光子双光束超分辨光存储材料读写装置，其特征在于包括光路和计算机(36)，所述的光路由记录光路、读出光路和荧光收集光路组成：所述的记录光路包括波长可调脉冲激光器(1)，该脉冲激光器(1)输出的激光经所述的第一光纤耦合器(2)、第一翻转镜架(3)输出脉冲光，该脉冲光经第二翻转镜架(7)、第一声光调制器(8)、第一扩束透镜组(9)后作为中心诱导光；第一连续激光器(10)输出的激光经第二光纤耦合器(11)、第二声光调制器(12)、第二扩束透镜组(13)、第一涡旋相位片(14)、第一反射镜(15)、第一偏振分光棱镜(16)、第一1/4波片(17)后作为第一外围抑制光，该第一外围抑制光通过第一二相色镜(18)与所述的中心诱导光合束形成记录光束，该记录光束经第二二相色镜(27)、第三二相色镜(28)、1/2波片(29)、第三1/4波片(30)和物镜(31)后照射位于纳米位移台(32)上的光存储材料薄膜,该光存储材料薄膜为光致变色材料薄膜，以下简称为样品；记录光路中包括淬灭荧光光路，所述光路包括波长可调脉冲激光器(1)，该脉冲激光器(1)输出的激光经所述的第一光纤耦合器(2)、翻转镜架(3)、第二反射镜(4)、倍频晶体(5)后输出倍频脉冲激光，该脉冲激光通过第三反射镜(6)、翻转镜架(7)、第一声光调制器(8)、第一扩束透镜组(9)后作为淬灭光，该淬灭激光经第一二向色镜(18)、第二二向色镜(27)、第三二向色镜(28)、1/2波片(29)、第三1/4波片(30)、物镜(31)后照射位于纳米位移台(32)上的光存储材料薄膜，将荧光信息淬灭；所述的读出光路包括第一连续激光器(10)，该激光器(10)输出的激光经所述的第二光纤耦合器(11)、第二声光调制器(12)、第二扩束透镜组(13)，并通过计算机移除第一涡旋相位片(14)，经过第一反射镜(15)、第一偏振分光棱镜(16)、第一1/4波片(17)、第一二向色镜(18)作为中心读出光；第二连续激光器(19)输出的激光经第三光纤耦合器(20)、第三声光调制器(21)、第三扩束透镜组(22)、第二涡旋相位片(23)、第四反射镜(24)、第二偏振分光棱镜(25)、第二1/4波片(26)后作为第二外围抑制光，该第二外围抑制光经第二二相色镜(27)与所述的中心读出光合束形成读出光束，该读出光束经第三二相色镜(28)、1/2波片(29)、第三1/4波片(30)和物镜(31)后照射位于纳米位移台(32)上的样品；荧光收集光路为：纳米位移台(32)上的样品产生的荧光经所述的物镜(31)、第三1/4波片(30)、1/2波片(29)、第三二相色镜(28)、聚焦透镜(33)、光纤(34)，输入单光子计数器(35)；所述的第一扩束透镜组(9)、第二扩束透镜组(13)、第三扩束透镜组(22)是由一对正负透镜组成对光束进行扩束；所述的计算机(36)与所述的纳米位移台(32)、第一声光调制器(8)、第二声光调制器(12)、第三声光调制器(21)、第一涡旋相位片(14)、第二涡旋相位片(23)的控制端相连，所述的单光子计数器(35)的输出端与所述的计算机(36)的输入端相连。...

【技术特征摘要】
1.一种双光子双光束超分辨光存储材料读写装置，其特征在于包括光路和计算机(36)，所述的光路由记录光路、读出光路和荧光收集光路组成：所述的记录光路包括波长可调脉冲激光器(1)，该脉冲激光器(1)输出的激光经所述的第一光纤耦合器(2)、第一翻转镜架(3)输出脉冲光，该脉冲光经第二翻转镜架(7)、第一声光调制器(8)、第一扩束透镜组(9)后作为中心诱导光；第一连续激光器(10)输出的激光经第二光纤耦合器(11)、第二声光调制器(12)、第二扩束透镜组(13)、第一涡旋相位片(14)、第一反射镜(15)、第一偏振分光棱镜(16)、第一1/4波片(17)后作为第一外围抑制光，该第一外围抑制光通过第一二相色镜(18)与所述的中心诱导光合束形成记录光束，该记录光束经第二二相色镜(27)、第三二相色镜(28)、1/2波片(29)、第三1/4波片(30)和物镜(31)后照射位于纳米位移台(32)上的光存储材料薄膜,该光存储材料薄膜为光致变色材料薄膜，以下简称为样品；记录光路中包括淬灭荧光光路，所述光路包括波长可调脉冲激光器(1)，该脉冲激光器(1)输出的激光经所述的第一光纤耦合器(2)、翻转镜架(3)、第二反射镜(4)、倍频晶体(5)后输出倍频脉冲激光，该脉冲激光通过第三反射镜(6)、翻转镜架(7)、第一声光调制器(8)、第一扩束透镜组(9)后作为淬灭光，该淬灭激光经第一二向色镜(18)、第二二向色镜(27)、第三二向色镜(28)、1/2波片(29)、第三1/4波片(30)、物镜(31)后照射位于纳米位移台(32)上的光存储材料薄膜，将荧光信息淬灭；所述的读出光路包括第一连续激光器(10)，该激光器(10)输出的激光经所述的第二光纤耦合器(11)、第二声光调制器(12)、第二扩束透镜组(13)，并通过计算机移除第一涡旋相位片(14)，经过第一反射镜(15)、第一偏振分光棱镜(16)、第一1/4波片(17)、第一二向色镜(18)作为中心读出光；第二连续激光器(19)输出的激光经第三光纤耦合器(20)、第三声光调制器(21)、第三扩束透镜组(22)、第二涡旋相位片(23)、第四反射镜(24)、第二偏振分光棱镜(25)、第二1/4波片(26)后作为第二外围抑制光，该第二外围抑制光经第二二相色镜(27)与所述的中心读出光合束形成读出光束，该读出光束经第三二相色镜(28)、1/2波片(29)、第三1/4波片(30)和物镜(31)后照射位于纳米位移台(32)上的样品；荧光收集光路为：纳米位移台(32)上的样品产生的荧光经所述的物镜(31)、第三1/4波片(30)、1/2波片(29)、第三二相色镜(28)、聚焦透镜(33)、光纤(34)，输入单光子计数器(35)；所述的第一扩束透镜组(9)、第二扩束透镜组(13)、第三扩束透镜组(22)是由一对正负透镜组成对光束进行扩束；所述的计算机(36)与所述的纳米位移台(32)、第一声光调制器(8)、第二声光调制器(12)、第三声光调制器(21)、第一涡旋相位片(14)、第二涡旋相位片(23)的控制端相连，所述的单光子计数器(35)的输出端与所述的计算机(36)的输入端相连。2.根据权利要求1所述的双光子双光束超分辨光存储材料薄膜读写装置，其特征在于所述的光致变色材料薄膜，包括二芳基乙烯衍生物薄膜、俘精酸酐衍生物薄膜、偶氮类衍生物薄膜或螺吡喃材料薄膜。3.利用权利要求1所述的双光子双光束超分辨光存储材料读写装置的读写方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：记录步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘铁诚，阮昊，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31