具有多层可重写相变记录层的光学数据存储系统技术方案

多记录层可重写相变光盘和盘驱动系统利用反写型可逆相变材料作为最接近入射激光的记录层。盘有透光的衬底，激光从该衬底入射。该衬底支承着起码两个空间上彼此隔开的多层记录叠层，每个叠层包括可逆或可重写相变材料的有效记录层。激光从衬底入射，位于最接近该衬底的记录叠层包括反写型可逆相变材料，即带非晶起始相的相变材料层，这就是用激光加热来记录数据的部分，激光加热使该部分转变成结晶相。光学干涉膜优化了记录叠层的对比度、反射率和透明度。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
总的来说，本专利技术涉及光学数据存储系统，更明确地说，本专利技术是关于利用多记录层光学介质的系统。光学数据存储系统，例如光盘驱动系统可在光学介质上存储大量数据。通过把激光束聚焦到光学介质记录层，然后探测被反射的光束，就可访问所存的数据。在一次写入多次读出(WORM)的系统中，用激光在记录层上造成永久性的记号来写入数据。一旦数据被记录在介质上就不能擦除。一个例子是相变WORM系统，它利用相变合金作为记录材料，利用激光束来写入数据，其写入的过程是，把相变介质局部地从第一结构相转变为第二结构相。因为介质被设计成不能轻易地从第二结构相转变回第一结构相，从而造成永久被记录的数据位，这就实现了WORM的功能。与此不同的是，可逆或可重写相变系统利用有两个稳定相的介质。通过把介质上的一个小的局部区域转变为一稳定相，就把数据位存储到介质上。通过把写入的区域返回到起始相，就能擦除数据位。起始相通常为结晶相，激光束通过把数据层的局部材料转变为稳定的非晶相，来写入数据。办法是当结晶区域被加热至高于熔点，然后再迅速冷却，以至无序结构在适当的位置被固定下来，从而形成非晶结构。以后可以通过把非晶相变回起始结晶相来擦除数据位。其办法是，当非晶区域被加热至或高于其结晶温度并保持此温度，或者将该非晶区域熔化，然后再缓慢地冷却，直至该区域完成结晶。在这类相变系统中，利用介质中结晶区与非晶区反射率的差别来读出或探测出所记录的数据。可逆或可重写相变光学记录系统是已知的，在这系统中，起始态或未写态是数据层的非晶相，而已写态或记录态是结晶相。这类光学记录系统经常称为’反写’系统。美国专利5,383,172描述了一种反写系统，其中，按特定形状产生激光脉冲，以消除数据层的已写结晶相。所谓特定形状的脉冲是指按下述原则所决定的脉冲功率与脉冲持续时间，即，要防止数据层上要擦除的已写数据紧邻的未写非晶区域发生结晶。为了提高光盘的存储容量，已提出了多记录层系统的方案。通过改变透镜焦点的位置，可以访问具有两个或更多记录层的光盘的空间上相隔离的不同的记录层。激光束透过近记录层以便对远记录层作读、写数据的操作。多记录层光盘要求处在盘面与最后或最远的记录层之间的各中间记录层是透光的，所谓盘面是指激光入射的面。这种方案的例子见美国专利5,202,875、5,097,464和4,450,553。IBM的1995年6月30日申请的，系列号为08/497,518的待批申请描述了多数据层光学记录系统，其中各个记录层由相变WORM材料形成。在可重写相变盘上应用多记录层的一个问题是一般的可重写结构是为单记录层应用而设计的，因此透明度非常低。此外，为了改善记录层的散热，通常的结构要有一散热金属反射层紧贴着记录层。在通常的可逆相变结构中，金属反射层是不透光的，因此不可能在远记录层上作写操作。而且，如果去掉紧贴着中间记录层的金属层以便使结构透光，则记录层失去了适当的散热特性，而此特性对结晶相到非晶相的转变是至关重要的。这样，记录层就失去了作为可重写相变记录层的功能。所需要的是这样一种多记录层可重写相变光学数据存储系统，它能从接近入射激光的记录层获得良好的信号，同时又允许以合理的激光功率对所有的记录层进行写和擦除的操作，并且这些记录层不必有与其近贴的金属散热层。本专利技术是多记录层可重写相变光盘和光盘驱动系统。光盘有一透光的衬底，激光入射于该衬底。所述衬底支承着起码两组空间上分隔的多层记录叠层，每个叠层包括可逆或可重写相变材料活性记录层。所述光盘或是空气间隙结构，其中每一记录叠层由各自的衬底支承，这些衬底由空气间隙分隔开，或是实心结构，其中固体的透光隔离层把记录叠层分隔开。激光从衬底入射，最靠近此衬底的记录叠层包括反写型可逆相变材料(即有非晶起始相的相变材料，利用激光加热，使数据区转变为结晶相来进行记录)。第一记录层有一介电层与其接触，此介电层的折射率高于此相邻的记录层，并起着光学干涉膜的作用，用于在记录叠层中引起相长的光学干涉效应。光学干涉膜使记录叠层的对比度、反射率和透明度优化。光学干涉膜也是非吸光性的，从而使激光能通过它而聚焦在远记录叠层的记录层上。这允许以合理的激光功率在远记录层上进行写操作。为了充分理解本专利技术的性质和优点，请结合附图参考下面的详细描述。附图说明图1是本专利技术的具有多记录层可重写相变光盘的光盘驱动系统的原理图。图2A是具有可重写相变记录层的双衬底叠片式多记录层光盘的横截面视图。图2B是具有可重写相变记录层的空气间隙多记录层光盘的横截面视图。图2C是具有可重写相变记录层的单衬底叠片式多记录层光盘的横截面视图。图3是光盘为双记录层空气间隙形式的光盘驱动系统的原理图。图4是本专利技术的光盘驱动系统的控制系统方框图。图5是双衬底叠片式多记录层光盘的横截面视图，它说明本专利技术最佳实施例的多层可重写相变记录层与相邻的光学干涉膜的关系。图6是本专利技术的双记录层光盘的第一数据层的可擦性曲线图，它表示了利用脉冲擦除时，可擦性与擦除功率的函数关系。图7A是本专利技术的双记录层光盘的第一数据层的回读数据偏差与记号长度曲线图，它表示了回读数据偏差及记号长度这两参数与激光写入功率的函数关系。图7B是本专利技术的双记录层光盘的第二数据层的回读数据偏差与记号长度曲线图，它表示了回读数据偏差及记号长度这两参数与激光写入功率的函数关系。图1是本专利技术的光盘数据记录系统的原理图，该系统以总的标号10来标明。系统10包括具有多记录层的光学数据存储盘12。如在本领域中所熟知的那样，盘12最好可拆装地安装在卡轴14上。轴14安装在主轴马达16上，后者本身又安装在系统底座20上。马达16使轴14和盘12旋转。光学头22处于盘12的下面。光学头22安装在臂24上，后者本身又连接到驱动装置如音圈马达26上。音圈马达26安装在底座20上，并令臂24和光学头22在盘12下面沿着盘的径向移动。图2A是多记录层光盘12的横截面视图。盘12有两个衬底50、56，它们被固体透明间隔层44隔开。盘12有外表面49，激光束在此表面入射。衬底50可用透光的材料制成，例如玻璃、聚碳酸酯或其它聚合物材料。衬底56可用与衬底50类似的材料制成，或者在光不须透过衬底56的实施例中用不透光的材料制成。在最佳实施例中，衬底50、56厚0.6mm。衬底50具有在其上形成的薄膜记录叠层90，衬底56具有在其上形成的薄膜记录叠层92。如下面将要详述的那样，每个记录叠层90、92具有可逆相变材料记录层和起码一层透明介电层。在本专利技术中，记录叠层90的记录层是反写型相变材料。在分别紧靠记录叠层90、92的衬底50、56那一表面上有光学跟踪槽或记号和/或标题信息，它们是用注射模制、光敏聚合工艺或压纹工艺的方法形成的。另一种方法是，所述跟踪结构可以是在衬底上形成的凹点或记录在记录层上的记号。在最佳实施例中，间隔层44用高度透明的光学粘结剂形成，后者还起着把衬底50和56结合在一起的作用。间隔层44厚度最好为10-300微米。脉冲宽度调制(PWM)是一种把数据以记号的形式写到光盘的方法。在PWM下，记号可以是单个的点(称为次记号)或是一系列重叠的次记号或是相邻的次记号。PWM以记号的过渡区或记号的边缘之间的距离的形式记录信息。所谓过渡区或是记号的前沿，或是其后沿。IBM的美国本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学数据存储系统，它包括： 用来产生具有预定波长的激光的激光源； 光学介质，它包括：（ａ）透光的第一组成部分，它的第一表面是光学介质的外表面，激光从此外表面入射；（ｂ）可逆相变材料的第一记录层，它有非晶起始相，并且它与光学介质外表面之间隔着第一组成部分；（ｃ）与第一记录层接触的透光的光学干涉膜，此光学干涉膜的折射率显著不同于第一记录层的折射率，并且其厚度足以造成光的相长干涉，第一记录层和与其接触的光学干涉膜都是透光的；和（ｄ）可逆相变材料的第二记录层，它与第一记录层彼隔开； 安装在激光源与第一组成部分的该第一表面之间的透镜，它把激光聚焦成光点；以及 与透镜连接的用来使透镜相对光学介质移动、从而使聚焦的光点能从一记录层移到另一记录层的装置；从而，当光点聚焦到第二记录层以改变第二记录层材料的相的时候，激光透过第一记录层和与其接触的光学干涉膜。

【技术特征摘要】
US 1996-5-28 6544081.一种光学数据存储系统，它包括用来产生具有预定波长的激光的激光源；光学介质，它包括(a)透光的第一组成部分，它的第一表面是光学介质的外表面，激光从此外表面入射；(b)可逆相变材料的第一记录层，它有非晶起始相，并且它与光学介质外表面之间隔着第一组成部分；(c)与第一记录层接触的透光的光学干涉膜，此光学干涉膜的折射率显著不同于第一记录层的折射率，并且其厚度足以造成光的相长干涉，第一记录层和与其接触的光学干涉膜都是透光的；和(d)可逆相变材料的第二记录层，它与第一记录层彼此隔开；安装在激光源与第一组成部分的该第一表面之间的透镜，它把激光聚焦成光点；以及与透镜连接的用来使透镜相对光学介质移动、从而使聚焦的光点能从一记录层移到另一记录层的装置；从而，当光点聚焦到第二记录层以改变第二记录层材料的相的时候，激光透过第一记录层和与其接触的光学干涉膜。2.根据权利要求1的系统，其特征在于所述光学数据存储系统是光盘驱动系统，所述光学介质是光盘，并且，激光入射其上的所述第一组成部分是衬底。3.根据权利要求2的盘驱动系统，其特征在于所述第二记录层有非晶起始相。4.根据权利要求2的盘驱动系统，其特征在于光盘进一步包括透光的间隔层，它处在第一记录层和第二记录层之间，并以该间隔层的厚度把这两记录层隔开。5.根据权利要求3的盘驱动系统，其特征在于所述第二记录层是在间隔层上形成的。6.根据权利要求3的盘驱动系统，其特征在于进一步包括反光膜，它在第二记录层上形成并与其接触。7.根据权利要求2的盘驱动系统，其特征在于光盘进一步包括第二衬底，并且第二记录层在第二衬底上形成，另外，第一和第二衬底由空气隙隔开。8.根据权利要求2的盘驱动系统，其特征在于进一步包括介电层，它在衬底的与盘外表面相对的那一面上形成，用来在第一记录层受热期间保护衬底，其中，第一记录层在衬底上的介电层上面形成并与其相接触，而光学干涉膜在第一记录层上形成并与其相接触，光学干涉膜的热导率高于衬底上形成的介电层的热导率。9.根据权利要求2的盘驱动系统，其特征在于进一步包括第二光学干涉膜，它在第一光学干涉膜上形成并与其相接触。10.根据权利要求2的盘驱动系统，其特征在于光盘的第一记录层的可逆相变材料是成分为GexTeySbz的合金，其中10＜x＜15，45＜y＜55，38＜z＜48，x+y+z＝100％。11.根据权利要求2的盘驱动系统，其特征在于光盘的第二记录层的可逆相变材料包括一种或几种从下面材料组所选出来的材料GeTe，SnTe，PbTe，SbSe，Sb2Se3，Bi2Se，Bi2Se3，Bi2Te，BiTe，Bi2Te3，Sb2Te，SbTe，Sb2Te3，TeSi，Ag2Se，AgSe2，Ag2Te，Ag3Te2，AgTe2，Au2Se3，AuTe2，GaSb，GeSe以及0＜x＜0.4的Sb(1-x)Se。12.根据权利要求2的盘驱动系统，其特征在于光盘的第二记录层的可逆相变材料基本上包括从下面材料选出来的材料GeSb2Te4，Ge2Sb2Te5，GeSb4Te7，In3SbTe2以及(InSb)1-x(GaSb)x其中5＜x＜＝1。13.根据权利要求2的盘驱动系统，其特征在于光盘的光学干涉膜是由下述材料组中的一种材料形成的，该材料组由Si的氧化物、Si的氮化物、Si的碳化物、非晶Si和铟锡的氧化物构成。14.根据权利要求2的盘驱动系统，其特征在于光盘的光学干涉膜的材料包括下述元素组中的一种元素的氧化物或氮化物Al，Ti，Zr，Cu，Hf，Ta，Nb，Cr和W。15.根据权利要求2的盘驱动系统，其特征在于光盘的光学干涉膜的材料包括Zn或Cr与S、Se、Te中的一种或几种元素混合而成的物质。16.一种光学数据记录介质，它包括(a)第一透光衬底，它的第一表面是光学介质的外表面，激光从此外表面入射，而第二表面在第一表面的对面；(b)反写型可逆相变材料的第一记录层，它在第一衬底的第二表面上形成，并且与光学介质外表面隔着第一衬底的厚度；(c)与第一记录层接触的透光的光学干涉膜，此光学干涉膜的折射率显著不同于第一记录层的折射率，并且此光学干涉膜的厚度足以造成光的相长干涉，第一记录层和与其接触的光学干涉膜都是透光的；和(d)一层可逆相变材料的第二记录层，它与第一记录层彼此隔开。17.根据权利要求16的光学介质，其特征在于所述光学介质是光盘。18.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：HJ罗森，KA卢宾，邓伟松，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]