光学聚焦系统和方法技术方案

一种光学聚焦系统和方法。所述系统包括：光束成形器，其用于将入射激光束成形为径向对称束；极化调制器，其被布置成使得径向对称束是径向极化束；和透镜元件，其用于将径向极化束聚焦在焦平面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术广义地涉及，并且涉及它的应用。
技术介绍
蓝光光盘具有不小于23 GB的记录密度和高达36 Mbps的数据传输 率。然而，仍然需要进一步增加记录密度，并且增强数据传输率。相型二元光学元件的使用已被提出用于超分辨率成像和高密度光学 数据存储。美国专利No. 5349592(HideoAndo)描述了在光盘(CD)系统中使 用二元变迹器获得超分辨率读取。然而，由于在聚焦圓极化束中的很强纵 向场分量，难以在蓝光盘系统中使用该类型的装置获得超分辨率焦斑。而 且，围绕焦斑的旁瓣的强度与CD系统相比将远远更高。美国专利No. 5496995描述了超分辨率扫描光学装置，其在反射或透 射模式中使用二元相光学元件，目的是在不显著减小主瓣的强度的情况下 最小化焦斑。欧洲专利No. 0831471描述了在CD和数字视频盘(DVD)系统的光学头 中使用双级和多级相光学元件以最小化用于读和写的焦斑。中国专利ZL 00127615.8和期刊论文描述了使用二 元相元件获得超分辨率并且同时获得均匀轴向强度分布，其中横向和轴向 场分布都^^皮考虑。难以将上述文件中的技术应用于蓝光盘系统，原因是使用高数值孔径 聚焦系统，获得很小的超分辨率效果并且焦斑的旁瓣远远更高，这是强纵向场分量的结杲。减小球面像差、增加厚度变化的幅度和在高密度光学记 录中获得更大的工作距离也是一项技术挑战。此外，对于高数值孔径聚焦 系统，由于交叉极化效应当引入变迹器时的焦斑大小将总是大于没有变迹器。所以需要提供一种设法解决至少一个上述问题的系统和方法。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面提供了一种光学聚焦系统，其包括光束成形 器，其用于将入射激光束成形为径向对称束；极化调制器，其被布置成使 得径向对称束是径向极化束；和透镜元件，其用于将径向极化束聚焦在焦 平面。所述系统可以进一步包括变迹器元件，所述变迹器元件用于引入径向 极化束的不同带之间的Pi相差使得来自不同带的光在焦平面干涉。所述系统可以进一步包括光学元件，所述光学元件用于从径向对称束 形成环形束。所述极化调制器可以沿着所述系统的光路被布置在所述光学元件之 前或所述光学元件之后。所述光学元件可以与所述变迹器元件形成一体。所述系统可以进一步包括分束器，所述分束器用于在从焦平面的反射 中从径向极化束分离读取束。所迷系统可以进一步包括用于聚焦读取束的透镜单元。所述系统可以进一步包括用于检测聚焦读取束的光检测器。所述系统可以进一步包括用于执行从聚焦读取束成像的CCD单元。所述分束器可以与所述束成形器形成一体。所述系统可以在由下列组成的组的一个中^f皮配置光盘系统，扫描系 统，共焦成像系统，三维成像系统，平版印刷系统，对准系统，光学镊子， 和粒子加速系统。根据本专利技术的第二方面提供了 一种光学聚焦的方法，所述方法包括以下步骤将入射激光束成形为径向对称束；将径向对称束极化成径向极化束；和将径向极化束聚焦在焦平面。 附图说明仅仅通过例子，并且与附图结合，本领域的普通技术人员从以下书面描述将更好地理解和显而易见本专利技术的实施例，其中图l是示意图，其根据本专利技术的实施例显示了获得高数值孔径聚焦系 统的超分辨率聚焦束的设计，该设计可以提供高分辨率和长焦深。极化调 制器由带有沿不同方向的慢轴的四件半波板组成。图2是示意图，其根据另 一实施例显示了使用中心障碍相掩模和极化 调制器获得高数值孔径聚焦系统的超分辨率聚焦束的设计，该设计可以提 供高分辨率和长焦深。图3是示意图，其根据另一实施例显示了使用环形束成形器和极化调制器获得高数值孔径聚焦系统的超分辨率聚焦束的设计，该设计可以提供 高分辨率和长焦深。图4是示意图，其根据另一实施例显示了使用二元相掩模和极化调制 器获得高数值孔径聚焦系统的超分辨率聚焦束的设计，该设计可以为生物 成像提供高分辨率和长焦深。图5在聚焦束的X-Z横截面中显示了强度图像和纵向场分量等相线图。图6显示了轴向强度分布。图7显示了径向强度分布；最大旁瓣强度为大约16%。图8是用于本专利技术的不同实施例中的备选环形束成形器。图9显示了流程图，其根据一个典型实施例示出了光学聚焦的方法。具体实施例方式在使用相或幅度变迹器、极化调制器和多级记录方法的典型实施例中提出并描述了光学数据存储系统。在典型实施例中，焦斑大小小至0.43入， 对于红光和蓝光其分别对应于23.8GB和61.7GB的盘容量。焦斑大小在相 对大的区域内几乎是不变的。长场深也使跟踪和服务系统更容易跟随盘的 振动。数据传输率也可以通过增加转速进一步被增加。典型实施例也可以 在激光加工、计量学和光学对准系统、三维成像、光学相千断层摄影术、 平版印刷术和扫描显微术等中得到应用。典型实施例涉及第四代数据存储、三维成像、平版印刷术和扫描显微 术、光学对准系统、光学相干断层摄影术。特别地，典型实施例可以提供 一种数据存储装置，该数据存储装置可以获得更高的密度并且具有更长的 焦深。使用更长的焦深，伺服器可以更容易地跟随波动，光驱可以更安静， 原因是拾取头不必跟随盘的更高频率的振动，并且在焦区内的几乎相等的 强度分布可以允许对读/写功率和写记号长度进行更好的控制。数据传输率 也可以通过增力。转速^皮增力口。蓝光光盘使用405 nm的激光波长和带有0.85的数值孔径的物镜。很 难通过常规技术例如增加透镜的数值孔径或减小激光波长进一步最小化 记录光斑。CD， DVD和蓝光光盘的所有驱动在远场中工作，这使驱动更 容易读取所有类型的盘。典型实施例提供了 一种方法以最小化远场中的聚 焦光斑，并且使光学头更容易进行伺服。如图1中所示， 一个典型实施例包括来自激光二极管(LD)102的激光 束100，所述激光二极管正由透镜104校准并且由棱镜105成形为圓形对 称束101。圓形激光束101由环形束成形器108变成环形束106。较低空 间频率光因此被偏移到较高空间频率带，这可以在由透镜118聚焦之后减 小焦点大小。在通过分束器IIO之后，环形束106由极化调制器112调制 并且被变换成径向极化环形束114。该径向极化环形束114有利地用于高 数值孔径聚焦透镜118，这可以减小该典型实施例中的交叉极化效应。径向极化环形束114然后通过变迹器116以调制它的相位，并且由高 数值孔径透镜(NA二0.95)118聚焦到光盘122的平面120上。来自变迹器116的内带117的光与来自变迹器的外带119的光具有Pl相差。相调制径向极化环形束115的相应带在焦平面120中千涉，这进一步减小了焦点大小并 且使沿着光轴的光强度均匀。读和写处理与常^L蓝光光盘相同，带有用于 读取束125的透镜系统，在从盘122的反射中，由聚焦透镜124和柱面透 镜126组成，用于减小物镜的聚焦误差和检测在光检测器128的读出信号。在光盘122的平面120的聚焦光斑的半幅全宽为0.43人，如图5中 所示。对于蓝或红光源，分别在与现有系统组合的盘类型"超蓝"和"超红" 下在该实施例中的焦点大小和可获得的容量在表l中被显示。表1<table>table see original document page 8</column></row><table>表l中所示的容量根据关于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学聚焦系统，其包括：　光束成形器，其用于将入射激光束成形为径向对称束；　极化调制器，其被布置成使得径向对称束成为径向极化束；和　透镜元件，其用于将径向极化束聚焦在焦平面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海凤，施路平，苑高强，缪向水，陈湋琏，张道昌，
申请(专利权)人：新加坡科技研究局，
类型：发明
国别省市：SG[新加坡]