具有全息光學(xué)元件的光帶拾取單元的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及光帶系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]光帶(optical tape)是一種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)。在某些示例中，它可以采取能夠?qū)懭雸D案也能夠從其中讀取圖案的長(zhǎng)窄條的形式。相對(duì)于磁帶，光帶可以實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)傳輸速率、更大的存儲(chǔ)容量以及減少的訪問時(shí)間。此外，因?yàn)槭褂貌唤佑|帶的記錄表面的光學(xué)拾取(pick up)單元來(lái)對(duì)光帶進(jìn)行寫和讀，所以光帶可以比磁帶更耐用。
[0003]通過將多個(gè)光學(xué)拾取單元(OPU)并入一個(gè)驅(qū)動(dòng)器來(lái)研宄光帶，以滿足未來(lái)的高容量帶的需求。采用光學(xué)技術(shù)的帶驅(qū)動(dòng)器與現(xiàn)有的磁帶驅(qū)動(dòng)器相比應(yīng)該是有成本競(jìng)爭(zhēng)力的。在每個(gè)驅(qū)動(dòng)器中包括多達(dá)24個(gè)或更多的0PU，可以期望低OPU成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]光帶拾取單元包括全息光學(xué)元件和非球面物鏡。全息光學(xué)元件將激光束分成一階光束，并將波前誤差引入一階光束。非球面物鏡將一階光束聚焦到光帶上，并將波前誤差引入一階光束。由全息光學(xué)元件引入的波前誤差補(bǔ)償由非球面物鏡引入的波前誤差，以降低聚焦的一階光束的得到的波前誤差。非球面物鏡可以是沒有蓋玻璃的非球面物鏡。非球面物鏡可以僅具有單個(gè)玻璃元件。全息光學(xué)元件可以是體積相位全息光柵。得到的波前誤差的值可以小于50毫米波(miIIiwave) 0
[0005]光帶系統(tǒng)包括光帶拾取單元。光帶拾取單元包括全息光學(xué)元件。全息光學(xué)元件將激光束分成+1和-1階光束，并將指定極性和幅值的波前誤差引入+1和-1階光束中的每一個(gè)。該系統(tǒng)可以包括將+1和-1階光束聚焦到光帶上的非球面物鏡。非球面物鏡可以將波前誤差引入+1和-1階光束中的每一個(gè)。由非球面物鏡引入+1階光束的波前誤差的極性可以與由全息光學(xué)元件引入+1階光束的波前誤差的極性相反。由非球面物鏡引入-1階光束的波前誤差的極性可以與由全息光學(xué)元件引入-1階光束的波前誤差的極性相反。由非球面物鏡引入+1階光束的波前誤差的振幅可以與由全息光學(xué)元件引入+1階光束的波前誤差的振幅近似相等。由非球面物鏡引入-1階光束的波前誤差的振幅可以與由全息光學(xué)元件引入-1階光束的波前誤差的振幅近似相等。非球面物鏡可以是沒有蓋玻璃的非球面物鏡。非球面物鏡可以僅具有單個(gè)玻璃元件。全息光學(xué)元件可以是體積相位全息光柵。
[0006]光帶系統(tǒng)包括光帶拾取單元。光帶拾取單元包括全息光學(xué)元件和非球面物鏡，全息光學(xué)元件和非球面物鏡被布置成使得由非球面物鏡聚焦到光帶上的一階光束的波前誤差小于50毫米波。非球面物鏡可以是沒有蓋玻璃的非球面物鏡。非球面物鏡可以僅具有單個(gè)玻璃元件。全息光學(xué)元件可以是體積相位全息光柵。
【附圖說明】
[0007]圖1是光帶記錄系統(tǒng)的示意圖。
[0008]圖2是光帶記錄系統(tǒng)的一部分的側(cè)視圖。
[0009]圖3是高數(shù)值孔徑(NA= 0.85)的沒有蓋玻璃的非球面物鏡的波前誤差對(duì)像高的圖。
[0010]圖4和圖5是一階光束的波前誤差等高線圖。
[0011]圖6和圖7是用于記錄體積相位全息光學(xué)元件的裝置的示意圖。
[0012]圖8是大體積記錄系統(tǒng)的示意圖。
[0013]圖9是另一光帶記錄系統(tǒng)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]本文描述了本公開的實(shí)施例。然而，應(yīng)該理解，所公開的實(shí)施例僅僅是示例，并且其它實(shí)施例可以采用多樣并可替換的形式。附圖不一定是按比例的；一些特征可以被放大或縮小來(lái)顯示特定部件的細(xì)節(jié)。因此，本文所公開的具體結(jié)構(gòu)和功能的細(xì)節(jié)不應(yīng)該解釋為限制，而僅作為教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員以各種方式采用本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，參照任何一個(gè)附圖所示出和描述的各種特征都可以與一個(gè)或多個(gè)其它附圖中所示出的特征組合，以產(chǎn)生沒有明確示出或描述的實(shí)施例。所示特征的組合提供了典型應(yīng)用的代表性實(shí)施例。然而，與本公開的教導(dǎo)一致的特征的組合和修改可預(yù)期地用于特定的應(yīng)用和實(shí)現(xiàn)。
[0015]寫后直讀(DRAW)通常是企業(yè)級(jí)光帶記錄系統(tǒng)的特征。其目的是在數(shù)據(jù)被寫入后立即驗(yàn)證該數(shù)據(jù)已經(jīng)被正確地記錄在光帶上。參見圖1，用于在光學(xué)記錄系統(tǒng)10中實(shí)現(xiàn)DRAW的一種方法包括使用單個(gè)光學(xué)拾取單元(OPU) 12，其具有聚焦于介質(zhì)20上的三個(gè)激光光斑14、16、18。在這三個(gè)光斑的DRAW方案中，中央的主光斑16用于寫數(shù)據(jù)，而分別位于主光斑16的兩側(cè)的兩個(gè)附屬光斑14、18之一用于在主光斑16寫入數(shù)據(jù)后立即驗(yàn)證由主光斑16寫入的數(shù)據(jù)。
[0016]典型的附屬到主光斑間距可以是大約10微米。為了保持合理的OPU部件成本，通常采用模制的非球面物鏡來(lái)在介質(zhì)表面形成激光光斑。這種非球面的表面輪廓不是球體或圓柱體的一部分。這種復(fù)雜的表面輪廓與簡(jiǎn)單的透鏡相比，可以減小或消除球面像差，還可以減小其它光學(xué)像差，諸如畸變、彗形像差等。也就是說，單個(gè)非球面透鏡通?？梢蕴娲鷱?fù)雜得多的多透鏡系統(tǒng)。得到的裝置與多透鏡設(shè)計(jì)相比更小、更輕，并且有時(shí)候成本更低。然而，高數(shù)值孔徑的單元件非球面透鏡的視野受限。因此，雖然集中在光軸上的主光斑具有可接受的光學(xué)性能，但是例如與主光斑偏移約10微米的兩個(gè)附屬光斑劣化，意味著它們與主光斑相比光學(xué)性能更低。
[0017]在一些光學(xué)記錄系統(tǒng)中，解決這種視野受限問題的一個(gè)方案是使用多元件物鏡組件。例如，可以使用雙元件非球面物鏡和單頻衍射光柵來(lái)在介質(zhì)平面處產(chǎn)生三個(gè)光斑。然而，雙元件透鏡組件比單個(gè)非球面的成本高，因?yàn)榈诙母郊映杀疽约坝蓛蓚€(gè)透鏡元件需要精確對(duì)齊所增加的組裝成本。此外，雙元件物鏡的額外重量或者降低了聚焦和跟蹤致動(dòng)器的性能，或者需要更強(qiáng)大的聚焦和跟蹤致動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)可比的伺服性能。換句話說，多元件物鏡組件有更寬的視野，但具有高得多的成本和重量，高得多的成本和重量在光學(xué)記錄驅(qū)動(dòng)器部件中都是不期望的特性。
[0018]以更高的波前誤差、更大的光斑尺寸和更低的分辨率為特性的單個(gè)非球面透鏡的減小的視野會(huì)降低光學(xué)系統(tǒng)執(zhí)行DRAW功能的能力。本文所述的某些實(shí)施例試圖在使用更低成本、更輕重量的單個(gè)非球面透鏡時(shí)通過補(bǔ)償附屬光斑中的波前誤差來(lái)解決這個(gè)問題。因此，某些實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)以更低的OPU成本滿足功能需求的光學(xué)設(shè)計(jì)。
[0019]參見圖2，通過在物鏡24之前在OPU的光學(xué)路徑中放置單頻衍射光柵22，可以在介質(zhì)記錄平面處產(chǎn)生一對(duì)附屬光斑14、18。通過聚焦穿過光柵22的未衍射的(零階)激光束26來(lái)形成主(中央)光斑16。當(dāng)物鏡24聚焦從光柵22出來(lái)的衍射的(+1階和_1階)光束28、30時(shí)，產(chǎn)生了附屬光斑14、18。
[0020]在一些商品化的光盤驅(qū)動(dòng)器中，附屬光斑14、18用于除DRAW之外的目的。例如，它們用于產(chǎn)生稱為差分推挽的特殊版本的跟蹤伺服誤差信號(hào)，并且不需要與主光斑16相同的光學(xué)性能。但是如果附屬光斑14、18用于DRAW，則它們可能需要具有與主光斑16的光學(xué)性能可比的光學(xué)性能(分辨率)。因此，可以將它們的波前誤差補(bǔ)償?shù)脚c主(軸上)光斑16近似的水平。
[0021]參見圖3，由數(shù)值孔徑為0.85的沒有蓋玻璃的非球面產(chǎn)生于1.765毫米的焦距處并距主光斑10微米的附屬光斑將具有大約0.080個(gè)波的總均方根(RMS)波前誤差。因此，附屬光斑將顯著劣化，并且對(duì)于該特定的非球面透鏡設(shè)計(jì)具有不可接受的分辨率。增加的附屬光斑間距將以某種線性方式使總RMS波前誤差進(jìn)一步加大。
[0022]總RMS波前誤差的組成包括球面像差(SA)RMS波前誤差、慧形像差(COMA)RMS波前誤差和像散像差(ASTIG)RMS波前誤差。球面像差是由以光軸為中心并垂直于光軸的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱表面產(chǎn)生的單色軸向偏差的唯一形式。每當(dāng)光學(xué)表面形狀沒有恰當(dāng)?shù)仄ヅ淙肷洳ㄇ暗男螤顣r(shí)，就會(huì)出現(xiàn)球面像差。從而，它由物體距離的改變或者在恰當(dāng)?shù)拈g距方面具有偏差的多表面物體引起。球面像差影響包括正中心的整個(gè)像場(chǎng)。一般而言，慧形像差由入射波前相對(duì)于光學(xué)表面傾斜或者偏離中心而引起。因此，相應(yīng)地，它是影響軸外圖像點(diǎn)的像差或光學(xué)表面的軸向未對(duì)齊的結(jié)果。類似于慧形像差，像散像差由入射波前相對(duì)于光學(xué)表面的傾斜引起。雖然慧形像差總是起源于光學(xué)表面，但是最簡(jiǎn)單的形式的像散像差源自由波前相對(duì)于表面的傾斜所引起的投影不對(duì)稱。
[0023]參見圖4和圖5，+1階和-1階衍射光束具有相反的極性。因?yàn)檫@些光束的波前誤差是反向的，所以衍射光學(xué)元件可以被設(shè)計(jì)成校正一個(gè)附屬光斑中的波前誤差，而不是同時(shí)校正兩個(gè)附屬光斑中的波前誤差。因此，被設(shè)計(jì)成校正一個(gè)附屬光斑的簡(jiǎn)單的調(diào)相或調(diào)幅的衍射光學(xué)元件將在另一個(gè)光斑中引起兩倍的波前誤差。
[0024]諸如體積相位全息(VPH)透射光柵的全息光學(xué)元件(HOE)工作起來(lái)很像傳統(tǒng)的表面起伏反射光柵(除了透射之外)。它們是周期性的相位結(jié)構(gòu)，其基本目的是將不同波長(zhǎng)的光從公共的輸入路徑衍射到不同角度的輸出路徑。VPH光柵可以形成在密封在兩層透明玻璃或熔融石英之間的通常是重鉻酸鹽明膠的透射材