Фізико–технічні основи надщільної оптичної реєстрації інформації
Вантажиться...
Дата
2012
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
Анотація
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.13.05 – Комп’ютерні системи та компоненти. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», Міністерство освіти і
науки, молоді та спорту України. – м. Київ, 2012.
В дисертації теоретично розроблено нові напрямки розвитку твердотільно імерсійного, багатошарового та ближньопольового ОЗІ.
В твердотільно-імерсійному ОЗІ теоретично розроблено новий метод, який відрізняється тим, що замість напівсферичної лінзи запропоновано використовувати звужуючий діелектричний хвилевод, відкритий вузький кінець якого утворює апертуру. Технічна реалізація методу дозволяє суттєво спростити конструкцію системи запису і може виготовлятися за інтегральною технологією.
Сформульовано загальні принципи і розроблено методи аналізу.
багатошарового ОЗІ. Установлено факт критичності впливу дисипативних втрат реєструвальних шарів на кількість реєструвальних шарів. Показано, що ROM диск на основі бездисипативних реєстраційних шарів може мати інформаційну ємність
до 1 Тбайт.
Розроблено новий напрямок ближньопольового ОЗІ, який відрізняється тим, що використовує звужуючий мікросмужковий зонд, що не має закритичних розмірів для фокусування світла, що дозволило підвищити на 4 порядки оптичну ефективність методу. Показано, що максимальний рівень взаємодії зонда з оптичним диском досягається при використанні реєструвального шару з великими
дисипативними втратами і освітлювально–збирального режиму роботи зонда. Запропонований метод дозволять отримувати більше 2 Тбайт інформації на один диск.
Розвинуто теоретичні основи спеклів в засобах відтворення інформації скануючим лазерним променем і розроблено нові методи зменшення спеклів.
Диссертация на соискание ученой степени доктор технических наук по специальности 05.13.05. – Компьютерные системы и компоненты. – Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт», Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины. – г. Киев, 2012. В диссертации разработаны физические и технические принципы сверхплотной оптической записи информации (ОЗИ) – оптической записи информации с плотностью нанесения информационной структуры значительно превышающей ее достижимые значения в дифракционно-ограниченных оптических системах. Рассмотрены три направления развития сверхплотной оптической записи: 1) твердотельно-иммерсионная; 2) многослойная; 3) ближнеполевая. На основе анализа особенностей каждого из трех методов разработаны принципы и технические конструкции, позволяющие достичь максимальных параметров оптической записи. Разработаны математические методы расчета распространения электромагнитной энергии в оптической системе твердотельно-иммерсионного ОЗИ и взаимодействия пучка света с регистрирующим слоем. Доказано, что в фокусной плоскости существует вторичный максимум интенсивности электромагнитного поля, кольцеобразной формы, в котором электромагнитная энергия распространяется в обратном направлении, что приводит к уменьшению оптической эффективности и увеличению перекрестных наводок от соседних питов. Предложена конструкция иммерсионной линзы с диафрагмой на плоском дне полусферической линзы с субволновой апертурой, на которую фокусируется световое излучение. Теоретически обосновано, что предложенная конструкция существенно (до 100%) увеличивает оптическую эффективность оптической системы и уменьшает перекрестные наводки. Исследован новый твердотельное–иммерсионный метод в котором полусферическая линза заменена на адиабатически суживающий диэлектрический волновод. Теоретически обосновано оптическая эффективность и малые перекрестные помехи предложенного метода. Разработанный метод позволяет записывать больше 200 Гбайт информации на один оптический диск и оптическую часть конструкции дисковода можно производить методами интегральной оптики. В многослойном методе ОЗИ сформированы общие принципы построения структуры многослойного ROM диска, разработаны математические методы синтеза структуры диска и анализа его параметров. Разработанные методы позволили получить инженерные формулы для расчета параметров сигнала и структуры диска. Доказано, что диссипативные потери являются тем параметром, который определяет максимальное количество регистрирующих слоев. Теоретически обосновано, что бездиссипативные оптические материалы с большим коэффициентом преломления являются наиболее перспективными в качестве регистрирующего слоя для многослойного носителя информации формата «только для считывания» и позволяют производить запись на несколько десятков информационных слоев на одном оптическом диске. Предложено использовать окись титана TiO2 в качестве материала регистрирующих слоев многослойного носителя и многослойного носителя информации долговременного хранения и обосновано, что оптический диск на основе окиси титана позволяет записывать до 1 Тбайт информации на один диск. В ближнеполевом методе предложено новое направление, которое отличается тем, что использует микрополосковый зонд для фокусировки электромагнитной энергии в световое пятно диаметром в несколько нанометров. Разработано техническую реализацию предложенного направления и обосновано, что предложенные технические решения имеют неоспоримые преимущества перед существующими методами ближнеполевого ОЗИ по оптической эффективности и величине ближнеполевого взаимодействия. Показано, что максимальный уровень взаимодействия зонда с оптическим диском в ближнеполевом ОЗИ на основе микрополоскового зонда возрастает при увеличении диссипативных потерь регистрирующего слоя. Обосновано, что осветительно-собирательный режим микрополоскового зонда и регистрирующий слой с большими диссипативными потерями дают многократный выигрыш по оптической эффективности и значительное уменьшение перекрестного сигнала. Исследованы условия эффективного возбуждения фундаментальной моды микрополоскового зонда и оптимальной передачи энергии к апертуре зонда. Теоретически разработан ближнеполевой метод ОЗИ на основе микрополоскового зонда с металлическим выступом. Доказано, что модифицированный микрополосковый зонд позволяет получить равномерно освещенное световое пятно с диаметром в несколько наномет ров. Теоретически обосновано, что техническая реализация предложенного метода позволят получать более 2 Тбайт информации на один диск. Проведен анализ интерференционных эффектов возникающих при считыва нии и воспроизведении информации сканирующим когерентным лучом. Разрабо тана теория спекловых шумов в устройствах, воспроизводящих информацию сканирующим лазерным лучом, такими как лазерные проекторы и сканеры. Исследованы зависимости контраста спеклов лазерных проекторов и сканеров от особенностей их оптической системы и свойств лазерного пучка. Теоретически обосновано, что контраст спеклов в этих системах не зависит от аберраций и дефокусировки объектива. Разработано несколько оригинальных и эффективных методов понижения спекловых шумов основанных на использовании сканирования лазерного луча вдоль экрана, декореляции нескольких лазерных пучков света и вращения поляризации лазерного света. Разработанные методы снижения спекловых шумов позволяют понизить контраст спеклов до 5% в белом цвете для лазерных минипроекторов. Разработана математическая модель спекловой твердотельно-иммерсионной линзы и проанализирована возможность ее применения в оптической записи информации. Ключевые слова: сверхплотная оптическая запись, твердотельная иммерсия, много слойная оптическая запись, ближнеполевая оптическая запись, микрополосковый зонд, интерференция, спеклы.
Thesis for a Doctor of technical sciences degree in specialty 05.13.05 – Computer Systems and Components. – National Technical University of Ukraine “Kyiv Polytechnic Institute”, Ministry of Education and Science, Youth and Sports of Ukraine. – Kyiv, 2012. The dissertation reports the physical and technical foundations of high-density optical data storage (ODS). Three method of optical data storage are considered: 1) solid immersion; 2) multilayer data carrier; 3) near–field. The new direction in solid-immersion ODS is developed, characterized in that it uses tapered dielectric waveguide instead of hemispherical lens, open end of which forms a subwavelength aperture. Waveguide structure of a disk drive simplifies the design and decreases a crosstalk signal. In addition, it can be produced by the integrated optics technology. The method for analysis and modeling of multilevel ODS is developed. It is found that dissipative losses of recording layers have a critical influence on the number of recording layers and that multilevel ROM disk based on lossless recording layers can have tens of layers and information capacity of 1TB. The new direction in near-field ODS on the basis of microstrip probes is developed. It is found that illumination-collection mode of near–field method with microstrip probe and the registration layer with large dissipative losses will give the strongest gain in the optical efficiency and large reduction of cross–talk signal. It is proved that the proposed methods will allow writing more than 2 Tbytes of information on one disc. The theoretical aspects of speckle in the laser projectors were worked out. The new speckle reduction methods are developed. The laser pico-projector prototype with speckle contrast of 5% in white light has been elaborated.
Диссертация на соискание ученой степени доктор технических наук по специальности 05.13.05. – Компьютерные системы и компоненты. – Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт», Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины. – г. Киев, 2012. В диссертации разработаны физические и технические принципы сверхплотной оптической записи информации (ОЗИ) – оптической записи информации с плотностью нанесения информационной структуры значительно превышающей ее достижимые значения в дифракционно-ограниченных оптических системах. Рассмотрены три направления развития сверхплотной оптической записи: 1) твердотельно-иммерсионная; 2) многослойная; 3) ближнеполевая. На основе анализа особенностей каждого из трех методов разработаны принципы и технические конструкции, позволяющие достичь максимальных параметров оптической записи. Разработаны математические методы расчета распространения электромагнитной энергии в оптической системе твердотельно-иммерсионного ОЗИ и взаимодействия пучка света с регистрирующим слоем. Доказано, что в фокусной плоскости существует вторичный максимум интенсивности электромагнитного поля, кольцеобразной формы, в котором электромагнитная энергия распространяется в обратном направлении, что приводит к уменьшению оптической эффективности и увеличению перекрестных наводок от соседних питов. Предложена конструкция иммерсионной линзы с диафрагмой на плоском дне полусферической линзы с субволновой апертурой, на которую фокусируется световое излучение. Теоретически обосновано, что предложенная конструкция существенно (до 100%) увеличивает оптическую эффективность оптической системы и уменьшает перекрестные наводки. Исследован новый твердотельное–иммерсионный метод в котором полусферическая линза заменена на адиабатически суживающий диэлектрический волновод. Теоретически обосновано оптическая эффективность и малые перекрестные помехи предложенного метода. Разработанный метод позволяет записывать больше 200 Гбайт информации на один оптический диск и оптическую часть конструкции дисковода можно производить методами интегральной оптики. В многослойном методе ОЗИ сформированы общие принципы построения структуры многослойного ROM диска, разработаны математические методы синтеза структуры диска и анализа его параметров. Разработанные методы позволили получить инженерные формулы для расчета параметров сигнала и структуры диска. Доказано, что диссипативные потери являются тем параметром, который определяет максимальное количество регистрирующих слоев. Теоретически обосновано, что бездиссипативные оптические материалы с большим коэффициентом преломления являются наиболее перспективными в качестве регистрирующего слоя для многослойного носителя информации формата «только для считывания» и позволяют производить запись на несколько десятков информационных слоев на одном оптическом диске. Предложено использовать окись титана TiO2 в качестве материала регистрирующих слоев многослойного носителя и многослойного носителя информации долговременного хранения и обосновано, что оптический диск на основе окиси титана позволяет записывать до 1 Тбайт информации на один диск. В ближнеполевом методе предложено новое направление, которое отличается тем, что использует микрополосковый зонд для фокусировки электромагнитной энергии в световое пятно диаметром в несколько нанометров. Разработано техническую реализацию предложенного направления и обосновано, что предложенные технические решения имеют неоспоримые преимущества перед существующими методами ближнеполевого ОЗИ по оптической эффективности и величине ближнеполевого взаимодействия. Показано, что максимальный уровень взаимодействия зонда с оптическим диском в ближнеполевом ОЗИ на основе микрополоскового зонда возрастает при увеличении диссипативных потерь регистрирующего слоя. Обосновано, что осветительно-собирательный режим микрополоскового зонда и регистрирующий слой с большими диссипативными потерями дают многократный выигрыш по оптической эффективности и значительное уменьшение перекрестного сигнала. Исследованы условия эффективного возбуждения фундаментальной моды микрополоскового зонда и оптимальной передачи энергии к апертуре зонда. Теоретически разработан ближнеполевой метод ОЗИ на основе микрополоскового зонда с металлическим выступом. Доказано, что модифицированный микрополосковый зонд позволяет получить равномерно освещенное световое пятно с диаметром в несколько наномет ров. Теоретически обосновано, что техническая реализация предложенного метода позволят получать более 2 Тбайт информации на один диск. Проведен анализ интерференционных эффектов возникающих при считыва нии и воспроизведении информации сканирующим когерентным лучом. Разрабо тана теория спекловых шумов в устройствах, воспроизводящих информацию сканирующим лазерным лучом, такими как лазерные проекторы и сканеры. Исследованы зависимости контраста спеклов лазерных проекторов и сканеров от особенностей их оптической системы и свойств лазерного пучка. Теоретически обосновано, что контраст спеклов в этих системах не зависит от аберраций и дефокусировки объектива. Разработано несколько оригинальных и эффективных методов понижения спекловых шумов основанных на использовании сканирования лазерного луча вдоль экрана, декореляции нескольких лазерных пучков света и вращения поляризации лазерного света. Разработанные методы снижения спекловых шумов позволяют понизить контраст спеклов до 5% в белом цвете для лазерных минипроекторов. Разработана математическая модель спекловой твердотельно-иммерсионной линзы и проанализирована возможность ее применения в оптической записи информации. Ключевые слова: сверхплотная оптическая запись, твердотельная иммерсия, много слойная оптическая запись, ближнеполевая оптическая запись, микрополосковый зонд, интерференция, спеклы.
Thesis for a Doctor of technical sciences degree in specialty 05.13.05 – Computer Systems and Components. – National Technical University of Ukraine “Kyiv Polytechnic Institute”, Ministry of Education and Science, Youth and Sports of Ukraine. – Kyiv, 2012. The dissertation reports the physical and technical foundations of high-density optical data storage (ODS). Three method of optical data storage are considered: 1) solid immersion; 2) multilayer data carrier; 3) near–field. The new direction in solid-immersion ODS is developed, characterized in that it uses tapered dielectric waveguide instead of hemispherical lens, open end of which forms a subwavelength aperture. Waveguide structure of a disk drive simplifies the design and decreases a crosstalk signal. In addition, it can be produced by the integrated optics technology. The method for analysis and modeling of multilevel ODS is developed. It is found that dissipative losses of recording layers have a critical influence on the number of recording layers and that multilevel ROM disk based on lossless recording layers can have tens of layers and information capacity of 1TB. The new direction in near-field ODS on the basis of microstrip probes is developed. It is found that illumination-collection mode of near–field method with microstrip probe and the registration layer with large dissipative losses will give the strongest gain in the optical efficiency and large reduction of cross–talk signal. It is proved that the proposed methods will allow writing more than 2 Tbytes of information on one disc. The theoretical aspects of speckle in the laser projectors were worked out. The new speckle reduction methods are developed. The laser pico-projector prototype with speckle contrast of 5% in white light has been elaborated.