[發明專利]雙光子雙光束超分辨光存儲材料讀寫裝置和讀寫方法

有效

• 申請號: 201810311116.5
• 申請日: 2018-04-09
• 公開（公告）號: CN108877844B
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發明（設計）人: 劉鐵誠;阮昊
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: G11B7/1365
• 分類號: G11B7/1365;G11B20/10;G11B27/26
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

1.一種雙光子雙光束超分辨光存儲材料讀寫裝置，其特征在于包括光路和計算機(36)，所述的光路由記錄光路、讀出光路和熒光收集光路組成：

所述的記錄光路包括波長可調脈沖激光器(1)，該脈沖激光器(1)輸出的激光經第一光纖耦合器(2)、第一翻轉鏡架(3)輸出脈沖光，該脈沖光經第二翻轉鏡架(7)、第一聲光調制器(8)、第一擴束透鏡組(9)后作為中心誘導光；第一連續激光器(10)輸出的激光經第二光纖耦合器(11)、第二聲光調制器(12)、第二擴束透鏡組(13)、第一渦旋相位片(14)、第一反射鏡(15)、第一偏振分光棱鏡(16)、第一1/4波片(17)后作為第一外圍抑制光，該第一外圍抑制光通過第一二向色鏡(18)與所述的中心誘導光合束形成記錄光束，該記錄光束經第二二向色鏡(27)、第三二向色鏡(28)、1/2波片(29)、第三1/4波片(30)和物鏡(31)后照射位于納米位移臺(32)上的光存儲材料薄膜,該光存儲材料薄膜為光致變色材料薄膜，以下簡稱為樣品；記錄光路中包括淬滅熒光光路，所述光路包括波長可調脈沖激光器(1)，該脈沖激光器(1)輸出的激光經所述的第一光纖耦合器(2)、翻轉鏡架(3)、第二反射鏡(4)、倍頻晶體(5)后輸出倍頻脈沖激光，該脈沖激光通過第三反射鏡(6)、翻轉鏡架(7)、第一聲光調制器(8)、第一擴束透鏡組(9)后作為淬滅光，該淬滅激光經第一二向色鏡(18)、第二二向色鏡(27)、第三二向色鏡(28)、1/2波片(29)、第三1/4波片(30)、物鏡(31)后照射位于納米位移臺(32)上的光存儲材料薄膜，將熒光信息淬滅；

所述的讀出光路包括第一連續激光器(10)，該激光器(10)輸出的激光經所述的第二光纖耦合器(11)、第二聲光調制器(12)、第二擴束透鏡組(13)，并通過計算機移除第一渦旋相位片(14)，經過第一反射鏡(15)、第一偏振分光棱鏡(16)、第一1/4波片(17)、第一二向色鏡(18)作為中心讀出光；第二連續激光器(19)輸出的激光經第三光纖耦合器(20)、第三聲光調制器(21)、第三擴束透鏡組(22)、第二渦旋相位片(23)、第四反射鏡(24)、第二偏振分光棱鏡(25)、第二1/4波片(26)后作為第二外圍抑制光，該第二外圍抑制光經第二二向色鏡(27)與所述的中心讀出光合束形成讀出光束，該讀出光束經第三二向色鏡(28)、1/2波片(29)、第三1/4波片(30)和物鏡(31)后照射位于納米位移臺(32)上的樣品；

熒光收集光路為：納米位移臺(32)上的樣品產生的熒光經所述的物鏡(31)、第三1/4波片(30)、1/2波片(29)、第三二向色鏡(28)、聚焦透鏡(33)、光纖(34)，輸入單光子計數器(35)；

所述的第一擴束透鏡組(9)、第二擴束透鏡組(13)、第三擴束透鏡組(22)是由一對正負透鏡組成對光束進行擴束；

所述的計算機(36)與所述的納米位移臺(32)、第一聲光調制器(8)、第二聲光調制器(12)、第三聲光調制器(21)、第一渦旋相位片(14)、第二渦旋相位片(23)的控制端相連，所述的單光子計數器(35)的輸出端與所述的計算機(36)的輸入端相連。

2.根據權利要求1所述的雙光子雙光束超分辨光存儲材料讀寫裝置，其特征在于所述的光致變色材料薄膜，包括二芳基乙烯衍生物薄膜、俘精酸酐衍生物薄膜、偶氮類衍生物薄膜或螺吡喃材料薄膜。

3.利用權利要求1所述的雙光子雙光束超分辨光存儲材料讀寫裝置的讀寫方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

記錄步驟：

1)對二芳基乙烯衍生物薄膜進行預處理，保證薄膜單體均為暗態，即為不可記錄狀態；

2)將所述的樣品置于所述的納米位移臺(32)上，在計算機(36)的控制下，所述的納米位移臺(32)將所述的樣品移位，使所述樣品的第1記錄點位于所述物鏡(30)的焦點位置方向，并令i＝1；

3)計算機判斷：若第i記錄點不需要記錄，則進入步驟5)，需要記錄則進入下一步；

4)所述的計算機(36)控制開啟第二聲光調制器(12)，使所述的第一連續激光器(10)輸出的激光通過記錄光路，將樣品的記錄平面的第i記錄點區域渦旋光中心d/2范圍外的暗態保持，同時開啟第一聲光調制器(8)，使所述的脈沖激光器(1)輸出的激光經第一光纖耦合器(2)輸出脈沖光，該脈沖光經第一翻轉鏡架(3)、第二翻轉鏡架(7)、第一聲光調制器(8)、第一擴束透鏡組(9)后形成中心誘導光并經記錄光路將第i記錄點區域渦旋光中心d/2范圍內的暗態轉為亮態，而外圍通過光抑制的方式始終保持暗態；待中心d/2范圍內的暗態全部轉為亮態后，所述的計算機(36)控制關閉第二聲光調制器(12)，同時手動打開第一翻轉鏡架(3)、第二翻轉鏡架(7)，手動調整脈沖激光器(1)波長，經第一光纖耦合器(2)、翻轉鏡架(3)、第二反射鏡(4)、倍頻晶體(5)產生倍頻脈沖激光，該倍頻脈沖激光通過第三反射鏡(6)、第二翻轉鏡架(7)、第一聲光調制器(8)、第一擴束透鏡組(9)后形成淬滅光，該淬滅光經過記錄光路將第i記錄點區域渦旋光中心d/2范圍內的亮態轉為淬滅態；

5)所述的計算機(36)關閉所述的第一聲光調制器(8)、第二聲光調制器(12)，并控制納米位移臺(32)將所述樣品移動至i＝i+1記錄點，并返回步驟3)，當記錄面的所有記錄點全部掃描完，即進入下一步；

6)完成記錄，結束；

讀出步驟：

1)對二芳基乙烯衍生物薄膜進行預處理，將除淬滅態之外的暗態全部轉為亮態，即可讀出熒光態；

2)將樣品安置在所述的納米位移臺(32)上，在所述的計算機(36)的控制下，所述的納米位移臺(32)將所述的樣品移位，使所述樣品的第1記錄點位于所述物鏡(31)的焦點位置方向，并令i＝1；

3)所述的計算機(36)開啟第三聲光調制器(21),所述的第二連續激光器(19)輸出的激光經第三光纖耦合器(20)、第三聲光調制器(21)、第三擴束透鏡組(22)、第二渦旋相位片(23)、第四反射鏡(24)、第二偏振分光棱鏡(25)、第二1/4波片(26)后作為第二外圍抑制光，經讀出光路對記錄點i掃描；所述的計算機(36)開啟第二聲光調制器(12)，所述的第一連續激光器(10)輸出的激光經第二光纖耦合器(11)、第二聲光調制器(12)、第二擴束透鏡組(13)，并通過計算機移除第一渦旋相位片(14)，通過第一反射鏡(15)、第一偏振分光棱鏡(16)、第一1/4波片(17)、第一二向色鏡(18)后作為中心讀出光經讀出光路同時照射所述的記錄點i，記錄點i產生的熒光經所述的熒光收集光路輸入所述的單光子計數器(35)計數，若輸出為亮點，則說明沒有記錄信息，若輸出為暗點，則說明有記錄信息，該單光子計數器(35)將信息輸入所述的計算機(36)，完成記錄點i的讀出；

4)在所述的計算機(36)的控制下，所述的納米位移臺(32)將所述的樣品移位到下一個記錄點，并令i＝i+1，返回步驟3)；當樣品的所有的記錄點全部讀出后，進入下一步；

5)完成讀出，所述的計算機(36)根據所述的單光子計數器(35)實時采集的信息經過圖像處理后，產生記錄信息圖像。