单光束超分辨光学数据存储装置及方法与流程

本发明涉及光学数据存储，尤其涉及单光束超分辨光学数据存储装置。

背景技术：

1、受激发射损耗(stimulated emission depletion，sted)显微镜技术基本原理是采用两束激光同时照射样品，其中一束激光用来激发荧光分子，使物镜焦点艾里斑范围内的荧光分子处于激发态；同时，用另外一束中心光强为零的环形损耗激光与之叠加，使物镜焦点艾里斑边沿区域处于激发态的荧光分子通过受激辐射损耗过程返回基态而不自发辐射荧光，因此只有中心区域的荧光分子可自发辐射荧光，从而获得超衍射极限的荧光发光点。

2、sted和超分辨光诱导抑制纳米光刻(super resolution photoinduction-inhibition nanolithography，spin)技术在内的超分辨技术的发明，使光学成像和光学数据存储(operational data store，ods)领域发生了革命性的变化，突破了阿贝衍射极限。在超分辨技术中，sted和spin通过两束激光的开关控制降低有效点扩展函数(psf)来提高分辨率，使三维光学成像、内窥镜、光刻和光学数据存储等与点扫描相关的应用发生了革命性的变化。然而，这两种光束成像方法需要脉冲激光或高功率连续激光的高功率电平来进行关断(抑制)过程，从而导致光数据存储材料的光损伤和光漂白。此外，在类sted显微镜中使用两束不同的激光需要特殊的滤光片、相位板、二色镜、激光和色差校正，使得系统变得复杂。

技术实现思路

1、针对现有成像方法需要脉冲激光或高功率连续激光的高功率电平来进行关断导致光数据存储材料的光损伤和光漂白的问题，现提供一种旨在可避免光数据存储材料的光损伤和光漂白且同时激发和抑制的单光束超分辨光学数据存储装置及方法。

2、本发明提供了一种单光束超分辨光学数据存储装置，包括：

3、接收单元，用于接收读指令和写指令；

4、连续波激光器，用于根据读指令、写指令发射连续波激光光束，并入射至时间波前复用器；

5、时间波前复用器，用于将入射的连续波激光光束调制成激励光脉冲及抑制光脉冲，激励光脉冲抑制光脉冲依次切换入射至读写装置；

6、读写装置，利用时间波前复用器将连续波激光光束调制成激励光脉冲及抑制光脉冲，用于当写时，利用短时间的激励光脉冲及长时间的抑制光脉冲依次切换入射形成写光斑，对光学数据存储单元进行光刻，实现写操作；当读时，利用短时间的激励光脉冲及长时间的抑制光脉冲依次切换入射形成读光斑，对光学数据存储单元进行扫描，读取光学数据存储单元中的数据，实现读操作；

7、光学数据存储单元由具有三重态性能的材料构成。

8、优选的，所述激励光脉冲为高斯分布的脉冲。

9、优选的，所述抑制光脉冲为甜甜圈分布的脉冲。

10、优选的，所述时间波前复用器包括声光调制器、偏振器、电光调制器、第一偏振分束器、第二偏振分束器、第一反射镜、螺旋相位板和第二反射镜；

11、连续波激光器发射激光光束的传输方向上依次设置有声光调制器、偏振器、电光调制器、第一偏振分束器，第一偏振分束器分出的一束光入射至第一反射镜，第一反射镜反射的光入射至螺旋相位板，螺旋相位板出射的光入射至第二反射镜，第二反射镜反射的光入射至第二偏振分束器，第二偏振分束器分出的一束光为激励光脉冲或抑制光脉冲。

12、优选的，所述时间波前复用器还包括函数发生器，用于驱动声光调制器和电光调制器。

13、优选的，所述读写装置包括第三反射镜、光电探测器、1/4波片和成像物镜；

14、所述第二偏振分束器分出的激励光脉冲和抑制光脉冲依次经第三反射镜透射、1/4波片入射至成像物镜；

15、所述光学数据存储单元出射的光经成像物镜和1/4波片入射至第三反射镜，再经第三反射镜反射后入射至光电探测器。

16、优选的，所述光电探测器为单光子雪崩二极管。

17、本发明还提供一种单光束超分辨光学数据存储方法，包括：

18、接收写指令，将需要写的数据转换为光信号，利用连续波激光器发射连续波激光光束，利用时间波前复用器将连续波激光光束调制成激励光脉冲及抑制光脉冲，利用短时间的激励光脉冲及长时间的抑制光脉冲依次切换入射形成写光斑，对光学数据存储单元进行光刻，实现写操作；

19、接收读指令，利用连续波激光器发射连续波激光光束，利用时间波前复用器将连续波激光光束调制成激励光脉冲及抑制光脉冲，利用短时间的激励光脉冲及长时间的抑制光脉冲依次切换入射形成读光斑，对光学数据存储单元进行扫描，实现读取光学数据存储单元的数据，完成读操作；

20、所述光学数据存储单元由具有三重态性能的材料构成。

21、优选的，激励光脉冲及抑制光脉冲的切换周期范围为100hz到1mhz，脉冲长度范围为1ms到1ps，脉冲间隔范围为100ms到10ps。

22、优选的，所述光学数据存储单元通过打开光学数据存储单元和关闭实现激励光脉冲及抑制光脉冲的时间调制。

23、上述技术方案的有益效果：

24、本技术方案中，本发明采用单光束进行光学数据存储，利用时间复用连续波(cw)光束波前和荧光团时间抑制过程的原理，允许点扫描单光束的超分辨率光学数据存储，通过打开和关闭光学数据存储单元，在短时间(激励)和长时间(抑制)之间进行时间调制，同时在激励和抑制之间进行波前调制来实现成像，可避免光数据存储材料的光损伤和光漂白，简化了光学数据存储装置的结构，同时提高了成像超分辨率。

技术特征：

1.单光束超分辨光学数据存储装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的单光束超分辨光学数据存储装置，其特征在于，所述激励光脉冲为高斯分布的脉冲。

3.根据权利要求1所述的单光束超分辨光学数据存储装置，其特征在于，所述抑制光脉冲为甜甜圈分布的脉冲。

4.根据权利要求1所述的单光束超分辨光学数据存储装置，其特征在于，所述时间波前复用器包括声光调制器、偏振器、电光调制器、第一偏振分束器、第二偏振分束器、第一反射镜、螺旋相位板和第二反射镜；

5.根据权利要求4所述的单光束超分辨光学数据存储装置，其特征在于，所述时间波前复用器还包括函数发生器，用于驱动声光调制器和电光调制器。

6.根据权利要求1所述的单光束超分辨光学数据存储装置，其特征在于，所述读写装置包括第三反射镜、光电探测器、1/4波片和成像物镜；

7.根据权利要求6所述的单光束超分辨光学数据存储装置，其特征在于，所述光电探测器为单光子雪崩二极管。

8.单光束超分辨光学数据存储方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的单光束超分辨光学数据存储方法，其特征在于，激励光脉冲及抑制光脉冲的切换周期范围为100hz到1mhz，脉冲长度范围为1ms到1ps，脉冲间隔范围为100ms到10ps。

10.根据权利要求8所述的单光束超分辨光学数据存储方法，其特征在于，所述光学数据存储单元通过打开光学数据存储单元和关闭实现激励光脉冲及抑制光脉冲的时间调制。

技术总结
本发明公开了单光束超分辨光学数据存储装置及方法，属于光学数据存储技术领域。本发明采用单光束进行光学数据存储，利用时间复用连续波光束波前和荧光团时间抑制过程的原理，允许点扫描单光束的超分辨率光学数据存储，通过打开和关闭光学数据存储单元，在短时间和长时间之间进行时间调制，同时在激励和抑制之间进行波前调制来实现成像，可避免光数据存储材料的光损伤和光漂白，同时提高了成像超分辨率。

技术研发人员：张启明,高乐,栾海涛,顾敏
受保护的技术使用者：张启明
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16