Устройство для многослойной оптической записи и воспроизведения информации

 

Изобретение относится к оптической записи и может быть использовано для скоростной записи, воспроизведения и хранения больших объемов информации. В устройстве реализовано фазоразностное представление информации в интерференционной решетке-пите и быстродействующая развертка световых пучков. Для этого выход фазоразностного модулятора присоединен к электрическому входу акустооптического модулятора и установлен акустооптический сканер. Сканер содержит дефлектор сопровождения и дефлектор "бегущей линзы". Электрические входы дефлекторов соединены с выходами генераторов с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ). Запуск генераторов производится через элементы задержки запускающих импульсов. Для оптико-электронного слежения за треком данных цепь управления ЛЧМ-генератора сопровождения соединена с выходом блока сдвига частоты, а задержка запуска ЛЧМ-генератора "бегущей линзы" выполнена управляемой. Входы управления этой задержкой и блоком сдвига частоты объединены. Режим сопровождения "бегущей линзы" позволяет реализовать высокую скорость записи-воспроизведения, оптическую эффективность и равномерность растра. 3 ил.

Изобретение относится к области информационной и вычислительной техники и может быть использовано для скоростной записи, воспроизведения и хранения больших объемов информации.

Известно устройство для многослойной оптической записи и считывания информации [1], содержащее источник света, оптически связанный с фотоприемником через последовательно расположенные и оптически связанные электромеханическую систему слежения за дорожкой (треком) данных, вращающийся сканер и объемную многослойную светочувствительную регистрирующую среду.

Недостаточными характеристиками такого устройства являются недостаточная скорость записи/воспроизведения информации, ограниченная быстродействием механического сканера и электромеханических систем слежения за дорожкой, а также недостаточная разрешающая способность по глубине материала (125 мкм), что при заданной толщине среды уменьшает емкость памяти.

Известно также устройство, реализующее способ многослойной оптической записи и воспроизведения информации [2]. Устройство содержит лазер, оптически связанный через последовательно расположенные и оптически связанные акустооптический модулятор и объемную (однородную или многослойную) светочувствительную регистрирующую среду.

Акустооптический модулятор позволяет улучшить разрешающую способность по глубине светочувствительной среды до 10 мкм благодаря двухпучковой объемной локализации интерференционной структуры пита.

Недостаточной характеристикой такого устройства является не достаточная скорость записи/воспроизведения информации, которая ограничена линейной скоростью механического перемещения светочувствительной среды.

Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков является устройство для многослойной оптической записи и считывания информации [3] , содержащее источник света, оптически связанный с фотоприемником через последовательно расположенные и оптически связанные акустооптический модулятор и объемную регистрирующую среду; генератор ВЧ-напряжения, соединенный с электрическим входом акустооптического модулятора, а также через блок фазоразностной модуляции - с источником света; блок анализа считанного сигнала, соединенный с выходом фотоприемника.

Наличие блока фазоразностной модуляции позволяет записывать в одном пите несколько (2-3) разряда двоичных данных, что позволяет увеличить во столько же раз скорость и плотность записи информации.

Однако данное устройство принципиально не позволяет существенно (на порядок и более) повысить скорость записи/воспроизведения информации.

Целью настоящего изобретения является радикальное повышение скорости многослойной оптической записи и воспроизведения информации путем введения скоростной развертки светового луча и быстродействующего оптико-электронного слежения за дорожкой (треком) данных с помощью акустооптических дефлектора "бегущей линзы" и дефлектора сопровождения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для многослойной оптической записи и воспроизведения информации, содержащем источник света, оптически связанный с фотоприемником через последовательно расположенные и оптически связанные акустооптический модулятор и объемную регистрирующую среду; генератор ВЧ-напряжения, соединенный с электрическим входом акустооптического модулятора, блок анализа считанного сигнала, соединенный с выходом фотоприемника; установлены между акустооптическим модулятором и регистрирующей средой оптически связанные дефлектор сопровождения и дефлектор "бегущей линзы", причем дефлекторы расположены последовательно (друг за другом) и оптически связаны, соответственно, с акустооптическим модулятором и регистрирующей средой, электрические входы дефлектора сопровождения и дефлектора "бегущей линзы" подключены к выходам соответственно, первого и второго генераторов напряжения с линейной частотной модуляцией; выход генератора ВЧ-напряжения соединен со входом делителя частоты и через блок фазоразностной модуляции - с электрическим входом акустооптического модулятора; выход делителя частоты подключен через элемент задержки и блок сдвига частоты - ко входу управления первого генератора напряжения с линейной частотной модуляцией, через второй элемент задержки - ко входу запуска второго генератора напряжения с линейной частотной модуляцией, через ключ - ко входу управления блока фазоразностной модуляции и далее через третий элемент задержки - к источнику света; второй элемент задержки выполнен с управляемой задержкой, а входы управления этой задержкой и блоком сдвига частоты объединены.

Новые предложенные признаки: между акустооптическим модулятором и регистрирующей средой установлены оптически связанные дефлектор сопровождения и дефлектор "бегущей линзы", причем дефлекторы расположены последовательно (друг за другом) и оптически связаны, соответственно, с акустооптическим модулятором и регистрирующей средой. Электрические входы дефлектора сопровождения и дефлектора "бегущей линзы" подключены к выходам, соответственно, первого и второго генераторов напряжения с линейной частотной модуляцией. Выход генератора ВЧ-напряжения соединен со входом делителя частоты и через блок фазоразностной модуляции - с электрическим входом акустооптического модулятора. Выход делителя частоты подключен через элемент задержки и блок сдвига частоты - ко входу управления первого генератора напряжения с линейной частотной модуляцией, через второй элемент задержки - ко входу запуска второго генератора напряжения с линейной частотной модуляцией, через ключ - ко входу управления блока фазоразностной модуляции и далее через третий элемент задержки - к источнику света. Второй элемент задержки выполнен с переменной задержкой, а входы управления этой задержкой и блоком сдвига частоты объединены.

Предложенное решение иллюстрируется следующим графическим материалом.

Фиг. 1 - функциональная схема устройства.

Фиг. 2 - структура фрагмента радиально-ориентированной строки.

Фиг. 3, а, б, в, г, д, е - функциональная схема сканера.

Фиг. 3, а - принцип действия сканера на основе бегущей дифракционной линзы с сопровождением.

Фиг. 3, б - крайние положения акустического цуга в апертуре дефлектора "бегущей линзы" при сканировании растра с 1-ой по 134-ю позиции.

Фиг. 3, в - начальное положение акустических цугов при сдвиге начала растра (строки) с первой на семнадцатую позицию.

Фиг. 3, г - крайние положения акустического цуга при сканировании растра с 17-ой по 150-ю позиции.

Фиг. 3, д - начальное положение акустических цугов при сдвиге начала растра с семнадцатой на первую позицию (возвращение в состояние, изображенное на фиг. 3, а).

Фиг. 3, e - крайние положения акустического цуга при санировании растра с 1-ой по 134-ю позиции.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства.

Устройство содержит оптический канал, который образуют последовательно (друг за другом) расположенные и оптически связанные источник света 1, элемент оптической связи (объектив) 2, акустооптический модулятор 3, элемент оптической связи (линзы) 4, акустооптический дефлектор сопровождения 5, элемент оптической связи (линзы) 6, акустооптический дефлектор "бегущей линзы" 7, элемент оптической связи (объектив) 8, светочувствительную регистрирующую среду (носитель информации) 9 и фотоприемник 10.

Выход блока фазоразностной модуляции 11 соединен с электрическим входом акустооптического модулятора, выходы генераторов напряжений с линейной модуляцией частоты 12, 13 соединены с электрическими входами, соответственно, дефлектора сопровождения и дефлектора "бегущей линзы", блок анализа считанного сигнала 14 соединен с фотоприемником. Выход генератора ВЧ-напряжения 15 соединен со входом делителя частоты 18, выход которого подключен: через элемент задержки 19 - к входу запуска блока сдвига частоты 16, через элемент с переменной (управляемой) задержкой 17 - ко входу запуска генератора 13, через ключ 21 и элемент задержки 20 - ко входу запуска источника света.

Входы управления сдвигом частоты блока 16 и величиной задержки элемента 17 объединены и на них подается сигнал "Слежение за дорожкой".

Блок сдвига частоты 16 формирует пилообразное напряжение для управления частотой напряжения генератора 12. Амплитуда (размах) этого напряжения неизменна, а начальное значение изменяется по команде "Слежение за дорожкой". Такой блок может быть выполнен на базе счетчика импульсов, выходы разрядов которого соединены со входами цифроаналогового преобразователя. Количество импульсов, поступающих за время развертки на счетный вход счетчика, фиксировано, однако начальная установка его изменяется в соответствии с кодом команды "Слежение за дорожкой".

Устройство работает следующим образом.

Луч от источника света 1 формируется оптической схемой 2 в виде перетяжки в зоне акустооптического взаимодействия модулятора 3. Полученные в результате дифракции световые пучки совмещаются в адресуемом слое объемной регистрирующей среды 9 и записывается образовавшаяся в зоне пересечения лучей Л1 и Л2 (фиг. 2) интерференционная решетка-пит. С целью увеличения плотности записи размер пита в направлении вектора решетки выбирается минимально допустимым, равным примерно двум периодам решетки; а толщина регистрирующей среды выбирается больше размера решетки-пита по глубине. Вектор решетки перпендикулярен направлению развертки. Развертка (сканирование) питов производится поперек движения регистрирующей среды (в нашем примере, представленном на фиг. 2, - по радиусу диска). На фиг. 2 показана также структура фрагмента одной радиально-ориентированной строки. Рисунок поясняет сущность метода многоуровневого кодирования информации путем использования фазоразностной модуляции [4]. Информационным параметром при фазоразностной модуляции является разность фаз пространственной решетки двух соседних пит. Сдвиг фазы происходит в направлении перпендикулярном развертке, так как показано на фиг. 2.

Запись информации начинается после замыкания ключа 21 и производится путем импульсной подсветки ультразвуковой решетки, движущейся в зоне акустооптического взаимодействия модулятора 3. С приходом тактового импульса на вход блока фазоразностной модуляции 11 происходит изменение фазы напряжения, поступающего на пьезоизлучатель акустооптического модулятора 3. На выходе элемента задержки 20 появляется серия задержанных во времени импульсов запуска источника света 1.

Задержка необходима для компенсации времени пробега звука от пьезопреобразователя до световой апертуры модулятора 3. Величина задержки устанавливается такой, чтобы первый импульс света совпал с моментом заполнения световой апертуры модулятора 3 первым цугом фазомодулированной ультразвуковой волны.

В отличие от прототипа выход блока фазоразиостной модуляции 11 подключен не к источнику света 1, а ко входу модулятора 3. Такое решение является важным для обеспечения высокой скорости развертки, поскольку позволяет устранить неравномерность расстановки питов в строке, снизить уровень межсимвольных помех и увеличить в итоге скорость без снижения плотности записи.

Схема сканера приведена на фиг. 3.

Оптическая схема 4 формирует световой луч в виде перетяжки в зоне акустооптического взаимодействия дефлектора сопровождения 5. На электрический вход дефлектора сопровождения подается напряжение с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ). Апертурное время - время пробега акустической волны через световую апертуру дефлектора - выбирается значительно меньшим длительности развертки. Тогда ЛЧМ-напряжение вызывает изменение угла отклонения дифрагированного луча. Согласующая линза 6 преобразует это угловое перемещение в поступательное движение луча. Скорость поступательного движения выбирается равной скорости звука в дефлекторе "бегущей линзы" 7. При этом в процессе сканирования луч света движется синхронно с "бегущей линзой" (сопровождает ее).

Когда "бегущая линза" достигнет крайнего положения (обозначено на фиг. 3, а пунктиром), частота ЛЧМ-напряжения управления дефлектором сопровождения принимает начальное значение и световой луч быстро переключается в исходное положение, где к этому времени уже сформировалась следующая ЛЧМ-линза. Длительность переключения в начальную точку развертки (время обратного хода) определяется, в основном, значением апертурного времени дефлектора сопровождения. Чем меньше это время, тем выше средняя скорость сканирования. Длительность обратного хода удается уменьшить до 50 - 70 нс, тогда при времени сканирования 1 мкс снижение средней скорости сканирования по сравнению с предельной не превышает 5-7%.

Режим сопровождения "бегущей линзы" позволяет реализовать параметры сканера, близкие к максимально возможным не только по быстродействию, но также и по оптической эффективности и равномерности растра.

Кроме развертки светового луча сканер дополнительно выполняет функцию исполнительного механизма системы слежения за дорожкой. Для этого длительность ЛЧМ-напряжения "бегущей линзы" необходимо выбрать меньше продолжительности одного цикла сканирования. В нашем примере время сканирования равно примерно 1 мкс, а длительность ЛЧМ-напряжения выбрана равной 0,64 мкс.

Величина задержки элемента 19 устанавливается такой, чтобы момент записи первого в строке пита совпал с началом ЛЧМ-цуга ультразвуковой волны в световой апертуре дефлектора сопровождения 5. При этом начальное значение пространственной частоты этой волны должно отслеживать текущее положение "бегущей линзы". Изменение задержки момента запуска "бегущей линзы" и соответствующего ему значения начальной частоты напряжения управления дефлектором сопровождения производится командой "Слежение за дорожкой".

На фиг. 3, б показан условно дефлектор "бегущей линзы" в режиме сканирования растра с 1-й по 134-ю позиции. Для того чтобы переместить начало развертки с первой позиции на семнадцатую, например, нужно уменьшить интервал между ЛЧМ-цугами настолько, чтобы к моменту завершения развертки следующий, уже сдвинутый, ЛЧМ-цуг ультразвука занял начальную, семнадцатую позицию (см. фиг. 3, в). Кроме этого, начальное значение частоты сигнала управления дефлектором сопровождения необходимо изменить так, чтобы после завершения обратного хода, лазерный луч оказался бы в 17-й позиции и совпал со сдвинутым в эту позицию ЛЧМ-цугом "бегущей линзы". Последующая работа сканера со сдвинутой начальной позицией показана на фиг. 3, г. Процесс возвращения растра в исходную несдвинутую позицию происходит так, как условно показано на фиг. 3, д и фиг. 3, е.

При воспроизведении информации ключ 21 размыкается, а источник света переключается в режим непрерывного излучения. Блок фазоразностной модуляции 11 выключается и на модулятор 3 подается немодулированное ВЧ-напряжение от генератора 15.

Работа акустооптического сканера при воспроизведении не отличается от функционирования его в режиме записи. При непрерывном освещении в зоне пересечения лучей Л1 и Л2 (фиг. 2) возникает бегущая интерференционная решетка, которая взаимодействует с записанными решетками-питами и образует на входе фотоприемника 10 промодулированный по интенсивности световой пучок. Фотоприемник преобразует его в модулированное по фазе ВЧ-напряжение, которое демодулируется далее в блоке анализа считанного сигнала 14. Из этого сигнала выделяется также признак начала дорожки, который используется для формирования команды "Слежение за дорожкой".

ЛИТЕРАТУРА 1. Пат. США, N 4219704, G 11 B 21/04, 1980.

2. Авторское свидетельство SU N1769233 G 11 В 7/00, 1992, Бюл. N 38.

3. И. Б. Рудаков, И.Ш. Штейнберг, Ю.А. Щепеткин. Метод многослойной оптической записи информации. Автометрия, 1991, N 3.

4. А. М. Заездный, Ю.Б. Окунев, Л.М. Рахович. Фазоразностная модуляция. "Связь", М., 1967.

Формула изобретения

Устройство для многослойной оптической записи и воспроизведения информации, содержащее источник света, оптически связанный с фотоприемником через последовательно расположенные и оптически связанные акустооптический модулятор и объемную регистрирующую среду, генератор ВЧ-напряжения, соединенный с электрическим входом акустооптического модулятора, блок анализа считанного сигнала, соединенный с выходом фотоприемника, отличающееся тем, что между акустооптическим модулятором и регистрирующей средой установлены оптически связанные дефлектор сопровождения и дефлектор "бегущей линзы", причем дефлекторы расположены последовательно (друг за другом) и оптически связаны соответственно с акустооптическим модулятором и регистрирующей средой, электрические входы дефлектора сопровождения и дефлектора "бегущей линзы" соединены с выходами соответственно первого и второго генераторов напряжения с линейной частотной модуляцией, выход генератора ВЧ-напряжения соединен со входом делителя частоты и через блок фазоразностной модуляции - с электрическим входом акустооптического модулятора, выход делителя частоты подключен: через элемент задержки и блок сдвига частоты - ко входу управления первого генератора напряжения с линейной частотной модуляцией, через второй элемент задержки - ко входу запуска второго генератора напряжения с линейной частотной модуляцией, через ключ - ко входу управления блока фазоразностной модуляции и далее через третий элемент задержки - к источнику света, второй элемент задержки выполнен с управляемой задержкой, а входы управления этой задержкой и блоком сдвига частоты объединены.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3