固態浸沒式透鏡(Solid Immersion Lens , SIL)與傳統光學儲存方式的不同,
是在於利用包含物鏡及固態浸沒透鏡之物鏡組(圖 2.2),縮小光碟上記錄光點,
由於光線聚焦於固態浸沒透鏡圓心,使其有效波長縮短n 倍(n 為固態浸沒透鏡折 射係數),相當於有效的 NA 值提高 n 倍,透鏡的數值孔徑變大,因此光點大小可
以縮小n 倍。而此時固態浸沒透鏡和碟片間的距離需遠小於入射波長的範圍內
(100nm),才能使消散波(evanescent wave)有效耦合進入碟片,達到光點縮小的效應。
圖 2.2 固態浸沒式透鏡儲存方式
而另一種形式的固態浸沒式透鏡,叫做超半球固態浸沒式透鏡
(superhemispherical SIL,SSIL),超半球固態浸沒式透鏡的中心放置在與原本的 聚焦平面為固態浸沒式透鏡的地方(圖 2.3),且此物體之中心與平面之距離為曲 率半徑與折射率之比值r/n,由於光除了波長減少的因數外,還有因為光過介面時 還會再折一次 ( Snell’s law),因此透鏡之 NA 將變為 n2sinθ,則光點可以縮小 n2 倍。
圖 2.3 SIL 與 SSIL 的原理
(資料來源:蔡定平,1998)
2.2.2 微奈米孔
在光學儲存的改進上,另一種方式是在碟片上放置一微奈米孔(圖 2.4),當 入射光經由透鏡聚焦在微奈米孔上,光記錄點的大小就由孔的大小所決定,但此 方面雖然能很容易的把紀錄點縮小到奈米尺寸,但有幾點限制,一是孔的直徑要 比入射波長小,二是碟片與微奈米孔的間距也要比入射波長小,如此才能縮小紀 錄點到達奈米等級,但此方有一缺點,就是當微奈米孔急遽縮小時,光的輸出率 也會急遽下降(圖 2.5),使得兩者間有矛盾現象的產生。
圖 2.4 微奈米孔儲存方式
(資料來源: Lin,1999)
圖 2.5 奈米孔與光穿透率關係圖
(資料來源: Alan Kost and Nick Ericson)
2.2.3 整合固態浸沒式透鏡與微奈米孔
運用固態浸沒式透鏡與微孔皆能縮小光點的大小(圖 2.6),以用來提昇光學 儲存密度,但兩者都有其缺點,以微孔而言,當輸入光源的波長小於微孔直徑,
其輸出光的效率會急遽下滑,而固態浸沒式透鏡的解析度沒微孔方式高,因此把 兩者整合,就有機會得到兩者的優點,互補的作用產生,如圖 2.7 中所示,單純
只是固態浸沒透鏡的光點大小為4μm 左右,但整合兩者的光點大小為 2μm 左 右,縮小了一倍,至於在光穿透率上,有加上固態浸沒透鏡的微孔之穿透率,比 單純微孔的穿透率大上一倍左右,因此整合固態浸沒式透鏡與微奈米孔的方式,
不但降低光點的大小到奈米等級,且光輸出率比只有單一微奈米孔強,能得到原 先兩者的優點。
圖 2.6 整合固態浸沒透鏡與微奈米孔
圖 2.7 整合兩者的光密度分佈比較圖
圖 2.8 整合兩者的光穿透率比較圖
(資料來源: Crozier 等人,2002)