光学存储原理及应用-中国存储

大家都知道光盘技术分为写一次和可擦除两种。写 一次光存储通常称为写一次读多次（WORM） 存储，用的光盘是由夹在两层塑料保护膜之间的 碲合金吸收层构成，由激光在光盘的吸收层上烧 孔写入信息。WORM 可用于档案存储等永久性 的存储。对于可擦除存储，最重要的是磁光盘， 它将磁存储的可擦除性和光存储的相对永久性结 合起来。磁光系统将强激光束聚焦在涂以如 TbFeCo 或者FeTbGd 的铁磁合金的光盘层，是 局部加热到居里温度，这是铁磁材料成为顺磁性 的，它的内部磁极可由外部磁场确定。在读头上 安装小的磁场线圈产生外场，由来回改变外磁场 极性确定每一数据。当激光功率撤去材料冷却到 居里点以下时，数据就永久地存储在光盘上。
• 由于只读型光盘是生产厂家制造，为了大量复 制，所以需要制作母盘。为此将存储信息以表 面坑点形式转录在母盘上。母盘是一块平整的 圆形玻璃衬底，厚约0.5cm，涂有约12um厚的 光敏材料膜层。用一束待录信息调制光强并聚 焦的激光束照射光敏膜层时，曝光的地方被吸 收，局部地改变了光敏薄膜的性能。然后用化 学溶液处理光敏膜，曝过光的光敏膜被溶解， 从而显示出凹凸结构。
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我们的切入点
CD-R光盘记录原理
保护层 反射层 记录层
盘 基
激光烧 蚀形成 的凹坑
780nm 激光器
当用强激光束照射薄膜时，一个人射功率为5mW、100ns 的聚焦光脉冲可使薄膜温度上升到 1000K。
用激光可实现高密度存储的原因是由于空间相干 性好的激光可被聚焦到其尺寸仅由波长衍射极限 所决定的微小光斑，用这种高密度能量可在金属 薄膜和有机薄膜上开成0.6 μm 左右的小孔，并进 行数字写入（数字脉冲码为“1”时，开孔；“0” 时不开孔）。现在一般是在玻璃或者时塑料圆盘 上涂以铝层。小孔通常称为穴，穴与穴之间相隔 约1.6 μ m 穴的连线呈自盘中心向外的螺旋形，穴 嵌在平顶的螺旋型脊中，脊与脊之间由宽约1.6 μ m 的槽隔开.
光学存储原理及应用
按存储介质分

半导体存储器、磁表面存储器、光存储器
1. 存储容量大；一张CD-R的容量为700M，相当于450张软盘。
在刻录信息时可分多次直至刻满整张光盘。
2. 稳定性与数据保存性好，坚固耐用；
3. 保存时间长；
光盘信息的读取采用非接触式激光扫描，多次读取不 会象磁盘、磁带那样磨损盘面，且数据信息为物理性存 储，不受电磁场、光照、气温、湿度等的影响、此外， 由于盘面上有保护层，密封性好，不受尘土、手印等的 损害。
可重写型光盘
• 可重写入型指光盘片可无限次的重复写入， 将旧数据洗掉，重新写上新数据
– 磁光盘 CD-MO(Magneto-Optical) – 相变盘 PD(Phase-change Dual) – CD-RW(Rewritable)
CD-R光盘结构
CD-R光盘的 结构
保护层 反射层 记录层 盘 基
三、光盘的结构 光盘由三层构成：即盘基、记录层、防护层。 盘基由有机玻璃、聚酯树酯等材料制作。记 录层是光盘的核心，由碲合金或碲与氧化碲混 合记录薄膜等材料组成（光敏膜可以是低熔点的薄金 属或半金属，也可以是有机物质敏感膜． ）。防护层由 塑料、有机玻璃等材料构成，用以保护盘面上 信息。
可写一次型光盘
•激光的光源可放置在距离磁盘表面约1mm的地 方，它不用直接放置在盘上，接近盘的表面， 而硬磁盘必须这样。这样就减少了磨擦，增加 了相关组件的寿命。
随着计算机硬件技术高速发展，传统以纸，磁为介质记录 方式遇到了前所未有的挑战，光存储已成为主流。 以CD-R光盘为代表光存储产品在短短时间开辟广阔市场。
二、光盘的种类
光盘按功能可分为三类：
• 只读式光盘（Compact Disc-Read Only Memory, CD-ROM） • 写读光盘（Write Once Read Memory，WORM） • 可擦写光盘（Optical Random Access Memory, ORAM）
只读式光盘是第一代光盘，信息一旦录入，用 户无法改变盘片上的内容，也无法录入自己的信息。 这种光盘目前技术上最成熟，应用也最广泛。 写读光盘是第二代光盘，不仅可以读出已录入的 信息，而且可在空白的盘片空间追加录入新的信息， 但与只读光盘一样，信息一旦录入，则不能改变。 可擦写光盘是第三代光盘，同磁盘一样，可以删 除、改写已录入的信息，也可以在盘片空间允许的 情况下录入新的信息。 光盘----光盘驱动器
4. 结构小巧，性能价格比高。
5.刻录后的光盘能在CD机、VCD机、CD-ROM、DVR等播
放机上播放和检索。
与软盘与以及其他的辅助存储介质相比，整个光 盘信息存储在一个轨道上，因此存储的信息方便 地以一个连续的数据速率回放，这有利于音频数 据，因为它们是连续的数据流。
•磁性是随着时间而减少，以磁带为例，串音现 象时有发生，而这些在光盘上是不可能发生的。 因此，这种介质非常适用于长期存储，只有原 材料的分解或改变才会导致不可修复的损坏。 据我们所知，这种情况不会发生。
光盘存储技术研究始于60年代，真正获得发展 在70年代。 1972年用聚焦的氢离子激光束在记录介质上烧 蚀微孔的方法录制电视节目，用氢－氖激光扫描信 息轨道，按反射强度的变化再现已录的信息。 1978年激光电视唱片正式在市场出售。 1982年出现了记录带有声音的静止图象的光 盘． 1984年日本研制出可反复擦写的光盘。目前， 借助于各种软、硬件，光盘已可以达到数据、图象、 声音的综合处理。
全球CD-R生产线近千条，我国已投产和在建的CD-R光盘生
产线数百条，全球存储材料需求价值每年可达数十亿 元。 目前存储材料提供商主要来自国外少数厂家，其价格一直 高居不下。
光盘：即高密度光盘(Compact Disc)是近代发 展起来不同于磁性载体的光学存储介质，用 聚焦的氢离子激光束处理记录介质的方法存 储和再生信息，又称激光光盘。
• CD-R 利用激光在CD-R有机染料记录面直接加热 而烧出坑(Pit)或是使有机染料曾发生化学性退化 (Degrade)，总之就改变有机染料记录面对光的反
射率。 • 当光驱较低功率的激光读到坑 (Pit) 和原来的表 面不同的反射率，被烧出坑 (Pit) 的地方它会吸 收部分的激光，而原来的表面不吸收而反射激 光，光驱将不同的反射结果转换成对应的数据