光電子技術(shù)課件第5存儲(chǔ)器

1、第5章 光存儲(chǔ)器5.1 光存儲(chǔ)器概述5.2 光盤存儲(chǔ)器的工作原理5.3 CD、DVD、藍(lán)光光盤、 可擦重寫型光盤 5.4 超高密度光存儲(chǔ)技術(shù)現(xiàn)代化社會(huì)，各種信息資料文字、圖像、音頻、視頻飛速增長(zhǎng)，每時(shí)每刻產(chǎn)生大量的攝錄資料，在網(wǎng)絡(luò)下載，迫切需要高密度、大容量的存儲(chǔ)介質(zhì)和管理系統(tǒng)。 光存儲(chǔ)技術(shù)凝集了現(xiàn)代光電子技術(shù)的精華，有關(guān)檢測(cè)、調(diào)制、跟蹤、控制等各種光電方法得到了充分的發(fā)揮。 光盤存儲(chǔ)，尤其是可擦重寫型光盤的出現(xiàn)，無疑是給信息處理和存儲(chǔ)帶來了一次新的革命。 5.1 光存儲(chǔ)器概述一、光存儲(chǔ)器的發(fā)展光存儲(chǔ)器是繼磁存儲(chǔ)器之后迅速發(fā)展起來的。由于信息量與日俱增和信息的多媒體化，數(shù)字化后占用巨大的存儲(chǔ)空

2、間，傳統(tǒng)的磁存儲(chǔ)設(shè)備難以滿足這一要求。 光盤存儲(chǔ)技術(shù)是采用磁盤以來最重要的新型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)，它綜合了磁存儲(chǔ)容量大和磁盤的快速隨機(jī)檢索的優(yōu)點(diǎn)，并具有一系列獨(dú)特的優(yōu)良性能。二、光存儲(chǔ)器的特點(diǎn)存儲(chǔ)密度高，可把激光聚焦成直徑約1m的光點(diǎn)進(jìn)行記錄。 非接觸式讀/寫信息。 存儲(chǔ)壽命長(zhǎng)，可達(dá)百年。 信息的信噪比高。光盤多次讀出的音質(zhì)和圖像的清晰度是磁盤無法比擬的。 信息位價(jià)格低。信息位價(jià)格比磁記錄低幾十倍。光盤存儲(chǔ)技術(shù)目前的不足之處： 光頭無論體積還是重量，都比磁頭的大，這影響了光盤的尋址速度，從而影響其數(shù)據(jù)傳輸速度。 光盤的記錄密度高，基本存儲(chǔ)單元每位只占約1m2的面積，盤片上極小的缺陷或針孔也會(huì)引起錯(cuò)誤

3、。因而，光盤的原始誤碼率高，必須采取強(qiáng)有力的誤碼校正措施。三、光盤的類型 最先實(shí)現(xiàn)商品化生產(chǎn)， LD、CD、CD-ROM、VCD、DVD-ROM等就是最好的應(yīng)用。是用金屬母盤模壓復(fù)制出來的。 1.只讀型光盤 存儲(chǔ)容量大，壓制成本低，大量的文獻(xiàn)資料、視聽教材、教育節(jié)目、影視節(jié)目、游戲、圖書、計(jì)算機(jī)軟件等都通過它來發(fā)行。 只能讀不能寫，使用者無法用來保存自己的內(nèi)容。 是用會(huì)聚的激光束的熱能，使材料的形狀發(fā)生永久性變化而進(jìn)行記錄的，記錄后不能在原址重新寫入。2.可錄型光盤(CD-R、DVD-R等) 是只能寫入一次、主要用于多次讀出的技術(shù) ，可由用戶將數(shù)據(jù)直接寫入光盤。計(jì)算機(jī)配置了刻錄機(jī)(CD-R或D

4、VD-R),兼有只讀驅(qū)動(dòng)器功能。 成本低，制作一張光盤的費(fèi)用基本上就是材料費(fèi)；可以不必一次把盤全部寫滿；光盤上的數(shù)據(jù)無法被修改，具有極高的安全性。 可錄型光盤在銀行、證券、保險(xiǎn)、法律和醫(yī)療領(lǐng)域，在檔案館、圖書館、出版社、政府機(jī)關(guān)和軍事部門的信息存儲(chǔ)、管理及傳遞中獲得了極為廣泛的應(yīng)用。 3.可擦重寫型光盤 是可以寫入、擦除、重寫的可逆型記錄系統(tǒng)。利用激光照射引起介質(zhì)的可逆性物理變化而進(jìn)行記錄。 主要有磁光（MO）記錄和相變（PCD）記錄： 磁光型磁技術(shù)和光技術(shù)相結(jié)合以讀寫信息； 相變型僅用光學(xué)技術(shù)進(jìn)行讀寫。 四、光盤的特性參數(shù) 光盤類型：只讀型、可錄型、可擦重寫型。 光盤直徑：多為5即120mm

5、。 存儲(chǔ)密度：存儲(chǔ)介質(zhì)的單位長(zhǎng)度或單位面積內(nèi) 存儲(chǔ)的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)。 存儲(chǔ)容量：可存儲(chǔ)在光盤中數(shù)據(jù)的總量，通常 以二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)、字節(jié)數(shù)等數(shù)據(jù) 單位表示。 數(shù)據(jù)傳輸速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)從光盤讀取的二進(jìn) 制數(shù)的位數(shù)或字節(jié)數(shù)。 存取時(shí)間：把信息寫入光盤或從光盤上 讀出信息所需的時(shí)間。 信噪比：信號(hào)電平與噪聲電平之比，以dB表示。 誤碼率：從光盤上讀出信息時(shí)，出現(xiàn)差錯(cuò)的位 數(shù)與讀出的總位數(shù)之比。 存儲(chǔ)每位信息的價(jià)格：即價(jià)格/位。 信息存儲(chǔ)正沿著磁存儲(chǔ)到磁光存儲(chǔ)向全光存儲(chǔ)的方向發(fā)展。今后幾年內(nèi)，磁盤存儲(chǔ)和光盤存儲(chǔ)仍為高密度信息外存儲(chǔ)的主要手段。5.2 光盤存儲(chǔ)器的工作原理一、光盤驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)由光學(xué)、電氣和

6、機(jī)械部件組成，形成一個(gè)有機(jī)的整體，完成寫入、讀出數(shù)據(jù)的基本功能，并實(shí)現(xiàn)自檢操作。 檢測(cè)和校正讀、寫光斑與數(shù)據(jù)道之間 的定位誤差的光電系統(tǒng)。 激光光源和與之相連的形成讀、寫光 斑的光學(xué)系統(tǒng)。 檢測(cè)和讀出數(shù)據(jù)的光電系統(tǒng)。 激光光源、光學(xué)元件和光檢測(cè)器，組成了小巧的光盤讀寫頭，簡(jiǎn)稱光頭。圖5.2 移動(dòng)光頭的機(jī)構(gòu)。光頭安置在平臺(tái)或小車 上，并與直線電機(jī)連接，控制光頭相對(duì)光 盤徑向移動(dòng)、校正光盤的偏心。 寫/讀數(shù)據(jù)通道中的編/譯碼電路，誤差檢驗(yàn)與 校正（即ECC）電路。 光盤，即數(shù)據(jù)存儲(chǔ)媒體。 光盤旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。由直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)光盤，通過旋 轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)生伺服信號(hào)，控制光盤的轉(zhuǎn)速。 光盤機(jī)的電子線路。 二、光盤

7、的讀、寫原理 載有信息的激光束聚焦成直徑1m左右的微小光斑，能量高度集中，在存儲(chǔ)介質(zhì)上產(chǎn)生物理、化學(xué)變化如形成凹坑，以記錄信息； 用較弱光強(qiáng)的微小光斑在存儲(chǔ)介質(zhì)上掃描，根據(jù)反射光的變化讀出記錄的數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)讀寫的過程（由圖5.2所示）： 要記錄的數(shù)據(jù)信號(hào)先通過ECC和編碼電路，直接調(diào)制半導(dǎo)體激光器的輸出。 調(diào)制的激光束經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)導(dǎo)向聚焦透鏡，聚焦在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)平面，造成凹坑。 寫入 光盤旋轉(zhuǎn)，載有光頭的小車在光盤徑向移動(dòng)，光盤上形成信息道。 凹坑的深度約為激光波長(zhǎng)的1/4。讀出 讀出激光束也要經(jīng)過寫入時(shí)的光學(xué)系統(tǒng)，在存儲(chǔ)介質(zhì)面上聚焦。根據(jù)數(shù)據(jù)道上凹坑的情況，讀出光束的反射光的強(qiáng)度受到調(diào)制。 反射

8、光經(jīng)聚焦透鏡、跟蹤反射鏡導(dǎo)向1/4波片和偏振光束棱鏡。讀出光束兩次通過1/4波片，光程增加了/2，其偏振方向與入射時(shí)垂直，則被偏振光束棱鏡導(dǎo)至光檢測(cè)通道。 反射的讀出光束由半透半反鏡分束，一部分經(jīng)數(shù)據(jù)光檢測(cè)器輸出光盤數(shù)據(jù)；另一部分經(jīng)定位誤差光檢測(cè)器，產(chǎn)生聚焦控制、跟蹤控制、速度控制三種伺服信號(hào)。 反射光的強(qiáng)度依有無凹坑而變化，數(shù)據(jù)光檢測(cè)器將介質(zhì)上反射率的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)過譯碼和ECC電路，即可輸出讀出的光盤信息。 可錄型光盤的讀寫與一般只讀型光盤基本相同，但光盤的結(jié)構(gòu)有很大差別。 只讀型光盤可錄型光盤三、光盤的格式光盤的半徑方向分為若干條信息道，每條信息道沿圓周方向分成若干個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)

9、又分為標(biāo)題區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)，其中附有誤差檢驗(yàn)和校正碼。在光盤上存儲(chǔ)信息，主要有角速度恒定和線速度恒定方式，兩者都是從最內(nèi)側(cè)信道開始記錄。線速度恒定的方式： 整個(gè)盤面上的面密度恒定，存儲(chǔ)容量得到了最佳利用，外側(cè)半徑上的信道比內(nèi)側(cè)信道存儲(chǔ)更多的信息。在從內(nèi)側(cè)到外側(cè)掃描信息的過程中，光盤的旋轉(zhuǎn)頻率要減小，以便輸出信息的速度保持恒定。 角速度恒定的方式： 光盤的旋轉(zhuǎn)頻率保持恒定而與半徑無關(guān)，每條信道所存儲(chǔ)的信息量相同。角速度恒定控制簡(jiǎn)單，便于隨機(jī)存取數(shù)據(jù)。但存儲(chǔ)容量不及線速度恒定的方式。改進(jìn)型恒線速度方式： 沿光盤徑向每隔一定數(shù)量信道就改變一次光盤的轉(zhuǎn)速，使一條信道包括整數(shù)個(gè)扇區(qū)。這樣可以保持線速度基本恒定

10、，增加了容量，又可以有角速度恒定隨機(jī)讀寫的優(yōu)點(diǎn)。 四、光盤讀寫頭 光盤讀寫頭(簡(jiǎn)稱光頭)是光盤驅(qū)動(dòng)器中最關(guān)鍵的部件，其性能的優(yōu)劣決定著光盤技術(shù)的成敗。光頭雖小，卻是集光、機(jī)、電為一體的高科技產(chǎn)品。 1.圖5.2所示的光頭中，光檢測(cè)通道可以采用四象限光電探測(cè)器。 反射光束被四象限光電探測(cè)器接收，光斑對(duì)每個(gè)象限產(chǎn)生電信號(hào)u1、u2、u3、u4。(u1+u2+u3+u4)是輸出數(shù)據(jù)；(u1+u4)- (u2+u3)反映光斑對(duì)光盤數(shù)據(jù)軌道的徑向誤差，產(chǎn)生跟蹤伺服信號(hào)；當(dāng)光束離焦時(shí)，探測(cè)器上得到彌散光斑，使四象限光強(qiáng)之和變小而產(chǎn)生聚焦伺服信號(hào)。 四象限探測(cè)器的輸出信號(hào)還送往旋轉(zhuǎn)編碼器以實(shí)現(xiàn)光盤轉(zhuǎn)速控制。

11、 2.聚焦物鏡的數(shù)值孔徑NA對(duì)光盤存儲(chǔ)密度至關(guān)重要。激光在光盤上的聚焦光斑越小，光盤存儲(chǔ)密度越大。激光聚焦光斑直徑d的表達(dá)式為： 可見，提高聚焦物鏡的數(shù)值孔徑NA，使用短波長(zhǎng)激光，是非常重要的。CD光盤：使用波長(zhǎng)780nm激光，NA為0.45，一張120mm的CD盤存儲(chǔ)容量約為0.6GB。DVD光盤：使用635650nm紅光，NA為0.6時(shí)，120mmDVD光盤單面容量可達(dá)4.7GB。 新型的藍(lán)光盤使用405nm藍(lán)光，NA可達(dá)0.85，同樣尺度的藍(lán)光盤存儲(chǔ)容量達(dá)2327GB。3.光盤的數(shù)據(jù)傳輸速率需要提高，主要途徑是提高光盤轉(zhuǎn)速，降低光頭的重量和體積，優(yōu)化尋址機(jī)構(gòu)和數(shù)據(jù)處理方案。 圖5.2所示

12、為最初采用的比較成熟的一種光頭，其部件較多，體積和重量都較大，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速率影響很大。研發(fā)人員一直在致力于光頭的微型化、集成化。一種全息光頭：設(shè)計(jì)全息元件成為具有分束、焦點(diǎn)誤差檢測(cè)和跟蹤誤差檢測(cè)三種功能的復(fù)合功能元件，且不受光源波長(zhǎng)變化的影響。 結(jié)合探測(cè)器、電子電路實(shí)現(xiàn)讀/寫、聚焦、跟蹤伺服?？纱蟠蠛?jiǎn)化光頭結(jié)構(gòu)，降低光頭重量。一種由分束光柵和拋物面形聚焦鏡面組成的集成光頭：它把從光源到檢測(cè)、分束、會(huì)聚等功能都集成在一塊基片上，整個(gè)光頭成為一個(gè)模塊。大幅度地降低光頭的重量和體積，達(dá)到與磁頭可比的程度，也使可靠性大大提高。5.3 CD、DVD、藍(lán)光光盤、可擦重寫型光盤目前已商品化或正在進(jìn)入商品化階

13、段的數(shù)字光盤可分為以下三個(gè)系列：CD（compact disc）系列，激光波長(zhǎng)780830nm，第一代光盤；DVD(digital versatile disc)系列，激光波長(zhǎng)635650nm，第二代光盤；藍(lán)光光盤系列，激光波長(zhǎng)405nm，包括高密度DVD(HD-DVD)和藍(lán)光盤(Blu-ray disc BD)，第三代光盤。參量 CD DVD 高密度DVD 藍(lán)光光盤 (0.6mm+0.6mm) (0.1mm+1.1mm) 記錄容量/GB(單面單層) 0.6 4.7 15 23-27激光波長(zhǎng)/nm 780-830 635-650 405 405聚焦物鏡NA 0.45 0.6 0.65 0.85

14、道間距/m 1.6 0.74 0.40 0.32最小記錄點(diǎn)長(zhǎng)度/m 0.83 0.39 0.20 0.13表5.2 三個(gè)系列光盤的主要技術(shù)參量一、CDCD盤(包括CD-ROM、CD-R、CD-RW)直徑120mm，厚度1.2mm，采用單面記錄方式。主要用于存儲(chǔ)音樂和數(shù)據(jù)、資料、文件等等。 只讀CD光盤的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，是由聚碳酸酯（PC）襯底、鋁反射層(Al)和紫外線固化膠(UV)三層組成。PC襯底上有模壓的信息凹坑；紫外線固化膠保護(hù)鋁反射層免被氧化并可在其上印刷光盤的名稱、商標(biāo)等信息。 CD只讀光盤的加工過程可用流程圖表示：DVD只讀光盤的制作流程與CD基本相同。CD/DVD只讀光盤的制作過程：

15、1.主盤制備工序在潔凈的玻璃襯盤上均勻甩上光刻膠，干燥后按預(yù)定信息進(jìn)行調(diào)制曝光。經(jīng)過監(jiān)控顯影，曝光區(qū)域的光刻膠脫落，呈現(xiàn)按信息調(diào)制的信息凹坑。這種具有凹凸信息結(jié)構(gòu)的盤片就是正像主盤，即Master。2.副盤制備工序在主盤表面噴鍍一層鎳釩（Niv）合金，厚約150nm，以增加其硬度并用作電極。通過電解鍍鎳使主盤上又長(zhǎng)成厚度約300m的金屬鎳膜。經(jīng)化學(xué)處理使金屬鎳膜從主盤剝離，就形成一個(gè)負(fù)像副盤。用此副盤可制出若干個(gè)正像鍍鎳主盤，每一個(gè)主盤又可制出若干負(fù)像副盤。每一個(gè)副盤都可用作注塑復(fù)制的印模，即Stamper。3.注塑復(fù)制工序在注塑機(jī)里，干燥的聚碳酸酯顆粒被熔化、壓制成帶有從鎳模具復(fù)制過來的信息

16、凹坑的透明圓盤。4.濺射鍍鋁工序通過濺射，把鋁鍍?cè)诒P片的帶有信息的一面以形成反射層。5.甩膠印刷工序在鋁反射層上面旋涂紫外線固化膠。隨后在固化膠上面印刷光盤的名稱、商標(biāo)等信息。二、DVD DVD盤(包括DVD-ROM，DVD-R，DVD-RW)直徑120mm，由兩片厚度為0.6mm的盤片膠合而成。一片帶刻錄信息的為單面光盤，兩片皆帶刻錄信息的為雙面光盤，每一面又可以有雙層刻錄。單面單層：4.7GB；雙面單層：8.5GB；單面雙層：9.4GB；雙面雙層：17GB。容量DVD盤是數(shù)字多用途的，由于其大存儲(chǔ)容量在影視存儲(chǔ)方面特具優(yōu)勢(shì)。采用MPEG-2、Dolby AC-3分別作為視頻、音頻的壓縮標(biāo)準(zhǔn)

17、，具有很好的畫質(zhì)、音質(zhì)。DVD驅(qū)動(dòng)器兼容CD盤。三、藍(lán)光光盤采用405nm藍(lán)光工作的光盤：高密度DVD(HD-DVD)和藍(lán)光盤（BD）。 1.HD-DVD光盤結(jié)構(gòu)與DVD光盤類似，由于采用405nm藍(lán)光，存儲(chǔ)密度（道密度、凹坑密度）比普通DVD大大提高。由于與DVD結(jié)構(gòu)類似，其光盤驅(qū)動(dòng)器的讀寫機(jī)構(gòu)易于與現(xiàn)行DVD格式兼容；在原有DVD光盤的生產(chǎn)線上做適當(dāng)改進(jìn)，就能生產(chǎn)HD-DVD光盤。2.BDBD光盤讀寫頭由于采用NA=0.85的聚焦物鏡，綜合多方面因素，讀出層的厚度縮小到0.1mm。BD減薄讀出層厚度可以有效地降低像差的大小；NA大使光斑面積小，存儲(chǔ)容量大；由于光斑能量密度提高，可使激光寫入

18、功率大大降低。 BD光盤的盤片結(jié)構(gòu)（0.1mm+1.1mm）與DVD不兼容，需要驅(qū)動(dòng)器和盤片的生產(chǎn)設(shè)備全面升級(jí)。CD、DVD、HD-DVD、BD的工作情況 BD光盤和CD相反，信息從較薄的那一面讀出。 HD-DVD要通過0.6mm的盤基去讀寫信息，即使已使用405nm波長(zhǎng)的藍(lán)光，容量仍比BD光盤小。四、可擦重寫型光盤 光盤存儲(chǔ)技術(shù)一直在尋求可擦重寫性，這是光盤存儲(chǔ)器能否與磁盤存儲(chǔ)器競(jìng)爭(zhēng)、并逐漸取代后者的關(guān)鍵所在。 現(xiàn)在已有了利用光磁技術(shù)和相變技術(shù)的兩類可擦重寫型光盤存儲(chǔ)器。具有磁存儲(chǔ)的讀/寫數(shù)據(jù)的能力，但其存儲(chǔ)容量卻要大得多，且具有光盤存儲(chǔ)器的其它獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn)。 可擦重寫型光盤，無論光磁型還是相

19、變型，其缺點(diǎn)是都需要擦除操作，沒有擦去舊的信息時(shí)，不能寫入新的信息。而磁盤可在原位直接重寫。1.光磁盤存儲(chǔ)器 是用磁性材料作為記錄介質(zhì)，用激光作為記錄、讀出和擦除手段的存儲(chǔ)器。光磁盤的記錄原理如圖所示初始化（b）光磁記錄居里點(diǎn)寫入鐵磁性材料補(bǔ)償點(diǎn)寫入亞鐵磁性材料寫入完成強(qiáng)磁場(chǎng)HO光磁盤的讀出，就是檢測(cè)記錄介質(zhì)的磁化方向。 利用克耳效應(yīng)讀出入射線偏振激光照射到磁膜上，反射激光的偏振面根據(jù)磁化M的方向旋轉(zhuǎn)。 使檢偏器的透過軸與-k正交，磁化向下區(qū)域的反射光不能通過檢偏器，磁化向上區(qū)域的反射光則可通過sin（2k）的分量。 用光檢測(cè)器將光的強(qiáng)弱轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏鞯拇笮?，就可檢測(cè)出相應(yīng)的信號(hào)。磁光盤的缺點(diǎn)是無

20、法在廣泛使用的CD-ROM、DVD-ROM驅(qū)動(dòng)器上讀取，使磁光盤的應(yīng)用范圍受到了較大的限制。 要擦去信息時(shí)，只需重新用大功率寫入光斑照射數(shù)據(jù)道，外加反向的直流偏壓磁場(chǎng)，照射區(qū)域的磁化即翻轉(zhuǎn)到原來的方向。由于在轉(zhuǎn)換相當(dāng)大的磁場(chǎng)時(shí)有速度限制，因而光盤的一轉(zhuǎn)用來擦去數(shù)據(jù)，將磁化置于“0”的方向，然后在下一轉(zhuǎn)再寫入。2.相變可擦重寫型光盤 從20世紀(jì)80年代提出Ge-Sb-Te可以應(yīng)用于相變光存儲(chǔ)以來，相繼經(jīng)歷了以CD-RW、DVDRW和藍(lán)光光盤(HD-DVD、BD)為代表的三代可擦重寫型相變光盤。 相變光盤利用記錄材料的結(jié)晶態(tài)和非結(jié)晶態(tài)之間的可逆相變，實(shí)現(xiàn)信息的記錄和擦除。 相變光盤的初始狀態(tài)為晶態(tài)

21、。寫入信息時(shí)，選用功率密度高、脈寬為幾十至一百納秒的激光脈沖，使光斑微區(qū)因介質(zhì)溫度剎那間超過熔化溫度而變?yōu)橐合啵合嘁?091010 oC/s的冷卻速度快冷后變?yōu)榉蔷唷?相變材料處在非晶態(tài)時(shí)反射率較小，處在晶態(tài)時(shí)反射率較大，由此可以實(shí)現(xiàn)信息的讀?。河貌粫?huì)引起材料相變的低功率密度、短脈寬的激光掃描信息道，用光電檢測(cè)器檢測(cè)其反射光并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。 若用中等功率密度、較寬脈沖激光照射此非晶態(tài)區(qū)域，使光斑微區(qū)因介質(zhì)溫度升至玻璃轉(zhuǎn)變溫度與熔化溫度之間，相變材料再通過成核生長(zhǎng)完成晶化，光照區(qū)域又回到晶態(tài)。這就擦除了原先寫入的信息。 結(jié)晶態(tài)與非結(jié)晶態(tài)之間的相變依賴于溫度及冷卻速度，在熱平衡狀態(tài)下不會(huì)產(chǎn)生相

22、變。因而，存儲(chǔ)是可靠的。 相變光盤的結(jié)構(gòu)如圖所示。用丙烯酸或聚碳酸酯樹脂制成基片，在其上預(yù)制出記錄信息的導(dǎo)向槽，寬0.60.7m。 通過蒸發(fā)或噴鍍?cè)诨闲纬捎涗洸牧媳∧?，再在其上附加保護(hù)層。將兩片盤粘結(jié)在一起，就可從兩面使用。 相變光盤僅用光學(xué)技術(shù)來讀寫，光頭相對(duì)簡(jiǎn)單，存取時(shí)間也可以縮短。其讀出方法與CD-ROM、DVD-ROM光盤相同，容易實(shí)現(xiàn)兼容CD-ROM和DVD-ROM的多功能相變光盤驅(qū)動(dòng)器。 5.4 超高密度光存儲(chǔ)技術(shù) 超高密度光存儲(chǔ)的研究主要有：從遠(yuǎn)場(chǎng)光存儲(chǔ)發(fā)展到近場(chǎng)光存儲(chǔ)；從一維的光存儲(chǔ)發(fā)展到多維光存儲(chǔ)；從利用光熱效應(yīng)發(fā)展到利用光子效應(yīng)存儲(chǔ)。 為使存儲(chǔ)密度達(dá)到Tb/cm2和存儲(chǔ)

23、容量達(dá)到TB，記錄點(diǎn)尺寸要小于100納米，即達(dá)到納米光存儲(chǔ)。一、光瞳濾波器超分辨技術(shù)是在光盤讀寫鏡頭上增加一塊相位板，通常為二元環(huán)帶結(jié)構(gòu)。 通過對(duì)各環(huán)半徑、環(huán)帶相位的設(shè)計(jì)優(yōu)化，該相位板對(duì)光束波前的相位分布進(jìn)行調(diào)制，可以得到小于艾里斑的聚焦光斑。 有研究對(duì)NA0.6的兩種物鏡設(shè)計(jì)了三個(gè)環(huán)帶的相位板，聚焦光斑壓縮為原來的0.81，使光盤存儲(chǔ)密度提高約1.45倍。 超分辨光瞳濾波器在提高橫向分辨率的同時(shí)，還能夠增加透鏡的焦深，利于光盤的調(diào)焦伺服工作。 在原有光盤讀寫頭中，僅增加了一個(gè)相位板，制作成本很低，很容易實(shí)現(xiàn)集成化。在CD、DVD、藍(lán)光光盤讀寫頭中都可應(yīng)用。 二、近場(chǎng)光存儲(chǔ)技術(shù) 目前CD、DV

24、D、藍(lán)光光盤讀寫頭中的透鏡到盤片的距離都在毫米量級(jí)，遠(yuǎn)大于激光波長(zhǎng)，稱為遠(yuǎn)場(chǎng)工作，光斑直徑在數(shù)百nm1m。 近場(chǎng)光存儲(chǔ)試驗(yàn)了多種方案，這里介紹一種最具實(shí)用化前景的近場(chǎng)光存儲(chǔ)技術(shù)超分辨近場(chǎng)結(jié)構(gòu)技術(shù)(Super-RENS)。 在常規(guī)光盤的記錄層上加入三明治結(jié)構(gòu)的非線性開關(guān)層（SiN/Sb/SiN），可以方便地實(shí)現(xiàn)近場(chǎng)光存儲(chǔ)。 激光束在Sb薄膜上由于光熱效應(yīng)產(chǎn)生微小孔徑，通過此孔徑出射的光透過下保護(hù)層入射到記錄介質(zhì)層進(jìn)行讀寫操作。 下保護(hù)層厚度一般小于50nm，可以精確控制出光口在近場(chǎng)距離。 Sb薄膜是非線性開關(guān)掩膜。 在聚焦脈沖激光作用下，光斑中心的Sb首先熔化，光斑邊緣能量低，Sb不能熔化。熔化

25、態(tài)Sb透射率高，相當(dāng)于在Sb膜上開了一個(gè)透光小孔。在激光脈沖結(jié)束后Sb快速凝固而關(guān)閉小孔。 三、數(shù)字全息光存儲(chǔ)是利用光學(xué)全息的基本原理進(jìn)行二值化光學(xué)信息頁(yè)存儲(chǔ)的方法。 將欲存儲(chǔ)的信息進(jìn)行數(shù)字化編碼，經(jīng)空間光調(diào)制器調(diào)制而形成二值化光學(xué)信息頁(yè)。 該信息頁(yè)作為光學(xué)全息中的物，將其透過或反射的物光束與參考光束在記錄介質(zhì)中相干形成全息圖，全息圖也是按頁(yè)分層存儲(chǔ)的。 信息的讀出即光學(xué)全息的再現(xiàn)。 用滿足條件的光束照射全息圖，將二值化光學(xué)信息頁(yè)再現(xiàn)，再將其成像到CCD接收面上，轉(zhuǎn)換為視頻信號(hào)，通過判決電路恢復(fù)成原始的數(shù)字化信息流。 全息存儲(chǔ)可以實(shí)現(xiàn)高密度和海量存儲(chǔ)。在厚的全息存儲(chǔ)介質(zhì)中記錄體全息光柵，將信息

26、存儲(chǔ)于整個(gè)體積中，使傳統(tǒng)的二維存儲(chǔ)擴(kuò)展到三維存儲(chǔ)，存儲(chǔ)密度約為1012bit/cm3。全息存儲(chǔ)是按數(shù)據(jù)頁(yè)并行讀出和寫入，尋址是靠波長(zhǎng)選擇或光束偏轉(zhuǎn)等實(shí)現(xiàn)。因而其數(shù)據(jù)傳輸速率和讀寫速度很高。研究表明，其數(shù)據(jù)傳輸速率會(huì)超過1GB/s。全息存儲(chǔ)采用光致聚合物材料可實(shí)現(xiàn)一次寫入多次讀出，用光折變材料可以實(shí)現(xiàn)可擦重寫、實(shí)時(shí)記錄。四、光子多維存儲(chǔ)技術(shù) CD、DVD、藍(lán)光光盤都是利用寫入激光在存儲(chǔ)介質(zhì)上的熱效應(yīng)產(chǎn)生凹坑來記錄信號(hào)的，是光熱存儲(chǔ)方式。 存儲(chǔ)介質(zhì)吸收光子使電子產(chǎn)生躍遷或重新分布而達(dá)到光存儲(chǔ)的目的，被稱為光子存儲(chǔ)。全息存儲(chǔ)也屬于光子存儲(chǔ)。 光子存儲(chǔ)常常采用多維存儲(chǔ)(如三維體存儲(chǔ)、多層存儲(chǔ)、多頻率存儲(chǔ)等),被稱為“光子多維存儲(chǔ)技術(shù)”。 光子存儲(chǔ)密度大、讀寫速度快，是非常有競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)。1.雙光子光存儲(chǔ)技術(shù) 雙光子吸收是材料的分子同時(shí)吸收兩個(gè)光子而達(dá)到激發(fā)態(tài)的過程。 由于到達(dá)激發(fā)態(tài)所需單個(gè)光子