光信息存儲(chǔ)技術(shù)課件

一.基本特點(diǎn)與運(yùn)用1）光盤特點(diǎn)容量大—5.25?0.65G非接觸讀寫—無損傷高的數(shù)據(jù)傳輸率永久性或半永久性存儲(chǔ)（10~50S）信息價(jià)位低形成光盤庫(kù)（活動(dòng)盤）第10章光信息存儲(chǔ)技術(shù)一.基本特點(diǎn)與運(yùn)用第10章光信息存儲(chǔ)技術(shù)12）領(lǐng)域數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、圖像存儲(chǔ)多媒體或多媒體工作站視頻節(jié)目存儲(chǔ)介質(zhì)2）領(lǐng)域2二.發(fā)展簡(jiǎn)史國(guó)外，研究始于70年代荷蘭:PHILIPS1972.9.5誕生第一臺(tái)激光唱機(jī)，體積大，很笨重。He-Ne體積大，材料要求↗1976→向美國(guó)推銷第一代產(chǎn)品1982→向西歐推銷第二代產(chǎn)品（改進(jìn)型產(chǎn)品）二.發(fā)展簡(jiǎn)史3日本崛起在70年代中后期

SONYSANYAPANNISONIC….形成兩大派勢(shì)：東芝都想以自己的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)作為索尼行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)）世界光盤標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)協(xié)調(diào)工作組日本崛起在70年代中后期4A.光盤技術(shù)發(fā)展：分為三個(gè)里程碑70年代Ⅰ里程碑：

5.25?光盤90年代中期Ⅱ里程碑

5.25?光盤DVD

單面單層4.7GB

雙面雙層19GB95年之后Ⅲ里程碑NMD近場(chǎng)光學(xué)單面容量A.光盤技術(shù)發(fā)展：分為三個(gè)里程碑70年代Ⅰ里程碑：5B.發(fā)展趨勢(shì)（高密、高效、高速）高密：短波長(zhǎng)LD，NA↗

襯盤厚度↙

，道間距↙

高效：記錄方法、數(shù)據(jù)格式新型的光學(xué)頭改進(jìn)高速：存儲(chǔ)技術(shù)、記錄速度B.發(fā)展趨勢(shì)（高密、高效、高速）高密：短波長(zhǎng)LD，NA6C.全世界光盤驅(qū)動(dòng)器的發(fā)運(yùn)量30~40%每年發(fā)展遞增30~40%每年發(fā)展遞增C.全世界光盤驅(qū)動(dòng)器的發(fā)運(yùn)量30~40%每年發(fā)展遞增30~47D.研究與開發(fā)90%力量→高性能光盤及驅(qū)動(dòng)器例如：MO或CD-R/W光盤材料及驅(qū)動(dòng)器的研發(fā)D.研究與開發(fā)90%力量→高性能光盤及驅(qū)動(dòng)器8例如：MO磁光型利用激光加熱材料，改變電磁場(chǎng)方向變化，磁介質(zhì)的磁疇方向的變化，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的寫入、擦除例如：MO磁光型9PC相變型利用激光加熱效應(yīng)，使材料發(fā)生晶狀非晶狀的變化晶狀非晶狀表面的反射率↗表面的反射率↙

其之間反射率的變化之差為10倍左右，因此可以從反射率的PC相變型10高密度光盤

DVD（DigitalVideoDisk），能存儲(chǔ)動(dòng)態(tài)畫面735分鐘

DVD制作與CD差不多關(guān)鍵：螺旋形光道更密

DVD容量=7XCD容量高密度光盤11實(shí)現(xiàn)方法：

①減小LD的波長(zhǎng)780nm↘650/635↘532nm

②

增大讀出物鏡的NA0.45↗……0.65↗

實(shí)現(xiàn)方法：12③

減小信道密度1.2μm↘0.74μm④減小光盤盤基厚度1.2mm↘0.6mm⑤編碼技術(shù)、數(shù)據(jù)格式等③減小信道密度13③

減小信道密度1.2μm↘0.74μm④減小光盤盤基厚度1.2mm↘0.6mm⑤編碼技術(shù)、數(shù)據(jù)格式等③減小信道密度14*10%力量：持續(xù)光源燒孔和三維光信息存儲(chǔ)光斑變色存儲(chǔ)技術(shù)電子俘獲光存儲(chǔ)技術(shù)全息信息存儲(chǔ)技術(shù)納米與自聚焦技術(shù)MND近場(chǎng)存儲(chǔ)技術(shù)*10%力量：15PSHB--三維光信息存儲(chǔ)在理論上可以使記錄密度提高3~4量級(jí)。*即使光的頻率成為新的存儲(chǔ)維，使得傳統(tǒng)的二維（x,y）光信息存儲(chǔ)變成三維（x,y,γ）光信息存儲(chǔ)PSHB--三維光信息存儲(chǔ)在理論上可以使記錄密度提高3~4量16原理：目前光存儲(chǔ)密度上限相對(duì)應(yīng)1bit所占空間~個(gè)分子，如果一個(gè)分子用作1bit的存儲(chǔ)文件，這樣可以在原有基礎(chǔ)上提高記錄密度達(dá)~倍。原理：目前光存儲(chǔ)密度上限17方法為了實(shí)現(xiàn)分子存儲(chǔ)

①要求穩(wěn)定性②具備選擇或識(shí)別每個(gè)分子的方法持續(xù)光譜燒孔技術(shù)：利用活性分子所處的周圍環(huán)境的不同而引起對(duì)應(yīng)能量的差別來識(shí)別不同分子。方法為了實(shí)現(xiàn)分子存儲(chǔ)18E.國(guó)內(nèi)外發(fā)展的差距①實(shí)現(xiàn)低價(jià)位的有自主產(chǎn)權(quán)的DVD及DVD-ROM驅(qū)動(dòng)器規(guī)模生產(chǎn)：自主產(chǎn)權(quán)無②

DVD與VCD及其驅(qū)動(dòng)器的器件的產(chǎn)業(yè)化與國(guó)際接軌幾乎全部進(jìn)口，組裝返銷③

CD、VCD、DVD的生產(chǎn)及檢測(cè)設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化研究與生產(chǎn)E.國(guó)內(nèi)外發(fā)展的差距①實(shí)現(xiàn)低價(jià)位的有自主產(chǎn)權(quán)的DVD及DV19④光盤庫(kù)及光盤塔，光盤陣列的應(yīng)用與國(guó)外有很大差別利用自動(dòng)換盤系統(tǒng)組成光盤庫(kù)、光盤塔、光盤陣列，實(shí)現(xiàn)提高整個(gè)系統(tǒng)的容量、數(shù)據(jù)傳輸率及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的可靠性。⑤開發(fā)新一代的存儲(chǔ)產(chǎn)品近場(chǎng)、自聚焦、光學(xué)非輻射場(chǎng)與光學(xué)超衍射極限分辨存儲(chǔ)等三維存儲(chǔ)產(chǎn)品有差距達(dá)到：40~100Gbit/盤④光盤庫(kù)及光盤塔，光盤陣列的應(yīng)用與國(guó)外有很大差別20三.國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r80年代廣電部第一次光盤制式可行性調(diào)研單位有：清華、華工、復(fù)旦、北航科學(xué)院：上海光機(jī)、上海冶金、52所工廠：南京七一四廠主要研究始于“七·五”規(guī)劃三.國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r21“九·五”國(guó)家科委星火計(jì)劃磁光光盤的產(chǎn)業(yè)化牽頭單位：成都電子科技大學(xué)（天級(jí)公司）參加單位：華工、清華主要完成生產(chǎn)線上的測(cè)試設(shè)備改造“九·五”國(guó)家科委星火計(jì)劃22①4X磁光光盤光學(xué)特性測(cè)試儀--40萬華工②4X磁光光盤機(jī)械特性測(cè)試儀

--70萬華工③4X磁光光盤動(dòng)態(tài)特性測(cè)試儀

--70萬清華④光強(qiáng)調(diào)制型直接重寫型磁光材料機(jī)理研究--40萬華工共計(jì)220萬總投資1000萬元①4X磁光光盤光學(xué)特性測(cè)試儀23四.光盤標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各類光盤的技術(shù)規(guī)格、盤片的物理尺寸、信息記錄的物理格式及邏輯格式、信源/信道編碼方法等技術(shù)內(nèi)容作出了詳細(xì)的規(guī)定由于不同的標(biāo)準(zhǔn)往往用不同顏色的彩頁(yè)作為封面，因此，人們習(xí)慣用彩頁(yè)顏色的方法來特指某一類光盤的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。四.光盤標(biāo)準(zhǔn)24光信息存儲(chǔ)技術(shù)課件25§2.激光光盤系統(tǒng)基本原理1.系統(tǒng)構(gòu)成（1）分類§2.激光光盤系統(tǒng)基本原理1.系統(tǒng)構(gòu)成26光信息存儲(chǔ)技術(shù)課件27例如：內(nèi)加固：減小由溫度↗或者↙引起光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)的變化……應(yīng)從設(shè)計(jì)角度更好的選擇材料及元器件的穩(wěn)定性。

軍用光盤總體要求：防溫、防潮、防震、防霉、防沖擊、防電磁波及輻射。分為車載、機(jī)載、艦載三類。

例如：內(nèi)加固：28光盤（介質(zhì)）光盤機(jī)光盤存儲(chǔ)系統(tǒng)（2）光盤存儲(chǔ)系統(tǒng)的基本要求光盤（介質(zhì)）光盤機(jī)（2）光29關(guān)鍵問題：可靠性、有效性關(guān)鍵問題：可靠性、有效性30（3）系統(tǒng)中光學(xué)頭的基本構(gòu)成典型的光盤構(gòu)成系統(tǒng)（3）系統(tǒng)中光學(xué)頭的基本構(gòu)成31基本元件：（a）光源LD：激光器780nm，650nm（b）準(zhǔn)直、擴(kuò)束系統(tǒng)橢圓，發(fā)散準(zhǔn)直，圓形

（c）PBS（偏振分光棱鏡）（PBS+λ/4波片）光束隔離器基本元件：32（d）λ/4波片改變偏振方向（e）聚焦物鏡（附執(zhí)行機(jī)構(gòu)）實(shí)現(xiàn)伺服1μm光斑執(zhí)行機(jī)構(gòu)圖（d）λ/4波片改變偏振方向33（f）光電探測(cè)器（PD）

提供伺服所需的信號(hào)：TES，F(xiàn)ES

提供探測(cè)到的光盤存儲(chǔ)的信息信號(hào)：RF（f）光電探測(cè)器（PD）342.構(gòu)成實(shí)用系統(tǒng)例1.CD唱機(jī)PD

六象限探測(cè)器2.構(gòu)成實(shí)用系統(tǒng)35注意點(diǎn)：

①LD光束通過光柵后，生成有0級(jí)、±1級(jí)（衍射光）光束伺服方法：三光點(diǎn)跟蹤注意點(diǎn)：36②

光盤運(yùn)動(dòng)按恒線速工作的最外圓200轉(zhuǎn)/分最內(nèi)圓500轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)速逐漸變化，線速不變技術(shù)指標(biāo)：頻率范圍：20Hz~20KHz

信噪比：>90dB

播放時(shí)間：74分鐘選取節(jié)目：1s左右道間距：1.6μm②光盤運(yùn)動(dòng)按恒線速工作的37例2.WORM型（一次寫多次讀型）例2.WORM型（一次寫多次讀型）38說明：

①LD：準(zhǔn)直度要求

②會(huì)聚物鏡

③

PBS進(jìn)入光線為P偏振光說明：39④斜方棱鏡出射的光

臨界角棱鏡對(duì)P偏振光敏感④斜方棱鏡出射的光40⑤整個(gè)系統(tǒng)為多個(gè)分離棱鏡的組合

∴各個(gè)棱鏡的膠合面的定位精度要求高⑥整個(gè)棱鏡是單棱鏡整形把橢圓圓形簡(jiǎn)單、方便

⑤整個(gè)系統(tǒng)為多個(gè)分離棱鏡的組合橢圓412.寫入/讀出原理各種光盤不一樣，此處針對(duì)燒凹坑型而言CD、LD、VCD····

①

信息的寫入

數(shù)據(jù)輸入ECC

編碼電路信號(hào)調(diào)制會(huì)聚物鏡光盤介質(zhì)2.寫入/讀出原理42在高溫度的激光束光斑下加熱形成一定寬度一定間隔的記錄脈沖LDECC調(diào)制會(huì)聚光盤加熱以有無凹坑“1”和“0”凹坑質(zhì)量好壞標(biāo)志信噪比的高低在高溫度的激光束光斑下加熱形成一定寬度一定間隔的記錄43②信息的讀出：保護(hù)層（玻璃或DMMD）（1）數(shù)據(jù)道無凹坑時(shí)，入射的光束被反射，大部分返回物鏡光能強(qiáng)（1）②信息的讀出：44（2）數(shù)據(jù)道有凹坑時(shí)，入射的光束∵光程差：

凹坑深度故發(fā)生干涉相消∴凹坑的無有情況下：無凹有凹

（2）數(shù)據(jù)道有凹坑時(shí)，入射的光束453.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式①格式（a）只讀型：比較簡(jiǎn)單信息道為螺旋形或同心圓形

3.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式46（b）磁光盤（嚴(yán)格的格式）信息道、扇區(qū)······格式化是硬格式化出廠之前，廠家已經(jīng)做好每個(gè)信息道有15個(gè)扇區(qū)；每個(gè)扇區(qū)規(guī)定如下：扇區(qū)521672字節(jié)字節(jié)字節(jié)標(biāo)頭ODF用戶區(qū)（用戶可用512字節(jié)）（b）磁光盤（嚴(yán)格的格式）標(biāo)頭ODF用戶區(qū)（用戶可用5147（1）扇區(qū)頭標(biāo)志（2）偏差檢測(cè)字段（3）用戶區(qū)扇區(qū)頭標(biāo)志是模壓圖樣，它使驅(qū)動(dòng)器不依靠鎖相電路，就可確認(rèn)扇區(qū)的開始位量。（1）扇區(qū)頭標(biāo)志48②存儲(chǔ)方式恒角速度，恒線速度以及改進(jìn)型恒線速度

（a）恒線速度（CD）CLV

（1）整個(gè)面上線速度恒定，即外側(cè)半徑上道上的信息量大于內(nèi)側(cè)半徑道上的信息量（2）從內(nèi)側(cè)外側(cè)掃描過程中內(nèi)側(cè)→外側(cè)ω

↘

保證線速度不變②存儲(chǔ)方式49（b）恒角速度（LD）CAV

（1）內(nèi)側(cè)→外側(cè)：ω不變（2）每條信息道上信息量一致：即：外側(cè)道上信息密度<內(nèi)側(cè)道上信息密度（3）一道為一幅圖像

∴LD（恒角速度）有利實(shí)現(xiàn)各種特技功能*靜止快速查找特定圖像畫面*隨即尋找控制方便（b）恒角速度（LD）CAV50（c）改進(jìn)型恒線速度（MO）

根據(jù)光盤徑向位置，每隔一定數(shù)量的信息道改變一次光盤轉(zhuǎn)速：

（1）即發(fā)揮恒線速的優(yōu)點(diǎn)（2）又有利于控制

（c）改進(jìn)型恒線速度（MO）51③光盤結(jié)構(gòu)（只讀型）三部分組成1）盤基片2）存儲(chǔ)介質(zhì)3）保護(hù)層

③光盤結(jié)構(gòu)（只讀型）52光盤結(jié)構(gòu)采用反射式，為什么？反射式光盤只需從一面接近，從而簡(jiǎn)化光盤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；反射式只需在信息層一側(cè)有保護(hù)層，而透射式則需雙面保護(hù)層；反射式易于實(shí)現(xiàn)聚焦伺服控制根據(jù)反射方法找出經(jīng)光盤反射光束的發(fā)散、會(huì)聚的狀況，來判斷聚焦誤差是容易的光盤結(jié)構(gòu)采用反射式，為什么？534.糾錯(cuò)編碼在光盤系統(tǒng)中，誤碼的主要來源盤片材料不均勻本身缺陷材料發(fā)生變化(2)讀取數(shù)據(jù)時(shí)錯(cuò)誤①

①

4.糾錯(cuò)編碼①①54∴需要檢糾錯(cuò)技術(shù)或稱抗干擾編碼。

為此：在傳輸或者存儲(chǔ)信息時(shí)，按一定的信息相關(guān)規(guī)則附加一些具有保護(hù)信息能力的冗余位而形成光盤中：讀出譯碼還原時(shí)，能自動(dòng)檢測(cè)最多采用的：循環(huán)碼或線性分組碼∴需要檢糾錯(cuò)技術(shù)或稱抗干擾編碼。55差錯(cuò)的控制在讀/寫操作或媒體保存期間，都有可能產(chǎn)生差錯(cuò)：即漏碼或冒碼漏碼：由1變?yōu)?冒碼：由0變?yōu)?（光盤多為此類）差錯(cuò)的控制56控制方法：

①?gòu)母旧细纳菩诺佬阅?；②發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)后，重新執(zhí)行一次；③采用抗干擾編碼，即檢糾錯(cuò)碼?；靖拍顡Q取檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力所付出的代價(jià)是信息冗余，信息冗余量雖沒帶來新的信息，卻對(duì)信息起到保護(hù)作用?？刂品椒ǎ?7簡(jiǎn)單介紹一種方法線性分組碼（n,k）

如果每次把k位信息寫入光盤，經(jīng)線性相關(guān)運(yùn)算后，求出r個(gè)檢測(cè)位的冗余度

∴共有k+r=n位一起寫入。上述過程為編碼

簡(jiǎn)單介紹一種方法58編碼后的n位二元碼序列稱碼字碼字長(zhǎng)度：n=k+r

可以建立起k位信息序列和n位碼序列之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系編碼后的n位二元碼序列稱碼字59n位二元序列計(jì)有種排列，每種排列為n重；其中k位信息組成個(gè)n重。稱許用碼字?！嗍Ｓ鄠€(gè)n重稱為禁用碼字?！嘧x出時(shí)一旦發(fā)現(xiàn)就立即發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤這樣編出的碼稱為線性分組碼或（n,k）分組碼n位二元序列計(jì)有種排列，每種排列為n重；其中k位60基本要求可靠性：可靠的檢測(cè)或糾正全部出現(xiàn)錯(cuò)誤；有效性：在一定誤碼率條件下，附加的檢驗(yàn)位越小越好；編碼速率

k一定時(shí)，r↘R↗

成本低為降低成本，要求編碼譯碼電路及其控制電路應(yīng)盡量簡(jiǎn)單?；疽?15.光盤存儲(chǔ)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)存儲(chǔ)容量（n）數(shù)據(jù)傳輸率信噪比讀取時(shí)間5.光盤存儲(chǔ)系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)621）存儲(chǔ)容量（n）

以光盤上所有存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)位的總和來表征：其中–讀出光斑直徑在正常讀數(shù)時(shí)所覆蓋的數(shù)據(jù)位的數(shù)目。（即在信道上，讀數(shù)光斑直徑長(zhǎng)度上所能分辨的位數(shù)）

A–為光盤信號(hào)面的有效記錄面積；

d–讀數(shù)光斑的直徑；

r–為信道間距1）存儲(chǔ)容量（n）63顯然–光盤上可容納的最多的光斑數(shù)。于是光盤的存儲(chǔ)面密度為：或表示為即面密度為切向信道密度（位密度）徑向信道密度（道密度）∴面密度=位密度·道密度顯然–光盤上可容納的最多的光斑數(shù)。64結(jié)論：

①為提高面密度減小寫/讀光斑直徑de

減小道間隔，提高道密度↗

結(jié)論：65

②采用更有效的編碼方式提高值③采用CLV方法一般情況CLV比CAV存儲(chǔ)容量大一倍左右②采用更有效的編碼方式662）數(shù)據(jù)傳輸率定義為：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過光盤上某點(diǎn)的數(shù)據(jù)位數(shù)。用公式表示：式中為信道位密度為某條信道的線速度2）數(shù)據(jù)傳輸率67結(jié)論：↗（提高數(shù)據(jù)傳輸率）

①提高光盤轉(zhuǎn)速②提高存儲(chǔ)線密度

試驗(yàn)表明當(dāng)轉(zhuǎn)速為1200rpm→3600rpm→

結(jié)論：↗（提高數(shù)據(jù)傳輸率）68但是由于轉(zhuǎn)速↗時(shí)，LD輸出功率受限或成本太高也是劃不來的。（∵轉(zhuǎn)速↗

∴寫/讀時(shí)間t↙，因此提高LD的功率，否則無法工作）

例如1000rpm時(shí)寫入功率需8-9mW

考慮損耗：LD：25~30mW

如果：3000~3600rpm時(shí)

LD>50mW

∴價(jià)格太貴但是由于轉(zhuǎn)速↗時(shí)，LD輸出功率受限或成本太高也是劃不來的。69其它途徑：采用多通道并行讀/寫處理其它途徑：703）信噪比信噪比↗誤碼率下降↙

可靠性提高↗

幾種系統(tǒng)的典型值

3）信噪比71主要噪聲來源：①波光噪聲②讀/寫時(shí)聚焦、跟蹤與轉(zhuǎn)速的誤差③記錄介質(zhì)的材料及光學(xué)不均勻性，表面光潔度等④讀/寫過程的操作誤差

主要噪聲來源：724）讀取時(shí)間讀取時(shí)間—從指定的信道上讀取信息的速度為了實(shí)現(xiàn)高速度隨機(jī)存?、倏s短粗訪問時(shí)間進(jìn)給電機(jī)驅(qū)動(dòng)光頭進(jìn)行“粗訪問，將光頭移至目標(biāo)信道附近”②縮短精密訪問時(shí)間通過光學(xué)的跟蹤伺服調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)TAOSH頭，使讀數(shù)光束準(zhǔn)確落在目標(biāo)信道上，實(shí)現(xiàn)“精密訪問”

4）讀取時(shí)間734）伺服基本概念光盤系統(tǒng)是一個(gè)十分精密的系統(tǒng)，讀/寫時(shí)聚焦與跟蹤要求十分嚴(yán)格，必須有一個(gè)良好的伺服系統(tǒng)，否則無法工作。

4）伺服基本概念74伺服有：聚焦伺服FES

軌道伺服TES

主軸伺服

伺服有：聚焦伺服FES75聚焦焦深：

焦面要控制嚴(yán)格，否則無法讀取數(shù)據(jù)要求±1~1.5μm

聚焦76軌道很精細(xì)

軌道很精細(xì)77一.基本特點(diǎn)與運(yùn)用1）光盤特點(diǎn)容量大—5.25?0.65G非接觸讀寫—無損傷高的數(shù)據(jù)傳輸率永久性或半永久性存儲(chǔ)（10~50S）信息價(jià)位低形成光盤庫(kù)（活動(dòng)盤）第10章光信息存儲(chǔ)技術(shù)一.基本特點(diǎn)與運(yùn)用第10章光信息存儲(chǔ)技術(shù)782）領(lǐng)域數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、圖像存儲(chǔ)多媒體或多媒體工作站視頻節(jié)目存儲(chǔ)介質(zhì)2）領(lǐng)域79二.發(fā)展簡(jiǎn)史國(guó)外，研究始于70年代荷蘭:PHILIPS1972.9.5誕生第一臺(tái)激光唱機(jī)，體積大，很笨重。He-Ne體積大，材料要求↗1976→向美國(guó)推銷第一代產(chǎn)品1982→向西歐推銷第二代產(chǎn)品（改進(jìn)型產(chǎn)品）二.發(fā)展簡(jiǎn)史80日本崛起在70年代中后期

SONYSANYAPANNISONIC….形成兩大派勢(shì)：東芝都想以自己的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)作為索尼行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)）世界光盤標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)協(xié)調(diào)工作組日本崛起在70年代中后期81A.光盤技術(shù)發(fā)展：分為三個(gè)里程碑70年代Ⅰ里程碑：

5.25?光盤90年代中期Ⅱ里程碑

5.25?光盤DVD

單面單層4.7GB

雙面雙層19GB95年之后Ⅲ里程碑NMD近場(chǎng)光學(xué)單面容量A.光盤技術(shù)發(fā)展：分為三個(gè)里程碑70年代Ⅰ里程碑：82B.發(fā)展趨勢(shì)（高密、高效、高速）高密：短波長(zhǎng)LD，NA↗

襯盤厚度↙

，道間距↙

高效：記錄方法、數(shù)據(jù)格式新型的光學(xué)頭改進(jìn)高速：存儲(chǔ)技術(shù)、記錄速度B.發(fā)展趨勢(shì)（高密、高效、高速）高密：短波長(zhǎng)LD，NA83C.全世界光盤驅(qū)動(dòng)器的發(fā)運(yùn)量30~40%每年發(fā)展遞增30~40%每年發(fā)展遞增C.全世界光盤驅(qū)動(dòng)器的發(fā)運(yùn)量30~40%每年發(fā)展遞增30~484D.研究與開發(fā)90%力量→高性能光盤及驅(qū)動(dòng)器例如：MO或CD-R/W光盤材料及驅(qū)動(dòng)器的研發(fā)D.研究與開發(fā)90%力量→高性能光盤及驅(qū)動(dòng)器85例如：MO磁光型利用激光加熱材料，改變電磁場(chǎng)方向變化，磁介質(zhì)的磁疇方向的變化，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的寫入、擦除例如：MO磁光型86PC相變型利用激光加熱效應(yīng)，使材料發(fā)生晶狀非晶狀的變化晶狀非晶狀表面的反射率↗表面的反射率↙

其之間反射率的變化之差為10倍左右，因此可以從反射率的PC相變型87高密度光盤

DVD（DigitalVideoDisk），能存儲(chǔ)動(dòng)態(tài)畫面735分鐘

DVD制作與CD差不多關(guān)鍵：螺旋形光道更密

DVD容量=7XCD容量高密度光盤88實(shí)現(xiàn)方法：

①減小LD的波長(zhǎng)780nm↘650/635↘532nm

②

增大讀出物鏡的NA0.45↗……0.65↗

實(shí)現(xiàn)方法：89③

減小信道密度1.2μm↘0.74μm④減小光盤盤基厚度1.2mm↘0.6mm⑤編碼技術(shù)、數(shù)據(jù)格式等③減小信道密度90③

減小信道密度1.2μm↘0.74μm④減小光盤盤基厚度1.2mm↘0.6mm⑤編碼技術(shù)、數(shù)據(jù)格式等③減小信道密度91*10%力量：持續(xù)光源燒孔和三維光信息存儲(chǔ)光斑變色存儲(chǔ)技術(shù)電子俘獲光存儲(chǔ)技術(shù)全息信息存儲(chǔ)技術(shù)納米與自聚焦技術(shù)MND近場(chǎng)存儲(chǔ)技術(shù)*10%力量：92PSHB--三維光信息存儲(chǔ)在理論上可以使記錄密度提高3~4量級(jí)。*即使光的頻率成為新的存儲(chǔ)維，使得傳統(tǒng)的二維（x,y）光信息存儲(chǔ)變成三維（x,y,γ）光信息存儲(chǔ)PSHB--三維光信息存儲(chǔ)在理論上可以使記錄密度提高3~4量93原理：目前光存儲(chǔ)密度上限相對(duì)應(yīng)1bit所占空間~個(gè)分子，如果一個(gè)分子用作1bit的存儲(chǔ)文件，這樣可以在原有基礎(chǔ)上提高記錄密度達(dá)~倍。原理：目前光存儲(chǔ)密度上限94方法為了實(shí)現(xiàn)分子存儲(chǔ)

①要求穩(wěn)定性②具備選擇或識(shí)別每個(gè)分子的方法持續(xù)光譜燒孔技術(shù)：利用活性分子所處的周圍環(huán)境的不同而引起對(duì)應(yīng)能量的差別來識(shí)別不同分子。方法為了實(shí)現(xiàn)分子存儲(chǔ)95E.國(guó)內(nèi)外發(fā)展的差距①實(shí)現(xiàn)低價(jià)位的有自主產(chǎn)權(quán)的DVD及DVD-ROM驅(qū)動(dòng)器規(guī)模生產(chǎn)：自主產(chǎn)權(quán)無②

DVD與VCD及其驅(qū)動(dòng)器的器件的產(chǎn)業(yè)化與國(guó)際接軌幾乎全部進(jìn)口，組裝返銷③

CD、VCD、DVD的生產(chǎn)及檢測(cè)設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化研究與生產(chǎn)E.國(guó)內(nèi)外發(fā)展的差距①實(shí)現(xiàn)低價(jià)位的有自主產(chǎn)權(quán)的DVD及DV96④光盤庫(kù)及光盤塔，光盤陣列的應(yīng)用與國(guó)外有很大差別利用自動(dòng)換盤系統(tǒng)組成光盤庫(kù)、光盤塔、光盤陣列，實(shí)現(xiàn)提高整個(gè)系統(tǒng)的容量、數(shù)據(jù)傳輸率及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的可靠性。⑤開發(fā)新一代的存儲(chǔ)產(chǎn)品近場(chǎng)、自聚焦、光學(xué)非輻射場(chǎng)與光學(xué)超衍射極限分辨存儲(chǔ)等三維存儲(chǔ)產(chǎn)品有差距達(dá)到：40~100Gbit/盤④光盤庫(kù)及光盤塔，光盤陣列的應(yīng)用與國(guó)外有很大差別97三.國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r80年代廣電部第一次光盤制式可行性調(diào)研單位有：清華、華工、復(fù)旦、北航科學(xué)院：上海光機(jī)、上海冶金、52所工廠：南京七一四廠主要研究始于“七·五”規(guī)劃三.國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r98“九·五”國(guó)家科委星火計(jì)劃磁光光盤的產(chǎn)業(yè)化牽頭單位：成都電子科技大學(xué)（天級(jí)公司）參加單位：華工、清華主要完成生產(chǎn)線上的測(cè)試設(shè)備改造“九·五”國(guó)家科委星火計(jì)劃99①4X磁光光盤光學(xué)特性測(cè)試儀--40萬華工②4X磁光光盤機(jī)械特性測(cè)試儀

--70萬華工③4X磁光光盤動(dòng)態(tài)特性測(cè)試儀

--70萬清華④光強(qiáng)調(diào)制型直接重寫型磁光材料機(jī)理研究--40萬華工共計(jì)220萬總投資1000萬元①4X磁光光盤光學(xué)特性測(cè)試儀100四.光盤標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各類光盤的技術(shù)規(guī)格、盤片的物理尺寸、信息記錄的物理格式及邏輯格式、信源/信道編碼方法等技術(shù)內(nèi)容作出了詳細(xì)的規(guī)定由于不同的標(biāo)準(zhǔn)往往用不同顏色的彩頁(yè)作為封面，因此，人們習(xí)慣用彩頁(yè)顏色的方法來特指某一類光盤的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。四.光盤標(biāo)準(zhǔn)101光信息存儲(chǔ)技術(shù)課件102§2.激光光盤系統(tǒng)基本原理1.系統(tǒng)構(gòu)成（1）分類§2.激光光盤系統(tǒng)基本原理1.系統(tǒng)構(gòu)成103光信息存儲(chǔ)技術(shù)課件104例如：內(nèi)加固：減小由溫度↗或者↙引起光學(xué)系統(tǒng)參數(shù)的變化……應(yīng)從設(shè)計(jì)角度更好的選擇材料及元器件的穩(wěn)定性。

軍用光盤總體要求：防溫、防潮、防震、防霉、防沖擊、防電磁波及輻射。分為車載、機(jī)載、艦載三類。

例如：內(nèi)加固：105光盤（介質(zhì)）光盤機(jī)光盤存儲(chǔ)系統(tǒng)（2）光盤存儲(chǔ)系統(tǒng)的基本要求光盤（介質(zhì)）光盤機(jī)（2）光106關(guān)鍵問題：可靠性、有效性關(guān)鍵問題：可靠性、有效性107（3）系統(tǒng)中光學(xué)頭的基本構(gòu)成典型的光盤構(gòu)成系統(tǒng)（3）系統(tǒng)中光學(xué)頭的基本構(gòu)成108基本元件：（a）光源LD：激光器780nm，650nm（b）準(zhǔn)直、擴(kuò)束系統(tǒng)橢圓，發(fā)散準(zhǔn)直，圓形

（c）PBS（偏振分光棱鏡）（PBS+λ/4波片）光束隔離器基本元件：109（d）λ/4波片改變偏振方向（e）聚焦物鏡（附執(zhí)行機(jī)構(gòu)）實(shí)現(xiàn)伺服1μm光斑執(zhí)行機(jī)構(gòu)圖（d）λ/4波片改變偏振方向110（f）光電探測(cè)器（PD）

提供伺服所需的信號(hào)：TES，F(xiàn)ES

提供探測(cè)到的光盤存儲(chǔ)的信息信號(hào)：RF（f）光電探測(cè)器（PD）1112.構(gòu)成實(shí)用系統(tǒng)例1.CD唱機(jī)PD

六象限探測(cè)器2.構(gòu)成實(shí)用系統(tǒng)112注意點(diǎn)：

①LD光束通過光柵后，生成有0級(jí)、±1級(jí)（衍射光）光束伺服方法：三光點(diǎn)跟蹤注意點(diǎn)：113②

光盤運(yùn)動(dòng)按恒線速工作的最外圓200轉(zhuǎn)/分最內(nèi)圓500轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)速逐漸變化，線速不變技術(shù)指標(biāo)：頻率范圍：20Hz~20KHz

信噪比：>90dB

播放時(shí)間：74分鐘選取節(jié)目：1s左右道間距：1.6μm②光盤運(yùn)動(dòng)按恒線速工作的114例2.WORM型（一次寫多次讀型）例2.WORM型（一次寫多次讀型）115說明：

①LD：準(zhǔn)直度要求

②會(huì)聚物鏡

③

PBS進(jìn)入光線為P偏振光說明：116④斜方棱鏡出射的光

臨界角棱鏡對(duì)P偏振光敏感④斜方棱鏡出射的光117⑤整個(gè)系統(tǒng)為多個(gè)分離棱鏡的組合

∴各個(gè)棱鏡的膠合面的定位精度要求高⑥整個(gè)棱鏡是單棱鏡整形把橢圓圓形簡(jiǎn)單、方便

⑤整個(gè)系統(tǒng)為多個(gè)分離棱鏡的組合橢圓1182.寫入/讀出原理各種光盤不一樣，此處針對(duì)燒凹坑型而言CD、LD、VCD····

①

信息的寫入

數(shù)據(jù)輸入ECC

編碼電路信號(hào)調(diào)制會(huì)聚物鏡光盤介質(zhì)2.寫入/讀出原理119在高溫度的激光束光斑下加熱形成一定寬度一定間隔的記錄脈沖LDECC調(diào)制會(huì)聚光盤加熱以有無凹坑“1”和“0”凹坑質(zhì)量好壞標(biāo)志信噪比的高低在高溫度的激光束光斑下加熱形成一定寬度一定間隔的記錄120②信息的讀出：保護(hù)層（玻璃或DMMD）（1）數(shù)據(jù)道無凹坑時(shí)，入射的光束被反射，大部分返回物鏡光能強(qiáng)（1）②信息的讀出：121（2）數(shù)據(jù)道有凹坑時(shí)，入射的光束∵光程差：

凹坑深度故發(fā)生干涉相消∴凹坑的無有情況下：無凹有凹

（2）數(shù)據(jù)道有凹坑時(shí)，入射的光束1223.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式①格式（a）只讀型：比較簡(jiǎn)單信息道為螺旋形或同心圓形

3.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式123（b）磁光盤（嚴(yán)格的格式）信息道、扇區(qū)······格式化是硬格式化出廠之前，廠家已經(jīng)做好每個(gè)信息道有15個(gè)扇區(qū)；每個(gè)扇區(qū)規(guī)定如下：扇區(qū)521672字節(jié)字節(jié)字節(jié)標(biāo)頭ODF用戶區(qū)（用戶可用512字節(jié)）（b）磁光盤（嚴(yán)格的格式）標(biāo)頭ODF用戶區(qū)（用戶可用51124（1）扇區(qū)頭標(biāo)志（2）偏差檢測(cè)字段（3）用戶區(qū)扇區(qū)頭標(biāo)志是模壓圖樣，它使驅(qū)動(dòng)器不依靠鎖相電路，就可確認(rèn)扇區(qū)的開始位量。（1）扇區(qū)頭標(biāo)志125②存儲(chǔ)方式恒角速度，恒線速度以及改進(jìn)型恒線速度

（a）恒線速度（CD）CLV

（1）整個(gè)面上線速度恒定，即外側(cè)半徑上道上的信息量大于內(nèi)側(cè)半徑道上的信息量（2）從內(nèi)側(cè)外側(cè)掃描過程中內(nèi)側(cè)→外側(cè)ω

↘

保證線速度不變②存儲(chǔ)方式126（b）恒角速度（LD）CAV

（1）內(nèi)側(cè)→外側(cè)：ω不變（2）每條信息道上信息量一致：即：外側(cè)道上信息密度<內(nèi)側(cè)道上信息密度（3）一道為一幅圖像

∴LD（恒角速度）有利實(shí)現(xiàn)各種特技功能*靜止快速查找特定圖像畫面*隨即尋找控制方便（b）恒角速度（LD）CAV127（c）改進(jìn)型恒線速度（MO）

根據(jù)光盤徑向位置，每隔一定數(shù)量的信息道改變一次光盤轉(zhuǎn)速：

（1）即發(fā)揮恒線速的優(yōu)點(diǎn)（2）又有利于控制

（c）改進(jìn)型恒線速度（MO）128③光盤結(jié)構(gòu)（只讀型）三部分組成1）盤基片2）存儲(chǔ)介質(zhì)3）保護(hù)層

③光盤結(jié)構(gòu)（只讀型）129光盤結(jié)構(gòu)采用反射式，為什么？反射式光盤只需從一面接近，從而簡(jiǎn)化光盤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；反射式只需在信息層一側(cè)有保護(hù)層，而透射式則需雙面保護(hù)層；反射式易于實(shí)現(xiàn)聚焦伺服控制根據(jù)反射方法找出經(jīng)光盤反射光束的發(fā)散、會(huì)聚的狀況，來判斷聚焦誤差是容易的光盤結(jié)構(gòu)采用反射式，為什么？1304.糾錯(cuò)編碼在光盤系統(tǒng)中，誤碼的主要來源盤片材料不均勻本身缺陷材料發(fā)生變化(2)讀取數(shù)據(jù)時(shí)錯(cuò)誤①

①

4.糾錯(cuò)編碼①①131∴需要檢糾錯(cuò)技術(shù)或稱抗干擾編碼。

為此：在傳輸或者存儲(chǔ)信息時(shí)，按一定的信息相關(guān)規(guī)則附加一些具有保護(hù)信息能力的冗余位而形成光盤中：讀出譯碼還原時(shí)，能自動(dòng)檢測(cè)最多采用的：循環(huán)碼或線性分組碼∴需要檢糾錯(cuò)技術(shù)或稱抗干擾編碼。132差錯(cuò)的控制在讀/寫操作或媒體保存期間，都有可能產(chǎn)生差錯(cuò)：即漏碼或冒碼漏碼：由1變?yōu)?冒碼：由0變?yōu)?（光盤多為此類）差錯(cuò)的控制133控制方法：

①?gòu)母旧细纳菩诺佬阅?；②發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)后，重新執(zhí)行一次；③采用抗干擾編碼，即檢糾錯(cuò)碼?；靖拍顡Q取檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力所付出的代價(jià)是信息冗余，信息冗余量雖沒帶來新的信息，卻對(duì)信息起到保護(hù)作用?？刂品椒ǎ?34簡(jiǎn)單介紹一種方法線性分組碼（n,k）

如果每次把k位信息寫入光盤，經(jīng)線性相關(guān)運(yùn)算后，求出r個(gè)檢測(cè)位的冗余度

∴共有k+r=n位一起寫入。上述過程為編碼

簡(jiǎn)單介紹一種方法135編碼后的n位二元碼序列稱碼字碼字長(zhǎng)度：n=k+r

可以建立起k位信息序列和n位碼序列之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系編碼后的n位二元碼序列稱碼字136n位二元序列計(jì)有種排列，每種排列為n重；其中k位信息組成個(gè)n重。稱許用碼字?！嗍Ｓ鄠€(gè)n重稱為禁用碼字?！嘧x出時(shí)一旦發(fā)現(xiàn)就立即發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤這樣編出的碼稱為線性分組碼或（n,k）分組碼n位二元序列計(jì)有種排列，每種排列為n重；其中k位137基本要求可靠性：可靠的