光存儲系統

我們正處在信息時代 ,信息的傳遞、信息的處理和信息的存儲是信息技術的三大要素 .常用的信息存儲介質有紙張、縮微膠捲、磁帶、磁盤 (軟盤和硬盤 )和光盤 (optical disk)等 .其中光盤以其容量大、價格便宜、攜帶方便等優點而迅速成為現代存儲介質的主流。在光盤上寫入的信息不能抹掉，是不可逆的存儲介質。用磁性介質進行光存儲記錄時，可以抹去原來寫 入的信息，並能夠寫入新的信息，可擦可寫反覆使用。

根據儲存介質，光儲存系統可以分為非磁性介質存儲系統與磁性介質儲存系統。

有一類非磁性記錄介質，經激光照射後可形成小凹坑，每一凹坑為一位信息。這種介質的吸光能力強、熔 點較低，在激光束的照射下，其照射區域由於温度升高而被熔化，在介質膜張力的作用下熔化部分被拉成 一個凹坑，此凹坑可用來表示一位信息。因此，可根據凹坑和未燒蝕區對光反射能力的差異，利用激光讀 出信息。

工作時，將主機送來的數據經編碼後送入光調製器，調製激光源輸出光束的強弱，用以表示數據1和0；再 將調製後的激光束通過光路寫入系統到物鏡聚焦，使光束成為1大小的光點射到記錄介質上，用凹坑代表1 ，無坑代表0。讀取信息時，激光束的功率為寫入時功率的1/10即可。讀光束為未調製的連續波，經光路 系統後，也在記錄介質上聚焦成小光點。無凹處，入射光大部分返回；在凹處，由於坑深使得反射光與入 射光抵消而不返回。這樣，根據光束反射能力的差異將記錄在介質上的“1”和“0”信息讀出。

製作時，先在有機玻璃盤基上做出導向溝槽，溝間距約1.65 ,同時做出道地址、扇區地址和索引信息等， 然後在盤基上蒸發一層碲硒膜。系統中有兩個激光源，一個用於寫入和讀出信息，另一個用於抹除信息。 碲硒薄膜構成光吸收層，當激光照射膜層接近熔化而迅速冷卻時，形成很小的晶粒，它對激光的反射能力 比未照射區的反射能力小的多，因而可根據反射光強度的差別來區分是否已記錄信息。 記錄信息的抹除可採用低功率的激光長時間照射記錄信息的部位來進行。由於激光介質的光照明“熱處理 ”使晶粒長大，使其恢復到未記錄信息時的初始晶相狀態，故對激光的發射率也提高到記錄信息前的狀態 。

磁光盤是在光盤的基片上鍍上一層矯頑力很大的，具有垂直磁化特性的磁性材料薄膜製成。當在磁記錄介 質表面上施加強度小於其室温矯頑力Hi 的磁物時，不發生磁通翻轉，故不能記錄信息。若用激光照射此 介質後，則在被照射處温度上升，矯頑力下降為Hc′。如果這時再對記錄介質施以外加弱磁場Hr(Hc′ 磁光存儲信息的再生如圖2.4所示。圖中由激光源發出的激光經過起偏器、半反鏡和聚光鏡照射在盤上， 行成小於1 的光點。同樣，照射區温度上升，矯頑力下降，在照射區形成的磁場使該區磁化。當信息再生 時，照射在磁化區的激光束反射光經半反鏡、檢偏器到光檢測器上讀出信息。

光存儲系統由編解碼系統（Encoder&Decoder），讀寫信道(Channel)，均衡器(Equalizer)和信號檢測器（Detector）組成。其中，CD、DVD等光存儲技術普遍使用RLL(d,k)編碼(RLL,RunLengthLimitedCode遊程長度受限碼)，在通過讀寫信道之後使用均衡器（Equalizer）消除ISI(InterSymbolInterference,碼間干擾)，然後經過檢測編碼和解碼後得到原始數據。

由前面的理論分析，使用RLL(1,7)編解碼，Braat-Hopkins信道模型，MMSE均衡器，使用Viterbi算法作為檢測器(Detector)構建了和CD/DVD存儲系統相符合的光存儲系統模型。

隨着光學技術、激光技術、微電子技術、材料科學、細微加工技術、計算機與

自動控制技術的發展，光存儲技術在記錄密度、容量、數據傳輸率、尋址時間等關

鍵技術上將有巨大的發展潛力，光盤存儲將在功能多樣化，操作智能化方面都會有

顯著的進展。以光學、集成光學、光子效應、體全息技術、光感生或磁感生超分辨

率等原理為基礎的新一代光存儲技術將朝着以下幾個方向發展：

1）實現低價位DVD系列光盤及驅動器的規模生產

直徑為120mm的DVD光盤單面容量4.7GB，雙面容量9.4GB，如果改成雙面

雙層，容量可達到18GB，組成了標稱容量為5GB、9GB、10GB、18GB的DVD-5、

DVD-9、DVD-10、DVD-18的光盤系列，只要這種光盤及光盤機的生產成本能降低

到當今CD-ROM或CD-R光盤及光盤機的價位，就足夠滿足一般信息系統及家用電

器的需求。由於DVD系列產品仍以傳統的光盤製造技術為基礎，基本工作原理沒

有改變，只是將信息符坑點的尺寸從原來的0.83µm降低到0.4µm，信道間距從原來

的1.6µm降低到0.74µm。這種光盤機的結構原理也沒有太大的變化，所用的半導

體激光器的波長略有縮短，一旦形成規模，成本必將大幅度下降。目前，加工這種

高密度光盤母盤及盤片注塑的設備及技術都已完全成熟。

2）進一步提高DVD光盤質量、成品率及功能

目前，DVD光盤的成品率，無論是母盤製作還是最終產品的成品率都低於普通

CD光盤，從而也影響其生產成本。各種生產光盤的專用加工和測試設備還需要進

一步更新，將深紫外超分辨率曝光技術、電子束曝光技術、多層光致抗蝕劑技術、

無顯影曝光技術、更高速的刻錄技術等引入母盤製作，以便進一步提高母盤質量和

成品率。DVD光盤及光盤機將在功能上進行改進，首先是多功能化，包括光盤機和

盤片的多功能化，即一台光盤機可用於只讀、一次寫入不可擦除及可直接改寫等不

同盤片，而盤片也可能作成同時具有隻讀和可擦寫功能。此外隨着編碼技術和集成

電路技術的進步，光盤機的編碼及控制軟件功能還將進一步改進，將分散的視頻、

音頻、編碼、解碼、調製、解調、通道控制、伺服控制重新整合成少數芯片甚至單

一芯片，不僅能降低成本，還會大大提高系統的可靠性。為了使光盤機使用更方便，

其另一改進方向是光盤機的智能，使人一機界面更加簡單，操作更為簡便。

3）在記錄密度不變的條件下提高系統性能

無論是VCD或DVD光盤都可以利用自動換盤系統，組成光盤庫、光盤塔、光

盤陣列，實現提高整個系統的容量、數據傳輸率及多數據存儲的可靠性。如果將光

盤庫、光盤塔及光盤陣列與自動換盤系統有機結合，可以大大提高系統容量、數據

傳輸率和顯著改善存儲數據的可靠性。目前最大的光盤庫容量已可達到TB量級（即

1012字節）。

4）綜合利用其它新技術開發下一代新產品

高密度數據存儲技術始終是信息技術和計算機技術發展中不可缺少的關鍵研究

領域，預計到2005年，新型網絡系統和第三代多媒體出現時，計算機外部存儲容量

至少應為100GB，數據傳輸率至少為40Mbps，現有的各種光盤都不能滿足要求，

即使上面提到的DVD-RAM光盤系統也與此目標相距甚遠。需要採用新技術和新材

料，研究開發出新一代高密度、高速光存儲技術和系統。 ^[1]