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光存储系统

光存储系统

光盘存储技术是利用激光在介质上写入并读出信息。这种存储介质最早是非磁性的，以后发展为磁性介质 。

概述
我们正处在信息时代 ,信息的传递、信息的处理和信息的存储是信息技术的三大要素 .常用的信息存储介质有纸张、缩微胶卷、磁带、磁盘 (软盘和硬盘 )和光盘 (optical disk)等 .其中光盘以其容量大、价格便宜、携带方便等优点而迅速成为现代存储介质的主流。在光盘上写入的信息不能抹掉，是不可逆的存储介质。用磁性介质进行光存储记录时，可以抹去原来写 入的信息，并能够写入新的信息，可擦可写反复使用。
主要分类
根据储存介质，光储存系统可以分为非磁性介质存储系统与磁性介质储存系统。
储存原理
非磁性介质存储原理
有一类非磁性记录介质，经激光照射后可形成小凹坑，每一凹坑为一位信息。这种介质的吸光能力强、熔 点较低，在激光束的照射下，其照射区域由于温度升高而被熔化，在介质膜张力的作用下熔化部分被拉成 一个凹坑，此凹坑可用来表示一位信息。因此，可根据凹坑和未烧蚀区对光反射能力的差异，利用激光读 出信息。
工作时，将主机送来的数据经编码后送入光调制器，调制激光源输出光束的强弱，用以表示数据1和0；再 将调制后的激光束通过光路写入系统到物镜聚焦，使光束成为1大小的光点射到记录介质上，用凹坑代表1 ，无坑代表0。读取信息时，激光束的功率为写入时功率的1/10即可。读光束为未调制的连续波，经光路 系统后，也在记录介质上聚焦成小光点。无凹处，入射光大部分返回；在凹处，由于坑深使得反射光与入 射光抵消而不返回。这样，根据光束反射能力的差异将记录在介质上的“1”和“0”信息读出。
制作时，先在有机玻璃盘基上做出导向沟槽，沟间距约1.65 ,同时做出道地址、扇区地址和索引信息等， 然后在盘基上蒸发一层碲硒膜。系统中有两个激光源，一个用于写入和读出信息，另一个用于抹除信息。 碲硒薄膜构成光吸收层，当激光照射膜层接近熔化而迅速冷却时，形成很小的晶粒，它对激光的反射能力 比未照射区的反射能力小的多，因而可根据反射光强度的差别来区分是否已记录信息。 记录信息的抹除可采用低功率的激光长时间照射记录信息的部位来进行。由于激光介质的光照明“热处理 ”使晶粒长大，使其恢复到未记录信息时的初始晶相状态，故对激光的发射率也提高到记录信息前的状态 。
.磁性介质存储原理
磁光盘是在光盘的基片上镀上一层矫顽力很大的，具有垂直磁化特性的磁性材料薄膜制成。当在磁记录介 质表面上施加强度小于其室温矫顽力Hi 的磁物时，不发生磁通翻转，故不能记录信息。若用激光照射此 介质后，则在被照射处温度上升，矫顽力下降为Hc′。如果这时再对记录介质施以外加弱磁场Hr(Hc′ 磁光存储信息的再生如图2.4所示。图中由激光源发出的激光经过起偏器、半反镜和聚光镜照射在盘上， 行成小于1 的光点。同样，照射区温度上升，矫顽力下降，在照射区形成的磁场使该区磁化。当信息再生 时，照射在磁化区的激光束反射光经半反镜、检偏器到光检测器上读出信息。
光存储系统结构
光存储系统由编解码系统（Encoder&Decoder），读写信道(Channel)，均衡器(Equalizer)和信号检测器（Detector）组成。其中，CD、DVD等光存储技术普遍使用RLL(d,k)编码(RLL,RunLengthLimitedCode游程长度受限码)，在通过读写信道之后使用均衡器（Equalizer）消除ISI(InterSymbolInterference,码间干扰)，然后经过检测编码和解码后得到原始数据。
由前面的理论分析，使用RLL(1,7)编解码，Braat-Hopkins信道模型，MMSE均衡器，使用Viterbi算法作为检测器(Detector)构建了和CD/DVD存储系统相符合的光存储系统模型。
光存储技术发展趋势和有待进一步研究的课题
随着光学技术、激光技术、微电子技术、材料科学、细微加工技术、计算机与
自动控制技术的发展，光存储技术在记录密度、容量、数据传输率、寻址时间等关
键技术上将有巨大的发展潜力，光盘存储将在功能多样化，操作智能化方面都会有
显著的进展。以光学、集成光学、光子效应、体全息技术、光感生或磁感生超分辨
率等原理为基础的新一代光存储技术将朝着以下几个方向发展：
1）实现低价位DVD系列光盘及驱动器的规模生产
直径为120mm的DVD光盘单面容量4.7GB，双面容量9.4GB，如果改成双面
双层，容量可达到18GB，组成了标称容量为5GB、9GB、10GB、18GB的DVD-5、
DVD-9、DVD-10、DVD-18的光盘系列，只要这种光盘及光盘机的生产成本能降低
到当今CD-ROM或CD-R光盘及光盘机的价位，就足够满足一般信息系统及家用电
器的需求。由于DVD系列产品仍以传统的光盘制造技术为基础，基本工作原理没
有改变，只是将信息符坑点的尺寸从原来的0.83µm降低到0.4µm，信道间距从原来
的1.6µm降低到0.74µm。这种光盘机的结构原理也没有太大的变化，所用的半导
体激光器的波长略有缩短，一旦形成规模，成本必将大幅度下降。目前，加工这种
高密度光盘母盘及盘片注塑的设备及技术都已完全成熟。
2）进一步提高DVD光盘质量、成品率及功能
目前，DVD光盘的成品率，无论是母盘制作还是最终产品的成品率都低于普通
CD光盘，从而也影响其生产成本。各种生产光盘的专用加工和测试设备还需要进
一步更新，将深紫外超分辨率曝光技术、电子束曝光技术、多层光致抗蚀剂技术、
无显影曝光技术、更高速的刻录技术等引入母盘制作，以便进一步提高母盘质量和
成品率。DVD光盘及光盘机将在功能上进行改进，首先是多功能化，包括光盘机和
盘片的多功能化，即一台光盘机可用于只读、一次写入不可擦除及可直接改写等不
同盘片，而盘片也可能作成同时具有只读和可擦写功能。此外随着编码技术和集成
电路技术的进步，光盘机的编码及控制软件功能还将进一步改进，将分散的视频、
音频、编码、解码、调制、解调、通道控制、伺服控制重新整合成少数芯片甚至单
一芯片，不仅能降低成本，还会大大提高系统的可靠性。为了使光盘机使用更方便，
其另一改进方向是光盘机的智能，使人一机界面更加简单，操作更为简便。
3）在记录密度不变的条件下提高系统性能
无论是VCD或DVD光盘都可以利用自动换盘系统，组成光盘库、光盘塔、光
盘阵列，实现提高整个系统的容量、数据传输率及多数据存储的可靠性。如果将光
盘库、光盘塔及光盘阵列与自动换盘系统有机结合，可以大大提高系统容量、数据
传输率和显著改善存储数据的可靠性。目前最大的光盘库容量已可达到TB量级（即
1012字节）。
4）综合利用其它新技术开发下一代新产品
高密度数据存储技术始终是信息技术和计算机技术发展中不可缺少的关键研究
领域，预计到2005年，新型网络系统和第三代多媒体出现时，计算机外部存储容量
至少应为100GB，数据传输率至少为40Mbps，现有的各种光盘都不能满足要求，
即使上面提到的DVD-RAM光盘系统也与此目标相距甚远。需要采用新技术和新材
料，研究开发出新一代高密度、高速光存储技术和系统。
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