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第一代光盤(pán)存儲(chǔ)的光源用GaAlAs半導(dǎo)體激光器，波長(zhǎng)為0.78μm（近紅外），5寸光盤(pán)的存儲(chǔ)容量為0.76GB，即CD系列光盤(pán)；第二代光盤(pán)存儲(chǔ)的光源用GaAlInP激光器，波長(zhǎng)為0.65μm（紅光），存儲(chǔ)容量為4.7GB，即數(shù)字多功能光盤(pán)（DVD）系列；第三代光盤(pán)存儲(chǔ)已經(jīng)興起，使用GaN半導(dǎo)體激光器，波長(zhǎng)為0.41μm（藍(lán)光），存儲(chǔ)容量可達(dá)27GB，為高密度數(shù)字多功能光盤(pán)，即HD-DVD光盤(pán)（藍(lán)碟）。20世紀(jì)80年代后期出現(xiàn)的磁光盤(pán)（MOD）技術(shù)和20世紀(jì)90年代初期出現(xiàn)的相變光盤(pán)（PCD）技術(shù)也得到了飛快發(fā)展，并且已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用。

一、光盤(pán)存儲(chǔ)的原理

光盤(pán)是一種圓盤(pán)狀的信息存儲(chǔ)器件，它利用受調(diào)制的細(xì)束激光加熱介質(zhì)表面，使不同位置處的反射率改變，以記錄下存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。當(dāng)有激光束照明介質(zhì)層時(shí)，依靠各信息點(diǎn)處反射率的不同提取出被存信息。在光盤(pán)上寫(xiě)入信息的裝置稱(chēng)為光盤(pán)記錄系統(tǒng)，能從光盤(pán)上讀出數(shù)據(jù)的裝置是光盤(pán)重放系統(tǒng)。前者如光盤(pán)文件記錄器，后者包括視頻光盤(pán)放像機(jī)和光盤(pán)文件檢索系統(tǒng)等。圖1給出了光盤(pán)寫(xiě)入讀出的原理示意圖。

圖1 光盤(pán)寫(xiě)入讀出原理示意圖

光盤(pán)寫(xiě)入記錄狀態(tài)如圖1（a）所示，載有音頻、視頻或文件信息的調(diào)制激光束被聚束透鏡縮小成直徑1μm左右的光點(diǎn)。細(xì)束激光的高能量密度加熱記錄介質(zhì)表面，使局部位置發(fā)生永久性變形，或者使金屬膜的結(jié)晶狀態(tài)發(fā)生變化。這些都造成介質(zhì)表面反射率的二值化改變。經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理之后，在盤(pán)面上形成了軌跡為螺旋或同心圓狀的一系列長(zhǎng)短不同的微小凹坑或其他形式的永久性變形點(diǎn)。這些信息點(diǎn)的不同編碼方式就代表了被存儲(chǔ)的信息數(shù)據(jù)。

光盤(pán)讀出狀態(tài)如圖1（b）所示，將照明激光束聚焦在光盤(pán)信息層上。當(dāng)讀出激光束落在光盤(pán)信息層的平坦區(qū)域時(shí)，大部分光束被反射回物鏡；當(dāng)光束落在凹坑邊緣時(shí)，反射光因衍射作用而向兩側(cè)擴(kuò)散，只有少量反射光能折回物鏡；當(dāng)光束落在凹坑底部時(shí)，由于坑深為λ/4，使反射光波相位恰巧與坑上的反射光相反，它們反相疊加的結(jié)果使坑內(nèi)反射光最暗，從而提高了信號(hào)的對(duì)比度。用光電檢測(cè)器接收反射回來(lái)的被信息點(diǎn)調(diào)制的光強(qiáng)，則輸出信號(hào)的電流ΔI可表示為

ΔI=STEoR（x，y）      （1）

式中，Eo為入射于介質(zhì)膜上的激光束光強(qiáng)；T為由介質(zhì)膜到光電檢測(cè)器的光傳輸效率；S為光電檢測(cè)器的靈敏度；R（x，y）是膜面反射率，它是信息點(diǎn)位置的函數(shù)，隨凹坑的有無(wú)呈二值化變化。

式（1）表明，光盤(pán)存儲(chǔ)是以記錄介質(zhì)表面的反射率R為信息的載體，通過(guò)在薄膜介質(zhì)上高密度的空間調(diào)制實(shí)現(xiàn)信息存儲(chǔ)的。光電信息電流除用做數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)解調(diào)后變?yōu)樵佻F(xiàn)信息之外，還用來(lái)實(shí)現(xiàn)為光盤(pán)正常工作所必需的循跡跟蹤和調(diào)焦控制。

—種基本的光盤(pán)存儲(chǔ)系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 基本的光盤(pán)系統(tǒng)示意圖

光盤(pán)是在襯底上淀積了記錄介質(zhì)及其保護(hù)膜的盤(pán)片，在記錄介質(zhì)表面沿螺旋形軌道，以信息斑的形式寫(xiě)入大量的信息（見(jiàn)圖3），其記錄軌道的密度達(dá)1000道/mm左右。

圖3 光盤(pán)記錄斑示意圖

可見(jiàn)，信息斑越小，光盤(pán)的存儲(chǔ)密度越大。由于物鏡衍射極限影響焦點(diǎn)處光匯集的最小直徑（約為λ/2NA為物鏡的數(shù)值孔徑），因此光盤(pán)的存儲(chǔ)密度為（NA/λ）2。例如在采用氣離子激光器（λ=457.9nm）和物鏡數(shù)值孔徑為0.8的系統(tǒng)中，信息斑的最小直徑為λ（2NA）=457.9/（2X0.8）≈0.29μm，則存儲(chǔ)密度為（NA/λ）2≈3x1012m-2。對(duì)于普通尺寸（內(nèi)徑為70mm、外徑為145mm）光盤(pán)而言，其有效存儲(chǔ)面積約為5x10-2m2，則它的最大存儲(chǔ)容量為3x1012x5.0x10-2=1.5x1010b?？梢?jiàn)，采用更短波長(zhǎng)的激光器和高數(shù)值孔徑的物鏡，可以提高光盤(pán)的存儲(chǔ)密度，如現(xiàn)在發(fā)展的藍(lán)光光盤(pán)就比紅光光盤(pán)的存儲(chǔ)密度高得多。

光盤(pán)存儲(chǔ)除了具有密度高、抗電磁干擾、存儲(chǔ)壽命長(zhǎng)、非接觸式讀/寫(xiě)信息及信息位價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)外，還具有信息載噪比CNB（載噪比是載波電平與噪聲電平之比，以分貝dB表示）高的突出優(yōu)點(diǎn)。其光盤(pán)載噪比均在50dB以上，且不受多次讀/寫(xiě)的限制。因此，光盤(pán)多次讀出的圖像清晰度和音質(zhì)是磁帶和磁盤(pán)所無(wú)法比擬的。

二、光盤(pán)存儲(chǔ)的類(lèi)型

光盤(pán)按讀寫(xiě)方式的不同，可分為只讀式、寫(xiě)入式和可擦除式三種。