磁光盘的物理原理.docx

磁光盘的物理原理陈国庆吴亚敏(无锡轻工大学数理部物理教研室, 无锡214036)(无锡教育学院, 无锡214063)( 收稿日期: 1999207212; 修回日期: 1999208209)摘要简要讨论了磁光盘 (M O ) 读、写过程的物理原理, 以期对物理原理在现代科技中的应用有所认识.关键词磁光盘; 激光; 信息THE PHY S ICAL PR INC IPL E O F M A GNET ICO PT ICAL M EM O RYChen Guoq in g1 W u Y am in g2( 1. D ep a r tm en t o f B a sic Co u r se s, W ux i In st itu te o f L igh t Indu st ry, W ux i 214036) ( 2. W ux i E duca t io n In st itu te, W ux i 214063)A bstra c t T h e p h y sica l p r in cap le o f m agn e t ic op t ica l m em o ry is in t ro du ced, it m ayb e u sefu l fo r th e u n de r stan d o f p h y sica l p r in c ip le app lica t io n in en g in ee r in g.Key W ord s m agn e t ic op t ica l m em o ry; la se r;in fo rm a t io n当社会已进入信息时代, 对信息存储设备提出了高密度、大容量、低成本的要求, 单 纯的磁记录方式要进一步提高记录密度有局 限性, 光存储技术的产生, 使存储密度提高了1 2 个 数 量 级, 但 普 通 光 盘 ( 如 CD、CD 2ROM ) 是只读盘, 只能一次性写入. 在此基础 上, 近年发展的磁光存储技术日趋成熟.磁光存储既具有光存储的高密度, 磁光盘的读写使用激光束, 可聚焦到 1m 甚至更 小, 磁光盘的存储密度比普通磁盘要大大提高. 同时, 磁光存储又具有磁存储可擦写的特 点, 可反复读写, 快速随机存取. 所以, 磁光盘存储技术的出现被称为信息存储技术的一次革命.磁光盘存储介质的物理性能1磁光盘存储介质材料首先必须具有垂直磁化的特性, 即易磁化方向与介质表面垂直;其次, 必须具有合适的居里温度 ( 大约在 250 300) ; 第三, 具有尽可能大的磁光克尔转 角 (014 0. 7 度) , 当然, 还要能承受百万次 以上的信息写、擦与重写.据此, 磁光记录材料均采用稀土2过渡金属 合 金 薄 膜 介 质, 如 非 晶 态Gb T b F eCo 合金膜.T b F eCo、工科物理 V o l. 10 N o. 3200033212读出原理从磁光盘读取信息利用了磁光 克 尔 效 应, 这里是极向磁光克尔效应 ( 如图 2 (a ) ).一束线偏振光入射在磁化了的介质表面时,反射光一般是椭圆偏振光, 以椭圆长轴表示 的反射光“偏振面”相对入射偏振光的偏振面将旋转一定的角度, 这个转角称为磁光克尔转角 , 它是与介质的磁化有关的.2磁光盘的存储原理磁光存储, 用一束强激光聚焦到磁光记录介质薄膜上, 热磁写入和擦除信息, 利用磁 光克尔效应读出信息.211写入原理磁光盘的写入过程利用了铁磁材料存在 一特定的临界温度即居里点的原理 ( 如图 1(a ) ) , 基片上制备一层合适的磁性介质, 并预 先被磁化为各点磁化强度M 朝上, 这就构成了一张用来记录信息的空白磁光盘.图 2 读出原理如图 2 (b ) 所示, 一束线偏振激光照射到已记录信息的磁光盘上, 反射光偏振角旋转角度 , 旋转的方向取决于M向上还是向下,在 M 向上的点上, 反射光偏 振 面 顺 时 针 偏转, 在 M 向下的点上, 反射光偏振面逆时针 偏转, 调整偏振光分析器 P 的轴向, 使偏振面顺时针偏转的反射光不能通过, 偏振面逆时针偏转的反射光能通过, 这样出射光再现 了记录的信息“1”和“0”, 随着激光束的扫描, 通过光电转换器, 将出射光变成电信号, 就完 成了读出过程.213 磁光存储系统磁光存储系统如图 3 所示, 高功率半导 体激光器发出调制激光束, 半导体激光器的 特征椭圆光轮廓经光学系统准直并变圆, 以 便能明锐地聚焦到磁光盘上. 偏压线圈提供反转磁场, 偏振分光器 P 1 将反射光转向, 同 时减少对激光器的反馈. 偏振分光器和微分检测器组成数学检测器, 读取数据. 同时象限 检测器用来监控聚焦和跟踪的偏差. 一旦存 在偏差, 即产生误差讯号, 反馈到伺服电机, 以纠正偏差.图 1 写入原理当垂直磁化的介质受到一聚焦激光束照射时, 被照射点温度升至居里点, 这个小区域 的铁磁材料变为顺磁性, 磁化强度M 的取向 由外磁场决定, 这外磁场使顺磁的小区域 (照 射点)M 方向发生翻转. 激光束移开后, 该点 温度 下 降, M 的 取 向 就 被 固 定 下 来 ( 如 图 1(b ) ).介质中磁化强度M取向的上、下对应信息“0”和“1”, 以要记录的信息控制激光束的“通”或“断”, 同时在读/写头上装置的一个微 型线圈提供与预磁化方向相反的外磁场, 随着磁光盘的转动和激光束的径向移动, 就在磁光盘上建立了与要被记录的信息相对应的 “1”和“0”状态序列, 即一个二进制码 ( 如图 1(c) ). 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 工科物理 V o l. 10 N o. 3200034去的 014 017 度提高至大于 2 度. 大大提高了信噪比. 另一方面, 通过采用畴边缘记录 法; 磁超细分辨; 等角速盘速; 以及减小激光 光斑尺度的方法, 以进一步提高磁光盘存储容量. 现已制成 215Gb 的 315 英寸磁光盘.基于物理原理的磁光存储技术正在飞速 发展, 必将给当今信息社会带来巨大影响.3磁光盘的发展存储容量为 113Gb 的 5125 英寸磁光盘和 650M b 的 315 英寸磁光盘已经面市, 目前 研究工作集中在两个方面: 一方面寻找新的磁光材料, 改善磁光盘的性能. 如将 A l、S i 原 子扩散到 M nB i 材料中, 使磁光偏转角由过图 3 磁光存储系统14 16.宛德福, 罗世华. 磁性物理. 北京: 电子工业出版社,1987.M . H. K ryde r, W . M e ssne r and L. R. C a r ley. J .A p p l. P hy s, 1996, 79: : 4485.3参 考 文 献4程守洙, 江之永. 普通物理学 ( 2). 第五版. 北京: 高等教育出版社, 1998, 280 307.王代殊. 光存储技术简介. 现代物理知识, 1996, 7 (