第五章光存储器件

1、第五章光存储器5. 1光存储器工作原理5. 2数字化光盘与可擦写光盘资料的存储.分析.检索和传播，需要高密度、大容量的存储介质和管理系统。目前计算机的主要夕卜存储器：磁存储技术。 即利用磁通变化和磁化电流进行读写的磁 记录技术。但信息的多媒体化，人们需要处理的不仅 是数据、文字、声音.图像，而且是活动 的和高清晰的图像（占用巨大的存储空 间）。磁存储难以满足这一要求。光学存 储技术以其极大的存储容量和低廉的存储 价格，给信息界带来了巨大的希望。与磁存储相比，光盘存储具有以下特点：1）存储密度高。因使用相干性好的激光为 光源，聚焦成直径约lum的光点进行记录, 存储一位信息所需的介质面积仅约为l

2、imp, 因而记录密度可高达IO?108bit/cm2,是普 通磁盘的10到100倍。2）存储寿命长。一般在10年以上，而磁存 储是3到5年。3 ）信息的信噪比高。信息的信噪比一般可 达50dB以上，且经多次读出的音质和图像 的清晰度不降低。3）非接触式读/写信息。这是光盘存储器所 具有的独特性能。读/写光点是用透镜将激光 束聚焦而成，光盘机中光头与光盘间距有 l2mm,光头不会磨损和划伤盘面，因此丸 盘可以自由更换。不足之处：光学头无论体积还是重量，都还 不能与磁头相比，这影响光盘的寻址速度， 从而影响其记录速度。才艮据性能和用途，光盘存储器大致可分为以 下三种类型：只读式、只写一次式、可擦

3、式 （或可逆式）。6. 1光存储器工作原畔一.光盘驱数据输入光蠢动器的结构数据输入点划线内部分 是由激光二极 管、光学元件 和光检测组成 的光学读/写 头，即光学头, 简称光头。数据存曙介质光学希写头衆焦透镜.偏振光束分离器ECC光学系统屮译码#ECC数据输出14波长楼7-111!数据光L 检测器y 定位俣差耳 光检测器需/1 顧:踪 反射器ofh» 电肌-Xitn控制-1跟踪我制I二、光学头光学读写头分淵W1 光学系话 -o>E-检测器誌误差一|光检测器匚1/犧长柜可动部分固定部分检测器物镜光盘检测及光源跟踪控制光学头相当于磁盘驱动 器的磁头，是信息读出 和写入的通道。1）普

4、通光学头 体积和重量都较大， 严重影响寻址速度。2）分离式光学头 减少光学头可移动部 分的重量。两者间通 过光纤耦合。3）全息光学头全息元件具有分束、焦点误差检测和跟踪误差检测三种功能的复合功能元件，且不受光源波长变化的影响。4）集成光学头利用光栅分束和抛物面形波导镜面组成的集成光头。它把从光源到检测、分束、会聚等功能都集成为模块。直径约lum的光点o(R光点形成在光盘后部的反射面上;(b)表面上的凹坑？2)凹坑形成信息道。光点的半宽度宴比凹坑宽度稍大些。三、光盘的读/写原理1)信息写入信号通过误差检验与校正电路和编 码电路，去直接调制LD的输出。调制的光经聚焦透镜(NA 0.45-0.65

5、)会聚成光盘旋转，有一定长度 和间隔的记录光脉冲就 在介质上形成一连車的 物理标志(如凹坑)。2）信息读出芷讣ld加一较低的直流电压，同样经过光：y 学系统成为读出光点，依数据道上有 和无标志，反射光的强度受到调制。数据道上无凹坑，读出光被反射回物镜； 有凹坑，因其深度为"4，故从凹坑和周围 反射的光程差"2而相消，不能返回。根据反射光强依有无凹坑变化的原理，就可 读出光盘上记录的凹坑信号。由光检测器转 变为电信号，由数据检测、译码和误差检验 和校正电路，至光盘存储系统的输出部位。6.2数字化光盘与可擦写光盘、CDCD(Compact Disc-Digital Audio,

6、即小型 数字化音频唱片CD-DA),也称激光唱片。-聚碳酸酯(PC)衬底謂薦驚蠶铝(AI)反射层：反射780nmLD激光束 构 ' 紫外线(UV)固化胶保护铝反射层免被氧化CD产生于八十年代初，直径120mm, 1-2mm,单面记录75分钟的音乐。二、VCDVCD(Video Compact-Disc)称小型 数字化视频光盘。III经A/D转换器将模拟信号的视频、音频信号 转换为二进制的数字信号录制到光盘上。 所用激光波长780nm,存储容量为650MB。 CD盘的制造工艺与普通CD片相同。VCD直径120mm,厚1.2mm的单面盘记录74分钟的活动图象及其伴音信号。因数字 信号的数据

7、量很大，要借助于数据压缩技术, 再用压缩的信号调制激光束。三、DVDDVD (Digital Video Disc )提高了记录容量，提高音频、视频质量。用波长635650nm的红色LD代替780nmLD。缩短波长可提高记录容量。将用于CD的NA=045增加到060,减小了光斑直径而提高分辨率。DVD1994年开始，直径120mmo单面盘厚度0.6mm,双面盘厚度1.2mm；单层单 面容量4.7GB,单层双面容量8.5GB；双层单面容量9.4GB,双层双面容量17GBO四、可擦写光盘1 光磁型用磁性材料作为记录介质，用激光作为记录.读出和擦除手段的存储器。1) 信息写入 磁膜有一容易磁化的轴，

8、它与膜面垂直。如对磁膜施加比矫顽磁I记录薄膜("初始状态力更强的磁场，磁化M即 转包一个方向，成为输 入信号前的初始态。lhX ； ； X'广、1温度分布h U5FL分布 厲）激光照射时矫顽磁力随温度升高而变小' 当高于某一临界温度（即居 里温度）Tc时，材料的矫顽 磁力即下降为零。用激光照射要写入的点，使为居里点，再 用100-200T的辅助磁场使其磁化换向。形成了以磁化方向的差别而记录的信息:4*4t4 4M+信息位3）记录状态激光束离开单元，温度恢 复到室温（矫顽磁力高达 2000-3000T）,要改变磁 性需要极强的磁场。2）信息读出就是检测记录介质的磁化方向

9、。磁场克耳效应：线偏振光从强磁极反射时,偏振面发生旋转的现象。趨偏镜的角度磁化向上 九 刁二九磁化向下磁化向上，旋转 ek,而向下则 逆向旋转- o k。如使检偏器的透过轴与-ek正交，则向 下的不能通过检偏器，而向上的则亮。3) 信息擦除：要擦去信息时，只需重新用大功率写 入光点照射数据道，外加反向的直流 偏压磁场，照射区域的磁化即翻转到 原来的方向。由于在转换相当大的磁场时有速度限制， 故光盘的一转用来擦去数据，将磁化置“(T ,然后在下一转再写入。磁光盘无法在广泛使用的CD-ROM驱动器上 读取，不能满足对计算机数据交换和分发的 要求，因而应用受到极大的限制。利用记录材料的结晶和非结晶态

10、间的2相变型 可逆相变，实现信息的记录和擦除。写入过程是通过使灵敏层局部熔化，以实 现晶态非晶态转变。很多熔化后的硫族化合物（TeGeSbS、TeGeAs、TeGeSnO、TeGeSn）在骤冷时，凝固成非晶态。擦去数据则是非晶态晶态的退火过程。 结晶态反射率大，而非结晶态则反射率小。 利用两者反射率的差别，产生光学对比度, 就可记录和读出信息。硫系光学材料吸收近红外的半导体激 光、产座热相变。lhLD在薄膜上聚焦，该点 升温、材料熔化，原子无 规则地杂乱排列，由于比 结晶化速度快，记录材料 就以非晶态的形式凝固并 保存下来。擦除信息就是把记录位内的非结晶状态再 转变为结晶状态。实现这一过程的方法是 使记录介质熔化，经过液态后慢慢冷却而 使之结晶化