第十一章 光学存储材料.ppt

由于只读型光盘是生产厂家制造，为了大量复制，所以需要制作母盘。为此将存储信息以表面坑点形式转录在母盘上。母盘是一块平整的圆形玻璃衬底，厚约0.5cm，涂有约12um厚的光敏材料膜层。用一束待录信息调制光强并聚焦的激光束照射光敏膜层时，曝光的地方被吸收，局部地改变了光敏薄膜的性能。然后用化学溶液处理光敏膜，曝过光的光敏膜被溶解，从而显示出凹凸结构。 大家都知道光盘技术分为写一次和可擦除两种。写一次光存储通常称为写一次读多次（WORM）存储，用的光盘是由夹在两层塑料保护膜之间的碲合金吸收层构成，由激光在光盘的吸收层上烧孔写入信息。WORM 可用于档案存储等永久性的存储。对于可擦除存储，最重要的是磁光盘，它将磁存储的可擦除性和光存储的相对永久性结合起来。磁光系统将强激光束聚焦在涂以如TbFeCo 或者FeTbGd 的铁磁合金的光盘层，是局部加热到居里温度，这是铁磁材料成为顺磁性的，它的内部磁极可由外部磁场确定。在读头上安装小的磁场线圈产生外场，由来回改变外磁场极性确定每一数据。当激光功率撤去材料冷却到居里点以下时，数据就永久地存储在光盘上。 光盘存储的实际上应用的是激光的高能量在光盘上打孔，实际上与激光在机加工方面的应用一样。只是在这里打孔要求精密度更高，要小到微米量级，并且要求定位准确，响应速度快，而这些又不是对激光器本身的要求了，更多的限制来自伺服电机等其他部件的性能的好坏 光盘读出信息时，用安装在可移动读头上的短焦距物镜将来自低功率二极管激光器的连续激光紧聚焦在穴上。当光盘在读头上方旋转时，伺服电机控制在读头上下和左右地跟踪，使激光始终聚焦在每一个穴上。来自脊和穴的反射光重新产生数字化的调制信号。光探测器将受调制的反射光又转化为电信号，以便解码和放大。 任何光学存储方法的优劣决定于存储的寿命，硬件的兼容性、数据传递速率、可擦除性、使用便利程度和最重要的存储容量。光盘的面积存储容量是很高的，还可以用各种电子学和光学的技术来扩大存储容量，但是面积存储容量最终决定于激光的波长，它决定光盘上最小光斑的尺寸。最后，更大的容量还可以在一张光盘上用多个半透明存储层堆积起来达到，存储容量是堆积层的倍数，由改变读头的焦点分别读出各层，存储在不同层的数据之间的串音可由增大读头物镜的NA 消除。 二、全息存储 虽然至今还没有研制成功一个实用的全息存储系统，但是相对于光盘存储，全息存储更为人们看好，有人预计在不久的将来可以将全部《不列颠百科全书》存储在一个角币大小的体积内。此外，用全息存储技术有可能达到大于1Gb 的数据传递速率和小于100 ms 的随机存储时间。 在光折变存储器中，信息不是像光盘存储那样一个字接着一个字存储的，而是整“页”同时存储，每页以分别代表“1”和“0”的明和暗像素的两维图样，由一个空间光调制器（SLM）编码到激光束上。经编码的激光束由透镜聚焦到光敏存储材料中，在其中与参考光束干涉而行成SLM 图样的体全息图。同一页信息可用同一参考光束照明全息图读出，读出图象由读出透镜的后焦平面处的电耦合器件（CCD）阵列探测。 光折变存储器的真正潜力在于成千页数据可以存储在不大于一个硬币的体积中，每一页包含几兆二进制位的信息。为此，只要是每页信息对应一个特定的参考光束，即各页信息对应于不同角度、波长和相位的参考光束。全息页组也可以分别堆积在整个存储介质的厚度内，这样又可以增加更多的存储容量。光折变存储器的另一个优点是其剩余度，这一个有点来自于单个全息图象的每一个元是分布在存储介质的整个曝光体积内，因此存储介质中分立的缺陷会影响整页数据的水准，但不会使个别的二进制位数据消失，从而加强了存储数据的完整性。还有一个优点是随机存取速率快，这是全息过程的光学性质的直接结果。 如果数据页由参考光束角度确定，则每页的写或读可与参考光束的角度变化一样快，因此用生光偏转即使就可以导致很快的数据存取，并实现联想记忆。与传统的全息记录手段（全息干板）相比较，它不需要显影、定影等手续而可以实时写入与读出，这大大方便了使用。而且存储介质可以循环使用，如果需要更新存储器中的信息，可在均匀光辐照下活用升温的方法可全部擦洗，也可通过相减光学运算修改全息图。 上述特点使得基于光折变效应的全息存储器具有诱人的应用前景，可应用于光学相关器、光学中性网络、光学互连器及光学动态记忆器等。下面我们介绍一下光折变存储器的原理及编码方式。 光折变存储器中全息图的写入使基于二波混频的几何配置，即参考光束与载有被存储信息的信号光束在光折变晶体中相干写入全息图。这种形式类似于全息图的记录过程。读出时用挡住信号光用参考光束照射写入的光栅，衍射光束是物光的再现，通过改变参考光束的入射角（角度编码）或者改变参考光和物光在晶体中相互作用的区域（空间编码），可实现多个全息图在同一晶体中的