第7章光信息存储技术-第二讲.ppt

第7章 光信息存储技术 7.2 光盘存储 7.2.1 光盘的类型 7.2.2 光盘存储器 7.2.3 光盘存储技术的进展 某种光盘的记录范围为内径80mm、外径180mm的环形区域，记录轨道的间距为2μm。假设各轨道记录位的线密度均相同，记录微斑的尺寸为0.6μm，试估算其单面记录容量。 解： 记录轨道数为: 单面记录容量按位计算为: 按字节数计算的存储容量为 2.1GB. 半导体激光束的截面为椭圆，需要经过整形变成圆光束，才能最后在光盘上聚焦成圆光斑，满足读、写的要求。 要采取措施使同一光路传输到光盘的光束和从光盘反射回来的光束不致发生干涉。 要防止光盘表面的反射光进入到激光器，否则会在激光器输出中增加显著的噪声。 从半导体激光器1发出的激光束经透镜2，3整形准直后变成圆平行光到达偏振光分束器4。偏振光分束器是由两块双折射晶体-方解石（负单晶）棱镜组成的光学器件，两棱镜之间是一层薄薄的空气层，垂直入射的光束进入第一个棱镜后，分解为两束相互垂直偏振的寻常光（o光）和非常光（e光），其中o光在空气层界面全反射，而e光则进入第二个棱镜再无偏折地射出。因此，通过偏振分束器的激光变成了只有一个方向振动的线偏振光，此线偏振光通过四分之一波片5之后变成圆偏振片，经反射镜6和聚焦物镜7在光盘8的记录层聚焦成所需要的圆光斑。 从光盘反射回来的光束仍是圆偏振光，在再次通过四分之一波片后，又变回线偏振光，但偏振方向旋转了90度，即与原先通过偏振分束器的线偏振光振动方向相互垂直，这就避免了沿同一光路传播的来回两束发生干涉。 此偏振光进入偏振分束镜相当于一束o光，在空气层界面全反射，从而防止了反射光进入激光器。 最后，从偏振分束镜出来的光束经过分束镜9，一部分反射经透镜10会聚于读出探测器11，得到读出信号。另一部分透射经透镜12会聚于聚焦、跟踪误差探测器13，得到聚焦、跟踪误差信号。 信息技术的飞速发展，对海量信息存储的需求迅猛增长。然而，正在全世界兴起的信息高速公路网和超级计算机小型化发展中，信息存储系统仍然是一个相对薄弱的关键性环节。光存储目前达到的存储密度和数据传输速率还远远满足不了飞速发展的信息科学技术的要求。 为了提高存储密度和数据传输速率，光存储正在由长波向短波、低维向高维（即由平面向立体）、远场向近场、光热效应向光子效应、逐点存储向并行存储发展。 提高光盘存储密度的途径很多，其中见效最快的是缩短激光波长以缩小记录光斑尺寸的方法 采用近场光学扫描显微技术和其他纳米技术使磁光、相变等目前已广泛应用于光盘存储的介质和一些新的光存储介质的存储密度大幅度提高，也是一个广为研究的课题 　三维立体存储是超大容量信息存储的最重要途经。这方面的研究目前集中在三个方向：体全息存储、双光子吸收三维存储和多层记录存储。 　光存储介质一直是光存储技术研究的关键，因此，寻找适合于快速超高密度和超大容量信息存储材料的努力从来都被放在首要地位，无机光存储材料的研究较为成熟。 从总体发展水平来看，在光存储特别是超高密度光信息存储方面的应用研究目前国际上还基本处于刚刚起步的阶段。 表7-2-1 CD、DVD、HD-DVD和BD的性能与参数对比 光致变色现象是指某些无机和有机化合物在光的作用下，它的吸收谱发生可逆变化的现象。例如，用紫外光照在无色物质A上，物质A就变到准稳态B而着色；如果再用可见光照射或加热，物质B又重新回到无色的A状态。 光致变色存储 彩色多波长存储 该技术采用不同敏感波段的单层混合或多层光致变色材料作为记录层，用多种波长激光器通过合光和分光装置实现多记录层的并行读/写，并且可以通过控制记录层的总厚度在焦深之内实现多记录层的统一寻址。清华大学的科学家将三种光致变色材料混合于同一记录层中进行了三波长光致变色存储的实验。实验表明，三种记录材料间几乎没有串扰产生。这项技术可有效的提高存储容量和存取速度。 固体基质中的掺杂分子由于局域环境的差异，因而出现能级的非均匀加宽。当用窄频带激光照射后，在掺杂分子吸收带内，在激光频率处出现吸收的减小。这种现象称为光谱烧孔。 将持续光谱烧孔应用于光信息存储，可以使光的频率成为新的存储维，将传统的三维( x，y，z )光信息存储发展成为四维(x ，y ，z ， v )光信息存储。与目前的光盘系统(记录密度限为l08bit/cm2 )相比较，PSHB的三维光信息存储(以下简称PSHB存储)在理论上可以使记录密度提高三至四个数量级。 但是，PSHB技术的分辨率并不太高，一般来说，对应于一个能量状态仍然有103—l04个分子，因而PSHB技术只能识别一个分子集． 应用PSHB 技术， 可以在一个记录斑点中通过对光的频率(或波长)的扫描来记录多重信息。理论上估计，多重度可达103—l04 ，