《大話(huà)光存儲(chǔ)（1）光存儲(chǔ)基本原理》要點(diǎn)：
本文介紹了大話(huà)光存儲(chǔ)（1）光存儲(chǔ)基本原理，希望對(duì)您有用。如果有疑問(wèn)，可以聯(lián)系我們。

大家好.好久沒(méi)有寫(xiě)東西了.最近冬瓜哥在醞釀一件大事,所以沒(méi)來(lái)得及寫(xiě)點(diǎn)啥.從本期開(kāi)始,冬瓜哥將為大家大話(huà)光存儲(chǔ),本篇先介紹一些光存儲(chǔ)的基本原理.

本文目錄：

• 光盤(pán)是如何存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的
• 壓(預(yù)錄)盤(pán)與刻(刻錄)盤(pán)的區(qū)別
• 微觀(guān)結(jié)構(gòu)
• 多層記錄

光存儲(chǔ)系統(tǒng)這么多年來(lái)一直都給人一種默默無(wú)聞的感覺(jué).自從2000~2005這5年來(lái)著實(shí)憑借著VCD、DVD火了一把之后,后續(xù)可以說(shuō)是杳無(wú)音信了.當(dāng)時(shí)全國(guó)各地電子市場(chǎng)里泛濫的光盤(pán),軟件、游戲、電影、CD,加上個(gè)封皮,琳瑯滿(mǎn)目.門(mén)口用的最高頻率的詞匯就是“要碟么,軟件游戲”,就像如今北京中關(guān)村樓下的“維修這邊”一樣,只不過(guò)后者是坑死你不帶喘氣的.

不瞞您說(shuō),冬瓜哥至今還保留了一些光盤(pán),比如某殺毒軟件的安裝盤(pán)等,其中也不乏當(dāng)時(shí)刻錄下來(lái)的一些內(nèi)容,但是里面的東西現(xiàn)在基本可以說(shuō)是沒(méi)用了.不過(guò)試了試用光驅(qū)讀了一下,10年前的CD-R刻錄盤(pán)依然可以讀出.

【光盤(pán)是如何存數(shù)據(jù)的】

商品光盤(pán)是在聚碳酸酯表面壓出凹坑,利用凹坑邊沿表示1,坑底或者上表面都表示0.有人可能會(huì)有疑問(wèn)如果兩個(gè)連續(xù)的1應(yīng)該怎么表示,光盤(pán)里的數(shù)據(jù)是經(jīng)過(guò)特殊的重新編碼的,會(huì)保證不出現(xiàn)兩個(gè)連續(xù)的1.

把布滿(mǎn)凹坑的盤(pán)片表面濺鍍一層鋁反射膜,當(dāng)激光照射到凹坑時(shí),凹坑的內(nèi)壁對(duì)光產(chǎn)生了散射作用,并不是所有光線(xiàn)都原路反射回去,所以接收到的反射光強(qiáng)度變?nèi)酰欢丈涞經(jīng)]有凹進(jìn)去的地方,反射光強(qiáng)度比凹坑所反射的要強(qiáng).將光強(qiáng)度用光敏器件轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化的電流/電壓的信號(hào),并用采樣器采樣成數(shù)字信號(hào),并保存到緩沖存儲(chǔ)器中,便實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的讀出.

實(shí)際中的裝置與邁克爾遜干涉儀類(lèi)似.采用一塊半透半反射的玻璃,既能夠投射光源發(fā)出的激光,還能將反射光反射到探測(cè)器.

當(dāng)仔細(xì)觀(guān)察光盤(pán)表面時(shí),會(huì)發(fā)現(xiàn)上面有非常細(xì)密的反光點(diǎn),這些反光點(diǎn)就是由表面致密的不平整凹坑導(dǎo)致的,如果沒(méi)有凹坑那就和看一面平整的鏡子一樣了,什么都看不出來(lái).

CD-ROM系統(tǒng)采用的是780nm波長(zhǎng)的紅色激光光學(xué)系統(tǒng),凹坑深度為0.11微米左右,最小寬度約為0.83微米左右.如果要表示連續(xù)的0,則凹坑寬度會(huì)變寬.光道之間的間隔約為1.6微米左右.

而DVD格式的光道間距與凹坑寬度都有縮小,所以其存儲(chǔ)密度大增,達(dá)到了單面4.7GB的容量.相應(yīng)的,其光學(xué)系統(tǒng)精密度和分辨率也提升了,采用650nm波長(zhǎng)紅色激光系統(tǒng).

【壓(預(yù)錄)盤(pán)和刻(刻錄)盤(pán)的區(qū)別】

有人可能會(huì)好奇了,光盤(pán)上這些致密的凹坑到底是如何制作上去的呢?用刀子肯定無(wú)法雕刻上去,因?yàn)樵倬艿牡都?其表面積都要比一個(gè)凹坑大了.只有用激光來(lái)雕刻了.但是如此多的凹坑,就算雕刻每個(gè)凹坑需要比如1ms的時(shí)間,那么雕刻一整張盤(pán),需要兩個(gè)多月的時(shí)間.而且還要保持一定的激光發(fā)射功率,才能將塑料表面有效燒灼.這個(gè)完全不現(xiàn)實(shí),或許沒(méi)等一張盤(pán)雕刻完成,激光頭早已燒壞.

實(shí)際上,商品光盤(pán)是用模具沖壓出來(lái)的.首先,在光學(xué)玻璃片上涂上一層感光膠,然后把需要存儲(chǔ)到玻璃片上的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為激光強(qiáng)度的強(qiáng)弱信號(hào),隨著玻璃片的轉(zhuǎn)動(dòng),照射到感光膠上,這樣的話(huà),感光膠表面就被燒灼出一個(gè)一個(gè)的燒灼點(diǎn).被照射足夠強(qiáng)度的光點(diǎn),其化學(xué)性質(zhì)發(fā)生了強(qiáng)烈變化,導(dǎo)致其可以被某種化學(xué)溶劑溶解(顯影),而弱感光點(diǎn)處無(wú)法被溶解.這樣被溶解的地方就產(chǎn)生了凹坑.可以看到這種凹坑的產(chǎn)生代價(jià)很低,因?yàn)榧す獠⒉皇侵苯訜┑紫碌慕橘|(zhì),而只是照射一下而已,所以生產(chǎn)速度也非常快.

凹坑出現(xiàn)之后,在玻璃片表面上蒸鍍一層銀作為導(dǎo)電層,以便為以后的電鑄過(guò)程做準(zhǔn)備.將該玻璃片放入含有鎳離子的電解液中,通電后,玻璃片表面不斷吸引鎳離子,鎳層不斷增厚,最終形成一個(gè)0.3毫米的鎳片,最終這層鎳金屬片把凹坑復(fù)制了起來(lái).

然后,將這層金屬殼子撕下來(lái),就形成了一個(gè)比較薄的金屬模具,只不過(guò)其表示的內(nèi)容與實(shí)際內(nèi)容相反.該模具稱(chēng)為父盤(pán),由于其較薄,無(wú)法直接當(dāng)做模具去沖壓塑料盤(pán)片,所以需要在其上方再用鎳離子電鑄成另一鎳金屬薄片,分離后形成母盤(pán),然后再在母盤(pán)上電鑄較厚的鎳金屬片,形成具有足夠硬度的成型模具(子盤(pán)).

這個(gè)磨具就叫做壓膜,只要用這個(gè)壓膜去沖壓新的塑料盤(pán)片,那么壓膜凸出來(lái)的地方就會(huì)把塑料盤(pán)沖壓出對(duì)應(yīng)的凹坑.如果你認(rèn)為實(shí)際的生產(chǎn)機(jī)器真的是像壓面餅一樣,那就大錯(cuò)特錯(cuò)了.

想想就可以,一個(gè)凹坑的深度和寬度實(shí)在是太小了,怎么可能壓一下就能在聚碳酸酯上壓出一個(gè)印子來(lái)呢?另外,聚碳酸酯塑料片也很硬,雖然磨具更硬,但是直接壓壓出這么細(xì)小的痕跡也是有難度的.按照我們?nèi)粘Ｉ钪械慕?jīng)驗(yàn)來(lái)看,要想壓出足夠深刻的印記,必須把兩樣物品接觸足夠長(zhǎng)時(shí)間,而且要使勁按壓.是的,注塑機(jī)也是這么做的.(圖：紫晶存儲(chǔ)的藍(lán)光生產(chǎn)設(shè)備)

首先讓壓模和底座之間形成一個(gè)閉合的空腔,然后將熔融的聚碳酸脂液體注入到該空腔中,同時(shí),積壓該空腔成為與我們所見(jiàn)的光盤(pán)同樣的厚度,給聚碳酸脂液體一個(gè)壓力,使其完全充入到模具凹坑里,并開(kāi)始強(qiáng)制冷卻,最后出鍋,形成光盤(pán).該過(guò)程在3到5秒內(nèi)完成.

下一步則是將反光層濺鍍到盤(pán)片表面.其原理是利用電場(chǎng)力將鋁原子濺射到盤(pán)片表面,形成一個(gè)只有幾個(gè)鋁原子厚的反光層.然后噴涂一層透明耐候保護(hù)膠作為保護(hù)層,然后在背面印刷一些圖案、字體等,一張成品光盤(pán)就只做好了.

這就是所謂“壓盤(pán)”.用一張壓模,加上一堆塑料,就能壓出無(wú)數(shù)帶有數(shù)據(jù)的商品盤(pán)來(lái).壓盤(pán)是量產(chǎn)的絕好工具,雖然制作一個(gè)模具需要耗費(fèi)不小的成本,但是其壓出的千萬(wàn)張光盤(pán),薄利多銷(xiāo),是可以彌補(bǔ)這個(gè)成本耗費(fèi)的.

刻盤(pán)則不同,一般只刻錄一張,自己留用.難道此時(shí)真的是用刻錄機(jī)光驅(qū)激光頭強(qiáng)行在盤(pán)片上燒出凹坑?不是的.可刻錄的盤(pán)片表面先被壓出對(duì)應(yīng)的光道溝槽,然后在溝槽底部濺鍍上反射層,然后噴涂上一層感光染料,再覆蓋一層保護(hù)層.刻錄時(shí),光頭沿著溝槽運(yùn)動(dòng),并將溝槽下方對(duì)應(yīng)的區(qū)域加熱,將感光染料的性質(zhì)改變,形成燒灼斑點(diǎn),斑點(diǎn)的反光度較低,于是就可以分辨出0和1了.

【微觀(guān)結(jié)構(gòu)】

CD-ROM或者DVD-ROM是沒(méi)有溝槽的.而可刻錄盤(pán)片是被預(yù)先用模具壓上溝槽的.

?刻錄DVD的溝槽實(shí)際上是按照波浪形狀壓制的,實(shí)際上是被調(diào)制了一些信息的正弦波形狀.按照一倍速轉(zhuǎn)速,該正弦波形會(huì)以一定頻率出現(xiàn),DVD-R(W)是140.6KHz,DVD+R(W)則為817.4KHz.該波形上所調(diào)制的信息包括：地址信息、速度信息等.DVD-R(W)是將絕對(duì)時(shí)間間隔調(diào)制到波形上,而將地址信息預(yù)刻到溝槽的凸出部分(俗稱(chēng)“岸”)上.DVD+R(W)則是將溝槽地址信息調(diào)制到溝槽波形的相位上.這種波浪形溝槽的反射光也會(huì)按照波形呈現(xiàn)對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度變化,被光檢測(cè)器收到之后,輸入到對(duì)應(yīng)的模擬電路模塊,轉(zhuǎn)換成電信號(hào),還原出對(duì)應(yīng)的波形,并經(jīng)過(guò)解調(diào)電路,還原出對(duì)應(yīng)的信息,從而讓光驅(qū)能夠判斷出當(dāng)前的轉(zhuǎn)速和溝槽地址.

對(duì)于可重復(fù)擦寫(xiě)型刻錄盤(pán),其并非采用染料來(lái)作為記錄介質(zhì),而是采用相變材料.出廠(chǎng)后的新RW光盤(pán)溝槽中的介質(zhì)處于結(jié)晶狀態(tài).在寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí),刻錄機(jī)光頭發(fā)出高功率激光時(shí),激光的能量使相變材料的溫度超過(guò)熔化溫度,達(dá)到熔化狀態(tài),但由于時(shí)間短于結(jié)晶時(shí)間,因此被照射的區(qū)域相變材料由晶態(tài)變?yōu)榉蔷B(tài).晶態(tài)區(qū)域與非晶態(tài)區(qū)域的透射率不一樣：晶態(tài)相有較高的透光率,可讓射線(xiàn)通過(guò)到達(dá)反射層,而非晶態(tài)則很難讓光線(xiàn)通過(guò),所以反射回來(lái)的光線(xiàn)強(qiáng)度很低.擦除操作則是通過(guò)光頭發(fā)出中等功率的激光,使其溫度超過(guò)晶格化溫度但不到熔化溫度,且保證照射時(shí)間超過(guò)結(jié)晶時(shí)間,則可以使非結(jié)晶區(qū)域重新變回晶態(tài).下圖是未刻錄之前的光盤(pán)表面原子力顯微鏡照片.

下圖則是刻錄之后的照片,可以明顯看到光斑.

DVD D9格式采用的是單面雙層記錄,D10則是正反兩面都存數(shù)據(jù),?DVD D18則是兩面每面都是雙層記錄.難道在刻錄第二層的時(shí)候不會(huì)影響第一層的數(shù)據(jù)么?不會(huì),因?yàn)榧す獗痪劢乖诘诙犹?第一層對(duì)應(yīng)區(qū)域的溫度不會(huì)達(dá)到破壞已刻錄數(shù)據(jù)的閾值.在讀出數(shù)據(jù)時(shí)也是利用焦距的不同來(lái)讀取不同層的數(shù)據(jù).

本篇告一段落.在下一篇中,冬瓜哥將為大家介紹激光頭是如何如此精準(zhǔn)的定位、糾偏、讀寫(xiě)數(shù)據(jù)的.以及介紹一下目前最新的光存儲(chǔ)技術(shù)——藍(lán)光技術(shù).敬請(qǐng)期待.

文：冬瓜哥

文章出處：大話(huà)存儲(chǔ)

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