《光电子技术》课件：第七章 光存储（自学）.ppt

1、1第六章第六章 光存储光存储2 光盘概述光盘概述 （概念，分类和特点）（概念，分类和特点）只读存储光盘（只读存储光盘（CD-ROMCD-ROM）系统）系统DVDDVD光存储系统光存储系统光存储的未来光存储的未来3高密度光盘高密度光盘( (CCompact ompact D Disk)isk)，是近代发展起来不同于，是近代发展起来不同于磁性载体的磁性载体的光学存储介质光学存储介质，用聚焦的激光束存储和读，用聚焦的激光束存储和读取信息，又称取信息，又称激光光盘激光光盘。 4 ROM光盘的内容是在制作光盘时写入的，用户可任意多光盘的内容是在制作光盘时写入的，用户可任意多次从次从ROM读取信息，而不能

2、往盘上写信息：读取信息，而不能往盘上写信息：CD-ROM、VCD、DVD-ROM。 WORM光盘一次写入内容，以后成为光盘一次写入内容，以后成为ROM光盘，包括光盘，包括CD-R、DVD-R。5可重写型光盘像磁盘一样具有可擦写性。擦写需要两可重写型光盘像磁盘一样具有可擦写性。擦写需要两束激光，两次动作，一束激光先擦除信息，另一束激束激光，两次动作，一束激光先擦除信息，另一束激光再写入信息，包括光再写入信息，包括CD-RW、DVD-RW。这种光盘同样可以实现可擦写功能，不同的是只用一这种光盘同样可以实现可擦写功能，不同的是只用一束激光一次动作，擦掉信息的同时写入信息。束激光一次动作，擦掉信息的同

3、时写入信息。目前，目前，ROM和和WORM已经得到广泛应用，已经得到广泛应用，RW光盘也光盘也商业化，商业化，OW光盘还处在实验室研发阶段。光盘还处在实验室研发阶段。1.存储密度高存储密度高存储密度指记录介质存储密度指记录介质单位长度单位长度或或单位面积单位面积内所能存储的二进内所能存储的二进制位数制位数B（1 Byte=8 bit）。前者称）。前者称线密度线密度，后者称，后者称面密度面密度。光盘线密度为光盘线密度为103 B/mm,面密度为面密度为 105-106B/mm2 2.数据传输速率高数据传输速率高每秒几到几十每秒几到几十MB量级，最终希望达到目标每秒量级，最终希望达到目标每秒GB、

4、TB量级。量级。3.存储寿命长存储寿命长光记录中，记录介质薄膜封入两层保护膜之中，激光读写为无光记录中，记录介质薄膜封入两层保护膜之中，激光读写为无接触过程，因此寿命很长，一般接触过程，因此寿命很长，一般10年以上。年以上。4.信息位价格低信息位价格低一张一张DVD容量容量4.7GB，1元左右，每元左右，每GB两毛钱。两毛钱。CD光盘价格光盘价格更低。更低。5.更换容易更换容易8更换容易更换容易信息位价格低信息位价格低 存储寿命长存储寿命长数据传输速率高数据传输速率高存储密度高存储密度高光盘线密度为光盘线密度为103 B/mm面密度为面密度为 105-106B/mm2几十几十MB、GB至至TB

5、/s10年以上年以上DVD：2毛钱毛钱/GB10CD-ROM盘片盘片是多媒体信息的载体；是多媒体信息的载体；CD-ROM驱动器驱动器通过连线与计算机相连，主要任务是完成对通过连线与计算机相连，主要任务是完成对CD-ROM盘片上的数据读取。盘片上的数据读取。11CD-ROM盘片是用塑料压制成的圆盘，盘片的直径为盘片是用塑料压制成的圆盘，盘片的直径为120mm，中，中心定位孔心定位孔15mm，厚度，厚度1.2mm。CD-ROM盘片用盘片用单面存储数据单面存储数据，另一面用来印刷商标。另一面用来印刷商标。12CD-ROM盘片的最上层是涂了漆的盘片的最上层是涂了漆的保护层保护层，该层上印有商标；，该层

6、上印有商标；第二层是第二层是银反射层银反射层，当驱动器读光盘时用来反射激光光束；，当驱动器读光盘时用来反射激光光束；第三层是烧录有机染料形成的凹凸不平的信息第三层是烧录有机染料形成的凹凸不平的信息记录层记录层；第四层是用聚碳酸脂压制的第四层是用聚碳酸脂压制的透明衬底（基片）透明衬底（基片），同时压制出的，同时压制出的预刻槽用来对光道径向定位，信息通常存储在光道上。预刻槽用来对光道径向定位，信息通常存储在光道上。13CD-ROM光盘的信息是沿着盘面由光盘的信息是沿着盘面由内向外螺旋形内向外螺旋形信息轨道信息轨道(光光道道)的一系列凹坑的形式存储的。的一系列凹坑的形式存储的。光道上不论内圈还是外圈

7、，各处的光道上不论内圈还是外圈，各处的存储密度是一样的，存储密度是一样的，光道共光道共22188圈（每毫米约圈（每毫米约600圈），长度可达圈），长度可达5.6km。光道的间距为光道的间距为1.6m，最小的凹坑长度为，最小的凹坑长度为0.834m，光道上凹，光道上凹坑深约为坑深约为0.12m。14打开光驱打开光驱激光头的运动激光头的运动15是是CD-ROM驱动器的主要部件，功能是驱动器的主要部件，功能是利用凹坑上反射的激光强度弱得多这一特性，通过利用凹坑上反射的激光强度弱得多这一特性，通过光电转换器，将光盘上的信息转换为电信号光电转换器，将光盘上的信息转换为电信号;：自动聚焦伺服系统产生聚焦误

8、差信号，自动聚焦伺服系统产生聚焦误差信号，调整光头和光盘之间的距离，保证聚焦点落在光盘调整光头和光盘之间的距离，保证聚焦点落在光盘的信息面上的信息面上;：采用道跟踪技术，克服光盘的偏心，采用道跟踪技术，克服光盘的偏心，使聚焦光束落在有凹坑的光道中央使聚焦光束落在有凹坑的光道中央.激光头激光头是是CD系统的核心部件系统的核心部件之一，它由之一，它由光电检测器、透镜、光电检测器、透镜、激光束分离器、激光器等元件激光束分离器、激光器等元件组成组成。 17CD-ROM驱动器的激光器发出的驱动器的激光器发出的激光束激光束经经透镜透镜整形和聚焦后照整形和聚焦后照在光盘的在光盘的螺旋光道螺旋光道上，对光道进

9、行扫描。上，对光道进行扫描。从光盘上反射回来的从光盘上反射回来的激光束激光束沿原来的光路返回，到达沿原来的光路返回，到达激光束激光束分离器分离器后反射到后反射到光电检测器光电检测器；由光电检测器把由光电检测器把光信号变成电信号光信号变成电信号，再经过电子线路处理后，再经过电子线路处理后还原成原来的还原成原来的二进制数据二进制数据。18由于激光束在凹坑部分反射的光的强度，要比从非凹坑部分反由于激光束在凹坑部分反射的光的强度，要比从非凹坑部分反射的光的强度弱得多，因此反射光强射的光的强度弱得多，因此反射光强在凹坑边沿发生突变，并在凹坑边沿发生突变，并通过通过CD-ROM的光电检测器检测出来。的光电

10、检测器检测出来。光强突变时读出光强突变时读出“1”信号，光强不变时读出信号，光强不变时读出“0”信号。信号。（凹（凹坑的边缘代表坑的边缘代表“1”，凹坑和非凹坑的平坦部分代表，凹坑和非凹坑的平坦部分代表“0”。）。）(1) 存储容量存储容量存储容量是指能存储在光盘中的信息容量。目前存储容量是指能存储在光盘中的信息容量。目前光盘常用的容量为光盘常用的容量为650MB。(2) 数据传输率数据传输率数据传输率一般是指单位时间内光盘驱动器读取数据传输率一般是指单位时间内光盘驱动器读取出的数据量。对于出的数据量。对于CD-ROM，其数据传输率已从，其数据传输率已从初期的初期的150KBs提高到提高到60

11、00KBs。(3) 平均存取时间平均存取时间平均存取时间是指从计算机向光盘驱动器发出命平均存取时间是指从计算机向光盘驱动器发出命令开始，到光盘驱动器在光盘上找到需读写的令开始，到光盘驱动器在光盘上找到需读写的信息的位置并接受读写命令为止的一段时间。信息的位置并接受读写命令为止的一段时间。（4）误码率误码率用来衡量误码出现的频率。用来衡量误码出现的频率。CD-ROM采用复杂的采用复杂的纠错编码技术，降低了误码率。存储数字或程序纠错编码技术，降低了误码率。存储数字或程序对误码率的要求较高，存储图像或声音数据对误对误码率的要求较高，存储图像或声音数据对误码率的要求较低。码率的要求较低。 CD-ROM

12、要求的误码率为要求的误码率为1012 1016 。22DVD是是Digital Video Disc的缩写，意思是的缩写，意思是“数字视频光盘数字视频光盘(系系统统)”，实际上，实际上DVD的应用不仅仅是用来存放视频节目，它同样可的应用不仅仅是用来存放视频节目，它同样可以用来存储其他类型的数据，因此又被称为以用来存储其他类型的数据，因此又被称为Digital Versatile Disc，是数字多用途光盘。，是数字多用途光盘。23 DVD用途广泛，设定了用途广泛，设定了五种五种规格：规格：24DVD盘光道之间盘光道之间间距间距由由CD的的1.6 m缩小到缩小到0.74 m，而记录信息，而记录信

13、息的的最小凹凸坑长度最小凹凸坑长度由由CD的的0.83 m缩小到缩小到0.4 m。这是。这是DVD盘的盘的存储容量可提高到存储容量可提高到4.7GB的主要原因，它的容量是的主要原因，它的容量是CD的的7倍。倍。25参数参数DVDCD容量增益容量增益盘片直径盘片直径120 mm120 mm盘片厚度盘片厚度0.6 mm /面面1.2 mm /面面减小激光波长减小激光波长635/650 nm780 nm 1.228=780/635加大加大N.A.(数值孔径数值孔径)0.60.454.486 =(1.6*0.83)/ (0.74*0.40)减小光道间距减小光道间距0.74 m1.6 m减小最小凹坑长度

14、减小最小凹坑长度0.4 m0.83 m减小纠错码的长度减小纠错码的长度RSPCCIRC修改信号调制方式修改信号调制方式(814)+2(814) + 3 1.0625 = 17/16加大盘片表面的利用加大盘片表面的利用率率86.6平方厘米平方厘米86 平方厘米平方厘米1.019 = 86.6/86增大每个扇区字节数增大每个扇区字节数2048/2060字节字节/扇区扇区2048/2352字节字节/扇区扇区1.142 = 2352/206027为了提高存储容量，出现了另一种规格的为了提高存储容量，出现了另一种规格的DVD盘，称为单面双盘，称为单面双层光盘，单面双层盘的表层称为第层光盘，单面双层盘的表

15、层称为第0层，最里层称为第层，最里层称为第1层。第层。第0层采用了一种新的层采用了一种新的半透明半透明(semi-transmissive)薄膜涂层薄膜涂层，可让，可让激光束透过表层到达第激光束透过表层到达第1层。层。开始工作时，激光束首先在第开始工作时，激光束首先在第0层上聚焦和光道定位。当从第层上聚焦和光道定位。当从第0层层上读出信息过渡到从第上读出信息过渡到从第1层上读出信息时，激光读出头的激光束层上读出信息时，激光读出头的激光束立即重新聚焦，电子线路中的缓冲存储器可确保从第立即重新聚焦，电子线路中的缓冲存储器可确保从第0层到第层到第1层层的平稳过渡，而不会使信息中断。的平稳过渡，而不会

16、使信息中断。单面双层单面双层DVDDVD盘的容量可达到盘的容量可达到8.5GB8.5GB。2931降低激光波长降低激光波长，提高数值孔径，提高数值孔径，缩小信息符尺寸，从缩小信息符尺寸，从而而提高光盘容量提高光盘容量。32ML-DVD光盘光盘凹坑深度不统一凹坑深度不统一，根据编码调制成不同深度的凹，根据编码调制成不同深度的凹坑。控制光盘上凹坑深度使激光的反射功率多级化，配合特有坑。控制光盘上凹坑深度使激光的反射功率多级化，配合特有的编码调制技术使单个信息点存储更多的信息。的编码调制技术使单个信息点存储更多的信息。33原理：原理：干涉记录干涉记录衍射重现衍射重现全息光存储巨大竞争力体现在它具有全

17、息光存储巨大竞争力体现在它具有超大存储容量超大存储容量、超高存储超高存储密度密度和和超快的存取速度超快的存取速度。达到达到TB量级的存储容量，量级的存储容量，GB量级的数据传输率。量级的数据传输率。难点：难点：存储材料选择；加工成本降低存储材料选择；加工成本降低34在全息光存储方面领先的企业是日本的在全息光存储方面领先的企业是日本的Optware公司，该公司公司，该公司1999年由风险投资创建，年由风险投资创建，2004年获得年获得6家企业家企业3.6亿日元的投资，亿日元的投资，2006年已经推出了利用同线全息技术制成的光盘，单张光盘的年已经推出了利用同线全息技术制成的光盘，单张光盘的存储容量

18、达到存储容量达到200GB。美国美国InPhase Technologies公司于公司于2007年宣布开始量产全息年宣布开始量产全息存储驱动器和存储驱动器和300GB容量的全息光盘容量的全息光盘(HVD) 。美国通用电气研发成试验了用全息存储材料制造的光盘，并成美国通用电气研发成试验了用全息存储材料制造的光盘，并成功实现了功实现了500GB内容的储存。内容的储存。 以色列全息技术研究公司以色列全息技术研究公司Matteris宣称他们已经正式完成了容宣称他们已经正式完成了容量高达量高达1000GB（1TB）的纳米全息光盘的开发工作，更高容）的纳米全息光盘的开发工作，更高容量的产品正在开发中。量的

19、产品正在开发中。351. 从功能上分光盘可分为哪几类？列举每类光盘的典型商业产品。从功能上分光盘可分为哪几类？列举每类光盘的典型商业产品。2. 光盘有哪些特点？光盘有哪些特点？3. CD-RAM光盘的结构通常有几层？简述每层结构的功能。光盘的结构通常有几层？简述每层结构的功能。4. 光驱中的激光头由哪几部分组成？光驱中的激光头由哪几部分组成？5. 简述光驱的读盘原理。简述光驱的读盘原理。6. 为何为何DVD盘具有比盘具有比CD盘大得多的存储容量？简述其主要原因。盘大得多的存储容量？简述其主要原因。7. 单面单层、单面双层、双面单层，双面双层单面单层、单面双层、双面单层，双面双层DVD-ROM的存储的存储容量分别是多大？容量分别是多大？8. 蓝光技术为何能够提高光盘的存储容量？蓝光技术为何能够提高光盘的存储容量？36