数据的光盘存储技术课件.ppt
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1、南通大学计算机教研室21. CD 简介2. CD 的工作原理3. CD 的制作4. DVD介绍5. CD 的物理格式6. CD 的逻辑格式7. 光存储技术发展趋势全息光存储3 原先意义: 专业上一般用 DISK Professional 娱乐中一般用 DISC Entertainment 随着多媒体时代的到来:愿意用 DISC 取代 DISK4信息产业 基础产业核心产业信息处理计 算 机信息传输通信网络信息存储光磁/盘,带,卡软 件IC芯片5 光盘产业是信息产业群中的基础产业, 也是一种数字化产业。 社会发展:农业社会 工业社会 信息社会 信息是知识经济的“能源”,就像工业经 济以石油,煤为能
2、源一样。6 光盘 磁盘 光卡 磁卡、IC卡、闪存卡 光带 磁带7v1972年,Philips公司展示了播放电视节目的光盘播放系统;v1978年,第一台光盘播放机问世;v1982年, Philips、Sony公司制定Red Book标准,CD-DA光盘问世;v1985年,Yellow Book标准制定,CD-ROM光盘问世; 等等,一系列标准和产品相继问世。81. LD &LV (模拟存储)2. CD-DA3. CD-ROM4. CD-I5. CD-R6. VCD7. CD-RW8. DVD9模拟存储,俗称:镭射影碟 直径 中孔直径 厚度(mm)300351.2,200351.2CAV(cons
3、tant Angular Velocity)存30分/面CLV(constant Linear Velocity)存60分/面69年研究,72年DEMO,78年推向市场荷兰philips发明10 1982年推向市场,形成了规模化的光盘产业 第1台 CD-DA 播放机(player)取名为: CDP-101 一百年才得一次的发明 荷兰philips / 日本sony发明 CD-DA行业标准:Red Book红皮书 国际标准:IEC908 Compact disc digital audio System11CD-Read Only Memory,驱动器(drive)120151.2,650MB,
4、CLV,1984年推向市场,形成了多媒体计算机概念Philips/Sony发明CD-ROM行业标准:Yellow Book黄皮书国际标准:ISO/IEC10149国家标准:GB/T16969-1997使计算机具有了多媒体的功能12CD-Interactive1987年推向市场,提出了“交互性”使用功能philips/Sony发明CD-I行业标准:Green Book绿皮书无国际标准商业上并不成功13CD-Recordable 1990年推向市场,利用染料(Dye)做记录介质, philips/sony发明 CD-R行业标准:OrangeBook II橙皮书 无国际标准 市场巨大,极好的商业机会
5、(CD-MO,Orange Book I)14俗称:小影碟1993年推向市场,形成了中国的规模化光盘产业philips/sony/JVC/Matsushita 发明V-CD行业标准:WhiteBook 白皮书无国际标准SVCD由中国与上述4公司 共同制定15-ERITABLE,利用相变材料(phase-change)作介质,1K次擦写1996年推向市场,PHILIPS/SONY 发明CD-RW行业标准:ORANGE BOOK III橙皮书无国际标准商业价值比预想小得多160.74 m170.52 m181. 记录密度高 信道间距 1.6m-0.74m-0.54m CD DVD HDDVD2.
6、保存期长 40至百年不等193. 成本低 兆字节(MB)成本点几分至几毛钱4. 数字化 便于传输,处理,存储5. 携带传递方便 可脱机20CD-Audio1982CD-ROM1984CD-R1990CD-I1987V-CD1993CD-RW1996DVD-Audio1998DVD-Video1996DVD-ROM1996DVD-RAM1997/98DVD-R1997DVD-RW, DVD+R, DVD+RW (Pioneer) (Philips)211. CD 简介2. CD 的工作原理的工作原理3. CD 的制作4. DVD介绍5. CD 的物理格式6. CD 的逻辑格式7. 光存储技术发展
7、趋势全息光存储22A. 记录介质B. 读出原理C. 记录格式 (Format) 介绍23光盘记录介质分为:1. 一次写记录介质一次写记录介质 CD-R / DVD-R 染料以及其他一次写记录材料2. 可擦写记录介质可擦写记录介质 CD-RW / DVD-RW、 DVD+RW、DVD-RAM 相变 (PC) 和磁光 (MO) 光盘记录介质 PhaseChange Magnet-Optics241. 用酞菁染料 (phthalocyanine) CD-R 光盘呈淡绿的银色,称“银盘”,如用 金做反射层,则呈淡绿的金色,称“金盘”。2. 用花青染料 (Cyanine) CD-R 光盘呈绿色,称“绿盘
8、”。3. 用偶氮染料 (azo-dyes) 金属化的偶氮染料 CD-R 光盘呈蓝褐色,目 前较少应用25 不管哪一种染料,其记录薄膜 (几十 nm)的记录点是靠有机染料吸收记录激光束的能量,由于热效应使有机染料分解,由此引起有机染料的漂白和鼓泡漂白和鼓泡(凹坑),从而改变记录薄膜的光透光反射特性。 其记录寿命决定于记录寿命决定于染料薄膜和记录点结构的稳定性稳定性。26保护漆保护漆聚碳酸脂聚碳酸脂2728 应用在档案类存储,往往在大尺寸光盘 (14、356mm,12、300mm) 中使用 其记录方式有:a. 烧蚀型 b. 起泡型 c. 纹理型 d. 相变型 e. 光致变色型 等29b. 起泡型c
9、. 纹理型d. 相变型e. 光致变色型a. 烧蚀型30 烧蚀型记录介质应有较低的熔点,如碲 (Te)、 铋(Bi) 和硒 (Se) 基合金,熔点为450度左右; 利用激光热效应,使光照微区熔化,在表面 张力作用下产生一个稳定的信息坑 (pit);加 上上述材料热扩散能力差,非常适于一次写 光盘; 目前,除 CD-R/DVD-R 外一次写光盘,大多 使用上述一次写记录材料。31 起泡型一次写记录介质为三层结构; 表面层是熔点较高的金或铂薄膜,把它蒸镀在透明的染料-聚合物层上面,第三层是反射层; 当金属膜层吸热并传给低熔点染料-聚合物时,聚焦点部位升温并分解, 产生气体使金属膜凸起,形成气泡; 由
10、起泡处形成的反射率与背景原始反射率形成强烈的读出反差;32 利用离子束刻蚀记录介质表面,使之形成 文理状结构,或采用真空沉积方法形成一 种既小又分离的小岛似形状; 激光束照射微区时,其纹理状膜层强烈吸 收光能,致使纹理熔化成镜面状; 形成反射率变化的一次写光记录33 相变材料既可一次写也可用作可擦写; 一次写一般采用一种 TeOx 的碲氧化物相变介质,其初始反射率为百分之十几,当记录光热效应使碲的微晶熔化,在宏观不变形的情况下,碲微粒倾向融合并在冷却后重新结晶,其复合反射率上升至百分之二十几; 为此产生反射率差,完成一次写记录过程34 光致变色介质有无机和有机两大类,并同样具有一次写和可擦写两
11、种功能; :光照微区在记录过程中,将从一种光学状态变化到另一种光学状态,发生光呈色反应,从而实现反射率的变化; 当记录膜层发生不可逆的变化或完全破坏,则为一次写记录;为可逆并形成两种不同反射率的稳定态,则为可擦写记录。35条件:讨论只读光盘 CD-DA,CD-ROM,V-CD, DVD-Audio,DVD-ROM, DVD-Video 等原理:利用反射光的强度变化的原理: 反射光的强度变化变化时为 “1” 码 反射光的强度不变不变时为 “0” 码36 (0.50.6) DIA. = NADIA. 是用光强半峰值宽度的最大值表示 (Full width half Max.,FWHM) 是光源波长
12、 CD: 780 nm DVD:650 nmNA 是数值孔径,表示聚焦能力的大小 ( Number Aperture) CD: 0.45 DVD:0.637Objective Lens F: 焦距D: 通光孔径 ( D = 2R ) 数值孔径 NA = sin = R / ( R2+F2 ) R / FFD38 (0.50.6) DIA. = NA (0.50.6) * 780nm = 0.45 = (0.871.04) m 1 m390.83m10010001000010000000000100000013T3.05m4T5T11T7T3T4T11T1.6m10 010 0 010 0 0
13、0 0 0 0 0 0 010 0 0 0 010 01读光斑CLV3T6T包括: 信息坑(groove) 信息面(land)40时间窗口 T 是 1 ( channel ) bit 需要的时间。 T = 1/4.3218 Mbit/s = 231.4 ns 3T = 694.2 ns 11T = 2545.4 ns1T 时间走过的距离 = 0.278 m41 最短信息坑 (面):3T = 0.834 ( T = 0.278 m ) 最长信息坑 (面):11T = 3.058 m 信息坑宽: ( 0.5 0.6 ) m信息坑深:所以,CD盘用3T,4T,11T共9个数表示了所有数据 780=
14、= 0.13 m 4n 4 *1.5 42LD光源QPOBLDM盘电机光盘G信息面物镜 NA = 0.45FC聚焦线圈TC跟踪线圈PBS 偏振分束镜CL 准直镜PD光电探测器RF (HF) 读出信号FES聚焦误差信号TES 跟踪误差信号QP1/4 波片43关键点:1/4 波片 ( QP ) 作用 PBS 对 P 线偏振光全透射 对 S 线偏振光全反射 P 光或 S 光二次经过1/4 波片,其角色相互交换, 即: P 线偏振光通过 QP 转 45。成圆偏振光,返回 时再次通过 QP 又转 45。成 S 偏振光。44同时: 从PD ( photo ditector ) 上不但读出 RF 信号 还读
15、出 FES 和 TES,保证光学头中光斑聚焦,信道跟踪的稳定性和可靠性(光电闭环数字控制系统)45光盘上记录方式: 脉冲位置调制 PPM ( Pulse Position Modulation ) 脉冲宽度调制 PWM ( Pulse Width Modulation ) 46010010010000100001001001000010000100100100001000 1 0 0 1 0 0 0 0 PPMPWMRecorded pitsRecorded signalSource signal Channel bits CD/DVD的记录方式 - PWM471. CD 简介2. CD 的工
16、作原理3. CD 的制作的制作4. DVD介绍5. CD 的物理格式6. CD 的逻辑格式7. 光存储技术发展趋势全息光存储48A. 盘片结构B. 只读光盘制造:母盘、复制C. 光盘记录介质介绍49四层结构 :1. 盘基 (衬底): PC塑料,PolyCarbonate 聚碳酸脂 PMMAL 有机玻璃2. 反射层: 铝 AL3. 保护层: 丙烯酸脂,Lacquer4. 盘 标: 印刷面1. CD-DA,CD-ROM,VCD 501.2mm印刷层保护层AL信息道PCLaser BeamOBR 70%只读 CD 结构示意图511. 盘基(衬底):(substrate)2. 记录层:染料 Dye(r
17、ecording layer)3. 反射层:金 Au 或银 Ag (reflective layer)4. 保护层: 5. 盘 标: (logo 等)2. CD-R 五层结构521.2mm印刷层保护层反射层记录层伺服道PCR 65%注:伺服道: Wobble形,用摆动频率记录时间 Tracking小结:CD-R,CD-RW采用Wobble形的伺服槽CD-R 结构示意图53CD-R 记录层:染料酞菁染料(酞花青) PhthaloCyanine花青染料 Cyanine偶氮染料 另外反射层:Au 或 Ag,延展性好541. 盘 基:PC塑料2. 保护层:SiO23. 记录层:相变材料 碲 Te、锗
18、Ge 等稀土材料配比而成4. 保护层:SiO25. 反射层:AL6. 保护层:7. 印刷层:CD-RW 七层结构55CD-RW 结构示意图1.2mm印刷层保护层(SiO2)反射层保护层(SiO2)rec. (phasechange)保护层(SiO2)伺服道盘基R 65%R 15%56只读 DVD (Digital Versatile Disc)(DVD-Video,DVD-ROM,DVD-Audio 三种)0.6mm 2 = 1.2mm 的双层结构单面单层 4.7GB俗称 DVD5 单面双层 8.5GBDVD9双面单层 9.4GBDVD10双面双层 17GBDVD18 57DVD5 结构示意图
19、关键:粘接 (bonding),透明 UV树脂胶 0.6mm 盘片防变形(DVD10 与 DVD5 2相同)1.2mm印刷空白盘粘接层 (40 60) m工艺同CD58DVD9 结构示意图R0 = 40% (max.)R1 = 30% (max.)印刷层粘接层1.2mm0.6mm0.6mm0 Layer(4.7GB)1 Layer(3.8GB)(DVD18需要 “2P法” 工艺)59Stamper 1Stamper 20.6mm0.6mm半反射金或硅全反射铝透明UV树脂1.2mm0.6mm0.6mmPCPCLaser BeamDVD9 结构示意图60SACD 光盘(Super Audio CD
20、)结构同 DVD9其中一层为 DVD-Audio,另一层为 CD-AudioDVD 可得到 5.1,7.1 的剧场效果CD 为立体声(L、R)61包括两部分:1.母盘制造 (Mastering)2.光盘复制 (Replication)工序:母盘 (mastering) 模板 (stamper) 复制(Replication)工艺过程如下:1. 母盘 (master)62磁带 (DAT,DLT)磁盘 HD光盘 CD-R/RW玻璃基板清洗准备涂光刻胶(先涂底胶)信号光刻(LBR)曝光显影固化正像主盘(原盘) in.63正像主盘(原盘)电铸镍金属化(镀金)第一版镍模(负像父盘)Stamper父盘 i
21、n.64(压模盘)子盘FatherDisc电铸镍第二版镍板(正像母盘)MotherDisc电铸镍第三版镍板(负像子盘)母盘65 用 Stamper 模板进行盘片复制 1 张 Stamper 可复制 (2 3) 万片 玻璃基板为光学级基板 160 10mm,循环使用20次 160 1.1mm 光刻胶 光敏电阻(使其曝光) 信号刻录 (LBR),Laser Beam Recorder662. 复制 (Replication)PC料干燥溅镀 ALSputtering注塑Molding模板Stamper旋涂Lacquer印盘标 in.保护漆保护漆反射层反射层压模压模671. PC料干燥至含水量小于 (
22、0.30.4)%2. 模板 Father Disc 或 Son Disc3. 注塑 油压或全电动注塑机, Cycle time 3.8sec.4. 溅镀机 (30 60) nm厚, 2sec.5. 旋涂保护胶 (5 20) m厚6. 印刷 LOGO68 丝网印刷,Screen 柯式印刷 (胶印),off-set 前者成本低 (设备上),无过渡色 后者成本高,印出的颜色更趋自然 (设备成本差 4 6 倍)69 涂光刻胶 检查平度、厚度和有否针眼等 金属化 检查读出信号 旋涂后 在线检查机械、物理缺陷 有以下几方面:701. 针孔 (pinhole)2. 保护胶起泡 (Lacquer Bubble
23、)3. 反射层 AL 凹痕 (Dent)4. 信息层划伤 (Info. Scratch)5. 油 (Oil)6. 黑斑 (污) (Black Speck)7. 表面倾斜 (Flow Line)8. 空气泡 (Air Bubble)9. PC 层划伤 (Surface Scratch)10. 保护层起污 (Lacquer Splash)711. CD 简介2. CD 的工作原理3. CD 的制作4. DVD介绍介绍5. CD 的物理格式6. CD 的逻辑格式7. 光存储技术发展趋势全息光存储721. DVD 概述2. DVD/SVCD/VCD 图像清晰度3. 高密度和超高密度存储731. DVD
24、 介绍CD DVD (Digital Versatile Disc) LASER: = 780nm = 650nm NA = 0.45NA = 0.60 Thickness:1.2mm0.6mm 2 = 1.2mm Codecs: 8-17调制8-16调制 (Coding & CIRC检纠错 RS-PC检纠错 Docoding) Capacity: 650MB4.7GB 17GB741. DVD-ROM/Video/Audio 单面单层 4.7GB (DVD 5) 单面双层 8.5GB (DVD 9) 双面单层 9.4GB (DVD 10) 双面双层 17GB (DVD 18)2. DVD-R
25、/RW/RAM 为单面单层或双面单层 DVD-R 3.9GB, 4.7GB DVD-RW 4.7GB DVD-RAM 2.6GB, 4.7GB,9.4GB/双面3. DVD-Video Recording (DVD-RW/RAM) 规定了录制影视频的方法 DVD+RW 3.0GB, 4.7GB 75CD-ROM driveDVD-ROM driveDVD-RAM driveCD-ROMCD-RCD-(RW)DVD-ROMDVD-RDVD-(RW)DVD-RAM (带盒) (不带盒)76关于视频图象 (像素 pixel 表示)电影/数字电影:4096 3112,2048 1556高清电视HDTV
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