光信息存储技术(同名191)课件.ppt

1、一.基本特点与运用 1）光盘特点o容量大5.25 0.65Go非接触读写无损伤o高的数据传输率o永久性或半永久性存储（1050S）o信息价位低o形成光盘库（活动盘）第第10章章 光信息存储技术光信息存储技术 2）领域n数据存储、图像存储n多媒体或多媒体工作站n视频节目存储介质二.发展简史 国外，研究始于70年代荷兰:PHILIPSn1972.9.5诞生第一台激光唱机，体积大，很笨重。He-Ne体积大，材料要求n1976向美国推销第一代产品n1982向西欧推销第二代产品（改进型产品）日本崛起在70年代中后期 SONY SANYA PANNISONIC.形成两大派势：东芝 都想以自己的企业标准作为

2、 索尼 行业标准（国际标准）世界光盘标准化协会协调工作组A.光盘技术发展：分为三个里程碑o70年代 里程碑：5.25 光盘o90年代中期 里程碑 5.25 光盘 DVD 单面单层 4.7GB 双面双层 19GBo95年之后 里程碑 NMD 近场光学 单面容量mmGB12065.0VCDCDGB4105B.发展趋势（高密、高效、高速）o高密：短波长LD，NA 衬盘厚度 ，道间距 o高效：记录方法、数据格式 新型 的光学头改进o高速：存储技术、记录速度C.全世界光盘驱动器的发运量3040%每年发展递增3040%每年发展递增D.研究与开发90%力量 高性能光盘及驱动器例如：MO或CD-R/W光盘材料

3、及驱动器的研发例如：MO磁光型 利用激光加热材料，改变电磁场方向变化，磁介质的磁畴方向的变化，实现信号的写入、擦除PC相变型 利用激光加热效应，使材料发生 晶状 非晶状的变化 晶状 非晶状 表面的反射率 表面的反射率 其之间反射率的变化之差为10倍左右，因此可以从反射率的10弱：强：高密度光盘 DVD（Digital Video Disk），能存储动态画面735分钟 DVD制作与CD差不多 关键：螺旋形光道更密 DVD容量=7XCD容量实现方法：减小LD的波长 780nm 650/635 532nm 增大读出物镜的NA 0.45 0.65 NAk 减小信道密度 1.2m0.74 m 减小光盘盘

4、基厚度 1.2mm0.6mm 编码技术、数据格式等 减小信道密度 1.2m0.74 m 减小光盘盘基厚度 1.2mm0.6mm 编码技术、数据格式等*10%力量：o持续光源烧孔和三维光信息存储o光斑变色存储技术o电子俘获光存储技术o全息信息存储技术o纳米与自聚焦技术oMND近场存储技术PSHB-三维光信息存储在理论上可以使记录密度提高34量级。*即使光的频率成为新的存储维，使得传统的二维（x,y）光信息存储变成三维（x,y,）光信息存储原理：目前光存储密度上限 相对应1bit所占空间 个分子，如果一个分子用作1bit的存储文件，这样可以在原有基础上提高记录密度达 倍。28/10cmbit610

5、710610710方法 为了实现分子存储 要求稳定性 具备选择或识别每个分子的方法 持续光谱烧孔技术：利用活性分子所处的周围环境的不同而引起对应能量的差别来识别不同分子。E.国内外发展的差距 实现低价位的有自主产权的DVD及DVD-ROM驱动器规模生产：自主产权 无 DVD与VCD及其驱动器的器件的产业化与国际接轨 几乎全部进口，组装返销 CD、VCD、DVD的生产及检测设备的国产化研究与生产光盘库及光盘塔，光盘阵列的应用与国外有很大差别 利用自动换盘系统组成光盘库、光盘塔、光盘阵列，实现提高整个系统的容量、数据传输率及数据存储的可靠性。开发新一代的存储产品 近场、自聚焦、光学非辐射场与光学超

6、衍射极限分辨存储等三维存储产品有差距 达到：40100Gbit/盘三.国内外发展状况 80年代 广电部第一次光盘制式可行性调研单位有：清华、华工、复旦、北航 科学院：上海光机、上海冶金、52所 工厂：南京七一四厂 主要研究始于“七五”规划“九五”国家科委星火计划 磁光光盘的产业化 牵头单位：成都电子科技大学（天级公司）参加单位：华工、清华 主要完成生产线上的测试设备改造4X磁光光盘光学特性测试仪 -40万 华工4X磁光光盘机械特性测试仪 -70万 华工4X磁光光盘动态特性测试仪 -70万 清华光强调制型直接重写型磁光材料机理研究 -40万 华工 共计 220万 总投资 1000万元四.光盘标准

7、 对各类光盘的技术规格、盘片的物理尺寸、信息记录的物理格式及逻辑格式、信源/信道编码方法等技术内容作出了详细的规定 由于不同的标准往往用不同颜色的彩页作为封面，因此，人们习惯用彩页颜色的方法来特指某一类光盘的技术标准。2.激光光盘系统基本原理1.系统构成 （1）分类（弹簧）外加固：防震动、冲击）（一级加固，机械方式虑内加固：从设计角度考加固:军用民用光盘例如：内加固：减小由温度或者引起光学系统参数的变化应从设计角度更好的选择材料及元器件的稳定性。军用光盘总体要求：防温、防潮、防震、防霉、防冲击、防电磁波及辐射。分为车载、机载、舰载三类。光盘（介质）光盘机 光盘存储系统加工工艺材料研究离线全面质

8、量检测动态在线检测处理系统读信号写光盘驱动器/机械系统伺服系统光学头系统供电系统读信号处理系统写信号处理系统（2）光盘存储系统的基本要求关键问题：可靠性、有效性（3）系统中光学头的基本构成 典型的光盘 构成系统基本元件：（a）光源LD：激光器 780nm，650nm （b）准直、扩束系统 椭圆，发散 准直，圆形 （c）PBS（偏振分光棱镜）（PBS+/4波片）光束 隔离器（d）/4波片 改变偏振方向（e）聚焦物镜（附执行机构）实现伺服 1m光斑 执行机构图（f）光电探测器（PD）提供伺服所需的信号：TES，FES 提供探测到的光盘存储的信息信号：RF 2.构成实用系统 例1.CD唱机PD 六象

9、限探测器 注意点：LD光束通过光栅后，生成有0级、1级（衍射光）光束伺服方法：三光点跟踪 光盘运动按恒线速工作的 最外圆 200转/分 最内圆 500转/分 转速逐渐变化，线速不变 技术指标：频率范围：20Hz20KHz 信噪比：90dB 播放时间：74分钟 选取节目：1s左右 道间距：1.6m例2.WORM型（一次写多次读型）说明：LD：准直度要求 会聚物镜 PBS 进入光线为P偏振光mrad5.0mde145.0NA%97%97偏振光反偏振光透SP光束隔离器作用波片 4PBS斜方棱镜出射的光 临界角棱镜对P偏 振光敏感偏振光波片偏振光PS2 整个系统为多个分离棱镜的组合 各个棱镜的胶合面的

10、定位精度要求高整个棱镜是单棱镜整形 把 椭圆 圆形 简单、方便 2.写入/读出原理 各种光盘不一样，此处针对烧凹坑型而言 CD、LD、VCD 信息的写入 数据输入 ECC 编码电路 信号调制 会聚物镜 光盘介质 校正电路误差检测 与 LD调制 光斑m1 在高温度的激光束光斑下加热形成一定宽度一定间隔的记录脉冲 LD ECC 调制 会聚 光盘 加热 以有无凹坑 “1”和“0”凹坑质量好坏 标志信噪比的高低 信息的读出：保护层（玻璃或DMMD）（1）数据道无凹坑时，入射的光束被反射，大部分返回物镜 光能 强（1）信息坑/4（2）数据道有凹坑时，入射的光束光程差：凹坑深度故发生干涉相消凹坑的无有情况

11、下：无凹 有凹 2422d1:0101:13.数据存储格式 格式（a）只读型：比较简单 信息道为螺旋形或同心圆形 （b）磁光盘（严格的格式）信息道、扇区 格式化是硬格式化 出厂之前，厂家已经做好 每个信息道有15个扇区；每个扇区规定如下：扇区 52 1 672字节 字节 字节标头 ODF用户区（用户可用512字节）（1）扇区头标志 （2）偏差检测字段 （3）用户区 扇区头标志是模压图样，它使驱动器不依靠锁相电路，就可确认扇区的开始位量。存储方式 恒角速度，恒线速度 以及改进型恒线速度 （a）恒线速度（CD）CLV （1）整个面上线速度恒定，即外侧 半径上道上的信息量大于内侧半径 道上的信息量

12、（2）从内侧 外侧扫描过程中 内侧外侧 保证线速度不变 （b）恒角速度（LD）CAV （1）内侧外侧：不变 （2）每条信息道上信息量一致：即：外侧道上信息密度50mW 价格太贵 其它途径：采用多通道并行读/写处理3）信噪比 信噪比 误码率下降 可靠性提高 几种系统的典型值 dBNSdBNSdBNSLD60/30/40/伴音色度亮度dBNSCD90/:dBNSCDROM60/:主要噪声来源：波光噪声读/写时聚焦、跟踪与转速的误差记录介质的材料及光学不均匀性，表面光洁度等 读/写过程的操作误差 4）读取时间 读取时间从指定的信道上读取信息的速度 为了实现高速度随机存取 缩短粗访问时间 进给电机驱动光头进行“粗访问，将光头移至目标信道附近”缩短精密访问时间 通过光学的跟踪伺服调节机构TAOSH头，使读数光束准确落在目标信道上，实现“精密访问”4）伺服基本概念 光盘系统是一个十分精密的系统，读/写时聚焦与跟踪要求十分严格，必须有一个良好的伺服系统，否则无法工作。伺服有：聚焦伺服 FES 轨道伺服 TES 主轴伺服 聚焦焦深：焦面要控制严格，否则无法读取数据 要求11.5m 22 NAZ轨道很精细 m8.0m6.1