磁光存储技术 (2)

磁光存储姓名：赵友娟学号：20081326032 班级：08应用物理学摘要：本文主要综述了磁光存储的原理特点，磁光存储材料，一些能够提高磁光存储的技术，最后说明了磁光存储技术在我国的一些运用和发展方向。

关键字：磁光存储材料发展0、引言当今世界已经进入了信息化时代。

信息量的爆炸式增长对信息存储技术提出了越来越高的要求，对高存储容量，高数据存取速度，高性能价格比存储设备不断增长的需求进一步推进了存储记录技术的发展。

磁光效应就是一束入射光进入具有固定磁矩的物质内部传输或者在物质界面反射时，波的传播特性发生改变。

1845年，英国物理学家Faraday首次发现了磁致旋光效应。

其后一百多年，人们又不断发现了新的磁光效应和建立了磁光理论，但磁光效应并未获得广泛应用。

直到1950年代，磁光效应才被广泛应用于磁性材料磁畴结构的观察和研究。

磁光记录是用激光在磁性薄膜介质上进行记录或重放的记录技术。

上世纪70年代，由于发现了GdCo薄膜具有垂直于薄膜表面的单轴异性，而且具有磁光克尔效应才使磁光材料逐渐应用于器件。

1988年磁光盘的问世，是信息存储技术的重大突破。

到90年代BiGa代DyIG抗毁伤磁光盘或加固磁光盘的成功应用，以及光纤通信无源磁光器件，如环型器、隔离器、调制器、开关等在近10年的研究发展，使磁光材料与器件成为现代通信、航空、航天、雷达、医疗不可缺少的关键材料。

磁光存储作为一种光存储和磁存储并存的存储方式，既有光存储的大容量，又有磁存储的可擦重写、自由插换和硬磁盘相接近的平均存取速度的优点。

特别磁光盘具有保存时间长、可靠性高、使用寿命长、误码率小等优异性能。

磁光盘发展的主要方向是提高存储密度，以求降低记录位的成本。

磁光盘可通过缩短记录激光波长、磁超分辨读出技术(MSR)、磁畴放大读出技术(MAMMOS)、畴壁移动检测技术(DWDD)等方法使记录密度大幅度提高，而利用磁光超分辨近场结构光存储有望实现超高密度存储。

随着现代通信技术的发展，特别是近年来随着THz通信和成像技术的兴起，磁光子器件、磁调磁光子晶体以及磁光型THz调制器、滤波器、波导开关都将在未来的THz通信、光通信和微波/毫米波通信中发挥极其重要的作用, 因此对磁光材料和磁光器件的研究和开发可以说刚刚起步，其理论、模型、设计以及新效应、新器件、乃至新系统需要我们不断地探索。

1、磁光存储的原理及特点在磁光记录的记录过程中，是用激光照射从而使局部升温来实现的。

由于温度上升，被照射部位的矫顽力下降。

然后通过外部磁场的作用在这个矫顽力下降的部位进行磁记录激光的光斑用镜头聚焦而成，光斑直径可小到亚微米的程度。

所以，磁光盘作为记录介质，再和垂直磁光膜结合起来应用，就可以实现高密度记录。

记录信息读出（重放）的过程是：用形成直线偏光的激光照射记录介质，其反射光的偏光面与磁化方向相对应，互相向反方向旋转。

这种重放过程就是利用克尔磁光效应来实现的。

在磁光记录过程中，无论记录还是重放，都要用激光，而这也正是光盘普遍采用的方法光盘大致有3类，即只读型、迫记型和可改写型。

1、只读型光盘，正如大家所知道的CD或LD；那样，是以凹凸的形式事先将音乐或图像信息记录下来，用户只能重放这些信息。

2、追记型光盘，用户虽然能够记录信息，但不能更写所记录的内容。

它是作为文件资料或外部存贮装置使用的。

3、可改写型光盘，即可擦可录型光盘，用户不仅能记录信息，而且可将原来记录的内容抹掉，重新记录新的信息。

由此，磁光记录介质应该具有如以下特性：良好的垂直面各向异性，以进行垂直记录；在室温下有较高的矫顽力场，磁畴稳定性好，记录密度高；居里温度应在400-600K之间；高温时磁滞回线矩形度高，饱和磁感应强度与温度适当相关，矫顽力能确保磁畴的换向特性；在记录信息时有足够的光学吸收性，以便得到足够的局部温升；磁光优值较高；磁学与光学性能匀一致；长期稳定性好。

根据磁光记录原理，对实用的磁光存储介质性能的要求：1、有显著的垂直膜面的磁各向异性，磁各向异性能要大于垂直磁化时的退磁能；2、大的磁光记录灵敏度(降低激光记录功率)；3、大的磁光效应(大的克尔角或大的法拉弟角) ；4、低的磁盘写入噪音(没有或小的晶粒)；5、足够高的读写循环次数( > 1×106次)；良好的抗氧化性，耐腐蚀性及长期稳定性；6、居里温度在400～600K之间，补偿温度在室温左右。

2、磁光存储材料虽然磁光记录的潜力被人们在1950年左右已经认识，但并没有找到合适的材料予以实现，从那时起人们对优化材料进行了大量的基础研究工作。

直到1973年，日本学者Ghaudhari等发现稀土GdCo合金薄膜具有垂直于薄膜表面的单晶异性，这一问题才算解决。

这表明该材料可以形成垂直于膜面的圆型柱状畴, 这些畴方向若向上或向下，便可以实现磁光数字存储。

之后，国际上在1973~1980年间对RE-TM(稀土-过渡)金属合金磁光薄膜材料进行了大量的研究，并在1980 年发现了最优秀的TbFeCo磁光材料，这个划时代的发现，便开始了现代计算机外设磁光盘的先河。

就目前研究和应用的材料而言，部分满足上述条件的材料分为如下3大类：1、锰铋系合金薄膜：MnBi薄膜是研究最早的磁光存储材料之一。

但因其存在居里温度高（360℃）、磁光旋转角偏小、信噪比低、存在强烈的晶界散射等缺点而使其应用与发展受到大大的限制。

2、稀土-过渡金属非晶膜（RE-TM）：RE-TM是近期研究比较多的磁光存储材料之一。

RE-TM非晶膜的RE 和TM 原子磁矩反平行排列，饱和磁矩Ms，居里温度Tc和补偿温度Tcomp强烈地依赖于膜成分含量，而Ku(各向异性场)则强烈地依赖于淀积参数。

单轴异性产生于自旋轨道耦合和磁偶极间相互作用机理。

RE-TM合金的磁光效应来源于稀土原子d-f交换和过渡金属原子的d-d交换。

RE-TM信噪比较高，且易于在各种衬底上制备大面积均匀膜。

但其存在磁光效应不够大、易氧化、化学稳定性和热稳定性差等缺点，不利于信息的长期可靠存储。

3、稀土铁石榴石：稀土铁石榴石被公认为是最有应用前景的新一代磁光存储介质。

此类晶体的物理化学性能稳定，耐腐蚀，耐高温，磁光偏转角大，且在近红外波段透明，可制成多层膜磁光盘。

单掺Bi的YIG虽然有较高的磁光优值，但是材料的法拉第旋转对温度十分敏感，降低了实际工作条件下的光隔离率。

为了获得磁光性能更为稳定的磁光晶体,双掺或多掺的含Bi铁石榴石晶体获得重视。

3、提高磁光存储性能的相关技术3.1 提高磁光盘容量的技术1、短波长激光技术因为磁光记录是用精细聚焦的激光束来写人或读取信息的，因此如何尽可能地减小激光斑直径是提高磁光盘记录密度增加存储容量的关键之一。

2、槽内、台面同时记录技术磁光盘表面预刻有一序列螺旋槽，槽与槽之间的区域称台。

槽内、台面都用作记录信息的技术称槽内、台面同时记录技术。

这样做的好处是能充分利用盘面。

提高记录信息容量。

但这样会造成道间信息串扰加剧。

3、区域恒角速度技术所谓区域恒角速度技术指的是磁光盘从内径到外径分成若干个带，每个带设定一种转速，越靠近外道转速越快，这样就能更充分地利用磁光盘外道空间，有效提高磁光盘的记录容量。

4、脉冲调制记录技术在新的磁光盘中则采用脉冲调制记录方式，又称坑缘记录方式。

利用坑缘的两个边缘记录信息，坑位的前沿对应编码中的“1”这样做的好处在于能将磁光盘的存储容量和数据传输速率提高一倍左右。

3.2 提高磁光盘存取速度早期的磁光盘记录方式是利用固定的在外磁场作用下，通过激光束加热磁记录层，记录信号由调制激光束提供。

这种方法的缺点在于在记录新信息之前必须先对已记录的信息区域进行整个扇区或整个坑道的擦除，然后再录人新的信息，类似于已录有信号的录像带，在录制新信号之前先由消磁头将老信号消掉，再录制新信号这样使系统信息存取时间比较长，比不上硬盘因而限制了在计算机中的应用。

新一代的磁光盘采用了所谓直接重写技术，数据写人可一次完成，使读写速度提高一倍，提高了数据传输速度。

直接重写技术有两种，即磁场调制直接重写和光调制直接重写。

目前普遍采用的是磁场调制直接重写技术。

4、磁光存储技术在我国的运用和发展方向磁光记录技术作为一种新的记录技术，是磁记录技术和光记录技术相结合的产物，反过来又成了它们的竞争对手磁光盘作为计算机可移动记录媒体的后起之秀，随着其存储容量大幅度增大，数据传速度的加快，加上可靠性高、保存信息时间长（至少60-100年）等优点，必将成为各种记录媒体的佼佼者。

我国于1992年由中科院等10多个单位共同研制出130mmMO盘，其主要技术指标均达到80年代先进水平，近几年磁光盘的生产已有所发展。

例如四川成电记录中心和四川天极实业公司已生产出90mm 230MB，130mm 1. 3GB等磁光盘产品。

但是，和国外相比，我国磁光盘的生产批量还不大，产品档次还不高。

在磁光盘的研究方面，我国也比国外落后，我国的落后主要表现在设备和技术工艺上，如镀膜设备，监控系统，衬底加工及刻槽设备等方面。

驱动器和伺服系统机械稳定性差，激光工作稳定性差，增加了噪音信号，降低了信噪比。

磁光记录的研究和生产和其他许多技术联系在一起，如激光技术、机械工艺、材料研究等，我国要想在这一领域取得突破，还有许多工作要做。

预计今后磁光存储的发展方向为：1、进一步提高磁光记录介质的性能，例如克服现在普遍使用的RE-TM抗氧化性较差的缺点。

将记录介质的克尔角θK增加到1.5(°)。

进一步完善记录方式和介质微结构工艺。

2、减小激光光斑尺寸，即使用波长更短的激光(波长降低1倍，容量可提高4倍)。

3、提高驱动器转速，降低激光头重量以此降低存取时间。

4、采用新技术提高信噪比，研制新型串扰抵消器，以降低误码率。

5、生产出CD-ROM和MO完全兼容的驱动器，并且ROM区(只读区)和可读可写区可共存于一张盘上，使盘上的一些重要信息不丢失或被病毒破坏。

5、结语磁光存储技术作为一种新的记录技术，是磁记录技术和光记录技术相结合的产物。

磁光盘作为计算机可移动记录媒体的后起之秀，随着其存储容量大幅度增大,数据传输速度的加快,加上可靠性高、保存信息时间长等优点，必将成为各种记录媒体的佼佼者。

磁光存储技术今后的发展方向仍是不断扩大信息存储容量、提高信息的传输速度及处理速度，以及实现与CD-R、CD-R/W、DVD-RAM等多种媒体的兼容，降低成本，扩大其应用领域。

参考文献：[1]陈国庆，吴亚敏.磁光盘的物理原理.工科物理，2000,10(3):32-34.[2]王飞译.磁光记录的现状与展望.磁记录材料,1996,2:47-51[3]刘振华.磁光存储的现状及发展.广西师范大学学报(自然科学版),1998,16(1):65-70[4]唐敏,黄刚.磁光盘存储技术.电子质量,中国电子质量管理协会主办,1996,(3):28-32[5]ChaudhariP, Cuomo J J. Amorphou sMetallic F ilms forM2O Ap2p licat ion s[J]. App lP hys lett, 1973, 22 ( 7 )：337- 339.[6]章春香，殷海荣，刘立营.磁光材料的典型效应及其应用.磁性材料及器件.2008,39(3):8-16.[7]黄敏,张守业.石榴石型磁光存储材料[J].材料科学与工程,1997,15(4):43-46.[8]张怀武, 薛刚.新一代磁光材料及器件研究进展.中国材料进展,2009,28(15):45-51.[9]周洋,邹玉林,臧竞存.光通信用磁光材料的研究进展.新技术新工艺,2009,11:100-103.[10]吴龙生.磁光记录技术.现代通信，2001,19：32-33.[11]刘振华.磁光存储的现状及发展.广西师范大学学报(自然科学版),1998,16(1):65-70[12]马延钧. 磁记录与磁光记录[J]. 北京轻工业学院学报, 1998,(03)[13]马廷钧,安玲,陈未杰. 磁光克尔效应及其测量[J]. 哈尔滨商业大学学报(自然科学版), 2005,(06) .[14]熊钢. 磁光存储及其介质的研究[J]. 咸宁学院学报, 2004,(03)[15]王昱,殷海荣,李启甲. 稀土磁光玻璃的研究进展[J]. 云南大学学报(自然科学版), 2005,(S1) .。