光信息存储技术.ppt
光信息存储技术及性能指标概述
文字出现
光盘应用
磁盘产生
光信息存储技术：利用特定波长的光作为信息的读写工具，从 信息存储介质中读出或向信息存储介质中写入信息。
光信存储光源：激光（相干性、单色性、方向性）
全息存储
光 信
利用全息照相原理，将信息存储在记录介质中，读出时，
息 通过光电探测器将光信号再转变成电信号输出。
存 储
逐点存储
分 通过受信号调制的激光束与记录介质相互作用时产生的状
类 态变化逐点记录信号，读出时再用激光束投射到记录介质
表面，从反射光的强度变化中读出信息。
光信息存储技术优点：
1、信息存储密度高 2、易于快速随机存取 3、能存储图像和数字两种信息 4、价格低廉，使用方便 5、保存方便，且不易丢失
光信息存储技术性能指标: 1、存储容量：存储单元的数量 2、存储密度：存储器单位面积上所能记存的数的多少 3、存储周期：存或取一个数据所需要的时间
光存储技术
第七讲光存储技术本章内容一、概述二、光盘存储三、全息存储技术一、概述什么是信息的光存储？利用光子与物质的作用，将各种信息如图像、语言、文字以及相关数据记录下来，需要时再将其读出。
绘画和文字是人类文明中最生动的光存储方式。
照相和电影是光学存储技术的重大成就。
1、光存储2、光存储原理及分类（1）原理：只要材料的某种性质对光敏感，在被信息调制过的光束照射下，能产生物理、化学性质的改变，并且这种改变能在随后的读出过程中使读出光的性质发生变化，都可以作为光学存储的介质。
（2）分类按介质的厚度：面存储、体存储；按数据存取：逐位存储、页面并行式存储； 按鉴别存储数据：位置选择存储、频率选择存储等。
3、光存储的特点（1）存储密度高信息的存储密度表征单位面积或单位体积可存储的二进制位数（bit/cm2，bit/cm3），用以表示各种存储方法的性能指标。
电子存储器的存储密度约104－106 bit/cm2，即使是超大规模集成电子存储器也不会超过106 bit/cm2。
光学存储器的理论极限值：面存储密度为1/λ2；体存储密度为1/λ3 。
按λ=500 nm 计算，存储密度为1 Tbit/cm3。
3、光存储的特点（2）并行程度高光子之间不会相互作用，因而光计算的并行处理能力远远高于电子计算。
提供并行输入输出和数据传输。
（3）抗电磁干扰光子不荷电，抗电磁干扰。
（4）存储寿命长磁存储2—3年；光存储10年以上。
（5）非接触式读／写信息（6）信息价格位低价格可比磁记录低几十倍。
本章内容一、概述二、光盘存储三、全息存储技术二、光盘存储自60年代末美国ECD及IBM公司共同研制出第一片光盘以来，光盘存储技术发展之迅速出人意料。
激光唱片(CompactDisk，CD)激光视盘(LaserVideo—Disk，LVD)：LD，VCD，DVD……。
计算机外存设备：光盘1 、光盘存储的原理激光经聚焦后可在记录介质中形成极微小的光照微区(直径为光波长的线度，即1μm 以下)，使光照部分发生物理和化学变化，从而使光照微区的某种光学性质(反射率、折射率、偏振特性等)与周围介质有较大反衬度，可以实现信息的存储。
光存储技术
光存储技术发展现状班级：07111306学号：1120131797姓名：程显达1.引言光存储技术是利用光子与物质的作用，将各种信息比如图像、语言、文字等相关数据记录下来，需要的时候再将其读出的存储技术。
光存储技术具有非接触式读写、寿命长、信息位的价格低等优点，随着光量子数据存储技术、三维体存储技术、近场光学技术、光学集成技术的发展，光存储技术必将成为信息产业中的支柱技术。
2.光存储技术的原理从概念上讲，光存储技术是用激光照射介质，通过激光与介质的相互作用使介质发生物理、化学变化，将信息存储下来的技术。
它的基本物理原理为：存储介质受到激光照射后，介质的某种性质（如反射率、反射光极化方向等）发生改变，介质性质的不同状态映射为不同的存储数据，存储数据的读出则通过识别存储单元性质的变化来实现。
对于介质的选取，只要材料的某种性质对光敏感，在被信息调制过的光束照射下，能产生物理、化学性质的改变，并且这种改变能在随后的读出过程中使读出光的性质发生变化，都可以作为光学存储的介质。
举一个例子来简单说明原理，目前得到广泛应用的CD光盘、DVD光盘等光存储介质以二进制数据的形式来存储信息。
信息写入过程中，将编码后的数据送入光调制器，使激光源输出强度不同的光束。
调制后的激光束通过光路系统，经物镜聚焦照射到介质上。
存储介质经激光照射后被烧蚀出小凹坑，所以在存储介质上存在被烧蚀和未烧蚀两种不同的状态，分别对应两种不同的二进制状态0或1。
读取信息时，激光扫描介质，在凹坑处入射光不返回，无凹坑处入射光大部分返回。
根据光束反射能力的不同，将存储介质上的二进制信息读出，再将这些二进制代码解码为原始信息。
3.光存储技术的优点(1).存储密度高，存储容量大。
信息的存储密度表征单位面值或单位体积可存储的二进制位数，用以表示各种存储方法的性能治标。
电子存储器的存储密度约104-106bit/cm2，即使是超大规模集成电子存储器也不会超过106bit/cm2。
光信息存储技术
光信息存储技术在当今信息爆炸的时代，数据的存储和处理需求呈指数级增长。
光信息存储技术作为一种新兴的、具有巨大潜力的存储手段，正逐渐引起人们的广泛关注。
光信息存储技术，简单来说，就是利用光来记录和读取信息的技术。
它与传统的磁存储和电存储技术相比，具有许多独特的优势。
首先，光存储具有极高的存储密度。
这意味着在相同的物理空间内，光存储能够容纳更多的数据。
想象一下，一张小小的光盘就可以存储数部高清电影或者成千上万的文档，这在很大程度上节省了存储空间。
而且，随着技术的不断进步，光存储的密度还在不断提高，未来有望实现更大容量的存储。
其次，光存储的稳定性非常出色。
光存储介质不像磁盘那样容易受到磁场干扰，也不像闪存那样存在写入次数的限制。
这使得光存储的数据能够长期保存，并且在恶劣的环境条件下也能保持其完整性。
对于那些需要长期保存的重要数据，如历史档案、科研资料等，光存储无疑是一种可靠的选择。
再者，光存储的读取速度也相当快。
通过激光束的快速扫描，可以迅速获取存储在光盘上的信息。
这使得在处理大量数据时，能够大大提高工作效率。
那么，光信息存储技术是如何实现的呢？目前常见的光存储技术主要包括光盘存储和全息存储。
光盘存储是我们比较熟悉的一种形式，例如 CD、DVD 和蓝光光盘等。
在光盘的表面，有许多微小的凹坑和平面，这些凹坑和平面的排列方式代表了二进制的数据“0”和“1”。
当激光照射到光盘表面时，根据反射光的强弱变化，就可以读取到存储的信息。
而全息存储则是一种更为先进的技术。
它利用光的干涉原理，将数据以三维的方式存储在介质中。
与传统的平面存储方式不同，全息存储可以在同一空间内存储多个数据页，从而极大地提高了存储容量。
在光信息存储技术的发展过程中，材料的研究也至关重要。
优质的存储材料需要具备良好的光学性能、物理化学稳定性以及可加工性。
目前，研究人员正在不断探索新的材料，如有机聚合物、纳米材料等，以进一步提高光存储的性能。
然而，光信息存储技术也面临着一些挑战。
光学信息存储技术的研究与应用
光学信息存储技术的研究与应用光学信息存储技术是一种利用光学原理来实现信息的存储和读取的技术。
在光学信息存储技术中，物理定律和实验是不可或缺的重要组成部分。
本文将对光学信息存储技术的研究与应用进行详细阐述，包括物理定律的应用、实验准备和过程、实验的应用以及其他专业性角度。
首先从物理定律的角度来看，光学信息存储技术主要基于光学现象和光的性质进行研究和应用。
光学定律中的斯涅尔定律、费马原理和折射定律等对光的传播、折射和反射等过程提供了基本的理论依据。
在光学信息存储技术中，可以利用这些定律来实现信息的编码和解码，从而实现信息的存储和读取。
例如，通过斯涅尔定律可以实现激光束的聚焦，从而提高信息存储的密度和容量。
在进行光学信息存储实验之前，首先需要进行实验准备。
这包括选择合适的实验设备和材料，并进行相应的调整和校准。
常见的实验设备包括激光器、光学镜片、光学透镜、光学光纤等。
实验材料可以是光学纳米材料、光敏材料、光学介质等。
同时，还需要搭建合适的实验平台和系统，以确保实验的稳定性和可重复性。
在实验进行过程中，关键的一步是光学信息的编码和写入。
这需要利用所选材料的特殊性质或响应特性来实现。
例如，可以利用光敏材料的光致变色性质来实现信息的编码和写入。
具体来说，可以利用激光的光强和波长的控制，通过光致变色效应改变材料的吸收光谱或产生光学波导结构，从而实现信息的编码和写入。
此外，还可以利用激光的干涉效应、散射效应等来实现信息的编码和写入，进一步提高信息存储的容量和速度。
光学信息存储技术具有广泛的应用前景。
其主要应用领域包括数字存储、光存储器、光盘、光磁记录和光存储器件等。
其中，数字存储是光学信息存储技术的一个重要应用领域。
通过光学信息存储技术，可以实现大容量、高速度、长寿命的数字存储器件。
与传统的磁性存储器件相比，光学存储器件具有更高的存储密度和更快的读写速度。
此外，光学信息存储技术还可以应用于光纤通信、光学计算、光学传感等领域，为新型光学设备和系统的发展提供基础。
光信息存储
访问时间可以做到在200毫秒以下。
一、光全息存储关键技术及原理
双色记录
全息数据记录的设备在双色全息记录的过程中， 参考光和信号光固定使用一个特殊的波长（绿光、 红光、甚至红外光），而敏化光束为一个单独的短 波长激光（蓝光或者紫外光）。敏化光束用来使材 料在记录过程之前和之后变得敏感，而信息将通过 参考光和信号光在晶体中记录下来。在读取的过程 中，仍然通过单独照射参考光来实现，由于参考光 波长较长，它无法在使被束缚的电子在读取阶段激 发，因此需要短波长的敏化光来擦除记录的信息。
关于光全息存储的探讨
光信息1001 唐丽红
目录
一、光全息存储关键技术及原 理 二、光全息存储的性能表征 三、光全息存储材料 四、光全息存储应用前景
光全息存储的提出
1984年， DennisGabor在 为提高电子显微镜 的分辨率时提出 1991年， 光驱问世； 1993年，第二代 MPC规格问世 1995年夏， Multimdeia PCWork ing Group公布第三代 规格标准，光驱速度提 高到四倍速。
全息光存储 的巨大竞争 力体现在它 所具有的超 大存储容量、 超高存储密 度和越快的 存取速度等 方面。 Inphase公 司和 Optware公 司已经在这 一领域中迈 出了坚实的 步伐，取得 了令人瞩目 的成就
1
2 2
3
参考文献
[1]景敏.全息显示技术发展与现状.[J].科 技广场.2008（7）,232-234 [2]刘玉照.激光全息存储技术的发展.[J]. 情报科55学,2000(18),473-475 [3]江涛.信息存储新领域——全息存储及 其材料.[J].信息记录材料.2006(7),32-35
一、光全息存储关键技术及原理
(光存储原理与应用)第二章全息光存储
全息光存储在科学研究领域有广泛应用，如
析，提供高分辨率和真实感的图像展示。
天文学、材料科学和生物医学研究等。
全息光存储原理
全息光存储的原理基于波的叠加原理和干涉现象，通过将光波的干涉模式记
录在介质中的全息图样，实现信息的编码与存储。
全息光存储的特点
1
3
高容量
2
高速度
全息光存储能够实现巨大容量的数据存储，
全息光存储具备快速的数据读写速度，可
远远超过传统存储技术的极限。
用于高性能计算和数据中心存储。
段，实现商业化应用的突破还在不断
进行中。
4
入一些特定领域的应用场景。
全息光存储的应用场景
数据中心
虚拟现实
全息光存储可用于高容量、高速度的数据中
全息光存储可以实现逼真的虚拟现实体验，
心存储，提供快速的数据访问和计算支持。
为虚拟游戏、教育和娱乐领域提供支持。
医学图像
科学研究
全息光存储可以应用于医学图像的存储和分
3
编码算法
开发有效的编码算法，实现数据在全
息图样中的高效编码和解码。
全息光存储的发展历程
1
1960s
全息光存储的理论和基础研究开始兴
1980s
2
起，奠定了全息光存储的科学基础。
3
2000s
全息光存储逐步实现实验室级别的演
示，开始引起学术界和工业界的关
注。
全息光存储技术逐渐商业化，开始进
2020s
当前，全息光存储正处于快速发展阶
(光存储原理与应用)第二
章全息光存储
全息光存储（Holographic Storage）是一种高容量、高速度、三维的光信息
网络技术之八存储技术PPT课件
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NAS
NAS（Network Attached Storage，网络附属存储），是一种 专业的网络文件存储及文件备份设备，或称为网络直联存 储设备、网络磁盘阵列。
NAS是一种专业的网络文件存储及文件备份设备，它是基 于LAN（局域网）的，按照TCP/IP协议进行通信，以文件 的I/O（输入/输出）方式进行数据传输。一个NAS里面包 括核心处理器，文件服务管理工具，一个或者多个的硬盘 驱动器用于数据的存储。 NAS 可以应用在任何的网络环 境当中。主服务器和客户端可以非常方便地在NAS上存取 任意格式的文件，包括SMB格式（Windows）NFS格式 （Unix，Linux）和CIFS格式等等。NAS系统可以根据服务 器或者客户端计算机发出的指令完成对内在文件的管理。
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DAS
DAS（Direct Attached Storage，直接附属存储）被 定义为直接连接在各种服务器或客户端扩展接口 下的数据存储设备，它依赖于服务器，其本身是 硬件的堆叠，不带有任何存储操作系统。在这种 方式中，存储设备是通过电缆（通常是SCSI接口 电缆）直接到服务器的，I/O（输入/输入）请求 直接发送到存储设备。
320MB/s SCSI支持多任务、CPU占用率很低 SCSI具有良好的扩展性 SCSI系统昂贵
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4
SATA硬盘
Serial ATA，即串行ATA，是英特尔公司在2000年发布的将 于下一代外设产品中采用的接口类型。它一改以往ATA标 准的并行数据传输方式，而是以连续串行的方式传送资料。 这样在同一时间点内只会有1位数据传输，此做法能减小 接口的针脚数目，用四个针就完成了所有的工作（第1针 发出、2针接收、3针供电、4针地线），相比ATA接口标 准的80芯数据线来说，其数据线显得更加趋于标准化。
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光 盘 机
写
/
读信号
处理系统
机械系统 写信号处理系统 读信号处理系统
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+λ/4波片） 光束 隔离器
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。
（2）光盘存储系统的基（ 介 质 ）
加工工艺
动态在线检测 离线全面质量检测
盘 存 储
系 统
供电系统
光盘驱动器
光学头系统 伺服系统
第10章 光信息存储技术
一.基本特点与运用 1）光盘特点
容量大—5.25˝ 0.65G 非接触读写—无损伤 高的数据传输率 永久性或半永久性存储（10~50S） 信息价位低 形成光盘库（活动盘）
2）领域 数据存储、图像存储 多媒体或多媒体工作站 视频节目存储介质
二.发展简史 国外，研究始于70年代
达到：40~100Gbit/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
荷兰:PHILIPS 1972.9.5诞生第一台激光唱机，体积大，
很笨重。He-Ne体积大，材料要求↗
1976→向美国推销第一代产品
1982→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
例如：MO或CD-R/W
光盘材料及驱动器的研发
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
③ 减小信道密度 1.2μm↘0.74 μm
④ 减小光盘盘基厚度 1.2mm↘0.6mm
⑤ 编码技术、数据格式等
③ 减小信道密度 1.2μm↘0.74 μm
④ 减小光盘盘基厚度 1.2mm↘0.6mm
⑤ 编码技术、数据格式等
* 10%力量： 持续光源烧孔和三维光信息存储 光斑变色存储技术 电子俘获光存储技术 全息信息存储技术 纳米与自聚焦技术 MND近场存储技术
（d） λ/4波片 改变偏振方向 （e）聚焦物镜（附执行机构）实现伺服
1μm光斑
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
70年代 Ⅰ里程碑： 5.25˝ 光盘
0.65GB
120 mm
90年代中期 Ⅱ里程碑 5.25˝ 光盘 DVD 单面单层 4.7GB 双面双层 19GB
CD VCD
95年之后 Ⅲ里程碑 NMD 近场光学 单面容量
③ CD、VCD、DVD的生产及检测设备的国 产化研究与生产
④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。
⑤ 开发新一代的存储产品 近场、自聚焦、光学非辐射场与光
学超衍射极限分辨存储等三维存储产品 有差距
5 104GB
B.发展趋势（高密、高效、高速）
高密： 短波长LD，NA↗ 衬盘厚度↙ ，道间距↙
高效： 记录方法、数据格式 新型 的光学头改进
高速： 存储技术、记录速度
C.全世界光盘驱动器的发运量30~40%每年发展 递增
30~40%每年发展递增
D.研究与开发
90%力量→ 高性能光盘及驱动器
方法 为了实现分子存储 ① 要求稳定性 ② 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
① 实现低价位的有自主产权的DVD及DVDROM驱动器规模生产： 自主产权 无
② 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
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
民用
·光盘 军用
:
内加固：从设计角度考虑 加固（ 一级加固，机械方式）
外加固：防震动、冲击
（弹簧）
例如：内加固： 减小由温度↗或者↙引起光学系统
①4X磁光光盘光学特性测试仪 --40万 华工
②4X磁光光盘机械特性测试仪 --70万 华工
③4X磁光光盘动态特性测试仪 --70万 清华
④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
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
强： 0 弱： 1
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： ① 减小LD的波长 780nm↘ 650/635↘ 532nm
② 增大读出物镜的NA
k
NA 0.45↗ ……0.65↗
PSHB--三维光信息存储在理 论上可以使记录密度提高 3~4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,γ）光信息存储
原理：目前光存储密度上限 108bit / cm2
相对应1bit所占空间106~ 107 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106~ 107 倍。