光存储器概述.
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光存储器
光存储发展的关键技术
1.高密、高效、高速的母盘刻录技术 采用短波激光和大数值孔径的物镜，可使道 间距减小，比特长度减小，从而可提高光盘的刻 录密度；采用脉宽调制，可显著提高记录效率。 2.DVD单面盘的精密注塑及双盘的封装技术。 将DVD母盘、模板生产线挑选出的合格模板， 用精密注塑机注塑成形，制得的DVD半成品经适 当冷却，送入溅射室，根据不同要求，分别溅射 金或铅，然后进行粘合剂旋涂、封装、紫外光固 化、在线检测、商标印刷等，制成DVD只读光盘。
CD光驱、DVD光驱等一系列光存储设备，主要 的部分就是激光发生器和光监测器。光驱上的激 光发生器实际上就是一个激光二极管，可以产生 对应波长的激光光束，然后经过一系列的处理后 射到光盘上，然后经由光监测器捕捉反射回来的 信号从而识别实际的数据。如果光盘不反射激光 则代表那里有一个小坑，那么电脑就知道它代表 一个“1”；如果激光被反射回来，电脑就知道这 个点是一个“0”。然后电脑就可以将这些二进制 代码转换成为原来的程序。当光盘在光驱中做高 速转动，激光头在电机的控制下前后移动，数据 就这样源源不断的读取出来了。
Combo横空出世
随着光驱、DVD、刻录机的出现，使得用户开始 面临一种选择，而厂商也在考虑，到底是否可以 把这些设备统一到一个设备上面呢？在这样的情 况下，Combo横空出世了。Combo可谓是光存 储市场上的一匹“黑马”，但是早在1999年，IT 巨头三星公司已提出了Combo的概念，并推出了 业界的第一款Combo——SM-304，规格为4X CD-R、4X CD-RW、24X CD-ROM以及4X DVD-ROM。但是由于当时制造Combo的技术空 前复杂，难度极高，使得有能力生产Combo的厂 商寥寥无几。同时，由于技术上的不成熟，使得 Combo的性能难以与单个产品媲美。
光存储技术
磁光擦写原理
利用光照磁化方法实现数据写和擦。写时激光束聚焦在光盘磁光膜上，因 温度升高光照区迅速退磁，盘另一面上电磁线圈对光照区施外磁场使被光 照区反向磁化，没有光照的相邻存储单元磁化方向不变，从而实现磁化反 差记录。擦与写正好相反。
5
5.1.2 光存储技术基本原理
利光用存激储光技能术聚是焦一成种能通量过高光度学集方中法的写极入和小读光出点数特据性的，数将字高存能储量技光术点照射 到记录介质上，使其微小区发生物理、化学变化以产生一个标记。
15
5.1.3 光存储系统技术指标 2 容量
● 格式化容量。指按照某种光盘标准进行格式化后的容量。采用不同 的光盘标准就有不同的存储格式，容量也不一样。如果改变每个扇区的字 节数，或采用不同的驱动程序，则都会影响格式化容量。
● 用户容量。指盘片格式化后允许对盘片执行读写操作的容量。由于 格式、校正、检索等比特需要占用一定的容量空间，因此用户容量小于格 式化容量。
8
5.1.2 光存储技术基本原理 ● 数据存储光道
使用激光存储原理把数据信息存储在光存储介质上时，由于绝大多数光存 储介质采用圆盘形式，因此该光存储介质通常称为光盘。
光盘上的信息数据是沿着盘面螺旋形状的光道以一系列凹坑和凸区的线形 式存储的。
数据写入光盘时，以数据信号串行 调制在激光束上，再转换成光盘上 长度不等凹坑和凸区。凹凸交界正 负跳变沿均代表 1；两个边缘间代 表 0，其个数由边缘间长度决定。
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5.1.2 光存储技术基本原理 ● 光轨道结构与磁道结构比较
磁盘存储结构
在磁盘中，数据按磁道和扇区存放，记录形式是 CAV。由于在每一磁道 上具有相同扇区数，每个扇区数据存储量是固定的 512 字节，而同一扇区 内磁道长度对于外圈和内圈不一样。为保证在不同长磁道上存储相同长信 息，外圈磁道信息密度要比内圈低，因而降低了整个磁盘平均信息密度。
利用光照磁化方法实现数据写和擦。写时激光束聚焦在光盘磁光膜上，因 温度升高光照区迅速退磁，盘另一面上电磁线圈对光照区施外磁场使被光 照区反向磁化，没有光照的相邻存储单元磁化方向不变，从而实现磁化反 差记录。擦与写正好相反。
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5.1.2 光存储技术基本原理
利光用存激储光技能术聚是焦一成种能通量过高光度学集方中法的写极入和小读光出点数特据性的，数将字高存能储量技光术点照射 到记录介质上，使其微小区发生物理、化学变化以产生一个标记。
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5.1.3 光存储系统技术指标 2 容量
● 格式化容量。指按照某种光盘标准进行格式化后的容量。采用不同 的光盘标准就有不同的存储格式，容量也不一样。如果改变每个扇区的字 节数，或采用不同的驱动程序，则都会影响格式化容量。
● 用户容量。指盘片格式化后允许对盘片执行读写操作的容量。由于 格式、校正、检索等比特需要占用一定的容量空间，因此用户容量小于格 式化容量。
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5.1.2 光存储技术基本原理 ● 数据存储光道
使用激光存储原理把数据信息存储在光存储介质上时，由于绝大多数光存 储介质采用圆盘形式，因此该光存储介质通常称为光盘。
光盘上的信息数据是沿着盘面螺旋形状的光道以一系列凹坑和凸区的线形 式存储的。
数据写入光盘时，以数据信号串行 调制在激光束上，再转换成光盘上 长度不等凹坑和凸区。凹凸交界正 负跳变沿均代表 1；两个边缘间代 表 0，其个数由边缘间长度决定。
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5.1.2 光存储技术基本原理 ● 光轨道结构与磁道结构比较
磁盘存储结构
在磁盘中，数据按磁道和扇区存放，记录形式是 CAV。由于在每一磁道 上具有相同扇区数，每个扇区数据存储量是固定的 512 字节，而同一扇区 内磁道长度对于外圈和内圈不一样。为保证在不同长磁道上存储相同长信 息，外圈磁道信息密度要比内圈低，因而降低了整个磁盘平均信息密度。
第六章光存储技术
第六章光存储技术光存储技术是一种利用激光在光盘上记录和读取信息的技术。
这种技术最早出现在20世纪70年代，经过几十年的发展，已经成为信息存储领域的重要分支。
光存储技术具有存储容量大、数据保存时间长、读写速度快等优点，广泛应用于计算机、消费电子、医疗、教育等多个领域。
光存储技术的基本原理是通过激光在光盘上烧蚀出凹坑或改变光盘表面材料的性质，形成信息的记录。
读取时，激光照射到光盘上，通过检测反射光的变化来还原信息。
光存储技术的核心设备是光盘驱动器，它负责控制激光的发射、聚焦、读取等过程。
目前，光存储技术主要包括CD、DVD、蓝光等几种类型。
CD是最早出现的光存储介质，容量为650MB，主要应用于音乐、软件等领域。
DVD是CD的升级版，容量为4.7GB，广泛应用于电影、游戏等领域。
蓝光则是最新的光存储技术，容量可达25GB，适用于高清电影、大容量数据存储等需求。
随着科技的不断进步，光存储技术也在不断创新。
例如，holographic storage（全息存储）技术、MDISC（Millennium Disc）技术等新型光存储技术正在研发中，这些技术有望在未来提供更大的存储容量和更长的数据保存时间。
光存储技术作为一种成熟的信息存储技术，在现代社会中发挥着重要作用。
未来，随着科技的不断发展，光存储技术将会继续创新，为人类提供更高效、更便捷的信息存储解决方案。
光存储技术的发展历程光存储技术的起源可以追溯到20世纪60年代，当时科学家们开始研究利用激光来记录和读取信息。
1972年，荷兰飞利浦公司推出了第一张CD（Compact Disc），这标志着光存储技术的正式诞生。
CD的出现极大地改变了音乐和软件的存储方式，它具有高保真、可重复播放等优点，迅速在全球范围内普及。
随着技术的进步，光存储技术不断升级。
1995年，DVD（Digital Versatile Disc）正式上市，其容量是CD的7倍，不仅能够存储更多的数据，还支持高质量的音视频播放。
光存储器
1.普通光头 这是最采用的且比较成熟的一种光头。 2.分离式光头 可以实现快速存\取。 3.光纤光头 对光源的输出功率要较高的要求。 4.全息光头 具有分束、焦点误差检查和跟踪误差检测三种功能。 5.集成光头 可以吧从光源到检测、分束、会聚、等功能
写入操作：被记录信息调制的激光束聚焦（或其他手段）到 存储介质上，使被照射部分的反射率发生变化，出现两种 状态：0、1。
相变型光盘利用记录材料的结晶态和非结晶态之间 的可逆相变，实现信息的记录和擦除。 写入过程是通过使灵敏层局部熔化，以实现晶态 — 非晶态转变。 擦除信息就是把记录位内的非结晶状态再转变为结晶 状态，实现这一过程有两种方法，就是使记录介质 熔化，经过液态后慢慢冷却而使之结晶化的过程 （2）；以及在固态下的结晶化过称（3）。
最常见的dvd即单面单层dvd的资料容量约为vcd的7倍这是因为dvd和vcd虽然是使用相同的技术来读取深藏于光盘片中的资料光学读取技术但是由于dvd的光学读取头所产生的光点较小将原本085m的读取光点大小缩小到055m因此在同样大小的盘片面积上dvd和vcd的外观大小是一样的dຫໍສະໝຸດ d资料储存的密度便可提高
可擦重写光盘从记录介质写、读、擦的机理来讲，主要分为 两大类： 1)相变光盘：这类光盘采用多元半导体元素配制成的结构相变材 料作为记录介质膜，利用激光与介质膜相互作用时，激光的热和 光效应导致介质在晶态与玻璃态之间的可逆相变来实现反复写、 擦要求，可分为热致相变光盘和光致相变光盘。 2)磁光盘：这种光盘采用稀土-过渡金属合金制成的磁性相变介 质作为记录薄膜，这种薄膜介质具有垂直于薄膜表面的易磁化轴， 利用光致退磁效应以及偏臵磁场作用下磁化强度取向的正或负来 区N---进制中的“0”或“1”。 结构相变光盘和磁光盘虽说工作机制不同，但从本质上来讲， 都属于二级相变过程。它与一级相变不同，不存在两相共存的情 况，故可用介质的两个稳定状态来区别二进制中的“0”或“1”。 可擦重写光盘中的反复写、擦过程与记录介质中的可逆相变过程 相对应。从广义的角度讲，任何具有光致双稳态变化的材料都可 用做RW记录介质。
《光储存设备》课件
CHAPTER
04
光储存设备的发展趋势与未来 展望
技术发展趋势
01
高容量储存
随着数据量的爆炸性增长，光储存设备正朝着高容量的方向发展。新型
的光盘和光储存技术，如Holographic storage，可以实现更高的数据
密度和容量。
02
快速读写速度
为了满足实时数据处理和大数据分析的需求，光储存设备的读写速度也
在不断提升。新型的光储存技术，如热辅助磁记录（HAMR）和多级磁
记录（MLMR），可以实现更高的数据传输速率。
03
多功能集成
未来光储存设备将不仅仅局限于数据的储存，还将集成更多的功能，如
数据处理、加密、解密等，以满足不断增长的数据处理和分析需求。
市场发展前景
市场规模持续增长
随着数据量的不断增长，光储存设备市场将继续保持增长态势。据预测，未来几年光储存 设备市场将以每年5%以上的复合增长率持续增长。
保护珍贵资料
对于一些珍贵的图书、档案等资料，通过光储存设备可以有效地保护其不受损坏 ，延长其保存期限。
特殊行业应用
医疗影像储存
在医疗行业中，光储存设备可以用于储存医疗影像资料，如X光片、CT图像等，方便医生查阅和诊断 。
航天科技应用
在航天科技领域，光储存设备的高可靠性和稳定性使其成为航天器数据储存的重要选择。
个人视频制作者需要存储大量的高清视频素材，光储存设备能够提 供大容量、高速传输的解决方案，满足个人视频制作的需求。
家庭照片和视频备份
家庭用户需要备份大量照片和视频，光储存设备以其大容量和可靠 性成为家庭备份解决方案的优选。
个人电脑升级
随着个人电脑存储需求不断增加，光储存设备成为个人电脑升级的首 选，提供更快的传输速度和大容量存储空间。
第五章 光存储器件
3）信息的信噪比高。信息的信噪比一般可 达50dB以上，且经多次读出的音质和图像 的清晰度不降低。
3）非接触式读/写信息。这是光盘存储器所 具有的独特性能。读/写光点是用透镜将激光 束聚焦而成，光盘机中光头与光盘间距有 1~2mm，光头不会磨损和划伤盘面，因此光 盘可以自由更换。
不足之处：光学头无论体积还是重量，都还 不能与磁头相比，这影响光盘的寻址速度， 从而影响其记录速度。 根据性能和用途，光盘存储器大致可分为以 下三种类型：只读式、只写一次式、可擦式 （或可逆式）。
CD产生于八十年代初，直径120mm，厚 1.2mm，单面记录75分钟的音乐。
二、VCD
VCD(Video Compact-Disc)称小型 数字化视频光盘。 经A/D转换器将模拟信号的视频、音频信号 转换为二进制的数字信号录制到光盘上。 所用激光波长780nm，存储容量为650MB。 CD盘的制造工艺与普通CD片相同。
3）全息光学头 全息元件具有分束、焦 点误差检测和跟踪误差 检测三种功能的复合功 能元件，且不受光源波 长变化的影响。 4）集成光学头 利用光栅分束和抛物面形 波导镜面组成的集成光头。 它把从光源到检测、分束、 会聚等功能都集成为模块。
三、光盘的读/写原理 1）信息写入 信号通过误差检验与校正电路和编 码电路，去直接调制LD的输出。
2）信息读出 就是检测记录介质的磁化方向。 磁场克耳效应：线偏振光从强磁极反射时， 偏振面发生旋转的现象。
磁化向上，旋转 θk ， 而 向 下 则 逆向旋转-θk 。
如使检偏器的透过轴与-θk 正交，则向 下的不能通过检偏器，而向上的则亮。
3）信息擦除 要擦去信息时，只需重新用大功率写 入光点照射数据道，外加反向的直流 偏压磁场，照射区域的磁化即翻转到 原来的方向。 由于在转换相当大的磁场时有速度限制， 故光盘的一转用来擦去数据，将磁化臵 “0” ，然后在下一转再写入。 磁光盘无法在广泛使用的CD-ROM驱动器上 读取，不能满足对计算机数据交换和分发的 要求，因而应用受到极大的限制。
光存储技术简介 ppt课件
DVD-Dual
DVD-Dual规范是索尼公司设计并率先推行。 包括SONY、NEC等在内的厂商针对DVD-R/RW 与DVD+R/RW不兼容的问题，提出了DVD Dual 这项新规格，也就是DVD±R/RW的设计。DVD Dual并没有DVD Multi那样统一的规范，可 以让厂商们自由发挥。DVD±R/RW刻录机可 以同时兼容DVD-R/RW和DVD+RW这两种规格， 使用者就不用担心DVD刻录盘搭配的问题。
DVD各种格式对比
DVD-Multi
由于DVD-RAM、DVD-R和DVD-RW三种DVD刻录规格互不 兼容，用户使用时常受到DVD相关软、硬件的设计和 兼容性问题的困扰。为解决DVD规格混乱的状况，松 下公司提出了DVD-Multi规格，并得到了Intel、三 星等公司的支持。DVD-Multi技术以DVD-RAM为主要 架构，兼容DVD-RAM、DVD-R、DVD-RW，CD-R/CD-RW 等。严格的说DVD-Multi并不是一项技术，而是前两 种DVD刻录规格组合而衍生出来的产物。
(1)DVD-5规格：单面单层，标准的资料记录量为4.7GB (2)DVD-9规格：单面双层，即将资料层增加到两层，理
论上资料记录量可以提升到9.4GB ，但是由于双层的 构造会干扰信号的稳定度，所以实际上的最高资料记 录量只能够达到8.5GB。 (3)DVD-l0规格：双面单层，也就是DVD片的正反面都可 以储存资料，资料记录量为9.4GB，为DVD-5的两倍。 (4)DVD-l8规格：双面双层，也就是DVD-9的双面，容量 可以高达l7GB。
DVD-R/RW
DVD-R/RW格式由Pioneer先锋公司开发，初期格式为 3.9GB，刻录速度为一倍速，相当于9倍CD读写速度。 第一代的规格中只有DVD-R格式，而且刻录容量、结 构与DVDROM完全不同，面临与DVDRAM相同的不兼容命 运，但是先锋公司迅速推出了替代的2.0版技术，将 容量改为单面4.7GB，双面9.4GB，并且同时推出了包 括多次复写的DVD-RW规格，大大改善了兼容性问题。
光存储
• 这个存储信息的介质就是我们通常所说的 光盘。
第二节 光存储的类型
1.只读型光存储系统
–只读型光盘包括CD-ROM等。 –CD-ROM（Compact Disc-Read Only Memory）只读式压缩光盘，其技术来 源于激光唱盘，形状也类似于激光唱 盘，能够存储650MB左右的数据。 –用户只能从CD-ROM读取信息，而不能 往盘上写信息。
• 保护层上印有 标识。 • 铝反射层提高 盘片反射率。 • 预刻槽用于光 道径向定位。 • 代表信息的凹 坑就压在透明 衬底上。
CD-ROM 盘的底视图
CD盘的外径为120 mm，重量为14 克～18克。激光唱盘分3个区：导入 区、导出区和声音数据记录区。
二.光盘的读取原理
光盘上压制了许多凹坑，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来得弱，光盘 就是利用这个极其简单的原理来区分 “1”和“0”的。 凹坑的边缘代表“1”，凹坑和非凹坑 的平坦部分代表“0”，凹坑的长度和 非凹坑的长度都代表有多少个“0”。
需要强调的是，凹坑和非凹坑本身不 代表１和０，而是凹坑端部的前沿和 后沿代表１，凹坑和非凹的长度代表 ０的个数。
三. 光盘的写入原理
• 写入： • 利用激光单色性高、方向性好、高亮度的 特点，先将其聚焦为直径1微米左右的微小光点， 照射在储存介质上形成光照微区，由于微小光点 能量高度集中，通过发生化学、物理反应，使光 照微区的某种光学特性与周围介质反衬较大，从 而在该微区记录了相应的信息或数据。
读出光束的功率一定要比写入光束的功率 低，以保证读出光点的功率密度小于存储 介质的记录阈值，否则将破坏盘面上原已 写入的信息。（记录能量可达数兆瓦/平方 厘米）
• 用激光器作为写读能源： 90％ 10％
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1000
300~400 400~500
30 160
20
10 40
6
4~5 15
飞行高度/nm
传统磁储存设备的存储空间不够大，难以满足需 求 容量大 价格低
光存储器的特点
存储密度高
由于使用相干性好的激光作为光源，可把光聚集成 直径约为1μ m的光斑作为记录，存储一位信息的介质面积 仅为1μ m²，一张φ 5″（直径120μ m）的光盘的存储量是 一张软磁盘的几百倍。
光存储器的特点
非接触式读/写信息 光盘机中的光头跟 光盘间距有1~2mm，光 头不会磨损或划伤盘面， 因此光盘可自由切换， 灰尘对记录信息的影响 很小。高密度的磁盘机， 由于磁头飞行高度的限 制，较难更换磁盘。
光存储器的特点
存储寿命长 光盘存储介质稳定，寿命可达百年，磁存储 的寿命一般在10年左右。 信息的信噪比高
数据传输速率：单位时间内从光盘读取信息所需 的时间
光盘的特征参数
信噪比：信号电平与噪声电平之比，以dB表示 误码率：从光盘上读出信息时，出现差错的位 数与读出的总位数之比 存储每位信息的价格：价格 / 位，决定着一种 存储器的经济效益和性能价格比，是竞争中能 否取胜的一个重要因素。
光盘的信噪比一般可达50dB以上，而且经多 次读/写不降低。
信息价位低 光盘的存储密度高，而且只读型光盘可以大 量复制，所以它的信息位价格比磁记录低几十倍。
光存储器的特点
不足之处：
光头的体积跟重量比磁头大，影响了光盘的寻址速度， 从而影响数据传输速度； 光盘的记录密度如此高，基本存储单元每位只占约 1μ m²的面积，盘片上极小的缺陷跟针孔也会引起错误。
可以写入、擦除、重写的可逆性记录系统。
利用激光照射引起介质的可逆性物理变化而进 行记录。 磁光型：利用激光与磁性材料共同作用的结果 来记录信息，是磁技术和光技术相结合的产物。
相变型：仅用光学技术来读 / 写，因此读 / 写光 头可以做得比磁光盘简单，存取时间也可以缩 短。
光盘的特征参数
类型：只读型、可录型、可擦重写型 直径：在一定程度上，它会相应地决定光盘机的 大小、规模以及用途 存储密度：在存储介质的单位长度或单位面积内 所能存储的二进制位数 存储容量：可存储在光盘中数据的总量，通常以 二进制数的位数、字节数等数据单位来表示
光盘的类型
可录型光盘
用会聚的激光束热能使材料的形状发生永久性 变化而进行记录，录入后不能在原址重新写入。 可以不必一次把盘全部写满，可由用户将数据 直接写入光盘。 光盘上的数据无法修改，具有极高安全性。 CD-R或DVD-R就是最好的应用，兼有只读驱 动器的功能。
光盘的类型
可擦重写光盘
因此，光盘的原始误码率高，必 须采取强有力的误码矫正措施。
光盘的类型
只读型光盘
最先实现商品化生产，LD、CD、CD-ROM、 VCD、DVD-ROM等就是最好的应用。 用金属母盘模压复制出来的，盘上的数据是用 一系列被压制在透明塑料衬底上的凹坑来表示 的。 生产成本低，只读不能写。
存储容量大，压制成本低，发行多媒体节目的 优选载体。
5.1 光存储器概述
光(Gb/in²) 数据率/(Mb/s) 存储时间/ms 度
1992 0.6 0.1 16
1995 0.9 0.5~0.8 100
1998 5~10 2~4 150
2000 10 4~6
2003 50~100 10~20
2017