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第一代光盤存儲的光源用GaAlAs半導(dǎo)體激光器，波長為0.78μm（近紅外），5寸光盤的存儲容量為0.76GB，即CD系列光盤；第二代光盤存儲的光源用GaAlInP激光器，波長為0.65μm（紅光），存儲容量為4.7GB，即數(shù)字多功能光盤（DVD）系列；第三代光盤存儲已經(jīng)興起，使用GaN半導(dǎo)體激光器，波長為0.41μm（藍(lán)光），存儲容量可達(dá)27GB，為高密度數(shù)字多功能光盤，即HD-DVD光盤（藍(lán)碟）。20世紀(jì)80年代后期出現(xiàn)的磁光盤（MOD）技術(shù)和20世紀(jì)90年代初期出現(xiàn)的相變光盤（PCD）技術(shù)也得到了飛快發(fā)展，并且已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用。

光盤是一種圓盤狀的信息存儲器件，它利用受調(diào)制的細(xì)束激光加熱介質(zhì)表面，使不同位置處的反射率改變，以記錄下存儲的數(shù)據(jù)。當(dāng)有激光束照明介質(zhì)層時(shí)，依靠各信息點(diǎn)處反射率的不同提取出被存信息。在光盤上寫入信息的裝置稱為光盤記錄系統(tǒng)，能從光盤上讀出數(shù)據(jù)的裝置是光盤重放系統(tǒng)。前者如光盤文件記錄器，后者包括視頻光盤放像機(jī)和光盤文件檢索系統(tǒng)等。圖1給出了光盤寫入讀出的原理示意圖。

圖1 光盤寫入讀出原理示意圖

光盤寫入記錄狀態(tài)如圖1（a）所示，載有音頻、視頻或文件信息的調(diào)制激光束被聚束透鏡縮小成直徑1μm左右的光點(diǎn)。細(xì)束激光的高能量密度加熱記錄介質(zhì)表面，使局部位置發(fā)生永久性變形，或者使金屬膜的結(jié)晶狀態(tài)發(fā)生變化。這些都造成介質(zhì)表面反射率的二值化改變。經(jīng)過適當(dāng)處理之后，在盤面上形成了軌跡為螺旋或同心圓狀的一系列長短不同的微小凹坑或其他形式的永久性變形點(diǎn)。這些信息點(diǎn)的不同編碼方式就代表了被存儲的信息數(shù)據(jù)。

光盤讀出狀態(tài)如圖1（b）所示，將照明激光束聚焦在光盤信息層上。當(dāng)讀出激光束落在光盤信息層的平坦區(qū)域時(shí)，大部分光束被反射回物鏡；當(dāng)光束落在凹坑邊緣時(shí)，反射光因衍射作用而向兩側(cè)擴(kuò)散，只有少量反射光能折回物鏡；當(dāng)光束落在凹坑底部時(shí)，由于坑深為λ/4，使反射光波相位恰巧與坑上的反射光相反，它們反相疊加的結(jié)果使坑內(nèi)反射光最暗，從而提高了信號的對比度。用光電檢測器接收反射回來的被信息點(diǎn)調(diào)制的光強(qiáng)，則輸出信號的電流ΔI可表示為

ΔI=STEoR（x，y）      （1）

式中，Eo為入射于介質(zhì)膜上的激光束光強(qiáng)；T為由介質(zhì)膜到光電檢測器的光傳輸效率；S為光電檢測器的靈敏度；R（x，y）是膜面反射率，它是信息點(diǎn)位置的函數(shù)，隨凹坑的有無呈二值化變化。

式（1）表明，光盤存儲是以記錄介質(zhì)表面的反射率R為信息的載體，通過在薄膜介質(zhì)上高密度的空間調(diào)制實(shí)現(xiàn)信息存儲的。光電信息電流除用做數(shù)據(jù)信號經(jīng)解調(diào)后變?yōu)樵佻F(xiàn)信息之外，還用來實(shí)現(xiàn)為光盤正常工作所必需的循跡跟蹤和調(diào)焦控制。

—種基本的光盤存儲系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 基本的光盤系統(tǒng)示意圖

光盤是在襯底上淀積了記錄介質(zhì)及其保護(hù)膜的盤片，在記錄介質(zhì)表面沿螺旋形軌道，以信息斑的形式寫入大量的信息（見圖3），其記錄軌道的密度達(dá)1000道/mm左右。

圖3 光盤記錄斑示意圖

可見，信息斑越小，光盤的存儲密度越大。由于物鏡衍射極限影響焦點(diǎn)處光匯集的最小直徑（約為λ/2NA為物鏡的數(shù)值孔徑），因此光盤的存儲密度為（NA/λ）2。例如在采用氣離子激光器（λ=457.9nm）和物鏡數(shù)值孔徑為0.8的系統(tǒng)中，信息斑的最小直徑為λ（2NA）=457.9/（2X0.8）≈0.29μm，則存儲密度為（NA/λ）2≈3x1012m-2。對于普通尺寸（內(nèi)徑為70mm、外徑為145mm）光盤而言，其有效存儲面積約為5x10-2m2，則它的最大存儲容量為3x1012x5.0x10-2=1.5x1010b?？梢?，采用更短波長的激光器和高數(shù)值孔徑的物鏡，可以提高光盤的存儲密度，如現(xiàn)在發(fā)展的藍(lán)光光盤就比紅光光盤的存儲密度高得多。

光盤存儲除了具有密度高、抗電磁干擾、存儲壽命長、非接觸式讀/寫信息及信息位價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)外，還具有信息載噪比CNB（載噪比是載波電平與噪聲電平之比，以分貝dB表示）高的突出優(yōu)點(diǎn)。其光盤載噪比均在50dB以上，且不受多次讀/寫的限制。因此，光盤多次讀出的圖像清晰度和音質(zhì)是磁帶和磁盤所無法比擬的。

光盤按讀寫方式的不同，可分為只讀式、寫入式和可擦除式三種。