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医用呼叫器系统厂家安防视频监控系统光电存储录像设备——光盘存储技术

2023-10-21 10:54

第一代光盘存储的光源用GaAlAs半导体激光器，波长为0.78μm（近红外），5寸光盘的存储容量为0.76GB，即CD系列光盘；第二代光盘存储的光源用GaAlInP激光器，波长为0.65μm（红光），存储容量为4.7GB，即数字多功能光盘（DVD）系列；第三代光盘存储已经兴起，使用GaN半导体激光器，波长为0.41μm（蓝光），存储容量可达27GB，为高密度数字多功能光盘，即HD-DVD光盘（蓝碟）。20世纪80年代后期出现的磁光盘（MOD）技术和20世纪90年代初期出现的相变光盘（PCD）技术也得到了飞快发展，并且已经进入实用。

一、光盘存储的原理

光盘是一种圆盘状的信息存储器件，它利用受调制的细束激光加热介质表面，使不同位置处的反射率改变，以记录下存储的数据。当有激光束照明介质层时，依靠各信息点处反射率的不同提取出被存信息。在光盘上写入信息的装置称为光盘记录系统，能从光盘上读出数据的装置是光盘重放系统。前者如光盘文件记录器，后者包括视频光盘放像机和光盘文件检索系统等。图1给出了光盘写入读出的原理示意图。

图1 光盘写入读出原理示意图

光盘写入记录状态如图1（a）所示，载有音频、视频或文件信息的调制激光束被聚束透镜缩小成直径1μm左右的光点。细束激光的高能量密度加热记录介质表面，使局部位置发生永久性变形，或者使金属膜的结晶状态发生变化。这些都造成介质表面反射率的二值化改变。经过适当处理之后，在盘面上形成了轨迹为螺旋或同心圆状的一系列长短不同的微小凹坑或其他形式的永久性变形点。这些信息点的不同编码方式就代表了被存储的信息数据。

光盘读出状态如图1（b）所示，将照明激光束聚焦在光盘信息层上。当读出激光束落在光盘信息层的平坦区域时，大部分光束被反射回物镜；当光束落在凹坑边缘时，反射光因衍射作用而向两侧扩散，只有少量反射光能折回物镜；当光束落在凹坑底部时，由于坑深为λ/4，使反射光波相位恰巧与坑上的反射光相反，它们反相叠加的结果使坑内反射光最暗，从而提高了信号的对比度。用光电检测器接收反射回来的被信息点调制的光强，则输出信号的电流ΔI可表示为

ΔI=STEoR（x，y）（1）

式中，Eo为入射于介质膜上的激光束光强；T为由介质膜到光电检测器的光传输效率；S为光电检测器的灵敏度；R（x，y）是膜面反射率，它是信息点位置的函数，随凹坑的有无呈二值化变化。

式（1）表明，光盘存储是以记录介质表面的反射率R为信息的载体，通过在薄膜介质上高密度的空间调制实现信息存储的。光电信息电流除用做数据信号经解调后变为再现信息之外，还用来实现为光盘正常工作所必需的循迹跟踪和调焦控制。

—种基本的光盘存储系统如图2所示。

图2 基本的光盘系统示意图

光盘是在衬底上淀积了记录介质及其保护膜的盘片，在记录介质表面沿螺旋形轨道，以信息斑的形式写入大量的信息（见图3），其记录轨道的密度达1000道/mm左右。

图3 光盘记录斑示意图

可见，信息斑越�。馀痰拇娲⒚芏仍酱�。由于物镜衍射极限影响焦点处光汇集的最小直径（约为λ/2NA为物镜的数值孔径），因此光盘的存储密度为（NA/λ）2。例如在采用氣离子激光器（λ=457.9nm）和物镜数值孔径为0.8的系统中，信息斑的最小直径为λ（2NA）=457.9/（2X0.8）≈0.29μm，则存储密度为（NA/λ）2≈3x1012m-2。对于普通尺寸（内径为70mm、外径为145mm）光盘而言，其有效存储面积约为5x10-2m2，则它的最大存储容量为3x1012x5.0x10-2=1.5x1010b。可见，采用更短波长的激光器和高数值孔径的物镜，可以提高光盘的存储密度，如现在发展的蓝光光盘就比红光光盘的存储密度高得多。

光盘存储除了具有密度高、抗电磁干扰、存储寿命长、非接触式读/写信息及信息位价格低廉等优点外，还具有信息载噪比CNB（载噪比是载波电平与噪声电平之比，以分贝dB表示）高的突出优点。其光盘载噪比均在50dB以上，且不受多次读/写的限制。因此，光盘多次读出的图像清晰度和音质是磁带和磁盘所无法比拟的。

二、光盘存储的类型

光盘按读写方式的不同，可分为只读式、写入式和可擦除式三种。