光存儲技術(shù)是用激光照射介質(zhì)，通過激光與介質(zhì)的相互作用使介質(zhì)發(fā)生物理、化學(xué)變化，將信息存儲下來的技術(shù)。其基本物理原理是：存儲介質(zhì)受到激光照射后，介質(zhì)的某種性質(zhì)(如反射率、反射光極化方向等)發(fā)生改變，介質(zhì)性質(zhì)的不同狀態(tài)映射為不同的存儲數(shù)據(jù)，存儲數(shù)據(jù)的讀出則通過識別存儲單元性質(zhì)的變化來實(shí)現(xiàn)。

　　目前得到廣泛應(yīng)用的CD光盤、DVD光盤等光存儲介質(zhì)以二進(jìn)制數(shù)據(jù)的形式來存儲信息。信息寫入過程中，將編碼后的數(shù)據(jù)送入光調(diào)制器，使激光源輸出強(qiáng)度不同的光束。調(diào)制后的激光束通過光路系統(tǒng)，經(jīng)物鏡聚焦照射到介質(zhì)上。存儲介質(zhì)經(jīng)激光照射后被燒蝕出小凹坑，所以在存儲介質(zhì)上存在被燒蝕和未燒蝕兩種不同的狀態(tài)，分別對應(yīng)兩種不同的二進(jìn)制狀態(tài)0或1。讀取信息時(shí)，激光掃描介質(zhì)，在凹坑處入射光不返回，無凹坑處入射光大部分返回。根據(jù)光束反射能力的不同，將存儲介質(zhì)上的二進(jìn)制信息讀出，再將這些二進(jìn)制代碼解碼為原始信息。

　　隨著高清晰度電視系統(tǒng)的出現(xiàn)及使用，更高畫面質(zhì)量和音質(zhì)節(jié)目的出現(xiàn)意味著需要更大容量和更高性價(jià)比的物理載體。國內(nèi)外相繼推出了各種高清晰度光盤技術(shù)方案，如采用紅光技術(shù)的EVD、NVD、FVD和采用藍(lán)光技術(shù)的BD、HD DVD、CBHD。

　　(1)EVD

　　EVD(Enhanced Versatile Disk)是我國企業(yè)聯(lián)合研發(fā)的基于紅光技術(shù)的光存儲技術(shù)。代表企業(yè)為北京阜國數(shù)字技術(shù)有限公司(開發(fā)EVD主體系統(tǒng))、今典環(huán)球公司(負(fù)責(zé)EVD片源的供應(yīng))、新科電子公司(推出EVD影碟機(jī)的廠商)。EVD的主要特點(diǎn)是：在不改變DVD物理格式的前提下，使用部分新的音視頻編碼技術(shù)，如在視頻部分EVD可使用MPEG-2、H.264、WMV-9、AVS等，在音頻方面使用EVD獨(dú)有的EAC音頻編碼技術(shù)。

　　(2)NVD

　　NVD(Next generaiton Versatile Disc)是由武漢郵科院、華中科技大學(xué)、武漢國家光盤中心、武漢光谷等聯(lián)合研發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新一代紅光高清光盤系統(tǒng)，是使用紅光技術(shù)并且能夠播放高清節(jié)目的視盤播放系統(tǒng)。NVD的容量為12GB和15GB，采用先進(jìn)的編碼技術(shù)如MPEG-4、WMV-9、H.264等。其物理格式與DVD不兼容。

　　(3)FVD

　　FVD亦稱HD-FVD(High Definition Forward Versatile Disc)，是臺灣前瞻光儲存研發(fā)聯(lián)盟的29家公司及單位合作開發(fā)的新型紅光高畫質(zhì)激光視盤系統(tǒng)。目前FVD代已有單面單層5.4GB，及單面雙層9.4GB兩種存儲容量的產(chǎn)品，未來FVD將開發(fā)出具有單面三層的光盤產(chǎn)品，其容量將高達(dá)15GB。FVD視頻編碼采用了微軟的WMV-9，在版權(quán)保護(hù)技術(shù)上采用了自主的AES技術(shù)。

　　(4)BD

　　BD(Blu-ray Disc)采用的是波長為405nm的藍(lán)紫光技術(shù)。盤片容量為單面單層25GB、雙層50GB，雙面單層50GB、雙層100GB。BD采用的是MPEG-2、MPEG-4、H.264和WMV-9視頻編碼，音頻則采用了Dolby Digital、DTS和LPCM編碼，可選Dolby Digital Plus、無損的Dolby TrueHD和DTS HD，最近還加入了我國自主知識產(chǎn)權(quán)的DRA。藍(lán)光盤的容量大，添加了硬質(zhì)塑料或聚合物外殼，盤片的保護(hù)性好；與現(xiàn)有DVD不兼容，制作成本較高，播放機(jī)的價(jià)格也較貴。

　　(5)HD DVD

　　HD DVD也采用藍(lán)紫光技術(shù)，盤片容量為單面單層15GB、雙層30GB，雙面單層30GB、雙層60GB。HD DVD采用MPEG-4、H.264、WMV-9和MPEG-2視頻編碼，音頻采用Dolby Digital Plus、DTS、Dolby Digital和MPEG Audio等有損編碼和LPCM、MLP和DTS HD等無損編碼。HD DVD兼容現(xiàn)有DVD，生產(chǎn)成本也較低。

　　1.高密、高效、高速的母盤刻錄技術(shù)

　　采用短波激光和大數(shù)值孔徑的物鏡，可使道間距減小，比特長度減小，從而可提高光盤的刻錄密度；采用脈寬調(diào)制，可顯著提高記錄效率。

　　2.DVD單面盤的精密注塑及雙盤的封裝技術(shù)

　　將DVD母盤、模板生產(chǎn)線挑選出的合格模板，用精密注塑機(jī)注塑成形，制得的DVD半成品經(jīng)適當(dāng)冷卻，送入濺射室，根據(jù)不同要求，分別濺射金或鉛，然后進(jìn)行粘合劑旋涂、封裝、紫外光固化、在線檢測、商標(biāo)印刷等，制成DVD只讀光盤。

　　3.光盤記錄介質(zhì)

　　DVD-RAM光盤是否穩(wěn)定可靠，記錄介質(zhì)是關(guān)鍵，而材料設(shè)計(jì)能否滿足高速存儲的要求，又取決于記錄介質(zhì)能否在兩個(gè)穩(wěn)定態(tài)之間實(shí)現(xiàn)快速可逆相變。國內(nèi)外傳統(tǒng)相變介質(zhì)材料設(shè)計(jì)都是基于激光的熱效應(yīng)，信息寫入用液相快淬實(shí)現(xiàn)；信息的擦除用晶核形成、晶粒長大來完成。由于熱效應(yīng)是能量積累過程，寫入一個(gè)比特需較長時(shí)間，約幾十納秒，而且介質(zhì)在經(jīng)歷幾十萬次的寫／擦循環(huán)后會出現(xiàn)信噪比下降的熱疲勞。隨著記錄激光采用短波長，激光的熱效應(yīng)逐漸減弱，而激光光子的激發(fā)作用變得突出；所以新的材料設(shè)計(jì)基于激光的光效應(yīng)。對半導(dǎo)體類型介質(zhì)來講，寫入一個(gè)比特只要幾十皮秒，使記錄速率獲得數(shù)量級的提高。這種基于非線性光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)變化效應(yīng)的記錄介質(zhì)稱為光雙穩(wěn)態(tài)記錄介質(zhì)，它可以是無機(jī)材料，也可以是有機(jī)材料或無機(jī)-有機(jī)復(fù)合材料。

　�。�1）存儲密度高

　　信息的存儲密度表征單位面積或單位體積 可存儲的二進(jìn)制位數(shù)（bit/cm2，bit/cm3），用 以表示各種存儲方法的性能指標(biāo)。

　　電子存儲器的存儲密度約104－106 bit/cm2 ，即使是 超大規(guī)模集成電子存儲器也不會超過106 bit/cm2 。

　　光學(xué)存儲器的理論極限值： 面存儲密度為1/λ2 ；體存儲密度為1/λ3 。 按λ=500 nm 計(jì)算，存儲密度為 1 Tbit/cm3。

　�。�2）并行程度高

　　光子之間不會相互作用，因而光計(jì)算的并行 處理能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電子計(jì)算。提供并行輸入輸 出和數(shù)據(jù)傳輸。

　�。�3）抗電磁干擾

　　光子不荷電，抗電磁干擾。

　　（4）存儲壽命長

　　磁存儲 2—3年；光存儲10年以上。

　�。�5）非接觸式讀／寫信息

　�。�6）信息價(jià)格位低

　　價(jià)格可比磁記錄低幾十倍。

　　光盤是光存儲技術(shù)代表性的應(yīng)用。早在1961年，美國斯坦福大學(xué)和3M公司就已開始了光盤技術(shù)的研究。1972年，荷蘭飛利浦公司和美國音樂公司率先開發(fā)制作出了視頻光盤，并于1978年正式投入市場。到20世紀(jì)70年代末，又出現(xiàn)了數(shù)據(jù)光盤。

　　最初光盤技術(shù)主要用于錄制音樂和電視節(jié)目。自20世紀(jì)80年代后，又開發(fā)了用于文獻(xiàn)信息存儲的光盤技術(shù)。光盤存儲具有存儲密度高、容量大、可隨機(jī)存取、保存壽命長、工作穩(wěn)定可靠、輕便易攜帶等一系列其他記錄媒體無可比擬的優(yōu)點(diǎn)，特別適用于大數(shù)據(jù)量信息的存儲和交換。光盤存儲技術(shù)不僅能滿足信息化社會海量信息存儲的需要，而且能夠同時(shí)存儲聲音、文字、圖形、圖像等多種媒體的信息，從而使傳統(tǒng)的信息存儲、傳輸、管理和使用方式發(fā)生了根本性的變化。

　　（一）光學(xué)非輻射場

　　利用光學(xué)非輻射場與光學(xué)超衍射極限分辨率的研究成果，進(jìn)一步減小記錄信息符尺寸。因光束照射到物體表面時(shí)，無論透射或反射都會形成傳播場（傳播波）和非輻射（隱失波）。傳播波攜帶著物體結(jié)構(gòu)的低頻信息，容易被探測器探測。隱失波攜帶描述物體精細(xì)結(jié)構(gòu)的高頻信息，沿物體表面?zhèn)鞑ァＶ灰�把這一部分信息撲捉到，就可提高系統(tǒng)的分辨率。

　　（二）近場光學(xué)原理

　　采用近場光學(xué)原理設(shè)計(jì)超分辨率的光學(xué)系統(tǒng)，使數(shù)值孔徑超過1.0，相當(dāng)于探測器進(jìn)入介質(zhì)的輻射場，從而能夠得到超精細(xì)結(jié)構(gòu)信息，突破衍射極限，獲得更高的分辨率。

　　（三）光量子效應(yīng)

　　以光量子效應(yīng)代替目前的光熱效應(yīng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的寫入與讀出，從原理上將存儲密度提高到分子量級甚至原子量級，而且由于量子效應(yīng)沒有熱學(xué)過程，其反應(yīng)速度可達(dá)到皮秒量級（1O-12秒），另外，由于記錄介質(zhì)的反應(yīng)與其吸收的光子數(shù)有關(guān)，可以使記錄方式從目前的二存儲變成多值存儲，使存儲容量提高許多倍。

　�。ㄋ模┤�維多重體全息存儲

　　利用某些光學(xué)晶體的光折變效應(yīng)記錄全息圖形圖像，包括二值的或有灰階的圖像信息。由于全息圖像對空間位置的敏感性，這種方法可以得到極高的存儲容量，并基于光柵空間相位的變化，體全息存儲器還有可能進(jìn)行選擇性擦除及重寫。

　　（五）當(dāng)代物理學(xué)的其它成就

　　利用當(dāng)代物理學(xué)的其它成就，包括光子回波時(shí)域相干光子存儲原理、光子俘獲存儲原理、共振熒光、超熒光和光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)效應(yīng)、光子誘發(fā)光致變色的光化學(xué)效應(yīng)、雙光子三維體相光致變色效應(yīng)，以及借助許多新的工具和技術(shù)，諸如掃描隧道顯微鏡（STM）、原子力顯微鏡（AFM）、光學(xué)集成技術(shù)及微光纖陣列技術(shù)等，提高存儲密度和構(gòu)成多層、多重、多灰階、高速、并行讀寫海量存儲系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)證明，目前的技術(shù)可使光存儲密度達(dá)到40-100Gbits／in2。

　　以光學(xué)、集成光學(xué)、光子效應(yīng)、體全息技術(shù)、光感生或磁感生超分辨率等原理為基礎(chǔ)的新一代光存儲技術(shù)將朝著以下幾個(gè)方向發(fā)展：

　　1.實(shí)現(xiàn)低價(jià)位DVD系列光盤及驅(qū)動器的規(guī)模生產(chǎn)

　　直徑為120mm的DVD光盤單面容量4.7GB，雙面容量9.4GB，如果改成雙面雙層，容量可達(dá)到18GB，組成了標(biāo)稱容量為5GB、9GB、10GB、18GB的DVD-5、DVD-9、DVD-10、DVD-18的光盤系列，只要這種光盤及光盤機(jī)的生產(chǎn)成本能降低到當(dāng)今CD-ROM或CD-R光盤及光盤機(jī)的價(jià)位，就足夠滿足一般信息系統(tǒng)及家用電器的需求。由于DVD系列產(chǎn)品仍以傳統(tǒng)的光盤制造技術(shù)為基礎(chǔ)，基本工作原理沒有改變，只是將信息符坑點(diǎn)的尺寸從原來的0.83μm降低到0.4μm，信道間距從原來的1.6μm降低到0.74μm。這種光盤機(jī)的結(jié)構(gòu)原理也沒有太大的變化，所用的半導(dǎo)體激光器的波長略有縮短，一旦形成規(guī)模，成本必將大幅度下降。目前，加工這種高密度光盤母盤及盤片注塑的設(shè)備及技術(shù)都已完全成熟。

　　2.進(jìn)一步提高DVD光盤質(zhì)量、成品率及功能

　　目前，DVD光盤的成品率，無論是母盤制作還是最終產(chǎn)品的成品率都低于普通CD光盤，從而也影響其生產(chǎn)成本。各種生產(chǎn)光盤的專用加工和測試設(shè)備還需要進(jìn)一步更新，將深紫外超分辨率曝光技術(shù)、電子束曝光技術(shù)、多層光致抗蝕劑技術(shù)、無顯影曝光技術(shù)、4X或更高速的刻錄技術(shù)等引入母盤制作，以便進(jìn)一步提高母盤質(zhì)量和成品率。DVD光盤及光盤機(jī)將在功能上進(jìn)行改進(jìn)，首先是多功能化，包括光盤機(jī)和盤片的多功能化，即一臺光盤機(jī)可用于只讀、一次寫入不可擦除及可直接改寫等不同盤片，而盤片也可能作成同時(shí)具有只讀和可擦寫功能。此外隨著編碼技術(shù)和集成電路技術(shù)的進(jìn)步，光盤機(jī)的編碼及控制軟件功能還將進(jìn)一步改進(jìn)，將分散的視頻、音頻、編碼、解碼、調(diào)制、解調(diào)、通道控制、伺服控制重新整合成少數(shù)芯片甚至單一芯片，不僅能降低成本，還會大大提高系統(tǒng)的可靠性。為了使光盤機(jī)使用更方便，其另一改進(jìn)方向是光盤機(jī)的智能，使人一機(jī)界面更加簡單，操作更為簡便。

　　3.在記錄密度不變的條件下提高系統(tǒng)性能

　　無論是VCD或DVD光盤都可以利用自動換盤系統(tǒng)，組成光盤庫、光盤塔、光盤陣列，實(shí)現(xiàn)提高整個(gè)系統(tǒng)的容量、數(shù)據(jù)傳輸率及多數(shù)據(jù)存儲的可靠性。如果將光盤庫、光盤塔及光盤陣列與自動換盤系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，可以大大提高系統(tǒng)容量、數(shù)據(jù)傳輸率和顯著改善存儲數(shù)據(jù)的可靠性。目前的光盤庫容量已可達(dá)到TB 量級（即1012字節(jié)）。 4.綜合利用其它新技術(shù)開發(fā)下一代新產(chǎn)品高密度數(shù)據(jù)存儲技術(shù)始終是信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展中不可缺少的關(guān)鍵研究領(lǐng)域，預(yù)計(jì)到2005年，新型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和第三代多媒體出現(xiàn)時(shí)，計(jì)算機(jī)外部存儲容量至少應(yīng)為100GB，數(shù)據(jù)傳輸率至少為40Mbps，現(xiàn)有的各種光盤都不能滿足要求，即使上面提到的DVD-RAM光盤系統(tǒng)也與此目標(biāo)相距甚遠(yuǎn)。需要采用新技術(shù)和新材料，研究開發(fā)出新一代高密度、高速光存儲技術(shù)和系統(tǒng)。雖然目前所進(jìn)行的研究尚處于實(shí)驗(yàn)室階段。許多理論問題、實(shí)驗(yàn)技術(shù)問題及工程問題還待深入研究，但從所取得的初步成果中能看出其發(fā)展方向包括：

　�。�1）利用光學(xué)非輻射場與光學(xué)超衍射極限分辨率的研究成果，進(jìn)一步減小記錄信息符尺寸。因光束照射到物體表面時(shí)，無論透射或反射都會形成傳播場（傳播波）和非輻射（隱失波）。傳播波攜帶著物體結(jié)構(gòu)的低頻信息，容易被探測器探測。隱失波攜帶描述物體精細(xì)結(jié)構(gòu)的高頻信息，沿物體表面?zhèn)鞑�。只要把這一部分信息撲捉到，就可提高系統(tǒng)的分辨率。

　　（2）采用近場光學(xué)原理設(shè)計(jì)超分辨率的光學(xué)系統(tǒng)，使數(shù)值孔徑超過1.0，相當(dāng)于探測器進(jìn)入介質(zhì)的輻射場，從而能夠得到超精細(xì)結(jié)構(gòu)信息，突破衍射極限，獲得更高的分辨率，可使經(jīng)典光學(xué)顯微鏡的分辨率提高兩個(gè)數(shù)量級，面密度提高4個(gè)數(shù)量級。

　�。�3）以光量子效應(yīng)代替目前的光熱效應(yīng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的寫入與讀出，從原理上將存儲密度提高到分子量級甚至原子量級，而且由于量子效應(yīng)沒有熱學(xué)過程，其反應(yīng)速度可達(dá)到皮秒量級（1O-12秒），另外，由于記錄介質(zhì)的反應(yīng)與其吸收的光子數(shù)有關(guān)，可以使記錄方式從目前的二存儲變成多值存儲，使存儲容量提高許多倍。

　　（4）三維多重體全息存儲，利用某些光學(xué)晶體的光折變效應(yīng)記錄全息圖形圖像，包括二值的或有灰階的圖像信息，由于全息圖像對空間位置的敏感性，這種方法可以得到極高的存儲容量，并基于光柵空間相位的變化，體全息存儲器還有可能進(jìn)行選擇性擦除及重寫。

　　（5）利用當(dāng)代物理學(xué)的其它成就，包括光子回波時(shí)域相干光子存儲原理、光子俘獲存儲原理、共振熒光、超熒光和光學(xué)雙穩(wěn)態(tài)效應(yīng)、光子誘發(fā)光致變色的光化學(xué)效應(yīng)、雙光子三維體相光致變色效應(yīng)，以及借助許多新的工具和技術(shù)，諸如掃描隧道顯微鏡（STM）、原子力顯微鏡（AFM）、光學(xué)集成技術(shù)及微光纖陣列技術(shù)等，提高存儲密度和構(gòu)成多層、多重、多灰階、高速、并行讀寫海量存儲系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)已證明目前的技術(shù)可使光存儲密度達(dá)到40-100Gbits／in2。

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