第7章光信息存储技术.ppt

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第七章第七章光信息存储技术光信息存储技术光信息存储光信息存储是将字符、文献、声音、图像等有是将字符、文献、声音、图像等有用数据通过写入装置用数据通过写入装置暂时暂时或或永久永久地地记录记录在某种存储在某种存储介质中，并可利用读出装置将信息从存储介质中重介质中，并可利用读出装置将信息从存储介质中重新新再现再现的一门技术。

的一门技术。

随着科学技术的发展，存储技术经历了由纸张随着科学技术的发展，存储技术经历了由纸张书写、微缩照片、机械唱盘、磁带磁盘的演变过程，书写、微缩照片、机械唱盘、磁带磁盘的演变过程，当今采用光信息存储的当今采用光信息存储的海量存储海量存储技术（包括图书收技术（包括图书收藏）正在发生重大的变化藏）正在发生重大的变化,即将进入了一个完全信即将进入了一个完全信息化的社会。

可以肯定的说，这是本世纪能够较早息化的社会。

可以肯定的说，这是本世纪能够较早实现的高科技新技术。

实现的高科技新技术。

光信息存储包括信息的光信息存储包括信息的“写入写入”和和“读出读出”过程。

过程。

写入写入:

信息信息“写入写入”就是利用就是利用激光的单色性激光的单色性和和相干性相干性，将要存储的模拟或数字信息通过，将要存储的模拟或数字信息通过调制调制激光聚焦到记录介质上，使介质的光照微区激光聚焦到记录介质上，使介质的光照微区（直径一般在微米量级以下）（直径一般在微米量级以下）发生物理、化学发生物理、化学等变化等变化，从而实现信息的记录效果。

，从而实现信息的记录效果。

读出读出:

信息信息“读出读出”就是利用就是利用低功率密度低功率密度的激的激光扫描信息技术，利用光电探测器检测光扫描信息技术，利用光电探测器检测信号记信号记录区与未记录区反射率的差别录区与未记录区反射率的差别，通过，通过解调解调取出取出所要的信息过程。

所要的信息过程。

衬盘上淀积了衬盘上淀积了记录介质记录介质及其及其保护膜保护膜的盘片就的盘片就是是光盘光盘。

光信息系统就是完成这一使命的信息。

光信息系统就是完成这一使命的信息光电子系统。

光电子系统。

一页文字占一页文字占2KB，一页黑白图片占，一页黑白图片占20KB，一，一首首MP3歌曲占歌曲占34MB，一页彩色图片占，一页彩色图片占45MB，随着人们对记录内容与质量要求的不断，随着人们对记录内容与质量要求的不断提高，光存储的容量要求越来越大。

从家庭使提高，光存储的容量要求越来越大。

从家庭使用上来讲，人们已经从纸张、胶卷、磁盘记录，用上来讲，人们已经从纸张、胶卷、磁盘记录，经由经由650MB的的CD、VCD，步入到，步入到4.7GB、9.2GB的的DVD等记录方式上来，单盘记录的容等记录方式上来，单盘记录的容量扩大了很多量级量扩大了很多量级.在科学上，哈勃望远镜传回的数据量已达到在科学上，哈勃望远镜传回的数据量已达到每天每天10TB；随着互联网的日渐普及，每天人们；随着互联网的日渐普及，每天人们的信息下载量越来越大，电子商务的兴起又使的信息下载量越来越大，电子商务的兴起又使商业系统数据备份量也在飞速增长。

因而商业系统数据备份量也在飞速增长。

因而21世世纪要求记录密度达到纪要求记录密度达到TB量级，这无疑给信息存量级，这无疑给信息存储提出了严峻的挑战。

储提出了严峻的挑战。

海量信息存储的飞速发展是以互联网为代表的海量海量信息存储的飞速发展是以互联网为代表的海量信息传输技术飞速发展的必然结果。

目前国内外有关信息传输技术飞速发展的必然结果。

目前国内外有关方面的研究都很热，称为继光通信以来的新热点之一，方面的研究都很热，称为继光通信以来的新热点之一，大容量、高速度、高密度、高稳定性和可靠性的存储大容量、高速度、高密度、高稳定性和可靠性的存储系统系统竞相研究与推出，各类信息库及竞相研究与推出，各类信息库及工作站工作站相继建成。

相继建成。

目前信息存储技术中的目前信息存储技术中的记录方式记录方式正由正由磁光记录向全光磁光记录向全光记录记录发展，存储器件由磁带、磁盘经由磁光光盘向发展，存储器件由磁带、磁盘经由磁光光盘向全全光光盘光光盘发展。

发展。

无论是磁盘、磁带、半导体存储还是光盘，无论是磁盘、磁带、半导体存储还是光盘，高存储高存储密度密度是我们追逐的目标，即单位面积上到底能够存储是我们追逐的目标，即单位面积上到底能够存储多少比特数目。

一盘磁带的面积达多少比特数目。

一盘磁带的面积达104cm2以上，存储以上，存储12h的音乐信息，的音乐信息，电子存储器电子存储器的存储密度为的存储密度为104106b/cm2，即使是超大规模电子存储器也不会超过，即使是超大规模电子存储器也不会超过106b/cm2。

光盘存储既可以是光盘存储既可以是二维二维的面存储，也可以是的面存储，也可以是三三维维的立体存储。

的立体存储。

存储密度依赖于写入信息的激光波长。

存储密度依赖于写入信息的激光波长。

面存储面存储密度同波长的平方成反比，即密度同波长的平方成反比，即D1/2。

采用可。

采用可见光作为写入的光盘信息密度为见光作为写入的光盘信息密度为104106b/cm2，若采用波长极短的，若采用波长极短的InxGa1-xN蓝光蓝光激光器激光器作光源，最高存储密度可达作光源，最高存储密度可达108b/cm2。

波长越波长越短，存储密度越高，短，存储密度越高，这也正是现在为什么大力发这也正是现在为什么大力发展展蓝绿光蓝绿光InxGa1-xN激光器激光器的原因之一。

的原因之一。

三维三维立立体存储密度同波长的三次方成反比体存储密度同波长的三次方成反比,即即D1/3。

其极限存储密度可达其极限存储密度可达10121013b/cm2，缩短波，缩短波长可使存储密度的作用更加明显。

立体存储是有长可使存储密度的作用更加明显。

立体存储是有待进一步研究与发展的存储技术。

待进一步研究与发展的存储技术。

一本一本20万汉字的书，连同文字和图表的信息约为万汉字的书，连同文字和图表的信息约为107b（比特比特）;播放播放1h的音乐大约为的音乐大约为108b，播放，播放1h的影的影像需要像需要109b，可见信息量是巨大的，能达到亿比特，可见信息量是巨大的，能达到亿比特，10亿比特或更高。

亿比特或更高。

那么再看光盘的存储量。

一张那么再看光盘的存储量。

一张CD盘可容纳盘可容纳108b以以上，足够存入上，足够存入1000本以上不同版本、每本本以上不同版本、每本30万字以上万字以上的图书，或者可以播放的图书，或者可以播放1h的高保真交响音乐会，足以代的高保真交响音乐会，足以代替先前替先前20多张密纹唱片。

多张密纹唱片。

现在市场上普通销售的现在市场上普通销售的VCD影碟和影碟和DVD数字式光盘数字式光盘的存储量为的存储量为12.5Gb，可以播放，可以播放2h的电影，这是一部的电影，这是一部电影故事片的通常长度。

如果采用波长电影故事片的通常长度。

如果采用波长630nm的的Inx（GayAl1-y）1-xP激光器作光源，或采用波长为激光器作光源，或采用波长为450nm的的InxGa1-xN激光器作光源，则激光器作光源，则DVD光盘的单面光盘的单面存储量可高达存储量可高达15Gb，它足以放映一部长长的电视连续，它足以放映一部长长的电视连续剧，或者容纳下剧，或者容纳下百万本图书百万本图书。

一个家庭中只需拥有几张薄薄的光盘，就拥有一个家庭中只需拥有几张薄薄的光盘，就拥有了家藏几百万本图书的图书馆。

了家藏几百万本图书的图书馆。

光盘存储不仅会光盘存储不仅会丰富声像娱乐等业余生活，更重要的是会引起知丰富声像娱乐等业余生活，更重要的是会引起知识传播、信息存储（包括图书收藏）的变革。

识传播、信息存储（包括图书收藏）的变革。

小小的激光器、薄薄的光盘小小的激光器、薄薄的光盘将给我们的生活以将给我们的生活以及获取知识的方式带来重大的变化。

及获取知识的方式带来重大的变化。

光盘存储的特点光盘存储的特点光盘与磁盘相比，存储潜力更大、优点更多，主要有：

光盘与磁盘相比，存储潜力更大、优点更多，主要有：

高存储密度。

存储密度高存储密度。

存储密度是指记录介质是指记录介质单位长度或单位面单位长度或单位面积内所能存储的二进制位数。

积内所能存储的二进制位数。

前者是线密度，后者是面前者是线密度，后者是面密度。

光盘的线密度一般是密度。

光盘的线密度一般是103bit/mm，面密度可达，面密度可达（107108）bit/cm2。

数据传输速率高。

数据传输速率高。

数据传输速率可达每秒几至几十数据传输速率可达每秒几至几十MB量级，并最终希望量级，并最终希望增长到增长到GB、TB量级，以后还会量级，以后还会发展到发展到PB（1000TB）量级量级.长存储寿命。

长存储寿命。

记录介质薄膜封入两层保护膜之中记录介质薄膜封入两层保护膜之中，激光激光的写入和读出都是无接触过程的写入和读出都是无接触过程，因此寿命很长，一般在，因此寿命很长，一般在10年以上。

年以上。

信息位价格低。

信息位价格低。

一张一张CD光盘光盘650MB，仅需，仅需510元，元，每每MB仅需几分钱；一张仅需几分钱；一张DVD容量容量4.7GB，10元左右，元左右，每每MB不足不足1分钱。

分钱。

自美国自美国IBMIBM公司共同研制出第一片光盘以来，光盘的存储功能，经历了第一、公司共同研制出第一片光盘以来，光盘的存储功能，经历了第一、二、三代的发展，二、三代的发展，目前已跨入第四代目前已跨入第四代，其特点如下。

，其特点如下。

只读存储光盘（只读存储光盘（ROMROM）：

这种光盘：

这种光盘只能用来播放只能用来播放已经记录在盘片上的信息。

目已经记录在盘片上的信息。

目前市场上的前市场上的视频录像盘及数字音响唱盘视频录像盘及数字音响唱盘均属此种。

均属此种。

一次写入光盘（一次写入光盘（WORMWORM）：

这类光盘具有写、读两种功能，它可用来随录随放，：

这类光盘具有写、读两种功能，它可用来随录随放，也可用于文档存储和检索以及图像存储和处理。

也可用于文档存储和检索以及图像存储和处理。

可擦重写光盘（可擦重写光盘（REWRITEREWRITE）：

）：

这类光盘除用来写、读信息外，还可将已经记录这类光盘除用来写、读信息外，还可将已经记录在盘上的信息擦去，然后再写入新的信息；但读、写需要两束激光、两次动在盘上的信息擦去，然后再写入新的信息；但读、写需要两束激光、两次动作才能完成，即先用擦激光将某一信道上的信息擦除，然后再用写激光将新作才能完成，即先用擦激光将某一信道上的信息擦除，然后再用写激光将新的信息录入。

的信息录入。

直接重写光盘（直接重写光盘（OVERWIRTEOVERWIRTE）：

这类光盘可用一束激光、一次动作录入信息，：

这类光盘可用一束激光、一次动作录入信息，也就是在写入新信息的同时旧信息自动被擦除，无需两次动作。

也就是在写入新信息的同时旧信息自动被擦除，无需两次动作。

有随机寻址能力，随机存取时间小于有随机寻址能力，随机存取时间小于60ms60ms。

光盘存储是非接触写入读出，防尘耐污染，操作方便，易与计算机联机使用。

光盘存储是非接触写入读出，防尘耐污染，操作方便，易与计算机联机使用。

7.2光盘存储原理光盘存储原理早在早在100多年前，爱迪生发明了留声机。

是以多年前，爱迪生发明了留声机。

是以金属唱针金属唱针为探头，以为探头，以唱片唱片为基础介质，利用唱针为基础介质，利用唱针在旋转的唱片上刻下不同划痕的纹路记录下声音，在旋转的唱片上刻下不同划痕的纹路记录下声音，然后放唱片时唱针在这些刻槽纹路上与唱片发生然后放唱片时唱针在这些刻槽纹路上与唱片发生摩擦，提取记录下的信号，经放大后还原成能听摩擦，提取记录下的信号，经放大后还原成能听到的声音。

到的声音。

光盘的记录和提取信息过程也与此大体相似，光盘的记录和提取信息过程也与此大体相似，我们称之为我们称之为“写入写入”和和“读出读出”。

不过这里所用。

不过这里所用的的“探针探针”不是宝石唱针，而是不是宝石唱针，而是半导体激光器半导体激光器发发出的一束出的一束“激光激光”。

盘子不再是。

盘子不再是“唱片唱片”，而是，而是对光十分敏感的对光十分敏感的“光盘光盘”了。

图示出了光盘存储了。

图示出了光盘存储工作原理，工