光信息存儲技術與光盤-§5.1-光盤及存儲類型課件

1、 光信息存儲技術與光盤5.1 光盤及存儲類型5.2 只讀存儲光盤5.3 一次寫入光盤5.4 可擦重寫光盤55 光盤襯盤材料 56 光信息存儲新技術信息存儲是將字符、文獻、聲音、圖像等有用數(shù)據(jù)通過寫入裝置暫時或永久地記錄在某種存儲介質中，并可利用讀出裝置將信息從存儲介質中重新再現(xiàn)的技術總合。存儲技術隨著科學技術的進步經歷了由紙張書寫、微縮照片、機械唱盤、磁帶、磁盤的演變過程，發(fā)展到今天的采用光學存儲技術的新階段。近年來，光學存儲技術不論是在純光學的全息掃描記錄還是在采用光熱形變的光盤或采用光熱磁效應的光磁盤技術等方面都取得了很大進展，它們的發(fā)展前景是十分光明的。光學存儲技術凝聚了現(xiàn)代光電子技術的

2、精華和技術訣竅，有關檢測、調制、跟蹤、控制等各種光電方法得到了充分的利用。以互聯(lián)網為代表的海量信息傳輸技術的發(fā)展帶來了海量信息存儲問題，這是目前國際上的研究熱點之一。大容量、高速度、高密度、高穩(wěn)定性和可靠性的存儲系統(tǒng)競相研究與推出，各類信息庫及工作站相繼建成，目前信息存儲中的記錄方式向全光光盤發(fā)展，光頭逐漸向短波長方向推進，因而記錄密度不斷增大。5.1 光盤及存儲類型5.1.1 光盤存儲類型光存儲包括信息的“寫入”和“讀出”過程。信息寫入就是利用激光的單色性和相干性，將要存儲的模擬或數(shù)字信息通過調制激光聚焦到記錄介質上，使介質的光照微區(qū)（直徑一般在微米以下）發(fā)生物理、化學等變化，從而實現(xiàn)信息的

3、記錄效果。而信息“讀出”就是利用低功率密度的激光掃描信息軌道，利用光電探測器檢測信號記錄區(qū)反射率的差別，通過解調取出所需要的信息過程。光盤存儲類型通常有以下兩種。1.記錄用光盤 也稱“寫后只讀型（draw）”光盤，它兼有寫入和讀出兩種功能，并且寫入后不需要處理即可直接讀出所記錄的信息，因此可作為信息的追加記錄。 專用再現(xiàn)光盤 也稱“只讀（read only）”型光盤。它只能用來再現(xiàn)由專業(yè)工廠事先復制的信息，不能由用戶自行追加記錄。 5.1.2 光盤存儲的特點存儲密度高 存儲密度是指記錄介質單位長度或單位面積內所存儲的二進制位數(shù)B。前者稱線密度，一般是103B/ mm,后者是面密度,一般是105

4、106B/mm2。 在直徑為300mm的數(shù)字光盤中，光盤紋跡間距為1.6um，每面有54000道紋跡，如果每圈紋跡對應一幅圖像，則可供容納50000多幅靜止圖像。寫入讀出率高 數(shù)字光盤單通道可達25106位/s。數(shù)據(jù)傳輸速率可達每秒幾至幾十MB量級，并向每秒GB、TB量級發(fā)展。存儲壽命長 光記錄中，記錄介質薄膜封入兩層保護膜之中，激光的寫入和讀出都是無接觸過程，防塵耐污染，因此壽命很長，庫存時間大于10年以上，而商用磁盤僅為35年。每信息位的價格低、易復制 一張CD光盤650MB，僅需510元，每MB僅幾分錢；一張DVD容量4.7GB，10元左右，每MB不足一分錢。操作方便，易于計算機聯(lián)機使用

5、。有隨機尋址能力 隨機存取時間小于60ms。5.2 只讀存儲光盤5.2.1 ROM光盤存儲原理圖51是只讀存儲光盤的存儲原理示意圖。圖51 ROM刻錄示意圖激光束被聚焦成1um光點，光盤的凹坑一般寬度為0.4um，深度為讀出光波長/4，約為0.11um，螺旋線型的紋跡間距為1.67um。5.2.2 ROM光盤主盤與副盤制備圖52時光盤制備過程示意圖。經過調制的激光束以不同的功率密度聚焦在甩有光刻膠的玻璃襯盤上，使光刻膠曝光，之后經過顯影、刻蝕、制成主盤（又稱母盤，master），再經噴鍍、電鍍等工序制成副盤（又稱印膜，stamper），然后再經過“2P”注塑形成ROM光盤。圖52 ROM光盤制

6、備過程示意圖圖53 ROM主盤、副盤制備工序襯盤甩膠。對玻璃等襯盤進行精密研磨、拋光后進行超聲清洗，得到規(guī)格統(tǒng)一、表面清潔的襯盤；在此光盤上滴以光刻膠，放入高速離心機中甩膠，以在襯盤表面形成一層均勻的光刻膠膜；取出放入烘箱中進行前烘，以得到與襯底附著良好且致密的光刻膠膜。調制曝光。將膜片置入高精度激光刻錄機中，按預定調制信號進行信息寫入。 顯影刻蝕。將刻有信息的盤片放入顯影液中進行監(jiān)控顯影，若所用光刻膠為正性光刻膠，則曝光部分脫落（若為負性光刻膠，不曝光部分脫落），于是個信息道出現(xiàn)符合調制信號的信息凹坑，凹坑的形狀、深度、及坑間距與攜帶信息有關。這種攜帶有調制信息的凹凸信息結構的盤片就是主盤。

7、由于此過程中所用的光刻膠一般為正性，因而所得主盤為正像主盤。噴鍍銀層。在主盤表面噴鍍一層銀膜。這層銀膜一方面用來提高信息結構的反射率，以便檢驗主盤的質量，另一方面，還作為下一步電鍍鎳的電極之一。電鍍鎳層。在噴鍍銀的盤片表面用電解的方法鍍鎳，使得主盤上長出一層厚度符合要求的金屬鎳膜。將上述盤片經過化學處理，使得鎳膜從主盤剝脫，形成一個副盤。上述主盤每一個都可用通過（5）、（6）步驟的重復，制得若干個副像子盤副盤；而每一副盤又都可以通過（5）、（6）步驟的重復，制得若干個正像子盤。5.2.3 ROM光盤“2P”復制將上述所得正像或副像子盤作為“印膜（stamper）”加工中心孔和外圓后裝入“2P”

8、噴塑器中，經進一步的“2P”復制過程來制作批量ROM光盤?！?P”是photopolymerization(光致聚合作用)一詞的縮寫，其物理過程如圖54所示?？偟膩碇v，只讀存儲光盤的記錄介質是光刻膠，記錄方式是用聲光調制的氬離子激光器將信息刻錄在介質上，然后制成主盤及副盤，再用副盤作為原模，大量復制視頻錄像盤或數(shù)字音像唱片。一個原模一般可復制至少5000片盤片。ROM光盤“2P”復制圖54 “2P”過程示意圖5.3 一次寫入光盤5.3.1 一次寫入方式一次寫入光盤是利用激光光斑在存儲介質的微區(qū)產生不可逆的物理化學變化進行信息記錄的盤片，其記錄方式主要有以下幾種：燒蝕型 存儲介質可以是金屬、半導

9、體合金、金屬氧化物或有機染料。利用介質的熱效應，是介質的微區(qū)熔化、蒸發(fā)，以形成信息坑孔圖55（a）。起泡型 存儲介質由聚合物高熔點金屬兩層薄膜組成。激光照射使聚合物分解排出氣體，兩層間形成的氣泡使上層薄膜隆起，與周圍形成反射率的差異而實現(xiàn)信息的記錄圖55（b）。熔絨型 存儲介質用離子刻蝕的硅，表面呈現(xiàn)絨狀結構，激光光斑使照射部分的絨面熔成鏡面，實現(xiàn)反差記錄圖55（c）。合金化型 用PtSi、RhSi或AuSi制成雙層結構，激光加熱的微區(qū)熔成合金，形成反差記錄圖55（d）。相變型 存儲介質多用硫屬化合物或金屬合金制成薄膜，利用金屬的熱效應和光效應使被照微區(qū)發(fā)生非晶到晶相的相變圖55（e）。圖55

10、 一次寫入方式5.3.2 燒蝕型寫/讀光盤對存儲介質的基本要求光盤讀寫對存儲介質有多方面的要求，綜括起來主要包括以下幾方面。分辨率及信息凹坑的規(guī)整幾何形狀。這是為例保證光盤能在高存儲密度的情況下獲得較小的原始誤碼率。圖56示出已記錄的信息坑孔，坑孔邊緣形狀不規(guī)整的偏差程度用表示。當讀取激光束從信息道的無記錄區(qū)掃入或掃出信息凹坑時，定為讀取信號的“1”，否則為“0”。這樣得到的讀取信號波形如圖56的下方所示。 沒有中間處理過程。存儲介質要能實時記錄數(shù)據(jù)并及時讀出信息，不需要任何中間處理過程，只有這樣才可能使光盤能實現(xiàn)寫后直讀（即direct read after write, DRAW功能）以保

11、證記錄數(shù)據(jù)的實時校驗。較好的記錄閾值。記錄閾值是指在存儲介質中形成規(guī)整信息標志所需要的最小激光功率密度。只有適當?shù)挠涗涢撝悼梢允剐畔⒈蛔x出次數(shù)大于108次仍不會使信息凹坑發(fā)生退化，記錄閾值過高或過低都會影響凹坑質量和讀出效果。圖56 讀取分辨率示意圖若存儲密度為108B/cm2,每信息位僅占有1m2的面積。存儲介質應能保持這些顯微坑孔的規(guī)整幾何形狀并已更高精度分辨它們的位置，這就要求邊緣偏差落在100以內，以保證原始誤碼率小于108。記錄靈敏。要求存儲介質對所用的激光波長吸收系數(shù)大、光響應特性好，能在較高的數(shù)據(jù)傳輸速率、保證波形不失真的情況下，用很小的激光功率形成可靠的記錄標志。如用波長830

12、nm、達到盤面功率10mW左右、脈寬可調的激光對高速轉動的多元半導體記錄時，可獲得每秒幾兆字節(jié)的數(shù)據(jù)速率。較高的反襯度。反襯度是指信道上記錄微區(qū)與未記錄區(qū)的反射率對比度。存儲介質以及經過優(yōu)化設計的光盤應有盡可能高的反襯度，以便讀出信噪比達到最佳值。穩(wěn)定的抗顯微腐蝕能力。存儲介質應做到大面積成膜均勻、致密性好、顯微缺陷密度小、抗缺陷性能強，從而得到低于10-4數(shù)量級的原始誤碼率及至少10年的存儲壽命。與預格式化襯盤相容。一次寫入光盤可用來存儲和檢索文檔資料，因此光盤上應有地址碼，包括信道號、扇區(qū)號及同步信號等。這些碼都以標準格式預先刻錄并復制在光盤的襯盤上。存儲介質應與預格式化襯盤實現(xiàn)力、熱及光

13、學的匹配，以保證軌道跟蹤的順利進行并能實現(xiàn)在任一軌道的任意扇區(qū)進行信息的讀和寫。高生產率、低成本。5.3.3 WORM光盤的存儲原理利用激光熱效應對存儲介質單層薄膜進行燒蝕時，存儲介質吸收到達的激光的能量超過存儲介質的熔點時形成信息坑孔。常用的WORM光盤以聚甲基丙烯酸脂為襯底，厚1.2mm，上面濺射一介質薄層。用830nm激光聚焦在1um2范圍內，溫度呈高斯型空間分布，當中心溫度超過熔點Tm時，在介質表面形成一熔融區(qū)，周圍的表面張力將此熔融區(qū)拉開成孔；激光脈沖撤去，孔的邊緣凝固，在記錄介質上形成與輸入信息相應的坑孔。這樣記錄的信息，很難滿足上述寫/讀光盤對存儲介質的要求，原因是入射到膜面的激

14、光能量E0（圖57），一部分在膜面反射（ER），大部分被薄膜吸收（EA），還有一部分在薄膜中因徑向若擴散而損失（E），剩余的部分透射到襯盤之中（ET），即若要存儲介質的靈敏度高，上式中的EA應盡量地大，以更快更好地吸收能量，使光斑中心的溫度盡快超過介質的熔點，為此ER、ET及E都應盡可能地小。ER要最小，必須使記錄層上下兩個界面反射回來的光實現(xiàn)相消干涉。由于上界面有半波損失而下界面沒有，由此要求記錄層最小厚度 /2n1.由于上下界面能量差很大，很難實現(xiàn)明顯的消反，為此在紀錄層和襯底之間加一層金屬鋁反射層，這樣紀錄層下限為/4n1。圖57 記錄光的分配加鋁條之后ER得到明顯減小，但由于鋁是熱得良

15、導體，反而會使ET加大，為此，還應在記錄層和反射層之間加一層熱障層（一般選透明介質SiO2），其折射率為n2，厚度為d2。它可以充分阻擋介質層吸收的能量向襯盤傳導。此時，消反條件得相應得最小厚度為這樣就形成了記錄層、熱障層和反射層這種三層結構得存儲介質，如圖58（a）所示 目前，實用化WORM光盤均為三層式，主要采用空氣夾層式圖58（b）和直接封接式圖58（c）兩種基本結構，且均以商品化。圖58 一次寫入光盤結構5.4 可擦重寫光盤可擦重寫光盤從記錄介質寫、讀、擦的機理來講，主要分為兩大類：相變光盤：這類光盤采用多元半導體元素配制成的結構相變材料作為記錄介質膜，利用激光與介質膜相互作用時，激光

16、的熱和光效應導致介質在晶態(tài)與玻璃態(tài)之間的可逆相變來實現(xiàn)反復寫、擦要求，可分為熱致相變光盤和光致相變光盤。磁光盤：這類光盤采用稀土過渡金屬合金制成的磁性相變介質作為記錄薄膜，這種薄膜介質具有垂直于薄膜表面的易磁化軸，利用光致退磁效應以及偏置磁場作用下磁化強度取向的正或負來區(qū)別二進制中的“0”或“1”。結構相變光盤和磁光盤雖說工作機制不同，但從本質上來講，都屬于二級相變過程。它與一級相變不同，不存在兩相共存情況，故可用介質的兩個穩(wěn)定態(tài)來區(qū)別二進制中的“0”或“1”。可擦重寫光盤中的反復寫、擦過程與記錄介質中的可逆相變過程相對應。從廣義的角度講，任何具有光致雙穩(wěn)態(tài)變化的材料都可用做RW記錄介質。5.

17、4.1 可擦重寫相變光盤的原理RW相變光盤是利用記錄介質在兩個穩(wěn)定態(tài)之間的可逆相結構變化來實現(xiàn)反復的寫和擦。常見的相結構變化有下列幾種：晶態(tài)晶態(tài)之間的可逆相變，這種相變反襯度太小，沒有使用價值。非晶態(tài)非晶態(tài)之間的可逆相變，這種相變的反襯度亦太小，沒有實用價值。發(fā)生玻璃態(tài)晶態(tài)之間的可逆相變，這種相變有實用價值。1、激光熱致相變可擦重寫光存儲存儲材料。該類存儲盤所用相變介質（多元半導體的晶態(tài)和非晶態(tài)）都是共價鍵結構，其晶態(tài)長程有序，非晶態(tài)因鍵長和鍵角發(fā)生畸變，原子組態(tài)出現(xiàn)各種缺陷，因而短程有序。材料的晶化溫度和晶化激活能越高，熱穩(wěn)定性越好。無序體系的熱穩(wěn)定性越好，晶化就愈困難。這樣就形成了三元或多

18、元合金光記錄介質。圖59（a）給出相變過程中介質體積隨溫度的變化情況，圖59（b）給出透射率隨溫度的變化情況。只要材料設計滿足一定條件，可以既增強介質玻璃態(tài)的穩(wěn)定性，又提高其晶化速率。圖59 可擦重寫光盤材料特性存儲原理與過程。近紅外波段的激光作用在介質上，能加劇介質結構中原子、分子的振動，從而加速相變的進行。因此近紅外激光對介質的作用以熱效應為主，其中寫、讀、擦激光與其相應的相變過程見圖510。 信息的記錄 對應介質從晶態(tài)C向玻璃態(tài)G的轉變。選用功率密度高、脈寬為幾十至幾百鈉秒的激光脈沖，使光斑微區(qū)因介質溫度剎那間超過熔點Tm而進入液相，再經過液相快淬完成達到玻璃態(tài)的相轉變。 信息的讀出 用

19、低功率密度、短脈沖的激光掃描信息道，從反射率的大小辨別寫入的信息。 一般介質處在玻璃態(tài)（即寫入態(tài)）時反射率小，處在晶態(tài)（擦除態(tài)）時反射率大，在讀出的過程中，介質的相結構保持不變。信息的擦除 對應介質從玻璃態(tài)G向晶態(tài)C的轉變。選用中等功率密度、較寬脈沖的激光，使光斑微區(qū)因介質溫度升至接近Tm處，再經過成核生長完成晶化。在此過程中，光誘導缺陷中心可以成為新的成核中心，因此，由于激光作用使成核速率、生長速度大大增加，從而導致 激光熱晶化比單熱晶化速率高。圖510 寫、讀、擦激光脈沖與其效應的相變過程2.激光光致相變 隨著激光波長移向短波長，激光的光致相結構變化效應逐漸明顯，相變機制也與熱相變的機制不

20、同。 圖511示出高功率密度的激光脈沖下，介質內部發(fā)生的帶間吸收和自由載流子吸收。由于入射激光束不與非晶網格直接作用，光子能量幾乎直接用來激發(fā)電子，在高功率激光密度的激光作用下，自由載流子的產生率Re、電子與空穴的復合率Rr以及電子與網格點作用時將能量傳遞給聲子的概率 Rc滿足ReRr，RCRe?？梢姡@時介質內部的光吸收由帶間吸收為主變?yōu)橐宰杂奢d流子濃度猛增，從而使得電子電子碰撞的概率（正比于N2）遠遠超過電子網絡碰撞的概率（正比于N），自由載流子吸收的光能遠比它與網格點作用損失的能量為高，形成溫度很高的電子空穴等離子體，但網絡點的溫度變化不大。激光脈沖結束后，等離子體中的過熱電子在與聲子相

21、互作用（eh碰撞）過程中將能量傳遞給網絡點，或與空穴復合而釋放能量，最終使介質回到自由能最低的晶態(tài)。對于組分符合化學計量比的介質，在光晶化的過程中沒有長程原子擴散，只有原胞范圍內原子位置的重新調整。 所以，光晶化機制是一種無擴散的躍遷復合機制。它利用弛豫過程和復合過程釋放的能量促成網格元胞內原子位置的調整以及鍵角畸變的消失，從而完成晶化過程。圖511 光致相變介質內部光吸收過程光致晶化過程包括光致突發(fā)晶化和聲子參與的弛豫過程，前者需時在1091012秒量級，后者約幾十鈉秒。它與激光熱致晶化過程的對比間表51。熱致晶化光致晶化本質擴散型成核長大式晶化過程非擴散型躍遷復合式晶化過程條件符合或不符合

22、化學計量比的組分；所用的亞穩(wěn)相符合化學計量比組分；直接固態(tài)相變，無需成核起因熱致起伏激光束激發(fā)或電子束激發(fā)耦合性質相分離，原子擴散；原子振動；分子振動無相分離，無擴散；原子位置調整；鍵角畸變消失自持效應不重要自持晶化，重要穿透深度整體效應激光束：1005000；電子束：12m晶化時間較長的退火過程（0.5m1.0ms）突發(fā)作用（1ns1ps）+弛豫過程（10200ns）3.可擦重寫光盤存儲機構 可擦重寫光盤在記錄信息時一般需要先將信道上原有信息擦除，然后再寫入新信息。這可以是一束激光的兩次動作，也可以是兩束激光的一次動作，即用擦除光束和之后寫入光束的協(xié)調動作來完成擦、寫功能。圖512 可擦重寫

23、光盤存儲機構與信息存儲過程示意圖。虛線框內是雙光束光學頭。1、2、3分別為寫入光斑、擦除光斑和寫的信息道。圖（b）對應放大表示。左側1是寫入光路，右側2是擦除光路。5.4.2 可擦重寫磁光光盤存儲 目前磁光薄膜的記錄方式有補償點記錄和居里點記錄兩類，前者以稀土鈷合金為主，后者則多為稀土鐵合金。信息的寫入 GdCo有一垂直于薄膜表面的易磁化軸。在寫人信息之前、用一定強度的磁場H0對介質進行初始磁化，使各磁疇單元具有相同的磁化方向。在寫入信息時，磁光讀寫頭的脈沖激光聚焦在介質表面，光照微斑因升溫而迅速退磁，此時通過讀寫頭的線圈施加一反向磁場，就可以使光照微斑區(qū)反向磁化（圖514（a） 信息的讀出

24、信息讀出是利用Kerr效應檢測記錄單元的磁化方向。用線偏振光掃描錄有信息的信道，磁化方向向上的光斑，反射光的偏振方向會繞反射線右旋一個角度，磁化方向向下的光斑則左旋一個角度。實際測試時，使檢偏器的主截面調到與k對應的偏振方向相垂直的方位。實際應用時，光盤的信噪比與Kerr角的大小密切相關，若反射光強度為I，且光盤的本底噪聲主要來自散射效應，則信噪比可近似表示為信息的擦除 擦除信息時，如圖514（c）所示，用原來的寫人光束掃描信息道，并施加與初始H0方向相同的偏置磁場，則記錄單元的磁化方向又會恢復原狀。 圖513 GdCo磁學特性與溫度的依賴關系 圖514 磁光介質的寫、讀、擦原理示意圖 圖51

25、5 某磁光薄膜矯頑力及Kerr角隨溫度的變化 55 光盤襯盤材料551光盤規(guī)格 光盤襯盤厚1.2um，外形很像一張透明唱片。直徑尺寸有（mm）356，300，200，130，120等，分布著間距為1.6um的預刻溝槽，同心圓或螺旋線都可，槽寬約0.8um，槽深取/8n，n是稱盤的折射率，目前，半導體激光器波長830nm，稱盤n1.49,槽深為70nm。 5.5.2村盤材料的選擇 襯盤材料應滿足以下尋求： （1）物化特性。物理化學特性要求比重小，吸水率、成型收縮率盡可能低，用它制備光盤時脫氣時間短，抗溶劑性強。（2）光學性能好。對紫外光透射性能好；對寫、讀，擦波長吸收系數(shù)??；雙折射低；透光均勻；

26、材料中應當沒有氣泡、缺陷、雜質、凝膠膠粒等，否則會引起讀、寫、擦光束的衍射或消光，從而導致信號失真或信息誤傳。（3）耐熱性能?？篃嶙冃涡缘哪芰σ獜姡瑹崤蛎浡蕬?；軟化溫度、熱變形溫度應盡可能的高；洛氏硬度應強，斷裂生長百分率應高。 表52 幾種常用襯盤材料性能參數(shù)的對比襯盤材料性能指標PMMAPCAPO鋼化玻璃物化性能密度【g/cm3】吸水率【24h，25C】（）成型收縮率（）達到1.33104Pa的時間（min）抗溶劑性能1.1920.61000弱1.190.50.5500良1.200.150.50.7522強1.050.010.50.6532.50/快強光學特性折射率透光率（紫外）（）吸收

27、系數(shù)（830mm）（mm1）雙折射（6328）（mm）光彈性系數(shù)（107cm2/kg）1.49922.731032061.49921.411042061.58882.4410250801.55922061.451.5790/00.2耐熱性能熱膨脹率（106/C）熱傳導率（4.19102W/mK）蒸氣透過率（24h，g/m2）軟化溫度（C）熱變形溫度（mPa）80462.81109510570462.813312013060704.73.6154120132/150/3121219/機械特性抗拉伸強度（mPa）抗撓彎強度（mPa）撓曲模量（mPa）斷裂伸長（）拉伸儲能模量（20C）（Gpa）洛氏

28、硬度（M標度）43.1564.72323725.282（3H）105.754.9298.072452472.945（HB）57.8688.263138375（2H）73550/（7H） 56 光信息存儲新技術信息技術的飛速發(fā)展，對海量信息存儲的需求迅猛增長。然而，正在全世界興起的信息高速公路網和起級計算機小型化發(fā)展中，信息存儲系統(tǒng)仍是一個相對薄弱的關鍵性環(huán)節(jié)。光存儲目前達到的存儲密度和數(shù)據(jù)傳輸速率還遠遠滿足不了飛速發(fā)展的信息科學技術的要求 為了提高存儲密度和數(shù)據(jù)傳輸速率，光存儲正在由長波向短波、低維向高維（即由平面向立體）、遠場向近場、光熱效應向光子效應、逐點存儲向并行存儲發(fā)展。提高光盤存儲密

29、度的途徑很多，其中見效最快的是縮短激光波長以縮小記錄光斑尺寸的方法。 采用近場光學掃描顯微技術和其他納米技術使磁光、相變等目前己廣泛應用于光盤存儲的介質和一些新密光存儲介質的存儲密度大幅度提高，也是一個廣為研究的課題。 三維立體存儲是超大容量信息存儲的最重要途經。這方面的研究目前集中在三個方向：體全息存儲、雙光子吸收三維存儲和多層記錄存儲。 光存儲介質一直是光存儲技術研究的關鍵，因此，尋找適合于快速超高密度和超大容量信息存儲材料的努力從來都被放在首要地位，無機光存儲材料的研究較為成熟。 從總體發(fā)展水平來看，在光存儲特別是超高密度光信息存儲方面的應用研究目前國際上還基本處于剛剛起步的階段。5.6

30、.1持續(xù)光譜燒孔和三維光信息存儲持續(xù)光譜燒孔PSHB（persistent spectral hole burning）應用于光信息存儲，可以使光的頻率成為新的存儲維，將傳統(tǒng)的二維（x、y）光信息存儲發(fā)展成為三維（x、y、v）光信息存儲。與目前的光盤存儲系統(tǒng)（記錄密度限為108B/cm2）相比較，PSHB的三維光信息存儲（以下簡稱PSHB存儲）在理論上可以使記錄密度提高三至四個量級。本節(jié)主要介紹PSHB和PSHB存儲的基本原理、PSHB材料及其研究現(xiàn)狀。在光存儲技術中，由于光的衍射現(xiàn)象，光不可能聚焦在一個體積小于1012 cm3左右的村料上，因此目前的光存儲系統(tǒng)存在一個大小約為108B/cm2

31、的存儲密度上限。 光子燒孔大致可分為兩類，即化學燒孔和物理燒孔，現(xiàn)重點介紹化學燒孔。 持續(xù)光譜燒孔和三維光信息存儲 圖516 PSHB光存儲示意圖一方面，由于存在應力等外界因素，同一類客體分子可以具有不同的局域環(huán)境，對應于不同諧振頻率的基本譜線。 5.6.2電子俘獲光存儲技術前言 未來大容量計算系統(tǒng)的存儲器必須具備存儲密度高、存儲速率快、壽命長三大特點。 電子俘獲光存儲技術的基本原理 （1）電于俘獲材料一種新開發(fā)的電子俘獲材料由帶隙寬為eV的堿土硫化物和摻人其中的兩類不同稀土金屬元角（濃度約為十億分之一）所組成。圖518 電子俘獲存儲讀寫擦光譜特性（2）信息寫人、讀出和擦除在電子俘獲光存儲技術

32、中，二進制信息位“”的寫人是以記錄點局域位置處的陷阱對電子的俘獲（即電子對陷餅的填充）來表征的。 圖517 一種電子俘獲材料的能級分布 持續(xù)光譜燒孔和三維光信息存儲圖518 電子俘獲存儲讀寫擦光譜特性電子俘獲光存儲技術的優(yōu)點已由測量表明，存儲單元局域位置中的陷阱對電子的俘獲與寫人光束能量間存在固有的線性。同樣，讀出過程中發(fā)光強度與讀出所用的近紅外光強度間也存在線性關系，這種固有的線性關系為模擬或多電平數(shù)據(jù)存儲提供了可能。 從理論上說，它的寫擦循環(huán)次數(shù)應是無限的。這一點已被實際測試所證實（即經108次寫、擦循環(huán)后，材料記錄特性無明顯改變）。最后，測試表明，電子上、下躍遷改變的速率為納秒級，這就保

33、證了高速度存取?？傊?，電子俘獲存儲是一種相當有前途的光存儲技術。 全息信息存儲5.6.3 全息信息存儲光盤存儲系統(tǒng)雖然在巨大容量（或稱海量）存儲信息方面具有許多優(yōu)點，但卻與磁鼓、磁盤或磁帶一樣都要求光學頭相對記錄介質作機械運動，這就使記錄信息位的密度被限制在機械調節(jié)的精度內，并使存取時間只能限于毫秒范圍內。光全息存儲是一條可循的途徑具有以下優(yōu)點： 1）存儲容量大：全息方法有可能將信息存儲在介質的整個體積中，這種三維全息存儲按位計算的體密度上限為；2）數(shù)據(jù)傳輸速率高、存儲與讀出時間短：全息圖采用整頁存儲和讀出的方式，一頁中的所有信息位都被并行地記錄和讀出，因而可達到很高的數(shù)據(jù)傳輸速率。同時，全息

34、數(shù)據(jù)庫可以用電光偏轉、聲光偏轉等無慣性的光束偏轉或波長選擇等手段來尋址，無需磁盤和光盤存儲中的機電式讀寫頭，因而數(shù)據(jù)傳輸速率和存取速率可以很高；3）高冗余度：與按位存儲的磁盤和光盤不同，全息記錄是分布式的，即把每一點的信息或者說每一信息位記錄在整個全息圖上，所以記錄介質局部的缺陷和損傷不會引起信息的丟失。典型的光學全息存儲器中存儲的信息可分為塊狀結構和順序結構兩類，塊狀結構全息存儲器 全息存儲技術的基本概念是把存儲的信息構成一個像，將此像作為全息記錄系統(tǒng)中的物，并把物存儲于全息圖中。 圖519所示的配置：織頁器全息圖探測器列陣，是所有塊狀（頁狀）結構全息存儲器中的基本存儲單元。更復雜的海量存儲器是以此單元以及一些附加器件為篆礎的，而這些附加器件則是