《光學存儲材料》課件

光學存儲原理及應用

按存儲介質分半導體存儲器、磁表面存儲器、光存儲器光學存儲原理及應用

按存儲介質分11.存儲容量大；一張CD-R的容量為700M，相當于450張軟盤。在刻錄信息時可分多次直至刻滿整張光盤。2.穩(wěn)定性與數(shù)據保存性好，堅固耐用；3.保存時間長；

光盤信息的讀取采用非接觸式激光掃描，多次讀取不會象磁盤、磁帶那樣磨損盤面，且數(shù)據信息為物理性存儲，不受電磁場、光照、氣溫、濕度等的影響、此外，由于盤面上有保護層，密封性好，不受塵土、手印等的損害。4.結構小巧，性能價格比高。5.刻錄后的光盤能在CD機、VCD機、CD-ROM、DVR等播放機上播放和檢索。1.存儲容量大；一張CD-R的容量為700M，相當于4502與軟盤與以及其他的輔助存儲介質相比，整個光盤信息存儲在一個軌道上，因此存儲的信息方便地以一個連續(xù)的數(shù)據速率回放，這有利于音頻數(shù)據，因為它們是連續(xù)的數(shù)據流。磁性是隨著時間而減少，以磁帶為例，串音現(xiàn)象時有發(fā)生，而這些在光盤上是不可能發(fā)生的。因此，這種介質非常適用于長期存儲，只有原材料的分解或改變才會導致不可修復的損壞。據我們所知，這種情況不會發(fā)生。激光的光源可放置在距離磁盤表面約1mm的地方，它不用直接放置在盤上，接近盤的表面，而硬磁盤必須這樣。這樣就減少了磨擦，增加了相關組件的壽命。與軟盤與以及其他的輔助存儲介質相比，整個光盤信息存儲在一個軌3隨著計算機硬件技術高速發(fā)展，傳統(tǒng)以紙，磁為介質記錄方式遇到了前所未有的挑戰(zhàn)，光存儲已成為主流。以CD-R光盤為代表光存儲產品在短短時間開辟廣闊市場。全球CD-R生產線近千條，我國已投產和在建的CD-R光盤生產線數(shù)百條，全球存儲材料需求價值每年可達數(shù)十億元。目前存儲材料提供商主要來自國外少數(shù)廠家，其價格一直高居不下。隨著計算機硬件技術高速發(fā)展，傳統(tǒng)以紙，磁為介質記錄4光盤：即高密度光盤(CompactDisc)是近代發(fā)展起來不同于磁性載體的光學存儲介質，用聚焦的氫離子激光束處理記錄介質的方法存儲和再生信息，又稱激光光盤。光盤：即高密度光盤(CompactDisc)是近代發(fā)5

光盤存儲技術研究始于60年代，真正獲得發(fā)展在70年代。

1972年用聚焦的氫離子激光束在記錄介質上燒蝕微孔的方法錄制電視節(jié)目，用氫－氖激光掃描信息軌道，按反射強度的變化再現(xiàn)已錄的信息。

1978年激光電視唱片正式在市場出售。

1982年出現(xiàn)了記錄帶有聲音的靜止圖象的光盤．

1984年日本研制出可反復擦寫的光盤。目前，借助于各種軟、硬件，光盤已可以達到數(shù)據、圖象、聲音的綜合處理。光盤存儲技術研究始于60年代，真正獲得發(fā)展在70年6二、光盤的種類

光盤按功能可分為三類：只讀式光盤（CompactDisc-ReadOnlyMemory,CD-ROM）寫讀光盤（WriteOnceReadMemory，WORM）可擦寫光盤（OpticalRandomAccessMemory,ORAM）二、光盤的種類

光盤按功能可分為三類：只讀式光盤（Comp7

只讀式光盤是第一代光盤，信息一旦錄入，用戶無法改變盤片上的內容，也無法錄入自己的信息。這種光盤目前技術上最成熟，應用也最廣泛。

寫讀光盤是第二代光盤，不僅可以讀出已錄入的信息，而且可在空白的盤片空間追加錄入新的信息，但與只讀光盤一樣，信息一旦錄入，則不能改變。

可擦寫光盤是第三代光盤，同磁盤一樣，可以刪除、改寫已錄入的信息，也可以在盤片空間允許的情況下錄入新的信息。

光盤----光盤驅動器

只讀式光盤是第一代光盤，信息一旦錄入，用戶無法改變盤片8

光盤由三層構成：即盤基、記錄層、防護層。

盤基由有機玻璃、聚酯樹酯等材料制作。記錄層是光盤的核心，由碲合金或碲與氧化碲混合記錄薄膜等材料組成（光敏膜可以是低熔點的薄金屬或半金屬，也可以是有機物質敏感膜．）。防護層由塑料、有機玻璃等材料構成，用以保護盤面上信息。三、光盤的結構光盤由三層構成：即盤基、記錄層、防護層。

盤9可寫一次型光盤CD-R利用激光在CD-R有機染料記錄面直接加熱而燒出坑(Pit)或是使有機染料曾發(fā)生化學性退化(Degrade)，總之就改變有機染料記錄面對光的反射率。當光驅較低功率的激光讀到坑(Pit)和原來的表面不同的反射率，被燒出坑(Pit)的地方它會吸收部分的激光，而原來的表面不吸收而反射激光，光驅將不同的反射結果轉換成對應的數(shù)據可寫一次型光盤CD-R利用激光在CD-R有機染料記錄面直接10可重寫型光盤可重寫入型指光盤片可無限次的重復寫入，將舊數(shù)據洗掉，重新寫上新數(shù)據磁光盤CD-MO(Magneto-Optical)相變盤PD(Phase-changeDual)CD-RW(Rewritable)可重寫型光盤可重寫入型指光盤片可無限次的重復寫入，將舊數(shù)據洗11我們的切入點

保護層

記錄層

反射層

盤

基

CD-R光盤的結構CD-R光盤結構我們的切入點保護層記錄層反射層盤基CD-R光盤12保護層記錄層反射層盤基780nm激光器激光燒蝕形成的凹坑CD-R光盤記錄原理保護層記錄層反射層盤基780nm激光器激光燒蝕形成的凹坑C13用激光可實現(xiàn)高密度存儲的原因是由于空間相干性好的激光可被聚焦到其尺寸僅由波長衍射極限所決定的微小光斑，用這種高密度能量可在金屬薄膜和有機薄膜上開成0.6μm左右的小孔，并進行數(shù)字寫入（數(shù)字脈沖碼為“1”時，開孔；“0”時不開孔）?，F(xiàn)在一般是在玻璃或者時塑料圓盤上涂以鋁層。小孔通常稱為穴，穴與穴之間相隔約1.6μ

m穴的連線呈自盤中心向外的螺旋形，穴嵌在平頂?shù)穆菪图怪校古c脊之間由寬約1.6μ

m的槽隔開.當用強激光束照射薄膜時，一個人射功率為5mW、100ns的聚焦光脈沖可使薄膜溫度上升到1000K。用激光可實現(xiàn)高密度存儲的原因是由于空間相干性好的激光可被聚焦14由于只讀型光盤是生產廠家制造，為了大量復制，所以需要制作母盤。為此將存儲信息以表面坑點形式轉錄在母盤上。母盤是一塊平整的圓形玻璃襯底，厚約0.5cm，涂有約12um厚的光敏材料膜層。用一束待錄信息調制光強并聚焦的激光束照射光敏膜層時，曝光的地方被吸收，局部地改變了光敏薄膜的性能。然后用化學溶液處理光敏膜，曝過光的光敏膜被溶解，從而顯示出凹凸結構。由于只讀型光盤是生產廠家制造，為了大量復制，所以需要制作母盤15大家都知道光盤技術分為寫一次和可擦除兩種。寫一次光存儲通常稱為寫一次讀多次（WORM）存儲，用的光盤是由夾在兩層塑料保護膜之間的碲合金吸收層構成，由激光在光盤的吸收層上燒孔寫入信息。WORM可用于檔案存儲等永久性的存儲。對于可擦除存儲，最重要的是磁光盤，它將磁存儲的可擦除性和光存儲的相對永久性結合起來。磁光系統(tǒng)將強激光束聚焦在涂以如TbFeCo或者FeTbGd的鐵磁合金的光盤層，是局部加熱到居里溫度，這是鐵磁材料成為順磁性的，它的內部磁極可由外部磁場確定。在讀頭上安裝小的磁場線圈產生外場，由來回改變外磁場極性確定每一數(shù)據。當激光功率撤去材料冷卻到居里點以下時，數(shù)據就永久地存儲在光盤上。大家都知道光盤技術分為寫一次和可擦除兩種。寫一次光存儲通常稱16光盤存儲的實際上應用的是激光的高能量在光盤上打孔，實際上與激光在機加工方面的應用一樣。只是在這里打孔要求精密度更高，要小到微米量級，并且要求定位準確，響應速度快，而這些又不是對激光器本身的要求了，更多的限制來自伺服電機等其他部件的性能的好壞光盤存儲的實際上應用的是激光的高能量在光盤上打孔，實際上與激17CD光盤表面形貌的AFM三維圖3DVD光盤表面形貌的AFM三維圖

CD光盤表面形貌的AFM三維圖3D18光盤讀出信息時，用安裝在可移動讀頭上的短焦距物鏡將來自低功率二極管激光器的連續(xù)激光緊聚焦在穴上。當光盤在讀頭上方旋轉時，伺服電機控制在讀頭上下和左右地跟蹤，使激光始終聚焦在每一個穴上。來自脊和穴的反射光重新產生數(shù)字化的調制信號。光探測器將受調制的反射光又轉化為電信號，以便解碼和放大。光盤讀出信息時，用安裝在可移動讀頭上的短焦距物鏡將來自低功率19《光學存儲材料》課件20任何光學存儲方法的優(yōu)劣決定于存儲的壽命，硬件的兼容性、數(shù)據傳遞速率、可擦除性、使用便利程度和最重要的存儲容量。光盤的面積存儲容量是很高的，還可以用各種電子學和光學的技術來擴大存儲容量，但是面積存儲容量最終決定于激光的波長，它決定光盤上最小光斑的尺寸。最后，更大的容量還可以在一張光盤上用多個半透明存儲層堆積起來達到，存儲容量是堆積層的倍數(shù)，由改變讀頭的焦點分別讀出各層，存儲在不同層的數(shù)據之間的串音可由增大讀頭物鏡的NA消除。任何光學存儲方法的優(yōu)劣決定于存儲的壽命，硬件的兼容性、數(shù)據傳21二、全息存儲

雖然至今還沒有研制成功一個實用的全息存儲系統(tǒng)，但是相對于光盤存儲，全息存儲更為人們看好，有人預計在不久的將來可以將全部《不列顛百科全書》存儲在一個角幣大小的體積內。此外，用全息存儲技術有可能達到大于1Gb的數(shù)據傳遞速率和小于100ms的隨機存儲時間。二、全息存儲

雖然至今還沒有研制成功一個實用的全息存儲系統(tǒng)，22在光折變存儲器中，信息不是像光盤存儲那樣一個字接著一個字存儲的，而是整“頁”同時存儲，每頁以分別代表“1”和“0”的明和暗像素的兩維圖樣，由一個空間光調制器（SLM）編碼到激光束上。經編碼的激光束由透鏡聚焦到光敏存儲材料中，在其中與參考光束干涉而行成SLM圖樣的體全息圖。同一頁信息可用同一參考光束照明全息圖讀出，讀出圖象由讀出透鏡的后焦平面處的電耦合器件（CCD）陣列探測。在光折變存儲器中，信息不是像光盤存儲那樣一個字接著一個字存儲23光折變存儲器的真正潛力在于成千頁數(shù)據可以存儲在不大于一個硬幣的體積中，每一頁包含幾兆二進制位的信息。為此，只要是每頁信息對應一個特定的參考光束，即各頁信息對應于不同角度、波長和相位的參考光束。全息頁組也可以分別堆積在整個存儲介質的厚度內，這樣又可以增加更多的存儲容量。光折變存儲器的另一個優(yōu)點是其剩余度，這一個有點來自于單個全息圖象的每一個元是分布在存儲介質的整個曝光體積內，因此存儲介質中分立的缺陷會影響整頁數(shù)據的水準，但不會使個別的二進制位數(shù)據消失，從而加強了存儲數(shù)據的完整性。還有一個優(yōu)點是隨機存取速率快，這是全息過程的光學性質的直接結果。光折變存儲器的真正潛力在于成千頁數(shù)據可以存儲在不大于一個硬幣24如果數(shù)據頁由參考光束角度確定，則每頁的寫或讀可與參考光束的角度變化一樣快，因此用生光偏轉即使就可以導致很快的數(shù)據存取，并實現(xiàn)聯(lián)想記憶。與傳統(tǒng)的全息記錄手段（全息干板）相比較，它不需要顯影、定影等手續(xù)而可以實時寫入與讀出，這大大方便了使用。而且存儲介質可以循環(huán)使用，如果需要更新存儲器中的信息，可在均勻光輻照下活用升溫的方法可全部擦洗，也可通過相減光學運算修改全息圖。如果數(shù)據頁由參考光束角度確定，則每頁的寫或讀可與參考光束的角25上述特點使得基于光折變效應的全息存儲器具有誘人的應用前景，可應用于光學相關器、光學中性網絡、光學互連器及光學動態(tài)記憶器等。下面我們介紹一下光折變存儲器的原理及編碼方式。上述特點使得基于光折變效應的全息存儲器具有誘人的應用前景，可26光折變存儲器中全息圖的寫入使基于二波混頻的幾何配置，即參考光束與載有被存儲信息的信號光束在光折變晶體中相干寫入全息圖。這種形式類似于全息圖的記錄過程。讀出時用擋住信號光用參考光束照射寫入的光柵，衍射光束是物光的再現(xiàn)，通過改變參考光束的入射角（角度編碼）或者改變參考光和物光在晶體中相互作用的區(qū)域（空間編碼），可實現(xiàn)多個全息圖在同一晶體中的多像存儲光折變存儲器中全息圖的寫入使基于二波混頻的幾何配置，即參考光27光折變存儲器的編碼方式，一般有以下幾種：1、角度編碼，所有全息圖完全疊置在光折變晶體中的同一區(qū)域，每個全息圖的分離靠參考光束的角度的變化來實現(xiàn)。由于每個全息圖都分別與一定的布拉格角相關聯(lián)，因此按照布拉格定律只有以正確布拉格角對全息圖對全息圖讀出時才能出現(xiàn)有效的衍射，使被存儲的信息得以再現(xiàn)。2、空間編碼，每個全息圖被存儲在晶體中空間相鄰但又彼此分離得區(qū)域中，通常形成二維傅立葉變換得全息圖陣列，最適用于薄得表面存儲介質。3、空間－角度編碼，每個參考光束得光斑尺寸內和相鄰得全息圖之間不僅有微小得參考光束的角度分離還有微小的空間分離。光折變存儲器的編碼方式，一般有以下幾種：1、角度編碼，所有全28或者是分空間多通道的方法。4、相位編碼，由相位調制器、子透鏡陣列和針孔陣列產生一組正交相位編碼的單位振幅平面波，他們彼此之間分離距離大于布拉格選擇角。每個全息圖依次由相位編碼中的一個相應的平面波分別與物光束在晶體中的干涉來記錄?；蛘呤欠挚臻g多通道的方法。4、相位編碼，由相位調制器、子透鏡29對于記錄在光折變晶體中的全息圖，在讀出其中的某個全息圖是會對它本身以及其他的全息圖造成不期望的擦洗。因為參考光輻照晶體同樣會引起光生載流子的再分配。為了避免這一問題，增大光折變存儲器的存儲時間，人們提出了如下幾種方法。1、室溫下強光寫入固定，這種方法是由Yariv等人提出的，此方法就是用高光強寫入，此方法的優(yōu)點是能夠有選擇地對某個全息圖進行固定，固定是自動地與寫入過程同時進行的。對于記錄在光折變晶體中的全息圖，在讀出其中的某個全息圖是會對302、疇反轉的方法，通過外加電場是與空間電荷場相關的鐵電疇發(fā)生反轉，或者通過制冷樣品使其通過鐵電相變而獲得疇反轉，嚴格來說室溫下強光寫入固定也屬于疇反轉方法。3、熱固定方法，此方法是在全息圖記錄期間或者在記錄之后將樣品放到100～160攝氏度的溫度下，是熱激活離子中和電子形成的空間電荷場。當樣品被冷卻到室溫后再用均勻光輻照樣品，電子光柵被擦洗，只剩下由離子電荷形成的全息圖，而離子柵對光輻照是不敏感的，原來的全息圖就被固定下來了。2、疇反轉的方法，通過外加電場是與空間電荷場相關的鐵電疇發(fā)生31光折變存儲器目前還僅僅處于實驗室研究階段，還有很多問題需要解決，比如，響應時間長，對于鐵電體響應時間為秒的量級，對于響應最快的半導體也是毫秒量級，雖然可以通過并行存儲進行一定的彌補，但也大大限制了存儲速度的進一步提高。再者就是讀出過程中對已記錄全息圖的擦洗，雖然可以通過固定光柵的方法減少或者是避免讀出過程中的擦洗，但這同時卻限制了光折變存儲器動態(tài)讀寫的能力。另外由于扇形效應以及動態(tài)失配光柵引起的信噪比降低也是一個亟待解決的問題。光折變存儲器目前還僅僅處于實驗室研究階段，還有很多問題需要解32光折變存儲器在光存儲與讀出的過程中都要用到激光，但是相對于對優(yōu)秀的光折變存儲材料的需求來說，光折變存儲器讀于激光器的要求并不高。它對于激光器的要求，主要是要求激光器的穩(wěn)定性要高，如果從實用性的角度來考慮，還要求激光器小型化。光折變存儲器在光存儲與讀出的過程中都要用到激光，但是相對于對33光盤的特點1.存儲容量大；一張CD-R的容量為650M，相當于450張軟盤。在刻錄信息時可分多次直至刻滿整張光盤。2.穩(wěn)定性與數(shù)據保存性好，堅固耐用；3.保存時間長；

光盤信息的讀取采用非接觸式激光掃描，多次讀取不會象磁盤、磁帶那樣磨損盤面，且數(shù)據信息為物理性存儲，不受電磁場、光照、氣溫、濕度等的影響、此外，由于盤面上有保護層，密封性好，不受塵土、手印等的損害。4.結構小巧，性能價格比高。5.刻錄后的光盤能在CD機、VCD機、CD-ROM、DVR等播放機上播放和檢索。光盤的特點1.存儲容量大；一張CD-R的容量為650M，相34DVD則從使用較短波長的激光束著手，并提高光盤片數(shù)據的密度，推出第一代的DVD儲存容量即高達4.7GB，是CD產品容量的7倍，而如果采取雙面雙層的記錄方式，容量更可高達17GB。DVD則從使用較短波長的激光束著手，并提高光盤片數(shù)據的密度，35聚碳酸脂PC－這種聚碳酸酯是由雙酚A和碳酸二苯酯縮聚反應而得的

能讓高畫質電視與大量資料存儲設備受到重視的媒介便是依賴光盤，當然要制造出好的光盤片便需要良好的塑料材料。

聚碳酸脂PC－這種聚碳酸酯是由雙酚A和碳酸二苯酯縮聚反應而得36問題藍光雷射(BlueWavelenght)對于PC料會有怎樣的影響？是否PC料藍光雷射的能量而有變質的可能？

PC料是否能夠適應藍光或綠光雷射系統(tǒng)的讀取裝置？

要加入怎樣的添加劑或松弛劑于PC料中，以改善讀取數(shù)據受到螢光或噪聲的干擾？如何復制比目前更深的記錄坑孔？如何控制高分子鏈接長度使PC料的黏性與流動性更適應深度復制？

問題藍光雷射(BlueWavelenght)對于PC料會有37其它的高分子材料也被考慮到，例如一些非結晶相的高分子，乙烯耐波龍聚高分子(Ethylene-norborneneCopolymer)、多環(huán)六方乙烯(Polycyclohexylethylene)，已經是在被實驗階段驗證可用。

其它的高分子材料也被考慮到，例如一些非結晶相的高分子，乙烯耐38還有其它的可能，例如近場記錄(NearFieldRecording,NFR)的設計，這種可以重復讀寫、大量的媒體儲存格式之記錄媒體系組合硬盤浮動讀取功能與光學讀取技術的方式，也被引進塑料的記錄盤片。這技術會取代MO(磁光記錄光盤)、4與8厘米寬的影帶以及所有可攜帶式的硬盤。還有其它的可能，例如近場記錄(NearFieldReco39Bayer德國公司，世界知名，更高存儲密度的盤片用新材料，我們已經能做出每面5GB記錄密度的盤片材料，這是DVD盤片所要求的究極目標，然后，我們最近已經發(fā)展出可以儲存10~15GB如此高記錄密度用的材料。，這些話都來自于該公司光儲存系統(tǒng)事業(yè)部大老Mr.Lower所述。

Bayer40Mr.Lower認為PC料仍然是主流，他強調：「我們還能夠與PC料一起在光盤歷史與碟工業(yè)中中走上一段長路」。話雖如此，Bayer對光盤用的新材料系統(tǒng)仍被如火如荼的加速研究著。每一家都會有相同的疑問，PC真的可以作為下一代光盤的主要材料嗎？PC料需要怎樣的改進才能適用于下一代光盤呢？是化學成份的變化還是使用全新的高分子呢？

Mr.Lower認為PC料仍然是主流，他強調：「我們還能夠41Mr.Lower承認，他建議可能的話PC料的成份須改變，Bayer預計發(fā)展不同的雙酚(Bisphenols，PC材料是一種高分子聚合物，酚則為高分子的一種見鏈接形式)之共聚碳酸脂(Co-Polycarbonate)，有助于雙折射率與吸水率的降低，提供更穩(wěn)定的光學特性。

Mr.Lower承認，他建議可能的話PC料的成份須改變，B42其它的材料如環(huán)烯(CycloOlefins)，是一種完全與PC料不同的光儲存材料，未來8~10年內也許會被大量采用，因此未來的兩年中Bayer亦將投注人力研究。Bayer希望不論是現(xiàn)在與未來，都能夠在光盤工業(yè)材料上保持領先。Bayer的PC料稱為Markolon，因為光盤工業(yè)的需求每年至少有50萬噸的產量，因此Bayer在亞洲的泰國再成立了一家生產工廠，以應付日益增加的訂單，估計每年可再使Markolon增加約10萬噸的產量，同時Bayer亦計畫在中國大陸設廠準備生產。

其它的材料如環(huán)烯(CycloOlefins)，是一種完全與43DowPlastics「很少光盤材料的制造商對發(fā)展多環(huán)六方乙烯(Polycyclohexylethylene,PCHE)像Dow這樣的認真!」這是美國Dow公司技術服務與發(fā)展總裁Mr.WilliamLutz所說的話，Dow化學事業(yè)部對于研究非極化不定型脂工程用高分子(AmorphousAliphaticnon-PolarEngineeringPolymer)是很積極的，這些塑料材料都是有關光盤片可以使用的材料，尤其是PCHE，DOW強調高畫質的電視一但被消費者所要求時，高密度的光盤材料理所當然的將為消費者所需求。DowPlastics44Dow當然也生產光學等級的PC料供應目前光盤片制造商，Dow積極增加其Treeport,Texas工廠的產能，以滿足全世界各地的PC料訂單，根據Mr.WilliamLutz說法：「Calibre1080DVD用PC料是我們目前推出品質優(yōu)良的產品」。Dow同時會特別注意市場上對于PCHE的需求，他們深信這種每面可以記錄15GB的光盤片用材料遠遠勝過于目前僅能記錄最多4.7GB的PC料，未來需求必將會更多，PCHC將會取代PC成為”標準”。

Dow當然也生產光學等級的PC料供應目前光盤片制造商，Do45Dow公司相信那就是PCHE，大部分的以氫化聚合的高分子材料提煉純度與殘留物都沒有比PCHE少，因此此材料內不含有氯(Non-Chlorine)可以有效的增加盤片的壽命(因為含氯的高分子材料會破壞盤片的金屬反射層或記錄層)，未來含有氯的光盤片材料亦會逐漸消失在光盤工業(yè)中。

Dow公司相信那就是PCHE，大部分的以氫化聚合的高分子材料46Teijin(日本帝人化工)

新一代光盤片材料的關鍵性質要求當然是記錄坑的尺寸小使記錄密度更高、低吸水性以及抵抗高功率雷射的熱能。Mr.HisayoshiShimazu補充說明，確保制造過程可以容易控制盤片尺寸外型，抗潮性是一大關鍵以，尤其在東南亞區(qū)域(東南亞洲是盤片制造商最密集的地方，尤其是臺灣)。Teijin(日本帝人化工)

新一代光盤片材料的關鍵性質要47Teijin-BayerPolytec這兩家公司是目前世界上供應PC料兩大廠，論品質與量都難以分辨熟輕重，因此合并出現(xiàn)一家塑料科技工廠是令人振奮的，這意味下一代光盤出現(xiàn)(比DVD更先進的格式)已經進入白熱化階段，新的PC料會被從黑盒子中拿出到桌面與世人見面。Teijin-BayerPolytec48CD-R的用途CD-R的用途49哇塞，數(shù)據文件幾百兆，用CD-R最合適！CD-R光盤的容量哇塞，數(shù)據文件幾百兆，用CD-R最合適！CD-R光盤的容量50CD-R光盤的用途CD-R光盤的用途51鑒于CD-R光盤的制造主要集中在臺灣，占全球70％的市場，現(xiàn)在印度也在不斷的擴大規(guī)模。鑒于CD-R光盤的制造主要集中在臺灣，占全球70％的市場，52市場分析不同盤片的市場需求市場分析不同盤片的市場需求53市場分析CD-R市場需求預測市場分析CD-R市場需求預測54市場分析全球CD-R光盤生產線分布2年內再建250條生產線市場分析全球CD-R光盤生產線分布2年內再建250條生產線55全球CD-R生產線對存儲材料的需求CD-R光盤存儲材料市場新上250條線將有4.5億元的存儲材料需求全球CD-R生產線對存儲材料的需求CD-R光盤存儲材料市場新56CD-R發(fā)展的新機遇今年開始全球CD-R盤片供不應求成為全球CD-R光盤生產基地CD-R刻錄機價格跌破千元2～3年國內建立250條CD-R生產線2005年國內光盤產業(yè)上市公司20家光盤產品年銷售超過50億超過10家CD-R發(fā)展的新機遇今年開始全球CD-R盤片供不應求成為全球57國外競爭對手瑞典的Ciba公司，日本的東洋油墨公司競爭分析國外競爭對手瑞典的Ciba公司，日本的東洋油墨公司競爭分析58《光學存儲材料》課件59磁光方法要靠磁場的極化，這里的極化是由熱引起的。當要寫的時候，扇區(qū)被加熱到150°C以上的高溫，同時產生了一個極性約為地球磁場10倍的磁場。材料中的每個偶極子就在這個磁場中被極化。凹坑相應于磁場的低值，非凹坑相應于磁場的高值。

CD在激光束的照射下，光的極性隨著存在的磁性發(fā)生了變化，通過這種過程，就能從CD上讀數(shù)據。

如要進行行刪除時，就在這塊上加上一個恒定磁場同時對它加熱。

磁光方法要靠磁場的極化，這里的極化是由熱引起的。當要寫的時候60光學存儲原理及應用

按存儲介質分半導體存儲器、磁表面存儲器、光存儲器光學存儲原理及應用

按存儲介質分611.存儲容量大；一張CD-R的容量為700M，相當于450張軟盤。在刻錄信息時可分多次直至刻滿整張光盤。2.穩(wěn)定性與數(shù)據保存性好，堅固耐用；3.保存時間長；

光盤信息的讀取采用非接觸式激光掃描，多次讀取不會象磁盤、磁帶那樣磨損盤面，且數(shù)據信息為物理性存儲，不受電磁場、光照、氣溫、濕度等的影響、此外，由于盤面上有保護層，密封性好，不受塵土、手印等的損害。4.結構小巧，性能價格比高。5.刻錄后的光盤能在CD機、VCD機、CD-ROM、DVR等播放機上播放和檢索。1.存儲容量大；一張CD-R的容量為700M，相當于45062與軟盤與以及其他的輔助存儲介質相比，整個光盤信息存儲在一個軌道上，因此存儲的信息方便地以一個連續(xù)的數(shù)據速率回放，這有利于音頻數(shù)據，因為它們是連續(xù)的數(shù)據流。磁性是隨著時間而減少，以磁帶為例，串音現(xiàn)象時有發(fā)生，而這些在光盤上是不可能發(fā)生的。因此，這種介質非常適用于長期存儲，只有原材料的分解或改變才會導致不可修復的損壞。據我們所知，這種情況不會發(fā)生。激光的光源可放置在距離磁盤表面約1mm的地方，它不用直接放置在盤上，接近盤的表面，而硬磁盤必須這樣。這樣就減少了磨擦，增加了相關組件的壽命。與軟盤與以及其他的輔助存儲介質相比，整個光盤信息存儲在一個軌63隨著計算機硬件技術高速發(fā)展，傳統(tǒng)以紙，磁為介質記錄方式遇到了前所未有的挑戰(zhàn)，光存儲已成為主流。以CD-R光盤為代表光存儲產品在短短時間開辟廣闊市場。全球CD-R生產線近千條，我國已投產和在建的CD-R光盤生產線數(shù)百條，全球存儲材料需求價值每年可達數(shù)十億元。目前存儲材料提供商主要來自國外少數(shù)廠家，其價格一直高居不下。隨著計算機硬件技術高速發(fā)展，傳統(tǒng)以紙，磁為介質記錄64光盤：即高密度光盤(CompactDisc)是近代發(fā)展起來不同于磁性載體的光學存儲介質，用聚焦的氫離子激光束處理記錄介質的方法存儲和再生信息，又稱激光光盤。光盤：即高密度光盤(CompactDisc)是近代發(fā)65

光盤存儲技術研究始于60年代，真正獲得發(fā)展在70年代。

1972年用聚焦的氫離子激光束在記錄介質上燒蝕微孔的方法錄制電視節(jié)目，用氫－氖激光掃描信息軌道，按反射強度的變化再現(xiàn)已錄的信息。

1978年激光電視唱片正式在市場出售。

1982年出現(xiàn)了記錄帶有聲音的靜止圖象的光盤．

1984年日本研制出可反復擦寫的光盤。目前，借助于各種軟、硬件，光盤已可以達到數(shù)據、圖象、聲音的綜合處理。光盤存儲技術研究始于60年代，真正獲得發(fā)展在70年66二、光盤的種類

光盤按功能可分為三類：只讀式光盤（CompactDisc-ReadOnlyMemory,CD-ROM）寫讀光盤（WriteOnceReadMemory，WORM）可擦寫光盤（OpticalRandomAccessMemory,ORAM）二、光盤的種類

光盤按功能可分為三類：只讀式光盤（Comp67

只讀式光盤是第一代光盤，信息一旦錄入，用戶無法改變盤片上的內容，也無法錄入自己的信息。這種光盤目前技術上最成熟，應用也最廣泛。

寫讀光盤是第二代光盤，不僅可以讀出已錄入的信息，而且可在空白的盤片空間追加錄入新的信息，但與只讀光盤一樣，信息一旦錄入，則不能改變。

可擦寫光盤是第三代光盤，同磁盤一樣，可以刪除、改寫已錄入的信息，也可以在盤片空間允許的情況下錄入新的信息。

光盤----光盤驅動器

只讀式光盤是第一代光盤，信息一旦錄入，用戶無法改變盤片68

光盤由三層構成：即盤基、記錄層、防護層。

盤基由有機玻璃、聚酯樹酯等材料制作。記錄層是光盤的核心，由碲合金或碲與氧化碲混合記錄薄膜等材料組成（光敏膜可以是低熔點的薄金屬或半金屬，也可以是有機物質敏感膜．）。防護層由塑料、有機玻璃等材料構成，用以保護盤面上信息。三、光盤的結構光盤由三層構成：即盤基、記錄層、防護層。

盤69可寫一次型光盤CD-R利用激光在CD-R有機染料記錄面直接加熱而燒出坑(Pit)或是使有機染料曾發(fā)生化學性退化(Degrade)，總之就改變有機染料記錄面對光的反射率。當光驅較低功率的激光讀到坑(Pit)和原來的表面不同的反射率，被燒出坑(Pit)的地方它會吸收部分的激光，而原來的表面不吸收而反射激光，光驅將不同的反射結果轉換成對應的數(shù)據可寫一次型光盤CD-R利用激光在CD-R有機染料記錄面直接70可重寫型光盤可重寫入型指光盤片可無限次的重復寫入，將舊數(shù)據洗掉，重新寫上新數(shù)據磁光盤CD-MO(Magneto-Optical)相變盤PD(Phase-changeDual)CD-RW(Rewritable)可重寫型光盤可重寫入型指光盤片可無限次的重復寫入，將舊數(shù)據洗71我們的切入點

保護層

記錄層

反射層

盤

基

CD-R光盤的結構CD-R光盤結構我們的切入點保護層記錄層反射層盤基CD-R光盤72保護層記錄層反射層盤基780nm激光器激光燒蝕形成的凹坑CD-R光盤記錄原理保護層記錄層反射層盤基780nm激光器激光燒蝕形成的凹坑C73用激光可實現(xiàn)高密度存儲的原因是由于空間相干性好的激光可被聚焦到其尺寸僅由波長衍射極限所決定的微小光斑，用這種高密度能量可在金屬薄膜和有機薄膜上開成0.6μm左右的小孔，并進行數(shù)字寫入（數(shù)字脈沖碼為“1”時，開孔；“0”時不開孔）?，F(xiàn)在一般是在玻璃或者時塑料圓盤上涂以鋁層。小孔通常稱為穴，穴與穴之間相隔約1.6μ

m穴的連線呈自盤中心向外的螺旋形，穴嵌在平頂?shù)穆菪图怪?，脊與脊之間由寬約1.6μ

m的槽隔開.當用強激光束照射薄膜時，一個人射功率為5mW、100ns的聚焦光脈沖可使薄膜溫度上升到1000K。用激光可實現(xiàn)高密度存儲的原因是由于空間相干性好的激光可被聚焦74由于只讀型光盤是生產廠家制造，為了大量復制，所以需要制作母盤。為此將存儲信息以表面坑點形式轉錄在母盤上。母盤是一塊平整的圓形玻璃襯底，厚約0.5cm，涂有約12um厚的光敏材料膜層。用一束待錄信息調制光強并聚焦的激光束照射光敏膜層時，曝光的地方被吸收，局部地改變了光敏薄膜的性能。然后用化學溶液處理光敏膜，曝過光的光敏膜被溶解，從而顯示出凹凸結構。由于只讀型光盤是生產廠家制造，為了大量復制，所以需要制作母盤75大家都知道光盤技術分為寫一次和可擦除兩種。寫一次光存儲通常稱為寫一次讀多次（WORM）存儲，用的光盤是由夾在兩層塑料保護膜之間的碲合金吸收層構成，由激光在光盤的吸收層上燒孔寫入信息。WORM可用于檔案存儲等永久性的存儲。對于可擦除存儲，最重要的是磁光盤，它將磁存儲的可擦除性和光存儲的相對永久性結合起來。磁光系統(tǒng)將強激光束聚焦在涂以如TbFeCo或者FeTbGd的鐵磁合金的光盤層，是局部加熱到居里溫度，這是鐵磁材料成為順磁性的，它的內部磁極可由外部磁場確定。在讀頭上安裝小的磁場線圈產生外場，由來回改變外磁場極性確定每一數(shù)據。當激光功率撤去材料冷卻到居里點以下時，數(shù)據就永久地存儲在光盤上。大家都知道光盤技術分為寫一次和可擦除兩種。寫一次光存儲通常稱76光盤存儲的實際上應用的是激光的高能量在光盤上打孔，實際上與激光在機加工方面的應用一樣。只是在這里打孔要求精密度更高，要小到微米量級，并且要求定位準確，響應速度快，而這些又不是對激光器本身的要求了，更多的限制來自伺服電機等其他部件的性能的好壞光盤存儲的實際上應用的是激光的高能量在光盤上打孔，實際上與激77CD光盤表面形貌的AFM三維圖3DVD光盤表面形貌的AFM三維圖

CD光盤表面形貌的AFM三維圖3D78光盤讀出信息時，用安裝在可移動讀頭上的短焦距物鏡將來自低功率二極管激光器的連續(xù)激光緊聚焦在穴上。當光盤在讀頭上方旋轉時，伺服電機控制在讀頭上下和左右地跟蹤，使激光始終聚焦在每一個穴上。來自脊和穴的反射光重新產生數(shù)字化的調制信號。光探測器將受調制的反射光又轉化為電信號，以便解碼和放大。光盤讀出信息時，用安裝在可移動讀頭上的短焦距物鏡將來自低功率79《光學存儲材料》課件80任何光學存儲方法的優(yōu)劣決定于存儲的壽命，硬件的兼容性、數(shù)據傳遞速率、可擦除性、使用便利程度和最重要的存儲容量。光盤的面積存儲容量是很高的，還可以用各種電子學和光學的技術來擴大存儲容量，但是面積存儲容量最終決定于激光的波長，它決定光盤上最小光斑的尺寸。最后，更大的容量還可以在一張光盤上用多個半透明存儲層堆積起來達到，存儲容量是堆積層的倍數(shù)，由改變讀頭的焦點分別讀出各層，存儲在不同層的數(shù)據之間的串音可由增大讀頭物鏡的NA消除。任何光學存儲方法的優(yōu)劣決定于存儲的壽命，硬件的兼容性、數(shù)據傳81二、全息存儲

雖然至今還沒有研制成功一個實用的全息存儲系統(tǒng)，但是相對于光盤存儲，全息存儲更為人們看好，有人預計在不久的將來可以將全部《不列顛百科全書》存儲在一個角幣大小的體積內。此外，用全息存儲技術有可能達到大于1Gb的數(shù)據傳遞速率和小于100ms的隨機存儲時間。二、全息存儲

雖然至今還沒有研制成功一個實用的全息存儲系統(tǒng)，82在光折變存儲器中，信息不是像光盤存儲那樣一個字接著一個字存儲的，而是整“頁”同時存儲，每頁以分別代表“1”和“0”的明和暗像素的兩維圖樣，由一個空間光調制器（SLM）編碼到激光束上。經編碼的激光束由透鏡聚焦到光敏存儲材料中，在其中與參考光束干涉而行成SLM圖樣的體全息圖。同一頁信息可用同一參考光束照明全息圖讀出，讀出圖象由讀出透鏡的后焦平面處的電耦合器件（CCD）陣列探測。在光折變存儲器中，信息不是像光盤存儲那樣一個字接著一個字存儲83光折變存儲器的真正潛力在于成千頁數(shù)據可以存儲在不大于一個硬幣的體積中，每一頁包含幾兆二進制位的信息。為此，只要是每頁信息對應一個特定的參考光束，即各頁信息對應于不同角度、波長和相位的參考光束。全息頁組也可以分別堆積在整個存儲介質的厚度內，這樣又可以增加更多的存儲容量。光折變存儲器的另一個優(yōu)點是其剩余度，這一個有點來自于單個全息圖象的每一個元是分布在存儲介質的整個曝光體積內，因此存儲介質中分立的缺陷會影響整頁數(shù)據的水準，但不會使個別的二進制位數(shù)據消失，從而加強了存儲數(shù)據的完整性。還有一個優(yōu)點是隨機存取速率快，這是全息過程的光學性質的直接結果。光折變存儲器的真正潛力在于成千頁數(shù)據可以存儲在不大于一個硬幣84如果數(shù)據頁由參考光束角度確定，則每頁的寫或讀可與參考光束的角度變化一樣快，因此用生光偏轉即使就可以導致很快的數(shù)據存取，并實現(xiàn)聯(lián)想記憶。與傳統(tǒng)的全息記錄手段（全息干板）相比較，它不需要顯影、定影等手續(xù)而可以實時寫入與讀出，這大大方便了使用。而且存儲介質可以循環(huán)使用，如果需要更新存儲器中的信息，可在均勻光輻照下活用升溫的方法可全部擦洗，也可通過相減光學運算修改全息圖。如果數(shù)據頁由參考光束角度確定，則每頁的寫或讀可與參考光束的角85上述特點使得基于光折變效應的全息存儲器具有誘人的應用前景，可應用于光學相關器、光學中性網絡、光學互連器及光學動態(tài)記憶器等。下面我們介紹一下光折變存儲器的原理及編碼方式。上述特點使得基于光折變效應的全息存儲器具有誘人的應用前景，可86光折變存儲器中全息圖的寫入使基于二波混頻的幾何配置，即參考光束與載有被存儲信息的信號光束在光折變晶體中相干寫入全息圖。這種形式類似于全息圖的記錄過程。讀出時用擋住信號光用參考光束照射寫入的光柵，衍射光束是物光的再現(xiàn)，通過改變參考光束的入射角（角度編碼）或者改變參考光和物光在晶體中相互作用的區(qū)域（空間編碼），可實現(xiàn)多個全息圖在同一晶體中的多像存儲光折變存儲器中全息圖的寫入使基于二波混頻的幾何配置，即參考光87光折變存儲器的編碼方式，一般有以下幾種：1、角度編碼，所有全息圖完全疊置在光折變晶體中的同一區(qū)域，每個全息圖的分離靠參考光束的角度的變化來實現(xiàn)。由于每個全息圖都分別與一定的布拉格角相關聯(lián)，因此按照布拉格定律只有以正確布拉格角對全息圖對全息圖讀出時才能出現(xiàn)有效的衍射，使被存儲的信息得以再現(xiàn)。2、空間編碼，每個全息圖被存儲在晶體中空間相鄰但又彼此分離得區(qū)域中，通常形成二維傅立葉變換得全息圖陣列，最適用于薄得表面存儲介質。3、空間－角度編碼，每個參考光束得光斑尺寸內和相鄰得全息圖之間不僅有微小得參考光束的角度分離還有微小的空間分離。光折變存儲器的編碼方式，一般有以下幾種：1、角度編碼，所有全88或者是分空間多通道的方法。4、相位編碼，由相位調制器、子透鏡陣列和針孔陣列產生一組正交相位編碼的單位振幅平面波，他們彼此之間分離距離大于布拉格選擇角。每個全息圖依次由相位編碼中的一個相應的平面波分別與物光束在晶體中的干涉來記錄?；蛘呤欠挚臻g多通道的方法。4、相位編碼，由相位調制器、子透鏡89對于記錄在光折變晶體中的全息圖，在讀出其中的某個全息圖是會對它本身以及其他的全息圖造成不期望的擦洗。因為參考光輻照晶體同樣會引起光生載流子的再分配。為了避免這一問題，增大光折變存儲器的存儲時間，人們提出了如下幾種方法。1、室溫下強光寫入固定，這種方法是由Yariv等人提出的，此方法就是用高光強寫入，此方法的優(yōu)點是能夠有選擇地對某個全息圖進行固定，固定是自動地與寫入過程同時進行的。對于記錄在光折變晶體中的全息圖，在讀出其中的某個全息圖是會對902、疇反轉的方法，通過外加電場是與空間電荷場相關的鐵電疇發(fā)生反轉，或者通過制冷樣品使其通過鐵電相變而獲得疇反轉，嚴格來說室溫下強光寫入固定也屬于疇反轉方法。3、熱固定方法，此方法是在全息圖記錄期間或者在記錄之后將樣品放到100～160攝氏度的溫度下，是熱激活離子中和電子形成的空間電荷場。當樣品被冷卻到室溫后再用均勻光輻照樣品，電子光柵被擦洗，只剩下由離子電荷形成的全息圖，而離子柵對光輻照是不敏感的，原來的全息圖就被固定下來了。2、疇反轉的方法，通過外加電場是與空間電荷場相關的鐵電疇發(fā)生91光折變存儲器目前還僅僅處于實驗室研究階段，還有很多問題需要解決，比如，響應時間長，對于鐵電體響應時間為秒的量級，對于響應最快的半導體也是毫秒量級，雖然可以通過并行存儲進行一定的彌補，但也大大限制了存儲速度的進一步提高。再者就是讀出過程中對已記錄全息圖的擦洗，雖然可以通過固定光柵的方法減少或者是避免讀出過程中的擦洗，但這同時卻限制了光折變存儲器動態(tài)讀寫的能力。另外由于扇形效應以及動態(tài)失配光柵引起的信噪比降低也是一個亟待解決的問題。光折變存儲器目前還僅僅處于實驗室研究階段，還有很多問題需要解92光折變存儲器在光存儲與讀出的過程中都要用到激光，但是相對于對優(yōu)秀的光折變存儲材料的需求來說，光折變存儲器讀于激光器的要求并不高。它對于激光器的要求，主要是要求激光器的穩(wěn)定性要高，如果從實用性的角度來考慮，還要求激光器小型化。光折變存儲器在光存儲與讀出的過程中都要用到激光，但是相對于對93光盤的特點1.存儲容量大；一張CD-R的容量為650M，相當于450張軟盤。在刻錄信息時可分多次直至刻滿整張光盤。2.穩(wěn)定性與數(shù)據保存性好，堅固耐用；3.保存時間長；

光盤信息的讀取采用非接觸式激光掃描，多次讀取不會象磁盤、磁帶那樣磨損盤面，且數(shù)據信息為物理性存儲，不受電磁場、光照、氣溫、濕度等的影響、此外，由于盤面上有保護層，密封性好，不受塵土、手印等的損害。4.結構小巧，性能價格比高。5.刻錄后的光盤能在CD機、VCD機、CD-ROM、DVR等播放機上播放和檢索。光盤的特點1.存儲容量大；一張CD-R的容量為650M，相94DVD則從使用較短波長的激光束著手，并提高光盤片數(shù)據的密度，推出第一代的DVD儲存容量即高達4.7GB，是CD產品容量的7倍，而如果采取雙面雙層的記錄方式，容量更可高達17GB。DVD則從使用較短波長的激光束著手，并提高光盤片數(shù)據的密度，95聚碳酸脂PC－這種聚碳酸酯是由雙酚A和碳酸二苯酯縮聚反應而得的

能讓高畫質電視與大量資料存儲設備受到重視的媒介便是依賴光盤，當然要制造出好的光盤片便需要良好的塑料材料。

聚碳酸脂PC－這種聚碳酸酯是由雙酚A和碳酸二苯酯縮聚反應而得96問題藍光雷射(BlueWavelenght)對于PC料會有怎樣的影響？是否PC料藍光雷射的能量而有變質的可能？

PC料是否能夠適應藍光或綠光雷射系統(tǒng)的讀取裝置？

要加入怎樣的添加劑或松弛劑于PC料中，以改善讀取數(shù)據受到螢光或噪聲的干擾？如何復制比目前更深的記錄坑孔？如何控制高分子鏈接長度使PC料的黏性與流動性更適應深度復制？

問題藍光雷射(BlueWavelenght)對于PC料會有97其它的高分子材料也被考慮到，例如一些非結晶相的高分子，乙烯耐波龍聚高分子(Ethylene-norborneneCopolymer)、多環(huán)六方乙烯(Polycyclohexylethylene)，已經是在被實驗階段驗證可用。

其它的高分子材料也被考慮到，例如一些非結晶相的高分子，乙烯耐98還有其它的可能，例如近場記錄(NearFieldRecording,NFR)的設計，這種可以重復讀寫、大量的媒體儲存格式之記錄媒體系組合硬盤浮動讀取功能與光學讀取技術的方式，也被引進塑料的記錄盤片。這技術會取代MO(磁光記錄光盤)、4與8厘米寬的影帶以及所有可攜帶式的硬盤。還有其它的可能，例如近場記錄(NearFieldReco99Bayer德國公司，世界知名，更高存儲密度的盤片用新材料，我們已經能做出每面5GB記錄密度的盤片材料，這是DVD盤片所要求的究極目標，然后，我們最近已經發(fā)展出可以儲存10~15GB如此高記錄密度用的材料。，這些話都來自于該公司光儲存系統(tǒng)事業(yè)部大老Mr.Lower所述。

Bayer100Mr.Lower認為PC料仍然是主流，他強調：「我們還能夠與PC料一起在光盤歷史與碟工業(yè)中中走上一段長路」。話雖如此，Bayer對光盤用的新材料系統(tǒng)仍被如火如荼的加速研究著。每一家都會有相同的疑問，PC真的可以作為下一代光盤的主要材料嗎？PC料需要怎樣的改進才能適用于下一代光盤呢？是化學成份的變化還是使用全新的高分子呢？

Mr.Lower認為PC料仍然是主流，他強調：「我們還能夠101Mr.Lower承認，他建議可能的話PC料的成份須改變，Bayer預計發(fā)展不同的雙酚(Bisphenols，PC材料是一種高分子聚合物，酚則為高分子的一種見鏈接形式)之共聚碳酸脂(Co-Polycarbonate)，有助于雙折射率與吸水率的降低，提供更穩(wěn)定的光學特性。

Mr.Lower承認，他建議可能的話PC料的成份須改變，B102其它的材料如環(huán)烯(CycloOlefins)，是一種完全與PC料不同的光儲存材料，未來8~10年內也許會被大量采用，因此未來的兩年中Bayer亦將投注人力研究。Bayer希望不論是現(xiàn)在與未來，都能夠在光盤工業(yè)材料上保持領先。Bayer的PC料稱為Markolon，因為光盤工業(yè)的需求每年至少有50萬噸的產量，因此Bayer在亞洲的泰國再成立了