信息资料迅速增长是当今社会的一大特点。有人统计,科技文献数量大约每7年增加1倍,而一般的情报资料则以每2年~3年翻一番的速度增加。大量资料的存储、分析、检索和传播,迫切需要高密度、大容量的存储介质和管理系统。
1898年荷兰的Valdemar Poulsen发明了世界上首个磁记录设备:磁线录音机,从此,开始了传统的磁记录应用实践。在随后的一个多世纪里面,出现了多种不同种类的磁记录设备:磁带机,磁芯存储器,磁盘等等。虽然有大量不同的磁存储设备出现,但是磁记录的基础原理仍然是上述的铁磁性材料能够保持外磁场磁化方向的特性。传统的磁记录的写入原理是将随时间变化的电信号转换为在线性或者旋转的铁磁性材料中的磁化强度和方向的空间变化,传统的磁记录读出原理是将分布于磁性材料中的磁化方向和强度的空间变化,通过线性或者旋转运动,利用磁电转化元件,转换为随时间变化的电信号。
但是,随着记录密度的提高(目前的硬盘记录密度已经能够达到 30Gb/cm2),能够获得的感生电流的强度和信噪比已经过小,造成读入设备的误码率已经不能达到要求。计算机和信息产业的发展使越来越多的信息内容以数字化的形式记录、传输和存储,对大容量信息存储技术的研究也随之不断升温 。激光技术的不断成熟,尤其是半导体激光器的成熟应用,使得光存储从最初的微缩照相发展成为快捷、方便、容量巨大的存储技术,各种光ROM纷纷产生。与磁介质存储技术相比,光存储具有寿命长、非接触式读/写、信息位的价格低等优点。
光存储的基本原理
光存储技术是用激光照射介质,通过激光与介质的相互作用使介质发生物理、化学变化,将信息存储下来的技术。其基本物理原理是:存储介质受到激光照射后,介质的某种性质(如反射率、反射光极化方向等)发生改变,介质性质的不同状态映射为不同的存储数据,存储数据的读出则通过识别存储单元性质的变化来实现。
作为光储存方式,已有近百年的发展历史。常见的照相术就是最早的光存储技术。无论是胶片感光灵敏度、分辨率、色彩,还是照相仪器,都取得了长足的进步,不仅能拍摄静止景物,还能通过电影、电视将活动图像记录和再现。然而, 包括全息照相在内的照相术,都属于模拟光存储范畴,它在存储容量、存储密度及传输速率等方面都受到一定限制。随着信息社会的发展,特别是激光的出现和计算机的日益普及,数字光储技术开始兴起,数字光盘的诞生成为存储技术的一项重大突破。
迄今为止,绝大部分商品化光盘存储系统中所用的记录介质的记录机理都是热致效应。利用从激光束吸收的能量,作为高度集中的、强大的热源,促使介质局部熔化或蒸发,通常称为烧蚀记录。在实际操作中,一般用电脑来处理信息,因为电脑只能识别二进制数据,所以要在存储介质上面储存数据、音频和视频等信息,首先要将信息转化为二进制数据。现在常见的CD光盘、DVD光盘等光存储介质,与软盘、硬盘相同,都是以二进制数据的形式来存储信息的。
写入信息时,将主机送来的数据经编码后送入光调制器,使激光源输出强度不同的光束,调制后的激光束通过光路系统, 经物镜聚焦然后照射到介质上,存储介质经激光照射后被烧蚀出小凹坑,所以在存储介质上,存在被烧蚀和未烧蚀两种不同的状态,这两种状态对应着两种不同的二进制的数据。
聚焦光束人射到光盘上,如果光盘上已经存在记录信息,反射光的特征,例如,光强、光的相位或者光的偏振状态将发生某种变化,通过电子系统处理可以再现原始记录的数据信息,这就是光盘的基本读出过程。具体来说,就是读取信息时,激光扫描介质,在凹坑处由于反射光与入射光相互抵消入射光不返回,而在未烧蚀的无凹坑处,入射光大部分返回。这样,根据光束反射能力的不同,就可以把存储介质上的二进制信息读出,然后再将这些二进制代码转换成为原来的信息。
另外,可擦写光盘的存储介质为使光照点的结晶态发生变化,即相变型介质。而磁光存储材料的光盘的存储介质则是产生磁化方向的改变,从而记录或删除信息。
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