光存儲技術

伴隨信息資源的數字化和信息量的迅猛增長，對存儲器的存儲密度、存取速率及存儲壽命的要求不斷提高。在這種情況下，光存儲技術應運而生。光存儲技術具有存儲密度高、存儲壽命長、非接觸式讀寫和檫出、信息的信噪比高、信息位的價格低等優點。

此激光束經光路系統、物鏡聚焦后照射到介質上（焦點處記錄斑直徑正比于波長λ，反比於聚焦系統的數值孔徑NA）,其中一種存儲方法是介質被激光燒蝕出小凹坑。介質上被燒蝕和未燒蝕的兩種狀態對應著兩種不同的二進位數據。識別存儲單元這些性質變化，即讀出被存儲的數據。

1990年中期，5.25英寸磁光碟（即MO，3.5英寸的MO只出現在日本）系統取代了12英寸寫一次可讀多次 (WORM) 光碟的統治地位，並且把這種地位一直保持到最近。在MO驅動器中有一個電磁頭來極化記錄層上的磁點，它只有在溫度很高時才會改變。所以MO磁碟的工作方式是：MO磁碟的一面上有一個激光二極體把極點加熱到臨界溫度（稱為“居里點”），而在另一面的磁頭把該點極化。當該極點“旋離”激光頭后，該點會迅速冷卻下來，並保持了極性，除非對它再次加熱和加磁。一般的磁鐵摩擦，甚至核磁共振掃描儀都對MO磁碟沒有影響。

MO最可怕的競爭來自可讀寫壓縮光碟（CD-R，1990年出現）。MO的製造商通過在不提升價格的同時顯著增加容量的方式回擊CD-R的挑戰。所有MO製造商都統一了標準，並且採取了一致的發展“路線”：每隔18個月把容量提高一倍。MO的容量從1.3GB、2.6GB、5.2GB、一直發展到現在的9.4GB(4.7GB/面)。並且每種新型的MO驅動器仍可以讀取以前三代MO媒質，同時至少能寫前兩代的MO盤。MO的用戶和存儲管理員把這種投資保護特點看作是MO的最大優勢，並且對MO非常忠心。

但是MO生產商知道，9.4GB可能是5.25英寸MO盤的極限了。因為如果進一步縮小或密排記錄點，那麼就會導致無法接受的高錯誤率；而如果把激光二極體的波長從紅光一端轉到藍光一端，雖可提高容量（可提高4倍），但製造商現在無法生產足夠小、足夠便宜和使用壽命足夠長的藍光激光二極體。

當第一批可讀寫CD系統上市時，這種系統的驅動器價格高達5000多美元，碟片價格也有20多美元。但是這種光碟可以在任何CD-ROM驅動器或CD-音頻播放機中使用。

這種技術在出現后就被迅速標準化，並且十幾家製造商開始製造這種系統。飛利浦和索尼還推出了一種可讀寫的 (CD-RW) 光碟，並鼓動所有隻讀驅動器的製造商在其產品中安裝這種“多次讀寫”晶元。今天，標準的CD-RW驅動器(“CD 刻錄機”) 的零售價格不超過200美元，而可讀寫光碟的價格在1美元左右，一次寫入的光碟價格低於0.50美元。最近出現了另外一種標準規格的可讀寫光碟。用於高速記錄（即由12倍速以上的新驅動器寫入）的CD-RW光碟不能用於8倍速以下的老式光碟驅動器。所以在升級之前，請檢查您驅動器的規格。 Eastman Kodak 推出了一種極具誘惑力的混合CD（CD-PROM），它綜合了“只讀”和“可記錄”兩種特點。用戶可用CD-PROM為特定收件人定製發行光碟，用戶則可以更改某些文件，但是不能更改其他文件。即便如此，說它是一種殺手鐧還為時過早。

六年以前，在業界第一個標準組織——光存儲技術協會中有過一次爭論，爭論的一方是索尼和飛利浦，另一方是東芝、日立和Matsushita。他們所爭論的問題是關於一種新型的、高容量的、與CD媒質採用相同形式的光碟系統。爭論的結果是東芝聯盟一方“贏了”，他們把這種新格式命名為DVD。

DVD記錄採用了相變技術。這種技術已經存在多年，其原理是：激光二極體發出的熱量使記錄點呈現高反射（“水晶”）狀態或另外一種狀態（“非晶體”），而第二個激光二極體在讀取這兩種不同狀態時把它們分別標識為“1”或“0”。（相比之下， CD-R只寫一次，因為它使用“燒蝕”技術在記錄層中產生一種永久性的、物理的標記。）

MO製造商多年來一直批評相變記錄技術，他們聲稱這種媒質的寫入次數只能達到MO的十分之一。但這種數字是“幾十萬次”與“幾百萬次”的比較。對於普通的存儲應用來說，這種比較根本沒有什麼實際意義。

需要記住的是，DVD的容量不是由數據存儲業設置的，而是由好萊塢制定的。一張DVD光碟需要容納兩個小時的全動作片，並能提供廣播電視級的圖像大小和質量。最終，DVD採用相當緊密的壓縮演演算法 (MPEG-2)，每個記錄層的最低容量是4.7GB。現在這個數字已經成了標準。

先鋒、Matsushita、東芝、日立等廠家都把他們的最新式DVD錄製機製成多功能的：先鋒增加了一種稱為DVD-RW格式的可重寫能力，Matsushita集團採用了只寫入一次的DVD-R。你可能會猜到，不同廠家的可重寫媒質是不兼容的，而只有DVD-R光碟是通用的。

現在出現了一種更專用的可讀寫格式。索尼、飛利浦以及其他四個廠商都在宣傳DVD+RW 格式。但是DVD+RW驅動器和介質才剛剛上市。惠普推出了第一個商業品牌的DVD+RW，而戴爾是支持它的第一個PC製造商。現在，蘋果公司也OEM了先鋒的DVD-R驅動器。

在採用光碟存儲方法之前，我們還應該問問是否有更新的、更好的存儲技術出現。從長遠的觀點來看，當然有。可IT企業不希望在短期內系統的存儲能力有巨大提高。比如，DVD每面可以有兩個數據層，但還不能實現在每面上提供兩個可記錄層。在一兩年之內，這種改進恐怕無法實現。

今年可能要出現一種稱為“DataPlay”的一次寫入格式。它可在四分之一的普通碟片面積上存儲500MB數據。Samsung 和 Imation將推出第一批DataPlay驅動器和碟片。據說這種格式的物理大小和容量可能更適合於“娛樂”而不是用於“數據”。

不要相信一些“虛幻”的未來許諾。藍光激光二極體仍然沒有任何明顯進展。幾年以前，Quinta 和TeraStor曾經極力鼓吹稱為“近場”和“遠場”記錄的光磁混合技術，結果是這兩種方案到現在也沒有投入實際生產。只有在材料科學發生重大突破后，全息系統才有可能在一塊方糖大小的空間上存儲他們曾經吹噓過的TB級數據。

記錄介質為塗有光刻膠的玻璃盤基。在調製后的激光束的照射下，再經過曝光、顯影、脫膠等過程，正像母盤上就出現凹凸的信號結構。之後利用蒸發和電鍍技術，得金屬負像母盤，最後用注塑法或光聚合法在金屬母盤上複製光碟。讀出信息：激光照射在凹坑上，利用凹坑與周圍介質反射率差別讀出信息。

記錄信息：利用熱效應。用聚焦激光束照射CD-R 光碟中的有機染料記錄層，照射點的染料發生汽化，形成與記錄信息對應的坑點，完成信息的記錄。讀出信息：利用坑點與周圍介質反射率的區別。

相變型存儲材料的光碟 記錄信息：高功率調製后的激光束照射記錄介質，形成非晶相記錄點。非晶相記錄點的反射率與未被照射的晶態部分有明顯的差異。讀出信息：用低功率激光照射存儲單元，利用反射光的差異讀出信息。信息的擦除：相記錄點在低功率、寬脈衝激光照射下，又變回到晶態。

磁光存儲材料的光碟 記錄信息：記錄介質為磁化方向單向規則排列的垂直磁光膜。在聚焦激光束照射下，發生熱磁效應，記錄點的磁化方向發生變化，進而完成信息記錄。讀出信息：利用法拉第效應和克爾效應。信息的擦出：在激光的作用下，改變偏磁場的方向，刪出了記錄信息。

多媒體信息時代的第一次數字化革命是以直徑為12cm 的高音質CD（Compact disc）光碟取代直徑為30cm 的密紋唱片。這其中包括CD-ROM, CD-R 和CD-RW 類型。CD 光碟使用的激光波長為780nm，數值孔徑為0.45，道間距為1.6um，存儲容量為650MB。第二代數字多用光碟DVD(Digital Versatile Disk)使用的激光波長為635/650nm，數值孔徑為0.6，道間距為0.74um，單面存儲容量為4.7GB，雙面雙層結構的為17GB。DVD光碟系列有DVD-ROM, DVD-R, DVD-RW, DVD+RW 等多種類型。目前DVD-Multi 已兼容了

DVD-RW, DVD+RW, DVD-RAM 三種光碟。上述這些產品的問世，對包括音頻、視頻信息在內的數據的記錄都發揮過巨大的作用。

高清晰度電視HDTV(High-Definition)的投入使用，要求研發出更高存儲密度的光碟，藍光存儲、近場光存儲等應運而生。

多階光存儲是目前國內外光存儲研究的重點之一，緣於它可以大大地提高存儲容量和數據傳輸率。在傳統的光存儲系統中，二元數據序列存儲在記錄介質中，記錄符只有兩種不同的物理狀態，例如只讀光碟中交替變化的坑岸形貌。多階光存儲是讀出信號呈現多階特性，或者直接採用多階記錄介質。多階光存儲分為信號多階光存儲和介質多階光存儲。

從技術上講，藍光光碟的下一代存儲技術是相當先進的，不過由於藍光光碟格式本身與現存的紅光DVD格式並不兼容，所以如果採用藍光光碟格式的廠商必須大動干戈的更換整條生產線，這大大增加了生產廠商的生產成本，使得其價格普遍偏高，從很大程度上阻礙了藍光光碟格式的普及。所以雖然藍光技術得到了很多大廠得支持，但價格是藍光技術的致命傷。不過還是有很多有實力的大廠如三星、飛利浦、LG、三菱、索尼等表示他們已經或將很快推出其支持藍光技術的產品。