光存储技术与工艺光存储技术的发展史及发展趋势17.doc

光存储技术与工艺课程考试答题卷光存储技术的发展史及发展趋势摘要：光存储技术利用光子与物质的作用，将各种信息如图像、语言、文字以及相关数据记录下来，需要时再将其读出的存储技术。光存储具有寿命长、非接触式读/写、信息位的价格低等优点，随着光量子数据存储技术、三维体存储技术、近场光学技术、光学集成技术的发展，光存储技术必将在下一世纪成为信息产业中的支柱技术之一。关键词：光存储技术 发展史 发展趋势 一、光存储技术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。二、光存储技术的发展史1、从 LD 到 CD-DA、模拟到数字变迁以盘片为存储介质来记录信息并采用激光技术以非接触的方式记录和读取信息的想法最早在1958 年提出。荷兰飞利浦公司在六十年代末开始进行激光束记录和重放多媒体信息的研究，并于1972年获得成功,1978年飞利浦公司成功推出激光视盘(LD)系统。由此揭开了光存储技术的序幕，LD由于其巨大的体积和高昂的价格没有得到大范围的普及。但其在光盘发展史上的价值却毋庸置疑，LD 系统与今天的光存储产品一样包括驱动器和光盘两部分,同样采用了激光以非接触的方式来读取存储于盘片上的信息,光盘直径为30厘米。LD与现代光盘系统的主要区别在于其影像和声音都是使用频率调制的模拟信号而非数字信号。1979年3月，飞利浦公司首次展示了其CD产品的优越音质。随后飞利浦与索尼达成协议共同开发CD-DA标准。1980年6月飞利浦与索尼共同推出了音频CD的格式标准，该标准首次引人了数字信号技术。1982年8月17日,飞利浦电子公司在位于德国汉诺威州附近的工厂里制造出世界首张CD。CD的发明在音乐产业引导了一场技术变革。其出众的音质以及耐损性，标志着从模拟模式到数码音乐科技转变的开始。1982年1月，共有约150首曲目被制作成了第一批CD推向市场，首批CD播放机于1982 年11月在日本推出。1986 年CD机销量首次超越录音机, 1988年CD光盘销量首次超越磁带。时至今日，CD在音乐由模拟到数字的转变中扮演了重要角色。2、 CD 光盘的格式变迁CD-DA最初的设计目的是用于储存高品质的音乐文件,与计算机行业完全没有联系,但在CD-DA中采用了数字技术来存储音频信息,数字技术的使用使CD与计算机具有了天然的联系,只要将CD唱片中的音乐文件用数据文件替代,便能够得到一种适用于计算机使用的大容量存储介质。光盘很自然的成为计算机存储的一种选择,这也促成了CD-ROM标准推出。1985年,飞利浦与索尼联手推出适用于计算机数据承载的CD-ROM标准,但对计算机用户而言没有多大的实际意义。在1995 年计算机业内最轰动的事件莫于Windows95的发布,Windows95是第一种用光盘发行的操作系统,虽然也有软盘版,但几十张软盘己经超出了用户的忍耐极限,光驱终于流行开来。CD-ROM在其诞生十年的时候终于成为了计算机的标准配置。CD-ROM标准制定完成之后,飞利浦与索尼不断进行完善,衍生出数量众多,功能各异的子规格,包括CD-I、CD-R、CD-V、CD-ROMXA、PHOTOE CD、Video CD等。3、 CD 的视频格式 VCDVCD的标准由飞利浦公司和JVC公司于1993年制定，从此CD光盘在视频存储领域也有了用武之地。VCD是一种动态、全屏播放的视频标准，其图像质量高于家用录像机，低于LD和DVD。由于VCD在图像质量方面不理想,且当时西方发达国家家庭生活已经普及了录像机,录像机、录像带种类丰富,生产、销售和租赁体系完备。当时的主要家电企业认为VCD是一种过渡产品，没有给予VCD足够的注意。但VCD在亚洲，特别是在中国取得了巨大的成功。但毕竟VCD在图像质量、声音和附加功能等方面存在先天的缺陷,在DVD出现以后迅速在市场上消失。4、由读到写、CD 的刻录标准CD-DA、VCD和CD-ROM均是采用母盘灌制的方式,在盘片压制过程中即将数据存储于盘片中,而用户只能被动接收并在驱动器上读取已存在于光盘上的信息,但不可能将已有的数据写到光盘中,但这样的光存储技术显然是不完善。CD-R标准正是为解决这个问题而出现的,它允许用户将数据自行写入到专门的CD-R光盘,以实现真正的数据存储。1990年飞利浦与索尼共同制定了CD-R规格书,CD-R标准允许用户将数据自行写人到专门的CD-R光盘,实现真正的个人数据存储。1996年10月, CD-R标准推出,并将其更名为CD-RW。CD-RW刻录机可同时支持CD-R、CD-RW和CD-ROM三种规格。5、 DVD与其刻录标准发展上个世纪90年代初,在好莱坞的强烈要求下,DVD的研发工作开始启动。1995年9月DVD Consortium成立,并于1995年底推出DVD-ROM标准。1997年4月DVD Consortium更名为DVD论坛。在DVD论坛的推动下DVD先后发展了DVD-VIDEO(又可分为电影格式及个人计算机格式)、DVD-ROM、DVD-R、DVD-RAM、DVD-AUDIO五种格式,其功能覆盖了音频、视频、计算机读写的全部范围。在盘片结构方面DVD也发展出了单面单层(DVD-5)、单面双层(DVD-9)、双面单层(DVD -10)、双面/混层(DVD-14)和双面双层(DVD-18)等五种结构,存储容量由4.7GB 到17GB不等，DVD刻录标准经过标准争夺和技术进步发展到DVD-RAM、DVD-RW、 DVD-RW规格。6、BD与HD DVD格式BD(Blu-ray Disc)采用的是波长为405nm的蓝紫光技术。盘片容量为单面单层25GB、双层50GB，双面单层50GB、双层100GB。BD采用的是MPEG-2、MPEG-4、H.264和WMV-9视频编码，音频则采用了Dolby Digital、DTS和LPCM编码，可选Dolby Digital Plus、无损的Dolby TrueHD和DTS HD，蓝光盘的容量大，添加了硬质塑料或聚合物外壳，盘片的保护性好；与现有DVD不兼容，制作成本较高，播放机的价格也较贵。HD DVD也采用蓝紫光技术，盘片容量为单面单层15GB、双层30GB，双面单层30GB、双层60GB。HD DVD采用MPEG-4、H.264、WMV-9和MPEG-2视频编码，音频采用Dolby Digital Plus、DTS、Dolby Digital和MPEG Audio等有损编码和LPCM、MLP和DTS HD等无损编码。HD DVD兼容现有DVD，生产成本也较低。BD与HD DVD的面世，光存储厂商展开5年蓝光DVD标准争夺战。最后以索尼为首BD阵营赢得蓝光DVD的标准，为防止索尼蓝光DVD垄断，中国版HD DVD坚持如期推出。三、光存储技术的发展趋势光盘存贮由于受光斑尺寸的限制，密度提高有限。为满足信息时代发展的需要，必须研发新的超高密度光电存贮系统。科学家们一致看好短期有实用前景的超高密度光电存贮技术，主要有下面两种：1、三维体全息存储技术这种存储方式是利用光的干涉原理，在记录材料上以体全息图的形式记录信息，并在特定条件下以衍射形式恢复所存储的信息。三维多重体全息存储，是利用某些光学晶体的光折变效应记录全息图形图像。三维体全息存储的原理是，待存储的数据由空间光调制器调制成二维信息，然后与参考光在记录介质中发生干涉，并利用材料的光折变效应形成体全息图而完成信息的记录。读取时使用和原来相同的参考光寻址，以读出存储在晶体中的相应的全息图。根据体全息图的布拉格角度或波长选择性，改变参考光的入射角度或波长以实现多重存储。2、近场光学存储技术目前各种光盘驱动器均用光学镜头进行读或写，其物镜离介质为毫米量级，属于远场光学存储系统。虽然可通过短波长光激光器和固体浸没透镜等技术能使光盘记录密度有一定的提高。但物镜聚焦的光斑尺寸受远场衍射极限的制约，而不可能从根本上实现光学存储的超高密度。在近场光学显微镜中，近场的小孔功能由光学探针的针尖来完成。光学探针尖端孔径远小于光的波长。当把这样的纳米小孔置于距样品表面一个波长以内（即近场区域时），不仅可以探测到由物体衍射的传导分量，而且可探测到非辐射场-隐失场分量（对应于高的空间频率，包括丰富的纳米光学信息）。因此，近场光学存储的基本原理是，通过纳米尺寸的光学头和纳米尺寸的距离控制，实现纳米尺寸的光点记录。所以克服了衍射极限而提高了光存储的密度。参考文献：1.张永旭.数字光盘30年发展史回顾，2009.12