光存儲(chǔ)技術(shù)與工藝光存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展史及發(fā)展趨勢(shì)17

1、光存儲(chǔ)技術(shù)與工藝課程考試答題卷光存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展史及發(fā)展趨勢(shì)摘要：光存儲(chǔ)技術(shù)利用光子與物質(zhì)的作用，將各種信息如圖像、語(yǔ)言、文字以及相關(guān)數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，需要時(shí)再將其讀出的存儲(chǔ)技術(shù)。光存儲(chǔ)具有壽命長(zhǎng)、非接觸式讀/寫、信息位的價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，隨著光量子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)、三維體存儲(chǔ)技術(shù)、近場(chǎng)光學(xué)技術(shù)、光學(xué)集成技術(shù)的發(fā)展，光存儲(chǔ)技術(shù)必將在下一世紀(jì)成為信息產(chǎn)業(yè)中的支柱技術(shù)之一。關(guān)鍵詞：光存儲(chǔ)技術(shù) 發(fā)展史 發(fā)展趨勢(shì) 一、光存儲(chǔ)技術(shù)原理光存儲(chǔ)技術(shù)是用激光照射介質(zhì)，通過(guò)激光與介質(zhì)的相互作用使介質(zhì)發(fā)生物理、化學(xué)變化，將信息存儲(chǔ)下來(lái)的技術(shù)。其基本物理原理是：存儲(chǔ)介質(zhì)受到激光照射后，介質(zhì)的某種性質(zhì)(如反射率、反射光極化方向等)

2、發(fā)生改變，介質(zhì)性質(zhì)的不同狀態(tài)映射為不同的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的讀出則通過(guò)識(shí)別存儲(chǔ)單元性質(zhì)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)。二、光存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展史1、從 ld 到 cd-da、模擬到數(shù)字變遷以盤片為存儲(chǔ)介質(zhì)來(lái)記錄信息并采用激光技術(shù)以非接觸的方式記錄和讀取信息的想法最早在1958 年提出。荷蘭飛利浦公司在六十年代末開始進(jìn)行激光束記錄和重放多媒體信息的研究，并于1972年獲得成功,1978年飛利浦公司成功推出激光視盤(ld)系統(tǒng)。由此揭開了光存儲(chǔ)技術(shù)的序幕，ld由于其巨大的體積和高昂的價(jià)格沒(méi)有得到大范圍的普及。但其在光盤發(fā)展史上的價(jià)值卻毋庸置疑，ld 系統(tǒng)與今天的光存儲(chǔ)產(chǎn)品一樣包括驅(qū)動(dòng)器和光盤兩部分,同樣采用了激光以非接

3、觸的方式來(lái)讀取存儲(chǔ)于盤片上的信息,光盤直徑為30厘米。ld與現(xiàn)代光盤系統(tǒng)的主要區(qū)別在于其影像和聲音都是使用頻率調(diào)制的模擬信號(hào)而非數(shù)字信號(hào)。1979年3月，飛利浦公司首次展示了其cd產(chǎn)品的優(yōu)越音質(zhì)。隨后飛利浦與索尼達(dá)成協(xié)議共同開發(fā)cd-da標(biāo)準(zhǔn)。1980年6月飛利浦與索尼共同推出了音頻cd的格式標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)首次引人了數(shù)字信號(hào)技術(shù)。1982年8月17日,飛利浦電子公司在位于德國(guó)漢諾威州附近的工廠里制造出世界首張cd。cd的發(fā)明在音樂(lè)產(chǎn)業(yè)引導(dǎo)了一場(chǎng)技術(shù)變革。其出眾的音質(zhì)以及耐損性，標(biāo)志著從模擬模式到數(shù)碼音樂(lè)科技轉(zhuǎn)變的開始。1982年1月，共有約150首曲目被制作成了第一批cd推向市場(chǎng)，首批cd播放機(jī)

4、于1982 年11月在日本推出。1986 年cd機(jī)銷量首次超越錄音機(jī), 1988年cd光盤銷量首次超越磁帶。時(shí)至今日，cd在音樂(lè)由模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)變中扮演了重要角色。2、 cd 光盤的格式變遷cd-da最初的設(shè)計(jì)目的是用于儲(chǔ)存高品質(zhì)的音樂(lè)文件,與計(jì)算機(jī)行業(yè)完全沒(méi)有聯(lián)系,但在cd-da中采用了數(shù)字技術(shù)來(lái)存儲(chǔ)音頻信息,數(shù)字技術(shù)的使用使cd與計(jì)算機(jī)具有了天然的聯(lián)系,只要將cd唱片中的音樂(lè)文件用數(shù)據(jù)文件替代,便能夠得到一種適用于計(jì)算機(jī)使用的大容量存儲(chǔ)介質(zhì)。光盤很自然的成為計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)的一種選擇,這也促成了cd-rom標(biāo)準(zhǔn)推出。1985年,飛利浦與索尼聯(lián)手推出適用于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)承載的cd-rom標(biāo)準(zhǔn),但對(duì)計(jì)算

5、機(jī)用戶而言沒(méi)有多大的實(shí)際意義。在1995 年計(jì)算機(jī)業(yè)內(nèi)最轟動(dòng)的事件莫于windows95的發(fā)布,windows95是第一種用光盤發(fā)行的操作系統(tǒng),雖然也有軟盤版,但幾十張軟盤己經(jīng)超出了用戶的忍耐極限,光驅(qū)終于流行開來(lái)。cd-rom在其誕生十年的時(shí)候終于成為了計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置。cd-rom標(biāo)準(zhǔn)制定完成之后,飛利浦與索尼不斷進(jìn)行完善,衍生出數(shù)量眾多,功能各異的子規(guī)格,包括cd-i、cd-r、cd-v、cd-romxa、photoe cd、video cd等。3、 cd 的視頻格式 vcdvcd的標(biāo)準(zhǔn)由飛利浦公司和jvc公司于1993年制定，從此cd光盤在視頻存儲(chǔ)領(lǐng)域也有了用武之地。vcd是一種動(dòng)態(tài)、

6、全屏播放的視頻標(biāo)準(zhǔn)，其圖像質(zhì)量高于家用錄像機(jī)，低于ld和dvd。由于vcd在圖像質(zhì)量方面不理想,且當(dāng)時(shí)西方發(fā)達(dá)國(guó)家家庭生活已經(jīng)普及了錄像機(jī),錄像機(jī)、錄像帶種類豐富,生產(chǎn)、銷售和租賃體系完備。當(dāng)時(shí)的主要家電企業(yè)認(rèn)為vcd是一種過(guò)渡產(chǎn)品，沒(méi)有給予vcd足夠的注意。但vcd在亞洲，特別是在中國(guó)取得了巨大的成功。但畢竟vcd在圖像質(zhì)量、聲音和附加功能等方面存在先天的缺陷,在dvd出現(xiàn)以后迅速在市場(chǎng)上消失。4、由讀到寫、cd 的刻錄標(biāo)準(zhǔn)cd-da、vcd和cd-rom均是采用母盤灌制的方式,在盤片壓制過(guò)程中即將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于盤片中,而用戶只能被動(dòng)接收并在驅(qū)動(dòng)器上讀取已存在于光盤上的信息,但不可能將已有的數(shù)據(jù)

7、寫到光盤中,但這樣的光存儲(chǔ)技術(shù)顯然是不完善。cd-r標(biāo)準(zhǔn)正是為解決這個(gè)問(wèn)題而出現(xiàn)的,它允許用戶將數(shù)據(jù)自行寫入到專門的cd-r光盤,以實(shí)現(xiàn)真正的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。1990年飛利浦與索尼共同制定了cd-r規(guī)格書,cd-r標(biāo)準(zhǔn)允許用戶將數(shù)據(jù)自行寫人到專門的cd-r光盤,實(shí)現(xiàn)真正的個(gè)人數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。1996年10月, cd-r標(biāo)準(zhǔn)推出,并將其更名為cd-rw。cd-rw刻錄機(jī)可同時(shí)支持cd-r、cd-rw和cd-rom三種規(guī)格。5、 dvd與其刻錄標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展上個(gè)世紀(jì)90年代初,在好萊塢的強(qiáng)烈要求下,dvd的研發(fā)工作開始啟動(dòng)。1995年9月dvd consortium成立,并于1995年底推出dvd-rom標(biāo)準(zhǔn)。19

8、97年4月dvd consortium更名為dvd論壇。在dvd論壇的推動(dòng)下dvd先后發(fā)展了dvd-video(又可分為電影格式及個(gè)人計(jì)算機(jī)格式)、dvd-rom、dvd-r、dvd-ram、dvd-audio五種格式,其功能覆蓋了音頻、視頻、計(jì)算機(jī)讀寫的全部范圍。在盤片結(jié)構(gòu)方面dvd也發(fā)展出了單面單層(dvd-5)、單面雙層(dvd-9)、雙面單層(dvd -10)、雙面/混層(dvd-14)和雙面雙層(dvd-18)等五種結(jié)構(gòu),存儲(chǔ)容量由4.7gb 到17gb不等，dvd刻錄標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)爭(zhēng)奪和技術(shù)進(jìn)步發(fā)展到dvd-ram、dvd-rw、 dvd-rw規(guī)格。6、bd與hd dvd格式bd(b

9、lu-ray disc)采用的是波長(zhǎng)為405nm的藍(lán)紫光技術(shù)。盤片容量為單面單層25gb、雙層50gb，雙面單層50gb、雙層100gb。bd采用的是mpeg-2、mpeg-4、h.264和wmv-9視頻編碼，音頻則采用了dolby digital、dts和lpcm編碼，可選dolby digital plus、無(wú)損的dolby truehd和dts hd，藍(lán)光盤的容量大，添加了硬質(zhì)塑料或聚合物外殼，盤片的保護(hù)性好；與現(xiàn)有dvd不兼容，制作成本較高，播放機(jī)的價(jià)格也較貴。hd dvd也采用藍(lán)紫光技術(shù)，盤片容量為單面單層15gb、雙層30gb，雙面單層30gb、雙層60gb。hd dvd采用mpe

10、g-4、h.264、wmv-9和mpeg-2視頻編碼，音頻采用dolby digital plus、dts、dolby digital和mpeg audio等有損編碼和lpcm、mlp和dts hd等無(wú)損編碼。hd dvd兼容現(xiàn)有dvd，生產(chǎn)成本也較低。bd與hd dvd的面世，光存儲(chǔ)廠商展開5年藍(lán)光dvd標(biāo)準(zhǔn)爭(zhēng)奪戰(zhàn)。最后以索尼為首bd陣營(yíng)贏得藍(lán)光dvd的標(biāo)準(zhǔn)，為防止索尼藍(lán)光dvd壟斷，中國(guó)版hd dvd堅(jiān)持如期推出。三、光存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)光盤存貯由于受光斑尺寸的限制，密度提高有限。為滿足信息時(shí)代發(fā)展的需要，必須研發(fā)新的超高密度光電存貯系統(tǒng)?？茖W(xué)家們一致看好短期有實(shí)用前景的超高密度光電存貯技

11、術(shù)，主要有下面兩種：1、三維體全息存儲(chǔ)技術(shù)這種存儲(chǔ)方式是利用光的干涉原理，在記錄材料上以體全息圖的形式記錄信息，并在特定條件下以衍射形式恢復(fù)所存儲(chǔ)的信息。三維多重體全息存儲(chǔ)，是利用某些光學(xué)晶體的光折變效應(yīng)記錄全息圖形圖像。三維體全息存儲(chǔ)的原理是，待存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)由空間光調(diào)制器調(diào)制成二維信息，然后與參考光在記錄介質(zhì)中發(fā)生干涉，并利用材料的光折變效應(yīng)形成體全息圖而完成信息的記錄。讀取時(shí)使用和原來(lái)相同的參考光尋址，以讀出存儲(chǔ)在晶體中的相應(yīng)的全息圖。根據(jù)體全息圖的布拉格角度或波長(zhǎng)選擇性，改變參考光的入射角度或波長(zhǎng)以實(shí)現(xiàn)多重存儲(chǔ)。2、近場(chǎng)光學(xué)存儲(chǔ)技術(shù)目前各種光盤驅(qū)動(dòng)器均用光學(xué)鏡頭進(jìn)行讀或?qū)?，其物鏡離介質(zhì)為毫米量級(jí)，屬于遠(yuǎn)場(chǎng)光學(xué)存儲(chǔ)系統(tǒng)。雖然可通過(guò)短波長(zhǎng)光激光器和固體浸沒(méi)透鏡等技術(shù)能使光盤記錄密度有一定的提高。但物鏡聚焦的光斑尺寸受遠(yuǎn)場(chǎng)衍射極限的制約，而不可能從根本上實(shí)現(xiàn)光學(xué)存儲(chǔ)的超高密度。在近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡中，近場(chǎng)的小孔功能由光學(xué)探針的針尖來(lái)完成。光學(xué)探針尖端孔徑遠(yuǎn)小于光的波長(zhǎng)。當(dāng)把這樣的納米小