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由于软盘的容量小,光盘凭借大容量得以广泛使用。我们听的CD是一种光盘,看的VCD也是一种光盘。   

现在一般的硬盘容量在3GB到20多GB之间,软盘的容量为1.44MB多,光盘的最大容量大约是650MB,(DVD盘片单面4.7GB)。

光盘的存储原理比较特殊,里面存储的信息不能被轻易地改变。也就是说我们常见的光盘生产出来的时候是什么样,就一直是那样了那我们有没有办法把自己写的文章存在光盘上呢?

有一种特殊的光盘CD-R是可以写的,但需要使用"光盘刻录机"才能把文章写到CD-R光盘上。

说到这里,我们来想一下,光盘是属于内存储器还是外存储器呢?要记住,我们所说的内部存储器就是内存,而外部存储器都是可以电脑中拆卸下来的。常见的外部存储器有硬盘、光盘、软盘。

下面对光盘的原理进行一下阐述:

光盘是如何造出来的?面对这个问题,可能很多人都没有办法回答出来。我们的台式电脑,可以通过组装的形式来制造,例如把处理器、内存、硬盘、主板等配件,安装在机箱里,就形成了一台电脑。而一块主板则是通过电路板布线、贴片、焊接、插件、再焊接等步骤完成的。然而,一张薄薄的光盘,它又如何才能制造出来呢?

为了向大家解开这个谜团,我们特地深入了铼德在昆山的光盘生产基地,从而解开光盘的生产之谜。

要了解光盘的制造原理,首先就要了解光盘的结构,其结构同制造过程密切相关。大家都知道,光盘只是一个统称,它分成两类,一类是只读型光盘,其中包括CD-Audio、CD-Video、CD-ROM、DVD-Audio、DVD-Video、DVD-ROM等;另一类是可记录型光盘,它包括CD-R、CD-RW、DVD-R、DVD+R、DVD+RW、DVD-RAM、Double layer DVD+R等各种类型。

根据光盘结构,光盘主要分为CD、DVD、蓝光光盘等几种类型,这几种类型的光盘,在结构上有所区别,但主要结构原理是一致的。而只读的CD光盘和可记录的CD光盘在结构上没有区别,它们主要区别在材料的应用和某些制造工序的不同,DVD方面也是同样的道理。现在,我们就以CD光盘为例进行讲解。

我们常见的CD光盘非常薄,它只有1.2mm厚,但却包括了很多内容。从图1中可以看出,CD光盘主要分为五层,其中包括基板、记录层、反射层、保护层、印刷层等。现在,我们分别进行说明。

1.基板

它是各功能性结构(如沟槽等)的载体,其使用的材料是聚碳酸酯(PC),冲击韧性极好、使用温度范围大、尺寸稳定性好、耐候性、无毒性。一般来说,基板是无色透明的聚碳酸酯板,在整个光盘中,它不仅是沟槽等的载体,更是整体个光盘的物理外壳。CD光盘的基板厚度为1.2mm、直径为120mm,中间有孔,呈圆形,它是光盘的外形体现。光盘之所以能够随意取放,主要取决于基板的硬度。

在读者的眼里,基板可能就是放在最底部的部分。不过,对于光盘而言,却并不相同。如果你把光盘比较光滑的一面(激光头面向的一面)面向你自己,那最表面的一面就是基板。需要说明的是,在基板方面,CD、CD-R、CD-RW之间是没有区别的。

2.记录层(染料层)

这是烧录时刻录信号的地方,其主要的工作原理是在基板上涂抹上专用的有机染料,以供激光记录信息。由于烧录前后的反射率不同,经由激光读取不同长度的信号时,通过反射率的变化形成0与1信号,借以读取信息。目前市场上存在三大类有机染料:花菁(Cyanine)、酞菁 (Phthalocyanine) 及偶氮 (AZO) 。

目前,一次性记录的CD-R光盘主要采用(酞菁)有机染料,当此光盘在进行烧录时,激光就会对在基板上涂的有机染料,进行烧录,直接烧录成一个接一个的"坑",这样有"坑"和没有"坑"的状态就形成了‘0'和‘1'的信号,这一个接一个的"坑"是不能回复的,也就是当烧成"坑"之后,将永久性地保持现状,这也就意味着此光盘不能重复擦写。这一连串的"0"、"1"信息,就组成了二进制代码,从而表示特定的数据。

在这里,需要特别说明的是,对于可重复擦写的CD-RW而言,所涂抹的就不是有机染料,而是某种碳性物质,当激光在烧录时,就不是烧成一个接一个的"坑",而是改变碳性物质的极性,通过改变碳性物质的极性,来形成特定的"0"、"1"代码序列。这种碳性物质的极性是可以重复改变的,这也就表示此光盘可以重复擦写。

3.反射层

这是光盘的第三层,它是反射光驱激光光束的区域,借反射的激光光束读取光盘片中的资料。其材料为纯度为99.99%的纯银金属。

这个比较容易理解,它就如同我们经常用到的镜子一样,此层就代表镜子的银反射层,光线到达此层,就会反射回去。一般来说,我们的光盘可以当作镜子用,就是因为有这一层的缘故。

4.保护层

它是用来保护光盘中的反射层及染料层防止信号被破坏。材料为光固化丙烯酸类物质。另外现在市场使用的DVD+/-R系列还需在以上的工艺上加入胶合部份。

5.印刷层

印刷盘片的客户标识、容量等相关资讯的地方,这就是光盘的背面。其实,它不仅可以标明信息,还可以起到一定的保护光盘的作用。

图1 CD-R光盘各结构层

光盘为何如此薄?

从主要结构来讲,CD、DVD光盘的结构是一致的,只不过,它们的厚度和用料有所不同。在上面的介绍中,我们提到CD光盘的厚度为1.2mm,这个厚度是否可以改变?回答是否定的。

在实际应用中,读取和烧录CD、DVD、蓝光光盘的激光是不同的。大家都知道,CD的容量只有700MB左右,而DVD则可以达到4.7GB,而蓝光光盘更是可以达到25GB。它们之间的容量差别,同其相关的激光光束的波长密切相关。

一般而言,光盘片的记录密度受限于读出的光点大小,即光学的绕射极限(Diffraction Limit) ,其中包括激光波长λ,物镜的数值孔径NA。所以传统光盘技术要提高记录密度,一般可使用短波长激光或提高物镜的数值孔径使光点缩小,例如CD(780nm,NA:0.45)提升至DVD(650nm,NA:0.6),再到Blu-ray Disc盘片(405nm,NA:0.85),如图2所示。

对于CD光盘,其激光波长为780nm,物镜的数值孔径NA为0.45,激光束会集到一点的距离需要1.2mm,这就决定了CD光盘基板的厚度为1.2mm。不管是CD光盘的基板过厚,还是过薄,激光束都不能会集到一点,从而严重影响数据的烧录和读取。

从图2中我们可以看到,DVD光盘的激光波长为650nm,物镜的数值孔径NA为0.6,而激光束会集到一点的距离只需要0.6mm,这决定DVD光盘基板的厚度为0.6mm。不过,0.6mm的厚度太薄,其制造出来的光盘也会因为太薄而容易折断。因此,在DVD的实际制造过程中,会把两片0.6mm厚的基板迭合在一起,共同组成1.2mm的厚度。当然,在这种情况下,只有一片基板在记录数据,而另一片基板则完全起保护的作用。

光盘的发展趋势是向高容量存储(如去年开始面世的DVD+R DL产品),业界的技术研发也以此为导向。

现在,已经出现了单面双层的DVD盘片。单面双层盘片(DVD+R Double Layer)是利用激光(Laser beam)聚焦的位置不同,在同一面上制作两层记录层,单面双层盘片在第一层及第二层的激光功率(Writing Power)相同(激光功率为<30mW),反射率(Reflectivity)也相同(反射率为18%~30%),刻录时,可从第一层连续刻录到第二层,实现资料刻录不间断。

图2 CD 、DVD与Blu-ray Disc盘片规格与光点比较

图3 双层DVD+R 结构图

2008-1-10

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