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刻录光盘染料的寿命实验



一、引言

可记录光盘(CD-R、DVD-R)通常由塑料基片、有机染料层、金属反射层和保护层构成。其烧录的原理是:在强激光束的照射下,在纳秒级的时间内,有机染料分子的内部能级被激发,当内部能量积聚到一定程度后,被照射的有机染料分子将发生不可逆的化学反应,改变了其原本具有的良好的透光性,从而在染料层上激光焦点的微区形成一个暗斑。这种特性使有机染料具有了可记录的功能。即在记录时用一束高能量的激光束,通过在染料层“烧”出暗斑将数据“写”入光盘;在读取时用一束低能量的激光束,或者穿过透明的染料层或者被非透明的暗斑吸收来实现数据的读取。

由于染料的有机特性和化学活性,其透光率衰减和退化是一个自然发生的、长期的过程。衰退的最终结果将导致光盘上的数据丢失或不可读。在正常环境条件下,这一过程可持续几年到几十年不等。这个时间的长短反映了可录光盘的寿命,它是衡量可录光盘质量和可靠性的重要指标。

影响可录光盘寿命的环境因素有温度、湿度和光照。目前研究可录光盘寿命的实验方法主要有高温高湿老化实验和强光直接照射老化实验。其原理是将光盘放置在比正常使用条件苛刻的多的环境中(如高温、高湿、强光等)强制老化,即加速失效,以获得其加速的失效时间数据,根据适当的失效模型(如

Eyring模型)来推算光盘在正常使用条件下的寿命特征。

在DVD-R可录光盘的生产中,已知可用的染料有花菁类(Cyanine)染料、偶氮类(Azo)染料、Pyrromethane染料和Oxonol染料。但目前大量使用的只有花菁类(Cyanine)染料和偶氮类(Azo)染料。这两类染料在光盘寿命和可靠性方面是否存在差异是人们普遍关注的问题。我们最近针对这两类染料做过一些高温高湿老化实验和强光直接照射对比实验。由于实验数据量有限,无法根据Eyring失效模型推出这两类染料定量的寿命时间,但通过其在苛刻环境下的测试结果,可以推断出其在正常使用条件下的差别。

二、实验条件和方法

1 高温高湿实验:

样品放置在温度、湿度可调的恒温恒湿箱内,保持温度80℃、湿度85%的环境,连续48小时孵化期后,将温湿度恢复到正常环境,取出样品进行测试。这一过程反复多次,直到大部分样品误码率超过上限或不能读取(见图1)。


图1 温度湿度孵化周期

2 直接光照实验:

由于条件所限,本实验采用对比实验的方法。即将两类样品的可记录面向上,在同一地点、同时开始直接暴露在阳光中,每3小时取回样品进行测试,多次反复,直至大部分样品的误码率超过上限或不能读取。

3 关键检测参数和测试仪器:

DVD-R可录光盘在出现不可纠正的错误PO时,就认为其达到了寿命的终点,尽管这时候盘片仍然是可读的。但PO的出现意味着刻录在盘片L的信息有损失巨无法复原。由于单一的PO数据无法反映盘片逐渐失效的复杂过程,实践中通常采用连续8帧的可纠正错误的奇偶校验码的误码率PI

Sums 8来反映误码率的变化过程,当PI Sums≥280时,PO就会开始出现。因此PI

Sums是本实验的关键检测参数,DVD-R可录光盘寿命结束的标志是PI Sums8最大值大于280。

本实验采用的检测仪是瑞典Audio Dev公司的DVD CATS,它能够测试DVD光盘的各种电参数,包括PI Sum8、PO、Jitter等。

4 实验样品的采集:

2011-8-26

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