辅助阅读材料 第五章光存储技术 光盘或从其中读出数据。 (2)检测和校正读、写光点与数据道之间的定位误差的光电系统。通道光检测 器产生聚焦伺服与跟踪伺服信号，根据这些信号在与光盘垂直的方向上移动聚焦 透镜，在光盘的半径方向上移动聚焦透镜或使跟踪反射镜偏转，即可相应地实现 聚焦控制和跟踪控制，把激光聚焦在光盘的记录层上，使光点中心与信道中心相 吻合。 (3)检测和读出数据的光电系统。通过数据光检测器产生数据信号过程中还产 生对凹坑（或其他信息标志）的监测信号。 上述的激光光源、光学元件和光检测器组成了小巧的光学读/写头头，简称光 头。 (4)移动光头的机构。光头安置在平台或小车上，并与直线电机连接，以便在 径向读/写数据，校正光盘的偏心。 (5)写/读数据通道中的编/译码电路，以及误差检验与校正（即ECC)电路。 (6)光盘，即数据存储媒体。 (7)光盘旋转机构。由直流电机转动光盘，通过旋转编码器产生伺服信号、控 制光盘的转速，以便进行读/写操作。 (8)光盘机的电子线路，包括控制所有运动机构的伺服电路，和把数据传送到 光盘以及从光盘上输出数据的通道电路
辅助阅读材料 第五章 光存储技术 光盘或从其中读出数据。 （2）检测和校正读、写光点与数据道之间的定位误差的光电系统。通道光检测 器产生聚焦伺服与跟踪伺服信号，根据这些信号在与光盘垂直的方向上移动聚焦 透镜，在光盘的半径方向上移动聚焦透镜或使跟踪反射镜偏转，即可相应地实现 聚焦控制和跟踪控制，把激光聚焦在光盘的记录层上，使光点中心与信道中心相 吻合。 （3）检测和读出数据的光电系统。通过数据光检测器产生数据信号过程中还产 生对凹坑(或其他信息标志)的监测信号。 上述的激光光源、光学元件和光检测器组成了小巧的光学读／写头头，简称光 头。 （4）移动光头的机构。光头安置在平台或小车上，并与直线电机连接，以便在 径向读／写数据，校正光盘的偏心。 （5）写／读数据通道中的编／译码电路，以及误差检验与校正(即 ECC)电路。 （6）光盘，即数据存储媒体。 （7）光盘旋转机构。由直流电机转动光盘，通过旋转编码器产生伺服信号、控 制光盘的转速，以便进行读／写操作。 （8）光盘机的电子线路，包括控制所有运动机构的伺服电路，和把数据传送到 光盘以及从光盘上输出数据的通道电路。 6
辅助阅读材料 第五章光存储技术 数据输入 光滋 数据存储介质 光学读写头 聚焦透镜 EcC 编码 激 器下 /4波长板 光学系统 译码 ECC 定位误差 数据输出 图5.2光盘数据存储系统工作原理图（点划线内部分为光学读写头） 在上述光盘驱动器的结构中，光头是最关键的部件，在性能上占有重要位 置。在光盘技术中，为研制光头投入的力量一般最大。光头虽小，却是集光、机、 电为一体的高科技产品。 光盘光头相当于磁盘驱动器的磁头，是信息逐出和写入的通道。根据用途 和功能，对光头有不同的要求。只读式光盘所用光头追求的重点是小型化和低价 格。一次写入式和可擦式光盘的光头.特别是用于数据存储时，要求能高速传送 读取数据，因此希望光头重量轻、厚度薄。对于可擦式光盘来说，还要求能制成 各种复杂且稳定的光学系统。要满足这些要求可有不同的实现方法，如使光学零 件集成化、全息元件化，以减少零件数量：采用分离型光学系统，争取实现薄膜 整体化光头等。就结构来看，光头可分为如下几种： (1)普通光头 如图5.2所示，光头由半导体激光器、准直物镜、分束棱镜、聚焦物镜和误 差探测光学系统组成。出于光头各部件均由较大的研磨光学元件组成，体积和重 量都较大，所以严重影响寻址速度。这是最初采用的且比较成熟的一种光头。 (2)分离式光头
辅助阅读材料 第五章 光存储技术 图 5.2 光盘数据存储系统工作原理图（点划线内部分为光学读/写头） 在上述光盘驱动器的结构中，光头是最关键的部件，在性能上占有重要位 置。在光盘技术中，为研制光头投入的力量一般最大。光头虽小，却是集光、机、 电为一体的高科技产品。 光盘光头相当于磁盘驱动器的磁头，是信息逐出和写入的通道。根据用途 和功能，对光头有不同的要求。只读式光盘所用光头追求的重点是小型化和低价 格。一次写入式和可擦式光盘的光头．特别是用于数据存储时，要求能高速传送 读取数据，因此希望光头重量轻、厚度薄。对于可擦式光盘来说，还要求能制成 各种复杂且稳定的光学系统。要满足这些要求可有不同的实现方法，如使光学零 件集成化、全息元件化，以减少零件数量；采用分离型光学系统，争取实现薄膜 整体化光头等。就结构来看，光头可分为如下几种： (1) 普通光头 如图 5.2 所示，光头由半导体激光器、准直物镜、分束棱镜、聚焦物镜和误 差探测光学系统组成。出于光头各部件均由较大的研磨光学元件组成，体积和重 量都较大，所以严重影响寻址速度。这是最初采用的且比较成熟的一种光头。 (2) 分离式光头 7
辅助阅读材料 第五章光存储技术 如图5.3所示，为了减少光头可移动部分的总量、把聚焦物镜和跟踪反射 镜与光头其他部分分离开来。光源、分束系统和探测光路固定不动，两者之间通 过精密导轨实现光能的耦合。这样就可使可动光头的重量减轻，提高光头的飞行 速度，有利于快速存/取的实现。 光盘 反射镜 检测及光源 跟踪 可动部分 控制 周定部分 检测器 图5.3分离式光头 光盘存储系统的数据通路如图5.4所示。用户数据通过接口被送进输入缓冲 器，缓冲器可提供“弹性”存储能力，以适应变化者的输入数据速率。数据从输 入缓冲器以称为子块的字符组形式进入记录格式器。每个子块要通过错误检测与 校正编码器，加入奇偶校验位，以便随后读出时进行错误保护。记录格式器将子 块组成地址块，对其加入地址信息，以便读出时的数据检索。最后，记录格式器 将地址块编组成若干字节的面向用户的数据块，这就是读出时可随机检索的最小 数据单元。 格式化数据从记录格式器被送到光盘机的记录电路，该电路将数据编成记录 代码，并加上特殊的同步符号，以便在读出时识别子块和地址块的起始位置。经 过格式化和编码的数据从记录电路被送往写/读站，完成把数据记录到光盘上或 自其上读出数据的功能。 读出电路检测并解调从光盘上来的反射光，并将信号送至控制部件的读出格 式器。后者校正数据中的任何错误，除去记录时所加的用于识别信道的地址信息】 并重新组织位序列，使之与输入到记录格式器的序列一致。最终的读出数据被送 8
辅助阅读材料 第五章 光存储技术 如图 5.3 所示，为了减少光头可移动部分的总量、把聚焦物镜和跟踪反射 镜与光头其他部分分离开来。光源、分束系统和探测光路固定不动，两者之间通 过精密导轨实现光能的耦合。这样就可使可动光头的重量减轻，提高光头的飞行 速度，有利于快速存／取的实现。 图 5.3 分离式光头 光盘存储系统的数据通路如图 5.4 所示。用户数据通过接口被送进输入缓冲 器，缓冲器可提供“弹性”存储能力，以适应变化着的输入数据速率。数据从输 入缓冲器以称为子块的字符组形式进入记录格式器。每个子块要通过错误检测与 校正编码器，加入奇偶校验位，以便随后读出时进行错误保护。记录格式器将子 块组成地址块，对其加入地址信息，以便读出时的数据检索。最后，记录格式器 将地址块编组成若干字节的面向用户的数据块，这就是读出时可随机检索的最小 数据单元。 格式化数据从记录格式器被送到光盘机的记录电路，该电路将数据编成记录 代码，并加上特殊的同步符号，以便在读出时识别子块和地址块的起始位置。经 过格式化和编码的数据从记录电路被送往写／读站，完成把数据记录到光盘上或 自其上读出数据的功能。 读出电路检测并解调从光盘上来的反射光，并将信号送至控制部件的读出格 式器。后者校正数据中的任何错误，除去记录时所加的用于识别信道的地址信息， 并重新组织位序列，使之与输入到记录格式器的序列一致。最终的读出数据被送 8
铺助阅材料 第五章光存储技术 到输出缓冲器，缓冲器按要求的数据速率将数据传送给用户。 地址一 动率中的黄 数据可美型译阿降 去除地址。 错误检测与校让 控制器部件 光盘机部件 图5.4数字光盘的数据流 5.2.2光盘的读/写原理 利用激光的单色性和相干性，把光束聚焦成直径为14m数量级的微小光点 使能量高度集中，并在存储介质上产生物理、化学变化，以进行记录：用微小的 光点在介质上扫描，根据反射光的变化读出记录的数据。这就是光盘最基本的动 作。 如图5.2所示，在采用半导体激光器作为光源的情况下，为了记录输入的数 据，信号首先要通过误差检测与校正电路和编码电路，直接调制半导体激光器的 输出。经过调制的高强度激光束经由光学系统会聚、平行校正，通过跟踪反射镜 被导向聚焦于透镜。后者被安装在音圈型制动器内，它在原理上和光学质量上与 高倍数显微镜的物镜相似，数值孔径在0.45-0.65之间。透镜将调制过的待记录 光束聚焦成直径约数量级为1m的光点，且正好落在数据存储介质的平面上。 当高强度写入光点通过存储介质时，有一定宽度和间隔的记录光脉冲就在介质上 形成一连串的物理标志，它们是相对于周围的背景在光学上能显示出反差的微小 区域，如表面上的黑色线状单元或凹坑。若在光盘旋转过程中，载有光头的小车 做匀速直线运动，那么这些物理标志即形成等节距的螺旋线信道。如果在记录数 据时，小车停止不动，那么只有在每一转结束时，写入光束才断开，小车才将光 头定位到下一个信道位置上，然后开始记录新的数据，这时形成的信息道就是同 心圆。在最简单的情况下，存储介质是金属薄膜介质，此时，上述物理标志就是 金属薄膜上被熔化了的或烧蚀掉的微米大小的孔，有孔即代表在数据道上存储了 二进制代码1，无孔则代表0
辅助阅读材料 第五章 光存储技术 到输出缓冲器，缓冲器按要求的数据速率将数据传送给用户。 图 5.4 数字光盘的数据流 5.2.2 光盘的读/写原理 利用激光的单色性和相干性，把光束聚焦成直径为 1 μm数量级的微小光点， 使能量高度集中，并在存储介质上产生物理、化学变化，以进行记录；用微小的 光点在介质上扫描，根据反射光的变化读出记录的数据。这就是光盘最基本的动 作。 如图 5.2 所示，在采用半导体激光器作为光源的情况下，为了记录输入的数 据，信号首先要通过误差检测与校正电路和编码电路，直接调制半导体激光器的 输出。经过调制的高强度激光束经由光学系统会聚、平行校正，通过跟踪反射镜 被导向聚焦于透镜。后者被安装在音圈型制动器内，它在原理上和光学质量上与 高倍数显微镜的物镜相似，数值孔径在 0.45~0.65 之间。透镜将调制过的待记录 光束聚焦成直径约数量级为 1 μm的光点，且正好落在数据存储介质的平面上。 当高强度写入光点通过存储介质时，有一定宽度和间隔的记录光脉冲就在介质上 形成一连串的物理标志，它们是相对于周围的背景在光学上能显示出反差的微小 区域，如表面上的黑色线状单元或凹坑。若在光盘旋转过程中，载有光头的小车 做匀速直线运动，那么这些物理标志即形成等节距的螺旋线信道。如果在记录数 据时，小车停止不动，那么只有在每一转结束时，写入光束才断开，小车才将光 头定位到下一个信道位置上，然后开始记录新的数据，这时形成的信息道就是同 心圆。在最简单的情况下，存储介质是金属薄膜介质，此时，上述物理标志就是 金属薄膜上被熔化了的或烧蚀掉的微米大小的孔，有孔即代表在数据道上存储了 二进制代码 1，无孔则代表 0。 9
辅助阅读材料 第五章光存储技术 ,铝反射层 28222 约0.1μm 物镜光盘 凹坑 6) 凹坑 1664m 光器 0.6u (a) 光点 (c) 图55光盘上的凹坑与读出光点 (a)光点形成在光盘后部的反射面上：(b)表面上的凹坑：（）凹坑形成的信息道) 记录的凹坑如图5.5所示。好的”凹坑具有清晰的、界限分明的边缘，其长 度等于光脉冲宽度乘以介质的扫描速度。但不管凹坑的长度如何，其宽度皆均匀 一致。好的凹坑在读出时能产生高的信噪比。而当凹坑具有模糊的前沿或后沿， 或其长、宽明显失真时，读出时就会产生噪声或误码。写入时如记录光点散焦， 就会产生这样的问题。如果是数字记录，凹坑的有无相应地代表1和0：如果是 模拟记录，凹坑的长度和间隔则代表视频信息。凹坑的深度约为激光波长的14。 肌读出信号 光学头 记录信息符 0.8uD 1.6μm 光盘 图5.6光盘的读取原理 如图5.2和图5.6所示，为了读出存储的数据，在半导体激光器上施加一较 低的直流电压，产生相应的小功率的连续波输出。读出光束的功率要经过慎重选 择，必须小于存储介质的记录阈值，以免破坏盘面上原已写入的信息。读出光束 同样要经过光学系统，最后在存储介质面上聚集成微米大小的光点。根据数据道
辅助阅读材料 第五章 光存储技术 图 5.5 光盘上的凹坑与读出光点 ((a) 光点形成在光盘后部的反射面上；(b) 表面上的凹坑；(c) 凹坑形成的信息道) 记录的凹坑如图 5.5 所示。好的”凹坑具有清晰的、界限分明的边缘，其长 度等于光脉冲宽度乘以介质的扫描速度。但不管凹坑的长度如何，其宽度皆均匀 一致。好的凹坑在读出时能产生高的信噪比。而当凹坑具有模糊的前沿或后沿， 或其长、宽明显失真时，读出时就会产生噪声或误码。写入时如记录光点散焦， 就会产生这样的问题。如果是数字记录，凹坑的有无相应地代表 1 和 0；如果是 模拟记录，凹坑的长度和间隔则代表视频信息。凹坑的深度约为激光波长的 1/4。 图 5.6 光盘的读取原理 如图 5.2 和图 5.6 所示，为了读出存储的数据，在半导体激光器上施加一较 低的直流电压，产生相应的小功率的连续波输出。读出光束的功率要经过慎重选 择，必须小于存储介质的记录阈值，以免破坏盘面上原已写入的信息。读出光束 同样要经过光学系统，最后在存储介质面上聚集成微米大小的光点。根据数据道 10