激光的信息存储技术

华中科技大学，徐长发，2020.1.30

激光可用于信息存储吗?信息是怎么通过激光存储和读取的?其实，大家都见过的CD和DVD光盘就是光存储产品。本文要介绍的是，关于激光用于信息存储的原理和方法，还将介绍光存储技术最新的发展。

激光存储，由于保存数据长久和成本低廉的优势，CD、DVD曾经普及到家家户户。近年来，随着网络传送速度的提高，经历了数代进步的光盘市场逐渐变得萧条起来。但是，在大数据的云存储时代，主流的数据保存方法，如：磁盘、磁带和固态硬盘等，都存在维护成本高、能耗大、记录密度不高、保存时间短、读取速度慢等问题。面对海量数据长期低耗保存的需求，又为光存储技术的研究增添了新的动力。

现在，3维的激光全息存储光盘就要上市，容量惊人;还有更高容量的5维激光存储材料和存储方法已经出现;在新的网络时代，激光的信息存储技术和存储量，还会有更加惊人的发展和应用。

一.第一、二代光存储方法

激光用于信息存储和读取，是上个世纪八十年代开始提出来的，其第一代技术的典型代表是CD光盘。

1. MO磁盘。

这是最先使用激光实现信息存储的办法，它是在透明材料的盘面上镀一薄层磁性材料，这种材料只有达到规定的高温时才会改变极性。

MO磁盘在存储信息时，用一个红激光二极管把一个点加热到磁性材料被极化的临界温度，再对该点用磁头将其极化。当该极点“旋离”激光头后，该点会迅速冷却下来，磁极性保持，表示数字“1”，无磁极性点表示“0”。

优点：信息不易丢失，一般的磁铁摩擦，甚至核磁共振扫描仪都不会让信息丢失;如果再次加磁加热，可以重新记录信息。

不足：信息记录点之间的距离较大，磁盘最大容量为9.4GB(4.7GB/面);磁盘的面积也较大;另外，这种存储方式本质上是磁性存储，激光在这里仅起到加热的作用。

2. CD光盘。

用激光在空白的盘片上烧出可供读取的的反光点，用烧蚀点和非烧蚀点记录二进制信息。通过激光扫描，读取盘片上的不同凹坑，判断0或1的数据。这种技术可以做成“母版”，压制“凹坑反光点”，批量生产光盘，但光盘容量小。

后来加以改进，在普通的CD盘片上覆盖了一层染色层，刻录时，镭射头所发出的光束强度可以随0或1在变化，这样就能改变碟片染料层的状态。读出时，染色层反射激光的表现不同，就可区分出0或1。这样一来，CD光盘是可擦写的;光盘的面积也缩小了，存储量也加大了。

3. DVD光盘。

第二代光存储产品的典型代表是DVD光盘，也曾经普及到家家户户。DVD光盘的革新之处是采用了相变材料，这种材料原本对光是高反射率的。

写入时，如果激光二极管发出的热量低，材料在记录点处呈现高反射状态，可表示数据“1”;如果激光二极管发出的热量高，材料在记录点处呈现低反射状态，可表示数据“0”。读出时，用另一个激光二极管读取记录点的光反射状况，把它们分别标识为“1”或“0”。

这里，采用了激光肤浅加热使材料相变的技术，也可以再加热使得材料变回原来的高反射率状态，光盘可擦写。

DVD中还采用了数据压缩技术，使得存储量倍增。

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