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1、一. 光盘的诞生,早在70年代初期,荷兰飞利浦公司的研究人员，根据激光经过聚焦后，可以得到直径仅为微米的光束，开始使用激光束来记录和重放信息的研究年月日飞利浦公司向国际新闻界展示了长时间播放电视节目的激光视盘系统（）并于投放市场激光视盘的直径为英寸（约厘米），当时记录在盘上的电视节目还是模拟信号，不是数字信号随着激光视盘的开发成功，飞利浦公司和索尼公司联合开发了用来记录和重放音乐节目的数字激光唱盘技术，于年推向市场数字激光唱盘的直径为厘米与激光视盘不同，数字激光唱盘采用了数字信号，可以纠正由于盘片表面的划伤，沾污等缺陷引起的错误在成功引入数字激光唱盘后，飞利浦公司和索尼公司自然想到用光盘来存放
2、数据，作为计算机的存储器，从而产生了光盘为了增加光盘的容量，研究人员选用了更短波长的激光，来缩小激光光束的直径，以增加光盘中的数据密度，开发出了光盘以及更高容量的蓝光光盘,图1 只读光盘，和的信息层密度，波长和光盘容量比较,二. 光盘的分类,光盘按其功能可分为两大类: 只读光盘和刻录光盘, 其中刻录光盘有一次刻录光盘和多次擦写光盘.,只读光盘,一次刻录光盘,多次擦写光盘,CD唱盘 CD-R CD-RW VCD影碟 DVD-R DVD-RAM DVD影碟 DVD+R DVD-RW BD影碟 BD-R DVD+RW CD-ROM BD-RE DVD-ROM BD-ROM,CD-ROM, DVD-R
3、OM和BD-ROM主要用来储存电脑数据, 如操作软件等. 在所有的光储存媒体中，只有一次刻录光盘具有独特的不可重写性。所以，在同步录音录像和档案光盘等要求保存原始记录资料的场合, 和被广泛使用,三. 从只读光盘说起,只读光盘的结构如图2所示, 信息是用一个个长短不同的凹坑按螺旋型轨道模压在盘片上的.,图像和声音信号先通过模数转换器和编码器转换成数字信号. 然后, 把数字信号转换成由高低电平组成的调制信号, 再按调制信号的变化在盘片上模压出一个个相应长度的凹坑, 形成与调制信号相同变化的凹坑（Pit）和平地(Land)，如图3所示. 所有凹坑和平地的长度都是位时钟的整数倍, 在专业书籍中位时钟用
4、T表示, CD, DVD和BD的位时钟T的长度是不同的.按光储存规格书标准，在CD盘片上总共有9种从3T 到11T不同长度的凹坑和平地。在DVD盘片上总共有10种从3T 到14T不同长度的凹坑和平地, 没有12T和13T。 在BD盘片上总共有7种从2T到8T不同长度的凹坑和平地,. 只读盘片上凹坑的深度是1/4波长, 利用激光的相干性, 从凹坑中反射的光与入射光的光程差为1/2波长被互相抵消, 光强减弱, 从而产生强弱随凹坑和平地变化的光信号. 该光信号通过光电器件转换成高低电平的调制信号, 再由解码器和数模转换器等还原成原始的图像和声音.,图像和声音信号,模数转换和编码器,图3 只读光盘的信
5、号转换,四. 刻录光盘的结构,与只读光盘不同, 刻录光盘是用激光经过聚集后产生高温从而改变刻录层中刻录材料的反射率来记录信息的. 在刻录光盘的刻录层中涂有刻录材料和预先模压的预刻槽, 如图4所示. 预刻槽呈螺旋型由里向外延伸，数据必须刻录在预刻槽的中央。在预刻槽中还有沿两侧台阶经向小幅变化的蠕动信号（wobble signal），该蠕动信号携带光盘的物理地址，使数据能刻录在光盘的指定位置。所以，一张空白的刻录光盘，除了涂有刻录材料外，还有预先模压的预刻槽和预刻槽两侧沿台阶经向小幅变化的蠕动信号。打一比方，预刻槽好比是条公路，预刻槽两侧的蠕动信号好比是站名，激光束好比是汽车，汽车在公路上行驶，把
6、乘客送到指定的车站。在一张单层的DVD刻录光盘中，有多达25万个站名，一个也不能有错误，否则汽车就会找不到车站，出现“飞盘”，导致整张光盘刻录失败。按刻录层中刻录材料的特性不同, 刻录光盘有一次刻录(write-once)光盘和多次擦写(rewritable)光盘. 刻录材料通常有用酞菁(phthalo-cyanine dye)染料, 偶氮(azo dye)染料和相变(phase-change)结晶材料等.,图4 刻录光盘的结构图,五. 光盘的刻录,光盘的刻录是利用大功率激光经过聚焦后在刻录层产生高温来改变刻录材料的光反射率, 把信息记录在盘片上的. 通常刻录的温度都要在数百度以上. 图5是相
7、变结晶材料的刻录原理, 当温度600度时, 相变结晶材料会从结晶态变成非结晶态. 图6是刻录层的局部放大照片. 从照片上可以看到刻在预刻槽里的非结晶态斑条. 非结晶态斑条的反射率很低，在电性能上与只读光盘的凹坑类似 (以下统称凹坑)。,图5 相变结晶材料的刻录原理,图6 记录层刻录的非结晶态斑条（凹坑）,六刻录光盘的写策略,与只读光盘一样，刻录光盘的数据也都包含在长短不同的非结晶态斑条（凹坑）和斑条间的结晶态（平地）中。任何非结晶态斑条（凹坑）和斑条间的结晶态（平地）长度偏差，都会造成刻录的数据出错。所以, 在刻录过程中，必须严格控制非结晶态斑条（凹坑）的长度。非结晶态斑条（凹坑）的长度与刻录
8、盘片的转速，刻录层材料，激光脉冲的形状，宽度和强度等参数密切相关。通常刻录盘片都采用恒线速度（CLV）旋转，即刻录轨迹的线速度始终不变。对于不同的盘片转速和不同的刻录层材料，必须用不同形状，宽度和强度的激光脉冲来刻录, 如图6所示。在专业书籍中称使用不同形状，宽度和强度的激光脉冲为光盘刻录的写策略。,图6 刻录光盘的写策略,写策略将直接影响数据的刻录质量。写策略一般都在光刻机生产前确定，被固定在光刻机的软件中。在实践中，我们发现对同一品牌，同一批次的刻录光盘, 在同一台光刻机上刻录，刻录的数据质量也会有不同。飞利浦研究人员在飞利浦光刻机的方案中增加了一个写策略自动学习功能（write stra
9、tegy self-learning）. 当一张空白刻录盘片放进光刻机时，光刻机会首先自动调整写策略，找出该刻录光盘的最佳写策略，以保证每张盘片的刻录质量。目前市售的电脑用DVD刻录光驱由于成本的因素已不具备飞利浦光刻机的写策略自动学习功能，而且对每种不同型号的碟片由开发工程师调好后存放在软件的写策略表格中。刻录时，按碟片型号调用固定的写策略。市售的电脑用DVD刻录光驱偏向高速度刻录，通常激光功率在高速度刻录时比正常速度刻录时要高出30% 以上，对碟片的损伤会比较大。另外，在高速度刻录中，激光脉冲和激光功率的拖尾问题会表现得特别严重，直接影响刻录的数据质量。,七. DVD+R/DVD-R刻录光
10、盘的不同,在刻录光盘中, 为了使激光束能把信息刻录到光盘中指定的位置, 在螺旋型预刻槽中还要有光盘的物理地址. 刻录光盘的物理地址是由螺旋型预刻槽作小幅度径向摆动携带。DVD+R和DVD-R的不同点主要在于携带物理地址的方式上. DVD+R用相位调制正弦信号. 如图7所示, 预刻槽按相位调制的正弦信号作小幅度径向摆动. DVD-R用脉冲加正弦信号, 如图8所示, 预刻槽除了按正弦信号作小幅度径向摆动外, 还要在预刻槽中切出断口来产生脉冲, 如图9所示一般说来，在读取物理地址方面，DVD+R 比DVD-R 要可靠得多。,图8. DVD+R的小幅度径向摆动（相位调制正弦）信号,图9. DVD-R的
11、小幅度径向摆动（脉冲加正弦）信号,图10. DVD-R的预刻槽,八. 刻录光盘的常见问题,除了PC料, 染料等原材料质量外, 在光盘生产过程中, 有3个重要环节会影响 光盘的质量: 透明基盘, 染料基盘和光盘合成.透明基盘在生产过程中有以下常见问题.1. 随机分布的小黑点2.小汽泡3. 鼓包4.径向放射状白色细线5.彩色条纹6.染料基盘在生产过程中有以下常见问题. 7.预刻槽, DVD-R断口边缘不清晰8.染料旋涂不匀9.径向慧星尾状斑图10.切向泪滴状斑点 11.径向深色流线12.光盘合成包含溅镀金属反射层,旋涂保护胶层和紫外固化, 常见问题有,13.反射层透光或有针孔14.胶层不匀15.两
12、面内孔经偏移(DVD),图11 光盘生产车间一角,九. DVD刻录光盘的资料保存期,DVD刻录光盘的资料保存期已引起人们高度重视，我国档案部门已发生多起档案光盘中的资料被丢失的严重事件。我们对20多种品牌的DVD+R和DVD-R刻录光盘进行了两年的保存期跟踪测试，发现不少光盘的刻录数据迁移的劣化程度相当严重，有的数据已经丢失. 图12例举其中15张光盘的块误码率测试数据. 块误码率越小, 盘片上的数据质量越好. 对DVD盘片, 最大允许的块误码率是280, 超过280就有数据丢失的危险.,图12 盘片的块误码率劣化程度,十DVD刻录光盘的常规检测,刻录光盘的检测主要分两类,物理参数和电信号参数
13、.,物理参数,1.偏心 ECC (Eccentricity): 偏心是光盘中心孔的几何中心相对预刻槽的几何中心的偏差.单位一般用m表示.2.垂直偏离 VDD (Vertical Deviation Distance)或翘曲度 TILT : 垂直偏离或翘曲度是光盘反射面距中心孔的几何中心平面的最大垂直距离. 单位一般用mm表示.3.反射率 RFL (Reflectivity): 反射率是从刻录层反射回的主光束光强与入射光光强之比. 单位一般用 % 表示. 通常盘片的反射率用飞利浦的标准校正盘定标, 该标准校正盘由飞利浦实验室根据已知反射率的金盘确定.4.预刻槽径向摆动幅度 WA (Wobble
14、Amplitude): 预刻槽径向摆幅是螺旋型预刻槽在盘片径向摆动的幅度。单位一般用nm表示。预刻槽径向摆幅的大小将直接影响能否正确读取盘片的物理地址。,电信号参数,1.ADIP误码率 ADER (ADIP Error Rate): ADIP(Address in Pre-groove)物理地址由预刻槽径向摆幅信号(DVD+R是相位调制正弦信号, DVD-R是脉冲加正弦信号)通过解调器解出. ADIP误码率是含有一个或一个以上错误的ADIP帧占测量ADIP总帧数的百分数. 尽管ADIP有校验位进行检错和纠错, 但它的错误数必须有限制. 出现不可纠错误会造成找不到物理地址导致刻录失败.2.对称性
15、 SYM (Symmetry): 对称性是描述盘片上凹坑和平地的长度是否相等的参数, 通常用BETA表示, = (A1-A2)/(A1+A2)x 100%. BETA越小表示凹坑和平地的长度越接近, 数据的刻录质量越高.3.抖晃率 JITTER: 抖晃率是对盘片上大量的3T-14T凹坑和3T-14T平地长度采样, 获得与长度相关的时间间隔数据进行统计, 计算出与标准值的偏差占位时钟(T)的相对比例. 图13是抖晃率的图形显示，图形越窄，抖晃率越小，表示盘片上绝大部分的信号长度越接近标准值, 数据刻录的质量也越高.4.高频幅值 HFAMP: 所有数据在DVD光盘上对应的都是3T14T凹坑和平地的长度. 当用激光束扫描时, 会得到由这些信号构成的网眼图，如图14所示。高频幅值反映了盘片上凹坑和平地之间的反射率差异程度，高频幅值太低会引起读盘困难.5.块误码率 BLER (Block Error Rate): 块误码率是指一个纠错数据块(Error Correction Code)中的错误字节数. 在实际测量时, 通常用8个连续纠错数据块中的平均错误字节数表示. 每个纠错数据块都有奇偶校验码PI和PO进行检错和纠错. 最大块误码率不能超过280, 过大的块误码率会造成光盘数据丢失。,
