畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于高密度光盤技術(shù)的藍(lán)光光盤的研究

1、 基于高密度光盤技術(shù)的藍(lán)光光盤的研究 摘要 隨著時(shí)代的演進(jìn)，信息的發(fā)展及多媒體的普及，記錄媒體需要更高的記錄密度及記錄容量才符合信息存儲(chǔ)的需要。藍(lán)光光盤一改傳統(tǒng)光盤的記錄密度受限于讀出光斑的大小，即光學(xué)的衍射極限的限制，采用短激光波段及提高數(shù)值孔徑等技術(shù)，有效的滿足了人們?cè)趯拵ЬW(wǎng)絡(luò)時(shí)代對(duì)信息的多樣化、信息數(shù)量的急劇膨脹、交互性和高質(zhì)量的要求。本文從高密度光盤技術(shù)中影響光盤記錄密度的因素及提高光盤記錄密度的途徑出發(fā)，系統(tǒng)的闡述藍(lán)光光盤的光盤結(jié)構(gòu)及存儲(chǔ)原理技術(shù)，并就藍(lán)光光盤規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)與當(dāng)前的dvd規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)作了系統(tǒng)的比較，以突顯藍(lán)光光盤為高密度光存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展作出的貢獻(xiàn)。最后結(jié)合藍(lán)光光盤技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

2、和高密度光盤技術(shù)的研究動(dòng)向，預(yù)測(cè)了藍(lán)光光盤的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞 藍(lán)光光盤；衍射極限；激光波段；數(shù)值孔徑；交互性；高密度光盤技術(shù)based on high-density optical disc technology of the blu-ray disc abstractwith the evolution of the times, the development of information technology and the popularity of multimedia，media need higher recording densities and record informa

3、tion storage capacity if they are to meet the needs ofblu-ray disc change traditional recording density is subject to read out the size of the spot-the optical diffraction limit restrictionsthrough the use of short laser wavelengths and increasing numerical aperture techniques, can effectively meet

4、the people in the broadband network era for the diversification of information, the amount of information on the rapid expansion of interactive and high-quality requirements.in this paper, high-density optical disc technology affecting optical recording density factors and improving optical recordin

5、g density of the way, the blu-ray disc system on the disc structure and the principle of storage technology, and the current dvd standard specifications and standards for the blu-ray disc format comparison of the system, and to highlight the blu-ray disc for high-density optical storage technologys

6、contribution to the development. finally, union blu-ray disc technology and the development of high-density optical disc technology research trends, briefly described the prospects for the development of blu-ray disc.keywords blu-ray disc； diffraction limit；laser wavelengths； numerical apertur；inter

7、action；high-density optical disc technology 目 錄摘要iiabstractiii1 緒 論11.1 光盤發(fā)展史11.2 藍(lán)光光盤發(fā)展背景22 高密度光盤技術(shù)概述42.1 影響光盤記錄密度的因素42.2 提高光盤記錄密度的途徑43 藍(lán)光光盤技術(shù)分析63.1 藍(lán)光光盤結(jié)構(gòu)63.2 藍(lán)光光盤存儲(chǔ)原理73.3 藍(lán)光光盤規(guī)格技術(shù)與dvd規(guī)格技術(shù)的比較84 藍(lán)光光盤的發(fā)展趨勢(shì)115 總 結(jié)12參考文獻(xiàn)13致 謝141 緒 論1.1 光盤發(fā)展史 自1978年激光視盤(ld)系統(tǒng)開創(chuàng)了光盤存儲(chǔ)技術(shù)的先河，至到今天光盤存儲(chǔ)技術(shù)已經(jīng)走過了30年的歷程，在這短暫的發(fā)展歷程

8、中，光盤已經(jīng)成為我們?nèi)粘Ｉ畈豢苫蛉钡囊徊糠植⑶夜獯鎯?chǔ)還衍生了一個(gè)極其龐大的家族，僅僅是國際標(biāo)準(zhǔn)體系就有 ld， cd，dvd，blu-ray等眾多成員，而且各自旗下還包含大量子分類。因此我們有必要簡(jiǎn)述30年來光盤的發(fā)展歷程。(1) 1978年飛利浦公司首推激光視盤ld系統(tǒng)，揭開光盤存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展序幕，盡管 ld光盤的記錄信號(hào)仍采用的是模擬信號(hào)而不是數(shù)字信號(hào)，并且無法與計(jì)算機(jī)領(lǐng)域掛鉤，但是作為光存儲(chǔ)研究的先鋒，在光盤史上是毋庸置疑的。(2) 1980年飛利浦聯(lián)合索尼推出cd-da(compact disc-digital audio)，引入數(shù)字信號(hào)技術(shù)，從此開創(chuàng)數(shù)字光盤時(shí)代。自1982年索尼推

9、出了第一張cd光盤起，優(yōu)秀的cd技術(shù)遍及了多媒體諸多領(lǐng)域： 1982年推出的用于音樂的cd-da規(guī)格，盡管當(dāng)前mp3大行其道，但cd依舊是數(shù)字音頻唱片行業(yè)的主宰。 1984年制定了利用cd-da的輔助數(shù)據(jù)(子碼)來重放簡(jiǎn)單的靜止圖象的cd-g規(guī)格。采用cd-g規(guī)格的cd，不僅能聽音樂，而且還可以欣賞圖片還有歌詞。 1985年制定了用于在計(jì)算機(jī)上存儲(chǔ)指令、程序、數(shù)據(jù)、音視頻的cd-rom規(guī)格，并由此派生出許多新的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)光盤規(guī)格。 1991年制定了用于錄放動(dòng)態(tài)影象的video-cd規(guī)格，它采用mpeg-1壓縮技術(shù)，可記錄74分鐘的動(dòng)態(tài)影象和聲音。 1996年飛利浦，索尼，惠普，三菱和理光聯(lián)合推出

10、cd-rw規(guī)格，該光盤一改cd光盤只讀而不能寫的缺陷，采用相變材料作為記錄層，刻錄和擦除時(shí)會(huì)在激光照射下會(huì)在晶態(tài)和非晶態(tài)間轉(zhuǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的多次寫入和擦除。(3) 1995年底以索尼、飛利浦公司為代表的多媒體光盤mmcd(multimediacd)，以及東芝松下公司為代表的超密度光盤sd-dvd(superdensity-dvd)兩種完全不兼容的光盤規(guī)格陣營，達(dá)成統(tǒng)一的dvd規(guī)格協(xié)議，dvd技術(shù)的應(yīng)用為影視界和計(jì)算機(jī)界適應(yīng)多媒體時(shí)代的到來和滿足人們?nèi)找鎸?duì)高質(zhì)量娛樂的需求奠定不可磨滅的功勛。通常按不同領(lǐng)域可分為： 用于存儲(chǔ)電腦資料、數(shù)據(jù)庫、游戲和教育軟件及其它多媒體電子出版物，并作為 pc機(jī)的

11、外設(shè)的為dvd-rom。 dvd-video記錄視頻圖像、影片(包括視頻、聲音、字幕子圖)，可用于各種動(dòng)畫與靜態(tài)畫面的播放、卡拉ok和家庭影院，娛樂用dvd影碟片就是它的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域。 dvd-audio是專門用于對(duì)聲音和音樂節(jié)目的存放。 dvd-r是一次寫光盤， dvd-ram是可擦重寫式，大都為相變型光盤，反復(fù)擦寫次數(shù)可達(dá)100萬次以上1?？傊甦vd光盤在保存圖像清晰度、音響保真度、數(shù)據(jù)傳輸率、糾錯(cuò)能力及與用戶間的交互功能是已有的cd，vcd光盤所無法比擬的。(4) 2002年lg、飛利浦等九家公司達(dá)成統(tǒng)一協(xié)議，推出新一代高密度光盤標(biāo)準(zhǔn) blue-ray disc(藍(lán)光光盤)，作為紅色

12、激光存儲(chǔ)技術(shù)各類dvd標(biāo)準(zhǔn)的取代者，藍(lán)光光盤標(biāo)準(zhǔn)被稱為第三代光盤標(biāo)準(zhǔn)。目前藍(lán)光光盤還停留在只讀階段，作為超大存儲(chǔ)介質(zhì)的藍(lán)光光盤主要應(yīng)用于高清影視產(chǎn)業(yè)。1.2 藍(lán)光光盤發(fā)展背景 進(jìn)人新千年后，單向被動(dòng)的接收及簡(jiǎn)單的廣播模式已經(jīng)不能滿足人們?cè)趯拵ЬW(wǎng)絡(luò)時(shí)代對(duì)信息的多樣化、信息數(shù)量的急劇膨脹、交互性和高質(zhì)量的要求，因此就需要我們提出一種全新的數(shù)字化、高清晰度的節(jié)目制作手段來適應(yīng)人們對(duì)數(shù)字廣播以及電視電影新的需要，隨著高清影視產(chǎn)業(yè)技術(shù)的誕生與發(fā)展，該技術(shù)正不斷彌補(bǔ)以往信息傳輸?shù)娜毕?，發(fā)展高清影視產(chǎn)業(yè)需要產(chǎn)業(yè)鏈中各環(huán)節(jié)的配合，其中節(jié)目的存儲(chǔ)對(duì)發(fā)展高清影視產(chǎn)業(yè)至關(guān)重要：(1) 容量要求。目前以mpeg2標(biāo)準(zhǔn)

13、的高清電視節(jié)目，按bs4b標(biāo)準(zhǔn)為例：節(jié)目碼流速約為24mbps，135分鐘的節(jié)目大約一張光盤需24gb。(2) 碼流速度要求。節(jié)目碼流速約為24mbps，如需擴(kuò)展一些交互功能，則需達(dá)到30- 50mbps，而且尋軌也要有較快的速度。(3) 制造成本與穩(wěn)定性的要求。新一代的光盤要求單位存儲(chǔ)容量的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于以前 cd與dvd，同時(shí)還要保證在碟片以及驅(qū)動(dòng)器制造上的工藝成本不會(huì)有明顯的增加。于是在標(biāo)準(zhǔn)的制訂過程中必須保證新一代的標(biāo)準(zhǔn)有較為寬松的公差。(4) 十分重要的還包含版權(quán)保護(hù)的要求，在應(yīng)用層面上還要包含更好的交互特性。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)制訂者而言，短暫的過渡方案是不受歡迎的，在技術(shù)已經(jīng)許可的情況下應(yīng)該選擇

14、生命周期更長(zhǎng)的存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)。從表1.1 dvd-rom標(biāo)準(zhǔn)與藍(lán)光光盤(簡(jiǎn)稱bd)標(biāo)準(zhǔn)比較可以看出：僅僅就其碼流速率和光盤容量，現(xiàn)有的dvd遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到數(shù)字高清產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，盡管當(dāng)前dvd在存儲(chǔ)的密度及讀寫速度方面有了很大改善但它們依舊采用紅色激光波段進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取和刻寫，使得光存儲(chǔ)的密度及讀寫速度提高的步伐還算不上太大。2002年初由dvd論壇指導(dǎo)委員會(huì)的9個(gè)成員（日立，lg，松下，先鋒，飛利浦，三星，夏普，索尼，湯姆遜），這9個(gè)核心成員經(jīng)過一周時(shí)間的激烈討論之后，最終宣布支持采用藍(lán)色激光光盤存儲(chǔ)技術(shù)并制定出新的高密度dvd標(biāo)準(zhǔn) blue-ray disc（簡(jiǎn)稱bd），作為當(dāng)前采用紅色激光存儲(chǔ)技術(shù)

15、的各類dvd標(biāo)準(zhǔn)的取代者。究其原因是藍(lán)光dvd的發(fā)起，除了被希望用以結(jié)束可擦寫dvd標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)（3種截然不同的可擦寫dvd標(biāo)準(zhǔn)為：dvd-ram、dvd+rw和dvd-rw）的局面之外，其更強(qiáng)大的市場(chǎng)推動(dòng)力是高清晰度數(shù)字電視（hdtv）業(yè)務(wù)在全球范圍內(nèi)的陸續(xù)啟動(dòng)。2002年8月采用全新的藍(lán)色激光波段進(jìn)行工作的dvd應(yīng)運(yùn)而生，藍(lán)光光盤又被稱作是第三代光存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，在多方面的技術(shù)上都有進(jìn)步，第一，波長(zhǎng)在400-410nm的藍(lán)紫色半導(dǎo)體激光技術(shù)已經(jīng)成熟，并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化； 第二，na=0.85大數(shù)值孔徑單片物鏡從 0.1mm的覆蓋層下讀取光盤數(shù)據(jù)，保證了系統(tǒng)具有較寬的容差，并且其存儲(chǔ)容量是一般 dvd 6

16、倍之多。藍(lán)光光盤技術(shù)的研發(fā)為高密度光存儲(chǔ)的技術(shù)的發(fā)展向前邁了一大步。 表1.1 dvd-rom與bd-rom在光盤容量，數(shù)據(jù)傳輸率方面的對(duì)比dvd-rombd-rom容量(單層/ 面） 120mm 單層4.7gb 120mm 單層27gb波長(zhǎng) /na 650nm/0.6405nm/0.85數(shù)據(jù)傳輸率 11.08mpbs36mbps 2 高密度光盤技術(shù)概述顧名思義高密度光盤就是指能存儲(chǔ)更多記錄信息的光盤。在目前的光盤存儲(chǔ)技術(shù)中,載有信息的調(diào)制激光束通過物鏡聚焦于光盤存儲(chǔ)介質(zhì)層上記錄，屬于遠(yuǎn)場(chǎng)光記錄。在遠(yuǎn)場(chǎng)光存儲(chǔ)中，記錄點(diǎn)的尺寸決定于聚焦光束的衍射極限。眾所周知，在光的衍射極限下，光束的聚焦直徑d

17、(光斑強(qiáng)度分布的半高寬)與光波長(zhǎng)成正比，與鏡頭的數(shù)值孔徑na成反比，即d =0.510/na，因此縮短激光波長(zhǎng)和增大物鏡的數(shù)值孔徑是提高光存儲(chǔ)密度的兩種有效途徑2, 3。 2.1 影響光盤記錄密度的因素(1) 記錄點(diǎn)尺寸的大小。光盤記錄之所以可實(shí)現(xiàn)高密度化，其最大理由是記錄與讀出時(shí)可使用很小的光點(diǎn)；通過縮小用于讀取和刻錄數(shù)據(jù)的激光光線的聚焦點(diǎn)直徑的大小，從而減小了光盤數(shù)據(jù)記錄層上用于記錄數(shù)據(jù)的記錄點(diǎn)的大小，而更小的數(shù)據(jù)記錄點(diǎn)提高了光盤的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度；如果對(duì)波長(zhǎng)為的光使用數(shù)值孔徑為na的鏡頭進(jìn)行聚焦,得到光斑大小a大約為 0.5/na。以紅波波長(zhǎng)為650nm，數(shù)值孔徑0.6的dvd-rom為例，

18、其光斑大小0.54um。(2) 光跡間距。光跡間距越小，記錄密度就越高。因?yàn)楣廑E間距越小，相同盤片面積上可以有更多的數(shù)據(jù)記錄軌道。但如果光跡間距過小，讀出時(shí)很容易將相鄰光跡的信息一同讀出，為防止發(fā)生串?dāng)_，一般將光跡間距設(shè)計(jì)成與光點(diǎn)的直徑a相同。這樣如果d=0.7a，則記錄密度大約為2(na/)2。以紅波波長(zhǎng)為650nm，數(shù)值孔徑 0.6的dvd-rom為例，其記錄密度大約1.7108bit/cm2。由于記錄密度與記錄中使用的激光波長(zhǎng)的平方成反比，因此采用短波長(zhǎng)激光對(duì)于提高記錄密度是非常有利的。(3) 記錄標(biāo)志的穩(wěn)定性也會(huì)間接影響記錄密度。如果記錄標(biāo)志穩(wěn)定性不好，比如發(fā)生收縮現(xiàn)象，就會(huì)造成標(biāo)志的

19、消失或變形，所以標(biāo)志寬度不能太小。記錄標(biāo)志的穩(wěn)定性主要與記錄媒體的材料性能有關(guān)，如數(shù)字信號(hào)處理、編解碼技術(shù)的提高，使得數(shù)據(jù)的檢出、糾錯(cuò)都達(dá)到了一個(gè)新的高度，進(jìn)而數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)可靠性也大大提高。2.2 提高光盤記錄密度的途徑(1) 采用波長(zhǎng)更短的激光和較大數(shù)值孔徑的聚焦物鏡，從而縮小用于讀取和刻錄數(shù)據(jù)的激光光線的聚焦點(diǎn)直徑的大小，進(jìn)而減小了光盤數(shù)據(jù)記錄層上用于記錄數(shù)據(jù)的記錄點(diǎn)的大小，而更小的數(shù)據(jù)記錄點(diǎn)提高了藍(lán)光光盤的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度。 (2) 采用多波長(zhǎng)光存儲(chǔ)提高光盤記錄密度，也即用不同波長(zhǎng)的激光在同一記錄點(diǎn)處記錄多維信息，多波長(zhǎng)光存儲(chǔ)原理是：可以在盤基上鍍n個(gè)記錄層，每個(gè)記錄層為一種光致變色材料4，在

20、第n個(gè)記錄層的外側(cè)鍍?nèi)瓷鋵?。?duì)這些記錄層的讀寫由相應(yīng)的n種不同波長(zhǎng)的激光器和n個(gè)探測(cè)器完成。其原理圖如圖2.1所示，在數(shù)據(jù)寫人過程中，記錄層i、激光器i和探測(cè)器i互相對(duì)應(yīng)，即記錄層i由光致變色材料i組成，它的讀寫由激光器i和探測(cè)器i來完成。特定波長(zhǎng)的激光對(duì)應(yīng)特定波長(zhǎng)的記錄層，其它記錄層對(duì)該激光完全透明5。例如選取3種光致變色染料進(jìn)行研究，把3種光致變色染料混合，溶解后涂成一層膜結(jié)構(gòu)，這樣便于控制成膜厚度，再選用與記錄材料相應(yīng)得3種記錄波長(zhǎng)激光進(jìn)行記錄，可以發(fā)現(xiàn)在3種材料的同一記錄層的同一位置，三波長(zhǎng)的信息可被記錄并讀出，即空間上的一點(diǎn)可以記錄3bit的信息。 圖2.1多波長(zhǎng)光存儲(chǔ)原理(3)

21、采用多層記錄提高光盤記錄密度，光記錄中使用的會(huì)聚透鏡的焦點(diǎn)深度最多只有 2-3 um，利用這一特點(diǎn)可將光盤做成多層結(jié)構(gòu)，從而提高記錄密度6；多層介質(zhì)記錄光盤的每個(gè)介質(zhì)層應(yīng)對(duì)錄入光有足夠的吸收，對(duì)讀出光有足夠的的反射，同時(shí)有一定的透過能力，使激光可以透過各個(gè)介質(zhì)層。介質(zhì)層之間隔以100um厚的隔離層，因?yàn)?00um的隔離層足以阻止層間串光。光盤各記錄層的讀出是依靠調(diào)整光電探測(cè)器，使激光在各層聚焦，光盤可容納的介質(zhì)層取決于激光功率。這種多層結(jié)構(gòu)技術(shù)已被廣泛用在dvd中，目前對(duì)于只讀光盤,估計(jì)可以制造出10-20層，這種超大容量光盤對(duì)今后高清影視的發(fā)展頗具應(yīng)用價(jià)值7。此外還可通過光子存儲(chǔ)、近場(chǎng)光學(xué)存

22、儲(chǔ)、分子存儲(chǔ)等技術(shù)來提高光盤的記錄密度8。3 藍(lán)光光盤技術(shù)分析3.1 藍(lán)光光盤結(jié)構(gòu)藍(lán)光光盤的光盤結(jié)構(gòu)如圖3.1所示由0.1mm的保護(hù)層（硬度薄膜和保護(hù)層），1.1mm的基板組成。 3.1.1 藍(lán)光光盤采用相變光盤技術(shù) 藍(lán)光光盤利用相變材料作為其記錄層的存儲(chǔ)介質(zhì)。與傳統(tǒng)光盤記錄不同在于：傳統(tǒng)光盤的記錄和讀出原理是利用磁技術(shù)和光技術(shù)相結(jié)合來記錄和讀出信息，而相變光盤的記錄和讀出原理只是用光技術(shù)來記錄和讀出信息，除此之外藍(lán)光光盤的讀寫操作利用激光聚焦記錄層，使記錄層相變材料在結(jié)晶態(tài)和非結(jié)晶態(tài)之間的相互來實(shí)現(xiàn)信息的記錄和擦除。在寫操作時(shí)，聚焦激光束加熱記錄介質(zhì)以改變相變記錄介質(zhì)的晶體狀態(tài)，并以結(jié)晶狀態(tài)

23、和非結(jié)晶狀態(tài)來區(qū)分0和1；讀操作時(shí)，利用結(jié)晶狀態(tài)和非結(jié)晶狀態(tài)具有不同的反射率這個(gè)特性來檢測(cè)0和1信號(hào)。現(xiàn)如今藍(lán)光光盤的存儲(chǔ)材料仍以傳統(tǒng)的gesbte三元合金和aginsbte四元合金作為研究的主流，只是組成成分需要加以修改或加入第四或第五元素以滿足高性能要求。諸如gesbte系相變材料，agintesb系相變材料，摻雜的共晶sbte材料，摻雜的zno材料等9。 圖3.1藍(lán)光光盤結(jié)構(gòu)3.1.2 藍(lán)光光盤采用0.1毫米的保護(hù)層 究其原因是由于藍(lán)光存儲(chǔ)系統(tǒng)采用數(shù)值孔徑na=0.85的物鏡并且綜合考慮了系統(tǒng)對(duì)碟片的制造、抗沾污性、數(shù)據(jù)寫入、以及系統(tǒng)的復(fù)雜性等多方面因素的影響10, 11，所以保護(hù)層的厚

24、度在新的標(biāo)準(zhǔn)中縮小到了0.1mm。(1) 光學(xué)讀寫系統(tǒng)通過激光束照射光盤的讀出層，將光盤記錄層的記錄信息是通過讀出層寫入和讀出，而在光學(xué)讀寫系統(tǒng)中，像差與讀出層的厚度成線性關(guān)系，所以減薄讀出層厚度可以有效地降低像差的大小12, 13。藍(lán)光光盤的讀寫操作是通過激光束照射保護(hù)層來完成的，因此藍(lán)光光盤的保護(hù)層也即是讀出層，相對(duì)于cd光盤1.1mm的讀出層（基板）和 dvd光盤0.6mm的讀出層（保護(hù)層）來說，藍(lán)光光盤0.1mm的讀出層（保護(hù)層）可以更大程度的降低像差對(duì)光盤密度帶來的影響。(2) 光盤在日常使用過程中讀出層很容易受到磨損和沾污也既所說的“掛花”，只要不是磨損的太厲害光盤的信息是仍然可以

25、讀出的。這是因?yàn)楣獗P的讀出層是保持一定的厚度，在碟片有沾污的情況下相當(dāng)于把沾污引起的錯(cuò)誤分?jǐn)偟胶芏嗟臄?shù)據(jù)比特上，最終的結(jié)果是光盤記錄的數(shù)據(jù)仍然可以被讀取出來，這和糾錯(cuò)碼的設(shè)計(jì)有異曲同工之妙，糾錯(cuò)碼通過在信息字附加校驗(yàn)數(shù)據(jù)，把原始信息分?jǐn)偟搅艘粋€(gè)較長(zhǎng)的長(zhǎng)度范圍上，個(gè)別字節(jié)的錯(cuò)誤不會(huì)造成原始信息的丟失。藍(lán)光光盤為了獲得更加優(yōu)異的抗沾污能力設(shè)計(jì)了獨(dú)特的叢集錯(cuò)誤糾正方案，糾錯(cuò)能力得以大幅度地提高，然而由于藍(lán)光光盤所采用的里德-所羅門糾錯(cuò)編碼是基于8位字節(jié)的糾錯(cuò)方式，每比特的錯(cuò)誤均被放大為每字的錯(cuò)誤，所以過度減薄讀出層又會(huì)適得其反，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和效果的比較最終確定藍(lán)光光盤采用0.1mm厚度的保護(hù)層14

26、。(3) 由于藍(lán)光光盤其保護(hù)層僅有0.1mm，因此其耐傷抗污性相對(duì)傳統(tǒng)光盤顯得有些脆弱，所以藍(lán)光光盤是放在光盤盒中的，但是隨著碟片表面敷鍍硬質(zhì)薄膜技術(shù)的不斷提高，并且應(yīng)用于藍(lán)光光盤后，其耐傷抗污性明顯提高。以下是藍(lán)光光盤和dvd光盤就指紋磨損對(duì)光盤讀寫影響的比較，從圖3.2可以看出藍(lán)光光盤采用先進(jìn)的硬質(zhì)保護(hù)膜后，其對(duì)抗指紋的可靠性大大提高，甚至超過了dvd士rw，所以藍(lán)光光盤可以不再使用保護(hù)盒，進(jìn)而也沒有必要死守在0.6mm厚度的dvd標(biāo)準(zhǔn)最終犧牲了碟片容量以及單位容量的成本，而且犧牲讀出層減薄所帶來的種種好處。 圖3.2 藍(lán)光光盤和dvd光盤就指紋磨損對(duì)光盤讀寫的影響 3.2 藍(lán)光光盤存儲(chǔ)原

27、理 在光盤記錄方式方面，主要有槽內(nèi)(ingroove)記錄和岸溝(land-groove）記錄兩種方式。藍(lán)光光盤是使用槽內(nèi)記錄方式，優(yōu)點(diǎn)在于能夠較容易實(shí)現(xiàn)只讀光盤和可錄光盤之間的兼容性，使光學(xué)頭簡(jiǎn)單化，省略了槽岸間的切換；槽內(nèi)記錄方式面臨著27gb容量極限，而岸溝記錄方式可達(dá)到單面容量30gb。在存儲(chǔ)方式上， 藍(lán)光光盤使用溝槽進(jìn)行記錄，而與以往最大的不同就是在于地址信息是采用基于 stw+msk 技術(shù)改良后的 adip 方式存儲(chǔ)在軌道中的。 stw 是松下公司開發(fā)的一種地址調(diào)制技術(shù)， msk 則是由飛利浦和索尼曾經(jīng)提出過的方式，全稱為最小頻移鍵控，特點(diǎn)是信噪比較高，適用于獲取位置信息15，而真

28、正起到標(biāo)明物理地址的則是 stw 技術(shù)。stw 的全稱 sawtooth wobble （鋸齒抖動(dòng)），它是通過軌道邊緣的鋸齒方向來表示地址信息一種技術(shù)。 圖3.3 stw設(shè)計(jì)早期的 stw 設(shè)計(jì)如圖3.3所示，由 36 個(gè)方向一致的抖動(dòng)鋸齒合成一位的數(shù)據(jù)，完整的地址信息由51bit 組成如圖3.3所示，在藍(lán)光光盤的規(guī)范中，改為使用 56 個(gè)抖動(dòng)鋸齒合成一位 的數(shù)據(jù)。在這 56個(gè)抖動(dòng)中，利用 msk 和 stw 兩種方式來嵌入上述的 1 位地址信息。56個(gè)抖動(dòng)可分為利用 msk 方式調(diào)制的區(qū)域和利用 stw 方式調(diào)制的區(qū)域，前者通過 msk 方式調(diào)制來確定抖動(dòng)位置、后者則是利用 stw 方式的“

29、鋸齒”方向來判斷“ 0 ”、“ 1 ”信息16。stw 的檢測(cè)原理，軌道的抖動(dòng)形狀由一個(gè)正弦波形和一個(gè)方波形組成，在方波形區(qū)所回饋的檢測(cè)的頻率是正弦波形區(qū)的10倍，帶通掃描信號(hào)頻率與正弦波形的抖動(dòng)頻率一致，這樣在通過方波形區(qū)時(shí)，就會(huì)行成回饋信號(hào)的差異，從而可以來判斷鋸齒的方向，并依此獲得0/1 信息。 3.3 藍(lán)光光盤規(guī)格技術(shù)與dvd規(guī)格技術(shù)的比較 藍(lán)光光盤采用波長(zhǎng)為405nm的藍(lán)紫激光器作為讀寫光源，物鏡的數(shù)值孔徑是0.85。藍(lán)光光盤的直徑是120mm，和現(xiàn)有的cd、dvd相同,光盤的厚度也是1.2mm，但它是由基片和0.1mm的透明保護(hù)層構(gòu)成。為了防止盤片表面因指紋及灰塵等附著物引起誤碼率

30、增大，盤片放在盤盒中。一張光盤的單面單層容量是27gb，可記錄2小時(shí)高分辨率數(shù)字視頻圖像。藍(lán)光光盤采用mpeg-2編碼數(shù)據(jù)流壓縮技術(shù)17，與數(shù)字廣播視頻記錄兼容。數(shù)據(jù)傳輸速率為36mbps，約是dvd的三倍。此外還采用特有的id寫入，以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量版權(quán)保護(hù)，表3.1為藍(lán)光光盤規(guī)格技術(shù)18與標(biāo)準(zhǔn)dvd規(guī)格技術(shù)的比較。 (1) 提高光盤存儲(chǔ)面密度的傳統(tǒng)方法是減小讀寫光斑的尺寸，而光斑直徑由式 d=0.5/na決定。該式說明光斑直徑與激光波長(zhǎng)成正比，而與物鏡數(shù)值孔徑成反比。因此，要減小光斑直徑，必須減小激光波長(zhǎng)，同時(shí)增大聚焦物鏡的數(shù)值孔徑。當(dāng)前流行的dvd技術(shù)采用波長(zhǎng)為650nm的紅色激光和數(shù)字光圈為

31、0.6的聚焦鏡頭，而藍(lán)光光盤技術(shù)采用波長(zhǎng)為450nm的藍(lán)紫色激光，通過廣角鏡頭上比率為0.85的數(shù)字光圈，成功地將聚焦的光點(diǎn)尺寸縮得極小程度，從圖3.5 cd光盤，dvd光盤和藍(lán)光光盤之間軌道間距、最小記錄點(diǎn)的對(duì)比，可以更加直觀的得出藍(lán)光光盤在相同的數(shù)據(jù)記錄軌道上可以刻錄更多的數(shù)據(jù)記錄點(diǎn)。 圖3.5 cd光盤 、dvd光盤與藍(lán)光光盤之間軌道間距、最小記錄點(diǎn)的對(duì)比 (2) 在藍(lán)光光盤上，數(shù)據(jù)記錄軌道間的距離為0.32um，而dvd光盤數(shù)據(jù)記錄軌道間的距離為0.74um，藍(lán)光光盤數(shù)據(jù)記錄軌距幾乎只有常規(guī)dvd數(shù)據(jù)記錄軌距的一半。數(shù)據(jù)記錄軌道間更近的距離，讓藍(lán)光光盤在相同的盤片面積上可以有更多的數(shù)據(jù)

32、記錄軌道。 (3) 通過應(yīng)用厚度僅有0.1mm的表面透明保護(hù)層的結(jié)構(gòu)，藍(lán)光光盤減少了在使用過程中由于光盤搖動(dòng)而產(chǎn)生的失?，F(xiàn)象，這讓光盤有更高的讀取質(zhì)量，因此也就可以增加光盤上記錄數(shù)據(jù)的密度。而厚度更薄的0.1mm保護(hù)層，則保證盤片上更高密度的記錄數(shù)據(jù)可以被準(zhǔn)確地讀取。 (4) 藍(lán)紫色激光是被用作下一代大容量dvd開發(fā)時(shí)的主要光源技術(shù)，特別是在開發(fā)多層光碟部分。單面藍(lán)光光盤達(dá)到了27gb高容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)性能，可存儲(chǔ)2小時(shí)的數(shù)字高清晰度電視節(jié)目或超過13小時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)電視節(jié)目(vhs標(biāo)準(zhǔn)畫面質(zhì)量)。使用藍(lán)紫色激光光源，能夠在雙層架構(gòu)上實(shí)現(xiàn)45gb，以及在四層架構(gòu)上實(shí)現(xiàn)90gb的容量。目前已完成的技術(shù)中，

33、能達(dá)到量產(chǎn)的是采用凹槽記錄方式的藍(lán)色光碟，它能在雙層架構(gòu)上達(dá)到27gb，四層架構(gòu)上達(dá)到54gb容量。而多層架構(gòu)則是被視為增加儲(chǔ)存容量的最佳方式。 (5) 藍(lán)光光盤采用17pp的信道調(diào)制碼，調(diào)制碼是將數(shù)據(jù)序列轉(zhuǎn)換為滿足特定限制的信道序列，通常采用游程長(zhǎng)度受限的編碼，以控制信號(hào)讀出時(shí)的碼間干擾并從信道序列中恢復(fù)同步時(shí)鐘。通過實(shí)驗(yàn)可以比較17pp與efmplus碼的性能比較，藍(lán)光光盤采用17pp碼有效的降低光盤對(duì)抖晃的敏感性，并且在同樣的抖晃情況下，17pp碼對(duì)應(yīng)著更大的數(shù)據(jù)比特長(zhǎng)度19。 表3.1藍(lán)光光盤與dvd光盤規(guī)格對(duì)比表 dvd-rom bd-rom容量（單層/面）4.7gb(1層)，8.5

34、gb(2層)27gb(1層)，45gb(2層)激光波長(zhǎng)/na650nm/0.6405nm/0.85數(shù)據(jù)傳輸率11.08mpbs36mpbs盤片尺寸直徑 120mm/80mm 厚度1.2mm直徑 120mm 厚度1.2mm保護(hù)層厚度單層：0.6mm 雙層：0.6mm單層：0.1mm 雙層：0.075mm記錄膜材料相變材料相變材料軌距0.74 m溝槽記錄0.32 m溝槽記錄最小記錄點(diǎn)長(zhǎng)度0.40m0.138m調(diào)制方式efmplus17pp音，視頻格式mpeg-2編碼數(shù)據(jù)流mpeg-2編碼數(shù)據(jù)流版權(quán)保護(hù)cprm/cssaccs 4 藍(lán)光光盤的發(fā)展趨勢(shì) 藍(lán)光光盤是繼紅光光盤之后又一強(qiáng)大的存儲(chǔ)介質(zhì)，在經(jīng)

35、歷了艱難的技術(shù)規(guī)范爭(zhēng)論之后，已經(jīng)開始向市場(chǎng)進(jìn)軍。藍(lán)光光盤的問世將會(huì)對(duì)信息產(chǎn)業(yè)、計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)、高清影視產(chǎn)業(yè)、機(jī)械電子產(chǎn)業(yè)等等產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。如果說dvd是將數(shù)字音頻、視頻和多媒體完善的融合在一起并給人以愉悅的較大存儲(chǔ)介質(zhì)的話，那么在超大存儲(chǔ)藍(lán)光光盤帶動(dòng)下蓬勃發(fā)展的高清影視產(chǎn)業(yè)將會(huì)給人以視覺、聽覺的超強(qiáng)享受。實(shí)踐證明，藍(lán)光格式是令人欽佩的有關(guān)增加存儲(chǔ)容量的工藝性革新，而這種工藝技術(shù)潛在的巨大應(yīng)用必然會(huì)給市場(chǎng)帶來巨大的、深遠(yuǎn)的影響。 現(xiàn)如今藍(lán)光光盤的單層存儲(chǔ)容量已經(jīng)接近遠(yuǎn)場(chǎng)記錄的容量極限，例如所采用的激光波長(zhǎng)已經(jīng)處于藍(lán)紫區(qū)域，接近聚碳酸脂材料的吸收限，如果繼續(xù)采用更短的波長(zhǎng)會(huì)造成碟片的老化以及光路效率

36、的降低，同時(shí)由于受半導(dǎo)體材料的能帶寬度限制，要想得到更短波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光光源已十分困難。另外，藍(lán)光光盤所采用的數(shù)值孔徑在dvd基礎(chǔ)上被大幅度提高到了0.85，而在遠(yuǎn)場(chǎng)記錄情況是以1.0為極限的，在0.85的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高數(shù)值孔徑對(duì)存儲(chǔ)容量的貢獻(xiàn)已經(jīng)不大，并且現(xiàn)如今藍(lán)光光盤的格式規(guī)范主要定義為單層和雙層光盤。但我們相信，隨著時(shí)間的推移，藍(lán)光光盤的容量還會(huì)不斷的提高，譬如采用多層藍(lán)光光盤技術(shù)，2005年tdk公司展示了單層四面的bd-rom，其容量可達(dá)100gb，不久的將來單層六面，單層八面的藍(lán)光光盤就會(huì)面向市場(chǎng)投入運(yùn)行。或采用混合光盤技術(shù)也即是采用rom-rom類型的藍(lán)光混合光盤，所謂的混合光

37、盤是指在一張光盤上含有多個(gè)不同規(guī)格的記錄層，例如距離盤片表面0.1mm的是bd-rom記錄層，dvd-rom記錄層位于 0.6mm深度的位置，而cd-rom記錄層位于1.2mm深度的位置20。另外現(xiàn)在的藍(lán)光光盤仍然停留在只讀的階段，只能作為計(jì)算機(jī)程序，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和影視音頻的播放，但不久的將來藍(lán)光光盤必然會(huì)過度到可擦除階段，到那時(shí)綜合各方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，超大存儲(chǔ)的可擦除藍(lán)光光盤有可能代替計(jì)算機(jī)的硬盤。也許，這些理論現(xiàn)在還停留在實(shí)驗(yàn)室階段，但不久的將來必定會(huì)沖破難關(guān)，走向成功。 總之藍(lán)光光盤要想實(shí)現(xiàn)超高密度的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，必須需要光學(xué)技術(shù)、激光技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、材料科學(xué)、細(xì)微加工技術(shù)和自動(dòng)控

38、制技術(shù)多學(xué)科技術(shù)的交叉發(fā)展，這樣才可以盡早實(shí)現(xiàn)超高密度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)，滿足信息化社會(huì)飛速發(fā)展的需要。5 總 結(jié)本文首先簡(jiǎn)要的介紹了光盤的發(fā)展史，其次從高密度光盤技術(shù)中影響光盤記錄密度的因素及提高光盤記錄密度的途徑出發(fā)，系統(tǒng)的闡述藍(lán)光光盤的光盤結(jié)構(gòu)及存儲(chǔ)原理技術(shù)，并就藍(lán)光光盤規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)與當(dāng)前的dvd規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)作了系統(tǒng)的比較，以突顯藍(lán)光光盤為高密度光存儲(chǔ)的技術(shù)的發(fā)展作出的貢獻(xiàn)。最后結(jié)合藍(lán)光光盤技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和高密度光盤技術(shù)的研究動(dòng)向，簡(jiǎn)要的闡述了自己對(duì)藍(lán)光光盤發(fā)展前景的預(yù)測(cè)。參考文獻(xiàn) 1 楊志義，段宗濤.計(jì)算機(jī)外部設(shè)備m.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2005，178-195.2 kozlovshy w

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