光盘的原理.doc

一.光盤的原理光盘是如何造出来的？面对这个问题，可能很多人都没有办法回答出来。我们的台式电脑，可以通过组装的形式来制造，例如把处理器、内存、硬盘、主板等配件，安装在机箱里，就形成了一台电脑。而一块主板则是通过电路板布线、贴片、焊接、插件、再焊接等步骤完成的。然而，一张薄薄的光盘，它又如何才能制造出来呢？ 要了解光盘的制造原理，首先就要了解光盘的结构，其结构同制造过程密切相关。大家都知道，光盘只是一个统称，它分成两类，一类是只读型光盘，其中包括CD-Audio、CD-Video、CD-ROM、DVD-Audio、DVD-Video、DVD-ROM等；另一类是可记录型光盘，它包括CD-R、CD-RW、DVD-R、DVDR、DVDRW、DVD-RAM、Double layer DVDR等各种类型。 根据光盘结构，光盘主要分为CD、DVD、蓝光光盘等几种类型，这几种类型的光盘，在结构上有所区别，但主要结构原理是一致的。而只读的CD光盘和可记录的CD光盘在结构上没有区别，它们主要区别在材料的应用和某些制造工序的不同，DVD方面也是同样的道理。现在，我们就以CD光盘为例进行讲解。 我们常见的CD光盘非常薄，它只有1.2mm厚，但却包括了很多内容。从图1中可以看出，CD光盘主要分为五层，其中包括基板、记录层、反射层、保护层、印刷层等。现在，我们分别进行说明。 1.基板 它是各功能性结构(如沟槽等)的载体，其使用的材料是聚碳酸酯(PC)，冲击韧性极好、使用温度范围大、尺寸稳定性好、耐候性、无毒性。一般来说，基板是无色透明的聚碳酸酯板，在整个光盘中，它不仅是沟槽等的载体，更是整体个光盘的物理外壳。CD光盘的基板厚度为1.2mm、直径为120mm，中间有孔，呈圆形，它是光盘的外形体现。光盘之所以能够随意取放，主要取决于基板的硬度。 在一般人的眼里，基板可能就是放在最底部的部分。不过，对于光盘而言，却并不相同。如果你把光盘比较光滑的一面(激光头面向的一面)面向你自己，那最表面的一面就是基板。需要说明的是，在基板方面，CD、CDR、CDRW之间是没有区别的。 2.记录层(染料层) 这是烧录时刻录信号的地方,其主要的工作原理是在基板上涂抹上专用的有机染料，以供激光记录信息。由于烧录前后的反射率不同,经由激光读取不同长度的信号时,通过反射率的变化形成0与1信号，借以读取信息。目前市场上存在三大类有机染料：花菁(Cyanine)、酞菁 (Phthalocyanine) 及偶氮 (AZO) 。 目前，一次性记录的CD-R光盘主要采用(酞菁)有机染料，当此光盘在进行烧录时，激光就会对在基板上涂的有机染料，进行烧录，直接烧录成一个接一个的坑，这样有坑和没有坑的状态就形成了0和1的信号，这一个接一个的坑是不能回复的，也就是当烧成坑之后，将永久性地保持现状，这也就意味着此光盘不能重复擦写。这一连串的0、1信息，就组成了二进制代码，从而表示特定的数据。 在这里，需要特别说明的是，对于可重复擦写的CD-RW而言，所涂抹的就不是有机染料，而是某种碳性物质，当激光在烧录时，就不是烧成一个接一个的坑，而是改变碳性物质的极性，通过改变碳性物质的极性，来形成特定的0、1代码序列。这种碳性物质的极性是可以重复改变的，这也就表示此光盘可以重复擦写。 3.反射层 这是光盘的第三层，它是反射光驱激光光束的区域，借反射的激光光束读取光盘片中的资料。其材料为纯度为99.99%的纯银金属。 这个比较容易理解，它就如同我们经常用到的镜子一样，此层就代表镜子的银反射层，光线到达此层，就会反射回去。一般来说，我们的光盘可以当作镜子用，就是因为有这一层的缘故。 4.保护层 它是用来保护光盘中的反射层及染料层防止信号被破坏。材料为光固化丙烯酸类物质。另外现在市场使用的DVD+/-R系列还需在以上的工艺上加入胶合部份。 5.印刷层 印刷盘片的客户标识、容量等相关资讯的地方，这就是光盘的背面。其实，它不仅可以标明信息，还可以起到一定的保护光盘的作用。图1 CD-R光盘各结构层光盘为何如此薄？ 从主要结构来讲，CD、DVD光盘的结构是一致的，只不过，它们的厚度和用料有所不同。在上面的介绍中，我们提到CD光盘的厚度为1.2mm，这个厚度是否可以改变？回答是否定的。 在实际应用中，读取和烧录CD、DVD、蓝光光盘的激光是不同的。大家都知道，CD的容量只有700MB左右，而DVD则可以达到4.7GB，而蓝光光盘更是可以达到25GB。它们之间的容量差别，同其相关的激光光束的波长密切相关。 一般而言，光盘片的记录密度受限于读出的光点大小，即光学的绕射极限(Diffraction Limit) ，其中包括激光波长，物镜的数值孔径NA。所以传统光盘技术要提高记录密度，一般可使用短波长激光或提高物镜的数值孔径使光点缩小，例如CD(780nm，NA：0.45)提升至DVD(650nm，NA：0.6)，再到Blu-ray Disc盘片(405nm，NA：0.85)，如图2所示。 对于CD光盘，其激光波长为780nm，物镜的数值孔径NA为0.45，激光束会集到一点的距离需要1.2mm，这就决定了CD光盘基板的厚度为1.2mm。不管是CD光盘的基板过厚，还是过薄，激光束都不能会集到一点，从而严重影响数据的烧录和读取。 从图2中我们可以看到，DVD光盘的激光波长为650nm，物镜的数值孔径NA为0.6，而激光束会集到一点的距离只需要0.6mm，这决定DVD光盘基板的厚度为0.6mm。不过，0.6mm的厚度太薄，其制造出来的光盘也会因为太薄而容易折断。因此，在DVD的实际制造过程中，会把两片0.6mm厚的基板迭合在一起，共同组成1.2mm的厚度。当然，在这种情况下，只有一片基板在记录数据，而另一片基板则完全起保护的作用。 光盘的发展趋势是向高容量存储(如去年开始面世的DVD+R DL产品)，业界的技术研发也以此为导向。 现在，已经出现了单面双层的DVD盘片。单面双层盘片(DVD+R Double Layer)是利用激光(Laser beam)聚焦的位置不同，在同一面上制作两层记录层，单面双层盘片在第一层及第二层的激光功率(Writing Power)相同(激光功率为30mW)，反射率(Reflectivity)也相同(反射率为18%30%)，刻录时，可从第一层连续刻录到第二层，实现资料刻录不间断。图2 CD 、DVD与Blu-ray Disc盘片规格与光点比较图3 双层DVD+R 结构目前酝酿中的新标准光盘种类很多，包括EVD、FVD、蓝光光盘、HVD、HDV等。其中，EVD拥有22项自有技术专利及5个开发软件，足以建立规格基础。 而FVD(Forward Video Disc)是台湾省工研院结合28家光储存相关大厂而形成的红光高画质激光视盘FVD标准，它于2003年8月完成第一代FVD新规格与样机研发。 FVD标准使用650nm红光激光，单面单层盘片可达5.46.0GB，可容纳135 分钟的高画质节目。 蓝光盘片则分为HD-DVD与Blu-ray Disc两种。这两种光标准在互相竞争。其中，Blu-ray Disc以SONY为首，商品化速度较快，已于2003年推出BDZ-S77录放机。而HD-DVD规格，由NEC与Toshiba提出，于2004年6月定案。而HD-DVD规格由于与传统DVD较为相近，为两片0.6mm的透明塑料基板黏合，生产流程可由原先DVD产线转换，投资成本较低，于2004下半年推出示范商品。 CD、DVD与Blu-ray Disc、FVD规格比较 CDDVDHD-DVDBlue-ray DiscFvd-1Fvd-2直径120mm120mm120mm120mm120mm120mm盘片厚度1.2mm1.2mm1.2mm1.2mm1.2mm1.2mm盘片结构1.2mm单片0.6mm两片胶合0.6mm两片胶合0.1mm+1.1mm两片0.6mm两片胶合0.6mm两片胶合激光波长780nm650nm405nm405nm650nm650nm数值孔径0.450.60.650.850.60.650.60.65压缩格式MPEG-1MPEG-2MPEG-2MPEG-2WMV-9WMV-9轨间距1.6m0.74m0.34m0.32m0.64m0.64m最小轨迹0.83m 单面单层0.40m 单面单层0.130m 单面单层0.138m 单面单层0.40m 单面单层0.40m 单面单层容量二.光驅的類型1.光驅類型CD-ROM光驱：又称为致密盘只读存储器，是一种只读的光存储介质。它是利用原本用于音频CD的CD-DA(Digital Audio)格式发展起来的。DVD光驱：是一种可以读取DVD碟片的光驱，除了兼容DVD-ROM，DVD-VIDEO，DVD-R，CD-ROM等常见的格式外，对于CD-R/RW，CD-I，VIDEO-CD，CD-G等都要能很好的支持。COMBO光驱：“康宝”光驱是人们对COMBO光驱的俗称。而COMBO光驱是一种集合了CD刻录、CD-ROM和DVD-ROM为一体的多功能光存储产品。刻录光驱：包括了CD-R、CD-RW和DVD刻录机等，其中DVD刻录机又分DVD+R、DVD-R、DVD+RW、DVD-RW(W代表可反复擦写)和DVD-RAM。刻录机的外观和普通光驱差不多，只是其前置面板上通常都清楚地标识着写入、复写和读取三种速度。2、光驅倍速CD刻录速度：CD刻录速度是指该光储产品所支持的最大的CD-R刻录倍速。目前市场主流内置式CD-RW产品最大能达到的是52倍速的刻录速度，还有部分40倍速、48倍速的产品，在实际工作中受主机性能等因素的影响，三者刻录速度上的差异并不悬殊。52倍速这基本已经接近CD-RW刻录机的极限，很难再有所提升。外置式的CD-RW刻录机市场上的产品速度差异较大，有8倍速、24倍速、40倍速、48倍速和52倍速等，一般外形尺寸小巧，着重强调便携性的产品刻录速度一般是较低的水平。而体积相对较为笨重的外置式CD-RW刻录机基本都保持较高的刻录速度，甚至与内置式持平。DVD刻录速度：目前市场中的DVD刻录机能达到的最高刻录速度为8倍速，较多的产品还只能达到24倍速的刻录速度，每秒数据传输量为2.76M5.52MB，刻录一张4.7GB的DVD盘片需要大约1527分钟的时间；而采用8倍速刻录则只需要7到8分钟，只比刻录一张CD-R的速度慢一点，但考虑到其刻录的数据量，8倍速的刻录速度已达到了很高的程度。DVD刻录速度是购买DVD刻录机的首要因素，如果在资金充足的情况下，尽可能选择高倍速的DVD刻录机。CD读取速度：最大CD读取速度是指光存储产品在读取CD-ROM光盘时，所能达到最大光驱倍速。因为是针对CD-ROM光盘，因此该速度是以CD-ROM倍速来标称，不是采用DVD-ROM的倍速标称。目前CD-ROM所能达到的最大CD读取速度是56倍速；DVD-ROM读取CD-ROM速度方面要略低一点，达到52倍速的产品还比较少，大部分为48倍速；COMBO产品基本都达到了52倍速。DVD读取速度：最大DVD读取速度是指光存储产品在读取DVD-ROM光盘时，所能达到最大光驱倍速。该速度是以DVD-ROM倍速来定义的。目前DVD-ROM驱动器的所能达到的最大DVD读取速度是16倍速；DVD刻录机所能达到的最大DVD读取速度是12倍速，相信16倍速的产品也不久就会推出；目前商场COMBO中产品所支持的最大DVD读取速度主要有8倍速和16倍速两种。CD复写速度：CD复写速度是指刻录机在刻录CD-RW光盘，在光盘上存储有数据时，对其进行数据擦除并刻录新数据的最大刻录速度。较快CD-RW刻录机在对CD-RW光盘复写操作时可