A. 什么是光存储
光存储是由光盘表面的介质影响的,光盘上有凹凸不平的小坑,光照射到上面有不同的反射,再转化为0、1的数字信号就成了光存储。
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、DVD+R、DVD+RW、DVD-RAM、 Double layer DVD+R等各种类型。 随着光学技术、激光技术、微电子技术、材料科学、细微加工技术、计算机与自动控制技术的发展,光存储技术在记录密度、容量、数据传输率、寻址时间等关键技术上将有巨大的发展潜力。在下一个世纪初,光盘存储将在功能多样化,操作智能化方面都会有显着的进展。随着光量子数据存储技术、三维体存储技术、近场光学技术、光学集成技术的发展,光存储技术必将在下一世纪成为信息产业中的支柱技术之一。
光存储的原理
无论是CD光盘、DVD光盘等光存储介质,采用的存储方式都与软盘、硬盘相同,是以二进制数据的形式来存储信息。而要在这些光盘上面储存数据,需要借助激光把电脑转换后的二进制数据用数据模式刻在扁平、具有反射能力的盘片上。而为了识别数据,光盘上定义激光刻出的小坑就代表二进制的“1”,而空白处则代表二进制的“0”。DVD盘的记录凹坑比CD-ROM更小,且螺旋储存凹坑之间的距离也更小。DVD存放数据信息的坑点非常小,而且非常紧密,最小凹坑长度仅为0.4μm,每个坑点间的距离只是CD-ROM的50%,并且轨距只有0.74μm。 CD光驱、DVD光驱等一系列光存储设备,主要的部分就是激光发生器和光监测器。光驱上的激光发生器实际上就是一个激光二极管,可以产生对应波长的激光光束,然后经过一系列的处理后射到光盘上,然后经由光监测器捕捉反射回来的信号从而识别实际的数据。如果光盘不反射激光则代表那里有一个小坑,那么电脑就知道它代表一个“1”;如果激光被反射回来,电脑就知道这个点是一个“0”。然后电脑就可以将这些二进制代码转换成为原来的程序。当光盘在光驱中做高速转动,激光头在电机的控制下前后移动,数据就这样源源不断的读取出来了。
B. 急求!! “光存储技术”所需要的专业知识以及它的就业前景
光存储技术,在国内是非常新颖的课题,本科和研究生专业都没有开设。个别物理专业非常强的专业院校,有开设有相关的博士课题。例如:北京大学微电子电子学院、北京大学物理学院、北京邮电大学,开设有信息材料专业:
信息材料专业
1.《信息显示技术》信息显示材料主要包括各类具光电性质的小分子、寡聚物、高分子聚合物或金属配合物等有机电致发光材料和载流子传输功能材料,研究内容主要包括有机电致发光材料及功能材料的设计、合成、性能优化以及机理探索;信息显示技术主要研究红、绿、蓝三基色及白色有机发光原型器件的制备、工作原理、老化机理及封装,以及全彩OLED集成化驱动和控制技术研究。OLED是最具前途的下一代平板显示技术。这种显示技术使用有机半导体材料发光,具有可实现柔性、驱动电压低、能耗低、发光亮度与发光效率高、响应速度快等优点。
2.《光电信息材料》研究的主要内容是光电响应性材料的制备及其在信息技术中的应用。光电信息材料主要包括高效稳定的有机发光材料、水溶性发光材料及传感材料等新型光电材料的设计、制备及其物性研究;新型激光材料的制备,及其在高功率和超短脉冲激光技术中的原理和应用;纳米材料光子学、自旋光子材料与特殊物理性能。
3.《有机光伏技术》属于太阳能光利用(太阳能电池技术)。有机光伏技术是采用含有少量碳的有机分子而不是传统的硅基材料,可以做成超薄和柔性电池,因而有望极大降低成本。这种有机太阳能电池可以在塑料衬底上使用类似于打印或者溅射沉积的方法来制造。太阳电池是利用有机半导体内部的光电效应,有机半导体内的电子在光照下被从HOMO能级激发到LUMO能级,产生一对电子和空穴。电子被低功函数的电极提取,空穴则被来自高功函数电极的电子填充,由此在光照下形成光电流。
4.《有机电子材料》主要研究各类有机电活性材料。这些具有电活性的有机材料,不论是小分子,寡聚物,或是高分子聚合物,从化学结构来看,它们都具有非定域的π共轭电子。由于存在HOMO及LUMO(或者说,能带中价带与导带)之间的能量差距,它们可属于半导体或导体,这些有机材料呈现多样的导电性质及各种不同的光物理性质,而具有广泛的应用。如:当能量的差距较小,这些材料往往可以吸收可见光,具有颜色,可以作为染料应用于雷射光盘等。
5.《纳米生物信息》通过纳米技术来研究生物体系中信息的感知、传输和处理。主要包括在研究生物分子中各种生化反应的化学信息及其与生物功能关系的基础上,设计并合成纳米尺寸的无机、有机和高分子材料,模拟生物功能的基本原理,应用先进传感、计算和通信技术,用于制备生物纳米处理器和传感器等,从而实现快速、简便、高效的获得复杂生物系统的性态信息。
6.《信息存储材料》主要研究利用材料在光、电、磁诱导下外在物性的可逆变化来实现信息的大容量存储。主要包括纳米级有机超高存储材料的合成、性能优化与理论探索;以电子俘获光存储技术为指导,合成电子俘获材料,从而实现信息存储与传输的无限擦/写循环;在材料合成基础上,对信息存储器件、记录材料和光纤通道等关键技术实现器件优化与调控。
7.《硅基液晶显示》硅基液晶显示是结合半导体硅CMOS电路技术和液晶显示技术两者优势的一类主动式液晶显示技术,具有分辨率高,可视频显示的优点。结合现在的LED技术和光学系统可以实现可移动的大面积、高分辨率显示。主要研究方向为光学系统的设计集成,提高光利用率。
8.《有机场效应晶体管》主要内容包括应用有机半导体材料制备场效应晶体管的工艺、性能、工作原理,驱动和电路应用,从而实现可实用的廉价电子器件应用,如RFID、FPD的驱动电路等。同时,作为OLED显示的驱动技术,OTFT也是重要有源OLED显示的核心组件之一。研究方向侧重高迁移率材料的设计与合成以及高性能OTFT的制备和工作机理等。
9.《场发射显示技术》利用纳米材料制备场发射针尖,研究材料的制备工艺、工作原理和控制技术等
国内的专业毕业生,都留在中国科学院材料研究所做技术员,还有很多同学都去国外的实验室深造了。这个专业,谈不上就业了,因为太少,属于高尖人才了。
C. 光存储技术的光存储技术发展在过去的发展
1990年中期,5.25英寸磁光盘(即MO,3.5英寸的MO只出现在日本)系统取代了12英寸写一次可读多次 (WORM) 光盘的统治地位,并且把这种地位一直保持到最近。在MO驱动器中有一个电磁头来极化记录层上的磁点,它只有在温度很高时才会改变。所以MO磁盘的工作方式是:MO磁盘的一面上有一个激光二极管把极点加热到临界温度(称为“居里点”),而在另一面的磁头把该点极化。当该极点“旋离”激光头后,该点会迅速冷却下来,并保持了极性,除非对它再次加热和加磁。一般的磁铁摩擦,甚至核磁共振扫描仪都对MO磁盘没有影响。
MO最可怕的竞争来自可读写压缩光盘(CD-R,1990年出现)。MO的制造商通过在不提升价格的同时显着增加容量的方式回击CD-R的挑战。所有MO制造商都统一了标准,并且采取了一致的发展“路线”:每隔18个月把容量提高一倍。MO的容量从1.3GB、2.6GB、5.2GB、一直发展到现在的9.4GB(4.7GB/面)。并且每种新型的MO驱动器仍可以读取以前三代MO媒质,同时至少能写前两代的MO盘。MO的用户和存储管理员把这种投资保护特点看作是MO的最大优势,并且对MO非常忠心。
但是MO生产商知道,9.4GB可能是5.25英寸MO盘的极限了。因为如果进一步缩小或密排记录点,那么就会导致无法接受的高错误率;而如果把激光二极管的波长从红光一端转到蓝光一端,虽可提高容量(可提高4倍),但制造商现在无法生产足够小、足够便宜和使用寿命足够长的蓝光激光二极管。 当第一批可读写CD系统上市时,这种系统的驱动器价格高达5000多美元,盘片价格也有20多美元。但是这种光盘可以在任何CD-ROM驱动器或CD-音频播放机中使用。
这种技术在出现后就被迅速标准化,并且十几家制造商开始制造这种系统。飞利浦和索尼还推出了一种可读写的 (CD-RW) 光盘,并鼓动所有只读驱动器的制造商在其产品中安装这种“多次读写”芯片。今天,标准的CD-RW驱动器(“CD 刻录机”) 的零售价格不超过200美元,而可读写光盘的价格在1美元左右,一次写入的光盘价格低于0.50美元。最近出现了另外一种标准规格的可读写光盘。用于高速记录(即由12倍速以上的新驱动器写入)的CD-RW光盘不能用于8倍速以下的老式光盘驱动器。所以在升级之前,请检查您驱动器的规格。 Eastman Kodak 推出了一种极具诱惑力的混合CD(CD-PROM),它综合了“只读”和“可记录”两种特点。用户可用CD-PROM为特定收件人定制发行光盘,用户则可以更改某些文件,但是不能更改其他文件。即便如此,说它是一种杀手锏还为时过早。 六年以前,在业界第一个标准组织——光存储技术协会中有过一次争论,争论的一方是索尼和飞利浦,另一方是东芝、日立和Matsushita。他们所争论的问题是关于一种新型的、高容量的、与CD媒质采用相同形式的光盘系统。争论的结果是东芝联盟一方“赢了”,他们把这种新格式命名为DVD。
DVD记录采用了相变技术。这种技术已经存在多年,其原理是:激光二极管发出的热量使记录点呈现高反射(“水晶”)状态或另外一种状态(“非晶体”),而第二个激光二极管在读取这两种不同状态时把它们分别标识为“1”或“0”。(相比之下, CD-R只写一次,因为它使用“烧蚀”技术在记录层中产生一种永久性的、物理的标记。)
MO制造商多年来一直批评相变记录技术,他们声称这种媒质的写入次数只能达到MO的十分之一。但这种数字是“几十万次”与“几百万次”的比较。对于普通的存储应用来说,这种比较根本没有什么实际意义。
需要记住的是,DVD的容量不是由数据存储业设置的,而是由好莱坞制定的。一张DVD光盘需要容纳两个小时的全动作片,并能提供广播电视级的图像大小和质量。最终,DVD采用相当紧密的压缩算法 (MPEG-2),每个记录层的最低容量是4.7GB。现在这个数字已经成了标准。
先锋、Matsushita、东芝、日立等厂家都把他们的最新式DVD录制机制成多功能的:先锋增加了一种称为DVD-RW格式的可重写能力,Matsushita集团采用了只写入一次的DVD-R。你可能会猜到,不同厂家的可重写媒质是不兼容的,而只有DVD-R光盘是通用的。
现在出现了一种更专用的可读写格式。索尼、飞利浦以及其他四个厂商都在宣传DVD+RW 格式。但是DVD+RW驱动器和介质才刚刚上市。惠普推出了第一个商业品牌的DVD+RW,而戴尔是支持它的第一个PC制造商。现在,苹果公司也OEM了先锋的DVD-R驱动器。 在采用光盘存储方法之前,我们还应该问问是否有更新的、更好的存储技术出现。从长远的观点来看,当然有。可IT企业不希望在短期内系统的存储能力有巨大提高。比如,DVD每面可以有两个数据层,但还不能实现在每面上提供两个可记录层。在一两年之内,这种改进恐怕无法实现。
今年可能要出现一种称为“DataPlay”的一次写入格式。它可在四分之一的普通盘片面积上存储500MB数据。Samsung 和 Imation将推出第一批DataPlay驱动器和盘片。据说这种格式的物理大小和容量可能更适合于“娱乐”而不是用于“数据”。
不要相信一些“虚幻”的未来许诺。蓝光激光二极管仍然没有任何明显进展。几年以前,Quinta 和TeraStor曾经极力鼓吹称为“近场”和“远场”记录的光磁混合技术,结果是这两种方案到现在也没有投入实际生产。只有在材料科学发生重大突破后,全息系统才有可能在一块方糖大小的空间上存储他们曾经吹嘘过的TB级数据。
D. 光存储技术的光存储技术原理
伴随信息资源的数字化和信息量的迅猛增长,对存储器的存储密度、存取速率及存储寿命的要求不断提高。在这种情况下,光存储技术应运而生。光存储技术具有存储密度高、存储寿命长、非接触式读写和檫出、信息的信噪比高、信息位的价格低等优点。
此激光束经光路系统、物镜聚焦后照射到介质上(焦点处记录斑直径正比于波长λ,反比于聚焦系统的数值孔径NA),其中一种存储方法是介质被激光烧蚀出小凹坑。介质上被烧蚀和未烧蚀的两种状态对应着两种不同的二进制数据。识别存储单元这些性质变化,即读出被存储的数据。
E. 光储存是怎么回事
最常见的就是光盘。上面用激光烧录信息,通过反射率的变化,得出0,1序列。
F. 光存储技术的介绍
光存储技术是采用激光照射介质,激光与介质相互作用,导致介质的性质发生变化而将信息存储下来的。读出信息是用激光扫描介质,识别出存储单元性质的变化。在实际操作中,通常都是以二进制数据形式存储信息的,所以首先要将信息转化为二进制数据。写入时,将主机送来的数据编码,然后送入光调制器,这样激光源就输出强度不同的光束。
G. 光存储技术的光存储技术的分类及最新进展
相变型存储材料的光盘 记录信息:高功率调制后的激光束照射记录介质,形成非晶相记录点。非晶相记录点的反射率与未被照射的晶态部分有明显的差异。读出信息:用低功率激光照射存储单元,利用反射光的差异读出信息。信息的擦除:相记录点在低功率、宽脉冲激光照射下,又变回到晶态。
磁光存储材料的光盘 记录信息:记录介质为磁化方向单向规则排列的垂直磁光膜。在聚焦激光束照射下,发生热磁效应,记录点的磁化方向发生变化,进而完成信息记录。读出信息:利用法拉第效应和克尔效应。信息的擦出:在激光的作用下,改变偏磁场的方向,删出了记录信息。 多媒体信息时代的第一次数字化革命是以直径为12cm 的高音质CD(Compact disc)光盘取代直径为30cm 的密纹唱片。这其中包括CD-ROM, CD-R 和CD-RW 类型。CD 光盘使用的激光波长为780nm,数值孔径为0.45,道间距为1.6um,存储容量为650MB。第二代数字多用光盘DVD(Digital Versatile Disk)使用的激光波长为635/650nm,数值孔径为0.6,道间距为0.74um,单面存储容量为4.7GB,双面双层结构的为17GB。DVD光盘系列有DVD-ROM, DVD-R, DVD-RW, DVD+RW 等多种类型。目前DVD-Multi 已兼容了
DVD-RW, DVD+RW, DVD-RAM 三种光盘。上述这些产品的问世,对包括音频、视频信息在内的数据的记录都发挥过巨大的作用。 多阶光存储是目前国内外光存储研究的重点之一,缘于它可以大大地提高存储容量和数据传输率。在传统的光存储系统中,二元数据序列存储在记录介质中,记录符只有两种不同的物理状态,例如只读光盘中交替变化的坑岸形貌。多阶光存储是读出信号呈现多阶特性,或者直接采用多阶记录介质。多阶光存储分为信号多阶光存储和介质多阶光存储。
从技术上讲,蓝光光盘的下一代存储技术是相当先进的,不过由于蓝光光盘格式本身与现存的红光DVD格式并不兼容,所以如果采用蓝光光盘格式的厂商必须大动干戈的更换整条生产线,这大大增加了生产厂商的生产成本,使得其价格普遍偏高,从很大程度上阻碍了蓝光光盘格式的普及。所以虽然蓝光技术得到了很多大厂得支持,但价格是蓝光技术的致命伤。不过还是有很多有实力的大厂如三星、飞利浦、LG、三菱、索尼等表示他们已经或将很快推出其支持蓝光技术的产品。
H. 北京工业大学激光工程研究院的专业介绍
光学是一级学科物理学的二级学科。本学科点主要研究光子的产生、调制、传输、探测、存储和应用,侧重于光电子与光信号处理、光通信技术、声光技术、激光现代制造科学和激光超短脉冲技术,面向光存储、光通信和光制造等高新技术产业。目前正在承担2项“973”、1项“863”、2项北京市自然科学重点基金、5项国家自然科学基金和20余项省部级科研项目的研究。本学科点由我校激光工程研究院和应用数理学院联合组建。激光工程研究院部分的研究方向为:
①激光现代制造科学,主要研究光制造中激光与物质的相互作用,大功率激光光束传输、变换和质量诊断技术,纳米材料与微纳技术;
②激光超短脉冲及宽带可调谐激光技术,主要研究飞秒脉冲激光技术、全固态激光器、全半导体激光器、LD泵浦自锁模激光器;
③激光技术的研究与应用,主要研究全彩色激光表演系统、大功率激光传输光纤与光纤耦合器件、激光测量技术等。
本学科点于1981年获得硕士学位授予权,1985年获得博士学位授予权,1996年开始招收项目博士后,2001年被评为国家重点学科。 光学工程是激光技术与制造技术、信息技术、生物医学、材料科学与工程、自动控制技术等交叉结合的学科。本学科点是我校“211工程”重点建设学科,依托于国家产学研激光技术中心、中德激光技术中心和北京市激光技术实验室,装备有国内乃至东亚地区最先进的激光加工设备和测试仪器。本学科点的特色是:产学研结合与国际合作。
本学科点的研究方向为:
①激光现代制造技术与工程,主要研究大功率激光三维切割与焊接技术、高强铝合金等特种材料的激光加工技术、激光三维快速直接成形、脉冲激光打孔、激光熔覆与表面改性、激光加工软件等;
②激光光电子工程,主要研究大功率固体激光器、大功率半导体激光器、飞秒脉冲激光微加工系统;
③激光微技术,主要研究生物芯片的准分子激光制造技术、纳米粉激光三维微成形、激光制备新材料等。
本学科点是北京市重点学科,具有一级学科硕士、博士学位授予权和工程硕士及同等学历申请硕士学位的授予权。