《大話光存儲（2）神秘的激光頭及藍光技術》要點：
本文介紹了大話光存儲（2）神秘的激光頭及藍光技術，希望對您有用。如果有疑問，可以聯系我們。

書接上文.《大話光存儲(1)光存儲基本原理》

【激光頭的秘密】

一個小小的激光頭是如何能夠檢測出如此精密的光反射樣式,以及如何知道當前光頭所處的位置,以及聚焦是否到位、是否處于光道正中央呢?激光頭上有4個正方形排列的精密感光二極管.其作用非常精妙.如下圖所示,當激光點未聚焦準確時,不管是離盤面過近還是過遠,其反射光的光斑都會是橢圓形,這樣的話A和C產生的光電流之和(A+C)會與(B+D)不相等,僅當聚焦準確時,二者才相等,這樣就可以通過負反饋電路反饋到控制光頭聚焦的電路上重新聚焦,從而最終穩定聚焦.

當需要跳躍到對應軌道上時,光頭徑向移動,通過檢測下方所越過的軌道溝槽數量從而精確算出目標軌道的所剩距離,從而負反饋到控制光頭移動的電路模塊,最終達到目標軌道上方.但是依然無法定位精準到軌道正中央.此時光頭的4個感光二極管再次發揮精妙的作用.如下圖所示：

如果光斑偏左,則A二極管總是超前D二極管率先檢測到信號,因為D在A的下方.同理,如果光盤偏右,則B的信號相位會超前C.所以,用于檢測聚焦的電路一樣可以用來尋軌.只要(A+C)的相位=(B+D)的相位,才意味著光頭處于軌道正中央.

上述的負反饋系統,被稱為“伺服系統”,其本質上是負反饋控制,基于連續變化的模擬線號.

當讀取信息時,電路檢測的則是光電流A+B+C+D,因為此時檢測是光斑的整體上的強弱,來判斷1和0.

然而,社會以及IT的發展實在是太快了,各種玩法層出不窮,眼花繚亂.冬瓜哥自從05年大學畢業之后,光盤基本就從日常生活中消失了.給PC安裝OS也都是從U盤啟動安裝.平時的一些珍貴內容的歸檔,也基本放在了移動硬盤里.一張CDROM,700MB內容,DVD格式4.7GB.而一個U盤/tf卡動輒32G,而且速度比光盤快得多,用起來也方便的多.再加上互聯網大提速的影響,用光盤來傳遞大容量數據的方式也逐漸被網絡下載所取代.這樣看來光盤似乎不占什么優勢了?還得看場景,用于承載數據的販賣零售,或者在線業務肯定是不合適的.但是如果用于離線保存、歸檔,DVD這種低容量的制式在這個大數據時代又顯得比較雞肋了.

但是,目前最新的商用光存儲制式——藍光光盤,其容量可以做到單碟200GB,普及版的也能做到單碟25GB,碟片成本不過2塊人民幣左右.這似乎非常適合于離線或者近線存儲系統.藍光光盤將會是離線存儲市場上全面取代磁帶系統的極具潛力的挑戰者.

【藍光光盤簡介】

顧名思義,藍光光盤就是采用藍色激光系統刻錄、或者預錄模具沖壓的光盤.其波長低至405nm,也就意味著其能夠在相同面積上存儲更多數據.單面單層可達25GB,目前商用藍光盤最高容量達到了雙面每面4層,而主流為雙面每面3層,其容量共200GB,而其制造成本不過2塊人民幣,當然光驅還是比較貴的.

下圖中可以明顯看到藍光光盤的溝槽密度很高,而且也可以看到溝槽的波浪線,如前一篇文章所述,這個波形實際上是調制了一些控制信息進去的.

藍光光盤采用的是STW技術來編排波形以及解調.STW 是一種地址調制技術, STW 的全稱 SawTooth Wobble (鋸齒抖動),也就是上述的通過軌道邊緣的鋸齒方向來表示地址信息一種技術.

早期的 STW 設計,由 36 個方向一致的抖動鋸齒合成一 bit 的數據,完整的地址信息由 51bit 組成,在 BD 的規范中,改為使用 56 個抖動鋸齒合成一 bit 的數據.在這 56 個抖動中,利用 MSK)(一種調制方式,最小頻移鍵控) 和 STW 兩種方式來嵌入上述的 1 位地址信息. 56 個抖動可分為利用 MSK 方式調制的區域和利用 STW 方式調制的區域,前者通過 MSK 方式調制來確定抖動位置、后者則是利用 STW 方式的“鋸齒”方向來判斷“ 0 ”、“ 1 ”信息.

STW 的檢測原理,軌道的抖動形狀由一個正弦波形和一個方波形組成,在方波形區所回饋的檢測的頻率是正弦波形區的 10 倍(這里的頻率是指將方波展開正弦波之后最高的頻率,理解不了的話可以看一下傅里葉的波的疊加理論),帶通掃描信號頻率與正弦波形的抖動頻率一致,這樣在通過方波形區時,就會行成回饋信號的差異,從而可以來判斷鋸齒的方向,并依此獲得 0/1 信息.

藍光BD可以制造成單面單層、單面雙層和雙面雙層的：

由于藍光光盤對激光的精準度要求更高了,所以其對覆蓋在表面的保護層的要求變得相當高.其需要比較薄,厚度僅有0.1毫米.另外其要求必須非常平整,因為細微的凸起就會改變激光束的路徑,產生誤差.如果按照CD、DVD的制作工藝,表面會有大概60微米左右的上下起伏誤差范圍,而藍光則要求不超過3微米.位于廣東的紫晶存儲生產的藍光光盤采用了改良后的旋轉涂布技術攻克了這一難題.

藍光盤的綜合性價比目前最高.在相同的產量水平上,每張藍光光盤的生產成本比DVD光盤約高10%.但是,由于光盤表面涂料干凝的時間更少,藍光光盤生產線的單位時間平均產量卻更高,這樣能夠提高生產效率,也就降低了每張光盤的生產成本.

【藍光光盤的分類】

大家熟知的PS3/PS4游戲機用的就是藍光盤+藍光光驅.在企業應用場景下,藍光光盤被廣泛用于檔案歸檔場景.檔案級藍光盤相比消費級的區別是需要采用更高質量的材料以及更抗腐蝕的保護層.檔案級藍光盤目前主要分為4個檔次：

• 永久檔案級藍光光盤 PABD PermanentAchival Blue-ray Disc,永久保存
• 長定期檔案級藍光光盤 LABD Longevity Achival Blue-ray Disc, 30年以上保存
• 短定期檔案級藍光光盤 NABD NormalAchival Blue-ray Disc ,10年以上保存
• 超長定期檔案級藍光光盤 ULABD UltraLongevity Achival Blue-ray Disc,50年以上保存
• 其中ULABD級檔案盤使用最為廣泛.

【國內藍光存儲行業生態】

通過上面的介紹,大家可以看到光盤的制造生產是個技術含量非常高的行業,其復雜度是可以與芯片制造相提并論的.事實上,有些步驟也頗為類似.比如模具的生產環節.芯片的制造其實也是先制作掩膜,然后感光、洗膠、蝕刻等步驟,只不過其精密度更高,達到了納米級別,而光盤的每個凹坑還是微米級別.

冬瓜哥之前對光存儲了解甚少,直到最近才知道,相比芯片制造而言,藍光產業在國內的發展其實已經可以說是瓜熟落地了,而且達到了國際領先水平.紫晶存儲(http://amethystum.com/)是國內唯一擁有自助知識產權的專業藍光存儲介質技術和生產能力的高新技術企業,是國家光盤行業標準的起草單位,也是國家出版產品質量監督檢測中心“藍光檢測實驗室”的承辦和運行管理單位.其主要產品有：藍光光盤生產線全套設備(全自研)、各類藍光刻錄盤以及藍光存儲系統.

圖中的SAMLINK是紫晶旗下的商標.圖示為一個刻生產單/雙層藍光可刻錄光盤的系統,為掌握自主知識產權的自研產品.主要技術指標：

·???????生產周期:????BD-R SL ≤4.5 秒, BD-R DL ≤5.0 秒

·???????涂覆層厚度：? BD-R SL 100μm ???BD-R DL 25+75μm

·???????涂覆層均勻度：BD-R SL: ±1.5μm??BD-R DL: ±1μm

·???????供電電源:????3相/PE/380V/50HZ

·???????耗電量:??????30.8KW

?????曾經參70 年代早期光盤存儲技術設計的弗爾斯不久前接受采訪時說：“我們當初設計光盤的時候計劃其能有 150 年的極限壽命,誰想到目前看也就 30 年”.可以看到,大自然的腐蝕性是遠遠超過人們所預料的.為了增強檔案級藍光盤的抗腐蝕性,紫晶存儲的ULABD檔案級藍光盤的應對措施是：

1. 高穩定性記錄層材料(專利號：201110006297.9),采用純硅與含貴金屬——鉑金的銅合金結合.

2. 高可靠性的反射層材料(專利號：201110326322.1),采用的是銀合金.

3. 高性能的保護層,濺鍍上一層或多層較厚的三氧化二鋁保護層；

4. 新增的工藝環節,強化防潮抗霉耐磨的性能(旋涂專利號：201110326040.1；濺鍍專利號201110326039.9).

5. 強化腐蝕老化測試,包括溫濕度,紫外線,耐磨,鹽霧四種老化測試.

在下一篇中,冬瓜哥將為大家介紹逼格甚高的藍光光盤庫系統的原理、玩法.其中還會有實際操作的視頻分享,敬請期待!

作者：冬瓜哥

文章出處：大話存儲

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