磁光记录与磁光存储怎样才能实现

五、磁光记录与磁光存储怎样才能实现

1845年法拉第将一片玻璃置于一对磁极之间，发现沿外磁场方向的入射光经玻璃透射后的光偏振面发生了旋转，这是历史上第一次发现的磁光效应。后来被称为“法拉第效应（Faraday Effect）”。受法拉第效应的启发，1876年又发现了光在物质表面反射时光偏振面发生旋转的现象，即“克尔效应（Kerr Effect）”。然而直到20世纪50年代初，还很少有人对其有所了解，更谈不上实际应用。20世纪80年代崛起的光储存技术，无疑是科学技术的一大飞跃。它的代表是CD（Compack D）技术，它具有：体积小、保存环境要求低、记录密度高、非接触性读出、无磨损和快速非线性重放等优良特性。然而，CD是只读光盘存储系统，不能满足目前信息时代的大容量信息的存储、交流等要求。而磁光存储系统在可擦写光盘存储领域具有很好的发展前途，汇聚了光储存和磁储存的优点。它的记录密度高、储存容量大、可靠性好、价格低，特别是具有可擦写、携带和交流极其方便的特点。目前，磁光存储系统已广泛应用于广播电视、图像文档资料存储等领域。

光是一种电磁波，属于横波，具有偏振特性。如图7-18所示，在波的传播道路上，若设置一个狭缝AB，对横波来说当缝AB与振动方向平行时，它可以穿过狭缝继续向前传播（如图7-18（a）所示）。当狭缝AB与横波的振动方向垂直时，振动受困，波不能穿过狭缝AB继续向前传播（如图7-18（b）所示）。这种只能在某一个固定方向的振动便是横波的偏振特性，具有AB狭缝的物质C，可以看成是偏振片。图7-19和图7-20分别表示自然光的特性和偏振光的形成过程。

图7-18　光的偏振特性

图7-19　自然光的特性　　　 图7-20　偏振光的形成

直线的偏振光从强的磁场介质表面反射时，其偏振面发生旋转，相对于磁化的上下方向，其偏振面有左右旋之分。故由反射光的偏振面能反映出磁极的磁化方向，当光的传播方向与磁化方向相同时，效应最大。

克尔效应奠定了磁光存储系统读、写过程的理论基础。磁光记录的原理如图7-21所示。对于记录信息的抹除原理是将激光照射到磁光记录介质上，使其局部温度升高，在外加磁场作用下使记录介质磁畴取向一致。信息的记录是利用写入信息调制激光，数据“1”和“0”的记录是通过控制激光源，使激光束出现“有”和“无”。当记录数据为“1”时，激光束照射到磁光记录介质的记录位上，该记录位温度升高到一定程度时，介质的矫顽力几乎变为零，而在外加一个极性与抹除相反时的磁场作用下，使记录位的磁畴取向发生翻转，这就记录下了代表数据位信息的柱状磁畴。当关掉激光后，该区域立即冷却，磁畴方向也固定下来。记录数据为“0”时，激光源不发激光束，该记录位磁踌不翻转，保持原状，磁光记录就是这样用磁和光来记录信息。现在有直接重写的磁光驱动器，用激光束连续照射介质，而用信号去调制磁场实现重写，减去了抹除环节。磁光记录介质在常温下需要强大的磁场才能改变磁畴方向，所以，常温下磁光盘的存放环境要比磁带、磁盘的要求低得多。

1986年，索尼成功研制出可单次写入的“WO（Write Once Disk）”光盘，1988年，索尼又在WO的基础上发明出可多次擦写的“MO”磁光盘。严格来说迄今为止最可靠的存储技术，MO（Magneto-Optical）并不是单纯的光存储体系，它是一种磁-光技术的结合体。MO的历史与CD技术有着直接的关联，20世纪80年代，CD格式在音频领域一统天下，但在提供完美音质的同时，用户也抱怨CD随身听尺寸太大、光盘不可擦写、无法自主选择音源等等，索尼公司在听取了这些意见之后立即着手研究更适合随身携带的音频技术。1991年，MO磁光盘就实现了128MB容量；1993年提升到230MB；而到了1996年，MO磁光盘的容量更是达到540/640MB水平。

图7-21　磁光记录原理

图7-22　MO磁光盘的工作模型示意

MO的最大特点是其他技术难以企及的高可靠性，一张MO光磁盘可反复读写达1000万次，如图7-22所示为MO磁光盘的工作模型示意图，即使一天反复读写1000次，MO光磁盘依然能够用上30年。MO这种特性是由它的工作原理和盘片设计决定的：MO盘片被密封外壳保护起来，盘片表面不可能被划伤和尘土堆积，而激光束要先通过基底层方能进行记录层读写，激光束直径在MO盘表面是宽点，变窄到达记录层，即使光磁盘表面存在尘土和划伤也不会影响到最终生成的信号，这一点令现有的各种光存储技术望尘莫及。再者，MO盘不像磁存储技术一样容易受到强磁场的影响，如果要对MO盘的数据进行改写，必须同时具备加热至150℃和磁场两大因素，而在正常状态下，不可能获得150℃高温，所以磁场再强也无济于事。