第五节 从磁盘到光盘
磁记录概述
所谓磁记录是利用铁磁性材料具有的记忆其磁化历史的特点，在被称作磁记录介质的铁磁性材料上，对应要记录的信息，记录下不同的残留磁化强度。我们常用的磁盘和磁带就是以磁记录数据为目的的存储介质。
从1888年美国人第一次设想利用不同强度的微小永磁体进行声音录音，到1889年丹麦人Poulsen发明的钢丝式磁录音机的，标志着磁记录的诞生。经过100多年来的发展，现在无论在记录密度、容量、可靠性还是在信号的保真性等方面都已达到相当高的水平，并且其性能的改善仍在进行中。
根据记录信息的形态区分，可分为数字式磁记录和模拟式磁记录。
模拟式磁记录是将声音振动的大小、图像的明暗等原样地转变为磁化的强弱，记录在记录介质表面上的一种磁记录方式。
数字式记录是通过二进制代码的数字脉冲信号进行记录的方式，这种信号只有两个变化状态，主要采用“1”和“0”两种数值的信号。这种数值信号在光记录中也有广泛应用。
模拟记录在音质、画面质量方面以及在波形失真、噪声等方面都存在一些问题，因此记录正逐渐向数字方向发展。在高密度、大容量化的发展潮流中，音频、视频等领域电正在向数字信号记录的方向发展。
1.磁带
磁带是在PET（聚对苯二甲酸乙二酯）等薄膜上沉积磁性层并构成复合材料膜层结构。涂布型磁带、环形磁头、交流偏置法的发明是磁记录技术达到实用水平的标志。由于磁性层在带基上的附着技术的发展，磁带逐渐从涂布型记录层方式向薄膜记录层方向进展，得到更高的记录密度和再生力。
2.磁盘
磁盘由在圆盘状盘基表而附着磁记录介质层构成。常用磁盘分硬盘（hard disk）和软盘（flexibility disk）两大类。硬盘结构一般是在厚度为1～2mm的A1－Mg等铝合金盘基上附着磁记录层，而软盘结构一般是在PET盘基上附着磁记录层。
磁盘的发展也与磁带类似，由涂布型介质磁盘的改良到金属薄膜介质磁盘的开发利用，现正向垂直磁化膜式介质的方向发展。磁盘薄膜介质的制作方法多采用电镀法和溅射法。
3.磁卡
磁卡由于方便信息的存储、读出、使用安全、快捷，保密性好，已逐渐与我们的日常生活密不可分。磁卡包括银行卡、信用卡以及电话、乘车、入场券等用的预售卡等。目前采用的磁记录介质主要是涂布型γ－铁氧体、Co/γ－铁氧体、Ba铁氧体等。从磁卡的种类看，分数字式记录和模拟式记录两大类。
光存储技术
光存储技术是从20世纪70年代才开始发展的一种新型的记录、存储信息的技术。在30多年的发展中，伴随着新材料技术的发展，以及随着计算机、高科技对高密度存储元件的需求，而获得迅速发展。现在，光盘记录在当代信息社会中伴演着越来越重要的角色。
光存储技术已成为光学、光电子学和计算机技术领域中十分重要的组成部分，它的成果——激光存储（光盘）不仅满足了国防、科技、金融等领域对海量信息存储的需求，而且已经进入千家万户，既用于存储音乐、图像，又广泛用于做计算机的外存储器，成为普通家庭娱乐设备中的元件之一。
1.光盘的分类
关于光盘，我们经常听到各种各样的名称，如CD，CDR，DVD，MO，MD等，但从基本功能看，商品化的数字光盘可分三类：
（1）只读式存储器简称CD—ROM（read only memory compaetdisk）；是指那些已存入用户所需要的信息的光盘，例如供用户查阅的百科全书，各种手册，证券交易的记录，供用户娱乐用的声频盘、视频盘等。
（2）一次写入式存储器简称CI＞R（R是recordable的缩写）；CD－R是供用户把需要存档的信息如专利、空间、航天等海量信息写入的存储器。写入后，不能擦除，也不能重写。
（3）可擦除重写存储器简称CD－RW（RW是rewritable的缩写）。
只读光盘是由早年的数字音乐CD发展而来。后来发展为数字视盘（digital video disk，DVD）。以后又因为光盘不仅可以播放音乐和录像，而且可以用于录放书籍、文献，特别是用于计算机的外存储器，所以DVD又表示数字式多用途光盘（digital versatile disk，DVD）。目前DVD的进一步发展包括提高存储密度、加快读取速度和薄型化，解决DVD与老式的CD、VCD及其光盘机的兼容性问题和可重复读写DVD的发展。
2.激光与光记录
光盘存储的工作原理在形式上与爱迪生留声机类似，它以激光头代替金属唱针进行记录（写入）和播放（读出）。由于激光具有极好的时间相干性与空间相干性，因此能把它会聚成达到衍射极限程度的细微光束（衍射极限是指λ/α量级，其中a是会聚透镜的有效直径，λ是激光的波长）。用这种具有微小直径、高功率能量密度的光束，射入记录介质薄膜，会在介质膜上烧蚀出直径约为0.6μm的坑，或使直径在0.6μm范围内的介质发生不可逆的物理、化学变化，使这些被激光照射的区域的光学性质，如反射率、折射率与周围的不同，这样就可以把“烧炕”作为二进制中的“1”，把没有发生物理化学变化的部分作为“0”。如果像光通信中所描述的那样，将要存储的信息取样、量化、编码，通过驱动电路去调制半导体激光器，使其发出的光功率随信息作线性变化，那么由这样的激光束在存储介质上留下的“烧炕”就是信息的写入。光盘的读出过程实际E是写人的反过程，主要是根据光强度变化将激光反射信号检出。光盘由匀速电动机驱动，以均匀速度转动，聚焦的激光跟踪光盘上的信道读出被存储的信息。
磁光盘的记录介质是采用矫顽力大的垂直磁化膜（如非晶态膜），属于可擦除重写型光存储器，它是借助外磁场和激光共同作用来记录、再生信息的。相变材料光盘和磁光盘是目前主要的两种可擦除光盘。
3.光盘的信息量
信息存储密度表征单位面积或单位体积可存储的二进制位数（bit/cm2，bit/cm3），用以表示各种存储方法的性能指标。光盘结构中的基片是用有机玻璃类材料制成的，基片上刻划出螺距为1.6μm的矩形沟槽，被存储的信息以二进制数码形式的“烧炕”记录在沟槽内和沟槽上，以提高存储容量。若光盘最内圈与最外圈的轨迹半径分别为5cm和15cm，则光盘可存储的信息量为2.45×1010bit。
光盘存储密度的理论极限值为1/λ3，λ为光波长。在盘面尺寸一定的前提下，进一步提高光盘信息容量的一种途径是把激光束聚焦成更细微的光束，以进一步减小线距，这要求具有短波长的激光光源、高信噪比的控制电路等。美国IBM公司利用倍频晶体将波长为0.856/λm的激光倍频，从而使光盘存储密度提高4倍。随着激光全息存储技术的发展，预计开发出的可重复存取的全息存储系统的存储容量为128GB，存取速率达109bit/s。
据最新报道日本松下电器与理光及大阪大学携手正准备开发一种新型高容量光盘及其相配套的驱动器，这种光盘的容量可达1.5TB，相当于300张DVD的容量之和。
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