第四讲 光存储与光显示

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1、第四讲第四讲 光存储与光显示光存储与光显示本本 章章 内内 容容一、光存储一、光存储1、概述、概述（2）光存储原理及分类）光存储原理及分类（1）原理：）原理：只要材料的某种性质对光敏感，在只要材料的某种性质对光敏感，在被信息调制过的光束照射下，能产生理化性质被信息调制过的光束照射下，能产生理化性质的改变，并且这种改变能在随后的读出过程中的改变，并且这种改变能在随后的读出过程中使读出光的性质发生变化，都可以作为光学存使读出光的性质发生变化，都可以作为光学存储的介质。储的介质。（2）分类）分类n按介质的厚度：面存储、体存储；按介质的厚度：面存储、体存储；n按数据存取：逐位存储、页面并行式存储；按数

2、据存取：逐位存储、页面并行式存储；n按鉴别存储数据：位置选择存储、频率选择存按鉴别存储数据：位置选择存储、频率选择存储等。储等。（3）光存储的特点）光存储的特点（1）存储密度高）存储密度高 信息的存储密度信息的存储密度表征单位面积或单位体积表征单位面积或单位体积可存储的二进制位数（可存储的二进制位数（bit/cm2，bit/cm3），用），用以表示各种存储方法的性能指标。以表示各种存储方法的性能指标。电子存储器电子存储器的存储密度约的存储密度约104106 bit/cm2 ，即使是，即使是超大规模集成电子存储器也不会超过超大规模集成电子存储器也不会超过106 bit/cm2 。光学存储器光学存

3、储器的理论极限值：的理论极限值： 面存储密度为面存储密度为1/2 ；体存储密度为；体存储密度为1/3 。 按按=500 nm 计算，存储密度为计算，存储密度为 1 Tbit/cm3。（2）并行程度高）并行程度高 光子之间不会相互作用，因而光计算的并光子之间不会相互作用，因而光计算的并行处理能力远远高于电子计算。提供并行输入行处理能力远远高于电子计算。提供并行输入输出和数据传输。输出和数据传输。（3）抗电磁干扰）抗电磁干扰 光子不荷电，抗电磁干扰。光子不荷电，抗电磁干扰。（4）存储寿命长）存储寿命长 磁存储磁存储 23年；光存储年；光存储10年以上。年以上。（5）非接触式读写信息）非接触式读写信

4、息（6）信息价格位低）信息价格位低 价格可比磁记录低几十倍。价格可比磁记录低几十倍。（3）光存储的特点）光存储的特点2、 光盘存储光盘存储 自自60年代末美国年代末美国ECD及及IBM公司共同研制出公司共同研制出第一片光盘以来，光盘存储技术发展之迅速第一片光盘以来，光盘存储技术发展之迅速出人意料。出人意料。n 激光唱片激光唱片(CompactDisk，CD)n 激光视盘激光视盘(LaserVideoDisk，LVD)： LD，VCD，DVD。n 计算机外存设备计算机外存设备：光盘：光盘（1 ）光盘存储的原理）光盘存储的原理 激光经聚焦后可在记录介质中形成极微激光经聚焦后可在记录介质中形成极微小

5、的光照微区小的光照微区(直径为光波长的线度，即直径为光波长的线度，即1m 以下以下)，使光照部分发生物理和化学变，使光照部分发生物理和化学变化，从而使光照微区的某种化，从而使光照微区的某种光学性质光学性质(反射反射率、折射率、偏振特性等率、折射率、偏振特性等)与周围介质有较与周围介质有较大反衬度，可以实现大反衬度，可以实现信息的存储信息的存储。 语音、乐曲、语音、乐曲、图像、文字、图像、文字、数据数据将原始信息转换为将原始信息转换为电子信号，再变换电子信号，再变换成成二进制编码二进制编码使光源的强度按照编码信号变化使光源的强度按照编码信号变化每一个采样编码称为一个字节，一个字节内除了包含有对应

6、采样点的信息，如声音的强弱、图像或文字对应像素的灰度之外，还包含有诸如纠错等为提高解码准确度和系统抗干扰能力等内容的编码。聚焦烧坑烧坑由激光写入信息的光盘称为由激光写入信息的光盘称为母盘母盘，母盘再经过特，母盘再经过特殊处理成压模，再用殊处理成压模，再用压制工艺压制工艺大量复制出最终的大量复制出最终的CD、VCD和和DVD产品。产品。光学透镜会聚的光学透镜会聚的光斑直径光斑直径可小至波长量级（可小至波长量级（300800nm），光盘上圆环形），光盘上圆环形信道的间隔信道的间隔也是波也是波长量级，记录轨道的密度可高达长量级，记录轨道的密度可高达1000道道mm以以上，所以单面光盘的存储密度比例于

7、上，所以单面光盘的存储密度比例于1/2 ,存储存储容量则约等于光盘的有效面积乘以容量则约等于光盘的有效面积乘以1/2 。（2）光盘读出的原理）光盘读出的原理光盘的播放（读出）过程实际上是写入的反过程。光盘的播放（读出）过程实际上是写入的反过程。激光光盘光探测器电子放大器解码处理器原始信息 光盘在电机的驱动下以均匀速度转动，聚焦的激光束光盘在电机的驱动下以均匀速度转动，聚焦的激光束跟踪光盘上的信道读出被存储的信息。存储于光盘表面的跟踪光盘上的信道读出被存储的信息。存储于光盘表面的烧坑造成光盘表面烧坑造成光盘表面反光特性规律的变化反光特性规律的变化，因而使投射的激，因而使投射的激光强度受到调制，于

8、是光盘表面反射的激光便携带了存储光强度受到调制，于是光盘表面反射的激光便携带了存储于光盘的信息。于光盘的信息。（3）光盘与磁盘比较）光盘与磁盘比较n存储密度：存储密度： 磁盘的道距磁盘的道距(约约10m)， 光盘的道距光盘的道距(约约 l m) 据据DataStorage l998年年2月报道。月报道。IBM已已有突破磁盘存储密度有突破磁盘存储密度10 Gbit / in2 大关的大关的实验室样机实验室样机.n数据传输速率：数据传输速率：光盘的性能不及磁盘。光盘的性能不及磁盘。（4 ）光盘的分类）光盘的分类n按其功能划分主要有四种：按其功能划分主要有四种：n(1)只读存储光盘只读存储光盘 (

9、CD-ROM )n(2)一次写入光盘一次写入光盘 ( WORM；或称；或称DRAW )n 烧蚀型烧蚀型 起泡型起泡型 熔绒型熔绒型 n 合金型合金型 相变型相变型n(3)可擦重写光盘可擦重写光盘( EDAW )：先擦后写：先擦后写n(4)直接重写光盘：写同时擦除原信息直接重写光盘：写同时擦除原信息3、全息存储技术、全息存储技术全息存储技术属全息存储技术属体存储体存储，采用，采用并行并行写入和读出方写入和读出方式，因而具有极高的写入与读出速度，其极限值式，因而具有极高的写入与读出速度，其极限值主要限于写入和读出光子器件（空间光调制器和主要限于写入和读出光子器件（空间光调制器和面阵列面阵列CCD光

10、探测器）的性能。目前采用快速并光探测器）的性能。目前采用快速并行探测器阵列的全息存储系统，其数据传输速率行探测器阵列的全息存储系统，其数据传输速率可达到可达到1Gb/s。二、光显示技术二、光显示技术 1、概述、概述n光显示器光显示器是光子信息系统的重要组成部分。是光子信息系统的重要组成部分。n电视广播接收机中由电视屏幕将电视图像电视广播接收机中由电视屏幕将电视图像显示给观众。将视频电子图像信号转换为可显示给观众。将视频电子图像信号转换为可视图像的显像管及其用于图像生成的附加电视图像的显像管及其用于图像生成的附加电磁控制部分的组合称为磁控制部分的组合称为图像显示器。图像显示器。n显示器是图像（包

11、括文字、图形和数据）显示器是图像（包括文字、图形和数据）信息系统的终端，是专门为人的视觉设置的，信息系统的终端，是专门为人的视觉设置的，所以它应该所以它应该满足人眼视觉的需求满足人眼视觉的需求，让人感觉，让人感觉到再生图像的逼真性。到再生图像的逼真性。（1）光电显示技术的分类）光电显示技术的分类n按面积：按面积：小型，中型小型，中型(约约0.2 m2 左右左右)、大型、大型(1 m2 以上以上)和超大型显示和超大型显示(如如4 m2 以上以上)n按结构形状：按结构形状：颈瓶状显示器、平板显示器。颈瓶状显示器、平板显示器。n按颜色：按颜色：黑白、单色、彩色显示。黑白、单色、彩色显示。n按显示内容