用于蓝宝石长时光盘的光学信息读取系统

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1、用于蓝宝石长时光盘的光学信息读取系统　　摘要：　　蓝宝石材料具有高度力学和化学稳定性，因此以蓝宝石作为衬底的光盘是实现长时数据存储的有效解决方案。但是，由于单晶蓝宝石材料具有明显的各向异性，当扫描光束入射到单晶蓝宝石基底表面时会发生双折射，从而使标准的CD读取系统对蓝宝石光盘失效。针对蓝宝石材料这一特性，建立了光束在单晶蓝宝石衬底中传输的物理模型，提出采用石英补偿板来补偿蓝宝石衬底像差的补偿机制。进行了数据读取实验，结果表明，采用所述像差补偿方法能够显著提高蓝宝石光盘光学信息读取系统的读取性能。　　关键

2、词：　　光学数据存储；蓝宝石光盘；长时数据存储；像差补偿　　中图分类号：TN249文献标志码：Adoi：10.3969/j.issn.10055630.2016.06.011　　Abstract：　　Anopticaldiscusingsapphiresubstrateisconsideredasaneffectivesolutionforachievinglongtermdatastorageattributingtoitshighmechanicalandchemicalstability.Theb

3、irefringenceinsinglecrystalsapphirecausesopticalaberrationwhichmakesfailureoccurduringreadinginformationfromthedisc.Thepropagationofthefocusedlaserbeamthroughoutasapphiredischasbeenanalyzed.Themethodofcompensatingaberrationsresultingfromreadingdatafromau

4、niaxialbirefringentmediumisdevelopedbyusingaquartzcompensatingplate.Adatareadingexperimentisconducted.Theresultsshowthattheproposedaberrationcompensationmethodsignificantlyimprovestheperformanceofinformationreadingsystemforsapphirediscs.　　Keywords：　　opti

5、caldatastorage；sapphireopticaldisc；longtermdatastorage；aberrationcompensation　　引言　　?S着云存储和高速互联网等技术的发展，光盘的使用量逐年减少。然而，光盘在归档数据存储领域依然会占据较大优势[14]，并且未来光盘将主要应用于数据长期存储领域[56]。但是，由于构成光盘的聚碳酸酯（PC）材料的热稳定性低，且金属层对这种材料基底的粘附能力弱，目前的光盘不能满足长时数据存储所需的可靠性和数据存储时效等需求。为了解决上述技术难题，

6、国内外研究者们尝试了多种技术方案。这些方案的共性是选用稳定性高的材料作为记录媒质或基底[7]，如金属陶瓷[8]、石英[4]、钨[9]、蓝宝石[10]等。单晶蓝宝石材料在物理性质和化学性质方面均有突出的优势。比如，它具有9级表面硬度（金刚石10级）、高达2300K的熔点等。因此，采用单晶蓝宝石材料制作的光盘具有抗磨损擦伤、防火、防化学腐蚀、防紫外线辐射等优异性能。　　国内外研究者们对长时数据存储光盘的记录材料进行了较充分的研究，但是对用于长时数据存储光盘的数据读取系统方面的研究较少。虽然单晶蓝宝石具有高度

7、力学、化学和热稳定性，但是由于单晶蓝宝石材料存在明显的各向异性，因此当扫描激光束入射到这种材料中时，会发生双折射现象，从而造成扫描光束畸形失真，产生像差。由于标准的光盘（CD）读取系统只能对球差进行补偿，而对这种由于材料各向异性引起的像散像差则不具备补偿能力，因此在采用这种标准CD读取系统对蓝宝石光盘进行数据读取时，很容易面临失效问题。　　为了解决标准CD读取系统读取蓝宝石光盘时的失效问题，本文建立了光束在单晶蓝宝石衬底中传输的物理模型，提出采用石英补偿板用于补偿蓝宝石衬底像差的机制。使用所述像差补偿方

8、法，设计了一套基于蓝宝石光盘的光学信息读取系统，并进行了数据读取实验，结果表明该读取系统能够有效地补偿蓝宝石衬底像差。　　1单晶蓝宝石衬底中的光束传播问题　　如图1所示，假定晶体的光轴方向正交于衬底表面，且读取过程由指定格式[光盘格式（CD）、数字化通用磁盘格式（DVD）、蓝光格式（BD）]光学器件的标准物镜完成。当一束扫描激光经过物镜聚焦后照射到单晶蓝宝石衬底表面时，会发生双折射现象，一束光分成两束具有不同折射率的偏振光[11]：寻常光（