Электрорадиоэлементы устройства функциональной микроэлектроники и технология радиоэлектронных (стр. 35 из 102)
Простейшим является оптическое запоминающее устройство с побитным представлением информации и последовательным способом доступа к ней. В качестве носителя данных используют оптические диски или ленты. В дисковом оптическом запоминающем устройстве (рис. 1.14.3) световой луч от источника излучения (лазера) фокусирует на поверхность носителя данных с помощью микрообъектива. Считывание информации с кольцевой дорожки диска осуществляют последовательно (бит за битом) с помощью фотоприѐмника.
Рисунок 1.14.3. Схема дискового оптического запоминающего устройства: 1 – источник света; 2 – модулятор; 3 – микрообъектив; 4 – оптический диск; 5 – фотоприѐмник; 6 – привод диска.
В оптическом запоминающем устройстве на ленте с построчной записью информации (рис. 2) увеличенное изображение строки проецируется с ленты на
162
линейку фотоприѐмников с количеством элементов, равным количеству бит в строке, что позволяет осуществлять параллельное считывание нескольких разрядов. В оптическом запоминающем устройстве с побитным представлением информации и прямым (произвольным) доступом к ней использую дефлектор, с помощью
которого направляют световой луч в заданную область носителя данных.
6Рисунок 1.14.4. Схема оптического запоминающего устройства на ленте с построчной записью информации: 1 – источник света; 2 – формирующий объектив; 3 – носитель данных (лента); 4– лентопротяжѐнный механизм; 5 – проекционный объектив; 6 – линейка фотоприѐмников.
В голографическом оптическом запоминающем устройстве информация на носителе представлена в идее матрицы голограммы. Каждая голограмма сдержит двумерный массив информации (страницу) объѐмом до нескольких тысяч бит. Запись производится страницами с помощью пространственно–временного модулятора света (рис. 1.14.5), который модулирует предметный луч в соответствии с записываемой информацией. Голографические оптические запоминающие устройства обеспечивают прямой доступ к информации, считывание которой осуществляется многоэлементным фотоприѐмным устройством. Высокая надѐжность считывания в этих оптических запоминающих устройствах обусловливается слабой чувствительностью носителя данных к микродефектам и наличию пыли на его поверхности.
Оптические запоминающие устройства характеризуются высокой надѐжностью хранения информации, большой скоростью еѐ считывания, а также большей (по сравнению с магнитными и ПП запоминающими устройствами) плотностью записи, что обусловлено использованием оптического излучения с малой длиной волны, бесконтактным считыванием
163
Рисунок1.14.5. Схема голографического запоминающего устройства с произвольным доступом к информации: 1 – зеркало; 2 – коллиматор; 3 – двумерный дефлектор; 4 – поляризатор (поляризация света при чтении); 5 – поляризатор (поляризация света при записи); 6 – электрооптический ротатор; 7 – электрооптический затвор; 8 – лазер; 9 – светоделитель, чувствительный к поляризации; 10 – предметный (записывающий) луч; 11 – линзовый растр; 12 – Фурье–объектив; 13 –управляемый транспарант; 14 – голографический носитель данных; 15 – матрица фотоприѐмников; 16 – опорный (считывающий) луч; 17 – корректирующий объектив.
информации, невосприимчивостью носителя данных к воздействию электромагнитных волн, а также возможностью параллельного считывания больших массивов информации. Оптические запоминающие устройства применяются в вычислительных и информационных системах в качестве внешней памяти, а также для хранения сверхбольших объемов информации (~ 109-1012 бит) в запоминающих устройствах с иерархической структурой.
164 Оптический диск
Оптический диск, носитель данных, предназначенный для записи и воспроизведения (или только для воспроизведения) информации с помощью сфокусированного лазерного излучения. По сравнению с традиционными способами записи и воспроизведения и записи информации (механической, магнитной) для оптической записи с использованием оптического диска характерны следующие принципиальные преимущества: высокая поверхностная плотность записи (до 108 бит.см-2), обусловленная возможностью сфокусировать лазерное излучение в пятно диаметром ~ 1 мкм; отсутствие механического контакта между носителем и считывающим устройством в процессе записи – воспроизведение, что обеспечивает высокую сохраняемость и долговечность носителя; малое время доступа к информации (~ 0,1 с); возможность многоканальной параллельной обработки информации со скоростями до нескольких сотен Мбит.с-1. Оптический диск состоит из жѐсткой (обычно оптически прозрачной) основы, на которую нанесѐн тонкий рабочий (светочувствительный или отражающий) слой, а также дополнительные (адгезионные, защитные, интерференционные и др.) слои. Сигналы записываются на концентрические и спиральные дорожки; в рабочем режиме луч лазера, сфокусированный на дорожку, перемещается вдоль радиуса вращающегося оптического диска.
Все существующие разновидности оптического диска можно разделить на три основные группы: оптический диск с постоянной сигналограммой, предназначенные только для воспроизведения; оптический диск для однократной записи осуществляемой самим пользователем, и многократного воспроизведения полученной сигналограммы; реверсивные оптические диски, допускающие многократные записи и стирания сигналов.
Оптический диск с постоянной сигналограммой изготавливают методом штамповки или литья под давлением. Информацию сначала записывают с помощью сфокусированного лазерного излучения на светочувствительном слое диска-оригинала, с которого затем изготавливают металлическую матрицу, предназначенную для создания дисков-копий (собственно оптический диск). В исходном состоянии диск-оригинал представляет сбой стеклянную подложку, покрытую слоем фоторезиста. При записи диск-оригинал экспонируют сфокусированным лазерным излучением, модулированным по интенсивности в соответствии с записываемой информации. После проявления на фоторезисте остаѐтся микрорельеф, глубина которого в каждой точке определяется интенсивностью лазерного излучения и, следовательно, величиной записанного сигнала. Обычно глубина микрорельефа не превышает 0,1-0,15 мкм. Полученную микрорельефную поверхность покрывают тонким слоем метала, после чего с дискаоригинала изготовляют металлическую матрицу. С помощью этой матрицы на прозрачной пластиковой основе диска-копии выдавливают микроскопические углубления (питы), затем всю поверхность диска покрывают тонким слоем метала (обычно алюминия) и слоем пластика (служащим для механической защиты металлического слоя). При воспроизведении (рис. 1) оптически диск освещают
165
сфокусированным в плоскости металлического слоя излучения маломощного лазера. Отражѐнный от оптического диска свет направляют на фотоприѐмник. Наличие углублений в металлическом слое вызывает модуляцию отражѐнного излучения (и, следовательно, сигнала в фотоприѐмники) в соответствии с пространственной структурой питов. Разработка оптического диска с постоянной сигналограммой началась в начале 70-х годов 20 в. в СССР, США, Японии и др. странах. Вскоре были созданы первые оптические диски для записи телевизионных программ – оптические и видеодиски, на которых телевизионные программы записывались в форме частотно-модулированных сигналов. В начале 80-х годов в Японии и Нидерландах были разработаны оптические диски с записью звуковых программ – оптические грампластинки (компакт-диски). Они отличаются от оптических видеодисков меньшим диаметром (120 мм вместо 305 мм). Кроме того, информация на компакт-дисках записывается не в аналоговой а в цифровой форме (см. Цифровая запись) что позволяет достичь очень высокого качества воспроизведения звуковых сигналов: отношение сигнал–шум достигает 90 дБ; нелинейные искажения не превышают 0,05 %; полоса частот составляет 20-20000 Гц; детонация звука ниже обнаруживаемого предела.
1 2 3
Рисунок 1.14.6. Структура оптического диска с постоянной сигналограммой и схема считывания записанной на нѐм информации: 1 – прозрачная основа; 2 – отражающий металлический слой; 3 – защитное покрытие; 4 – фокусирующий объектив; 5 – падающий луч лазера. Стрелками показано направление отражѐнных лучей, белой стрелкой – направление перемещения диска.
На компакт-дисках записывают также текстовую, графическую или другую
166
информацию в цифровой форме. Такие оптические диски используют в устройствах постоянной внешней памяти персональных ЭВМ, в обучающих системах, для создания «электронных» изданий справочников, энциклопедий и др. Ёмкость компакт-дисков около 500 Мб, что эквивалентно более чем сотни книжных томов.
Упрощѐнная схема оптической части лазерного проигрывателя для оптического диска (видео- или компакт-дисков) приведена на рис. 1.14.7. Излучение миниатюрного ПП лазера фокусируется на оптическом диске. С помощью четвертьволновой пластинки плоскость поляризации отражѐнного от оптического диска света поворачивается на 90º относительно падающего. Оптический расщепитель разделяет поляризованные лучи направляя отражѐнный от