Электрорадиоэлементы устройства функциональной микроэлектроники и технология радиоэлектронных (стр. 36 из 102)

Рисунок 1.14.7. Упрощѐнная схема оптического проигрывателя: 1 – полупроводниковый лазер; 2 – коллимирующий объектив; 3 – оптический расщепитель; 4 – четвертьволновая пластина; 5 – зеркало; 6 и 8 – фокусирующие объективы; 7 – оптический диск; 9 – фотоприѐмник;

167

168

Рисунок 1.14.8. Схема процесса записи для различных рабочих слоѐв оптических дисков с однократной записью: а – с рабочим слоем из легкоплавкого материала; б – с рабочим слоем из диэлектрической плѐнки; в – с полупроводниковым рабочим слоем , переходящим при облучении из кристаллического состояния в аморфное (или наоборот) без изменения формы поверхности: 1 – лазерный луч; 2 – прозрачная основа; 3 – легкоплавкий материал; 4 – диэлектрическая плѐнка; 5 – слой металла; 6 – пузырѐк газа, образующий микроскопическое вздутие металлической плѐнки; 7 – полупроводниковая плѐнка; 8 – область полупроводниковой плѐнки с изменѐнными оптическими свойствами; 9 – фокусирующий объектив.

В оптическом диске для однократной записи и многократного воспроизведения процесс записи связан с локальным нагревом рабочего слоя. В результате рабочий слой в зоне облучения необратимо изменяет свои оптические характеристики (коэффициент отражения, поглощения или преломления). По виду рабочего слоя и способу формирования питов различают три основных типа оптических дисков с однократной записью. К первому типу (рис. 1.14.8, а) относят оптические диски, у которых рабочий слой представляет собой плѐнку легкоплавкого материала (например, теллура или его соединений) толщиной 0,030,06 мкм. При записи под воздействием лазерного излучения в таком слое происходит локальное расплавление или испарение вещества с образованием воронки. Рабочий слой носителя оптического диска второго типа (рис. 3, б) состоит из диэлектрической плѐнки с низкой температурой испарения покрытой сверху слоем металла. При локальном нагреве диэлектрическая плѐнка выделяет газы, которые образуют микроскопические вздутия металлической плѐнки. В исходном состоянии структура слоѐв такова, что обеспечивает минимальное отражение света относительно. После облучения в зоне вздутия (пузырька)

169

условие минимума отражения нарушается: облучѐнные участки отражают свет сильнее, чем соседние (необлучѐнные). В оптическом диске третьего типа (рис. 3,

в) используют переход рабочего слоя (обычно ПП) из кристаллического состояния в аморфное (или наоборот) без изменения форм поверхности. Фазовые переходы в таких рабочих слоях сопровождаются изменением оптических свойств материала.

Выпускаемые с 1983г. оптические диски с однократной записью имеют диаметр от 130 до 356 мм, ѐмкость от 0,2 до 4 Гбайт (что эквивалентно ѐмкости примерно 100 жѐстких или примерно 1000 гибких магнитных дисков). Основу оптического диска изготавливают обычно из стекла или полимерных материалов (полиметилметакрилата, поликарбоната). Разработаны оптические диски с двумя рабочими слоями. Прозрачные основы в таких оптических дисках выполняют также роль защитных покрытий. На внутренних поверхностях основ нанесены профилированные канавки (с радиальным шагом 1,6 мкм), используемые для оптического слежения за дорожкой оптического диска (при смещении луча относительно центра дорожки или при его расфокусировки отражѐнный световой луч деформируется, установленный в ЗУ многоэлементный фотоприѐмник регистрирует эти искажения и формирует соответствующие сигналы управления для сервосистем слежения). Выпускаемые ЗУ на оптическом диске с однократной цифровой записью используются в устройствах внешней памяти ЭВМ, в системах хранения документов и др. Скорость обмена данными в таких ЗУ составляет 1-6 Мб^.с^-1; частота вращения оптического диска лежит в диапазоне 480-1800 мин^-1; вероятность появления ошибок не превышает 10^-8-10^-12 (при использовании систем коррекции); время доступа к информации лежит в пределах 0,1-0,5 с.

В реверсивных оптических дисках в качестве рабочих слоѐв используют либо тонкие плѐнки ПП, либо аморфные магнитооптические плѐнки. К материалам первого типа относятся TeO_x (x<2), легированные Ge или Sn, а также Sb₂Se₃, Bi–Te и др. При облучении коротким лазерным импульсом эти материалы переходят из кристаллического состояния в аморфное аналогично тому, как это происходит в оптическом диске с однократной записью (рис. 3, в). Стирание осуществляется более длительным нагревом (с помощью длительного лазерного импульса или серии коротких импульсов). При этом материал возвращается в исходное кристаллическое состояние. Количество циклов записи–стирания в таких оптических дисках может достигать 10⁶; отношение сигнал–шум ~ 50 дБ.

В магнитооптических реверсивных дисках запись осуществляется термомагнитным способом. Магнитная пленка, нанесенная на основу, имеет перпендикулярную к плоскости оптического диска ось легкого намагничивания. В исходном состоянии пленка обычно намагничена до насыщения. Движущийся носитель разогревают импульсным лазерным излучением. В зоне нагрева коэрцитивная сила пленки резко уменьшается (термомагнитный эффект) и разогретый участок перемагничивается под действием сравнительно слабого источника внешнего магнитного поля. Необлученные области при этом не изменяют своего состояния. Таким образом, питы в магнитооптических реверсивных оптических дисках представляют собой области обратной намагниченности. По конструкции магнитооптические реверсивные оптические

170

диски аналогичны оптическим дискам с однократной записью. Рабочие слои в них представляют собой аморфные пленки соединений редкоземельных элементов с переходными металлами (TbFe, GdCo, TeFeCo и др.) толщиной 0,02-0,1 мкм. Для предохранения от окисления аморфные пленки покрывают защитными диэлектрическими слоями. Магнитооптические реверсивные оптические диски имеют диаметр от 50 до 305 мм, емкость от 0,01 до 2 Гб; они обеспечивают не менее 10⁶-10⁷ циклов записи–стирания и отношение сигнал–шум до 50-60 дБ. В ЗУ на магнитооптических реверсивных оптических дисках (рис. 6) источником излучения обычно служит ПП лазер мощностью 10-30 мВт. При воспроизведении оптический диск освещают немодулированным поляризованным излучением того же лазера, мощность которого уменьшают до 1-2 мВт. Отраженный от оптического диска луч испытывает периодические повороты плоскости поляризации на некоторый угол, величина и направление которого зависят от намагниченности рабочего слоя (Керра эффект). Этот луч отклоняется расщепителем, проходит через поляроид–анализатор, превращаясь в амплитудно–модулированный, а затем попадает на 2 фотодиода. В первом из них формируется информационный сигнал, во втором – сигналы для сервосистемы слежения. По быстродействию, скорости передачи данных и др. параметрам ЗУ на магнитооптических реверсивных дисках аналогичны ЗУ на оптических дисках с однократной записью.

По удельной стоимости записанной информации оптические диски имеют несомненныые преимущества перед магнитными лентами и дисками. Техническое совершенствование оптических дисков связано с повышением плотности записи за счет использования носителей с несколькими рабочими слоями или одним рабочим слоем, позволяющим в общей пространственной области формировать несколько независимых питов (например, путем спектрального разделения сигналов).

1.15. ОПТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ

1.15.1 Фильтрация пространственных частот

Фильтрация пространственных частот, выделение одной или нескольких пространственных частот из светового пучка (напр., лазерного излучения) с помощью оптической системы. Наиболее часто используется двухлинзовый конфокальный телескоп с диафрагмой, расположенной в совместной фокальной плоскости линз (Рисунок 1.15.1).

171

x x

Рисунок 1.15.1. Фильтрация пространственных частот. Схема фильтрации пространственных частот с помощью линзового конфокального телескопа: F₁ и F₂— фокусные расстояния линз Л₁ и Л₂; х — поперечная координата светового пучка; I — интенсивность света.

Световой пучок, проходя через первую линзу, преобразуется, так, что в фокальной плоскости получается распределение интенсивности света, воспроизводящее угловое распределение интенсивности исходного пучка. При этом нулевая пространств. составляющая пучка с однородным амплитудным и фазовым профилями образует в фокальной плоскости центр. яркое пятно, а остальные, имеющие неоднородные амплитудный фазовый профили, образуют пятнистую структуру вокруг центрального пятна. Подбирая диафрагму, выделяющую только центральное пятно можно получить на еѐ выходе однородный пучок. Вторая линза телескопа служит для уменьшения дифракционной расходимости вышедшего из диафрагмы узкого пучка до необходимой величины.

Оптические перестраиваемые фильтры

Оптический перестраиваемый фильтр - узкополосный фильтр оптического диапазона, у которого длину волны, соответствующую максимальной прозрачности (длину волны пропускания), можно плавно изменять (перестраивать) с помощью электрического сигнала. По принципу действия оптические перестраиваемые