光存储设备的工作原理和结构

光存储方式有别于计算机技术中常用的磁存储方式，是一种通过光学的方法读写数据的技术。它的工作原理是改变存储单元的某种性质（如反射率、反射光极化方向等），利用这种性质的改变来存储二进制数据。在读取数据时，光检测器检测出光强和极化方向等的变化，从而读出存储在光盘上的数据。由于激光光束可以聚焦到很小的直径，因此它比其他存储技术有较高的存储容量。

光存储设备都是利用光盘来作为存储体，利用激光头来读写，其硬件结构大体是相同的，如图6-19所示。

图6-19 光存储设备结构

CD和DVD光驱等一系列光存储设备，主要是由激光发生器和光监测器构成。其中，激光发生器是一个激光二极管，可以产生一定波长的激光，照射到光盘上反射回来，由光监测器捕捉反射的信号，从而识别实际的数据。

（1）激光头

激光头主要包括：激光发生器（又称激光二极管）、半反光棱镜、物镜、透镜以及光电二极管这几部分。当激光头读取盘片上的数据时，从激光发生器发出的激光透过半反射棱镜，汇聚在物镜上，物镜将激光聚焦成为极其细小的光点并打到光盘上。此时，光盘上的反射物质就会将照射过来的光线反射回去，透过物镜，再照射到半反射棱镜上。由于棱镜是半反射结构，因此不会让光束完全穿透它并回到激光发生器上，而是经过反射，穿过透镜，到达了光电二极管的上面。由于光盘表面是以突起不平的点来记录数据，所以反射回来的光线就会射向不同的方向。人们将射向不同方向的信号定义为“0”或者“1”。发光二极管接收到的是那些以“0”“1”排列的数据，并最终将它们解析成为所需要的数据。在激光头读取数据的整个过程中，寻迹和聚焦直接影响到光驱的纠错能力以及稳定性。寻迹的作用是保持激光头能够始终正确地对准记录数据的轨道。

（2）控制处理电路(www.xing528.com)

1）伺服系统。为了读取光盘上的数据，要求激光束必须精确聚焦，误差必须非常小。通常要求轴向误差小于1 mm，径向误差小于0.1 mm。为了达到这样高的精密程度，就需要伺服系统。

2）主轴电机控制。主轴电机的转速以PWM脉宽调制方式控制，通过霍尔元件组成的码盘来检测转速。

（3）解调、纠错

为了防止数据出错，光盘上的数据信息是经过调制的，当光头读取到这些数据信息后，就需要解调。

（4）接口电路

光存储设备都有一个与计算机进行通信的接口，通常是IDE或SCSI接口。

目前，所用的激光已经从红光在向蓝光迈进。现主流的DVD光存储采用的是波长为650 nm的红色激光，而新一代的激光将可能采用波长为450 nm的蓝色激光。随着激光波长的缩短，其分辨率和在光盘介质上可写入的容量会大幅提高。如何缩短激光波长，实际上是激光存储设备发展的关键，而这决定于非线性光学晶体材料的发展进程。