大家好。好久沒有寫東西了。最近冬瓜哥在醞釀一件大事，所以沒來得及寫點啥。從本期開始，冬瓜哥將為大家大話光儲存，本篇先介紹一些光儲存的基本原理。

本文目錄：

• 光碟是如何儲存資料的
• 壓(預錄)盤與刻（燒錄）盤的區別
• 微觀結構
• 多層記錄

光儲存系統這麼多年來一直都給人一種默默無聞的感覺。自從2000~2005這5年來著實憑藉著VCD、DVD火了一把之後，後續可以說是杳無音信了。當時全國各地電子市場裡氾濫的光碟，軟體、遊戲、電影、CD，加上個封皮，琳琅滿目。門口用的最高頻率的詞彙就是“要碟麼，軟體遊戲”，就像如今北京中關村樓下的“維修這邊”一樣，只不過後者是坑死你不帶喘氣的。

不瞞您說，冬瓜哥至今還保留了一些光碟，比如某防毒軟體的安裝盤等，其中也不乏當時刻錄下來的一些內容，但是裡面的東西現在基本可以說是沒用了。不過試了試用光碟機讀了一下，10年前的CD-R燒錄盤依然可以讀出。

【光碟是如何存資料的】

商品光碟是在聚碳酸酯表面壓出凹坑，利用凹坑邊沿表示1，坑底或者上表面都表示0。有人可能會有疑問如果兩個連續的1應該怎麼表示，光盤裡的資料是經過特殊的重新編碼的，會保證不出現兩個連續的1。

把佈滿凹坑的碟片表面濺鍍一層鋁反射膜，當鐳射照射到凹坑時，凹坑的內壁對光產生了散射作用，並不是所有光線都原路反射回去，所以接收到的反射光強度變弱；而照射到沒有凹進去的地方，反射光強度比凹坑所反射的要強。將光強度用光敏器件轉換成連續變化的電流/電壓的訊號，並用取樣器取樣成數字訊號，並儲存到緩衝儲存器中，便實現了資料的讀出。

實際中的裝置與邁克爾遜干涉儀類似。採用一塊半透半反射的玻璃，既能夠投射光源發出的鐳射，還能將反射光反射到探測器。

當仔細觀察光碟表面時，會發現上面有非常細密的反光點，這些反光點就是由表面緻密的不平整凹坑導致的，如果沒有凹坑那就和看一面平整的鏡子一樣了，什麼都看不出來。

CD-ROM系統採用的是780nm波長的紅色鐳射光學系統，凹坑深度為0.11微米左右，最小寬度約為0.83微米左右。如果要表示連續的0，則凹坑寬度會變寬。光道之間的間隔約為1.6微米左右。

而DVD格式的光道間距與凹坑寬度都有縮小，所以其儲存密度大增，達到了單面4.7GB的容量。相應的，其光學系統精密度和解析度也提升了，採用650nm波長紅色鐳射系統。

【壓（預錄）盤和刻（燒錄）盤的區別】

有人可能會好奇了，光碟上這些緻密的凹坑到底是如何製作上去的呢？用刀子肯定無法雕刻上去，因為再精密的刀尖，其表面積都要比一個凹坑大了。只有用鐳射來雕刻了。但是如此多的凹坑，就算雕刻每個凹坑需要比如1ms的時間，那麼雕刻一整張盤，需要兩個多月的時間。而且還要保持一定的鐳射發射功率，才能將塑料表面有效燒灼。這個完全不現實，或許沒等一張盤雕刻完成，鐳射頭早已燒壞。

實際上，商品光碟是用模具衝壓出來的。首先，在光學玻璃片上塗上一層感光膠，然後把需要儲存到玻璃片上的資料轉換為鐳射強度的強弱訊號，隨著玻璃片的轉動，照射到感光膠上，這樣的話，感光膠表面就被燒灼出一個一個的燒灼點。被照射足夠強度的光點，其化學性質發生了強烈變化，導致其可以被某種化學溶劑溶解(顯影)，而弱感光點處無法被溶解。這樣被溶解的地方就產生了凹坑。可以看到這種凹坑的產生代價很低，因為鐳射並不是直接燒穿底下的介質，而只是照射一下而已，所以生產速度也非常快。

凹坑出現之後，在玻璃片表面上蒸鍍一層銀作為導電層，以便為以後的電鑄過程做準備。將該玻璃片放入含有鎳離子的電解液中，通電後，玻璃片表面不斷吸引鎳離子，鎳層不斷增厚，最終形成一個0.3毫米的鎳片，最終這層鎳金屬片把凹坑複製了起來。

然後，將這層金屬殼子撕下來，就形成了一個比較薄的金屬模具，只不過其表示的內容與實際內容相反。該模具稱為父盤，由於其較薄，無法直接當做模具去衝壓塑料碟片，所以需要在其上方再用鎳離子電鑄成另一鎳金屬薄片，分離後形成母盤，然後再在母盤上電鑄較厚的鎳金屬片，形成具有足夠硬度的成型模具(子盤)。

這個磨具就叫做壓膜，只要用這個壓膜去衝壓新的塑料碟片，那麼壓膜凸出來的地方就會把塑料盤衝壓出對應的凹坑。如果你認為實際的生產機器真的是像壓麵餅一樣，那就大錯特錯了。

想想就可以，一個凹坑的深度和寬度實在是太小了，怎麼可能壓一下就能在聚碳酸酯上壓出一個印子來呢？另外，聚碳酸酯塑料片也很硬，雖然磨具更硬，但是直接壓壓出這麼細小的痕跡也是有難度的。按照我們日常生活中的經驗來看，要想壓出足夠深刻的印記，必須把兩樣物品接觸足夠長時間，而且要使勁按壓。是的，注塑機也是這麼做的。（圖：紫晶儲存的藍光生產裝置）

首先讓壓模和底座之間形成一個閉合的空腔，然後將熔融的聚碳酸脂液體注入到該空腔中，同時，積壓該空腔成為與我們所見的光碟同樣的厚度，給聚碳酸脂液體一個壓力，使其完全充入到模具凹坑裡，並開始強制冷卻，最後出鍋，形成光碟。該過程在3到5秒內完成。

下一步則是將反光層濺鍍到碟片表面。其原理是利用電場力將鋁原子濺射到碟片表面，形成一個只有幾個鋁原子厚的反光層。然後噴塗一層透明耐候保護膠作為保護層，然後在背面印刷一些圖案、字型等，一張成品光碟就只做好了。

這就是所謂“壓盤”。用一張壓模，加上一堆塑料，就能壓出無數帶有資料的商品盤來。壓盤是量產的絕好工具，雖然製作一個模具需要耗費不小的成本，但是其壓出的千萬張光碟，薄利多銷，是可以彌補這個成本耗費的。

刻盤則不同，一般只燒錄一張，自己留用。難道此時真的是用燒錄機光碟機鐳射頭強行在碟片上燒出凹坑？不是的。可刻錄的碟片表面先被壓出對應的光道溝槽，然後在溝槽底部濺鍍上反射層，然後噴塗上一層感光染料，再覆蓋一層保護層。燒錄時，光頭沿著溝槽運動，並將溝槽下方對應的區域加熱，將感光染料的性質改變，形成燒灼斑點，斑點的反光度較低，於是就可以分辨出0和1了。

【微觀結構】

CD-ROM或者DVD-ROM是沒有溝槽的。而可燒錄碟片是被預先用模具壓上溝槽的。

 燒錄DVD的溝槽實際上是按照波浪形狀壓制的，實際上是被調製了一些資訊的正弦波形狀。按照一倍速轉速，該正弦波形會以一定頻率出現，DVD-R(W)是140.6KHz，DVD+R(W)則為817.4KHz。該波形上所調製的資訊包括：地址資訊、速度資訊等。DVD-R(W)是將絕對時間間隔調製到波形上，而將地址資訊預刻到溝槽的凸出部分（俗稱“岸”）上。DVD+R(W)則是將溝槽地址資訊調製到溝槽波形的相位上。這種波浪形溝槽的反射光也會按照波形呈現對應的強度變化，被光檢測器收到之後，輸入到對應的類比電路模組，轉換成電訊號，還原出對應的波形，並經過解調電路，還原出對應的資訊，從而讓光碟機能夠判斷出當前的轉速和溝槽地址。

對於可重複擦寫型燒錄盤，其並非採用染料來作為記錄介質，而是採用相變材料。出廠後的新RW光碟溝槽中的介質處於結晶狀態。在寫入資料時，燒錄機光頭髮出高功率鐳射時，鐳射的能量使相變材料的溫度超過熔化溫度，達到熔化狀態，但由於時間短於結晶時間，因此被照射的區域相變材料由晶態變為非晶態。晶態區域與非晶態區域的透射率不一樣：晶態相有較高的透光率，可讓射線通過到達反射層，而非晶態則很難讓光線通過，所以反射回來的光線強度很低。擦除操作則是通過光頭髮出中等功率的鐳射，使其溫度超過晶格化溫度但不到熔化溫度，且保證照射時間超過結晶時間，則可以使非結晶區域重新變回晶態。下圖是未燒錄之前的光碟表面原子力顯微鏡照片。

下圖則是燒錄之後的照片，可以明顯看到光斑。

DVD D9格式採用的是單面雙層記錄，D10則是正反兩面都存資料， DVD D18則是兩面每面都是雙層記錄。難道在燒錄第二層的時候不會影響第一層的資料麼？不會，因為鐳射被聚焦在第二層處，第一層對應區域的溫度不會達到破壞已燒錄資料的閾值。在讀出資料時也是利用焦距的不同來讀取不同層的資料。

本篇告一段落。在下一篇中，冬瓜哥將為大家介紹鐳射頭是如何如此精準的定位、糾偏、讀寫資料的。以及介紹一下目前最新的光儲存技術——藍光技術。敬請期待。

文：冬瓜哥

文章出處：大話儲存