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光盤( Optical disc)是根據(jù)光學(xué)原理，利用聚焦的激光束處理記錄介質(zhì)的方法存儲(chǔ)和再生信息的存儲(chǔ)器。即高密度光盤（Compact Disc），又稱激光光盤。常見(jiàn)的光盤形狀一般為圓形，且中間有一個(gè)圓形的孔洞。通常由基板、記錄層、純銀反射層、保護(hù)層、印刷層等結(jié)構(gòu)組成。第一個(gè)光盤是由美國(guó)發(fā)明家詹姆斯·拉塞爾（James Russell）于1965年發(fā)明的，當(dāng)時(shí)所存儲(chǔ)的格式仍以模擬信號(hào)為主。

光盤的分類多種多樣。其中按照讀寫類型可分為只讀型、一次寫入型（如CD-R）、以及可擦寫型光盤，不可擦寫光盤如CD-ROM、DVD-ROM等；可擦寫光盤如CD-RW、DVD-RAM等。按照其記錄信息類型不同又可將其分為光盤圖像文件、光盤唱片文件、視頻文件、文字以及程序文件等等。

光盤被認(rèn)為是繼紙張、感光材料(縮微品)、磁性載體(盒式錄音磁帶、磁盤)之后問(wèn)世的一種信息存貯載體，能存貯數(shù)據(jù)、文字、聲音、圖形、圖像等信息。具有密度高、容量大、成本低等特點(diǎn)。因此光盤在音頻、視頻、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、以及多媒體等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

發(fā)展歷程

起源

光盤最早的起源要追溯到1884年，由亞歷山大·貝爾（Alexander Graham Bell）和查爾斯·薩姆納·泰特（Charles Samna Tate）兩位科學(xué)家使用光束將“晴雨表”一詞記錄在玻璃圓盤上。隨后在1935年最早的模擬采樣光盤系統(tǒng)雛形橫空出世，這些都為后來(lái)光盤的出現(xiàn)打下了基礎(chǔ)。而第一個(gè)數(shù)字光盤是于1965年，由美國(guó)物理學(xué)家詹姆斯·羅素發(fā)明的Compact Disk/CD（數(shù)字-光學(xué)記錄和回放系統(tǒng)），1966年提交了專利申請(qǐng)，這是后來(lái)CD/DVD的前身。

發(fā)展

1969年飛利浦提交了在光學(xué)錄像帶在反射模式下，專注于保護(hù)層的保護(hù)層激光光束的專利，該專利的物理格式適用于所有光盤。

1978年，由荷蘭飛利浦(飛利浦)公司和美國(guó)的MCA公司的研究人員成功研制出激光視盤（LD）。它就是通常所說(shuō)的LCD，直徑較大，為12英寸，兩面都可以記錄信息，但是它記錄的信號(hào)是模擬信號(hào)。模擬信號(hào)的處理機(jī)制是指模擬的電視圖像信號(hào)和模擬的聲音信號(hào)都要經(jīng)過(guò)FM（頻率 Modulation）頻率調(diào)制、線性疊加，然后進(jìn)行限幅放大。限幅后的信號(hào)以0.5微米寬的凹坑長(zhǎng)短來(lái)表示。從此，利用激光來(lái)記錄信息的革命便拉開(kāi)了序幕。

此后光盤的發(fā)展可以大致分為四代。

第一代

第一代光盤主要包括CD及其衍生物。1981年，飛利浦公司聯(lián)合索尼等公司達(dá)成了數(shù)字激光唱盤標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議，將Philips公司開(kāi)發(fā)的光盤技術(shù)和Sony公司開(kāi)發(fā)的錯(cuò)誤校正技術(shù)相結(jié)合，生產(chǎn)出用數(shù)字方式記錄聲音的光盤CD-DA（CD-Audio，Compact Disk-Digital Audio，數(shù)字激光唱盤），簡(jiǎn)稱CD盤。標(biāo)準(zhǔn)容量700MB，但實(shí)際在電腦上顯示可以存儲(chǔ)大約650MB的數(shù)據(jù)信息。1992 年 4 月，美國(guó) C-CUB 公司發(fā)布了 MPEG-1 解壓縮技術(shù)，可以在容量有限的 CD 中存入視頻文件，讓 CD 也可以播放視頻。這就是V-CD的誕生。

第二代

1990年代中期，制造商聯(lián)盟（索尼，飛利浦，東芝，松下電器）開(kāi)發(fā)了第二代光盤，DVD。DVD盤容量通?？蛇_(dá)4.7~17GB。用于存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)，包括廣播質(zhì)量的數(shù)字視頻。放入DVD光驅(qū)中進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取。DVD與CD的外觀極為相似，它們的直徑都是120毫米左右。最常見(jiàn)的DVD，即單面單層DVD的資料容量約為VCD的7倍，這是因?yàn)镈VD和VCD雖然是使用相同的技術(shù)來(lái)讀取深藏于光盤片中的資料(光學(xué)讀取技術(shù))，但是由于DVD的光學(xué)讀取頭所產(chǎn)生的光點(diǎn)較小(將原本0.85μm的讀取光點(diǎn)大小縮小到0.55μm)，因此在同樣大小的盤片面積上(DVD和VCD的外觀大小是一樣的)，DVD資料儲(chǔ)存的密度便可提高。DVD有五種格式即DVD-VIDEO(又可分為電影格式及個(gè)人計(jì)算機(jī)格式)、DVD-ROM、DVD-R、DVD-RAM、DVD-AUDIO。

第三代

第三代光盤于2000年左右開(kāi)發(fā)，其中以藍(lán)光光盤和HD-DVD為代表。從技術(shù)上講，藍(lán)光光盤采用比以往更加先進(jìn)的存儲(chǔ)技術(shù)，大約能存儲(chǔ)25-30GB數(shù)據(jù)。但是藍(lán)光光盤格式本身與紅光DVD格式并不兼容。這是因?yàn)?，紅光DVD的激光波長(zhǎng)稍長(zhǎng)、光圈稍小，而藍(lán)光DVD的激光波長(zhǎng)較短、光圈較大。并且紅光DVD激光束的聚焦光點(diǎn)較大，而藍(lán)光DVD激光束的聚焦光點(diǎn)較小，二者的直徑大約相差5倍。這樣使記錄在光盤上凹坑和小島的點(diǎn)所占面積變小，使得二者無(wú)法兼容。HD-DVD格式是由DVD論壇開(kāi)發(fā)的一種高清晰DVD光盤格式。儲(chǔ)存容量約為15-20GB。運(yùn)用了日本東芝及NEC顯示器兩家公司共同研發(fā)的AOD技術(shù)。這代光盤主要用于分發(fā)高清視頻和電子游戲和支持更大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力的提升是通過(guò)短波長(zhǎng)的光線激光器和更大的數(shù)值孔徑完成的。

第四代

第四代光盤主要指HSD論壇于2004年發(fā)布的HVD光盤。采用全息存儲(chǔ)技術(shù)，目標(biāo)是在直徑100mm或120mm的光盤上實(shí)現(xiàn)TB級(jí)別的存儲(chǔ)量。HVD采用藍(lán)綠色（532納米）和紅色（650納米）兩種激光相互協(xié)助讀取/寫入光盤，紅色激光用于定位/尋址，藍(lán)綠色激光用于寫入/讀取，它的最大容量可以支持6TB。但可能是驅(qū)動(dòng)器和光盤本身的成本高，與現(xiàn)有或新標(biāo)準(zhǔn)缺乏兼容性，所以市場(chǎng)上從來(lái)沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)全息光盤，負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)的公司因?yàn)橘Y金缺乏，在2010年破產(chǎn)。

現(xiàn)狀

隨著時(shí)代發(fā)展，光盤作為一種儲(chǔ)存介質(zhì)，使用頻率已經(jīng)漸漸開(kāi)始減少了，這是因?yàn)槠鋽?shù)據(jù)存儲(chǔ)形式單一且大多不可變更，體積占用過(guò)大。因此逐步被U盤等存儲(chǔ)介質(zhì)取代。著名的光盤生產(chǎn)公司松下電器2023年宣布正式停產(chǎn)刻錄藍(lán)光光盤。所有公開(kāi)銷售的此類產(chǎn)品都將停產(chǎn)，并且不會(huì)發(fā)布任何后續(xù)產(chǎn)品。松下從2006年開(kāi)始販?zhǔn)蹮浻盟{(lán)光光碟片，至今累計(jì)約售出3.3億片，這標(biāo)志著一個(gè)時(shí)代的結(jié)束。

但因?yàn)楣獗P相對(duì)其他存儲(chǔ)介質(zhì)有著獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)，與其他存儲(chǔ)介質(zhì)相比光盤的使用壽命更長(zhǎng)，信息存儲(chǔ)方式也更為安全，并且隨著技術(shù)的發(fā)展光盤的容量也得到大幅度提升。因此其短時(shí)間內(nèi)并不會(huì)從生活中消失。

工作原理

數(shù)據(jù)寫入原理

激光器發(fā)出一束激光，當(dāng)激光遇到存儲(chǔ)材料時(shí)會(huì)發(fā)生物理或者化學(xué)反應(yīng)，使材料的性質(zhì)發(fā)生一定的變化，性質(zhì)發(fā)生變化的位置點(diǎn)視為二進(jìn)制數(shù)中的"1"；而激光沒(méi)有經(jīng)過(guò)的地方，材料的特性保持不變，這些位置點(diǎn)視為二進(jìn)制數(shù)中的"0"。當(dāng)完成記錄后，光盤上就留下一串串的二進(jìn)制數(shù)0011010101，這樣就成功的把數(shù)據(jù)刻錄在光盤上。

信號(hào)轉(zhuǎn)換原理

寫入光盤中的數(shù)據(jù)通常需要經(jīng)過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)化才能夠呈現(xiàn)，該過(guò)程通常經(jīng)過(guò)三道轉(zhuǎn)換，即讀取光盤信息后經(jīng)過(guò)放大處理，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)通道形成數(shù)字信號(hào)源，由數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)D\A轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，最終形成微弱的原始模擬信號(hào)，再經(jīng)過(guò)對(duì)原始模擬信號(hào)放大和韻色處理，才形成標(biāo)準(zhǔn)的模擬音頻信息。

數(shù)據(jù)讀取原理

在從光盤上讀取數(shù)據(jù)的時(shí)候，作為定向光束的激光在光盤的表面上迅速移動(dòng)。從光盤上讀取數(shù)據(jù)的光驅(qū)會(huì)觀察激光經(jīng)過(guò)的每一個(gè)點(diǎn)，以確定它是否反射激光。如果它不反射激光(那里有一個(gè)凹洞)，那么計(jì)算機(jī)就知道它代表一個(gè)“1”。如果激光被反射回來(lái)，計(jì)算機(jī)就知道：這個(gè)點(diǎn)是一個(gè)“0”。將反射回來(lái)的不同信號(hào)經(jīng)過(guò)處理，并最終將它們解析成為我們所需要的數(shù)據(jù)。激光束必須穿過(guò)透明襯底才能到達(dá)凹坑，讀出數(shù)據(jù)，因此，盤片中存放數(shù)據(jù)的那一面，表面上的任何污損都會(huì)影響數(shù)據(jù)的讀出性能。

組成結(jié)構(gòu)

常見(jiàn)的CD、VCD、DVD光盤非常薄，大約只有1.2毫米厚，但卻包含了復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，主要分為五層，分別為基板、記錄層、反射層、保護(hù)層、印刷層等。

基板

基板是各功能性結(jié)構(gòu)的載體，使用的材料是無(wú)色透明的聚碳酸酯(PC)板，中間有孔，呈圓形，厚度一般為1. 2mm，直徑為120mm。朝光盤比較光滑的一面（激光頭面向的一面）看，最表面的一面就是基板。需要說(shuō)明的是，在基板方面，CD、CD-R、CD-RW之間是沒(méi)有區(qū)別的。

記錄層

記錄層的主要工作原理是在基板上涂抹專用的有機(jī)染料，其成分是不同顏色的有機(jī)染料，可以使光盤表現(xiàn)出不同的顏色，而光盤的信息，都記錄在這層有機(jī)染料上。刻錄機(jī)通過(guò)將激光束聚焦，可以永久性地在記錄層以螺旋狀軌跡由內(nèi)而外刻上不同長(zhǎng)度的坑，這些凹坑和原始的平坦部分，就是數(shù)據(jù)。

反射層

這是光盤組成的第三層，它是用于反射單射的激光光束的區(qū)域，借反射的激光光束讀取光盤中的信息，其材料一般為純度為99. 99%的純銀金屬。

保護(hù)層

它是用來(lái)保護(hù)光盤中的反射層及信息記錄層，防止信息被破壞，使用的材料為光固化丙烯酸類物質(zhì)。另外現(xiàn)在市場(chǎng)使用的DVD+/-R系列還需在以上的工藝上加入膠合部分。

印刷層

有些光盤在保護(hù)層之上還用吸墨材料做第五層印刷層，印刷盤片的客戶標(biāo)識(shí)、容量等相關(guān)資訊的地方，這就是光盤的背面。用戶可用噴墨打印機(jī)直接在光盤背面打印，也可用軟筆進(jìn)行標(biāo)注。

性能指標(biāo)

存儲(chǔ)容量

指能存儲(chǔ)在光盤中的信息容量。一般采用的格式化標(biāo)準(zhǔn)不同，存儲(chǔ)容量也不相同。常見(jiàn)的CD-ROM光盤其直徑為120mm、厚度為1.2mm，標(biāo)準(zhǔn)容量700MB，實(shí)際在電腦上顯示可以存儲(chǔ)大約650MB的數(shù)據(jù)信息。而其它類型光盤，如DVD盤，容量通?？蛇_(dá)4.7~17GB。

讀寫類型

讀寫類型是光盤的一個(gè)重要指標(biāo)，光盤讀寫類型通常有三類：只讀型、一次寫入型、可擦寫型。

只讀型

只讀式光盤以CD-ROM為代表。該類光盤是由母盤壓模制成，一旦復(fù)制成型，永久不變，用戶只能讀出信息，不能修改或?qū)懭胄碌男畔?。只讀式光盤特別適于廉價(jià)、大批量地存儲(chǔ)同一種信息。

一次寫入型

一次寫入型光盤WORM(Write Once Read Many)光盤使用戶能夠自己將數(shù)據(jù)、程序或節(jié)目記錄到光盤上。WORM光盤的特點(diǎn)是只能寫一次但可多次讀，信息一旦寫入就不能再更改。目前這種光盤主要產(chǎn)品為CD-R(Recordable)。CD-R適用于需少量CD盤的場(chǎng)合，如教育部門、圖書館、檔案管理、會(huì)議、培訓(xùn)、廣告等，可以免除高成本母盤的制作過(guò)程，具有經(jīng)濟(jì)、方便的優(yōu)點(diǎn)。

可擦寫型

在可擦寫光盤系統(tǒng)中，光盤寫入后可以擦除，并再次寫入。目前市場(chǎng)上出現(xiàn)的可讀寫光盤主要為CD-RW(CD-Rewritable)，分為磁光盤MOD(Magneto-Optical Disk)和相變光盤PCD(Phase Change Disk)兩類。MOD利用磁的記憶特性，借助激光來(lái)寫入和讀出數(shù)據(jù)。PCD的刻錄層是多晶體，刻錄時(shí)，激光束有選擇陛地加熱相變材料某一區(qū)域，使得這部分迅速成為液態(tài)，然后“凝結(jié)”形成非結(jié)晶狀態(tài)。由于非結(jié)晶狀態(tài)和結(jié)晶狀態(tài)有不同的光學(xué)反射率，這樣就可以通過(guò)CD-ROM來(lái)讀取數(shù)據(jù)了。當(dāng)把相變材料加熱，非結(jié)晶狀態(tài)的原子又回到有序的結(jié)晶狀態(tài)，這樣就恢復(fù)到可寫狀態(tài)。

耐用程度

光盤理論壽命可達(dá)數(shù)十年以上，但由于光盤是由聚合塑料(聚碳酸酯)層、鋁膜層和保護(hù)涂層三部分組成。環(huán)境溫度過(guò)高或過(guò)低會(huì)加速塑料老化，鋁膜與空氣接觸也會(huì)被慢慢氧化，實(shí)際使用壽命往往達(dá)不到該年限。

安全性

光盤從理論上講較難被病毒攻擊，但是，光盤作為存儲(chǔ)介質(zhì)，當(dāng)我們要刻錄的文件已經(jīng)被病毒感染時(shí)，光盤刻錄完成后，這張光盤實(shí)際上就是帶病毒的，也會(huì)通過(guò)文件拷貝的方式傳染病毒。并且，這其中一次刻錄型光盤安全性高于多次刻錄型光盤。并且光盤的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)，如果沒(méi)有人為的破壞和損傷，光盤數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)時(shí)間比軟盤、HDD、盒式錄音磁帶等都長(zhǎng)得多。一般至少可保存幾十年甚至上百年。

光盤類型

僅為部分常見(jiàn)光盤類型，未完全列出

產(chǎn)品優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)

可靠性高

光盤不會(huì)像磁帶和磁盤那樣會(huì)受到磁頭的磨損以及周圍磁場(chǎng)的干擾。是因?yàn)楣獗P在讀、寫信息的時(shí)候，激光頭不接觸光盤表面，并且光盤表面還有一層保護(hù)膜，不易劃傷。

數(shù)據(jù)完整性高

即使光盤表面有少量的嚴(yán)重擦痕或壓痕，也不會(huì)影響其中數(shù)據(jù)的存取。這是因?yàn)楣獗P上的聚合材料保護(hù)層使其耐刮耐磨，因而光盤表面的刮擦不會(huì)影響數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

單位成本低

光盤具有單位存儲(chǔ)容量成本低的優(yōu)勢(shì)。這是因?yàn)楣獗P制造時(shí)利用多層、多階、多維及納米超分辨等多種存儲(chǔ)技術(shù)，將光存儲(chǔ)的存儲(chǔ)密度可提高至TB級(jí)。

缺點(diǎn)

更新數(shù)據(jù)成本過(guò)高

由于讀取速度太慢，并且很多CD都是一次性寫入，無(wú)法更改的，導(dǎo)致更新數(shù)據(jù)成本太高。

攜帶不便

光盤相對(duì)于U盤等儲(chǔ)存介質(zhì)而言，體積太大，因此先對(duì)其他存儲(chǔ)介質(zhì)而言不方便攜帶。

容量太小

光盤相對(duì)于U盤等存儲(chǔ)介質(zhì)而言容量過(guò)小，所以不能儲(chǔ)存一些大型書籍，并且會(huì)影響數(shù)據(jù)的完整性。

主要生產(chǎn)廠家

（僅為部分主要廠家，未完全列出）

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