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光盘

光盘

光盘( Optical disc)是根据光学原理，利用激光读写信息的存储器。常见的光盘形状一般为圆形，且中间有一个圆形的孔洞。通常由基板、记录层、纯银反射层、保护层、印刷层等结构组成。第一个数字光盘是由美国发明家詹姆斯·罗素（James Russell）于1965年发明的。

光盘的分类多种多样。其中按照读写类型可分为只读型、一次写入型、以及可擦写型光盘。按照其记录信息类型不同又可将其分为光盘图像文件、光盘唱片文件、视频文件、文字以及程序文件等等。

光盘被认为是继纸张、感光材料(缩微品)、磁性载体(盒式录音磁带、磁盘)之后问世的一种信息存贮载体，能存贮数据、文字、声音、图形、图像等信息。具有密度高、容量大、成本低等特点。因此光盘在音频、视频、数据存储、以及多媒体等领域得到了广泛应用。

发展历程

起源

光盘最早的起源要追溯到1884年，由亚历山大·贝尔（Alexander Graham Bell）和查尔斯·萨姆纳·泰特（Charles Samna Tate）两位科学家使用光束将“晴雨表”一词记录在玻璃圆盘上。随后在1935年最早的模拟采样光盘系统雏形横空出世，这些都为后来光盘的出现打下了基础。而第一个数字光盘是于1965年，由美国物理学家詹姆斯·罗素发明的Compact Disk/CD（数字-光学记录和回放系统），1966年提交了专利申请，这是后来CD/DVD的前身。

发展

1969年飞利浦提交了在光学录像带在反射模式下，专注于保护层的保护层激光光束的专利，该专利的物理格式适用于所有光盘。

1978年，由荷兰飞利浦(飞利浦)公司和美国的MCA公司的研究人员成功研制出激光视盘（LD）。它就是通常所说的LCD，直径较大，为12英寸，两面都可以记录信息，但是它记录的信号是模拟信号。模拟信号的处理机制是指模拟的电视图像信号和模拟的声音信号都要经过FM（频率 Modulation）频率调制、线性叠加，然后进行限幅放大。限幅后的信号以0.5微米宽的凹坑长短来表示。从此，利用激光来记录信息的革命便拉开了序幕。

此后光盘的发展可以大致分为四代。

第一代

第一代光盘主要包括CD及其衍生物。1981年，飞利浦公司联合索尼等公司达成了数字激光唱盘标准的协议，将Philips公司开发的光盘技术和Sony公司开发的错误校正技术相结合，生产出用数字方式记录声音的光盘CD-DA（Compact Disk-Digital Audio，数字激光唱盘）简称CD盘。标准容量700MB，但实际在电脑上显示可以存储大约650MB的数据信息。1992 年 4 月，美国 C-CUB 公司发布了 MPEG-1 解压缩技术，可以在容量有限的 CD 中存入视频文件，让 CD 也可以播放视频。这就是V-CD的诞生。

第二代

1990年代中期，制造商联盟（索尼，飞利浦，东芝，松下电器）开发了第二代光盘，DVD。DVD盘容量通常可达4.7~17GB。用于存储大量数据，包括广播质量的数字视频。放入DVD光驱中进行数据读取。DVD与CD的外观极为相似，它们的直径都是120毫米左右。最常见的DVD，即单面单层DVD的资料容量约为VCD的7倍，这是因为DVD和VCD虽然是使用相同的技术来读取深藏于光盘片中的资料(光学读取技术)，但是由于DVD的光学读取头所产生的光点较小(将原本0.85μm的读取光点大小缩小到0.55μm)，因此在同样大小的盘片面积上(DVD和VCD的外观大小是一样的)，DVD资料储存的密度便可提高。DVD有五种格式即DVD-VIDEO(又可分为电影格式及个人计算机格式)、DVD-ROM、DVD-R、DVD-RAM、DVD-AUDIO 。

第三代

第三代光盘于2000年左右开发，其中以蓝光光盘和HD-DVD为代表。从技术上讲，蓝光光盘采用比以往更加先进的存储技术，大约能存储25-30GB数据。但是蓝光光盘格式本身与红光DVD格式并不兼容。这是因为，红光DVD的激光波长稍长、光圈稍小，而蓝光DVD的激光波长较短、光圈较大。并且红光DVD激光束的聚焦光点较大，而蓝光DVD激光束的聚焦光点较小，二者的直径大约相差5倍。这样使记录在光盘上凹坑和小岛的点所占面积变小，使得二者无法兼容。HD-DVD格式是由DVD论坛开发的一种高清晰DVD光盘格式。储存容量约为15-20GB。运用了日本东芝及NEC显示器两家公司共同研发的AOD技术。这代光盘主要用于分发高清视频和电子游戏和支持更大的数据存储能力，该数据存储能力的提升是通过短波长的光线激光器和更大的数值孔径完成的。

第四代

第四代光盘主要指HSD论坛于2004年发布的HVD光盘。采用全息存储技术，目标是在直径100mm或120mm的光盘上实现TB级别的存储量。HVD采用蓝绿色（532纳米）和红色（650纳米）两种激光相互协助读取/写入光盘，红色激光用于定位/寻址，蓝绿色激光用于写入/读取，它的最大容量可以支持6TB。但可能是驱动器和光盘本身的成本高，与现有或新标准缺乏兼容性，所以市场上从来没有出现过全息光盘，负责开发的公司因为资金缺乏，在2010年破产。

现状

随着时代发展，光盘作为一种储存介质，使用频率已经渐渐开始减少了，这是因为其数据存储形式单一且大多不可变更，体积占用过大。因此逐步被U盘等存储介质取代。著名的光盘生产公司松下电器2023年宣布正式停产刻录蓝光光盘。所有公开销售的此类产品都将停产，并且不会发布任何后续产品。松下从2006年开始贩售烧录用蓝光光碟片，至今累计约售出3.3亿片，这标志着一个时代的结束。

但因为光盘相对其他存储介质有着独有的优势，与其他存储介质相比光盘的使用寿命更长，信息存储方式也更为安全，并且随着技术的发展光盘的容量也得到大幅度提升。因此其短时间内并不会从生活中消失。

工作原理

数据写入原理

激光器发出一束激光，当激光遇到存储材料时会发生物理或者化学反应，使材料的性质发生一定的变化，性质发生变化的位置点视为二进制数中的"1"；而激光没有经过的地方，材料的特性保持不变，这些位置点视为二进制数中的"0"。当完成记录后，光盘上就留下一串串的二进制数0011010101，这样就成功的把数据刻录在光盘上。

信号转换原理

写入光盘中的数据通常需要经过信号转化才能够呈现，该过程通常经过三道转换，即读取光盘信息后经过放大处理，转换成数字信号通道形成数字信号源，由数字信号经过D\A转换成模拟信号，最终形成微弱的原始模拟信号，再经过对原始模拟信号放大和韵色处理，才形成标准的模拟音频信息。

数据读取原理

在从光盘上读取数据的时候，作为定向光束的激光在光盘的表面上迅速移动。从光盘上读取数据的光驱会观察激光经过的每一个点，以确定它是否反射激光。如果它不反射激光(那里有一个凹洞)，那么计算机就知道它代表一个“1”。如果激光被反射回来，计算机就知道：这个点是一个“0”。将反射回来的不同信号经过处理，并最终将它们解析成为我们所需要的数据。

组成结构

常见的CD、VCD、DVD光盘非常薄，大约只有1.2毫米厚，但却包含了复杂的结构，主要分为五层，分别为基板、记录层、反射层、保护层、印刷层等。

基板

基板是各功能性结构的载体，使用的材料是无色透明的聚碳酸酯(PC)板，厚度一般为1. 2mm，直径为120mm。朝光盘比较光滑的一面看，最表面的一面就是基板。需要说明的是，在基板方面，CD、CD-R、CD-RW之间是没有区别的。

记录层

记录层的成分，是不同颜色的有机染料，可以使光盘表现出不同的颜色，而光盘的信息，都记录在这层有机染料上。刻录机通过将激光束聚焦，可以永久性地在记录层以螺旋状轨迹由内而外刻上不同长度的坑，这些凹坑和原始的平坦部分，就是数据。

反射层

这是光盘组成的第三层，它是用于反射单射的激光光束的区域，借反射的激光光束读取光盘中的信息，其材料一般为纯度为99. 99%的纯银金属。

保护层

它是用来保护光盘中的反射层及信息记录层，防止信息被破坏，使用的材料为光固化丙烯酸类物质。另外现在市场使用的DVD+/-R系列还需在以上的工艺上加入胶合部分。

印刷层

有些光盘在保护层之上还用吸墨材料做第五层印刷层，印刷盘片的客户标识、容量等相关资讯的地方，这就是光盘的背面。用户可用喷墨打印机直接在光盘背面打印，也可用软笔进行标注。

性能指标

存储容量

指能存储在光盘中的信息容量。一般采用的格式化标准不同，存储容量也不相同。常见的CD-ROM光盘其直径为120mm、厚度为1.2mm，标准容量700MB，实际在电脑上显示可以存储大约650MB的数据信息。而其它类型光盘，如DVD盘，容量通常可达4.7~17GB。

读写类型

读写类型是光盘的一个重要指标，光盘读写类型通常有三类：只读型、一次写入型、可擦写型。

只读型

只读式光盘以CD-ROM为代表。该类光盘是由母盘压模制成，一旦复制成型，永久不变，用户只能读出信息，不能修改或写入新的信息。只读式光盘特别适于廉价、大批量地存储同一种信息。

一次写入型

一次写入型光盘WORM(Write Once Read Many)光盘使用户能够自己将数据、程序或节目记录到光盘上。WORM光盘的特点是只能写一次但可多次读，信息一旦写入就不能再更改。目前这种光盘主要产品为CD-R(Recordable)。CD-R适用于需少量CD盘的场合，如教育部门、图书馆、档案管理、会议、培训、广告等，可以免除高成本母盘的制作过程，具有经济、方便的优点。

可擦写型

在可擦写光盘系统中，光盘写入后可以擦除，并再次写入。目前市场上出现的可读写光盘主要为CD-RW(CD-Rewritable)，分为磁光盘MOD(Magneto-Optical Disk)和相变光盘PCD(Phase Change Disk)两类。MOD利用磁的记忆特性，借助激光来写入和读出数据。PCD的刻录层是多晶体，刻录时，激光束有选择陛地加热相变材料某一区域，使得这部分迅速成为液态，然后“凝结”形成非结晶状态。由于非结晶状态和结晶状态有不同的光学反射率，这样就可以通过CD-ROM来读取数据了。当把相变材料加热，非结晶状态的原子又回到有序的结晶状态，这样就恢复到可写状态。

耐用程度

光盘理论寿命可达数十年以上，但由于光盘是由聚合塑料(聚碳酸酯)层、铝膜层和保护涂层三部分组成。环境温度过高或过低会加速塑料老化，铝膜与空气接触也会被慢慢氧化，实际使用寿命往往达不到该年限。

安全性

光盘从理论上讲较难被病毒攻击，但是，光盘作为存储介质，当我们要刻录的文件已经被病毒感染时，光盘刻录完成后，这张光盘实际上就是带病毒的，也会通过文件拷贝的方式传染病毒。并且，这其中一次刻录型光盘安全性高于多次刻录型光盘。并且光盘的数据存储时间长，如果没有人为的破坏和损伤，光盘数据的存储时间比软盘、HDD、盒式录音磁带等都长得多。一般至少可保存几十年甚至上百年。