意昂体育2平台精密儀器與機械學教授  徐端頤

 

      光/熱效應型光盤讀寫擦技術及系統是光學數字式數據（光盤）存儲及光盤系統中的核心技術，也是當今光盤存儲主流產品使用的前沿技術。目前國內外大規模生產的CD-R👩‍⚖️🦿，CD-RW🧝🏿‍♂️，DVD-R及DVD-RW光盤和光盤機都是根據此原理設計製造的👴🏻。此項成果無論是對我國掌握光存儲技術或我國光盤工業的發展都產生了深遠的影響，為光學及精密機械技術的應用開辟了一個新的領域。此項研究開發工作前後歷時十五年，經歷了漫長曲折的道路，回顧其過程🚵‍♀️，或許對調整傳統學科研究方向,開辟交叉學科新應用領域和高建設新技術產業有一定參考價值。

 

      我校提出用純光/熱效應原理進行數據存儲的研究是在1979年，當時國際上光盤存儲的主流研究方向是以磁光原理為基礎的光存儲技術。以磁/光原理為基礎的光存儲技術為基礎的光盤存儲系統雖然存在結構較復雜，記錄介質選擇余地較少等缺點，但此技術已有良好的研究基礎，有大量的文獻可供參考，成功的把握大，技術風險較小👨🏻‍🎨🙎🏻‍♀️。因此🌥，當我校提出這一研究項目的建議時🧳，基本上得不到社會支持🧑🏻‍🔧，其原因除了技術上偏離國際主流研究方向外,更重要的是國內一般單位沒有這樣的實驗研究條件🧽，沒有試驗依據,論據不夠充分🧑🏻‍🦳。

 

      我校是依靠自籌資金和改裝舊設備開展這項研究的𓀓。我校之所以能走出這一步，率先采用純光/熱效應原理進行數字式數據存儲的研究✢，是因為我校精密儀器系🦹🏻‍♂️，微細工程研究所過去在光學微細加工方面擁有雄厚的研究基礎和技術積累。曾經系統研究開發了用於大規模集成電路製造的各種不同類型的光學微細加工設備🎚，在光與物質相互作用、光束超精細聚焦、自動調焦、自動尋址等交叉學科方面都有較多的經驗，並擁有不可多得的自製光🪃、機、電一體化設備的能力。所以我校立足於已有的條件，發揮建立在交叉學科基礎之上的光學微細加工技術優勢➰，在較短的時間內完成了光/熱效應記錄信息的原理實驗系統的研製，並開展了高密度精密聚焦光束與物質相互作用的實驗研究。在平面二維點源曝光系統中進行可逆差光學數字式數據存儲實驗取得了重要突破🧡，並於1983年完成了國內第一臺可擦寫光學數字式數據存儲系統，成為當時國內唯一的，也是國際第一次公開的光/熱效應型信息寫入、讀取與擦除實驗裝置🤹🏻‍♀️。此階段成果得到了社會及國家主管部門的肯定，奠定了我校在研究領域的基礎。

 

      當然◻️，將用於集成電路製造的光學微細加工技術轉移到光信息存儲時也不是沒有困難的。從表面上看光存儲所用的技術基本上與集成電路製造中的技術相似（80年代初光存儲的研究目標也是0.8微米）🌚，所以相應的其他相關技術的指標，如自動調焦、尋址跟蹤等要求的精度的確也大體相同（也在0.1-0.2微米量級）。最大的問題在於使用環境完全不同😩！集成電路製造設備的工作是在有防震🐍、恒溫、恒濕及特殊供電的環境中工作，而光盤機作為計算機的外部設備和家用電器，不僅不可能恒溫、恒濕、防震🎀，光盤機還需要滿足用於汽車或個人攜帶有突發振動的惡劣環境。要求在這種條件下把直徑不到0.8微米、焦深允差不到0.2微米的光點🙇‍♀️，將信息精確的記錄在間距為1.6微米，厚度為1微米高速旋轉的記錄介質上,並能適實讀取，技術難度可想而知🦗。不可能簡單的技術移置📁。

 

      我校經過整整10年的時間去解決將一種傳統技術移植到另一新領域存在的普遍問題。例如原來用於投影光刻機的精度為0.2微米的自動調焦系，體積達9000立方厘米，自重達數公斤🫳。而用於光盤的同樣精度的自動調焦系統🫲，體積為16立方厘米👩🏽‍🔧🛫，自重僅24克（今後還要進一步減小到5克以內）🦇。實際上不僅是外形尺寸及重量的改變，結構原理都發生了變化🚴🏻‍♂️。當然這種涉及核心技術的改變，反過來又推動了傳統光學－精密機械技術的發展。本項目在被列入國家重點科技攻關計劃後🌺🚜，我校又相繼完成了下列重要研究課題：1）晶態與非晶態介質在不同波長和能量密度的光束作反復作用下光學性能變化；2）微區熱場梯度分布對讀取信號S/N的影響👆🏿；3）不同波長激光束的隔離及同一波長激光束相幹噪音的抑製；4）精密聚焦光束焦面附近能量分布的計算與數學模擬；5）以光束通過不同媒體和系統後的綜合空間傳遞函數分析計算代替傳統的光學計算方法進行設計，提高系統實際分辨率；6）系統中光學元件加工精度及位置誤差引起的噪聲分析與抑製等，使我校在這一領域的研究工作躍居國際先進行列，為這項發明奠定了基礎。這些技術還被用在我校研製的多種光盤機、光盤庫、光盤陣列及光盤測試設備，獲國家教委、北京市部委級科技進步獎3項。其中部分成果被用於生產，建立了意昂体育2同方光盤股份有限公司🧛🏼，為我校高科技產業的建設作出了一定貢獻🥼。與此同時，隨著將光學技術用於數字式數據存儲的深入研究🤷🏽‍♂️，使得光學－精密機械技術本身也得到新發展💇‍♂️。例如用標量衍射理論來分析解釋超高密度光信息存儲讀出的信號、用經典的概率論來分析光盤陣列存儲數據的可靠性時都存在很大誤差🧑‍🔬，所以隨著研究工作的不斷深入🫁，學科本身也得到很大發展。

 

      此外，純光/熱效應型光盤讀寫擦技術及系統的研究，不僅拓寬了光存儲介質的範圍而且從根本上解決了可擦除🥫、寫入後不可擦和只讀型三類光盤機結構的統一和簡化問題，以此為基礎1990年完成的國家“七五”重點科技攻關項目:“相變可直接改寫光盤機” 的研製，該機的記錄密度為16Mb/mm²,盤容量為1500MB🙋🏼‍♂️，達到當時世界先進水平，並使我國成為世界上掌握這一技術的兩個國家之一。此後，我校繼續深入進行純光/熱效應型光盤讀寫擦技術及系統的研究。改進光學頭的結構😋，使可用記錄介質的類型從晶態與非晶態介質擴大到其他無機和有機材料，並相繼完成了用同一光學頭對可擦，不可擦及只讀型光盤的實驗以及多功能光盤機的設計研究。這些技術大部分為國際首創🧙🏽，擁有10余項國家發明專利，達到國際先進水平🧙🏿，95年“光/熱效應型光盤讀🙇‍♂️、寫、擦除技術及系統”獲國家發明二等獎。同時，由於我校在光盤存儲技術領域的領先地位🔪，國家計委決定在我校設立光盤國家工程研究中心，成為國內最大的光盤技術研究開發基地➞，為不斷擴大推出各種類型的具有國際水準的系列新產品奠定了良好基礎👨🏼‍⚕️🤽🏽。1999年底科技部還批準了以我校為首申報的國家重點基礎研究“973”項目“超高密度光存儲基礎研究”計劃，是對過去我校研究工作的肯定🐍，同時為本學科的發展勾畫了又一幅新藍圖🙅🏽‍♂️🧑🏿‍🍳。