[科普中国]-光盘

原理

光盘是如何造出来的？对于这个问题，可能很多人都没有办法回答出来。我们的台式电脑，可以通过组装的形式来制造，例如把处理器、内存、硬盘、主板等配件，安装在机箱里，就形成了一台电脑。而一块主板则是通过电路板布线、贴片、焊接、插件、再焊接等步骤完成的。然而，一张薄薄的光盘，它又如何才能制造出来呢？

要了解光盘的制造原理，首先就要了解光盘的结构，其结构同制造过程密切相关。大家都知道，光盘只是一个统称，它分成两类，一类是只读型光盘，其中包括CD-Audio、CD-Video、CD-ROM、DVD-Audio、DVD-Video、DVD-ROM等；另一类是可记录型光盘，它包括CD-R、CD-RW、DVD-R、DVD+R、DVD+RW、DVD-RAM、Double layer DVD+R等各种类型。

根据光盘结构，光盘主要分为CD、DVD、蓝光光盘等几种类型，这几种类型的光盘，在结构上有所区别，但主要结构原理是一致的。而只读的CD光盘和可记录的CD光盘在结构上没有区别，它们主要区别在材料的应用和某些制造工序的不同，DVD方面也是同样的道理。我们就以CD光盘为例进行讲解。

我们常见的CD光盘非常薄，它只有1.2mm厚，但却包括了很多内容。从图1中可以看出，CD光盘主要分为五层，其中包括基板、记录层、反射层、保护层、印刷层等。我们分别进行说明。

结构基板它是各功能性结构（如沟槽等）的载体，其使用的材料是聚碳酸酯（PC)，冲击韧性极好、使用温度范围大、尺寸稳定性好、耐候性、无毒性。一般来说，基板是无色透明的聚碳酸酯板，在整个光盘中，它不仅是沟槽等的载体，更是整体个光盘的物理外壳。CD光盘的基板厚度为1.2mm、直径为120mm，中间有孔，呈圆形，它是光盘的外形体现。光盘之所以能够随意取放，主要取决于基板的硬度。

在读者的眼里，基板可能就是放在最底部的部分。不过，对于光盘而言，却并不相同。如果你把光盘比较光滑的一面（激光头面向的一面）面向你自己，那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。

记录层这是烧录时刻录信号的地方，其主要的工作原理是在基板上涂抹上专用的有机染料，以供激光记录信息。由于烧录前后的反射率不同，经由激光读取不同长度的信号时，通过反射率的变化形成0与1信号，借以读取信息。到2013年市场上存在三大类有机染料：花菁（Cyanine）、酞菁(Phthalocyanine) 及偶氮(AZO）。

一次性记录的CD-R光盘主要采用（酞菁）有机染料，当此光盘在进行烧录时，激光就会对在基板上涂的有机染料，进行烧录，直接烧录成一个接一个的"坑"，这样有"坑"和没有"坑"的状态就形成了‘0'和‘1'的信号，这一个接一个的"坑"是不能恢复的，也就是当烧成"坑"之后，将永久性地保持现状，这也就意味着此光盘不能重复擦写。这一连串的"0"、"1"信息，就组成了二进制代码，从而表示特定的数据。

在这里，需要特别说明的是，对于可重复擦写的CD-RW而言，所涂抹的就不是有机染料，而是某种碳性物质，当激光在烧录时，就不是烧成一个接一个的"坑"，而是改变碳性物质的极性，通过改变碳性物质的极性，来形成特定的"0"、"1"代码序列。这种碳性物质的极性是可以重复改变的，这也就表示此光盘可以重复擦写。

反射层这是光盘的第三层，它是反射光驱激光光束的区域，借反射的激光光束读取光盘片中的资料。其材料为纯度为99.99%的纯银金属。

这个比较容易理解，它就如同我们经常用到的镜子一样，此层就代表镜子的银反射层，光线到达此层，就会反射回去。一般来说，我们的光盘可以当作镜子用，就是因为有这一层的缘故。

保护层它是用来保护光盘中的反射层及染料层防止信号被破坏。材料为光固化丙烯酸类物质。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。其实，它不仅可以标明信息，还可以起到一定的保护光盘的作用。

光盘的诞生结束了录像带音像时代。

物理特性从主要结构来讲，CD、DVD光盘的结构是一致的，只不过，它们的厚度和用料有所不同。在上面的介绍中，我们提到CD光盘的厚度为1.2mm，这个厚度是否可以改变？回答是否定的。

在实际应用中，读取和烧录CD、DVD、蓝光光盘的激光是不同的。大家都知道，CD的容量只有700MB左右，而DVD则可以达到4.7GB，而蓝光光盘更是可以达到25GB。它们之间的容量差别，同其相关的激光光束的波长密切相关。

一般而言，光盘片的记录密度受限于读出的光点大小，即光学的绕射极限（Diffraction Limit) ，其中包括激光波长λ，物镜的数值孔径NA。所以传统光盘技术要提高记录密度，一般可使用短波长激光或提高物镜的数值孔径使光点缩小，例如CD(780nm，NA：0.45）提升至DVD(650nm，NA：0.6），再到Blu-ray Disc盘片（405nm，NA：0.85）。

对于CD光盘，其激光波长为780nm，物镜的数值孔径NA为0.45，激光束会集到一点的距离需要1.2mm，这就决定了CD光盘基板的厚度为1.2mm。不管是CD光盘的基板过厚，还是过薄，激光束都不能会集到一点，从而严重影响数据的烧录和读取。

从图2中我们可以看到，DVD光盘的激光波长为650nm，物镜的数值孔径NA为0.6，而激光束会集到一点的距离只需要0.6mm，这决定DVD光盘基板的厚度为0.6mm。不过，0.6mm的厚度太薄，其制造出来的光盘也会因为太薄而容易折断。因此，在DVD的实际制造过程中，会把两片0.6mm厚的基板迭合在一起，共同组成1.2mm的厚度。当然，在这种情况下，只有一片基板在记录数据，而另一片基板则完全起保护的作用。

光盘的发展趋势是向高容量存储（如2010开始面世的DVD+R DL产品），业界的技术研发也以此为导向。

已经出现了单面双层的DVD盘片。单面双层盘片（DVD+R Double Layer）是利用激光（Laser beam）聚焦的位置不同，在同一面上制作两层记录层，单面双层盘片在第一层及第二层的激光功率（Writing Power）相同（激光功率为