磁光盘的物理原理

弓 一； 32 J 工科 物理 Vo1．10 No．3 2000 磁光盘的物理原理 TP ． ／ 昊 亚 教 (无锡轻工大学数理部物理教研室，无锡 214036) (无锡教育学院，无锡 214063) (收穑 日期 ，1999—97—12，謦 回 日期 ，1999—08—09) 摘 要 茼要讨论 了磁光盘(MO)读、写过程的物理原理，以期对物理原理在现代科 技 中的应用有所认识． 关键词 磁光盘；激光 信息 ● _ _ _ _ 一 - _ - 一 - - _ 一 THE PHYSICAL PRINCIPLE oF M AGNETIC oPTICAL M EM oRY Chen Gaoqing Wu Yarning (1 Depa~mem of陆 ic Courses，Wuxi Institute of Light Iadus~y，W uxi 214039) (2．W ux L Education Institute，W ux 214093) Abstract The physical princaple of magnetic optical memory is introduced，it may be useful for the understand of physical principle application in engineering． Key W ords magnetic optical memory；laser；information 当社会已进人信息时代，对信息存储设 备提出了高密度、大容量、低成本的，单 纯的磁记录方式要进一步提高记录密度有局 限性，光存储技术的产生，使存储密度提高了 1～ 2个 数 量 级 ，但 普 通 光 盘 (如 CD、CD- ROM)是 只读 盘 ，只能一次性写人．在 此基础 上 ，近年发 展的磁光存储技术 日趋成熟． 磁光存储既具有光存储的高密度，磁光 盘 的读写使 用激 光束 ，可 聚焦到 1／zm 甚至更 小 ，磁光盘 的存 储密度 比普 通磁 盘要大 大提 高．同时，磁光存储又具有磁存储可擦写的特 点，可反复读写，快速随机存取．所以，磁光盘 存储技术的 出现被称为信息存储技术的一次 革命． 1 磁 光盘存储 介质的物理性能 磁光盘存储介质首先必须具有垂直 磁 化的特性 ，即易磁化方向与介质面垂直 ； 其 状 ，必须具有合 适 的居里 温度(大约在 250 ～ 300℃)；第三 ，具有 尽可 能大 的磁 光克尔转 角(0．4～0．7度 )，当然 ，还 要 能承受 百万 状 以上的信息写 、擦与重写． 据此 ，磁光记 录材 料均采用稀土一过 渡金 属 合 金 薄 膜 介 质 ，如 非 晶 态 TbFeco、 GbTbFeCo合金膜． 维普资讯 http://www.cqvip.com 工科物理 V0I．10 No．3 2000 33 2 磁光盘的存储原理 磁 光存储 ，用 一束强激 光 聚焦到磁 光 记 录介质薄膜上 ，热磁写入和擦除信息，利用磁 光克尔效应读出信息． 2．1 写^原理 磁光盘的写入 过程 利用了铁磁材料存在 一 特 定 的临界温 度 即居 里 点 的原理 (如 图 1 (a))，基片上制各一层合适的磁性介质 ，并预 先被磁化为各点磁化强度 jIf朝上，这就构成 了一张用来记录信息的空白磁光盘． 扑 加 越 场 I{一 厂—_] 豳ⅡⅡ删 夺 激光 ) 写人 的信息j 图 1 写人原 理 当垂直磁化的介质受到一聚焦擞光束照 射时，被照射点温度升至居里点，这个小区域 的铁磁材料变为顺磁性 ，磁 化强度 ．】If的取向 由外磁场决定，这外磁场使顺磁的小区域(照 射点)M 方向发生翻转．激光束移开后，该点 温度 下 降 ，．】If的 取 向就 被 固定 下 来 (如 图 1 (b))． 介质中磁化强度 取向的上、下对应信 息“O”和“l”，以要记录的信息控制激光束的 “通 或 断”，同时在读 ／写头上装置的一个微 型线圈提供与预磁化方向相反 的外磁场，随 着磁 光盘 的转动 和激光束 的径 向移动 ，就在 磁光盘上建立了与要被记录的信息相对应的 “1 和“0”状态序列，即一个二进制码(如图 1 (c))． 2．2 读 出原理 从磁光盘读取信息利用 了磁光克尔效 应 ，这里 是极 向磁光 克尔 效应 (如 图 2(a))． 一 束线偏振光入射在磁化了的介质表面时， 反射光 一般是椭 圆偏振 光 ，以椭 圆长 轴表 示 的反射光“偏振面 相对人射偏振光的偏振面 将旋转一定的角度，这个转角称为磁光克尔 转角 口，它是与介质的磁化有关的． 人射 光 反射 盘 fa) (b) 图 2 读 出原理 如图 2(b)所示，一束线偏振激光照射到 已记录信息的磁光盘上，反射光偏振角旋转 角度 日，旋 转的方 向取决 于 jIf向上还是向下 ， 在 ．】If向上 的 点上 ，反 射 光偏 振 面顺 时 针偏 转，在 ．】If向下的点上，反射光偏振面逆时针 偏 转 ，调 整偏 振光 器 P的轴 向，使偏 振 面顺时针偏转的反射光不能通过，偏振面逆 时针偏转的反射光能通过 ，这样 出射光再现 了记录的信息“l”和 0”，随着激光束的扫描， 通过光电转换器，将出射光变成电信号 ，就完 成了读 出过程 ． 2．3 磁光存储系统 磁光存储系统如图 3所示 ，高功率半导 体激光器发出调制激光束，半导体激光器的 特征椭圆光轮廓经光学系统准直并变圆 ，以 便 能 明锐 地 聚焦到磁光 盘上．偏 压线 圈提 供 反转磁场，偏振分光器 Pl将反射光转向，同 时减 少对激 光器的反 馈，偏振 分 光器 和微 分 检测器组成数学检测器，读取数据．同时象限 检 测器用来 监控 聚焦和 跟踪的偏差 ．一旦存 在偏 差 ，即产生误 差讯号 ，反 馈 到伺 服 电机 ， 以纠正偏差． 维普资讯 http://www.cqvip.com 34 工科物理 Vo1．10 No．3 2000 3 磁光盘的发展 存储容量为 1．3Gb的 5．25英寸磁光盘 和 650Mb的 3．5英寸磁光盘已经面市，目前 研究工作集中在两个方面：一方面寻找新的 磁光材料，改善磁光盘的性能．如将 A1、si原 子扩散到 MnBi材料中，使磁光偏转角由过 去的 0．4～0．7度提高至大于 2度．大大提高 了信噪比．另一方面 ，通过采用畴边缘记录 法}磁超细分辨；等角速盘速；以及减小激光 光斑尺度的方法 ，以进一步提高磁光盘存储 容量．现已制成 2．5Gb的 3．5英寸磁光盘． 基于物理原理的磁光存储技术正在飞速 发展，必将给当今信息社会带来巨大影响． 偏压线圈 参 考 文 献 象限检测器 图 3 磁光存储系统 [1： 程守诛 ．江之永．普通物理学 (2)．第五板．北京：高等 教育 出版社 ，1998，28O～307- ：2] 王代殊．光存储技术简舟．现代物理知识，1996，7(5)： l4～ 16． E33 宛德福 ．罗世华．磁性物理．北京：电子工业出版社 1987． _4] M．H．Kr：cder，W．Mesaner and L．R．Carley．J f Phys，1996，79}：4485． 国 一 {}由 {f 一 {：工 刊 与 本 理 购 为 酚 一 骊一 柏∞ 锄 幽 ：}加 一 维普资讯 http://www.cqvip.com