一、前言

　　信息技术的发展对光存储系统容量和数据传输率提出了越来越高的要求。传统光存储受到光学衍射极限的限制，采用缩短激光波长和增大数值孔径的方法来提高存储密度的空间非常有限。多阶光存储技术能够在不改变光学数值孔径的情况下，利用先进的信号处理与编码技术，显著提高存储容量和数据传输率，目前已经成为国内外光存储研究的热点方向之一。

　　在传统的光存储系统中，二元数据序列存储在记录介质中CONTROL ENGINEERING China版权所有，记录符只有两种不同的物理状态www.cechina.cn，例如只读光盘中交替变化的坑岸形貌。光盘信号读出时，通过检测坑岸边沿从而恢复所记录的数据。如果改变二元记录符的形貌，使得读出信号呈现多阶特性控制工程网版权所有，或者直接采用多阶记录介质，则可实现多阶光存储。前者称为信号多阶光存储，后者称为介质多阶光存储。理论上每个多阶记录符可存储的信息高达 log 2 M 比特，其中 M ＞ 2 为记录阶次，而且数据传输率也得到相应的提高。多阶光存储技术的一个突出优点是，它能够与其它提高存储密度的方法并行使用，如应用在较小激光波长、较大物镜数值孔径的光存储系统中。本文对上述两类多阶光存储方法进行概述，对各种多阶光存储的方案原理进行深入分析与比较，并

　　二、信号多阶光存储

　　2 ． 1 坑深调制

　　坑深调制（ PDM ： Pit Depth Modulation ）是一种较为早期的多阶光存储方案。 Calimetrics 公司研究了具有 8 种不同坑深的多阶只读光盘，如图 1 所示。在这种多阶只读光盘中，信息坑的宽度固定为 t min ，信息坑的深度具有 M 种不同的可能，代表着不同的阶次。根据光盘读出的衍射理论，对于不同深度的信息坑控制工程网版权所有，其读出光在光电探测器上呈现不同光强控制工程网版权所有，从而实现多阶坑深调制。这是一种典型的信号多阶光存储方案，由于记录符的深度有着不同阶次，使得读出信号具有多阶特性。与相同参数的传统只读光盘相比， 8 阶 PDM 技术可以实现约 3 倍的存储容量。

　　图 1 PDM 多阶技术

　　PDM 多阶技术在读出时直接利用反射光的光强判断当前记录符的阶次，由于噪声、盘片缺陷等影响容易造成读出错误，导致较高的误码率。为了提高读出信号的分辨率和抗干扰能力， Matsushita 公司在 PDM 多阶技术的基础上提出了偏振读出的方法：在记录层上覆盖一层双折射晶体的薄膜，激光照射在不同深度的信息坑上时，由于在双折射薄膜中的光程不同，导致出射光的偏振角不同，由此根据出射光的偏振态可以判断当前记录符的阶次。采用偏振读出方式可以达到更高的分辨率，在同样的深度范围内实现更多的阶数。这种方式的缺点是检测系统过于复杂，难以实现小型化和实用化；而且制造盘片的工艺基本采用了 MEMS 路线，应用于大批量生产难度较大。

　　此外， Sharp 公司提出了一种 PEDM （ Pit Edge ＆ Depth Modulation ）多阶技术。 PEDM 综合利用了读出信号 RF 和切向推挽信号 TPP （ Tangential Push-Pull ），其盘片上有两种不同深度的信息坑，它们产生的 RF 信号的强度相同，但 TPP 信号的极性相反。将坑深信号与坑点边缘信号相结合，可以实现 3 阶记录。坑深调制多阶技术的关键在于模压形成具有多种坑深的只读盘片。然而要精确控制信息坑的深度对生产工艺的要求很高，大批量生产的成品率更难以保证。因此，坑深调制多阶光存储技术的前景不明。

　　2 ． 2 坑边沿调制

　　Sony 公司研究了一种利用信息坑边沿相对于固定时钟的变化来存储信息的多阶技术，实际上是利用信息坑长度的变化实现多阶光存储效果，称为 SCIPER （ Single carrier Independent Pit Edge Recording ）。在现有的光盘系统中，信息坑的起始和结束边沿与时钟边沿要求是严格对齐的，其差别称为抖晃。抖晃是目前光盘系统误码率的主要来源，抖晃值过大将影响系统时钟的恢复，增大解码错误率。在 SCIPER 多阶技术中，有特别的途径提供精确的时钟和时钟边沿，信息坑的边沿相对于时钟是变化的。可以说， SCIPER 正是利用了“抖晃”来记录信息。

　　图 2 是 SCIPER 多阶光存储的示意图。可以看到，信息坑的起始和结束边沿相对于时钟边沿都可以按一定的步长变化。在固定的采样时刻，对不同的起始边沿采样得到 RF 信号也是不同的，由此可以判断当前信息坑起始边沿所记录的阶次。对信息坑的结束边沿也采用类似处理。假设信息坑的起始和结束边沿的可能位置数均为 8 ，那么一个信息坑的边沿变化可能出现 64 种状态，即一个信息坑可存储 6 比特的信息，大大高于传统光盘的记录密度。

　　图