岳淼

（西華師范大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，四川 南充 637002）

探究三維信息存儲(chǔ)讀出信號(hào)振幅的計(jì)算機(jī)仿真

岳淼

（西華師范大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，四川 南充 637002）

當(dāng)前信息存儲(chǔ)呈現(xiàn)出容量和速率均較低的局面，將陣列激光器、波分復(fù)用技術(shù)以及多層鍍膜有機(jī)統(tǒng)一的三維信息存儲(chǔ)方法應(yīng)運(yùn)而生。此方法主要通過光纖中耦合物鏡對(duì)光斑自動(dòng)拉近距離聚焦，讀寫海量信息，這將對(duì)三維存儲(chǔ)尋道時(shí)間的縮減起著重要作用。本文通過對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)原理和光盤系統(tǒng)標(biāo)量衍射理論的分析、淺要探究計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果。

三維信息存儲(chǔ)；信號(hào)振幅；計(jì)算機(jī)仿真

1 引言

信息技術(shù)的快速發(fā)展推動(dòng)了信息時(shí)代的發(fā)展，逐漸形成知識(shí)信息大爆炸的局面，大容量、高密度的存儲(chǔ)技術(shù)研究受到社會(huì)各階層的關(guān)注。傳統(tǒng)的光盤記錄技術(shù)滿足不了當(dāng)今時(shí)代對(duì)知識(shí)信息的存儲(chǔ)要求；針對(duì)此種現(xiàn)象，新興的三維存儲(chǔ)理念以其大容量、輕重量的優(yōu)勢(shì)贏得了人們的親睞，在航空航天行業(yè)、股票期貨行業(yè)、多媒體影視行業(yè)以及三維圖像處理技術(shù)等領(lǐng)域都有著實(shí)用價(jià)值，該存儲(chǔ)方法利用光的波分復(fù)用器存儲(chǔ)讀出信號(hào)振幅，以實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的有效傳輸，推動(dòng)三維存儲(chǔ)平均尋道時(shí)間得到有效降低。

2 存儲(chǔ)系統(tǒng)原理分析

在存儲(chǔ)系統(tǒng)中作為記錄介質(zhì)的物體可選擇磁光薄膜，借助鍍膜技術(shù)進(jìn)行多層次的信息存儲(chǔ)。若想實(shí)現(xiàn)某一信息層反射某一特定波長，可透射相關(guān)的其余波長的光度，以便每層記錄介質(zhì)能夠擁有唯一的特定波長，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)信息存儲(chǔ)的功能。在存儲(chǔ)系統(tǒng)中每個(gè)信息層的間距都將在焦距深度之上，以規(guī)避層間信息串?dāng)n的風(fēng)險(xiǎn)。計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)工作時(shí)可根據(jù)透鏡的聚焦便于尋找層間地址，記錄和存儲(chǔ)多層磁光信號(hào)，以便實(shí)現(xiàn)信號(hào)振幅的存儲(chǔ)和讀出。整個(gè)存儲(chǔ)系統(tǒng)原理如圖1所示：

圖1 存儲(chǔ)系統(tǒng)原理圖

將不同頻段的光都集中在每層的記錄介質(zhì)可采取波分復(fù)用技術(shù)，利用光纖中多波長并行傳輸技術(shù)，對(duì)相關(guān)的信息進(jìn)行存儲(chǔ)和讀出。若想實(shí)現(xiàn)多層記錄介質(zhì)進(jìn)行存儲(chǔ)工作，可將光線多波長看作是信息記錄波長，增加記錄信息的容量。將保偏光纖和光學(xué)系統(tǒng)有機(jī)統(tǒng)一成集成化的保偏光纖光學(xué)讀寫頭，以便促進(jìn)三維信息存儲(chǔ)的高速并行的信息數(shù)據(jù)存取。在光學(xué)讀寫頭中可將耦合物鏡和波片與錐尖形光纖當(dāng)作存儲(chǔ)光盤，以伺服系統(tǒng)對(duì)光纖尖端和記錄介質(zhì)的間距進(jìn)行管理控制，將這兩者之間的距離有效控制在焦距深度的范圍之內(nèi)。由亞毫米級(jí)的距離縮減至納米量級(jí)的光斑，增強(qiáng)信息存儲(chǔ)密度。這將在一定程度上降低尋道時(shí)間，新興的讀寫方式較傳統(tǒng)的接觸式讀寫方式具有良好的防振功能，促進(jìn)存儲(chǔ)性能的提升。

3 光盤系統(tǒng)標(biāo)量衍射理論分析

從概念上將光盤輸出電壓轉(zhuǎn)化為光盤位置的函數(shù)來進(jìn)行有效計(jì)算比較簡單，但要想實(shí)現(xiàn)多數(shù)計(jì)算陣列的二維變換將會(huì)花費(fèi)較長時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)，而Jipson VB進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算時(shí)應(yīng)用到二維FFT快速傅立葉變換，研究模型參數(shù)對(duì)讀出信號(hào)的影響或評(píng)估（檢測(cè)數(shù)據(jù)密度、聚焦誤差、尋道時(shí)間）。隨著現(xiàn)今光盤產(chǎn)業(yè)的迅速拓展，光盤系統(tǒng)標(biāo)量衍射理論不斷充實(shí)，因存儲(chǔ)密度要求的逐漸提高，光盤信息符也不斷縮小其體積，同時(shí)使用的相關(guān)物鏡數(shù)值孔徑亦隨之而發(fā)生變化，這將對(duì)標(biāo)量衍射理論的發(fā)展帶來一定的挑戰(zhàn)。標(biāo)量衍射理論相較于其它理論而言較為簡單，信息符的體積符合相關(guān)要求，進(jìn)而數(shù)值孔徑的取值將不會(huì)超過0.5，從而對(duì)信號(hào)強(qiáng)度的讀取具有較強(qiáng)的精確度，在CD及其兼容技術(shù)領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景。在磁光及其超分辨技術(shù)領(lǐng)域等也為標(biāo)量理論的發(fā)展?fàn)I造了良好的發(fā)展環(huán)境，縱然標(biāo)量理論具有一定的局限性（應(yīng)用前提條件無法及時(shí)滿足、存在較大誤差等），但采取相關(guān)的矢量理論進(jìn)行存儲(chǔ)密度的研究具有重要意義。

4 探究計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果

在實(shí)際應(yīng)用中，激光光束光強(qiáng)的分布、光學(xué)元件的不完整以及光盤出現(xiàn)傾斜等因素都將能影響光點(diǎn)掃描時(shí)的準(zhǔn)確聚焦，進(jìn)一步對(duì)信號(hào)檢測(cè)時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)的提取產(chǎn)生影響。

（1）入射光束的高斯參數(shù)

將入射光束的高斯參數(shù)設(shè)為σ，在影響檢測(cè)信號(hào)時(shí)可設(shè)立W=0，NA=0.68，λ=0.65μm，因?yàn)楦咚构馐芯劢剐Ч@著，恰當(dāng)選取高斯參數(shù)。高斯參數(shù)對(duì)信號(hào)幅值檢測(cè)的影響如圖2所示：

圖2 高斯參數(shù)σ對(duì)信號(hào)幅值檢測(cè)的影響變化圖

從圖2可以看出，高斯參數(shù)σ值趨向于較小值時(shí)，檢測(cè)信號(hào)曲線呈現(xiàn)出較好的態(tài)勢(shì)。但就實(shí)際應(yīng)用來看，高斯參數(shù)σ越小，讀出信號(hào)振幅和相關(guān)的線路檢測(cè)上將會(huì)出現(xiàn)投入增加的問題，促使檢測(cè)成本上升，因而在選擇高斯參數(shù)σ對(duì)信號(hào)檢測(cè)的影響時(shí)需慎重考慮。

（2）離焦系數(shù)光信號(hào)幅值

在分析有關(guān)離焦系數(shù)W20光信號(hào)幅值對(duì)檢測(cè)信號(hào)幅度時(shí)可設(shè)立σ=1.23，NA=0.68，λ=0.65μm，具體的離焦系數(shù)對(duì)光信號(hào)幅值的影響參考圖3。

圖3 離焦系數(shù)對(duì)檢測(cè)信號(hào)幅值的影響分析圖

如圖所示，當(dāng)離焦系數(shù)的絕對(duì)值等于0.2時(shí)，信號(hào)振幅曲線發(fā)生明顯的下降趨勢(shì)，這在一定程度上不能正確讀寫信號(hào)振幅。為使信號(hào)振幅曲線滿足相關(guān)要求則需離焦系數(shù)的絕對(duì)值應(yīng)小于等于0.59，確保焦深值符合相應(yīng)的幅值要求，且將其控制在一定的焦范圍內(nèi)，促進(jìn)信息的正確存儲(chǔ)和讀出。

（3）球差值W40影響信號(hào)幅值的檢測(cè)

在研究球差值影響信號(hào)幅度的檢測(cè)時(shí)可將相關(guān)影響值設(shè)為σ=1.23，NA=0.68，λ=0.65μm，具體的影響示意圖如圖4所示。

圖4 球差W40影響信號(hào)幅值的檢測(cè)圖

球差值對(duì)聚焦光斑彌散散度的影響較大，從而對(duì)系統(tǒng)的信號(hào)幅值與頻響帶寬產(chǎn)生一定的不利影響。如圖4所示，改善球差狀況可借助于物鏡的優(yōu)化措施。

（4）其它相關(guān)系數(shù)及數(shù)值對(duì)信號(hào)幅值的影響

彗差系數(shù)、像散值以及數(shù)值孔徑NA都將對(duì)檢測(cè)信號(hào)振幅產(chǎn)生一定的不利影響。彗差系數(shù)發(fā)生變化的原因可能是指物鏡出現(xiàn)了偏斜，或者在讀出信號(hào)振幅時(shí)光盤出現(xiàn)偏斜等。在相關(guān)研究中，彗差將能促使信號(hào)的強(qiáng)度呈現(xiàn)出非對(duì)稱狀態(tài)，彗差趨向于較小值時(shí)信號(hào)強(qiáng)度遭受到的影響愈小。物鏡像散系數(shù)的取值需控制在一定的范圍內(nèi)，促使信號(hào)強(qiáng)度能夠滿足相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，否則將會(huì)增大各層記錄介質(zhì)的串?dāng)n幾率。結(jié)合光學(xué)衍射理論中衍射光斑的直徑表示為d=kλ/NA，當(dāng)NA值增加時(shí)信號(hào)記錄的密度也隨之增加，相應(yīng)的焦深將會(huì)有所縮短，致使層間難以準(zhǔn)確聚焦。系統(tǒng)波像的大小并不固定，將會(huì)隨著數(shù)值孔徑的增幅而增大，故在選取或處理數(shù)值孔徑時(shí)須優(yōu)化相關(guān)數(shù)值，以便能夠較為清晰地觀察數(shù)值孔徑對(duì)信號(hào)振幅讀出的影響。以多樣式的分析方法對(duì)記錄波長、反射率、波像差等相關(guān)影響因素進(jìn)行處理分析，再結(jié)合保偏光纖保障偏振態(tài)現(xiàn)象的持續(xù)保持以便能夠利用波分復(fù)用技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維信息存儲(chǔ)。

5 結(jié)束語

綜上所述，利用計(jì)算機(jī)模擬相關(guān)數(shù)據(jù)的分析，進(jìn)而采取合理的入射高斯光束、數(shù)值孔徑中恰當(dāng)?shù)鸟詈衔镧R，再結(jié)合優(yōu)良的電路予以支持，將能實(shí)現(xiàn)信息的快速傳播，并在短時(shí)間內(nèi)存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)三維信息存儲(chǔ)讀出信號(hào)振幅的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，將能為航天航空里的事業(yè)以及人類生活提供有利條件。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷更新，信息振幅的相關(guān)知識(shí)將會(huì)不斷地充實(shí)，三維信息存儲(chǔ)等相關(guān)方法將會(huì)促進(jìn)大量信息存儲(chǔ)工具的出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)亦將能得到進(jìn)一步發(fā)展。

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[4]郭偉．光信息存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及前景分析[D]．東北師范大學(xué)，2011．

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Exploration on the Computer Simulation of theAmplitude of Three-dimensional Information Storage Signal

Yue Miao
(China West Normal University,Nanchong 637002,Sichuan)

Since the current information storage has low capacity and rate,3d information storage method arises,with the unity of array laser,wavelength division multiplexing technology and multi-layer coating.This method mainly uses the optical fiber coupling lens to pull the focus of flare closer automatically,so that to read and write huge amounts of information.It will play an important role to reduce the three-dimensional storage seeking time.This article analyzes the principle of storage system and the theory of scalar diffraction of cd-rom system,and explores on the simulation results.

3d information storage;signal amplitude;computer simulation

TP391.9

：A

：1008-66609(2015)04-0068-03

岳淼，男，四川南充人，碩士，講師，研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)仿真。