探究三维信息存储读出信号振幅的计算机仿真

岳淼

（西华师范大学计算机学院，四川 南充 637002）

探究三维信息存储读出信号振幅的计算机仿真

岳淼

（西华师范大学计算机学院，四川 南充 637002）

当前信息存储呈现出容量和速率均较低的局面，将阵列激光器、波分复用技术以及多层镀膜有机统一的三维信息存储方法应运而生。此方法主要通过光纤中耦合物镜对光斑自动拉近距离聚焦，读写海量信息，这将对三维存储寻道时间的缩减起着重要作用。本文通过对存储系统原理和光盘系统标量衍射理论的分析、浅要探究计算机仿真结果。

三维信息存储；信号振幅；计算机仿真

1 引言

信息技术的快速发展推动了信息时代的发展，逐渐形成知识信息大爆炸的局面，大容量、高密度的存储技术研究受到社会各阶层的关注。传统的光盘记录技术满足不了当今时代对知识信息的存储要求；针对此种现象，新兴的三维存储理念以其大容量、轻重量的优势赢得了人们的亲睐，在航空航天行业、股票期货行业、多媒体影视行业以及三维图像处理技术等领域都有着实用价值，该存储方法利用光的波分复用器存储读出信号振幅，以实现对信息的有效传输，推动三维存储平均寻道时间得到有效降低。

2 存储系统原理分析

在存储系统中作为记录介质的物体可选择磁光薄膜，借助镀膜技术进行多层次的信息存储。若想实现某一信息层反射某一特定波长，可透射相关的其余波长的光度，以便每层记录介质能够拥有唯一的特定波长，进而实现信息存储的功能。在存储系统中每个信息层的间距都将在焦距深度之上，以规避层间信息串拢的风险。计算机进行存储工作时可根据透镜的聚焦便于寻找层间地址，记录和存储多层磁光信号，以便实现信号振幅的存储和读出。整个存储系统原理如图1所示：

图1 存储系统原理图

将不同频段的光都集中在每层的记录介质可采取波分复用技术，利用光纤中多波长并行传输技术，对相关的信息进行存储和读出。若想实现多层记录介质进行存储工作，可将光线多波长看作是信息记录波长，增加记录信息的容量。将保偏光纤和光学系统有机统一成集成化的保偏光纤光学读写头，以便促进三维信息存储的高速并行的信息数据存取。在光学读写头中可将耦合物镜和波片与锥尖形光纤当作存储光盘，以伺服系统对光纤尖端和记录介质的间距进行管理控制，将这两者之间的距离有效控制在焦距深度的范围之内。由亚毫米级的距离缩减至纳米量级的光斑，增强信息存储密度。这将在一定程度上降低寻道时间，新兴的读写方式较传统的接触式读写方式具有良好的防振功能，促进存储性能的提升。

3 光盘系统标量衍射理论分析

从概念上将光盘输出电压转化为光盘位置的函数来进行有效计算比较简单，但要想实现多数计算阵列的二维变换将会花费较长时间才能实现，而Jipson VB进行相关的计算时应用到二维FFT快速傅立叶变换，研究模型参数对读出信号的影响或评估（检测数据密度、聚焦误差、寻道时间）。随着现今光盘产业的迅速拓展，光盘系统标量衍射理论不断充实，因存储密度要求的逐渐提高，光盘信息符也不断缩小其体积，同时使用的相关物镜数值孔径亦随之而发生变化，这将对标量衍射理论的发展带来一定的挑战。标量衍射理论相较于其它理论而言较为简单，信息符的体积符合相关要求，进而数值孔径的取值将不会超过0.5，从而对信号强度的读取具有较强的精确度，在CD及其兼容技术领域具有广阔的发展前景。在磁光及其超分辨技术领域等也为标量理论的发展营造了良好的发展环境，纵然标量理论具有一定的局限性（应用前提条件无法及时满足、存在较大误差等），但采取相关的矢量理论进行存储密度的研究具有重要意义。

4 探究计算机仿真结果

在实际应用中，激光光束光强的分布、光学元件的不完整以及光盘出现倾斜等因素都将能影响光点扫描时的准确聚焦，进一步对信号检测时对数据的提取产生影响。

（1）入射光束的高斯参数

将入射光束的高斯参数设为σ，在影响检测信号时可设立W=0，NA=0.68，λ=0.65μm，因为高斯光束中聚焦效果显著，恰当选取高斯参数。高斯参数对信号幅值检测的影响如图2所示：

图2 高斯参数σ对信号幅值检测的影响变化图

从图2可以看出，高斯参数σ值趋向于较小值时，检测信号曲线呈现出较好的态势。但就实际应用来看，高斯参数σ越小，读出信号振幅和相关的线路检测上将会出现投入增加的问题，促使检测成本上升，因而在选择高斯参数σ对信号检测的影响时需慎重考虑。

（2）离焦系数光信号幅值

在分析有关离焦系数W20光信号幅值对检测信号幅度时可设立σ=1.23，NA=0.68，λ=0.65μm，具体的离焦系数对光信号幅值的影响参考图3。

图3 离焦系数对检测信号幅值的影响分析图

如图所示，当离焦系数的绝对值等于0.2时，信号振幅曲线发生明显的下降趋势，这在一定程度上不能正确读写信号振幅。为使信号振幅曲线满足相关要求则需离焦系数的绝对值应小于等于0.59，确保焦深值符合相应的幅值要求，且将其控制在一定的焦范围内，促进信息的正确存储和读出。

（3）球差值W40影响信号幅值的检测

在研究球差值影响信号幅度的检测时可将相关影响值设为σ=1.23，NA=0.68，λ=0.65μm，具体的影响示意图如图4所示。

图4 球差W40影响信号幅值的检测图

球差值对聚焦光斑弥散散度的影响较大，从而对系统的信号幅值与频响带宽产生一定的不利影响。如图4所示，改善球差状况可借助于物镜的优化措施。

（4）其它相关系数及数值对信号幅值的影响

彗差系数、像散值以及数值孔径NA都将对检测信号振幅产生一定的不利影响。彗差系数发生变化的原因可能是指物镜出现了偏斜，或者在读出信号振幅时光盘出现偏斜等。在相关研究中，彗差将能促使信号的强度呈现出非对称状态，彗差趋向于较小值时信号强度遭受到的影响愈小。物镜像散系数的取值需控制在一定的范围内，促使信号强度能够满足相关的标准，否则将会增大各层记录介质的串拢几率。结合光学衍射理论中衍射光斑的直径表示为d=kλ/NA，当NA值增加时信号记录的密度也随之增加，相应的焦深将会有所缩短，致使层间难以准确聚焦。系统波像的大小并不固定，将会随着数值孔径的增幅而增大，故在选取或处理数值孔径时须优化相关数值，以便能够较为清晰地观察数值孔径对信号振幅读出的影响。以多样式的分析方法对记录波长、反射率、波像差等相关影响因素进行处理分析，再结合保偏光纤保障偏振态现象的持续保持以便能够利用波分复用技术实现三维信息存储。

5 结束语

综上所述，利用计算机模拟相关数据的分析，进而采取合理的入射高斯光束、数值孔径中恰当的耦合物镜，再结合优良的电路予以支持，将能实现信息的快速传播，并在短时间内存储大量的数据信息，实现三维信息存储读出信号振幅的计算机仿真技术，将能为航天航空里的事业以及人类生活提供有利条件。随着科学技术的不断更新，信息振幅的相关知识将会不断地充实，三维信息存储等相关方法将会促进大量信息存储工具的出现，计算机仿真技术亦将能得到进一步发展。

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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，硕士，讲师，研究方向：计算机网络、计算机仿真。