【正文】 而節(jié)約了成本。 2 母盤的設(shè)計及其工程環(huán)境 預(yù)刻槽 ATIP 信息及其信息區(qū)數(shù)據(jù)和物理參數(shù) 按照“橙皮書”的規(guī)格， ATIP 時間碼以“分：秒：幀”的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行計算， 1分 =60 秒， 1 秒 =75 幀。每個 ATIP 幀由 42 位組成 ，它的分布按循序從高到低是：同步占 4 位，分占 8 位，秒占 8 位，幀占 8 位，循環(huán)冗余碼占 14 位。這些數(shù)字均由雙向位調(diào)制的方式進(jìn)行編碼，即每一位數(shù)字有兩個通道位組成。其中“分”、“秒”、“幀”分別由兩位二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù) 字（ 0099）組成。 除了 ATIP 時間碼，一些專用信息和附加信息也是光盤正確運(yùn)行必不可少的重要數(shù)據(jù)。橙皮書規(guī)定，將占用信息區(qū)中一些 ATIP 時間碼之中的“分”、“秒”、“幀”信息部分來存放專用信息和附加信息。因此，可通過檢查 M S和 F1（這些數(shù)據(jù)可參照橙皮書） 來區(qū)分 “分”、“秒”、“幀”部分的信息類型。 為了更好的理解母盤的物理參數(shù)，就先看一下光盤盤面沿半徑方向由里向外依次劃分為若干區(qū)域： 為中心孔區(qū)， 為夾持區(qū)， 為 ATIP 擴(kuò)展區(qū)， 為功率校驗(yàn)區(qū)、節(jié)目記憶區(qū)， 23mm25mm 為導(dǎo)入?yún)^(qū)，25mm58mm為可錄節(jié)目區(qū)， 58mm59mm 為導(dǎo)出區(qū)。 有關(guān)母盤的數(shù)據(jù)設(shè)計就是要綜合平衡存儲時間、道間距、線速度、復(fù)制收縮率和物理半徑之間的關(guān)系，計算和確定 。 道間距和速度； ATIP 開始時間和 ATIP 的起始半徑的位置； ATIP 結(jié)束時間和 ATIP 的結(jié)束半徑的位置； 導(dǎo)入?yún)^(qū)開始時間（ SLI） 。 導(dǎo)出區(qū)開始時間或附加容量和導(dǎo)出區(qū)開始時間（ SAL）； 附加容量和導(dǎo)出區(qū)的長度（ LAL）； 可記錄節(jié)目區(qū)位于半徑位置 25mm58mm 之間，以 80 分鐘存儲時間為例，在這段半徑位置之間要求有大約 22021 信息道，道間距約為 微米。同時由計算可得相應(yīng)的線速度為 。設(shè)計原則是在一定存儲時間的條件下，選取較大的先速度和道間距，以使寫入數(shù)據(jù) 獲取 較好 的 （抖晃 Jitter 和串?dāng)_ XT 等） 性能。 在光盤上， ATIP 時間碼貫穿了各個區(qū)域，其中某些區(qū)域還包括專用信息和附加信 息等，由此組成了整個信息區(qū)。信息區(qū)由 ATIP 的發(fā)生而開始，并隨著 ATIP 結(jié)束而終止。選擇 ATIP 開始時間和 ATIP 結(jié)束時間使 ATIP 時間碼覆蓋整個信息區(qū)。同時確認(rèn)他們的半徑位 置符合規(guī)定（ 22mm59mm） ,并將這些信息傳遞給母盤刻錄系統(tǒng)。除了ATIP 時間碼，信息區(qū)中還包括了一些專用信息和附加信息。 導(dǎo)入?yún)^(qū)開始時間是在公司獲得光盤生產(chǎn)授權(quán)時所分配的，它代表了該公司的標(biāo)識。導(dǎo)入?yún)^(qū)開始的半徑位置應(yīng)在 23mm 附近。新版的橙皮書在導(dǎo)入?yún)^(qū)之前增加了一個 ATIP的擴(kuò)展區(qū)。 導(dǎo)出區(qū)緊接在可記錄節(jié)目區(qū)之后，因此可根據(jù)盤片的容量要求來確定導(dǎo)出區(qū) （或附加容量和導(dǎo)出區(qū)）的開始時間。橙皮書原版規(guī)定最大容量為 80 分鐘（ 79： 59： 74），橙皮書新版將“導(dǎo)出區(qū)”擴(kuò)大為“附加容量和導(dǎo)出區(qū)”來增加盤片的容量。 溝槽形狀的設(shè)計以及專用信息和附加信息的確定 使用不同配方的有機(jī)染料及不同參數(shù)的旋涂工藝制造盤片，要求預(yù)刻槽具有不同的溝槽形狀。因此，母盤溝槽形狀的設(shè)計，即確定溝槽的深度、寬度、槽壁傾斜角及擺動幅度是母盤設(shè)計的重要內(nèi)容之一 。 部分專用信息和附加信息應(yīng)由光盤系統(tǒng)（包括盤片制作、寫入和讀出設(shè)備制造）的設(shè)計人員確定，另一部分信息是由母盤的設(shè)計人員來確定的。母盤所確定的專用信息他遵從光盤的版本。專用信息 1，它的內(nèi)容為， D0： 00： A0，最佳記錄功率為 ，一般是用在只讀光盤上，最佳寫入策略的范圍為 B。專用信息 2，它的內(nèi)容為， 97：96： 00，這個專用信息為導(dǎo)入?yún)^(qū)的開始時間。專用信息 3，它的內(nèi)容為， F9： D9： F4，這個那個信息為導(dǎo)出區(qū)開始時間。 母盤刻錄系統(tǒng)的設(shè)計 母盤的刻錄系統(tǒng)的基本組件主要由以下 4 部分組成： 一、 激光器，激光是受激發(fā)發(fā)射的光，是被其他輻射感應(yīng)而發(fā)生的輻射。產(chǎn)生激光的條件是： 在非平衡系統(tǒng)中找到躍遷能級，在那里能級離子壽命比較長離子數(shù)N2 要大于下能級離子 N1。就是要找到具有實(shí)現(xiàn)能級離子數(shù)反轉(zhuǎn)的工作物質(zhì)。 要建立一個諧振腔。當(dāng)某一頻率信號在腔內(nèi)諧振， 在工作物質(zhì)內(nèi)多次往返 時有足夠機(jī)會去感應(yīng)處于離子數(shù)反轉(zhuǎn)的工作物質(zhì)，才能產(chǎn)生激光。被感應(yīng)的輻射繼續(xù)感應(yīng)其他離子造成連鎖反應(yīng)，雪崩似的獲得放大效果，因而產(chǎn)生強(qiáng)烈的激光。激光的主要特點(diǎn)是發(fā)散 角小，能沿一條直線傳播，相干性好，相干長度可達(dá)幾十米甚至幾百米。亮度高，功率密度特別大。由于激光的上述特點(diǎn)，使他在高密度 光信息存儲技術(shù)和其他領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 激光器主要有：氣體激光器（包括離子激光器和準(zhǔn)分子激光器）、固體激光器、染料激光器和半導(dǎo)體激光器等。在母盤刻錄系統(tǒng)中刻錄光源有采用氬離子激光器（ ODME母盤刻錄系統(tǒng)）、氪離子激光器（松下母 盤刻錄系統(tǒng)）、 SHG（二次諧波發(fā)生器）固體激光器（先鋒母盤刻錄系統(tǒng)）和大功率半導(dǎo)體激光器等等 。 而激光器 選擇 的主要指標(biāo)有： 激光波長，母盤刻錄激光的波長必須考慮對刻錄光斑尺寸的影響，同時又要對光刻膠曝光、顯影敏感，因此必須選用短波長的藍(lán)紫光波段或紫外光波段。當(dāng)然藍(lán)紫光是可見光，光路調(diào)整時比較容易。氬離子激光器的波長選用 488nm， SHG 激光器波長是由 860nm 倍頻后獲得的 430nm，半導(dǎo)體激光器波長是 405nm。母盤刻錄激光的波長要求偏移?。ň€寬窄），而且穩(wěn)定。 功率，母盤刻錄激光器的功率一般為毫瓦級。 要求通過光路后最終達(dá)到光刻膠表面的光功率約為1mw 左右（波長短則功率可小些）。氬離子激光器的輸出功率越為 10mw， SHG 激光器的輸出功率約為 7mw 左右。半導(dǎo)體激光器的使用功率為 5mw。當(dāng)然輸出功率要求長期穩(wěn)定。氬離子激光器和 SHG 固體激光器一般要求開機(jī)一小時，等輸出功率穩(wěn)定后才能工作。因此 往往在兩次刻錄之間，不關(guān)閉激光器，而是使它處于小功率輸出狀態(tài)。半導(dǎo)體激光器不需要預(yù)熱，可以直接打開工作。 激光束模式，要求橫模，即 TEM00模。因?yàn)樵撃Ｊ皆诠馐孛嫔细鼽c(diǎn)的位相同，有良好的空間相干性。并且光束的發(fā)散角最小 ，有利于聚焦成最小光斑。激光束模式可以用透鏡放大光束，檢查投射到屏上的光斑光強(qiáng)分布的均勻性來作簡單 的 判斷。 偏振態(tài)，要求線偏振光。母盤刻錄激光的偏振態(tài)應(yīng)該是線偏振光，氬離子激光器放電管的窗口與管軸成布儒斯特角 （入射角為布儒斯特角時，反射光中沒有震動面平行于入射面的光，即此種偏射狀態(tài)的光能100%地射入另一介質(zhì)，利用光的這種投射性可制備無損耗的激光器窗口。激光器的這種窗口也稱為布氏窗），振動面垂直于入射面的光由于反射損失比較大，不能產(chǎn)生激光，因而氬離子激光器輸出的光為很好的線偏振光。固體激光器和半導(dǎo)體激光器 的偏振態(tài)不如氣體激光器。 噪聲，要求低噪聲。噪聲分為振幅噪聲和相位噪聲，是衡量輸出激光功率和頻率穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。母盤刻錄用激光器要求盡可能低的噪聲電平。在光路調(diào)試時，應(yīng)注意不要使反射光進(jìn)入激光器諧調(diào)腔內(nèi)，以免產(chǎn)生不必要的激光噪音。 壽命，氬離子激光器和 SHG 激光器在進(jìn)行刻錄工作前必須預(yù)熱一段時間，如果不在刻錄工作狀態(tài)也必須以低功率常開，因此使用壽命受到影響。特別是氣體激光器有基本固定的壽命，氬離子激光器和 SHG 激光器的平均壽命一般在 30006000 小時。而半導(dǎo)體激光器不需要預(yù)熱就能直接打開進(jìn)行刻錄工 作， 不在刻錄狀態(tài)可關(guān)閉。因此半導(dǎo)體激光器的壽命等于直接使用的壽命。半導(dǎo)體激光器的平均壽命約為 10000 小時。 從這三種激光器的比較來說，氬離子激光器光束質(zhì)量比較好、輸出波長最穩(wěn)定，但是其體積太大，溫度的變化會影響光束走向，因此要用水冷卻系統(tǒng)，這會引起刻錄系統(tǒng)振動、倍頻固體激光器的體積比氣體激光器小得多，但是輸出效率和噪聲性能比氣體激光器差，需要用復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)來補(bǔ)償輸出的基本穩(wěn)定性，另外倍頻固體激光器價格昂貴而且表面易損傷和退化。半導(dǎo)體激光器的體積最小，能直接調(diào)制（不需要聲光調(diào)制器），可以用波爾帖效應(yīng)（當(dāng)電 流從一種金屬流入另一種金屬時，在節(jié)點(diǎn)處 所發(fā)生的釋放熱或吸收熱的現(xiàn)象 ） 和溫度伺服冷卻，溫度精度高。半導(dǎo)體激光器的使用壽命較長。半導(dǎo)體激光器的缺點(diǎn)是光束截面呈橢圓形，光束發(fā)散角大，需要整形濾波。 二、光學(xué)原件， 透鏡：由中心在同一直線上的兩個或兩個以上的球面組成的系統(tǒng)成為共軸球面系統(tǒng)。諸中心所在的直線稱為系統(tǒng)的光軸。共軸面系統(tǒng)是復(fù)雜 光學(xué)系統(tǒng)的基本元件。由兩個共軸的折射曲面構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)稱為透鏡。大多數(shù)實(shí)際應(yīng)用的透鏡的兩個曲面都是球面的，稱為球面透鏡。也有非球面的透鏡。薄透鏡是指透鏡厚度同透鏡焦距相比可以忽略的 透鏡。當(dāng)平行于透鏡光軸的平行光束通過薄透鏡折射會聚成一點(diǎn)，稱為焦點(diǎn)。位于焦點(diǎn)的點(diǎn)光源通過薄透鏡折射會形成象點(diǎn)在無窮遠(yuǎn)的平行光束。 兩個薄透鏡 ： 焦距分別為 f1 和 f2，若他們相距 f1+f2，則其合成系統(tǒng)的焦距為無限大，并且主平面亦在無限遠(yuǎn)，這樣的系統(tǒng)稱為無焦系統(tǒng)。當(dāng)細(xì)光束入射光學(xué)系統(tǒng)時，出射光束被擴(kuò)展為較寬的激光束。 3： 棱鏡， 當(dāng)光從光密介質(zhì)向光疏介質(zhì)折射，并且入射角超過臨界角時，發(fā)生全發(fā)射。用光在棱鏡中的全反射來改變光的行進(jìn)方向比用平面反射鏡優(yōu)越，這時因?yàn)槿瓷淠芡耆瓷涔饽?，而平面反射鏡在反射表面有一定的光 能吸收。反射棱鏡在光路中的作用是改變光的傳播方向。異形棱鏡的組合也能用來校正半導(dǎo)體激光光束的不對稱，使它從橢圓光束整形成 圓 光束。 4： 偏振分光棱鏡，它是由兩個直角棱鏡粘合而成的立方體。在他們的結(jié)合面上鍍有偏振反射模，該偏振反射模對振動面垂直于入射面的光反射，而對振動面平行于入射面的光透射。 5：半波片和四分之一波片，當(dāng)入射光為一平面線偏振光時，在晶體內(nèi)被分解成 o 光和 e 光，他們的頻率相同而振動方向相互垂直， o 光和 e 光之間有固定的位相差，如果晶片之間的厚度使 o 光和 e 光之間的相位差為π或者奇數(shù)倍，則該晶片稱為半波片。 線偏振光通過半波片其出射的合成光亦是線偏振光，不過振動方向相對入射光的振動方向轉(zhuǎn)了 2￠ （￠為入射光的振動面和晶片主截面夾角）。當(dāng)￠ =45 度時出射光相對入射光的振動方向轉(zhuǎn)了 90度。線偏振光通過四分之一波片成橢圓偏振光或圓偏振光，反之橢圓偏振光或圓偏振光通過四分之一波片也能變成線偏振光。在母盤刻錄光路中，我們使用半波片配合其他偏振元件（如偏振分光棱鏡）作為光強(qiáng)衰減器。 三、聲光調(diào)制器， 聲光器件是由聲光介質(zhì)和換能器兩部分組成。常用的聲光介質(zhì)有鉬酸鉛晶體、氧化碲晶體和熔石英等。換能器即超聲波發(fā)生器，它是利用壓電晶體使電壓信號變?yōu)槌暡?，并向聲光介質(zhì)中發(fā)射的一種能量變換器。 聲光調(diào)制器的工作原理是，在聲光介質(zhì)中產(chǎn)生超聲波，形成周期性的相位型衍射光柵，光柵常數(shù)等于超聲波波長，當(dāng)激光束入射到聲光介質(zhì)中時，產(chǎn)生衍射，衍射光的強(qiáng)度及方向會隨超聲波的頻率及強(qiáng)度變化，即聲光效應(yīng)。 根據(jù)光干涉的加強(qiáng)條件，入射光和衍射光的方向滿足 布拉格方程。通過改變超聲波的頻率就可以改變偏轉(zhuǎn)角，從而達(dá)到控制偏轉(zhuǎn)激光束方向的目的。在母盤刻錄系統(tǒng)中，聲光調(diào)制器用作激光束高速開關(guān)，刻錄激光是通過聲光調(diào)制衍射的一級衍射光。因此在光路調(diào)試中，需要仔細(xì)調(diào)節(jié)激光束 入射角，使它德語布拉格角，以產(chǎn)生最強(qiáng)的一級衍射光。調(diào)制信號控制壓電晶體產(chǎn)生超聲波，從而達(dá)到對一級衍射光的信號調(diào)制。調(diào)制信號的占空比變化也可以調(diào)節(jié)衍射光（刻錄激光）的占空比變化，以微調(diào)刻錄凹坑的長度。為了提高聲光調(diào)制器的頻率響應(yīng)，光路中插入一聚透鏡，使激光束聚焦到聲光介質(zhì)中。激光的長期照射會使晶體表面損傷，可以上下移動聲光調(diào)制器，改變?nèi)肷涞骄w表面的位置，延長使用壽命。 在刻錄光盤的擺動預(yù)刻槽時，聲光偏轉(zhuǎn)器改變超聲頻率，從而達(dá)到改變激光束偏轉(zhuǎn)角的目的。 四、顯微鏡物鏡，母盤刻錄系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)最終要在光刻膠玻璃 母盤表面形成直徑為微米級或亞微米級的聚焦光斑，顯微物鏡則是光學(xué)系統(tǒng)中最重要的元件之一。物鏡聚焦的能力或分辨率本領(lǐng)取決于光的波長、孔徑角和介質(zhì)折射率，折射率和孔徑角的正弦的乘積稱為物鏡的數(shù)值孔徑。對給定波長的光，物鏡的數(shù)值孔徑愈大，則其分辨本領(lǐng)越高，在這里也就是聚焦光斑越小。 Onh 理論上說，聚焦光斑的直徑（光強(qiáng)分 布的半高度的全寬度）與光的波長成正比。數(shù)值孔徑也可以近似表示為通過物鏡的光束直徑除以物鏡的焦距。 這里還需要提到光學(xué)系統(tǒng)的相差。實(shí)際光學(xué)系統(tǒng)有一定的通光 孔徑和一定的視場角，或者發(fā)光點(diǎn)不靠近光軸，即使球 面透鏡的加工是完美無缺的，光束會聚后不在同一個焦點(diǎn)上，一般透鏡邊緣的光線比近軸的光線會聚焦的近些。這種軸上相點(diǎn)被一些彌散光斑所代替所形成的相差稱為球差。如果光學(xué)系統(tǒng)中使用不同的波長的激光，如有的系統(tǒng)使用氦氖激光作聚焦伺服光路，由于介質(zhì)折射率隨光的不同波長的變化所引起的相差稱為色差。在光學(xué)設(shè)計中，適當(dāng)選用正負(fù)透鏡的組合或采用專門設(shè)計的非球面透鏡可以消除各類相差。 物鏡的數(shù)值孔徑愈大，其相差亦愈大。為了獲得衍射極限光斑，物鏡會采用多個不同曲面的透鏡