光盘里究竟有什么？

这是一张过去的CD。插入CD机，就能听到当时的爱情。

光盘是如何存储数据的？如何提高光盘的容量？

该光盘由无色透明的基底、记录层、纯银反射层、保护层和印刷层组成。

记录层的成分是不同颜色的有机染料，可以使光盘呈现不同的颜色，光盘的信息就记录在这层有机染料上。

通过聚焦激光束，记录器可以在记录层上以螺旋轨迹从内到外永久雕刻不同长度的凹坑。这些坑和原来的平地都是数据。

在读取过程中，激光束穿过半反射棱镜并聚焦在物镜上。物镜将激光聚焦成极细的光斑，照射在光盘上，沿着螺旋轨迹前进。

反射后的光再次通过物镜，被具有半反射结构的棱镜反射，照射到记录光信号的光电二极管上。

“坑”的深度是相应激光波长的四分之一。我们可以把照射在油漆上的激光看成两部分。当通过“坑”和“平”的边缘时，一束光的反射位置发生变化，导致两束光重聚后产生半个波长的相位差。

相位差使反射后会聚的两束光的振幅相互抵消，亮度变暗。当两束光回到同一水平面反射时，相位差为零，它们又变亮了。

凹坑边缘的这种暂时变暗将以信号强度跳变的形式记录下来。这些跳跃是CD中二进制数据中的1，而“凹坑”和“平台”代表几个连续的0。

那么只要把信息用二进制代码表示，然后一个一个刻在光盘上，就可以记录数据了吗？答案是否定的。

计算机中常用的字符编码，一个字节包含8位二进制码，有256种排列。然而，现有技术不允许记录两个连续的1。这是因为1只能出现在“坑”的边缘，导致两个1之间存在0。

同时，连续读0也会因为长距离的“坑”或者“平地”导致光头出轨。在这些条件下，可用的字符代码远远少于256。因此，在将数据写入光盘之前，需要对编码进行调制。常见的调制规则是EFM(八对四调制)，将8位编码空间扩展到14位，可以表示16384个码。

接下来规定1不能连续出现，只能有2~10个连续的0。这样可以剔除一万多个不能用的代码。

剩下的256个可用的14位码可以和原来的256个8位码一一对应，这样就可以顺利读取数据了。

为了防止相邻码首尾相连，每个码的末尾要加一个3位的“耦合码”，读取时忽略。

最后8位字符码变成了17位，刻在光盘上。此外，为了防止读取时磁盘表面的划痕和指纹造成的读取错误。每2048字节的数据需要追加一个288字节的校验码，可以用来检查和纠正数据引起的错误。

纠错的原理就是我们在本期节目《二维码》中介绍的里德-所罗门码。

只读光盘，一旦写入，数据无法更改。对于可擦除光盘，相变材料如银-铟-锑-碲合金和锗-锑-碲合金用作记录层。

相变材料有两种稳定状态:晶态和非晶态。

在写入过程中，发射高功率辐射，使相变材料的温度超过“相变温度”，被照射区域的相变材料由晶态变为非晶态。而中功率激光产生的温度可以使非晶态结构还原为晶态。

透光率较高的晶态相当于“平地”，透光率较低的非晶态相当于“坑”。通过切换不同功率的激光，可以实现光盘数据的多次写入和擦除。

在你的当代生活中很难看到CD。

主要原因是光盘的容量太小。为了增加这个直径为12厘米的塑料片上的容量，应该首先使用一个较小的隧道来记录信息。

为了读取更小的隧道，需要更短波长的光来聚焦更小的点。对于单碟容量为25GB的蓝光光盘，使用波长为405nm的蓝紫光，物镜聚焦的光斑缩小到580nm，接近光学极限。

其次，为了节省数据长度，蓝光使用17PP调制码。与8-14调制相比，编码率从47.06%提高到66.67%。

另外，记录层可以叠加在记录层上，通过改变激光的焦距可以读取每一层的数据。目前常见的四层蓝光光盘已经扩容到100GB。

容量更大的光盘只有在数据中心才能看到。以工业蓝光光盘库为例，以12个300GB光盘盒为存储单元，一个机柜可以存储1.92PB的数据。

光盘可以可靠存储数据50年以上，广泛应用于博物馆、科研单位等需要长期存储大量备份历史数据的机构。

因为光盘不能被篡改，所以数据被刻在这些塑料片上，半个世纪以来即使能反光也能读取。

那些留在你记忆里的音乐、电影、游戏，永远停在某个角落等着你。

本文来自虎嗅网。