激光唱片新技术及发展趋势
The New Technology of CD and Its Development Tendency

摘要：介绍了激光唱片(CD)的基本结构、基本原理及特点，还介绍了激光唱片的制造工艺和清洁、保存技术，最后对激光唱片的发展趋势进行了简单的总结。
关键词：激光唱片(CD);基本原理;制造工艺;发展趋势

---1引言

激光唱片于1982年首次投放市场。但是，自1970年以来，人们便一直对激光唱片进行着大量的研制，它的发展成果是与世界上许多数字音响唱片制造广家的不懈努力分不开的。特别是在早期的发展阶段，激光唱片主要是由荷兰的飞利浦（PHILIPS）公司与日本的索尼（SONY）公司共同合作进行的。在这期间，飞利浦公司提供了光盘技术，而索尼公司则贡献出他们在纠错技术方面的经验。

激光唱片的英文名字为Compact Disc ,简称CD ,即袖珍唱片。港台等地称为镭射数码唱片,又称“碟仔”。激光唱片的国际统一标志为“Compact Disc Digital Audio”即“数字声音袖珍唱片”的意思。

• 激光唱片的基本构造及其原理

先比较在显微镜下观察的传统的密纹唱片（图1）和激光唱片（图2）的结构：

图1密纹唱片的构造（放大）----------图2激光唱片的构造（放大）

传统的密纹唱片又称为LP（Long Playing）唱片，它记录信号的方式是模拟方式。它的基本工作原理是利用图1中所示的沟槽即音槽来记录声音信号。其具体方法是利用切割唱片表面而形成连续的音槽，而音槽的深度或振幅直接代表了声音信号的起伏变化。在读取信号时，则利用唱针沿着音槽转动，经过唱头，将振动波转变为强弱下同的电流信号，经过放大处理后而恢复成原先记录的声音．

观察图2所示的激光唱片，可以发现它是由许多圈的凹坑组成，这些长椭圆形的凹坑就是所记录的数字声音信号。凹坑的深度为 0.lμm，宽度为 0.5μm，每一个凹坑的长短包含着信号的成分，其最短为0.87μm，最长为3.18μm。当激光照在这些凹坑上时，凹坑与凹坑之间的平坦部分将入射光完全反射，即反射光等于入射光;而有凹坑的地方入射光则产生绕射，这样反射光变弱，这些反射光照到光敏元件后就变成了一组强弱不同的电信号。激光唱机正是利用反射光的强弱变化，使光敏二极管上产生电信号变化，经过预处理即得到了从唱片上读取的数字声音信号，这些信号再经过EFM解调、错误纠正、数模转换等电路的处理，就可再现最初所记录的模拟的声音。

激光唱片是以凹坑的形式记录信号的。为了方便操作，并考虑到人们的听觉习惯只做成一面，由凹坑组成的许多同心圆轨迹间的间隔只有1.6μm。所以，虽然唱片的直径只有12cm，仍能记录60分钟的声音信号，而直径为30cm的传统密纹唱片，两面加起来记录声音的时间仅为50分钟。目前，激光唱片有两种规格：直径12cm和直径8cm。图3表明了直径为12cm的激光唱片的基本参数。

下面从激光唱片的结构上说明其特点。图4为激光唱片的具体结构，它是由四个部分组成的，即透明基板、信号面、反射信息层和保护层。

第一部分是唱片的基板，是用透明的PC树脂（通常被称为多元碳酸盐树脂或聚碳酸树脂）作材料构成的，英文为 Polycarhonate Plastic Material。这种材料在较大的温度范围内具有良好的耐热性、耐湿性、成型性及良好的光学稳定性。通常要选用高质量的PC树脂，如日本三菱化工公司的NOVAREX PC树脂，美国通用电气塑料公司的LEXAMLDS－1890 PC树脂。第二部分是透明的PC基板的凹坑面。也就是所记录的信号的音谷面。第三部分是反射信息面（Reflective Information Layer）。其材料是一层金属膜，它的厚度（即音谷的深度）极薄，只有0.1μm。由于它是用来反射激光的，其反射光将进入光学头中进行信号读取转换，因此金属膜必须具有极高的反射率，通常选取金属铝为反射层，利用蒸煮的工艺进行加工。第四部分是保护层。它的作用是保护唱片上所记录的信号不会被轻易地损坏和丢失。此材料通常选用具有保护作用的瓷漆膜，其厚度为30μm。另外在保护层上还将印刷唱片的曲目名称、生产厂家及编号等说明。

激光读取信号是从透明基板方向进行的，光束聚焦成一点落在金属层的凹坑上，这样即使透明基板的表面有轻微的刮伤或灰尘也不会影响激光束的读取。而对于密纹唱片来讲，当其表面上有伤痕或灰尘时，就会影响唱针拾取信号，产生“僻噗”的杂音，影响声音的重现。------

图3激光唱片的基本参数------------------------------图4激光唱片的具体结构

3激光唱片的性能特点

激光唱片有很多的优点：

1）存储容量大，记录密度高。目前市场上的一张直径为12cm的激光唱片可以记录70～80min的音乐。

2）寻索方便，抗电磁干扰，携带方便。用激光束照射唱片，可以跳跃地寻索，不必像磁带那样必须顺序寻索。倒片也方便，是瞬间的事，可以直接跳跃到你所要的位置，任意重复播放或按记录指令规定的程序播放。

3）寿命长。因为采用的是光信号，唱片表面用一种特殊的透明的树脂覆盖，于是信号被保护起来，不容易被划伤，也不易受灰尘影响。因此，理论上激光唱片不会磨损，可以无限次使用。

4）成本低。唱片材料价格不高，而且目前制造商已掌握了激光唱片的大规模复制技术，可以大量进行唱片的生产。目前激光唱片的价格已经逐步下降，但仍然较高，主要是其生产技术要求较高，一次性投入较大，现在的技术还难以把过去保存在机械唱片上或磁盘、磁带上的资料全部转入激光唱片。可以说，一段时间以后机械唱片将会成为历史遗物。

4激光唱片的制作工艺

激光唱片的制作过程，基本上与传统的密纹唱片一样，首先制做出原始的母盘，然后再由压型母盘拷贝出许多压制子盘，然后再进行大量的压制。图5为其生产工艺流程，一般可分为制作母带、刻录母盘、制作子模和压制唱片等几个过程。

图5激光唱片的生产工艺流程

4.1制作母带

激光唱机之所以能够重现高保真度的声音，是由于在激光唱片上的声音信号用数字技术进行处理后，以凹坑的形式存储。也就是说，记录在激光唱片上的声音信号应包含有原始声音信号的全部内容，而且不能混有干扰成分。

在制作激光唱片的过程中，首先要进行的是资料的母带化，即将所要记录的声音信号进行录音，经过处理后录制在资料母带上。

为了保证能完美地重现声音，在录音和混合时，就要尽量多地采用数字录音和处理设备，以减少原始信号的衰减和避免干拢成分的混入。模拟的声音资料将在录音后经过模数转换以数字声音信号的形式记录在资料母带上，其记录的格式应完全按照激光唱片的制作规格和信号组成形式。

为了保证激光唱机的正常工作，除了声音资料外，在母带上还需要记录必要的控制和同步信息，即将子码信息同时记录在母带上。子码信息中将包括有P、Q码，同步信号等。在输入控制信息时，可按照用户的要求进行编辑处理。对干录制好的资料母带，将经过严格的测试，以保证资料信息的准确无误。

经过检测证明无误的资料数字母带，就可以送到母盘工厂，进行母盘的制作。

4.2制作母盘

包含有声音资料信息、错误纠正信息及同步控制信息的资料母带制作完后，首先要制作一张母盘。

制作母盘，首先要准备一张经过研磨、清洁处理，且平行度符合要求的光学玻璃片（Glass Disc）。然后，在玻璃上均匀涂一层厚度为 0.1μm的光致抗蚀剂，其涂层的厚度误差为±5nm以下。

涂上光致抗蚀剂的玻璃板，一般被称为抗光刻母盘。将抗光刻母盘和已录制好的资料母带一起放入母盘刻录系统。激光刻录机中的声光调制器将对刻录激光进行调制。刻录激光源一般为氩激光源，波长为 0.45μm。经调制的激光束聚焦后，对涂有抗蚀剂的母盘进行照射曝光，这样就将信号资料刻录在盘片上。被感光后的母盘，要经过显影处理，被曝光后的地方将被溶解成为凹坑，未曝光部分为平坦处。这些凹坑就是所要记录的数宇声音信息，此过程与像片显影类似。

经过曝光、蚀刻处理后的母盘，接着要经过蒸发处理，即将一层极薄的银层蒸发在母盘上。这样，就形成了我们所需要的金属母盘（Metal Master）。

制作好的金属母盘，并不能直接用来大量压制唱片，要通过制作的子模来压制。

4.3制作子模

金属母盘制作好后，将根据需要来制作子模。

镀银后的金属母盘，先经过电铸处理，即镀一层厚度为为0.3mm镍。接着，将该金属盘片从玻璃板上分离下来。经过清洗处理，又在该金属盘片上涂一层保护漆，这就是在压制前所需要的金属负极，又称为父板（Father）。

母盘工厂要对所刻金属父板的制作质量如精度、光洁度等进行严格的质量检查，以保证制作唱片的质量。

经过严格测试检查的金属负极将进行再次复制，又制作一定数量的正板，即母板（Mother）。

母板被再次进行复制，制作一定数量的负板，又称为子模或子板（Stamper）。这样，整个子模的制作过程结束。

用来印制激光唱片的子模数量是根据实际的生产数量来决定的。

4.4压制唱片

经过质量检测，合格的子模将被送到唱片压制工厂进行大量压制。

子模在送入模压机之前，首先要将涂在上面的保护层去掉。

压制唱片的基板材料是聚碳酸酯树脂。由于它具有极好的吸水性，因此颗粒状的聚碳酸酯树脂要先经过干燥系统进行干燥处理。

聚碳酸酯树脂熔化后注人模具中，在压力作用下被压制成具有凹坑的盘片，此盘片经过冷却后脱模成型。

成型后的盘片，将利用蒸煮的方法在其上覆盖一层极薄的铝层。在此处理过程中，盘片将保持垂直，以避免铝层表面出现针眼等缺陷。所镀的铝层很薄、易碎，为保证它的完整性和可靠的反射性，应在上面涂一层保护漆（紫外感应丙烯酸漆），这层漆在高强度的紫外线下被固化。

最后，经过冲中心孔和外形处理，利用丝网印刷工艺印制上各种必要的说明和符号。经过严格的质量检查和筛选，进行包装后即可入库，结束了激光唱片的整个生产过程。

四、激光唱片的保存及清洁

由于激光唱片由聚碳酸脂塑料制成的，片体较薄，强度较低，所以激光唱片容易变形和被硬物划伤。存放时应用大拇指和中指卡住唱片边缘直立放置于唱片盒，以防指纹留在唱片上和唱片变形，决不可将唱片接近热源或在日光下曝晒。由于激光束必须要达到约 780nm 才能识别出凹凸变化，且激光唱片两圈纹迹之间的距离仅为1.6μm(约为人头发直径的1/30) ，激光束从里向外沿着螺旋状轨迹移动时要求精度达1μm。所以激光唱片在读取的过程中最忌机械振动，否则将导致光束无法读取信息。

在激光唱片清洁时，不可使用普通唱片清洗液或唱片静电消除液清洗，不能使用诸如苯和酒精之类的化学溶剂擦拭，使用清水效果最好。清洗时应用布或棉花蘸浸清水从唱片中心以放射状向外逐边拭擦，并抹去污液将唱片晾干。

5激光唱片的发展趋势

普通的激光唱片采用了16BIT/44.1KHZ的声频规格，这里存在着一些限制。随着前后端设备的频繁更新与不断进步，传统的激光唱片规格已经变成一个“瓶颈”，严重影响了数字音响的品质提升。尽管不少录音公司均采用了比特、超取样率的预录制技术，也发售过一些以24BIT、96/128KHz为取样方式的激光唱片，但是事实上，这些碟片在母盘制作之前就采用了这类高位录制方式，在制作母盘时仍要降到16BIT/44.1KHz标准格式，并未摆脱激光唱片规格的局限性。90年代技术中期，美国太平洋音响微音公司的HD激光唱片应运而生了，并受到了国际音响界的极大关注和重视，特别是音响发烧友们的欢迎，已成为当今唱片技术发展的最新、最高科技的代表。HD激光唱片的全称是HIGH DEFINITION COMPATIBLE DIGITAL(高晰度调谐数码技术)。实际上它是一种改善激光唱片音质的录放音方式。它在完全兼容激光唱片规格的基础上，能够最大限度地提升数字音响的重放质量。

20世纪末，计算机带动了信息产业的飞速发展，将人类带入了信息时代。而存储技术的进步，是信息产业发展的一个重要环节。目前激光唱片在电子出版物领域占据了主导地位。随着信息量爆炸性的增加，人们对电子出版物的需求日益扩大，激光唱片正在作为高新技术产业迅猛发展。

21世纪是信息时代。信息技术的发展，信息量的飞速增长，都要求存储容量、存储密度更大，传统的激光唱片越来越不能满足需求了。现在激光唱片正朝着高容量、高密度、可视化方向发展。以激光唱片为基础的V激光唱片采用MPEG-1的压缩标准，其图像质量相当于家用录像机的质量。市场对高清晰图像的需求促进了DVD（Digital Video Disc）的问世，它采用MPEG-2的压缩标准，其存储容量达到4.7GB（单面单层）。随着技术的发展，不久将推出高密度DVD。

参考文献

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