将阿基米德螺旋线近似逐行推扫的滤光方式与非制冷焦平面探测器(FPA)逐行积分读出进行同步, 滤光当前行的同时读出上一行的数据, 可改善分时滤光多波段热成像系统的 FPA使用效率, 从而提高系统帧率。本文从工程应用的角度出发, 对阿基米德螺旋线滤光盘(阿盘)的多波段滤光、推扫滤光与 FPA逐行读出的时间同步、多波段序列图像的帧识别、阿盘的整机集成等问题进行探讨, 为新型多波段热成像系统的设计提供工程经验。

光盘能够进行可靠、低成本地离线长期数据存储，当对保存的海量数据进行查询时，需要能够快速逻辑定位到查询结果，并且能够确定所属光盘的物理位置，进行数据读取。这要求光盘在信息及物理世界中拥有唯一的标识，从而方便、可信地统一管理海量数据。本文设计一种批量光盘自动标识系统，它集成普通商用的刻录机、打印机和摄像头，实现批量光盘的自动化物理标签打印和逻辑标识刻录。考虑到每个部件都具有内部独立的时序控制、特定的存取接口。本研究设计并开发了定制化机械结构，以及全局软件调度机制，统一协调物理和逻辑控制。实验结果表明，单套系统能够一次连续地标识200张光盘，平均每张2 min。

蓝宝石材料具有高度力学和化学稳定性,因此以蓝宝石作为衬底的光盘是实现长时数据存储的有效解决方案。但是,由于单晶蓝宝石材料具有明显的各向异性,当扫描光束入射到单晶蓝宝石基底表面时会发生双折射,从而使标准的CD读取系统对蓝宝石光盘失效。针对蓝宝石材料这一特性,建立了光束在单晶蓝宝石衬底中传输的物理模型,提出采用石英补偿板来补偿蓝宝石衬底像差的补偿机制。进行了数据读取实验,结果表明,采用所述像差补偿方法能够显著提高蓝宝石光盘光学信息读取系统的读取性能。

为了解决长时数据存储的难题，开展了以数字格式在蓝宝石光盘表面写入数据的研究工作。根据艾林方程，分析了利用常用无机材料进行数据存储的数据失效时间。描述了在蓝宝石材料为基底的光盘上以数字格式记录数据的基本工艺流程，重点介绍了用于蓝宝石光盘的离子束刻蚀系统。实验结果显示，蓝宝石光盘表面刻蚀的信息坑宽度为0.6 μm，深度为0.2 μm，磁道节距为1.6 μm，符合ISO/IEC 10149:1995规定的CD-ROM格式数据存储要求，表明采用本文提出的方法实现蓝宝石光盘的数字化数据存储是可行的。此外，这种基本工艺流程不仅适用于蓝宝石光盘，同样适用于其它以高度稳定的材料(如石英玻璃)作为基底的光盘。

当前蓝光光盘的寿命已超过50年, 光存储的可靠性远高于硬盘, 寿命也远长于磁带, 但单盘容量较小、存取性能较低的缺点限制了光盘在大规模归档系统中的应用。提出了一种新型超大容量机械手自动换盘的光盘库系统, 该系统能够在标准尺寸的机柜中容纳12 000张蓝光光盘, 数十个光驱可并行读写, 对外的吞吐率达到1 GB/s。除了高度并行之外, 还使用了磁光电融合结构和虚拟化存储机制, 通过磁电作为光存储的大容量缓存, 提高存取性能, 将大量的光盘存储空间虚拟成单个文件卷存储池。该系统的光盘调度、刻录和读取完全实现自动化, 并提供给用户通用文件访问接口。综合这些技术, 既发挥了光存储介质的大容量、长寿命、低成本、低能耗的优点, 又克服了光存储系统速度慢、性能低的缺点, 同时提供了用户友好的使用界面和环境, 实现了与现有信息系统的无缝对接。

将CD光盘的聚碳酸酯基底纳米条纹作为光子晶体传感器,考察了其传感性质。在40~120 ℃温度范围内,CD光子晶体的反射光谱强度由64.5%上升到99.1%,且温度与反射光谱强度的变化呈线性响应,相关系数R2为0.999 5。结果表明,该聚碳酸酯光子晶体膜可以作为温度传感器。另外,还考察了不同的有机醇对传感器的反射光谱强度的影响。发现在甲醇中,最大反射率与作用时间呈线性关系,在乙醇、正丙醇、正丁醇中也有同样的规律,不同醇的介电常数与反射光谱强度也有线性关系,表明本传感器还可以作为醇的检测手段。

在对旋转的UV 油墨进行紫外光固化时，会出现紫外光辐照量沿旋转径向不均匀分布和各种颜色的UV 油墨固化速度不同的情况，为了解决UV 油墨在旋转固化过程中的问题，提出了在圆柱面上用两种不同波长UV LED 组成扇形混合阵列构成固化照射系统的设计方案，实现了紫外光辐照度在旋转径向均匀分布，并解决了不同颜色的油墨材料同时固化的技术难题。使用光学软件Tracepro 进行计算机仿真模拟，结果表明：这种新型的UV LED 固化照射系统完全满足设计要求，对进一步拓展UV LED 的应用领域具有重要的参考价值。

微全息存储是按“位”进行信息存储的技术，所存储的每个全息图代表1 bit的数据信息量。该技术采用两束相向传播的高斯光束在其焦斑范围内干涉，存储材料将干涉图样记录下来形成微米大小的全息图。结合适当的混合复用技术有望在CD尺寸的存储介质盘内实现1 TB的存储容量。微全息存储器的系统结构和传统的光盘系统类似，与现有光盘存储技术和驱动系统的兼容性好。阐述了微全息存储的基本概念和原理，从存储材料、复用技术和实现的存储密度以及微全息存储系统等方面综述了微全息存储技术的发展和目前所取得的成果，指出了其未来的发展趋势。

采用激光散斑的方法研究了CD光盘的刻录质量。由于标志光盘信息符的凹凸结构导致了光盘表面微结构的光学粗糙性，光盘不同区域被激光照射后在测量空间形成散斑图像，通过分析光盘不同区域产生的散斑图的统计相关性及对比度值的变化，对光盘的刻录质量进行了定性研究。结果显示，刻录质量好的光盘，其不同区域的散斑相关性好，散斑对比度值高且起伏性较小；而刻录质量有问题的光盘，信息符的统计相关性差，且散斑对比度值出现较大的起伏。研究表明，激光散斑方法是一种有效表征光盘刻录质量的新方法。

伺服控制器是光存储控制系统的基础，通过比较光学读取头下一时刻的位置指令和光电探测器探测的当前位置信号，经伺服控制器处理后输出电压信号，可以驱动电机带动光学读取头运动。为规避传统的经典控制方法，基于滑模变结构控制理论，设计出一种新型的光存储伺服控制器。该控制器对受控对象进行物理建模，建立受控对象的状态空间方程，设计相应的滑模切换面函数、滑模趋近律，从而得到内外环滑模变结构控制律。仿真结果显示，对比基于传统相位校正理论的伺服控制方法，其控制器阶跃响应的超调量和调节时间均较小，在增加有限的资源开销情况下，该伺服控制器具有更好的响应速度和稳定性能。