近场记录光盘浮动技术的研究.pdf

华中科技大学博士学位论文摘要近场光记录是超高密度信息存储领域的一个重要分支,国际上正大力进行研究与开发。目前,人们所进行的主要是一些静态记录的实现。近场记录光盘要实用化, 必须要在动态读写过程中保持头盘间距稳定在近场距离内,而浮动技术则是迄今为止实现这一要求的最好方法。此外,利用浮动技术可以轻量化光学头系统,提高寻道速度。再者,目前倍受磁记录晃和光记录界共同关注的近场光、磁混合记录技术的成功也依赖于近场馈热的动态实现。因此,深入研究近场记录光盘有关浮动系统的理论与技术就具有重要的理论和实际意义。近场记录光盘的浮动技术和硬盘中采用的浮动技术有诸多相似之处,但同时也具有自身的一系列特点。在借鉴硬盘浮动技术研究工作的基础上,我们对近场光记录的有关浮动技术问题进行了系统深入的研究。首先研究了合理的浮动间距确定方法。为此,建立了近场记录光盘头盘近场耦合的功率传输模型,给出了计算方法与仿真结果以及浮动间距分别影响光功率损耗和记录密度的规律。提出了综合考虑满足记录密度与写入功率两个独立要求的合理确定浮动间距的方法。根据对近场光记录浮动间距要求的分析,必须考虑粗糙度的影响。基于平均流的思想,在假定粗糙度轮廓高度符合高斯分布的情况下,导出了能同时考虑粗糙度大小和粗糙度轮廓特征影响的浮动系统流体动力学方程,并据此进行浮动系统的设计。针对近场记录光盘耳前研究中的主要三种技术,即波导锥尖技术,固体浸没物镜技术以及微孔激光器技术开展浮动系统的研究。根据国家课题任务对上述三种技术的实验研究要求,研究设计了两种结构尺寸的悬浮滑块。考虑波导锥尖和微孑L激光器技术的某些共同特点,设计了一种能同时适用于这两种技术进行实验研究的带梯形后轨的三轨式滑块。对于固体浸没物镜技术的实验, 根据其特点,设计了一种带圆形后轨的三轨式滑块。根据以上设计,对上述两种滑块构成的浮动系统分别进行了静、动态性能的仿真研究。在静态性能方面,研究了加载力及加载位置的影响,滑块几何参数的影响以及各制造和装配误差的影响等。对于动态性能,研究了起飞特性,气膜刚度、阻尼及华中科技大学博士学位论文其变化规律,悬浮滑块跟随盘片复杂模态振动的能力及跟随误差,以及滑块在受到位移冲击和盘面凸起缺陷冲击的情况下保持姿态稳定及恢复稳定姿态的能力(时I础长短)。通过以上研究得到了以下结果:1)确定了两种滑块的几何参数(尺寸)及加载力参数以及对应于滑块最小飞高容差的各参数的容差;2)得出了加载力参数及滑块各几何参数影响系统静态性能(平衡姿态)的规律及权重系数;3)给出了基于上述影响规律的系统静态性能稳定度的统计分析方法:4)给出了浮动系统动力参数(刚度、阻尼、固有频率)及其变化特性的仿真测试方法与结果;5)建立了考虑气膜刚度、阻尼分布特征与非线性性质的浮动系统动态特性综合分析的近似模型:6)给出了对滑块结构与浮动系统性能进行优化分析与优化设计的原理、方法与框图。上述研究结果特别是系统静态性能稳定度的统计分析方法、系统动态性能综合分析近似模型以及优化设计的方法与框图对于浮动系统的优化设计具有重要意义。近场光、磁混合记录是近年来为突破磁记录材料的超顺磁极限而提出的一种新技术。目前国际上对传统硬盘磁记录面密度的估计,对近场光、磁混合记录的实现方法及其能达到的记录面密度前景等在认识上存在很大的差异。我们基于磁记录材料产生超顺磁现象的机理,分析驱动器技术的潜力,对传统磁记录密度的极限作出了自己的估计。在分析现有近场光、磁混合记录方案的基础上,认为基于波导锥尖近场馈热的正交双梯度混合记录方案具有最好的实用化前景和最高的记录密度潜力。根据我们对波导锥尖近场馈热特性的研究给出了这一技术方案近期能达到的记录面密度水平及发展前景。在上述工作的基础上,对近场光、磁混合记录中由近场馈热导致气膜温升的问题进行了讨论,对温升给浮动系统性能的影响进行了仿真研究,得到了影响规律及相关的结论。结果表明,对于采用近场光馈热的浮动系统的设计必须计入温度的影响,特别是对于近场光、磁混合记录,这一影响更为严峻。随着记录密度的不断提高,头盘浮动间隙不断减小。目前近场光、磁混合记录已经在研究lOran以下的浮动系统。然而研究显示,由于浮动间隙已远小于空气分子平均自由程(室温下约65rim)而有使气膜浮动技术失效的危险。非牛顿液膜浮动技术就是在这种背景下在近几年备受关注的。我们在前面建模工作基础上进一步建立了考虑表面粗糙度影响的非牛顿液膜浮动系统模型,并据此使用国际上目前研究中使用的一种“液体塑料”的参数对这类系统的性能进行了部分探索性的仿真研究。研究表明,非牛顿液膜浮动系统的性能与气膜的情况有很大的差异。在充分考Ⅱ华中科技大学博士学位论文虑其特点进行合理设计的情况下可以在大幅度提高系统的谐振频率特别是提高具有重要意义的扭振谐振频率(例如提高3—7倍)的同时,还