2021年度近场记录光盘浮动技术分析.docx

华中科技大学博士学位论文
摘要
近场光统计是超高密度信息存放领域一个关键分支, 国际上正大力进行研究 和开发。 现在, 大家所进行关键是部分静态统计实现。 近场统计光盘要实用化, 必需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 止实现这一要求最好方法。 另外, 利用浮动技术能够轻量化光学头系统, 提升寻 道速度。 再者, 现在倍受磁统计晃和光统计界共同关注近场光、 磁混合统计技术 成功也依靠于近场馈热动态实现。 所以, 深入研究近场统计光盘相关浮动系统 理论和技术就含相关键理论和实际意义。
近场统计光盘浮动技术和硬盘中采取浮动技术有很多相同之处, 但同时也 含有本身一系列特点。 在借鉴硬盘浮动技术研究工作基础上, 我们对近场光记 录相关浮动技术问题进行了系统深入研究。
首先研究了合理浮动间距确定方法。 为此, 建立了近场统计光盘头盘近场耦 合功率传输模型, 给出了计算方法和仿真结果和浮动间距分别影响光功率损耗 和统计密度规律。 提出了综合考虑满足统计密度和写入功率两个独立要求合理 确定浮动间距方法。
依据对近场光统计浮动间距要求分析, 必需考虑粗糙度影响。 基于平均流 思想, 在假定粗糙度轮廓高度符合高斯分布情况下, 导出了能同时考虑粗糙度 大小和粗糙度轮廓特征影响浮动系统流体动力学方程, 并据此进行浮动系统设 计。
针对近场统计光盘耳前研究中关键三种技术, 即波导锥尖技术, 固体浸没物 镜技术和微孔激光器技术开展浮动系统研究。 依据国家课题任务对上述三种技 术试验研究要求, 研究设计了两种结构尺寸悬浮滑块。
考虑波导锥尖和微孑L激光器技术一些共同特点, 设计了一个能同时适适用于这 两种技术进行试验研究带梯形后轨三轨式滑块。 对于固体浸没物镜技术试验, 依据其特点, 设计了一个带圆形后轨三轨式滑块。 依据以上设计, 对上述两种滑 块组成浮动系统分别进行了静、 动态性能仿真研究。
在静态性能方面, 研究了加载力及加载位置影响, 滑块几何参数影响和 各制造和装配误差影响等。 对于动态性能, 研究了起飞特征, 气膜刚度、 阻尼及
华中科技大学博士学位论文 其改变规律, 悬浮滑块跟随盘片复杂模态振动能力及跟随误差, 和滑块在受到 位移冲击和盘面凸起缺点冲击情况下保持姿态稳定及恢复稳定姿态能力(时I础
长短)。
经过以上研究得到了以下结果: 1)确定了两种滑块几何参数(尺寸)及加载 力参数和对应于滑块最小飞高容差各参数容差; 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)规律及权重系数; 3)给出了基于上述 影响规律系统静态性能稳定度统计分析方法: 4)给出了浮动系统动力参数(刚 度、 阻尼、 固有频率)及其改变特征仿真测试方法和结果; 5)建立了考虑气膜刚 度、 阻尼分布特征和非线性性质浮动系统动态特征综合分析近似模型: 6)给出 了对滑块结构和浮动系统性能进行优化分析和优化设计原理、 方法和框图。 上述 研究结果尤其是系统静态性能稳定度统计分析方法、 系统动态性能综合分析近似 模型和优化设计方法和框图对于浮动系统优化设计含相关键意义。
近场光、 磁混合统计是多年来为突破磁统计材料超顺磁极限而提出一个新 技术。 现在国际上对传统硬盘磁统计面密度估量, 对近场光、 磁混合统计实现 方法及其能达成统计面密度前景等在认识上存在很大差异。 我们基于磁统计材 料产生超顺磁现象机理, 分析驱动器技术潜力, 对传统磁统计密度极限作出 了自己估量。 在分析现有近场光、 磁混合统计方案基础上, 认为基于波导锥尖 近场馈热正交双梯度混合统计方案含有最好实用化前景和最高统计密度潜 力。 依据我们对波导锥尖近场馈热特征研究给出了这一技术方案近期能达成记 录面密度水平及发展前景。 在上述工作基础上, 对近场光、 磁混合统计中由近场 馈热造成气膜温升问题进行了讨论, 对温升给浮动系统性能影响进行了仿真研 究, 得到了影响规律及相关结论。 结果表明, 对于采取近场光馈热浮动系统 设计必需计入温度影响, 尤其是对于近场光、 磁混合统计, 这一影响更为严峻。
伴随统计密度不停提升, 头盘浮动间隙不停减小。 现在近场光、 磁混合统计 已经在研究lOran以下浮动系统。 然而研究显示, 因为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。 我们在前面建模工作基础上深入 建立了考虑表面粗糙度影响非牛顿液膜浮动系统模型, 并据此使用国际上现在研 究中使用一个“液体塑料”参数对这类