현대 사회가 취급하는 문서 정보량은 기하급수적으로 증가하고 있다. 은행 이나 증권 회사에서 취급하는 정보량은 연간 1TB(테라바이트.10⒀⒁bytes)에 달한다. 이를 A4용지에 기록해 쌓아올리면 높이가 1백km나 된다. 특허청, 기 상청 등 전문기관에서 취급하는 정보량은 그야말로 천문학적 숫자다.
다가오는 21세기는 문자, 음성, 화상 등을 통합적으로 다루는 멀티미디어 기술을 축으로 하는 정보화 시대의 도래로 개개인이 취급하는 정보량도 기하급수적으로 증가할 것으로 예상된다. 이는 종래 문자에 국한됐던 정보가 앞으로는 DVD(Digital Video Disk)를 비롯한 고선명 화상정보 및 고음질 음성 정보를 동시에 취급해야 하기 때문이다.
특히 곧 실현될 HDTV의 경우 1시간 녹화에 20GB(기가바이트)의 대용량 정보를 필요로 하고 있다. 따라서 대용량 정보를 효과적으로 취급, 저장할 수있는 기술개발이 정보화시대를 맞아 필연적으로 요구되고 있는데 광기록 기술이 최근 고밀도 대용량 디지털 정보저장기술로 각광을 받고 있다.
광기록 기술은 집속된 레이저광을 이용해 광디스크에 정보를 기록하고 판독하는 기술로 현재 컴퓨터의 정보저장기술로 사용되고 있는 자기기록 방법 플로피디스크 하드디스크, 자기테이프 등)보다 여러가지 장점을 지니고 있다. 첫째 정보저장 밀도가 하드디스크의 50배, 플로피디스크의 1천배 정도로 초고집적 정보저장이 가능하다. 광기록 저장밀도의 한계는 얼마나 레이저광 크기를 작게 집속할 수 있느냐에 달려 있는데, 8백30nm(나노미터)의 레이저 파장을 사용하는 경우 1백Mb(메가비트)이상의 정보저장 밀도를 구현할 수 있다. 둘째 하드디스크의 경우 헤드와 디스크간 거리가 수 마이크로미터로 좁아 헤드와 디스크간 충돌이 일어나거나 공기 저항에 의한 마모가 큰 문제가되고있으나 광기록의 경우는 레이저광을 집광렌즈에 의해 집속할 수 있어 헤드와 디스크간 거리를 수 mm 정도 띄어 놓을 수 있고 이에따라 충돌 및 마모의 문제가 없다. 때문에 하드디스크의 경우 충돌을 막기위해 디스크를 시스템에 고정시켜야 하는 반면 광디스크는 임의로 디스크를 시스템에서 원하는 곳으로 옮길 수 있다. 셋째 광기록방법의 고집적 능력으로 인해 단위 비트당의가격이 여타 정보저장 방법보다 매우 저렴하다.
광디스크는 정보의 판독.기록 및 재기록가능성에 따라 판독형(ROM)디스크, 기록.판독형(WORM)디스크, 재기록형(Rewritable)디스크 등 3가지 유형으로 대별된다. ROM디스크는 이미 기록된 디지털 정보에 대해 판독만 하는 유형이 다. ROM디스크의 응용은 이미 우리생활에 기술적 혁신을 가져다 주고 있다.
잡음이 전혀없이 원음에 가까운 소리를 재생하는 CD는 음향업계에서 선풍 을일으키고 있다. 또한 20권의 브리태니카 백과사전이 직경 13cm 광디스크 1장에 기록되어 도서관에 비치되어 있다. 이런 ROM디스크의 경우는 기록된 디 지털정보를 레이저광으로 주사해 반사되는 광의 반사율 차이로 정보를 판독 한다. WORM디스크는 한번 기록이 가능하고 기록된 정보의 판독은 제한없이 할 수있는 유형이다. 이 경우는 레이저광을 주사해 기록매체의 형상이나 구조를 변형시켜 정보를 기록하고 기록된 정보는 저출력 레이저광의 반사율의 차이 로 판독하게 된다. WORM디스크의 응용은 정보를 한번 기록, 영구히 보관하면 서 필요할 때 수시로 판독하는 경우 적절하다. 석유탐사시 유전 광맥에 대한 방대한 정보저장, 병원에서 X레이나 NMR 영상저장 등에 현재 사용되고 있다.
재기록형 디스크는 기록된 정보를 지우고 새 정보를 기록할 수 있는 유형 인데 정보를 계속 수정할 필요가 있을 때 사용된다. 현재 재기록형 디스크는 광자기기록 매체를 이용하는 것과 상변환 매체(Phase Change Media)를 이용하는 방법이 연구, 개발되고 있다.
광자기기록 방법은 수직 자성을 가진 박막의 자화방향이 "상향" 혹은 "하 향"으로 디지털정보가 저장되는 방법이다. 정보의 기록은 외부에서 원하는방향으로는 약 3백Oe(에르스텟)정도의 약한 자장을 가해준 채 레이저광으로 매체가 자성을 잃어버리는 큐리온도 이상으로 가열한 후 레이저를 끄면 매체 가냉각되면서 레이저가 주사됐던 국소영역에서 자화방향이 외부 자장과 같은방향이 됨으로써 정보가 기록된다. 기록된 정보의 판독은 소위 케르효과(Ker r effect)를 이용해 이루어진다.
이것은 선편광을 수직자성 재질에 주사하면 반사되는 빛의 편광방향이 입 사광의 편광방향으로부터 회전하는 현상인데 그 회전방향이 재질의 자성 방향에 따라 시계 방향 혹은 시계반대방향으로 회전하므로 자성의 방향이 "상 향" 혹은 "하향"인 디지털 정보가 판독된다. 광자기 기록의 최대 장점은 무한정 재기록이 가능하다는 것이다. 현재 IBM이 1.3GB 용량의 직경 5.25인치 디스크를, 소니가 직경 2인치의 미니 디스크를 내놓는 등 다양한 크기와 용량의 디스크가 상품화되어 있다.
앞으로 광자기기록 기술개발의 주안점은 "정보집적밀도 향상"과 데이터처리속도 증가"이다. 반도체 메모리 기술이나 자기기록 기술과 비교해 정보저장기술로 독특한 위치를 점유하기 위해서는 정보집적 밀도가 현재의 10배 이상증가되는 것이 바람직하다. 집적 밀도의 향상을 위해서 SHG(Second Harmon ic Generation)나 Ⅱ Ⅳ 화합물 반도체를 이용한 청색 영역의 단파장 레이저가 개발중이다. 이 파장 영역에서 광자기 효과가 큰 Co계 다층 박막이 차 세대 매체로 연구되고 있다.
광자기기록 기술이 고속 데이터저장 기술로 활용되기 위해서는 현재 초당 0.5~2MB 데이터 접속 속도의 증가와 20~1백m sec인 데이터 검색시간의 단축 이필요하다. 데이터 전송 속도를 증가시키기 위해서는 기록한 부분에 직접 재기록이 가능해야 하는데 교환결합 다층막 레이저 변조방식과 자기변조방식 이제안되어 연구되고 있다. 데이터 검색 시간의 단축에 필수적인 광자기 헤드의 경량화를 위해서는 홀로그램헤드, 집적광학 헤드 등이 연구되고 있다.
상변환 광디스크는 광자기 디스크에 비해 편광감지 광학 부품이 필요없는 간단한 헤드구조, 결정형과 무정형의 큰 반사율 차이로 인한 높은 S/N비율, 싼원자재로 인한 저렴한 제조원가로 인해 차세대 재기록형 광디스크로 주목 받고 있는데 최근 마쓰시타가 관련 시제품을 선보였다. 재기록형 상변환 광디스크는 레이저광으로 박막의 마이크론 크기의 점을 가열해 비정질상(amorp hous phase, "1")과 결정상(crystalline phase, "0")사이를 가변적으로 변환 시켜 기록을 "1"과 "0"의 이진법으로 저장 또는 재생시키는 것이다.
한개의비트정보는 결정상의 배경에 비정질상의 한점으로 기록하고 결정상 저반사율 과 비정질상(고반사율)의 크게 다른 반사율을 측정해 검색한다.
상변환광디스크의 초기화를 위해 저출력(10mW) CW레이저를 장기간 가열해 결정화시킨다. 정보의 기록은 고출력(15~30mW)의 레이저로 단시간(10~50ns) 가열하여 비정질화해 이루어진다.
기록된 정보의 판독은 매우 낮은 출력 레이저로 반사율을 감지해 이루어진다. 상변환 광디스크는 모든 과정이 광으로 간단히 수행되기 때문에 고밀도 저장이 가능하고 매우 높은 S/N비율을 가져 특히 영상정보 저장에 효과적이 다. 상변환 광디스크의 실용화를 위해서는 1백만번 이상의 재생성이 있고 데이터 삭제를 위한 결정화가 빠르고 상온에서 안정된비정질 상태를 가진 재료 개발이 필수적인데 현재 chalcogenide(GeTeSb)계 합금박막이 주로 연구되고 있다. 폴리머(Polymer)재질이 최근 새로운 광디스크 재료로 부상되고 있다. 폴리 머재질은 기존 광자기기록 재료나 상변환 재료에 비해 공기와 습기의 영향을 덜 받고 유독하지 않으며 스핀코팅에 의해 생산 원가가 저렴하다는 장점이 있다. 폴리머 광디스크 기록방법은 크게 레이저로 가열하는 열모드 기록방식과 레이저로 분자구조나 에너지 준위간 천이를 유발하는 광양자모드 기록방식 등 두가지로 대별된다. 열모드 기록의 예로는 유기액상 매체에 은입자를넣은드렉손사의 레이저 카드와 다이바인더를 사용한 코닥사의 LWR디스크 등WORM 유형이 상품화되어 있다.
광양자모드 기록방식은 레이저광을 주사함에 따라 다이어리리던(Diaryleth ene)계열의 이성체간 변화를 유도해 정보를 기록하는 포토 크롬(Photo chrom ic) 광디스크에 관한 연구가 일본 샤프를 중심으로 진행되고 있다.
이는 다이오드레이저 파장에서 감도가 낮고 정보 판독시 정보가 지워지는문제점이 있다. 광양자모드 기록방식의 다른 하나가 PHB(Photochemical Hole Burning) 디스크로 주파수 영역을 이용해 정보저장밀도를 Tb까지 할 수 있는혁신적인 방법이다. PHB 재료로는 PVA, PMMA, PVC 등에 포르핀(porphin)계 열, 퀴논(quinone)계열, 포르피린(porphyrin)계열이 첨가된 폴리머 등이 연구되고 있다. 그러나 이 방법은 저온(≤ 80K)에서만 PHB 현상이 관측되고, 정보판독시 기록된 정보가 삭제되어 실용화에 큰 장애가 되고 있다.
현재 정보저장관련 기술의 세계시장규모는 약 1천억달러 정도이지만 향후10년내 약 1조달러정도로 확대될 것으로 예측되고 있다. 이중 광기록기술의 세계 시장규모는 92년 19억달러에서 올해는 33억달러로 예상되고 있다. 전체 시장 규모에 비해 아직 미미하나 95%이상이 비전자적형태로 정보를 기록하고 있는 실정을 감안할 때 광기록기술의 발전 추이에 따라 시장 규모는 엄청나게 증폭될 것으로 예상된다. 현재 미국이 세계시장의 40%를 점유하고 있는데향후 기술 우위를 통한 시장확보를 위해 80여개의 산업체와 대학이 국가정보저장산업 컨소시엄(NSIC)"을 조직하여 국가적 차원에서 전략적으로 대응하고 있다.
광디스크는 고밀도 정보저장능력의 장점으로 인해 컴퓨터의 고용량 데이터 의저장매체, 멀티미디어 저장매체, HD TV 수준의 고화상 녹화 매체 등 고집 적정보저장이 필요한 다양한 분야에서 디지털 정보저장 기술의 총아로서 각광을 받게 될 것이다.