随着大数据时代的到来,人们越来越重视数据的获取和存储。光盘作为一种性能稳定、价格低廉的数据存储媒质,在归档数据存储领域一直占据优势。但是,由于制作普通光盘的聚碳酸酯材料的热稳定性低,以及金属层对这种材质基底的粘附能力弱,聚碳酸酯材料光盘的可靠性等级和数据存储时效都很难满足长时数据存储的要求。长时数据存储技术要求制作光盘的材料具有良好的热稳定性,并且能够有效抵抗机械损伤和化学侵蚀。因此,一般选用无机材料作为制作长时数据存储光盘的衬底材料。本文的主要工作包括:首先,通过大量的文献调研,对可用于制备长时数据存储光盘衬底的无机材料进行特性对比分析,主要考察无机材料的晶体特性、莫氏硬度、熔点、热传导系数、化学抗性、紫外辐射抗性等理化特性,以及工艺难度和制造成本等工业特性。进而通过引入艾林加速模型,发现并论证蓝宝石单晶材料是一种可用于制作长时数据存储光盘衬底的理想材料。模型计算结果表明:在20℃温度条件的存储环境下,采用蓝宝石作为基底的光盘其数据有效时间可达4500年。其次,介绍了以干法刻蚀方法为主的蓝宝石光盘数据记录方法,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0.6μm,深度为0.2μm,磁道节距为1.6μm,符合ISO/IEC 10149:1995规定的CD-ROM格式数据存储要求。因此,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。最后,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用于补偿蓝宝石衬底像差的补偿机制。数据读取实验结果显示:在读取倍速为1.71X条件下,光盘中24%的数据可以直接正常读取,76%的数据在通过纠错码纠错后可实现正常读取。实验结果证实采用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。