Оптичните компактдискове станаха общодостъпни през 1982 година, а прототипът беше представен още по-рано — през 1979. Първоначално дискът е разработен като заместител на виниловите плочи, предлагайки по-високо качество и надеждност. Счита се, че лазерните дискове са резултат от съвместната работа на екипи от две технологични корпорации — японската Sony и холандската Philips.
Основната технология за „студени лазери“, която направи възможно съществуването на лазерни дискове, е разработена от съветски учени. и . За своето изобретение те получиха Нобелова награда. Впоследствие технологията се развива и през 70-те години Philips разработва начин за запис на компактдискове, който положи начало на CD. Първо инженерите на компанията създават ALP (audio long play) като алтернатива на виниловите плочи.
Диаметърът на ALP-дискoвете е бил около 30 сантиметра. Малко по-късно инженерите намаляват диаметъра на дисковете, а времето за възпроизвеждане спада до 1 час. Лазерните дискове и устройство за тях за първи път бяха от Philips през 1979 година. След това компанията започва да търси партньор за продължаване на проекта — технологията им се виждаше като международна и беше трудно да се развие и популяризира само с техни сили.
Началото на всичко
Ръководството решава да опита да установи контакти с технологични компании от Япония, тъй като тази страна по онова време беше в авангарда на hi-end технологиите. За целта в страната заминават делегати от Philips, които успяват да се срещнат с президента на Sony, който проявява интерес към технологията.
Почти веднага беше екипът на инженерите Philips-Sony разработи първите спецификации на технологията. Вицепрезидентът на Sony настояваше за увеличаване на капацитета на диска, желаейки той да побере деветата симфония на Бетховен, поради което капацитетът на диска беше разширен от 1 час на 74 минути (има и мнение, че това е просто красива маркетингова история). Обемът на данните, които могат да се съхраняват на такъв диск, е 640 Mбайт. Инженерите разработиха и параметрите за качество на звука. Например, честотата на семплиране на стереосигналите беше определена на ниво 44,1 kHz (за един канал 22,05 kHz) с дълбочина на битовете от 16 бит. Така се появява стандартът Red Book.
Името на новата технология не се появи изведнъж — то беше избрано от няколко варианта, включително Minirack, Mini Disc, Compact Rack. В крайна сметка разработчиците комбинираха двете имена, получавайки хибридното Compact Disc. Не на последно място, това име беше избрано заради нарастващата популярност на аудиокасетите (технология ).
Philips и Sony също изиграха изключително важна роля в разработването на спецификацията на първите цифрови компактдискове, която получи името Yellow Book или CD-ROM. Новата спецификация позволи на дисковете да съхраняват не само аудио, но и текстови и графични данни. Определянето на типа диск се извършваше автоматично при четене на заглавието. Проблемът беше, че компактдискът, отговарящ на стандарта Yellow Book, можеше да работи само с определени видове носители, които не бяха универсални.
На 17 август 1982 година в завода на Philips в немския град Лангенхаген беше произведен първият CD. На него беше записан албумът на групата ABBA. Достойно е да се отбележи, че лаковото покритие на първите дискове не беше особено качествено, така че купувачите на компакти често ги повреждаха. С течение на времето качеството на дисковете се подобри. Първите няколко години те се използваха изключително в hi-fi апаратура, като ги използваха като заместители на виниловите плочи и касетите.
От 2000 година на пазара започнаха да се появяват дискове с обем 700 МБ, които предоставяха възможност за запис на аудио с обща продължителност до 80 минути. Те напълно изместиха дискове с обем 650 МБ. Съществуват и носители с обем 800 МБ, но те не бяха подходящи за всички устройства, така че тези дискове не получиха широко разпространение. Увеличаването на наличното пространство за съхранение на данни стана възможно благодарение на намаляването на разстоянието между пистите. Например, на дисковете с капацитет 650 МБ разстоянието между пистите е 1,7 мкм, а за 800 МБ дисковете този показател е намален до 1,5 мкм. Също така, при първите скоростта е 1,41 м/с, а при вторите 1,39 м/с.
Как работи това
Дискът се състои от няколко слоя. Основата е поликарбонатна, с дебелина 1,2 мм и диаметър 120 мм. На основата е разположен още един слой — метал (може да е злато, сребро или, най-често — алуминий). След това металният слой се защитава с лак, върху който се нанася графика. Основата надеждно защитава металния слой, така че дълбоките драскотини не пречат на четенето. Диаметърът на отвора в диска е 15 мм.
Форматът за съхранение на данни за дискове — (за него беше споменато по-горе). Грешките при четене се коригират с помощта на кода на Рийд-Саломон, така че малките драскотини не намаляват четимостта на диска.
Данните върху диска се записват под формата на спирална писта от т.нар. пити (вдлъбнатини), които се изработват в поликарбонатната основа. Дълбочината на всеки пит е около 100 нанометра, а ширината — 500 нанометра. Дължината на пита е от 850 нанометра до 3,5 микрометра. Питите разсейват или поглъщат светлината, а основата — отразява. По този начин записаният диск е отличен пример за отражателна дифракционна решетка.
Дискът се чете с помощта на лазерен лъч с дължина на вълната 780 нанометра, който се излъчва от полупроводников лазер. Принципът на четене се състои в регистриране на промяна в интензивността на отразената светлина. Лазерният лъч се фокусира върху информационния слой, диаметърът на светлинното петно в този случай е 1,2 микрометра. Максималният сигнал се регистрира между питите. В случай на попадане на пит, се регистрира по-ниска интензивност на светлината. Промените в интензивността се преобразуват в електрически сигнал, с който работи апаратурата.
Как се създава диск
- Първият етап включва подготовка на данни за стартиране в серия;
- Фотолитография — вторият етап, е процес на създаване на шаблон за диска. Първо се създава стъклен диск, на който се нанася слой от фото чувствителен материал, върху който се записва информация. Материалът променя физико-химичните си свойства под действието на светлина;
- Записването на данни се извършва с помощта на лазерна лъча. При увеличение на мощността на лазера (когато е необходимо да се създаде пит) химическите връзки на молекулите на фото чувствителния материал се разрушават и той втвърдява;
- Фоточувствителният материал се трави (по различни методи, от плазма до киселини), като от матрицата се премахват области, не засегнати от лазера;
- Дискът се поставя в галваничната вана, където на повърхността му се отлага слой никел;
- Дисковете се щампуют чрез инжектиране, като оригиналният стъклен диск служи за изходен материал;
- След това на информационния слой се нанася метал;
- На външната страна се нанася защитен лак, върху който след това се поставя графично изображение.
А какво ще кажете за CD-RW?
CD-RW представлява вид компакт диск, който се появи през 1997 година. Първоначално стандартът се наричаше (CD-E, изтриваем компакт диск).
Това беше истински пробив в сферата на записването и съхранението на информация. Защото получаването на евтин и вместим носител на информация беше мечта на хиляди инженери и потребители. CD-RW е подобен по структура и принцип на действие на обикновен CD, но записващият слой е различен — това е специализиран сплав от халкогениди. Най-често се използват сребро-индий-сурма-телур. При нагряване над температурата на топене тази сплав преминава от кристално състояние в аморфно.
Фазовият преход в този случай е обратим, което е основата на процеса на повторно записване. Дебелината на активния слой на диска е едва 0,1 микрона, така че лазерът лесно действа на веществото. Процесът на записване протича при въздействие на лазерен лъч, активният слой в този случай преминава в разтопено състояние (тези области, на които е действал лазерът). След това топлината дифундира в подложката и разтопеното състояние преминава в аморфно. При аморфните участъци се променят такива характеристики като диелектрична проницаемост, коефициент на отражение и, следователно, интензивността на отразената светлина. Тя носи информация за записа на диска. Четенето се извършва с помощта на лазер с по-ниска мощност, който не може да повлияе на активния слой. При запис активният слой се нагрява до 200 градуса по Целзий, което му позволява отново да направи фазов преход в кристално състояние.
Множествената употреба на CD-RW води до механическа умора на работния слой. Поради тази причина инженерите, разработващи технологията, използват вещества с нисък коефициент на натрупване на умора. CD-RW може да издържи около хиляда цикъла на повторно записване.
DVD – още по-голям капацитет!
Първите DVD дискове се появиха в Япония през 1996 година, те се появиха като отговор на исканията на потребителите и бизнеса, които се нуждаеха от все по-емки носители. Първоначално дисковете с висока емкост се разработваха едновременно от няколко компании. Появиха се две независими направления на разработка: Multimedia Compact Disc (Philips и Sony) и Super Disc (осем големи корпорации, включително Toshiba и Time Warner). Малко по-късно и двата направления се обединиха под влиянието на корпорацията IBM. Тя убеди партньорите си да не повтарят събитията от времето на "войната на форматите", когато имаше битка за приоритет между стандартите на видеокасетите "Video Home System" и "Бетамакс".
Технологията беше обявена през септември 1995 година, а през същата година разработчиците публикуваха спецификациите. Първият записващ DVD диск излезе на пазара през 1997 година.
Увеличаването на капацитета на записа при запазване на предишните размери стана възможно благодарение на използването на червен лазер с дължина на вълната 650 нм. Стъпката на трака е два пъти по-малка от тази на CD и е 0,74 микрона.
Blu-Ray – най-современният оптичен носител
Още един вид оптичен носител с много по-висока плътност на записаните данни в сравнение с CD или DVD. Стандартът е разработен от международния консорциум BDA. Първият прототип се появи през октомври 2000 година.
Технологията предвижда използването на късовълнов лазер (дължина на вълната 405 нм), откъдето произлиза и името. Буквата „е“ е премахната, тъй като изразът blue ray е широко използван в английския език и не може да бъде патентован. Използването на син (синьо-виолетов) лазер позволява да се стесни пътечката до 0,32 мкм, увеличавайки плътността на записаните данни. Скоростта на четене на носителя е увеличена до 432 Мбит/с.
UDF — универсален диск формат
UDF е спецификация на файловата система, която не зависи от операционната система. Тя е разработена за съхраняване на файлове на оптични носители — както CD, така и DVD и Blu-Ray. UDF няма ограничения от 2 и 4 ГБ за записваните файлове, така че този формат е идеален за дискове с повишена емкост — DVD и Blu-Ray.
Оптични дискове и интернет
Технологичните компании продължават да усъвършенстват оптичните дискове. Така, Sony и Panasonic вече през 2016 година успяха да увеличат емкостта на оптичните носители до 3,3 ТБ. Въпреки това, според представителите на Sony, работоспособността на дисковете остава до 100 години.
Въпреки това, всички типове оптични дискове постепенно губят популярност — с развитието на интернет, потребността на потребителите от съхранение на данни на дискове изчезва. Информацията може да се съхранява в облака, което е много по-удобно (колко е безопасно — друг въпрос). Компактдиските вече не са толкова популярни, колкото преди няколко години, но пълното им забавяне (както в случая с аудиокасетите) вероятно не ги заплашва — те ще се използват за създаване на архиви от важна за бизнеса информация.
Ако терабайтните оптични дискове влязат в производство, то тяхното приложение ще бъде ограничено — може би с тях ще се разпространяват филми в 4K и съвременни игри с набор от различни бонуси. Но те ще се използват най-вече за създаване на резервни копия. И ако Sony казват истината за вековната запазеност на записаните данни, бизнесът ще използва новата технология много активно.
Източник: habr.com
