Optické kompaktní disky se dostaly na veřejnost v roce 1982, prototyp byl představen dokonce ještě dříve - v roce 1979. Původně se kompaktní disky vyvíjely jako náhrada za vinylové desky, jako kvalitnější a spolehlivější nosič. Považuje se, že laserové disky jsou výsledkem společné práce týmů dvou technologických firem - japonské Sony a nizozemské Philips.
Základní technologie „chladných laserů“, která umožnila vznik laserových disků, byla vyvinuta sovětskými vědci. a . Za svůj vynález byli oceněni Nobelovou cenou. Technologie se dále vyvíjela a v 70. letech Philips vyvinul způsob zapisování kompaktních disků, který položil základy pro CD. Nejprve inženýři společnosti vytvořili ALP (audio long play) jako alternativu k vinylovým deskám.
Průměr ALP disků činil přibližně 30 centimetrů. O něco později inženýři zmenšili průměr disků, přičemž se doba přehrávání snížila na 1 hodinu. Laserové disky a zařízení pro jejich přehrávání byly poprvé firmou Philips v roce 1979. Poté společnost začala hledat partnera pro další práci na projektu - technologie byla pro vývojáře viděna jako mezinárodní a bylo obtížné ji rozvinout a zpopularizovat vlastními silami.
Začátek všeho
Vedení se rozhodlo zkusit navázat kontakty s technologickými firmami z Japonska, která v té době byla na špici hi-end technologií. K tomu vyslali delegáty Philips, kteří se setkali se prezidentem Sony, jenž projevil zájem o technologii.
Skoro okamžitě bylo tým inženýrů Philips-Sony, kteří vyvinuli první specifikace technologie. Viceprezident Sony trval na zvětšení kapacity disku, chtěl, aby kompaktní disk mohl pojmout devátou symfonii Beethovena, a proto byla kapacita disku rozšířena z 1 hodiny na 74 minut (existuje také názor, že je to jen hezký marketingový příběh). Kapacita dat, která se vešla na takový disk, činila 640 MB. Inženýři vyvinuli také parametry kvality zvuku. Například frekvence vzorkování stereosignálů byla stanovena na úrovni 44,1 kHz (pro jeden kanál 22,05 kHz) a rozlišení každého bylo 16 bitů. Tak vznikl standard Red Book.
Název nové technologie nevznikl náhodně - byl vybrán z několika variant, včetně Minirack, Mini Disc, Compact Rack. Nakonec vývojáři spojili dva názvy, což vedlo k hybridnímu názvu Compact Disc. Ne v poslední řadě bylo toto jméno zvoleno kvůli rostoucí popularitě audiokazet (technologie ).
Philips a Sony také sehráli zásadní roli ve vývoji specifikace prvních digitálních kompaktních disků, která dostala název Yellow Book nebo CD-ROM. Nová specifikace umožnila ukládat na discích nejen audio, ale také textová a grafická data. Určení typu disku se provádělo automaticky při čtení hlavičky. Problém byl v tom, že kompaktní disk, který odpovídal standardu Yellow Book, mohl fungovat pouze s určitým typem paměťových zařízení, která nebyla univerzální.
17. srpna 1982 byl v továrně Philips v německém městě Langenhagen vyroben první CD. Na něm byl zaznamenán album skupiny ABBA. Je třeba poznamenat, že lakování prvních disků nebylo příliš kvalitní, takže si kupující desek často poškodili. S časem se kvalita disků zlepšila. V prvních několika letech byly používány výhradně v hi-fi zařízeních, sloužily jako náhrada za vinylové desky a kazety.
Od roku 2000 se na trhu objevily disky s kapacitou 700 MB, které umožnily nahrávat audio s celkovou délkou až 80 minut. Úplně vytlačily disky s kapacitou 650 MB. Existují také média s kapacitou 800 MB, ale ta nebyla vhodná pro všechny mechaniky, takže se tyto disky příliš nerozšířily. Zvětšit dostupný prostor pro ukládání dat se podařilo díky snížení vzdálenosti mezi stopami. Například u disků s kapacitou 650 MB je vzdálenost mezi stopami 1,7 µm, zatímco u disků 800 MB byla tato hodnota snížena na 1,5 µm. Rychlost prvních disků je 1,41 m/s, zatímco u druhých 1,39 m/s.
Jak to funguje
Disk se skládá z několika vrstev. Základna je vyrobena z polykarbonátu, její tloušťka je 1,2 mm, průměr - 120 mm. Na základně se nachází další vrstva - kov (může to být zlato, stříbro nebo nejčastěji hliník). Dále je kovová vrstva chráněna lakem, na který se nanáší grafika. Základna spolehlivě chrání kovovou vrstvu, takže velmi hluboké škrábance ztěžují čtení. Průměr otvoru v disku je 15 mm.
Formát ukládání dat pro disky - (jak bylo zmíněno výše). Chyby při čtení jsou korigovány pomocí Reed-Solomon kódu, takže malé škrábance nesnižují čitelnost disku.
Data se na disk zapisují ve formě spirálové stopy z tzv. pitů (prohlubní), které jsou vyraženy v polykarbonátové základně. Hloubka každého pitu je přibližně 100 nm a šířka 500 nm. Délka pitu se pohybuje od 850 nm do 3,5 µm. Pity světlo buď rozptylují, nebo absorbují, zatímco základna – odráží. Tímto způsobem je zapsaný disk vynikajícím příkladem odrazové difrakční mřížky.
Disk je čten pomocí laserového paprsku s vlnovou délkou 780 nm, který vyzařuje polovodičový laser. Princip čtení spočívá v registraci změn v intenzitě odraženého světla. Laserový paprsek se zaměřuje na informační vrstvě, průměr světelné skvrny je v tomto případě 1,2 µm. Maximální signál je zaznamenán mezi pity. Když se paprsek dostane na pit, registruje se nižší intenzita světla. Změny intenzity se převádějí na elektrický signál, se kterým pracuje zařízení.
Jak se vyrábí disk
- Prvním krokem je příprava dat k sériovému spuštění;
- Fotolitografie je druhý krok, což je proces tvorby disku pro razítkování. Nejprve se vytvoří skleněný disk, na který se nanáší vrstva fotorezistivního materiálu, na který se zapisují informace. Materiál mění své fyzikálně-chemické vlastnosti působením světla;
- Záznam dat probíhá pomocí laserového paprsku. Při zvyšování výkonu laseru (když je třeba vytvořit pit) se chemické vazby molekul fotorezistivního materiálu ničí a materiál ztuhne;
- Fotorezist se leptá (různými způsoby, od plasmy po kyselinu), z matrixu se odstraňují oblasti, které nebyly ovlivněny laserem;
- Disk se umístí do galvanické vany, kde se na jeho povrch nanáší vrstva niklu;
- Disky se razí vstřikováním pod tlakem, jako zdroj se používá původní skleněný disk;
- Poté se na informační vrstvu nastřikuje kov;
- Na vnější stranu se nanáší ochranný lak, na který se poté aplikuje grafický obrázek.
A co CD-RW?
CD-RW je typ kompaktního disku, který se objevil v roce 1997. Původně byl standard nazýván (CD-E, mazatelný kompaktní disk).
Byl to skutečný průlom v oblasti zápisu a ukládání informací. Získání cenově dostupného a kapacitního nosiče informací bylo snem tisíců inženýrů a uživatelů. CD-RW má strukturu a princip fungování podobný standardnímu CD, ale zapisovací vrstva je jiná — je to specializovaná slitina chalkogenidů. Nejčastěji se používá stříbro-indium-antimon-tellur.
Fázový přechod je v tomto případě vratný, což je základem procesu přepisování. Tloušťka aktivní vrstvy disku je pouhých 0,1 μm, takže je snadné ovlivnit látku laserem. Proces zápisu probíhá působením laserového paprsku, aktivní vrstva v tomto případě přechází do kapalného stavu (ty oblasti, na které působil laser). Poté teplo difunduje do podkladu a kapalina přechází do amorfního stavu. U amorfních segmentů se mění takové vlastnosti, jako je dielektrická permeabilita, koeficient odrazu a tedy intenzita odraženého světla. Ta nese informace o zápisu na disku. Čtení probíhá pomocí laseru s menším výkonem, který nemůže ovlivnit aktivní vrstvu. Při zápisu se aktivní vrstva zahřívá na 200 stupňů Celsia, což jí umožňuje opět provést fázový přechod do krystalického stavu.
Opakované používání CD-RW vede k mechanické únavě pracovní vrstvy. Proto inženýři, kteří vyvíjeli technologii, použili látky s nízkým koeficientem akumulace únavy. CD-RW vydrží přibližně tisíc cyklů přepisování.
DVD — ještě větší kapacita!
První DVD se objevila v Japonsku v roce 1996 jako reakce na poptávku uživatelů a podniků, které potřebovaly stále kapacitnější média. Původně byly vysoce kapacitní disky vyvíjeny několika společnostmi současně. Objevily se dvě nezávislé směry vývoje: Multimedia Compact Disc (Philips a Sony) a Super Disc (8 velkých korporací, včetně Toshiby a Time Warner). O něco později se oba směry sloučily pod vlivem korporace IBM. Ta přesvědčila partnery, aby se neopakovaly události z dob 'války formátů', kdy probíhala bitva o prioritu mezi standardy videokazet 'Video Home System' a 'Betamax'.
Technologie byla oznámena v září 1995, v tomtéž roce vývojáři zveřejnili specifikace. První zapisovací DVD-mechanika se objevila na trhu v roce 1997.
Zvýšit kapacitu zápisu při zachování předchozích rozměrů se podařilo díky použití červeného laseru s vlnovou délkou 650 nm. Krok dráhy je přitom dvakrát menší než u CD a činí 0,74 μm.
Blu-Ray — nejmodernější optické médium
Další typ optického média s mnohem vyšší hustotou záznamu dat než CD nebo DVD. Standard byl vyvinut mezinárodním konsorciem BDA. První prototyp se objevil v říjnu 2000.
Technologie zahrnuje použití krátkovlnného laseru (délka vlny 405 nm), odkud také pochází její název. Písmeno „e“ bylo odstraněno, protože výraz blue ray je běžně používaný v anglickém jazyce a nelze jej patentovat. Použití modrého (modrofialového) laseru umožnilo zúžit dráhu na 0,32 µm, což zvýšilo hustotu záznamu dat. Rychlost čtení média byla zvýšena na 432 Mbit/s.
UDF — univerzální diskový formát
UDF je specifikace formátu souborového systému, která nezávisí na operačním systému. Byla vyvinuta pro ukládání souborů na optická média — jak CD, tak DVD a Blu-Ray. U UDF neexistuje omezení v velikosti 2 a 4 GB pro zapisované soubory, takže tento formát je ideální pro disky s vysokou kapacitou — DVD a Blu-Ray.
Optické disky a internet
Technologické společnosti nadále vylepšují optické disky. Tak, Sony a Panasonic již v roce 2016 dokázaly zvýšit kapacitu optických nosičů na 3,3 TB. Přitom funkčnost disků zůstává, podle zástupců Sony, až 100 let.
Nicméně všechny typy optických disků postupně ztrácejí na popularitě — s rozvojem internetu klesá potřeba uživatelů ukládat data na discích. Informace lze ukládat v cloudu, což je mnohem pohodlnější (jak bezpečnější — to je jiná otázka). Kompaktní CD už nejsou tak populární jako před několika lety, ale úplné zapomenutí (jako v případě audiokazet) jim pravděpodobně nehrozí — budou se používat k vytváření archivů důležitých informací pro podnikání.
Pokud se terabajtové optické disky dostanou do sériové výroby, jejich použití bude omezené — možná budou sloužit k distribuci filmů ve 4K a moderních her s různými bonusy. Ale nejvíce se budou používat pro vytváření záloh. A pokud Sony říká pravdu o stoletém uchování zapsaných dat, podniky budou novou technologii používat velmi aktivně.
Zdroj: habr.com
