Optiske kompaktplader blev gjort offentligt tilgængelige i 1982, men prototypen så dagens lys allerede tidligere - i 1979. Oprindeligt blev kompaktpladerne udviklet som en erstatning for vinylpladerne, da de var et mere kvalitets- og pålideligt medium. Det menes, at laserplader er resultatet af et samarbejde mellem teams fra to teknologiske virksomheder - japanske Sony og hollandske Philips.
Den grundlæggende teknologi for "kolde lasere", der gjorde det muligt at skabe laserplader, blev udviklet af sovjetiske forskere. og . For deres opfindelse blev de tildelt Nobelprisen. Teknologien blev derefter videreudviklet, og i 70'erne udviklede Philips en metode til at optage kompaktplader, hvilket lagde grunden til CD'en. Først skabte virksomhedens ingeniører ALP (audio long play) som et alternativ til vinylplader.
Diameteren af ALP-pladerne var cirka 30 centimeter. Kort tid efter reducerede ingeniørerne pladens diameter, og spilletiden blev derfor nedsat til 1 time. Laserpladerne og det afspilningsudstyr, der skulle bruges til dem, blev første gang af Philips i 1979. Herefter begyndte virksomheden at søge en partner til videreudvikling af projektet - teknologien blev set som international af udviklerne, og det var svært at udvikle og popularisere den alene.
Oprettelsen af det hele
Ledelsen besluttede at forsøge at etablere forbindelser med teknologiske virksomheder fra Japan, da landet på det tidspunkt var spydspidsen for hi-end teknologi. Til dette rejste Philips-delegater til landet, hvor de fik mulighed for at mødes med præsidenten for Sony, som blev interesseret i teknologien.
Næsten med det samme blev der Philips-Sony ingeniørteamet, de udviklede de første specifikationer for teknologien. Sony's vicepræsident insisterede på at øge diskens kapacitet, han ønskede, at den kompakte skive kunne rumme Beethovens niende symfoni, hvilket førte til en udvidelse af diskens længde fra 1 time til 74 minutter (der er også en opfattelse af, at dette blot er en smuk marketinghistorie). Mængden af data, der kan rumme sådan en disk, er 640 MB. Ingeniørerne udviklede også lydkvalitetsparametrene. For eksempel blev samplefrekvensen for stereosignaler reguleret til 44,1 kHz (22,05 kHz for en enkelt kanal) med en bitdybde på 16 bit. Sådan opstod Red Book standarden.
Navnet på den nye teknologi kom ikke pludselig — det blev valgt blandt flere muligheder, herunder Minirack, Mini Disc, Compact Rack. I sidste ende kombinerede udviklerne to navne og fik det hybride Compact Disc. Ikke mindst blev dette navn valgt på grund af den stigende popularitet af audiokassetter (teknologi ).
Philips og Sony spillede også en vigtig rolle i udviklingen af specifikationen for de første digitale compact discs, som fik navnet Yellow Book eller CD-ROM. Den nye specifikation gjorde det muligt at gemme ikke kun lyd, men også tekst- og grafiske data på skiverne. Bestemmelsen af diskens type blev udført automatisk ved læsning af overskriften. Problemet var, at en compact disc, der overholdt Yellow Book standarden, kun kunne fungere med bestemte typer lagringsenheder, som ikke var universelle.
Den 17. august 1982 blev den første CD produceret på Philips fabrik i den tyske by Langenhagen. På den blev der optaget albummet af gruppen ABBA. Det skal bemærkes, at den lakerede belægning på de første skiver ikke var særlig holdbar, så kunderne ødelagde ofte deres compacts. Med tiden blev kvaliteten af skiverne forbedret. I de første par år blev de kun brugt i hi-fi udstyr, og de blev anvendt som erstatning for vinylplader og kassetter.
Siden 2000 er der blevet solgt plader med en kapacitet på 700 MB, hvilket gør det muligt at optage lyd med en samlet varighed på op til 80 minutter. De har fuldstændig erstattet plader med en kapacitet på 650 MB på markedet. Der findes også medier med en størrelse på 800 MB, men de var ikke kompatible med alle drev, så sådanne plader blev ikke særlig udbredte. Den tilgængelige lagerplads blev udvidet ved at reducere afstanden mellem sporene. For eksempel har 650 MB plader en afstand mellem sporene på 1,7 µm, mens dette tal er reduceret til 1,5 µm for 800 MB plader. Derudover har de første en hastighed på 1,41 m/s, mens de sidste har 1,39 m/s.
Hvordan fungerer det
En plade består af flere lag. Underlaget er lavet af polycarbonat og har en tykkelse på 1,2 mm og en diameter på 120 mm. På underlaget er der et lag metal (det kan være guld, sølv eller oftest aluminium). Dernæst beskyttes det metalske lag med en lak, hvorpå grafikken påføres. Underlaget beskytter effektivt det metalske lag, så meget dybe ridser kan forhindre læsningen. Diameteren af hullet i pladen er 15 mm.
Dataformatet til plader er (som nævnt tidligere). Fejl ved læsning korrigeres ved hjælp af Reed-Solomon-koden, så lette ridser reducerer ikke læsbarheden af pladen.
Data skrives på pladen i form af en spiralformet bane af såkaldte pits (fordybninger), som presses ind i polycarbonatbasen. Dybden af hver pit er cirka 100 nm, bredden er 500 nm. Længden af en pit varierer fra 850 nm til 3,5 µm. Pits spreder eller absorberer lys, mens underlaget reflekterer. På den måde er den optagede plade et glimrende eksempel på en reflektiv diffraktionsgitter.
Pladen læses ved hjælp af en laserstråle med en bølgelængde på 780 nm, som udsendes fra en halvlederlaser. Læseprincippet er baseret på registrering af ændringer i intensiteten af det reflekterede lys. På den måde fokuserer laserstrålen på informationslaget, og diameteren af lyspletter i dette tilfælde er 1,2 µm. Det maksimale signal registreres mellem pits. Når det rammer en pit, registreres der en lavere lysintensitet. Ændringer i intensiteten omdannes til et elektrisk signal, som udstyret arbejder med.
Hvordan en plade skabes
- Det første trin involverer forberedelse af data til masseproduktion;
- Fotolitografi er det andet trin, det er processen med at skabe en diskskabelon. Først fremstilles en glaskive, som der påføres et lag af fotoreaktivt materiale, hvorpå informationen skrives. Materialet ændrer sine fysikokemiske egenskaber under påvirkning af lys;
- Data skrives ved hjælp af en laserstrahl. Når laserkraften øges (når der skal skabes en pit), nedbrydes de kemiske bindinger i molekylerne af det fotoreaktive materiale, og det stivner;
- Fotoreaktoren ætser (ved forskellige metoder, fra plasma til syre), og de områder, der ikke er påvirket af laserens indflydelse, fjernes fra matrixen;
- Disken placeres i et galvanisk bad, hvor et lag af nikkel deponeres på dens overflade;
- Diskene stanses ved hjælp af injektionsstøbning, hvor den oprindelige glaskive bruges som kilde;
- Derefter påføres metal på informationslaget;
- Der påføres en beskyttende lak på ydersiden, hvorpå et grafisk billede allerede påføres.
Hvad med CD-RW?
CD-RW er en type cd, der blev introduceret i 1997. Oprindeligt blev standarden kaldt (CD-E, slettelig cd).
Dette var et stort gennembrud inden for optagelse og opbevaring af information. At få et billigt og kapabelt datalagringsmedium var en drøm for tusinder af ingeniører og brugere. CD-RW ligner strukturelt og funktionelt en almindelig cd, men det optagende lag er anderledes — det er en specialiseret legering af chalcogenider. Oftest anvendes sølv-indium-antimon-tellur. Ved opvarmning over smeltetemperaturen omdannes denne legering fra krystallinsk til amorf tilstand.
Faseovergangen i dette tilfælde er reversibel, hvilket danner grundlaget for omskrivningsprocessen. Tykkelsen af det aktive lag på disken er kun 0,1 μm, så laseren kan nemt påvirke materialet. Omskrivningsprocessen finder sted ved påvirkning af laserstrålen, hvor det aktive lag i dette tilfælde smelter (de områder, som laseren har påvirket). Derefter diffunderer varmen ind i underlaget, og smelten går over i en amorf tilstand. De amorfe områder ændrer egenskaber som dielektrisk konstant, refleksionskoefficient og dermed intensiteten af det reflekterede lys. Dette bærer information om optagelsen på disken. Afspilningen sker ved hjælp af en laser med lavere effekt, som ikke kan påvirke det aktive lag. Ved optagelse opvarmes det aktive lag til 200 grader Celsius, hvilket tillader det at genoptage faseovergangen til en krystallinsk tilstand.
Gentagen brug af CD-RW fører til mekanisk træthed i det aktive lag. Derfor brugte ingeniørerne, der udviklede teknologien, stoffer med lavt træthedsværdi. CD-RW kan tåle omkring tusinde omskrivninger.
DVD — endnu mere kapacitet!
De første DVD'er kom frem i Japan i 1996 som svar på efterspørgslen fra brugere og virksomheder, som havde brug for højere kapacitet. Oprindeligt blev de højkapacitets diske udviklet af flere virksomheder. Der opstod to uafhængige udviklingsretninger: Multimedia Compact Disc (Philips og Sony) og Super Disc (8 store selskaber, inklusive Toshiba og Time Warner). Senere smeltede de to retninger sammen under indflydelse af IBM, som overbeviste partnere om ikke at gentage begivenhederne fra 'formatkrigen', hvor der var en kamp om prioritet mellem videokassetteformaterne 'Video Home System' og 'Betamax'.
Teknologien blev annonceret i september 1995, og samme år offentliggjorde udviklerne specifikationerne. Den første skrivbare DVD-drev så lyset i 1997.
Kapaciteten af optagelsen kunne øges uden at ændre de tidligere dimensioner ved at anvende en rød laser med en bølgelængde på 650 nm. Sporbredden er dermed halvt så stor som CD’ens og udgør 0,74 μm.
Blu-Ray — den mest moderne optiske lagringsmedie
En anden type optisk medie med en langt højere datatæthed end CD eller DVD. Standardet blev udviklet af det internationale konsortium BDA. Den første prototype dukkede op i oktober 2000.
Teknologien indebærer brug af en kortbølget laser (bølgelængde 405 nm), hvoraf navnet stammer. T helt fjernet, da udtrykket blue ray er almindeligt anvendt på engelsk og ikke kan patenteres. Brugen af en blå (blå-lilla) laser gjorde det muligt at indsnævre sporene til 0,32 µm, hvilket øgede datatætheden. Læsehastigheden for mediet er øget til 432 Mbit/s.
UDF — universelt diskformat
UDF er en specifikation for filsystemformatet, der ikke er afhængigt af operativsystemet. Det blev udviklet til at lagre filer på optiske medier — både CD, DVD og Blu-Ray. UDF har ikke begrænsningen på 2 og 4 GB for skrivbare filer, så dette format er ideelt til højkapacitetsdiske — DVD og Blu-Ray.
Optiske diske og internettet
Teknologiske virksomheder fortsætter med at forbedre optiske diske. Sony og Panasonic formåede allerede i 2016 at øge kapaciteten på optiske medier til 3,3 TB. Ifølge repræsentanter fra Sony bevares diskens funktionalitet i op til 100 år.
Alligevel mister alle typer optiske diske gradvist deres popularitet — med internettets udvikling forsvinder brugernes behov for at gemme data på diske. Information kan opbevares i skyen, hvilket er meget mere bekvemt (hvor sikkert det er — er et andet spørgsmål). CD'er er ikke længere så populære som for nogle år siden, men de vil sandsynligvis ikke falde helt i glemsel (som i tilfældet med audiokassetter) — de vil blive brugt til at skabe arkiver for vigtige forretningsoplysninger.
Hvis terabyte optiske diske kommer i serie, vil deres anvendelse være begrænset — måske vil de blive brugt til at distribuere film i 4K og moderne spil med en række forskellige bonusser. Men de vil blive brugt mest til at skabe backups. Og hvis Sony taler sandt om den århundredlange holdbarhed af de optagede data, så vil virksomhederne bruge den nye teknologi meget aktivt.
Kilde: habr.com
