Kuidas kõik algas: optilised kettad ja nende ajalugu

Optilised kompaktdiskid tulid avatud müüki 1982. aastal, prototüüp ilmus veelgi varem — 1979. aastal. Esialgu töötati kompaktdiskid välja vinüüldiskide asendamiseks, et pakkuda paremaid ja usaldusväärsemaid andmekandjaid. Peetakse, et laserdiscide loomine oli kahe tehnoloogia korporatsiooni — Jaapani Sony ja Hollandi Philipsi — koostöö tulemus.

Selle baastehnoloogia, mida tuntakse kui „külmade laserite” tehnoloogia, mis võimaldas laserdiscide tekkimist, töötasid välja Nõukogude teadlased. Aleksandr Prohorov ja Nikolai Basov. Oma leiutise eest said nad Nobeli preemia. Hiljem arenes tehnoloogia edasi ja 1970. aastatel töötas Philips välja kompaktdiskide salvestamise meetodi, mis andis aluse CD-le. Esmalt lõid ettevõtte insenerid ALP (audio long play) kui alternatiivi vinüülimaterjalidele.

ALP-diskide diameeter oli umbes 30 sentimeetrit. Veidi hiljem vähendasid insenerid diskide diameetrit, sellega langes esitusaeg 1 tunnini. Laserdiske ja nende esitamiseks mõeldud seadet näidati esmakordselt Philipsil 1979. aastal. Pärast seda hakkas ettevõte otsima partnerit projekti edasiseks arendamiseks — tehnoloogia nähti arendajate poolt rahvusvahelise mänguna ning selle väljaarendamine ja populariseerimine oma jõududega oli keeruline. Alustamine

Juhtkond otsustas proovida kontakteeruda tehnoloogiaettevõtetega Jaapanis, kus see riik oli tol ajal hi-end tehnoloogia tipus. Selleks saadeti Philipsist delegaadid, kes kohtusid Sony presidendiga, kes oli tehnoloogiast huvitatud.

Peaaegu kohe toimus

Peaaegu kohe oli 2010. aastal ning selle toetuse lõpetamine plaaniti esialgu 2015. aastaks, kuid Philips-Sony inseneriteam töötas välja esimese tehnoloogia spetsifikatsiooni. Sony asepresident nõudis, et ketas oleks suurem, soovides, et kompaktplaat mahutaks Beethoveni üheksanda sümfoonia, mistõttu laienes ketta maht 1 tunnilt 74 minutile (on ka arvamus, et see oli lihtsalt ilus turunduslugu). Sellisele kettale mahtus andmeid 640 MB. Insenerid töötasid välja ka heli kvaliteedi parameetrid. Näiteks reguleeriti stereosignaalide proovivõtufrekventsi tasemele 44,1 kHz (ühe kanali puhul 22,05 kHz) 16-bitise resolutsiooniga. Nii sündis Red Book standard.

Uue tehnoloogia nimi ei ilmunud juhuslikult — see valiti mitme variandi hulgast, sealhulgas Minirack, Mini Disc, Compact Rack. Lõpuks ühendasid arendajad kaks nime, luues hübriidse Compact Disc. See nimi valiti mitte vähe selle tõttu, et audiokassettide populaarsus kasvas (tehnoloogia Compact Cassette).

Philips ja Sony mängisid samuti väga olulist rolli esimeste digitaalsete kompaktplaatide spetsifikatsiooni arendamises, mis sai nimeks Yellow Book või CD-ROM. Uus spetsifikatsioon võimaldas salvestada plaatidele mitte ainult heli, vaid ka tekstilisi ja graafilisi andmeid. Ketta tüübi määramine toimus automaatselt, kui loeti pealkirja. Probleemiks oli see, et Yellow Booki standardile vastav kompaktplaat sai töötada ainult teatud tüüpi mäluseadetega, mis ei olnud universaalsed.

17. augustil 1982. aastal tuli Philipsi tehases Saksamaa Langenhagenis välja esimene CD. Sellele oli salvestatud album The Visitors ABBA grupilt. Tuleb märkida, et esimeste plaatide lakk oli madala kvaliteediga, mistõttu rikkusid ostjad sageli kompaktplaate. Aja jooksul paranes plaatide kvaliteet. Esimesed paar aastat kasutasid neid eksklusiivselt hi-fi seadmetes, asendades vinüülplaate ja kassette.

Alates 2000. aastast ilmus müügile 700 MB kettad, mis võimaldasid salvestada heli kogupikkusega kuni 80 minutit. Need tõrjusid turult täielikult välja 650 MB kettad. Samuti on olemas 800 MB mahutavusega kandjad, kuid need ei sobinud kõikidesse seadmetesse, seetõttu ei levinud sellised kettad eriti laialdaselt. Salvestusruumi suurendamine õnnestus tänu rada-de vahelise kauguse vähendamisele. Näiteks 650 MB ketaste rada-de vahe on 1,7 μm, samas kui 800 MB ketaste puhul on see väärtus vähenenud 1,5 μm-ni. Esimeste kiirus on 1,41 m/s, samas kui viimaste puhul on see 1,39 m/s.

Kuidas see töötab

Ketas koosneb mitmest kihist. Aluskiht on polükarbonaatne, selle paksus on 1,2 mm, diameeter - 120 mm. Aluskiht on kaetud veel ühe kihi - metalliga (see võib olla kuld, hõbe või, enamasti, alumiinium). Seejärel kaitstakse metallkihti laki abil, millele kantakse graafika. Aluskiht kaitseb metallikihti usaldusväärselt, nii et sügavad kriimustused segavad lugemist. Ketta aukude diameeter on 15 mm.

Kettale andmete salvestamise formaat on Red Book (kui eelnevalt mainitud). Lugemise käigus parandatakse vead Reed-Salomoni koodi abil, seega kerged kriimustused ei kahjusta ketta loetavust.

Andmed salvestatakse kettale spiraalkujulisena, kus asuvad nn pitsid (süvikud), mis surutakse polükarbonaat alusesse. Iga pitsi sügavus on umbes 100 nm, laius - 500 nm. Pitsi pikkus on vahemikus 850 nm kuni 3,5 μm. Pitsid hajutavad või neelavad valgust, aluskiht - peegeldab. Seega on salvestatud ketas suurepärane näide peegeldavast difraktsioonivõre.

Ketta lugemine toimub 780 nm lainepikkusega lasersaaliga, mida kiirgab pooljuhtlaser. Lugemise põhimõte seisneb peegelduse intensiivsuse muutuse registreerimises. Nii koondub lasersaal informatsiooni kihile, mille valguspleki diameeter on sel juhul 1,2 μm. Maksimaalne signaal registreeritakse pitside vahel. Kui see satub pitile, registreeritakse madalam valguse intensiivsus. Intensiivsuse muutused muudetakse elektrisignaaliks, millega seadmed töötavad.

Kuidas ketas toodetakse

• Esimene etapp hõlmab andmete ettevalmistamist seeriaks käivitamiseks;
• Fotoliitmine — teine etapp, see on protsess ketta templite loomine. Esiteks luuakse klaasist ketas, millele kantakse fotoreaktiivse materjali kiht, kuhu salvestatakse teave. Materjal muudab füüsikalis-keemilisi omadusi valguse toimel;
• Andmete salvestamine toimub laserkiire abil. Kui laserivõimsust suurendatakse (kui on vajalik pitsat luua), purunevad fotoreaktiivse materjali molekulide keemilised sidemed ja see tahkub;
• Fotoreaktiivi söövitamine toimub (erinevate meetoditega, alates plasmast kuni hapeteni), puutumata alad eemaldatakse matricest;
• Ketas asetatakse galvaniseerimisvanni, kus sellele kantakse nikli kiht;
• Diskid pressitakse valamise teel, algmaterjalina kasutatakse algset klaasdisket;
• Seejärel kantakse teabekihile metall;
• Ketta välispinnale kantakse kaitsev lakikiht, millele kantakse juba graafiline pilt.

Aga kuidas on CD-RW?

CD-RW on eriline kompaktketas, mis ilmus 1997. aastal. Algselt nimetati standardiks CD-Erasable (CD-E, kustutatav kompaktketas).

See oli tõeline läbimurre andmete salvestamise ja hoidmise valdkonnas. Lõppude lõpuks oli odava ja mahuka andmekandja saamine tuhandeid insenere ja kasutajaid unistus. CD-RW sarnaneb struktuurilt ja toimimiselt tavaliselle CD-le, kuid kirjutuskihiks on teine — see on spetsiaalne chalogenidide sulam. Kõige enam kasutatakse hõbe-indium-antimon-teluur.

Faasidünaamika on antud juhul tagasipööratav, mis on kirjutamisprotsessi aluseks. Aktiivse kihi paksus on vaid 0,1 μm, mistõttu laser suudab ainele kergesti mõjuda. Kirjutamisprotsess toimub laserkiire mõjul, mille korral aktiivne kiht läheb sulamisse (need piirkonnad, millele laser on mõjutanud). Seejärel difundeerib soe aluskihisse ja sulam läheb amorfseks olekuks. Amorfsete segmentide omadused, nagu dielektriline läbilaskvus, peegelduskoefitsient ja seega peegeldatud valguse intensiivsus muutuvad. Need kannavad teavet ketta kirjutamise kohta. Lugemine toimub madalama võimsusega laseri abil, mis ei suuda aktiivsele kihile mõjuda. Kirjutamise ajal kuumutatakse aktiivne kiht 200 kraadini Celsiuse järgi, mis võimaldab tal taasfaasi ülemineku kristalliliseks olekuks.

CD-RW korduv kasutamine viib töökihti mehaanilise väsimuseni. Seetõttu kasutasid tehnoloogia arendajad aineid, mille väsimuse kogumise koefitsient on madal. CD-RW suudab taluda umbes tuhat kordusprotsessi.

DVD — veelgi suurem maht!

Esimesed DVD-d ilmusid Jaapanis 1996. aastal, vastates kasutajate ja äri vajadustele, kus vajasid üha mahukamaid andmekandjaid. Alguses töötasid kõrge mahutavusega kettad välja mitu ettevõtet. Tekkis kaks sõltumatut arendussuunda: Multimedia Compact Disc (Philips ja Sony), — Super Disc (8 suurt korporatsiooni, sealhulgas Toshiba ja Time Warner). Hiljem ühinesid mõlemad suunad IBM-i mõju tõttu. Nad veenasid partnereid, et mitte korrata sündmusi formatiivse „formaadi sõja“ ajal, kus võideldi „Video Home System“ ja „Betamax“ videokassettide standardite üle.

Tehnoloogia kuulutati välja 1995. aasta septembris, samal aastal avaldasid arendajad spetsifikatsioonid. Esimene kirjutatav DVD-draiv tuli turule 1997. aastal.

Salvestusmahu suurendamine seniste mõõtmete säilitamisega õnnestus punase laserski kasutamise kaudu, mille lainepikkus on 650 nm. Rööpa samm on seejuures kaks korda väiksem kui CD-l ja ulatub 0,74 μm.

Blu-Ray — kõige kaasaegsem optiline andmekandja

Teine tüüpi optiline kandja, mille andmete salvestustihedusega on palju kõrgem kui CD-l või DVD-l. Standardi töötas välja rahvusvaheline konsortsium BDA. Esimene prototüüp ilmus 2000. aasta oktoobris.

Tehnoloogia eeldab lühilaine lasersalvesti kasutamist (lainetuse pikkus 405 nm), kust ka nimi pärineb. Täht "e" eemaldati, kuna väljend blue ray on inglise keeles üldkasutatav ja ei saa olla patenditud. Sinise (sinise-lilla) laserite kasutamine võimaldas kitsendada riba 0,32 mikronini, suurendades andmete salvestustiheduse. Kandja lugemiskiirus on tõusnud 432 Mbit/s-ni.

UDF — universaalne ketta formaat

UDF on failisüsteemi vormingu spetsifikatsioon, mis ei sõltu operatsioonisüsteemist. See on välja töötatud failide salvestamiseks optilistel kandjatel — nii CD, DVD kui ka Blu-Ray. UDF-l pole 2 ja 4 GB salvestatavate failide piirangut, mistõttu sobib see formaat suure mahuga ketastele — DVD-dele ja Blu-Ray-le.

Optilised kettad ja internet

Tehnoloogiaettevõtted jätkavad optiliste ketaste täiustamist. Näiteks suutsid Sony ja Panasonic juba 2016. aastal suurendada optiliste kandjate mahtu kuni 3,3 TB. Samuti säilitavad ketaste töövõime, nagu Sony esindajad ütlevad, kuni 100 aastat.

Kuid kõik optiliste ketaste tüübid kaotavad järk-järgult populaarsust — interneti arenguga kaob kasutajate vajadus andmete kogumiseks kettale. Informatsiooni saab salvestada pilves, mis on palju mugavam (kui ohutum — on teine küsimus). Kompaktkettaid ei kasutata enam nii palju kui mõned aastat tagasi, kuid täielik unustamine (nagu audiokassettide puhul) ei ähvarda neid tõenäoliselt — neid kasutatakse jätkuvalt olulise äriinformatsiooni arhiveerimiseks.

Kui terabaidised optilised kettad saavad seeriasse, on nende kasutamine piiratud — võib-olla selle abil levitatakse 4K filme ja kaasaegseid mänge koos erinevate boonustega. Kuid neid kasutatakse aktiivsemalt varukoopiate tegemiseks. Ja kui Sony räägib tõtt salvestatud andmete sajandi säilitamisest, siis kasutab äri uut tehnoloogiat väga aktiivselt.

Allikas: habr.com