Optilised kompaktdiskid said üldiselt kättesaadavaks 1982. aastal, prototüüp nägi ilmavalgust veel varem — 1979. aastal. Alguses töötati kompaktilt vinüülplaatide asendamiseks, kuna see oli kvaliteetsem ja usaldusväärsem meedia. Peetakse tõeliseks, et laserplaadid on kahte tehnoloogiaettevõtet — jaapani Sonyle ja Hollandi Philipsile — koostöö tulemus.
Samas arendati põhi tehnoloogia 'külmade laserite', mis võimaldas laserplaatide ilmumist, välja Nõukogude teadlaste poolt ja . Oma leiutise eest pälvisid nad Nobeli preemia. Edasiarenemine tõi tehnoloogias muutusi ning 1970-ndatel töötas Philips välja meetodi kompaktdiskide kirjutamiseks, mis pani aluse CD-le. Alguses lõid ettevõtte insenerid ALP (audio long play) vinüülplaatide alternatiivina.
ALP-de läbimõõt oli umbes 30 sentimeetrit. Hiljem vähendasid insenerid plaatide läbimõõtu, samas langes mängimise aeg 1 tunnini. Laserplaadid ja nende mängimise seade olid esmakordselt Philips asutati 1979. aastal. Pärast seda hakkas ettevõte otsima partnerit projekti edasiseks arendamiseks – arendajad nägid tehnoloogiat rahvusvahelisena, kuid selle viimine vajalikule tasemele ja selle populariseerimine omal käel oli keeruline.
Kõik algas
Juhtkond otsustas proovida luua kontakte Jaapani tehnoloogiaettevõtetega, mis sel ajal oli hi-end tehnoloogia tipus. Selleks saadeti riiki Philipsi delegaadid, kellel õnnestus kohtuda Sony presidendiga, kes näitas tehnoloogia vastu huvi.
Peaaegu kohe oli Philips-Sony inseneriteame, kes töötasid välja esimesed tehnoloogia spetsifikatsioonid. Sony asepresident nõudis, et plaadi maht suureneks, soovides, et kompaktplaadile mahuks Beethoveni üheksas sümfoonia, milleks suurendati plaadi mahtu 1 tunnilt 74 minutini (on ka arvamus, et see on lihtsalt ilus turunduslugu). Sellise plaadi andmemaht on 640 MB. Insenerid töötasid välja ka helikvaliteedi parametreed. Näiteks määrati stereosignaalide proovi sagedus tasemel 44,1 kHz (ühe kanali puhul 22,05 kHz) ja igaühe 16-bitine lahutus. Nii tekkis Red Book standard.
Uue tehnoloogia nimi ei tulnud äkitselt — see valiti mitme variandi hulgast, sealhulgas Minirack, Mini Disc, Compact Rack. Lõpuks ühendasid arendajad kaks nime, saades hübriidi Compact Disc. Seda nime aitasid valida ka kasvav populaarsus audiokassettide seas (tehnoloogia ).
Philips ja Sony mängisid samuti olulist rolli esimese digitaalsete kompaktketaste spetsifikatsiooni väljatöötamisel, mida tuntakse kui Yellow Book või CD-ROM. Uus spetsifikatsioon võimaldas ketastel salvestada mitte ainult audio-, vaid ka tekstilisi ja graafilisi andmeid. Ketta tüübi määramine toimus automaatselt pealkirja lugemise käigus. Probleemiks oli, et Yellow Book'i standardile vastav kompaktketas töötas ainult teatud tüüpi seadmetega, mis ei olnud universaalsed.
17. augustil 1982, Philipsi tehases Saksa linnas Langenhagenis, lasti turule esimene CD. Sellel oli salvestatud album ABBA grupilt. Tõsiselt tuleb märkida, et esimestel plaatidel oli katte kvaliteet mitte liiga hea, nii et kompaktdiskide ostjad rikkusid neid tihti. Aja jooksul paranes plaatide kvaliteet. Esimese paar aasta jooksul kasutati neid eksklusiivselt hi-fi seadmetes, neid kasutati vinüülplaatide ja kassettide asendamiseks.
Alates 2000. aastast hakkasid müügile tulema 700 MB ketaste mahud, mis võimaldasid salvestada helifailide kogupikkust kuni 80 minutit. Need tõrjusid täielikult turult 650 MB kettad. Eksisteerivad ka 800 MB mahuga kandjad, kuid need ei sobinud kõikidele seadmetele, mistõttu ei saanud need kettad erilist levikut. Salvestusruumi suurendamine õnnestus tänu ribade vahelise kauguse vähendamisele. Näiteks on 650 MB ketaste puhul ribade vahelise kaugus 1,7 µm, samas kui 800 MB ketaste puhul on see vähendatud 1,5 µm-ni. Samuti on esimeste kiirus 1,41 m/s ja viimaste kiirus 1,39 m/s.
Kuidas see toimib
Ketas koosneb mitmest kihist. Aluskihiks on polükarbonaat, mille paksus on 1,2 mm ja diameeter 120 mm. Aluskihile lisandub veel üks kiht — metall (see võib olla kuld, hõbe või enamasti alumiinium). Seejärel kaitstakse metallkihti laki abil, millele kantakse graafika. Aluskihk kaitseb metallkihti usaldusväärselt, nii et väga sügavad kriimustused häirivad lugemist. Ketaste avause diameeter on 15 mm.
Andmete salvestamise formaat ketaste jaoks — (sellest räägiti varem). Lugemisvigade parandamiseks kasutatakse Reed-Solomoni koodi, mis tähendab, et kerged kriimustused ei mõjuta ketta loetavust.
Andmed kirjutatakse kettale spiraalkujuliste radade kujul, mis koosnevad nn pitsidest (lohkudest), mis on välja pressitud polükarbonaadi alusele. Iga pit sügavus on umbes 100 nm, laius — 500 nm. Piti pikkus on vahemikus 850 nm kuni 3,5 µm. Pitid hajutavad või neelavad valgust, alus — peegeldab. Sedasi on kirjutatud ketas suurepärane näide peegeldavast difraktsiooni graatelist.
Diski loetakse laserkiire abil, mille lainepikkus on 780 nm ja mis on genereeritud pooljuhtlaseriga. Lugemise põhimõte põhineb peegeldatud valguse intensiivsuse muutuste registreerimisel. Sel viisil keskendub laserkiir infokihile, mille valguspleki diameeter on 1,2 mkm. Maksimaalne signaal registreeritakse pitside vahel. Kui valgus satub pitile, registreeritakse väiksem valguse intensiivsus. Intensiivsuse muutused muundatakse elektriliseks signaaliks, millega seade töötab.
Kuidas disk luuakse
- Esimene etapp on andmete ettevalmistamine seeriaks käivitamiseks;
- Fotolitograafia — teine etapp, see on protsess, millega luuakse diski šabloon. Esiteks luuakse klaasdisk, millele kantakse fotoreaktiivmaterjali kiht, kuhu teave salvestatakse. Materjal muudab oma füüsikalis-keemilisi omadusi valguse mõjul;
- Andmete kirjutamine toimub laserkiire abil. Laseri väljundvõimsuse suurendamisel (kui on vajalik pitide loomine) purunevad fotoreaktiivmaterjali molekulide keemilised sidemed ning see tahkub;
- Fotoreosiit eemaldatakse (erinevate meetoditega, alates plasmasest kuni hapeteni), laseriga kahjustamata alad eemaldatakse plaatidelt;
- Kett asetatakse galvaanilisse vannil, kus selle pinnale kantakse nikklagu;
- Plaadid vormitakse survevalu teel, algmaterjalina kasutatakse algset klaasketta;
- Seejärel katab metall infokihi;
- Ketta välispinnale kantakse kaitsekiht, millele lisatakse seejärel graafiline kujundus.
Aga kuidas on CD-RW-ga?
CD-RW on kompaktketta variant, mis ilmus 1997. aastal. Esialgne standard nimega (CD-E, kustutatav kompaktketas).
See oli tõeline läbimurdis salvestamise ja teabe säilitamise valdkonnas. Odava ja mahuka andmekandja saamine oli tuhandete inseneride ja kasutajate unistus. CD-RW struktuur ja tööpõhimõte on sarnane tavalisele CD-le, kuid kirjutuskiht on teine — see on spetsialiseeritud chalcogenide sulam. Tüüpiliselt kasutatakse hõbe-indium-kaubamärgitelluri. Kuumutamisel kõrgemal sulamistemperatuurist muutub see sulam kristalsest olekust amorfseks.
Faasipöörde puhul on see tagasi pööratav, mis on lähteline tingimus üleandmisprotsessiks. Aktiivse diskikihi paksus on vaid 0,1 μm, seetõttu on laseriga lihtne ainet mõjutada. Kirjutamisprotsess toimub laserkiire toimel, mille korral aktiivne kiht muutub sulaks (need alad, millele laser mõjutas). Edasi kandub soojus substraati ja sulam muutub amorfseks olekuks. Amorfsetes segmentides muutuvad sellised omadused nagu dielektriline läbilaskvus, peegeldumise koefitsient ja seega peegeldunud valguse intensiivsus. See kannab teavet ketta peal oleva salvestuse kohta. Lugemine toimub väiksema võimsusega laseriga, mis ei saa aktiivset kihti mõjutada. Kirjutamise ajal kuumutatakse aktiivne kiht 200 kraadini Celsiuse järgi, mis võimaldab tal taas faasipöörde sooritada kristallilisse seisundisse.
CD-RW pide korduv kasutamine toob kaasa mehaanilise väsimuse töökihtides. Seetõttu kasutasid tehnoloogia arendajad aineid, mille väsimuse akumuleerimise koefitsient on madal. CD-RW suudab taluda umbes tuhat uuesti kirjutamise tsüklit.
DVD - veel suurem maht!
Esimesed DVD-d ilmusid Jaapanis 1996. aastal, need tulid vastusena kasutajate ja äri vajadusele, kes otsisid aina mahukamaid andmekandjaid. Alguses töötasid kõrge mahutavusega diskide kallal mitmed ettevõtted. Ilmus kaks sõltumatut arendus suunda: Multimedia Compact Disc (Philips ja Sony) ja Super Disc (8 suurt korporatsiooni, sealhulgas Toshiba ja Time Warner). Hiljem liideti mõlemad suunad IBM-i korporatsiooni mõjul. See veenis partnereid mitte kordama „formaadi sõdade” sündmusi, kus käidi lahingut videokassettide standardite „Video Home System” ja „Betamax” prioriteedi üle.
Tehnoloogia kuulutati välja septembris 1995, samal aastal avaldasid arendajad spetsifikatsioonid. Esimene kirjutav DVD-seade tuli turule 1997. aastal.
Salvestusmälu suurendamine vanade mõõtmete säilitamise korral on võimalik 650 nm lainepikkusega punase laseri kasutamise kaudu. Rada samm on sel juhul kaks korda väiksem kui CD-l ja ulatub 0,74 mikromeetrini.
Blu-Ray on kõige kaasaegsem optiline andmekandja.
Veel üks optilise andmekandja liik, mille andmete salvestamise tihedus on palju kõrgem kui CD-l või DVD-l. Standard loodi rahvusvahelise BDA konsortsiumi poolt. Esimene prototüüp ilmus oktoobris 2000.
Tehnoloogia eeldab lühilainepikkusega laseri (405 nm lainepikkus) kasutamist, kust tuleb ka nimi. Tähe "e" eemaldati, kuna väljend blue ray on inglise keeles üldkasutatav ja ei saa olla patenteeritud. Sinise (sinise-lilla) laseri kasutamine võimaldas rada kitsendada 0,32 mikromeetrini, suurendades andmete salvestamise tihedust. Andmekandja lugemiskiirus on suurenenud 432 Mbit/s.
UDF on universaalne ketta formaat.
UDF — see faile süsteemi formaat, mis ei sõltu opsüsteemist. See on välja töötatud failide salvestamiseks optilistel kandjatel — nii CD, DVD kui ka Blu-Ray. UDF-l ei ole 2 ja 4 GB piiranguid salvestatavate failide osas, mistõttu on see formaat ideaalne suure mahutavusega kettale — DVD ja Blu-Ray.
Optilised kettad ja internet
Tehnoloogiaettevõtted jätkavad optiliste ketaste arendamist. Näiteks suudsid Sony ja Panasonic 2016. aastal suurendada optiliste kandjate mahutavust 3,3 TB-ni. Kettaste töökindlus püsib, nagu Sony esindajad ütlevad, kuni 100 aastat.
Kuid kõik optiliste ketaste tüübid kaotavad järk-järgult populaarsust — koos interneti arenguga kaob kasutajatel vajadus salvestada andmeid ketastele. Informatsiooni saab salvestada pilveteenustes, mis on palju mugavam (kui ohutu see on, on teine küsimus). Kompaktketaste populaarsus on kaugel sellest, mis see oli paar aastat tagasi, kuid täielik unustamine (nagu audiokassettide puhul) ei oota neid tõenäoliselt — neid kasutatakse ikka veel oluline äriinfotarkide arhiveerimist.
Kui terabaitised optilised kettad massiliselt turule jõuavad, on nende kasutamine piiratud – võib-olla kasutavad neid filmide levitamiseks 4K-s ja kaasaegsete mängude koosseisude pakkumiseks. Kuid kõige aktiivsemalt kasutatakse neid varukoopiate loomiseks. Ja kui Sony räägib tõtt salvestatud andmete sajandi pikkusest säilimisest, siis ettevõtted hakkavad uut tehnoloogiat jõudumööda intensiivselt kasutama.
Allikas: habr.com
