Optiset CD-levyt tulivat julkisesti saataville vuonna 1982, prototyyppi julkaistiin vielä aikaisemmin - vuonna 1979. Aluksi CD-levyjä kehitettiin korvaamaan vinyylilevyt, laadukkaammaksi ja luotettavammaksi tallennusvälineeksi. Laserlevyjen uskotaan syntyneen kahden teknologiayrityksen - japanilaisen Sonyn ja hollantilaisen Philipsin - tiimien yhteisestä työstä.
Samaan aikaan Neuvostoliiton tutkijat kehittivät "kylmälaserien" perustekniikan, joka mahdollisti laserlevyjen esiintymisen. и . Heille myönnettiin Nobel-palkinto keksinnöstään. Tekniikka kehittyi edelleen, ja Philips kehitti 70-luvulla menetelmän CD-levyjen tallentamiseen, mikä merkitsi CD-levyn alkua. Ensinnäkin yrityksen insinöörit loivat ALP:n (audio long play) vaihtoehdoksi vinyylilevyille.
ALP-kiekkojen halkaisija oli noin 30 senttimetriä. Hieman myöhemmin insinöörit pienensivät levyjen halkaisijaa ja soittoaikaa lyhennettiin 1 tuntiin. Laserlevyt ja niiden toistolaite olivat ensimmäiset Philips vuonna 1979. Tämän jälkeen yritys alkoi etsiä kumppania hankkeen jatkotyöhön - kehittäjät näkivät teknologian kansainvälisenä, ja sitä oli vaikea kehittää itse vaaditulle tasolle ja popularisoida.
Kaiken alku
Johto päätti yrittää luoda yhteyksiä japanilaisiin teknologiayrityksiin, sillä tuolloin tämä maa oli huipputeknologian kärjessä. Tätä varten Philipsin edustajat menivät maahan ja onnistuivat tapaamaan Sonyn presidentin, joka kiinnostui tekniikasta.
Melkein heti siellä oli Philips-Sonyn insinöörien tiimi kehitti tekniikan ensimmäiset tekniset tiedot. Sonyn varapresidentti vaati levyn äänenvoimakkuuden lisäämistä; hän halusi, että kompaktiin mahtuisi Beethovenin yhdeksäs sinfonia, jonka levyn äänenvoimakkuutta laajennettiin yhdestä tunnista 1 minuuttiin (on myös mielipide, että tämä on vain kaunis markkinointitarina). Tällaiselle levylle mahtuu 74 megatavua dataa. Insinöörit ovat myös kehittäneet äänenlaatuparametreja. Esimerkiksi stereosignaalien näytteenottotaajuudeksi säädettiin 640 kHz (yhdelle kanavalle 44,1 kHz) bittileveydellä 22,05 bittiä. Näin punaisen kirjan standardi ilmestyi.
Uuden tekniikan nimi ei ilmestynyt yhtäkkiä - se valittiin useista vaihtoehdoista, mukaan lukien Minirack, Mini Disc, Compact Rack. Tämän seurauksena kehittäjät yhdistivät nämä kaksi nimikettä, jolloin tuloksena oli hybridi-CD-levy. Ei vähäisimpänä, tämä nimi valittiin äänikasettien kasvavan suosion vuoksi (teknologia ).
Philipsillä ja Sonylla oli myös ratkaiseva rooli kehitettäessä ensimmäisten digitaalisten CD-levyjen, nimeltään Yellow Book tai CD-ROM, eritelmiä. Uusi spesifikaatio mahdollisti äänen, mutta myös tekstin ja grafiikan tallentamisen levyille. Levyn tyyppi määritettiin automaattisesti otsikkoa luettaessa. Ongelmana oli, että Yellow Book -yhteensopiva CD toimi vain tietyntyyppisen aseman kanssa, mikä ei ollut universaali.
17. elokuuta 1982 ensimmäinen CD julkaistiin Philipsin tehtaalla Langenhagenissa, Saksassa. Albumi äänitettiin sille ABBA konserni. On syytä huomata, että ensimmäisten levyjen lakkapinnoite ei ollut kovin korkealaatuinen, joten kompaktien ostajat vaurioittivat niitä usein. Ajan myötä levyjen laatu on parantunut. Ensimmäiset vuodet niitä käytettiin yksinomaan hifi-laitteissa, niitä käytettiin vinyylilevyjen ja -kasettien korvikkeena.
Vuodesta 2000 lähtien 700 Mt:n levyjä alkoi tulla myyntiin, mikä mahdollisti äänen tallentamisen kokonaiskestolla jopa 80 minuuttia. He syrjäyttivät 650 Mt:n asemat kokonaan markkinoilta. Myös 800 MB:n tietovälineitä on, mutta ne eivät sovellu kaikille asemille, joten tällaiset levyt eivät olleet erityisen yleisiä. Tiedon tallennustilan määrää pystyttiin lisäämään vähentämällä raitojen välistä etäisyyttä. Joten esimerkiksi levyillä, joiden kapasiteetti on 650 Mt, raitojen välinen etäisyys on 1,7 mikronia, ja 800 Mt:n levyillä tämä luku pienenee 1,5 mikroniin. Myös edellisen nopeus on 1,41 m/s ja jälkimmäisen 1,39 m/s.
Kuinka tämä toimii
Levy koostuu useista kerroksista. Alusta on polykarbonaattia, sen paksuus on 1,2 mm, halkaisija 120 mm. Toinen kerros asetetaan alustalle - metalli (se voi olla kultaa, hopeaa tai useimmiten alumiinia). Seuraavaksi metallikerros suojataan lakalla, jolle levitetään grafiikkaa. Substraatti suojaa metallikerrosta luotettavasti, joten erittäin syvät naarmut häiritsevät lukemista. Levyssä olevan reiän halkaisija on 15 mm.
Tietojen tallennusmuoto levyille - (käsitelty yllä). Lukuvirheet korjataan Reed-Solomon -koodilla, jotta kevyet naarmut eivät heikennä levyn luettavuutta.
Tiedot kirjoitetaan levylle spiraalin muodossa, jossa on niin kutsuttuja kuoppia (syvennyksiä), jotka puristetaan polykarbonaattipohjaan. Kunkin kuopan syvyys on noin 100 nm ja leveys 500 nm. Kuopan pituus 850 nm - 3,5 µm. Kuopat sirottavat tai absorboivat valoa, substraatti heijastaa. Näin ollen tallennettu levy on erinomainen esimerkki heijastavasta diffraktiohilasta.
Levyä luetaan lasersäteellä, jonka aallonpituus on 780 nm ja jonka emittoi puolijohdelaser. Lukemisen periaate on rekisteröidä muutokset heijastuneen valon voimakkuudessa. Siten lasersäde konvergoi informaatiokerroksessa, valopisteen halkaisija tässä tapauksessa on 1,2 mikronia. Maksimisignaali tallennetaan kaivojen väliin. Jos se osuu kuoppaan, valon voimakkuus on pienempi. Muutokset intensiteetissä muunnetaan sähköiseksi signaaliksi, jolla laite toimii.
Kuinka levy luodaan
- Ensimmäinen vaihe on tietojen valmistelu sarjaan julkaisua varten;
- Fotolitografia on toinen vaihe ja se on levyleiman luomisprosessi. Ensin luodaan lasilevy, jolle levitetään kerros fotoresistimateriaalia ja sille tallennetaan tiedot. Materiaali muuttaa fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksiaan valon vaikutuksesta;
- Tiedot tallennetaan lasersäteellä. Kun laserteho kasvaa (kun on tarpeen luoda kuoppa), fotoresistimateriaalin molekyylien kemialliset sidokset tuhoutuvat ja se jäätyy;
- Fotoresisti syövytetään (eri tavoin, plasmasta happoon), alueet, joihin laser ei vaikuta, poistetaan matriisista;
- Levy asetetaan galvaaniseen kylpyyn, jossa sen pinnalle kerrostetaan nikkelikerros;
- Levyt on meistetty ruiskupuristettuna käyttäen alkuperäistä lasilevyä lähdemateriaalina;
- Seuraavaksi metallia ruiskutetaan informaatiokerroksen päälle;
- Ulkopuolelle levitetään suojaava lakka, jolle on jo levitetty graafinen kuva.
Entä CD-RW?
CD-RW on eräänlainen CD-levy, joka esiteltiin vuonna 1997. Standardin nimi oli alun perin (CD-E, poistettava CD-levy).
Tämä oli todellinen läpimurto tiedon tallennuksen ja tallentamisen alalla. Edullisen ja tilavan tallennusvälineen hankkiminen olikin tuhansien insinöörien ja käyttäjien unelma. CD-RW on rakenteeltaan ja toimintaperiaatteeltaan samanlainen kuin tavallinen CD, mutta tallennuskerros on erilainen - se on kalkogenidien erikoisseos. Yleisimmin käytetty on hopea-indium-antimoni-telluuri. Kun se kuumennetaan sulamispisteen yläpuolelle, tällainen seos muuttuu kiteisestä tilasta amorfiseen.
Vaiheenmuutos on tässä tapauksessa reversiibeli, mikä on uudelleenkirjoitusprosessin perusta. Levyn aktiivisen kerroksen paksuus on vain 0,1 mikronia, joten aineeseen on helppo vaikuttaa laserilla. Tallennusprosessi tapahtuu, kun se altistetaan lasersäteelle; tässä tapauksessa aktiivinen kerros muuttuu sulaksi (ne alueet, joihin laser vaikutti). Seuraavaksi lämpö diffundoituu alustaan ja sula muuttuu amorfiseen tilaan. Amorfisten segmenttien ominaisuudet, kuten dielektrisyysvakio, heijastuskyky ja siten heijastuneen valon intensiteetti, muuttuvat. Se kuljettaa tietoja levylle tallennetusta. Lukeminen suoritetaan pienemmän tehon laserilla, joka ei voi vaikuttaa aktiiviseen kerrokseen. Tallennuksen aikana aktiivinen kerros kuumennetaan 200 celsiusasteeseen, mikä mahdollistaa sen faasisiirtymän uudelleen kiteiseen tilaan.
CD-RW:n toistuva käyttö johtaa työkerroksen mekaaniseen väsymiseen. Siksi tekniikan kehittäneet insinöörit käyttivät aineita, joilla oli alhainen väsymiskerroin. CD-RW-levy kestää noin tuhat uudelleenkirjoitusjaksoa.
DVD - entistä enemmän kapasiteettia!
DVD-levyt ilmestyivät ensimmäisen kerran Japanissa vuonna 1996 vastauksena kuluttajien ja yritysten yhä suurempia tallennusvälineitä koskeviin vaatimuksiin. Aluksi useat yritykset kehittivät suurikapasiteettisia levyjä kerralla. Kaksi itsenäistä kehityssuuntaa on syntynyt: Multimedia Compact Disc (Philips ja Sony), - Super Disc (8 suurta yritystä, mukaan lukien Toshiba ja Time Warner). Hieman myöhemmin molemmat suunnat sulautuivat yhdeksi IBM:n vaikutuksen alaisena. Hän vakuutti kumppanit olemaan toistamatta "muotosodan" tapahtumia, kun Video Home Systemin ja Betamax-videokasettistandardien välillä käytiin taistelu prioriteetista.
Tekniikka julkistettiin syyskuussa 1995, ja kehittäjät julkaisivat tekniset tiedot samana vuonna. Ensimmäinen polttava DVD-asema julkaistiin vuonna 1997.
Tallennuskapasiteettia oli mahdollista kasvattaa säilyttäen samat mitat käyttämällä punaista laseria, jonka aallonpituus oli 650 nm. Raitaväli on puolet CD-levyn äänenvoimakkuudesta ja 0,74 mikronia.
Blu-Ray on edistynein optinen media
Toinen optinen mediatyyppi, jolla on paljon suurempi datatiheys kuin CD- tai DVD-levy. Standardin on kehittänyt kansainvälinen konsortio BDA. Ensimmäinen prototyyppi ilmestyi lokakuussa 2000.
Tekniikka sisältää lyhytaaltolaserin (aallonpituus 405 nm) käytön, mistä johtuu nimi. "e" poistettiin, koska ilmaisu blue ray on yleinen englanniksi eikä sitä voida patentoida. Sinisen (sinivioletin) laserin käyttö mahdollisti radan kaventamisen 0,32 mikroniin, mikä lisäsi tiedon tallennustiheyttä. Median lukunopeus on nostettu 432 Mbit/s:iin.
UDF - Universal Disk Format
UDF on tiedostojärjestelmän muotomääritelmä, joka on käyttöjärjestelmästä riippumaton. Se on suunniteltu tiedostojen tallentamiseen optisille tietovälineille - sekä CD-, DVD- että Blu-Ray-levyille. UDF:llä ei ole 2 tai 4 gigatavun rajoitusta kirjoitettaville tiedostoille, joten se on ihanteellinen suurikapasiteettisille DVD- ja Blu-Rays-levyille.
Optiset levyt ja Internet
Teknologiayritykset jatkavat optisten levyjen parantamista. Siten Sony ja Panasonic pystyivät kasvattamaan optisten tietovälineiden kapasiteetin 2016 Tt:iin vuonna 3,3. Samaan aikaan levyjen suorituskyky säilyy Sonyn edustajien mukaan jopa 100 vuodeksi.
Kaiken tyyppiset optiset levyt ovat kuitenkin vähitellen menettämässä suosiotaan - Internetin kehittyessä käyttäjien tarve kerätä tietoja levyille katoaa. Tietoja voidaan tallentaa pilveen, mikä on paljon kätevämpää (kuinka turvallinen se on, on toinen kysymys). CD-levyt eivät ole enää läheskään yhtä suosittuja kuin muutama vuosi sitten, mutta ne eivät todennäköisesti joudu täydelliseen unohduksiin (kuten äänikasettien tapauksessa) - niitä käytetään tärkeiden yritystietojen arkistojen luomiseen.
Jos teratavuisia optisia levyjä tulee tuotantoon, niiden käyttöä rajoitetaan – ehkä niitä käytetään 4K-elokuvien ja nykyaikaisten pelien jakeluun erilaisilla bonuksilla. Mutta ennen kaikkea niitä käytetään varmuuskopioiden luomiseen. Ja jos Sony kertoo totuuden tallennettujen tietojen vuosisatoja vanhasta turvallisuudesta, niin liike-elämä käyttää uutta tekniikkaa erittäin aktiivisesti.
Lähde: will.com
