Az optikai CD-k 1982-ben váltak nyilvánosan elérhetővé, a prototípus pedig még korábban – 1979-ben – jelent meg. Kezdetben a CD-ket a bakelitlemezek helyettesítésére, jobb minőségű és megbízhatóbb adathordozóként fejlesztették ki. Úgy gondolják, hogy a lézerlemezek két technológiai vállalat – a japán Sony és a holland Philips – közös munkájának eredménye.
Ugyanakkor a „hideglézerek” alaptechnológiáját, amely lehetővé tette a lézerlemezek megjelenését, szovjet tudósok dolgozták ki. и . Találmányukért Nobel-díjat kaptak. A technológia tovább fejlődött, és a 70-es években a Philips kifejlesztett egy módszert a CD lemezek rögzítésére, ami a CD kezdetét jelentette. Először is, a cég mérnökei megalkották az ALP-t (audio long play) a bakelitlemezek alternatívájaként.
Az ALP korongok átmérője körülbelül 30 centiméter volt. Kicsit később a mérnökök csökkentették a lemezek átmérőjét, és a lejátszási idő 1 órára csökkent. A lézerlemezek és a hozzájuk való lejátszóeszköz voltak az elsők Philips 1979-ben. Ezt követően a cég partnert kezdett keresni a projekt további munkálataihoz - a fejlesztők nemzetközinek látták a technológiát, és nehéz volt önállóan a szükséges szintre fejleszteni és népszerűsíteni.
Mindennek a kezdete
A menedzsment úgy döntött, hogy megpróbál kapcsolatot létesíteni japán technológiai cégekkel, akkoriban ez az ország élen járt a csúcstechnológiák terén. Ennek érdekében a Philips küldöttei kimentek az országba, és sikerült találkozniuk a Sony elnökével, aki érdeklődni kezdett a technológia iránt.
Szinte azonnal ott volt a Philips-Sony mérnökeiből álló csapat dolgozta ki a technológia első specifikációit. A Sony alelnöke ragaszkodott a lemez hangerejének növeléséhez, azt akarta, hogy a kompakt képes legyen befogadni Beethoven kilencedik szimfóniáját, amelynél a lemez hangerejét 1 óráról 74 percre bővítették (az a vélemény is, hogy ez csak egy gyönyörű marketingtörténet). Az ilyen lemezen elférő adatmennyiség 640 MB. A mérnökök hangminőségi paramétereket is kidolgoztak. Például a sztereó jelek mintavételezési frekvenciáját 44,1 kHz-re szabályozták (egy csatorna esetében 22,05 kHz), egyenként 16 bites bitszélességgel. Így jelent meg a Vörös Könyv szabvány.
Az új technológia neve nem hirtelen bukkant fel – több lehetőség közül választották, többek között Minirack, Mini Disc, Compact Rack. Ennek eredményeként a fejlesztők egyesítették a két címet, és egy hibrid Compact Disc lett az eredménye. Nem utolsósorban az audiokazetták (technológia) növekvő népszerűsége miatt választották ezt a nevet ).
A Philips és a Sony szintén kritikus szerepet játszott az első digitális kompakt lemezek, a Yellow Book vagy CD-ROM specifikációjának kidolgozásában. Az új specifikáció lehetővé tette nemcsak hang, hanem szöveges és grafikus adatok tárolását is lemezeken. A lemez típusa a fejléc beolvasásakor automatikusan meghatározásra került. A probléma az volt, hogy a Yellow Book-kompatibilis CD csak egy bizonyos típusú meghajtóval tudott működni, ami nem volt univerzális.
17. augusztus 1982-én a németországi Langenhagenben, a Philips gyárában megjelent az első CD. Az albumot rajta rögzítették ABBA csoport. Érdemes megjegyezni, hogy az első lemezek lakkbevonata nem volt túl jó minőségű, így a kompaktokat vásárlók gyakran megrongálták azokat. Idővel a lemezek minősége javult. Az első években kizárólag hifi berendezésekben használták, bakelitlemezek és kazetták helyettesítésére szolgáltak.
2000 óta 700 MB-os lemezek kezdtek megjelenni az értékesítésben, amelyek lehetővé tették akár 80 perces hangfelvétel rögzítését. Teljesen kiszorították a piacról a 650 MB-os meghajtókat. Léteznek 800 MB-os adathordozók is, de ezek nem voltak megfelelőek minden meghajtóhoz, így az ilyen lemezek nem voltak különösebben elterjedtek. A sávok közötti távolság csökkentésével növelni lehetett az adattárolásra rendelkezésre álló helyet. Így például a 650 MB kapacitású lemezeknél a sávok közötti távolság 1,7 mikron, a 800 MB-os lemezeknél ez a szám 1,5 mikronra csökken. Ugyancsak az előbbinél 1,41 m/s, az utóbbinál 1,39 m/s a sebesség.
Ez hogy működik
A lemez több rétegből áll. Az aljzat polikarbonát, vastagsága 1,2 mm, átmérője 120 mm. Egy másik réteget helyeznek a hordozóra - fém (lehet arany, ezüst vagy leggyakrabban alumínium). Ezután a fémréteget lakkal védik, amelyre grafikát alkalmaznak. A hordozó megbízhatóan védi a fémréteget, így a nagyon mély karcolások zavarják az olvasást. A tárcsán lévő furat átmérője 15 mm.
Adattárolási formátum lemezekhez - (fentebb tárgyaltuk). Az olvasási hibákat a Reed-Solomon kóddal javítjuk, így az enyhe karcolások nem csökkentik a lemez olvashatóságát.
Az adatok a lemezre íródnak spirálisan úgynevezett mélyedésekből, amelyeket a polikarbonát alapba extrudálnak. Mindegyik gödör mélysége körülbelül 100 nm, szélessége pedig 500 nm. A gödör hossza 850 nm-től 3,5 µm-ig. A gödrök szórják vagy elnyelik a fényt, az aljzat visszaveri. Így a felvett lemez kiváló példa a fényvisszaverő diffrakciós rácsra.
A lemez olvasása 780 nm hullámhosszú lézersugárral történik, amelyet egy félvezető lézer bocsát ki. Az olvasás elve a visszavert fény intenzitásának változásainak regisztrálása. Így a lézersugár az információs rétegen konvergál, a fényfolt átmérője ebben az esetben 1,2 mikron. A maximális jelet a pitek között rögzítik. Ha a gödörbe ütközik, alacsonyabb fényintenzitás kerül rögzítésre. Az intenzitás változásait elektromos jellé alakítják át, amellyel a berendezés működik.
Hogyan készül a lemez
- Az első lépés az adatok előkészítése a sorozatba való beindításhoz;
- A fotolitográfia a második szakasz, és a lemezbélyegző létrehozásának folyamata. Először egy üvegkorongot készítenek, amelyre egy réteg fotoreziszt anyagot visznek fel, és információt rögzítenek. Az anyag a fény hatására megváltoztatja fizikai és kémiai tulajdonságait;
- Az adatok rögzítése lézersugár segítségével történik. A lézerteljesítmény növekedésével (amikor gödröt kell kialakítani), a fotoreziszt anyag molekuláinak kémiai kötései megsemmisülnek és lefagy;
- A fotorezisztet maratják (különböző módon, plazmától savig), a lézer által nem érintett területeket eltávolítják a mátrixból;
- A korongot galvanikus fürdőbe helyezik, ahol nikkelréteg kerül a felületére;
- A lemezeket fröccsöntéssel bélyegzik, alapanyagként az eredeti üvegkorongot használva;
- Ezután fémet szórnak az információs rétegre;
- A külső oldalra védőlakkot visznek fel, amelyre már grafikus kép került.
Mi a helyzet a CD-RW-vel?
A CD-RW egy olyan típusú kompakt lemez, amelyet 1997-ben vezettek be. A szabványt eredetileg úgy hívták (CD-E, törölhető kompakt lemez).
Ez igazi áttörést jelentett az információrögzítés és -tárolás terén. Végül is egy olcsó és nagy kapacitású adathordozó beszerzése több ezer mérnök és felhasználó álma volt. A CD-RW szerkezete és működési elve hasonló a hagyományos CD-hez, de a rögzítési réteg más - ez a kalkogenidek speciális ötvözete. A leggyakrabban használt ezüst-indium-antimon-tellurium. Az olvadáspont fölé hevítve az ilyen ötvözet kristályos állapotból amorf állapotba megy át.
A fázisátalakulás ebben az esetben reverzibilis, ami az újraírási folyamat alapja. A korong aktív rétegének vastagsága mindössze 0,1 mikron, így lézerrel könnyen befolyásolható az anyag. A rögzítési folyamat lézersugár hatására megy végbe, ebben az esetben az aktív réteg olvadékká alakul (azok a területek, amelyeket a lézer érintett). Ezután a hő a szubsztrátumba diffundál, és az olvadék amorf állapotba kerül. Az amorf szegmensek esetében az olyan jellemzők, mint a dielektromos állandó, a reflexió, és ennek következtében a visszavert fény intenzitása megváltoznak. Információkat hordoz a lemezre történő felvételről. Az olvasás kisebb teljesítményű lézerrel történik, amely nem befolyásolja az aktív réteget. A felvétel során az aktív réteget 200 Celsius-fokra melegítik fel, ami lehetővé teszi, hogy ismét kristályos állapotba kerüljön.
A CD-RW ismételt használata a munkaréteg mechanikai kifáradásához vezet. Ezért a technológiát kifejlesztő mérnökök alacsony fáradási együtthatójú anyagokat használtak. Egy CD-RW körülbelül ezer újraírási ciklust képes kibírni.
DVD - még nagyobb kapacitás!
A DVD-k először 1996-ban jelentek meg Japánban, válaszul az egyre nagyobb adathordozók iránti fogyasztói és üzleti igényekre. Kezdetben a nagy kapacitású lemezeket több cég is fejlesztette egyszerre. Két független fejlesztési irány alakult ki: Multimedia Compact Disc (Philips és Sony), - Super Disc (8 nagyvállalat, köztük a Toshiba és a Time Warner). Kicsit később mindkét irány egybeolvadt az IBM hatására. Meggyőzte a partnereket, hogy ne ismételjék meg a „formátumháború” eseményeit, amikor a Video Home System és a Betamax videokazettás szabványok között elsőbbségi harc folyt.
A technológiát 1995 szeptemberében jelentették be, és a fejlesztők még ugyanabban az évben közzétették a specifikációkat. Az első DVD-író 1997-ben jelent meg.
Egy 650 nm-es hullámhosszú vörös lézer használatával a rögzítési kapacitást a méretek megtartása mellett lehetett növelni. A sáv hangmagassága fele a CD-ének, és 0,74 mikron.
A Blu-Ray a legfejlettebb optikai adathordozó
Egy másik típusú optikai adathordozó sokkal nagyobb adatsűrűséggel, mint a CD vagy DVD. A szabványt a BDA nemzetközi konzorcium dolgozta ki. Az első prototípus 2000 októberében jelent meg.
A technológia egy rövidhullámú lézer (405 nm hullámhosszú) alkalmazását foglalja magában, innen ered a név. Az "e" betűt eltávolították, mert a blue ray kifejezés általános az angolban, és nem szabadalmazható. A kék (kék-ibolya) lézer használata lehetővé tette a pálya 0,32 mikronra szűkítését, növelve az adatrögzítési sűrűséget. A médiaolvasási sebesség 432 Mbit/s-ra nőtt.
UDF - Univerzális lemezformátum
Az UDF egy fájlrendszer-formátum-specifikáció, amely független az operációs rendszertől. Fájlok optikai adathordozón - CD-n, DVD-n és Blu-Ray-en történő tárolására tervezték. Az UDF-nek nincs 2 GB vagy 4 GB-os korlátja az írható fájlokhoz, ezért ideális a nagy kapacitású DVD-k és Blu-Ray-fájlokhoz.
Optikai lemezek és az internet
A technológiai vállalatok továbbra is fejlesztik az optikai lemezeket. Így a Sony és a Panasonic még 2016-ban 3,3 TB-ra tudta növelni az optikai adathordozók kapacitását. Ugyanakkor a lemezek teljesítménye a Sony képviselői szerint akár 100 év is marad.
Az optikai lemezek minden típusa azonban fokozatosan veszít népszerűségéből – az internet fejlődésével megszűnik a felhasználóknak a lemezeken való adatgyűjtés iránti igénye. Az információ tárolható a felhőben, ami sokkal kényelmesebb (az más kérdés, hogy mennyire biztonságos). A CD-k már közel sem olyan népszerűek, mint néhány évvel ezelőtt, de nagy valószínűséggel nem merülnek fel teljesen (mint a hangkazetták esetében) – fontos üzleti információk archívumának létrehozására fogják használni őket.
Ha a terabájtos optikai lemezek gyártásba kerülnek, akkor felhasználásuk korlátozott lesz – talán 4K-s filmek és modern játékok terjesztésére szolgálnak majd különféle bónuszokkal. De leginkább biztonsági mentések készítésére szolgálnak majd. És ha a Sony igazat mond a rögzített adatok évszázados biztonságáról, akkor az üzleti élet nagyon aktívan fogja használni az új technológiát.
Forrás: will.com
