Az optikai kompaktlemezek nyilvános elérhetősége 1982-ben kezdődött, de a prototípus már 1979-ben megjelent. Eredetileg a kompaktlemezeket a vinyllemezek helyettesítésének szánták, mint egy jobb minőségű és megbízhatóbb tárolóeszközt. Úgy tartják, hogy a lézerlemezek a japán Sony és a holland Philips technológiai vállalatok csapatainak közös munkájának eredményeként születtek.
Eközben a lézerlemezek megjelenését lehetővé tevő «hideg lézerek» alaptechnológiáját szovjet tudósok fejlesztették ki. és . Találmányukért Nobel-díjat kaptak. Később a technológia fejlődött, és az 1970-es években a Philips kidolgozott egy módszert a kompaktlemezek rögzítésére, ami a CD-k születéséhez vezetett. Először a cég mérnökei ALP-t (audio long play) hoztak létre a vinyllemezek alternatívájaként.
Az ALP-lemezek átmérője körülbelül 30 centiméter volt. Később a mérnökök csökkentették a lemezek átmérőjét, ami egy órás lejátszási időt eredményezett. A lézerlemezek és a lejátszóeszköz először a Philips által 1979-ben. Ezt követően a cég partnert keresett a projekt további fejlesztésére — a technológiát a fejlesztők nemzetközinek tekintették, és nehéz volt saját erőből olyan szintre fejleszteni és népszerűsíteni.
Minden kezdetén
A vezetőség úgy döntött, hogy próbálják meg felvenni a kapcsolatot japán technológiai cégekkel, amelyek akkoriban élen jártak a hi-end technológiákban. Erre a Philips delegáltjai elutaztak az országba, ahol sikerült találkozniuk a Sony elnökével, aki érdeklődött a technológia iránt.
Szinte azonnal A Philips-Sony mérnöki csapat dolgozta ki az első technológiai specifikációkat. A Sony alelnöke ragaszkodott a lemez kapacitásának növeléséhez; szeretett volna, ha a kompakt lemez képes befogadni Beethoven 9. szimfóniáját, ezért a lemez hossza 1 óráról 74 percre nőtt (van vélemény, miszerint ez csupán egy szép marketing mese). Az így létrejövő adatmennyiség 640 MB lett. A mérnökök a hangminőség paramétereit is kidolgozták. Például a sztereójelek mintavételezési frekvenciáját 44,1 kHz (egyes csatornákra 22,05 kHz) szinten szabályozták, mindegyik 16 bites felbontással. Így jött létre a Red Book szabvány.
Az új technológia neve nem hirtelen merült fel — több lehetőség közül választották ki, beleértve a Minirack, Mini Disc, Compact Rack kifejezéseket. Végül a fejlesztők két nevet egyesítettek, létrehozva a hibrid Compact Disc-et. E név választásában nem utolsósorban közrejátszott az audiokazetták növekvő népszerűsége. ).
A Philips és a Sony szintén kulcsszerepet játszott az első digitális kompaktlemezek specifikációjának kidolgozásában, amely sárga könyv (Yellow Book) vagy CD-ROM néven vált ismertté. Az új specifikáció lehetővé tette, hogy a lemezeken már nemcsak audio, hanem szöveg- és grafikai adatok is tárolhatók legyenek. A lemez típusának meghatározását automatikusan végezték a címke olvasásakor. A probléma az volt, hogy a sárga könyv (Yellow Book) szabványnak megfelelő kompaktlemez csak meghatározott típusú tárolókkal működött, amelyek nem voltak univerzálisak.
1982. augusztus 17-én a Philips gyárában, a németországi Langenhagen városában készült el az első CD. Ezen az album található, az ABBA együttes előadásában. Érdemes megjegyezni, hogy az első lemezek lakkbevonata nem volt túl minőségi, így a vásárlók gyakran megsérülték a kompaktokat. Az idő múlásával a lemezek minősége javult. Az első néhány évben kizárólag hi-fi berendezésekben használták őket, amelyek a vinyl lemezek és kazetták helyettesítésére szolgáltak.
2000 óta 700 MB kapacitású lemezek jelentek meg a piacon, amelyek lehetővé tették, hogy 80 perc hosszú audio anyagot rögzítsenek. Ezek teljesen kiszorították a 650 MB-os lemezeket a piacról. Léteznek 800 MB kapacitású adathordozók is, de ezek nem voltak kompatibilisek minden meghajtóval, így ezek a lemezek nem terjedtek el különösebben. A tárolható adatok mennyiségének növelését a sávok közötti távolság csökkentésével érték el. Például a 650 MB kapacitású lemezek esetében a sávok közötti távolság 1,7 μm, míg a 800 MB-os lemezeknél ez az érték 1,5 μm-ra csökkent. Az előbbiek esetében a sebesség 1,41 m/s, míg az utóbbiaknál 1,39 m/s.
Hogyan működik ez
A lemez több rétegből áll. Az alapréteg polikarbonátból készül, vastagsága 1,2 mm, átmérője 120 mm. Az alaprétegen helyezkedik el egy másik réteg — fém (ez lehet arany, ezüst, vagy leggyakrabban — alumínium). A fémréteg lakkal van védve, amelyre grafika van nyomtatva. Az alapréteg megbízhatóan védi a fémréteget, így a nagyon mély karcolások nem zavarják az olvasást. A lemez középső nyílásának átmérője 15 mm.
A lemezek adatraktározási formátuma — (erről korábban volt szó). Az olvasás során fellépő hibákat Reed-Solomon kód segítségével javítják ki, így a könnyű karcolások nem csökkentik a lemez olvashatóságát.
Az adatokat spirális sáv formájában rögzítik a polikarbonát alapba benyomott úgynevezett pitok (mélyedések) formájában. Minden pit mélysége körülbelül 100 nm, szélessége 500 nm. A pit hossza 850 nm-től 3,5 μm-ig terjed. A pitok szórják vagy elnyelik a fényt, míg az alapréteg visszaveri. Így a rögzített lemez a visszaverő diffrakciós rács kitűnő példája.
A lemezt egy 780 nm hullámhosszú lézerfény segítségével olvassák, amelyet egy félvezető lézer bocsát ki. Az olvasás elvének lényege a visszavert fény intenzitásának változásának regisztrálása. Így a lézerfény fókuszálódik az információs rétegen, ebben az esetben a fényfolt átmérője 1,2 μm. A maximális jelet a pitok között regisztrálják. Ha a pitre kerül a lézerfény, akkor kisebb fényintenzitást regisztrálnak. Az intenzitásváltozásokat elektromos jelre alakítják, amellyel a berendezés dolgozik.
Hogyan készül a lemez
- Az első lépés az adatok előkészítése a sorozatgyártáshoz.
- A fotolitográfia a második lépés, ez a lemeznyomás folyamata. Először létrejön egy üveglemez, amelyre egy fényérzékeny anyag rétegét viszik fel, és erre kerül az információ. Az anyag fény hatására megváltoztatja a fizikai-kémiai tulajdonságait.
- Az adatok rögzítése lézerfénnyel történik. A lézer teljesítményének növelésekor (amikor egy pitet kell létrehozni) a fényérzékeny anyag molekuláinak kémiai kötései megszakadnak, és az megdermed.
- A fényérzékeny anyagot különböző módszerekkel (plazmától savig) marják, a lemezen pedig eltávolítják a lézer hatása alá nem esett területeket.
- A lemezt galvanikus fürdőbe helyezik, ahol egy nikkelezési réteg rakódik le a felületére.
- A lemezek fröccsöntéssel készülnek, az indulóanyag az eredeti üveglemez.
- Ezután az információs rétegre fémet porlasztanak.
- A külső oldalra védő lakkot visznek fel, amelyre grafikus ábrázolást alkalmaznak.
De mi a helyzet a CD-RW-vel?
A CD-RW a kompakt lemez egy típusa, amely 1997-ben jelent meg. Eredetileg a szabvány neve (CD-E, újraírható kompakt lemez) volt.
Ez volt a tényleges áttörés az adatrögzítés és tárolás terén. Az olcsó és nagy kapacitású tárolóeszköz megszerzése ezrek álma volt. A CD-RW szerkezete és működési elve hasonló a hagyományos CD-hez, de a rögzítő réteg más — ez egy speciális kalkogén ötvözet. Legtöbbször ezüst-indium-antimon-telur használatos. Amikor a hőmérséklet meghaladja az olvadáspontot, ez az ötvözet kristályos állapotból amorf állapotba kerül.
A fázisátmenet ebben az esetben visszafordítható, ami az újraírási folyamat alapja. A lemez aktív rétegének vastagsága mindössze 0,1 mikrométer, így a lézer könnyen hat a anyagra. Az írási folyamat akkor történik, amikor a lézersugár hat, az aktív réteg ekkor olvadékba kerül (azok a területek, amelyeket a lézer érintett). Ezután a hő diffundál az alapanyagba, és az olvadék amorf állapotba kerül. Az amorf szegmensek jellemzői, mint például a dielektromos permeabilitás, a reflexiós együttható, és ezáltal a visszavert fény intenzitása megváltozik. Ez az információt hordozza a lemezen végzett írásról. Az olvasás egy gyengébb teljesítményű lézer segítségével történik, amely nem képes hatni az aktív rétegre. Az írás során az aktív réteg 200 Celsius-fokig felmelegszik, ami lehetővé teszi, hogy újra fázisátmenetet végezzen kristályos állapotba.
A CD-RW többszöri használata a munka réteg mechanikai fáradtságához vezet. Ezért a technológia kifejlesztésekor a mérnökök alacsony fáradási együtthatóval rendelkező anyagokat alkalmaztak. A CD-RW körülbelül ezer újraírási ciklust képes elviselni.
DVD – még nagyobb kapacitás!
Az első DVD-k 1996-ban Japánban jelentek meg, válaszként a felhasználók és az üzlet igényeire, akik egyre nagyobb kapacitású tárolóeszközökre vágytak. Kezdetben a nagy kapacitású lemezeket több cég fejlesztette egyszerre. Két független fejlesztési irány jelent meg: Multimedia Compact Disc (Philips és Sony) és Super Disc (8 nagyvállalat, köztük a Toshiba és a Time Warner). Később a két irány egyesült az IBM vállalat hatására. Az IBM meggyőzte a partnereket, hogy ne ismételjék meg a "formátumok háborúja" eseményeit, amikor a 'Video Home System' és a 'Betamax' videokazetták között folyt a harc.
A technológiát 1995 szeptemberében jelentették be, ugyanebben az évben a fejlesztők közzétették a specifikációkat. Az első írható DVD-meghajtó 1997-ben jelent meg.
Az írási kapacitás növelése a korábbi méretek megtartása mellett a 650 nm hullámhosszú vörös lézer használatával valósult meg. A sávok lépése kétszer kisebb, mint a CD-nél, és 0,74 mikrométer.
A Blu-Ray a legmodernabb optikai tárolóeszköz.
Még egy típusú optikai tároló, amely sokkal magasabb adatírási sűrűséggel rendelkezik, mint a CD vagy DVD. A szabványt az BDA nemzetközi konzorcium fejlesztette ki. Az első prototípus 2000 októberében jelent meg.
A technológia rövidhullámú lézer (405 nm hullámhossz) használatát teszi lehetővé, ahonnan a név is ered. Az 'e' betűt eltávolították, mivel a blue ray kifejezés elterjedt az angol nyelvben, és nem lehet levédetni. A kék (kék-lila) lézer használata lehetővé tette a sávok 0,32 μm-re való szűkítését, ezzel növelve az adatírás sűrűségét. A tároló olvasási sebessége 432 Mbit/s-ra nőtt.
UDF — univerzális lemezformátum
Az UDF egy operációs rendszertől független fájlrendszer-formátum specifikáció. Az optikai tárolókon — mint a CD, DVD és Blu-Ray — tárolandó fájlok számára lett kifejlesztve. Az UDF-nek nincs 2 és 4 GB korlátozása a felírt fájlokra, így ez a formátum tökéletesen alkalmas a nagy kapacitású lemezekhez — DVD-khez és Blu-Ray-hez.
Optikai lemezek és internet
A technológiai cégek folyamatosan fejlesztik az optikai lemezeket. A Sony és a Panasonic már 2016-ban képes volt az optikai tárolók kapacitását 3,3 TB-ra növelni. Emellett a lemezek működőképessége a Sony képviselői szerint akár 100 évig is megmarad.
Mindazonáltal az összes optikai lemezfajta fokozatosan veszít népszerűségéből — az internet fejlődésével a felhasználók számára csökken az igény a lemezeken történő adatgyűjtésre. Az információt felhőben lehet tárolni, ami sokkal kényelmesebb (hogy mennyire biztonságosabb — ez más kérdés). A kompakt lemezek már nem olyan népszerűek, mint néhány évvel ezelőtt, de a teljes feledés (mint a hangkazetták esetében) valószínűleg nem fenyegeti őket — továbbra is használni fogják őket üzleti célú fontos információk archiválására.
Ha a terabájtos optikai lemezek sorozatgyártásba kerülnek, akkor alkalmazásuk korlátozott lesz — lehet, hogy 4K filmek és modern játékok széleskörű bónuszokkal való terjesztésére fogják használni őket. Leginkább biztonsági másolatok készítésére fognak használni. Ha a Sony igazat mond a felírt adatok évszázados megőrzéséről, akkor az üzletág nagyon aktívan fogja használni az új technológiát.
Forrás: habr.com
