I dischi ottici hanno fatto il loro debutto nel 1982, con un prototipo già presentato nel 1979. Inizialmente, i dischi compatti venivano sviluppati come sostituto dei dischi in vinile, offrendo un supporto di archiviazione più affidabile e di qualità superiore. Si ritiene che i dischi laser siano il risultato della collaborazione tra due aziende tecnologiche, la giapponese Sony e l’olandese Philips.
La tecnologia di base dei "laser freddi", che ha reso possibile l'emergere dei dischi laser, è stata sviluppata da scienziati sovietici. e . Per la loro invenzione, sono stati premiati con il Premio Nobel. Successivamente, la tecnologia si è evoluta e negli anni '70, Philips ha sviluppato un metodo per la registrazione di dischi compatti, dando così origine al CD. Inizialmente, gli ingegneri hanno creato l'ALP (audio long play) come alternativa ai dischi in vinile.
Il diametro dei dischi ALP era di circa 30 centimetri. Poco dopo, gli ingegneri hanno ridotto il diametro dei dischi, diminuendo il tempo di riproduzione a 1 ora. I dischi laser e il dispositivo di riproduzione per essi sono stati Philips nel 1979. Dopo ciò, l'azienda iniziò a cercare un partner per ulteriori sviluppi del progetto: la tecnologia era vista dagli sviluppatori come internazionale e svilupparla e promuoverla autonomamente era difficile.
L'inizio di tutto
La direzione decise di tentare di stabilire contatti con aziende tecnologiche giapponesi, poiché in quel periodo il Giappone era all'avanguardia nelle tecnologie hi-end. A tal fine, delegati Philips si recarono nel paese e riuscirono a incontrare il presidente di Sony, il quale si dimostrò interessato alla tecnologia.
Quasi immediatamente fu Il team di ingegneri Philips-Sony ha sviluppato le prime specifiche della tecnologia. Il vicepresidente di Sony ha insistito per aumentare la capienza del disco perché desiderava che il disco compatto potesse contenere la nona sinfonia di Beethoven, per cui la durata del disco è stata ampliata da 1 ora a 74 minuti (c'è anche chi sostiene che sia solo una bella storia di marketing). La quantità di dati che possono essere memorizzati su un disco di questo tipo è di 640 MB. Gli ingegneri hanno anche sviluppato parametri per la qualità del suono. Ad esempio, la frequenza di campionamento dei segnali stereo era fissata a 44,1 kHz (per un canale 22,05 kHz) con una profondità di bit di 16. Così è nato lo standard Red Book.
Il nome della nuova tecnologia non è emerso per caso: è stato scelto tra diverse opzioni, tra cui Minirack, Mini Disc, Compact Rack. Alla fine, gli sviluppatori hanno unito due nomi, ottenendo il ibrido Compact Disc. Non da ultimo, questo nome è stato scelto a causa della crescente popolarità delle audiocassette (tecnologia ).
Philips e Sony hanno anche svolto un ruolo fondamentale nello sviluppo della specifica dei primi compact disc digitali, nota come Yellow Book o CD-ROM. La nuova specifica ha consentito di memorizzare sui dischi non solo audio, ma anche dati testuali e grafici. Il tipo di disco veniva identificato automaticamente durante la lettura del titolo. Il problema era che un compact disc conforme agli standard Yellow Book poteva funzionare solo con determinati tipi di lettori, che non erano universali.
Il 17 agosto 1982, nella fabbrica Philips nella città tedesca di Langenhagen, è stato prodotto il primo CD. Su di esso è stato registrato l'album del gruppo ABBA. Va notato che la finitura delle prime dischi non era di alta qualità, quindi i compratori spesso li rovinavano. Nel tempo, la qualità dei dischi è migliorata. Nei primi anni, venivano utilizzati esclusivamente in apparecchiature hi-fi, sostituendo i dischi in vinile e le cassette.
A partire dal 2000, sono state introdotte nel mercato dischi da 700 MB, che permettevano di registrare audio fino a 80 minuti. Questi dischi hanno completamente sostituito quelli da 650 MB. Esistono anche supporti da 800 MB, ma non erano compatibili con tutti i lettori, quindi non hanno avuto una diffusione significativa. L'aumento della capacità di archiviazione è stato possibile grazie alla riduzione della distanza tra le tracce. Ad esempio, nei dischi da 650 MB, la distanza tra le tracce è di 1,7 µm, mentre nei dischi da 800 MB questa misura è ridotta a 1,5 µm. Inoltre, la velocità dei primi è di 1,41 m/s, mentre quella dei secondi è di 1,39 m/s.
Come funziona
Il disco è composto da più strati. Il substrato è in policarbonato, con uno spessore di 1,2 mm e un diametro di 120 mm. Su questo substrato viene posizionato un ulteriore strato di metallo (che può essere oro, argento o, più comunemente, alluminio). Successivamente, lo strato metallico è protetto da uno smalto, su cui viene applicata la grafica. Il substrato protegge efficacemente lo strato metallico, rendendo difficoltosa la lettura in caso di graffi profondi. Il diametro del foro nel disco è di 15 mm.
Formato di archiviazione dei dati per i dischi — (di cui si parlava sopra). Gli errori di lettura vengono corretti mediante il codice Reed-Solomon, quindi leggere graffi leggeri non riduce la leggibilità del disco.
I dati vengono scritti sul disco sotto forma di traccia a spirale di cosiddetti pits (incavi), che vengono stampati nel substrato di policarbonato. La profondità di ciascun pit è di circa 100 nm, la larghezza è di 500 nm. La lunghezza di un pit varia da 850 nm a 3,5 μm. I pits disperdono o assorbono la luce, mentre il substrato riflette. In questo modo, il disco registrato è un ottimo esempio di reticolo di diffrazione riflettente.
Il disco viene letto tramite un raggio laser con una lunghezza d'onda di 780 nm, emesso da un laser a semiconduttore. Il principio di lettura consiste nella registrazione della variazione dell'intensità della luce riflessa. Così, il raggio laser si concentra sullo strato informativo, con un diametro del punto luminoso di 1,2 μm. Il segnale massimo viene registrato tra i pit. Quando la luce colpisce un pit, si registra un'intensità di luce inferiore. Le variazioni di intensità vengono convertite in un segnale elettrico, con cui lavora l'apparecchiatura.
Come viene creato un disco
- La prima fase consiste nella preparazione dei dati per l'avvio della produzione in serie;
- La fotolitografia è la seconda fase, un processo di creazione dello stampo del disco. Inizialmente si crea un disco di vetro, su cui viene applicato uno strato di materiale fotoreattivo, su cui vengono quindi memorizzate le informazioni. Il materiale cambia le sue proprietà fisico-chimiche sotto l'azione della luce;
- La registrazione dei dati avviene utilizzando un raggio laser. Aumentando la potenza del laser (quando è necessario creare un pit), i legami chimici delle molecole del materiale fotoreattivo vengono distrutti, e questo si indurisce;
- Il fotoreattivo viene trattato (in vari modi, dalla plasma all'acido), e le aree non colpite dal laser vengono rimosse dalla matrice;
- Il disco viene immerso in un bagno galvanico, dove viene depositato uno strato di nichel sulla sua superficie;
- I dischi vengono stampati mediante pressofusione, utilizzando come origine il disco di vetro iniziale;
- Successivamente, un metallo viene sputato sullo strato informativo;
- Sulla parte esterna viene applicato un rivestimento protettivo, su cui viene quindi applicata un'immagine grafica.
E cosa dire dei CD-RW?
Il CD-RW è una variante del compact disc, apparso nel 1997. Inizialmente, lo standard si chiamava (CD-E, compact disc riscrivibile).
È stata una vera rivoluzione nel campo della registrazione e dell'archiviazione delle informazioni. Infatti, avere un supporto informatico economico e capiente era il sogno di migliaia di ingegneri e utenti. Il CD-RW è simile per struttura e principio di funzionamento a un normale CD, ma il suo strato di registrazione è differente: si tratta di una lega specializzata di calcolgenuro. Spesso si utilizza una lega di argento-indio-antimonio-tellurio. Riscaldandola oltre il punto di fusione, tale lega passa dallo stato cristallino a quello amorfo.
La fase di transizione in questo caso è reversibile, il che costituisce la base per il processo di scrittura. Lo spessore dello strato attivo del disco è di soli 0,1 µm, quindi il laser può facilmente agire sulla sostanza. Il processo di scrittura avviene sotto l'azione di un raggio laser, che fa sì che lo strato attivo passi allo stato fuso (nelle aree colpite dal laser). Successivamente, il calore si diffonde nel substrato e il fuso passa in uno stato amorfo. Le caratteristiche degli segmenti amorfi, come la permittività dielettrica e il coefficiente di riflessione, cambiano, influenzando quindi l'intensità della luce riflessa. Questa contiene informazioni sulla scrittura sul disco. La lettura avviene mediante un laser di potenza inferiore, che non può influenzare lo strato attivo. Durante la scrittura, lo strato attivo viene riscaldato fino a 200 gradi Celsius, permettendo quindi un nuovo passaggio di fase verso uno stato cristallino.
L'uso ripetuto dei CD-RW porta all'affaticamento meccanico dello strato di registrazione. Per questo motivo, gli ingegneri che hanno sviluppato la tecnologia hanno utilizzato materiali con un basso coefficiente di accumulo di fatica. I CD-RW possono resistere a circa mille cicli di riscrittura.
DVD — ancora più capacità!
I primi DVD sono apparsi in Giappone nel 1996, come risposta alla richiesta di utenti e aziende per supporti sempre più capienti. Inizialmente, i dischi ad alta capacità sono stati sviluppati da diverse aziende. Sono emerse due direzioni indipendenti di sviluppo: Multimedia Compact Disc (Philips e Sony) e Super Disc (otto grandi corporazioni, tra cui Toshiba e Time Warner). Poco dopo, entrambi i direzioni si sono unite sotto l'influenza della IBM, che ha convinto i partner a non ripetere gli eventi del 'conflitto dei formati', quando c'era una battaglia tra gli standard delle videocassette 'Video Home System' e 'Betamax'.
La tecnologia è stata annunciata a settembre 1995 e nello stesso anno gli sviluppatori hanno pubblicato le specifiche. Il primo masterizzatore DVD è stato lanciato nel 1997.
La capacità di registrazione è stata aumentata mantenendo le dimensioni precedenti grazie all'uso di un laser rosso con una lunghezza d'onda di 650 nm. Il passo della pista è due volte più piccolo rispetto a un CD e ammonta a 0,74 µm.
Blu-Ray è il supporto ottico più moderno.
Un'altra tipologia di supporto ottico con una densità di registrazione significativamente superiore rispetto a CD o DVD. Lo standard è stato sviluppato dal consorzio internazionale BDA. Il primo prototipo è apparso nell'ottobre del 2000.
La tecnologia prevede l'uso di un laser a onde corte (lunghezza d'onda 405 nm), da cui deriva il nome. La lettera 'e' è stata rimossa poiché l'espressione blue ray è di uso comune in inglese e non può essere brevettata. L'uso di un laser blu (blu-violaceo) ha permesso di ridurre il passo della pista a 0,32 µm, aumentando la densità di registrazione dei dati. La velocità di lettura del supporto è aumentata a 432 Mbit/s.
UDF — Universal Disk Format
UDF è una specifica del formato del file system indipendente dal sistema operativo. È stata sviluppata per memorizzare file su supporti ottici, come CD, DVD e Blu-Ray. UDF non ha limiti di 2 e 4 GB per i file registrati, quindi questo formato è ideale per dischi ad alta capacità come DVD e Blu-Ray.
Dischi ottici e internet
Le aziende tecnologiche continuano a perfezionare i dischi ottici. Ad esempio, Sony e Panasonic nel 2016 sono riuscite ad aumentare la capacità dei supporti ottici a 3,3 TB. Inoltre, secondo i rappresentanti di Sony, la funzionalità dei dischi può durare fino a 100 anni.
Tuttavia, tutti i tipi di dischi ottici stanno gradualmente perdendo popolarità: con l'avanzamento di Internet, gli utenti trovano sempre meno necessità di archiviare dati su dischi. È possibile memorizzare informazioni nel cloud, il che è molto più comodo (per quanto riguarda la sicurezza, è un'altra questione). I compact disc non sono più così popolari come qualche anno fa, ma la possibilità di un completo oblio (come nel caso delle audiocassette) sembra improbabile: continueranno a essere utilizzati per creare archivi di informazioni aziendali importanti.
Se i dischi ottici da un terabyte entreranno in produzione, il loro utilizzo sarà limitato: potrebbero diventare un modo per distribuire film in 4K e giochi moderni con una serie di bonus. Ma saranno principalmente utilizzati per creare backup. E se Sony dice la verità sulla durata centenaria dei dati registrati, le aziende utilizzeranno questa nuova tecnologia in modo molto attivo.
Fonte: habr.com
