Optische compacte schijfjes kwamen in 1982 op de markt, maar het prototype werd al eerder gepresenteerd — in 1979. Aanvankelijk werden de schijfjes ontwikkeld als vervanging voor vinylplaten, als een kwaliteitsvoller en betrouwbaarder opslagmedium. Er wordt aangenomen dat laserdisc's het resultaat zijn van de samenwerking tussen twee technologiebedrijven — de Japanse Sony en de Nederlandse Philips.
De onderliggende technologie van 'koudelaser', die de ontwikkeling van laserdiscs mogelijk maakte, werd echter ontwikkeld door Sovjet-wetenschappers. en . Voor hun uitvinding kregen ze de Nobelprijs. Vervolgens ontwikkelde de technologie zich verder en in de jaren '70 vond Philips een manier om compacte schijven op te nemen, wat de basis vormde voor de CD. In eerste instantie creëerden de ingenieurs van het bedrijf ALP (audio long play) als alternatief voor vinylplaten.
De diameter van ALP-schijven was ongeveer 30 centimeter. Al snel verminderden de ingenieurs de diameter van de schijven, waardoor de speeltijd werd teruggebracht tot 1 uur. Laserdiscs en het afspeelapparaat ervoor werden voor het eerst door Philips in 1979. Na deze presentatie begon het bedrijf naar een partner te zoeken om verder aan het project te werken — de technologie werd door de ontwikkelaars gezien als internationaal, en het was moeilijk om deze zelf tot het vereiste niveau te ontwikkelen en populair te maken.
Het begin van alles
De leiding besloot te proberen contacten te leggen met technologiebedrijven uit Japan, dat op dat moment op het gebied van hi-end technologieën voorop liep. Daarom stuurden de Philips-delegaten naar het land, waar ze de president van Sony konden ontmoeten, die geïnteresseerd was in de technologie.
Bijna onmiddellijk was er Het team van ingenieurs van Philips-Sony ontwikkelde de eerste specificaties voor de technologie. De vice-president van Sony drong aan op een grotere schijfcapaciteit, omdat hij wilde dat de schijf de negende symfonie van Beethoven kon bevatten, waarvoor de capaciteit werd vergroot van 1 uur naar 74 minuten (er is ook de opvatting dat dit gewoon een mooi marketingverhaal is). De hoeveelheid gegevens die op zo'n schijf passen, bedraagt 640 MB. De ingenieurs ontwikkelden ook de geluidskwaliteitparameters. Zo werd de bemonsteringsfrequentie van de stereosignalen vastgesteld op 44,1 kHz (voor één kanaal 22,05 kHz) met een resolutie van elk 16 bits. Zo ontstond de Red Book-standaard.
De naam van de nieuwe technologie kwam niet uit het niets - deze werd gekozen uit verschillende opties, waaronder Minirack, Mini Disc, Compact Rack. Uiteindelijk verenigden de ontwikkelaars twee namen, wat resulteerde in het hybride Compact Disc. Deze naam werd niet in de laatste plaats gekozen vanwege de toenemende populariteit van audiocassettes (de technologie ).
Philips en Sony speelden ook een cruciale rol in de ontwikkeling van de specificatie van de eerste digitale compact discs, die de naam Yellow Book of CD-ROM kregen. De nieuwe specificatie maakte het mogelijk om op discs niet alleen audio, maar ook tekst- en grafische gegevens op te slaan. Het type schijf werd automatisch bepaald bij het lezen van de kop. Het probleem was dat een compact disc die voldeed aan de Yellow Book-norm, alleen werkte met een bepaald type opslagapparaten, die niet universeel waren.
Op 17 augustus 1982 werd de eerste CD geproduceerd in de Philips-fabriek in de Duitse stad Langenhagen. Hierop was het album van de groep ABBA opgenomen. Het is opmerkelijk dat de laklaag op de eerste schijven niet van goede kwaliteit was, waardoor kopers van de compact discs ze vaak beschadigden. In de loop der tijd verbeterde de kwaliteit van de schijven. De eerste paar jaar werden ze uitsluitend gebruikt in hi-fi-apparatuur en dienden ze als vervanging voor vinylplaten en cassettes.
Sinds 2000 zijn er schijven van 700 MB op de markt gekomen, die het mogelijk maakten om audio op te nemen met een totale duur van maximaal 80 minuten. Ze hebben de 650 MB schijven volledig van de markt verdrongen. Er zijn ook schijven van 800 MB, maar deze zijn niet compatibel met alle spelers, waardoor dergelijke schijven geen brede verspreiding hebben gevonden. De capaciteit voor gegevensopslag werd vergroot door de afstand tussen de sporen te verkleinen. Bijvoorbeeld, de schijven van 650 MB hebben een afstand tussen de sporen van 1,7 µm, terwijl dit bij de 800 MB schijven is verlaagd tot 1,5 µm. Ook bedraagt de snelheid voor de eerste schijven 1,41 m/s en voor de tweede 1,39 m/s.
Hoe het werkt
Een schijf bestaat uit verschillende lagen. De onderlaag is van polycarbonaat, met een dikte van 1,2 mm en een diameter van 120 mm. Op deze onderlaag bevindt zich nog een laag van metaal (dit kan goud, zilver of, vaker, aluminium zijn). Vervolgens wordt de metalen laag beschermd met een lak, waarop grafische afbeeldingen worden aangebracht. De onderlaag beschermt de metalen laag effectief, zodat diepere krassen het lezen nauwelijks beïnvloeden. De diameter van het gat in de schijf is 15 mm.
Het opslagformaat voor schijven is (waar eerder over werd gesproken). Fouten bij het lezen worden gecorrigeerd met behulp van de Reed-Solomon-code, waardoor lichte krassen de leesbaarheid van de schijf niet verminderen.
Gegevens worden op de schijf geschreven in de vorm van een spiraalvormig spoor van zogenaamde pits (verdiepingen), die in de polycarbonaatbasis worden geperst. De diepte van elke pit is ongeveer 100 nm, en de breedte is 500 nm. De lengte van een pit varieert van 850 nm tot 3,5 µm. Pits verspreiden of absorberen licht, terwijl de onderlaag dit weerkaatst. Op deze manier is de geschreven schijf een uitstekend voorbeeld van een reflecterende diffractierooster.
De schijf wordt uitgelezen met een laserstraal van 780 nm, die wordt uitgezonden door een halfgeleiderlaser. Het principe van de uitlezing is gebaseerd op het registreren van de verandering in de intensiteit van het gereflecteerde licht. De laserstraal convergeert op de informatie-laag, waarbij de diameter van de lichtvlek in dit geval 1,2 µm bedraagt. Het maximale signaal wordt geregistreerd tussen de pits. Wanneer het licht op een pit valt, wordt er een lagere intensiteit geregistreerd. Veranderingen in intensiteit worden omgezet in een elektrisch signaal, waarmee de apparatuur werkt.
Hoe een schijf wordt gemaakt
- De eerste fase omvat het voorbereiden van gegevens voor massaproductie;
- Fotolithografie is de tweede fase, een proces waarbij een schijfstempel wordt gemaakt. Eerst wordt een glazen schijf gemaakt waarop een laag fotoreactief materiaal wordt aangebracht, waarop de informatie wordt opgeslagen. Het materiaal verandert zijn fysisch-chemische eigenschappen onder de invloed van licht;
- Gegevens worden geschreven met behulp van een laserstraal. Bij een toegenomen laserkracht (wanneer een pit moet worden gemaakt) breken de chemische bindingen van de moleculen in het fotoreactieve materiaal en verhardt het;
- Het fotoreactieve materiaal wordt geëtst (met verschillende methoden, van plasma tot zuur), waarbij de gebieden die niet door de laser zijn aangetast van de matrix worden verwijderd;
- De schijf wordt in een galvanische bad geplaatst, waar een laag nikkel op het oppervlak wordt afgezet;
- De schijven worden onder hoge druk gegoten, waarbij de oorspronkelijke glazen schijf als oorsprong dient;
- Vervolgens wordt er metaal op de informatieve laag neergestort;
- Aan de buitenkant wordt een beschermende coating aangebracht, waarop vervolgens een grafische afbeelding wordt aangebracht.
Maar hoe zit het met CD-RW?
CD-RW is een soort compact disc die in 1997 werd geïntroduceerd. Oorspronkelijk werd de standaard genoemd (CD-E, uitwisbare compact disc).
Dit was een echte doorbraak op het gebied van gegevensopslag en -registratie. Het verkrijgen van een goedkope en ruime gegevensdrager was de droom van duizenden ingenieurs en gebruikers. CD-RW is qua structuur en werking vergelijkbaar met een gewone CD, maar het lagere opnamelaag is anders — het is een gespecialiseerde legering van chalcogeniden. Meestal wordt zilver-indium-antimoon-telluur gebruikt. Bij verhitting boven de smelttemperatuur verandert deze legering van een kristallijne naar een amorfe toestand.
De fasoverandering is in dit geval omkeerbaar, wat de basis vormt voor het herschrijfproces. De dikte van de actieve laag van de schijf bedraagt slechts 0,1 µm, waardoor het gemakkelijk is om met een laser op het materiaal in te werken. Het schrijfproces vindt plaats onder invloed van de laserstraal, waarbij de actieve laag in een vloeibare toestand overgaat (de gebieden die door de laser zijn geraakt). Vervolgens diffundeert de warmte naar het substraat en gaat de vloeistof over in een amorfe toestand. De amorfe secties veranderen in eigenschappen zoals elektrische geleidingscapaciteit, reflectiefactor en dus ook de intensiteit van het gereflecteerde licht. Dit draagt informatie over de opname op de schijf. Lezen gebeurt met een laser van lagere kracht, die geen invloed heeft op de actieve laag. Bij het schrijven wordt de actieve laag verwarmd tot 200 graden Celsius, waardoor deze opnieuw een faseovergang naar de kristallijne toestand kan maken.
Meervoudig gebruik van CD-RW leidt tot mechanische vermoeidheid van de werklaag. Daarom gebruikten de ingenieurs die de technologie ontwikkelden, materialen met een lage vermoeidheidsopbouw. CD-RW kan ongeveer duizend heropnamecycli aan.
DVD — nog meer capaciteit!
De eerste DVD's verschenen in Japan in 1996, als reactie op de vraag van gebruikers en bedrijven naar steeds meer opslagcapaciteit. Oorspronkelijk werden de schijven met hoge capaciteit ontwikkeld door verschillende bedrijven. Er ontstonden twee onafhankelijke ontwikkelingsrichtingen: Multimedia Compact Disc (Philips en Sony) en Super Disc (8 grote bedrijven, waaronder Toshiba en Time Warner). Iets later fuseerden beide richtingen onder invloed van het IBM-concern. Zij overtuigden hun partners om de gebeurtenissen uit de "format oorlogen" te vermijden, toen er een strijd was voor prioriteit tussen de standaarden van videobanden "Video Home System" en "Betamax".
De technologie werd aangekondigd in september 1995, in datzelfde jaar publiceerden de ontwikkelaars de specificaties. De eerste schrijfbare DVD-speler kwam in 1997 op de markt.
De opnamecapaciteit werd vergroot zonder de afmetingen te veranderen door gebruik te maken van een rode laser met een golflengte van 650 nm. De spoed van de sporen is op dit moment twee keer zo klein als die van een CD en bedraagt 0,74 µm.
Blu-Ray — het meest moderne optische opslagmedium
Een andere variant van optische opslagmedia met een veel hogere gegevensopslagdichtheid dan CD's of DVD's. De standaard werd ontwikkeld door het internationale consortium BDA. De eerste prototype verscheen in oktober 2000.
De technologie maakt gebruik van een korte-golf laser (golflengte 405 nm), waar de naam vandaan komt. De letter 'e' is weggelaten, omdat de term blue ray algemeen wordt gebruikt in het Engels en niet wordt gepatenteerd. Het gebruik van een blauwe (blauw-paarse) laser maakte het mogelijk om de spoorbreedte te verkleinen tot 0,32 μm, wat de gegevensopslagdichtheid verhoogde. De leessnelheid van het medium is verhoogd tot 432 Mbit/s.
UDF - universeel schijfformaat
UDF is een specificatie voor een bestandssysteem dat onafhankelijk is van het besturingssysteem. Het is ontwikkeld voor het opslaan van bestanden op optische media - zowel CD's als DVD's en Blu-Ray. UDF heeft geen beperkingen van 2 en 4 GB voor schrijfbare bestanden, waardoor dit formaat ideaal is voor schijven met een verhoogde capaciteit - DVD's en Blu-Ray.
Optische schijven en internet
Technologiebedrijven blijven optische schijven verbeteren. Zo konden Sony en Panasonic in 2016 de capaciteit van optische media verhogen tot 3,3 TB. Volgens vertegenwoordigers van Sony blijft de werking van de schijven tot wel 100 jaar.
Desondanks verliest elk type optische schijf geleidelijk aan populariteit - met de ontwikkeling van internet is er voor gebruikers steeds minder behoefte om gegevens op schijven op te slaan. Informatie kan in de cloud worden opgeslagen, wat veel handiger is (hoe veilig dat is, is een andere vraag). Cd's zijn al lang niet zo populair meer als enkele jaren geleden, maar volledige vergetelheid (zoals bij audiocassettes) zal ze waarschijnlijk niet overkomen - ze zullen worden gebruikt voor het creëren van archieven van belangrijke bedrijfsinformatie.
Als terabyte optische schijven in productie gaan, zal hun gebruik beperkt zijn - misschien zullen ze worden gebruikt voor het verspreiden van 4K-films en moderne games met verschillende bonusinhouden. Maar ze zullen vooral worden gebruikt voor het maken van back-ups. En als Sony de waarheid spreekt over de eeuwige opslag van geschreven gegevens, zal het bedrijfsleven deze nieuwe technologie zeer actief gebruiken.
Bron: habr.com
