Dyski kompaktowe stały się ogólnie dostępne w 1982 roku, a prototyp pojawił się jeszcze wcześniej — w 1979 roku. Początkowo opracowywano je jako zamiennik dysków winylowych, jako nośnik o lepszej jakości i większej niezawodności. Uważa się, że dyski laserowe są wynikiem wspólnej pracy zespołów dwóch korporacji technologicznych — japońskiej Sony i holenderskiej Philips.
Podstawowa technologia „zimnych laserów”, która umożliwiła powstanie dysków laserowych, została opracowana przez radzieckich naukowców i . Za swoje odkrycie otrzymali Nagrodę Nobla. W kolejnych latach technologia rozwijała się, a w latach 70. Philips opracował sposób nagrywania dysków kompaktowych, co stało się podstawą CD. Początkowo inżynierowie firmy stworzyli ALP (audio long play) jako alternatywę dla winylowych płyt.
Średnica dysków ALP wynosiła około 30 centymetrów. Niedługo później inżynierowie zmniejszyli średnicę dysków, a czas odtwarzania skrócił się do 1 godziny. Dyski laserowe oraz urządzenie do ich odtwarzania zostały po raz pierwszy przez Philips w 1979 roku. Po tym firma zaczęła szukać partnera do dalszej pracy nad projektem — technologia była postrzegana przez twórców jako międzynarodowa, a rozwijanie jej na własną rękę oraz popularyzowanie było trudne.
Początek wszystkiego
Kierownictwo zdecydowało się spróbować nawiązać kontakty z technologicznymi firmami z Japonii, wówczas kraj ten był na czołowej pozycji w technologii hi-end. W tym celu do kraju wysłano delegatów Philips, którzy zdołali spotkać się z prezydentem Sony, który zainteresował się technologią.
Niemal natychmiast została Zespół inżynierów Philips-Sony opracował pierwsze specyfikacje technologii. Wiceprezydent Sony nalegał na zwiększenie pojemności dysku, chciał, aby kompakty mogły pomieścić dziewiątą symfonię Beethovena, co skutkowało rozszerzeniem pojemności z 1 godziny do 74 minut (niektórzy twierdzą, że to tylko ładna historia marketingowa). Pojemność danych na takim dysku wynosiła 640 MB. Inżynierowie opracowali również parametry jakości dźwięku. Na przykład, częstotliwość próbkowania sygnałów stereo została ustalona na poziomie 44,1 kHz (dla jednego kanału 22,05 kHz) z rozdzielczością każdego wynoszącą 16 bitów. Tak powstał standard Red Book.
Nazwa nowej technologii nie pojawiła się nagle — wybrano ją spośród kilku opcji, w tym Minirack, Mini Disc, Compact Rack. Ostatecznie twórcy połączyli dwie nazwy, uzyskując hybrydowy Compact Disc. Nazwa ta została wybrana nie bez powodu, z uwagi na rosnącą popularność kaset audio (technologia ).
Philips i Sony również odegrali kluczową rolę w opracowaniu specyfikacji pierwszych cyfrowych kompaktowych dysków, które otrzymały nazwę Yellow Book lub CD-ROM. Nowa specyfikacja umożliwiła przechowywanie na dyskach nie tylko dźwięku, ale także danych tekstowych i graficznych. Typ dysku był automatycznie określany podczas odczytu nagłówka. Problem polegał na tym, że kompaktowy dysk zgodny z normą Yellow Book mógł działać tylko z określonym typem nośników, które nie były uniwersalne.
17 sierpnia 1982 roku w fabryce Philips w niemieckim mieście Langenhagen wydano pierwszy CD. Na nim znajdował się album zespołu ABBA. Warto jednak zauważyć, że lakierowe pokrycie pierwszych dysków nie było zbyt wysokiej jakości, dlatego kupujący często je uszkadzali. Z biegiem czasu jakość dysków poprawiła się. Przez pierwsze kilka lat były one używane wyłącznie w sprzęcie hi-fi, stanowiły zamiennik dla płyt winylowych i kaset.
Od 2000 roku na rynku dostępne stały się płyty o pojemności 700 MB, które umożliwiały nagrywanie audio o łącznej długości do 80 minut. Całkowicie wyparły z rynku płyty o pojemności 650 MB. Istnieją również nośniki o pojemności 800 MB, ale nie były one kompatybilne z wszystkimi napędami, dlatego te płyty nie zyskały szczególnej popularności. Zwiększenie dostępnej przestrzeni do przechowywania danych było możliwe dzięki zmniejszeniu odległości między ścieżkami. Na przykład, w przypadku płyt o pojemności 650 MB odległość między ścieżkami wynosi 1,7 μm, a w przypadku płyt 800 MB wskaźnik ten został zmniejszony do 1,5 μm. Ponadto, w przypadku pierwszych prędkość wynosi 1,41 m/s, a w przypadku drugich 1,39 m/s.
Jak to działa
Płyta składa się z kilku warstw. Podkładka — poliwęglanowa, jej grubość wynosi 1,2 mm, średnica — 120 mm. Na podkładce znajduje się kolejna warstwa — metal (może to być złoto, srebro lub, najczęściej — aluminium). Następnie warstwa metalowa jest chroniona za pomocą lakieru, na którym nanosi się grafikę. Podkładka skutecznie chroni warstwę metalową, dlatego odczyt jest zakłócany tylko przez bardzo głębokie zarysowania. Średnica otworu w płycie wynosi 15 mm.
Format przechowywania danych dla płyt — (o nim mowa była wcześniej). Błędy podczas odczytu są korygowane przy pomocy kodu Reed-Solomon, dlatego lekkie zarysowania nie wpływają na czytelność płyty.
Dane na płycie są zapisywane w postaci spiralnej ścieżki z tzw. pitów (dołków), które są wyciskane w poliwęglanowej podstawie. Głębokość każdego pitu wynosi około 100 nm, a szerokość — 500 nm. Długość pitu wynosi od 850 nm do 3,5 μm. Pity rozpraszają lub pochłaniają światło, a podkładka — odbija je. W ten sposób nagrana płyta stanowi doskonały przykład odbiciowej siatki dyfrakcyjnej.
Płyta odczytywana jest przy pomocy wiązki laserowej o długości fali 780 nm, emitowanej przez laser półprzewodnikowy. Zasada odczytu opiera się na rejestracji zmiany intensywności odbitego światła. Wiązka laserowa koncentruje się na warstwie informacyjnej, średnica plamki świetlnej w tym przypadku wynosi 1,2 μm. Maksymalny sygnał jest rejestrowany między pitami. W przypadku naświetlenia pitu rejestrowana jest mniejsza intensywność światła. Zmiany intensywności są przekształcane w sygnał elektryczny, z którym pracuje sprzęt.
Jak tworzy się płytę
- Pierwszy etap polega na przygotowaniu danych do masowej produkcji;
- Fotolitografia to drugi etap, proces tworzenia matrycy dysku. Najpierw tworzy się szklany dysk, na który nakłada się warstwę materiału fotorezystywnego, na którym zapisywane są informacje. Materiał zmienia swoje właściwości fizykochemiczne pod wpływem światła;
- Zapisywanie danych odbywa się za pomocą wiązki laserowej. Przy zwiększeniu mocy lasera (gdy trzeba stworzyć pit) chemiczne wiązania cząsteczek materiału fotorezystywnego ulegają zniszczeniu, a on twardnieje;
- Fotorezyst jest trawiony (na różne sposoby, od plazmy po kwas), a z matrycy usuwane są obszary, które nie były narażone na działanie lasera;
- Dysk umieszczany jest w wannie galwanicznej, gdzie na jego powierzchni osadza się warstwa niklu;
- Dyski są wytłaczane w procesie wtrysku, przy użyciu pierwotnego szklanego dysku;
- Następnie na warstwę informacyjną nanoszona jest metalowa powłoka;
- Na zewnętrzną stronę nakłada się lakier ochronny, na którym następnie umieszczane jest graficzne odwzorowanie.
A co z CD-RW?
CD-RW to rodzaj płyty kompaktowej, która pojawiła się w 1997 roku. Początkowo standard nosił nazwę (CD-E, wymazywalna płyta kompaktowa).
To był prawdziwy przełom w dziedzinie zapisu i przechowywania informacji. Otrzymanie taniego i pojemnego nośnika informacji było marzeniem tysięcy inżynierów i użytkowników. CD-RW ma podobną strukturę i zasadę działania do zwykłego CD, ale warstwa zapisująca jest inna — to specjalistyczny stop chalcogenidów. Najczęściej stosuje się srebrno-indowo-skalene-tellur.
Przejście fazowe w tym przypadku jest odwracalne, co stanowi podstawę procesu zapisu. Grubość aktywnej warstwy dysku wynosi zaledwie 0,1 μm, dzięki czemu laser łatwo działa na substancję. Proces zapisu odbywa się pod wpływem wiązki laserowej, aktywna warstwa w tym przypadku przechodzi w stan ciekły (te obszary, na które działał laser). Następnie ciepło dyfunduje do podłoża, a ciecz przechodzi w stan amorficzny. U odcinków amorficznych zmieniają się takie cechy, jak przenikalność dielektryczna, współczynnik odbicia i w związku z tym intensywność odbitego światła. Niesie ona informacje o zapisie na dysku. Odczyt odbywa się za pomocą lasera o mniejszej mocy, który nie może wpływać na aktywną warstwę. Podczas zapisu aktywna warstwa nagrzewa się do 200 stopni Celsjusza, co pozwala jej ponownie przejść w stan krystaliczny.
Wielokrotne użycie CD-RW prowadzi do mechanicznego zmęczenia warstwy roboczej. Dlatego inżynierowie, którzy opracowywali technologię, wykorzystali substancje o niskim współczynniku akumulacji zmęczenia. CD-RW może wytrzymać około tysiąca cykli zapisu.
DVD — jeszcze większa pojemność!
Pierwsze DVD pojawiły się w Japonii w 1996 roku, jako odpowiedź na zapotrzebowanie użytkowników i biznesu, którzy potrzebowali coraz bardziej pojemnych nośników. Początkowo dyski o wysokiej pojemności były opracowywane przez kilka firm. Powstały dwa niezależne kierunki rozwoju: Multimedia Compact Disc (Philips i Sony) oraz Super Disc (8 dużych korporacji, w tym Toshiba i Time Warner). Wkrótce oba kierunki połączyły się pod wpływem korporacji IBM, która przekonała partnerów, aby nie powtarzać wydarzeń sprzed lat związanych z „wojną formatów”, kiedy toczyła się walka o pierwszeństwo między standardami kaset wideo „Video Home System” i „BetaMax”.
Technologia została ogłoszona we wrześniu 1995 roku, a w tym samym roku deweloperzy opublikowali specyfikacje. Pierwsza nagrywarka DVD zadebiutowała w 1997 roku.
Zwiększenie pojemności zapisu przy zachowaniu poprzednich wymiarów udało się dzięki zastosowaniu czerwonego lasera o długości fali 650 nm. Krok ścieżki jest przy tym dwa razy mniejszy niż w przypadku CD i wynosi 0,74 μm.
Blu-Ray — najnowocześniejsze nośniki optyczne.
Inny rodzaj nośnika optycznego z znacznie wyższą gęstością zapisu danych niż CD czy DVD. Standard został opracowany przez międzynarodowy konsorcjum BDA. Pierwszy prototyp pojawił się w październiku 2000 roku.
Technologia przewiduje zastosowanie lasera krótkofalowego (długość fali 405 nm), stąd nazwa. Literę „e” usunięto, ponieważ wyrażenie blue ray jest powszechnie używane w języku angielskim i nie może być opatentowane. Zastosowanie niebieskiego (niebiesko-fioletowego) lasera pozwoliło na zwężenie ścieżki do 0,32 μm, zwiększając gęstość zapisu danych. Prędkość odczytu nośnika wzrosła do 432 Mbit/s.
UDF — uniwersalny format dysków
UDF to specyfikacja formatu systemu plików, niezależna od systemu operacyjnego. Została opracowana do przechowywania plików na nośnikach optycznych — zarówno CD, jak i DVD oraz Blu-Ray. UDF nie ma ograniczenia 2 i 4 GB dla zapisywanych plików, dlatego ten format idealnie nadaje się do dysków o zwiększonej pojemności — DVD i Blu-Ray.
Dyski optyczne i internet
Firmy technologiczne wciąż ulepszają dyski optyczne. Tak, Sony i Panasonic już w 2016 roku zwiększyły pojemność nośników optycznych do 3,3 TB. Przy tym, zdolność działania dysków według przedstawicieli Sony, utrzymuje się nawet do 100 lat.
Jednakże, wszystkie typy dysków optycznych stopniowo tracą popularność — wraz z rozwojem internetu znika potrzeba przechowywania danych na dyskach. Informacje można przechowywać w chmurze, co jest znacznie bardziej wygodne (czy to bezpieczniejsze — to inna kwestia). Kompaktowe płyty CD nie są już tak popularne jak kilka lat temu, ale prawdopodobnie nie czeka je całkowite zapomnienie (jak w przypadku kaset audio) — będą używane do tworzenia archiwów ważnych dla biznesu informacji.
Jeśli twarde dyski optyczne o pojemności terabajtów wejdą do produkcji, to ich wykorzystanie będzie ograniczone — być może będą one wykorzystywane do dystrybucji filmów w 4K oraz nowoczesnych gier z zestawem różnorodnych bonusów. Ale najaktywniej będą używane do tworzenia kopii zapasowych. A jeśli Sony mówi prawdę o wiecznej trwałości zapisanych danych, to biznes z pewnością aktywnie wykorzysta nową technologię.
Źródło: habr.com
