Optické kompaktné disky sa dostali do všeobecného predaja v roku 1982, prototyp sa objavil ešte skôr — v roku 1979. Pôvodne sa kompakty vyvíjali ako náhrada vinylových platní ako kvalitnejšie a spoľahlivejšie médium. Predpokladá sa, že laserové disky sú výsledkom spolupráce tímov dvoch technologických korporácií — japonskej Sony a holandskej Philips.
Pri tom základná technológia „studených laserov“, ktorá umožnila vznik laserových diskov, bola vyvinutá sovietskymi vedcami a . Za svoj vynález boli ocenení Nobelovou cenou. V nasledujúcom období sa technológia vyvíjala, a v 70. rokoch Philips vyvinul spôsob zápisu kompaktných diskov, ktorý položil základy CD. Najprv inžinieri firmy vytvorili ALP (audio long play) ako alternatívu k vinylovým platniam.
Priemer ALP-diskov bol približne 30 centimetrov. O niečo neskôr inžinieri zmenšili priemer diskov, pričom sa doba prehrávania znížila na 1 hodinu. Laserové disky a prehrávacie zariadenie pre ne boli prvýkrát Philips v roku 1979. Potom spoločnosť začala hľadať partnera na ďalšiu spoluprácu na projekte — technológia sa videla vývojárom ako medzinárodná a vyvinúť ju na potrebnú úroveň a popularizovať vlastnými silami bolo obtiažne.
Začiatok všetkého
Vedúci pracovníci sa rozhodli pokúsiť nadviazať kontakty s technologickými spoločnosťami z Japonska, v tom čase bola táto krajina na špici hi-end technológií. Na tento účel do krajiny vyrazili delegáti Philips, ktorí sa dokázali stretnúť s prezidentom Sony, ktorý sa zaujímal o technológiu.
Takmer ihneď bola tím inžinierov Philips-Sony, ktorí vyvinuli prvé špecifikácie technológie. Viceprezident Sony trval na zvýšení kapacity disku, chcel, aby disk mohol pojmúť Devätú symfóniu Beethovena, a preto sa kapacita disku rozšírila z 1 hodiny na 74 minút (existuje aj názor, že to je len pekný marketingový príbeh). Kapacita údajov, ktoré sa zmestia na takýto disk, bola 640 MB. Inžinieri vyvinuli aj parametre kvality zvuku. Napríklad, vzorkovacia frekvencia stereo signálov bola stanovená na úrovni 44,1 kHz (pre jeden kanál 22,05 kHz) s rozlíšením každého 16 bitov. Tak sa objavil štandard Red Book.
Názov novej technológie sa neobjavil náhodne — vybrali ho z niekoľkých variantov, vrátane Minirack, Mini Disc, Compact Rack. Nakoniec vývojári skombinovali dve názvy, čím získali hybridné Compact Disc. Nie v poslednom rade bol tento názov vybraný kvôli rastúcej popularite audiokaziet (technológia ).
Philips a Sony zohrali taktiež kľúčovú úlohu pri vývoji špecifikácie prvých digitálnych kompakt-diskov, ktorá bola pomenovaná Yellow Book alebo CD-ROM. Nová špecifikácia umožnila ukladať na diskoch nie len audio, ale aj textové a grafické údaje. Určenie typu disku sa uskutočnilo automaticky pri čítaní hlavičky. Problém bol v tom, že kompaktný disk zodpovedajúci štandardu Yellow Book mohol pracovať len s určitým typom pamäťových zariadení, ktoré neboli univerzálne.
17. augusta 1982 bol v závode Philips v nemeckom meste Langenhagen vydaný prvý CD. Na ňom bol nahraný album skupiny ABBA. Je potrebné poznamenať, že lakový povrch prvých diskov bol nie príliš kvalitný, a preto zákazníci často poškodzovali kompakty. V priebehu času sa kvalita diskov zlepšila. Prvé niekoľko rokov sa používali výhradne vo hi-fi zariadeniach, slúžili ako náhrada vinylovým platňam a kazetám.
Od roku 2000 sa na trhu objavili disky s kapacitou 700 MB, ktoré umožňujú zapisovať audio s celkovou dĺžkou až 80 minút. Tieto disky úplne vytlačili z trhu disky s kapacitou 650 MB. Existujú aj médiá s kapacitou 800 MB, ale nie sú vhodné pre všetky mechaniky, takže takéto disky nezískali zvláštnu popularitu. Zvýšiť objem dostupného úložného priestoru sa podarilo vďaka zníženiu vzdialenosti medzi stopami. Napríklad u diskov s kapacitou 650 MB je vzdialenosť medzi stopami 1,7 μm, zatiaľ čo u 800 MB diskov je tento údaj znížený na 1,5 μm. Rýchlosť prvých je 1,41 m/s, zatiaľ čo u druhých 1,39 m/s.
Ako to funguje
Disk sa skladá z niekoľkých vrstiev. Podložka je vyrobená z polykarbonátu, jej hrúbka je 1,2 mm, priemer je 120 mm. Na podložke sa nachádza ďalšia vrstva — kov (tým môže byť zlato, striebro alebo najčastejšie hliník). Ďalej je kovová vrstva chránená lakom, na ktorý sa nanáša grafika. Podložka spoľahlivo chráni kovovú vrstvu, takže čítaniu bránia len veľmi hlboké škrabance. Priemer otvoru na disku je 15 mm.
Formát ukladania údajov pre disky — (o ňom sa hovorilo vyššie). Chyby pri čítaní sa opravujú pomocou Reed-Solomon kódu, takže ľahké škrabance neznižujú čitateľnosť disku.
Údaje sa na disk zapisujú vo forme špirálovej stopy z tzv. pitov (vdĺžnení), ktoré sú vytlačené v polykarbonátovom základe. Hĺbka každého pitu je približne 100 nm, šírka je 500 nm. Dĺžka pitu je od 850 nm do 3,5 μm. Pity rozptyľujú alebo absorbujú svetlo, zatiaľ čo podložka ho odráža. Týmto spôsobom je zapísaný disk vynikajúcim príkladom odrazovej difrakčnej mriežky.
Disk sa číta pomocou laserového lúča s vlnovou dĺžkou 780 nm, ktorý vyžaruje polovodičový laser. Princíp čítania spočíva v registrácii zmeny intenzity odrazeného svetla. Laserový lúč sa sústreďuje na informačnej vrstve, priemer svetelnej škvrny je v tomto prípade 1,2 μm. Maximálny signál sa registruje medzi pitmi. V prípade, že laser zasiahne pit, registruje sa nižšia intenzita svetla. Zmeny intenzity sa prevádzajú na elektrický signál, s ktorým pracuje zariadenie.
Ako sa vytvára disk
- Prvý krok spočíva v príprave údajov na sériovú výrobu;
- Fotolitografia je druhý krok, proces vytvárania raznice disku. Najprv sa vytvorí sklenený disk, na ktorý sa nanesie vrstva fotorezistentného materiálu, na ktorý sa zaznamenajú informácie. Materiál mení svoje fyzikálne a chemické vlastnosti pod vplyvom svetla;
- Záznam údajov sa vykonáva pomocou laserového lúča. Pri zvýšení výkonu lasera (keď je potrebné vytvoriť pit) sa chemické väzby molekúl fotorezistentného materiálu rozpadnú a on sa zafixuje;
- Fotorezist sa leptá (rôznymi spôsobmi, od plazmy po kyselinu), z matrice sa odstraňujú oblasti, ktorými laser neovplyvnil;
- Disk sa umiestni do galvanickej vaničky, kde sa na jeho povrch nanáša vrstva niklu;
- Disky sa formujú liatím pod tlakom, pričom pôvodným zdrojom je pôvodný sklenený disk;
- Následne sa na informačnú vrstvu nanáša kov;
- Na vonkajšiu stranu sa nanáša ochranný lak, na ktorý sa už nanáša grafické zobrazenie.
A čo CD-RW?
CD-RW je druh kompaktného disku, ktorý sa objavil v roku 1997. Pôvodne sa tento štandard nazýval (CD-E, vymazateľný kompaktný disk).
To bol skutočný pokrok v oblasti záznamu a ukladania informácií. Získať cenovo dostupný a priestranný nosič informácií bolo snom tisícov inžinierov a používateľov. CD-RW má podobnú štruktúru a princíp činnosti ako obyčajný CD, ale zapisovacia vrstva je odlišná — je to špecializovaná zliatina chalcogenidov. Najčastejšie sa používa striebro-indium-antimón-telúr. Pri zahriatí nad teplotu tavenia prechádza táto zliatina z kryštalického stavu do amorfného.
Fázový přechod je v tomto případě vratný, což je základem pro proces přepisování. Tloušťka aktivní vrstvy disku je pouhých 0,1 μm, takže je laserem snadné ovlivnit látku. Proces zápisu probíhá při působení laserového paprsku, aktivní vrstva se v tomto případě mění na roztavený stav (v oblasti, na které laser působí). Teplo se dále difunduje do substrátu a roztavený stav přechází do amorfního stavu. U amorfních segmentů se mění takové vlastnosti, jako je dielektrická propustnost, koeficient odrazu a tím pádem intenzita odraženého světla. Ta nese informace o zápisu na disku. Čtení probíhá pomocí laseru s nižším výkonem, který nemůže ovlivnit aktivní vrstvu. Při zápisu se aktivní vrstva zahřívá na 200 stupňů Celsia, což jí umožňuje opět přejít do krystalického stavu.
Opakované použití CD-RW způsobuje mechanické unavení pracovní vrstvy. Proto inženýři, kteří vyvíjeli tuto technologii, použili látky s nízkým koeficientem akumulace únavy. CD-RW může vydržet přibližně tisíc cyklů přepisování.
DVD — ještě větší kapacita!
První DVD se objevila v Japonsku v roce 1996 jako odpověď na poptávku uživatelů a podniků po stále kapacitnějších médiích. Původně byla disky s vysokou kapacitou vyvíjeny hned několika firmami. Vznikly dva nezávislé směry vývoje: Multimedia Compact Disc (Philips a Sony) a Super Disc (8 velkých korporací, včetně Toshiby a Time Warner). O něco později se oba směry sloučily pod vlivem korporace IBM. Ta přesvědčila partnery, aby se neopakovaly události z dob "války formátů", kdy probíhala bitva o prioritu mezi standardy videokazet "Video Home System" a "Betamax".
Technologie byla oznámena v září 1995, ve stejném roce vývojáři zveřejnili specifikace. První zapisovací DVD mechanika spatřila světlo světa v roce 1997.
Zvýšení kapacity zápisu při zachování předchozích rozměrů se podařilo díky použití červeného laseru s vlnovou délkou 650 nm. Krok dráhy je přitom dvakrát menší než u CD a činí 0,74 μm.
Blu-Ray — nejmodernější optické médium
Ďalší typ optického nosiča s oveľa vyššou hustotou zápisu dát ako CD alebo DVD. Štandard bol vyvinutý medzinárodným konzorciom BDA. Prvý prototyp sa objavil v októbri 2000.
Technológia predpokladá použitie krátkovlnného lasera (vlnová dĺžka 405 nm), odkiaľ aj pochádza názov. Písmeno „e“ bolo odstránené, pretože výraz blue ray je bežne používaný v anglickom jazyku a nemôže byť patentovaný. Použitie modrého (modrofialového) lasera umožnilo zúžiť stopu na 0,32 μm, čo zvýšilo hustotu zápisu dát. Rýchlosť čítania nosiča bola zvýšená na 432 Mbit/s.
UDF — univerzálny diskový formát
UDF je špecifikácia formátu súborového systému, ktorá nezávisí od operačného systému. Bol vyvinutý na ukladanie súborov na optických nosičoch — ako CD, tak aj DVD a Blu-Ray. U UDF nie sú obmedzenia na 2 a 4 GB pre zapisované súbory, takže tento formát je ideálny pre disky s vyššou kapacitou — DVD a Blu-Ray.
Optické disky a internet
Technologické spoločnosti naďalej vylepšujú optické disky. Tak, Sony a Panasonic už v roku 2016 dokázali zvýšiť kapacitu optických nosičov na 3,3 TB. Funkčnosť diskov zostáva, podľa vyjadrenia zástupcov Sony, až do 100 rokov.
Napriek tomu všetky typy optických diskov postupne strácajú na popularite — s rozvojom internetu sa znižuje potreba používateľov ukladať dáta na disky. Informácie je možné ukladať v cloude, čo je oveľa pohodlnejšie (ako bezpečnejšie — to je iná otázka). Kompakt-disky už nie sú tak populárne ako pred pár rokmi, ale ich úplné zabudnutie (ako v prípade audiokaziet) im pravdepodobne nehrozí — budú sa používať na vytváranie archívov dôležitých obchodných informácií.
Ak by terabajtové optické disky šli do sériovej výroby, ich použitie by bolo obmedzené — možno s ich pomocou budú šíriť filmy v 4K a moderné hry s rôznymi bonusmi. Najaktívnejšie sa budú využívať na vytváranie záloh. A ak Sony hovorí pravdu o storočnej trvanlivosti zapísaných dát, tak obchod bude novú technológiu využívať veľmi aktívne.
Zdroj: habr.com
