Optické CD sa stali verejne dostupnými v roku 1982, prototyp vyšiel ešte skôr – v roku 1979. Spočiatku boli CD vyvíjané ako náhrada vinylových diskov, ako kvalitnejšie a spoľahlivejšie médium. Predpokladá sa, že laserové disky sú výsledkom spoločnej práce tímov dvoch technologických korporácií – japonskej Sony a holandskej Philips.
Sovietski vedci zároveň vyvinuli základnú technológiu „studených laserov“, ktorá umožnila vzhľad laserových diskov. и . Za svoj vynález im bola udelená Nobelova cena. Technológia sa ďalej rozvíjala av 70. rokoch Philips vyvinul metódu nahrávania kompaktných diskov, ktorá znamenala začiatok CD. Po prvé, inžinieri spoločnosti vytvorili ALP (audio long play) ako alternatívu k vinylovým platniam.
Priemer ALP diskov bol približne 30 centimetrov. O niečo neskôr inžinieri zmenšili priemer diskov a čas prehrávania sa skrátil na 1 hodinu. Laserové disky a prehrávacie zariadenie na ne boli prvé Philips v roku 1979. Potom spoločnosť začala hľadať partnera pre ďalšiu prácu na projekte - vývojári vnímali technológiu ako medzinárodnú a bolo ťažké ju samostatne rozvinúť na požadovanú úroveň a spopularizovať.
Začiatok všetkého
Vedenie sa rozhodlo, že skúsi nadviazať kontakty s technologickými spoločnosťami z Japonska, v tom čase bola táto krajina na špici hi-end technológií. Aby to urobili, delegáti Philipsu odišli do krajiny a podarilo sa im stretnúť s prezidentom Sony, ktorý sa začal o technológiu zaujímať.
Takmer okamžite tam bolo tím inžinierov Philips-Sony vyvinul prvé špecifikácie technológie. Viceprezident Sony trval na zvýšení hlasitosti disku, chcel, aby sa do kompaktu zmestila Beethovenova deviata symfónia, pri ktorej sa hlasitosť disku rozšírila z 1 hodiny na 74 minút (existuje aj názor, že je to len krásny marketingový príbeh). Množstvo dát, ktoré sa na takýto disk zmestí, je 640 MB. Inžinieri vyvinuli aj parametre kvality zvuku. Napríklad vzorkovacia frekvencia stereo signálov bola regulovaná na 44,1 kHz (pre jeden kanál 22,05 kHz) s bitovou šírkou každého 16 bitov. Takto sa objavil štandard Červenej knihy.
Názov novej technológie sa neobjavil náhle - bol vybraný z niekoľkých možností vrátane Minirack, Mini Disc, Compact Rack. Výsledkom bolo, že vývojári spojili tieto dva tituly, výsledkom čoho je hybridný kompaktný disk. V neposlednom rade bol tento názov zvolený kvôli rastúcej popularite audiokaziet (techn ).
Spoločnosti Philips a Sony tiež zohrali kľúčovú úlohu pri vývoji špecifikácie pre prvé digitálne kompaktné disky nazývané Yellow Book alebo CD-ROM. Nová špecifikácia umožnila ukladať na disky nielen zvukové, ale aj textové a grafické dáta. Typ disku sa určil automaticky pri čítaní hlavičky. Problém bol v tom, že CD kompatibilné so žltou knihou mohlo fungovať len s určitým typom mechaniky, čo nebolo univerzálne.
17. augusta 1982 vyšlo prvé CD v továrni Philips v nemeckom Langenhagene. Album bol nahraný na ňom skupina ABBA. Stojí za zmienku, že lakovanie prvých diskov nebolo veľmi kvalitné, takže kupujúci kompaktov ich často poškodzovali. Postupom času sa kvalita diskov zlepšila. Prvé roky sa používali výlučne v hi-fi zariadeniach, používali sa ako náhrada vinylových platní a kaziet.
Od roku 2000 sa začali predávať 700 MB disky, ktoré umožňovali nahrávať zvuk v celkovej dĺžke až 80 minút. Úplne vytlačili 650 MB disky z trhu. Existujú aj 800 MB médiá, no tie neboli vhodné pre všetky mechaniky, takže takéto disky neboli nijako zvlášť rozšírené. Zmenšením vzdialenosti medzi skladbami bolo možné zväčšiť priestor na ukladanie dát. Takže napríklad pre disky s kapacitou 650 MB je vzdialenosť medzi stopami 1,7 mikrónu a pre 800 MB disky je toto číslo znížené na 1,5 mikrónu. Tiež pre prvý je rýchlosť 1,41 m/s a pre druhý 1,39 m/s.
Ako to funguje
Disk pozostáva z niekoľkých vrstiev. Podklad je polykarbonát, jeho hrúbka je 1,2 mm, priemer je 120 mm. Na podklad sa položí ďalšia vrstva – kov (môže to byť zlato, striebro alebo najčastejšie hliník). Ďalej je kovová vrstva chránená lakom, na ktorý je nanesená grafika. Substrát spoľahlivo chráni kovovú vrstvu, takže veľmi hlboké škrabance prekážajú pri čítaní. Priemer otvoru v kotúči je 15 mm.
Formát ukladania dát pre disky - (diskutované vyššie). Chyby čítania sú opravené pomocou Reed-Solomonovho kódu, takže ľahké škrabance neznižujú čitateľnosť disku.
Dáta sa na disk zapisujú vo forme špirálovej stopy takzvaných jamiek (výrezov), ktoré sú vytlačené do polykarbonátovej základne. Hĺbka každej jamy je približne 100 nm a šírka je 500 nm. Dĺžka jamky od 850 nm do 3,5 µm. Jamky rozptyľujú alebo absorbujú svetlo, substrát odráža. Zaznamenaný disk je teda vynikajúcim príkladom reflexnej difrakčnej mriežky.
Disk sa číta pomocou laserového lúča s vlnovou dĺžkou 780 nm, ktorý je vyžarovaný polovodičovým laserom. Princíp čítania spočíva v registrácii zmien intenzity odrazeného svetla. Laserový lúč sa teda zbieha na informačnú vrstvu, priemer svetelného bodu je v tomto prípade 1,2 mikrónu. Maximálny signál je zaznamenaný medzi jamkami. Ak zasiahne jamu, zaznamená sa nižšia intenzita svetla. Zmeny intenzity sa premieňajú na elektrický signál, s ktorým zariadenie pracuje.
Ako vzniká disk
- Prvou fázou je príprava údajov na spustenie do série;
- Fotolitografia je druhá fáza a je to proces vytvárania diskovej známky. Najprv sa vytvorí sklenený kotúč, na ktorý sa nanesie vrstva fotorezistového materiálu a zaznamenajú sa naň informácie. Materiál mení svoje fyzikálne a chemické vlastnosti pod vplyvom svetla;
- Údaje sa zaznamenávajú pomocou laserového lúča. Keď sa výkon lasera zvýši (keď je potrebné vytvoriť jamku), chemické väzby molekúl materiálu fotorezistu sa zničia a zamrzne;
- Fotorezist sa leptá (rôznymi spôsobmi, od plazmy po kyselinu), oblasti, ktoré nie sú ovplyvnené laserom, sú z matrice odstránené;
- Disk je umiestnený v galvanickom kúpeli, kde je na jeho povrchu nanesená vrstva niklu;
- Disky sú lisované vstrekovaním s použitím pôvodného skleneného disku ako východiskového materiálu;
- Ďalej sa na informačnú vrstvu nastrieka kov;
- Na vonkajšiu stranu je nanesený ochranný lak, na ktorom je už nanesený grafický obrázok.
A čo CD-RW?
CD-RW je typ kompaktného disku, ktorý bol predstavený v roku 1997. Štandard bol pôvodne tzv (CD-E, kompaktný disk vymazateľný).
To bol skutočný prelom v oblasti zaznamenávania a uchovávania informácií. Koniec koncov, získať lacné a priestranné pamäťové médium bolo snom tisícov inžinierov a používateľov. CD-RW sa štruktúrou a princípom fungovania podobá bežnému CD, no záznamová vrstva je iná – ide o špecializovanú zliatinu chalkogenidov. Najčastejšie sa používa striebro-indium-antimón-telúr. Pri zahriatí nad bod topenia sa takáto zliatina premení z kryštalického stavu na amorfný.
Fázový prechod je v tomto prípade reverzibilný, čo je základom pre proces prepisovania. Hrúbka aktívnej vrstvy disku je len 0,1 mikrónu, takže je ľahké ovplyvňovať látku laserom. Proces záznamu nastáva pri vystavení laserovému lúču; v tomto prípade sa aktívna vrstva zmení na taveninu (tie jej oblasti, ktoré boli ovplyvnené laserom). Potom teplo difunduje do substrátu a tavenina prejde do amorfného stavu. Pre amorfné segmenty sa menia charakteristiky ako dielektrická konštanta, odrazivosť a následne aj intenzita odrazeného svetla. Nesie informácie o zázname na disku. Čítanie sa vykonáva pomocou lasera s nižším výkonom, ktorý nemôže ovplyvniť aktívnu vrstvu. Počas záznamu sa aktívna vrstva zahreje na 200 stupňov Celzia, čo jej umožňuje opäť prejsť fázovým prechodom do kryštalického stavu.
Opakované používanie CD-RW vedie k mechanickej únave pracovnej vrstvy. Preto inžinieri, ktorí technológiu vyvinuli, použili látky s nízkym koeficientom únavy. CD-RW vydrží asi tisíc prepisovacích cyklov.
DVD – ešte väčšia kapacita!
Disky DVD sa prvýkrát objavili v Japonsku v roku 1996 ako reakcia na požiadavky spotrebiteľov a podnikov na čoraz väčšie pamäťové médiá. Spočiatku vysokokapacitné disky vyvíjalo niekoľko spoločností naraz. Objavili sa dva nezávislé smery vývoja: Multimedia Compact Disc (Philips a Sony), - Super Disc (8 veľkých spoločností vrátane Toshiba a Time Warner). O niečo neskôr sa oba smery pod vplyvom IBM zlúčili do jedného. Presvedčila partnerov, aby sa neopakovali udalosti „vojny formátov“, keď medzi Video Home System a videokazetovými štandardmi Betamax prebiehal boj o prioritu.
Technológia bola ohlásená v septembri 1995 a v tom istom roku vývojári zverejnili špecifikácie. Prvá DVD napaľovačka bola vydaná v roku 1997.
Zvýšiť záznamovú kapacitu pri zachovaní rovnakých rozmerov bolo možné vďaka použitiu červeného lasera s vlnovou dĺžkou 650 nm. Rozstup stopy je polovičný v porovnaní s CD a je 0,74 mikrónu.
Blu-Ray je najpokročilejšie optické médium
Iný typ optických médií s oveľa vyššou hustotou dát ako CD alebo DVD. Štandard vyvinulo medzinárodné konzorcium BDA. Prvý prototyp sa objavil v októbri 2000.
Technológia zahŕňa použitie krátkovlnného lasera (vlnová dĺžka 405 nm), odtiaľ názov. Písmeno „e“ bolo odstránené, pretože výraz modrý lúč je v angličtine bežný a nedá sa patentovať. Použitie modrého (modrofialového) lasera umožnilo zúžiť stopu na 0,32 mikrónu, čím sa zvýšila hustota záznamu dát. Rýchlosť čítania médií bola zvýšená na 432 Mbit/s.
UDF - Univerzálny formát disku
UDF je špecifikácia formátu systému súborov, ktorá je nezávislá od OS. Je určený na ukladanie súborov na optické médiá – CD, DVD aj Blu-Ray. UDF nemá limit 2 GB alebo 4 GB pre zapisovateľné súbory, takže je ideálny pre vysokokapacitné disky DVD a Blu-Ray.
Optické disky a internet
Technologické spoločnosti pokračujú v zlepšovaní optických diskov. Sony a Panasonic tak dokázali v roku 2016 zvýšiť kapacitu optických médií na 3,3 TB. Výkon diskov zároveň zostáva podľa predstaviteľov Sony až 100 rokov.
Všetky typy optických diskov však postupne strácajú na obľube – s rozvojom internetu sa pre používateľov vytráca potreba hromadiť dáta na diskoch. Informácie je možné ukladať do cloudu, čo je oveľa pohodlnejšie (iná otázka je, nakoľko je to bezpečné). CD už nie sú ani zďaleka také populárne ako pred pár rokmi, no s najväčšou pravdepodobnosťou nebudú čeliť úplnému zabudnutiu (ako v prípade audiokaziet) – budú slúžiť na vytváranie archívov dôležitých obchodných informácií.
Ak sa terabajtové optické disky dostanú do výroby, ich využitie bude obmedzené – možno budú slúžiť na distribúciu 4K filmov a moderných hier s najrôznejšími bonusmi. No predovšetkým budú slúžiť na vytváranie záloh. A ak Sony hovorí pravdu o stáročia starej bezpečnosti zaznamenaných dát, tak biznis bude novú technológiu využívať veľmi aktívne.
Zdroj: hab.com
