Optični kompaktni diski so v splošni rabi prvič prišli leta 1982, prototip pa je bil predstavljen že leta 1979. Sprva so kompaktne diske razvijali kot nadomestek za vinile, saj so predstavljali višjo kakovost in zanesljivejši prenosni medij. Menijo, da so laserski diski rezultat skupnega dela ekip dveh tehnoloških korporacij — japonske Sony in nizozemske Philips.
Osnovna tehnologija "hladnih laserjev", ki je omogočila pojav laserskih diskov, pa je bila razvita s strani sovjetskih znanstvenikov in . Za svoje odkritje sta prejela Nobelovo nagrado. Kasneje se je tehnologija razvijala, v 70. letih pa je Philips razvil način snemanja kompaktnih diskov, ki je začel zgodbo o CD-jih. Najprej so inženirji podjetja ustvarili ALP (audio long play) kot alternativo vinilnim ploščam.
Premer ALP diskov je znašal približno 30 centimetrov. Malo kasneje so inženirji zmanjšali premer diskov, čas predvajanja pa se je znižal na 1 uro. Laserski diski in naprava za njihovo predvajanje sta bili prvič Philipsu leta 1979. Po tem je podjetje začelo iskati partnerja za nadaljnje delo na projektu — tehnologija se je zdela razvijalcem mednarodna, težko pa je bilo razviti in popularizirati jo z lastnimi močmi.
Začetek vsega
Vodstvo je sprejelo odločitev, da poskusi vzpostaviti stike s tehnološkimi podjetji iz Japonske, ki je takrat bila v ospredju hi-end tehnologij. Za ta namen so v državo odpotovali delegati Philipa, ki so se uspeli sestati s predsednikom Sony, ki je bil zainteresiran za tehnologijo.
Skoraj takoj so bili ekipa inženirjev Philips-Sony je razvila prve specifikacije tehnologije. Podpredsednik Sonyja je vztrajal pri povečanju velikosti diska, želel je, da bi CD lahko sprejel deveto simfonijo Beethovna, zaradi česar so prostornino diska razširili z 1 ure na 74 minut (obstaja tudi mnenje, da gre tukaj za lepo marketinško zgodbo). Velikost podatkov, ki se lahko shranijo na takšnem disku, je znašala 640 MB. Inženirji so razvili tudi parametre kakovosti zvoka. Na primer, frekvenca vzorčenja stereo signalov je bila določena na ravni 44,1 kHz (za en kanal 22,05 kHz) s ločljivostjo 16 bitov. Tako je nastal standard Red Book.
Ime nove tehnologije se ni pojavilo kar samo od sebe - izbrali so ga iz več možnosti, vključno z Minirack, Mini Disc, Compact Rack. Na koncu so razvijalci združili dve imeni in dobili hibridni Compact Disc. To ime je bilo izbrano tudi zaradi naraščajoče priljubljenosti avdio kaset (tehnologija ).
Philips in Sony sta prav tako imela ključno vlogo pri razvoju specifikacije prvih digitalnih kompaktnih diskov, ki je dobila ime Yellow Book ali CD-ROM. Nova specifikacija je omogočila shranjevanje na diskih ne le avdio, temveč tudi besedilnih in grafičnih podatkov. Vrsta diska se je določila samodejno ob branju naslova. Težava je bila, da je lahko kompaktni disk, skladen s standardom Yellow Book, deloval le z določenimi tipi naprav za shranjevanje, ki niso bili univerzalni.
17. avgusta 1982 je bila v tovarni Philips v nemškem mestu Langenhagen izdelana prva CD. Na njem je bil posnet album skupine ABBA. Omeniti je treba, da je bila lakiranje prvih diskov kakovostno slabo, tako da so kupci kompaktnikov pogosto poškodovali. S časom se je kakovost diskov izboljšala. Prve leta so jih uporabljali izključno v hi-fi opremi, uporabljali so jih kot zamenjavo za vinile in kasete.
Od leta 2000 so na voljo diski s kapaciteto 700 MB, ki omogočajo zapisovanje avdio vsebin skupne dolžine do 80 minut. Ti diski so popolnoma izpodrinili tržne diske s kapaciteto 650 MB. Obstajajo tudi nosilci s kapaciteto 800 MB, vendar ti niso ustrezali za vse naprave, zato se ti diski niso razširili. Povečanje prostora za shranjevanje podatkov je bilo doseženo z zmanjšanjem razdalje med utori. Na primer, razdalja med utori na diskih s kapaciteto 650 MB znaša 1,7 μm, medtem ko je ta pri diskih s kapaciteto 800 MB zmanjšana na 1,5 μm. Prav tako je hitrost pri prvih 1,41 m/s, pri drugih pa 1,39 m/s.
Kako to funkcionira
Disk je sestavljen iz več plasti. Podloga je polikarbonatna, debeline 1,2 mm, premera 120 mm. Na podlogi je še ena plast — kovina (to je lahko zlato, srebro ali, najpogosteje, aluminij). Nato se kovinska plast zaščiti s plastjo laka, na katero se natisne grafika. Podloga učinkovito ščiti kovinsko plast pred preglobokimi praskami. Premer luknje v disku znaša 15 mm.
Format shranjevanja podatkov za diske — (o tem je bilo omenjeno zgoraj). Napake pri branju se popravijo s kodo Reed-Solomon, tako da majhne praske ne zmanjšujejo čitljivosti diska.
Podatki se na disk zapisujejo v obliki spiralne poti iz tako imenovanih pitov (vtisov), ki so iztisnjeni v polikarbonatni osnovi. Globina vsakega pita znaša približno 100 nm, širina pa 500 nm. Dolžina pita je med 850 nm in 3,5 μm. Piti razpršijo ali absorbirajo svetlobo, podloga pa jo odseva. Tako je zapisani disk odličen primer odsevne difrakcijske mreže.
Disk se prebere s pomočjo laserskega žarka z valovno dolžino 780 nm, ki ga oddaja polprevodniški laser. Načelo branja temelji na zaznavanju spremembe intenzivnosti odsevane svetlobe. Laserski žarek se osredotoča na informacijski plasti, pri čemer je premer svetlobne točke v tem primeru 1,2 μm. Maksimalni signal se registrira med piti. V primeru, da svetloba pade na pit, se registrira manjšega intenziteta svetlobe. Spremembe intenzitete se pretvorijo v električni signal, s katerim deluje oprema.
Kako se ustvari disk
- Prvi korak je priprema podataka za serijsku proizvodnju;
- Fotolitografija je drugi korak, to je proces stvaranja obrasca diska. Prvo se stvara stakleni disk, na koji se nanosi sloj fotorezistivnog materijala, na koji se zatim snima informacija. Materijal menja fizičko-hemijska svojstva pod uticajem svetlosti;
- Snimanje podataka obavlja se korišćenjem laserskog zraka. Povećavanjem snage lasera (kada je potrebno stvoriti pit) hemijske veze molekula fotorezistivnog materijala se lome, i on se stvrdnjava;
- Fotorezist se etch-uje (različitim metodama, od plazme do kiseline), a sa matrice se uklanjaju delovi koji nisu bili pod uticajem lasera;
- Disk se stavlja u galvanizacionu kupku, gde se na njegovu površinu nanosi sloj nikla;
- Diskovi se oblikuju livenjem pod pritiskom, koristeći prvobitni stakleni disk kao izvor;
- Zatim se na informativni sloj nanosi metal;
- Na spoljašnju stranu se nanosi zaštitni lak, na koji se zatim nanosi grafički prikaz.
A šta je sa CD-RW?
CD-RW predstavlja vrstu kompakt-diska koja se pojavila 1997. godine. Prvobitni standard je bio nazvan (CD-E, brisivi kompakt-disk).
To je bio pravi proboj u oblasti snimanja i čuvanja informacija. Kada je moguće dobiti jeftin i kapacitetan medij, bila je to san hiljada inženjera i korisnika. CD-RW je po strukturi i principu rada sličan običnom CD-u, ali je sloj za snimanje drugačiji — to je specijalizovani legura halogenida. Najčešće se koristi srebro-indij-antal-teleur. Kada se zagreje iznad tačke topljenja, ova legura prelazi iz kristalnog stanja u amorfno.
Fazni prehod je v tem primeru povraten, kar je osnova za proces prepisovanja. Debelina aktivnega sloja diska znaša le 0,1 mikrometra, zato laser zlahka vpliva na snov. Postopek zapisovanja poteka pod vplivom laserskega žarka, pri čemer aktivni sloj preide v talino (tiste njegove površine, na katere je deloval laser). Nato toplota difundira v podlago in talina preide v amorfno stanje. Pri amorfnih segmentih se spremenijo takšne značilnosti, kot so dielektrična prepustnost, koeficient refleksije in posledično intenzivnost odsevanega svetlobe. Ta nosi informacije o zapisu na disku. Branje poteka s pomočjo lasera manjše moči, ki ne more vplivati na aktivni sloj. Pri zapisovanju se aktivni sloj segreje do 200 stopinj Celzija, kar mu omogoča, da ponovno preide v kristalno stanje.
Večkratna uporaba CD-RW povzroča mehansko utrujenost delovnega sloja. Zato so inženirji, ki so razvijali tehnologijo, uporabili snovi z nizkim koeficientom nabiranja utrujenosti. CD-RW lahko prenese približno tisoč ciklov prepisovanja.
DVD — še večja kapaciteta!
Prvi DVD-ji so se pojavili na Japonskem leta 1996, nastali so kot odgovor na povpraševanje uporabnikov in podjetij, ki so potrebovali vedno bolj zmogljive nosilce. Sprva so visoke kapacitete diskov razvijale hkrati številne družbe. Pojavila sta se dva neodvisna razvojna toka: Multimedia Compact Disc (Philips in Sony) ter Super Disc (8 velikih korporacij, vključno s Toshiba in Time Warner). Kmalu kasneje sta se oba toka pod vplivom korporacije IBM združila v enega. Prepričala je partnerje, naj se izognejo ponovnim dogodkom iz časov 'vojne formatov', ko se je odvijala bitka za prednost med standardi video kaset 'Video Home System' in 'Betamax'.
Tehnologija je bila napovedana septembra 1995, istega leta so razvijalci objavili specifikacije. Prvi zapisovalni DVD-pogoni so se pojavili leta 1997.
Povečanje kapacitete zapisovanja ob ohranjanju prejšnjih dimenzij je bilo doseženo z uporabo rdečega laserja z valovno dolžino 650 nm. Korak poti je pri tem dvakrat manjši kot pri CD in znaša 0,74 mikrometra.
Blu-Ray — najmodernejši optični nosilec
Še ena vrsta optičnega nosilca z veliko večjo gostoto zapisa podatkov kot pri CD-ju ali DVD-ju. Standard je bil razvit s strani mednarodnega konzorcija BDA. Prvi prototip se je pojavil oktobra 2000.
Tehnologija predvideva uporabo kratkovalovnega laserja (valovna dolžina 405 nm), od tod tudi ime. Črko „e“ so odstranili, ker je izraz blue ray splošno uporabljen v angleščini in ga ni mogoče patentirati. Uporaba modrega (modro-vijoličnega) laserja je omogočila zmanjšanje poti do 0,32 μm in povečanje gostote zapisa podatkov. Hitrost branja nosilca je povečana na 432 Mbit/s.
UDF — univerzalni format diska
UDF je specifikacija formata datotečnega sistema, ki ni odvisna od operacijskega sistema. Razvit je bil za shranjevanje datotek na optičnih nosilcih — tako za CD-je kot za DVD-je in Blu-Ray. UDF nima omejitve 2 in 4 GB za zapisane datoteke, zato je ta format idealen za disk z večjo kapaciteto — DVD in Blu-Ray.
Optični diski in internet
Tehnološka podjetja še naprej izboljšujejo optične diske. Tako sta Sony in Panasonic že leta 2016 uspela povečati kapaciteto optičnih nosilcev na 3,3 TB. Pri tem je delovanje diskov ohranjeno, po besedah predstavnikov Sony, do 100 let.
Kljub temu pa vse vrste optičnih diskov postopoma izgubljajo priljubljenost — z razvojem interneta se povečuje potreba uporabnikov po shranjevanju podatkov na diskih. Informacije je mogoče shraniti v oblak, kar je veliko bolj priročno (kolikor je to varno — to je drugo vprašanje). Kompaktni diski niso več tako priljubljeni, kot so bili pred nekaj leti, vendar popolno pozabljanje (kot v primeru avdio kaset) z njimi verjetno ne grozi — še vedno se bodo uporabljali za ustvarjanje arhivov pomembnih poslovnih informacij.
Če bodo terabajtni optični diski šli v serijsko proizvodnjo, bo njihova uporaba omejena — morda jih bodo uporabljali za distribucijo filmov v 4K ter sodobnih iger z različnimi bonusi. Vendar pa se bodo najintenzivneje uporabljali za ustvarjanje varnostnih kopij. In če Sony resnično trdi, da so zapisani podatki ohranjeni sto let, bo podjetje to novo tehnologijo zelo aktivno uporabljalo.
Izvor: habr.com
