Hur det hela började: optiska skivor och deras historia

Optiska CD-skivor blev allmänt tillgängliga 1982, prototypen släpptes ännu tidigare - 1979. Inledningsvis utvecklades CD-skivor som en ersättning för vinylskivor, som en högre kvalitet och mer pålitlig media. Man tror att laserskivor är resultatet av ett gemensamt arbete mellan team av två teknikföretag - japanska Sony och holländska Philips.

Samtidigt utvecklades den grundläggande tekniken för "kalla lasrar", som möjliggjorde uppkomsten av laserskivor, av sovjetiska forskare Alexander Prokhorov и Nikolay Basov. De tilldelades Nobelpriset för sin uppfinning. Tekniken utvecklades ytterligare och på 70-talet utvecklade Philips en metod för att spela in cd-skivor, vilket markerade början på CD:n. Först skapade företagets ingenjörer ALP (audio long play) som ett alternativ till vinylskivor.

Diametern på ALP-skivorna var cirka 30 centimeter. Lite senare reducerade ingenjörer skivornas diameter och speltiden reducerades till 1 timme. Laserskivor och en uppspelningsenhet för dem var de första demonstrerade Philips 1979. Efter detta började företaget leta efter en partner för fortsatt arbete med projektet - utvecklarna såg tekniken som internationell, och det var svårt att utveckla den till den nivå som krävs och popularisera den på egen hand.

Början på allt

Ledningen bestämde sig för att försöka knyta kontakter med teknikföretag från Japan, på den tiden låg detta land i framkant av hi-end-teknologier. För att göra detta åkte Philips delegater till landet och lyckades träffa Sonys president, som blev intresserad av tekniken.

Nästan omedelbart fanns det bildas ett team av Philips-Sony-ingenjörer utvecklade de de första specifikationerna för tekniken. Sonys vicepresident insisterade på att öka volymen på skivan; han ville att kompakten skulle kunna rymma Beethovens nionde symfoni, för vilken skivvolymen utökades från 1 timme till 74 minuter (det finns också en åsikt att detta bara är en vacker marknadsföringshistoria). Mängden data som får plats på en sådan disk är 640 MB. Ingenjörer har också utvecklat ljudkvalitetsparametrar. Till exempel reglerades samplingsfrekvensen för stereosignaler till 44,1 kHz (för en kanal 22,05 kHz) med en bitbredd på 16 bitar vardera. Så här såg Red Book-standarden ut.

Namnet på den nya tekniken dök inte upp plötsligt - det valdes från flera alternativ, inklusive Minirack, Mini Disc, Compact Rack. Som ett resultat kombinerade utvecklarna de två titlarna, vilket resulterade i en hybrid Compact Disc. Inte minst av allt valdes detta namn på grund av den växande populariteten för ljudkassetter (teknik Kompakt kassett).

Philips och Sony spelade också en avgörande roll i att utveckla specifikationen för de första digitala cd-skivorna, kallad Yellow Book eller CD-ROM. Den nya specifikationen gjorde det möjligt att lagra inte bara ljud, utan även text och grafisk data på diskar. Skivtypen fastställdes automatiskt när rubriken lästes. Problemet var att en Yellow Book-kompatibel CD bara kunde fungera med en viss typ av enhet, vilket inte var universellt.

Den 17 augusti 1982 släpptes den första CD:n på Philips fabrik i Langenhagen, Tyskland. Albumet spelades in på den Besökarna ABBA-gruppen. Det är värt att notera att lackbeläggningen på de första skivorna inte var av särskilt hög kvalitet, så köpare av kompaktor skadade dem ofta. Med tiden har kvaliteten på skivorna förbättrats. De första åren användes de uteslutande i hi-fi-utrustning, de användes som ersättning för vinylskivor och kassetter.

Sedan 2000 började 700 MB-skivor att dyka upp till försäljning, vilket gjorde det möjligt att spela in ljud med en total varaktighet på upp till 80 minuter. De pressade helt bort 650 MB-enheter från marknaden. Det finns också 800 MB media, men de var inte lämpliga för alla enheter, så sådana diskar var inte särskilt utbredda. Det var möjligt att öka mängden tillgängligt utrymme för datalagring genom att minska avståndet mellan spåren. Så, till exempel, för diskar med en kapacitet på 650 MB är avståndet mellan spåren 1,7 mikron, och för 800 MB diskar reduceras denna siffra till 1,5 mikron. Även för den förra är hastigheten 1,41 m/s och för den senare 1,39 m/s.

Hur fungerar den här

Skivan består av flera lager. Substratet är polykarbonat, dess tjocklek är 1,2 mm, diameter är 120 mm. Ett annat lager placeras på substratet - metall (det kan vara guld, silver eller oftast aluminium). Därefter skyddas metallskiktet med lack, på vilken grafik appliceras. Substratet skyddar metallskiktet på ett tillförlitligt sätt, så mycket djupa repor stör avläsningen. Diametern på hålet i skivan är 15 mm.

Datalagringsformat för diskar - röd bok (diskuterat ovan). Läsfel korrigeras med hjälp av Reed-Solomon-koden, så att lätta repor inte minskar skivans läsbarhet.

Data skrivs till skivan i form av ett spiralspår av så kallade gropar (urtag), som extruderas in i polykarbonatbasen. Djupet av varje grop är cirka 100 nm och bredden är 500 nm. Groplängd från 850 nm till 3,5 µm. Groparna sprider eller absorberar ljus, substratet reflekteras. Således är den inspelade skivan ett utmärkt exempel på ett reflekterande diffraktionsgitter.

Skivan läses med hjälp av en laserstråle med en våglängd på 780 nm, som sänds ut av en halvledarlaser. Principen för avläsning är att registrera förändringar i intensiteten av reflekterat ljus. Således konvergerar laserstrålen på informationsskiktet, diametern på ljusfläcken är i detta fall 1,2 mikron. Den maximala signalen registreras mellan gropar. Om den träffar gropen registreras en lägre ljusintensitet. Förändringar i intensitet omvandlas till en elektrisk signal, med vilken utrustningen fungerar.

Hur skivan skapas

• Det första steget är att förbereda data för lansering i serien;
• Fotolitografi är det andra steget och är processen att skapa en skivstämpel. Först skapas en glasskiva, på vilken ett lager av fotoresistmaterial appliceras, och information registreras på den. Materialet förändrar sina fysikaliska och kemiska egenskaper under påverkan av ljus;
• Data registreras med hjälp av en laserstråle. När lasereffekten ökar (när det är nödvändigt att skapa en grop) förstörs de kemiska bindningarna av molekylerna i fotoresistmaterialet och det fryser;
• Fotoresisten etsas (på olika sätt, från plasma till syra), områden som inte påverkas av lasern tas bort från matrisen;
• Skivan placeras i ett galvaniskt bad, där ett lager av nickel avsätts på dess yta;
• Skivorna stämplas genom formsprutning, med originalglasskivan som källmaterial;
• Därefter sprutas metall på informationsskiktet;
• En skyddande lack appliceras på utsidan, på vilken en grafisk bild redan är applicerad.

Hur är det med CD-RW?

CD-RW är en typ av cd-skiva som introducerades 1997. Standarden hette ursprungligen CD-raderbar (CD-E, Compact Disc Erasable).

Detta var ett verkligt genombrott inom området för inspelning och lagring av information. När allt kommer omkring, att få ett billigt och rymligt lagringsmedium var drömmen för tusentals ingenjörer och användare. CD-RW liknar struktur och funktionsprincip som en vanlig CD, men inspelningsskiktet är annorlunda - det är en specialiserad legering av kalkogenider. Det vanligaste är silver-indium-antimon-tellur. När den värms över smältpunkten övergår en sådan legering från ett kristallint tillstånd till ett amorft tillstånd.

Fasövergången i detta fall är reversibel, vilket är grunden för omskrivningsprocessen. Tjockleken på skivans aktiva skikt är endast 0,1 mikron, så det är lätt att påverka ämnet med en laser. Registreringsprocessen sker när den utsätts för en laserstråle; i detta fall förvandlas det aktiva lagret till en smälta (de områden av det som påverkades av lasern). Därefter diffunderar värmen in i substratet och smältan förvandlas till ett amorft tillstånd. För amorfa segment förändras egenskaper såsom dielektricitetskonstant, reflektans och följaktligen intensiteten av reflekterat ljus. Den innehåller information om inspelningen på disken. Avläsningen utförs med en laser med lägre effekt, som inte kan påverka det aktiva lagret. Under inspelningen värms det aktiva lagret till 200 grader Celsius, vilket gör att det återigen kan genomgå en fasövergång till ett kristallint tillstånd.

Upprepad användning av CD-RW leder till mekanisk utmattning av arbetsskiktet. Därför använde ingenjörerna som utvecklade tekniken ämnen med låg utmattningskoefficient. En CD-RW tål ungefär tusen omskrivningscykler.

DVD - ännu mer kapacitet!

DVD-skivor dök upp första gången i Japan 1996, som ett svar på konsumenternas och företagens krav på allt större lagringsmedia. Inledningsvis utvecklades högkapacitetsdiskar av flera företag samtidigt. Två oberoende utvecklingsriktningar har dykt upp: Multimedia Compact Disc (Philips och Sony), - Super Disc (8 stora företag, inklusive Toshiba och Time Warner). Lite senare slogs båda riktningarna samman till en under påverkan av IBM. Hon övertygade partnerna om att inte upprepa händelserna i "formatkriget", när det var en kamp om prioritet mellan Video Home System och Betamax videokassettstandarder.

Tekniken tillkännagavs i september 1995 och utvecklarna publicerade specifikationer samma år. Den första DVD-brännaren släpptes 1997.

Det var möjligt att öka inspelningskapaciteten samtidigt som man bibehöll samma dimensioner genom att använda en röd laser med en våglängd på 650 nm. Spårets tonhöjd är hälften så stor som en CD och är 0,74 mikron.

Blu-Ray är det mest avancerade optiska mediet

En annan typ av optisk media med mycket högre datatäthet än CD eller DVD. Standarden har utvecklats av det internationella konsortiet BDA. Den första prototypen dök upp i oktober 2000.

Tekniken innebär användning av en kortvågslaser (våglängd 405 nm), därav namnet. "E" togs bort eftersom uttrycket blue ray är vanligt på engelska och inte kan patenteras. Användningen av en blå (blå-violett) laser gjorde det möjligt att minska spåret till 0,32 mikron, vilket ökade dataregistreringsdensiteten. Medieläshastigheten har höjts till 432 Mbit/s.

UDF - Universal Disk Format

UDF är en filsystemformatspecifikation som är OS-oberoende. Den är designad för att lagra filer på optiska media - både CD, DVD och Blu-Ray. UDF har ingen gräns på 2 GB eller 4 GB för skrivbara filer, så den är idealisk för DVD-skivor med hög kapacitet och Blu-ray.

Optiska skivor och Internet

Teknikföretag fortsätter att förbättra optiska skivor. Således kunde Sony och Panasonic öka kapaciteten för optiska medier till 2016 TB redan 3,3. Samtidigt förblir diskarnas prestanda, enligt Sony-representanter, upp till 100 år.

Men alla typer av optiska diskar tappar gradvis i popularitet - med utvecklingen av Internet försvinner behovet för användare att samla data på diskar. Information kan lagras i molnet, vilket är mycket bekvämare (hur säker den är är en annan fråga). CD-skivor är inte längre lika populära som de var för några år sedan, men de kommer sannolikt inte att möta fullständig glömska (som i fallet med ljudkassetter) - de kommer att användas för att skapa arkiv med viktig affärsinformation.

Om terabyte optiska diskar går i produktion kommer användningen att begränsas – kanske kommer de att användas för att distribuera 4K-filmer och moderna spel med en mängd olika bonusar. Men mest av allt kommer de att användas för att skapa säkerhetskopior. Och om Sony berättar sanningen om den månghundraåriga säkerheten för inspelad data, kommer företagen att använda den nya tekniken mycket aktivt.

Källa: will.com