Ewolucja

Ewolucja

Nośników

Nośników

Odczytu i Zapisu

Odczytu i Zapisu

Danych

Danych

Optyczne nośniki

Optyczne nośniki

pamięci

pamięci

Światło jest falą elektromagnetyczną o takich istotnych
parametrach jak częstotliwość drgań f oraz długość λ

n

c

v 

nf

c





Elementy optyki

Elementy optyki

n – współczynnik
załamania
światła

Laser

Laser

W optycznych nośnikach danych stosuje się wiązki światła

laserowego – wiązki promieniowania monochromatycznego

o niewielkiej średnicy i niewielkiej rozbieżności.

Zasada działania

Zasada działania

lasera

lasera

Zasadniczymi częściami lasera są: ośrodek czynny, rezonator
optyczny, układ pompujący. Układ pompujący dostarcza
energię do ośrodka czynnego, w ośrodku czynnym w
odpowiednich warunkach zachodzi akcja laserowa, czyli
kwantowe wzmacnianie (powielanie) fotonów, a układ
optyczny umożliwia wybranie odpowiednich fotonów.

W systemach pamięci istotna jest
możliwość zogniskowania wiązki fal
do plamki o jak najmniejszej
średnicy.

NA

C

D





Gdzie:

C – współczynnik rozkładu energii wiązki

laserowej (typowa wartość tego

współczynnika to 1,18)

NA - apertury liczbowej soczewki

ogniskującej

Od średnicy plamki zależy gęstość
zapisu informacji na nośniku
optycznym. Zwiększenie tej
gęstości można osiągnąć dwoma
sposobami:

1.Zwiększając aperturę soczewki

(CD/DVD/Blu-ray)

2.Zmniejszając długość fali (Blu-

ray, HD-DVD)

Zmiany głębi ostrości

Zjawisko dwójłomności

Napotykane

Napotykane

problemy

problemy

:

2

)

(

8

,

0

NA

z







h

A

55





Niedoskonałość
materiałów oraz soczewek

Zmniejszenie amplitudy
sygnału

Zapis

Zapis

Istnieją 4 podstawowe metody zapisu

nośnikach optycznych:

Zmiana fizycznego

ukształtowania warstwy pamiętającej

nośnika;

Nieodwracalna zmiana stanu

(wypalenie barwnika polimerowego);

Zapis magnetooptyczny;

Odwracalna zmiana stanu;

Odczyt

Odczyt

Odczyt nośnika
optycznego polega na
oddziaływaniu na
zapisaną ścieżkę
laserem o odpowiednio
dobranej mocy. Na
drodze odbitej od
nośnika wiązki
laserowej znajduje się
fotoelement, który
pozwala zmierzyć
natężenie wiązki
odbitej.

CD

CD

Budowa i

Budowa i

technologia płyt CD

technologia płyt CD

Technologia

Technologia

wytwarzania płyt

wytwarzania płyt

1. Premastering

• tworzenie prototypu, układ

danych na matrycy

2. Proces tworzenia matrycy

• Glasmastering – tworzenie

matki. laser naświetla obraz

spirali, wzdłuż której będą

pity i landy.

• Proces galwaniczny – z płytki

matki wykonujemy niklową

replikę (stempel), dzięki

któremu tłoczymy płyty CD.

Z jednego stempla można

wytworzyć do kilkunastu

tysięcy płyt.

Technologia

Technologia

wytwarzania płyt

wytwarzania płyt

3. Schemat tłoczenia płyt CD.

• Do produkcji CD używamy poliwęglanu

• Powstaje przezroczysty kulisty dysk, który jest studzony.

• Nanoszenie warstwy aluminiowej metodą metalizacji

• Cały proces odbywa się w próżni z użyciem argonu

• Specjalny lakier ochronny pokrywa powierzchnię

metalizowaną przy użyciu szybkoobrotowej maszyny, która

równomiernie rozkłada lakier na powierzchni

• Lampa ultrafioletowa doprowadza do utwardzenia rozłożonej

warstwy lakieru

• Cały proces trwa od 3 do 4 sekund.
4. Drukowanie etykiet.

• Warstwa odbijająca jest dodatkowo chroniona przez nadruk

etykiety producenta. Tworzy to dodatkowe zabezpieczenie

płyty przed uszkodzeniem.

Technologia

Technologia

wytwarzania płyt

wytwarzania płyt

\

\

Struktura płyty

Struktura płyty

Płyta CD (compact disc) jest poliwęglanowym krążkiem o średnicy
120 mm. W środku znajduje się otwór o średnicy 15mm.

Struktura płyty

Struktura płyty

Powierzchnia czynna zawiera długi ciąg mikroskopijnych wgłębień,
które odpowiadają binarnemu 0. Każde wgłębienie ma 0,5 µm
szerokości i od 0,83 µm do 3,56 µm długości. Nagrania są
oddzielone od siebie przerwą szerokości 1,6 µm. Wgłębienia są
mechanicznie wytłaczane w płycie.

Struktura płyty

Struktura płyty

Struktura płyty

Struktura płyty

Wgłębienia pokrywa cienka warstwa (60-100 nm) metalu
(aluminium, złota lub srebra). Dodatkowa warstwa polimeru (10-30
µm) pokrywa metal. Etykieta jest pokrywana serigrafią. Warto
zwrócić uwagę na fakt, że wgłębienia są dużo bliżej serigrafii (20
µm), niż strony odczytu (ponad 1 mm). Dlatego łatwiej jest o stałe
uszkodzenie płyty przez zadrapanie górnej powierzchni niż dolnej.

Struktura płyty

Struktura płyty

• Pit – wiązka rozproszona
• Land – wiązka odbita

Barwy płyt

Barwy płyt

1. CD-R
Aby można było zapisać informacje za pomocą komputerowych
nagrywarek, na przezroczysty dysk wykonany z poliwęglanu nakłada się
warstwę barwnika. Najczęściej jest to azocyjanina z domieszką miedzi
(płyty niebieskie) bądź niklu (krążki zielone) lub ftalocyjanina (barwa
żółta, półprzezroczysta). Na tę warstwę nanosi się następnie powłokę
odbijającą światło, wykonaną niemal zawsze z czystego srebra, a później
zabezpiecza się te wszystkie delikatne warstwy lakierem ochronnym.
Podczas zapisu laser nagrywarki oświetla przez krótką chwilę wybrane
punkty płyty, co powoduje ich ogrzanie i prowadzi do nieodwracalnej
zmiany stanu barwnika - wypalenia. Pierwotnie przezroczysty dla światła
używanego w napędach CD o długości fali 780 nm związek chemiczny
ciemnieje, dzięki czemu na płycie powstaje seria obszarów jasnych i
ciemnych. Podczas odtwarzania danych z nagranego nośnika znacznie
słabszy promień lasera odczytującego rozprasza się na zaciemnionych
obszarach, bez przeszkód natomiast pokonuje punkty, gdzie barwnik
pozostaje w swej pierwotnej, jasnej postaci. Światło odbija się od
warstwy srebra i powraca do fotodetektora, który interpretuje zmiany
jego intensywności jako zera i jedynki.

Barwy płyt

Barwy płyt

2. CD-RW
Barwniki organiczne zmieniające kolor pod wpływem temperatury
doskonale sprawdzają się w przypadku płyt jednokrotnego zapisu.
Wytworzenie nośnika typu RW, czyli krążka wielorazowego zapisu,
wymaga użycia zupełnie innych materiałów. Warstwa barwnika musi
być zastąpiona substancją, która może wielokrotnie zmieniać stopień
przepuszczalności światła. Funkcję tę pełni mieszanina metali, w skład
której wchodzą srebro, ind, antymon i tellur.

DVD

DVD

TrochĘ historii ...

TrochĘ historii ...

• LaserDisc – Pioneer (lata 70. XX

wieku)

• Pierwsze dyski wielowarstwowe –

IBM (przełom lat 80. i 90. XX

wieku)

• SD (Super Density) – Panasonic,

Toshiba oraz Time Warner

• MM CD (MultiMedia CD) – Sony i

Philips

• DVD (Digital Video Disc) – DVD

Consortium

Co różni DVD od

Co różni DVD od

CD?

CD?

• Stosowanie lasera o krótszej

długości fali

• Udoskonalenie aparatu optycznego
• Efektywniejsza metoda kodowania
• Zwiększenie powierzchni zapisu
• Optymalizacja detekcji i korekcji

błędów

Co różni DVD od

Co różni DVD od

CD?

CD?

Rodzaje płyt DVD

Rodzaje płyt DVD

• DVD-5

– jednostronne, jednowarstwowe

• DVD-9

– jednostronne, dwuwarstwowe

• DVD-10

– dwustronne, jednowarstwowe

• DVD-18

– dwustronne, dwuwarstwowe

DVD-5

DVD-5

• zapis jednostronny, jednowarstwowy
• pojemność 4,7 GB
• analogia do CD

DVD-9

DVD-9

• zapis jednostronny, dwuwarstwowy
• pojemność 8,5 GB
• wydłużenie o 10% wszystkich

nagrywanych śladów dla ułatwienia

odczytu danych

DVD-10

DVD-10

• zapis dwustronny, jednowarstwowy
• pojemność 9,4 GB
• zapis dwustronny wymaga odwrócenia

nośnika

DVD-18

DVD-18

• zapis dwustronny, dwuwarstwowy
• pojemność 17 GB
• trudny do wyprodukowania

Różne standardy

Różne standardy

DVD

DVD

• Dyski tylko do odczytu

– DVD-Video
– DVD-Audio
– DVD-ROM

• Dyski zapisywalne

– jednokrotnego zapisu (DVD-R,

DVD+R)

– wielokrotnego zapisu (DVD-RW,

DVD+RW, DVD-RAM)

Dyski

Dyski

jednokrotnego

jednokrotnego

zapisu

zapisu

DVD-R i DVD+R

DVD-R i DVD+R

Dyski

Dyski

wielokrotnego

wielokrotnego

zapisu

zapisu

• Różnice między DVD-RW i

DVD+RW są takie jak między DVD-
R i DVD+R

• Różnice między DVD-RAM i

pozostałymi:

– ponad 100 000 cykli zapisu danych
– duża wytrzymałość (30 lat)
– nieczytelny w większości napędów

DVDRW

– wysoka cena

HD-DVD vs Blu-ray

HD-DVD vs Blu-ray

Trochę historii ...

Trochę historii ...

• 1996r. – wynalezienie niebieskiego

lasera (Shuji Nakamura)

• 2002 r. – udostępnienie formatu

Blu-ray (Blu-ray Disc Association)

• 2003 r. – wprowadzenie formatu

HD-DVD (DVD Forum) i
zatwierdzenie jako oficjalnego
następcę DVD

Budowa HD-DVD

Budowa HD-DVD

• laser o długości fali 405 nm
• soczewka o aperturze 0,65
• warstwa ochronna 0,6 mm
• pojemność jednej warstwy 15 GB

Budowa Blu-ray

Budowa Blu-ray

• laser o długości fali 405 nm
• soczewka o aperturze 0,8
• warstwa ochronna 0,1 mm
• pojemność jednej warstwy 27,4 GB

Struktura płyty

Blu-ray

1. Górna warstwa lakieru
2. Warstwa

poliwęglanowa

3. Warstwa zapisywalna

(numer jeden)

4. Półprzepuszczalna

warstwa rozdzielająca

5. Warstwa zapisywalna

(numer dwa)

6. Warstwa ochronna
7. Utwardzająca warstwa

ochronna

Wojna formatów

Wojna formatów

19 lutego 2008 prezes firmy Toshiba,

pan Atsutoshi Nishida, ogłosił

podczas konferencji prasowej w

Tokio oficjalną decyzję swojej firmy

o wycofaniu się z wszelkich prac

związanych z technologią HD DVD.