В проигрывателях CD используется лазер почти инфракрасного спектра с длиной 780 нм. Считается, что в видимый световой спектр входят волны длиной от 400 до 700 нм. Практически никто не может увидеть свет с длиной волны более 720 нм.
Лазер "просвечивает" пластиковую основу диска из поликарбоната и проникает до самого последнего слоя носителя. Затем луч отклоняется от отражающего слоя, снова проходит сквозь поликарбонат и считывается фотодатчиком, установленным в считывающей головке привода. Коэффициент преломления поликарбоната составляет около 1,55, что позволяет еще более сфокусировать лазерный луч (от 800 um в глубине поликарбонатной подложки до около 1,7 um на поверхности отражающего слоя). Это свойство сводит к минимуму влияние на считывание информации пыли и царапин на диске. Если бы лазер фокусировался только до значения 200 um, то, к примеру, любая грязь размером 400 um на поверхности диска привела бы к сбою. Однако для CD-проигрывателя такие загрязнения не имеют практически никакого значения.
Если в фотодатчик попадает яркий свет (стандартом предусмотрено, что при полном отражении должно отражаться не менее 70 процентов света), то проигрыватель "понимает", что это ровное место на диске ("land"), а если в датчик проникает менее яркий свет, это означает, что в данном месте на диске имеется углубление ("pit"). Строго говоря, поскольку луч проходит "под" регистрирующим слоем, углубление воспринимается им как возвышение. Высота этого возвышения составляет 1/4 от длины волны лазера в поликарбонате, поэтому отраженный от возвышения свет имеет фазовую разницу в половину длины волны лазера. Свет, отраженный от возвышения и от окружающих ровных мест, самопоглощается. (Возвышение отражает около 25 процентов светового потока. Ширина возвышения составляет 0,5 um или около 1/3 сфокусированной точки лазерного луча.)
При считывании CD используется множество оптических явлений, включая поляризацию света и диффракционные решетки. К примеру, в считывающей головке устанавливается трехлучевая система автофокусировки, при помощи которой лазер точно позиционируется на спиральной дорожке диска, а также на правильном расстоянии от самого диска. Необходимо также отметить, что поскольку свет распространяется в поликарбонате медленнее, чем в воздухе, длина волны лазера в CD близка к 500 нм.
В отличие от штампованных CD, на дисках CD-R и CD-RW нет ни углублений, ни плоских мест. На CD-R луч записывающего лазера нагревает органический краситель примерно до 250 градусов Цельсия, благодаря чему этот краситель тает и/или химически разлагается и формирует метку на диске, которая снижает коэффициент отражения. На носителях CD-RW записывающий лазер изменяет структуру регистрирующего слоя из кристаллического (отражающего 25 процентов света) в аморфный (отражающий 15 процентов света) и наоборот. Это происходит при нагревании регистрирующего слоя до точки плавления (от 500 до 700 градусов Цельсия), а затем быстрого его охлаждения для перехода в аморфное состояние, либо при нагревании его до точки перехода (200 градусов Цельсия), а затем медленного охлаждения для перехода в более стабильную кристаллическую форму. Из-за низкого коэффициента отражения CD-RW такие диски невозможно прочитать на большей части старых CD-проигрывателях.
Что такое LaserDisc January 24th, 2016
Как то я даже не знал, что существовали такие носители. Многие подумают, что это те же самые CD-диски, но это не так. Вот смотрите...
LaserDisc (LD) — первый коммерческий оптический носитель данных, предназначавшийся, прежде всего, для домашнего просмотра кинофильмов. Однако, несмотря на технологическое превосходство над VHS и Betamax, Laserdisc не имел существенного успеха на мировом рынке: в основном был распространён в США и Японии, в Европе к нему отнеслись прохладно, в России лазердиски имели небольшое распространение, в основном за счёт коллекционеров — любителей видео.
В отличие от Video CD, DVD и Blu-ray дисков, LaserDisc содержит аналоговое видео в композитном представлении (полный цветной телевизионный сигнал) и звуковое сопровождение в аналоговой и/или в цифровой форме. Стандартный лазердиск для домашнего использования имеет диаметр 30 см (11,81 дюймов) и склеен из двух односторонних покрытых пластиком алюминиевых дисков. Информация о сигнале хранится в миллиардах микроскопических углублений (питах), выгравированных в алюминиевом слое под поверхностью. Поверхностный акриловый слой (1,1 мм) защищает их от пыли и отпечатков пальцев. Для чтения данных с диска применяется маломощный лазерный луч, который через зеркально-оптическую систему создает тонкий пучок света (диаметром 1 мкм) на поверхности диска и, отражаясь, попадают на фото датчик и, далее, передаётся как закодированный аудио/видео сигнал высокой плотности для последующего воспроизведения.
Процесс записи и считывания информации осуществляется при помощи лазера.
Формат контента: NTSC, PAL
Ёмкость:
60 минут на сторону CLV (постоянная линейная скорость)
30 минут на сторону CAV (постоянная угловая скорость)
Считывающий механизм: лазер, длина волны 780 нм (инфракрасный)
Разработан: Philips MCA
Размер: диаметр 30 см (11.81″)
Применение: хранение аудио, видео
Год выпуска: 1978
Технология Laserdisc с использованием светопропускающего носителя была разработана Дэвидом Полом Греггом в 1958 году. В 1969 году компания Philips создала видеодиск, работающий в режиме отражённого света, имеющий большие преимущества перед режимом на просвет. MCA и Philips объединили свои усилия и продемонстрировали первый видеодиск в 1972 году. В продажу первый лазердиск поступил в Атланте 15 декабря 1978 года — через два года после появления на рынке видеомагнитофонов формата VHS и за четыре года до CD, основывавшихся на технологии LaserDisc. Компания Philips производила проигрыватели, а MCA издавала диски, но их сотрудничество было не очень успешным и закончилось через несколько лет. Несколько ученых, занимавшихся разработкой технологии, организовали фирму Optical Disc Corporation.
Первым лазердиском, поступившим в продажу в Северной Америке, был выпущенный MCA DiscoVision в 1978 году фильм "Челюсти". Последними — фильмы "Сонная лощина" и "Воскрешая мертвецов" компании Paramount, выпущенные в 2000 году. В Японии было издано ещё не меньше дюжины фильмов вплоть до конца 2001 года. Последним японским фильмом выпущенным в формате LaserDisc был "Tokyo Raiders".
Так как цифровое кодирование (сжатие видео) было в 1978 году либо недоступно, либо нецелесообразно, применялись три метода уплотнения записи на основе изменения скорости вращения диска:
CAV (англ. Constant Angular Velocity — постоянная угловая скорость (как при воспроизведении грампластинки)) — стандартные видеодиски (англ. Standard Play), поддерживающие такие функции как стоп-кадр, изменяемое замедленное воспроизведение вперёд и назад. CAV-диски при воспроизведении имеют постоянную скорость вращения (1800 оборотов в минуту для стандарта NTSC (525 строк) и 1500 оборотов в минуту для стандарта PAL (625 строк)), и за один оборот считывается один кадр. В этом режиме на одной стороне диска CAV может храниться 54 000 отдельных кадров - 30 минут аудио/видео материала. CAV использовали реже, чем CLV, в основном для специальных изданий художественных фильмов, для бонусных материалов и специальных эффектов. Одно из преимуществ этого метода является возможность переходить на любой кадр непосредственно по его номеру. Произвольный доступ и функция стоп-кадра позволили производителям создавать простейшие интерактивные видеодиски, размещая на диске помимо видеоматериалов отдельные статичные изображения.
CLV (англ. Constant Linear Velocity — постоянная линейная скорость (как при воспроизведении компакт-дисков)) — долгоиграющие видеодиски (англ. Extended Play) не имеют специальных возможностей воспроизведения CAV-дисков, предлагая только простое воспроизведение на всех проигрывателях Laserdisс, кроме проигрывателей высокого класса, имеющих функцию цифрового стоп-кадра. Эти проигрыватели могут добавлять новые функции, обычно не доступные для CLV дисков, такие как воспроизведение вперед и назад с переменной скоростью, и паузу, как на магнитофонах. Постепенно замедляя скорость вращения (с 1800 до 600 об/мин) CLV-диски с постоянной линейной скоростью, могут хранить 60 минут аудио/видео материала с каждой стороны, или два часа на диске. Фильмы длительностью менее 120 минут могли поместиться на один диск, тем самым снижая стоимость одного фильма и устраняя отвлекающую от просмотра необходимость заменять диск на следующий, по крайней мере для тех, кто обладал двухсторонним проигрывателем. Подавляющее большинство релизов были доступны только в CLV (несколько наименований было выпущено частично CLV, частично CAV).
CAA (англ. Constant Angular Acceleration — постоянное угловое ускорение). В начале 1980-х годов, из-за проблем с перекрестными помехами на долгоиграющих лазерных CLV-дисках, компанией Pioneer Video было представлено CAA-форматирование долгоиграющих лазерных дисков. Кодирование с постоянным угловым ускорением очень похоже на кодирование с постоянной линейной скоростью, за исключением того, что в CAA происходит мгновенное снижение скорости при угловом смещении на определённый шаг, вместо постепенного замедления в устойчивом темпе, как при чтении CLV-дисков. За исключением 3М/Imation, все производители Laserdisc приняли схему CAA кодирования, хотя этот термин редко (если вообще) использовался на потребительских упаковках. CAA кодирование заметно улучшило качество изображения и значительно сократило перекрестные помехи и другие проблемы слежения.
В 1998 году проигрыватели LaserDisc были примерно в 2 % американских домов. Для сравнения в 1999 году в Японии эта цифра составляла 10 %.
В массовом секторе LaserDisc полностью уступил место DVD, и производство дисков устаревшего формата и проигрывателей для них было прекращено. Сегодня формат LaserDisc пользуется успехом лишь у любителей, собирающих лазердиски с различными записями — фильмы, музыка, шоу.
Многие из энтузиастов утверждают, что формат LaserDisc способен более натурально, чем цифровое видео, передавать фазы движений, и в подавляющем большинстве случаев видео с LaserDisc смотрится более комфортно, чем цифровое. Этому есть основание: LaserDisc — аналоговый формат, здесь отсутствует как внутрикадровое, так и межкадровое сжатие, это запись композитного сигнала, полосы частот.
Кроме того, на данный момент до сих пор есть множество видео, не вышедших на DVD / BluRay или изданных в качестве, уступающем качеству LaserDisc. Например, "Олимпия" Лени Рифеншталь.
Прошло довольно много времени с момента создания первого диска с оптическим способом чтения информации. Такие диски стали называть компакт-дисками (compact disk), или просто CD. Первоначально CD разрабатывались для звуковых записей, но они оказались очень удобными для хранения и распространения довольно значительных объёмов любой информации.
Стоимость хранения мегабайта информации на компакт-диске не превышает сотых долей цента. Поэтому сейчас практически не выпускается компьютеров без CD-привода. Как следствие массового применения, и сами диски и дисководы для них в настоящее время продолжают дешеветь.
Лазерные диски CD-ROM Как расшифровывается ROM? Read Only Memory, только чтение. Информация на такие диски записывается во время изготовления, на заводе. Запись на них новой информации невозможна. Информация на диске записана в виде «питов» (pit – ямка, углубление).
Питы расположены вдоль воображаемой спирали, идущей от центра диска к краю. При чтении лазерный диск, установленный в дисковод, вращается с большой скоростью. Луч миниатюрного лазера, находящегося в дисководе, падает на поверхность вращающегося диска и отражается. Так как луч то попадает в ямку, то нет, интенсивность отраженного луча "мигает". Эти световые импульсы с помощью фотоэлементов преобразуются в электрические импульсы.
Лазерные диски с возможностью записи Существенным недостатком компакт-дисков долгое время было то, что такие диски можно было только читать. Этот недостаток был успешно преодолен: были разработаны диски CD-R, на которые можно записать информацию, но только один раз (R - Recordable, записываемый). И диски CD-RW, на которые информацию можно записывать многократно (RW - ReWritable, перезаписывамый).
Для записи и перезаписи таких дисков используются специальные дисководы с достаточно мощным лазером, способным "прожигать" информацию на диске. По своему устройству диск CD-R (заготовка для записи), также как и его «штампованный» собрат, напоминает слоёный пирог. Основное отличие - активный (регистрирующий) слой.
Для основы CD-R применяется тот же поликарбонат, который используется и при изготовлении CD-ROM. Но вот рельеф основы намного сложнее, чем у штампованного диска (CD-ROM). При изготовлении основа CD-R диска получает разметку – сплошную спиральную канавку.
Для хранения информации в носителях CD-R используется «запоминающий» слой из органического полимера, «темнеющий» при нагревании лазерным лучом, а в дисках CD- RW изменяющий фазовое состояние (из кристаллического в аморфное и наоборот) при разогреве лазером и быстром охлаждении.
Все больше, все быстрее Информационная емкость CD-ROM мегабайт, а скорость считывания зависит от скорости вращения диска в дисководе. Первые CD-ROM-накопители считвали информацию со скоростью 150 Кбайт/с. Дисководы непрерывно совершенствуются, скорость считывания растет. В современных дисководах скорость считывания (и записи, если это записывающий дисковод) можно установить в условных единицах, равных той самой "первой" скорости: 4x, 8x,... 52x,...
Для чтения и записи могут быть разные скорости. Например, маркировка CD-RW- дисковода "48х/24х/52x" означает, что максимальная скорость для записи CD-R- дисков - 48-кратная; для CD-RW-дисков кратная; чтение - на 52-кратной скорости.
Относительно недавно началось широкое распространение дисков DVD (Digital Video Disk, цифровой видеодиск). В настоящее время существует целый ряд разновидностей DVD: среди них есть и "штампованные", и записываемые один раз, и перезаписываемые. Оптические дорожки на них размещены более плотно, запись может быть с двух сторон, причем в два слоя на каждой стороне.
Поэтому их емкость намного больше, чем у CD (4,7 - 9,4 Гбайт). Скорость считывания первого поколения DVD-накопителей была примерно 1,3 Мбайт/с. На следующих моделях скорость тоже можно устанавливать кратно "первой" скорости. Например, скорость 16x - это примерно 21 Мбайт/с. Таким образом, самый простенький и дешевый дисковод может только считывать информацию с CD-ROM, а самый современный и "крутой" - считывать и записывать CD и DVD.
Основным примером работы полупроводниковых лазеров является магнитно-оптический накопитель (МО).
МО накопитель построен на совмещении магнитного и оптического принципа хранения информации. Записывание информации производится при помощи луча лазера и магнитного поля, а считывание при помощи одного только лазера.
В процессе записи на МО диск лазерный луч нагревает определенные точки на диске, и под воздействием температуры сопротивляемость изменению полярности, для нагретой точки, резко падает, что позволяет магнитному полю изменить полярность точки. После окончания нагрева сопротивляемость снова увеличивается но полярность нагретой точки остается в соответствии с магнитным полем примененным к ней в момент нагрева. В имеющихся на сегодняшний день МО накопителях для записи информации применяются два цикла, цикл стирания и цикл записи. В процессе стирания магнитное поле имеет одинаковую полярность, соответствующую двоичным нулям. Лазерный луч нагревает последовательно весь стираемый участок и таким образом записывает на диск последовательность нулей. В цикле записи полярность магнитного поля меняется на противоположную, что соответствует двоичной единице. В этом цикле лазерный луч включается только на тех участках, которые должны содержать двоичные единицы, и оставляя участки с двоичными нулями без изменений.
В процессе чтения с МО диска используется эффект Керра, заключающийся в изменении плоскости поляризации отраженного лазерного луча, в зависимости от направления магнитного поля отражающего элемента. Отражающим элементом в данном случае является намагниченная при записи точка на поверхности диска, соответствующая одному биту хранимой информации. При считывании используется лазерный луч небольшой интенсивности, не приводящий к нагреву считываемого участка, таким образом, при считывании хранимая информация не разрушается.
Такой способ в отличие от обычного применяемого в оптических дисках не деформирует поверхность диска и позволяет повторную запись без дополнительного оборудования. Этот способ также имеет преимущество перед традиционной магнитной записью в плане надежности. Так как перемагничеваниие участков диска возможно только под действием высокой температуры, то вероятность случайного перемагничевания очень низкая, в отличие от традиционной магнитной записи, к потери которой могут привести случайные магнитные поля.
Область применения МО дисков определяется его высокими характеристиками по надежности, объему и сменяемости. МО диск необходим для задач, требующих большого дискового объема, это такие задачи, как САПР, обработка изображений звука. Однако небольшая скорость доступа к данным, не дает возможности применять МО диски для задач с критичной реактивностью систем. Поэтому применение МО дисков в таких задачах сводится к хранению на них временной или резервной информации. Для МО дисков очень выгодным использованием является резервное копирование жестких дисков или баз данных. В отличии от традиционно применяемых для этих целей стримеров, при хранение резервной информации на МО дисках, существенно увеличивается скорость восстановления данных после сбоя. Это объясняется тем, что МО диски являются устройствами с произвольным доступом, что позволяет восстанавливать только те данные, в которых обнаружился сбой. Кроме этого при таком способе восстановления нет необходимости полностью останавливать систему до полного восстановления данных. Эти достоинства в сочетании с высокой надежностью хранения информации делают применение МО дисков при резервном копировании выгодным, хотя и более дорогим по сравнению со стримерами.
Применение МО дисков, также целесообразно при работе с приватной информацией больших объемов. Легкая сменяемость дисков позволяет использовать их только во время работы, не заботясь об охране компьютера в нерабочее время, данные могут хранится в отдельном, охраняемом месте. Это же свойство делает МО диски незаменимыми в ситуации, когда необходимо перевозить большие объемы с места на место, например с работы домой и обратно.
Основные перспективы развития МО дисков связанны прежде всего с увеличением скорости записи данных. Медленная скорость определяется в первую очередь двухпроходным алгоритмом записи. В этом алгоритме нули и единицы пишутся за разные проходы, из-за того, что магнитное поле, задающие направление поляризации конкретных точек на диске, не может изменять свое направление достаточно быстро.
Наиболее реальная альтернатива двухпроходной записи - это технология, основанная на изменение фазового состояния. Такая система уже реализована некоторыми фирмами производителями. Существуют еще несколько разработок в этом направлении, связанные с полимерными красителями и модуляциями магнитного поля и мощности излучения лазера.
Технология основанная на изменении фазового состояния, основана на способности вещества переходить из кристаллического состояния в аморфное. Достаточно осветить некоторую точку на поверхности диска лучом лазера определенной мощности, как вещество в этой точке перейдет в аморфное состояние. При этом изменяется отражающая способность диска в этой точке. Запись информации происходит значительно быстрее, но при этом процессе деформируется поверхность диска, что ограничивает число циклов перезаписи.
Технология основанная на полимерных красителях, также допускает повторную запись. При этой технологии поверхность диска покрывается двумя слоями полимеров, каждый из которых чувствителен к свету определенной частоты. Для записи используется частота, игнорируемая верхним слоем, но вызывающая реакцию в нижнем. В точке падения луча нижний слой разбухает и образует выпуклость, влияющую на отражающие свойства поверхности диска. Для стирания используется другая частота, на которую реагирует только верхний слой полимера, при реакции выпуклость сглаживается. Этот метод, как и предыдущий, имеет ограниченное число циклов записи, так как при записи происходит деформация поверхности.
В настоящие время уже разрабатывается технология позволяющая менять полярность магнитного поля на противоположную всего за несколько наносекунд. Это позволит изменять магнитное поле синхронно с поступлением данных на запись. Существует также технология, построенная на модуляции излучения лазера. В этой технологии дисковод работает в трех режимах - режим чтения с низкой интенсивностью, режим записи со средней интенсивностью и режим записи с высокой интенсивностью. Модуляция интенсивности лазерного луча требует более сложной структуры диска, и дополнения механизма дисковода инициализирующим магнитом, установленным перед магнитом смещения и имеющим противоположную полярность. В самом простом случае диск имеет два рабочих слоя - инициализирующий и записывающий. Инициализирующий слой сделан из такого материала, что инициализирующий магнит может изменять его полярность без дополнительного воздействия лазера. В процессе записи инициализирующий слой записывается нулями, а при воздействии лазерного луча средней интенсивности записывающий слой намагничивается инициализирующим, при воздействии луча высокой интенсивности, записывающий слой намагничивается в соответствии с полярностью магнита смещения. Таким образом, запись данных может происходить за один проход, при переключении мощности лазера.
Безусловно, МО диски перспективные и бурно развивающиеся устройства, которые могут решать назревающие проблемы с большими объемами информации. Но их дальнейшее развитие зависит не только от технологии записи на них, но и от прогресса в области других носителей информации. И если не будет изобретен более эффективный способ хранения информации, МО диски, возможно, займут доминирующие роли.
