Tehnologie optica

Primul disc optic a fost introdus in anul 1980 si avea capacitatea a 60 de floppy discuri de 5 inci. Dezvoltat de Phillips, mediul stoca date sub forma de marcaje facute cu un laser si nu puteau fi suprascrise, facindu-l astfel o buna solutie pentru stocari primare de mari cantitati de informatii care nu mai aveau nevoie sa fie reactualizate. Doi ani mai tirziu, Phillips a creat un disc optic care putea fi sters folosind un material special, un laser si un mecanism magnetic, combinind astfel posibilitatea de a avea un storage optic cu capacitatea de a scrie si rescrie.

Cu toate acestea, compact discul atit de comun in zilele noastre in computere si playere audio a fost inventat spre sfirsitul anului 1960 de catre James T. Russell, care era un impatimit al muzicii. Ca multi alti audiofili ai timpului, era frustat de calitatea proasta a mediilor pe care era inregistrata -dispozitive care se deteriorau usor, cit si de fidelitatea redusa a sunetelor. Toate acestea au dus la experimente care sa grabeasca aparitia compact discului. Russell si-a inchipuit un sistem capabil sa poata inregistra si reda sunete fara sa existe contact fizic intre mediul pe care au fost stocate si cititor - cea mai buna solutie pe care a gasit-o a fost folosirea luminii. El a observat ca daca reprezenta cifre binare 0 si 1 sub forma de portiuni opace si reflectatoare de lumina, un device putea citi si reda sunete sau chiar orice fel de informatii, iar prin incercarea de a comprima codul binar, pe mediul respectiv puteau incapea simfonii intregi, nu doar citeva melodii. Astfel, Russell a reusit crearea unui sistem de inregistrare si redare digital-to-optical patentat in anul 1970. El gasise o modalitate de a scrie pe un mediu fotosenzitiv sub forma de mici sectoare opace si oglinda, fiecare cu un diametru de un micron. Un laser citea structura binara si un computer convertea datele in semnale electronice, care apoi erau usor de transformat intr-o secventa audio sau video.    

Pina in anul 1985, Russell a obtinut nu mai putin de 26 de patente pentru tehnologia CD-ROM, dupa care si-a infiintat propria firma unde a creat si patentat inovatii in domeniul sistemelor de stocare optice, impreuna cu scannerele cititoare de coduri de bare si alte tehnologii industriale bazate pe instrumente optice. Cea mai revolutionara inventie a sa este un recorder/player de mare viteza care nu are nici o parte componenta mobila. Russell a mai obtinut inca 11 patente pentru un device de citire aleatoare (Optical Random Access Memory), care este momentan aprofundat de catre furnizorii de astfel de tehnologii de pe piata.

Compact disc (CD)

In anul 1982, formatul CD-DA (compact disk-digital audio) a fost introdus pe piata de catre parteneriatul Phillips - Sony si putea sa stocheze sunete audio stereo de calitate mare intr-o forma digitala. Aceste sisteme au avut un succes fantastic. In 1985, tehnologia digitala compact disc audio a fost extinsa la mediile de stocare pentru computer, multumita inca o data cooperarii dintre Phillips si Sony. Produsul scos pe piata a fost denumit CD-ROM (compact disk-read only memory) si mai tirziu a devenit standardul ECMA-119, care specifica formatul fizic CD-ROM. Formatul logic al CD-ROM-ului este specificat in standardul ISO 9660 si permite accesul la fisiere si directoare pe o ierarhie stocata.

Urmatorul pas, CD-I (compact disk-interactive) a fost, de asemenea, creat si lansat de Phillips si Sony in anul 1986. CD-ROM/XA (/extended architecture) a fost introdus in 1988. Phillips, Sony si Microsoft au definit formatele digital-optice pentru unele medii si au publicat specificatiile lor. Principalul motiv al acestui mare succes al tehnologiilor CD-DA si CD-ROM este un set de standarde dezvoltat de cele doua firme mai sus mentionate, care specifica lucruri esentiale cum ar fi structura fizica macroscopica si microscopica a compact discului, designul acestuia; formatul datelor stocate pe CD definesc alocarea, adresarea si coduri de corectie a erorilor; scheme-cod de corectare a erorilor (Error Correction code - ECC).  Standardele CD-ROM dezvoltate folosesc aceeasi tehnologie a discului si a scanarii discului folosite pentru CD-DA. Singurele diferente intre CD-DA si CD-ROM sunt formatul datelor, o corectie a erorilor (ECC) mai avansata si o mai precisa adresare pentru CD-ROM.
Specificatii tehnice ale CD-ROM-ului

Fasciculul de raze emis de dioda trece prin gratarul de difractie pentru a produce doua unde secundare necesare mentinerii unei urmariri corecte a discului. Apoi, fasciculul trece printr-o prisma polarizatoare, in urma careia doar acele raze polarizate vertical sunt lasate sa treaca. Unda emisa initial devine convergenta intr-un colimator si trece printr-o placuta, actiune in urma careia planul de polarizare a fasciculului de lumina este rotit cu un unghi de 45 de grade.

In final, raza este focalizata pe suprafata discului cu ajutorul unei lentile si a unui mecanism servo-controlat numit dispozitiv cu doua axe (2-axis device).
Planul de polarizare a fasciculului reflectat este rotit inca o data cu un unghi egal cu 45 grade, schimbind polarizarea verticala initiala intr-una orizontala.
Dupa inca o serie de citeva reflexii toate razele lovesc sase detectoare foto: patru detectoare principale si inca doua detectoare laterale. Acestea din urma servesc ca un prim pas in procesarea ulterioara a datelor de catre device.
Tehnologii compact disc

Un CD are diametrul de 12 cm, o grosime de 1,2 mm, in centru are un orificiu de 15 mm in diametru si se roteste cu viteza liniara constanta si viteza unghiulara constanta. Spre deosebire de hard discuri sau floppy discuri, exista o singura pista optica pe care toate datele sunt stocate intr-o spirala superficial 'gravata' pe disc. Pe un CD exista aproximativ 20.000 de infasurari de acest gen, toate apartinind aceleiasi spirale. Insumarea lor se traduce in aproape 16.000 de trasee pe un inci (TPI - Tracks Per Inch) cu o densitate de 1 Mb/mm2. Lungimea totala a pistei de pe CD este de aproape 4,5 km. Diferentele de nivel de pe suprafata discului sunt modelate pe un substrat transparent din policarbonat polimeric. Aceste mici 'gropi' (pit) servesc la codarea si stocarea datelor. Portiunile dintre gropi se numesc 'cimpuri' (lands) si au o latime de 0,9 mm si o lungime de 3,3 mm. Substratul din policarbonat este acoperit cu o folie metalica (de obicei din aluminiu) si una de protectie, din lac. La suprafatata discului se aseaza label-ul.

Raza laser cu o lungime de unda de aproximativ 780 nm este focalizata pe partea CD-ului care contine datele, spotul final avind un diametru de un micron. Laserul se deplaseaza pe o directie radiala peste discul aflat in rotatie si scaneaza track-ul, citind intensitatile diferite ale luminii reflectate. Schimbarea intensitatii luminii are loc de fiecare data cind spotul luminos traverseaza de la o zona pit la una land si invers. Semnalul modulat de inalta frecventa produs de aceste schimbari ale intensitatii luminoase reprezinta datele stocate pe CD.

Principala cauza a bunei fiabilitati a CD-ului este protectia buna a datelor mentinuta atit in interiorul device-ului care il citeste, cit si in afara acestuia. In mediul extern, suprafata care contine datele este protejata de stratul dur de policarbonat de 1,2 mm pe o parte, iar pe cealalta de layer-ul de 10-20 microni de lac. Micile zgirieturi care apar pe suprafata CD-ului nu distrug datele, ci doar creeaza locatii aditionale de reflectare a luminii. Ele pot induce in eroare mecanismele electronice ale drive-ului, care sunt mai sensibile la defecte de natura optica decit la cele care tin de circumferinta discului. De cele mai multe ori, o stergere atenta pe directii radiale face ca CD-ul sa mai poata fi folosit, dar aceasta solutie este rareori necesara tocmai datorita dimensiunii mari a spotului concentrat pe suprafata cu date de aproximativ 1 mm in diametru. Sistemul devine astfel mult mai putin sensibil la praf si zgirieturi multumita unei zone de 'acoperire' mari a spotului laser. In interiorul drive-ului distanta dintre componenta optica de citire/scriere si disc este de aproximativ 1 mm, lucru care face aproape imposibil contactul dintre cele doua elemente si eventualele dezastre, chiar si cu medii care au o suprafata mai putin plana.

Tehnologii DVD (Digital Versatile Discs)

Inceputul epocii DVD-urilor isi are locatia in jurul anului 1991 cind Pioneer a pornit o cercetare in aceasta directie. Principalul lor scop era inregistrarea de formate video de mare calitate cu o durata de minimum doua ore pe un singur disc, ca o noua generatie venita sa inlocuiasca vechea tehnologie LaserDisc (LD).

Pentru prima data pe piata, Pioneer a introdus in anul 1994 un sistem numit Karaoke System care putea stoca si reda 2,1 Gb de fisier MPEG-1 pe un disc cu o grosime de 1,2 mm si o singura fata accesibila. In august 1996 a fost scos spre vinzare formatul DVD video si primele playere DVD au fost lansate in luna noiembrie a aceluiasi an de catre firmele producatoare. DVD-R inscriptibile intr-o singura sesiune de 3,95 Gb si DVD-RAM de 2,6 GB reinsciptibile au fost lansate in anul 1997, iar formatele DVD-RW in 1999. Plecind de la faptul ca noile medii de stocare DVD aveau ca prim scop inlocuirea vechii tehnologii LaserDisc, ele trebuiau sa redea cel putin aceeasi calitate video ca precedentele solutii. Diferenta intre CD si DVD nu consta doar in schimbarea unitatii optice de citire de la o sursa laser 'aproape' infrarosie la una laser rosie. Principalul scop este acela ca intreaga lista de specificatii a fost dezvoltata pentru a atinge o capacitate a discului de 4,7 GB, fapt bazat pe evolutia tehnologiei de peste zece ani de la introducerea formatului compact disc in 1982. Considerente precum excentricitatea discului au devenit mult mai stricte la DVD-uri decit la specificatiile CD-urilor. S-a cunoscut o evolutie a tehnologiei de fabricatie ca o necesitate in atingerea unei mai mari densitati a discului in crestere proportionala cu scaderea parametrilor lungimii de unda a laserului.
Detalii tehnice si specificatii fizice

Diferenta dintre un DVD de 4,7 GB si un CD sta in esenta in densitatea inregistrarilor facute pe suprafata inscriptibila. Problema a fost pusa cum sa se scrie si citi de pe o astfel de suprafata. Solutia a fost data de un mecanism numit Laser Beam Recorder (LBR). Acesta foloseste o sursa de lumina bazata pe lasere cu argon cu o lungime de unda de 457 nm sau lasere cu heliu si cadmiu cu o lungime de unda de 442 nm. Modularea digitala pentru DVD-uri si codul de corectare a erorilor (ECC) au fost perfectionate pentru a suporta diferenta de capacitate a storage-ului.
Spre deosebire de compact disc, DVD-ul este compus din doua layere cu o grosime de 0,6 mm. Cu toate ca par asemanatoare, cele doua medii de stocare prezinta diferente majore in substraturi, modul de abordare mutindu-se de la un spatiu 2D catre unul 3D. Diferentele devin tot mai transante o data cu aparitia celor doua suprafete pe care DVD-9 le foloseste pentru stocarea informatiilor si doua lasere pentru accesarea acestora. Chiar daca intr-un DVD incap date cit pe sapte compact discuri, se pot atinge si valori mai mari prin modul de folosire 3D al mediilor la formatul DVD-9.
Red laser vs. Blue laser

Momentan, unitatile DVD folosesc lasere rosii (cu lungimi de unda intre 630 - 650 nm), iar singura metoda de a mari densitatea ariilor de citire este schimbarea catre o unda de lungimi mai mici, cum ar fi lasere albastre sau violet, cu lungimi de unda de 400 nm. Pentru a atinge o capacitate de 45 GB pe o fata a unui layer, lasere UV (ultraviolet) vor fi necesare. Cu toate acestea, modul de fabricatie a acestor mecanisme este destul de greoi, in ciuda costurilor scazute. Pina la trecerea catre Blue Laser, se incearca inca o marire a complexitatii dispozitivelor deja existente prin micsorarea spotului luminos si marirea vitezei de rotatie a discului.

Concluzii

Se pare ca mediile DVD devin din ce in ce mai populare dupa ce, pe piata autohtona, au cunoscut o anumita stagnare. Totusi nevoia de storage mobil a convins, iar cumparatorii se orienteaza din ce in ce mai mult spre aceste solutii. Cred ca prezenta in ofertele de componente a mediilor compact disc va mai persista datorita numarului mare de utilizatori pe care aceasta solutie l-a acumulat in timp.