Лекции по "Технические средства САПР"

Технические средства САПР   Лекция 08              Доцент, к.т.н., Алексеев Анатолий Васильевич

Технология записи и чтения компакт-диска

 

 

 

                                                                                                                                  

 

Чтобы обеспечить работу лазера в  импульсивном режиме при записи данных, его ток модулируют (цифровое кодирование). Луч лазера проходит собирающую (коллиматорную) линзу, поляризационный расщипитель луча, четвертьволновую пластину и фокусирующую линзу объектива. Расщипитель луча пропускает свет, поляризованный в одном направлении, и отражает свет, поляризованный  в перпендикулярном направлении. Четвертьволновая пластина  изменяет поляризацию луча. Двукратное прохождение  луча через четвертьволновую пластину приводит к повороту его плоскости поляризации на 90 градусов. Линза объектива фокусирует лазерный пучок на тонком записывающем слое (диаметр около 0.1 микрон), расположенном под прозрачной пластиковой подложкой.

Схема управления обеспечивает перемещение  исполнительного механизма, фокусировку луча и удержание его на дорожке оптического диска.

При чтении отражённый от диска луч несёт информацию о двоичных «0» или «1», в зависимости от наличия  или отсутствия микро углублений или пятен в определенном участке диска. Следует отметить, что все типы дисководов CD при чтении информации переход к микро углублению или пятну интерпретируют как двоичная «1», а не переход как «0».

 

Стандарт DVD (Digital Video Disc)

Достижения в области оптической записи и обрабатывании сигналов привели к разработке следующего поколения оптического носителя. Основная цель, которую преследовали при создании DVD, состояла в  существенном увеличении ёмкости  носителя и возможностью воспроизведения качественного цифрового видео. Это явилось предпосылкой нового  формата - DVD ставшего стандартом записи на CD.

Стандарт  DVD был разработан в 1995 году. Изначально DVD (Digital Video Disc) предполагался как цифровой видеодиск. Однако, несмотря на название, на DVD диск можно записать любые данные, а не только видео. Поэтому аббревиатура DVD часто расшифровывается как Digital Versatile Disc, что можно перевести как «универсальный цифровой диск».

 DVD не точно соответствует CD технологиям, но они похожи. В основном  DVD -  это метод сжатия  большого количества  данных на отдельный диск. DVD имеет толщину 1,2 мм. Дисководы DVD в состоянии проигрывать все существующие  CD.

Основное  отличие DVD от CD заключается в объёме данных, которые можно записать на DVD. Причин тому несколько.

1. Для чтения и записи  DVD используется лазер с меньшей длиной волны, потому и плотность больше.

2. Для  чтения и записи DVD используются двухслойные диски. В этом случае на одной стороне диска данные записываются в два слоя. Верхний слой полупрозрачный, а второй читается сквозь первый.

В связи  с меньшей длиной волны считывающего лазера DVD диски имеют толщину покрытия всего 0,6 мм против 1,2 мм у CD. Для того, чтобы избежать излишней хрупкости дисков, DVD покрывается с двух сторон. Это и позволило записывать данные на обе стороны дисков, удвоив их объём.

DVD диски бывают следующих видов и объёмов:

DVD-5 – 4,7 ГБ данных. 1 слой на одной стороне;

DVD-9 – 8,5 ГБ данных. 2 слоя на одной стороне;

DVD-10 – 9,4 ГБ данных. 1 слой на одной стороне и 1 слой на другой стороне;

DVD-14 – 13,24 ГБ данных. 2 слоя на одной стороне и 1 слой на другой стороне;

DVD-18 – 17 ГБ данных. 2 слоя на одной стороне и 2 слоя на другой стороне.

 

Компакт диски  на основе голубого лазера

В традиционных оптических накопителях, таких как CD диски, DVD или магнитооптические диски, запись и чтение данных происходит при помощи красного лазера. Однако, разработчики оптических носителей создали и постоянно совершенствуют способы записи и чтения при помощи более эффективного голубого лазера. Поскольку голубой лазер работает на более короткой длине волны, устройство может сохранить больше информации на той же площади, а также читать и записывать данные быстрее, чем при помощи красного лазера.

В 2004 году компания Sony разработала технологию Blue-ray Disc. Среди форматов Blue-ray Disc первым был определён стандарт на перезаписываемые диски. Спецификация описывает однослойные стандартные 5,25 - дюймовые диски ёмкостью 23,25 и 27 ГБ, а также двухслойные диски ёмкостью 50 ГБ. В 2004 году компания Sony начала поставлять и рекордеры для этих дисков.

В стандарте Blue-ray разработчики осуществили более радикальный отход от существующего формата DVD. Диск остался того же размера, что и DVD, но записываемый слой находится на подложке толщиной 1,1 мм, а снаружи диск покрыт специальным напылением.

Две отраслевых группы занялись продвижением несовместимых форматов: первая называется Blue-ray Disc Founders, это консорциум японских компаний во главе с Sony, к которым присоединились Hewlett-Packard и Dell; вторая – DVD Forum, главными участниками которой являются компании Toshiba и NEC.

Последняя группа предлагает технологию High-Definition DVD (HD-DVD), являющуюся расширением технологии красного лазера с использованием диска такого же формата, как и обычный диск DVD. Эта технология разработана для обеспечения обратной совместимости с существующими DVD дисками. В ней применяется та же структура, когда записываемый слой находится между двумя слоями пластика толщиной 0,6 мм.

В 2007 году японскими компаниями планируется начать коммерческие поставки 4-слой-ных дисков Blue-ray ёмкостью 100 ГБ, а в дальнейшем 8-слойные диски Ёмкостью 200 ГБ.

Специалистами Sony и крупной типографской компании Toppan Printing совместно разработан носитель формата Blue-ray Disc, основа которого выполнена из картона. Их ёмкость – 25 ГБ. Спецификация, предоставленная Sony и Toppan, предусматривает использование защитного слоя толщиной 0,1 мм, под которым находится 1,1-миллимитровая основа с рабочей поверхностью. Основа, как правило, изготавливается из поликарбонатного пластика. Замена его на картон делает носитель примерно в полтора раза легче полимерного. Бумажные диски меньше наносят вреда экологии, чем полимерные, и легче подаются вторичной переработке.

 

Компакт диски  на основе ультрафиолетового лазера

Как сообщает Nikkei Net, японский производитель электронной техники Pioneer разработал технологию, благодаря которой ёмкость оптического диска может быть увеличена до 500 ГБ. Она основана на применении ультрафиолетовых лазеров, длина которых короче существующих голубых лазеров. При этом шаг записи данных при использовании данной технологии составляет 70 нанометров. Это позволяет хранить в 20 раз больше информации, чем Blue-ray.

 

Голографические диски

Инженеры японской компании Opt ware первыми в мире сумели обеспечить устойчивую запись и воспроизведение информации на прозрачных голографических дисках. Они планируют уже в 2006 году начать коммерческий выпуск устройств записи/чтения и диски HVD (Holographic Versatile Disc) ёмкостью 200 ГБ.

Специалисты компании разработали  так называемую систему Collinear Holographic Data Storage System, которая использует для чтения данных, записанных в виде голограммы на диске диаметром 12 см, зелёный лазер с длинной волны 532 нанометра. При записи система генерирует два таких луча. Первым из них кодируются записываемые данные, а вторым – служебная и справочная информация. Внутри записывающего слоя носителя два луча накладываются друг на друга, после чего информация сохраняется на диске.

Ниже записывающего располагается  предварительно отформатированный  слой, на котором находятся данные для сервомеханизма. Они считываются красным лазером. Таким образом, обеспечивается точность контроля текущего положения диска. Между слоем данных и слоем управляющих инструкций для сервомеханизма размещён зеркальный слой, который отражает луч зелёного лазера и пропускает луч красного. Наличие подобного зеркального слоя является отличительной особенностью технологии HDV. Он предотвращает рассеивание луча внутри диска, приводящее к появлению шумов и ухудшению качества сигнала.