DVD-18.

DVD-18 – це двошаровий двосторонній диск ємністю 17, 1 ГБ. Структура його така ж, як у DVD-9. Це фактично два DVD-9 склеєних неробочими поверхнями. Принципова структура показана на рис. 1.3.2.

Відбивна здатність одношарового диска становить 45-85%, двошарового – 18-30%. Різні відбивні здатності шарів компенсуються схемою автоматичного регулювання підсилення (АРП).

Крім цих найбільш поширених форматів DVD зустрічаються DVD-14 (один шар на одній стороні диску, два – на іншій), який має ємність 13, 2 ГБ і диски, діаметром 80 мм форматів DVD-1, DVD-2, DVD-3 і DVD-4.

Рис. 1.3.2.

1.4. Принцип запису на BD (Blu-ray Disk – диск з використанням синього променя).

ВD поступив у продаж в 2002 році. У дисках ВD в якості записуючого і зчитуючого променя використовується лазерний промінь з довжиною хвилі 405 нм. При такій довжині хвилі висота піта становить 0, 065 мкм, що висуває високі вимоги до якості поверхні диску. Для збереження її від ушкоджень сучасні ВD випускаються в захисних картриджах. За принципом запису і читання інформації ВD не відрізняються від СD та DVD. У сучасних розробках ВD, які ще не поступили у продаж, ємність 10-шарових дисків досягає 320 ГБ.

ВD бувають трьох типів:

1 ВD-ROM – диски, виготовлені в заводських умовах методом штампування полікарбонатної основи;

2 ВD-R – диски одноразового запису;

3 ВD-RЕ – диски багаторазового запису.

Порівняльна характеристика СD, DVD та ВD показана на рис. 1.4.1 і таблиці 2.

Рис. 1.4.1.

Таблиця 2.

1.5. HD DVD (Hight-Definition DVD – DVD високої щільності). Цей формат є розробкою компаній Toshiba, NEC і Sanyo. Для запису використовується лазер з довжиною хвилі, як для ВD, але ці формати несумісні. Планується випуск наступних різновидів дисків HD DVD: HD DVD -ROM, HD DVD -R, HD DVD -RW і HD DVD -RAM. За принципом запису цей формат аналогічний дискам ВD, поступаючись ємністю. Одношаровий HD DVD вміщує 15 ГБ, двошаровий – 30 ГБ, трьохшаровий – 45 ГБ інформації. На даний час формат ВD випереджає в застосуванні HD DVD.

1.6. Головка читання/запису оптичних компакт-дисків.

Головним елементом головки читання/запису оптичних компакт-дисків є лазер ( Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (LASER) – підсилення світла за допомогою вимушеного випромінювання ).

1.6.1. Лазер і принцип його роботи.

Вперше ідею лазера (оптичного квантового генератора) запропонував А. Фабрикант у 1939 році. Згідно теорії, лазер – це джерело монохроматичного когерентного світла з високою спрямованістю світового променя.

Рис.1.6.1.

Принцип роботи лазера полягає в наступному:

В об’ємі, заповненому активним середовищем (газ (гелій+неон, вуглекислий газ), кристал (рубін) між двома дзеркалами, одне з яких напівпрозоре (на рис. 1.6.1 - 2), рухається потік фотонів, що випромінюються атомами, від дзеркала 1 до дзеркала 2. Більша частина цього потоку проходить через напівпрозоре дзеркало 2 і випромінюється в навколишнє середовище у вигляді когерентного випромінювання. Невелика частина потоку світа відбивається від дзеркала 2, рухається назад, підсилюючись по шляху, відбивається від дзеркала 1, рухається до дзеркала 2 і т.д. Для підтримки цього процесу існує зовнішнє джерело енергії, яке підтримує такий стан активного середовища, що в ньому весь час відбувається народження фотонів. Підтримка такого стану називається накачкою.

В якості активного середовища можна використовувати:

• газ (гелій+неон, вуглекислий газ та ін.);
• напівпровідник;
• кристал (рубін та ін.);
• рідина;
• скло.

В якості оптичної накачки можна використовувати оптичну накачку, збудження електронним ударом, хімічну накачку та ін.

1.6.2. Будова головки читання/запису.

Лазерний промінь проходить крізь призму (див. рис. 1.6.2) і дві фокусуючі лінзи на диск, що обертається зі сторони прозорої основи і після відбиття повертається на спеціальний фотоприймач. При попаданні променя на піти і ленди інтенсивність відбитого променя змінюється. В результаті, на виході фотоприймача формується електричний сигнал, що по формі повторює інформаційний малюнок на поверхні CD. Дуже важливе значення для головки має числова апертура об’єктива. Вона визначає параметри освітлення, враховуючи при цьому властивості фокусуючої на диск лінзи, а також фокусну віддаль оптичної системи і коефіцієнт відносного збільшення. Числова апертура обернено пропорційна фокусній відстані і прямо пропорційна відносному збільшенню лінзи. Величина числової апертури А чисельно дорівнює:

,

де – максимальний кут заломлення променів в лінзі; п – показник заломлення.

Наприклад, лінза, що використовується в накопичувачах СD-ROM, збирає пучок світла під кутом 26, 7°, тому А для неї дорівнює 0, 45. Для порівняння, лінза накопичувача DVD збирає пучок світла під кутом 36, 9°, тобто апертура становить – 0, 60, в накопичувачах BD світлові промені виходять з лінзи під кутом 58, 2° і апертура дорівнює 0, 85 (див. рис. 1.4.1). Лінзи з більш високою числовою апертурою дають можливість створювати зображення з більш високою роздільною здатністю.

Апертура також визначає обмеження інформаційної ємності оптичних дисків. Інформаційний елемент, що записується (зчитується) не може бути меншим радіуса дифракційної плями (кружка Ері):

,

де λ – довжина хвилі світла.

Рис. 1.6.2.

Об’єктив лазера фокусує промінь чітко на робочій поверхні. Глибина різкості складає не більше 2 мкм. На поверхні прозорої основи CD лазерний промінь розфокусований. Діаметр плями променя складає біля 1 мм, а це приводить до того, що частинки пилу, відбитки пальців або подряпини на поверхні CD не можуть бути „прочитаними” лазерним променем (див. рис. 1.6.3).

Рис. 1.6.3.

Особливості оптичного способу зчитування даних:

1. Успішне зчитування залежить від стану поверхні компакт-дисків. Подряпини, пил і забруднення ускладнюють, а інколи і роблять неможливим зчитування інформації з них.
2. Застосування лазера ІЧ-діапазону для формату CD дозволяє використовувати для виготовлення не тільки прозорий полікарбонат, а і кольоровий, навіть до дуже темного. Такі основи є світлонепроникливими у видимому діапазоні, а в ІЧ – прозорими.

2. Магнітооптичні (МО) технології в комп’ютерній техніці.

Перші МО диски з’явились в 1988 році. Вони з’єднали в собі компактність гнучких дисків і дискет, швидкість середнього жорсткого диску, надійність компакт-диску і достатню, на той час ємність. Але широкому поширенню МО заважає відносно висока вартість і конкуренція сучасних жорстких дисків. В порівнянні з сучасними жорсткими дисками, вони більш повільні і поступаються їм максимальною місткістю. Це робить неможливим застосування МО в якості вінчестерів. Проте МО диски мають великі перспективи як вторинні накопичувачі для резервного зберігання інформації.

2.1. Принцип роботи МО-дисків.

Принцип роботи МО накопичувача базується на суміщенні магнітного і оптичного принципів зберігання інформації. Запис даних відбувається на магнітний робочий шар диску магнітним полем головки за допомогою променя лазера відносно великої потужності. Цей метод теплового магнітного запису (англ. Heat Assisted Magnetic Recording – HAMR) докладно був описаний в розділі (Магнітний запис). В сучасних МО накопичувачах для запису використовується два цикли: цикл стирання і цикл запису. За цикл стирання диску, або його ділянки, лазер нагріває послідовно всю ділянку. Магнітне поле головки намагнічує доріжку вибраної ділянки в одному певному напрямку, що відповідає логічному „0”. Таким чином, вся вибрана ділянка диску переводиться в стан послідовності „0”. В циклі запису для запису „1” в необхідних місцях диску включається лазер і це місце перемагнічується в зворотному напрямку. Такий подвійний цикл запису суттєво знижує його швидкість, але застосування розігріву робочої поверхні диску променем лазера підвищує надійність зберігання даних із-за малої імовірності перемагнічення ділянки.

Принцип читання інформації з МО-диску базується на магнітооптичному ефекті Коттона-Мутона (аналог ефекта Керра для електричних полів). Він полягає у впливі намагнічення середовища на інтенсивність і поляризацію світла, відбитого від його поверхні. Цей ефект досить помітний для речовин зі здатністю до значного намагнічення і з високим коефіцієнтом поглинання, тобто для металічних феромагнетиків. Якщо плоско поляризований промінь відбивається від поверхні намагніченого феромагнетику, то він стає еліптично поляризованим, при цьому велика вісь еліпса поляризації повертається на деякий кут по відношенню до площини поляризації падаючого світла. Цей кут повороту можна виразити наступною залежністю:

,

де с – стала Коттона-Мутона, яка залежить від речовинни відбиваючої поверхні, довжини хвилі випромінювання, температури та ін.; l – довжина оптичного шляху променя; Н – напруженість магнітного поля.

Відбиваючим елементом для лазерного променя, що повертає площину його поляризації, в випадку МО-диску є намагнічена при запису точка поверхні робочого шару. Фотоприймач оптичної головки зчитування сприймає відбитий промінь і аналізує величину повороту площини поляризації променя. По цьому значенню визначається напрямок намагнічення ділянки диску, а по ньому значення біта інформації на цій ділянці.

При читанні використовується лазерний промінь невеликої інтенсивності, що не приводить до нагріву поверхні і її деформації.

В таблиці 3 порівнюються основні властивості магнітооптичного запису і запису за рахунок зміни фазового стану ( phase-change).

Таблиця 3.

	Магнітооптика	Рhase-change
Механізм запису	Зміна вектора намагнічення	Перехід між аморфним і кристалічним станами
Роль світла	Локальний розігрів	Локальний розігрів
Механізм читання	Зміна поляризації відбитого світла за рахунок магнітооптичного ефекту	Зміна інтенсивності відбитого світла із-за відмінності коефіцієнтів пропускання робочого шару в кристалічному і аморфному станах
Характерні температури	Точка Кюрі (200-300) °С	600 °С плавлення 200 °С кристалізація
Число циклів перезапису	106	103 (CD-RW) 105 (DVD-RAM)