Из чего сделаны DVD

Обновлено: 20.11.2024

На первый взгляд, DVD-диск легко спутать с компакт-диском: оба представляют собой пластиковые диски диаметром 120 мм и толщиной 1,2 мм, и оба используют лазеры для считывания данных, хранящихся в ямах на спиральной дорожке. И хотя можно сказать, что на этом сходство заканчивается, также верно и то, что семикратное увеличение емкости данных DVD по сравнению с компакт-диском было в значительной степени достигнуто за счет ужесточения допусков во всей предшествующей системе.

Во-первых, дорожки располагаются ближе друг к другу, что позволяет увеличить количество дорожек на диске. Шаг дорожек DVD (расстояние между ними) уменьшен до 0,74 микрона, что составляет менее половины от 1,6 микрона на компакт-диске. Питы, в которых хранятся данные, также намного меньше, что позволяет использовать больше питов на дорожку. Минимальная длина питов однослойного DVD составляет 0,4 микрона по сравнению с 0,834 микрона для компакт-диска. Поскольку количество питов напрямую влияет на уровень емкости, уменьшенный шаг дорожек DVD и размер питов сами по себе дают дискам DVD-ROM емкость в четыре раза больше, чем компакт-дискам.

Однако размещение на диске как можно большего количества питов — несложная задача, и настоящим технологическим прорывом DVD стал лазер. Меньшие ямки означают, что лазер должен создавать пятно меньшего размера, и DVD достигает этого за счет уменьшения длины волны лазера с 780 нм (нанометров) инфракрасного света стандартного компакт-диска до 635 нм или 650 нм красного света.

Во-вторых, спецификация DVD позволяет сканировать информацию с более чем одного слоя DVD, просто изменяя фокус считывающего лазера. Вместо использования непрозрачного отражающего слоя можно использовать полупрозрачный слой с непрозрачным отражающим слоем за ним, несущим больше данных. Это не удваивает емкость, потому что второй слой не может быть таким же плотным, как один слой, но позволяет одному диску передавать 8,5 ГБ данных без необходимости извлечения из привода и переворачивания. Интересной особенностью DVD является то, что второй слой данных диска можно считывать как изнутри диска наружу, так и снаружи внутрь. На компакт-дисках стандартной плотности информация всегда сначала хранится рядом с центром диска. . То же самое справедливо и для однослойных и двухслойных DVD, но второй слой каждого диска может содержать данные, записанные в обратном направлении или на дорожке с обратной спиралью. Благодаря этой функции перефокусировка объектива с одного отражающего слоя на другой занимает всего мгновение. С другой стороны, однослойный компакт-диск, на котором все данные хранятся на одной спиральной дорожке, требует больше времени для перемещения оптического датчика в другое место или файл на той же поверхности.

В-третьих, DVD позволяет использовать двусторонние диски. Чтобы облегчить фокусировку лазера на ямках меньшего размера, производители использовали более тонкую пластиковую подложку, чем та, которая используется в CD-ROM, тем самым уменьшая глубину слоя пластика, через который лазер должен пройти, чтобы достичь ямок. Это уменьшение привело к тому, что диски стали толщиной 0,6 мм, что составляет половину толщины компакт-диска. Однако, поскольку эти более тонкие диски были слишком тонкими, чтобы оставаться плоскими и выдерживать манипуляции, производители соединили два диска встык, в результате чего получились диски толщиной 1,2 мм. Это соединение эффективно удваивает потенциальную емкость диска. Обратите внимание, что односторонние диски по-прежнему имеют две подложки, хотя одна из них не может хранить данные.

Наконец, DVD сделал структуру данных, помещаемых на диск, более эффективной. Когда в конце 1970-х были разработаны компакт-диски, необходимо было встроить несколько мощных и относительно грубых систем исправления ошибок, чтобы гарантировать воспроизведение дисков. Когда биты используются для обнаружения ошибок, они не используются для передачи полезных данных, поэтому DVD имеют более эффективный и действенный код исправления ошибок (ECC)

  • История развития DVD и рождение DVD Forum
  • Форматы DVD
  • DVD — универсальные цифровые диски — как они изготавливаются и как работают
  • DVD ОСТА
  • Файловые системы DVD
  • Проблемы совместимости CDR-RW
  • Кодирование DVD
  • Защита DVD-контента
  • Региональные коды для DVD
  • DVD-диск
  • DVD-видео
  • Кодек DVD DivX
  • DVD-аудио
  • Форматы для записи DVD
  • DVD-R — однократно записываемые DVD-диски
  • DVD-RAM
  • DVD+RW
  • DVD-RW
  • DVD+R
  • Мульти-записывающие DVD-диски

Последние статьи

Технология VXA Tape Storage

Потоковая передача – это метод, используемый для передачи данных в ленточных накопителях с линейной и спиральной разверткой, которые работают путем чтения всей дорожки длиной в тысячи байтов за один проход головки чтения с фиксированной скоростью ленты. Чтобы такие приводы работали… [Подробнее. ]

Избегайте ленивого пути веб-безопасности

Источник: kutubQ через Canva Поленитесь сейчас, поработайте усерднее позже; это так просто. В наши дни лень в веб-безопасности и связанная с ней самоуспокоенность слишком распространены.Многие покупают ноутбук, планшет, настольный компьютер или другое устройство, возможно, полагая, что обеспечена достаточная безопасность, и просто начинают использовать… [Подробнее. ]

Как использовать восстановление системы

Искусственный интеллект способствует изменениям в области городского планирования

Искусственный интеллект меняет многие аспекты нашей жизни. Он используется в большем количестве областей, чем когда-либо прежде. Одно из полей, затронутых ИИ… [Подробнее. ]

ИИ меняет будущее производства

Технологии искусственного интеллекта обладают множеством замечательных преимуществ. Бесчисленные отрасли промышленности пользуются этим. Один из… [Подробнее. ]

Подходит ли Etsy для вашего бизнеса в сфере электронной коммерции?

Etsy – отличное место для открытия интернет-магазина. Однако он не лишен недостатков. Вы должны проявить должную осмотрительность и знать, что… [Подробнее. ]

Расширенные лайфхаки для покупок на Etsy

Ранее мы поделились некоторыми подробностями об использовании Etsy для поиска изделий ручной работы и винтажных товаров. Мы рассмотрели нюансы инструмента поиска. Однако мы… [Подробнее. ]

Понимание интерфейса с Etsy

Вы когда-нибудь думали об открытии своего магазина на Etsy, но еще не сделали этого? Как вы думаете, это сложно? Вы боитесь, что не узнаете… [Подробнее. ]

Факторы, которые следует учитывать при изменении размера изображения

Есть много вещей, о которых вам нужно подумать, когда вы планируете изменить размер изображения. Вы не хотите принимать произвольные решения, потому что… [Подробнее. ]

DVD имеют тот же диаметр и толщину, что и компакт-диски, и они изготавливаются с использованием тех же материалов и методов производства. Как и на компакт-диске, данные на DVD кодируются в виде небольших ямок и неровностей на дорожке диска.

DVD состоит из нескольких слоев пластика общей толщиной около 1,2 мм. Каждый слой создается методом литья под давлением поликарбонатного пластика. Этот процесс формирует диск с микроскопическими выпуклостями, образующими единую, непрерывную и чрезвычайно длинную спиральную дорожку данных. Подробнее о неровностях позже.

После формирования прозрачных кусочков поликарбоната на диск напыляется тонкий отражающий слой, закрывающий неровности. Алюминий используется за внутренними слоями, но для внешних слоев используется полуотражающий золотой слой, позволяющий лазеру фокусироваться через внешние и на внутренние слои. После того, как все слои сделаны, каждый из них покрывается лаком, сжимается и полимеризуется под инфракрасным излучением. Для односторонних дисков этикетка наносится методом шелкографии на нечитаемую сторону. Двусторонние диски печатаются только в нечитаемой области возле отверстия посередине. Поперечные сечения различных типов готовых DVD-дисков (не в масштабе) выглядят следующим образом:

Каждый перезаписываемый слой DVD имеет спиральную дорожку данных. На однослойных DVD дорожка всегда идет по кругу от внутренней части диска к внешней. То, что спиральная дорожка начинается в центре, означает, что при желании однослойный DVD может быть меньше 12 сантиметров.

Что изображение слева не может вас впечатлить, так это то, насколько невероятно мала дорожка данных — всего 740 нанометров отделяют одну дорожку от другой (нанометр — это миллиардная часть метра). А удлиненные выступы, образующие дорожку, имеют ширину 320 нанометров, минимум 400 нанометров в длину и 120 нанометров в высоту. На следующем рисунке показано, как смотреть сквозь слой поликарбоната на выступы.

Вы часто будете читать о "ямках" на DVD вместо выпуклостей. Они выглядят как ямки на алюминиевой стороне, но на стороне, с которой считывается лазер, они представляют собой выпуклости.

Микроскопические размеры выпуклостей делают спиральную дорожку на DVD чрезвычайно длинной. Если бы вы могли снять дорожку данных с одного слоя DVD и растянуть ее в прямую линию, ее длина составила бы почти 7,5 миль! Это означает, что на двустороннем двухслойном DVD будет записано 30 миль (48 км) данных!

Чтобы считывать такие маленькие неровности, вам нужен невероятно точный механизм чтения дисков.

До появления потоковой передачи CD и DVD были основным носителем музыки и фильмов. Но точно так же, как DVD заменил VHS и сделал его устаревшим, DVD были заменены потоковыми сервисами. Это проще для потребителя, но создает большие проблемы. Что мы будем делать со всеми этими пластиковыми CD и DVD?

Если вы сейчас осмотрите свой дом, скорее всего, у вас найдется много компакт-дисков и DVD-дисков, которыми вы больше не пользуетесь. По оценкам, каждый год выбрасывается более 5,5 миллионов компакт-дисков, а более 50 тонн DVD-дисков устаревают каждый месяц, поскольку фильмы на них заменяются потоковыми сервисами. Это создает огромную проблему с отходами, потому что там много пластика. Их нельзя выбрасывать в стандартный мусорный бак дома, а это значит, что большая их часть попадает прямо на свалку, если только вы не найдете решения по переработке компакт-дисков.

  • Основание из поликарбонатного пластика (из сырой нефти или природного газа).
  • Тонкое покрытие из алюминия.
  • Прозрачное защитное акриловое покрытие.
  • Чехлы из поливинилхлорида (ПВХ)

Хорошая новость заключается в том, что существуют варианты утилизации компакт-дисков и DVD-дисков. Есть компании, которые могут купить ваши старые компакт-диски и DVD-диски, если они популярны. До сих пор есть люди, которые используют старомодные форматы и еще не освоили стриминг. Эти компании будут покупать ваши старые диски и продавать их, чтобы вы могли не допустить их попадания на свалки и в то же время заработать немного дополнительных денег. Если вы не можете продать свои компакт-диски и DVD-диски, важно сдать их на переработку. Процесс переработки CD и DVD довольно прост. Сначала отражающая поверхность диска очищается с помощью песка, механического воздействия или растворителей. Затем покрытие будет смешано с химическими веществами для извлечения ценных металлов. Оставшиеся диски затем можно переработать для создания новых компакт-дисков и DVD-дисков. Однако это маловероятно, поскольку спрос на формат снижается. Более вероятно, что оставшийся пластик будет измельчен, а затем переплавлен для получения нового сырья. Этот необработанный пластик можно преобразовать в ряд различных продуктов, включая офисное оборудование, автомобильные детали и изоляцию электрических кабелей. Если у вас завалялись старые компакт-диски и DVD-диски, убедитесь, что вы не выбрасываете их прямо в мусорное ведро. Чтобы утилизировать их надлежащим образом, вам необходимо передать их поставщику услуг по переработке компакт-дисков и DVD-дисков.

Ниже следует описание того, как компакт-диски и DVD-диски хранят данные, а также различия в материалах, необходимых для записываемых и перезаписываемых компакт-дисков и DVD-дисков. Сначала все обсуждается только для компакт-дисков; но различия между компакт-дисками и DVD-дисками на самом деле заключаются только в размерах дорожек и выступов, а также в длине волны лазера, поэтому различия объясняются после основ. Затем представлены записываемые/перезаписываемые кейсы.

Основы компакт-диска только для чтения

Компакт-диск — это дисковый носитель информации. Информация хранится на одной длинной спиральной дорожке, идущей изнутри наружу. Рисунок справа иллюстрирует это наглядно, но не в масштабе: дорожка очень узкая и очень длинная. В частности, дорожка стандартизирована и составляет 0,5 микрона или 500 морских миль в поперечнике, но если растянуть ее на прямую, то она составляет около 5 километров (около 3,5 миль) в длину! Для справки: лист бумаги имеет ширину 0,1 мм или 100 микрометров; ширина человеческого волоса обычно составляет от 50 до 200 микрометров: таким образом, дорожка компакт-диска очень узкая. Расстояние между последовательными витками спирали также стандартизировано и составляет 1,6 микрометра.

Если перевернуть компакт-диск узкой стороной, его толщина составит 1,2 мм. Если вы прорежете его, чтобы увидеть поперечное сечение с этикеткой (верхней) стороной вверх, вы найдете то, что показано на следующем схематическом рисунке ниже. Что касается процесса изготовления компакт-диска, давайте начнем с нижнего поликарбонатного слоя. Поликарбонаты — это тип пластика, который достаточно термостойкий и ударопрочный, а также обладает высокой прозрачностью. При изготовлении на поликарбонат наносится длинная спиральная дорожка, которая содержит данные в виде различных выпуклостей (вид снизу) или ямок (вид сверху) — как это работает, смотрите ниже. Если смотреть сверху, впадины называются ямами, а приподнятые плоские части называются землей. Глубина ямок стандартизирована и составляет 125 нм. Затем поверх поликарбоната наносится тонкий слой алюминия, который покрывает трассу, землю и ямы. Выбран алюминий, так как он относительно недорог, но обладает хорошей отражающей способностью. Затем наносится слой акрила (еще один пластик, который дешевле поликарбоната) для защиты алюминия. Наконец, при желании на акрил можно нанести слой этикетки.

Если мы увеличим компакт-диск со стороны поликарбоната, мы можем увидеть что-то вроде того, что показано на следующем рисунке ниже. То, что показано, является схемой, где спираль идет, скажем, слева направо и дважды пересекла наше поле зрения. Ямки имеют глубину 125 нм, ширину 500 нм, а длина может варьироваться от 850 до 3500 нм (3,5 микрометра). Также показано стандартное расстояние между дорожками (называемое шагом) 1,6 микрометра.

Ниже приведены два реальных изображения, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) реальных поверхностей CD и DVD. Эти изображения были получены в Йельском университете с помощью СЭМ, организованного Йельским институтом нанонауки и квантовой инженерии (YINQUE). Яркие «таблетки» — это косточки. Единственная реальная разница между CD и DVD заключается в том, что все для DVD меньше: более узкие и короткие ямки и меньший шаг, чтобы все было упаковано более плотно.Как вы увидите ниже, это означает более плотное хранение информации, поэтому DVD может хранить больше данных на единицу площади, чем компакт-диск.

Выпуклости в поликарбонатном слое компакт-диска

Теперь вы можете спросить, как все это связано с информацией, хранящейся на компакт-диске?

Как вы знаете, информация в основном представлена ​​в цифровой форме в виде битов или единиц и нулей. Для компакт-диска выбранная система немного необычна: наличие (или отсутствие) выпуклости не означает единицу или ноль. Скорее переход от выпуклости к плоской области или от плоской области к выпуклости представляет собой единицу, в то время как отсутствие перехода (то есть относительно длинная область, которая является либо выпуклостью, либо плоской) не представляет ноль. Следующий вопрос заключается в том, как эта информация считывается с компакт-диска: как устройство для чтения компакт-дисков определяет, есть ли выпуклость или плоская область?

Решение чтения данных с компакт-диска довольно простое и основано на простом отражении. Мы все использовали зеркало, чтобы отражать солнечный свет на стену, а затем заставлять отраженный свет двигаться, изменяя угол зеркала. В устройстве чтения компакт-дисков источником света является полупроводниковый лазер с фиксированной длиной волны 780 нм. Обратите внимание, что 780 нм находится в инфракрасном диапазоне и не виден человеческому глазу; невооруженным глазом вы не сможете увидеть, как лазер проигрывателя компакт-дисков светит на компакт-диск. Лазер создает узкий пучок света, падающий на нижнюю поверхность компакт-диска. Луч проходит через поликарбонат, отражается алюминием, затем возвращается через поликарбонат и выходит из компакт-диска, достигая фотодиодного детектора. Лазер испускает луч под небольшим углом к ​​поверхности компакт-диска, поэтому наличие или отсутствие выступа изменит угол, под которым луч отражается к детектору. Это изменяет интенсивность отраженного света, регистрируемого детектором, и, таким образом, будет наблюдаться наличие или отсутствие выпуклости. Схема справа пытается это показать; угол отражения на схеме сильно преувеличен, чтобы показать отражение: на практике угол довольно мал.

CD по сравнению со стандартными и Blu-ray DVD

С точки зрения материалов и функционирования единственная разница между CD и DVD заключается в размерах. Основные идеи и основные технологии по существу идентичны. Однако, как вы знаете, DVD-диски имеют такой же физический размер, что и (стандартные) компакт-диски, которые могут хранить гораздо больше информации, чем компакт-диски: как это достигается? Основная идея заключается в более компактном хранении данных. В частности, неровности могут быть короче, поэтому на единицу длины можно хранить больше, а гусеницы расположены ближе (с меньшим шагом), чтобы их можно было плотно упаковать. Численно выпуклости для DVD имеют длину около 400 нм, а не около 800 нм для компакт-диска. А шаг спиральной дорожки теперь составляет 0,74 микрометра (740 нм) вместо 1,6 микрометра. Чтобы иметь возможность сфокусировать лазер на этих меньших бугорках, необходима более короткая длина волны света: в оптике есть основной принцип, согласно которому при наилучших условиях фокусировки световой луч может быть сфокусирован на пятно, которое всегда примерно равно большой, как его длина волны. Таким образом, более короткая длина волны означает меньшее сфокусированное пятно света и, следовательно, способность видеть более мелкие детали. Лазеры, используемые в проигрывателях DVD, работают на длине волны 650 нм (вместо 780 нм в компакт-дисках). Длина волны 650 нм видна человеческому глазу и соответствует красному цвету: вы, наверное, заметили, что на поверхность DVD внутри плеера падает красный свет.

Диски Blue-ray также являются разновидностью DVD-дисков: опять же, они имеют тот же физический размер, что и стандартные компакт-диски и DVD-диски, но могут хранить еще больше информации. Опять же, все идеи одинаковы, но все функции (неровности и шаг дорожек) меньше, чем у стандартных DVD. Также лазер должен иметь более короткую длину волны и работать на длине волны 405 нм. Это видно и в сине-фиолетовой области, отсюда и название!

Записываемые/перезаписываемые CD и DVD

До сих пор мы описывали, как работают компакт-диски и DVD-диски, если они предназначены для постоянного хранения: информация на носителе закодирована в физической высоте выступов и поэтому не может быть изменена. Этот тип постоянного хранилища отлично подходит для хранения музыки, фильмов или постоянных резервных копий. Но что, если кто-то хочет записать свои собственные компакт-диски или DVD-диски или, возможно, использовать носитель для перезаписываемого хранилища? Как вы, наверное, знаете, перезаписываемые (одноразовая запись) и перезаписываемые компакт-диски и DVD-диски уже некоторое время доступны на рынке.Но как они на самом деле работают с точки зрения материалов?

Глядя на приведенное выше описание, мы отмечаем, что основной механизм считывания данных с компакт-диска или DVD-диска заключается в том, что лазерный луч отражается от поверхности и измеряется отраженный свет: выпуклости на поверхности изменяют отражение. Но это не ограничивается физическими ударами: любое изменение материала среды, которое меняет отражение, будет иметь тот же эффект. Поэтому в (перезаписываемых) компакт-дисках и DVD-дисках нет физических выпуклостей или различий по высоте, но вместо этого материал меняет свои свойства, чтобы иметь различную отражательную способность со шкалами размеров, имитирующими настоящие выпуклости. Чтобы быть точным, для (перезаписываемых) компакт-дисков и DVD-дисков схематичное поперечное сечение показано ниже: в дополнение к алюминиевому слою есть дополнительные слои (из которых материал с фазовым переходом является критическим), где все изменения отражательной способности происходят. (Диэлектрик очень прозрачен, поэтому он не оказывает значительного влияния на то, что происходит.) Если материал с фазовым переходом довольно прозрачен, лазерный луч проходит через него, отражается от слоя алюминия позади него и отражается обратно. Однако, если материал с фазовым переходом непрозрачен или поглощает, большая часть лазерного излучения поглощается с небольшим отражением, и поэтому издалека можно наблюдать изменение отражательной способности.

Итак, что это за «материал с фазовым переходом»? Это материалы, которые можно легко уговорить существовать в двух разных фазах в виде твердых тел при комнатной температуре. Одна представляет собой кристаллическую фазу, а другая — аморфную фазу (определение приведено ниже). Обе фазы имеют одинаковый химический состав: одинаковое количество атомов различных элементов; просто атомы в этих двух фазах расположены по-разному. Кристаллическая фаза прозрачна, а аморфная непрозрачна.

Теперь вы можете спросить: в чем разница между кристаллической и аморфной фазами? Разве твердая фаза материала не имеет единую структуру на атомном уровне? На практике большинство природных материалов или искусственных материалов находятся в одной твердой фазе. Но это не значит, что они могут быть только такими. Все дело в том, насколько материал упорядочен на атомарном уровне, а это, в свою очередь, связано с тем, насколько быстро он остыл из расплавленной формы: чем медленнее скорость охлаждения, тем более упорядочена твердая фаза. атомном уровне.

Лучше всего рассматривать конкретный пример. Кварц и стекло представляют собой наиболее распространенный пример сравнения кристаллических и аморфных форм одного и того же материала. Оба сделаны из диоксида кремния (химическая формула SiO2). SiO2 очень распространен на Земле и является основным компонентом земной коры, песка и большинства горных пород. Кварц является наиболее стабильной кристаллической формой SiO2: под кристаллическим мы подразумеваем, что атомы связаны друг с другом упорядоченным образом, и этот мотив повторяется снова и снова во всем твердом теле. В фазе кристаллического кварца все атомы Si и O связаны друг с другом очень упорядоченным образом. Каждый Si связан с четырьмя O, а каждый O с двумя Si, а длины связей и углы между связями регулярно повторяются по всему материалу. Это очень похоже на обычную плитку, которую вы видите в ванной или душе, где плитка выложена в виде повторяющегося мотива, а рисунок цветов плитки повторяется снова и снова. Аморфная фаза, с другой стороны, имеет в основном такое же количество и типы связей между атомами Si и O: каждый Si имеет четыре связи с четырьмя O, и каждый O имеет две связи с двумя Si, но углы и длины связей равны переменная по всему материалу. Это гораздо сложнее представить, но это тип мозаики, в которой плитки не все одинакового размера, и они не совсем правильно расположены вместе, и вы просто пытаетесь продолжить шаблон мозаики, так что в итоге получается неправильная структура. где практически все плитки имеют правильное количество соседних плиток (хотя иногда могут быть некоторые пустоты или дополнительные плитки), но нет повторяющегося мотива. Если вы начнете с расплавленного диоксида кремния и очень медленно охладите его, вы получите кварц: атомы беспорядочно хихикают из-за тепловой энергии, и вы даете им достаточно времени, чтобы найти нужных партнеров и соединиться с ними правильным образом. порядок и ориентация для формирования хорошего кристалла. Однако если охлаждать расплав слишком быстро, атомы не успевают собраться в упорядоченную структуру, и конечная структура оказывается аморфной. Это очень похоже на игру «музыкальные стулья», где, например, половина игроков в синих рубашках, а половина игроков в красных, и мы просим каждого синего игрока сесть между двумя красными игроками (и наоборот): если вы дадите людям достаточно время передвигаться и находить нужных соседей, искомая закономерность найдена; но если дать слишком мало времени, а затем настаивать на том, чтобы все сели как можно быстрее, скорее всего, рассадка будет не в желаемом порядке.См. изображение ниже для визуализации кристаллической и аморфной фаз (и их использования для записи информации, как указано ниже).

Теперь кварц и стекло оптически очень похожи: оба они очень прозрачны. Таким образом, вы не можете использовать стекло и кварц в качестве материала с фазовым переходом. Основное различие между ними, помимо организации на атомном уровне, заключается в том, что стекло будет течь при достаточном нагревании, что делает его таким полезным в технике и искусстве, тогда как кварц — это твердое тело, которое не течет и не изгибается до очень высокой температуры плавления. точка. В науке и технике аморфный материал, который начинает легко течь после нагревания до соответствующей температуры, называется стеклом (технический термин, который включает обычное стекло, а также многие другие материалы, такие как многие пластмассы и полимеры). ).

Пока единственный способ создать кристалл или стекло — контролировать скорость охлаждения из расплава. И обычно так делают. Но есть некоторые варианты, которые полезны для (пере)записываемых CD/DVD, которые мы сейчас объясним. Кристаллическое твердое тело можно расплавить, подняв его температуру выше точки плавления, которую мы будем обозначать температурой Tm: это температура, при которой атомы, составляющие твердое тело, решают отказаться от обычного связывающее устройство (которое имеет низкую энергию, но также и низкую энтропию) для перехода в жидкое состояние (более высокая энергия, но также более высокая энтропия). Обратный процесс запуска с расплавом и охлаждения ниже Tm больше зависит от скорости охлаждения: как объяснялось выше, если делать это медленно, получается кристалл, а если быстро, то получается стекло. Медленное охлаждение, предназначенное для получения кристалла, называется отжигом, а быстрое охлаждение, предназначенное для получения аморфной фазы, называется закалкой. А теперь представьте, что кто-то сделал быстрое охлаждение и закончил стаканом. Если поднять температуру до промежуточной температуры, которая ниже Tm, но выше температуры кристаллизации Tc, атомы аморфной фазы теперь имеют достаточно тепловой энергии для перемещения немного и изучить новые конфигурации; при наличии достаточного времени они могут начать образовывать кристаллические фазы. Обратите внимание, что эта Tc не является истинной температурой фазового перехода (как Tm): это скорее температура, выше которой кристаллизация протекает «быстро» на интересующая нас шкала времени. Таким образом, можно рассмотреть следующие операции: начиная с кристалла, нагревают его выше Tm, чтобы получить расплав, а затем быстро охлаждают до температуры ниже T c чтобы получить стакан; чтобы заменить стекло кристаллом, стекло нагревают выше Tc, но ниже Tm и немного ждут образования кристаллов, а затем снова могут остыть. Для материалов с фазовым переходом, используемых в CD и DVD, Tc составляет около 200°C, а Tm находится в диапазоне 500–700°C.

Это очень длинный список требований! А некоторые противоречат друг другу, поэтому приходится идти на компромиссы. Но есть классы материалов, которые отвечают всем требованиям. Все они представляют собой сплавы, обычно содержащие Te (теллур) и Sb (сурьма) вместе с другими элементами. Некоторые типичные формулы: TeGeAs, Ge2Sb2Te5, TeSnSe, TeGeSnO или AgInSbTe. Более полный список показывает, что все они представляют собой сплавы на основе Te и Se. И Te, и Se являются хорошо известными материалами для производства стекла, а химическая модификация и легирование предназначены для оптимизации свойств плавления/оптических/механических свойств/отжига/закалки.

Поскольку у нас за плечами вся эта наука о материалах, последний вопрос более прагматичен: как можно записать и/или стереть информацию на CD или DVD? И как кодируется информация? Выбранное соглашение заключается в том, что когда материал с фазовым переходом является кристаллическим, информация не кодируется: информация кодируется, когда его части являются аморфными.

Для этой цели используется устройство для записи компакт-дисков или DVD-дисков, оснащенное тремя разными лазерами (вместо одного лазера в устройстве для чтения компакт-дисков или DVD-дисков). Вот что делает каждый лазер, а также как он работает с материалом для кодирования информации:

CD и DVD состоят из одних и тех же основных материалов и слоев, но изготавливаются по-разному. DVD на самом деле похож на два тонких компакт-диска, склеенных вместе. Компакт-диск считывается и записывается (с помощью лазера) только с одной стороны; DVD можно читать или записывать на одну или обе стороны, в зависимости от того, как был изготовлен диск. Записываемые DVD-диски (DVD-R, DVD-RW, DVD-RAM) могут изготавливаться с одним записывающим слоем на каждой стороне. Предварительно записанные DVD-диски (DVD-ROM) могут изготавливаться с одним или двумя записанными слоями на каждой стороне.

3.1 Поликарбонатный (пластиковый) слой подложки

Подложка из поликарбоната составляет большую часть диска, включая область, считываемую лазером (на компакт-дисках напротив стороны с этикеткой). Он присутствует на обеих сторонах DVD, даже на «одностороннем» диске с этикеткой на одной стороне.Эта подложка обеспечивает глубину диска, необходимую для сохранения фокуса лазера на металлическом слое и слоях данных. Это также придает диску достаточную прочность, чтобы оставаться плоским. Все, что находится внутри или на поликарбонатном слое и мешает способности лазера сфокусироваться на слое данных, приведет к неправильному считыванию данных. Соответственно, отпечатки пальцев, пятна или царапины, а также такие вещества, как грязь, пыль, растворители и излишняя влага (которую поликарбонат впитает) могут помешать лазеру считывать данные. Следует избегать контакта любого постороннего материала со слоем поликарбонатной подложки.

3.2 Уровень данных

Как следует из названия, уровень данных компакт-дисков и DVD-дисков — это слой, содержащий данные. Данные отображаются в виде меток или ямок, которые либо поглощают свет лазерного луча, либо передают свет обратно на лазерный фотодатчик через металлический отражающий слой. На компакт-дисках данные и металлические слои расположены очень близко к верхней части диска (сторона с этикеткой); в DVD они находятся в середине диска (см. рис. 1Ð6). Типы используемых данных и металлических слоев зависят от типа диска: только для чтения (ROM), однократной записи (R) или перезаписываемого (RW, RAM). В таблице 1 показано соотношение между данными и металлическими слоями и типом диска.

Таблица 1. Тип диска, тип чтения/записи, слой данных и металлический слой

Оба слоя на основе красителя (диски R) и слои пленки с фазовым переходом (диски RW) хранят данные, разрешая или блокируя передачу света через слой данных. Обработанные лазером («записанные») области слоя данных поглощают «считывающий» лазерный луч по мере того, как он излучается лазером на металлический слой и отражается обратно к лазерному фотодатчику. Светлые и темные области дают эффекты отражения, которые аналогичны эффекту интерференции «прессованных» и формованных данных в слое металла/подложки на дисках ПЗУ. Отражение, будь то результат красителя, пленки или прессованных эффектов, представлено в цифровом виде в виде единиц и нулей микропрограммой дисковода по мере того, как лазер считывает диск.

3.2.1 Уровень данных на дисках ПЗУ

ROM-диски — это имеющиеся в продаже или сделанные на заказ предварительно записанные диски, также называемые «реплицированными» дисками. Примеры CD-ROM включают Audio-CD, Video-CD, CD-i и CD+G, а также любое количество компакт-дисков, используемых в компьютерных приложениях. Среди DVD-ROM есть DVD-Video, DVD-Audio и любые другие DVD-диски, используемые в играх и компьютерных приложениях.

Данные на дисках CD-ROM или DVD-ROM на самом деле не находятся в отдельном слое. Формовочная машина использует штамп для вдавливания ямок (впадин) и площадок (поверхности), которые формируют данные, на поверхности поликарбонатной подложки. Затем металл напыляется или конденсируется на формованную подложку, чтобы сформировать «отражающий информационный слой». Отражающий металлический слой в дисках ROM также можно считать слоем данных, поскольку металл интегрирован с ямками и площадками в поликарбонате (см. рис. 2 и 3). Металлический слой в ROM-дисках обычно алюминиевый. Для двусторонних дисков DVD-ROM полуотражающий слой выполнен из сплава золота, серебра или кремния.

Рис. 2, 3: Слои, из которых состоят диски ROM

3.2.2 Уровень данных на дисках R

Записываемый оптический диск с однократной записью (CD-R, DVD-R, DVD+R) имеет слой для записи данных, расположенный между поликарбонатной подложкой и металлическим слоем (см. рис. 4 и 5). Этот слой представляет собой органический краситель. Красители, используемые в CD и DVD, относятся к одним и тем же основным типам; однако те, которые используются в DVD, запатентованы производителем, а цвет диска не указывает на тип используемого красителя. Красители как на компакт-дисках, так и на DVD-дисках светочувствительны. Биты (метки) записываются на краситель химическим изменением, вызванным лучом лазерного излучения. Этот краситель со временем разлагается, в результате чего диск становится нечитаемым.

Рис. 4, 5: Слои, составляющие R-диски

Слой данных на дисках CD-R состоит из одного из трех основных типов красителей, каждый из которых дает свой цвет диска в зависимости от типа красителя и типа отражающего металла, используемого на диске. Даже на обычном немаркированном диске сторона с этикеткой может отличаться по цвету от стороны для чтения. Если на стороне этикетки записываемого диска нет поверхности для печати, прикрепленной этикетки или какого-либо другого защитного слоя, она будет иметь цвет используемого металла (серебро или золото). Что касается стороны лазерного считывания, цвет будет таким, как указано в таблице 2.

Таблица 2: Тип красителя и внешний вид — диски CD-R (диски с возможностью записи)

3.2.3 Уровень данных на дисках RW и RAM

Слой записи данных перезаписываемого оптического диска (CD-RW, DVD-RW, DVD+RW, DVD-RAM) также находится между поликарбонатной подложкой и металлическим отражающим слоем (см. рис. 6 и 7). Это пленка из металлического сплава с фазовым переходом. Лазерный луч записывает биты (метки) на пленку, нагревая пленку выше температуры плавления в областях, выбранных для битов. Быстрое охлаждение, обеспечиваемое диэлектрическими слоями на обеих сторонах пленки с изменяемой фазой, приводит к тому, что эти области битов или меток остаются в аморфном состоянии, вызванном плавлением. Нагревая пленку с фазовым переходом до определенной температуры выше температуры кристаллизации, но ниже температуры плавления, пленка может вернуться обратно в кристаллическое состояние, тем самым стирая предыдущие биты. Процессы записи и стирания могут выполняться вместе за один проход при перезаписи диска.

Рис. 6, 7: Слои, из которых состоят диски RW и RAM

3.3 Металлический (отражающий) слой

Металлический слой в оптических дисках отражает лазерный луч обратно к лазерному фотодатчику в лазерной головке. Для этого слоя обычно используются три типа отражающих металлов: алюминий, золото и серебро или серебряный сплав. В «двухслойных» DVD в качестве одного из полуотражающих слоев иногда используется кремний.

3.3.1 Металлический слой на дисках RW, ROM и RAM

Диски RW, ROM и RAM (CD-RW, CD-ROM, DVD-RW, DVD+RW, DVD-ROM, DVD-RAM) используют алюминий для отражающего слоя, главным образом потому, что он недорог и прост в использовании. применять. Алюминий окисляется под воздействием кислорода из окружающей среды или влаги, проникшей в диск. В некоторых более ранних компакт-дисках плохая герметизация позволяла кислороду контактировать со слоем металлического алюминия, вызывая окисление алюминия. Окисление алюминия снижает его отражательную способность, делая диск нечитаемым для лазера, что иногда называют «гниением» диска. Это основная причина деградации дисков ПЗУ под воздействием окружающей среды. Однако это не относится к деградации дисков RW и RAM; пленка с фазовым переходом в этих дисках обычно разлагается быстрее, чем окисляется алюминий в диске.

3.3.2 Металлический слой в R-дисках

В дисках R (CD-R, DVD-R, DVD+R) для отражающего слоя используется золото, серебро или серебряный сплав. Серебро обладает немного большей отражательной способностью, чем золото, но может потерять отражательную способность из-за коррозии при воздействии неблагоприятных условий окружающей среды. Серебро подвергается коррозии в результате реакции с диоксидом серы, загрязнителем окружающей среды, который может мигрировать через диск вместе с влагой. Золото не вызывает коррозии, очень стабильно и долговечно, но оно также дорого. Любой металл должен пережить краску. В этих дисках не используется алюминий, так как он может реагировать с красителем в слое записи (данных).

3.3.3 Металлические слои в двухслойных дисках DVD-ROM

DVD-ROM могут изготавливаться с двумя отражающими металлическими слоями, которые позволяют лазеру считывать данные с обоих слоев, используя одну сторону диска. Эти «двухслойные» DVD-диски обеспечивают в четыре раза больше емкости для контента (видео, аудио, компьютерные приложения), чем «однослойные» DVD-диски. Лазерный луч должен пройти через полуотражающий металлический слой, чтобы считать данные с полностью отражающего слоя. Внешний металлический слой (сплав кремния, золота или серебра) является полуотражающим; то есть он отражает обратно часть лазерного луча и позволяет части его пройти через полностью отражающий слой (алюминий), а затем отразить обратно. Таким образом, обе части отражаются и обнаруживаются фотодатчиком в лазерной головке, который фокусируется на одном слое за раз. На рис. 8 показана наиболее распространенная структура односторонних двухслойных дисков DVD, а на рис. 9 показана альтернативная конструкция.

Рис. 8, 9. Два типа конструкции двухслойного одностороннего DVD-ROM

Разница между этими двумя типами заключается в том, что один (рис. 8) имеет металлические слои данных на разных сторонах (половинах) диска. Помимо прохождения через полуотражающий металлический слой, лазерный луч также должен проходить через специальный клей, который соединяет две половинки диска вместе и не препятствует лазерному лучу. В примере, показанном на рис. 9, два металлических слоя данных находятся на одной половине диска.

DVD-ROM также могут быть двусторонними. На рис. 10 показан двусторонний DVD, который обычно может быть DVD-Video с видео в полноэкранной телевизионной версии на одной стороне диска и в широкоэкранной версии на другой стороне. Если двусторонний DVD-диск также имеет двухслойный слой с обеих сторон, его емкость может почти в четыре раза увеличиться по сравнению с односторонним/однослойным DVD-диском (рис. 11).

Рис. 10, 11. Два типа конструкции двустороннего DVD-ROM

3.4 Лаковый (металлический защитный) слой (CD)

На этикеточную сторону компакт-дисков наносится очень тонкий слой лака для защиты металла от воздействия окружающей среды. (DVD не имеют такого защитного лакового покрытия.) Этот слой также обеспечивает некоторую ограниченную защиту от записи или маркировки диска. Однако компакт-диск более чувствителен к повреждениям с этой стороны, чем с поликарбонатной. Поскольку металлический слой находится очень близко к поверхности со стороны этикетки, острые предметы могут легко повредить компакт-диск, деформировав металл или подвергнув его воздействию окружающей среды. Некоторые растворители также могут воздействовать на лакокрасочные покрытия, обнажая металл или вступая в реакцию с ним. Если металл поврежден, лазер не может считывать данные в поврежденных областях.

Иногда производитель добавляет дополнительный слой, разработанный специально для обеспечения большей устойчивости к отпечаткам пальцев и царапинам на этикеточной стороне компакт-дисков. Одной из особенно эффективных модификаций стало нанесение лака полностью по краям диска. В более ранних компакт-дисках влага могла проникать в металл через незащищенные участки края диска. Очевидно, что защищать края компакт-дисков так же важно, как и их поверхности.

3.5 Дополнительный поверхностный слой

К CD или DVD также можно добавить дополнительный слой для создания поверхности для маркировки (см. «Печать поверхности диска», стр. 24). Такие поверхности бывают четырех типов:

  • для термопечати
  • для струйной печати
  • для шелкографии
  • поверхность, на которую можно наносить более одного типа печати

Эти слои наносятся поверх лакового слоя компакт-дисков или поликарбонатной подложки одностороннего DVD. Некоторые диски имеют дополнительное покрытие, на котором напечатан текст или логотипы. Во многих случаях надпись кажется нанесенной по трафарету, но не является частью покрытия; то, что вы видите, — это отражающая поверхность металла, а не отпечатанный текст или логотипы. Как правило, сквозь эту область с буквами и даже сквозь металл можно увидеть, поднеся диск к свету.

Поскольку эти области с буквами особенно подвержены повреждениям, очень важно избегать надписей или царапин в этих областях. Единственная область поверхности диска, которая полностью защищена от записи или царапин, — это чистая внутренняя втулка или «зеркальная полоса», поскольку в этих областях не записываются никакие данные.

Читайте также:

Схема, показывающая, как лазер считывает CD или DVD