Wie alles begann: optische Scheiben und ihre Geschichte

Optische CDs erschienen 1982 im allgemeinen Zugang, der Prototyp erblickte das Licht noch früher - 1979. Zunächst wurden Compacts als Ersatz für Vinyl-Discs als besseres und zuverlässigeres Medium entwickelt. Es wird angenommen, dass Laserplatten das Ergebnis der gemeinsamen Arbeit von Teams zweier Technologieunternehmen sind - des japanischen Sony und des niederländischen Philips.

Darüber hinaus wurde von den sowjetischen Wissenschaftlern Alexander Prokhorov und Nikolai Basov die Grundtechnologie der "Kaltlaser" entwickelt, die das Auftreten von Laserscheiben ermöglichte. Für ihre Erfindung wurden sie mit dem Nobelpreis ausgezeichnet. Die Technologie entwickelte sich weiter und in den 70er Jahren entwickelte Philips eine Methode zum Brennen von CDs, die den Beginn der CD markierte. Zunächst entwickelten die Ingenieure des Unternehmens ALP (Audio Long Play) als Alternative zu Schallplatten.

Der Durchmesser der ALP-Scheiben betrug ca. 30 cm. Wenig später reduzierten die Ingenieure den Durchmesser der Discs, während sich die Spielzeit auf 1 Stunde verringerte. Laserdiscs und ein Wiedergabegerät für sie wurden erstmals 1979 von Philips demonstriert . Danach suchte das Unternehmen nach einem Partner für die weitere Arbeit an dem Projekt - die Technologie wurde von den Entwicklern als international angesehen, und es war schwierig, sie auf das erforderliche Niveau zu entwickeln und selbst zu popularisieren.

Der Anfang von allem

Das Management beschloss, Kontakte zu Technologieunternehmen aus Japan herzustellen, während dieses Land an der Spitze der High-End-Technologien stand. Zu diesem Zweck gingen Philips-Delegierte in das Land und trafen sich mit dem Präsidenten von Sony, der sich für Technologie interessierte.

Fast sofort wurde ein Team von Philips-Sony-Ingenieuren gebildet , die die ersten Technologiespezifikationen entwickelten. Der Vizepräsident von Sony bestand darauf, das Volumen der Festplatte zu erhöhen. Er wollte, dass der Compact Beethovens neunte Symphonie aufnehmen kann, für die das Volumen der Festplatte von 1 Stunde auf 74 Minuten erweitert wurde (es gibt eine Meinung, dass dies nur eine schöne Marketinggeschichte ist). Die Datenmenge, die auf eine solche Festplatte passt, betrug 640 MB. Die Ingenieure entwickelten auch Klangqualitätsparameter. Beispielsweise wurde die Abtastfrequenz von Stereosignalen auf 44,1 kHz (für einen Kanal 22,05 kHz) mit einer Bitbreite von jeweils 16 Bit geregelt. So erschien der Red Book Standard.

Der Name der neuen Technologie tauchte nicht plötzlich auf - er wurde aus verschiedenen Optionen ausgewählt, darunter Minirack, Mini Disc, Compact Rack. Infolgedessen kombinierten die Entwickler die beiden Namen und erhielten eine Hybrid-CD. Last but not least wurde dieser Name aufgrund der wachsenden Beliebtheit von Audiokassetten ( Compact Cassette- Technologie) gewählt.

Philips und Sony spielten auch eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung der Spezifikation für die ersten digitalen CDs, die als Yellow Book oder CD-ROM bezeichnet werden. Die neue Spezifikation ermöglichte es, nicht nur Audio-, sondern auch Text- und Grafikdaten auf Datenträgern zu speichern. Die Ermittlung des Festplattentyps erfolgte automatisch beim Lesen des Headers. Das Problem war, dass eine Yellow Book-kompatible CD nur mit einem bestimmten Laufwerkstyp funktionieren konnte, der nicht universell war.

Am 17. August 1982 erschien die erste CD im Philips-Werk in Langenhagen. Es nahm das Album The Visitors von ABBA auf. Es ist erwähnenswert, dass die Lackbeschichtung der ersten Scheiben nicht von sehr hoher Qualität war, so dass kompakte Käufer sie oft verwöhnten. Im Laufe der Zeit hat sich die Festplattenqualität verbessert. In den ersten Jahren wurden sie ausschließlich in HiFi-Geräten verwendet und als Ersatz für Schallplatten und Kassetten.



Seit dem Jahr 2000 wurden Discs mit einer Kapazität von 700 MB zum Verkauf angeboten, die es ermöglichten, Audio mit einer Gesamtdauer von bis zu 80 Minuten aufzunehmen. Sie ersetzten 650 MB Festplatten vollständig vom Markt. Es gibt auch 800 MB Medien, die jedoch nicht für alle Laufwerke geeignet waren, sodass solche Festplatten nicht besonders verbreitet waren. Durch Verringern des Abstands zwischen den Spuren konnte der für das Speichern von Daten verfügbare Speicherplatz vergrößert werden. So beträgt beispielsweise bei Festplatten mit einer Kapazität von 650 MB der Abstand zwischen den Spuren 1,7 Mikrometer, und bei 800 MB Festplatten wird diese Anzeige auf 1,5 Mikrometer reduziert. Für erstere beträgt die Geschwindigkeit 1,41 m / s und für letztere 1,39 m / s.

Wie funktioniert es?

Die Platte besteht aus mehreren Schichten. Das Substrat ist Polycarbonat, seine Dicke beträgt 1,2 mm, sein Durchmesser beträgt 120 mm. Eine weitere Schicht wird auf das Substrat gelegt - Metall (es kann Gold, Silber oder meistens Aluminium sein). Als nächstes wird die Metallschicht mit Lack geschützt, der auf den Zeitplan aufgetragen wird. Die Rückseite schützt die Metallschicht zuverlässig, so dass sehr tiefe Kratzer das Ablesen stören. Der Durchmesser des Lochs in der Scheibe beträgt 15 mm.

Das Datenspeicherformat für Festplatten ist Red Book (siehe oben). Lesefehler werden mithilfe des Reed-Solomon-Codes korrigiert, sodass leichte Kratzer die Lesbarkeit der Disc nicht beeinträchtigen.

Daten auf der Scheibe werden in Form einer Spiralbahn aus den sogenannten Pits (Aussparungen) aufgezeichnet, die auf Polycarbonatbasis extrudiert werden. Jede Grube ist ungefähr 100 nm tief und 500 nm breit. Die Grubenlänge beträgt 850 nm bis 3,5 µm. Pitas streuen oder absorbieren Licht, das Substrat reflektiert. Somit ist eine aufgenommene Scheibe ein hervorragendes Beispiel für ein reflektierendes Beugungsgitter.

Die Scheibe wird mit einem Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 780 nm gelesen, der von einem Halbleiterlaser emittiert wird. Das Prinzip des Lesens besteht darin, Änderungen in der Intensität des reflektierten Lichts zu registrieren. Der Laserstrahl konvergiert also auf der Informationsschicht, der Durchmesser des Lichtflecks beträgt in diesem Fall 1,2 μm. Das maximale Signal wird zwischen den Pits aufgezeichnet. Bei Kontakt mit der Grube wird eine geringere Lichtintensität aufgezeichnet. Intensitätsänderungen werden in ein elektrisches Signal umgewandelt, mit dem das Gerät arbeitet.

So erstellen Sie eine Festplatte

• Der erste Schritt besteht darin, die Daten für die Ausführung in der Serie vorzubereiten.
• Die Fotolithografie ist die zweite Stufe, bei der ein Plattenstempel erstellt wird. Zunächst wird eine Glasscheibe erzeugt, auf die eine Schicht aus photoresistivem Material aufgebracht wird, und Informationen werden darauf aufgezeichnet. Das Material verändert die physikalisch-chemischen Eigenschaften unter Lichteinfluss;
• Die Daten werden mit einem Laserstrahl aufgezeichnet. Mit zunehmender Laserleistung (wenn Sie eine Grube erzeugen müssen) werden die chemischen Bindungen der Moleküle des photoresistiven Materials zerstört und es gefriert;
• Der Fotolack wird geätzt (auf verschiedene Weise, von Plasma zu Säure), Bereiche, die nicht vom Laser betroffen sind, werden aus der Matrix entfernt;
• Die Scheibe wird in ein Beschichtungsbad gelegt, in dem eine Nickelschicht auf ihrer Oberfläche abgeschieden wird;
• Die Scheiben werden durch Spritzguss gestanzt, die Originalglasscheibe wird als Quelle verwendet;
• Als nächstes wird Metall auf die Informationsschicht gesprüht;
• Außen wird ein Schutzlack aufgetragen, auf den bereits ein grafisches Bild aufgetragen ist.

Was ist mit CD-RW?

CD-RW ist eine Art CD, die 1997 erschien. Ursprünglich hieß der Standard CD-Erasable (CD-E, Erasable CD).

Es war ein echter Durchbruch auf dem Gebiet der Aufzeichnung und Speicherung von Informationen. Schließlich war es der Traum von Tausenden von Ingenieuren und Anwendern, ein kostengünstiges und geräumiges Speichermedium zu erhalten. CD-RW ähnelt in Struktur und Funktionsprinzip einer normalen CD, aber die Aufzeichnungsschicht ist unterschiedlich - dies ist eine spezielle Legierung von Chalkogeniden. Das am häufigsten verwendete Silber-Indium-Antimon-Tellur. Beim Erhitzen über die Schmelztemperatur geht eine solche Legierung von einem kristallinen in einen amorphen Zustand über.

In diesem Fall ist der Phasenübergang reversibel, was die Grundlage für den Umschreibungsprozess darstellt. Die Dicke der aktiven Schicht der Scheibe beträgt nur 0,1 μm, so dass es einfach ist, mit einem Laser auf die Substanz einzuwirken. Der Aufzeichnungsprozess erfolgt unter dem Einfluss eines Laserstrahls, die aktive Schicht gelangt in diesem Fall in die Schmelze (die vom Laser betroffenen Bereiche). Dann diffundiert Wärme in das Substrat und die Schmelze geht in einen amorphen Zustand über. Bei amorphen Segmenten ändern sich Eigenschaften wie Permittivität, Reflexionskoeffizient und daher Intensität des reflektierten Lichts. Es enthält Informationen zur Aufnahme auf einer Disc. Das Lesen erfolgt mit einem Laser mit geringerer Leistung, der die aktive Schicht nicht beeinflussen kann. Bei der Aufnahme wird die aktive Schicht auf 200 Grad Celsius erhitzt, wodurch sie wieder in einen kristallinen Zustand übergehen kann.

Die wiederholte Verwendung von CD-RW führt zu einer mechanischen Ermüdung der Arbeitsschicht. Daher verwendeten die Ingenieure, die die Technologie entwickelten, Substanzen mit einer geringen Ermüdungsakkumulationsrate. CD-RW kann ungefähr tausend Überspielzyklen aushalten.

DVD - noch mehr Kapazität!

Die ersten DVDs erschienen 1996 in Japan. Sie erschienen als Antwort auf die Anfrage von Benutzern und Unternehmen, die immer umfangreichere Medien benötigten. Zunächst wurden von mehreren Unternehmen gleichzeitig Hochleistungsantriebe entwickelt. Es erschienen zwei unabhängige Entwicklungsbereiche: Multimedia Compact Disc (Philips und Sony), Super Disc (8 große Unternehmen, darunter Toshiba und Time Warner). Wenig später verschmolzen beide Richtungen unter dem Einfluss von IBM zu einer. Sie überzeugte ihre Partner, die Ereignisse des „Formatkriegs“ nicht zu wiederholen, als der Kampf um die Priorität zwischen den Videokassettenstandards „Video Home System“ und „Betamax“ weiterging.



Die Technologie wurde im September 1995 angekündigt, im selben Jahr veröffentlichten Entwickler Spezifikationen. Der erste DVD-Brenner wurde 1997 veröffentlicht.

Durch die Verwendung eines roten Lasers mit einer Wellenlänge von 650 nm konnte die Aufzeichnungskapazität unter Beibehaltung der vorherigen Abmessungen erhöht werden. Der Spurabstand ist zweimal kleiner als der der CD und beträgt 0,74 μm.

Blu-ray - die fortschrittlichsten optischen Medien

Eine andere Art von optischen Medien mit einer viel höheren Datendichte als CD oder DVD. Der Standard wurde von einem internationalen BDA-Konsortium entwickelt. Der erste Prototyp erschien im Oktober 2000.

Die Technologie beinhaltet die Verwendung eines kurzwelligen Lasers (Wellenlänge 405 nm), von dem der Name stammt. Der Buchstabe "e" wurde entfernt, da der Ausdruck "blauer Strahl" üblicherweise in der englischen Sprache verwendet wird und nicht patentiert werden kann. Die Verwendung eines blauen (blau-violetten) Lasers ermöglichte es, die Spur auf 0,32 μm zu verengen, wodurch die Datenaufzeichnungsdichte erhöht wurde. Die Lesegeschwindigkeit der Medien wurde auf 432 Mbit / s erhöht.

UDF - Universal Disk Format

UDF ist eine Dateisystemformatspezifikation, die vom Betriebssystem unabhängig ist. Es dient zum Speichern von Dateien auf optischen Medien - sowohl CD als auch DVD und Blu-Ray. UDF hat keine Beschränkungen von 2 und 4 GB für beschreibbare Dateien, daher ist dieses Format ideal für Discs mit hoher Kapazität - DVD und Blu-Ray.

Optische Discs und das Internet

Technologieunternehmen verbessern optische Discs weiter. So konnten Sony und Panasonic bereits 2016 die Kapazität optischer Medien auf 3,3 TB steigern. Gleichzeitig bleibt die Festplattenleistung laut Vertretern von Sony bis zu 100 Jahre erhalten.

Trotzdem verlieren alle Arten von optischen Datenträgern allmählich an Beliebtheit. Mit der Entwicklung des Internets müssen Benutzer keine Daten mehr auf Datenträgern sammeln. Informationen können in der Cloud gespeichert werden, was viel bequemer ist (wie viel sicherer ist eine andere Frage). CDs sind bei weitem nicht mehr so ​​beliebt wie vor einigen Jahren, aber sie sind höchstwahrscheinlich nicht in Vergessenheit geraten (wie im Fall von Audiokassetten) - sie werden verwendet, um Archive wichtiger Geschäftsinformationen zu erstellen.

Wenn optische Terabyte-Discs in Serie gehen, ist ihre Verwendung begrenzt - möglicherweise vertreiben sie mit ihrer Hilfe 4K-Filme und moderne Spiele mit einer Vielzahl unterschiedlicher Boni. Vor allem aber werden sie zum Erstellen von Backups verwendet. Und wenn Sony die Wahrheit über die uralte Sicherheit aufgezeichneter Daten sagt, wird das Unternehmen die neue Technologie sehr aktiv einsetzen.