Материалы-носители информации в CD и DVD оптических дисках (стр. 2 из 3)

За счет перевода считывающего лазера из инфракрасного диапазона (длина волны 780 нм) в красный (с длиной волны 650 нм или 635 нм) и увеличения числовой аппертуры объектива до 0.6 (против 0.45 в CD) достигается более чем двухкратное уплотнение дорожек и укорочение длины питов (отражающих выступов/впадин), что и видно на рис.13.

Рис. 13. Сравнение плотности записи на DVD и CD дисках

Из оставшихся еще не названными характеристик стоит отметить номинальную скорость передачи данных - 1.108 Кбайт/с, поддерживаемую при постоянной линейной скорости 4 м/с.

Разнообразие дисков CD и DVD.

Диски CD и DVD состоят из одних и тех же базовых материалов и слоев, но процессы их изготовления различны. В реальности DVD напоминает два диска CD, склеенных вместе. Запись и чтение информации с поверхности CD производится только с одной стороны, DVD — с одной или двух сторон, в зависимости от того, как устроен диск. Записываемые диски DVD (DVD-R, DVD-RW, DVD-RAM) могут изготавливаться с одним слоем записи на каждой стороне, а предварительно записанные диски DVD (DVD-ROM) — с одним или двумя записанными слоями с каждой стороны.

Поликарбонатная подложка.

Поликарбонатная (полимерная) подложка занимает большую часть диска, в том числе и зону, которая считывается лучом лазера. В настоящее время обе стороны DVD также изготавливаются из поликарбоната (ПК).

Подложка обеспечивает достаточную глубину, чтобы сфокусировать лазер на металлическом и информационном слоях. ПК, кроме того, придает достаточную механическую прочность для сохранения плоскостности диска.

Если внутри ПК или снаружи будут находиться посторонние вещества, ухудшающие фокусировку лазера на информационном слое, то это может привести к невозможности чтения данных.

Поэтому на способность лазера считывать данные влияют такие факторы, как отпечатки пальцев, пятна, царапины, частицы пыли, грязи, следы растворителей и избыточная влага (которую ПК будет впитывать). Необходимо избегать контакта любого постороннего материала со слоем ПК подложки.

Информация представлена в виде питов или отметин, которые либо поглощают световой поток от лазерного источника, либо проводят свет обратно к лазерному фотодатчику с помощью отражающего металлического слоя.

Слой металла и информационный слой в CD размещены очень близко к его поверхности со стороны этикетки, а в DVD они находятся в середине диска.

Материал, который может использоваться для каждого слоя, определяется типом диска (табл. 1).

Таблица 1. Назначение дисков и их основные слои
CD	DVD	Назначение	Информационный слой	Металлический слой
CD-ROM	DVD-ROM	Только чтение, аудио/видео и диски для ПК	Питы в слое металла	Алюминий (в двухслойных DVD — также кремний, золото или серебро)
CD-R	DVD-R, DVD+R	Записываемый (однократно)	Органический краситель	Золото, серебро или сплав серебра
CD-RW	DVD-RW DVD+RW DVD-RAM	Перезаписываемый (многократные запись, стирание и перезапись)	Металлический сплав, способный изменять фазовое состояние	Алюминий

Слои, в состав которых входит органический краситель (диски -R) или фазоинверсные вещества (диски -RW) содержат данные, и поток света при прохождении через информационный слой либо пропускается, либо блокируется. Зоны информационного слоя, на которые действует лазер при записи, абсорбируются «читающим» пучком лазера при достижении последним слоя металла, а затем за счет обратного отражения пучки света падают на лазерный фотодатчик. Светлые и темные области приводят к эффекту отражения, который подобен эффекту интерференции в слое металл/подложка с «запрессованными» и «отлитыми» данными дисков типа RОМ. Отражение пучка света от красителя, пленки или от прессованной точки преобразуется в нули и единицы на приводе диска во время чтения диска лазером.

Диски ROM. Такие диски продаются уже с записью и являются так называемыми «тиражируемыми» дисками, их прессуют под давлением на специальном оборудовании. Примерами дисков CD-ROM являются Audio-CD, Video-CD, CD-i и CD+G, а также CD-диски, применяемые для записи компьютерных приложений. К DVD-ROM относятся диски DVD-Video, DVD-Audio, а также многие другие DVD для записи игр и компьютерных приложений. Фактически на CD-ROM или DVD-ROM нет отдельного слоя с данными. При литье под давлением полимера, используемого в качестве основы (подложки) диска, применяется особая форма для получения питов (углублений) и плоских участков — базы информационного слоя с данными. Затем на подготовленную таким образом поверхность напыляется или осаждается слой металла, который образует отражающий слой. Этот отражающий металлический слой в дисках RОМ и принято считать информационным, так как металл объединяется с питами и плоскими участками поликарбонатного слоя (рис. 1). Обычно в качестве металлического слоя в ROM-дисках используется алюминий, а в качестве полупрозрачного слоя в двухсторонних дисках DVD-ROM — золото, сплав серебра или кремний.

Во время считывания информации луч лазера не отражается от участка, где металл был выжжен или удалён при штамповке (пит), что соответствует логическому нулю. Там, где металл не был удалён или выжжен, луч лазера отражается, что соответствует логической единице.

Рис. 1. Строение оптических дисков, изготовленных штамповкой

Рис. 2. Строение диска для однократной записи

R-диски. Слой для записи данных у однократно записываемых оптических дисков (CD-R, DVD-R, DVD+R) размещается между поликарбонатной подложкой и металлическим слоем (рис. 2). Биты записываются на слое красителя за счет его химического превращения под воздействием пучка света лазера [5]. Но со временем этот краситель распадается, и считать данные с диска становится невозможно. Для изготовления информационного слоя в дисках типа CD-R используют разные красители, которые придают диску определенный цвет (табл. 2.)

Таблица 2. Тип красителя и цвет записываемых дисков CD-R
Краситель	Цвет диска	Цвет рабочей стороны диска с металлическим слоем
		золотым	серебряным
Фталоцианин	Бесцветный или слегка зеленоватый	Золотистый или золотистый с зеленоватым оттенком	Серебристый
Цианин	Голубой	Зеленый	Голубой
Азосоединения	Темно-синий или насыщенный голубой	Насыщенный зеленый	Темно-синий или насыщенный голубой
Формазан	Светло-зеленый	Зеленый	-

Рис. 3. Строение перезаписываемых дисков

Диски RW и RAM. Слой для записи данных на оптических дисках для многократной записи (CD-RW, DVD-RW, DVD+RW, DVD-RAM) расположен между поликарбонатной подложкой и металлическим отражающим слоем (рис. 3). Информационный слой, который изготовлен из фазоинверсного материала — пленки металлического сплава (серебро, индий, сурьма или теллур), заключенной между двумя слоями диэлектрика, находится между поликарбонатной подложкой и непрозрачным или полупрозрачным слоем металла.

На этот слой при температуре выше температуры плавления фазоинверсного материала лазерный луч записывает биты (метки), за счет диэлектрических слоев происходит быстрое охлаждение фазоинверсного материала, и зона битов сохраняется в аморфном состоянии.

При нагреве этого слоя до температуры, несколько выше температуры кристаллизации, но ниже температуры плавления, происходит обратный переход вещества слоя в кристаллическое состояние и стирание записанных битов. Запись и стирание могут проводиться за один проход, при перезаписи диска.

С точки зрения материаловедения использование фазоинверсного металла в качестве информационного слоя перезаписываемых дисков можно объяснить следующим образом. Участок такого металла, в котором кристаллическая решётка идеальна, отражает кванты света почти без рассеивания, что соответствует логической единице.

Свет лазера – это электромагнитная волна и одновременно кванты, обладающие электрическим и магнитным полями. Кванты света, встретившись с большим количеством электронов идеальной кристаллической решётки, попадают в магнитные поля этих электронов, после чего кванты движутся в обратном направлении.

На тех участках фазоинверсного металла, где кристаллическая решётка деформирована (вследствие воздействия лазерным излучением более высокой мощности, чем излучение лазера при чтении диска), электронов на пути квантов света меньше и свет рассеивается (это соответствует логическому нулю).

Металлический (отражающий) слой

Металлический слой в оптических дисках отражает падающий на него пучок лучей от лазера и направляет их на фоточувствительную головку лазера. Обычно для этого слоя используют алюминий, золото или серебро (или сплав серебра). В двухслойных дисках DVD для получения полупрозрачных слоев иногда применяют кремний.

Диски RW, ROM и RAM. В дисках CD-RW, CD-ROM, DVD-RW, DVD+RW, DVD-ROM, DVD-RAM в качестве отражающего слоя используют алюминий, главным образом потому, что это дешевый и технологичный материал, который легко наносить. Алюминий окисляется при действии кислорода атмосферного воздуха или влаги. В некоторых CD-дисках, которые выпускались раньше, вследствие низкого качества соединения дискового пакета молекулы кислорода проникали внутрь него, окисляя слой алюминия и снижая его отражательную способность. Такие диски переставали считываться лучом лазера (иногда, характеризуя данное явление, говорили «диск сгнил»). Это самая главная причина деградации RОМ-дисков под воздействием окружающих факторов. А вот в случае дисков RW и RAM пленка с фазоинверсным веществом обычно разрушается быстрее, чем окисляется алюминиевая пленка.