În 1961 David Paul Gregg a înregistrat în SUA patentul unităţii optice. Music Corporation of America (MCA) a cumpărat patentul lui Gregg împreună cu toată compania lui. Acest reper istoric constituie începutul primei etape, etapa CD. În această etapă un CD poate înmagazina 700MB pe o faţă.
În 1989 Pioneer a înregistrat un patent pentru unităţi optice care a adus beneficii financiare. După acest an a fost dezvoltată a doua etapă istorică a unităţilor optice, etapa DVD. Un DVD poate înmagazina circa 4,7GB sau 8GB (dual layer) pe o singură faţă.
După anul 2000 un grup de firme (Apple, Dell, Hitachi, HP, JVC, LG, Mitsubishi, Panasonic, Pioneer, Philips, Samsung, Sharp, Sony, TDK şi Thomson, grupate în asociaţia BDA Blu-ray Disc Association) au dezvoltat tehnologia Blu-ray care constituie etapa a treia în dezvoltarea unităţilor optice. Capacitatea este de 25GB sau 50GB (dual layer) pe o singură faţă.
În etapa a patra se prevede atingerea unor capacităţi de ordinul a un terabyte în tehnologii holografice sau cu discuri din materiale speciale.
Suportul este format dintr-un substrat transparent care protejează stratul care conţine informaţia. Informaţia este codificată prin adâncituri (ridicături) aranjate sub forma unei piste spirale. Ridicăturile au dimensiunea de /4 şi o rază laser incidentă pe o ridicătură este reflectată 30% iar incidentă pe o adâncitură este reflectată 100%. Un strat reflectorizant asigură reflexia razei laser şi este protejat de un strat protector pe care se poate aplica eticheta comercială. Există suporturi de informaţie care pot fi scrise pe ambele părţi, acestea având o structură simetrică.
La unele suporturi optice ridicăturile sunt înlocuite de zone acoperite cu vopsea opacă şi raza laser nu mai este reflectată de stratul reflectorizant.
CD, DVD, Blu-ray
Diferenţele constructive între CD, DVD şi Blu-ray constau în:
1.Lungimea de undă a luminii emise de dioda Laser care dă dimensiunea punctului luminos: 780nm la CD, 650nm la DVD şi 405nm la Blu-ray.
2.Dimensiunea punctului are ca şi rezultat dimensiunea diferită a pistei: 1,6m la CD, 0,74 m la DVD şi 0,32 m la Blue-ray.
La Blu-ray focalizarea este mai apropiată de suprafaţa discului aşa încât discul este mai susceptibil la zgârieturi.
Dual Layer
O schemă a citirii dual layer în 2D este dată în imaginea de sus şi în 3D în imaginea din dreapta. Raza Laser este focalizată pe unul sau celălalt dintre nivele, separarea dintre nivele fiind realizată cu un strat semitransparent.
Schimbarea focalizării de la un nivel la altul durează un timp de ordinul secundelor, ceea ce face ca unităţile dual layer să fie mai lente.
Codarea EFM (Eight-to-fourteen modulation)
Cuvântului pe 8 biţi îi corespunde codul EFM (o atribuire aleatoare, în scop didactic). Codarea NRZI a cuvântului EFM asigură doar 2 tranziţii, codul fiind autosincronizabil.
Este nevoie de inserarea de 3 biţi de legătură pentru a asigura o componentă continuă cât mai mică a semnalului de date.
Codarea de grup îmbină avantajul eficienţei codurilor NRZ şi NRZI cu posibilitatea de a reface tactul din datele transmisie (autosincronizare).
Capul optic de citire şi scriere urmăreşte pista spirală care conţine şirul de date.
Acţionarea capului de citire scriere
Motorul de curent continuu aduce capul în zona probabilă a datelor prin transmiterea mişcării cu şurub fără sfârşit. Poziţionarea precisă se realizează cu lentila de poziţionare care asigură focalizarea prin mişcarea pe verticală şi poziţionarea precisă prin mişcarea pe orizontală.
Structura capului de citire scriere
Lentila de poziţionare este acţionată de 2 înfăşurări perpendiculare, formând astfel un motor electrodinamic liniar cu 2 direcţii de mişcare perpendiculare.
Sistemul optic de citire / scriere
Dioda laser este o diodă semiconductoare cu injecţie care produce un fascicol de culoare şi lungime de undă diferite la CD, DVD şi Blu- Ray.
Colimatorul produce un fascicol cilindric din cel divergent.
Lentila /4 produce polarizarea luminii.
Lentila de poziţionare este mobilă şi asigură prin mişcare focalizarea corectă şi poziţionarea fină.
După reflexia pe suportul optic lumina parcurge acelaşi drum la întoarcere, dar prisma polarizată produce reflexia luminii polarizate înspre detector.
Lentila cilindrică modifică forma fascicolului cilindric în unul eliptic. Numai pentru o anumită dimensiune a fascicolului spotul pe detector este rotund.
Realizarea semnalului de comandă a focalizării
e- semnalul de eroare a focalizării depinde de forma spotului de lumină şi este zero pentru un spot circular.
Semnalul de eroare care acţionează lentila de poziţionare pentru apropierea şi îndepărtarea de disc în scopul reglării focalizării este preluat de la detector:
e=(A+C)-(B+D)
Semnalul de eroare acţionează una dintre înfăşurările motorului electrodinamic al lentilei de poziţionare
Realizarea semnalului de comandă a poziţionării
Pentru reglarea poziţionării se exploatează diferenţa de fază la citire între zonele detectorului. Defazajul este analizat şi constituie semnal de intrare pentru reglarea poziţiei.
Se utilizează 2 metode de scriere pe suport optic în unităţile optice:
1.Stratul reflexiv se acoperă cu vopsea transparentă termosensibilă care, încălzită de raza Laser devine întunecată, şi astfel nu mai reflectă la citire
2.Stratul reflexiv se acoperă cu substanţe care îşi pot schimba starea din amorfă în cristalină şi invers la încălzire. Metoda este aplicată şi la mediile optice care pot fi rescrise. Se consideră că citirea prin discurilor scrise cu această metodă este mai dificilă, diferenţa între reflexii fiind mai mică.
Unităţile au o parte electronică numită OPC Optimum Power Calibration care determină puterea optimă emisivă a diodei laser.
Scrierea se poate face:
Disc At Once - se scrie tot discul într-o singură sesiune şi nu se mai pot adăuga date ulterior
Pentru a putea scrie cu precizie trebuie să fie îndeplinite:
Raza să fie poziţionată pe pistă
Viteza liniară să fie corectă
Poziţia de scriere să fie corectă
Pista este delimitată cu margini sinusoidale astfel că la citire poziţia este corectă dacă amplitudinea sinusoidei este corectă.
Viteza este corectă dacă frecvenţa sinusoidei este corectă (140,6kHz ).
Blocurile de date sunt marcate de ridicături situate între piste.
Marginile sinusoidale şi ridicăturile între piste sunt realizate la turnarea discului de înregistrat.
Acest sistem este folosit la DVD-R
Scriere - poziţionare
La DVD+R s-a renunţat la ridicăturile suplimentare, datele pentru scriere fiind incluse în semnalul sinusoidal prin modularea lui în fază. Acest lucru are efecte benefice pentru că se citeşte un semnal şi nu două şi are o imunitate mai bună la perturbaţii.
La CD-R semnalul sinusoidal este modulat în frecvenţă şi informaţia pentru scriere se numeşte ATIP (Absolute Time In Pregroove)
Durata de viaţă
Durata de viaţă a mediilor optice este foarte importantă pentru situaţiile în care informaţii importante se stochează optic pentru un timp îndelungat, în firme unde există obligativitatea păstrării unor informaţii pe perioadă nelimitată sau chiar fotografii şi documente de familie.
Datele de catalog are mediilor optice arată că durata de viaţă este de zeci de ani. Studii noi arată că media de viaţă este de aproximativ 10 ani.
Modul de depozitare al discurilor este foarte important, praful care zgârie suprafaţa discurilor fiind o cauză pentru erorile de citire. De asemenea mişcarea discurilor produce zgârierea, aşa că discurile dintr-o maşină au o durată de viaţă medie de ordinul a 3 sau 4 ani.
Din păcate, dacă firma producătoare a discurilor este o firmă de prestigiu nu înseamnă că durata de viaţă va fi mai mare, deoarece producţia acestor firme este de multe ori realizată de terţi.
O cauză des întâlnită de distrugere a discului este faptul că eticheta comercială nu este corect lipită şi discul nu este perfect echilibrat. Vibraţia discului la citire poate produce zgârierea lui sau chiar spargerea.
Vopseaua termosensibilă care acoperă stratul reflexiv este sensibilă la razele UV, de aceea expunerea la soare micşorează durata de viaţă. Astfel un disc se distruge după câteva săptămâni de expunere directă la soare.
