Лазер из dvd как сделать: как сделать своими руками, список инструментов, инструкция по разбору дисковода

Видеоигры уже несколько десятилетий являются чисто цифровым носителем.Они существуют в электронном преисподней, встроены в диски и проецируются на экраны. С тех пор, как цифровое распространение стало популярным, даже физическое воплощение игрового диска уходит, оставляя игры … подробнее

DVD-лазеров: почему синий превосходит красный

Скоро выйдет: диск с сезоном Spongebob
Он вмещает 13 часов видео, поддерживает HDTV и записывает так же, как надежный VHS. Неудивительно, что крупные производители электроники полагают, что использование дисков Blu-ray сделает современные красные DVD-лазеры устаревшими.Видеодиск следующего поколения находится на чертежной доске с 1995 года. Теперь инженеры Blu-ray устранили два огромных технических препятствия: увеличение способности фокусировки света (для более высокого разрешения) и уменьшение длины волны лазера (сине-фиолетовый луч может читать более тонкий трек, упакованный на диск стандартного размера). И в отличие от обновления с винила на CD или с VHS на DVD, этот переключатель формата не требует выброса существующей коллекции DVD. Кроме того, вы можете записать Junkyard Wars , в то время как Black Hawk Down воспроизводится с того же диска.Довольно скоро единственным оправданием для покупки DVD-плееров с красным лазером будет их неуклонно падающая цена.

THE SPACE ISSUE

Объединяя технологию MPEG-2 Transport Stream со скоростью передачи данных 36 Мбит / с, Blu-ray Disc может записывать и воспроизводить более 13 часов телевидения стандартной четкости или два-три часа HDTV. Это примерно в шесть раз дольше, чем у других записываемых DVD-дисков. Так что ищите больше комментариев, полнометражных режиссерских сокращений и шквал документальных фильмов на одном диске.И если телевидение высокой четкости с большим объемом данных когда-либо получит какую-либо поддержку — FCC поставила май 2002 года своей целью по внедрению большего количества наземного цифрового вещания — ищите скачок в спросе на телевизоры высокой четкости и технологии, необходимые для записи с них программ. .

ПРОРЫВ РАЗРЕШЕНИЯ

В современных DVD используется красный лазер с длиной волны 650 нанометров, а емкость записи составляет 4,7 Гбайт. Сине-фиолетовый лазер с длиной волны 405 нм на Blu-ray Disc позволяет записывать и перезаписывать до 27 Гбайт данных. Новый диск можно читать с более высоким разрешением, поскольку числовая апертура объектива равна 0.85 — 40-процентный скачок от 0,6 красного лазера. Он также захватывает большую часть луча с меньшей расходимостью, создавая еще более четкие изображения.

ПРОИГРЫВАТЕЛЬ ВСЕХ ВСЕХ

Платформа дисков Blu-ray использует тот же метод записи, что и DVD-RW и DVD + RW. Но эти существующие записываемые форматы могут хранить только около двух часов видео DVD-качества. Blu-ray Disc не только превосходит их по производительности, но — если производители соответствующим образом настроят свои проигрыватели — он будет безупречно читать старые форматы.

КРИТИЧЕСКАЯ МАССА

Девять из 17 руководящих членов DVD Forum — Hitachi, LG Electronics, Matsushita, Pioneer, Philips, Samsung, Sharp, Sony и Thomson Multimedia — объявили об основных стандартах дисков Blu-ray в феврале. Примечательно, что отсутствовал лидер форума и изобретатель DVD Toshiba, которая предпочла сохранить формат красного лазера, переключившись на сжатие с низким битрейтом. Toshiba предпочитает видеть, как безумие DVD идет своим чередом, прежде чем выпускать диски Blu-ray.

ВЫХОДИТ НА РЫНОК

Продукты, основанные на спецификациях дисков Blu-ray, должны появиться на рынке в следующем году.Аналитики прогнозируют, что, как и первые DVD-плееры, розничная цена первых Blu-ray-плееров составит около 1000 долларов. В течение пяти лет он должен упасть до 200 долларов. Другое вероятное использование: хранение данных на ПК и программное обеспечение для HD-видео.

Что случилось с HDTV?
Телевидение высокой четкости — с таким четким изображением, что видно каждую золотую прядь на голове Сары Джессики Паркер — должно было быть здесь много лет назад. Так почему же 99 процентов Америки все еще смотрят аналоговые видео? Дело не в технологиях.Для вещателей преобразование в цифровой формат — это просто, а телевидение высокой четкости стало жизнеспособным с 1987 года. И это не политика. После многих лет давления FCC вещательные компании начинают преобразовывать свои сигналы в стандартные цифровые форматы и форматы высокой четкости. Около 300 местных станций в настоящее время транслируют большинство сетевых программ в прайм-тайм в цифровом формате, и FCC потребовала, чтобы все они были на борту к 2006 году. Пока неизвестно, когда HDTV получит распространение.

Загвоздка — потребители. Чтобы получить HDTV, большинству абонентов кабельного телевидения — более чем три четверти населения страны — пришлось бы отключить и установить антенну УВЧ.Хотя горстка кабельных провайдеров начала предлагать HDTV, услуги нечеткие, выбор каналов нерегулярный, а обновления дорогие (Comcast, например, взимает на 20 долларов больше базового кабеля для HDTV). Прямо сейчас лучший способ получить видео высокого разрешения — подключиться к спутниковой службе, такой как DirecTV. Но если принять во внимание стоимость набора HDTV, которая начинается от 1500 долларов и может легко превысить 8000 долларов, а также путаницу в том, что покупать (с поддержкой HDTV? Совместимость с HDTV?), Неудивительно, что потребители не спешат обновляться.Пока для просмотра телевидения высокой четкости потребуется что-то менее четырех руководств, трех компонентов и двух мозгов, он сохранит свое место в истории как лучший со времен AM Stereo.

START

Физика растяжения
Маленькая правда Nanotech
Проводные | Устали | Срок годности истек
Food Fight
Deep See
Instant Refills
Plastics Surgery
Darpa: Lost in the Translation
Adidas Reboots
X-ray Specs
Better Teeth Through Biochemistry
Watch Where You Go
Pole-Sitter
In the Driver’s Seat
DVD-лазеры: почему синий превосходит красный
Junk Nouveau
Jargon Watch
Hacking the Genome
Intellectual Capitals

5.Условия, влияющие на компакт-диски и DVD • CLIR

При правильном обращении компакт-диски и DVD могут быть надежными в течение многих десятилетий. Как и в случае со всеми другими типами носителей, деградация со временем неизбежна, но можно предпринять шаги, чтобы предотвратить ее преждевременное возникновение. В этом разделе рассматривается влияние условий окружающей среды и физического обращения с оптическими дисками.

5.1 Условия окружающей среды

5.1.1 Температура и относительная влажность

Оптические диски хорошо работают в широком диапазоне температур и условий относительной влажности.Диски, хранящиеся в более прохладной, менее влажной среде и не подверженные резким изменениям окружающей среды, должны служить дольше. Оптические диски, хранящиеся в оптимальной среде, прослужат дольше других. Диапазоны температуры и относительной влажности хранения, рекомендованные в различных технических источниках, представлены в таблице 3.

Таблица 3: Рекомендуемые параметры хранения из разных источников

При хранении при очень низкой температуре по сравнению с окружающей средой пользователя диск следует постепенно адаптировать к окружающей среде, в которой он будет использоваться, чтобы уменьшить напряжение и конденсацию влаги.Существенное резкое изменение температуры вызовет больший стресс, чем постепенное изменение. Оставление диска в упаковке позволит постепенно адаптироваться к изменившейся среде. Часто используемые диски следует хранить при температуре, близкой к температуре окружающей среды, в которой они будут использоваться. Это сводит к минимуму стресс от частых перепадов температуры.

Учитывая отсутствие на сегодняшний день соответствующих испытаний, точные эффекты хранения CD и DVD при отрицательных температурах еще не известны.Замораживание и оттаивание могут создавать опасные напряжения в диске из-за различной скорости расширения слоев, но неясно, насколько сильно это напряжение может повлиять на диск. Непрерывное замораживание диска на длительный период может даже принести пользу. Пока не будет проведено тестирование для измерения эффектов циклов замораживания-оттаивания или длительного замораживания, польза или вредное воздействие останутся неопределенными.

5.1.2 Световое воздействие

Эффект света на ROM-дисках
Хотя влияние света на ROM-диски с течением времени неизвестно, эффекты длительного воздействия света (например,g., УФ, инфракрасный, флуоресцентный) при интенсивности окружающей среды, такой как комнатное освещение, обычно считаются настолько минимальными, что свет не считается фактором в сроке службы ROM-диска. Любое воздействие света на диск повлечет за собой разрушение поликарбонатной основы (пластика) и станет заметным только после нескольких десятилетий воздействия ежедневного освещения в хранилище или солнечного света через окна. Эффекты деградации, вероятно, будут проявляться в виде «помутнения» или «окраски» поликарбоната.Насколько нам известно, нет сообщений о потенциальном влиянии такого рода изменений материала на воспроизводимость диска. Поэтому световые эффекты на ROM-дисках считаются незначительными.

Влияние света на диски R
Продолжительное воздействие солнечного света или других источников ультрафиолетового света может значительно увеличить скорость разрушения красителя (записываемого) слоя на дисках R. Износ красителя делает его менее прозрачным. В результате некоторые или все немаркированные области красителя могут считаться отметками, в зависимости от серьезности деградации.Эти области затем приведут к ошибкам при считывании лазером.

Наиболее вероятной причиной повреждения дисков R от прямых солнечных лучей является накопление тепла в диске, влияющее на краситель. Большая часть ультрафиолетового диапазона солнечного света может фильтроваться (или поглощаться) стеклом, например стеклом окна.Однако более низкая частота света (инфракрасный) будет проходить через окно и выделять тепло в диске. Диск в футляре или диск с темной этикеткой, печатью или цветом, который позволяет ему поглощать больше солнечного света, также делает диск более склонным к нагреванию от прямого воздействия солнечных лучей. Эффекты тепловыделения можно свести к минимуму, если хранить диск в прохладном месте, например, в комнате с кондиционером. Воздействие прямых солнечных лучей без защиты (стекло или пластиковое окно) приведет к более быстрой деградации красителя диска.Эти наблюдения за воздействием света основаны на предварительных тестах, проведенных в NIST.

Влияние света на диски CD-RW и DVD-RW, DVD + RW и DVD-RAM
Свет должен иметь минимальное влияние на диски RW и RAM, если оно вообще есть, для пленки с изменяющейся фазой, используемой в таких дисках не чувствителен к свету. Однако на эту пленку влияет тепло; Фактически, это тепло, генерируемое интенсивным лазерным лучом, которое записывает данные в пленку с изменяющейся фазой. Накопление тепла в дисках RW или RAM, вызванное прямыми солнечными лучами, ускоряет скорость деградации пленки с изменяющейся фазой, так же как и красителя в дисках R.Пленка с изменяющейся фазой на дисках RW и RAM разрушается естественным путем и из-за тепловыделения под прямыми солнечными лучами быстрее, чем краситель на дисках R.

5.1.3 Влажность

Подложка из поликарбоната или пластиковая композиция, из которой состоит большая часть диска, представляет собой полимерный материал, чувствительный к влаге. Любое продолжительное воздействие влаги в результате пролития, влажного воздуха или погружения позволяет воде впитаться в диск, где она может вступить в реакцию с любым из слоев.Если вернуть диск в сухую среду, впитанная влага или вода со временем улетучатся с диска; однако вода или жидкость на водной основе могут оставлять внутри диска загрязнения, такие как красители или другие растворенные минералы. Если диск не получил серьезных повреждений из-за поглощения жидкости, он должен воспроизводиться нормально. В тестах NIST было обнаружено, что компакт-диск, полностью погруженный в чистую воду на 24 часа, изначально не читается после удаления и высыхания поверхности. Однако после высыхания в течение 24 часов при температуре около 70 ° F и относительной влажности 50% (нормальные комнатные условия) он воспроизводился нормально.

5.1.4 Органические растворители

Следует избегать контакта диска с сильными органическими растворителями. Более жесткие растворители, такие как ацетон или бензол, растворят поликарбонат и тем самым повредят диск, не подлежащий ремонту. Допускается ограниченный контакт (очистка) с мягкими растворителями, такими как изопропиловый спирт или метанол, поскольку эти растворители быстро испаряются и не растворяют поликарбонат. Однако они могут растворять или повреждать этикетки или дополнительные покрытия на этикеточной стороне диска.

5.1.5 Магнетизм, рентгеновские лучи, микроволны и радиация

Воздействие на оптические диски магнетизма, рентгеновских лучей, микроволн и излучения можно резюмировать следующим образом:

• Магнетизм не должен влиять на компакт-диски или DVD-диски.
• Рентгеновское излучение (например, от детекторов аэропорта) не повредит оптические диски.
• Микроволны в микроволновой печи могут испортить диск. (Это также может повредить вашу микроволновую печь из-за металла в диске.)
• Информация о воздействии радиации в настоящее время доступна из испытаний, проведенных в связи с U.С. Облучение почты почтовой службой для противодействия угрозам биотерроризма. Компакт-диски и DVD были протестированы при уровнях воздействия от 60 до 300 килогрэй радиации. Согласно результатам, данные диска не пострадали от излучения; однако упаковка и сами диски немного обесцвечивались и имели запах сгоревшего вещества. Ни на одной из упаковок или дисков не было следов остаточного излучения (High-Tech Productions, без даты). Количественный обзор этих эффектов также доступен у Джерома Л.Хартке, Media Sciences, Inc.

5.1.6 Индивидуальное хранилище дисков

Оптические диски должны храниться в индивидуальных контейнерах для хранения до использования и сразу же после этого возвращаться в эти контейнеры. Типичные контейнеры для хранения, перечисленные ниже, изолируют и помогают защитить диски от переносимых по воздуху загрязняющих веществ и других посторонних материалов. Они также помогают амортизировать быстрые изменения окружающей среды, которые могут вызвать нагрузку на диск. Корпуса предназначены для предотвращения контакта поверхностей диска с внутренней частью корпуса.На ступицу (или каждую ступицу) в корпусе следует ставить только один диск. Чтобы снять диск, нужно нажать на язычок ступицы, удерживая пальцами внешний край диска, а затем поднять. Избегайте сгибания диска при его снятии с выступа ступицы.

Для длительного хранения диска иногда может быть целесообразным извлечь вкладыш с этикеткой или буклет изнутри футляра и прикрепить его снаружи, например, в футляре. Теоретически бумага может притягивать влагу и обеспечивать более высокое содержание влаги в футляре.Бумага также может распространять влагу при контакте с диском. Эта рекомендация не основана на каких-либо конкретных тестах воздействия бумаги внутри ящика; это просто соображение, которое приобретает дополнительное значение при большом количестве бумаги внутри коробки для диска и условиях влажности выше рекомендованной.

Кейсы, обычно используемые для индивидуальной защиты дисков, включают следующее:

• Драгоценный футляр . В футляр для драгоценностей, который выпускается в различных вариантах, можно поместить от одного до шести дисков, в зависимости от его дизайна.Обычно это прозрачный пластиковый футляр с откидной крышкой, одним или несколькими пластиковыми лотками, вкладкой для маркировки и дополнительным буклетом.
• Тонкий корпус . Как следует из названия, тонкий футляр — это более тонкая версия футляра для драгоценностей, но без лотка. Он поставляется с вставной картой (J-card) и в основном используется для аудиодисков.
• Чемодан Amaray . Кейс amaray — это пластиковый футляр, используемый для коммерчески доступных предварительно записанных (реплицированных) DVD-видео и игр.
• Чехол для люциана . Альтернативой футляру amaray является футляр-защелка — это пластиковый футляр для DVD с картонной крышкой, которая закрывается и удерживается на месте пластиковой кромкой.

5.2 Воздействие на поверхность

Все, что на поверхности оптического диска мешает лазеру сфокусироваться на слое данных, может привести к потере данных во время чтения диска. Отпечатки пальцев, пятна, царапины, грязь, пыль, растворители, влага и любые другие посторонние предметы могут повлиять на способность лазера считывать данные.Они также могут мешать лазеру отслеживать дорожку данных на диске. Легкие царапины и отпечатки пальцев очень распространены, и, хотя они оба могут препятствовать чтению с помощью лазера, их влияние на диск несколько отличается. Царапины влияют на диски по-разному в зависимости от затронутой стороны диска, степени и направления царапины, а также типа диска.

5.2.1 Царапины на считывающей лазером стороне компакт-дисков и DVD

Царапины, как правило, пересекают линии данных или дорожки на диске, и от того, насколько они серьезны (глубокие и широкие), зависит степень влияния лазерной фокусировки на данные.Небольшие или случайные царапины, скорее всего, будут иметь незначительное влияние или не повлияют на способность лазера читать диск, потому что данные находятся достаточно далеко от поверхности диска, чтобы лазер фокусировался за пределами царапины. Это сравнимо с эффектом легкой царапины на очках; это не сильно ухудшает зрение, потому что глаза зрителя сфокусированы за его пределами.

Даже при условии, что царапина достаточно глубокая или широкая, чтобы повлиять на фокусировку лазера, кодирование ошибок и исправление в дисководе во многих случаях может восстановить неправильно прочитанные данные.Однако глубокие, широкие или сгруппированные царапины могут отрицательно повлиять на читаемость диска. Эти царапины могут привести к тому, что лазер неправильно прочитает достаточно данных, чтобы сделать кодирование с исправлением ошибок неэффективным.

В то время как ошибки данных, возникающие из-за царапин, выходящих наружу от центра диска, имеют хорошие шансы на исправление с помощью встроенного программного обеспечения для исправления ошибок, царапины, возникающие в направлении дорожки, в том же направлении, в котором лазер считывает диск, более вероятны. вызвать неисправимые ошибки.Эти неисправимые ошибки называются E32 в Красной книге для спецификаций CD и ошибкой PO в спецификациях DVD.

Если царапины достаточно глубоки, чтобы повредить данные или металлические слои на считывающей стороне диска, данные не могут быть прочитаны или восстановлены.

5.2.2 Царапины на этикетке компакт-дисков

Царапины на этикетке компакт-дисков могут быть более серьезной проблемой. Поскольку отражающий металлический слой и слой данных расположены так близко к поверхности этикеточной стороны диска, их можно очень легко повредить.Небольшое углубление или точечное отверстие в металле от царапины, ручки, карандаша, ультратонкого маркера или другого острого предмета нарушит отражательную способность металла в этой области на другой стороне (сторона лазерного считывания) и читаемость данных при помощи лазер. Этот тип повреждений не подлежит ремонту.

Как и царапины на стороне лазерного считывания, приводы оптических дисков обычно могут легко считывать незначительные повреждения, даже если повреждение нанесено со стороны этикетки. Разница в том, что это повреждение необратимо.Если встроенное ПО для обнаружения и исправления ошибок в дисководе не может исправить данные, его нельзя будет восстановить. Царапины, которые не достигают тонкого защитного лакового покрытия, не должны иметь немедленного эффекта, но в конечном итоге могут подвергнуть металл воздействию влаги, загрязнителей воздуха или других неблагоприятных воздействий окружающей среды.

Клейкие этикетки (см. Стр. 23), хотя и несколько уязвимы к неблагоприятным воздействиям окружающей среды, могут обеспечить компакт-дискам дополнительную защиту от царапин. Дополнительный слой на дисках для печати также обеспечивает защиту.

5.2.3 Царапины на этикетке односторонних DVD-дисков

Царапины на этикетке односторонних DVD-дисков не представляют проблемы. Металлический слой, который так подвержен повреждениям в компакт-дисках, находится в середине DVD-дисков. Его расположение делает этот слой практически невосприимчивым к поверхностным царапинам; на самом деле на нем вряд ли будут затронуты какие-либо царапины, кроме самых глубоких — достаточно глубоких, чтобы достичь центра диска, где лежат металл и данные.

5.2.4 Отпечатки пальцев, пятна, грязь и пыль

Отпечатки пальцев, пятна, грязь или пыль на стороне диска для считывания с помощью лазера могут нарушить фокусировку лазера на данных даже в большей степени, чем царапина.Грязь или пыль на диске блокируют или уменьшают интенсивность света лазера. Если он достаточно серьезный, это приведет к тому, что дисковод пропустит данные при чтении диска. Отпечатки пальцев, пятна или грязь покрывают обширные области данных и приводят к тому, что лазерный луч выходит из фокуса или теряет интенсивность. Они также вызовут широко распространенное неправильное прочтение данных вдоль линий или дорожек данных, до степени, превышающей возможности исправления ошибок дисковода. Пыль также может стекать в дисковод и собираться на лазерной головке или других внутренних компонентах.Отпечатки пальцев, пятна и грязь удалить легче, чем царапины; это просто вопрос их очистки.

Подводя итог, можно сказать, что царапины по сравнению с отпечатками пальцев и пятнами на стороне диска для лазерного считывания включают следующее:

• Случайные мелкие царапины обычно не влияют на фокусировку лазера.
• Глубокие царапины могут повлиять на фокусировку лазера и вызвать ошибки.
• Система кодирования обнаружения и исправления ошибок в дисководе исправит многие ошибки, вызванные царапинами.
• Отпечатки пальцев и пятна могут вызвать больше ошибок, чем царапины, и с большей вероятностью нарушат возможности системы кодирования с исправлением ошибок.
• Царапины в направлении дорожки (тангенциальное направление) хуже, чем царапины, идущие от центра диска наружу (радиальное направление).
• Подобно отпечаткам пальцев и пятнам, несколько близко расположенных царапин также могут нарушить возможности системы кодирования с исправлением ошибок.

5.2.5 Маркировка

Маркировка и маркировка CD или DVD — важный процесс при его создании.Компакт-диски и DVD или их контейнеры помечены в той или иной форме, чтобы их можно было идентифицировать и упорядочить. При маркировке компакт-диска маркерами следует учитывать состав чернил в маркере и стиль или дизайн маркера.

Чернила в маркерах различаются по химическому составу и состоят из пигментов или красителей и растворителей. Чернила делятся на три основные категории в зависимости от типа используемого растворителя: на водной основе, на спиртовой основе и на основе ароматических растворителей.В рамках этих категорий чернила подразделяются в зависимости от их стойкости и возможности нанесения на разные поверхности.

также различаются по форме: бывают остроконечные, сверхтонкие, шариковые, шариковые, с мягким фломастером и зубилом. Некоторые из них идеально подходят для маркировки компакт-дисков; другие могут нанести ущерб.

Многие поставщики компакт-дисков отмечают, что тонкое защитное лаковое покрытие может испортиться от контакта с определенными растворителями в маркерах. Во избежание риска рекомендуется использовать маркеры на водной основе для маркировки компакт-дисков.В качестве растворителя спирт обычно менее опасен, чем ксилол и толуол, которые обычно используются в маркерах на основе ароматических растворителей. Согласно неофициальным данным, спиртовые маркеры можно использовать для маркировки компакт-дисков, не вызывая проблем с производительностью. Однако нет явных результатов лабораторных тестов, показывающих, какое влияние растворители в маркерах оказывают на различные компакт-диски или DVD, особенно в долгосрочной перспективе.

При выборе маркера следует учитывать уязвимость металла компакт-дисков из-за его близости к поверхности.Металл особенно подвержен повреждениям в результате царапин, царапин или вмятин, вызванных маркировкой поверхности. Маркер с фломастером минимизирует риск появления царапин или вмятин.

Как упоминалось ранее, компакт-диски и DVD-диски похожи, но их структура слоев различается. Слой записи компакт-диска расположен сразу под стороной с этикеткой. На DVD слой записи находится в центре диска. Теоретически растворители из маркера на основе растворителей не будут проникать в центр DVD через слой поликарбоната с обеих сторон диска.Следовательно, данные и металлические слои в центре теоретически не должны контактировать с вредными растворителями. Тем не менее, для DVD рекомендуется применять те же меры предосторожности, что и при маркировке компакт-дисков. Маркер, используемый для маркировки компакт-диска, будет работать также и на DVD. Ограничение себя маркером, безопасным для компакт-дисков, также устранит возможность путаницы при использовании отличительных маркеров для компакт-дисков или DVD-дисков.

Многие поставщики продают безопасные для компакт-дисков маркеры, и они различаются по раствору чернил. Они не должны содержать растворителей, вредных для компакт-дисков или DVD-дисков, но должны иметь постоянное качество. Для безопасной маркировки любого диска лучше всего пометить прозрачную внутреннюю втулку или так называемую зеркальную ленту диска, на которой нет данных (см. Рисунок 12).

Рис. 12. Области диска для печати или маркировки

5.2.6 Изгиб

Сгибание (изгиб) диска любыми способами, например, выниманием его из футляра для драгоценностей или сидением на нем, может повредить диск, вызывая напряжения.Диск следует хранить в футляре и класть вертикально, как книгу, на полку. Длительное хранение в горизонтальном положении, особенно в нагретой среде, может привести к постоянному изгибу диска. Хотя данные могут оставаться нетронутыми, диск может не работать должным образом в приводе или не позволять лазеру следовать по дорожке. Максимальная степень изгиба (изгиба) или количество раз, когда диск может быть изогнут до того, как он повредится, неизвестны. Чтобы свести к минимуму риск повреждения, лучше избегать перегибов дисков.

5.2.7 Наклейка этикеток

Клейкие этикетки не следует наносить на оптические диски, предназначенные для длительного хранения (более пяти лет). Этикетка со временем может отслоиться и помешать работе дисковода. Также известно, что клей на некоторых более ранних этикетках вступает в реакцию с лаковой поверхностью. Любые попытки отклеить этикетку могут привести к повреждению лакового и металлического слоев компакт-дисков. DVD бывают разные; снятие этикетки с DVD не имело бы такого же вредного воздействия, потому что металлический слой не находится близко к поверхности.Тем не менее, удаление этикетки или любой ее части с поверхности диска может вызвать дисбаланс вращения диска в дисководе, что сделает диск нечитаемым. DVD-диски более подвержены проблемам чтения из-за незначительного дисбаланса, чем компакт-диски. Чтобы обеспечить долгосрочную доступность информации на диске, на котором уже есть наклейка, информацию с диска следует скопировать и сохранить на диске без такой наклейки.

Клейкие этикетки могут хорошо подходить для кратковременного использования дисков (менее пяти лет) и даже могут добавить слой защиты от царапин и других потенциально опасных контактов.С другой стороны, такие этикетки уязвимы для неблагоприятных условий окружающей среды: они могут высыхать или впитывать влагу, а воздействие тепла или холода на них может быть даже сильнее, чем на сам диск. В таких условиях этикетка может расслаиваться. Производители дисков не рекомендуют использовать клейкие этикетки, поскольку они могут вызвать неуравновешенное вращение диска, что приведет к преждевременному износу привода. Если используется этикетка, она должна быть изготовлена ​​для использования на компакт-дисках или DVD-дисках, и для ее наклеивания следует использовать соответствующий инструмент для нанесения этикеток на диски.Инструмент для нанесения этикеток должен центрировать этикетку на диске, чтобы поддерживать баланс диска в максимально возможной степени.

5.2.8 Печать поверхности диска

Печать этикеток непосредственно на CD-R и DVD-R требует использования дисков, на которые во время производства добавляется поверхность для печати. Следующая информация о печати относится в основном к дискам CD-R, но также применима к версиям DVD-R.

Струйная печать и термотрансферная печать обычно используются для маркировки поверхностей дисков CD-R.В каждом из них используется своя технология нанесения чернил на печатную поверхность диска; несколько компакт-дисков для струйной и термопечати являются взаимозаменяемыми.

Область печати на DVD-диске зависит от того, является ли диск односторонним или двусторонним. Этикетка может быть напечатана на верхней стороне одностороннего DVD, как и на компакт-диске. Однако производительность DVD более чувствительна, чем производительность компакт-диска, к любому дисбалансу диска. Поскольку чернила влияют на плоскостность и баланс диска, печать на всей поверхности может быть не лучшим выбором, поскольку чернила могут неравномерно распределяться по поверхности диска.Тем не менее, если вы решите печатать этикетки на своих дисках, печать на всей поверхности лучше, чем печать на частичной. Для полной печати CD или DVD доступен белый базовый слой для печати.

«пит-арт» в качестве альтернативы печати позволяет избежать проблем с плоскостностью и балансом. Ямки образуются на стороне этикетки (без поверхности для печати), создавая зеркальный голографический узор на металлическом слое, который становится этикеткой. Поскольку чернила не используются, плоскостность и балансировка диска не нарушаются.

Если DVD-диск содержит данные на обеих сторонах (двусторонний), ни печать, ни пит-арт не могут использоваться в области данных диска. Только область полосы зеркала и область между полосой зеркала и центральным отверстием могут быть напечатаны или отмечены.

Термопечать
В принтерах с термотрансферной печатью печатающая головка, которая содержит резистивные элементы в виде линейного массива, нагревает пленки (ленты) с чернильным покрытием. Головка находится в прямом контакте с непокрытой стороной ленты, а покрытая краской сторона ленты находится в прямом контакте с печатаемой поверхностью диска.Чернила нагреваются, заставляя их плавиться и прилипать к печатной поверхности. Для поверхности диска, пригодной для печати, используются специально разработанные материалы для повышения эффективности переноса чернил и повышения адгезии. Только специально разработанные термопринтеры, а не термопринтеры, предназначенные для печати на бумаге, можно использовать для печати непосредственно на поверхности дисков CD-R для термопечати.

Струйная печать
В струйных принтерах чернила распыляются через капли раствора чернил на специально разработанный материал для печати на поверхности диска.Эта поверхность предназначена для удерживания капель чернил на месте при впитывании жидких компонентов чернил.

Шелкография
Шелкография на CD или DVD использует УФ-отверждаемые чернила, чтобы цвета чернил не сливались вместе. Эти чернила не могут содержать никаких химически активных компонентов, которые могут повлиять на диск после процесса отверждения, или абразивных частиц в пигментах чернил, которые могут повредить защитный слой компакт-дисков.

5.3 Износ из-за воспроизведения диска

CD и DVD не изнашиваются от трения, как виниловые пластинки или кассеты.В зоне действия лазера нет физического контакта с диском.

ROM-диски : лазерный луч не влияет на данные или металлический слой на ROM-дисках. Теоретически диск может быть прочитан столько раз, что совокупный эффект лазерного света может в конечном итоге повлиять на поликарбонат. Однако нет записей о том, чтобы такие диски воспроизводились достаточное количество раз, чтобы получить повреждения от лазерного излучения. Соответственно, считается, что влияние света на ROM-диски незначительно.На самом деле предполагается, что диск, вероятно, выйдет из строя гораздо раньше из-за каких-либо других условий, чем из-за воздействия лазерного света.

Диски R : Теоретически диски R должны иметь ограниченное количество раз чтения (несколько тысяч) из-за совокупного воздействия лазерного излучения на слой данных. Как и в случае с ROM-дисками, поликарбонат также может в конечном итоге быть поврежден, но нет зарегистрированных свидетельств вредного воздействия лазерного света, поэтому такие эффекты считаются незначительными.

RW диски : RW диски, в отличие от других типов, могут «изнашиваться».Диски CD-RW и DVD-RW должны выдержать около 1000 перезаписей, а диски DVD-RAM — 100 000 раз, прежде чем возможность перезаписи будет потеряна. Функция чтения диска должна продолжаться ограниченное количество раз после каждой записи. Хотя максимальное количество раз, возможное для чтения после записи, неизвестно, оно может уменьшаться после каждой последующей записи.

Методы и материалы: CD и DVD

Ниже следует описание того, как на компакт-дисках и DVD-дисках хранятся 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 CD и DVD на самом деле заключаются только в размере дорожки и выступов и длине волны лазера, поэтому различия объясняются после основ. Затем представлены записываемые / перезаписываемые кейсы.

Основы CD только для чтения

Компакт-диск — это круговой носитель информации. Информация хранится на одной длинной спиральной дорожке, идущей изнутри наружу.Рисунок справа иллюстрирует это наглядно, но разве это не в масштабе : трасса очень узкая и очень длинная. В частности, дорожка стандартизирована и имеет диаметр 0,5 микрона или 500 нм, но если ее растянуть на прямую линию, она составляет около 5 километров (около 3,5 миль) в длину! Для справки: лист бумаги имеет ширину 0,1 мм или 100 микрометров; человеческий волос обычно имеет ширину от 50 до 200 микрометров: таким образом, дорожка компакт-диска очень узкая. Расстояние между последовательными витками спирали также стандартизировано на 1.6 микрометров.

Если повернуть компакт-диск узкой стороной, он будет толщиной 1,2 мм. Если вы разрежете его, чтобы увидеть поперечное сечение стороной с этикеткой (вверху) вверх, вы найдете то, что показано на следующем схематическом рисунке ниже. Что касается процесса изготовления компакт-диска, давайте начнем с нижнего слоя поликарбоната. Поликарбонаты — это пластик, который очень устойчив к температурам и ударам, а также обладает высокой прозрачностью. Во время производства на поликарбонат наносится длинная спиральная дорожка, которая содержит данные в виде различных выпуклостей (вид снизу) или ямок (вид сверху) — как это работает, см. Ниже.Если смотреть сверху, впадины называются ямами , а приподнятые плоские части называются площадками . Глубина ямок стандартизирована и составляет 125 нм. Затем поверх поликарбоната наносится тонкий слой алюминия, который покрывает дорожку, площадку и ямы. Выбран алюминий, поскольку он относительно недорог, но также обладает хорошей отражающей способностью. Затем наносится слой акрила (другой пластик, который дешевле поликарбоната) для защиты алюминия. Наконец, при желании на акрил можно нанести слой маркировки.

Если мы увеличим масштаб компакт-диска, глядя со стороны поликарбоната, мы можем увидеть что-то вроде того, что показано на следующем рисунке ниже. Показано схематическое изображение, на котором спираль идет, скажем, слева направо и дважды пересекла нашу точку зрения. Ямки имеют глубину 125 нм, ширину 500 нм, а длина может варьироваться от 850 до 3500 нм (3,5 микрометра). Стандартизованный интервал между дорожками (так называемый шаг) равен 1.Также показано 6 микрометров.

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

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 никакой переход (то есть относительно длинная область, которая является либо выпуклостью, либо плоской) представляет собой ноль. Следующий вопрос заключается в том, как эта информация считывается с компакт-диска: как устройство чтения компакт-дисков определяет наличие выпуклости или плоской области?

Решение для 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 перемещаться, изменяя угол наклона 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 невооруженным глазом светится лазер проигрывателя компакт-дисков на компакт-диске. Лазер излучает узкий луч света, падающий на нижнюю поверхность компакт-диска. Луч проходит через поликарбонат, отражается от алюминия, затем возвращается через поликарбонат и выходит из компакт-диска, чтобы достичь фотодиодного детектора.Лазер направляет луч под небольшим углом к ​​поверхности компакт-диска, поэтому наличие или отсутствие выпуклости изменит угол, под которым луч отражается в сторону детектора. Это изменяет интенсивность отраженного света, регистрируемого детектором, и, таким образом, будет наблюдаться наличие или отсутствие выпуклости. Схема справа пытается показать это; угол отражения на схеме сильно преувеличен, чтобы показать отражение: на практике угол довольно мал.

компакт-дисков по сравнению со стандартными и Blue-ray DVD

С точки зрения материалов и функций, единственная разница между CD и DVD заключается в размерах.Основные идеи и базовая технология по сути идентичны. Однако, как вы знаете, DVD имеют тот же физический размер, что и (стандартные) компакт-диски, которые могут хранить гораздо больше информации, чем компакт-диски: как это достигается? Основная идея — хранить данные более компактно. В частности, неровности могут быть короче, чтобы можно было хранить больше на единицу длины, а гусеницы расположены ближе (меньший шаг), чтобы их можно было плотно уложить. Численно, выступы для DVD имеют длину около 400 нм, а не около 800 нм для компакт-дисков.Шаг спиральной дорожки теперь составляет 0,74 микрометра (740 нм) вместо 1,6 микрометра. Чтобы сфокусировать лазер на этих более мелких выступах, необходима более короткая длина волны света: в оптике существует основной принцип, согласно которому при наилучших условиях фокусировки луч света может быть сфокусирован в пятно, которое всегда примерно как большой, как его длина волны. Таким образом, более короткая длина волны означает меньшее сфокусированное пятно света и, следовательно, возможность видеть более мелкие детали. Лазеры, используемые в проигрывателях DVD, работают на длине волны 650 нм (вместо 780 нм на компакт-дисках).650 нм виден человеческому глазу и соответствует красному цвету: вы, наверное, заметили, что на поверхность DVD внутри проигрывателя попадает красный свет.

Blue-ray также представляют собой разновидность 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 те же, но все функции (неровности и шаг трека) 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 компакт-диски и DVD

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

Глядя на приведенное выше описание, мы отмечаем, что основной механизм чтения данных на CD или DVD заключается в том, что лазерный луч отражается от поверхности и измеряется отраженный свет: неровности на поверхности изменяют отражение. Но один не ограничивается физическими ударами: любое изменение материала среды, которое изменяет отражение, будет иметь тот же эффект. Поэтому в (перезаписываемых) компакт-дисках и DVD-дисках нет физических выступов или разницы в высоте, но вместо этого материал меняет свои свойства, чтобы иметь различную отражательную способность с масштабами, имитирующими настоящие неровности.Чтобы быть точным, для (перезаписываемых) CD и DVD схематическое поперечное сечение показано ниже: в дополнение к алюминиевому слою есть дополнительные слои (из которых материал с фазовым переходом является критическим), где все отражающие способности изменяются. происходят. (Диэлектрик очень прозрачен, поэтому он не участвует существенно в происходящем.) Если материал с фазовым переходом довольно прозрачен, лазерный луч проходит через него, отражается от алюминиевого слоя позади него и отскакивает обратно.Однако, если материал с фазовым переходом непрозрачен или поглощает, большая часть лазерного света поглощается с небольшим отражением, и, таким образом, 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 веществ при комнатной температуре. Одна представляет собой кристаллическую фазу, а другая — аморфную фазу (определенную ниже).Две фазы имеют одинаковый химический состав: одинаковое количество атомов различных элементов; просто атомы расположены по-разному в двух фазах. Кристаллическая фаза прозрачна, а аморфная — непрозрачна.

Теперь вы можете спросить: в чем разница между кристаллической и аморфной фазами? Разве твердая фаза материала не имеет единой структуры на атомном уровне? На практике большинство натуральных или искусственных материалов находятся в одной твердой фазе.Но это не значит, что это единственный выход. Это все связано с тем, насколько упорядочен материал на атомном уровне, и это, в свою очередь, связано с тем, насколько быстро он охладился из расплавленной формы: чем медленнее скорость охлаждения, тем более упорядоченно находится твердая фаза. атомный уровень.

Лучше всего разобраться на конкретном примере. 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 SiO ₂ ).SiO ₂ очень распространен на Земле и является основным ингредиентом земной коры, песка и большинства горных пород. Кварц является наиболее стабильной кристаллической формой SiO ₂ : 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 вместе 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 можете увидеть в ванной или душевой, где плитки выложены в повторяющемся мотиве, а узор цветов плитки будет повторяться снова и снова. С другой стороны, аморфная фаза 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 варьируется по всему материалу. Это гораздо труднее представить, но это будет тип плитки, в которой плитки не все одинакового размера, и они не совсем правильно размещены вместе, и кто-то просто пытается продолжить узор плитки, чтобы в итоге получилась неправильная структура. где практически все плитки имеют правильное количество соседних плиток (хотя иногда могут быть пустоты или лишние плитки), но нет повторяющегося мотива.Если вы начнете с расплавленного диоксида кремния и очень медленно охладите его, вы получите кварц: атомы хаотично хихикают из-за тепловой энергии, и каждый дает им достаточно времени, чтобы найти правильных партнеров и соединиться с ними в нужном месте. порядок и ориентация для формирования хорошего кристалла. Однако, если охладить расплав слишком быстро, атомы не успевают сформировать упорядоченную структуру, и конечная структура будет аморфной. Это очень похоже на игру в музыкальные стулья, где, например, половина игроков носит синие рубашки, а половина игроков — красные рубашки, и мы просим каждого синего игрока сесть между двумя красными игроками (и наоборот): если вы дадите людям достаточно пора передвигаться и найти нужных соседей, нужный узор найден; но если вы уделяете слишком мало времени, а затем настаиваете 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 показано ниже).

Кварц и стекло оптически очень похожи: они оба 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, когда оно будет достаточно нагретым, что делает его таким полезным в технике и искусстве, тогда как кварц — 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, но также и многие другие материалы, такие как многие пластмассы и полимеры).

Пока что единственный способ создать кристалл или стекло — это контролировать скорость охлаждения расплава. И обычно так и делают. Но есть некоторые варианты, которые полезны для (перезаписываемых) CD / DVD, которые мы сейчас объясним.Кристаллическое твердое вещество можно расплавить, подняв его температуру выше точки плавления, которую мы обозначим температурой T _m : это температура, при которой атомы, составляющие твердое тело, решают отказаться от регулярной системы связывания (т.е. низкая энергия, но также низкая энтропия) для перехода в жидкое состояние (более высокая энергия, но также более высокая энтропия). Обратный процесс начала плавления и охлаждения ниже T _m больше зависит от скорости охлаждения: как объяснено выше, если делать это медленно, получится кристалл, а если сделать быстро — получится стакан.Медленное охлаждение, предназначенное для получения кристалла, называется отжигом , а быстрое охлаждение, предназначенным для образования аморфной фазы, называется закалкой . А теперь представьте, что кто-то быстро охладился и закончил стаканом. Если повысить температуру до промежуточной температуры, которая ниже T _m , но выше температуры кристаллизации T _c , атомы аморфной фазы теперь имеют достаточно тепловой энергии, чтобы немного перемещаться и исследовать новые конфигурации; если дать достаточно времени, они могут начать формировать кристаллические фазы.Обратите внимание, что это T _c не является истинной температурой фазового перехода (например, T _m ): это, скорее, температура, выше которой кристаллизация протекает «быстро» в интересующей вас временной шкале. Таким образом, можно представьте себе следующие операции: начиная с кристалла, один нагревает до T _m , чтобы получить расплав, а затем быстро охлаждают до уровня ниже T _c , чтобы получить стекло; Чтобы заменить стекло кристаллом, нужно нагреть стекло выше T _c , но ниже T _m и немного подождать, пока кристаллы не сформируются, а затем снова охладиться.Для материалов с фазовым переходом, используемых в компакт-дисках и DVD, T _c составляет около 200 ^o C, а T _m находится в диапазоне 500-700 ^o .

Подкласс стеклообразных материалов обладает тем полезным свойством, что их кристаллическая и аморфная фазы имеют существенно разные оптические свойства. Для материалов с фазовым переходом, используемых в (перезаписываемых) компакт-дисках и DVD-дисках, кристаллическая фаза более непрозрачна (больше поглощает свет), чем аморфная фаза. Таким образом, изменение фазы материала изменит его поглощение света и, следовательно, его отражательную способность.На самом деле существует множество ограничений, которым должен соответствовать материал с фазовым переходом, чтобы его можно было использовать для хранения CD или DVD. Среди них: температура плавления должна быть намного выше комнатной, чтобы свойства материала оставались постоянными с течением времени (стабильное хранение информации), но она не должна быть настолько высокой, чтобы нагревание разрушило или повредило оставшуюся часть компакт-диска или DVD. — типичная температура составляет 500 ^o C; между кристаллом и аморфной фазой должен быть большой энергетический барьер, чтобы одна не могла спонтанно переходить в другую при комнатной температуре, но он не должен быть слишком высоким, чтобы это изменение можно было легко произвести при более высоких температурах; между кристаллами и аморфными участками должен быть высокий оптический контраст; скорость охлаждения для отжига не должна быть очень низкой, чтобы один раз можно было записать данные с высокой скоростью; и что механическое напряжение, вызванное изменением фазы, не должно повредить ни сам материал с фазовым переходом, ни соседние слои.

Это очень длинный список требований! А некоторые из них противоречат друг другу, поэтому приходится идти на компромисс. Но есть классы материалов, которые отвечают всем требованиям. Все они представляют собой сплавы, обычно содержащие Te (теллур) и Sb (сурьму) наряду с другими элементами. Некоторые типичные формулы: TeGeAs, Ge ₂ Sb ₂ Te ₅ , TeSnSe, TeGeSnO или AgInSbTe. Более полный список показывает, что все они являются сплавами на основе Te и Se. И Te, и Se являются хорошо известными материалами для производства стекла, и их химические модификации и легирование предназначены для оптимизации свойств плавления / оптических / механических / отжига / закалки.

Имея за плечами всю эту материальную науку, последний вопрос более прагматичный: как делать запись и / или стирание информации на CD или DVD? А как кодируется информация? Выбрано соглашение, согласно которому, когда материал с фазовым переходом является кристаллическим, информация не кодируется: есть информация, закодированная, когда его части являются аморфными.

Устройство для записи компакт-дисков или DVD-дисков — это устройство, используемое для этой цели, и оно имеет три разных лазера (вместо одного лазера в устройстве чтения компакт-дисков или DVD-дисков).Вот что делает каждый лазер, а также то, как он работает с материалом для кодирования информации:

• Первый лазер — это считывающий лазер, он имеет низкую интенсивность и практически идентичен по техническим характеристикам лазеру в обычном проигрывателе компакт-дисков или DVD-дисков.
• Второй лазер, пишущий лазер, имеет высокую мощность: когда его луч фокусируется на небольшом пятне, он может полностью расплавить материал с фазовым переходом в этой области — в сочетании с быстрым охлаждением для закалки он сделает материал аморфным, таким образом кодируя Информация.Минимальная скорость охлаждения для закалки до аморфной фазы определяется конкретным материалом; в CD / DVD диапазон охлаждения определяется толщиной материала с фазовым переходом, удельной теплотой всех материалов с фазовым переходом и окружающих материалов, а также их теплопроводностью. Таким образом, выбор материалов и их сборка должны быть спроектированы таким образом, чтобы скорость охлаждения была достаточно высокой, чтобы образовалась аморфная фаза, когда лазер записи выключен и температура материала с фазовым переходом упадет ниже его точки плавления.
• Третий лазер — стирающий лазер со средней интенсивностью: он сильнее, чем лазер чтения, но слабее, чем лазер записи. Он может нагреть материал достаточно, чтобы превратить аморфный материал в текучее стекло (то есть довести его до температуры выше температуры кристаллизации), но не достаточно горячим, чтобы фактически расплавить его. Таким образом, стирающий лазер заставляет аморфный материал течь и перестраиваться. Стирающий лазер держат включенным достаточно долго, чтобы обеспечить рост кристаллической фазы; когда он выключен, скорость охлаждения высокая и такая же, как описано выше для лазера записи.После кристаллизации вся информация в этой области стирается.

Использование лазерной указки для измерения расстояния между дорожками данных на компакт-дисках и DVD

Аннотация

Цель

Цель этого проекта — научиться использовать дифракционную картину для измерения шага (интервалов) дорожек данных на компакт-дисках и DVD-дисках.

Поделитесь своей историей с друзьями по науке!

Кредиты

Эндрю Олсон, Ph.D., приятели науки и
Дэвид Азиз, доктор философии.

цитировать эту страницу

MLA Стиль

Сотрудники Science Buddies. «Использование лазерной указки для измерения расстояния между дорожками данных на компакт-дисках и DVD». Друзья науки , 20 ноя 2020, https: //www.sciencebuddies.org / science-fair-projects / project-ideas / Phys_p011 / Physics / using-a-laser-pointer-to-measure-the-data-track-spacing-on-cds-and-dvds. По состоянию на 18 мая 2021 г.

APA, стиль

Сотрудники Science Buddies. (2020, 20 ноября). Использование лазерной указки для измерения расстояния между дорожками данных на компакт-дисках и DVD-дисках. Извлекаются из https://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/project-ideas/Phys_p011/physics/using-a-laser-pointer-to-measure-the-data-track-spacing-on-cds-and- DVD

Дата последнего редактирования: 20.11.2020

Введение

CD и DVD становятся все менее распространенными, поскольку их заменяют mp3-файлы, диски Blu-Ray и потоковую музыку / видео.Однако раньше они были основным способом хранения аудио- и видеоданных, таких как песни и фильмы. На компакт-дисках и DVD-дисках хранятся огромные объемы двоичных данных (комбинации нулей и единиц), которые ваш проигрыватель может «прочитать» с помощью лазера, линз, светового датчика и некоторой сложной электроники.

CD и DVD представляют собой многослойные диски, сделанные в основном из пластика. Слой, содержащий данные (DVD-диски могут иметь более одного слоя данных), состоит из серии крошечных ямок, расположенных по спирали, идущих от центра диска к краю.Информационный слой покрыт тонким слоем алюминия или серебра, что обеспечивает высокую отражающую способность.

Насколько малы ямы? Что ж, их диаметр составляет 500 нанометров (нм). Насколько это мало? Миллиметр (мм), который вы видите невооруженным глазом, равен одной тысячной метра. Представьте, сколько вам нужно сжать метр, чтобы уменьшить его до миллиметра. А теперь представьте, что вы уменьшились на миллиметр на ту же величину. Это приведет вас к микрометру (мкм) или одной тысячной миллиметра.Вы должны уменьшить микрометр в тысячу раз больше , чтобы уменьшить размер до нанометра. Типичный человеческий волос имеет ширину около 100 мкм. Ямки на компакт-диске имеют ширину 0,5 мкм. Таким образом, вы можете уместить 200 ямок по ширине обычного человеческого волоса! Диаметр ямок также аналогичен длинам волн видимого света (от 400 до 700 нм).

На компакт-диске ямы имеют пустое пространство («землю») по обе стороны от них. Это означает, что соседние дорожки данных спирали равномерно разнесены (примерно в 3 раза больше диаметра пита).Этот регулярный интервал спиральных дорожек, немного превышающий длину волны видимого света, дает мерцающие цвета, которые вы видите, когда вы наклоняете компакт-диск вперед и назад под светом. Цвета являются результатом дифракции источника белого света на компакт-диске.

Что такое дифракция? Это немного сложнее описать, поэтому мы начнем со связанной концепции, которую легче понять: интерференция . Интерференция — это то, что происходит, когда волны сталкиваются друг с другом.Если пик первой волны встречается с пиком второй волны, пики складываются, образуя более высокий пик. Если впадина первой волны встречается с впадиной второй волны, впадины складываются вместе, образуя более низкую впадину. Если пик первой волны встречается с впадиной второй волны, пик уменьшается. И если пик первой волны того же размера, что и впадина второй волны, они могут фактически компенсировать друг друга, добавляя к нулю в точке интерференции. Вы можете увидеть демонстрацию вмешательства со ссылкой на апплет Ripple Tank в Библиографии.

На первом снимке экрана показаны результаты для одного источника волн (выберите «Настройка: единый источник» из первого раскрывающегося списка и «Цветовая схема 2» из четвертого раскрывающегося списка). Чтобы избежать осложнений, связанных с рябью, отраженной от стенок резервуара, нажмите кнопку «Очистить стены» (имитирует бесконечно большой резервуар, поэтому отражения устранены):

Обрезанный снимок экрана апплета Ripple Tank показывает круговые волны, создаваемые одной точкой в ​​верхней части страницы.Каждая круговая волна однородна и равномерно распределена между собой, и волны блекнут по мере удаления от точки источника. Справа от апплета есть раскрывающиеся меню и кнопки, которые позволяют изменять настройки имитатора волн. Один источник выбирается из первого раскрывающегося меню, цветовая схема 2 выбирается из четвертого раскрывающегося меню, и для этого моделирования нажимается кнопка очистки стен.

На втором снимке экрана показаны результаты для двух источников волн (выберите «Настройка: два источника» в первом раскрывающемся списке):

Обрезанный снимок экрана апплета Ripple Tank показывает круговые волны, создаваемые двумя вертикально расположенными точечными источниками рядом с центром страницы, интерферирующими друг с другом.Каждая создаваемая круговая волна является однородной и равномерно распределенной, и волны блекнут по мере удаления от точки источника. Есть восемь полос черного цвета, на которых не отображаются волны, они равномерно распределены и появляются от центра страницы к краям. Справа от апплета есть раскрывающиеся меню и кнопки, которые позволяют изменять настройки имитатора волн. В первом раскрывающемся меню выбираются два источника.

Диагональные черные линии — это области деструктивной интерференции (где пики одной волны встречаются с впадинами другой).Если вы запустите апплет самостоятельно, вы увидите, что, хотя волны продолжают двигаться, эти области являются устойчивыми элементами. Это простой пример паттернов, которые могут образовываться, когда волны интерферируют четко определенным образом.

С помощью апплета Ripple Tank вы можете попробовать еще много симуляторов, чтобы лучше понять интерференцию и дифракцию. Найдите время, чтобы изучить его.

Когда существует большое количество источников волн или множество препятствий, с которыми взаимодействует волна, результат обычно описывается как «дифракция», а не «интерференция», но это, по сути, тот же фундаментальный процесс.

Итак, как можно использовать дифракцию для измерения расстояния между дорожками данных на CD или DVD? Дифракционная картина от яркого монохроматического источника (например, лазерного указателя), взаимодействующего с регулярной структурой, может быть описана довольно простым уравнением:

d (sin θ _m — sin θ _i ) = mλ (Уравнение 1)

• В этом уравнении d — это интервал структуры (в данном случае дорожек данных).
• θ _м — угол дифрагированного луча м ^th , а θ _i — угол падающего (входящего) света.Оба угла ( θ _м и θ _i ) отсчитываются от нормали , линии, перпендикулярной дифрагирующей поверхности в точке падения (где свет падает на компакт-диск).
• м — порядок дифрагированного луча. Отраженный луч (когда θ _м = θ _i ) имеет порядок 0 (ноль). Лучи дальше от нормали, чем отраженный луч, имеют порядок 1, +2, +3 и т. Д.Лучи, близкие к нормали, имеют порядок -1, -2, -3 и т. Д. В некоторых случаях, например, очень малых d , некоторые или все отрицательные m порядков могут действительно дифрагировать под таким большим углом, что они находятся на той же стороне нормали, что и падающий свет. Когда дифрагированный луч находится на той же стороне нормали, что и падающий свет, угол для дифрагированного луча равен отрицательным.
• λ — длина волны света.

Раздел «Экспериментальная процедура» покажет вам, как создать и измерить дифракционную картину с помощью компакт-диска и лазерной указки.Вы также будете использовать приведенное выше уравнение для вычисления d , расстояния между дорожками данных на CD или DVD. Как вы думаете, будет ли вычисленное вами значение соответствовать стандартному интервалу между дорожками данных для CD или DVD (который вы можете найти в Интернете)?

Термины и понятия

• CD, CD-ROM
• DVD
• помеха
• дифракция

• DVD-диски могут содержать от 7 до 25 раз больше данных на компакт-диске, в зависимости от формата DVD.Как вы думаете, интервал между дорожками данных DVD будет больше, меньше или будет таким же, как интервал дорожек данных компакт-диска? Если больше или меньше, то сколько?

Лента новостей по этой теме

Создайте свой собственный лазерный гравировальный станок с помощью Arduino

Лазерная гравировка сколько душе угодно с помощью этого удобного проекта DIY.

Если видеоплеер не работает, вы можете щелкнуть по этой альтернативной ссылке на видео.

Кто не любит лазерную гравировку? К сожалению, большинству из нас для выполнения работы необходимо прибегать к услугам профессионалов.

К счастью, с помощью этого замечательного небольшого проекта DIY вы можете сделать свой собственный из некоторых распространенных электрических компонентов, некоторых старых записывающих устройств DVD и некоторых деталей, напечатанных на 3D-принтере!

Как и в любом проекте подобного рода, вам понадобится несколько кусочков и бобов.Для этой сборки вам потребуется:

Имея все необходимые материалы, пора приступить к сборке.

Первый шаг — начать демонтировать ваши старые избыточные записывающие устройства DVD. Вы ищете механизм шагового двигателя и стержни внутри. Все остальное можно утилизировать на будущее — выбор за вами.

Отрежьте все оставшиеся гибкие печатные платы и отложите их на будущее.

Затем распечатайте все необходимые 3D-детали.Вы можете найти их здесь (мы также включили ссылку в список необходимых материалов выше). Для дополнительной «крутизны» распечатайте различные части разными цветами — хотя это совершенно необязательно.

Распечатав 3D-детали, возьмите части держателя направляющих и прикрепите к ним шаговые двигатели DVD, как показано на видео. Затем соберите детали кронштейна, которые будут удерживать и перемещать платформу и лазер после завершения.

С этим комплектом возьмите основание.Закрепите на месте одну из сборок стержней DVD с помощью утилизированных стержней, как показано на видео.

Проверить движение кронштейна по рельсу, он должен двигаться свободно. Теперь возьмите части руки и прикрутите их к основанию, как показано.

Теперь возьмите другой узел слайдера и прикрепите его к рычагам лазерного гравера. Еще раз используйте для этого утилизированные стержни.

Затем возьмите несколько соединительных кабелей и подключите один конец проводов к основанию и кронштейну, ползункам.С этим комплектом возьмите лазерный держатель, напечатанный на 3D-принтере.

Прикрепите немного суперклея или аналогичного клея к кронштейну на узле ползуна, установленном на рычаге. В этом, очевидно, позже будет находиться лазерный гравер.

Затем возьмите X-пластину, приклейте несколько неодимовых магнитов и прикрепите ее к основному блоку слайдера, как показано на видео.

Теперь вставьте лазер в держатель на лазерном гравировальном станке.Убедитесь, что он плотно и надежно удерживается на месте.

Теперь возьмите Arduino Nano и 3D-часть задней панели. Прикрепите плату Arduino Nano к задней панели.

Затем возьмите моторный щит и подключите его к Arduino Nano, как показано на видео. Снова возьмите суперклей и прикрепите заднюю пластину к задней части устройства для лазерной гравировки.

Теперь возьмите полевой МОП-транзистор, резисторы 10 кОм и 47 Ом. Припаяйте их к полевому МОП-транзистору, как показано на видео, а также подключите их.

Суперклей к задней части лазерного гравера, как показано.

После этого подключите различные провода к Arduino Nano и модулю драйвера. Электрическая схема выглядит следующим образом:

На этом лазерный гравировальный станок в основном готов. Теперь все, что вам нужно, — это крайне важный код, чтобы машина заработала.

Дальнейшие инструкции по этому шагу можно найти на странице Instructables проекта здесь.

Теперь просто подключите источник питания, найдите несколько изображений для гравировки и кое-что для гравировки изображений! Удачной лазерной гравировки!

Interesting Engineering является участником партнерской программы Amazon Services LLC и различных других партнерских программ, поэтому в этой статье могут быть партнерские ссылки на продукты. Нажимая ссылки и делая покупки на партнерских сайтах, вы не только получаете необходимые материалы, но и поддерживаете наш сайт.

Как компакт-диски используют лазеры для записи и воспроизведения звука — Блог

Иллюстрация: Лиз Сюн

CD, DVD, Blu-ray.

Эти тонкие диски существуют уже некоторое время и, возможно, уже не так революционны, как раньше … но знаете ли вы, что здесь задействовано лазера ?

Каждый раз, когда вы вставляете одну из вышеперечисленных в свой компьютер, DVD-плеер или игровую консоль, небольшой луч света используется для захвата цифровых данных прямо с поверхности диска и преобразования их в музыку, которую вы можете слышать, и изображения ты можешь видеть. Лазеры также используются в первую очередь для переноса всей этой информации на диск.Давайте посмотрим, как работает весь этот процесс, а также как развивались оптические носители с течением времени.

Лазеры легкие, но лучше

Все компакт-диски основаны на так называемой оптической технологии, которая охватывает все, что связано со светом, применяемым определенным образом для достижения чего-либо. Например, если у вас есть оптоволоконное подключение к Интернету, вы на самом деле пользуетесь преимуществом света и его способностью проходить через длинные стеклянные или пластиковые волокна, не сталкиваясь с такими же помехами, как обычные электрические сигналы при прохождении через металлические кабели.Лазеры особенно полезны, потому что они излучают сверхфокусный луч света, который можно использовать по-настоящему изощренно, от лазерной резки и печати до волоконной оптики и хирургии.

До изобретения первого компакт-диска наиболее распространенными способами хранения музыки были виниловые пластинки и магнитные кассеты. Эти аналоговые форматы подвержены физическим повреждениям, помехам и со временем изнашиваются, что отрицательно сказывается на качестве звука. Компакт-диски устраняют любой прямой контакт между носителем информации и устройством воспроизведения, используя вместо этого маломощный лазер.Диски не должны изнашиваться, пока они не поцарапаны, и гораздо быстрее переходить между разными треками в альбоме, не говоря уже о всех преимуществах, которые дает хранение аудио в виде цифровых данных, а не аналоговых. Это действительно изменило правила игры, но вернемся к важной части — где именно нужны лазеры?

Чтение и письмо

Когда дело доходит до компакт-дисков, лазеры выполняют две очень важные функции: чтение данных и запись данных. Давайте начнем с самого начала производственного процесса, в ходе которого создается «основная» версия диска.Лазер используется для передачи цифровых данных (длинной последовательности единиц и нулей) на этот диск путем буквально выжигания небольших «ямок» на поверхности с нетронутыми областями (называемыми «землями»), представляющими единицы, и выжженными областями, представляющими нули. Этот микроскопический процесс происходит вокруг диска и вокруг него по длинной спирали, содержащей десятки миллиардов — да, десятков миллиардов — этих ямок! Если распрямить, спираль растянется на многие мили. Готовый мастер можно затем использовать для печати огромного количества пластиковых дисков, каждый из которых покрыт тонким слоем алюминия (для отражения света), защитным покрытием и, наконец, верхней этикеткой.

Еще больше волшебства происходит, когда один из этих дисков помещается в проигрыватель компакт-дисков. Маленький мотор вращает диск на высокой скорости, и полупроводниковый диодный лазер начинает сканирование по блестящей нижней стороне. Эти нетронутые земли на поверхности диска будут отражать свет обратно, а ямки заставят свет рассеиваться. Всякий раз, когда лазерный свет отражается обратно вверх, фотоэлемент обнаруживает его и генерирует двоичную «единицу», отправляя двоичные «нули», когда ничего не проходит (как в случае с рассеянным светом, исходящим из ямок).Таким образом, устройство воспроизведения получает все цифровые данные, необходимые для восстановления звука и музыки, которые вы слышите в динамиках или наушниках.

CD, DVD и Blu-ray, боже мой!

Поскольку компакт-диски имеют дело с цифровыми данными, они не ограничиваются только хранением музыки и аудио. Все, что цифровое, может попасть на оптический диск, если на нем достаточно места, и в этом есть некоторые успехи. Самые первые аудио компакт-диски, представленные в 1980-х годах, уступили место компакт-дискам (постоянная память), которые могли хранить до 700 мегабайт данных — что эквивалентно нескольким сотням дискет! Поскольку в 90-х годах оптические технологии продолжали развиваться, у нас появился диск Digital Video Disc (a.к.а. DVD), который может похвастаться емкостью около 4,7 гигабайт за счет более коротковолновых лазеров, которые могут считывать небольшие участки и ямы. Стандарт Blu-ray, выпущенный в 2003 году и названный в честь еще более точного синего лазера, может содержать до 50 гигабайт данных. Более продвинутые форматы, такие как DVD и Blu-ray, также могут хранить информацию на обеих сторонах диска и даже могут хранить более одного слоя данных на одной стороне (считывающий лазер может выбирать, какой слой сканировать).

Хотя использование компакт-дисков для хранения высококачественных мультимедийных материалов, таких как видеоигры и фильмы, все еще является обычной практикой, для музыкальных компакт-дисков все выглядит не так ярко.В 2020 году продажи компакт-дисков фактически превзошли продажи виниловых пластинок — одного из форматов, который они должны были заменить (в то же время популярность полностью цифровой музыки через потоковые платформы продолжает расти).

Когда вы в последний раз слушали музыку с компакт-диска? Как вы думаете, они когда-нибудь вернутся? Дайте нам знать в комментариях ниже.