Электроника

ОПТИЧЕСКИЙ ДИСК, носитель данных, предназначенный для записи и воспроизведения (или только для воспроизведения) информации с помощью сфокусированного лазерного излучения. По сравнению с традиц. способами записи и воспроизведения информации (механич., маги.) для оптической записи с использованием О. д. характерны след. принципиальные преимущества: высокая поверхностная плотность записи (до 10" бит • см~ ), обусловленная возможностью сфокусировать лазерное излучение в пятно диаметром ~>~1 мкм; отсутствие механич. контакта между носителем и считывающим устр-вом в процессе записи — воспроизведения, что обеспечивает высокую сохраняемость и долговечность носителя; малое время доступа к информации (~~0,1 с); возможность многоканальной параллельной обработки информации со скоростями до неск. сотен Мбит - с- . О. д. состоит из жёсткой (обычно оптически прозрачной) основы, ил к-рую нанесён тонкий рабочий (светочувствительный или отражающий) слой, а также дополнит, (адгезионные, защитные, интерференционные и др.) слои. Сигналы записываются на концентрич. или спиральные дорожки; в рабочем режиме луч лазера, сфокусированный на дорожку, перемещается вдоль радиуса вращающегося О. д.
Все существующие разновидности О. д. можно разделить на 3 оси. группы: О. д. с пост, сигиалограммой, предназначенные только для воспроизведения;  О. д.  для однократной записи, осуществляемой самим пользователем, и многократного воспроизведения полученной сигналограм-мы; реверсивные О. д., допускающие многократные запись и стирание сигналов.
О. д. с постоянной сигналограммой изготов* ляют методом штамповки или литья под давлением. Информацию сначала записывают с помощью сфокуснр. лазерного излучения иа светочувствит. слое диска-оригинала, с к-рого затем изготовляют металлич. матрицу, предназначенную для созданий дисков-копий (собственно О. д.). В исходном состоянии диск-оригинал представляет собой стеклянную подложку, покрытую слоем фоторезиста. При записи диск-орнгинал экспонируют сфокусированным лазерным излучением, модулированным по интенсивности в соответствии с записываемой информацией. После проявления на фоторезисте остаётся микрорельеф, глубина к-рого в каждой точке определяется интенсивностью лазерного излучения и, следовательно, величиной записанного сигнала. Обычно глубина микрорельефа не превышает 0,1—0,15 мкм. Полученную микрорельефную поверхность покрывают тонким слоем металла, после чего с диска-оригинала изготовляют металлич. матрицу. С помощью этой матрицы на прозрачной пластиковой основе диска-копии выдавливают микроскопич. углубпення (питы), затем сю поверхность диск» покрывают тонким слоем металла (обычно алюминия) и слоем пластика (служащим для механич. защиты метвллич. слоя). При воспроизведении (рис. 1) О. д.' освещают сфокусированным в плоскости металлич. слоя излучением маломощного лазера. Отражённый от О. д. свет направляют на фотоприёмник. Наличие углублений в металлич. слое вызывает модуляцию отраженного излучения (и, следовательно, сигнала в фотоприёмнике) в соответствии с пространств, структурой питов. Разработка О. д. с пост, сигналограммой началась в нач. 70-х гг. 20 в. в СССР, США, Японии и др. странах. Вскоре были созданы первые О. д. для звписи телевизионных программ — оптические видеодиски, иа к-рых телевиз.    программы    записывались    в    форме    частотномодулированных сигналов. В нач. 60-х гг. в Японии и Нидерландах были разработаны О. д. с записью звуковых программ —- оптич. грампластинки (компакт-диски). Они отличаются от оптич. видеодисков меньшим диаметром (120 мм вместо 305 мм). Кроме того, информация на компакт-дисках записывается не в аналоговой, а в цифровой форме (см. Цифровая запись), что позволяет достичь очень высокого качества воспроизведения звуковых сигналов: отношение сигнал-шум достигает 90 дБ; нелинейные искажения не превышают 0,05%; полоса частот составляет 20—20000 Гц; детонация звука ниже обнаруживаемого предела.
На компакт-дисках записывают также текстовую, графич. или др. информацию в цифровой форме. Такие О. д. используют в устройствах пост. внеш. памяти персональных ЭВМ, в обучающих системах, для создания «электронных» изданий справочников, энциклопедий и др. Ёмкость компакт-диска — ок. 500 Мбайт, что эквивалентно более чем сотне книжных томов.
Упрощённая схема оптич. части лазерного проигрывателя для О. д. (видео- или компакт-дисков) приведена на рис. 2. Излучение миниатюрного ПП лазера фокусируется на О. д. С помощью четвертьволновой пластинки плоскость поляризации отражённого от О. д. света поворачивается на 90° относительно падающего. Оптич. расщепитель разделяет поляризованные лучи, направляя отражённый от О. д. свет иа фотоприёмиик.
В О. д. для однократной записи и многократного воспроизведения процесс записи связан с локальным нагревом рабочего слоя. В результате рабочий слой в зоне облучения необратимо изменяет свои оптич. характеристики (коэф. отражения, поглощения или преломления). По виду рабочего слоя и способу формирования питов различают три осн. типа О. д. с однократной записью. К первому типу (рис. 3, а) относят О- д., у к-рых рабочий слой представляет собой плёнку легкоплавкого материала (напр., теллура или его соединений) толщиной 0,03—0.06  мкм.  При  записи  под  воздействием  лазерного излучения в таком слое происходит локальное расплавление или испарение в-ва с образованием воронки. Рабочий слой носителя О. д. второго типа (рис. 3, б) состоит иэ диэлектрич. плёнки с низкой темп-рой испарения, покрытой сверху слоем металла. При локальном нагреве диэлектрич. плёнка выделяет газы, к-рые образуют микроскопии, вздутия металлич. плёнки. В исходном состоянии структура слоев такова, что обеспечивает мин. отражение света от носителя. После облучения в зоне вздутия (пузырька) условие минимума отражения нарушается: облучённые участки отражают свет сильнее, чем соседние (необлучёиные). В О. д. третьего типа (рис. 3, в) используют переход рабочего слоя (обычно ПП) иэ крист. состояния в аморфное (или наоборот) без изменения форм поверхности. Фазовые переходы в таких рабочих слоях сопровождаются изменением оптич. св-в материала.
Выпускаемые с 19ВЭ О. д. с однократной записью имеют диаметр от 130 до 356 мм, ёмкость от 0,2 до 4 Гбайт (что эквивалентно ёмкости -—100 жёстких или «- 1000 гибких магн. дисков). Основу О. д. изготовляют обычно из стекла или полимерных материалов (полиметил-метакрилата, поликарбоната). Разработаны О. д. с двумя рабочими слоями (рис. 4). Прозрачные основы в таких О. д. выполняют также роль защитных покрытий. На внутр. поверхностях основ нвнесены профилированные канавки (с радиальным шагом 1,6 мкм), используемые для евтоматич. слежения за дорожкой О. д. (при смещении луча относительно центра дорожки или при его расфокусировке отражённый световой луч деформируется, установленный в ЗУ многоэлементный фотолриёмник регистрирует эти искажения н формирует соответствующие сигналы управления для сервосистем слежения). Выпускаемые ЗУ на О. д. с однократной цифровой записью используются в устр-вах внеш. памяти ЭВМ, системах хранения документов н др. Скорость обмена данными в таких ЗУ составляет 1—6 Мбайт • с~ ;_частота вращения О. д. лежит в диапазоне 4В0—1800 мин _: вероятность появления ошибок не превышает 10 —10 (при использовании систем коррекции); время доступа к информации лежит в пределах 0,1—0,5 с.
В реверсивных О. д. в качестве рабочих слоев используют либо тонкие плёнки ПП, либо аморфные магнито-оптич. плёнки. К материалам первого типа относятся ТеОж (х<г2), легированные Ge илн Sn, а также Sb2Sej, Bi — Те и др. При облучении коротким лазерным импульсом эти материалы переходят иэ крист. состояния в аморфное аналогично тому, как это происходит в О. д. с однократной записью (рис. 3, в). Стирание осуществляется более длит, нагревом (с помощью длит, лазерного импульсе или серии коротких импульсов). При этом материал возвращается в исходное крист. состояние. Кол-во циклов записи — стирания в таких О. д. может достигать 10е, отношение сигнал-шум "-50 дБ.
В магнитооптич. реверсивных дисках запись осуществляется термомагн. способом (рис. 5). Магн. плёнка, нанесённая на основу, имеет перпендикулярную к плоскости О. д. ось  лёгкого намагничивания.  В исходном  состоянии плёнка обычно намагничена до насыщения. Движущийся носитель разогревают импульсным лазерным излучением. В зоне нагрева коэрцитивная сила плёнки резко уменьшается (термомагн. эффект) и разогретый участок пере-магничивеется под действием сравнительно слабого источника внеш. магн. поля. Необлучённые области при этом не изменяют своего состояния. Т. о., литы в магнитооптич. реверсивных О. д. представляют собой области обратной намагниченности. По конструкции магнитооптич. реверсивные О. д. аналогичны О. д. с однократной записью (рис. 4). Рабочие слои в иих представляют собой аморфные плёнки соединений редкоземельных элементов с переходными металлами (TbFe, GdCo, TeFeCo и др.) толщиной 0,02—0,1 мкм. Для предохранения от окисления аморфные плёнки покрывают защитными диэлектрич. слоями. Магнитооптич. реверсивные О. д. имеют диаметр от 50 до 305 мм, ёмкость от 0,01 до 2 Гбайт; они обеспечивают ив менее 10"—10 циклов записи — стирания и отношение сигнал-шум до 50—60 дБ. В ЗУ на магнитооптич. реверсивных О. д. (рис. 6) источником излучения обычно служит ПП лазер мощностью 10—30 мВт. При воспроизведении О. д. освещают немодулированным поляризованным излучением того же лазера, мощность к-рого уменьшают до 1—2 мВт. Отражённый от О. д. луч испытывает периодич. повороты плоскости поляризации на нек-рый угол, величина и направление к-poro зависят от намагниченности рабочего слоя (Керра эффект). Этот луч отклоняется расщепителем, проходит через поляроид-анализатор, превращаясь в амллитудно-модулированиый, а затем попадает на 2 фотодиода. В первом из ннх формируется информац. сигнал, во втором — сигналы для серво~ системы слежения. По быстродействию, скорости передачи данных и др. параметрам ЗУ на магнитооптич. реверсивных дисках аналогичны ЗУ на О. д. с однократной записью-В перспективе ЗУ на магнитооптич. реверсивных О. д. способны заменить накопители ЭВМ иа стационарных дисках винчестерского типа. Возможно использование таких О. д-в системах цифровой записи звуковых и видеосигналов. По уд. стоимости записанной информации О. д. имеют не к-рые преимущества перед магн. лентами и дисками. Сфера применений О. д. непрерывно расширяется. Техн совершенствование О. д. связано с повышением плотности записи за счёт использования носителей с нес к. рабочими слоями или одним рабочим слоем, позволяющим в общей пространств, области формировать неск. независимых литов (напр., путём спектрального разделения сигналов).