Многогранные оптические диски

Не успели пользователи насладиться возможностями записи DVD, как производители уже готовят новые стандарты. Какая же между ними всеми разница?

В первую очередь постоянно уменьшается длина волны, на которой идет запись информации. Если для записываемых CD применялось 780-нм излучение, практически инфракрасное, то в DVD-R использовался красный свет — 658 нм. В 2005 г. ожидается выход на массовый рынок компьютерных накопителей Blu-Ray и HD-DVD c сине-голубым излучением с длиной волны 405 нм (первые плееры стандарта Blu-Ray уже появились, поэтому сведений о нем больше).

Характерные размеры элементов оптического диска

Структура записываемых дисков строится по единому принципу. К подложке крепится отражающий слой, который заливается веществом, способным менять свое фазовое состояние (т.е. структуру, а значит, и прозрачность) под воздействием лазера. Сверху все накрывается защитным пластиковым слоем. При «засвечивании» лазером образуются питы — участки, несущие информацию. Получается простейшая двоичная система: есть отражение — нет отражения. На самом деле не все так просто и для надежной записи приходится применять избыточное кодирование, но в этой статье мы обсудим физический уровень реализации записи.

С перезаписываемыми носителями несколько сложнее, так как на температуру фазового перехода накладываются более строгие рамки. Вещество должно оставаться стабильным при обычном считывании (а лазер нагревает отдельные участки DVD-R до 200 ^oС). При 350 ^oС должен происходить фазовый переход, а обратная кристаллизация производится путем нагревания опять до температуры фазового перехода. При последующем остывании вещество должно быть способно вернуться в первоначальное состояние. То есть сначала оно пропускает свет, после нагревания до 350 ^oС мутнеет, а при повторном нагреве снова плавится, но затем кристаллизуется, опять становясь прозрачным. Для достижения высоких скоростей используется довольно мощный лазер (12 мВт для записи на 1Х, 20 мВт — 4Х и 32 мВт — 16Х), поэтому приходится учитывать расположение длинных и коротких питов. Если надо записать два длинных пита, между которыми должен остаться короткий незаписанный, то перед записью второго длинного пита сначала производится перенос информации на «параллельную» дорожку, чтобы первая успела остыть и не подвергла чрезмерному нагреванию короткий пит.

Чтобы получить максимальное соотношение интенсивностей отражаемого и падающего света, приходится учитывать такие вещи, как глубина дорожки. Она должна быть равна половине длины волны падающего излучения. В этом случае падающая и отраженная волна не гасят друг друга. Однако реально приходится подбирать не прямоугольную, а более сложную форму дорожки.

При уменьшении длины волны лазера уменьшаются размеры пита и расстояние между ними, что позволяет повысить плотность записи. В дисководах с голубым лазером также применяются линзы с б?ольшей числовой апертурой¹, что позволяет сильнее поджать пучок излучения. В результате при переходе от DVD к BD-ROM (носитель для приводов Blu-Ray) плотность записи увеличивается более чем в 5 раз. Эта цифра получается из 2,6-кратного уплотнения за счет снижения длины волны с 658 до 405 нм (плотность записи обратно пропорциональна квадрату длины волны падающего излучения), да еще в 2 раза за счет большего увеличения плотности светового потока линзой (плотность записи прямо пропорциональна опять-таки квадрату, но теперь значения числовой апертуры линзы, которая вместо 0,6 у DVD-R становится 0,85 у BD-ROM).

Схема облучения двухслойного диска. Слева: на верхний слой (L0) падает 100% излучения Справа: на нижний слой (L1) проходит ровно половина

В результате в два поколения приводы одолели весь видимый диапазон, а их емкость выросла с 650 Мбайт до 25 Гбайт.

Не удовлетворившись просто ростом скорости записи на DVD+R, производители создали двухслойные диски (DVD+R DL) в BD-ROM тоже планируется сооружать бутерброды из двух — восьми записываемых слоев, на которые вместо привычных 4,7 Гбайт можно поместить 8,5 Гбайт данных. Подложка, нижний отражающий, крепящий и записывающий слои остаются прежними, но на них через тонкий пластиковый слой накладывают полупрозрачный отражающий слой и второй записывающий (точнее, его называют нулевым). Нулевой слой пропускает ровно половину излучения и обеспечивает отражение более 18% излучения (по данным Verbatim, этого достаточно для корректной работы). Первый (нижний) слой также обеспечивает отражение более половины падающего излучения, и в результате на светоприемник от него попадает более 18% первоначального излучения. Такая схема требует некоторого замедления работы: поскольку мощность излучения лазера делится между двумя слоями, смена фазы записывающего вещества происходит медленнее. И действительно, на данный момент уже анонсированы дисководы с 16-кратной скоростью записи DVD+R, а DVD+R DL пишутся «всего» с быстродействием 5Х. Однако и 5-кратной производительности уже достаточно для комфортной работы с DVD+R DL. Гораздо острее перед этими дисками стоит проблема совместимости: по замыслу производителей диск DVD+R DL должен считываться так же легко, как обычные DVD, поскольку соответствует стандарту DVD9, но на практике наблюдаются проблемы. Остается надеяться, что они будут успешно решены с помощью новых технологий.

Плюс на минус получается... плюс

Однако уже на этапе DVD появилось разделение на стандарты DVD-RW и DVD+RW, которые несколько различались по технологиям записи. Хотя различия эти были незначительны, но первые экземпляры отказывались читать конкурирующий формат и реально проблема была решена только с выпуском двухформатных дисководов. В носителях DVD-R для адресации диска использовались углубления между дорожками, расположенные по всей длине трека. А в DVD+R разметка проводилась... самими треками. Дело в том, что дорожка образует на оптическом диске не правильную спираль, а «волнистую», т.е. местоположение областей с записанной информацией (питы) колеблется вокруг генерального направления спирали. Небольшие изменения в частоте этих колебаний вокруг спиральной траектории и служат «зарубками», по которым позиционируется лазер в DVD+R.

Еще одно глобальное различие состоит в том, что в DVD-R, после того как диск уже готов, требуется записать некий аналог нулевого сектора дискеты. Эта информация используется для защиты авторских прав владельцев содержимого диска. Но в большинстве случаев владельцу диска эта процедура не нужна, а без заполнения служебной дорожки DVD-R просто не распознается. Переносить же на нее информацию приходится с помощью обычных приводов. Хотя есть специальные автоматы, но они занимают относительно много места, и человек с несколькими ПК, заполненными пишущими приводами, без труда обгоняет их. (Выполнение операции лимитируется временем, затраченным на запись диска; у автомата только три накопителя, у человека — до 20.) Вот где раздолье-то для китайцев с их терпимостью к монотонной работе.

Вероятно, на начальном этапе еще несовершенные DVD-дисководы охотнее признавали диски формата -R(-RW) из-за проштампованной разметки. С повышением технологического уровня накопителей им стало все равно, как проводить адресацию, а лишняя операция у DVD-R, видимо, стала тяготить производителей этих носителей. Не зря дисководам первыми покорились 8- и 16-кратная скорости записи именно для DVD+R.

Сравнение параметров дисков CD-RW, перезаписываемых DVD и носителей для устройств Blu-Ray