1.2.3. Оптический способ записи и воспроизведения звука

В 1982 г., почти через 100 лет после изобретения фонографа, одновременно в Японии (фирма Sony) и Нидерландах (фирма Philips) была осуществлена цифровая запись звука на оптические диски с помощью лазерного луча.

Оптический диск представляет собой миниатюрную пластинку из поликарбоната. Этот прозрачный пластик обладает высокой теп­лостойкостью, высокой ударной вязкостью и устойчив к дефор­мации под действием влаги. Диаметр диска 120 мм, толщина 1,2 мм.

За небольшие размеры и большую емкость информации оптичес­кие диски называют компакт-дисками (compact disk, или CD).

Рабочий слой на CD представляет собой пленку из легкоплав­кого материала (например, теллура и его соединений) толщиной 0,03... 0,06 мкм. При записи под воздействием вспышек лазерного луча в рабочем слое происходит локальное расплавление или ис­парение вещества с образованием микроуглублений (питов).

Перед записью на CD аналоговые сигналы подвергают цифро­вому кодированию.

Логический 0 во время записи вызывает вспышку лазерного луча и образование пита, логическая 1 на лазер не воздействует. Чередование питов и промежутков между ними представляет со­бой сигналограмму, которая несет информацию о звуке.

Питы следуют по спирали, которая начинается в центральной части диска, закручивается по часовой стрелке и доходит до края. Шаг спирали равен 1,67 мкм. На поверхности диска размещено около 16000 дорожек длиной 5700 м. Информационная емкость диска очень велика и достигает 1000 Мбайт (1 Гбайт). Полностью записанный диск звучит 74 мин.

С диска-оригинала обычными методами гальванотехники (на­пыление серебра, гальванопластика) готовятся никелевые мат­рицы, на которых питы получаются в виде выступов. Матрицы служат для получения оттисков на дисках. На рис. 1.5 показаны этапы изготовления лазерного диска.

Для повышения отражательной способности на пластинку на­пыляется тонкий слой алюминия (толщиной 0,1 мкм), на кото­рый наносится слой лака, защищающий запись от возможных повреждений.

Считывание информации с оптического диска осуществляется лучом лазера, диаметр светового пятна которого составляет 1,5 мкм. На рис. 1.6. показан ход лучей при считывании информации с ком­пакт-диска. Там, где луч попадает на промежуток между выступа-

а

в

г

ГПЛ-

С

Рис. 1.5. Этапы изготовления ла­зерного диска: а — полировка; б — нанесение фото­чувствительного слоя; в — облучение лазером (запись); г — проявление; д — нанесение слоя серебра; е — изго­товление диска прессованием; ж — на­несение отражающего покрытия; з — нанесение прозрачного защитного по­крытия д з

12 3

Рис. 1.6. Ход лучей лазера при считывании информации с компакт-диска:

1 — выступы; 2 — отражающее покрытие; 3 — слой лака; 4 — лазерные лучи; 5 — светоделительная призма; 6 — поликарбонатная подложка

ми, он отражается и светоделительной призмой направляется на фотоприемник, возбуждая в нем цифровой сигнал 1. Если же луч попадает на выступ, то при отражении он диффузно рассеивает­ся; при этом сигнал отсутствует — 0.

Цифровая информация, проходя через ЦАП, преобразуется в определенную последовательность уровней квантования, соответ­ствующих исходному аналоговому сигналу. В такой форме сигнал можно подавать на усилитель и прослушивать через громкогово­ритель. CD используются только для воспроизведения. Стереть и перезаписать фонограмму на них нельзя.

Для записи в любительских условиях используются реверсивные компакт-диски CD-R. Рабочий слой CD-R представляет собой плен­ку с низкой температурой испарения. При точечном нагреве лучом лазера пленка выделяет газы, которые образуют на месте точки микроскопическое вздутие. После облучения в зоне вздутия коэф­фициент отражения пленки резко возрастает. Такой диск можно использовать в бытовых условиях для однократной записи аудио­информации и ее многократного воспроизведения. Учитывая ко­лоссальную информационную емкость, высокую точность копиро­вания и стойкость записи к электромагнитным воздействиям при хранении, CD-R используют для накопления и длительного хра­нения ценной аудиоинформации.

В компакт-дисках третьего типа CD-RW используется свойство некоторых полупроводников переходить под действием лазерного облучения из кристаллического состояния в аморфное. Фазовые переходы в рабочих слоях из таких материалов сопровождаются изменением их оптических свойств, что используется для фикса­ции фонограммы. Такие фазовые переходы могут осуществляться тысячи раз без потери первоначальных свойств материалов. Опти­ческие диски CD-R и CD-RW нашли широкое применение в сов­ременных компьютерных технологиях.