2010-10-13

Nośnik Blu Ray - budowa, informacje ogólne

Informacje ogólne

Blu-ray Disc (BD) - konkurencyjny dla HD DVD format zapisu optycznego, opracowany przez Blu Ray Disc Associaton BDA. Następca formatu DVD. Wyróżnia się większą pojemnością od płyt DVD, co jest możliwe dzięki zastosowaniu niebieskiego lasera.Ten nowy typ nośnika pozwala na zapisanie 25 GB danych na płytach jednowarstwowych. W użytku są również płyty dwuwarstwowe o pojemności 50 GB. Istnieją płyty czterowarstwowe mieszczące do 100 GB oraz ośmiowarstwowe, na których można zapisać 200 GB informacji. Pioneer opatentował płytę szesnastowarstwową, która mieści do 400 GB. Do zapisywania danych na tym nośniku jest używany niebieski laser (w nagrywarkach DVD używany jest czerwony laser). Podstawową różnicą pomiędzy tymi laserami jest długość fali czerwony ma 650 albo 635 (nanometrów), podczas gdy niebieski tylko 405 nm.

Wykorzystywane do zapisu na DVD lasery czerwone i wykorzystywane przez CD lasery podczerwone, wytwarzają światło o długości fali odpowiednio 640 i 790 nm. By udoskonalić zapis wykorzystano światło o długości fali 405 nm, a więc światło fioletowe, choć utarło się, że mamy do czynienia z laserem niebieskim. Niebieskie światło ma długość fali zbliżoną do 460 nm. Mniejsza długość fali pozwala na zmniejszenie rozmiaru pitów, a co za tym idzie daje to możliwość gęstszego zapisywania danych na jednostce powierzchni nośnika. Dysk Blu-ray ma dwie warstwy: pierwsza o grubości 1,1 mm, druga – zapisywalna – o grubości 0,1 mm. Minimalna długość wgłębienia wynosi 0,15 um. Przerwa między ścieżkami to 0,32 µm, a średnica plamki lasera wynosi 0,48 µm. BD-ROM wymaga specjalnej, mocnej warstwy ochronnej dla ścieżki zapisu, która leży na głębokości zaledwie 0,1 mm. Istnieją wersje BD-ROM (Read Only Memory), BD-R (Recordable) i BD-RE (REwritable, do 1000 zapisów).

Technologia

Arsenek galu (GaAs), półprzewodnik niezbędny do wykonania czerwonego lasera, może być produkowany metodami zbliżonymi do tych, opracowanych wcześniej dla krzemu. Płytki wykonane z tego materiału stanowią idealne podłoże, na którym, z ogromną precyzją, układa się atomy tworzące aktywną część lasera generującą światło, tzw. studnie kwantowe o grubości kilkunastu do kilkudziesięciu warstw atomowych. Ważne jest to, żeby podłoże nie posiadało defektów zwanych dyslokacjami, a odległości między atomami podłoża i w studniach kwantowych były takie same. Dla laserów czerwonych te warunki można stosunkowo łatwo spełnić. W przypadku półprzewodnikowych laserów niebieskich najlepszym podłożem jest inny półprzewodnik, azotek galu (GaN). Proces wytwarzania monokryształów GaN jest znacznie trudniejszy niż GaAs i podobny do procesu wytwarzania syntetycznych diamentów, gdyż zarówno diament jak i GaN powstają w niezwykle wysokich ciśnieniach i temperaturach. Ponadto dla GaN konieczne jest zastosowanie wysokiego ciśnienia gazowego azotu, co technicznie jest bardzo trudne. Proces wysokociśnieniowej krystalizacji GaN wydawał się niewykonalny i od lat 60-tych XX wieku próbowano zastąpić podłoża GaN łatwo dostępnymi podłożami szafirowymi. Niedopasowanie stałej sieci szafiru i osadzanego na nim azotku galu było powodem powstawania dużej ilości defektów strukturalnych (dyslokacji), co uniemożliwiało wykonanie wydajnych przyrządów generujących światło niebieskie.

Historia

W 1992 roku japoński wynalazca Shuji Nakamura skonstruował pierwszą wydajną diodę niebieską, a cztery lata później pierwszy niebieski laser. Nakamura wykorzystał materiał osadzony na podłożu szafirowym, mimo że liczba defektów pozostawała bardzo wysoka (106-1010/cm2). Obecność defektów w strukturze lasera utrudniała w bardzo istotny sposób zbudowanie laserów dużej mocy. Na początku lat 90-tych w Instytucie Wysokich Ciśnień PAN w Warszawie, pod kierownictwem dr.Sylwestra Porowskiego opracowana została technologia otrzymywania kryształów azotku galu o bardzo wysokiej jakości strukturalnej - liczba defektów nie przekraczała 100/cm2 to jest, była co najmniej 10 000 razy mniejsza niż w najlepszym materiale osadzanym na szafirze. W 1999 roku Shuji Nakamura użył wynalezionego kryształu do zbadania wpływu defektów na własności laserów. Lasery zbudowane na polskim krysztale okazały się wielokrotnie lepsze od wcześniej konstruowanych, zarówno pod względem czasu życia, jak i wydajności. Czas życia przy mocy 30 mW wzrósł 10-krotnie (z 300 do 3 000 godzin), a wydajność ponad dwa razy. Dalszy wszechstronny rozwój technologii startujących z szafirowych podłoży doprowadził do uruchomienia produkcji pierwszego masowego wyrobu, w którym wykorzystano niebieskie lasery półprzewodnikowe. Po 10 latach opanowano w Japonii produkcję laserów niebieskich o mocy 60 mW, co wystarcza do zastosowania ich w gęstym zapisie informacji na prezentowanych obecnie płytach Blu-ray BD-R i BD-RE. Sukcesy technologiczne Nakamury, które stworzyły podstawy nowej dziedziny przemysłu oświetleniowego i elektronicznego zostały uhonorowane przyznaniem mu w roku 2006 nagrody Millenium Technology Prize nazywanej często technologiczną Nagroda Nobla.

Formaty obrazu i dźwięku

Na krążkach Blu-ray obraz filmów można zapisywać w trzech formatach kompresji. Tradycyjny MPEG-2 oferuje niski stopień kompresji zapewniając bardzo dobrą jakość obrazu. MPEG-4 AVC gwarantuje porównywalną jakość obrazu przy dwukrotnie wyższej kompresji. Microsoft promuje format VC-1, znany wcześniej jako Windows Media 9. Dźwięk może zostać zakodowany z użyciem jednego z obowiązkowych kodeków DTS Dolby Digital i LPCMD. Do kodeków opcjonalnych należą: Dolby Digital Plus, DTS-HD High Resolution Audio, Dolby TrueHD i DTS-HD Master Audio. Można również zapisać audio i wideo w postaci zwykłych plików, w dowolnym formacie.

Napędy

Firmy promujące ten format zapisu dostarczają na rynek zarówno odtwarzacze BD jak i napędy komputerowe. Format ten jest też obsługiwany przez konsolę do gier Sony PlayStation 3, która może spełniać też funkcję odtwarzacza. Format ten wygrał walkę z HD DVD o miano następcy DVD.

Ilustracyjna budowa Blu-ray

Na umieszczonym poniżej rysunku widać schemat budowy płyty BD.

• Górna warstwa lakieru - wykorzystywana do opisywania lub znakowania płyty.
• Warstwa poliwęglanowa - krążek o grubości 1.1 mm, na którym nanoszone są poszczególne warstwy.
• Warstwa zapisywalna (numer jeden) - to na tej warstwie wypalane są Twoje dane.
• Półprzepuszczalna warstwa rozdzielająca - oddziela od siebie dwie warstwy zapisywalne. Występuje wyłącznie w przypadku nośników dwuwarstwowych.
• Warstwa zapisywalna (numer dwa) - druga zapisywalna warstwa. Występuje tylko w nośnikach dwuwarstwowych.
• Warstwa ochronna - znacznie cieńsza warstwa chroniąca warstwę, na której zapisano dane.
• Utwardzająca warstwa ochronna - specjalna warstwa zabezpieczająca nośnik przed uszkodzeniem.

W tym miejscu warto zauważyć, że grubość płyty to 1,2 mm z czego 1,1 mm to grubość krążka wykonanego z poliwęglanu. Innymi słowy, cała reszta ma zaledwie 0,1 mm. Dlatego uszkodzone nośniki Blu Ray są tak trudne do naprawienia, a sam proces regeneracji wymaga szczególnych procesów i materiałów. Aby jeszcze lepiej przedstawić problem cienkiej warstwy zabezpieczającej w kontekście regeneracji nośników optycznych, poniżej graficzne przedstawienie budowy Blu Ray w porównaniu z innymi formatami.

(Źródło: Wikipedia.pl; cdrinfo.pl;)

Zobacz także:

Nośnik DVD - budowa, informacje ogólne
Nośnik CD - budowa, informacje ogólne