CD

CD, ang. Compact Disc ,

system zapisu i odczytu (za pomocą wiązki promieniowania lasera) na nośniku, tzw. płycie lub dysku CD, sygnałów cyfrowych (przetworzonych dźwięków, ilustracji, tekstów, obrazów ruchomych) oraz danych;

nośnik ma postać tarczy obrotowej (krążka) o średnicy 12 cm i grubości 1,2 mm i jest wykonany z przezroczystego tworzywa (zwykle poliwęglanu) pokrytego cienką lustrzaną warstwą metaliczną (najczęściej z aluminium lub złota) z nałożoną na nią warstwą ochronną; na niektórych płytach (przeznaczonych do zapisu przez użytkownika) na podłoże poliwęglanowe są nakładane warstwy dodatkowe. Zapis dowolnego sygnału w systemie CD musi być poprzedzony przetworzeniem go na sygnał cyfrowy, zgodny z określonym standardem CD; np. analogowy sygnał foniczny jest przetwarzany na sygnał cyfrowy za pomocą przetwornika analogowo-cyfrowego (przetwarzanie analogowo-cyfrowe), a następnie kodowany w celu zwiększenia gęstości zapisu, wprowadzenia informacji dodatkowych (subkodowych), uzyskania automatycznej korekcji błędów podczas odczytu i in. W systemie CD sygnał jest zapisywany jednostronnie, a ścieżka zapisu ma kształt spirali o bardzo dużej gęstości zwojowej (odległość między środkami sąsiednich zwojów wynosi ok. 1,6 µm); szerokość ścieżki wynosi ok. 0,66 µm. Taki zapis wymaga dużej precyzji prowadzenia wiązki laserowej wzdłuż ścieżki.

System CD ma wiele odmian. Rozróżnia się płyty (dyski) CD przeznaczone do wielokrotnego odczytu informacji zapisanej przez producenta oraz płyty przeznaczone do zapisu informacji przez użytkownika. Do pierwszych należą m.in.: Audio-CD (CD-A) — nośnik dźwięku, Video-CD (CD-V) — nośnik ruchomego obrazu, CD-ROM (CD-Read Only Memory) — nośnik danych, obrazów i tekstów, CD-I (CD-Interactive) — nośnik multimedialny umożliwiający jednoczesne wykorzystanie dźwięku, tekstu, grafiki i animacji, a także obrazów ruchomych i nieruchomych. Do jednokrotnego zapisu informacji przez użytkownika służy płyta CD-R (CD-Recordable), do wielokrotnego zapisu — CD-RW (CD-ReWritable). Formaty zapisu CD są znormalizowane i opisane w dokumentach, zwanych kolorowymi księgami, np. CD-A — w księdze czerwonej, CD-ROM — w księdze żółtej, CD-I — w księdze zielonej.

Produkcja płyt CD z informacją zapisaną przez producenta obejmuje: pierwotny zapis sygnału cyfrowego za pomocą wiązki promieniowania lasera na szklanej płycie pokrytej warstwą materiału światłoczułego; obróbkę chemiczną warstwy światłoczułej, ujawniającą miejsca naświetlone jako wgłębienia i prowadzącą do uzyskania matrycy wzorcowej; wykonanie niklowych kopii negatywowych, następnie kopii pozytywowych, a z nich matryc roboczych, służących do wytłaczania właściwych płyt z poliwęglanu; pokrycie warstwy informacyjnej płyty warstwą metalu w procesie napylania próżniowego i naniesienie na nią ochronnej warstwy lakieru. Informacja na tak otrzymanej płycie jest zawarta w ciągu wgłębień (tzw. pitów) tworzących spiralną ścieżkę zapisu, przy czym wgłębienia mają jednakową głębokość ok. 0,11 µm i szerokość ok. 0,66 µm, natomiast ich długość oraz odległość między nimi zależą od przebiegu zapisywanego sygnału cyfrowego i zmieniają się od 0,84 µm do 3,56 µm. Opisany proces wymaga utrzymania wysokiej czystości w pomieszczeniach produkcyjnych.

Zapis informacji na płycie CD przez użytkownika jest realizowany w specjalnym urządzeniu, zwanym nagrywarką, zawierającym laser o znacznie większej mocy niż laser w czytnikach CD (urządzenie to może służyć również do odczytu płyt CD, zawiera wówczas 2 lasery o różnej mocy). Najbardziej rozpowszechnione są nagrywarki współpracujące z komputerem (zwykle wbudowane w komputer), umożliwiające, dzięki specjalistycznemu oprogramowaniu, zapis płyt zarówno w formacie CD-ROM, jak i innym, np. CD-A czy CD-V. W domowych systemach audio do nagrywania płyt CD-A służą nagrywarki będące autonomicznymi (nie wymagającymi łączenia z komputerem), dość prostymi w obsłudze urządzeniami, które, ze względu na ochronę praw autorskich przy kopiowaniu, są wyposażone w układy uniemożliwiające wytwarzanie wielu kopii oryginału (jest możliwe wytworzenie tylko pojedynczej kopii do użytku własnego). Na płycie CD-R na podłożu z tworzywa sztucznego występuje dodatkowa warstwa fotoczułego związku chemicznego (np. barwnika cyjaninowego); pod wpływem ogrzania wiązką promieniowania lasera, w miejscach, na które pada wiązka, warstwa ta zmienia w sposób nieodwracalny swoje właściwości optyczne, staje się mianowicie nieprzezroczysta; zmętnienie w określonym miejscu warstwy spełnia rolę zagłębienia. Na podłożu poliwęglanowym płyty CD-RW występują 2 warstwy dielektryka z metaliczną warstwą (stop antymonu, indu, srebra i telluru) między nimi; zapis sygnału w warstwie metalicznej za pomocą wiązki lasera polega na ogrzaniu warstwy w pewnych jej punktach i szybkim ochłodzeniu, prowadzącym do zmiany struktury metalu w tych punktach na amorficzną, słabo odbijającą promieniowanie; kasowanie zapisu polega na ogrzaniu laserem ścieżki zapisu, a następnie powolnym jej ochładzaniu, powodującym zmianę struktury amorficznej na krystaliczną o dobrych właściwościach odbijających promieniowanie. Płyty CD-RW mogą być zapisywane co najmniej 1000 razy.

Odczytywanie płyt CD odbywa się w urządzeniu, zwanym czytnikiem CD (na ogół wbudowanym w komputer) bądź odtwarzaczem CD; do odczytu służy głowica laserowa emitująca strumień promieniowania w kierunku płyty; strumień ten przenika przez przezroczyste podłoże i, padając na metaliczną powierzchnię warstwy informacyjnej, odbija się od niej, po czym wraca do głowicy i zostaje skierowany na fotodetektor; gdy strumień promieniowania pada w pobliżu krawędzi wgłębienia, wówczas pewna część wchodzących w jego skład promieni odbija się od dna wgłębienia, a pozostała część — od powierzchni między wgłębieniami; wskutek różnicy długości dróg optycznych odbitych promieni, prawie dokładnie równej 1/4 długości fali promieniowania lasera w podłożu poliwęglanowym (głębokość wgłębienia wynosi 0,11 µm), są one (po odbiciu) w fazie przeciwnej, co oznacza niemal całkowite wygaszenie wiązki promieniowania; fotodetektor zamienia przerywany strumień promieniowania na ciąg impulsów, którego zdekodowanie umożliwia odtworzenie zapisanego sygnału. Odczyt sygnału odbywa się od środka ku brzegowi płyty ze stałą liniową prędkością obwodową 1,25 m/s (prędkość kątowa płyty zmienia się w tym czasie odpowiednio od 500 do 200 obrotów na min). Pojemność informacyjna płyt CD wynosi 650 MB, co umożliwia zapis np. ok. 74 min muzyki, ok. 300 tys. stron znormalizowanego tekstu (2000 znaków na stronie).

System CD został opracowany w końcu lat 70. przez firmę Philips, w trakcie prowadzenia prac nad gramowidem.

Mirosław Rusek