دیسک نوری – مغناطیسی چیست؟

●مقدمه
با تلفیق دو تكنولوژی مغناطیس و نور ، تلاش می شود تا دیسكهایی ایجاد شوند كه هم خاصیت قابل پاك شدن و باز نویسی دیسكهای مغناطیسی را داشته باشند و هم چگالی و ظرفیت بسیار بالای دیسكهای نوری. به نظر می‌رسد كه اینگونه دیسكها در تولید انبوه به بازار مصرف عرضه شده است. قطر این دیسكها ۵ اینچ بوده ، از نوع پاك شدنی هستند و از سرعت بسیار بالایی برخوردارند ، سرعت انتقال در این دیسكها حدود یك مگابایت در ثانیه و یا بیشتر است. در سالهای اخیر دیسكهای نوری بطور وسیعی برای سرگرمی ، برنامه‌های تعلیم و تربیت و ارتباطات تصویری – صوتی بكار گرفته شده است. در زمینه ذخیره اطلاعات ، سیستمهای ثبت نوری مستقیم به عنوان تجهیزات یارانه‌ای معروف شده‌اند، جایی كه تركیب ظرفیت اطلاعات خیلی زیاد و دسترسی سریع به آنها توسط دیسكهای نوری یك جایگزین جذاب برای روشهای دیگر ذخیره حافظه یارانه‌ای است. ظرفیت اطلاعات زیاد ، طول عمر زیاد و زمان طولانی نگهداری ، كاربردهای ذخیره و ... را منحصر به خود كرده است.
در تمام سیستمهای دیسك نوری ، مانند دیسكهای ضبط صدا (دیسك بسته یا CD) ، دیسكهای نمایشی (كه معمولا نمایش لیزری یا LV نامیده می‌شود) و دیسكهای ذخیره داده‌ها ، ما فرض می‌كنیم كه اطلاعات بر روی دیسك ثبت می‌شود یا نوشته می‌شود و مجددا با استفاده از نور خوانده می‌شود. در عمل تعداد زیادی از لیزرها مانند لیزر یون - آرگون HeNe ، HeCd و دیود لیزر نیم هادی AlGaAs به عنوان چشمه‌های نور برای نوشتن و خواندن بكار گرفته شده‌اند. در حقیقت روشهای دیگر برای نوشتن و خواندن دیسك وجود دارد كه ما به آن نخواهیم پرداخت.
●مزیتهای دیسكهای نوری
اصلی‌ترین مزیت دیسكهای نوری بر دیگر سیستمها مانند دیسكهای صوتی معمولی و سیستمهای نوار مغناطیسی ، علاوه بر ذخیره اطلاعات به چگالی بالا ، عدم تماس فیزیكی بین سیستم قرائت و ماده ذخیره اطلاعات است كه از پاره شدن جلوگیری می‌نماید. علاوه بر این در دیسكهای نوری ، لایه ماده شفافی را می‌توان روی اطلاعات ذخیره شده نشانید تا آسیب نبیند. گرامافون اطلاعاتی را در سطح دیسك به صورت مارپیچ ضبط می‌كند كه رد پا نامیده می‌شود. اما در عمل در دیسكهای نوری ، نه شیار و نه خط مداوم وجود دارد بلكه فقط "علامتها" مارپیچهای شكسته‌ای را شكل می‌دهد. این علامتها مساحتهای كوچكی هستند كه نسبت به اطراف خود فرق نمایانی دارد. معمولا حفره‌هایی در سطح دیسك ایجاد می‌كنند. در نتیجه بازتاب در طول مسیر با توجه به توزیع حفره‌ها تغییر می‌یابد، كه بیانگر ثبت اطلاعات است.
●ذخیره و خواندن اطلاعات ذخیره شده
برای خواندن اطلاعات ذخیره شده بازوی اپتیكی تغییرات بازتاب را به سیگنال الكتریكی تبدیل می‌كند. یك عدسی در داخل بازو پرتو كم توان لیزر را به لكه كوچك نوری بر روی مسیر متمركز می‌كند و همچنین نور بازتاب شده از دیسك را مجددا به آشكار ساز نوری هدایت می‌كند. خروجی آشكار ساز نوری بر اساس توزیع گودالهای طول مسیر تغییر می‌كند و سیگنال الكتریكی بدست می‌دهد كه می‌توان سیگنال صدا ،تصویر و یا داده‌ها را دوباره بدست آورد.
سیگنالهای صدا به صورت دیجیتال در دیسك ذخیره می‌شوند. نمونه‌های صدا با آهنگ KHz۱/۴۴ بدست می‌آید و بلندی صدا برای هر نمونه به مقادیر عددی به صورت كلمه كد دوتایی ، ۱۶ بیتی در می‌آید. بیتهای اضافی برای اصلاح خط اضافه می‌شود و بیتهای فراوانی در فركانس MHz۳۲۱۸/۴ بر روی دیسك ذخیره می‌شود.
صفرها بیانگر سیگنال نوری كوچك و "یكها" بیانكر سیگنالهای قوی هستند، از این رو مسیر از حفره‌ها و فضاهایی با طولهای مشخص تشكیل یافته است. از سوی دیگر ، سیگنال های ویدئویی ، بصورت آنالوگ ذخیره سازی می‌شوند، زیرا ذخیره سازی به روش دیجیتال احتیاح به پهنای باند بسیار بالا دارد. سیگنال تركیبی ویدئو (با رنگ و اطلاعات تابشی) به صورت فركانس مدوله می‌شود (FM) حدود فركانس حامل MHz۵/۷ و صدا به آن بعدا با مدولاسیون اضافه می‌شود. این باعث می‌شود تا فاصله گودالهای (مركز تا مركز) بر اساس مدولاسیون فركانس صورت مربوطه تغییر یابد. در حافظه‌های نوری داده‌ها هم به صورت آنالوگ و هم به صورت دیجیتال ذخیره می‌شود.
برای مفید واقع شدن در فرآیند كردن داده‌ها در الكترونیك تجهیزات ذخیره سازی باید قادر به باز سازی داده‌های ذخیره شده با حداقل میزان خطا و در حدود ۱ قسمت در ۱۲۱۰ باشد، كه دیسكهای نوری به این دقت رسیده‌اند. با دیسكهای نوری به چگالی اطلاعات زیادی از یك لكه متمركز شده بسیار كوچك لیزر دست یافته‌اند. قطر لكه توسط رابطه (F(۹۶۰/۴ نشان داده می‌شود. با توجه به محدودیتهای پراش حداقل قطر لكه نوری تشكیل شده در نقطه كانونی عدسی حدود NA۲/; است كه NA دیافراگم عددی عدسی است (NA = n sin; كه n ضریب شكست فضای جسم و = s است، قطر عدسی و s فاصله جسم تا عدسی است). متقابلا چگالی اطلاعات از مرتبه( ۲NA) است.
●ثبت كردن
فرآیند ثبت اطلاعات بستگی به این دارد كه آیا قرار است اساسا دیسك به تعداد زیادی برای مشتریان بازار كپی برداری شود و یا برای ذخیره سازی مهیا می‌شود. بیشتر دیسكها ، به هر منظوری كه تهیه شوند، حاوی اطلاعات زیادی با كیفیت خوب هستند. لذا كپی كردن آنها نسبتا آسان و ارزان است.
●مواد ثبت كننده
گودالها دارای ابعاد میكرون است و از این رو مواد ثبت كننده نیز باید دارای توان تفكیك بالا باشند، و برای آنكه بتوان توان لیزری مورد نیاز را به حداقل رسانید باید دارای حساسیت خیلی بالا باشند. ترجیحا مواد ثبت كننده باید بتوانند ثبت زمان واقعی را بدست دهند و اجازه خواندن سریع اطلاعات ذخیره شده را نیز ممكن سازند. یعنی بطور ایده‌آل فرآیندهای مرحله‌ای بین نوشتن و خواندن وجود نداشته باشد. علاوه بر فوتورزیستها ، فیلمهای فلزی ، مخصوصا آنهایی كه بر اساس آلیاژ تلوریم ساخته شوند، دارای دقت خوب و حساسیت بالا هستند. در این حالت تابش لیزر پالسی ایجاد گودال یا حفره در لایه نازك فلز می‌كند، (از طریق ذوب یا برداشتن) و بازتاب لایه نازك را تغییر می‌دهد. از آنجایی كه ایجاد حفره فرآیند حرارتی است، طول موج لیزر خیلی مهم نیست و از هر لیزری كه بتواند توان مورد نیاز را بدست دهد برای نوشتن می‌توان استفاده نمود.
●خواندن داده‌ها از دیسكهای نوری
باریكه لیزر ، معمولا از یك لیزر دیود به دلیل اندازه قابل ملاحظه‌اش از طریق زیر لایه به لایه بازتاب كننده دیسك متمركز می‌شود. عدسی متمركز كننده شبیه به یك عدسی شی است و برای جاروب كردن كل دیسك ، با لیزر در سیستم قرائت در نرده‌ای زیر دیسك نصب شده است. قسمتی از نور بازتاب شده ، كه توسط دیسك مدوله شده است با همان عدسی گردآوری می‌شود و بر روی آشكار ساز نوری هدایت می‌شود. نور به شدت از نواحی كه گودال وجود ندارد (معمولا زمین خوانده می‌شود) بازتاب می‌شود و بطور وسیعی توسط گودالها پراكنده می‌شود. بطوری كه خروجی آشكار ساز وقتی باریكه مسیر را طی می‌كند، تغییر می‌یابد. برای مثال ، در ذخیره به روش دیجیتال ، تغییر در میزان سیگنال بازتاب شده بیانگر انتقال از گودال به زمین و یا بالعكس است. در حقیقت این انتقالات بكار می‌روند تا یكها را بیان كنند، در حالیكه فاصله بین انتقالات گودالها و یا زمین بیانگر تعداد صفرها است.
●مزیتهای استفاده از نور بازتابی بجای نور عبوری
استفاده از بازتاب به جای نور عبوری چندین مزیت دارد. برای مثال از آنجایی كه فقط یك سطح دیسك مورد استفاده قرار می‌گیرد ساختمان حركت آزاد سیستم ساده می‌شود و تعداد قطعات نوری مورد نیاز كاهش می‌یابد. لایه نشانی محافظ نیز فقط بر روی یك طرفه لایه اطلاعات لازم است و ساختمان كنده كاری كم عمقتر از حالت عبوری است، این دو نكته باعث تولید انبوه دیسك می‌شود. نهایتا ، سیستم كنترل خیلی ساده‌تر ساخته می‌شود و لكه و خراشهای سطح محافظ از لایه اطلاعات جدا می‌شوند و از تمركز خارج می‌شوند و بدین طریق اثر آن بر روی سیگنال باز خوانی حذف می‌شود.
همچنین سیگنالهای نوری از دیسك مورد نیاز هستند تا ارتفاع عمودی سیستم قرائت را كنترل كنند، یعنی مطمئن شویم كه باریكه لیزر به حالت متمركز شده بر روی لایه اطلاعات باقی می‌ماند و همچنین اطمینان یابیم كه باریكه لیزر بطور دقیقی مسیر مارپیچ ثبت اطلاعات را دنبال می‌كند. كانونی كردن باید با دقت حدود m ۱ بدست آید و ردیابی با دقت حدود m۱/۰ باید انجام شود. ارتعاشات ناخواسته و حركات نامتعارف دیسك بدین معنی است كه سیستم كنترل بسیار دقیقتر برای حداقل خطا مورد نیاز است. این سیگنالها برای تمركز و ردیابی به طرق مختلف بدست آمده است.
●دیسكهای نوری قابل پاك شدن
برای خیلی از كاربردها مانند حسابگری و به روز كردن اطلاعات تسهیلات پاك كردن و درباره نوشتن مفید است. موادی كه می‌توانند برای دیسكهای نوری قابل پاك شدن مورد استفاده قرار گیرند شامل مواد مگنتو اپتیك ، ترمو پلاستیكها و لایه‌های نازك چالكو جناید برای ذخیره دائمی و مواد فوتو كرومیك ، فوتو فریك و فوتو كانداكتیو برای ذخیره سازی برای زمانهای محدود بكار می‌روند. برای مثال باریكه نویسنده لیزر ناحیه كوچكی از فیلم نازك از ماده فرومغناطیس را كه به صورت عمودی مغناطیس شده است (برای مثال Cd TbFe) گرم می‌كند تا به دمای بالای نقطه كوری آن می‌رسد، و خاصیت مغناطیس دائمی خود را از دست می‌دهد.
اگر ناحیه مجاز به سرد شدن در حضور میدان خارجی كه در جهت غیر موازی با مغناطیس شدن اولیه است باشد، آنگاه نواحی كه پلاریزاسیون را ذخیره كرده‌اند تشكیل می‌یابند. خواندن در این حالت معمولا با استفاده از اثر مگنتو - اپتیك كر (كه آن باریكه پلاریزه نور كه از سطح مغناطیس شده بازتاب می‌شود دارای صفحه پلاریزاسیون است و به میزانی كه بستگی به شدت مغناطیس شدن و جهت مغناطیس شدن دارد نسبت به جهت پرتوی نور، می‌چرخد)، انجام می‌گیرد. باریكه پلاریزه شده دارای چرخشهای متناوب است، بسته به اینكه كدام قسمت فیلم برخورد می‌كند و از آن بازتاب می‌كند، مقدار چرخش فقط چند دهم درجه است و معمولا با روشهای آشكار سازی حساس ، از عبور نور بازتابی از یك تقسیم كننده پرتو پلاریزه كننده و مقایسه دو نور تولید شده بدست می‌آید.
پاك كردن و دوباره نوشتن به سادگی از گرم كردن لایه نازك روی دیسك تا دمای بالاتر از نقطه كوری و در حضور یك میدان مغناطیسی خارجی به دقت هدایت شده انجام می‌شود. بطور وضوح لیزری كه برای خواندن بكار می‌رود باید دارای توان به مراتب كمتر از توان لیزری كه برای نوشتن بكار می‌رود، باشد تا از بین بردن داده‌های ذخیره شده جلوگیری شود. اخیرا توجه زیادی به دیسكهای نوری قابل پاك كردن شده است و چندین سیستم چند لایه‌ای ارزیابی شده است. سیستمهای دیسك نوری بطور رو به افزایشی در سیستمهای ذخیره سازی انبوه مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای مثال ، سیستم مگاداك ، شامل ۶۴ دیسك كه زمان دسترسی به هر یك از دیسكها حدود ms۱۵۰ است و زمان ظاهر شدن هر دیسك ۲۰ ثانیه است. ظرفیت چنین سیستمی در ناحیه ۱۴۱۰ - ۱۲۱۰ بیت است كه در مدت حدود چند ثانیه می‌تواند دوباره بدست آید.

ایجاد شده توسط: محمد مجددی

منبع : شبکه فیزیک هوپا