3. 1. 6. Поняття про голографію

Голографія базується на фотографуванні результату інтерференції двох частин хвилі (плоскої або сферичної), яка випромінюється когерентним джерелом (наприклад, лазером В кожній точці голограми результат інтерференції об’єктної та опорної хвиль залежить не тільки від амплітуд світлових векторів, а і від їх різниці фаз.

Для відновлення хвильового поля предмету, тобто для отримання його об’ємного зображення, голограму розміщують в тому ж місці, де була розташована фотопластина при записі, а потім освітлюють її опорною хвилею того ж лазера під тим же кутом, під яким був здійснений запис. При цьому відбувається дифракція опорної хвилі на голограмі і в оці спостерігача отримується “уявне” об’ємне зображення (в ньому зберігається вся інформація про амплітуду і фазу об’єктної хвилі).

3.2. Оптичні технології в комп’ютерній техніці

Серед переваг оптичних методів над іншими методами можна відзначити:

1. високу щільність запису інформації (10⁵біт/мм² і вище);

2. відсутність (в багатьох, але не у всіх випадках) безпосереднього контакту між носієм і системою запису/читання;

3. швидкодія;

4. завадостійкість;

5. різноманітність способів практичної реалізації, яка базується на великій кількості механізмів взаємодії світла з реєструючими середовищами.

В пристроях оптичного зберігання даних запис (читання) здійснюється за допомогою лазерного променя на диск (з диску), що обертається.

Компакт-диск – це полікарбонатна, прозора для широкого діапазону світлових хвиль, пластина діаметром 120мм (4,75дюйма) або 80мм (3,1дюйма) і товщиною 1,2мм, в центрі якої розміщений отвір діаметром 15мм. На цій штампованій або литій основі розміщена одна спіральна доріжка, яка починається на внутрішній і закінчується на зовнішній частині диску. Крок цієї спіралі становить 1,6мкм. Вся інформація записується на спіральну доріжку у вигляді виступів на ній (штрихи, піти, pits) і плоских поверхонь між ними (площадки, ленди, lands). Висота піта, його ширина і довжина, довжина ленда, а також відстань між витками доріжки визначаються стандартом компакт-диску. Зазвичай компакт-диск має від трьох до шести різних шарів. Для відбиття лазерного променя тильна сторона диску покривається світловідбиваючим шаром речовини, найчастіше – алюмінієм.

3.3. Принцип зчитування інформації з компакт-диску

Принцип зчитування інформації з компакт-диску базується на явищі інтерференції світлових променів. При зчитуванні інформації з компакт-диску лазерний промінь проходить крізь прозору полікарбонатну основу і сканується вздовж доріжки диску. Відбитий від доріжки промінь вловлюється фотоприймачем і перетворюється в електричний сигнал. Глибина ленда доріжки повинна точно дорівнювати 1/4 довжини хвилі лазерного променя: . Відбитий від ленда промінь проходить відстань, що дорівнює половині довжини хвилі променя і накладається на падаючий промінь. В результаті інтерференції ці промені взаємно гасять один одного, фотоприймач не отримує світлової енергії і не перетворює її в електричний сигнал. В результаті такого сканування доріжки в фотоприймач буде надходити світло, відбите від пітів, яке буде уриватися на час проходження лазера над лендом (ленд стає „чорним”, тобто не відбиваючим світло). Фотоприймач сприймає систему таких спалахів, перетворючи їх в логічні „1”. Перехід від піта до ленда (кінець спалаху світла) і від ленда до піта (поява світла) відповідає логічній „1”. Той час, який лазер проходить над пітом чи лендом (без переходу між ними), при зчитуванні заповнюється логічними „0”.

3.3.1. СD-ROM та технологія їх виготовлення

Процес виготовлення відбувається в наступних стадіях:

1. На скляний диск наноситься шар світлочутливої речовини – фоторезистивний шар товщиною 150мкм і відпалюється при температурі 80С протягом 30хв.

2. За допомогою лазера на поверхні фоторезистивного шару формують ділянки, які внаслідок фоточутливості змінюють кристалічну будову матеріалу.

3. Скляна пластинка обробляється 10% розчином NaOH, який розчиняє експоновані лазером ділянки, формуючи на поверхні фоторезистивного шару впадини.

4. За допомогою гальванопластики диск покривається шаром нікелевого сплаву. В результаті утворюється металевий майстер-диск. Такий диск називається батьківським диском (father).

5. Металевий майстер-диск відділяється від скляної основи. Його можна використовувати для виготовлення невеликих партій дисків, оскільки він дуже швидко зношується. Тому з нього методом гальванопластики створюють ще декілька негативних копій, які називаються материнськими дисками (mother). Це дозволяє штампувати велику кількість дисків без повторення процесу формування скляного майстер-диску.

6. Один із синівських дисків розміщується в основі, в якій знаходиться полікарбонатна маса в розплавленому вигляді об’ємом близько 18грам і температурі 350С. В результаті такого штампування утворюється пластиковий диск з системою виступів і западин.

7. На цей диск шляхом напилення наноситься Аl товщиною 0,05-0,1мкм для створення відбивної для світла поверхні.

8. Для захисту алюмінієвої плівки від окислення зверху наноситься шар акрилового лаку (6-7мкм) і етикетка. Одного майстер-диска вистачає на виготовлення 1-3000 СD–ROM дисків.

3.3.2. СD-R диски та технологія їх виготовлення

СD-R (англ.: Compact Disk Recordable – компакт-диск з можливістю одноразового запису). Принцип запису даних на ці диски базується не на заводському штампуванні пітів і лендів на доріжці диску, а на зміні оптичних властивостей робочого шару, що наноситься на полікарбонатну основу. В якості такого робочого фоточутливого шару використовують органічні сполуки – цианіни (cyanine) або фталоцианіни (phtalocyanine). Колір диска визначається кольором цианіну (блакитний) або фталоцианіну (золотистий). Відбивна здатність цих сполук складає 70% (близько до відбивної здатності золота). Властивість цих матеріалів змінювати коефіцієнт відбивання світла лежить в основі запису на СD. Під дією лазерного променя (відносно великої потужності) вони темніють і перестають пропускати крізь себе лазерний промінь. На доріжці диску утворюється система темних і світлих ділянок, які є тими ж самими псевдопітами і псевдолендами для лазерного променя.

Безумовною перевагою СD-R над СD-ROM є матеріал світловідбивного шару. Оскільки він, в основному, виготовляється із золота і срібла, менш здатних до окислення, ніж алюміній, який застосовується у більшості штампованих дисків, СD-R тьмяніють повільніше. Однак, основним недоліком дисків СD-R є чутливість робочого шару до світла. Від дії світла наступає деструкція і окислення цианіну і фталоцианіну, хоча останній менш схильний до цих процесів. Найбільш оптимістичні оцінки часу життя дисків на основі фталоцианінів – близько 100 років. Статистика використання СD-R показує, що час експлуатації таких дисків становить: 2-3 роки – при акуратній роботі з ними і 1 рік – при інтенсивній роботі з неакуратним поводженням (удари, згини, дія тепла, яскравого світла тощо).

3.3.3. CD-RW та технологія запису і перезаписування даних на них

Основою запису і зберігання даних на дисках CD-RW є технологія зміни фазового стану речовини (phase-change). При запису і читанні з дисків використовуються різні оптичні властивості деяких речовин, в залежності від того, знаходяться вони в кристалічному стані чи аморфному. Так, як вже говорилось в другому розділі, для халькогенідів (сплав Ge-Sb-Te із стехіометричним складом 2:2:5). Оскільки для запису даних на сучасні CD-RW необхідна дуже швидка кристалізація, то найкраще для цього підходять саме сплави Ge, Sb і Te. На CD-RW диску робочий шар Ge-Sb-Te знаходиться між двома шарами буферного матеріалу ZnS-SiO₂. Цей матеріал характеризується високою тугоплавкістю і прозорістю в заданому діапазоні довжин хвиль. Принцип запису на CD-RW: При подачі короткочасного імпульсу лазера високої потужності (Р=10¸15мВт) на певну ділянку доріжки, температура її зростає і робочий шар в цьому місці переходить в рідкий стан. При закінченні дії імпульсу лазера і швидкому охолодженні диска температура цієї точки робочого шару різко падає і стає меншою температури кристалізації (Т<Т_крист). Таке різке охолодження приводить до того, що структура кристалічної решітки робочого шару у цьому місці доріжки не може відновитись і він залишається в аморфному стані. Таким чином, при записі на CD-RW диск, на ньому формуються ділянки, на яких робочий шар є в кристалічному, прозорому для світла стані, і аморфні ділянки, які є непрозорими для інфрачервоного світла. Так формуються на поверхні піти і ленди.

При стиранні інформації з CD-RW диска імпульс лазерного променя подається меншої потужності (0,5-1мВт), такої, щоб він розігрівав робочий шар до температури, яка була б більшою за Т_крист, але меншою Т_плавл (Т_крист<Т<Т_плавл). При такому розігріві, атоми робочого шару відновлюють кристалічну структуру речовини. Така відбудова кристалічної решітки носить назву „відпалення”. В результаті, речовина робочого шару відновлює свої оптичні властивості.