10.1.2. Иммерсионный метод мастеринга
Одним из существенных преимуществ оптических дисков в сравнении с другими носителями информации является простота и низкая стоимость их тиражирования. Изготовление мастер-диска (мастеринг) является ключевым этапом в изготовлении штампа, с помощью которого в дальнейшем осуществляется тиражирование дисков BD-ROM. В период появления технологии BluRay эволюция оборудования для мастеринга оптических дисков еще не достигла того уровня, который требовался для записи дисков емкостью 25 ГБ, подобных дискам BD-ROM. Причина тому – невозможность получения записывающего пятна достаточно малых размеров.
Элегантным решением проблемы является использование метода погружения в жидкость, который просто добавляется в уже существующую инфраструктуру записывающего оборудования и позволяет усовершенствовать технологию мастеринга оптических дисков, не внося в нее чрезмерно больших изменений. Используя иммерсионную систему, хорошо известную в микроскопии, можно получить очень маленькое световое пятно для формирования крошечных пит BD-диска.
Иммерсионная система (от позднелат. immersio — погружение) — это оптическая система, в которой пространство между предметом и первой линзой заполнено иммерсионной жидкостью. Оптические характеристики иммерсионной жидкости (показатель преломления и дисперсия) входят в аберрационный расчет объектива и учитываются при определении его оптических параметров (увеличение, числовая апертура), а также при аберрационной коррекции (исправление по полю, ахроматизация, исправление хроматических и сферических аберраций).
На первый взгляд метод погружения в жидкость кажется неосуществимым в механизме записи с ее высокими скоростями записи и высокими требованиями к стабильности механических параметров. Однако разработанное техническое решение опровергает такое мнение (рис. 10.2).
В качестве иммерсионной жидкости могут использоваться глицерин (показатель преломления 1,4739) или дистиллированная вода (показатель преломления 1,3329). Иммерсионная жидкость вводится между вращающимся диском и объективом перед записывающим пятном через специальное отверстие.
Полученная таким путем система очень похожа на обычный лазерный рекордер, который используется для записи CD и DVD. Для записи одного BD-диска емкостью 25 Гб достаточно не более 30 мл иммерсионной жидкости.
10.1.3. Мастеринг с помощью пучка электронов
Для изготовления оптических дисков с высокой плотностью записи информации необходимо оборудование для мастеринга с высоким разрешением. Обычное оборудование с использованием лазерного рекордера не способно обеспечить мастеринг оптических дисков высокой плотности, поскольку его разрешающей способности для этого недостаточно. Для того чтобы повысить разрешение, было разработано оборудование, использующее для записи пучок электронов – электронно-лучевой рекордер EBR (Electron Beam Recorder). Конструкция EBR, разработанного фирмой Pioneer, показана на рис. 10.3.
Запись производится в вакуумной камере, которая при этом должна быть размещена на массивном основании с хорошей защитой от вибраций. Электронно-лучевая трубка располагается над центром вакуумной камеры. С одной из сторон камеры находится детектор вторичных электронов, необходимый для наблюдения за ходом процесса. Излучающая и детектирующая части датчика высоты располагаются с противоположных сторон вакуумной камеры.
Перемещение каретки с мастер-диском вдоль оси Х осуществляется с помощью двигателя постоянного тока и направляющего винта. Двигатель вращения диска, который закрепляется на его шпинделе, установлен в верхней части каретки. Источником потока электронов служит термоэлектронный эмиттер (Thermal Field Emitter – TFE).
Пучок электронов, генерируемый TFE, фокусируется на поверхность диска с помощью двух электронных линз, расположенных внутри электронно-лучевой трубки. Точность фокусировки пучка – 6 мрад (половина угла сведения). Энергия пучка – 50 кЭв при величине тока 130 нА и диаметре луча 55 нм.
Модуляция луча осуществляется парой запирающих пластин, расположенных внутри электронно-лучевой трубки. Время запирания – около 10 нс. Колебания поверхности диска и его положение по вертикальной оси Z постоянно контролируются во время записи с помощью оптического датчика высоты и на основе сигнала ошибки, вырабатываемого этим датчиком, поддерживается точное положение фокуса на поверхности диска путем регулировки фокусного расстояния электронных линз. Положение луча на записываемой дорожке контролируется путем измерения с помощью интерферометра положения расположенного на каретке зеркала. Сигнал ошибки отрабатывается путем перемещения каретки и с помощью отклоняющей системы, расположенной внутри электронно-лучевой трубки. С помощью отклоняющей системы отрабатывается также ошибка трекинга, возникающая из-за радиального биения диска.
Метод записи с помощью пучка электронов отличается высокой точностью и обладает большим запасом разрешающей способности. На рис. 10.4а показан образец записи, соответствующий диску BD-ROM емкостью 25 Гб, с шагом дорожек 320 нм и минимальной длиной пита 149 нм. Величина джиттера, обусловленного колебаниями размеров пит, не более 5%.
Рядом, на рис. 10.4б, для демонстрации потенциальных возможностей технологии EBR показана запись, выполненная в формате BD, но с плотностью записи, в 8 раз превышающей плотность записи на дисках BD-ROM – 201 Гб. Запись выполнена при точности фокусировки пучка 3 мрад (половина угла сведения). На рис. 10.4в показана полученная тем же путем сплошная спиральная дорожка.
Технология EBR существует с 2006 года (фирма Pioneer) и в будущем может использоваться для записи оптических дисков потребительских форматов с высокой плотностью записи.