ديسك نوري – مغناطيسي

مقدمه

با تلفيق دو تكنولوژي مغناطيس و نور ، تلاش مي شود تا ديسكهايي ايجاد شوند كه هم خاصيت قابل پاك شدن و باز نويسي ديسكهاي مغناطيسي را داشته باشند و هم چگالي و ظرفيت بسيار بالاي ديسكهاي نوري. به نظر مي‌رسد كه اينگونه ديسكها در توليد انبوه به بازار مصرف عرضه شده است. قطر اين ديسكها 5 اينچ بوده ، از نوع پاك شدني هستند و از سرعت بسيار بالايي برخوردارند ، سرعت انتقال در اين ديسكها حدود يك مگابايت در ثانيه و يا بيشتر است. در سالهاي اخير ديسكهاي نوري بطور وسيعي براي سرگرمي ، برنامه‌هاي تعليم و تربيت و ارتباطات تصويري – صوتي بكار گرفته شده است. در زمينه ذخيره اطلاعات ، سيستمهاي ثبت نوري مستقيم به عنوان تجهيزات يارانه‌اي معروف شده‌اند، جايي كه تركيب ظرفيت اطلاعات خيلي زياد و دسترسي سريع به آنها توسط ديسكهاي نوري يك جايگزين جذاب براي روشهاي ديگر ذخيره حافظه يارانه‌اي است. ظرفيت اطلاعات زياد ، طول عمر زياد و زمان طولاني نگهداري ، كاربردهاي ذخيره و ... را منحصر به خود كرده است.
در تمام سيستمهاي ديسك نوري ، مانند ديسكهاي ضبط صدا (ديسك بسته يا CD) ، ديسكهاي نمايشي (كه معمولا نمايش ليزري يا LV ناميده مي‌شود) و ديسكهاي ذخيره داده‌ها ، ما فرض مي‌كنيم كه اطلاعات بر روي ديسك ثبت مي‌شود يا نوشته مي‌شود و مجددا با استفاده از نور خوانده مي‌شود. در عمل تعداد زيادي از ليزرها مانند ليزر يون - آرگون HeNe ، HeCd و ديود ليزر نيم هادي AlGaAs به عنوان چشمه‌هاي نور براي نوشتن و خواندن بكار گرفته شده‌اند. در حقيقت روشهاي ديگر براي نوشتن و خواندن ديسك وجود دارد كه ما به آن نخواهيم پرداخت.

مزيتهاي ديسكهاي نوري

اصلي‌ترين مزيت ديسكهاي نوري بر ديگر سيستمها مانند ديسكهاي صوتي معمولي و سيستمهاي نوار مغناطيسي ، علاوه بر ذخيره اطلاعات به چگالي بالا ، عدم تماس فيزيكي بين سيستم قرائت و ماده ذخيره اطلاعات است كه از پاره شدن جلوگيري مي‌نمايد. علاوه بر اين در ديسكهاي نوري ، لايه ماده شفافي را مي‌توان روي اطلاعات ذخيره شده نشانيد تا آسيب نبيند. گرامافون اطلاعاتي را در سطح ديسك به صورت مارپيچ ضبط مي‌كند كه رد پا ناميده مي‌شود. اما در عمل در ديسكهاي نوري ، نه شيار و نه خط مداوم وجود دارد بلكه فقط "علامتها" مارپيچهاي شكسته‌اي را شكل مي‌دهد. اين علامتها مساحتهاي كوچكي هستند كه نسبت به اطراف خود فرق نماياني دارد. معمولا حفره‌هايي در سطح ديسك ايجاد مي‌كنند. در نتيجه بازتاب در طول مسير با توجه به توزيع حفره‌ها تغيير مي‌يابد، كه بيانگر ثبت اطلاعات است.

ذخيره و خواندن اطلاعات ذخيره شده

براي خواندن اطلاعات ذخيره شده بازوي اپتيكي تغييرات بازتاب را به سيگنال الكتريكي تبديل مي‌كند. يك عدسي در داخل بازو پرتو كم توان ليزر را به لكه كوچك نوري بر روي مسير متمركز مي‌كند و همچنين نور بازتاب شده از ديسك را مجددا به آشكار ساز نوري هدايت مي‌كند. خروجي آشكار ساز نوري بر اساس توزيع گودالهاي طول مسير تغيير مي‌كند و سيگنال الكتريكي بدست مي‌دهد كه مي‌توان سيگنال صدا ، تصوير و يا داده‌ها را دوباره بدست آورد.
سيگنالهاي صدا به صورت ديجيتال در ديسك ذخيره مي‌شوند. نمونه‌هاي صدا با آهنگ KHz1/44 بدست مي‌آيد و بلندي صدا براي هر نمونه به مقادير عددي به صورت كلمه كد دوتايي ، 16 بيتي در مي‌آيد. بيتهاي اضافي براي اصلاح خط اضافه مي‌شود و بيتهاي فراواني در فركانس MHz3218/4 بر روي ديسك ذخيره مي‌شود.
صفرها بيانگر سيگنال نوري كوچك و "يكها" بيانكر سيگنالهاي قوي هستند، از اين رو مسير از حفره‌ها و فضاهايي با طولهاي مشخص تشكيل يافته است. از سوي ديگر ، سيگنال هاي ويدئويي ، بصورت آنالوگ ذخيره سازي مي‌شوند، زيرا ذخيره سازي به روش ديجيتال احتياح به پهناي باند بسيار بالا دارد. سيگنال تركيبي ويدئو (با رنگ و اطلاعات تابشي) به صورت فركانس مدوله مي‌شود (FM) حدود فركانس حامل MHz5/7 و صدا به آن بعدا با مدولاسيون اضافه مي‌شود. اين باعث مي‌شود تا فاصله گودالهاي (مركز تا مركز) بر اساس مدولاسيون فركانس صورت مربوطه تغيير يابد. در حافظه‌هاي نوري داده‌ها هم به صورت آنالوگ و هم به صورت ديجيتال ذخيره مي‌شود.
براي مفيد واقع شدن در فرآيند كردن داده‌ها در الكترونيك تجهيزات ذخيره سازي بايد قادر به باز سازي داده‌هاي ذخيره شده با حداقل ميزان خطا و در حدود 1 قسمت در 1210 باشد، كه ديسكهاي نوري به اين دقت رسيده‌اند. با ديسكهاي نوري به چگالي اطلاعات زيادي از يك لكه متمركز شده بسيار كوچك ليزر دست يافته‌اند. قطر لكه توسط رابطه (λF(π/4 نشان داده مي‌شود. با توجه به محدوديتهاي پراش حداقل قطر لكه نوري تشكيل شده در نقطه كانوني عدسي حدود NA2/λ است كه NA ديافراگم عددي عدسي است (NA = n sinθ كه n ضريب شكست فضاي جسم و θ = φ/s است، φ قطر عدسي و s فاصله جسم تا عدسي است). متقابلا چگالي اطلاعات از مرتبه 2(λ/NA) است.

ثبت كردن

فرآيند ثبت اطلاعات بستگي به اين دارد كه آيا قرار است اساسا ديسك به تعداد زيادي براي مشتريان بازار كپي برداري شود و يا براي ذخيره سازي مهيا مي‌شود. بيشتر ديسكها ، به هر منظوري كه تهيه شوند، حاوي اطلاعات زيادي با كيفيت خوب هستند. لذا كپي كردن آنها نسبتا آسان و ارزان است.

مواد ثبت كننده

گودالها داراي ابعاد ميكرون است و از اين رو مواد ثبت كننده نيز بايد داراي توان تفكيك بالا باشند، و براي آنكه بتوان توان ليزري مورد نياز را به حداقل رسانيد بايد داراي حساسيت خيلي بالا باشند. ترجيحا مواد ثبت كننده بايد بتوانند ثبت زمان واقعي را بدست دهند و اجازه خواندن سريع اطلاعات ذخيره شده را نيز ممكن سازند. يعني بطور ايده‌آل فرآيندهاي مرحله‌اي بين نوشتن و خواندن وجود نداشته باشد. علاوه بر فوتورزيستها ، فيلمهاي فلزي ، مخصوصا آنهايي كه بر اساس آلياژ تلوريم ساخته شوند، داراي دقت خوب و حساسيت بالا هستند. در اين حالت تابش ليزر پالسي ايجاد گودال يا حفره در لايه نازك فلز مي‌كند، (از طريق ذوب يا برداشتن) و بازتاب لايه نازك را تغيير مي‌دهد. از آنجايي كه ايجاد حفره فرآيند حرارتي است، طول موج ليزر خيلي مهم نيست و از هر ليزري كه بتواند توان مورد نياز را بدست دهد براي نوشتن مي‌توان استفاده نمود.

خواندن داده‌ها از ديسكهاي نوري

باريكه ليزر ، معمولا از يك ليزر ديود به دليل اندازه قابل ملاحظه‌اش از طريق زير لايه به لايه بازتاب كننده ديسك متمركز مي‌شود. عدسي متمركز كننده شبيه به يك عدسي شي است و براي جاروب كردن كل ديسك ، با ليزر در سيستم قرائت در نرده‌اي زير ديسك نصب شده است. قسمتي از نور بازتاب شده ، كه توسط ديسك مدوله شده است با همان عدسي گردآوري مي‌شود و بر روي آشكار ساز نوري هدايت مي‌شود. نور به شدت از نواحي كه گودال وجود ندارد (معمولا زمين خوانده مي‌شود) بازتاب مي‌شود و بطور وسيعي توسط گودالها پراكنده مي‌شود. بطوري كه خروجي آشكار ساز وقتي باريكه مسير را طي مي‌كند، تغيير مي‌يابد. براي مثال ، در ذخيره به روش ديجيتال ، تغيير در ميزان سيگنال بازتاب شده بيانگر انتقال از گودال به زمين و يا بالعكس است. در حقيقت اين انتقالات بكار مي‌روند تا يكها را بيان كنند، در حاليكه فاصله بين انتقالات گودالها و يا زمين بيانگر تعداد صفرها است.

مزيتهاي استفاده از نور بازتابي بجاي نور عبوري

استفاده از بازتاب به جاي نور عبوري چندين مزيت دارد. براي مثال از آنجايي كه فقط يك سطح ديسك مورد استفاده قرار مي‌گيرد ساختمان حركت آزاد سيستم ساده مي‌شود و تعداد قطعات نوري مورد نياز كاهش مي‌يابد. لايه نشاني محافظ نيز فقط بر روي يك طرفه لايه اطلاعات لازم است و ساختمان كنده كاري كم عمقتر از حالت عبوري است، اين دو نكته باعث توليد انبوه ديسك مي‌شود. نهايتا ، سيستم كنترل خيلي ساده‌تر ساخته مي‌شود و لكه و خراشهاي سطح محافظ از لايه اطلاعات جدا مي‌شوند و از تمركز خارج مي‌شوند و بدين طريق اثر آن بر روي سيگنال باز خواني حذف مي‌شود.
همچنين سيگنالهاي نوري از ديسك مورد نياز هستند تا ارتفاع عمودي سيستم قرائت را كنترل كنند، يعني مطمئن شويم كه باريكه ليزر به حالت متمركز شده بر روي لايه اطلاعات باقي مي‌ماند و همچنين اطمينان يابيم كه باريكه ليزر بطور دقيقي مسير مارپيچ ثبت اطلاعات را دنبال مي‌كند. كانوني كردن بايد با دقت حدود μm 1 بدست آيد و رديابي با دقت حدود μm1/0 بايد انجام شود. ارتعاشات ناخواسته و حركات نامتعارف ديسك بدين معني است كه سيستم كنترل بسيار دقيقتر براي حداقل خطا مورد نياز است. اين سيگنالها براي تمركز و رديابي به طرق مختلف بدست آمده است.

ديسكهاي نوري قابل پاك شدن

براي خيلي از كاربردها مانند حسابگري و به روز كردن اطلاعات تسهيلات پاك كردن و درباره نوشتن مفيد است. موادي كه مي‌توانند براي ديسكهاي نوري قابل پاك شدن مورد استفاده قرار گيرند شامل مواد مگنتو اپتيك ، ترمو پلاستيكها و لايه‌هاي نازك چالكو جنايد براي ذخيره دائمي و مواد فوتو كروميك ، فوتو فريك و فوتو كانداكتيو براي ذخيره سازي براي زمانهاي محدود بكار مي‌روند. براي مثال باريكه نويسنده ليزر ناحيه كوچكي از فيلم نازك از ماده فرومغناطيس را كه به صورت عمودي مغناطيس شده است (براي مثال Cd TbFe) گرم مي‌كند تا به دماي بالاي نقطه كوري آن مي‌رسد، و خاصيت مغناطيس دائمي خود را از دست مي‌دهد.
اگر ناحيه مجاز به سرد شدن در حضور ميدان خارجي كه در جهت غير موازي با مغناطيس شدن اوليه است باشد، آنگاه نواحي كه پلاريزاسيون را ذخيره كرده‌اند تشكيل مي‌يابند. خواندن در اين حالت معمولا با استفاده از اثر مگنتو - اپتيك كر (كه آن باريكه پلاريزه نور كه از سطح مغناطيس شده بازتاب مي‌شود داراي صفحه پلاريزاسيون است و به ميزاني كه بستگي به شدت مغناطيس شدن و جهت مغناطيس شدن دارد نسبت به جهت پرتوي نور، مي‌چرخد)، انجام مي‌گيرد. باريكه پلاريزه شده داراي چرخشهاي متناوب است، بسته به اينكه كدام قسمت فيلم برخورد مي‌كند و از آن بازتاب مي‌كند، مقدار چرخش فقط چند دهم درجه است و معمولا با روشهاي آشكار سازي حساس ، از عبور نور بازتابي از يك تقسيم كننده پرتو پلاريزه كننده و مقايسه دو نور توليد شده بدست مي‌آيد.
پاك كردن و دوباره نوشتن به سادگي از گرم كردن لايه نازك روي ديسك تا دماي بالاتر از نقطه كوري و در حضور يك ميدان مغناطيسي خارجي به دقت هدايت شده انجام مي‌شود. بطور وضوح ليزري كه براي خواندن بكار مي‌رود بايد داراي توان به مراتب كمتر از توان ليزري كه براي نوشتن بكار مي‌رود، باشد تا از بين بردن داده‌هاي ذخيره شده جلوگيري شود. اخيرا توجه زيادي به ديسكهاي نوري قابل پاك كردن شده است و چندين سيستم چند لايه‌اي ارزيابي شده است. سيستمهاي ديسك نوري بطور رو به افزايشي در سيستمهاي ذخيره سازي انبوه مورد استفاده قرار مي‌گيرد. براي مثال ، سيستم مگاداك ، شامل 64 ديسك كه زمان دسترسي به هر يك از ديسكها حدود ms150 است و زمان ظاهر شدن هر ديسك 20 ثانيه است. ظرفيت چنين سيستمي در ناحيه 1410 - 1210 بيت است كه در مدت حدود چند ثانيه مي‌تواند دوباره بدست آيد.
منبع: daneshnameh.roshd.ir
/خ