Barwniki i płyta CD-R
Spośród wszystkich popularnych, nagrywalnych nośników optycznych najprostszą budową charakteryzuje się krążek CD-R. Aby można było zapisać na nim informacje za pomocą komputerowych nagrywarek, na przezroczysty dysk wykonany z poliwęglanu nakłada się warstwę barwnika organicznego. Najczęściej jest to azocyjanina z domieszką miedzi (płyty niebieskie) bądź niklu (krążki zielone) lub ftalocyjanina (barwa żółta, półprzezroczysta). Na tę warstwę nanosi się następnie powłokę odbijającą światło, wykonaną niemal zawsze z czystego srebra, a później zabezpiecza się te wszystkie delikatne warstwy lakierem ochronnym. Podczas zapisu laser nagrywarki oświetla przez krótką chwilę wybrane punkty płyty, co powoduje ich ogrzanie i prowadzi do nieodwracalnej zmiany stanu barwnika – wypalenia.
> Pierwotnie przezroczysty dla światła używanego w napędach CD o długości fali 780 nm związek chemiczny ciemnieje, dzięki czemu na płycie powstaje seria obszarów jasnych i ciemnych. Podczas odtwarzania danych z nagranego nośnika znacznie słabszy promień lasera odczytującego rozprasza się na zaciemnionych obszarach, bez przeszkód natomiast pokonuje punkty, gdzie barwnik pozostaje w swej pierwotnej, jasnej postaci. Światło odbija się od warstwy srebra i powraca do fotodetektora, który interpretuje zmiany jego intensywności jako zera i jedynki.
Tajemnice spiralnej ścieżki
Opisując sposób zapisywania płyty CD-R, pominęliśmy dwie ważne kwestie: w jaki sposób promień lasera zapisującego jest prowadzony po powierzchni czystego nośnika i jak nagrywarka powinna regulować prędkość wirowania dysku. Podczas normalnej pracy przy odczycie krążków zawierających już dane sprawa jest prosta – laser śledzi spiralną ścieżkę reprezentującą kolejne zera i jedynki. Na podstawie szybkości zmian między obszarami jasnymi i ciemnymi można też ustalić prędkość, z jaką obraca się płyta, i w razie potrzeby wprowadzić odpowiednie korekty.
Podczas zapisu na płycie brakuje jednak obszarów różnie odbijających światło, gdyż ich utworzenie jest właśnie celem nagrywania. Problem ten rozwiązano, tłocząc na poliwęglanowym krążku CD-R spiralną ścieżkę o nieco większej szerokości od ścieżki spotykanej na zwykłych płytach CD-ROM. Dzięki temu podczas nagrywania wystarczy kontrolować promień lasera zapisującego, tak aby nie opuścił on wyznaczonego “koryta”, a otrzymamy idealnie nawiniętą serię jasnych i ciemnych punktów – pitów i landów.
Aby rozwiązać nasz drugi problem, czyli ustalić, z jaką prędkością wiruje nagrywana płyta, ścieżka prowadząca jest dodatkowo pofalowana. Mówiąc najprościej, wytłoczona na czystej płycie ścieżka przypomina nieco rzekę, która płynąc, skręca raz w lewo, a raz w prawo. Ponieważ szybkość zmian wymiarów rowka jest ściśle określona, analizując podczas zapisu fazę odbitego od płyty światła, można obliczyć, jak szybko obraca się nośnik nad laserem. Na podstawie tych informacji zmienia się moc lasera albo reguluje szybkość wirowania dysku.
Płyty wielokrotnego użytku
Barwniki organiczne zmieniające kolor pod wpływem temperatury doskonale sprawdzają się w przypadku płyt jednokrotnego zapisu. Wytworzenie nośnika typu RW, czyli krążka wielorazowego zapisu, wymaga użycia zupełnie innych materiałów. Warstwa barwnika musi być zastąpiona substancją, która może wielokrotnie zmieniać stopień przepuszczalności światła. Funkcję tę pełni mieszanina metali, w skład której wchodzą srebro, ind, antymon i tellur. Ciekawą cechą tak spreparowanego stopu jest możliwość jego wprowadzenia w dwa odmienne stany. W fazie anamorficznej (bezpostaciowej), powstającej po ogrzaniu materiału powyżej temperatury topnienia (500-700°C) i szybkim ochłodzeniu, atomy metali tworzą nieuporządkowaną strukturę, silnie tłumiącą przechodzące światło – tak wypala się “pity” i “landy”. W chwili gdy mieszanina zostanie przez chwilę podgrzana do temperatury powyżej krystalizacji (ok. 200°C), ale poniżej temperatury topnienia, atomy “samoorganizują” się, powracając do uporządkowanej struktury krystalicznej, która znacznie słabiej pochłania promień lasera odczytującego. Ten proces umożliwia więc skasowanie zapisanych uprzednio danych.
Proces wypalania płyty CD-RW na pierwszy rzut oka nie wydaje się zbyt skomplikowany – wystarczy tylko ogrzewać punkty na powierzchni płyty do dwóch różnych temperatur. W rzeczywistości jednak dobranie optymalnych proporcji metali sprawia producentom nośników wiele problemów.
Szczególnie dużo wysiłku włożyć trzeba w przygotowanie płyt CD-RW, które mogłyby być zapisywane z dużymi prędkościami. Aby spełnić ten warunek, trzeba znaleźć taki skład mieszanki, która bardzo szybko powracałaby do stanu krystalicznego (w miarę wzrostu prędkości zapisu laser oświetla dany punkt coraz krócej) i jednocześnie nie wymagałaby zbyt wielkich temperatur w celu przejścia do fazy anamorficznej. Jak trudne jest to zadanie, najlepiej świadczy fakt, że producenci nośników potrzebowali aż dwóch lat, aby podnieść dopuszczalną prędkość zapisu nośników CD-RW z 12x do 24x.
