Вплив показника заломлення матеріалу підкладки на глибину інформаційного рельєфу оптичних носіїв
Побудовано модель сигналу відтворення з оптичного носія з рельєфнофазовим поданням даних. Досліджено залежність сигналу відтворення від глибини інформаційного рельєфу, отриманого на поверхні підкладок із різними показниками заломлення. Для високостабільних оптично прозорих матеріалів визначено необх...
Saved in:
| Published in: | Реєстрація, зберігання і обробка даних |
|---|---|
| Date: | 2009 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Інститут проблем реєстрації інформації НАН України
2009
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/50365 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Вплив показника заломлення матеріалу підкладки на глибину інформаційного рельєфу оптичних носіїв / І. В. Горбов // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2009. — Т. 11, № 1. — С. 3-10. — Бібліогр.: 7 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860188380243951616 |
|---|---|
| author | Горбов, І.В. |
| author_facet | Горбов, І.В. |
| citation_txt | Вплив показника заломлення матеріалу підкладки на глибину інформаційного рельєфу оптичних носіїв / І. В. Горбов // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2009. — Т. 11, № 1. — С. 3-10. — Бібліогр.: 7 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Реєстрація, зберігання і обробка даних |
| description | Побудовано модель сигналу відтворення з оптичного носія з рельєфнофазовим поданням даних. Досліджено залежність сигналу відтворення від глибини інформаційного рельєфу, отриманого на поверхні підкладок із різними показниками заломлення. Для високостабільних оптично прозорих матеріалів визначено необхідні значення глибини рельєфу, при яких розроблені носії довготермінового зберігання даних будуть відповідати формату компакт-дисків і відтворюватися на стандартних приводах оптичних дисків.
Построена модель сигнала воспроизведения оптического носителя с рельефно-фазовым представлением данных. Исследована зависимость сигнала воспроизведения от глубины информационного рельефа, полученного на поверхности подложек с различными показателями преломления. Для высокостабильных оптически прозрачных материалов определены необходимые значения глубины рельефа, при которых разработанные носители долговременного хранения данных будут соответствовать формату компакт-дисков, и воспроизводится на стандартных плеерах оптических дисков.
The model of a playback signal from optical media with relief-phase data recording is created. The playback signal dependence on depth of data layer structure obtained on the surface of substrates with various refractive indices is investigated. Relief depth values required for compatibility of developed long-term data storage media with CD format and playing on conventional optical disc players are calculated for various high-stable transparent materials.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:05:20Z |
| format | Article |
| fulltext |
Фізичні основи, принципи і методи
реєстрації даних
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2009, Т. 11, № 1 3
УДК 004.085
І. В. Горбов
Інститут проблем реєстрації інформації НАН України
вул. М. Шпака, 2, 03113 Київ, Україна
тел.: (044) 456-83-89; факс: (044) 241-72-33
Вплив показника заломлення матеріалу підкладки
на глибину інформаційного рельєфу оптичних носіїв
Побудовано модель сигналу відтворення з оптичного носія з рельєфно-
фазовим поданням даних. Досліджено залежність сигналу відтворен-
ня від глибини інформаційного рельєфу, отриманого на поверхні під-
кладок із різними показниками заломлення. Для високостабільних оп-
тично прозорих матеріалів визначено необхідні значення глибини рель-
єфу, при яких розроблені носії довготермінового зберігання даних бу-
дуть відповідати формату компакт-дисків і відтворюватися на ста-
ндартних приводах оптичних дисків.
Ключові слова: оптичний носій, довготермінове зберігання даних, ін-
формаційний рельєф, сигнал відтворення, компакт-диск.
Вступ
Для архівного збереження цифрової інформації у державних і приватних фо-
ндах найчастіше використовуються оптичні носії. Серед сучасних цифрових носі-
їв вони вважаються найнадійнішими. Але реальний термін служби існуючих оп-
тичних носіїв становить лише 20–30 років, що недостатньо для довготермінового
зберігання інформації [1]. Для створення оптичних носіїв для довготермінового
зберігання даних пропонується в якості підкладок оптичних носіїв використову-
вати високостабільні оптично прозорі матеріали, такі як силікатне та кварцове
скло, ситал і сапфір [2]. Такі матеріали характеризуються значно кращими оптич-
ними та механічними властивостями порівняно із полікарбонатом, який викорис-
товується для серійного виготовлення оптичних дисків [1]. Проте значення показ-
ника заломлення наведених матеріалів відрізняється від полікарбонату, що суттє-
во впливає на сигнал відтворення таких носіїв. Тобто для того, щоб такі носії від-
творювалися на стандартних плеєрах оптичних дисків, необхідно визначити па-
раметри інформаційного рельєфу в залежності від показника заломлення матеріа-
лу, на поверхні якого цей рельєф отримано.
© І. В. Горбов
І. В. Горбов
4
Модель сигналу відтворення з оптичного носія
з рельєфно-фазовим поданням даних
Для запису інформації на сучасних оптичних носіях використовується рельє-
фно-фазове кодування. Тобто дані записуються у вигляді заглиблень (пітів) на по-
верхні прозорої підкладки, крізь яку лазерним променем відбувається відтворен-
ня. Таким чином, сигнали відтворення даних, що подані у вигляді мікрорельєфних
структур, залежать від форми заглиблень. Відхилення від форми призводить до
погіршення сигналу, що викликає збільшення джитеру, а це, в свою чергу, сприяє
появі помилкових бітів у відтвореному сигналі. Саме тому відомі моделі розгля-
дають зміну сигналу відтворення в залежності від зміни лінійних розмірів у пло-
щині диска, вважаючи профіль піта ідеальним (трикутник, прямокутник, трапе-
ція), і не враховують вплив глибини [3, 4].
Під час відтворення лазерний промінь проходить крізь прозору підкладку та
фокусується на її поверхні, відбивається від металевого відбиваючого шару та ре-
єструється фотоприймачем. Якщо в область опромінення потрапляє піт, то амплі-
туда відтвореного сигналу зменшується внаслідок інтерференції відбитих проме-
нів, які матимуть різну фазу через те, що відбивання променя для кожної точки
зони опромінення відбивається в різній фазовій площині (на різній глибині) (рис.
1). Таким чином, амплітуда відтвореного сигналу буде залежати від глибини піта
та його розмірів.
Рис. 1. Сигнал відтворення з оптичного носія з рельєфно-фазовим кодуванням даних:
Itop — максимальний сигнал відтворення; І3 — подвоєна амплітуда трьохтактного сигналу;
І11 — подвоєна амплітуда одинадцятитактного сигналу
У загальному випадку амплітуда сигналу, відбитого з одиничної поверхні,
i(h) в залежності від глибини h може бути виражена таким чином [5]:
h
n
ichi p
4
cos)( , (1)
де n — показник заломлення матеріалу підкладки; λ — довжина хвилі лазера в по-
вітрі; іp — інтенсивність падаючого світла; с — коефіцієнт відбиття матеріалу
відбиваючого шару. Електричний сигнал фотоприймача пропорційний квадрату
інтенсивності світла, що до нього потрапило. Таким чином, для визначення амплі-
Вплив показника заломлення
матеріалу підкладки на глибину інформаційного рельєфу оптичних носіїв
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2009, Т. 11, № 1 5
туди електричного сигналу І(h) необхідно зінтеґрувати i(h) по площині опромі-
нення S та звести до другого ступеня:
2
0 0
2 22
,
4
cos,4
R yR
p
s
dydxyxfh
n
yxicFdshiFhI
, (2)
де F — коефіцієнт пропорційності фотоприймача; f(x, y) — функція, яка описує
форму піта в координатній площині х, у з початком координат у центрі зони
опромінення; R — радіус зони опромінення, що для оптичних дисків формату CD
становить 850 нм.
Залежність інтенсивності лазерного випромінювання від координати в зага-
льному випадку може бути описана формулою (3), проте для кожного випадку
вона може бути різною в залежності від оптичної системи відтворення:
2
22
0, r
yx
p eiyxi
, (3)
де і0 — максимальне значення інтенсивності, а параметр bs має бути таким, щоб
інтенсивність на краю зони дорівнювала 0,5 і0.
Для моделювання сигналу відтворення необхідно розглянути два випадки,
коли довжина піта перевищує діаметр зони опромінення (відтворюються з шести-
до одинадцятитактного сигналу) (рис. 2а) та коли довжина піта менша за зону
опромінення (відтворюються з трьох- до п’ятитакного сигналу) (рис. 2б).
а) б)
Рис. 2. Сканування лазерним променем десятитактного (а) та чотиритактного (б) сигналів
У першому випадку глибина піта буде змінюватися тільки вздовж координати
х і може бути представлена у вигляді:
M
b
x
exf
2
2
11 , (4)
І. В. Горбов
6
де b і М — параметри, які залежать від способу виготовлення носія. На рис. 3 зо-
бражено профілі інформаційних пітів на поверхні оптичного носія.
а) б)
Рис. 3. Профілі заглиблень на поверхні оптичного носія: а) теоретично розрахований (b = 220 нм
та М = 3); б) отриманий експериментально та виміряний на атомно-силовому мікроскопі
У такому випадку залежність сигналу відтворення має вигляд:
2
0 0
22
2
2
2
22
11
4
cos
R yR
M
b
x
r
yx
dydxeh
n
eahI
, (5)
де
2
0
216 iFca .
У випадку, коли діаметр зони опромінення перевищує довжину піта (рис. 2б),
необхідно ввести додаткову функцію fр(y), що буде моделювати зміну глибини
піта вздовж координати у. Розглянемо трьохтактний піт, довжина якого може ста-
новити від 833 нм до 972 нм [6]. У такому випадку функція fр(y) буде мати такий
вигляд:
10
109 4
2
11
x
p eyf . (6)
Таким чином, форма піта буде описуватися функцією
10
109 4
2
2
2
1111
x
M
b
x
eexf , (7)
Вплив показника заломлення
матеріалу підкладки на глибину інформаційного рельєфу оптичних носіїв
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2009, Т. 11, № 1 7
та для лазерного променя піт буде бачитись як виступ (рис. 4а). Залежність сигна-
лу відтворення трьохтактного піта від його глибини можна представити виразом:
2
0 0
10
109
22
4
2
2
2
2
22
1111
4
cos
R yR x
M
b
x
r
yx
p dydxeeh
n
eahI
(8)
Довжина трьохтактного ленду також менша за діаметр опроміненої зони. Йо-
го форму можна описати схожою функцією, тривимірний вигляд якої зображено
на рис. 4б:
10
109 4
2
2
2
111
x
M
b
x
eexf (9)
а) б)
Рис. 4. Змодельована форма трьохтактного піту (а) та ленду (б)
У такому випадку залежність сигналу відтворення трьохтактного ленду від
його глибини h описується наступним виразом і показана на рис. 5:
2 22 2 2 2
2 2 4
2
10
9 10
0 0
4
1 1( ) cos 1s
Mx yR y x yR
b b
l
n
e h e e dydxI h a
. (10)
І. В. Горбов
8
Рис. 5. Залежність сигналу
відтворення трьохтактного піта Ip(h)
та трьохтактного ленду Il(h)
від глибини
Визначення значення глибини пітів відповідно до стандарту CD
Для аналізу відтвореного сигналу з оптичного носія, крім змодельованих ви-
ще сигналів, необхідно визначити такі основні його параметри як: відносна амплі-
туда сигналу відтворення найдовшого (одинадцятитактного) піта 11K ; відносна
амплітуда сигналу відтворення найкоротшого (трьохтактного) піта 3K ; асиметрія
сигналу AK . Для того, щоб розроблений носій відтворювався на стандартному
плеєрі, необхідно щоб ці параметри відповідали наступним умовам [7]:
1) 11 0,6K ;
2) 30,3 0,7K ;
3) 0, 2 0, 2AK .
Визначимо залежність цих параметрів від значення глибини пітів. Відносні
значення амплітуд сигналів відтворення одинадцятитактного та трьохтактного
імпульсів можна виразити відповідно:
11
11
( ) (0) ( )
( )
(0)top
I h I I h
K h
I I
, (11)
3
3
( ) ( )( )
( )
(0)
l p
top
I h I hI h
K h
I I
. (12)
Залежність асиметрії відтвореного сигналу KA(h) описується виразом:
11
( ) ( )
( )
( )1 1 2( )
2 ( ) 2 (0) ( )
l p
D
A
I h I h
I h
I h
K h
I h I I h
. (13)
З графіків теоретичної залежності відносних амплітуд сигналів відтворення
одинадцятитактного та трьохтактного імпульсів (рис. 6) видно, що для оптичного
носія, виготовленого з полікарбонату, сигнал відтворення трьохтактного імпульсу
набуває свого максимального значення при глибині h, що дорівнює 120 нм, яка
Вплив показника заломлення
матеріалу підкладки на глибину інформаційного рельєфу оптичних носіїв
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2009, Т. 11, № 1 9
саме й рекомендується при виготовленні компакт-дисків. До того ж, аналіз наве-
деної залежності показує, що для коректного відтворення записаних даних з оп-
тичного носія необхідно, щоб глибина пітів знаходилась у межах від 90 нм до 170
нм. Аналіз залежності асиметрії сигналу відтворення, розрахованої для підкладок,
виготовлених із різних матеріалів (полікарбонат, кварцове скло, сапфір), додатко-
во обмежує максимальне значення глибини пітів (рис. 7).
Рис. 6. Теоретичні залежності відносних амплітуд сигналів відтворення одинадцятитактного (K11)
та трьохтактного (K3) імпульсів від глибини пітів h
Рис. 7. Теоретична залежність асиметрії сигналу відтворення, розрахованої
для підкладок з різних матеріалів
Аналогічні розрахунки були проведені для силікатного та кварцового скла,
ситалу та сапфіру, що дозволило визначити такі значення глибини пітів (див. таб-
лицю) для цих матеріалів, при яких розроблений оптичний носій для довготермі-
нового зберігання даних буде відповідати формату стандартного компакт-диска і,
І. В. Горбов
10
таким чином, відтворюватися на існуючих програвачах оптичних дисків (CD,
DVD, BD). Експериментальні дослідження компакт-дисків, виготовлених з силі-
катного скла, відтворювалися на серійному програвачі компакт-дисків при зна-
ченнях глибини пітів від 100 до 150 нм.
Глибина пітів для різних матеріалів підкладки відповідно до стандарту CD
Матеріал Показник заломлення Глибина пітів
Полікарбонат 1,59 86–147 нм
Силікатне скло 1,51 90–155 нм
Ситал 1,55 88–151 нм
Кварцове скло 1,46 94–160 нм
Сапфір 1,77 77–132 нм
Крім того, за графіком залежності асиметрії сигналу (рис. 7) також можна ви-
значити глибину пітів, встановивши значення асиметрії. Експериментальні дослі-
дження дисків із різною глибиною пітів на приводі Plextor PX-712A показали мо-
жливість такого контролю.
Висновки
Наведена модель дозволяє якісно прослідкувати залежність від глибини пітів
таких основних параметрів сигналу відтворення оптичного носія, як відносна ам-
плітуда сигналів відтворення трьохтактного та одинадцятитактного пітів, та аси-
метрії сигналу, що дозволяє визначити значення глибини пітів для різних матеріа-
лів підкладки відповідно до формату компакт-дисків. Крім того, розроблена мо-
дель показує можливість визначення глибини отриманих пітів на поверхні прозо-
рої підкладки за параметрами електронного сигналу відтворення, які можуть бути
визначені за допомогою стандартного обладнання, що використовується для кон-
тролю якості звичайних компакт-дисків при їхньому серійному виробництві.
1. Металеві носії для довготермінового зберігання інформації / [В.В. Петров, А.А. Крючин,
С.М. Шанойло та ін.]. — К.: Наук. думка, 2005. — 132 с.
2. Горбов І.В. Оптичні дискові носії для довготермінового зберігання даних / І.В. Горбов,
В.О. Беляковський // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2007. — Т. 9, № 3. — С. 73–87.
3. Seehausen G. Influence of Pit Geometry on Readout Signals of Optical Data Disc Drives / G.
Seehausen // Electronics Letters. — 1992. — Vol. 28, N 18. — P. 1709–1711.
4. Effect of Edge Rounding and Sloping on the Readout Signal of the Information Pits on Оptical
Disks / Y. Li, H. Lee, E. Wolf // Optical Engineering. — 2003. — Vol. 42, N 9. — P. 2707–2720.
5. Борн М. Основы оптики / М. Борн, Э. Вольф; пер. с англ. С.Н. Бреуса, А.И. Головашкина,
А.А. Шубина. — М.: Наука, 1973. — 720 с.
6. Pohlmann K.C. The Compact Disk Handbook / Ken C. Pohlmann. — Madison, 1992. — 352 p.
7. ISO/IEC 10149:1995 (E). Information Еechnology — Data Interchange on Read-Only 120 mm
Optical Data Disks (CD-ROM). — 1995. — 40 p.
Надійшла до редакції 06.03.2009
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-50365 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1560-9189 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:05:20Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут проблем реєстрації інформації НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Горбов, І.В. 2013-10-12T09:59:45Z 2013-10-12T09:59:45Z 2009 Вплив показника заломлення матеріалу підкладки на глибину інформаційного рельєфу оптичних носіїв / І. В. Горбов // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2009. — Т. 11, № 1. — С. 3-10. — Бібліогр.: 7 назв. — укр. 1560-9189 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/50365 004.085 Побудовано модель сигналу відтворення з оптичного носія з рельєфнофазовим поданням даних. Досліджено залежність сигналу відтворення від глибини інформаційного рельєфу, отриманого на поверхні підкладок із різними показниками заломлення. Для високостабільних оптично прозорих матеріалів визначено необхідні значення глибини рельєфу, при яких розроблені носії довготермінового зберігання даних будуть відповідати формату компакт-дисків і відтворюватися на стандартних приводах оптичних дисків. Построена модель сигнала воспроизведения оптического носителя с рельефно-фазовым представлением данных. Исследована зависимость сигнала воспроизведения от глубины информационного рельефа, полученного на поверхности подложек с различными показателями преломления. Для высокостабильных оптически прозрачных материалов определены необходимые значения глубины рельефа, при которых разработанные носители долговременного хранения данных будут соответствовать формату компакт-дисков, и воспроизводится на стандартных плеерах оптических дисков. The model of a playback signal from optical media with relief-phase data recording is created. The playback signal dependence on depth of data layer structure obtained on the surface of substrates with various refractive indices is investigated. Relief depth values required for compatibility of developed long-term data storage media with CD format and playing on conventional optical disc players are calculated for various high-stable transparent materials. uk Інститут проблем реєстрації інформації НАН України Реєстрація, зберігання і обробка даних Фізичні основи, принципи та методи реєстрації даних Вплив показника заломлення матеріалу підкладки на глибину інформаційного рельєфу оптичних носіїв Влияние показателя преломления материала подложки на глубину информационного рельефа оптических носителей The Influence of Refractive Index on Optical Media Data Layer Relief Depth Article published earlier |
| spellingShingle | Вплив показника заломлення матеріалу підкладки на глибину інформаційного рельєфу оптичних носіїв Горбов, І.В. Фізичні основи, принципи та методи реєстрації даних |
| title | Вплив показника заломлення матеріалу підкладки на глибину інформаційного рельєфу оптичних носіїв |
| title_alt | Влияние показателя преломления материала подложки на глубину информационного рельефа оптических носителей The Influence of Refractive Index on Optical Media Data Layer Relief Depth |
| title_full | Вплив показника заломлення матеріалу підкладки на глибину інформаційного рельєфу оптичних носіїв |
| title_fullStr | Вплив показника заломлення матеріалу підкладки на глибину інформаційного рельєфу оптичних носіїв |
| title_full_unstemmed | Вплив показника заломлення матеріалу підкладки на глибину інформаційного рельєфу оптичних носіїв |
| title_short | Вплив показника заломлення матеріалу підкладки на глибину інформаційного рельєфу оптичних носіїв |
| title_sort | вплив показника заломлення матеріалу підкладки на глибину інформаційного рельєфу оптичних носіїв |
| topic | Фізичні основи, принципи та методи реєстрації даних |
| topic_facet | Фізичні основи, принципи та методи реєстрації даних |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/50365 |
| work_keys_str_mv | AT gorbovív vplivpokaznikazalomlennâmateríalupídkladkinaglibinuínformacíinogorelʹêfuoptičnihnosíív AT gorbovív vliâniepokazatelâprelomleniâmaterialapodložkinaglubinuinformacionnogorelʹefaoptičeskihnositelei AT gorbovív theinfluenceofrefractiveindexonopticalmediadatalayerreliefdepth |