Методики розрахунку характеристик інформаційних і проміжних шарів багатошарового фотолюмінесцентного диска
Розглянуто можливість побудови структури інформаційного шару багатошарового фотолюмінесцентного носія на основі структур сучасних форматів оптичних дисків (CD, DVD, HD-DVD, Blu-ray). Розраховано оптимальні параметри такого носія і приводу зчитування даних з нього: лінійні розміри пітів, товщину пром...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Реєстрація, зберігання і обробка даних |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Інститут проблем реєстрації інформації НАН України
2010
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/50432 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Методики розрахунку характеристик інформаційних і проміжних шарів багатошарового фотолюмінесцентного диска / Є.В. Беляк // Реєстрація, зберігання і обробка даних. — 2010. — Т. 12, № 1. — С. 23-29. — Бібліогр.: 3 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859991558311378944 |
|---|---|
| author | Беляк, Є.В. |
| author_facet | Беляк, Є.В. |
| citation_txt | Методики розрахунку характеристик інформаційних і проміжних шарів багатошарового фотолюмінесцентного диска / Є.В. Беляк // Реєстрація, зберігання і обробка даних. — 2010. — Т. 12, № 1. — С. 23-29. — Бібліогр.: 3 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Реєстрація, зберігання і обробка даних |
| description | Розглянуто можливість побудови структури інформаційного шару багатошарового фотолюмінесцентного носія на основі структур сучасних форматів оптичних дисків (CD, DVD, HD-DVD, Blu-ray). Розраховано оптимальні параметри такого носія і приводу зчитування даних з нього: лінійні розміри пітів, товщину проміжного шару, радіуси і загальну площу периферійних зон. Проаналізовано переваги і недоліки моделі та подальші перспективи розвитку багатошарового оптичного запису.
Рассмотрена возможность построения структуры информационного слоя многослойного фотолюминесцентного носителя на основе структур современных форматов оптических дисков (CD, DVD, HD-DVD, Blu-ray). Рассчитаны оптимальные параметры такого носителя и привода считывания с него данных: линейные размеры питов, толщину промежуточного слоя, радиусы и общую площадь периферийных зон. Проанализированы преимущества и недостатки модели и дальнейшие перспективы развития оптической записи.
Possibility of constructing fluorescent multilayer media information layer structure based on the structure of modern optical discs (CD, DVD, HD-DVD, Blu-ray) is considered. Optimal parameters of the media and media drive (linear dimensions of pits, intermediate layer thickness, radii and total area of the fringe regions) are calculated. Advantages and disadvantages of the model, and optical recording further prospects are analyzed.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:32:23Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2010, Т. 12, № 1 23
УДК 004.085
Є. В. Беляк
Інститут проблем реєстрації інформації НАН України
вул. М. Шпака, 2, 03113 Київ, Україна
Методики розрахунку характеристик інформаційних
і проміжних шарів багатошарового
фотолюмінесцентного диска
Розглянуто можливість побудови структури інформаційного шару
багатошарового фотолюмінесцентного носія на основі структур су-
часних форматів оптичних дисків (CD, DVD, HD-DVD, Blu-ray). Роз-
раховано оптимальні параметри такого носія і приводу зчитування
даних з нього: лінійні розміри пітів, товщину проміжного шару, радіу-
си і загальну площу периферійних зон. Проаналізовано переваги і недо-
ліки моделі та подальші перспективи розвитку багатошарового опти-
чного запису.
Ключові слова: CD, DVD, HD-DVD, Blu-ray, багатошаровий фотолю-
мінесцентний диск, інформаційний шар, апертура лінзи об’єктива.
Вступ
Основною перевагою багатошарового фотолюмінесцентного (ФЛ) запису да-
них, як однієї з найбільш перспективних галузей об’ємного оптичного запису є те,
що загальна інформаційна ємність багатошарового ФЛ-диска (FMD) являє собою
добуток ємності окремого інформаційного шару та кількості шарів, і, таким чи-
ном, у загальному випадку може розглядатись як значно більша за ту, що демон-
струють сучасні одно- та двошарові оптичні диски. Але при цьому розробники
FMD-носіїв, приділяючи увагу методам збільшення кількості шарів за умов при-
йнятного співвідношення сигнал-шум (SNR), зазвичай нехтують першим множ-
ником, у той час, як в області збільшення поверхневої щільності оптичного запису
існує велика кількість ефективних технічних рішень, вибір котрих неодмінно
впливатиме на ті параметри носія, що пов’язані з організацією його структури в
об’ємі.
У даній роботі запропоновано розглянути 20-шаровий FMD-носій зі структу-
рою інформаційного шару близькою до структури оптичних дисків CD, DVD, HD-
DVD та Blu-ray (BD). Відмінність полягає в тому, що інформація в даному випад-
ку кодується лише проміжками між інформаційними елементами, що являють со-
бою циліндричні заглиблення, глибина котрих у кілька разів перевищує радіус, за-
© Є. В. Беляк
Є. В. Беляк
24
повнені ФЛ-матеріалом (рис. 1). Як було показано в [1] дана організація багато-
шарового диска є оптимальною, як з точки зору великої інформаційної ємності
носія, так і з точки зору надійного відтворення сигналу зчитування.
а) б)
Рис. 1. Форма піта компакт-диска (а) та FMD-носія (б) з CD-подібною структурою
Слід зауважити, що кожен із форматів оптичних дисків, що розглядаються в
представленій роботі, має свої переваги та недоліки. Так FMD-носії на основі фо-
рмату CD є найбільш надійними, але загальна інформаційна ємність такого носія
буде надто низькою (14 ГБ), і даний диск можна буде розглядати лише як деше-
вий аналог сучасних одношарових BD-носіїв (див. таблицю). FMD-носії зі струк-
турою подібною до структури DVD, утримують 90 ГБ і вже можуть розглядатись
як перспективні носії архівного збереження даних. Найкраще співвідношення ін-
формаційної ємності та значення SNR згідно розрахунків демонструють диски, в
яких поєднано формати FMD та HD-DVD, але формат HD-DVD, нажаль, було ви-
тіснено форматом BD, більш перспективним з точки зору методик поверхневого
оптичного запису.
Ємність FMD-носія залежно від структури окремого інформаційного шару
20-шаровий FMD-носій зі структурою інформаційного шару, близькою до
структури відбивального оптичного диска формату
CD DVD HD-DVD BD
Інформаційна
ємність
14 ГБ 90 ГБ 300 ГБ 500 ГБ
Методики розрахунку характеристик інформаційних
і проміжних шарів багатошарового фотолюмінесцентного диска
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2010, Т. 12, № 1 25
Виділення корисного сигналу при зчитуванні
даних з FMD-носія
Структура FMD-носія подібна до структури звичайного двошарового оптич-
ного диска, її основними компонентами є підкладка та N інформаційних шарів,
розділених (N – 1) проміжними шарами. Паразитний сигнал виникає внаслідок
того, що при ФЛ-зчитуванні опромінюються та дають ФЛ-відгук усі шари, а не
тільки той, на якому сфокусовано лазерний промінь. Але якщо товщина проміж-
них шарів є достатньо великою, то навіть на сусідніх інформаційних шарах опро-
мінюються значні за розміром області, в яких розміщується велика кількість пітів,
а інтенсивність сигналу від такого шару по відношенню до сигналу, що зчитуєть-
ся, складатиме в середньому той відсоток, який займають піти на поверхні шару
по відношенню до загальної площі, яку можна обчислити за формулою
pwk p :
2
1
, (1,а)
де w — ширина піта; p — шаг доріжки. А для структури, в якій довжина пітів є
мінімальною, даний вираз матиме вигляд:
min
max min
:p
l
k w p
l l
, (1,б)
де lmin та lmax — мінімальне та максимальне можливе значення довжини піта, від-
повідно.
Було запропоновано вирішити зазначену проблему шляхом створення умов,
за яких інтенсивність паразитного сигналу є фіксованою величиною, що надасть
змогу виділення корисного сигналу за допомогою електричної схеми на виході
системи фотооптичних датчиків, що реєструють ФЛ-сигнал. Основою схеми є ви-
ділення корисного сигналу, як за тією ознакою, що він на відміну від сумарного
паразитного є змінним, так і за допомогою відомих даних за рівнем сумарного па-
разитного сигналу.
Паразитний сигнал від шарів FMD-носія, що опромінюються розфокусованим
світлом променя зчитування, буде стабільним у тому випадку, коли на кожному
шарі, крім шару зчитування, кількість пітів у зоні опромінення na буде достатньо
великою. За умов низького поглинання пітів коливання паразитного сигналу ΔIa
по відношенню до корисного сигналу I0 можна наближено розрахувати, врахува-
вши співвідношення площі сфокусованої лазерної плями на шарі зчитування S до
площі сфокусованої лазерної плями на сусідньому шарі Sn. Для N шарів це зна-
чення складатиме
10
N
pa
n a n
k SI
I n S
. (2)
Є. В. Беляк
26
S розраховується відповідно до дифракційної межі оптичного запису, в той час як
Sn залежить від товщини проміжного шару та кута, під яким промінь фокусується
(α) і заломлюється (β) у середовищі диска (рис. 2):
2 tg( )n iS nd S . (3)
Рис. 2. Розрахунок паразитного сигналу по відношенню до товщини проміжного шару FMD-носія
Таким чином, враховуючи характеристики кожного з наведених форматів оп-
тичного запису, як то лінійні розміри пітів, шаг доріжки, апертуру лінзи об’єктива
[2] та коефіцієнт заломлення матеріалу носія, можна отримати значення мінімаль-
ної товщини проміжного шару, при якій інформація надійно відтворюється з но-
сія.
Розрахунок загальної площі периферійних зон FMD-носія
При зчитуванні інформації з області, що розташована біля зовнішньої або
внутрішньої межі зони запису інформаційного шару, область, опромінена розфо-
кусованим лазерним світлом, на шарах, що не є шарами зчитування, буде частко-
во виходити за межі зони запису. Це призведе до зменшення інтенсивності пара-
зитного сигналу, який при цьому перестане бути стабільним. Було запропоновано
створити на кожному інформаційному шарі внутрішню та зовнішню периферійні
зони. У таких зонах мають бути сформовані доріжки, подібні до інформаційних,
які однак не нестимуть корисної інформації, а лише даватимуть ФЛ-сигнал, який
дорівнює за значенням сигналу зчитування інформаційної області шару. Розгля-
немо випадок, коли інформація зчитується з крайньої зовнішньої доріжки першо-
го інформаційного шару двадцятишарового FMD-носія, при цьому пляма лазерно-
го світла на останньому інформаційному шарі є найбільшою. Мінімальна ширина
Методики розрахунку характеристик інформаційних
і проміжних шарів багатошарового фотолюмінесцентного диска
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2010, Т. 12, № 1 27
периферійної зони min
pzL обраховується як різниця радіусів зон опромінення цих
двох шарів (рис. 3). Відстань між першим та останнім шарами дорівнює
( 2) ( 1)f ih n d n d , (4)
де di — товщина проміжного шару, df — інформаційного. Мінімальна ширина пе-
риферійної зони
min tg( )pzL R r h r . (5)
Загальна площа, яку будуть займати периферійні зони:
min min2
2 2 2
0 0) ( ( )pz i pz i pzS p R L pR pR p R L , (6)
де Ri та R0 — внутрішній та зовнішній радіуси зони запису. Загальна площа зони
запису становить
2 2
0rz iS pR pR , (7)
а отже площа периферійних зон займає лише незначний відсоток зони запису, і
їхня наявність не вносить значних обмежень у загальну інформаційну ємність
FMD-носія.
Рис. 3. Обчислення радіуса периферійної зони FMD-носія
Є. В. Беляк
28
Але слід зауважити, що застосування високоапертурних системи (наприклад,
приводу BD), надаючи змогу збільшити кількість інформаційних шарів, шляхом
зменшення мінімальної товщини проміжного шару (2), (3), змушує водночас по-
ступитися у ємності окремого інформаційного шару через створення більших пе-
риферійних зон.
Пошук оптимальної форми піта FMD-носія
Глибина піта відбивального оптичного диска є фіксованою величиною і за-
лежить від довжини хвилі оптичної системи зчитування. Але у випадку ФЛ-носіїв
даним параметром можна варіювати з метою отримати максимальне значення си-
гналу ФЛ-відгуку, що є важливим для надійного відтворення даних. Таким чином,
пропонується не тільки змінити форму піта, але й співвідношення його лінійних
розмірів.
У роботі [3] було розглянуто математичну модель фокусування лазерного
променя в однорідному середовищі FMD-носія, що полягає у створенні тривимір-
ної інтерференційної картини і дозволяє зробити висновки щодо оптимальної фо-
рми піта за розподілом інтенсивності сфокусованого світла. Запропонована мето-
дика була використана з урахуванням параметрів оптичних систем відбивальних
оптичних дисків, що дозволило отримати результати, показані на рис. 4.
Рис. 4. Оптимальна форма та лінійні розміри піта FMD-носія
Характерним результатом, який було передбачено від початку побудови мо-
делі, є той факт, що співвідношення висоти h та діаметра w піта зменшується при
переході до приводів з великим значенням чисельної апертури. Це дає можливість
значного збільшення кількості інформаційних шарів, а таким чином і загальної
Методики розрахунку характеристик інформаційних
і проміжних шарів багатошарового фотолюмінесцентного диска
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2010, Т. 12, № 1 29
інформаційної ємності диска. З іншого боку, відповідно до значень чисельної апе-
ртури та довжини хвилі променя зчитування CD-приводу пропорції оптимального
піта, згідно з якими співвідношення w/h > 3, що важко реалізувати на технологіч-
ному рівні.
Висновки
1. Отримано залежність між товщиною проміжного шару та змінним парази-
тним сигналом, що не може бути виділено в процесі відтворення даних для бага-
тошарового фотолюмінесцентного диска. Зазначено переваги високоапертурних
оптичних приводів.
2. Визначено алгоритм розрахунку площі периферійних зон інформаційних
шарів багатошарового фотолюмінесцентного диска залежно від оптичної системи
зчитування та структури носія.
3. За допомогою математичної моделі було визначено оптимальні значення
лінійних розмірів і форми піта багатошарового фотолюмінесцентного диска зі
структурою розміщення даних, подібною до CD, DVD, HD-DVD та Blu-ray.
1. Надщільний оптичний запис інформації / В.В. Петров, А.А.Крючин, С.М. Шанойло, В.Г.
Кравець [та ін.]: Відп. ред. О.Г. Додонов — НАН України, Ін-т проблем реєстрації інформації. —
К., 2009. — 282 с.
2. Данилов В.В. Перспективи збільшення поверхневої щільності оптичного запису/ В.В. Да-
нилов, Беляк Є.В. // Вісник Донецького університету. — 2008. — Т. 1. — С. 241–247.
3. Беляк Є.В. Математичне моделювання процесу зчитування даних з багатошарового фото-
люмінесцентного носія інформації / Є.В. Беляк // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2009. —
Т. 11, № 4. — С. 3–9.
Надійшла до редакції 09.03.2010
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-50432 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1560-9189 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:32:23Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут проблем реєстрації інформації НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Беляк, Є.В. 2013-10-20T19:05:23Z 2013-10-20T19:05:23Z 2010 Методики розрахунку характеристик інформаційних і проміжних шарів багатошарового фотолюмінесцентного диска / Є.В. Беляк // Реєстрація, зберігання і обробка даних. — 2010. — Т. 12, № 1. — С. 23-29. — Бібліогр.: 3 назв. — укр. 1560-9189 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/50432 004.085 Розглянуто можливість побудови структури інформаційного шару багатошарового фотолюмінесцентного носія на основі структур сучасних форматів оптичних дисків (CD, DVD, HD-DVD, Blu-ray). Розраховано оптимальні параметри такого носія і приводу зчитування даних з нього: лінійні розміри пітів, товщину проміжного шару, радіуси і загальну площу периферійних зон. Проаналізовано переваги і недоліки моделі та подальші перспективи розвитку багатошарового оптичного запису. Рассмотрена возможность построения структуры информационного слоя многослойного фотолюминесцентного носителя на основе структур современных форматов оптических дисков (CD, DVD, HD-DVD, Blu-ray). Рассчитаны оптимальные параметры такого носителя и привода считывания с него данных: линейные размеры питов, толщину промежуточного слоя, радиусы и общую площадь периферийных зон. Проанализированы преимущества и недостатки модели и дальнейшие перспективы развития оптической записи. Possibility of constructing fluorescent multilayer media information layer structure based on the structure of modern optical discs (CD, DVD, HD-DVD, Blu-ray) is considered. Optimal parameters of the media and media drive (linear dimensions of pits, intermediate layer thickness, radii and total area of the fringe regions) are calculated. Advantages and disadvantages of the model, and optical recording further prospects are analyzed. uk Інститут проблем реєстрації інформації НАН України Реєстрація, зберігання і обробка даних Математичні методи обробки даних Методики розрахунку характеристик інформаційних і проміжних шарів багатошарового фотолюмінесцентного диска Методики расчета характеристик информационных и промежуточных слоев многослойного фотолюминесцентного диска Parameters Calculation Methods of Fluorescent Multilayer Disc Recording and Intermediate Layers Article published earlier |
| spellingShingle | Методики розрахунку характеристик інформаційних і проміжних шарів багатошарового фотолюмінесцентного диска Беляк, Є.В. Математичні методи обробки даних |
| title | Методики розрахунку характеристик інформаційних і проміжних шарів багатошарового фотолюмінесцентного диска |
| title_alt | Методики расчета характеристик информационных и промежуточных слоев многослойного фотолюминесцентного диска Parameters Calculation Methods of Fluorescent Multilayer Disc Recording and Intermediate Layers |
| title_full | Методики розрахунку характеристик інформаційних і проміжних шарів багатошарового фотолюмінесцентного диска |
| title_fullStr | Методики розрахунку характеристик інформаційних і проміжних шарів багатошарового фотолюмінесцентного диска |
| title_full_unstemmed | Методики розрахунку характеристик інформаційних і проміжних шарів багатошарового фотолюмінесцентного диска |
| title_short | Методики розрахунку характеристик інформаційних і проміжних шарів багатошарового фотолюмінесцентного диска |
| title_sort | методики розрахунку характеристик інформаційних і проміжних шарів багатошарового фотолюмінесцентного диска |
| topic | Математичні методи обробки даних |
| topic_facet | Математичні методи обробки даних |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/50432 |
| work_keys_str_mv | AT belâkêv metodikirozrahunkuharakteristikínformacíinihípromížnihšarívbagatošarovogofotolûmínescentnogodiska AT belâkêv metodikirasčetaharakteristikinformacionnyhipromežutočnyhsloevmnogosloinogofotolûminescentnogodiska AT belâkêv parameterscalculationmethodsoffluorescentmultilayerdiscrecordingandintermediatelayers |