b) Le support optique

Le stockage sur les disques optiques permet de mettre en mémoire les sons, les images et des données numériques.

 

Le premier disque optique fut inventé en 1982 par les sociétés Phillips et Sony, c’est le CD : Compact Disc. C’est celui-ci dont nous allons étudier la composition et le fonctionnement. Nous verrons ensuite les différents disques optiques.

         

1) Présentation du disque optique:

Le disque optique est un disque de 12cm de diamètre et d’environ 1,2mm d’épaisseur (l’épaisseur peut varier entre 1,1 et 1,5mm).

 

Les différentes parties d’un CD sont  les suivantes :

    • une couche en polymère pour obtenir une face supérieure imprimée.

    • une couche de laque acrylique anti UV(Ultra-Violet) créant un film protecteur pour les données.

    • une fine pellicule métallique (or 24 carat ou alliage d’argent) constituant la couche réfléchissante.

    • un substrat en matière plastique (polycarbonate).

Disue composition  Source

 Vue en coupe de la surface d'un disque optique

Les données sont gravées sur une piste en spirale longue de 5 km qui va du centre vers le bord du disque. Cela représente 22188 tours pour parcourir la totalité du disque.

Spirale 2  Source

  Face d'un disque optique

 

2) L’écriture de l’information :

          En optique, un disque métallique est capable d’emmagasiner de l’information sous forme de trous (appelés pit) et de parties planes (appelés land). Pour graver un disque, on crée les différentes alvéoles (land ou pit).

Alveoles 2  Source

  Schéma représentant les différentes alvéoles

 

Il existe pour cela 2 techniques, celle de la compression, et celle par laser. 

La technique par compression fut la première utilisée mais ne permet pas de modifier l’information présente sur le disque. Cette technologie est utilisée par les industriels pour  la création d’un grand nombre de disques. La première couche constituée du substrat en matière plastique est injectée dans un moule contenant le motif inverse des alvéoles voulant être obtenue. Les autres couches sont ensuite coulées par-dessus.

L’autre technique est celle où les alvéoles sont produites par un laser, il existe 2 types de disque obtenus par la technologie laser : les disques enregistrables (CD-R) et les disques réinscriptibles (CD-RW).

Dans le cas des disques enregistrables, le disque dispose d’une couche supplémentaire : un colorant (la cynanine, la pthalocyanine ou l’AZO). Cette couche est située entre le substrat et la couche métallique. Cette couche sera déformée par le laser qui a une puissance 10 fois supérieure à celle de la lecture. On dit aussi qu’elle sera brûlée (la température est d’environ 250°C). Certaines zones deviennent opaques et sont donc perçues comme des creux car elles réfléchissent moins la lumière. Après l’application des zones opaques celle-ci ne peuvent plus être modifiées.

Compsition 2  Source

  Vue en coupe de la surface d'un disque enregistrable

 

Dans l’autre cas, l’opacité n’est pas définitive, la zone photosensible est composée de polycristallin. Grâce à la différence de puissance et donc de température du laser certaines zones sont rendues opaques (température supérieure à 500°C) et d’autre peuvent redevenir transparente (température d’environ 200°C). Cela permet de modifier les informations contenues sur le disque. Cette opération peut être effectuée entre 1000 et 2000 fois.

Pour pouvoir graver les données à enregistrer, le graveur doit disposer de 3 informations vitales :

• d’un signal de guidage

• de l’adresse des emplacements où écrire les données

• d’un signal lui permettant d’ajuster la vitesse du disque

 

3) La lecture de l’information:

     Pour lire l’information sur un disque optique, il faut insérer celui-ci dans un lecteur de disque optique qui assure la rotation du disque. La lecture est ensuite effectuée par  un rayon laser. C’est pour cette raison que l’on parle de disque optique.

     Le laser est émis par une diode à une longueur d’onde de 780nm. Il franchit ensuite un miroir semi-réfléchissant et est dévié par un autre miroir pour se diriger vers le disque. C’est grâce au miroir que l’on peut lire l’ensemble des informations car celui-ci est posé sur un chariot.  Suite à cela, il passe dans une lentille convergente afin de réduire le diamètre de la tâche du laser également appelée tache d’Airy. Le rayon est ainsi focalisé. Le laser est ensuite réfléchi par la couche métallique. Grace aux miroirs, il se dirige vers un capteur optique qui évalue l’intensité du rayon et le transforme en un signal électrique.

Lecture 5  Source

  Schéma représentant l'utilisation du laser rouge lors de la lecture

 

Le laser n’est pas réfléchi de la même façon sur l’ensemble du disque grâce à la présence des alvéoles.

Le capteur évalue l’intensité du rayon et grâce au phénomène d’interférences celle-ci varie en fonction des alvéoles :

-L’interférence est dite constructive quand le spot du laser est sur un plat du disque car toute la largeur du spot parcourt la même distance.

-L’interférence est dite destructive quand le spot du laser passe sur un creux ou sur un plat du disque car il y a une différence d’intensité entre la partie du spot réfléchie à l’intérieur du creux et celle réfléchie à l’extérieur. (le spot est plus large qu’un creux)

Lecture 4Source

  Schéma des différentes interférences (destructives ou constructives)

 

Lorsque le rayon est réfléchi sur un plat ou un creux, cela donne un 0 en langage binaire (pas de modification de l’intensité du rayon). Et lorsque le rayon passe d’une zone plate à une zone creuse ou inversement cela donne un 1 binaire (modification de l’intensité du rayon).

 

4) L’évolution de l’optique dans les différents types de stockage

 

    Un CD permet d'écrire 600 à 700 MO de données pour 74 minutes de musique. Une heure et demie de vidéo numérique nécessite 6 à 7 fois plus de données soit 4 à 4.2 GO: c'est la capcité des DVD 1 face. 

    Un DVD permet donc d'écrire, à surface égale, 6 à 7 fois plus de données. Cela oblige donc de réduire la taille des pits. Par conséquent il est nécessaire de réduire la taille du spot tout en faisant en sorte qu'il soit capable de lire les informations très proche. Cette contrainte est résolue par le choix de lasers de longueurs d'ondes différentes( la longueur d’onde pour le DVD vaut λ = 650 nm tandis que la tête de lecture d’un CD émet des rayons laser d’une longueur d’onde λ = 780 nm), mais aussi par des systèmes de focalisation plus pointus.

 

     Pour le Blu-Ray, la capacité de stockage est encore augmantée ( 27 GO pour un disque avec une simple couche) avec des rayons laser d’une longueur d’onde de λ = 400 nm. Cette longueur d’onde correspond au bleu dans le domaine du visible, d’où le nom “Blu-Ray”.

 

 

 

Rayon 3 Schéma représentant l'évolution du stockage sur disque optique

Source

Date de dernière mise à jour : 26/02/2017