Disco óptico
Disco plano, generalmente circular, que codifica datos binarios.
La superficie inferior de un disco compacto ( CD-R ) de 12 cm, que muestra una iridiscencia característica .
La lente óptica de una unidad de disco compacto .
LaserCard fabricada por Drexler Technology Corporation.
Tipos de memoria de computadora y almacenamiento de datos
General
Volatile
RAM
Historical
Non-volatile
ROM
NVRAM
Early-stage NVRAM
Analog recording
Optical
In development
Historical
Optical discs
General
Optical media types
Standards
See also

Un disco óptico es un objeto plano, generalmente [nota 1] en forma de disco, que almacena información en forma de variaciones físicas en su superficie que pueden leerse con la ayuda de un haz de luz. Los discos ópticos pueden ser reflectantes, donde la fuente de luz y el detector están en el mismo lado del disco, o transmisivos, donde la luz brilla a través del disco para ser detectada en el otro lado.

Los discos ópticos pueden almacenar información analógica (por ejemplo, Laserdisc ), información digital (por ejemplo, DVD ) o almacenar ambas en el mismo disco (por ejemplo, CD de vídeo ).

Sus principales usos son la distribución de medios y datos y el archivo a largo plazo .

Diseño y tecnología

El material de codificación se encuentra sobre un sustrato más grueso (normalmente policarbonato ) que constituye la mayor parte del disco y forma una capa de desenfoque del polvo. El patrón de codificación sigue una trayectoria espiral continua que cubre toda la superficie del disco y se extiende desde la pista más interna hasta la más externa.

Los datos se almacenan en el disco con un láser o una máquina de estampación , y se puede acceder a ellos cuando la ruta de datos se ilumina con un diodo láser en una unidad de disco óptico que hace girar el disco a velocidades de aproximadamente 200 a 4000 RPM o más, dependiendo del tipo de unidad, el formato del disco y la distancia del cabezal de lectura desde el centro del disco (las pistas externas se leen a una mayor velocidad de datos debido a velocidades lineales más altas a las mismas velocidades angulares ).

La mayoría de los discos ópticos presentan una iridiscencia característica como resultado de la rejilla de difracción formada por sus ranuras. [1] [2] Este lado del disco contiene los datos reales y normalmente está recubierto con un material transparente, generalmente laca .

El reverso de un disco óptico suele tener una etiqueta impresa, a veces hecha de papel, pero a menudo impresa o estampada en el propio disco. A diferencia del disquete de 3 1 ⁄ 2 pulgadas , la mayoría de los discos ópticos no tienen una carcasa protectora integrada y, por lo tanto, son susceptibles a problemas de transferencia de datos debido a rayones, huellas dactilares y otros problemas ambientales. Los Blu-ray tienen un revestimiento llamado durabis que mitiga estos problemas.

Los discos ópticos suelen tener un diámetro de entre 7,6 y 30 cm (3,0 y 11,8 pulgadas), siendo 12 cm (4,7 pulgadas) el tamaño más común. La denominada área de programa que contiene los datos suele empezar a 25 milímetros del punto central. [3] Un disco típico tiene un grosor de aproximadamente 1,2 mm (0,047 pulgadas), mientras que el paso de pista (distancia desde el centro de una pista al centro de la siguiente) varía de 1,6 μm (para CD) a 320 nm (para discos Blu-ray ).

Tipos de grabación

Un disco óptico está diseñado para admitir uno de tres tipos de grabación: de solo lectura (p. ej.: CD y CD-ROM ), grabable (de una sola escritura, p. ej., CD-R ) o regrabable (regrabable, p. ej., CD-RW ). Los discos ópticos de una sola escritura suelen tener una capa de grabación con un tinte orgánico (también puede ser un tinte azo ( ftalocianina ) , utilizado principalmente por Verbatim , o un tinte oxonol, utilizado por Fujifilm [4] ) entre el sustrato y la capa reflectante. Los discos regrabables suelen contener una capa de grabación de aleación compuesta por un material de cambio de fase , con mayor frecuencia AgInSbTe , una aleación de plata , indio , antimonio y telurio . [5] Los colorantes azoicos se introdujeron en 1996 y la ftalocianina recién comenzó a usarse ampliamente en 2002. El tipo de colorante y el material utilizado en la capa reflectante de un disco óptico se pueden determinar haciendo brillar una luz a través del disco, ya que diferentes combinaciones de colorantes y materiales tienen diferentes colores.

Los discos Blu-ray grabables no suelen utilizar una capa de grabación con tinte orgánico, sino una capa de grabación inorgánica. Los que sí lo hacen se conocen como discos de baja a alta calidad (LTH) y se pueden fabricar en las líneas de producción de CD y DVD existentes, pero son de menor calidad que los discos Blu-ray grabables tradicionales.

Sistemas de archivos

Los sistemas de archivos creados específicamente para discos ópticos son ISO9660 y el Formato de Disco Universal (UDF).

La extensión ISO9660 se puede ampliar con la extensión "Joliet" para almacenar nombres de archivo más largos que la ISO9660 independiente. La extensión "Rock Ridge" puede almacenar nombres de archivo aún más largos y permisos de archivo de estilo Unix/Linux, pero no es reconocida por Windows ni por reproductores de DVD y dispositivos similares que pueden leer discos de datos.

Para lograr compatibilidad entre plataformas , varios sistemas de archivos pueden coexistir en un disco y hacer referencia a los mismos archivos. [6] [7]

Uso

Los discos ópticos suelen almacenarse en estuches especiales, a veces llamados estuches de joya, y se utilizan con mayor frecuencia para la conservación digital , el almacenamiento de música (por ejemplo, para su uso en un reproductor de CD ), vídeo (por ejemplo, para su uso en un reproductor de Blu-ray ) o datos y programas para ordenadores personales (PC), así como para la distribución de datos en papel sin conexión debido a que los precios por unidad son más bajos que otros tipos de medios. La Asociación de Tecnología de Almacenamiento Óptico (OSTA) promovió formatos de almacenamiento óptico estandarizados.

Las bibliotecas y los archivos implementan procedimientos de preservación de medios ópticos para garantizar su uso continuo en la unidad de disco óptico de la computadora o en el reproductor de discos correspondiente.

Las operaciones de archivos de dispositivos de almacenamiento masivo tradicionales, como unidades flash , tarjetas de memoria y discos duros, se pueden simular utilizando un sistema de archivos en vivo UDF .

Para la copia de seguridad de datos informáticos y la transferencia física de datos, los discos ópticos como CD y DVD están siendo reemplazados gradualmente por dispositivos de estado sólido más rápidos y más pequeños, especialmente la unidad flash USB . [8] [ cita requerida ] Se espera que esta tendencia continúe a medida que las unidades flash USB sigan aumentando en capacidad y bajando de precio. [ cita requerida ]

Además, la música, las películas, los juegos, el software y los programas de televisión comprados, compartidos o transmitidos por Internet han reducido significativamente la cantidad de CD de audio, DVD de video y discos Blu-ray vendidos anualmente. Sin embargo, los CD de audio y los Blu-ray aún son los preferidos y comprados por algunos, como una forma de apoyar sus obras favoritas mientras obtienen algo tangible a cambio y también porque los CD de audio (junto con los discos de vinilo y las cintas de casete ) contienen audio sin comprimir sin los artefactos introducidos por algoritmos de compresión con pérdida como MP3 , y los Blu-ray ofrecen una mejor calidad de imagen y sonido que los medios de transmisión, sin artefactos de compresión visibles, debido a tasas de bits más altas y más espacio de almacenamiento disponible. [9] Sin embargo, los Blu-ray a veces se pueden descargar a través de Internet, pero la descarga de torrents puede no ser una opción para algunos, debido a las restricciones impuestas por los ISP por motivos legales o de derechos de autor, bajas velocidades de descarga o no tener suficiente espacio de almacenamiento disponible, ya que el contenido puede pesar hasta varias docenas de gigabytes. Los Blu-ray pueden ser la única opción para aquellos que buscan jugar juegos grandes sin tener que descargarlos a través de una conexión a Internet poco confiable o lenta, razón por la cual todavía son ampliamente utilizados (a partir de 2020) por las consolas de juegos, como PlayStation 4 y Xbox One X. A partir de 2020, es inusual que los juegos de PC estén disponibles en un formato físico como Blu-ray.

Los discos no deben tener ninguna etiqueta adhesiva y no deben almacenarse junto con papel; los papeles deben sacarse de la caja antes de guardarlos. Los discos deben manipularse por los bordes para evitar rayarlos, con el pulgar en el borde interior del disco. La norma ISO 18938:2014 trata sobre las mejores técnicas de manipulación de discos ópticos. La limpieza de discos ópticos nunca debe realizarse en un patrón circular, para evitar que se formen círculos concéntricos en el disco. Una limpieza inadecuada puede rayar el disco. Los discos grabables no deben exponerse a la luz durante períodos prolongados de tiempo. Los discos ópticos deben almacenarse en condiciones secas y frescas para aumentar la longevidad, con temperaturas entre -10 y 23 °C, nunca superiores a 32 °C, y con una humedad que nunca baje del 10%, con un almacenamiento recomendado entre el 20 y el 50% de humedad sin fluctuaciones de más de ±10%. [10]

Durabilidad

Los discos ópticos no son vulnerables al agua.

Aunque los discos ópticos son más duraderos que los formatos anteriores de almacenamiento de datos y audiovisuales, son susceptibles a daños ambientales y por el uso diario si se manipulan de forma inadecuada.

Los discos ópticos no son propensos a fallas catastróficas incontrolables, como choques de cabezales , subidas de tensión o exposición al agua, como las unidades de disco duro y el almacenamiento flash , ya que los controladores de almacenamiento de las unidades ópticas no están vinculados a los discos ópticos en sí, como ocurre con las unidades de disco duro y los controladores de memoria flash , y un disco generalmente se puede recuperar de una unidad óptica defectuosa introduciendo una aguja sin punta en el orificio de expulsión de emergencia, y no tiene ningún punto de ingreso inmediato de agua ni circuitos integrados.

Seguridad

Como el acceso al medio en sí solo se realiza a través de un rayo láser y no tiene circuitos de control internos, no puede contener hardware malicioso de la misma manera que los llamados patitos de goma o asesinos USB . Sin embargo, como los discos ópticos pueden contener datos maliciosos, son capaces de contener y difundir malware , como sucedió en el caso del escándalo del rootkit de protección de copia de Sony BMG . [11]

Muchos tipos de discos ópticos se consideran dispositivos de almacenamiento del tipo " escritura única, lectura múltiple " y, por lo tanto, no serían eficaces para propagar gusanos informáticos diseñados para propagarse a través de medios ópticos. Sin embargo, las tecnologías de discos regrabables (como CD-RW ) sí pueden propagar este tipo de malware. [12]

Historia

Un disco óptico analógico anterior grabado en 1935 para Lichttonorgel  [de] (órgano de muestreo)
Lichttonorgel y sistema de disco óptico

El primer uso histórico registrado de un disco óptico fue en 1884 cuando Alexander Graham Bell , Chichester Bell y Charles Sumner Tainter grabaron sonido en un disco de vidrio utilizando un rayo de luz. [13]

La optofonía es un ejemplo muy temprano (1931) de un dispositivo de grabación que utiliza luz para grabar y reproducir señales de sonido en una fotografía transparente. [14]

 Un sistema de disco óptico analógico temprano existía en 1935, utilizado en el órgano de muestreo Lichttonorgel [de] de Welte . [15]

Un disco óptico analógico temprano utilizado para grabación de vídeo fue inventado por David Paul Gregg en 1958 [16] y patentado en los EE. UU. en 1961 y 1969. Esta forma de disco óptico fue una forma muy temprana del DVD ( patente estadounidense 3.430.966 ). Es de especial interés que la patente estadounidense 4.893.297 , presentada en 1989, emitida en 1990, generó ingresos por regalías para DVA de Pioneer Corporation hasta 2007, que en ese momento abarcaba los sistemas de CD, DVD y Blu-ray. A principios de la década de 1960, la Music Corporation of America compró las patentes de Gregg y su empresa, Gauss Electrophysics.

Al inventor estadounidense James T. Russell se le atribuye la invención del primer sistema para grabar una señal digital en una lámina óptica transparente que se ilumina desde atrás con una lámpara halógena de alta potencia. La solicitud de patente de Russell se presentó por primera vez en 1966 y se le concedió la patente en 1970. Después de un litigio, Sony y Philips obtuvieron la licencia de las patentes de Russell (que entonces estaban en manos de una empresa canadiense, Optical Recording Corp.) en la década de 1980. [17] [18] [19]

Tanto el disco de Gregg como el de Russell son medios flexibles de lectura en modo transparente, lo que impone serios inconvenientes, después de esto se desarrollaron cuatro generaciones de unidad óptica que incluyen Laserdisc (1969), WORM (1979), Compact Discs (1984), DVD (1995), Blu-ray (2005), HD-DVD (2006), actualmente hay más formatos en desarrollo.

Primera generación

Desde el principio, los discos ópticos se utilizaron para almacenar vídeo analógico con calidad de transmisión y, más tarde, medios digitales como música o software informático. El formato LaserDisc almacenaba señales de vídeo analógicas para la distribución de vídeo doméstico , pero perdió terreno comercial frente al formato de videocasete VHS , debido principalmente a su alto coste y a la imposibilidad de regrabar; otros formatos de disco de primera generación se diseñaron únicamente para almacenar datos digitales y, en un principio, no se podían utilizar como medio de vídeo digital .

La mayoría de los dispositivos de disco de primera generación tenían un cabezal de lectura láser infrarrojo. El tamaño mínimo del punto láser es proporcional a la longitud de onda del láser, por lo que la longitud de onda es un factor limitante de la cantidad de información que se puede almacenar en un área física determinada del disco. El rango infrarrojo está más allá del extremo de longitud de onda larga del espectro de luz visible, por lo que admite una menor densidad que la luz visible de longitud de onda más corta. Un ejemplo de capacidad de almacenamiento de datos de alta densidad, lograda con un láser infrarrojo, es de 700 MB de datos de usuario netos para un disco compacto de 12 cm.

Otros factores que afectan la densidad de almacenamiento de datos incluyen: la existencia de múltiples capas de datos en el disco, el método de rotación ( velocidad lineal constante (CLV), velocidad angular constante (CAV) o CAV zonificada), la composición de tierras y hoyos, y cuánto margen no se utiliza en el centro y el borde del disco.

Tipos de discos ópticos:

Disco láser

En los Países Bajos , en 1969, el físico investigador de Philips , Pieter Kramer, inventó un videodisco óptico en modo reflexivo con una capa protectora leído por un rayo láser enfocado. Patente estadounidense 5.068.846 , presentada en 1972, emitida en 1991. El formato físico de Kramer se utiliza en todos los discos ópticos.

En 1975, Philips y MCA empezaron a trabajar juntas y en 1978, demasiado tarde desde el punto de vista comercial, presentaron en Atlanta su tan esperado Laserdisc . MCA suministró los discos y Philips los reproductores. Sin embargo, la presentación fue un fracaso comercial y la colaboración terminó.

En Japón y Estados Unidos, Pioneer triunfó con el Laserdisc hasta la llegada del DVD. En 1979, Philips y Sony , en consorcio, desarrollaron con éxito el CD de audio .

Unidad de gusano

En 1979, Exxon STAR Systems en Pasadena, California, construyó una unidad WORM controlada por computadora que utilizaba capas de película delgada de telurio y selenio en un disco de vidrio de 12" de diámetro. El sistema de grabación utilizaba luz azul a 457 nm para grabar y luz roja a 632,8 nm para leer. STAR Systems fue comprada por Storage Technology Corporation (STC) en 1981 y se trasladó a Boulder, Colorado. El desarrollo de la tecnología WORM continuó utilizando sustratos de aluminio de 14" de diámetro. Las pruebas beta de las unidades de disco, originalmente etiquetadas como Laser Storage Drive 2000 (LSD-2000), tuvieron un éxito moderado. Muchos de los discos se enviaron a RCA Laboratories (ahora David Sarnoff Research Center) para ser utilizados en los esfuerzos de archivo de la Biblioteca del Congreso. Los discos STC utilizaban un cartucho sellado con una ventana óptica para su protección ( patente estadounidense 4.542.495) .

CD-ROM

El formato CD-ROM fue desarrollado por Sony y Philips , introducido en 1984 como una extensión del Compact Disc Digital Audio y adaptado para almacenar cualquier forma de datos digitales. El mismo año, Sony presentó un formato de almacenamiento de datos LaserDisc , con una capacidad de datos mayor de 3,28 GB. [20]

A finales de los años 1980 y principios de los años 1990, Optex, Inc. de Rockville, Maryland, construyó un sistema de disco de vídeo digital óptico borrable ( patente estadounidense 5.113.387 ) utilizando medios ópticos de captura de electrones (ETOM) ( patente estadounidense 5.128.849) . Aunque esta tecnología se describió en la edición de diciembre de 1994 de la revista Video Pro Magazine prometiendo "la muerte de la cinta", nunca se comercializó.

Los discos magnéticos tenían aplicaciones limitadas para almacenar grandes cantidades de datos, por lo que era necesario encontrar más técnicas de almacenamiento de datos. Como resultado, se descubrió que, mediante el uso de medios ópticos, se podían fabricar dispositivos de almacenamiento de datos de gran tamaño, lo que a su vez dio origen a los discos ópticos. La primera aplicación de este tipo fue el disco compacto (CD), que se utilizó en sistemas de audio.

A mediados de los años 1980, Sony y Philips desarrollaron la primera generación de CD con las especificaciones completas para estos dispositivos. Con la ayuda de este tipo de tecnología se aprovechó al máximo la posibilidad de representar la señal analógica en señal digital. Para ello, se tomaron muestras de 16 bits de la señal analógica a una velocidad de 44.100 muestras por segundo . Esta velocidad de muestreo se basaba en la frecuencia de Nyquist de 40.000 muestras por segundo necesaria para capturar el rango de frecuencia audible hasta 20 kHz sin aliasing, con una tolerancia adicional para permitir el uso de prefiltros de audio analógicos menos que perfectos para eliminar las frecuencias más altas. [21] La primera versión del estándar permitía hasta 74 minutos de música o 650 MB de almacenamiento de datos.

Segunda generación

Los discos ópticos de segunda generación se utilizaron para almacenar grandes cantidades de datos, incluidos videos digitales con calidad de transmisión. Estos discos generalmente se leen con un láser de luz visible (generalmente rojo); la longitud de onda más corta y la mayor apertura numérica [22] permiten un haz de luz más estrecho, lo que permite que se formen hoyos y surcos más pequeños en el disco. En el formato DVD, esto permite un almacenamiento de 4,7 GB en un disco estándar de una sola cara y una sola capa de 12 cm; como alternativa, los medios más pequeños, como el formato DataPlay , pueden tener una capacidad comparable a la del disco compacto estándar de 12 cm de mayor tamaño. [23]

DVD-ROM

En 1995, un consorcio de fabricantes (Sony, Philips, Toshiba , Panasonic ) desarrolló la segunda generación del disco óptico, el DVD . [24] El disco DVD apareció después de que el CD-ROM se hubiera generalizado en la sociedad.

Tercera generación

Los discos ópticos de tercera generación se utilizan para distribuir vídeo y videojuegos de alta definición y admiten mayores capacidades de almacenamiento de datos, logradas con láseres de luz visible de longitud de onda corta y mayores aperturas numéricas. Los discos Blu-ray y HD DVD utilizan láseres azul-violeta y ópticas de enfoque de mayor apertura, para su uso con discos con hoyos y zonas más pequeñas, por lo tanto, una mayor capacidad de almacenamiento de datos por capa. [22] En la práctica, la capacidad efectiva de presentación multimedia se mejora con códecs de compresión de datos de vídeo mejorados , como H.264/MPEG-4 AVC y VC-1 .

Anunciado pero no publicado:

Blu-ray y HD-DVD

El disco óptico de tercera generación se desarrolló entre 2000 y 2006 y se introdujo como Blu-ray Disc. Las primeras películas en discos Blu-ray se lanzaron en junio de 2006. [28] El Blu-ray finalmente prevaleció en una guerra de formatos de discos ópticos de alta definición sobre un formato competidor, el HD DVD . Un disco Blu-ray estándar puede almacenar alrededor de 25 GB de datos, un DVD alrededor de 4,7 GB y un CD alrededor de 700 MB.

Comparación de varios medios de almacenamiento óptico

Cuarta generación

Los siguientes formatos van más allá de los discos de tercera generación actuales y tienen el potencial de contener más de un terabyte (1 TB ) de datos y al menos algunos están destinados al almacenamiento de datos fríos en centros de datos : [29] [ dudoso – discutir ]

Anunciado pero no publicado:

En 2004, comenzó el desarrollo del disco versátil holográfico (HVD), que prometía almacenar varios terabytes de datos por disco. Sin embargo, el desarrollo se estancó hacia finales de la década de 2000 debido a la falta de financiación.

En 2006, se informó que investigadores japoneses desarrollaron láseres de rayos ultravioleta con una longitud de onda de 210 nanómetros, lo que permitiría una mayor densidad de bits que los discos Blu-ray. [30] Hasta 2022, no se han informado actualizaciones sobre ese proyecto.

Folio Photonics planea lanzar discos de alta capacidad en 2024 con un costo de $5 por TB, con una hoja de ruta hacia $1 por TB, utilizando un 80% menos de energía que los HDD . [31]

Descripción general de los tipos ópticos

NombreCapacidadExperimental [Nota 1]Años [Nota 2]
Disco láser (LD)N / A1971–2007
Escritura única, lectura múltiple en disco (WORM)0,2–6,0 GB1979–1984
Disco compacto (CD)0,7–0,9 GB1982-presente
Memoria óptica con atrapamiento de electrones (ETOM)6,0–12,0 GB1987–1996
Minidisco (MD)0,14–1,0 GB1989-presente
Disco magneto-óptico (MOD)0,1–16,7 GB1990-presente
Disco versátil digital (DVD)4,7–17 GB1995-presente
LIMDOW (Sobreescritura directa con modulación de intensidad láser)2,6 GB10 GB1996-presente
GD-ROM1,2 GB1997–2006
Disco multicapa fluorescente50–140 GB1998-2003
Disco multicapa versátil (VMD)5–20 GB100 GB1999-2010
Hiper CD-ROM1 PB100 EB1999-presente
Juego de datos500 MB1999-2006
Óptica de ultradensidad (UDO)30–60 GB2000-presente
Disco versátil delantero (FVD)5,4–15 GB2005–2006 [32]
Disco versátil mejorado (EVD)DVD2002-2004
DVD de alta definición15–51 GB1 TB [ cita requerida ]2002-2008
Disco Blu-ray (BD)25 GB
50 GB		2002-presente
BDXL100 GB, 128 GB1TB2010-presente
Disco profesional para datos (PDD)23 GB2003-2006
Disco profesional23–128 GB2003-presente
Disco digital multicapa22-32 GB2004–2007
Almacenamiento de datos ópticos multiplexados (disco MODS)250 GB–1 TB2004-presente
Disco multimedia universal (UMD)0,9–1,8 GB2004–2014
Disco versátil holográfico (HVD)6,0 TB2004–2012
Disco recubierto de proteínas (PCD)50TB2005–2006
M-DISCO4,7 GB (formato DVD)
25 GB (formato Blu-ray)
50 GB (formato Blu-ray)
100 GB ( formato BDXL ) [33]		2009-presente
Disco de archivo0,3-1 TB2014-presente
Blu-ray Ultra HD50 GB
66 GB
100 GB
128 GB		2015-presente
Notas
  1. ^ Prototipos y valores teóricos.
  2. ^ Años desde el inicio (conocido) del desarrollo hasta el final de las ventas o el desarrollo.

Discos ópticos grabables y escribibles

Existen numerosos formatos de dispositivos de grabación óptica directa a disco en el mercado, todos ellos basados ​​en el uso de un láser para cambiar la reflectividad del medio de grabación digital con el fin de duplicar los efectos de las hendiduras y surcos que se crean cuando se prensa un disco óptico comercial. Los formatos como CD-R y DVD-R son de " escritura única, lectura múltiple " o de escritura única, mientras que los CD-RW y DVD-RW son regrabables, más parecidos a una unidad de disco duro de grabación magnética (HDD).

Las tecnologías de los medios varían; por ejemplo, los medios M-DISC utilizan una capa similar a una roca para retener los datos durante más tiempo que los medios grabables convencionales. Si bien son compatibles con las unidades de DVD y Blu-ray existentes, los medios M-DISC solo se pueden grabar utilizando un láser más potente diseñado específicamente para este propósito, que está integrado en menos modelos de unidades ópticas.

Escaneo de errores de superficie

Medición de la tasa de error en un DVD+R. La tasa de error se mantiene dentro de un rango aceptable.

Los medios ópticos se pueden escanear de forma predictiva para detectar errores y deterioro del medio mucho antes de que los datos se vuelvan ilegibles. [34] Los formatos ópticos incluyen cierta redundancia para la corrección de errores , que funciona hasta que la cantidad de errores supera un umbral. Una tasa más alta de errores puede indicar un deterioro o baja calidad del medio, daño físico, una superficie sucia o un medio escrito con una unidad óptica defectuosa.

Para detectar errores con precisión es necesario tener acceso a la lectura en bruto y sin corregir de un disco, algo que no siempre proporciona la unidad. Por ello, la compatibilidad con esta función varía según el fabricante y el modelo de la unidad óptica. En las unidades normales que no tienen esta función, es posible detectar una reducción inesperada de la velocidad de lectura como una medida indirecta y mucho menos fiable. [35]

Los medios ópticos, como los CD y los DVD , se pueden escanear para detectar errores y signos de deterioro mucho antes de que los datos se vuelvan ilegibles. Estos formatos incluyen mecanismos de corrección de errores integrados , que funcionan añadiendo datos redundantes. Sin embargo, una vez que la tasa de errores supera el umbral de corrección, el medio se vuelve vulnerable a fallas. Una tasa de errores alta puede indicar deterioro físico, fabricación de baja calidad, contaminación de la superficie o datos grabados por una unidad óptica defectuosa.

Para realizar un análisis preciso de errores es necesario tener acceso a la lectura sin procesar y sin corregir de un disco. Sin embargo, no todas las unidades ópticas ofrecen esta capacidad, y la compatibilidad con esta función puede variar significativamente entre fabricantes y modelos de unidades. En el caso de las unidades que no tienen acceso a datos sin procesar, los usuarios pueden recurrir a un método menos preciso: controlar las reducciones inesperadas en la velocidad de lectura, aunque este es un indicador mucho menos fiable del estado del disco.

Existen varias herramientas especializadas para realizar análisis de errores en medios ópticos. Entre los programas más populares se encuentran Nero DiscSpeed , K-Probe , Opti Drive Control (antes conocido como "CD Speed ​​2000") y DVD Info Pro para Windows . Para los usuarios multiplataforma, está disponible QPxTool para ayudar a supervisar y mantener la integridad de los medios ópticos. Cada una de estas herramientas permite realizar un análisis detallado de las tasas de error y las condiciones que afectan a los discos ópticos.

Tipos de error

Existen distintos tipos de mediciones de errores, incluidos los denominados errores "C1" , " C2 " y "CU" en los CD , y los "errores PI/PO (paridad interna/externa)" y los más críticos "errores PI/PO" en los DVD . Las mediciones de errores de grano más fino en los CD compatibles con muy pocas unidades ópticas se denominan E11 , E21 , E31 , E21 , E22 , E32 .

"CU" y "POF" representan errores incorregibles en CD y DVD de datos respectivamente, por lo tanto pérdida de datos , y pueden ser el resultado de demasiados errores menores consecutivos. [36]

Debido a que en los CD de audio ( estándar Red Book ) y en los CD de vídeo ( estándar White Book ) se utiliza una corrección de errores más débil, los errores C2 ya provocan pérdidas de datos. Sin embargo, incluso con errores C2, el daño es inaudible hasta cierto punto.

Los discos Blu-ray utilizan los parámetros de error denominados LDC ( códigos de larga distancia ) y BIS ( subcódigos de indicación de ráfaga ). Según el desarrollador del software Opti Drive Control , un disco puede considerarse en buen estado si tiene una tasa de error LDC inferior a 13 y una tasa de error BIS inferior a 15. [37]

Fabricación de discos ópticos

Los discos ópticos se fabrican mediante replicación. Este proceso se puede utilizar con todos los tipos de discos. Los discos grabables tienen información vital pregrabada, como el fabricante, el tipo de disco, las velocidades máximas de lectura y escritura, etc. En la replicación, es necesaria una sala limpia con luz amarilla para proteger la fotorresistencia sensible a la luz y evitar que el polvo corrompa los datos del disco.

Para la replicación se utiliza un master de vidrio. El master se coloca en una máquina que lo limpia lo máximo posible utilizando un cepillo giratorio y agua desionizada, preparándolo para el siguiente paso. En el siguiente paso, un analizador de superficies inspecciona la limpieza del master antes de aplicarle la fotorresistencia.

Luego, la fotorresistencia se cuece en un horno para solidificarla. Luego, en el proceso de exposición, el master se coloca en una plataforma giratoria donde un láser expone selectivamente la fotorresistencia a la luz. Al mismo tiempo, se aplica un revelador y agua desionizada al disco para eliminar la fotorresistencia expuesta. Este proceso forma las hendiduras y los surcos que representan los datos en el disco.

Luego se aplica una fina capa de metal al máster, lo que crea un negativo del máster con los hoyos y las hendiduras. Luego se despega el negativo del máster y se recubre con una fina capa de plástico. El plástico protege el recubrimiento mientras una prensa perfora un orificio en el centro del disco y perfora el exceso de material.

El negativo es ahora un estampador, una parte del molde que se utilizará para la réplica. Se coloca en un lado del molde con el lado de los datos que contiene los hoyos y las zonas de contacto hacia afuera. Esto se hace dentro de una máquina de moldeo por inyección. Luego, la máquina cierra el molde e inyecta policarbonato en la cavidad formada por las paredes del molde, lo que forma o moldea el disco con los datos.

El policarbonato fundido rellena los huecos o espacios entre las zonas de contacto del negativo y adquiere su forma al solidificarse. Este paso es algo similar al prensado de discos .

El disco de policarbonato se enfría rápidamente y se retira rápidamente de la máquina antes de formar otro disco. A continuación, el disco se metaliza y se cubre con una fina capa reflectante de aluminio. El aluminio llena el espacio que antes ocupaba el negativo.

A continuación, se aplica una capa de barniz para proteger el revestimiento de aluminio y proporcionar una superficie adecuada para la impresión. El barniz se aplica cerca del centro del disco y se hace girar el disco, distribuyendo uniformemente el barniz sobre la superficie del disco. El barniz se endurece utilizando luz ultravioleta. A continuación, los discos se serigrafian o se les aplica una etiqueta de otro modo. [38] [39] [40]

Los discos grabables añaden una capa de tinte, y los discos regrabables añaden en su lugar una capa de aleación de cambio de fase, que está protegida por capas dieléctricas (aislantes eléctricas) superior e inferior. Las capas pueden pulverizarse. La capa adicional está entre las ranuras y la capa reflectante del disco. Las ranuras se hacen en los discos grabables en lugar de los hoyos y tierras tradicionales que se encuentran en los discos replicados, y las dos pueden hacerse en el mismo proceso de exposición. [41] [42] [43] [44] [45] En los DVD, se llevan a cabo los mismos procesos que en los CD, pero en un disco más delgado. Luego, el disco más delgado se une a un segundo disco, igualmente delgado pero en blanco, utilizando un adhesivo óptico líquido curable por UV , formando un disco DVD. [46] [4] [47] [48] Esto deja los datos en el medio del disco, lo cual es necesario para que los DVD alcancen su capacidad de almacenamiento. En los discos multicapa, se utilizan recubrimientos semirreflectantes en lugar de reflectantes para todas las capas, excepto la última capa, que es la más profunda y utiliza un recubrimiento reflectante tradicional. [49] [50] [51]

Los DVD de doble capa se fabrican de forma ligeramente diferente. Después de la metalización (con una capa de metal más fina para permitir que pase algo de luz), se aplican resinas de transferencia de base y de cavidades y se curan previamente en el centro del disco. A continuación, el disco se vuelve a prensar utilizando una estampadora diferente y las resinas se curan por completo utilizando luz ultravioleta antes de separarlas de la estampadora. A continuación, el disco recibe otra capa de metalización más gruesa y, a continuación, se une al disco en blanco utilizando pegamento LOCA. Los discos DVD-R DL y DVD+R DL reciben una capa de tinte después del curado, pero antes de la metalización. Los discos CD-R, DVD-R y DVD+R reciben la capa de tinte después del prensado, pero antes de la metalización. Los discos CD-RW, DVD-RW y DVD+RW reciben una capa de aleación de metal intercalada entre dos capas dieléctricas. El HD-DVD se fabrica de la misma forma que el DVD. En los medios grabables y regrabables, la mayor parte de la estampadora está compuesta por ranuras, no por cavidades y ranuras. Las ranuras contienen una frecuencia de oscilación que se utiliza para localizar la posición del láser de lectura o escritura en el disco. Los DVD utilizan ranuras previas, con una frecuencia de oscilación constante. [42]

Blu-ray

Los discos Blu-ray HTL ( high-to-low type ) se fabrican de forma diferente. En primer lugar, se utiliza una oblea de silicio en lugar de un master de vidrio. [52] La oblea se procesa de la misma manera que un master de vidrio.

Luego, la oblea se galvaniza para formar un sello de níquel de 300 micrones de espesor, que se desprende de la oblea y se monta sobre un molde dentro de una prensa o estampadora.

Los discos de policarbonato se moldean de manera similar a los discos DVD y CD. Si los discos que se producen son BD-R o BD-RE, el molde se equipa con una estampadora que estampa un patrón de surcos en los discos, en lugar de los hoyos y surcos que se encuentran en los discos BD-ROM.

Después de enfriar, se aplica una capa de aleación de plata de 35 nanómetros de espesor al disco mediante pulverización catódica . [53] [54] [55] Luego, la segunda capa se fabrica aplicando resinas de transferencia de base y de pozo al disco, y se curan previamente en su centro.

Después de la aplicación y el precurado, el disco se prensa o se estampa utilizando una máquina de estampar y las resinas se curan inmediatamente utilizando luz ultravioleta intensa, antes de separar el disco de la máquina de estampar. La máquina de estampar contiene los datos que se transferirán al disco. Este proceso se conoce como estampación y es el paso que graba los datos en el disco, reemplazando el proceso de prensado utilizado en la primera capa, y también se utiliza para discos DVD multicapa.

A continuación, se pulveriza una capa de aleación de plata de 30 nanómetros de espesor sobre el disco y el proceso se repite tantas veces como sea necesario. Cada repetición crea una nueva capa de datos. (Las resinas se aplican de nuevo, se curan previamente, se estampan (con datos o ranuras) y se curan, se pulveriza la aleación de plata, etc.)

Los discos BD-R y BD-RE reciben (mediante pulverización catódica) una aleación de metal (capa de grabación) (que se intercala entre dos capas dieléctricas, también pulverizadas, en BD-RE), antes de recibir la capa de metalización de 30 nanómetros (aleación de plata, aluminio u oro), que se pulveriza catódicamente. Alternativamente, la aleación de plata se puede aplicar antes de que se aplique la capa de grabación. Las aleaciones de plata se utilizan normalmente en Blu-ray, y el aluminio se utiliza normalmente en CD y DVD. El oro se utiliza en algunos CD y DVD "de archivo", ya que es más inerte químicamente y resistente a la corrosión que el aluminio, que se corroe en óxido de aluminio , que se puede ver en la putrefacción del disco como parches o puntos transparentes en el disco, que impiden que el disco se lea, ya que la luz láser pasa a través del disco en lugar de reflejarse de nuevo en el conjunto de captación láser para ser leída. Normalmente, el aluminio no se corroe ya que tiene una fina capa de óxido que se forma al entrar en contacto con el oxígeno. En este caso, puede corroerse debido a su delgadez.

Luego, se aplica la capa de cubierta de 98 micrones de espesor usando un adhesivo ópticamente transparente líquido curable por UV, y también se aplica y cura una capa dura de 2 micrones de espesor (como Durabis ) usando luz UV. En el último paso, se aplica una capa de barrera de nitruro de silicio de 10 nanómetros de espesor al lado de la etiqueta del disco para protegerlo contra la humedad. [43] [53] [56] [57] Los Blu-ray tienen sus datos muy cerca de la superficie de lectura del disco, lo cual es necesario para que los Blu-ray alcancen su capacidad.

Los discos en grandes cantidades pueden ser replicados o duplicados. En la replicación, se utiliza el proceso explicado anteriormente para hacer los discos, mientras que en la duplicación, los discos CD-R, DVD-R o BD-R se graban y finalizan para evitar grabaciones posteriores y permitir una mayor compatibilidad. [58] (Véase Creación de discos ópticos ). El equipo también es diferente: la replicación se lleva a cabo mediante maquinaria totalmente automatizada especialmente diseñada cuyo coste se sitúa en los cientos de miles de dólares estadounidenses en el mercado de segunda mano, [59] mientras que la duplicación puede ser automatizada (utilizando lo que se conoce como autocargador [60] ) o hacerse a mano, y sólo requiere una pequeña duplicadora de sobremesa. [61]

Presupuesto

Velocidades base (1×) y máximas (actuales) por generación
GeneraciónBaseMáximo
(Mbit/s)(Mbit/s)×
1º (CD)1.1765.656×
2do (DVD)10.57253.624×
3º (BD)3650414× [62]
4º (d.C.)??14×
Capacidad y nomenclatura [63] [64]
DesignaciónLadosCapas
(total)		DiámetroCapacidad
(centímetro)( ES )
BDSSSL-español:SSL1187.8
BDSSDL-español:12815.6
BDSSSL-español:SSL111225
BDSSDL-español:121250
BDSS TL1312100
BDSS-QL-español:Sistema de calidad1412128
CD-ROM 74 minutosSSSL-español:SSL11120,682
CD-ROM 80 minutosSSSL-español:SSL11120,737
CD-ROMSSSL-español:SSL1180,194
DDCD-ROMSSSL-español:SSL11121.364
DDCD-ROMSSSL-español:SSL1180,387
DVD-1SSSL-español:SSL1181.46
DVD-2SSDL-español:1282.66
DVD-3DS SL2282.92
DVD-4DS DL2485.32
DVD–5SSSL-español:SSL11124.70
DVD-9SSDL-español:12128.54
DVD–10DS SL22129.40
DVD–14DS DL/SL231213.24
DVD–18DS DL241217.08
DVD–R 1.0SSSL-español:SSL11123,95
DVD–R (2.0), +R, –RW, +RWSSSL-español:SSL11124.7
DVD-R, +R, –RW, +RWDS SL22129.40
DVD-RAMSSSL-español:SSL1181.46
DVD-RAMDS SL2282.65
DVD-RAM 1.0SSSL-español:SSL11122.58
DVD-RAM 2.0SSSL-español:SSL11124.70
DVD-RAM 1.0DS SL22125.16
DVD-RAM 2.0DS SL22129.40

Véase también

Referencias

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