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Faszination Technik - optische Datenträger

oder: Wie funktioniert das eigentlich mit dem Licht und der Scheibe?

Nun, ich beginne mal mit gepressten CDs. Nun, zunächsteinmal befinden sich die Daten auf einer CD auf einer dünnen Datenschicht, deren Oberfläche eine feine Spirale beinhaltet, die als "Führungsspirale" für den LASER dient. Dort sind Vertiefungen von der Oberseite aus in die Datenschicht einer CD gepresst werden, diese sind dann, von der Unterseite aus gesehen, Erhebungen. Dabei representiert der Übergang von Hoch zu Tief und von Tief zu Hoch eine 1 (nicht reflektierend - da der Höhenunterschied eine halbe Wellenlänge entspricht und es dadurch zu destruktiver Interferrenz der LASERs kommt), gleichbleibende Höhen 0 (reflektierend). Bei CD-Rs, also beschreibbaren CDs, ändert man durch das Brennen, das durch einen wesentlich stärkeren LASER geschieht, als das beim Ablesen der Fall ist, durch die Hitzeentwicklung, die entsteht, wenn das Material, also der Farbstoff der Datenschicht die Strahlung des LASERs absorbiert, die Reflektionseingenschaften dieses Farbstoffs (Absorbtionseigenschaften und Bechzahl), die dann beim Lesen der begrannten CDs den lesenden LASER nicht mehr ausreichend reflektieren. Bei DVDs ist das prinzipiell genauso, nur daß sich Wellenlänge des LASERs und Fokussierungsoptik unterscheiden, um mehr Daten unterzubringen, also kleine Bereiche auflösen zu können, wesegen CD-ROM Laufwerke keine DVDs lesen können - gleiches gilt für BluRay-Disk. Die für beschreibbare optische Datenträger verwendeten Farbstoffe sind organische Moleküle und damit, je nach Farbstofftyp, mehr oder weniger Sauerstoff, aber alle lichtempfindlich; d.h. bei längerer, intensiver Lichteinwirkung kann der Farbstoff zuerstört werden oder zumindestens soweit beschädigt, daß ein beschreiben oder leser bereits geschriebener Daten nicht mehr möglich ist.

Wie funktionieren nun wiederbeschreibbare optische Datentränger, also CD-RW, DVD±RW, BD-RE?
Nun, diese Funktionieren nach der Phasenwechseltechnologie (Phase-Change-Technology):
[QUOTE="Wiki"]Das Prinzip der Phase-Change-Technologie beruht darauf, dass ein relativ energiereicher Laserstrahl amorphe Zonen auf der Oberfläche verursacht, die das Licht des lesenden Lasers schlechter reflektieren und so eine binäre Null darstellen. Zum Löschen wird ein etwas energieärmerer Laser eingesetzt, unter dessen Einfluss das Oberflächenmaterial wieder kristallin wird, und besser reflektiert. In aller Regel werden dazu Germanium-Antimon-Tellur- oder Silber-Indium-Antimon-Tellur-Legierungen verwendet. Der Wechsel der Phasen wird durch Änderung der Temperatur hervorgerufen, wodurch die 'Farbschicht' zwischen den dielektrischen Schichten liegt.[/QUOTE]
Diese Liegierungen sind anorganische Materialien, enthalten aber Zusätze organischer Stoffe, die für die effektive Phasenänderung notwendig sind.
[QUOTE="Wiki"]Für die Phase-Change-Technologie werden in der Regel notwendige organische Substanzen mit verarbeitet. Das führt zu einer erheblich kürzeren Lebensdauer als bei einen "echten" gepressten Datenträger. Für wichtige Daten, die über einen längeren Zeitraum aufbewahrt werden sollen, kommt diese Technik daher nicht in Frage.[/QUOTE]
Wiederbeschreibbare optusche Datenträger sind daher besonders hitzemepfindlich - aber ebenso lichtempfindlich, da absorbiertes Licht durch die dunkle Legierung in Wärmeenergie umgewandelt wird und so Phasenänderungen verursachen kann, was die Zerstörung der Daten zur Folge haben kann. Dabei sind die RWs aber im allgemeinen unempfindlicher als die Rs. Die RWs reagieren dafür empfindlicher auf starke Temperaturänderungen.

So, nun möchte ich noch einen Ausblick in die Zukunft werfen - was haben wir demnächst zu erwarten:
Zunächst sei hier die TerraDisk zu erwähnen:
[QUOTE="Wiki"]Die TeraDisc verfügt über bis zu 100 virtuelle Layer, pro Layer sind bis zu 5 Gigabyte speicherbar. Mit weiteren Optimierungen und 200 virtuellen Layern werden bis zu 1 TB Speicherkapazität möglich sein. Mempile hat ihre Entwicklung bereits mehreren japanischen Unternehmen vorgestellt und ist nach eigenen Angaben zumindest auf Akzeptanz gestoßen.[/QUOTE]
Des weiteren sei hier der meiner Meinung nach zukunftsträchtigste, heißt erfolgversprechenste Vertreter genannt werden, die "Holographic Versatile Disc", kurz HVD. Sie sollen eine Kapazität von 3,9TB erreichen (lt. Wiki). Durch die holografische Speichertechnik, die ich hier nicht näher erwähnen werde, ggf. in einem späteren Artikel, da sie doch sehr umfangreich und wesentlich komplizierter ist, als die althergebrachten Verfahren der optischen Datenspeicherung, können wesentlich mehr Daten gespeichert werden, weil nicht nur eine Ebene innerhalb des Datenträgers genutzt werden kann, sondern das ganze Volumen des Datenträgers zu Speicherung der Daten zur Verfügung steht. Hier die Wiki-Artikel dazu, für alle die mehr wissen wollen:
http://de.wikipedia.org/wiki/Holographic_Versatile_Disc

Als nächstes werde auch auf die MiniDisc (MD) eingehen, die hierzulande nie wirklich Verbreitung gefunden hat, aber in den asiatischen Ländern, besonders Japan, so verbreitet ist wie bei uns die CD. MDs funktionieren genauso wie CDs, mit Ausnahme der Wiederbeschreibbaren Variante - da hat sich Sony was besonderes eingallen lassen:
[QUOTE="Wiki"]Die bespielbare MD (recordable MiniDisc) enthält unterhalb der Reflexionsschicht eine magnetisierbare Schicht aus einer Eisen-Terbium-Kobalt-Legierung mit einer relativ geringen Curie-Temperatur von etwa 185 °C. Wird diese Schicht bei einer Temperatur oberhalb des Curiepunkts einem Magnetfeld ausgesetzt, so bleibt die Magnetisierung auch nach der Abkühlung erhalten. Beim Auslesevorgang muss das Laserlicht auf dem Weg zur Reflexionsschicht der MD und zurück die magnetisierte Schicht durchlaufen.[/QUOTE]
Nun muss man wissen, daß Licht, daß durch ein magnetisiertes Medium läuft, in seiner Polarisationsrichtung gedreht wird - das nennt man (magneto-optischer) Faraday-Effekt oder Kerr-Effekt (eigentlich beschreibt der Kerr-Effekt die Reflektion an einem magentisierten Material, nicht den Durchlauf durch ein solches). So erhält man, je nach dem, wie das Material magnetisiert ist, eine unterschiedliche Polarisation des Lasers, welches in ein binäres Signal umgesetzt werden kann. MDs gibt es von 140 MB bis 1GB Kapazität - hängt überwiegend vom Gerät ab. MDs haben den Vorteil, daß sie relativ rubust sind, auch gegenüber Licht und Hitze, da nur ein Magnetfeld die Daten ändern kann, und das auch nur, wenn die Curie-Temperatur überschritten wurde. Ebenso sind Aufgrund der magnetischen Speicherung praktisch unbegrenzt viele Schreibvorgänge möglich - Sony gibt 1Mio. Schreibvorgänge an. Aber im Datenbreich hat die MD keine große Verwendung gefunden, da es billigere Alternativen gab, im Audio-Bereich ist sie aber, wie gesagt, in Asien, v.a. Japan, weit verbreitet. Mittlerweile wird die, wie alle optischen Speichermedien, im Audio-Bereich von mp3-Playern mehr und mehr abgelöst.

Nun möchste ich abschließend noch zu einem weiteren, exotischen, optischen Speichermedium kommen, der tesa-Film-Rolle - praktisch hat sie in meinen Augen zwar keine Bedeutung, da die Technologie nach wie vor nicht Marktreif ist und bereits heutige BDs die angestrebte Speicherkapazität einer tesa-Rolle von 10GB übersteigen, dennoch ist es eine interessante Technologie.
Bei diesem Verfahren werden mittels der LASER-Lithohgraphie, auf die ich gleich zu sprechen komme, die digitalen Daten auf die Schichten der Rolle geschrieben ohne sie abzuwickeln. Interessanterweise weisen nur die Rollen der Firma tesa sie notigen optischen Eigenschaften, d.h. Transparenz in Polymer und Kleber auf, damit dieses Verfahren überhaupt funktioniert - und ja, damit sind handelsübliche tesa-Film-Rollen gemeint. Durch Fokussierung des LASERs auf einen bestimmten Punkt innerhalb der Rolle, wird das Polymer an dieser Stelle und nur dort so stark mit Photonen gefeuert, daß es das LASER-Licht als Mehrphotonenabsorption absorbiert und sich damit irreversibel chemisch oder physikalisch verändert - es wird quasi heißt - und Konststoff, der mal richtig heiß gemacht wurde und dann wieder abkühlte sieht ja anders aus als vorher --> ergo andere optische Eigenschaften. So kann quasi durch Änderung des schreibenden LASERs der gesammte tesa-Streifen auf der Rolle beschrieben werden, ohne die Rolle abzuwicken. Da sie veränderten Bereiche der Rolle andere optische Eigenschaften haben, wie der Unveränderten, kein ein schwächerer LASER wiederum die gebrannten Daten auslesen.

Allerding ist das so genannte tesa Holospot-System ist seit 2003 auf dem Markt:[QUOTE="Wiki"]Kernstück der tesa-Holospot-Technologie ist ein kleines Etikett aus einem speziellen Polymermaterial, auf dem sich ein nur 1 mm² großes Datenfeld befindet. Darauf lassen sich Informationen wie Bilder, Logos oder Texte im Umfang von 1 kB speichern. Die Information kann in Form von Mikroschrift oder am Computer erzeugten, digitalen Hologrammen, auf Wunsch auch verschlüsselt, auf dem Holospot fälschungssicher abgelegt werden. Die Informationen lassen sich, je nach angestrebter Sicherheitsstufe, mit einer einfachen Lupe oder durch autorisierte Personen mit analogen oder digitalen Lesegeräten auslesen. Die neue Technologie ermöglicht die individuelle Kennzeichnung jedes Einzelprodukts und damit dessen Authentisierung oder Rückverfolgung.[/QUOTE]
Hierin ersehe ich durchaus zukunftsträchtiges Material. Diese Möglichkeit der Nutzung des tesa-Films ist übrigens eine Zufallentdeckung.

Ein weiterer hochinteressanter Effekt des tesa-Films ist, daß er beim Abrollen Licht aussendet, queerbeet durch das Spektrum - von Radiowellen bis hin zu Röntgenstrahlung - alles dabei - auch der sichtbare Bereich ist vertreten. Im Vakuum abgerollt, reicht die Röntgenstrahlung aus, um handelsünliches Photopapier zu belichten. :eek: Gesundheitsgefährung besteht aber nicht. (Quelle: http://www.wissenschaft-online.de/artikel/971441)
Dieser Effekt ist aber nicht auf tesa-Film beschränkt sondern bei vielen Vorgängen zu beobachten, bei denen Materialen, die aneinander haften, getrennt werden, ob sie nun durch einen Kleber oder elektrostatisch zusammengehalten werden.

So, ich glaube ich habe nun alles geschrieben, was ich schreiben wollte - bin für Fragen offen. Sry, daß diesem Artikel die Flippigkeit fehlt und mehr ein Fachbericht geworden ist, als ein unterhaltsames, populistisches Werk, wie man es sonst von mir gewohnt ist, aber da momentan mal wieder Prüfungszeit ist, fehlt mir leider etwas die Ruhe und die Zeit, entspannt-locker-flockig aus dem Handgelenk zu schreiben - ich hoffe, daß das wird beim nächsten Mal wieder anders / besser wird - aber ich denke schon :-) - vielleicht hätte ich dieses Thema auch in mehrere aufteilen sollen - nunja - ist ist jetzt so wie es ist und es bleibt jetzt auch so - da ich selten mit Worten geize, will ich das auch heute nicht tun - also ab damit - dafür habt ihr Absätze - ein paar zumindestens ... :mrgreen::p:flucht: