Система магнитооптической записи МИНИДИСК
В 1992 году на потребительских рынках Японии, Америки и Европы появился новый вид цифровой аудиоаппаратуры – проигрыватель минидисков (MD). Размеры нового носителя вполне соответствовали названию системы – диск был всего 64 мм в диаметре. Но, несмотря на скромные размеры, длительность записи на нем программы достигла 74 минут – так же, как и у компакт-диска. И даже качество записи соответствовало формату CD – те же 16 разрядов квантования при той же частоте дискретизации 44,1 кГц. Все основные этапы обработки звукового сигнала в системе «Минидиск» также соответствовали формату CD.
Однако, в отличие от компакт-диска, на минидиск можно записывать. Причем, как аналоговый сигнал, так и цифровой. Однако на минидиск производится запись не точной копии материала, а материала, полученного путем сжатия исходной информации в 5-6 раз по стандарту ATRAC. Именно использование компресии в основном и объясняется возможность использования столь миниатюрного носителя.
Сжатие информации по методу ATRAC основывается на физиологических особенностях слухового восприятия звуков человеческим ухом, не способного ощущать некоторые нюансы акустических колебаний. Поэтому, с учетом высокой корреляции музыкального сигнала, избыточная информация из него перед записью удаляется, а после воспроизведения – восстанавливается. Возникающие при этом некоторые неточности, можно во внимание не принимать, поскольку человеческое ухо все равно ощутить их не в состоянии.
Для того, чтобы расширить возможности системы MD в отношении записи фонограмм в цифровом виде, большинство мини дисковых аппаратов имеет в своей структуре преобразователи частоты дискретизации, которые позволяют производить запись цифровых сигналов с частотами 48 кГц и 32 кГц.
Физические основы магнитооптической записи
Систему MD можно рассматривать как некий промежуточный вариант между системой оптической записи «Компакт-диск» и системой магнитной записи R-DAT. Запись информации осуществляется путем форматирования магнитограммы на поверхности дискового носителя, а считывание этой информации производится уже оптическими методами – с помощью сфокусированного луча полупроводникового лазера.
В основе процесса считывания лежит магнитооптический эффект Керра.
В общем случае, магнитооптический эффект – это изменение оптических свойств вещества в зависимости от его намагниченности или от силы приложенного к нему магнитного поля. Под оптическими свойствами здесь следует понимать отражение, пропускание, поляризацию света и другие явления. Вещества, в которых наблюдается магнитооптический эффект, называются магнитооптическими веществами. Среди них могут быть феромагнетики, имеющие в своей структуре магнитные атомы – такие, как Y3Fe5O12 или GdFe3O12, ортоферриты, образующие магнитные домены – такие, как CdTbFe или TbFeCo, и другие материалы, содержащие металлы и редкоземельные элементы. Тонкие пленки из таких материалов обладают преимущественно перпендикулярной намагниченностью, т.е. силовые линии магнитного поля, образуемого ими, перпендикулярны поверхности пленки.
Магнитооптический эффект Керра состоит в следующем. Если пленку, содержащую участки с противоположной намагниченностью, осветить лучом линейно поляризованного света, то углы поляризации пучка, отраженного от этих участков, будут различными (рис. 1). Угол между векторами поляризации света VA и VB, отраженного от разнополярных участков, называется углом Керра.
 рис.1
Если отраженный свет пропустиь через анализатор (пластинку из анизотропного вещества), то его интенсивность также получится различной. Поместив далее на пути луча фотоприемник, можно получить электрическое изображение информации, содержащейся в сочетании зон намагниченности регистрирующего слоя.
Чтобы записать информацию на магнитооптический носитель, используя термомагнитный эффект. Он состоит в том, что если участок пленки, имеющий определенную намагниченность, поместить в магнитное поле противоположного направления и нагреть лучом лазера выше некоторой температуры, называемой точкой Кюри, то этот участок приобретет направление намагниченности, совпадающее с направлением внешнего магнитного поля (рис. 2). При охлаждении пленки, приобретенная таким образом ориентация магнитного поля сохраняется.
Существует два основных способов формирования магнитограммы на магнитооптическом носителе.
Первый состоит в том, что регистрирующий слой, нанесенный на поверхность диска, предварительно намагничивается в определенном направлении. В процессе записи на него воздействуют слабым магнитным полем противоположного направления и, одновременно с этим, - лучом лазера, мощность которого модулируется информационным сигналом. Там, где мощность лазера велика, регистрирующий слой нагревается выше точки Кюри и вектор намагниченности меняет свою ориентацию в сответствии с внешним полем. Там, где мощность лазера мала, нужного нагрева не получается, и ориентация магнитного вектора остается прежней. В результате, на поверхности диска формируется магнитограмма, соответствующая модулирующему сигналу.
Такой метод использовался в ранних системах магнитооптической записи, которые обозначались аббревиатурой E-DAD (Erasable Digital Audio Disc). Образцы таких систем демонстрировались в конце 80-х годов фирмами Sanyo, Sharp, Thomson и др.
Однако, метод этот оказался неудобным, т.к. старую информацию перед записью новой нужно было предварительно стереть. Или же применять систему из трех независимых лазеров, один из которых стирал старую информацию, другой записывал новую, а третий использовался для автофокусировки и автотрекинга. Система получалась чересчур сложной и дорогой.
Поэтому, в системе «Минидиск» применен другой метод. В режиме записи луч лазера используется только для нагрева дорожки выше точки Кюри. А модулирующий сигнал на магнитную головку, которая и обеспечит формирование магнитограммы. При таком способе записи новая магнитограмма никак не зависит от того, что было записано на диске раньше. Считывание в обоих случаях производится одинаково – лучом того же лазера, но работающего в режиме пониженной мощности – чтобы не повредить магнитограмму.
Шаг дорожки в системе E-DAD – 1,6 мкм (как у компакт-диска), а в системе MD- 1 мкм.
Считывание минидиска, как и компакт-диска, осуществляется от центра к периферии. Минимальный диаметр зоны записи – 32 мм. Количество циклов записи – не менее миллиона.
Типичная структура магнитооптического диска показана на рисунке 3. Основой его, как и в случае компакт-диска, служит поликарбонат. Регистрирующий слой в данном случае – соединение тербия (Tb), железа (Fe) и кобальта (Co). Для защиты от корозии регистрирующий слой с обеих сторон окружен слоями нитрида кремния SiN, в качестве отражающего слоя используется аллюминий Al.
Наиболее часто в качестве основного магнитного материала используется кобаьт, поскольку его атомы обладают способностью ориентироваться так, что их магнитные оси оказываются перпендикулярными поверхности носителя. К тому же он относительно дешев.
Однако, как показали исследования фирм Philips и DuPont, еще лучшими характеристиками обладают диски с регистрирующим слоем из кобальта и платины. В них намагниченность строго перпендикулярна поверхности слоя. Слой, содержащий только кобальт, такой ярко выраженной перпендикулярностью не обладает. А это очень важно с точки зрения минимизации шумов носителя. Так же важна величина угла поворота плоскости поляризации (угол Керра). Чем он больше, тем большеразница в уровнях сигналов, полученных от зон с противоположной намагниченностью (глубина модуляции) и тем меньше относительный уровень шумов носителя.
В случае кобальт-платиновых структур, самые лучшие характкристики получаются, если чередовать тончайшие слои кобальта толщиной в несколько атомов с такими же тонкими слоями платины – до тех пор, пока не получится требуемая толщина регистрирующего слоя. Это объясняется тем, что способность атомов ориентироваться в магнитном поле увеличивается у поверхности. Чем больше поверхностей, тем лучше ориентируемость по всей толщине слоя. Кроме того, кобальт-платиновые структуры обладают большим углом вращеня Керра на коротких волнах, что можно считать перспективным, поскольку длина волны излучения полупроводниковых лазеров имеет тенденцию к уменьшению. Единственным их недостатком можно считать относительно высокую стоимость.
|
