ведения звуковой информации и системы CD-ROM, обеспечивающей воспроизведение буквенно-цифровой информации, стапо создание системы интерактивного обмена - CD-I (Compact-Disc-Interactive).

Возможности этой системы существенно расширены и включают обработку звуковой, видео (неподвижные стоп-кадры) и буквенно-графической информации. Ее основное назначение - системы дистанционного обучения, компьютерные игры, реклама, электронный гид в путешествиях (карты, устройства для навигации, туристическая информация, различные анимационные программы в реальном времени, системы диагностики), звуковые словари в диалоговом режиме, торговые каталоги. К проигрывателям систем CD-I могут одновременно подключаться акустические системы, компьютеры, графический дисплей, телевизор. Система рассчитана на воспроизведение информации в виде цветных мультипликаций, неподвижного ТВ изображения с вьюокой разрешающей способностью.

В системе CD-I применяются дифференциальная ИКМ для записи звуковых сигналов. Цифровой звуковой сигнал компрессируется и размещается так, чтобы его можно было воспроизводить вместе с видеоданными. Записанный звуковой сигнал на уровне речь - моно без записи других данных занимает объем до 16 ч непрерывного воспроизведения, а запись-стерео вьюококачественного звукового сигнала гарантирует воспроизведение в объеме двух часов. При одночасовой записи звукового сигнала в освободившемся блоке можно записывать видео и графическую информацию.

Фотографические компакт-диски. На основе обычных компакт-дисков разработаны фотографические компакт-диски (Photo CD). В этом случае с обработанной 35-миллиметровой фотопленки на компакт-диск записывается информация о слайдах и негативах, которые могут быть как черно-белыми, так и цветными. На оптическом диске записывается пять цифровых копий каждого снимка следующих размеров: карманного (128 строк по 192 точки), открытки (256 х 384), стандартного (512 x768), увеличенного (1024 x 1536) и большого (2048 X 3072).

На одном оптическом диске типа Photo CD размещается от 100 до 150 снимков (число черно-белых снимков на диске может быть большим, поскольку для их записи требуется меньшее количество информации по сравнению с цветными изображениями).

Если имеются воспроизводящее оборудование и соответствующее программное обеспечение, то, считав информацию с Photo CD, можно просмотреть все его содержимое в обзорной форме (в виде уменьшенных изображений), открыть файл любого изображения и записать его на жесткий магнитный диск, отредактировать изображения (вырезать фрагмент, изменить цветовые соотношения, геометрические параметры).

10.5. Запись и воспроизведение на реверсивных оптических дисках

Устройство оптических дисков типа WORM. Существенный недостаток систем записи, базирующихся на цифровых компакт-дисках, заключается в отсутствии возможности перезаписи информации. Частичным решением этой проблемы явилась разработка систем однократной записи с высококачественными показателями различных данных с помощью полупроводникового лазера на оптических дисках. Записываемые диски подобного типа получили название диски WORM (Write-Only-Read Many). На них пользователь может записать свою информацию, но только один раз. Эту запись нельзя стереть. Примером являются диски CD-R, которые, будучи записанными, обладают всеми свойствами обычных цифровых компакт-дисков и могут использоваться в серийно выпускаемых ПКД.

Специализированное устройство записи - воспроизведения оптических дисков типа CD-R имеет кодирующее устройство входной информации и оптический блок, состоящий из узла записи с мощным лазером и узла считывания с маломощным лазером. Оптический диск CD-R конструктивно отличается от обычных компакт-дисков. На них предварительно наносят дорожки, на которые в дальнейшем записывается цифровой информационный поток.

Конструктивно оптические диски типа CD-R состоят из круглой поликарбонатной подложки, на которую нанесены последовательно слой органического красителя, слой золота и защитный слой. Запись на них происходит путем необратимого изменения оптических свойств красителя под действием остросфокусированного лазерного излучения: луч лазера проходит через подложку и прожигает слой красителя, за которым находится отражающий слой золота. При воспроизведении информации луч лазера также направлен со стороны подложки, но вследствие своей значительно меньшей мощности, чем при записи, не вызывает изменения свойств красителя.

Принцип магнитооптической записи электрических сигналов. Работа реверсивных (стираемых) оптических дисков основана на использовании магнитооптических эффектов [6, 7].

Принцип записи информации на магнитооптическом носителе иллюстрируется рис. 10.12. Перед записью магнитный слой диска намагничивается в одном направлении. Затем луч полупроводникового лазера мощностью 10...20 мВт фокусируется на магнитооптическом слое. Одновременно на слой воздействует магнитное поле Hg, создаваемое магнитной головкой, или соленоидом. Если направление поля противоположно направлению однородной намагниченности магнитооптического слоя, то в участке слоя, нагретом лучом лазера до точки Кюри, происходят опрокидывание намагниченности и фик-

лазер

Рис. 10.12. Принцип магнитооптической записи 1 - записанные биты; 2 - незаписанные биты; 3 - магнитный слой; 4 - подложка диска

сация единицы информации - бита. Сила внешнего магнитного поля, требуемая для перемагничивания, должна быть больше коэрцитивной силы магнитного слоя, которая обычно уменьшается с ростом температуры. При температурах, близких или соответствующих точке Кюри, даже очень слабое внешнее магнитное поле способно произвести перемагничивание. Запись при температурах, близких к точке Кюри, обычно требует нагревания на сотни градусов. Поэтому особый интерес представляют ферромагнитные пленки, у которых коэрцитивная сила значительно снижается задолго до достижения температуры Кюри. В этом случае нагрев может быть меньшим, чем требуется для достижения температуры Кюри. Практически все материалы, предлагаемые для магнитооптической записи, требуют энергии записи не менее 0,1 мДж/бит. После смещения лазерного луча на другие участки магнитного слоя данный элемент остывает и направление намагниченности запоминается. При этом размер участка, в котором заключена такая единица информации, определяется размером фокального пятна лазера. В отсутствие нагрева до точки Кюри намагниченность рабочего слоя не изменяется под воздействием внешнего магнитного поля. Причем скорость лазерной записи в этом случае будет практически определяться только скоростью остывания материала магнитного слоя.

Записанную на магнитооптическом носителе информацию можно стереть. Это осуществляется таким изменением направления внешнего магнитного поля, при котором оно совпадает с направлением первоначальной однородной намагниченности магнитооптического слоя. Стираемые участки также должны подвергаться нагреву.

Воспроизведение магнитооптической записи осуществляется линейно поляризованным лазерным лучом и основано на эффектах Керра и Фарадея. Оба эти эффекта представляют собой вращение плоскости поляризации падающего света под действием намагниченного носителя. Абсолютное значение поворота плоскости линейной поляризации пропорционально намагниченности магнитного слоя. Практически углы вращения очень малы по значению - в реальных системах воспроизведения магнитооптической записи углы вращения плоскости поляризации для эффектов Керра и Фарадея измеряются десятыми долями углового градуса.

Наиболее широко применяется эффект Керра, который состоит во вращении плоскости поляризации линейно поляризованного света при его отражении от поверхности намагниченного материала, например от металлического слоя. Причем направление вращения зависит от направления намагниченности магнитооптического диска.

Эффект Фарадея закпючается во вращении плоскости поляризации света, когда свет проходит через намагниченный материал.

К важнейшим достоинствам магнитооптических реверсивных носителей информации относятся неограниченная цикличность и практическое отсутствие старения. По совокупности таких параметров, как чувствительность, оптическая эффективность при считывании, быстродействие и разрешающая способность, они рассматриваются как наиболее перспективные.

Лазерные устройства для магнитооптической записи и воспроизведения. Для магнитооптической записи обычно применяется лазерный диод на основе AsAIGa, позволяющий создать компактную систему записи - воспроизведения с малыми размерами и стоимостью. Лазер используется в качестве источника оптического излучения в устройстве, структурная схема которого представлена на рис. 10.13. После лазера помещается микрообъектив с достаточно большой числовой апертурой, назначение которого - собрать большую часть излучения лазера. Микрообъектив коллимирует излучение лазера, однако после него требуется дополнительная обработка светового луча из-за асимметричного распределения энергии в горизонтальном и вертикальном направлениях. Формирование луча требуемого сечения осуществляется с помощью двух плосковогнутых цилиндрических линз 3, каждая из которых расширяет луч в одном направлении. После регулировки и центровки оптической системой получается симметричный луч, заполняющий апертуру фокусирующего объектива, что обеспечивает получение светового пятна диаметром до 0,6 мкм (по уровню половинной мощности) в плоскости оптического диска. На рис. 10.13 показаны также путь световых лучей при считывании и необходимые при этом компоненты оптической системы (следящее зеркало, четвертьволновая пластинка, поляризованный

1 2

V V7

Рис. 10.13. Структурная схема устройства магнитооптической записи 1 - лазер; 2 - микрообъектив; 3 - цилиндрический расширитель пучка; 4 - поляризационный делитель; 5 - четвертьволновая пластинка; 6 - магнитная катушка; 7 - диск; 8 - фокусирующий объектив; 9 - следящее зеркало; 10 - объектив; 11 - фотодетектор

светоделитель и фотодетектор). С обратной стороны оптического диска устанавливается катушка, создающая небольшое магнитное поле определенного направления. Перед записью магнитный слой намагничивается в одном направлении. При записи лазерный луч фокусируется на его поверхность и нагревает его. Одновременно с этим катушкой создается внешнее магнитное поле с направлением, противоположным направлению исходной намагниченности материала. В местах, где температура нагрева превысит температуру Кюри, локальный участок пленки перемагничивается в направлении внешнего магнитного поля. В результате записи цифрового сигнала на носителе возникает последовательность участков, где расположенные перпендикулярно поверхности домены будут иметь направление намагниченности, противоположное друг другу.

Стирание информации может быть осуществлено двумя способами. Полное стирание достигается с помощью магнитного поля напряженностью, превышающей коэрцитивную силу магнитного слоя. Локальное стирание осуществляется лазерным лучом при одновременном воздействии внешнего магнитного поля небольшой напряженности.

Для считывания информации используется, как правило, магнитооптический эффект Керра. Схематично этот процесс показан на рис. 10.14. В этом случае оптический анализатор различает поворот вектора поляризации и изменяет интенсивность света пропор-

Рис. 10.14. Структурная схема магнитооптического воспроизведения

1 - лазер; 2 - коллиматор; 3 - направленность векторов поляризации исходного луча; 4 - структура вектора поляризации после поляризационной пластинки; 5 - оптический диск; 6 - объектив; 7 -структура вектора поляризации при отражении от диска; 8, 10 - поляризационные пластинки с противоположной поляризацией; 9 -фотоприемники

ционально углу поворота вектора поляризации. Из этого модулированного сигнала восстанавливается записанная информация.

Примером практической реализации реверсивного лазерного проигрывателя может служить модель фирмы Thomson. Структурная схема модели показана на рис. 10.15. В реверсивном проигрывателе компакт-дисков используется принцип работы трех лазеров, имеющих назначением стирание, запись и воспроизведение на реверсивном магнитооптическом диске. Режим воспроизведения не отличается от ранее описанного. Однако электронная часть схемы значительно усложнена, так как необходимо обрабатывать малые различия в сигналах отражения разнополярных доменов. В режиме записи в работе участвуют все три лазера. Лазер 1 имеет стабилизированное излучение без модуляции, работает в магнитном поле Н, создающем условия ориентации доменов в исходное положение. Мощность лазера 1 примерно 6 Вт. Лазер 8 работает в режиме модуляции методом EFM. В соответствии с условиями записи при импульсном нагреве доменрв происходит их переориентация, соответствующая наличию пита на обычном компакт-диске. Мощность лазера 8 составляет 5 мВт. В отсутствие импульсного сигнала мощность лазера 8 недостаточна для нагрева и, соответственно, переориентации домена под воздействием магнитного поля. Мощность лазера 3 составляет 1,3 мВт. Слеже-