Принцип действия флуоресцентных дисков основан на явлении фотохромизма. Несколько лет назад российские химики открыли стойкий органический материал "стабильный фотохром", под воздействием лазерного луча приобретающий флуоресцентные свойства (флуоресцентное свечение).Дело в том, что информационный элемент FM-диска (фотохром) может менять свои физические свойства (такие как цвет или наличие флуоресценции) под воздействием лазера определенной мощности и длины волны. Изначально фотохром не обладает флуоресцентными свойствами. При воздействии лазера большой мощности, инициируется фотохимическая реакция, в результате которой и начинают проявляться флуоресцентные свойства. При считывании данное вещество опять же возбуждается, но посредством лазера меньшей мощности, и начинает флуоресцировать. Это свечение улавливается фотоприемником и принимается как значение "1". Также возникает вопрос об устойчивости состояния фотохрома с точки зрения долговечности, так как все физические элементы природы со временем теряют свои свойства. По заявлению компании С3D ухудшения происходить не будет.
Возбужденный фотохром излучает свет, сдвигая спектр падающего на него излучения в сторону красного цвета на определенную величину (в пределах 30-50 нм), что позволяет легко различить сигнал лазера и свет, излучаемый материалом диска. Необходимо отметить, что данная технология позволяет обойти проблему множественной интерференции между слоями, которая может привести к потери луча в многослойном диске, так как излученный фотохромом свет не когерентен и хорошо контрастирует с отраженным лазером, свободно проходит сквозь слои, и легко определяется фотодатчиком. Рассмотрим данную проблему подробнее.
В обычных оптических носителях (СD/DVD) при увеличении числа информационных слоев происходит качественное ухудшение сигнала. Это объясняется тем, что в данных технологиях используется отраженный от информационного слоя сигнал, то есть существует необходимость в зеркальных поверхностях. Поэтому в технологии DVD при изготовлении двухслойных дисков внешний информационный слой делается полупрозрачным для того, чтобы дать возможность лазеру добраться до внутреннего слоя.
При этом сигнал, проходящий через внешний слой, "оставляет" в нем часть энергии вследствие отражения. Причем отраженные от обоих слоев сигналы интерферируют (накладываются друг на друга или складываются) из-за их когерентности (совпадение частоты, и постоянной во времени разности фаз), в результате чего происходят потери полезного сигнала. Увеличение количества слоев усугубляет эффект множественной интерференции между слоями, и усложняется процесс считывания. Эту проблему можно решить путем усовершенствования детекторов-приемников, но это пока возможно осуществить только в лабораторных условиях. В случае флуоресцентных дисков такое качественное ухудшение сигнала при нарастании числа слоев происходит гораздо медленнее. Если это представить в виде графика, то выглядеть все будет примерно так:
По заявлению разработчиков FMD-ROM, даже при количестве слоев больше сотни не будет происходить сильного искажения полезного сигнала, так как все слои диска прозрачны и однородны.
FM диск в разрезе
Как видно из рисунка, диск состоит из нескольких пластиковых (поликарбонатных) слоев, соединенных между собой. Слой содержит поверхностные структуры ("питы"), которые заполняются флуоресцентным материалом. При считывании лазер фокусируется на определенном слое и возбуждает его флуоресцентные элементы, после чего это свечение улавливается фотодетектером.
Разработчики заявляют, что при использовании синего лазера (480 нм) возможно увеличение плотности записи до десятков Тбайт на один FM диск. Другая интересная особенность данной технологии заключается в возможности параллельного считывания. Если записывать последовательность бит не вдоль дорожки, а вглубь по слоям, то можно значительно повысить скорость выборки данных. Вследствие этого разработчиками FM диска, в шутку или всерьез, было предложено название своему детищу как "трехмерный диск.
Производство FM дисков
Необходимо отметить, что многие этапы производства FM дисков унифицированы под уже существующие методы производства СD и DVD дисков. Конечно, требуются некоторые изменения. В частности, они касаются формы "пита" и способов заполнения флуоресцентным материалом, а также убирается технологическая операция по напылению алюминиего слоя, что уменьшает количество шагов при изготовлении одного информационного слоя.
Процесс мастеринга (изготовление мастер-копии) очень похож на аналогичный для CD/DVD. Пара слов о самом процессе изготовления CD дисков.
В качестве носителя записанной информации используется стеклянная пластина с нанесенным на нее тонким фоторезистивным слоем. Лазерный луч, интенсивность которого промодулирована цифровой информацией, "врезается" в фоторезист, так что на его поверхности появляются отметины, соответствующие "единицам" цифрового кода. Далее фоторезист проявляют и покрывают металлическим слоем. Это так называемый образец (Master) после записи содержит цифровую информацию в форме питов. Затем гальваническим способом изготавливается точная негативная копия, которая позднее служит в качестве пресс-матрицы. Эту негативную копию уже можно было бы использовать в качестве матрицы и изготавливать CD. Однако для того, чтобы сберечь единственную имеющуюся матрицу, с ее помощью изготавливают одну или несколько промежуточных копий, которые, однако, не применимы в качестве пресс-матрицы, так как являются копиями позитивными. Эти копии в просторечии называют "матками". С "матки" гальваническим способом изготавливается пресс-матрица, которая является негативной копией. И уже с помощью этой матрицы начинается штампование CD. После запрессовывания информации на информационную поверхность в вакууме напыляется тонкий слой алюминия. С наружной стороны металлический слой покрывается защитным слоем лака, во избежание его механических повреждений.
В технологии FMD очень важно получения точной формы пита, так как впоследствии производится его заполнение флуоресцентным материалом. Поэтому технология изготовления СD и FM дисков отличается. Здесь мастер-копией является никелевая матрица (назовем ее штампом). Она, также как и в CD-технологии, является негативной копией производимого диска. FM диск состоит из нескольких слоев, поэтому процесс разбивается на этапы: отдельно изготавливаются информационные слои, после чего они связываются между собой.
Технологическое производство FM дисков имеет две разновидности.В первой используется метод горячего тиснения (выдавливания). Каждый слой получается посредством прессовки поликарбонатового слоя двумя штампами (Мастер-копиями) при высокой температуре. В результате получается так, что один слой несет информацию с двух сторон. Затем производится заполнение питов флуоресцентным материалом. После того, как он затвердевает, изготовленные слои спрессовываются под давлением.
На рисунке представлен пример структуры семислойного диска, производимого по вышеописанному методу.
Второй метод использует процесс фотополимеризации, при котором многослойный диск получается складыванием слоев одним за другим, формирующиеся из "тонких отпечатков" (или информационных слоев). Изготовление одного информационного слоя представляет собой изготовление пластиковой пленки с определенными оптическими характеристиками. Толщина пленки варьируется от 25 до 30 микрон. Пленка (на которую вскоре будет нанесена информация) либо штампуется, либо вырезается лазером до необходимого размера. Приготовленная пленка закрепляется в специальной оснастке и устанавливается на внешнюю поверхность никелевой матрицы, несущую негативную копию изготавливаемого информационного слоя. В процессе вращения фотополимерное вещество равномерно вносится в пространство между поверхностью штампа и пластиковой пленки. Позднее, когда фотополимерное вещество затвердевает, пленка отделяется от поверхности штампа. Подложка теперь содержит питы с определенной геометрией. При этом геометрия пита по качеству превосходит геометрию, получаемую при использовании матриц для изготовления CD или DVD, так как в этих технологиях используется процесс выдавливания питов (штампования). После получения слоя с необходимым расположением питов производится их заполнение флуоресцентным материалом. Во время заполнения питов флуоресцентный материал равномерно наносится на всю информационную сторону. После нанесения полимера производится химическая обработка поверхности для достижения желаемой контрастности питов и флэтов. Далее производится проверка копии на наличие различных дефектов и правильности заполнения питов, для чего производится возбуждение фотоэлементов, и затем вся картина улавливается CCD камерами и производится необходимый анализ. Затем слои "налепляют" на подложку, толщина которой 0,6 мм. Сверху все это заливается защитным слоем, который впоследствии можно использовать для какого-либо графического оформления. Для избежания физического контакта с информационными слоями на кромке диска эта область также заполняется полимерным материалом, аналогично технологиям CD или DVD.