• Drano Rauteon

Óptica - CD / DVD / BluRay - Parte 3

Atualizado: há 4 horas

Continuando a série sobre óptica, neste artigo vamos tratar da estrutura dos discos, isto é, as principais camadas e os principais materiais que compõem estes velhos conhecidos nossos.

Figura 1

Vamos começar pelo mais antigo de todos, o CD.

O Compact Disc - CD – (sigla para Disco Compacto) é composto por no mínimo quatro camadas, e 99% de toda a sua espessura corresponde à uma camada de policarbonato, mais especificamente o acrílico. O 1% restante é formado por três camadas, sendo uma refletiva, uma de proteção e, a última, é o rótulo que “decora” o disco com a capa e informações do conteúdo gravado.

Tudo se dá pela criação um disco de policarbonato fundido. Este disco tem face dupla, e uma destas faces recebe uma camada metálica reflexiva, sendo normalmente de Alumínio ou Prata (porém, também são feitos CDs com camadas de Ouro ou Platina) na qual os dados são gravados. Sobre esta camada metálica de Prata, Ouro ou Platina, está a camada seladora, que ajuda a proteger a informação gravada e a manter a integridade física do disco. É em cima de todas estas camadas que está o rótulo, ou etiqueta do disco.

De forma resumida, apresento o CD e suas camadas:

→ Camada Adesiva: Rótulo do disco;

→ Camada Plástica: Composta de policarbonato (PC);

→ Camada de gravação: Presente em CD-Rs, baseada na Organic Dye Technology;

→ Camada Reflexiva: Composta de um material reflexivo metálico, com ligas de Ouro 24K, Prata, Platina ou Alumínio (este último usado em CD-ROM);

→ Camada Seladora: Protege, em partes, a integridade dos dados gravados perante a agentes do tempo (oxidação, por exemplo).

Veja abaixo uma imagem com todas as camadas de um CD.

As camadas de um CD

Figura 2 - Imagem cedida por: Baixaki


Na sequência do texto veremos como os materiais detalhados até aqui são aplicados nos diferentes tipos de CDs.


CD-ROM

CDs normais, como os que que você comprava da Som Livre ou Sony Music, não podem ser modificados e estão representados na Imagem 1. Ele é baseado na mesma ideia das memórias ROM: É possível gravar dados apenas uma vez num disco CD-ROM. Após a gravação você pode apenas ler os arquivos, sendo que nunca mais vai poder apaga-los. As ranhuras feitas pelo laser na superfície do disco são irreparáveis, o tornando não regravável.

Camadas do CD-ROM comum:

→ 1. Camada Adesiva: Rótulo do disco;

→ 2. Camada Plástica: Composta de policarbonato (PC);

→ 3. Camada Reflexiva: Composta de um material reflexivo metálico, com liga de Alumínio;

→ 4. Camada Seladora: Protege, em partes, a integridade dos dados gravados perante a agentes do tempo (oxidação, por exemplo).

CD-R

O CD-R possui uma camada a mais, baseada na Organic Dye Technology, isto é, uma camada de corante orgânico (natural) onde os dados são gravados. Estes são os discos “virgens” que você compra em lojas e usa para gravar dados pessoais (vídeos, fotos, texto, software e etc). As cores dos corantes usados na produção do CD-R são mostradas abaixo:

→ Azul: Composta de corantes azóicos e camada reflexiva à base de prata;

→ Dourada: Compostas de ftalocianino e camada reflexiva contendo ligas de ouro 24K;

→ Prateada: Também feitas de ftalocianino com a camada reflexiva de prata;

→ Verde: Pode ser tanto de cianino quanto de ftalocianino, e camada reflexiva contendo ligas de prata.

O disco CD-R é composto pelas seguintes camadas:

→ 1. Camada Adesiva: Rótulo do disco;

→ 2. Camada Plástica: Composta de policarbonato (PC);

→ 3. Camada de Gravação: É a que contém os dados do disco (faixas de áudio, trilha de dados, etc). É composta de cianino ou ftalocianino, substâncias metálicas predominantemente azuis com propriedades eletromagnéticas;

→ 4. Camada Reflexiva: Composta de um material reflexivo metálico, com ligas de ouro 24K ou prata;

→ 5. Camada seladora: Protege, em partes, a integridade dos dados gravados perante a agentes do tempo (oxidação, por exemplo).

Assim como o CD-ROM, não há a possibilidade de regravação dos dados.

CD-RW

É uma evolução do CD-R que permite a regravação dos dados várias vezes. Isso é possível pois a camada de corante foi substituída pelo composto químico AgInSbTe, uma liga de Prata, Índio, Antimônio e Telúrio, que muda de forma quando submetida à uma determinada quantidade de calor. O laser do leitor de CD aquece à uma temperatura em torno de 400°C derretendo o composto químico e fazendo ele voltar ao seu estado original. Vulgarmente podemos dizer que ele volta a ser um CD virgem :v.

O disco CD-RW é composto pelas seguintes camadas:

→ 1. Camada Adesiva: Rótulo do disco;

→ 2. Camada Plástica: Composta de policarbonato (PC);

→ 3. Camada de Gravação: É a que contém os dados do disco (faixas de áudio, trilha de dados, etc). É composta de AgInSbTe, uma liga de Prata, Índio, Antimônio e Telúrio, que muda de forma quando submetida à uma determinada quantidade de calor;

→ 4. Camada Reflexiva: Composta de um material reflexivo metálico, com ligas de ouro 24K ou prata;

→ 5. Camada seladora: Protege, em partes, a integridade dos dados gravados perante a agentes do tempo (oxidação, por exemplo).


CURIOSIDADE: A camada seladora dos CDs é feita de uma fina película de Polimetilmetacrilato (PMMA), conhecido popularmente pelo nome comercial "Acrílico". Esta camada é rígida e após ser aplicada seca por meio da aplicação de luz ultravioleta.


CD-MO

Antes da introdução da tecnologia do CD-RW, um padrão para CDs regraváveis Magnético-Óptico chamado CD-MO foi introduzido em 1988 e estabelecida no livro Orange Book Part I, e foi basicamente um CD com uma camada de gravação magnético-óptica. O padrão CD-MO também permitiu uma zona opcional não-apagável no disco, que poderia ser lida por unidades de CD-ROM normais.

A gravação (e apagamento) dos dados era alcançada pelo aquecimento do material da camada Magnético-Óptica (feitos de, por exemplo, os componentes químicos DyFeCo - Disprósio, Ferro e Cobalto - ou, menos frequentemente, TbFeCo - Térbio, Ferro e Cobalto - ou GdFeCo - Gadolínio, Ferro, Cobalto), deste modo apagando todos os dados antigos e então usando um campo magnético para gravar os novos dados, até certo ponto, essencialmente idêntico ao MiniDisc da Sony e outros formatos Magnético-Óptico.

A leitura do disco é baseada no Efeito Kerr. Esta também era a primeira falha importante desse formato: ele somente pode ser lido em drives especiais e são fisicamente incompatíveis com drives não habilitados ao Magnético-Óptico.

O formato nunca foi lançado comercialmente, principalmente por causa da incompatibilidade inerente com o padrão das unidades de leitura de CD. Uma situação similar se apresentou nas primeiras medias CD-R, que sofreram dessas incompatibilidades físicas ou lógicas.

A produção de um Digital Video Disc – DVD (disco de vídeo digital) é semelhante à de um CD convencional. Pode haver variações de acordo com a capacidade do disco (existem discos com duas camadas ou de dois lados, vide o primeiro artigo da série sobre discos ópticos), mas o DVD básico com capacidade de 4,7 GB é criado da seguinte forma:

Sobre a primeira camada de policarbonato está uma camada específica para a gravação dos dados. Ela fica sob uma camada metálica reflexiva e também sobre nova camada de policarbonato. Completando o sanduíche está o rótulo, totalizando cinco camadas (uma a mais do que o CD).

Um DVD guarda mais dados do que um CD porque seus sulcos são menores e as faixas estão mais próximas entre si. Em resumo: o DVD aproveita melhor o espaço do disco. Os DVDs podem ser graváveis ou regraváveis, de uma ou duas camadas, de uma ou duas faces. Um disco de dupla camada possui duas camadas para gravação, um de dupla face e dupla camada conta com quatro camadas de gravação.

O DVD e suas camadas:

→ 1. Camada Adesiva: Rótulo do disco;

→ 2. Camada Plástica: Composta de policarbonato (PC);

→ 3. Camada de gravação: Onde os dados são 'impressos' pelo laser;

→ 4. Camada Reflexiva: Composta de um material reflexivo metálico, com liga de Alumínio;

→ 5. Nova camada de policarbonato.

Veja abaixo a imagem mostrando as camadas de um DVD.

As camadas de um DVD

Figura 3 - Imagem cedida por: Baixaki

Como exemplo, podemos citar o DVD-ROM, que possui estrutura bastante semelhante com o CD-ROM, tendo uma camada reflexiva de Alumínio.

Já o DVD-R possui a mesma estrutura de um CD-R, com a camada de gravação feita a partir da tecnologia Organic De Technology juntamente com a camada reflexiva de Ouro ou Prata.

O DVD-RW possui estrutura que se assemelha a um CD-RW.

Um disco Blu-ray é composto por uma camada dura de revestimento, uma camada de cobertura, uma camada protetora e, somente depois de tudo isso, a camada de gravação. Sobre elas estão ainda uma nova camada protetora, uma camada refletora, uma única camada de policarbonato e, por fim, o rótulo. Ao todo são oito camadas. Abaixo, enumeramos as camadas para facilitar o entendimento.

→ 1. Camada Adesiva: Rótulo do disco;

→ 2. Camada Plástica: Composta de policarbonato (PC);

→ 3. Camada Reflexiva: Composta de um material reflexivo metálico;

→ 4. Camada protetora: Protege o discos de agentes externos (oxidação, por exemplo);

→ 5. Camada de gravação: Serve para gravar os dados;

→ 6. Camada protetora: Protege o discos de agentes externos (oxidação, por exemplo);

→ 7. Camada de cobertura;

→ 8. Camada de revestimento de material duro.

Veja a imagem abaixo mostrando todas as camadas.

As camadas de um Blu-Ray

Figura 4 - Imagem cedida por: Baixaki

O Blu-ray também possui uma versão de camada dupla capaz de gravar até 50 GB de dados (4,5 horas de vídeos em alta definição), além de outras versões que podem chegar aos 200 GB.

Um CD é um disco de Policarbonato, sobre o qual é impressa uma longa espiral na camada reflexiva (22,188 voltas, totalizando 5,6 km de extensão).

Figura 5

CURIOSIDADE: A distância entre as faixas é chamada de Track Pitch.

As informações são gravadas em pequeninos sulcos, isto é, cavidades marcadas nessa espiral, o que cria dois tipos de irregularidades físicas: pontos brilhantes que refletem (bits de valor 1) e pontos escuros que não refletem (bits de valor 0). Estes pontos são chamados de bits, e compõem as informações carregadas pelo CD, DVD, HD-DVD e Blu-Ray.

Como você pode ver, a camada reflexiva é responsável por refletir a luz do laser para o aparelho leitor ao passar pelas irregularidades físicas brilhantes (bits de valor 1) ao longo da espiral, podendo ser composta por Alumínio, Prata, Ouro ou Platina.

Quando um disco é gravado, os bits de valor zero são impressos no disco através de um laser que forma irregularidades não brilhantes ao longo da espiral. Para fazer estes sulcos não brilhantes na camada reflexiva, o laser faz uma espécie de “queimadura” na superfície do disco. No caso de CD-R's e CD-RW's, os pontos não brilhantes (bits de valor zero) são marcados na camada de corante orgânico e na camada de AgInSbTe, respectivamente.

Um DVD guarda mais dados do que um CD pois a espiral possui muito mais que os 5,6 km de comprimento, isso faz com que que os pontos brilhantes e não brilhantes sejam bem menores, e na superfície do disco caiba mais dados. Em resumo: o DVD aproveita melhor o espaço na superfície do disco.

Usando a lógica, se 700 MB dão 5,6 km de espiral, DVD tem mais de 33 km de espiral para seus 4,7 GB de capacidade.

Figura 6


Existem DVDs com duas camadas de gravação, uma por cima da outra. Esta tecnologia de dupla camada é feita com um material que causa semitransparência, fazendo com que o laser consiga acessar a segunda camada "atravessando" a primeira sem causar danos aos dados gravados e sem que os dados da camada superior interfiram na camada mais interna. Veja a imagem abaixo:

Diagrama 1 - DVD's de duas camadas e o método de leitura


Perceba que o Diagrama 1 é apenas um desenho genérico, mostrando de forma muito simplificada como é funciona o sistema.


Os CDs são lidos e gravados por um laser infravermelho (faixa de 780 nm), enquanto os DVDs são lidos e gravados por um laser vermelho (luz vermelha é na faixa de 620 até 780 nm). Quando abrimos um leitor de CD e DVD é fácil de ver a lente e seu conjunto de prismas e espelhos que refletem e mudam a direção do laser para que ele chegue à superfície do disco.


O Blu-ray tem ainda mais kilometros de espiral, graças ao seu laser azul que tem um comprimento de onda menor do que o vermelho e pode focalizar melhor na superfície do disco, fazendo com que os bits, as irregularidades produzidas na face de gravação do disco sejam bem menores, ocupando menos espaço.

Figura 7

O HD-DVD é parecido com o Blu-Ray. Ele também utiliza um laser azul com comprimento de onda na faixa dos 400 nanômetros para leitura e gravação. A faixa de 400 a 490 nm abrange as cores Violeta, Índigo e Azul. A superfície de cada camada de um HD DVD é de 0,6 mm, o mesmo do tamanho do DVD, porém 0,1 mm a menos do que a camada de um disco Blu-ray. A abertura numérica do cabeçote de feixe óptico tem 0,65 mm, comparado aos 0,6 mm do DVD.

Enquanto o Blu-Ray tem um Track Pitch de 32 micrômetros, no HD-DVD são 40 micrômetros. Enquanto a largura dos sulcos do Blu-Ray são de 0.15 mícron, o HD-DVD possui sulcos de 0,20 mícron.

CURIOSIDADE: O Policarbonato é utilizado devido a sua estabilidade dimensional, pureza, transparência e resistência mecânica. Este polímero é aquecido a 350 graus Celsius para então ser moldado com alta precisão, pois o disco deve ser plano, centrado e livre de qualquer distorção óptica. Com um meticuloso processo de resfriamento, este disco plástico transparente torna-se apto para ser a base de fixação das outras camadas e então está pronto para ser gravado.


CURIOSIDADE: No processo de fabricação existe um grande cuidado para que não ocorra um efeito chamado birrefrigência, também denominado refração dupla.

Para saber mas sobre este efeito, CLIQUE AQUI!


Para entender melhor sobre comprimento de onda do laser leitor / gravador do disco, aconselho você a ler os dois primeiros artigos sobre óptica, que explicam melhor a frequência e o comprimento de onda do espectro visível ao olho Humano. Para acessar estes artigos, clique nos links abaixo:


A Óptica E A Tecnologia


A Óptica E A Tecnologia - Parte 2


Para conhecer mais sobre a camada plástica do CD recomendo a leitura do artigo "Resina, Fibra, Plástico e Borracha - Que termos são estes?"


E por aqui finalizamos mais um artigo. Por mais que as mídias ópticas estejam em desuso, é sempre interessante saber como essas tecnologias funcionam e até onde a mente Humana pode chegar!


Caso queira dar alguma sugestão, algum elogio ou reclamação, entre em contato com o blog por meio do e-mail hardwarecentrallr@gmail.com

FONTES e CRÉDITOS:


Texto: Leonardo Ritter

Imagens: Baixaki; Leonardo Ritter

Fontes: Hardware Central; TecMundo; Wikipedia (somente artigos com fontes verificadas).


Última atualização: 16 de Maio de 2021.

75 visualizações