CD Teknolojisinde Lazerlerin Kullanımı-1

Veri depolamak tarih boyunca insanların en büyük problemlerinden biri olmuştur. Gittikçe artan veri depolama ihtiyacına yazının icadından, CD’lere, DVD’lere, harddisklere kadar birçok teknolojik yenilikle cevap verilmeye çalışılmıştır.

Veri depolama kapasitesi zamanın ihtiyaçlarına göre isimlendirildiğinden her dönemin “yüksek kapasiteli veri depolama” yöntemi farklı olmuştur. Örneğin 80’lerin sonunda bilgisayar harddiskleri 20 MB veri saklayabiliyorken 650 MB veri saklayabilen bir teknoloji yüksek kapasiteli olarak isimlendirilirdi.

CD-ROM teknolojisi de 90’lı yılların trend teknolojilerinden biri olmuştur ve yüksek kapasiteli veri depolama ürünleri olarak sunulmuşlardır. Marketteki alternatiflerine göre avantajları fazla olduğu için kullanımı o yıllarda çok yaygınlaşmıştır. Aşağıdaki tabloda CD’nin alternatifleri gösterilmiştir. CD ile yaşıt olmayan teknolojiler dahil edilmemiştir. Sabit diskler dışında alternatiflerine göre kapasite, transfer hızı ve ortalama erişim zamanının yanı sıra taşınabilir olması dolayısıyla da kendi zamanında büyük avantajlar elde etmiştir.

Tablo 1 Depolama aygıtları.

Depolama Aygıtı

Depolama Kapasitesi [MB]

Ortalama Transfer Hızı [kB/s]

Ortalama Erişim Zamanı [s]

1x CD-ROM drive

650

153.6

250-300

Floopy-disk

1.44

250/500

90

LS-floopy-disk

120

400-850

70

Magneto-optik drive

128-2600

1000-4500

20-40

CD-ROM drives

650

2000-4800

85-125

Hard-disk

5000-120000001

81920

0.2-0.8

Solid-state disk

5000-600000002

409600

0.08-0.16

CD’lerin Tarihi

Lazer’in arkasındaki teknoloji 1960’ların sonlarında James T. Russel tarafından icad edildi. Hırslı bir müzik hayranı tarafından kaset ve plaklardan daha iyi ses üretebilecek ve uzun metraj kayıt yapabilecek bir optik kayıt sisteminin patentini 1970’li yıllarda aldı fakat bu standartlaşmamış durumdaydı. Sony ve Philips firmaları ticari CD’leri 1980’li yıllarda duyurduktan sonra asıl ünlerine kavuştular. Daha önceleri optik disklerde bir standartlaşma yoktu. Her firma kendi boyutlarını ve kendi hata düzeltme yöntemlerini kullanıyordu. 1981’de Dijital Ses Disk Komitesi kompakt diskleri standartlaştırdı. Bu standartlaşma 25’ten fazla üretici tarafından kabul gördü. Daha sonra da farklı standartlarda CD’ler üretildi. Şekil 1’de optik diskler ve standartlaşma yılları görülüyor.

Şekil 1 Optik disklerin standartlaşma yılları[1].

2000’li yıllara kadar CD satışlarında patlama yaşandı. Artan veri depolama ihtiyacına çözüm olarak PC üreticileri artık bilgisayarları CD sürücüsüyle satıyorlardı ve bu da üretilen içeriğin CD’de saklanıp satılmasını sağlıyordu. Birbirini besleyen bir eko sistem vardı. Şekil 2’de yıllara göre yaklaşık CD-ROM satışları gösterilmiştir.

Şekil 2 Yıllara göre CD-ROM satış miktarı[1].

CD-ROM’un bu kadar çok tercih edilme nedenleri:

  • Zamanında diğer cihazlara göre yüksek kapasiteli veri kaydetmesi.
  • Küçük, hafif ve kolay elde edilebilir olması.
  • Ucuz olması.
  • Kolay kullanılabilir olması.
  • Dünya çapında bir standartlaşmaya gidilmiş olması.
  • Uzun süre veri saklanabilen bir ortam olması.
  • Toz ve parmak izinden muadillerine göre az etkilenmesi.
  • Dağıtımda veriler için uygun bir saklama ortamı oluşturması.

Olarak sıralanabilir.

2018 yılı itibariyle CD ve çeşitlerinin kullanımı artan veri yoğunluğu ve alternatiflerinin çoğalması nedeniyle azalmıştır. Yerini DVD ve Blue-ray gibi teknolojilere bıramıştır. Ayrıca 2000’lerden sonra internetin yaygınlaşması da dağıtım için kullanımını azaltmıştır.

CD’lerin Mimarisi ve Çalışma Şekli

CD, İngilizce “compact disc” tanımının kısaltılmasından oluşur. Türk Dil Kurumu tarafından “yoğun disk” olarak isimlendirilmiştir. Çapı yaklaşık 12cm ince dairesel plastik-metal bir disktir. Üç katmandan oluşur. Büyük bir kısmı polikarbotan denilen kırılgan bir plastikten yapılır. Ortada ince alüminyum bir plaka vardır. Alüminyumun üzerinde ise plastik koruyucu bir tabaka vardır. Yansıtıcı ve yansıtıcı olmayan iki tarafı vardır. Yansıtıcı taraf bilgilerin olduğu taraftır, diğer kısım ise tanıtıcı bilgilerin yazıldığı herhangi bir veri saklamayan koruyucu taraftır. Şekil 3’te yansıtıcı ve koruyucu yüzler gösterilmiştir.

Şekil 3 CD Koruyucu yüz ve verilerin yazıldığı yüz (soldan sağa).

Optik okuyucular/yazıcılar parlak yüzeyin altındaki kısımda modülasyon standardına göre veri kaydeder. Kaydedilen veri yine optik okuyuclar sayesinde Şekil 4’te gösterilen çukur ve tümsekler algılanarak okunurlar. Fiziksel olarak CD’ye sadece lazer ışını temas eder. O nedenle uzun süre okunduğunda verilerde herhangi bir bozulma olmaz.

Şekil 4 CD’nin yapısı ve yansıtıcı yüzeydeki çukur ve tümsekler[2].

CD’lerin üretimi de kolaydır. Bir adet CD’ye bilgiler kaydedilir. Kaydedilen örnekten milyonlarca çukur ve tümsekler oluşturularak kopyalanabilir.

CD’lerde Lazerin Kullanımı

Diskin üzerinde oluşan çukur ve tümsekler lazer, toplayıcı, yansıtıcı düz plaka ve bir foto-algılayıcı sayesinde bilgisayar sistemi tarafından bilgi olarak algılanırlar. Şekil 5’te gösterildiği gibi lazer ışığı bir yansıtıcı plaka yardımıyla disk üzerine düşürülür. Yansıtıcı plakanın göre çukur ve tümseklerden yansıyan ışınları düzgün şekilde foto-algılayıcı üzerine düşürmektir.

Şekil 5 CD-ROM tarafından kullanılan optik yol[1].

Şekil 6’da ikinci adımda gösterildiği gibi algılayıcı üzerine düşen ışınlar kullanılan modülasyon tekniğine göre bir dijital analog dönüştürücü yoluyla (bu bir bilgisayar da olabilir) 4. Adımdaki hoparlör sayesinde ses verisine dönüşür.

Şekil 6 CD’den veri okuma aşamaları[2].

Şekil 7’de sistemin gerçek dünyadaki örneği gösterilmiştir.

Şekil 7 Gerçek dünyada CD okuyucu[2].

Lazer ve fotoselin ayrı olmadığı aynı birim üzerinde kullanıldığı CD-ROM sürücüler de vardır. Bu sürücülerde fotoselin üzerine ışın düşüren plaka yerine yansıtıcı bir ayna vardır.

Optik Lazer Teknolojisi

CD sürücülerde kullanılan yarı iletken lazerlerin dalga boyu 780 nm’dir ve optik gücü yaklaşık 3 mW’tır[1]. Bu görünür ışık dalga boyuna yakındır ve kırmız olarak görünür. Göz refleksini tetiklemediği için doğrudan göze tutulmamalıdır.

Aşağıdaki tabloda yarı iletken lazer çeşitleri, dalga boyu aralıkları ve uygulama alanları listelenmiştir:

Tablo 2 Yarı iletken lazerler.

Tablo 2’de görüldüğü üzere CD okuyucularda bulunan lazer AlGaAs tipi lazerdir. Elektrik akımı kullanılarak pompalanır. Elektromanyetik spektrumun kızılötesi bölgesine düşer.

Fiziksel özellikleri aşağıdaki gibidir:

Tablo 3 Lazer Özellikleri[3].

Lazer Özellikleri

Lazer tipi

Katı

Pompalama Kaynağı

Elektrik Akımı

Çalışma Dalga Boyu

0.63-0.9µm

Tablo 4 AlGaAs lazerin fiziksel ve kimsayal özellikeri[3].

Fiziksel ve Kimyasal Özellikler

Kimyasal Formül

AlGaAs

Kristal Yapısı

Çinko sülfür

Sertlik

5

1 2016 yılı için

2 2015 yılı için

Kaynakça

[1] S. G. Stan, THE CD-ROM DRIVE. Boston, MA: Springer US, 1998.

[2] Explainthatstuff.com, “How do CD and DVD players work? – Explain that Stuff.” [Online]. Available: http://www.explainthatstuff.com/cdplayers.html. [Accessed: 15-Apr-2018].

[3] A. Optics, “Aluminum Gallium Arsenide Lasers – Properties and Applications.” [Online]. Available: https://www.azooptics.com/Article.aspx?ArticleID=520. [Accessed: 15-Apr-2018].

[4] J. Wilson and J. Hawkes, “Optoelectronics.pdf.” p. 575, 1998.

[5] B. Hitz, J. J. Ewing, and J. Hecht, Introduction to Laser Technology, no. 1. 2014.

[6] G. Simin, “Semiconductor laser fundamentals.” [Online]. Available: http://www.ee.sc.edu/personal/faculty/simin/ELCT566/11 Semiconductor laser fundamentals.pdf. [Accessed: 15-Apr-2018].

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir