Многослойные Blu-ray дискиДвухслойные диски разрабатывались как для перезаписываемого, так и для однократно записываемого типа Blu-ray дисков. При разработке двухслойных дисков использовалось множество новых методов, таких как супертонкие плёнки для записи, и процессов сборки. Можно сказать, что с 1994 года непрерывные разработки привели к хорошим результатам, т.е. двухслойный BD обеспечивает бо́льшую ёмкость записи, такую как 50ГБ (25 ГБ на слой).

Соответственно можно записать более чем 4 часа HDTV и больше чем 20 часов SDTV. Кроме того, поскольку запись и воспроизведение производятся с одной стороны, пользователю не нужно переворачивать диск в приводе.
 

Двухслойный диск

 
На рисунке показано схематическое изображение двухслойного диска BD. В формате Blu-ray Disc рабочий слой записи, находящийся в 100 мкм от плоскости лазера, обозначается L0, а другой рабочий слой на расстоянии 75 мкм называется слой L1. На основании предшествующего опыта с DVD-RAM, DVD-RW и т.д. в качестве носителя записи используется материал с изменяемым фазовым состоянием.

 

Двухслойный диск

Суммарная толщина двух рабочих слоев, промежуточного слоя, прозрачного защитного слоя и твёрдого защитного напыления равна 0,1 мм.
 
На рисунке сравниваются структуры DVD (ROM) и двухслойные BD. Передний и задний слои DVD формируются отдельно каждый на своей подложке, а затем подложки соединяются одна поверх другой с помощью светополимерной смолы. Поскольку каждая подложка имеет толщину 0.6мм, то возможно независимое формирование направляющей канавки. С другой стороны, задний слой BD, состоящий из многослойных плёнок, формируется на поликарбонатной (PC) подложке толщиной 1.1 мм с направляющей канавкой, а затем из смолы формируется промежуточный слой толщиной 25 мкм. На нём располагается передний слой, в конце же следует защитный слой 75мкм. Защитный слой слишком тонок, чтобы сформировать на нём направляющую канавку.
 
Это и есть первое технологическое препятствие для BD – как сформировать направляющую канавку. Предложенный метод формирования определяет, что направляющая канавка для фронтального слоя записывается на стороне промежуточного слоя в процессе штамповки.
 
Структурное сравнение двухслойных DVD и BD
 
Одно из важных условий при выборе материала для промежуточного слоя – технологическая повторяемость при относительной дешевизне. При этом должны выполняться нижеописанные ограничения.

 

Светопроницаемость
Поскольку в двухслойном диске тыловой слой записывается через фронтальный, важно, чтобы у последнего была достаточно высокая светопроницаемость. Естественно, что сам фронтальный слой должен записываться и считываться с определенной световой мощностью, поэтому целевое значение его светопроницаемости составляет 50%, чтобы распределить свет между обоими слоями.
 
Светопроницаемость не должна изменяться до и после записи
Поскольку BD предполагает запись с произвольным доступом, иногда тыловой слой записывается или читается через фронтальный слой, на котором есть записанные и незаписанные области одновременно. Если светопроницаемость зависит от того, записана ли область или нет, то интенсивность пропускаемых лучей будет колебаться и отрицательно влиять на запись/чтение тылового слоя. Поэтому желательно, чтобы светопроницаемость не менялась между записанными и незаписанными областями. Важны также выбор материала записывающей плёнки и разработка многослойной плёнки.
 
Баланс скорости охлаждения и скорости кристаллизации
Материал с изменяемым фазовым состоянием становится аморфным после мощного лазерного нагревания во время записи, сопровождаемого быстрым охлаждением, и кристаллизуется нагреванием средней мощности во время стирания. Чтобы сделать фронтальный слой полупрозрачным, плёнка отражения и плёнка записи должна быть более тонкой по сравнению с обычными дисками. Однако есть проблемы с первой, когда скорость охлаждения уменьшается после переплавки, и с последней – при уменьшении скорости кристаллизации.
 
В дополнение: с точки зрения разработки и производства желательно, чтобы тыловой слой был схож с однослойным диском. Вышеупомянутые пункты способствовали развитию двухслойных дисков и стандартизации BD. На рис.3 показан воспроизводимый сигнал (после эквалайзера-ограничителя)
разрабатываемого диска на 50 ГБ. Характеристики сигнала сравнимы с однослойным BD. Развитие двухслойных дисков будет ключом к дальнейшему увеличению привлекательности BD как носителей информации большого объёма.

 

Осциллограмма сигнала

 

В таблице 1 собраны краткие физические характеристики однослойного (SL) и двухслойного (DL) дисков.

 

Табл.1 Краткие физические характеристики дисков SL и DL

Слой

SL

DL

Тип диска

R, RE или ROM

Ёмкость

25ГБ

50ГБ

Ёмкость/слой

25ГБ

Минимальная длина Метки

0.149мкм

Шаг дорожки

0.32мкм

Модуляция

17PP

ECC

LDC совместно с BIS

Размер Сектора/Блока

2кБ/64кБ

Путь дорожки

OTP***

Скорость записи

(исключая ROM)

RE: 1x**, 2x

R: 1x. 2x. 4x(Опц.), 6x(Опц.)

1x** = 36Mб/сек

OTP***: Путь противоположной дорожки

 

Трёхслойные и четырёхслойные диски (BDXL)

 

Одна из особенностей формата Blu-ray Disc – способность наращивать слои для создания многослойных дисков. В стандарте BDA в июне 2010 успешно определены трёхслойный диск ёмкостью 100ГБ для R и RE и четырёхслойный диск ёмкостью 128ГБ для R. Каждый из этих форматов называют BDXL.

BDA создал технические требования BDXL, основывающиеся на трёх базовых постулатах проектирования.
 
1. Использование тех же основных параметров, что и для SL/DL.
Технические требования BDXL используют одинаковые основные значения, такие как толщина слоя L0, длина волны лазера, значение ЧА линзы, шаг дорожки, ECC, кодек модуляции и формат вобуляции (STW/MSK). Это означает, что новое устройство, поддерживающее диски BDXL, может использовать почти те же технологии в оптическом адаптере (головке) и схемотехнику, как и в предыдущих устройствах. Это помогает обеспечить совместимость однослойных, двухслойных, трёхслойных и четырёхслойных дисков.
 
2. Минимизация изменений для достижения высокой ёмкости.
Чтобы достигнуть более высокой ёмкости, стандарт BDA использует следующее:

— определяет подходящую толщину каждого слоя, кроме слоя L0, в трёхслойном и четырёхслойном дисках, — увеличивает линейную плотность (ёмкость/слой),

— обновляет расположение некоторых данных об управлении диском.
 
3. Оптимизация технических требований для RE и R для отражения различий физических свойств многослойных стеков записи.
 
Был оптимизирован ряд физических параметров, таких как отражающая способность, мощность записи, мощность чтения и т.д., чтобы отразить различные их физические свойства для R или для RE. Подробности можно посмотреть в спецификации BD-RE и BD-R.
 
Таблица, приведённая ниже, показывает краткую техническую спецификацию для всех дисков BD. Однослойный диск (SL) 25 ГБ или двухслойный диск (DL) 50 ГБ используются для R, RE и ROM. Трёхслойный диск (TL) используется для R или RE, а четырёхслойный диск (QL) – для R. Диск QL не используются для RE, поскольку пока не подтверждена техническая повторяемость лабораторного образца. Линейная плотность диска TL или QL больше, чем у диска SL DL. Ёмкость слоя различна для SL/DL, TL и QL.
 
Табл.2 Краткая техническая спецификация всех дисков BD

Слой

SL

DL

TL

QL

Тип диска

R, RE или ROM

R или RE

R

Ёмкость

25ГБ

50ГБ

100ГБ

128ГБ

Ёмкость/слой

25ГБ

33.4ГБ

32ГБ

Минимальная длина Метки

0.149мкм

0.112мкм

0.117мкм

Шаг дорожки

0.32мкм

Модуляция

17PP

ECC

LDC совместно с BIS

Размер Сектора/Блока

2кБ/64кБ

Путь дорожки

OTP

Скорость записи

(исключая ROM)

RE: 1x**, 2x

R: 1x. 2x. 4x(Опц.), 6x(Опц.)

RE: 2x

R: 2x, 4x

R: 2x, 4x

1x** = 36Mб/сек
 
Коротко о совместимости предыдущих устройств и BDXL. Устройство предыдущего поколения, поддерживающее только 25/50ГБ, не может ни прочитать, ни записать диск BDXL. BDA подготовила новый логотип, чтобы чётко отличать диски BDXL от 25/50ГБ дисков и устройства соответственно. Устройство, имеющее логотип BDXL, может работать с диском, имеющим логотип BDXL. Не обязательно, но новое устройство, поддерживающее диск BDXL, может также легко поддерживать 25GB/50ГБ диски, поскольку технические требования BDXL были спроектированы с малым воздействием на адаптер и схемотехнику для 25/50ГБ дисков.
 
Диск BDXL пригоден для профессионального использования. День за днём объём данных, таких как вещательные программы, медиаданные, интернет, становится всё больше и больше. Наряду с увеличением объёма данных быстро растёт рынок архивирования. Ожидается, что диск BDXL будет полезен для этого сегмента рынка.
 
Другой пример. Так как ёмкость флеш-памяти становится всё больше и больше, необходимо увеличить ёмкость диска, чтобы архивировать эти данные. Также существует жёсткое требование профессиональной индустрии иметь устройства хранения большой ёмкости для профессиональных видеокамер и профессиональных серверов, чтобы хранить огромный объём данных. Диск BDXL, как ожидается, удовлетворит все эти требования. Кроме того, диск BDXL может использоваться на потребительском рынке как рекордер, способный записывать более длинные ТВ программы.
 
Следует отметить, что компания Panasonic первой разработала и выпускала оптические диски с записью ещё в далёком 1970 году, до того, как увидел свет формат CD. Инженеры Panasonic подготовили фундамент, на котором впоследствии был создан стандарт DVD, затем формат BD-дисков и запустить массовое производство многослойных дисков.