Laser ghi và đọc tín hiệu quang học

Giới thiệu chung
Lịch sử
LASER là viết tắt của cụm từ Light Amplification by Stimulated Emisson of Radiation
nghĩa là khuếch đại ánh sáng bằng bức xạ cưỡng bức.
Năm 1960, Herbert Nelson tại phòng thí nghiệm RCA đã có thể chế tạo các lớp tiếp xúc
dị thể dùng trong LASER bán dẫn.
Năm 1963, Nikolay Basov và cộng sự đã sản xuất được LASER bán dẫn đầu tiên được
chế tạo từ GaAs ở Liên Xô.
Ngay sau thành tựu này, với nhiệm vụ làm nguồn bơm cho LASER rắn thông thường,
LASER bán dẫn đã thay thế cho các nguồn bơm phức tạp và tốn kém khác.
Hiện nay các nhà khoa học Mỹ đang nghiên cứu LASER bán dẫn hồng ngoại mô hình
nhỏ.
Sơ lược về chất bán dẫn
Tổng quan
Chất bán là chất có độ dẫn điện ở mức trung gian giữa chất dẫn điện và chất cách điện.
Chất bán dẫn hoạt động như một chất cách điện ở nhiệt độ thấp và có tính dẫn điện
ở nhiệt độ phòng. Gọi là "bán dẫn" (chữ "bán" theo nghĩa Hán Việt có nghĩa là một
nửa),vì chất này có thể dẫn điện ở một điều kiện nào đó, hoặc ở một điều kiện khác sẽ
không dẫn điện.(1)Chất bán dẫn là vật chất có điện trở suất nằm ở giữa trị số điện trở suất
của chất dẫn điện và chất điện môi khi ở nhiệt độ phòng: ρ = 10-4 đến 107 Ω.m
Si và Ge đều có hoá trị 4, tức là lớp ngoài cùng có 4 điện tử, ở thể tinh khiết các nguyên
tử Si (Ge) liên kết với nhau theo liên kết cộng hoá trị như hình dưới.


Chất bán dẫn tinh khiết
Trong kỹ thuật điện tử chỉ sử dụng một số chất bán dẫn có cấu trúc đơn tinh thể, quan
trọng nhất là hai nguyên tố Gecmani và Silic. Thông thường Gecmani và Silic được dùng
làm chất chính, còn các chất như Bo, Indi (nhóm 3), Photpho, Asen (nhóm 5) làm tạp
chất cho các vật liệu bán dẫn chính. Đặc điểm của cấu trúc mạng tinh thể này là độ dẫn
điện của nó rất nhỏ khi ở nhiệt độ thấp và nó sẽ tăng theo lũy thừa với sự tăng của nhiệt
độ và tăng gấp bội khi có trộn thêm tạp chất.

Từ các chất bán dẫn ban đầu ( tinh khiết) người ta phải tạo ra hai loại bán dẫn là bán dẫn
loại N và bán dẫn loại P, sau đó ghép các miếng bán dẫn loại N và P lại ta thu được Diode
hay Transistor.
Đặc điểm chất bán dẫn
Chất bán dẫn loại N
Khi ta pha một lượng nhỏ chất có hoá trị 5 như Photpho vào chất bán dẫn Si thì một
nguyên tử P liên kết với 4 nguyên tử Si theo liên kết cộng hoá trị, nguyên tử Photpho chỉ
có 4 điện tử tham gia liên kết và còn dư một điện tử và trở thành điện tử tự do. Điều đó
làm cho chất bán dẫn lúc này trở thành thừa điện tử và được gọi là bán dẫn N.

Chất bán dẫn N
Chất bán dẫn loại P
Khi ta pha thêm một lượng nhỏ chất có hoá trị 3 như Indium (In) vào chất bán dẫn Si thì
một nguyên tử Indium sẽ liên kết với 4 nguyên tử Si theo liên kết cộng hoá trị và liên kết
bị thiếu một điện tử trở thành lỗ trống và được gọi là chất bán dẫn P.


Chất bán dẫn P
Vùng năng lượng trong chất bán dẫn

Vùng năng lượng của chất bán dẫn gồm ba vùng: vùng dẫn, vùng hóa trị, vùng cấm.
Vùng dẫn là vùng có mức năng lượng cao nhất, là vùng mà điện tử linh động như các
điện tử tự do và điện tử ở vùng này sẽ là điện tử dẫn, có nghĩa là chất sẽ có khả năng dẫn
điện khi có điện tử trên vùng này.
h2 k 2
E = Ec +
2mc
c

k

Ec là mức năng lượng thấp nhất của vùng dẫn.
mc là khối lượng điện tử.
Vùng hóa trị là vùng có năng lượng thấp nhất theo thang năng lượng, là vùng điện tử liên
kết mạnh với nguyên tử và không linh động.
Ekυ = Eυ −

h2 k 2
2mυ

Ev là mức năng lượng cao nhất của vùng hóa trị.
Mv là khối lượng lỗ trống.
Vùng cấm là vùng nằm giữa vùng hóa trị và vùng dẫn, điện tử không thể tồn tại trên vùng
này do không có mức năng lượng nào cả. Đối với bán dẫn pha tạp, có thể xuất hiện các
mức năng lượng trong vùng cấm. Khoảng cách giữa đáy vùng dẫn và đỉnh vùng hóa trị


Eg

gọi là độ rộng vùng cấm hay năng lượng vùng cấm

. Tùy độ rộng vùng cấm mà chất

có thể dẫn điện hoặc không dẫn điên.
Eg = hωg
ωg là tần số ngưỡng hấp thụ quang học – hấp thụ photon để tạo ra một điện tử ở vùng dẫn
Tiếp giáp P-N khi chưa có điện trường ngoài
Khi cho hai khối bán dẫn P và N tiếp xúc với nhau, giữa hai khối bán dẫn hình thành một
mặt tiếp xúc P-N

do sự chênh lệch về nồng độ hạt dẫn giữa hai khối sẽ xảy ra sự khuyếch tán. Các lỗ trống
ở khối P sẽ khuyếch tán sang khối N và các điện tử từ khối N sẽ khuyếch tán sang khối P.
Kết quả làm cho bề mặt gần lớp tiếp giáp của khối P nghèo đi về điện tích dương và giàu
lên về điện tích âm. Bề mặt gần lớp tiếp giáp của khối N mất điện tích âm và nhận thêm
lỗ trống nên tích điện dương. Nếu sự chênh lệch về nồng độ các loại hạt mang điện ở hai
khối này càng lớn thì sự khuếch tán diễn ra càng mạnh.
Kết quả: Hai bên mặt tiếp giáp hình thành nên điện trường vùng tiếp xúc E tx có chiều
hướng từ khối N sang khối P. Điện trường tiếp xúc này cản trở sự khuyếch tán của các hạt


mang điện đa số từ khối này sang khối kia. Khi Etx cân bằng với lực khuyếch tán thì trạng
thái cân bằng động xảy ra. Khi đó vùng điện tích không gian không tăng nữa, vùng này
gọi là vùng nghèo kiệt (vùng thiếu vắng hạt dẫn điện) đó là chuyển tiếp P-N bao gồm các
ion không di chuyển được. Khi cân bằng động, có bao nhiêu hạt dẫn điện khuyếch tán từ
khối này sang khối kia thì cũng bấy nhiêu hạt dẫn được chuyển trở lại qua mặt tiếp xúc,
chúng bằng nhau về trị số nhưng ngược chiều nhau nên chúng triệt tiêu nhau, kết quả
dòng điện qua tiếp xúc P-N bằng 0.
Kết luận: Không có dòng điện chạy qua lớp tiếp giáp P – N khi chưa có điện trường
ngoài.

Tiếp giáp P- N khi có điện trường ngoài
Trường hợp phân cực thuận
Đặt điện áp một chiều vào tiếp giáp P-N sao cho cực dương nối vào khối P, cực âm nối
vào khối N. Điện áp này tạo ra một điện trường ngoài E ng có chiều hướng từ khối P sang
khối N. Khi đó điện trường ngoài E ng có chiều ngược với điện trường vùng tiếp xúc Etx
nên điện trường tổng ở vùng tiếp xúc giảm.


E= Etx – Eng giảm. Khi đó bề rộng vùng nghèo giảm làm cho sự khuyếch tán diễn ra dễ

dàng. Các hạt mang điện đa số dễ dàng khuyếch tán từ khối này sang khối kia. Do mật độ
hạt mang điện đa số lớn nên dòng khuyếch tán I kt lớn, dòng điện này gọi là
dòng điện thuận Ith. Ta nói tiếp giáp P-N thông. Do số lượng hạt dẫn thiểu số ít, nên dòng
điện trôi dạt Itr rất nhỏ. Điện trở tiếp giáp P- N trong trường hợp này gọi là điện trở thuận
Rth có giá trị nhỏ.
Trường hợp phân cực ngược


Đặt cực dương vào khối N, cực âm vào khối P. Khi đó E ng cùng chiều với Etx nên điện
trường tổng ở vùng tiếp xúc tăng, do đó bề rộng vùng nghèo tăng, nó ngăn cản các hạt
dẫn đa số khuếch tán từ khối này sang khối kia, do vậy dòng khuếch tán coi I kt = 0. Dòng
điện trôi có giá trị nhỏ do số hạt dẫn thiểu số rất ít nên dòng điện qua tiếp giáp P-N khi
phân cực ngược có giá trị bằng 0. Ta nói tiếp giáp P-N bị khoá, trong trường hợp này tiếp
giáp P-N coi như một điện trở có giá trị vô cùng lớn gọi là điện trở ngược R ng. Tiếp giáp
P-N chỉ có tác dụng dẫn điện theo một chiều (từ khối P sang khối N) khi được phân cực
thuận.
Ứng dụng ghi đọc CD.
Sơ lược về đĩa quang
Cấu tạo và thông số
Đĩa quang có nhiều loại khác nhau (CD, DVD,...), ghi dữ liệu một mặt đĩa hoặc ghi cả ở
hai mặt dĩa, do đó chúng có cấu tạo rất khác nhau. Ở các loại đĩa quang khác nhau, xem
cụ thể cấu tạo của chúng tại từng bài cụ thể.
Một cách chung nhất, đĩa quang có cấu tạo gồm:
•

Lớp nhãn đĩa (chỉ có ở loại đĩa quang một mặt)


•

Lớp phủ chống xước (chỉ có ở loại đĩa quang một mặt).

•

Lớp bảo vệ tia tử ngoại.

•

Lớp chứa dữ liệu.

•

Lớp polycarbonat trong suốt (phía bề mặt làm việc)

Đối với loại đĩa quang ghi dữ liệu ở cả hai mặt, các lớp được bố trí đối xứng nhau để đảm
bảo ghi dữ liệu ở cả hai mặt đĩa.
Tuỳ từng loại đĩa quang khác nhau mà chúng có các kích thước khác nhau (xem từng bài
riêng biệt theo bảng). Chúng thường được chia thành các loại chính sau:
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

Đĩa quang, theo đúng như tên gọi của nó, đã sử dụng tính chất quang học để lưu trữ dữ
liệu. Khi làm việc với ánh sáng thì chúng không có sự tiếp xúc trực tiếp giữa đầu đọc dữ
liệu và bề mặt đĩa, do đó đĩa quang thường là bền nếu như chúng không bị tác động bởi
yếu tố môi trường.
Có một nguyên lý về ánh sáng như sau nếu như chúng chiếu vào bề mặt của một vật nào
đó: có thể bị hấp thụ hoặc phản xạ lại (một phần hoặc toàn phần đối với cả hai trường
hợp). Nếu như có một vật chuyển động thay đổi trạng thái hấp thụ hoặc phản xạ ánh sáng
qua một nguồn phát ánh sáng cố định thì chúng ta sẽ đọc được trạng thái phản xạ lại ánh
sáng hoặc không phản xạ lại ánh sáng theo đúng tình trạng của vật chuyển động đó. Đĩa
quang vận dụng tính chất phản xạ ánh sáng nêu trên để chứa các dữ liệu tại bề mặt đĩa

thông qua sự phản xạ/không phản xạ.
Trên đĩa quang có các rãnh theo hình xoắn chôn ốc từ trong ra ngoài theo các track. Trên
các track này là các rãnh (land) và các pit mà chúng có thể gây phản xạ lại theo hướng
vuông góc với chùm tia tới hoặc phản xạ ít theo phương vuông góc với chùm tia này. Do
hệ thống chiếu tia là duy nhất trong một hệ quang học nên các loại ổ đĩa quang (hoặc máy
phát đĩa quang) chỉ quan tâm đến hướng vuông góc đối với chùm tia chiếu tới, đây là
những tính chất quan trọng trong sự hoạt động của các đĩa quang.


Khi đọc dữ liệu trên đĩa quang, một tia tia laser (có công suất thấp) chiếu vào các điểm
sáng và tối của chúng để nhận lại ánh sáng phản xạ. Ánh sáng phản xạ này sẽ quay ngược
lại nguồn phát ra chúng và bị đổi hướng bởi một hệ lăng kính đến phần đầu đọc để cho
kết quả các tín hiệu nhị phân Như vậy thì hệ thống thiết bị đọc đĩa quang sẽ là một hệ
quang học phức tạp nhằm tạo ra tia laser chiếu vào bề mặt đĩa và thu lại tia phản xạ theo
phương mà tia laser chiếu đến.
Tại thiết bị cảm nhận tia laser phản xạ lại, một điốt cảm quang sẽ tiếp nhận những ánh
sáng rời rạc để biến chúng thành tín hiệu nhị phân, tức là tín hiệu có dạng 1000101001,
chúng chứa âm thanh/video hoặc dữ liệu phần mềm máy tính. Xin lưu ý rằng đây là
những lý giải đơn giản để bạn hiểu được nguyên lý làm việc của chúng một cách dễ hiểu,
trên thực tế thì cơ chế chuyển hoá dữ liệu nhị phân của chúng thì phức tạp hơn bởi sự sửa
chữa lỗi phát sinh trong quá trình đọc dữ liệu.
Đó là cấu tạo và nguyên lý hoạt động một cách đơn giản nhất của các đĩa quang, tuy
nhiên đối với những loại đĩa quang khác nhau thì chúng đã thay đổi các thông số khác
nhau mà sẽ trình bày ở phần riêng biệt phía dưới đây
Đĩa CD (tiếng Anh: Compact Disc) là một trong các loại đĩa quang, chúng thường chế tạo
bằng chất dẻo, đường kính 4,75 inch, dùng phương pháp ghi quang học để lưu trữ khoảng
80 phút âm thanh hoặc 700 MB dữ liệu máy tính đã được mã hóa theo kỹ thuật số.
(WIKI)
Không giống như các đĩa cứng được ghi dữ liệu lên bề mặt bằng từ, đĩa quang (theo đúng
như ý nghĩa của tên gọi) sử dụng các tính chất quang học để lưu trữ dữ liệu. Khái

niệm track trên đĩa quang cũng giống như ổ đĩa cứng, mỗi track là một vòng tròn, tuy
nhiên ở đĩa quang các track là các vòng tròn hở nối tiếp nhau.


Trên đĩa quang có các rãnh theo hình xoắn trôn ốc từ trong ra ngoài (không giống như
các track đồng tâm ở ổ đĩa cứng) chứa các "hố" thuật ngữ tiếng anh gọi là "pit" và bề mặt
gọi là "land", tia laser đọc các pit và land và chuyển sang tín hiệu nhị phân.Các pit này
được chia làm 9 loại,có kí hiệu từ t3 đến t11.
1. t3 = 833nm
2. t4 =1111nm
3. t5 =1388nm
4. t6 =1666nm
5. t7 =1944nm
6. t8 =2221nm
7. t9 =2499nm
8. t10 =2777nm
9. t11 =3054nm

Cụ thể hơn,tia sáng khi chiếu vào bề mặt đĩa quang nếu gặp một pit (phần hố bị laser
khắc) thì tia sáng sẽ không phản xạ ngược lại nguồn phát sáng vì phần sóng giao thoa ở
viền pit đã triệt tiêu sự phản lại,còn khi chiếu qua phần land (bề mặt không bị khắc) thì
tia sáng sẽ phản chiếu lại mắt đọc,đường này có dạng 2 tia trùng nhau. Tại ổ đĩa quang,
trên đường chiếu của tia sáng có hệ lăng kính bán mạ để phản xạ tia sáng truyền ngược
lại (khi chiếu vào vùng bề mặt) vào một bộ cảm biến để nhận tín hiệu (là
các photodiode).
Tín hiệu sau khi nhận được cần phải xử lí rất phức tạp.Các phần tử pit và land kể trên
không phải đại diện cho các bit nhị phân.Các bit nhị phân trong hệ này được tạo nên bởi
kênh nhị phân (channel bit) hay là một xung thời gian có độ dài(1/4.321.800 phần của
giây). Các kênh nhị phân này quy định khoảng thời gian mà một bit có ý nghĩa. Các bit
"0" và "1" được quy định như sau, nếu như tia laser quét vào vùng land, mỗi kênh nhị

phân sẽ bằng một bit "0" và chia đều vùng land này, khi tia laser chiếu vào phần viền,
giữa vùng land và một hố pit, kênh nhị phân ở giai đoạn chuyển giao này sẽ bằng bit
"1".Sau đó các kênh nhị phân (thời gian) tiếp tục chia đều hố pit đó và khoảng thời gian


giữa pit đó,tức là khi tia laser quét vẫn ở trong pit đó thì nó chiếm một khoảng thời gian
"x" có đơn vị là 1 channel bit, mỗi đơn vị đó có giá trị "0" như khi quét qua land. Các dữ
liệu nhị phân này không phải là dữ liệu đầu vào có thể đọc được.
Tuy nhiên đó chỉ là trên mô hình,để hệ thống thu và phát hoạt động tốt,người ta khi ghi
đĩa phải dùng thuật toán efm để giảm thiểu sai sót bằng cách thêm các bit nhị phân vào
dữ liệu thô thu được trên mô hình chuẩn trước khi ghi các bit vào đĩa.[1]
Đĩa quang
Đĩa CD
Đĩa DVD
Đĩa laze
Đĩa Laser là những thế hệ đầu tiên của đĩa quang. Được hãng Philips giới thiệu ra thị
trường vào năm 1978 tại Alantic. Những năm sau đó thì tại Hoa Kỳ và Nhật Bản cũng
được khá nhiều người sử dụng chúng mặc dù đĩa CD với kích thước nhỏ hơn đã ra đời
sau nó khoảng 4 năm.
Một đặc điểm đáng lưu ý ở đĩa Laser là những phiên bản đầu tiên của chúng thì hoàn toàn
chứa các tín hiệu dạng tương tự, do đó chất lượng của âm thanh/video trên đĩa lasze có
chất lượng cao hơn so với một số loại đĩa ra đời sau nó.
Ở thị trường Việt Nam thì đĩa laze cũng không phải là hiếm trong thời gian trước đây,
những người nghe đã có mua các máy phát đĩa lazetừ Nhật Bản với các loại đĩa được
xuất bản tại Hoa Kỳ. Đến năm 2006 thì trên thế giới vẫn còn bán những loại máy phát đĩa
laze chỉ dành cho người có thú vui sưu tập các loại đĩa laze cổ và có nhiều tiền.
Đĩa Laser đã kết thúc cuộc đời của mình vào năm 2001 tại Nhật Bản, khi này chúng đã
hoàn toàn bị thay thế dần dần bởi loại đĩa có kích thước nhỏ hơn: CD và DVD ra đời
trước đó.
ĐĨA CD

Đĩa CD đã được chuẩn hoá thông dụng trong thời gian qua trên hầu hết các máy tính cá
nhân, hầu hết các máy tính đều có một ổ đọc đĩa CD-ROM, chúng được dùng cho việc


cài đặt các phần mềm, sửa chữa hệ điều hành và các mục đích khác như giải trí số trên
máy tính cá nhân.
Có hai loại đĩa CD-ROM với dung lượng khác nhau: Ban đầu thì dung lượng của chúng
là 650 MB, sau đó được cải tiến lên ghi dữ liệu với 700 MB, không những thế thì một số
phần mềm hoặc các ứng dụng còn cho phép ghi dung lượng vượt qua ngưỡng 700 MB.
Đĩa CD dược biết đến đầu tiên là các loại đĩa CD-ROM (Compact Disc ReadOnly Memory) có nghĩa là đĩa CD chỉ đọc dữ liệu, những phiên bản đầu tiên là CD-DA
(digital audio) dùng để chứa âm thanh. Sau này thì đĩa CD được mở rộng ra với các khả
năng có thể ghi được dữ liệu một lần CD-R (CD-recordable) hoặc đĩa CD được ghi lại
nhiều lần CD-RW (CD-rewritable).
Như đã biết về loại đĩa Laser đã được hãng Philips giới thiệu, thương mại vào năm 1978
thì hai hãng Philips và Sony bắt đầu bắt tay vào cùng nghiên cứu phát triển loại đĩa CDDA (digital audio) dùng cho việc ghi âm thanh vào năm 1979. Hai hãng này đóng góp
các kỹ thuật của mình: Philips với công nghệ đã biết đối với đĩa Laser và các điểm phản
xạ (pit), Sony có các công nghệ về bản mạch thuật toán xử lý lỗi và các mạch chuyển đổi
số-tương tự.
Đến năm 1980 thì chuẩn đĩa CD-DA ra đời, chúng được chuẩn hoá với Định dạng Sách
đỏ (Red Book) (chúng có tên như vậy bởi vì toàn bộ các tài liệu liên quan được chứa
trong một cuốn sách có bìa màu đỏ). Sự chuẩn hoá này đã được thống nhất chung về tất
cả các tài liệu kỹ thuật liên quan để có thể sử dụng cho các hãng sản xuất tương thích và
phù hợp các sản phẩm với nhau. Có một sự khá lý thú trong quá trình lựa chọn độ dài của
dung lượng đĩa CD trong thời gian này: Khi chuyển đổi kích thước lớn từ đĩa Laser có
kích thước 30 cm xuống loại đĩa CD-DA thì hai hãng đã thống nhất lấy độ dài của đĩa âm
thanh này là khoảng 70 phút để có thể chứa bản Giao hưởng Số 9 của Beethoven mà
không làm gián đoạn khi phát lại âm thanh ^^.
Sau khi đưa ra định dạng chung thì cả hai hãng bắt đầu cuộc đua về sản xuất các loại máy
phát đĩa CD để thương mại ra thị trường, Sony đã chiến thắng trước một tháng so với
Philips khi cho ra mắt đầu đĩa CDP-101 vào tháng 10 năm 1982. Những máy phát đĩa này

được bán đầu tiên ở Nhật Bản, sau đó đến Châu Âu và muộn hơn ở Hoa Kỳ vào năm
1983.
Sony và Philips tiếp tục hợp tác để đưa ra các chuẩn đĩa chung, và vào năm 1983 thì đã
đưa ra Định dạng Sách vàng để phù hợp hơn với dữ liệu trên máy tính. Sách vàng cho
phép chứa các dữ liệu thông thường (không phải audio) một cách an toàn hơn. Điều này
là cần thiết bởi vì các đĩa chứa âm thanh (audio) hoặc video thì có thể chấp nhận sự lỗi
khi đọc dữ liệu (tạo ra tiếng sạn hoặc giảm chất lượng hình trong thời điểm ngắn), nhưng
các dữ liệu của phần mềm máy tính thì không cho phép lỗi đọc dữ liệu. Do ứng dụng của
nó mà Sách vàng đã được chuẩn hoá theo tiêu chuẩn quốc tế (ISO / IEC 10149).
Ở phần cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các loại đĩa quang đã trình bày phía trên thì
thấy rằng các đĩa quang bao gồm các đường chứa dữ liệu nhấp nhô để phản xạ đối với
các loại ánh sáng chiếu tới với tiêu cự nhất định. Ở đây chúng ta sẽ thấy các phần chi tiết
của cấu tạo của một đĩa CD, mở rộng ra thì các loại tên gọi về kích thước này cũng đúng
đối với đĩa DVD nhưng với thông số cụ thể khác đi mà thôi.
Ở đĩa CD, các rãnh dữ liệu chứa các pit có độ rộng 0,6 micro, khoảng cách giữa hai rãnh
liền kề tính từ tâm là 1,6 micro, các thông số này sẽ có ý nghĩa nếu như ta so sánh với đĩa
DVD ở phần tiếp theo.
Một số kích thước của đĩa CD được trình bày theo hình dưới đây. Đa phần các loại đĩa
theo các chuẩn đều sử dụng kích thước này, tuy nhiên có một vài trường hợp các kích
thước bị thay đổi một chút so với chuẩn chung bởi sự ghi dữ liệu quá mức.
Trong hình minh hoạ này về các vùng của đĩa thì:
•

Hub clamping area: Vùng được sử dụng định vị đĩa trong ổ đĩa, tại vùng này thì tất
nhiên là không chứa dữ liệu.

•

Power calibration area (PCA).Vùng này chỉ xuất hiện trên các đĩa CD-R hoặc CDRW, chúng dùng để xác định tốc độ ghi lớn nhất có thể (ở bao nhiêu X), từ đó ổ
ghi sẽ tính toán công suất tia laser cho phù hợp.


•

Program memory area (PMA). Vùng này cũng chỉ xuất hiện trên các đĩa CDR/RW. Vùng này để lưu chứa TOC (mục lục) cho các phiên ghi dữ liệu, chúng sẽ
bị chuyển thành vùng Lead-in sau khi quá trình ghi đĩa hoàn tất.

•

Lead-in. Vùng chứa các thông tin về TOC của đĩa. Công dụng của chỉ mục các đĩa
quang sẽ giúp cho việc truy cập dữ liệu thuận tiện, điều này tạo ra sự khác biệt đối
với các hình thức lưu trữ dữ liệu tuần tự (ví dụ băng từ, đĩa nhựa).

•

Program (data) area. Vùng chứa dữ liệu của đĩa, chúng bắt đầu từ vị trí bán kính
25 mm tính từ tâm đĩa trở đi.

•

Lead-out. Vùng đánh dấu sự kết thúc dữ liệu của đĩa. (Sau này thì đĩa DVD hai
lớp có sử dụng vùng này như một vùng giữa của đĩa để đánh dấu sự chuyển dọc
dữ liệu từ lớp đĩa thứ nhất sang lớp đĩa thứ hai).

Đĩa DVD
Lịch sử phát triển
Từ năm 1985, mặc dù đĩa CD đang được sử dụng rộng rãi thì chúng đã gặp phải một sự
cạnh tranh bởi hai loại định dạng khác: Một loại gọi là: Multimedia CD được giới thiệu

bởi Philips và Sony và một loại gọi là đĩa Super Density (SD) do Toshiba, Time Warner
và một vài công ty khác. Nếu như cả hai chuẩn này đều được tung ra thị trường sẽ tạo ra
một sự xé lẻ thị trường giữa loại định dạng ghi âm/chứa phim của các hãng sản xuất thiết
bị, hãng ghi âm và người sử dụng. Sự không thống nhất sử dụng các chuẩn luôn là điều
không mong muốn bởi các hãng sản xuất và các hãng giải trí.
Chính do sự lo ngại rằng sẽ lặp lại một dạng như phiên bản beta của VHS nên các công
ty/hãng giải trí đã cùng nhóm họp để đi đến thống nhất về một định dạng chuẩn để thống
nhất phát triển. Chính vì sự liên quan phát triển này mà cuối cùng các hãng đã thống nhất
sẽ phát triển khả năng của đĩa CD lên một mức độ lưu trữ dữ liệu với dung lượng lớn
hơn. Kết quả của sự thống nhất này là vào tháng 9 năm 1995, các hãng đã kết hợp các
tính năng của đĩa CD và tổng hợp các định dạng cạnh tranh ra một định dạng mới là
DVD.


Sau khi đã chấp thuận về sự bảo vệ chống sao chép thì vào năm 1996 chuẩn DVD-ROM
và DVD-Video đã ra đời. Đến tháng Một năm 1997 thì các máy phát đĩa DVD và các đĩa
nội dung mới được phát hành tại Consumer Electronics Show (CES) ở Las Vegas . Phải
sau một thời gian nữa khi phát hành các phim trên các đãi DVD ở một phạm vi hẹp các
thành phố ở Hoa Kỳ (Chicago, Dallas, Los Angeles, New York, San Francisco, Seattle, và
Washington D.C.) thì các hãng mới thống nhất về các vùng miền phát hành DVD để rồi
mới được sử dụng rộng rãi.
Các tổ chức kiểm soát sự phát triển của đĩa DVD là Hitachi, Matsushita, Mitsubishi,
Victor, Pioneer, Sony, Toshiba, Philips, Thomson, và Time Warner đã thành lập một diễn
đàn phát triển định dạng DVD (DVD forum, có địa chỉwww.dvdforum.org(en) ). Từ
tháng 4 năm 1997 khi mà nó thành lập thì cho đến nay đã có hơn 230 thành viên tham
gia. Sau này do phát triển định dạng ghi lại DVD mà nó thì không thể được chấp nhận ở
DVD Forum thì Philips, Sony và một số hãng khác lại lập ra một diễn đàn mới vào tháng
6 năm 2000 tại địa chỉ www.dvdrw.com(en) để phát triển một định dạng có thể tương
thích ngược đối với DVD và cho phép người dùng có thể ghi các đĩa DVD tại nhà mình
thông qua các máy tính cá nhân của họ. Từ đây thì DVD-RW đã chính thức thay thế CDRW cho dù sự đồng loạt diễn ra ở mức rộng khắp đã chậm hơn, nhất là đối với các quốc

gia đang phát triển.
Đặc tính kỹ thuật
Đĩa DVD thì có một số thông số về ngoại hình không khác so với đĩa CD, phiên bản bình
thường của chúng thì cũng có đường kính 120 mm, lỗ tâm đường kính 15 mm và có độ
dày 1,2 mm. Tuy nhiên so với đĩa CD thì đĩa DVD có mật độ xít chặt hơn hẳn để có thể
chứa được nhiều dữ liệu hơn (4,7 GB so với 700 MB dung lượng của đĩa CD). Chính vì
thế mà về cơ bản thì tính chất kỹ thuật của đĩa DVD gần giống như của đĩa CD, nhưng
với một mức độ tiên tiến hơn, sử dụng hiệu quả khoảng không gian giữa các track.
Một sự khác biệt cơ bản nữa là đĩa DVD thì có chứa đến hai lớp dữ liệu trên một mặt đĩa,
mỗi lớp dữ liệu này được đọc bằng một nguồn phát tia laser ở vị trí khác nhau, dẫn đến
chúng có khả năng lưu trữ lớn hơn.


Tia laser sử dụng đọc đĩa DVD có bước sóng ngắn hơn, chúng hẹp hơn để phù hợp với
mức độ xít chặt của các thành phần điểm pit và khoảng cách giữa các rãnh dữ liệu.

Đĩa DVD có mật độ xít chặt hơn đĩa CD
Nếu so sánh về mặt kích thước thì hình minh hoạ sẽ cho ta thấy sự khác biệt phần nào.
Tuy nhiên, có một số thông số cụ thể để so sánh như sau:


Các loại đĩa DVD khác nhau: Chúng có thứ tự từ trên xuống như sau: Loại
một lớp một mặt/Hai lớp một mặt/Một lớp mỗi mặt-hai mặt/Hai lớp mỗi mặt-


hai mặt.
•

Kích thước pit nhỏ hơn 2,25 lần chiều dài (0,9/0,4 micron)

•

Khoảng cách giữa các track liền kề nhỏ hơn 2,16 lần (1,6/0,74 micron)

•

Lớn hơn kích thước phần ghi dữ liệu một chút (8.605/8.759 mm2)

•

Hiệu quả hơn khoảng 1,06 lần về số kênh điều biến.

•

Hiệu quả về sửa lỗi mã hơn khoảng 1,32 lần

DVD-ROM (đĩa DVD chỉ đọc) được phân thành các loại: DVD-5, DVD-9, DVD-10,
DVD-18 mà mỗi con số gần tương đương với loại dung lượng mà nó chứa được trên một
đĩa. Việc chứa được các dung lượng khác nhau như vậy thì phụ thuộc vào cấu tạo của đĩa
DVD-ROM, thay đổi theo số lớp.
Để dễ hình dung về số mặt đĩa và số lớp chứa dữ liệu trên các đĩa thì bạn có thể nhìn vào
hình vẽ minh hoạ.
•

DVD-5 - 4.7GB Single-Side, Single-Layer: Đĩa kiểu này bao gồm một mặt đĩa,
một lớp đĩa, chứa dung lượng 4,7 GB. Kiểu đĩa này có hai lớp đế, một nhãn đĩa.
Lớp ghi dữ liệu (gọi là lớp 0 Layer 0) thường sử dụng Nhôm (Aluminum) để phản
chiếu tia laser khi đọc dữ liệu.

•

DVD-9 - 8.5GB Single-Side, Dual-Layer: Đĩa kiểu này bao gồm một mặt đĩa chứa
dữ liệu, hai lớp dữ liệu trên mặt đó (như hình), chứa dung lượng 8,5 GB dữ liệu.
Tại đĩa này có những sự khác biệt so với những loại đĩa đơn: Chúng bao gồm hai
lớp ghi dữ liệu với loại chất phản xạ khác nhau: Lớp 1 sử dụng Nhôm (Aluminum)
và lớp 0 sử dụng Vàng (Gold).

•

DVD-10 - 9.4GB Double-Side, Single-Layer: Đĩa loại này bao gồm hai mặt đĩa,
mỗi mặt đĩa chỉ có một lớp dữ liệu, dung lượng toàn bộ đĩa là 9,4 GB. Về cấu tạo
lớp đĩa thì cũng gần giống như hai loại đĩa DVD-5 ghép với nhau nhưng bỏ đi
phần lớp nhãn và lớp đế. Như vậy loại đĩa này không thể in nhãn lên chúng được,
thay vì thế thì chúng sẽ in các thông tin nhận dạng và phân loại nội dung đĩa ở


vùng định vị đĩa trong máy phát đĩa (Hub clamping area) như đã trình bày ở phần
trên.
•

DVD-18 - 17.1GB Double-Side, Dual-Layer: Đĩa kiểu này bao gồm hai mặt đĩa,
mỗi mặt có hai lớp dữ liệu, dung lượng toàn bộ đĩa 17,1 GB. Kiểu đĩa này tương
tự như sự kết hợp giữa đĩa DVD-10 và DVD-9, có nghĩa là khi bạn xem hình minh
hoạ ở trên thì sẽ thấy chúng có cấu tạo thế nào và dễ dàng tự nhận biết thông qua
logic với những điều vừa viết trên...^^

Đối với các đĩa DVD hai lớp, cần sử dụng hai nguồn laser có vị trí khác nhau để đọc dữ
liệu ở hai lớp có độ sâu khác nhau trên bề mặt đĩa. Tuy nhiên không phải rằng có hai
nguồn laser như hình minh hoạ trên để cùng lúc đọc một lớp DVD, trên cấu tạo vật lý thì
chỉ có một nguồn phát tia laser mà thôi.

Điều này có mâu thuẫn gì chăng khi mà đĩa DVD hai lớp thì có cấu tạo như hình?
Để đọc dữ liệu thì tia laser sẽ tự điều chỉnh tiêu cự cho nó có thể đọc được chính xác lớp
dữ liệu xác định. Nếu như đọc dữ liệu tại lớp phía bên trong (lớp 1 - trong hình minh hoạ
phía trên) thì tia laser đâm xuyên qua lớp phản xạ phía trước nó.
Hình dưới đây giải thích về sự đọc dữ liệu theo hai lớp thì tiến hành theo chiều như thế
nào.