Der optimale Umgang mit Schriftgut 10/17 - Optische Speicherung

  

cd romDer optimale Umgang mit Schriftgut 10/17

Optische Datenspeicherung

Kaum eine Technologie für den optimalen Umgang mit Schriftgut hat sich in den letzten Jahren so rasant entwickelt wie die optische Speichertechnologie. Die verbreitetste Technik ist dabei CD-ROM. Beginnen wir also mit diesem Thema.

Die Buchstabengruppe "CD" steht für Compact Disc und meint technisch die gleiche Plastikscheibe, auf der auch die Hits für die Stereo-Anlage geliefert werden. "ROM" steht für "read only memory", also für einen Speicher, der nur gelesen, nicht aber verändert werden kann.

Im Vergleich zu einer magnetischen Speicherplatte finden wir einige markante Unterschiede. Da ist zum Beispiel die Anordnung der Spuren auf der Platte. Bei Magnetplatten sind diese in konzentrischen Kreisen angeordnet. Auf der CD dagegen finden wir eine Spirale.

Das bedeutet gleichzeitig, dass auf der Magnetplatte die Bereiche in der Plattenmitte dichter beschrieben sind als die Bereiche am Rand. Auf der CD dagegen finden wir eine Spur von gleichbleibender Informationsdichte verteilt über die ganze Scheibe.

Die Organisation der CD ist wesentlich komplizierter als die einer Magnetplatte. Als Nutzer spüren wir allerdings nichts davon.
 

Das Leseverfahren

Wie kann man nun eigentlich so dicht gepackte Informationen von einer CD überhaupt lesen?

Das Geheimnis der CD-ROM sind ungeheuer kleine Vertiefungen. Auf den Datenspuren der CD sind längliche Gräben, sogenannte Pits, eingelassen. In entsprechender Vergrößerung erinnern sie an Spuren im Schnee. Sie werden in diesem Fall durch einen mechanischen Pressvorgang erzeugt und sind natürlich nicht mehr veränderbar, denn auf dieser informationstragenden Schicht befindet sich eine immerhin 1,2 mm dicke Schicht aus durchsichtigem Polycarbonat.

Der Laserstrahl, der die Datenspur abtastet, wird durch die Brechung dieser Polycarbonatschicht auf einen Lichtpunkt von nur 1,7 Mikrometer verdichtet. Dieser Lichtpunkt überstreicht die Datenspuren. Eine lichtempfindliche Diode erkennt nun einen Unterschied in der zurückgeworfenen Lichtstärke, je nachdem, ob gerade ein Pit überstrichen wird oder die umgebende Fläche, das sogenannte "Land".

Natürlich reflektiert der Boden eines Pit genausogut wie das höherliegende Land. Es ist das gleiche Material. Was also macht den Unterschied? Das eigentliche Geheimnis liegt in der ungeheuren Winzigkeit dieser Strukturen. Die Tiefe eines Pit beträgt gerade mal 0,12 Mikrometer, genau ein Viertel der benutzten Lichtwellenlänge. Das wiederum bedeutet, die zurücklaufenden Lichtwellen von Pit und Land löschen sich gegenseitig aus. Die Photodiode erkennt einen Unterschied in der Lichtintensität immer dann, wenn der Lichtpunkt die Grenze zwischen Pit und Land überschreitet.

Genau mit diesem Übergang wird die Information entschlüsselt. Immer, wenn Pit und Land sich abwechseln, entsteht eine 1. Unterbleibt der Wechsel an der vorgesehenen Stelle, entsteht eine 0.
 

Die Größenverhältnisse:

cd rom Ein Mikrometer ist etwas ungeheuer Winziges. Der Anschaulichkeit wegen noch ein paar Anhaltspunkte dazu: Ein Meter teilt sich in 1000 Millimeter und jeder Millimeter teilt sich in 1000 Mikrometer. Jeder Mikrometer wiederum in 1000 Nanometer. Große einzelne Moleküle, zum Beispiel der blaue Blutfarbstoff der Weinbergschnecke, erreichen bereits 20 nm (Nanometer). Die Wellenlänge von violettem Licht beginnt bei 380 nm. Rot endet bei 800 nm. Der Abstand zwischen zwei Spuren auf der CD beträgt 1 Mikrometer, also 1000 Nanometer. Die Breite der Pits beträgt 600 nm. Ein menschliches Haar ist dagegen 30000 nm dick. Warum schillert eine CD? Eine Frage noch, dann wollen wir die CD-ROM verlassen:
 

Warum schillert eigentlich eine CD so wunderbar?

Die wohlfeile Anwort lautet: Das ist wie bei einem Prisma und entsteht durch die Brechung in der Polycarbonatschicht. Aber diese Anwort ist falsch.

Eine CD schillert bereits während des Herstellungsprozesses, noch bevor der Schutzlack aus Polycarbonat überhaupt aufgebracht ist. In Wirklichkeit gibt das Schillern Strukturfarben wieder: Die winzigen Vertiefungen in der Größenordnung der Lichtwellenlänge bewirken, dass verschiedenfarbiges Licht abhängig vom Betrachtungswinkel verschieden gut reflektiert wird.

Dieser Effekt ist ähnlich wie bei blauen Augen: Auch die Iris ist nicht durch Pigmente gefärbt, sondern durch solche winzigen Strukturen. Und auch das Gefieder vieler Vögel erhält seine Farbenpracht auf diese Weise.
 

WORM

Doch jetzt zur WORM-Platte. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass sie zwar vom Anwender beschrieben werden kann, daß aber bereits geschriebene Informationen nicht mehr veränderlich sind. Die Technik dazu ist relativ simpel: Man brennt einfach mit einem energiereichen Laser Löcher in die Platte oder man verwendet ein Material, bei dem durch die Einwirkung des Lasers Blasen entstehen. Dann ist die Oberfläche nicht mehr eben und streut an dieser Stelle das auftreffende Licht in alle Richtungen auseinander.

Der energiereichere Laser und eine hohe Spurgenauigkeit machen ein WORM-Laufwerk wesentlich teurer als das inzwischen ausgesprochen populäre CD-ROM-Laufwerk.
 

Wiederbeschreibbare optische Platten Laser

Bei den wiederbeschreibbaren optischen Platten verwendet man eine Kombination aus Magnetfeldern und Lasereinwirkung. Die Technik nutzt direkt die optischen Eigenschaften von Magnetfeldern. Zur Realisierung benutzt man spezielle Materialien, deren Magnetisierungsrichtung leicht und schnell umkehrbar ist. Zum Beschreiben wird ein winziger Bereich der Platte durch den Laser erhitzt. Gleichzeitig legt man von außen ein starkes Magnetfeld an. Dadurch wird die Magnetisierungsrichtung im erhitzten Bereich beim Erkalten festgehalten.

Schwieriger ist das Auslesen der Information. Man benutzt dazu sogenanntes polarisiertes Laserlicht. Das ist Licht, das nur in einer vorgegebenen Ebene schwingt. Ein dünner Spalt lässt dieses Licht nur passieren, wenn er genau in die Schwingungsebene gedreht ist.

Die Schwingungsebene des Lichts wird von einem Magnetfeld etwas verdreht. Das bedeutet, daß an der Schwingungsebene der reflektierten Lichtwelle erkennbar ist, in welche Richtung die getroffene Plattenstelle magnetisiert war. Diese Erkennung führt ein Polarisationsfilter durch, ähnlich dem, den Sie vielleicht vom Fotografieren kennen oder von einem Mikroskop.
 

Umgang mit Schriftgut

 Seit vielen Jahren sind DVD Laufwerke selbstverständlich, die DVDs nicht nur lesen, sondern auch beschreiben. DVDs werden wie früher die CD-ROMs in einem Pressvorgang produziert. Wie also kann ein PC eine solche Scheibe beschreiben? Der Trick ist einfach: Ein beschreibbarer Rohling enthält eine Farbschicht, die von einem Laserstrahl punktweise zerstört wird. So fällt das Licht hindurch auf die Reflektorschicht und der Effekt ist der gleiche wie oben.

In diesem Bereich kommen und gehen die technischen Raffinessen noch in rascher Folge. Eines ist aber sicher: Die neuen Speichermedien werden immer noch schneller werden und immer noch größere Kapazitäten aufweisen. Das Papier im Büro wird überflüssiger den je.

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