Este es diferente al de los soportes fotográficos que funcionan absorbiendo cantidades variables de luz. Los discos ópticos dependen de la creación de pistas de tamaño microscópico que cambian el reflejo de un rayo láser, permitiendo así la recuperación de la señal grabada.

El antepasado de los discos ópticos fue el Laser Vision Disc, que fue desarrollado para señales de video analógicas a finales de la década de 1970. La tecnología y los parámetros de formato, mas no el tamaño, fueron retomados por el disco compacto, que fue comercializado como un formato de audio digital copiado o prensado en 1982 (CD-A, definido como el estándar del Libro Rojo*).

Pronto se descubrió que más allá del audio, los CD podían ser también un medio ideal para la divulgación de información general, como textos, gráficos e imágenes en movimiento, lo cual dio origen, en 1985, a la producción del CD para copiar o reproducir información (CD-ROM,¹⁴ estándar del Libro Amarillo). En 1987 le siguió el CD interactivo (CD-I, estándar del Libro Verde). Hacia 1991 se desarrollaron los CD grabables (CD-R, estándar Libro Anaranjado) y los CD regrabables (CD-RW, también dentro del estándar del Libro Anaranjado). Finalmente, en 1993, el CD de video estándar (CD-V o VCD, estándar del Libro Blanco) ha ganado gran popularidad en Asia Oriental.

Para incrementar la capacidad de los discos ópticos, principalmente para adecuarlos para almacenar películas de video, el DVD (Digital Versatile o Video Disc) se introdujo desde 1995 usando los mismos principios de grabación que el CD. Al disminuir la longitud de onda del láser, y consecuentemente las dimensiones de las pistas, la capacidad de almacenamiento se incrementó siete veces por cada capa del DVD. Hacia 2005-2006 la capacidad de almacenamiento se aumentó otra vez para que los discos ópticos fueran capaces de almacenar señales de HDTV. De los dos formatos en competencia, el HD DVD y el disco Blu-ray (BD), finalmente se impuso el segundo, mientras que el HD DVD se suspendió. El Blu-ray hace uso del láser de onda corta (“láser azul-violeta”), el cual permitió dar un paso más en la miniaturización de la representación de señal, y con ello incrementar la densidad de la información.

Por último, en este contexto deben mencionarse los discos magneto-ópticos (MOD). Utilizados originalmente en el mundo de la informática para el almacenamiento de datos, han perdido su importancia inicial con el impresionante aumento de la capacidad de almacenamiento de las unidades de disco duro (HDD) a precios cada vez más bajos. En el ámbito comercial, sin embargo, los discos magneto-ópticos han adquirido cierta popularidad en forma de minidiscos regrabables (MD).

2.3.1.1 CD, VD y BD (-ROM) por reproducción. Estos discos consisten en un cuerpo transparente de policarbonato, de 1.2 mm de espesor, y son reproducidos mediante moldeo por inyección usando una matriz “de prensado” negativa metálica. La superficie superior de este cuerpo lleva una pista espiral de pits (orificios) y lands (valles) de diferentes longitudes. La superficie con orificios está cubierta con una capa reflejante de aluminio, que a su vez está recubierta con una laca protectora. Esta superficie también lleva la información de la etiqueta. Un láser “lee” la información desde abajo; está enfocado de tal manera que alcanza los orificios y los valles o áreas planas que forman la pista. La profundidad de los orificios es de ¼ de la longitud de onda del láser, lo que da un cambio en el reflejo del rayo láser en la transición entre los orificios y las áreas planas. Tales cambios representan los 1 digitales, mientras que ningún cambio representa los 0.

Figura 15: La partición de un CD-ROM; figuras en milímetros.

Los DVD tienen pistas más estrechas y longitudes más cortas de orificios/valles que los CD; usan un láser de longitud de onda más corta. El disco básico es de solo 0.6 mm de espesor. En los DVDs de un solo lado, una segunda capa virgen de policarbonato está pegada a la otra mitad del contenedor de la información. En los discos que tienen dos lados se une la segunda mitad portadora de información. Además, es posible añadir una segunda capa semitransparente (doble capa) a cada capa de información. Esto hace que haya dos capas legibles de cada lado, casi cuadruplicando la capacidad de almacenamiento.

Figura 16: Estructura de capas y principio de lectura de un CD-ROM.

Figura 17: Estructura de las capas de los DVD.

Los discos Blu-ray reproducidos (BD) consisten en dos cuerpos de policarbonato laminado de diferentes grosores. El cuerpo de abajo es el más delgado, lleva la pista de orificios-valles (pit-land) y en su lado superior está cubierto por una capa reflejante. La pista es más estrecha que la de un DVD o un CD. El segundo cuerpo es más grueso, lleva la etiqueta en su superficie. A diferencia de los DVD no hay discos de doble cara, pero se pueden conseguir BD de doble capa.

Figura 18: Estructura de las capas de un disco Blu-ray.

Figura 19: Puntos de enfoque del CD, DVD y BD.

2.3.1.2 Discos ópticos grabables (Dye Discs, CD-R, DVD-R, BD-R). La capa de información consiste en un surco en la superficie superior del cuerpo de policarbonato relleno de un tinte orgánico. La grabación es realizada por un láser de mucha mayor energía que el láser de lectura, el cual aplica calor al tinte (lo “quema”). Por medio de este proceso se crea una secuencia de áreas quemadas y no quemadas. Las transiciones entre áreas quemadas y no quemadas son reconocidas por el láser lector de la misma manera que los orificios y áreas planas de los discos ROM reproducidos. Las capas reflejantes son de oro, plata, o de una aleación de plata.

Figura 20: Orificios y valles de moldes de inyección en CD-R (izq.) vs. sus equivalencias una vez “quemadas” (centro y derecha) (Jean-Marc Fontaine).

2.3.1.3 Discos ópticos reescribibles (CD-RW, DVD-RW, BD-RW). La capa de información consiste en una aleación metálica de cambio de fase. La grabación se hace por medio de un láser que escribe al calentar la capa delgada de aleación metálica en un punto expuesto, induciendo un cambio de fase cristalina a amorfa y viceversa, controlado por la temperatura ardiente del láser que escribe (graba). Las capas dieléctricas en ambos lados de la película de aleación metálica provocan un enfriamiento rápido; las áreas calentadas mantienen el cambio después de enfriarse. Las áreas amorfas de la película reflejan la luz de un láser lector con más baja intensidad que las áreas cristalinas, permitiendo la transición entre esos dos estados al ser reconocidos (leídos). La información puede borrarse y reescribirse un número limitado de veces (hasta mil).

2.3.1.4 Discos magneto-ópticos (MOD). La capa de información es magnética, mientras que los procesos de grabación y de lectura son ópticos. La grabación se logra al calentar la capa magnética de información con un rayo láser más allá de su punto Curie (3.2.1.5), lo que permite la reorientación magnética al aplicar un campo magnético muy bajo. El proceso de reproducción hace uso del efecto Kerr (véase también 2.2.1), por medio del cual la orientación magnética de la capa de información causa diferentes ángulos de reflexión del lector láser. En realidad, los soportes magnéticos para discos magnético-ópticos, en lo que se refiere al manejo y almacenamiento, se agrupan con los discos ópticos, ya que su arquitectura es muy similar.

Los discos magneto-ópticos fueron utilizados profesionalmente como respaldos de información y medios de memoria trasportable en la década de 1990. Venían en diferentes tamaños (90 y 130 mm) y con distintas capacidades de almacenamiento, y se guardaban en cartuchos para protegerlos de daños mecánicos y materiales ajenos a sus componentes. Los discos magneto-ópticos han perdido su importancia a partir del desarrollo de las unidades de disco duro (HDD, 2.2.2) con capacidad cada vez mayor de almacenamiento a precios cada vez más bajos.

2.3.1.5 Minidisco (MD). El minidisco fue introducido en 1992 como reemplazo del casete compacto analógico. Fue popular entre los consumidores por más de una década, hasta que su uso fue disminuyendo hacia finales de la primera década del año 2000. Viene en dos versiones: como un disco magneto-óptico (2.3.1.4) para propósitos de grabación; y como un disco por reproducción para contenido pregrabado, el cual es, técnicamente, como un CD-ROM. Los minidiscos tienen 2.5 pulgadas (6.4 cm) de diámetro y se encuentran dentro de un cartucho, lo que los hace relativamente resistentes contra daños mecánicos y materia externa. Para su reproducción, véase IASA-TC 04, 5.6.10.

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* N. del T. El documento denominado Red Book (Libro Rojo), define el estándar para los CD-A. Pertenece a un conjunto de estándares conocido como Rainbow Books que contiene las especificaciones técnicas para todos los formatos de la familia de discos compactos. La primera edición del Red Book fue publicada en 1980 por parte de Philips y Sony y fue adoptada por el Digital Audio Disc Committee (Comité del Disco Digital de Audio) y ratificada bajo la norma IEC 908.

14. Para la terminología de la clasificación de los discos ópticos esta publicación sigue el criterio reciente: los discos para copiar o replicar datos originalmente utilizados para datos generales se denominaron CD-ROM (ROM = Read Only Memory). Con la llegada de los CD para grabar y reescribir, esta terminología se volvió inconsistente. Publicaciones recientes acerca de los discos ópticos los dividen en –ROM (para copiado una sola vez), –R (grabables) y RW o RAM (reescribibles/ regrabables). Los tres tipos de discos pueden contener audio, video e información general.

El policarbonato usado para los cuerpos de los discos ópticos es un polímero transparente con un bajo factor de expansión térmico. Es resistente a la deformación por calor a temperaturas de hasta 130°C. Los primeros discos, especialmente los discos LV, reportaron problemas por la presencia de finas fisuras, lo cual volvía al polímero opaco e ilegible. Por la experiencia adquirida desde la introducción del CD en 1982, se puede esperar que los discos modernos de policarbonato sean estables durante varias décadas.

Excepto el oro, todos los materiales utilizados para producir las capas reflejantes son propensos a la oxidación. Por ello la capa protectora de laca de los CD tiene un papel importante. Debe ser resistente a la penetración de la humedad, una función que con frecuencia no operó de manera apropiada con los primeros CD. Las capas reflejantes oxidadas, particularmente las de aluminio, vuelven ilegibles los discos ópticos.

Se desconoce la estabilidad del adhesivo que mantiene unidas las dos partes de policarbonato de un CD o un BD.

La estabilidad de los tintes usados para los CD, DVD y BD grabables es un factor de gran incertidumbre. Hay tres tipos diferentes de colorantes en uso: cianina, talocianina y colorantes azoicos. Todos los colorantes son susceptibles a la luz, en específico a la radiación ultravioleta: una exposición de los discos grabables a la luz del día los volverá ilegibles en pocas semanas. Otro factor de incertidumbre es la disminución de la cantidad de colorante que se emplea en discos diseñados para correr a velocidades más altas de grabación.

La esperanza de vida de los colorantes se calcula con frecuencia entre los 5 y los 100 años, información que desde el punto de vista práctico no sirve de mucho. Se desconoce la estabilidad de las capas semitransparentes del DVD-R y del BD. Finalmente, la estabilidad de los discos regrabables también se ignora, y es incierta su esperanza de vida en comparación con los discos de colorantes.

No hay deterioro (medible) por reproducción en los discos ópticos.

Los lectores de discos ópticos son productos elaborados masivamente no ajustables, lo cual es parte del problema explicado abajo (2.3.5). El mantenimiento se restringe a una limpieza ocasional de los lentes, con la ayuda de un disco limpiador, y de la charola de carga.

2.3.5 Calidad de la grabación como factor constitutivo de la esperanza de vida de los discos ópticos grabables. Los discos ópticos grabables (CD-R, DVD-R, BDR) se han vuelto medios muy populares para grabar audio, video y datos informáticos. Como sucede con muchos otros soportes digitales, su confiabilidad depende de un sofisticado sistema de corrección de error que permite la reconstrucción total de la información, incluso si pequeñas partes del medio se han vuelto ilegibles por daño, deterioro o envejecimiento. La capacidad de corrección es limitada y por ello la calidad de grabación se convierte en un factor importante para la esperanza de vida. Una grabación perfecta, casi sin errores, ofrece una capacidad de corrección mayor para compensar los efectos del manejo y el envejecimiento y, por lo tanto, aumenta la esperanza de vida. No obstante, si los discos ópticos comienzan su vida con un alto índice de error, entonces queda poca capacidad para compensar futuras fallas. La vida de estos discos será más corta. Consecuentemente, la IASA ha definido recomendaciones sobre errores máximos aceptables para discos ópticos, a fin de maximizar su esperanza de vida, cualquiera que esta sea (IASA-TC 04, 8.1.9).

Un problema mayor al quemar discos ópticos grabables es la interacción entre discos vírgenes (discos no grabados) y las grabadoras (quemadores). Para ello no hay estándares definidos y los procesos de ajuste automatizado no siempre funcionan suficientemente bien. Hay pruebas que han demostrado que las combinaciones aleatorias escogidas de discos vírgenes y grabadoras producen resultados 50% aceptables y 50% no aceptables. Por tanto, para quemar de manera confiable discos ópticos grabables se necesitarían pruebas más extensas de estas combinaciones, el control de cada uno de los discos producidos y revisiones más a fondo, a intervalos regulares. Ya que estas pruebas requieren un trabajo intenso y el equipo para ellas es caro, se usan sistemas más confiables de almacenamiento y, en última instancia, más económicos que los discos ópticos grabables para el almacenamiento profesional de información.¹⁵

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15. J. M. Fontaine, 2000.

Los Discos de Visión Láser analógicos fueron fabricados en 300 y 200 mm, principalmente de dos lados, es decir, dos discos pegados por la parte trasera. Para la familia de discos digitales los diámetros son de 120 mm para todos los tipos de discos, excepto algunos CD y BD que se pueden conseguir con un diámetro de 80 milímetros.