Princípios de Lasers

Manutenção de Unidades de CD - Parte 1

Princípios de Lasers

Laser Rubi

O primeiro Laser colocado em funcionamento data de 1960, desenvolvido pelo cientista Theodore Maiman. Nesta época, foi utilizado um cristal de rubi como oscilador e ficou conhecido como laser de bombeamento óptico.

Laser a Gás

Em um tubo aplicava-se uma mistura de gases nobres He-Ne (Hélio e Neônio) na proporção de 80% e 20%, respectivamente. Eram feitas descargas elétricas nestes elementos fazendo com que seus átomos se chocassem uns contra os outros. Desta colisão, obtinha-se diferentes níveis energéticos (liberação de fótons). No interior deste tubo existiam micro espelhos que aumentavam a concentração do feixe inicial, orientando-o.

Laser semicondutor

Consiste em um bloco semicondutor (junção PN-GaAlAS), que por intermédio de uma baixa corrente produzirá oscilações nesta junção. Estas oscilações gerarão colisões e recombinarão elétrons e lacunas, emitindo fótons ou elementos de luz. Por se mostrar o mais econômico, estável, com poucas dimensões e boa durabilidade, tornou-se o modelo mais popular para a aplicações técnicas em leitura de dados.

Laser corante

Dispositivo que possui líquido circulante em suas estruturas que são excitados por lâmpadas ou outros tipos de lasers. Um dos materiais mais empregados é o RH 6G, elemento altamente fluorescente, largamente utilizado no início da era espacial. A grande vantagem deste tipo de laser é a de podermos variar sua freqüência bastando para isso girarmos um elemento chamado grade de difração que altera filtros internos deixando passar apenas a freqüência desejada. Estes lasers podem gerar pulsos extremamente curtos.

Um Pouco Sobre Discos Ópticos

    Antes de mais nada é importante conhecermos alguns detalhes técnicos sobre o tão falado disco digital.

    O disco compacto, como foi batizado no final da década de 70, é formado por uma quantidade gigantesca de micro cavidades dispostas em sua superfície na forma de espiral. Esta espiral é dividida em setores, cada setor possui rigorosamente o mesmo tamanho e, portanto, o mesmo volume de dados. No início e no fim de cada setor existem bits de sinalização para identificarem as mudanças de setores durante a leitura. Só como exemplo, um quadro de áudio digital (frame) gravado no disco possui 588 bits, divididos entre dados (408 bits), sincronismo (27 bits), canais (17 bits) e codificação de erros (136 bits). As dimensões destas micro cavidades ficam mais claras quando damos exemplos como: na largura de um fio de cabelo humano cabem 30 trilhas de disco óptico, sem falar que um feixe laser é 50 vezes mais fino que um fio capilar. Estas comparações nos permitem entender as dimensões envolvidas nesta tecnologia. Um CD convencional de áudio possui 34 milhões de frames, cada 3mm de trilha do disco tem 30 mil bits de correção de erros.

    O mais fantástico ainda é o fato de que na combinação entre largura e comprimento destas micro cavidades, obteremos a informação digital. Sim, é exatamente isso: de acordo com o tamanho da cavidade e no conjunto delas, teremos mais ou menos luz refletida, assim como maior ou menor variação desta luz refletida para a unidade óptica, compondo a base da informação gravada (código binário).

    O processo físico de fabricação e gravação dos discos envolveria uma análise bastante abrangente, fugindo do objetivo maior do nosso estudo. Sendo assim, farei uma rápida abordagem do tema.

Etapas resumidas do processo básico de fabricação de CDs

Pré - masterização

    Primeira etapa do processo onde a informação gravada em fita analógica ou digital é transferida para uma mídia especial (fita u-matic), utilizando um equipamento denominado editor/processador de sub-códigos. Neste momento são atribuídos aos dados já gravados informações complementares como: títulos, índices, tempo de cada faixa, etc

Masterização

    Este é o processo na qual utilizamos o LBR (Laser Beam Record) ou seja, o gravador a feixe laser. Um feixe especial de maior potência é aplicado a superfície foto-resistiva recoberta eletricamente com prata, alumínio, entre outros elementos, a fim de marcar ou formar uma estampa metálica. E uma das partes mais longas e complexas de todo o processo. Vencida esta fase, o disco e levado a um banho químico para retirada das áreas expostas ao feixe. Será aplicado um revestimento metálico, geralmente com alumínio vaporizado sobre esta camada foto-resistiva final.

    O processo eletrônico de gravação em CD (masterização) é bastante complexo. Para termos uma breve idéia, o sinal analógico que será convertido em informação digital sofrerá um processo denominado quantização. Esta etapa é dividida em dois blocos: 1. Amostragem; 2. Retenção. A amostragem nos CDs de áudio é realizada a 44,1 KHz, já no disco de CD-ROM a 48 KHz e, nos DVDs, passa a ser 96 KHz, segundo um teorema específico (Nyquist). Após este procedimento a informação será codificada por um processo denominado CRC, a fim de reduzir as margens de erros no processo de leitura, sendo então, espalhada em forma de FRAMES (quadros de informações) seguindo uma ordem preestabelecida. Ao final, todos os dados serão somados e modulados (EFM) para que, entre outros fatores, a informação gravada no disco tenha mais densidade, aumentando o clock e reduzindo as tensões contínuas nos fotodetectores. Para entendermos a base da correção de erros no disco, devemos sempre lembrar que no CD existe, grotescamente falando, um cálculo matemático pronto, uma soma, onde já temos o resultado final. Qualquer número perdido desta conta poderá ser recuperado (respeitando certos limites), bastando refazer a soma tendo como base o resultado final.

Recobrimento elétrico

    Uma vez concluído o revestimento metálico, o disco será submetido a eletrólise, sendo emergido em uma solução eletrolítica de sulfato de níquel, onde gradualmente é aplicada uma pequena corrente elétrica (microàmpéres) que revestirá o disco com uma fina camada de óxido. Todo o processo pode levar horas.

Moldagem

    É a técnica empregada para duplicação do disco original em milhares de cópias. O material escolhido para as cópias foi o policarbonato, devido a sua transparência, estabilidade dimensional, pureza e resistência a impactos. O policarbonato é aquecido a 350 graus Celsius para ser moldado, com alta precisão para serem planos, centrados e livres de qualquer distorção óptica. Com um meticuloso processo de resfriamento, o CD torna-se uma espécie de disco plástico transparente com microscópicas cavidades no seu interior.

Impressão e revestimento

    Ao final de todo este incrível processo tecnológico, é fundamental que o disco possa ser lido por um feixe laser, sendo assim, alguns metais podem servir para seu revestimento final, são eles: ouro, prata, cobre, alumínio e outras substâncias derivadas ou ligas, tendo como base os materiais já mencionados. Geralmente o alumínio é o mais empregado, devido ao seu excelente desempenho e, claro, baixo custo. A camada final tem espessura entre 50 e 100 nanômetros. Uma camada de acrílico transparente é aplicada para a proteção final, sendo secada sob luz ultravioleta. Agora sim, finalmente está concluído o processo, basta receber rótulo e estampa.