Un nouveau stockage optique : le blu-ray

L’atome est dans un état plus excité lorsque ses électrons ont plus d’énergie. Ici, le niveau ayant l’énergie la plus élevée correspond à 7,56 eV, c’est le niveau pour lequel l’atome est le plus excité.

L’émission stimulée correspond à une désexcitation particulière d’un atome. Cette désexcitation est provoquée par une onde possédant exactement la même énergie que l’onde émise par l’atome.

L’atome doit passer ici du niveau E₂ = 7,56 eV au niveau E₁ = 4,49 eV. On peut alors déterminer la longueur d’onde de la radiation provoquant cette émission stimulée :

ΔE = E₂ - E₁ = hν = $\frac{h\times c}{\lambda }$

donc λ = $\frac{hc}{E_2-E_1}=\frac{\mathrm{6,62}\times {10}^{-34}\times \mathrm{3,00}\times {10}^8}{(\mathrm{7,56}-\mathrm{4,49})\times \mathrm{1,60}\times {10}^{-19}}$ = 4,04 × 10^–7 m
λ = 404 × 10^–9 m = 404 nm

La radiation émise par l’atome est strictement identique à celle qui l’a provoquée donc elle est de 404 nm.

La lumière LASER est monochromatique et très directive.

Le codage binaire est le fait de n’écrire qu’avec deux caractères, ici le 0 et le 1.

D’après le document 2, on peut penser que le signal est analogique.

D’abord parce que le signal semble, visuellement, être continu : il ne présente pas de discontinuité (de palier). Cependant, il faudrait grossir une petite partie de ce signal pour s’en assurer vraiment.

Ensuite parce qu’il s’agit de l’enregistrement d’un son par un microphone. Cette tension n’a donc pas été numérisée.

La fréquence d’échantillonnage correspond au nombre de points de mesure par seconde enregistré par le CAN.

Sur le document 3, on voit que le signal ne prend une nouvelle valeur que toutes les 20 µs. L’échantillonneur ne mesure donc qu’une valeur toutes les 20 µs.

Sa fréquence d’échantillonnage est donc

$f_e=\frac{1}{20\times {10}^{–6}}=\mathrm{5,0}\times {10}^4=50\text{ kHz}$.

Il faut augmenter cette fréquence pour que les prises de mesure soient plus nombreuses et fréquentes et les paliers de discontinuité moins larges. Le signal numérisé est alors plus proche, plus fidèle, au signal analogique.

Pour obtenir des interférences destructives, il faut que les ondes soient en opposition de phase donc que la différence de marche soit un multiple impair de la moitié de la longueur d’onde. Il faut donc que ΔL = (2k + 1) ×  $\frac{1}{2}$.

La différence de parcours (ou de marche) est égale à 2d car le faisceau effectue un « aller-retour ». Donc pour avoir des interférences destructives, il faut que 2d = (2k + 1) ×  $\frac{1}{2}$.

La plus petite distance correspond à k = 0 d’où d = $\frac{\lambda }{4}$.

On a d = $\frac{\lambda }{4}$ = $\frac{{\lambda }_0}{4n}$ = $\frac{780\times {10}^{-9}}{4\times \mathrm{1,55}}$ = 1,26 × 10^–7 m.

Lors d’une interférence destructive, l’intensité émise est minimale, ce qui correspond à la détection d’un 1, la lumière captée est donc minimale. Par conséquent, c’est lors de la détection d’un 0 que le récepteur capte le plus de lumière.

La longueur d’onde du faisceau LASER du blu-ray est 405 nm, cette radiation se situe au début du domaine visible de la lumière [400 nm, 800 nm]. Elle correspond à une couleur bleue-violette. D’où le nom de blu-ray pour blue ray (rayon bleu en anglais).

Il s’agit du phénomène de diffraction.

Le diamètre D de la tache est donné par :

$D=\frac{\mathrm{1,22}{\lambda }_0}{NA}$

donc pour le blu-ray D = $\frac{\mathrm{1,22}\times 405\times {10}^{-9}}{\mathrm{0,85}}$ = 5,81 × 10^–7m

Et 2l = 2 × 0,30 × 10^–6 = 6,0 × 10^–7 m.

Donc D < 2l, le diamètre du faisceau est compatible avec la distance séparant les 3 lignes de données.

Le nombre de données stockées sur un disque de dimension fixée augmente si la taille de la gravure de stockage diminue. Ainsi un moyen pour augmenter la capacité de stockage sans modifier la taille du disque est de graver plus finement les informations.

Cela implique de resserrer les lignes de données mais aussi de graver davantage de creux et de plats, donc de données, sur un même espace. On peut constater cette évolution sur le document 6. Entre le CD, le DVD et le blu-ray, on observe l’évolution de ces deux paramètres (taille des creux et l).

Il faut en revanche veiller à pouvoir lire les données donc à ce que D < 2l.

46 Gio correspondent à 4 heures de vidéo.

Donc, le débit binaire de données est :

$\frac{46}{4}$ = 11,5 Gio/h = 11,5 × 2³⁰ × 8 o/h = 98,8 × 10⁹ bit/h = 94 208 Mibit/h = 26,2 Mibit/s.

Une image numérique comporte 720 × 900 = 6,48 × 10⁵ pixels. Or chacun est codé sur 24 bits, donc une image nécessite

24 × 6,48 × 10⁵ = 15,5 × 10⁶ bit = $\frac{\text{15,5}\times {\text{10}}^{\text{6}}}{{\text{2}}^{\text{20}}}$ = 14,8 Mibit.

Ce qui correspond à la valeur recherchée.

Le débit étant de 26 Mibit/s et une image nécessitant 15,5 Mibit, on ne peut voir qu’une seule image par seconde. Un débit de deux images par seconde nécessiterait au moins 31 Mibit/s.

Comprimer les données permet de réduire la taille numérique des images et d’en projeter davantage pour un même débit.

Étant donné qu’il faut au moins 25 images par seconde pour éviter le clignotement, la compression est indispensable pour éviter d’utiliser un débit énorme.