Come legge i dati un CD: pits, lands, laser e fotodiodi

Un disco compacto memorizza dati come una spirale di microscopiche pits (incisioni) e lands (aree piane) stampate in un substrato policarbonato. Un laser a semiconduttore 780 nm le legge rilevando variazioni nella luce riflessa. Ecco la fisica, passo dopo passo.

Struttura del disco (Dal basso verso l'alto)

1. Substrato policarbonato (1,2 mm) — trasparente, stampato con traccia a spirale.
2. Strato riflettente — alluminio depositato a vapore (o lega oro/argento).
3. Lacca protettiva — acrilico indurito UV, ~10 µm.
4. Stampa etichetta — serigrafia/offset sul lato lacca.

Processo di lettura (Velocità lineare costante — CLV)

1. Motore mandrino fa girare il disco: 500 RPM (interno) → 200 RPM (esterno) per mantenere velocità lineare costante 1,2–1,4 m/s.
2. Diodo laser emette raggio 780 nm → collimatore → divisorio fascio polarizzato → obiettivo (NA 0,45–0,5) mette a fuoco punto ~1,7 µm sul strato riflettente attraverso il policarbonato.
3. Servo fuoco (metodo astigmatico) mantiene punto nitido; servo tracciamento (tre fasci o push-pull) mantiene punto centrato sulla traccia.
4. Interazione pit/land:
   • Land: Riflessione speculare → alta intensità al fotodiodo.
   • Pit: Profondità = λ/4 (≈195 nm). La luce riflette dal fondo del pit e dalla land adiacente → interferenza distruttiva → intensità cala ~50%.
5. Fotodetettore (fotodiodo quadrante) converte intensità → corrente (I_sum = segnale RF).
6. Amplificatore RF → demodulatore EFM (Eight-to-Fourteen Modulation) → correzione errori CIRC (Reed-Solomon) → dati utente (audio, file).

Parametri chiave

• Passo traccia: 1,6 µm.
• Lunghezza pit: 0,9–3,3 µm (run-length limited 3T–11T).
• Velocità dati (1×): 150 KB/s (audio) / 176,4 KB/s (grezzo).
• Capacità: 650 MB (74 min) / 700 MB (80 min).

Perché funziona

• Lettura ottica = nessuna usura da contatto.
• Correzione errori (CIRC) corregge errori a scoppio fino a 4 mm (2.500 bit).
• Ridondanza: Interleaving incrociato diffonde frame adiacenti.

I CD furono il primo supporto di archiviazione digitale consumer a combinare alta densità, basso costo e durabilità — abilitando la rivoluzione musica, software e dati degli anni '90.