The Future of CD Technology ~ This One

GENERASI BARU “COMPACT DISC”

Compact disc (CD player) dan Digital Versatile Disk(DVD) bukan merupakan barang awam untuk saat ini. Bahkan perkembangan teknologi sekarang sudah ada yang namanya Blue Ray. Pada awalnya sebelum ada kedua alat ini, ada alat perekam dan pemutar audio yang disebut phonoautograph. Alat ini memang jarang sekali dikenal, namun merupakan dasar bagi pembuatan alat-alat perekam dan pemutar audio yang lain. Pada tahun 1796, seorang pembuat jam dari Swiss, Antoine Favre, memiliki ide untuk membuat sebuah alat yang kelak kita sebut sebagai “Music Box” atau kotak musik. Alat tersebut dapat digunakan untuk mendengarkan audio, namun kekurangannya adalah tidak bisa untuk merekam. Dan pada tahun 1857 alat yang bisa dipakai untuk merekam audio berhasil ditemukan. “Phonoautograph”, itulah nama alat tersebut. Penemunya adalah Leon Scott. Prinsip kerjanya menggunakan membrane yang akan bergetar apabila ada suara yang masuk. Meski sudah selangkah lebih maju dibandingkan alat yang ditemukan sebelumnya, alat itu masih memiliki kelemahan, yaitu belum bisa memutar kembali rekaman audio.

Pada tahun 1877 Thomas Alfa Edison pada ini berhasil menemukan suatu alat yang merupakan pengembangan dari Phonoautograph. Namanya juga mirip, “Phonograph”. Phonograph menggunakan silinder yang dibungkus dengan bahan tinfoil, lead, atau wax. Dengan alat itu, merekam maupun memutar kembali rekaman audio bisa dilakukan. Sayangnya, kekurangannya tetap ada, yaitu sulit untuk diproduksi secara massal. Pada tahun 1887 “Gramaphone” dipatenkan oleh Emile Berliner. Berliner adalah penemu Amerika kelahiran Jerman. Gramaphone buatannya menggunakan disc record berbahan baku hard rubber. Dibandingkan dengan Phonograph yang menggunakan silinder, disc record lebih murah dan mudah untuk diproduksi secara massal. Pada awalnya, kecepatan putar disc record adalah 78 rpm (rotation per minute). Namun lama-lama diturunkan menjadi 45 bahkan 33 rpm. Meski lebih maju daripada alat-alat yang diciptakan sebelumnya, Gramaphone masih tergolong alat kuno. Prinsip kerjanya pun masih secara mekanis.

Pada tahun 1898, dunia rekam dan putar audio mengalami pencerahan. Wademar Poulsen, asal Denmark, menemukan tape recorder yang menggunakan bahan baja. System kerja alat tersebut sangat berbeda dengan alat sejenis dari tahun-tahun sebelumnya. Magnetis, tidak lagi mekanis. Meski kualitas suara yang dihasilkan tidak sebaik suara yang dihasilkan alat lain pada zaman itu, yang jelas temuan Poulsen ini menjadi popular karena mudah dioperasikan. Pada tahun 1928 Fritz Pulmer mempatenkan system baru tape recorder. System yang dia temukan menggunakan paper coated. System ini lalu diperbaiki dan dikembangkan menjadi vinyl dan plastic. Dan pada 1960-1966 Tape yang memiliki lebih dari satu track mulai muncul. Ada yang 2 tracks, 4 tracks hingga 8 tracks. Kualitas suara yang dihasilkan lebih bagus dan stereo dibandingkan tape pada masa sebelumnya. Tape berbentuk portable yang bisa dipasang di mobil juga muncul. Penciptanya adalah, Earl “Madman” Muntz. Kemunculan tape portable itu dibarengi pula oleh munculnya kaset yang berbahan baku coated polyester. Produk ini sayangnya belum terlalu baik dari segi kualitas. Kualitas tape dan kaset semakin baik pada tahun 1969 karena telah ditemukan system Noise Reduction oleh Dolby Laboratories. System ini digunakan untuk proses perekaman secara professional.

Pada tahun 1979 muncul tape yang bisa dibawa berjalan-jalan atau lebih dikenal dengan nama “walkman”. Produk tersebut ditawarkan oleh perusahaan elektronik raksasa Sony. Kemunculan walkman sangat menghebohkan masyarakat. Dalam waktu relatif singkat, tape dengan 8 track menjadi terlupakan. Penjual walkman pun dalam 20 tahun ke depan mencatat angka yang sangat menggembirakan. Menurut Sony, di Amerika saja sebanyak 100 juta unit terjual. Dari tahun 1982 sampai 1989 Compact Disc (CD) mulai ditemukan. Benda yang satu ini terbuat dari polycarbonate, yakni plastik bening yang memiliki kekuatan luar biasa. Dibandingkan dengan kaset, suara yang dihasilkan oleh CD lebih jernih karena memakai format digital. Meski demikian, kemunculan CD sempat diprotes karena dianggap terlalu steril. Seiring penemuan CD, player-nya juga diciptakan. Bentuknya tidak hanya Compact, tetapi juga portable dan bahkan ada yang bisa dipakai kemana-mana (Discman). CD dan player-nya memang merupakan salah satu penemuan tersukses produk elektronik. Sejak Tahun 1982, dimana mulai diperkenalkan, lebih dari 400 juta player dan 6 miliyar disk telah terjual.

Teknologi yang dapat menyimpan data ini memang sangat luar biasa. Data dapat disimpan untuk kemudian diputar ulang. Perkembangan mengenai teknologi penyimpanan data melalui disk ini kemudian berlanjut dengan teknologi yang canggih lagi. DVD (Digital Versatile Disc), begitulah teknologi ini dinamakan. DVD merupakan teknologi dengan data yang lebih banyak tersimpan ini akan memulai debutnya. DVD merupakan hasil inovasi CD. DVD dapat menyimpan sekitar 14 kali data lebih banyak dibandingkan dengan yang dapat dilakukan CD. Selain itu, laju rata-rata DVD players untuk memainkan kembali data tersebut 9 kali lebih cepat daripada CD ROM player, yaitu sekitar 11 juta bit per sekon. DVD sering disebut disk serbaguna karena dapat menyimpan banyak aplikasi seperti menyimpan musik, film, permainan dan kemasan multimedia lainnya serta dapat menampilkan ulang dengan kualitas yang lebih baik.
Prinsip kerja teknologi DVD dan CD secara umum sama. Data direpresentasikan oleh mikroskopis pit, yang dibentuk pada permukaan dari plastik disk ketika material diinjeksikan ke dalam sebuah cetakan. Pada pembacaan data, player menyorotkan sebuah titik dari sinar laser melewati disk yang berotasi. Intensitas dari cahaya yang direfleksikan dari permukaan disk berbeda sesuai dengan ada atau tidaknya jejak data. Ketika tidak ada jejak data, Intensitas sinar yang direfleksikan disk lebih rendah daripada ketika sinar tersebut melewati tempat yang memiliki jejak data. Sebuah photodetector dan peralatan elektronik lainnya yang berada di dalam player menerjemahkan variasi ini ke dalam kode digital 0 dan 1 yang merepresentasikan data yang tersimpan.

Terdapat dua perbedaan penting antara disk CD dan DVD. Pertama, diameter data pit pada DVD hanya 0,4 mikron yang setara dengan diameter data pit pada CD, yaitu hampir dua kali lipatnya, 0,83 mikron. Kemudian, jejak-jejak data pada DVD hanya terpisah 0,74 mikron, sedangkan pada CD jejak-jejak data terpisah sejauh 1,6 micron. Dengan demikian, Meskipun DVD dan CD memiliki ukurang yang sama, data spiral DVD 2 kali lebih panjang daripada data spiral pada CD, yaitu sampai 11 kilometer. Untuk membaca data pit yang lebih kecil, sorotan DVD players harus lebih fokus daripada sorotan yang dilakukan CD player sehingga untuk melakukan hal ini digunakan laser merah semikonduktor dengan range panjang gelombang 635-650 nanometer. Pada CD digunakan laser inframerah lebih panjang dengan panjang gelombang 780 nanometer. Selain itu, DVD player menggunakan satu lensa yang mampu memfokuskan sorotan sinar dibandingkan dengan lensa pada CD player. Kapasitas menampung data DVD lebih banyak daripada CD. Kemampuan DVD untuk menampung data yang lebih banyak karena DVD memiliki 2 substrat yang dapat menyimpan data meskipun dengan ketipisan yang secara keseluruhan sama, yaitu 1,2 milimeter. Substrat pada DVD saling berikatan sehingga dapat terlindung dari debu dan lain-lain. Pada DVD, substrat bagian atas biasanya mempunyai kemampuan yang dapat merefleksi sinar maupun mentransmisikan sinar. Refleksi pada lapisan atas cukup memungkinkan untuk laser membaca data-data pit pada substrat bagian atas, sementara tranmisinya juga dapat membuat laser fokus pada substrat bagian bawah dan juga sekaligus membaca data-data pit pada lapisan ini. Ketika laser fokus pada data-data pit substrat bagian bawah, namun tidak fokus ketika membaca data pada lapisan atas. Ikatan antar substrat pada DVD dapat mengontrol presisi dan menghindari terlalu banyak penyimpangan pada titik fokus pembacaan laser. Dua substrat DVD, selain dapat meningkatkan kapasitas, dapat juga mengurangi kesalahan akibat kemiringan dan kelengkungan disk.
Di samping memiliki pit yang lebih kecil daripada CD, DVD juga dapat mengepak data ke dalam pit-pit yang lebih banyak karena ukuran pit yang lebih kecil daripada CD sehingga dapat efisien ketika format coding. Format data dapat berupa data, text, gambar, audio, atau video. Data digital 0 dan 1 merepresentasikan konten yang biasa disebut user bit. User bit harus dilindungi dari kesalahan akibat debu dan lain-lain. Teknik Error correction and control (ECC) dapat memperkecil kesalahan akibat debu dengan spesial algoritma yang ditambahkan sepanjang user data. Dengan perkataan lain, user data harus dikombinasikan dengan ECC yang disebut modulation code bits. ECC yang mengisi 13% kapasitas disk dapat mengkoreksi 2000 bytes sepanjang jalur.

Perkembangan Teknologi DVD kemudian berlanjut pada penggunaan laser biru (Blue Laser).Sinar laser ditemukan pada tahun 1960-an, aplikasinya meluas ke semua bidang, bahkan merevolusi beberapa bidang teknologi. Salah satu bentuk laser yang banyak digunakan pada aplikasi elektronik adalah diode laser. Salah satu karakteristik dioda laser yang menentukan aplikasinya adalah panjang gelombangnya. Warna laser berkaitan dengan panjang gelombang dari laser tersebut, dimana panjang gelombang ini menentukan karakteristik dan aplikasi dari laser. Panjang gelombang laser biru lebih pendek dibandingkan laser merah atau infra-merah yang kini banyak digunakan pada perangkat-perangkat elektronik. Bila infra merah berada dalam kisaran 780-850 nm dan laser merah pada 650-670nm, laser biru memancarkan cahaya dengan panjang gelombang 410-460nm, Panjang gelombang yang pendek berarti memiliki kemampuan menangani struktur yang jauh lebih halus (misalnya membaca dan menulis data lebih rapat).

Dioda laser terbuat dari bahan semikonduktor. Semikonduktor adalah material dengan konduktivitas diantara konduktor dan isolator. Akibat larangan pauli maka elektron-elektron dari atom-atom pada semikonduktor pada tingkat energi yang hampir sama akan membentuk tingkat-tingkat energi yang sangat berdekatan yang disebut dengan pita energy. Pita energy yang berhubungan dengan pemancaran cahaya adalah pita energy valensi dan pita energy konduksi, jika electron dari pita valensi mendapatkan energy maka electron tersebut akan tereksistasi ke pita konduksi, maka tempat kosong yang telah ditinggalkan oleh electron tersebut disebut hole yang seolah-olah dianggap sebagai muatan positif. Elektorn pada pita koduksi tersebut dapat turun kembali ke pita valensi mengisi hole, peristiwa ini disebut rekombinasi, pada peristiwa rekombinasi, pada peristiwa rekombinasi akan dipancarkan cahaya bersesuaian dengan selisih kedua pita energy tersebut. Semua laser semikonduktor memiliki bandgaps, hal ini diharapkan mendapatkan probabilitas transisi radiasi yang besar di dalam semikonduktor bandgaps. Namun, laser biru sangat sulit didapat, karena system semikonduktor yang tepat sulit ditemukan. Pembawa muatan dari berbagai lapisan harus cocok, agar energy yang dilepaskan memniliki panjang gelombang yang diinginkan. Banyak percobaan gagal dilakukan karena material memiliki struktur yang berbeda, sehingga tidak cocok satu sama lain. Kebanyakan peneliti menggunakan kombinasi Zn-Se (zinc-selenium) dan kombinasi semikonduktor serupa. Kombinasi tersebut tampaknya memberi harapan, tetapi dalam prakteknya sulit karena mudah hancur dan peka terhadap panas. Semikonduktor terbaik untuk laser biru adalah galium nitrida (GaN) kristal, yang lebih sulit untuk memproduksi, membutuhkan tekanan dan suhu,yang tinggi. Hal ini mirip dengan prosedur untk menghasilkan berlian sintetis, dan penggunaan gas nitrogen tekanan tinggi. Namun masalah teknis ini dapat diatasi, sampai peneliti sejak tahun 1960 telah berusaha untuk mempermudah memproduksi GaN di atas. Namun ketidaksesuaian antara struktur dan galium nitrida menciptakan cacat terlalu banyak. Pada tahun 1992, penemu dari Jepang Shuji Nakamura menemukan LED biru pertama yang efisien, dan empat tahun kemudian, laser biru pertama. Nakamura menggunakan material disimpan pada substrat safir, meskipun jumlah cacat tetap terlalu tinggi (106-1010/cm²) dengan mudah membangun sebuah-power laser tinggi.

Prinsipnya untuk membuat laser, elektron dieksitasi ke tingkat yang lebih tinggi dan tempat yang ditinggalkan disebut hole. Kemudian pada keadaan tereksitasi electron tersebut cenderung tidak stabil sehingga akan turun ke tempat semula. Pada saat turun ke tingkat energy yang lebih rendah ada kemungkinan electron tersebut tertembak oleh foton sehingga terstimulasi untuk memancarkan dua buah foton. Foton yang menembak electron tersebut berasal dari foton yang dipancarkan sebelumnya yang dipantulkan dari cermin yang ditempatkan pada alat tersebut. Untuk menghasilkan laser biru energy gap dari bahan semikonduktor tersebut haruslah sekitar 2,9 eV, maka dari itu digunakanlah semikonduktor yang disebut wide band-gap material seperti Zink Selenede (ZnSe), Galium nitride (GaN) karena sebelumnya digunakan dioda laser dari Gallium Arsenik (GaAs) dengan band-gap energy sekitar 1,45 eV.