Comment un CD lit les données : creux, plats, lasers et photodétecteurs
Un disque compact stocke les données sous forme de spirale de creux (indentations) et de plats (zones planes) microscopiques moulés dans un substrat en polycarbonate. Un laser à semi-conducteur 780 nm les lit en détectant les variations de lumière réfléchie. Voici la physique, étape par étape.
Structure du disque (bas vers haut)
- Substrat polycarbonate (1,2 mm) — transparent, moulé avec piste spirale.
- Couche réfléchissante — aluminium déposé sous vide (ou alliage or/argent).
- Vernis protecteur — acrylique durci UV, ~10 µm.
- Impression étiquette — sérigraphie/offset sur face vernis.
Processus de lecture (Vitesse Linéaire Constante — CLV)
- Moteur broche fait tourner le disque : 500 tr/min (intérieur) → 200 tr/min (extérieur) pour maintenir vitesse linéaire constante 1,2–1,4 m/s.
- Diode laser émet faisceau 780 nm → collimateur → séparateur de faisceau polarisant → objectif (NA 0,45–0,5) focalise spot ~1,7 µm sur couche réfléchissante à travers le polycarbonate.
- Servo mise au point (méthode astigmatique) garde le net ; servo suivi (trois faisceaux ou push-pull) garde le spot centré sur la piste.
- Interaction creux/plat :
- Plat : Réflexion miroir → intensité forte sur photodiode.
- Creux : Profondeur = λ/4 (≈195 nm). Lumière réfléchie fond du creux et plat adjacent → interférence destructive → intensité chute ~50 %.
- Photodétecteur (photodiode quadrant) convertit intensité → courant (Isum = signal RF).
- Amplificateur RF → démodulateur EFM (Eight-to-Fourteen Modulation) → correction d'erreur CIRC (Reed-Solomon) → données utilisateur (audio, fichiers).
Paramètres clés
- Pas de piste : 1,6 µm.
- Longueur creux : 0,9–3,3 µm (3T–11T run-length limited).
- Débit (1×) : 150 Ko/s (audio) / 176,4 Ko/s (brut).
- Capacité : 650 Mo (74 min) / 700 Mo (80 min).
Pourquoi ça marche
- Lecture optique = pas d'usure par contact.
- Correction d'erreur (CIRC) corrige erreurs en rafale jusqu'à 4 mm (2 500 bits).
- Redondance : Entrelacement croisé répartit trames adjacentes.
Les CD ont été le premier stockage numérique grand public à combiner haute densité, faible coût et durabilité — permettant la révolution musique, logiciels et données des années 90.