18.02.2015

Was an der Blu-Ray-Disc blau ist

In den bunten Bilderscheiben stecken mehrere Jahrzehnte Entwicklungsarbeit

Freunde des digitalen Heimkinos kennen die Blu-Ray-Disc, jene Scheibe, die Filme in viel höherer Auflösung speichern kann als herkömmliche DVDs. Doch wer eine solche Disc in die Hand nimmt, sucht vergeblich nach der Farbe Blau: Sie schillert ähnlich bunt wie die altbekannten Musik-CDs oder gewöhnliche DVDs, jedoch nicht in Blau, wenn sie nicht gerade oben mit einem blauen Aufdruck versehen ist. Des Rätsels Lösung liegt nicht in der Scheibe, sondern im Abspielgerät: Hier ist im Gegensatz zur bisherigen DVD-Technik kein roter, sondern ein blauer Laserstrahl am Werk.

CDs erhalten – wie auch DVDs und Blu-Ray-Discs – auf der Leseseite eine metallische Beschichtung, die sie farbig schillern lassen. Foto: audphoto, 123RF Stockfoto
Blu-Ray-Disc, Foto: audphoto/123RF Stockfoto

Der Laserstrahl in einem DVD-Player hat die Aufgabe, die Scheibe abzutasten. Über eine Linse wird er auf einen winzigen Bereich der Oberfläche fokussiert. Er stößt dabei entweder auf Bereiche, die sein Licht reflektieren, oder auf Flächen, die es absorbieren, streuen oder durch Überlagerung auslöschen. Ein Sensor registriert das jeweils zurückgeworfene Licht und meldet das Signal Null, wenn wenig oder kein Licht zurückkommt, und das Signal Eins, wenn es reflektiert wird. So gelangt der auf der Disc gespeicherte digitale Code in das Abspielgerät – eine schier endlos lange Abfolge von Einsen und Nullen. Der Code wird im Gerät schließlich wieder in ein Bild- und Tonsignal umgesetzt.

Nach diesem Prinzip funktionierten bereits die CD-Plattenspieler, die vor nunmehr fast drei Jahrzehnten auf den Markt kamen. Die zugehörigen CDs werden in einer Art Spritzgussverfahren hergestellt. Der Kunststoff Polycarbonat wird dazu auf eine Matrix aufgebracht, wobei ein Muster aus Vertiefungen entsteht: Die Vertiefungen – Pits genannt – bewirken eine Auslöschung des zurückgeworfenen Lichts durch Überlagerung und Streuung, die anderen Flächen – Lands genannt – reflektieren es. Der Laserstrahl in diesen CD-Playern war rot mit einer Wellenlänge von 780 Nanometern. Solche Laser waren bereits vor dreißig Jahren zu erschwinglichen Preisen herzustellen.

Solange die Datenmengen, die eine solche Scheibe aufnehmen musste, noch nicht zu groß waren, funktionierte diese Technik noch. Eine gewöhnliche CD kann in der Regel 700 MB speichern – genug für eine Musik-CD mit 80 Minuten Spielzeit. Etwas Neues mussten sich die Ingenieure jedoch einfallen lassen, um nicht nur Musik, sondern auch bewegte Bilder und längere Filme auf die Scheibe zu bannen, da hierfür der Speicherbedarf um ein Vielfaches ansteigt.  

Für die für diese Anwendung entwickelten gewöhnlichen DVDs, wurden zunächst ebenfalls noch rote Laser verwendet. Die Daten werden dabei dichter auf die Scheibe geschrieben. Erweitert wird die Kapazität jedoch auch dadurch, dass zwei separate Scheiben hergestellt werden, die dann übereinander geklebt und nacheinander abgetastet werden. Diese sogenannten Double-Layer-DVDs erreichen Datenkapazitäten von bis zu 8,5 Gigabyte.

Blu-Ray-Discs sind häufig blau – jedoch nur, weil sie mit einem blauen Aufdruck versehen sind. Foto: nikkytok, 123RF Stockfoto
Blu-Ray-Disc, Foto: nikkytok/123RF Stockfotot

Für einen Film in höchster Auflösung reicht das noch immer nicht aus. Daher entwickelten Ingenieure die Blu-Ray-Disc. Diese hat – wie auch die CD und die DVD – einen Durchmesser von 12 Zentimetern, die Daten müssen zusammenrücken. Möglich wird dies durch einen geringeren Abstand der Datenfelder. Der Laserstrahl, der über die Oberfläche streicht, muss dazu noch präziser gehandhabt werden können.

Generell kann Laserlicht nicht genauer fokussiert werden als eine halbe Wellenlänge. Deshalb lag es nahe, für den neuen Typ von DVD einen Laserstrahl zu verwenden, der eine kürzere Wellenlänge als die bisher verwendeten aufweist: So fiel die Wahl auf blaues Laserlicht. Dafür musste jedoch erst eine erschwingliche Lichtquelle verfügbar sein, die ein solches Licht aussendet. Die effiziente Erzeugung blauen Laserlichts war japanischen Forschern nach langer und mühevoller Such- und Tüftelarbeit erst Anfang der 1990er Jahre gelungen. Die Wissenschaftler erhielten dafür 2014 den Physik-Nobelpreis.

Der blaue Strahl – englisch "blue ray" –, der in den seit 2002 entwickelten DVD-Lesegeräten zum Einsatz kam, hat eine Wellenlänge von 405 Nanometern. Er kann Datenspuren abtasten, die doppelt so dicht beieinanderliegen wie bei gewöhnlichen DVDs. Um die Bezeichnung "blue ray" als Marke schützen zu können, wurde das "e" in dem Begriff gestrichen. Die Scheiben sind seitdem als "Blu-ray Discs" mit dem entsprechenden Logo auf dem Markt.

Zusätzlich zur dichteren Packung der Datenfelder ist es den Ingenieuren gelungen, nicht nur zwei, sondern vier Lagen übereinanderzulegen. Damit ist die Datenkapazität auf 128 Gigabyte angestiegen. Im Vergleich zu den bescheidenen digitalen Anfängen mit den ersten CDs (700 MB) ist das ein geradezu unvorstellbarer Wert. (ud)