thumb|Unidad de CD-ROM interna que se coloca en la carcasa de computadora de escritorio. thumb|Lente láser de una unidad de disco óptico en una laptop. En informática, la unidad de disco óptico es la unidad de disco que utiliza una luz láser como parte del proceso de lectura o escritura de datos desde un archivo a discos ópticos a través de luz que interpretan las refracciones provocadas sobre su propia emisión.
Los discos compactos (CD), discos versátiles digitales (DVD) y discos Blu-ray (BD) son los tipos de medios ópticos más comunes que pueden ser leídos y grabados por estas unidades.
El “almacenamiento óptico” es una variante de almacenamiento informático surgida a finales del . La historia del almacenamiento de datos en medios ópticos se remonta a los años comprendidos en las décadas de 1970 y 1980. Se trata de aquellos dispositivos que son capaces de guardar datos por medio de un rayo láser en su superficie plástica, ya que se almacenan por medio de ranuras microscópicas (o ranuras quemadas). La información queda grabada en la superficie de manera física, por lo que solo el calor (puede producir deformaciones en la superficie del disco) y las ralladuras pueden producir la pérdida de los datos, en cambio es inmune a los campos magnéticos y la humedad.
Las unidades de discos ópticos son una parte integrante de los aparatos de consumo autónomos como los reproductores de CD, reproductores de DVD y grabadoras de DVD. También son usados muy comúnmente en las computadoras para leer software y medios de consumo distribuidos en formato de disco, y para grabar discos para el intercambio y archivo de datos. Las unidades de discos ópticos (junto a las memorias flash) han desplazado a las disqueteras y a las unidades de cintas magnéticas para este propósito debido al bajo coste de los medios ópticos y la casi ubicuidad de las unidades de discos ópticos en las computadoras y en hardware de entretenimiento de consumo.
La grabación de discos en general es restringida a la distribución y copiado de seguridad a pequeña escala, siendo más lenta y más cara en términos materiales por unidad que el proceso de moldeo usado para fabricar discos planchados en masa.
Láser y óptica
La parte más importante de una unidad de disco óptico es el camino óptico, ubicado en un pickup head (PUH), que consiste habitualmente de un láser semiconductor, un lente que guía el haz de láser, y fotodiodos que detectan la luz reflejada en la superficie del disco.
En los inicios, se usaban los láseres de CD con una longitud de onda de 780 nm, estando en el rango infrarrojo. Para los DVD, la longitud de onda fue reducida a 650 nm (color rojo), y la longitud de onda para el Blu-ray fue reducida a 405 nm (color violeta).
Se usan dos servomecanismos principales, el primero para mantener una distancia correcta entre el lente y el disco, y para asegurar que el haz de láser es enfocado en un punto de láser pequeño en el disco. El segundo servo mueve un cabezal a lo largo del radio del disco, manteniendo el haz sobre una estría, un camino de datos en espiral continuo.
En los medios de solo lectura (ROM, read only media), durante el proceso de fabricación la estría, hecha de surcos (pits), es presionada sobre una superficie plana, llamada área (land). Debido a que la profundidad de los surcos es aproximandate la cuarta o sexta parte de la longitud de onda del láser, la fase del haz reflejado cambia en relación con el haz entrante de lectura, causando una interferencia destructiva mutua y reduciendo la intensidad del haz reflejado. Esto es detectado por fotodiodos que emiten señales eléctricas.
Una grabadora codifica (graba, quema) datos en un disco CD-R, DVD-R, DVD+R, o BD-R grabable (llamado virgen o en blanco), calentando selectivamente partes de una capa de tinte orgánico con un láser. Esto cambia la reflexividad del tinte, creando así marcas que pueden ser leídas como los surcos y áreas en discos planchados. Para los discos grabables, el proceso es permanente y los medios pueden ser escritos una sola vez. Si bien el láser lector habitualmente no es más fuerte que 5 mW, el láser grabador es considerablemente más poderoso. A mayor velocidad de grabación, menor es el tiempo que el láser debe calentar un punto en el medio, entonces su poder tiene que aumentar proporcionalmente. Los láseres de las grabadoras de DVD a menudo alcanzan picos de alrededor de 100 mW en ondas continuas, y 225 mW de impulsos.
Para medios regrabables como CD-RW, DVD-RW, DVD+RW, o BD-RE, el láser es usado para derretir una aleación de metal cristalina en la capa de grabación del disco. Dependiendo de la cantidad de energía aplicada, la sustancia puede volver a adoptar su forma cristalina original o quedar en una forma amorfa, permitiendo que sean creadas marcas de reflexividad variante.
Los medios de doble cara pueden ser usados, pero no son de fácil acceso con una unidad estándar, ya que deben ser volteados físicamente para acceder a los datos en la otra cara.
Los medios de capa doble (DL, double layer) tienen dos capas de datos independientes separadas por una capa semireflexiva. Ambas capas son accesibles por el mismo lado, pero necesitan que la óptica cambie el foco del láser. Los medios grabables tradicionales de una capa (SL, single layer) son producidos con una estría en espiral moldeada en la capa protectiva de policarbonato (no en la capa de grabación de datos), para dirigir y sincronizar la velocidad del cabezal grabador. Los medios grabables de doble capa tiene: una primera capa de policarbonato con una estría (superficial), una primera capa de datos, una capa semireflexiva, una segunda capa de policarbonato (de espaciado) con otra estría (profunda), y una segunda capa de datos. La primera estría en espiral habitualmente comienza sobre el borde interior y se extiende hacia fuera, mientras que la segunda estría comienza en el borde exterior y se extiende hacia dentro.
Algunas unidades tienen soporte para la tecnología de impresión fototérmica LightScribe de Hewlett-Packard que permite etiquetar discos recubiertos especialmente.
Mecanismo de rotación
El mecanismo de rotación de las unidades ópticas difiere significativamente del de los discos duros, en que el segundo mantiene una velocidad angular constante (VAC), en otras palabras un número constante de revoluciones por minuto (RPM). Con la VAC, usualmente en la zona exterior del disco se consigue un mejor throughput (rendimiento) en comparación con la zona interior.
Por otra parte, las unidades ópticas fueron desarrolladas con la idea de alcanzar un throughput constante, inicialmente en las unidades de CD igual a 150 KiB/s. Era una característica importante para hacer streaming de datos de audio, que siempre tiende a necesitar una tasa de bits (bit rate) constante. Pero para asegurar que no se desperdicia la capacidad del disco, un cabezal también tendría que transferir datos a una tasa lineal máxima todo el tiempo, sin detenerse en el borde exterior del disco. Esto ha conducido a que las unidades ópticas (hasta hace poco) operaran a una velocidad lineal constante (VLC). La estría en espiral en el disco pasaba bajo el cabezal a una velocidad constante. Por supuesto la implicación de la VLC, en contraposición a la VAC, hace que la velocidad angular del disco ya no sea constante, por lo tanto el motor rotatorio tiene que ser diseñado para variar la velocidad entre 200 RPM en el borde exterior y 500 RPM en el borde interior.
Las unidades de CD más recientes mantenían el paradigma VLC, pero evolucionaron para alcanzar velocidades de rotación mayores, popularmente descritas en múltiplos de una velocidad base (150 KiB/s). Como resultado, una unidad de 4X, por ejemplo, rotaría a 800-2000 RPM, transfiriendo datos a 600 KiB/s continuamente, lo que es igual a 4 x 150 KiB/s.
La velocidad de base del DVD, o "velocidad 1x", es de 1,385 MB/s, igual a 1,32 MiB/s, aproximadamente 9 veces más rápido que la velocidad base del CD. La velocidad base de una unidad de Blu-ray es de 6,74 MB/s, igual a 6,43 MiB/s.
Existen límites mecánicos respecto a cuan rápido puede girar un disco. Después de una cierta de rotación, cerca de 10000 RPM, el estrés centrífugo puede causar que el plástico del disco se arrastre y posiblemente se destruya. En el borde exterior de un CD, 10000 RPM equivalen aproximadamente a una velocidad de 52x, pero en el borde interior solo a 20x. Algunas unidades disminuyen aún más su velocidad de lectura máxima a cerca de 40x argumentando que los discos vírgenes no tendrán peligro de daños estructurales, pero los discos insertados para leer pueden sí tenerlo. Sin las velocidades de rotación más altas, un mayor rendimiento de lectura puede conseguirse leyendo simultáneamente más de un punto en una estría de datos, pero las unidades con tales mecanismos son más caras, menos compatibles, y muy raras.
thumb|La estrategia de grabación VLC-Z es fácilmente visible después de grabar un DVD-R.
Debido a que mantener una tasa de transferencia constante para el disco entero no es muy importante en la mayoría de los usos contemporáneos de los CD, para mantener la velocidad de rotación del disco a una cantidad baja segura a la vez que se maximiza la tasa de datos, el enfoque VLC puro debió ser abandonado. Algunas unidades trabajan con un esquema VLC parcial (VLCP), cambiando de VLC a VAC solo cuando se alcanza un límite de rotación. Pero cambiar a VAC requiere cambios significativos en el diseño del hardware, por eso en cambio la mayoría de las unidades usan el esquema de velocidad lineal constante por zonas (VLC-Z). Este esquema divide el disco en varias zonas, cada una con su propia velocidad lineal constante diferente. Una grabadora VLC-Z con una tasa de 52x, por ejemplo, grabaría a 20x en la zona más interna y luego incrementaría la velocidad de manera progresiva en varios pasos discretos hasta llegar a 52x en el borde exterior.
Mecanismos de carga
Las unidades ópticas actuales usan un mecanismo de carga de bandeja, donde el disco es cargado en una bandeja motorizada u operada manualmente, o un mecanismo de carga de zócalo, donde el disco se desliza en un zócalo y es retraído hacia dentro por rodillos motorizados. Las unidades de carga de zócalo tienen la desventaja de no ser compatibles con los discos más pequeños de 80 mm o cualquier tamaño no estándar; sin embargo, la videoconsola Wii parece haber derrotado este problema, ya que es capaz de cargar DVD de tamaño estándar y discos de GameCube de 80 mm en la misma unidad con carga de zócalo.
Un menor número de modelos de unidades, la mayoría unidades portables compactas (como un Discman), tienen un mecanismo de carga superior (por arriba) en el cual la tapa de la unidad se abre hacia arriba y el disco es colocado directamente sobre el rotor.
Algunas de las primeras unidades de CD-ROM usaban un mecanismo en el cual los CD tenían que ser insertados en cartuchos o cajas especiales, similares en apariencia a un disquete de 3½". Esto se hacía para proteger al disco de daños accidentales causados por introducirlos en cajas plásticas más duras, pero no ganó aceptación debido al costo adicional y los problemas de compatibilidad, como que las unidades necesitarían inconvenientemente que los discos fueran insertados en un cartucho antes de usarse.
Interfaces de computadora
La mayoría de las unidades internas para computadoras personales, servidores y estaciones de trabajo son diseñadas para encajar en una bahía de 5¼" del gabinete y conectarse mediante una interfaz ATA o SATA.
Las unidades externas usualmente se conectan mediante interfaces USB o FireWire. Algunas versiones portables para usar con laptops se alimentan mediante baterías o mediante su bus de interfaz.
Existen unidades con interfaz SCSI, pero son menos comunes y tienden a ser más caras, debido al costo de sus chipsets de interfaz y sus conectores SCSI más complejos.