1 历史与发展
1.1 早期研发背景
1.1.1 模拟与数字之争
20世纪70年代，音频存储领域仍以黑胶唱片和盒式磁带等模拟介质为主。模拟介质存在信噪比低、动态范围有限、复制产生信号衰减等固有缺陷。与此同时，数字音频技术开始萌芽：脉冲编码调制（PCM）的发明使声音可以转化为二进制数据，并通过纠错码保证还原质量。飞利浦和索尼各自在激光读取和数字信号处理方面进行了前期探索，试图用光学方式实现高保真、无磨损的音频回放。
1.1.2 飞利浦与索尼的合作
1979年，飞利浦向索尼展示了其基于激光读取的“光学数字音频光盘”原型。索尼则提供了数字信号处理方面的专长，特别是CIRC纠错码技术。双方于1980年共同制定了“红皮书”标准，统一了光盘直径（12厘米）、采样率（44.1kHz）和量化精度（16位）等核心参数。这一合作奠定了CD作为消费电子统一格式的基础。
1.2 1982年商业化推出
1.2.1 全球首发与市场反应
1982年8月，首张商业CD（ABBA的《The Visitors》）在德国压片厂下线。同年10月，日本率先发售CD播放器（索尼CDP-101）和首批50张专辑。市场初期因播放器价格昂贵（约700美元），接受度不高。但到1985年，随着成本下降和唱片公司大规模发行古典、流行音乐CD，销量开始爆发。1988年，CD销量首次超过黑胶唱片。
1.3 扩展应用阶段
1.3.1 CD-ROM（只读数据）
1985年，飞利浦和索尼发布了“黄皮书”标准，定义了CD-ROM格式，使光盘可存储计算机数据。典型容量为650-700MB，解决了软盘容量不足的问题。CD-ROM驱动器逐渐成为PC标配，推动了多媒体软件、电子百科全书和游戏产业的发展。
1.3.2 CD-R/RW（可记录与可擦写）
1990年，橙皮书标准出台，定义了CD-R（一次写入可多次读取）和CD-RW（可重写）格式。CD-R使用有机染料层，用户可通过刻录机自行制作数据或音乐光盘；CD-RW则利用相变材料实现反复擦写。这两种格式极大降低了数据分发的门槛，促进了个人备份和小规模出版。
2 技术规格
2.1 物理结构
2.1.1 基材与反射层
标准CD由聚碳酸酯塑料基盘（直径12厘米，厚度1.2毫米）构成。基盘上压制了螺旋形凹坑轨道（称为“坑”和“岸”），轨道总长约5.6公里。坑印上方覆盖一层铝（或金、银）反射膜，用于反射读取激光。
2.1.2 保护漆层
反射层上方涂有一层丙烯酸类保护漆，通常印刷有标签信息。这层漆的作用是防止反射层氧化及机械划伤，但标签面实际上比读取面更脆弱——一旦被划伤将直接损害数据层。
2.2 数据编码与纠错
2.2.1 八到十四位调制（EFM）
为了在光盘上稳定记录数据，原始8位字节被转换为14位通道码，并在位流中加入3位合并位以保证最小反转间隔。EFM确保物理坑/岸长度介于3T和11T之间（T=1个时钟周期），使激光头能准确跟踪并提取时钟信号。
2.2.2 交叉交织里德-索罗门码（CIRC）
CIRC是一种两级纠错机制。它在数据写入时进行交叉交织，使突发错误（如划伤）在读取时被分散到多个码字中。CIRC可纠正每帧最多3500比特的突发错误（约2.4毫米物理长度），并能在更大范围内检测到不可纠正的错误后做插值处理，使听感上几乎无间断。
2.3 读取机制
2.3.1 激光头与聚焦伺服
CD播放器使用波长约780nm的红外半导体激光器。激光束经物镜聚焦到光盘坑印层，反射光由光电二极管检测。深度为λ/4（约195nm）的坑印使反射光发生相消干涉，从而区分数据“1”和“0”。聚焦伺服系统通过检测像散信号实时调整物镜高度，确保始终对准坑印层。
2.3.2 转速控制（CLV与CAV）
音频CD和早期CD-ROM采用恒定线速度（CLV）方式：光盘转速从内圈（约500 rpm）到外圈（约200 rpm）逐渐降低，使激光头在任意位置以恒定速率读取数据。后期高速CD-ROM为了简化伺服，改用恒定角速度（CAV）或多区CLV，牺牲部分容量换取更快寻道时间。
2.4 容量与速度
2.4.1 标准容量单位
一片12厘米CD的标准化数据容量为：80分钟音频（对应约700MB数据）。早期也有74分钟/650MB规格。8厘米CD（迷你光盘）容量约210MB/21分钟。
2.4.2 倍速标识（1x-52x）
音频播放速度为1x（150KB/s）。CD-ROM的倍速标识以此为基础：2x（300KB/s）、4x（600KB/s），直至52x（7.8MB/s）。实际读取速度受限于硬件，52x是CD-ROM时代的理论极限，因过高的转速可能导致破裂风险（著名的“炸盘”事件偶有发生）。
3 主要格式与变种
3.1 音频CD（CD-DA）
3.1.1 红皮书标准
飞利浦和索尼于1980年发布的“红皮书”定义了音频CD的物理格式、音频编码、纠错以及目录表（TOC）结构。它确立了两声道PCM立体声、44.1kHz采样、16位量化的规格，总动态范围约96dB。
3.1.2 音轨与PCM采样
音频CD划分为最多99条音轨，每条音轨可包含多个索引（用于标记乐章或段落）。数据以扇区为单位，每秒75个扇区，每个扇区包含2352字节音频样本。PCM（脉冲编码调制）未经压缩直接存储，保证无损回放。
3.2 数据CD（CD-ROM）
3.2.1 黄皮书与ISO 9660
黄皮书定义了CD-ROM的扇区格式（Mode 1用于计算机数据，Mode 2用于压缩音频/视频），并引入ECC和EDC增强纠错。ISO 9660是CD-ROM的文件系统标准，规定了目录结构、文件名长度限制（8+3字符或31字符）及跨平台兼容性。
3.2.2 目录结构与文件系统
ISO 9660使用层次目录，最大深度8级。文件属性包括创建日期、保护模式等。为了克服CD-ROM只读特性，数据光盘通常采用“封包写入”方式一次性完成。后来出现的Joliet扩展（微软）和Rock Ridge扩展（Unix）允许长文件名和更多属性。
3.3 可记录CD（CD-R）
3.3.1 有机染料层技术
CD-R在聚碳酸酯基盘上涂有有机染料（常用菁蓝或酞菁类染料），染料上方为金或银反射层。刻录时激光功率增强至约10mW，将染料层加热至不可逆的烧蚀状态，形成光学对比度模拟坑印。未记录部分保持透明，已记录部分对读取激光产生散射。
3.3.2 写入速度与兼容性
早期CD-R只能用1x-4x刻录，后期盘片支持最高52x。高速刻录时若染料质量不佳或刻录机功率校准不准，易出现“缓冲区欠载”错误导致废盘。兼容性方面，CD-R的记录层反射率低于压制CD，部分老式CD机无法读取。为此出现了“Audio CD-R”盘片，采用更高质量染料和较暗反射层以改善回放。
3.4 可重写CD（CD-RW）
3.4.1 相变材料原理
CD-RW使用银-铟-锑-碲合金相变材料。激光功率分三级：读取（约0.5mW，不改变状态）、写入（高功率，使材料熔融后急冷成非晶态）、擦除（中等功率，使材料加热后缓慢冷却结晶）。非晶态反射率低（约15%），晶态反射率高（约30%），利用此差异代表数据。
3.4.2 擦写次数限制
相变材料在反复晶态/非晶态转换中会逐渐疲劳。CD-RW标准宣称可擦写约1000次，实际多次擦写后误码率上升。另外CD-RW的反射率更低，早期CD播放器（包括多数CD-ROM）不兼容可重写格式，需MultiRead兼容设备才能读取。
3.5 特殊格式
3.5.1 CD-i（交互式光盘）
1991年飞利浦推出的互动多媒体格式，基于CD-ROM Mode 2，使用CD-i系统完成播放。该格式内置了操作系统，可运行光盘上的交互程序（如百科全书、儿童教育、简单游戏）。由于封闭式标准和昂贵的硬件，CD-i商业上未获成功。
3.5.2 Photo CD（图片存储）
柯达于1991年推出的数字照片存储方案，将胶片扫描后的Image Pac（多分辨率图像）写入可读光盘。Photo CD支持最多100张高画质照片，可在专用播放器和兼容软件上浏览。该格式未被广泛接受，后随着数码相机和SD卡兴起而淡出。
3.5.3 Video CD（VCD视频）
基于白皮书标准（1993年），将MPEG-1视频压缩编码存储于CD上，分辨率为352×240（NTSC）或352×288（PAL），播放时解压至CIF格式。VCD以廉价的光盘实现了影碟功能，在亚洲市场（尤其是中国大陆）拥有庞大用户群。其质量低于DVD但高于VHS录像带。
4 制造与复制工艺
4.1 母盘制作
4.1.1 玻璃基板与光刻胶
首先将高度抛光的玻璃圆盘涂布光刻胶（对紫外光敏感的正性胶）。然后使用激光刻录机（LBR，Laser Beam Recorder）将数据调制为紫外光脉冲，在玻璃盘上曝光出坑印潜像。
4.1.2 电铸与压模
显影后，玻璃盘上的光刻胶被显影液溶解，暴露出坑印结构的玻璃表面。然后在玻璃盘上溅镀镍层，并通过电铸加厚至约0.3mm，形成镍制母盘（称为父盘）。父盘再通过电铸生成多个子盘（母盘），每个子盘即为注塑模具。
4.2 注塑成型
4.2.1 聚碳酸酯基盘
熔融的聚碳酸酯颗粒（约300°C）通过高压注入模具，模具内装有镍压模（子盘）。注射过程极快（约2-3秒），形成带有坑印的1.2mm厚圆盘。
4.2.2 坑印复制
压模上的微小凸起在塑料表面压出对应的凹坑。注塑后盘片立即冷却，保持坑印形状。注塑精度要求坑深约100nm，宽度约500nm，仅相当于头发丝的千分之五。
4.3 金属化与保护层
冷却后的透明基盘通过溅射或真空蒸镀，覆盖一层约50nm的铝反射层。随后旋涂保护漆（UV固化树脂），在紫外灯下固化，最后印刷标签信息（丝印或胶印）。
4.4 质检与测试
每批光盘需抽样测试物理参数：坑形尺寸、反射率、径向偏差、聚焦误差、误码率（BLER，Block Error Rate）等。优质盘的BLER应低于220块/秒，否则视为不合格。部分厂家还会进行环境老化测试（高温高湿加速老化）。
5 使用与维护
5.1 正确插取与存储
5.1.1 避免划伤与指纹
光盘数据面（读取面）应避免接触硬物。手持时应用拇指和食指夹住中心孔和边缘，避免触摸读取面。指纹中的油脂和汗液会散射激光导致读取困难。标签面虽然看似坚固，但划伤此处将直接毁坏反射层。
5.1.2 温湿度要求
CD应存放在避光、干燥的环境，温度宜在5-25°C，相对湿度30-70%。避免暴露于阳光直射或暖气旁。光盘时应放入塑料或纸质封套，严禁堆叠（可能导致受压变形和粘连）。
5.2 常见故障与修复
5.2.1 读取错误原因
包括：划伤、污渍、染料/反射层老化（CD-R常见“染料衰减”）、光盘变形（翘曲）以及物理损坏（断裂）。划伤时激光发散，数据无法正确还原；染料层随年限氧化导致灵敏度下降。
5.2.2 简易清洁方法
对于轻微污渍，用无绒布（或专用光盘清洁布）蘸少量去离子水或稀释异丙醇（70%），从内圈向外圈直线擦拭。禁止使用纸巾或酒精含量过高的溶液。对难以读取的划伤，可尝试用牙膏（非凝胶）轻抛打磨，但成功率有限。
5.3 数据保存寿命
5.3.1 理论寿命与实际降解
压制CD（铝反射层+聚碳酸酯）寿命在适宜条件下可达50-100年。CD-R有机染料层通常仅10-20年（部分劣质盘几年内失效）。CD-RW相变材料寿命约20-30年。实际中，反射层氧化、染料褪色、标签面腐蚀是主要失效原因。
5.3.2 存档级光盘
针对重要数据，出现了采用金反射层和酞菁染料（或更稳定的偶氮染料）的“存档级”CD-R。此类光盘标称寿命超过100年。另外，M-DISC（千年光盘）采用类似岩石层结构，宣称可达1000年寿命，但需要特定刻录机支持。
6 社会与文化影响
6.1 音像产业变革
6.1.1 取代黑胶与磁带
CD以无底噪、高动态、便携（12厘米小尺寸）等优势，在1980年代末至1990年代迅速取代了黑胶唱片和盒式磁带。唱片公司通过“重新制作”经典专辑，推出高价CD套装获利丰厚。1992年CD销售量首次超过磁带，成为音乐消费主流介质。
6.1.2 版权保护与DRM尝试
CD数字格式的可复制性引发了盗版浪潮。1990年代后期，一些唱片公司推出受版权保护CD（带有Cactus Data Shield等防复制技术），但此类光盘常出现播放兼容性问题，且很快被破解。2000年代后，CD版权保护尝试基本放弃，转向数字权利管理（DRM）和流媒体。
6.2 计算机软件分发
6.2.1 游戏光盘与安装包
CD-ROM将PC游戏带入多媒体时代。1993年的《神秘岛》首次使用光盘存储高清图片和音轨，推动光驱成为PC标准配件。1990年代后期，大型游戏（如《魔兽争霸》《最终幻想》）的体积突破软盘限制，CD甚至成为验证正版的手段（“光盘验证”）。安装过程中频繁更换碟片成为一代玩家记忆。
6.2.2 预装操作系统（如Windows OEM）
微软从Windows 95开始以CD-ROM形式销售操作系统（此前多为软盘）。OEM厂商将Windows安装盘随新电脑附送，使光盘成为软件分发最广泛的物理载体。直至Windows 10时期，安装介质仍提供DVD版，但CD版本逐渐绝迹。
6.3 收藏与复古文化
6.3.1 实体媒介怀旧
在流媒体时代，CD作为一种物理介质引发了收藏和怀旧潮流。发烧友认为CD的稳定音质优于无损流媒体（因流媒体需经DAC和网络抖动的干扰）。另一些收藏者青睐CD的封面艺术、内页歌词和限定版包装。
6.3.2 光盘艺术设计
许多CD盘面和包装采用了独特的印刷工艺（如全息、荧光、磨砂）。1990年代部分CD在盘面隐藏文字或图案，需要倾斜角度才能发现。艺术家如Björk、Radiohead等的专辑CD因极具创意的包装设计被收藏家追捧。
7 与后继存储介质的比较
7.1 DVD
7.1.1 容量与波长差异
DVD使用波长更短的红激光（650nm），坑印尺寸更小、轨道间距更密，使其单层容量达4.7GB（约7倍于CD）。双层DVD容量达8.5GB。视频编码采用MPEG-2，支持480p分辨率，提供了远胜于VCD的画质。
7.1.2 向下兼容
DVD播放器通常可读取CD（包括CD-R/RW）和VCD，但CD播放器无法读取DVD。DVD-ROM驱动器在PC上也支持CD。这种向下兼容策略确保了DVD顺利取代CD成为视频和数据的首要格式。
7.2 蓝光光盘
7.2.1 BD vs. HD DVD
蓝光光盘采用405nm蓝紫激光，坑印更精细，单层容量25GB，双层50GB。2006-2008年，蓝光与东芝的HD DVD格式爆发储媒大战。最终因内容支持（索尼在游戏平台推广、电影公司选择蓝光）和制造优势，蓝光胜出。
7.2.2 4K超高清支持
2015年推出的Ultra HD Blu-ray使用由三到四层组成的100GB/128GB光盘，支持HEVC编码、高动态范围（HDR）和60fps 4K分辨率。CD在这方面的差距无法弥合。
7.3 数字分发与流媒体
7.3.1 物理媒介的衰落
2000年代中期后，宽带互联网普及使得数字分发（iTunes Store、Steam等）和流媒体（Netflix、Spotify）成为主流。物理光盘销量大幅下滑：美国市场CD销量从2000年的9.42亿张跌至2022年的约3400万张（下降96%）。电脑厂商逐步取消光驱，笔记本光驱在2010年后基本绝迹。
7.3.2 无损音频挑战
CD是消费级无损音频的基准（44.1kHz/16bit），但流媒体平台开始提供无损级播放（如Tidal HiFi、Apple Lossless），甚至提供了高于CD质量的24bit/192kHz（尽管争议是否存在实际意义）。CD的物理存在感被数字文件方便性挤压。
8 相关梗及趣闻
8.1 “CD机读错碟”的段子
刻录机由于固件缺陷或盘片盒不匹配，偶尔会错误识别盘片。有用户将空白CD-R放入播放器，看到播放器显示“CD-TEXT”或“33曲目”，随即爆发出“这张碟是我用空白盘伪造的”的搞笑段子。另一种经典是：将光盘咬了一口的吃播视频封面误放入光驱，被系统识别为“未知格式”。
8.2 光盘变飞盘（游戏光碟磨损）
早期PC游戏需要频繁读取光盘才能运行，长时间使用导致盘面磨损，尤其在光驱读取容错差时，划伤严重的光盘会引发冒热启动失败。玩家长叹：“这张盘已经是飞盘了！”指光盘只能当飞盘游戏，无法再读。
8.3 隐藏曲目与彩蛋
许多音乐CD在结束后的后间隙中暗藏未被目录表记录的音轨。用户需在最后一首曲目播放完毕后，快进或按住播放键才能解锁这些隐藏曲目。经典案例：1994年《The X-Files》原声带CD末尾有一段沉默后出现的秘密采访。另有一些软件光盘包含复活节彩蛋，比如在PC版《光环》CD光驱中打开相关文件可看到小游戏。
8.4 光盘杯垫的二次利用
随着废弃光盘大量增加，创意人士将CD用作杯垫、墙饰、反光装饰、甚至DIY时钟。有人将破损光盘拆解成小块，用作马赛克拼贴。环保机构也呼吁对旧光盘进行分类回收，但因聚碳酸酯和金属难以分离，回收比例不高。如今，“光盘杯垫”已成为一种怀旧笑谈。