cd幀中光場的等效值

cd幀中光場的等效值

cdcd信息由壓縮的cd-rom信息保存，并由這些不同時間的spot點和spot點之間的平臺組成。從內(nèi)部到外部分布的螺旋光通道由內(nèi)到外部分布。當激光光斑掃描由這些點組成的光通道時，讀取存儲信息。cdcd光通道與兩個相鄰螺旋光通道之間的距離約為1.6m，對應(yīng)于160000lpi（每英寸軌道數(shù)）的通道密度，最大記錄點長度為0.83m。4.7gb存儲寬度的cd光通道間距為0.74s。最小記錄點長度如圖1所示。這種小型光通道的間隔密度與光束的等效光學(xué)常數(shù)相同。因此，在激光輻射下，cd光筒作為一個反射光束，具有這種結(jié)構(gòu)。在這項工作中，我們研究了測量cd等效光束常數(shù)以及估算cd存儲容量的實驗方法。1民光子光道的存儲容量對于信息坑呈螺旋型軌跡分布的光盤而言,由于在徑向方向上光道間隔和光柵的光柵常量的量級相當,在垂直于徑向方向上信息坑和坑間的平臺也近似等效于光柵結(jié)構(gòu),所以光盤的衍射光強分布近似為正交形分布(僅對垂直入射而言).當激光束垂直于光盤面入射時滿足的光柵方程為{d⊥sinθ⊥=k⊥λ?d//sinθ//=k//λ.(1)其中,d⊥為徑向的等效光柵常量,d//為垂直于徑向的等效光柵常量,θ⊥為徑向的衍射角,θ//為垂直于徑向的衍射角,k⊥為徑向的衍射級次,k//為垂直于徑向的衍射級次.實驗測量裝置原理如圖2所示.He-Ne激光器發(fā)出的激光束穿過坐標紙的中心小孔后垂直地照射在光盤的中垂線,且零級條紋也穿過坐標紙的中心小孔.這樣做可使得光盤面、坐標紙同時垂直于激光器發(fā)出的激光束,并使光盤衍射產(chǎn)生的條紋對稱地分布于坐標紙上.此外,光盤垂直地放置在分光計的載物臺上,其調(diào)節(jié)方法與參考文獻中“分光計的調(diào)節(jié)及棱鏡角的測定”的方法相同.由圖2可知,sinθ⊥=ΟAΡA=ΟA√ΟA2+ΡΟ2,sinθ//=ΟCΡC=ΟC√ΟC2+ΡΟ2.根據(jù)dsinθ=kλ可以得到{d⊥=k⊥λsinθ⊥=k⊥λ√ΟA2+ΡΟ2ΟA?d//=k//λsinθ//=k//λ√ΟC2+ΡΟ2ΟC.(2)由式(2)可知,只要知道波長λ、衍射級次k,OA,PO,OC的值就可以計算出光柵常量d的值.實驗時發(fā)現(xiàn)CD光盤的k⊥=0,±1,±2和DVD光盤的k//=0,±1衍射級次較易測量.下面估算光盤的存儲容量.假設(shè)光道呈同心圓分布的光盤中光道的最小半徑為Rmin,最大半徑為Rmax,則光道的總數(shù)Ν=Rmax-Rmind⊥+1.每個光道中信息單元(近似地認為1個信息單元的長度等于d//)的個數(shù)nR表示為nR=CRd//=2πRd//,其中CR為半徑為R的光道的周長.由于相鄰光道的間距是相等的,所以光道的半徑滿足等差數(shù)列,即第x個光道的半徑為Rx=Rmin+(x-1)d⊥.所以nRx=CRxd//=2πRxd//=2π[Rmin+(x-1)d⊥]d//.因此,N個軌道的總信息單元的個數(shù)為Ν∑x=1nRx=Ν∑x=12π[Rmin+(x-1)d⊥]d//=π(Rmin+Rmax)d//(Rmax-Rmind⊥+1).(3)由式(3)可知,只要測量出Rmax,Rmin,d//和d⊥就可以算出光盤的容量V為V=Ν∑x=1nRx8×1024×1024=π(Rmin+Rmax)d//(Rmax-Rmind⊥+1)8×1024×1024?V的單位為MB.假設(shè)光道呈螺旋形分布的光盤中螺旋線的總長度為L,則光盤存儲容量V′為V′=L/d//8×1024×1024.L近似等于N個同心圓軌道的總長度Ν∑x=1Cx,其中Cx為第x個軌道的周長.即L=Ν∑x=1Cx=π(Rmax-Rmind⊥+1)(Rmin+Rmax).所以V′=L/d//8×1024×1024≈πd//(Rmax-Rmind⊥+1)(Rmin+Rmax)8×1024×1024=V.可見,無論光道是同心圓分布還是螺旋線分布,CD光盤的總存儲容量近似為V′≈V=π(Rmin+Rmax)d//(Rmax-Rmind⊥+1)8×1024×1024,(4)單位為MB.2u3000研究數(shù)據(jù)測量時,選擇了光盤的某中垂線上內(nèi)圈、中圈和外圈的任意3個點.測量d⊥時用了k=+1級和+2級的衍射條紋.測量d//時僅用了k=+1級的衍射條紋.實驗發(fā)現(xiàn),內(nèi)圈、中圈和外圈的d⊥和d//幾乎相等.Rmax和Rmin的測量方法是用高倍數(shù)移測顯微鏡測得多次直徑值(即2Rmax和2Rmin),然后計算出半徑的值.具體實驗數(shù)據(jù)如表1所示.由表1中數(shù)據(jù)可得ˉd⊥=1.601μm,ˉd//=0.835μm.ˉRmax=54.552mm,ˉRmin=22.722mm.由(4)式計算得V′=689.5MB,而計算機測得的容量為691.8MB.Ed⊥≈0.1%,Ed∥≈0.6%,EV≈0.3%.3光柵中光學(xué)頭的精確定位1)激光束不能嚴格照射在光盤的某中垂線上.確保激光束嚴格照射在光盤的某個直徑上的方法是:使得坐標紙上的O,A,A′,B和B′五個點在同一條豎線上.實驗發(fā)現(xiàn),當入射光偏離直徑方向入射時,即斜入射光盤時,衍射點A與A′和B與B′雖然呈對稱分布,但是O,A,A′,B及B′并不是嚴格在同一直線上,如圖3所示,這與光道并非直線形光柵有關(guān).研究該5點滿足的軌跡方程有助于研究光驅(qū)中光學(xué)頭的精確定位技術(shù).注意:在圖3中僅畫出了與d⊥對應(yīng)的衍射分布,實際上O,A,A′,B和B′五個點還有垂直于切線的衍射分布,如圖4中的A點和B點,其他點也有類似的現(xiàn)象.實驗中還發(fā)現(xiàn)在O處的x方向上相鄰的3個級次點的位置有奇特的現(xiàn)象:當光盤繞著載物臺的中心旋轉(zhuǎn)時,x3將向O點靠近,并且會和x2重合,繼續(xù)繞同一方向旋轉(zhuǎn)時又會和x1重合,繼續(xù)旋轉(zhuǎn)衍射級重合點又會分離.該現(xiàn)象產(chǎn)生的原因和規(guī)律有待于進一步研究.2)對于光道呈螺旋線分布的光盤,在計算螺旋線的總長度時采用了近似方法,即螺旋線的總長度等于N個同心圓的周長之和.該誤差屬于理論誤差.減小該誤差的方法是采用極坐標計算螺旋線的總長度.3)O,A,A′,B和B′五個點不對稱分布于坐標紙上.減小該誤差的方法是使從光盤衍射的零級光也穿過坐標紙的中心小孔.4)計算光盤的存儲容量時的最大誤差來源是d//的值.由于光盤存儲的信息