3. Объекты и средства исследования

Дифракционная решетка компакт диска

Состав оборудования:

Лазерный диод видимого диапазона.

Юстируемый зажим для оптического диска.

Экран со шкалой.

Линейка и штангенциркуль

Набор оптических дисков с разным типом записанной информации (audio, video, PC).

4. Задание на работу

1. Измерение периода дифракционной решетки CD

2. Измерение информационной емкости CD

3. Определение размеров линзы считывающей головки привода CD ROM

4. Оценка максимально допустимой плотности записи информации с ИК лазерами

5. Порядок выполнения работы

Задание 1. Измерение периода дифракционной решетки CD

Исследуемый оптический диск закрепить в зажим так, чтобы луч лазера попадал на него в ближней к внутреннему краю диска зоне с записанной информацией. 

С помощью юстировочных винтов, расположенных на зажиме с диском, отраженное от него излучение лазера направить в отверстие экрана, через которое луч лазера попадает на диск. 

Измерить расстояние от диска до экрана (y). 

По шкале экрана определить значения x ₊₁, x ₊₂, x _-1  и  x _-2 для первых двух порядков дифракции.

Провести описанные в пункте 4 измерения для разных точек на поверхности оптического диска на разных расстояниях от его оси (количество проведенных измерений должно быть не менее восьми). Для этого следует сдвигать экран со шкалой вместе с закрепленным на нем лазерным диодом.

По формуле (7), полученной из (1), в предположении нормального падения луча лазера на диск, 

	(7)	рассчитать набор значений d для периода дифракционной решетки.
		Здесь x является средним значением для +k и –k порядков дифракции.

Полученные экспериментальные и расчетные данные занести в таблицу 1.

Провести статистическую обработку, то есть определить среднее значение и доверительный интервал периода дифракционной решетки d оптического диска.

Таблица 1

N п/п	r, мм	k	x(+), мм	x(-), мм	x, мм	d, мкм	, мкм	d, мкм
1.		1
		2
. . .    . . .    . . .    . . .    . . .
8.		1
		2

Поскольку индивидуальные и серийные компакт-диски изготовляются по разной технологии, попробуйте найти и объяснить отличия в дифракционной картине, создаваемой этими дисками. Для этого выньте диск из держателя (или разверните его) и направьте отраженное от диска излучение на стену. На расстоянии в 1÷2 м ширина дифракционных максимумов увеличится и разница, если она, конечно, есть, проявится более отчетливо. 

Задание 2. Измерение информационной емкости CD

Площадь, занятая на диске информацией, определяется формулой 

(8)

Рис.7. Параметры для определения части площади оптического диска, занятой информацией

С помощью линейки и(или) штангенциркуля измерить внутренний D₁ и внешний диаметры D₂ зоны оптического диска, на которой записана информация (рис.7).

По формулам (3, 4 и 8), используя полученные в Задании 1 результаты, вычислить среднюю информационную ёмкость K оптического диска (в Мбайт). 

Построить график зависимости плотности информации W (ордината) от радиуса r (абсцисса) диска.

 

Задание 3. Определение размеров линзы считывающей головки привода CD ROM

На основе серии, проведенных в Задании 1, измерений по формуле (6) определить среднее значение угловой дисперсии D оптического диска. 

По полученной угловой дисперсии D определить угол дифракции в 1 и 2 порядках для набора (930 нм, 1100 нм и 1240 нм) длин волн излучения полупроводникового ИК-лазера.

Исходя из найденных углов дифракции и ориентируясь на геометрию эксперимента (рис.5), рассчитать максимальный радиус входной линзы R_л считывающей головки устройства для чтения компакт-дисков при указанных длинах волн излучения полупроводниковых лазеров. 

Оценить возможность использования одной линзы для всех указанных длин волн. Определить диаметр такой линзы. 

Принять, что линза располагается на расстоянии L= 5 мм от поверхности оптического диска и в неё должны попадать только лучи первого порядка дифракции. 

Задание 4. Оценка максимально допустимой плотности записи информации с ИК лазерами

Поскольку линейные размеры пикселя на оптическом диске должны быть не меньше разрешающей способности линзы  , определяемой формулой (5), то появляется возможность оценки минимально допустимого размера (радиуса) линзы, способной работать в считывающем устройстве CD ROM. Для этого достаточно считать d = .

Приняв фокусное расстояние линзы F=5 мм, для полученного в Задании 3 значения радиуса линзы по формуле (4 и 5) определите максимально возможную плотность записи W_max на длинах волн ИК диапазона, приведенных в Задании 3.

Сравните расчетные значения плотности записи с полученными экспериментально.

Оцените максимальное количество информации (в Мбайт), которое может быть записано на стандартном 5-ти дюймовом компакт-диске при рассчитанной плотности записи.