1.2. Физические характеристики, позволившие получить высокую информационную емкость диска BluRay
Основными элементами, которые позволили более чем в 5 раз увеличить емкость диска BluRay в сравнении с его непосредственным предшественником – диском DVD, являются новый полупроводниковый лазер на основе нитрида галлия GaN (вместо лазера на основе арсенида галлия GaAs, который использовался как в формате DVD, так и в формате CD), излучающий синий свет с длиной волны λ = 405 нм, и фокусирующий объектив с числовой апертурой NA = 0,85.
Числовая апертура NA (Numerical Aperture) объектива определяется выражением
NA = n sinθ,
где n – показатель преломления среды, в которой распространяется свет;
θ – угол, под которым виден радиус входного зрачка объектива из точки пересечения его оптической оси с фокальной плоскостью (рис.1.2).
Показатель преломления воздушной среды n = 1, поэтому в воздухе
NA = sin θ.
Величина угла α = 2θ, под которым виден диаметр входного зрачка объектива из той же точки, называется угловой апертурой.
Длина волны синего лазера в системе BD – 405 нм, что, очевидно, значительно меньше длины волны красного лазера, используемого в DVD – 650 нм. Числовая апертура объектива в формате BD (NA = 0,85), наоборот, больше, чем в формате DVD (NA = 0,6). Минимальный диаметр b светового пятна в точке фокуса прямо пропорционален длине волны излучения лазера и обратно пропорционален числовой апертуре объектива:
где с – коэффициент, величина которого зависит от уровня световой энергии, по которому измеряется диаметр пятна.
Распределение энергии в лазерном пучке описывается функцией Гаусса, а измерение диаметра пучка может производиться по уровню 0,5, по уровню 0,7 или по уровню первого темного кольца Эйри. Чаще всего используют оценку по уровню первого темного кольца картины Эйри, в пределах которого сосредоточена практически вся энергия света (с = 1,22), или по уровню 0,5 (с = 0,61). Сравнительные размеры светового пятна по уровню первого темного кольца Эйри для излучения с длиной волны 780 нм (CD), 650 нм (DVD) и 405 нм (BluRay) приведены на рис. 1.3.
Площадь же светового пятна, как известно, прямо пропорциональна квадрату его радиуса (S = πr2) или диаметра (S = πd2/4).
Квадрат длины волны излучения синего лазера меньше квадрата длины волны излучения красного лазера примерно в 2,6 раза (6502/4052 ≈ 2,6), следовательно, уменьшение длины волны излучения лазера приводит к уменьшению площади светового пятна примерно в 2,6 раза.
Квадрат апертуры объектива в формате BD больше квадрата апертуры объектива в формате DVD примерно в 2 раза (0,852/0,62 ≈ 2), следовательно, увеличение апертуры объектива приводит к уменьшению площади светового пятна еще в 2 раза. Общее уменьшение площади светового пятна составит, таким образом, величину 5,2 (рис. 1.4). Это позволяет уменьшить как ширину дорожек записи, так и расстояние между ними (шаг дорожек на дисках формата BD составляет величину 0,32 нм против 0,74 на дисках формата DVD).
Уменьшение площади светового пятна более чем в 5 раз определяет увеличение информационной емкости диска BD в сравнении с диском DVD также более чем в 5 раз (25 Гб у диска BD против 4,7 у диска DVD).
