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1、第28卷第1期物理实验Vol.28No.12008年1月PHYSICSEXPERIMENTATIONJan.,2008光盘等效光栅常量和存储容量的测量黄振永,林学春,赖康,张炫辉,石友彬(广东海洋大学理学院,广东湛江524088)摘要:给出了CD光盘的等效径向光栅常量dL和切向光栅常量dM的公式,并利用He-Ne激光器、坐标纸和分光计测量了dL和dM的值.用移测显微镜测量了光盘中信息区的最大等效半径Rmax和最小等效半径Rmin.给出了计算光盘存储容量V的公式,该公式表明,存储容量V是dL,dM,Rmax和Rmin的函数.实验测得的dL和dM和国家工业标准值的误差分别为0.1%和0.6%
2、.实验测得的光盘存储容量值和计算机测定值之间的误差为0.3%,分析了产生测量误差的原因.关键词:光盘;光栅常量;存储容量;衍射中图分类号:O436.1文献标识码:A文章编号:1005-4642(2008)01-0005-04CD光盘上的信息是通过压制在光盘上的细1实验理论基础小坑点来贮存的,并由这些不同时间长度的细小坑点和坑点之间的平台组成了由里向外分布的螺对于信息坑呈螺旋型轨迹分布的光盘而言,旋光道.当激光光斑扫描这些坑点组成的光道由于在径向方向上光道间隔和光栅的光栅常量的时,就读出了存储的信息.CD光盘的2个相邻螺量级相当,在垂直于径向方向上信息坑和坑间的旋光道间的间距约为1.6Lm
3、,相当于160000TPI平台也近似等效于光栅结构,所以光盘的衍射光(每英寸轨道数)的道密度,并且其最小记录点长强分布近似为正交形分布(仅对垂直入射而言).[1-2]度为0.83Lm.而4.7GB容量的DVD光盘当激光束垂直于光盘面入射时满足的光栅方盘片光道间距为0.74Lm,并且其最小记录点长程为度为0.4Lm,如图1所示.如此小的光道间隔密dLsinHL=kLK,(1)度和光栅的光栅常量的数量级相当,因此光盘在dMsinHM=kMK.激光的照射下会像反射光栅一样发生光栅衍射现其中,dL为径向的等效光栅常量,dM为垂直于径[3]象.本文初步研究了测量光盘等效光栅常量和向的等效光栅常量,
4、HL为径向的衍射角,HM为垂估算光盘存储容量的实验方法.直于径向的衍射角,kL为径向的衍射级次,kM为垂直于径向的衍射级次.实验测量装置原理如图2所示.He-Ne激光器发出的激光束穿过坐标纸的中心小孔后垂直地照射在光盘的中垂线,且零级条纹也穿过坐标纸的中心小孔.这样做可使得光盘面、坐标纸同时垂直于激光器发出的激光束,并使光盘衍射产生的条纹对称地分布于坐标纸上.此外,光盘垂直地放置在分光计的载物台上,其调节方法与参考(a)CD(b)DVD文献[2]中/分光计的调节及棱镜角的测定0的方图1CD与DVD记录点大小与轨道间距比较法相同.收稿日期:2007-09-15作者简介:黄振永(1979-)
5、,男,广东湛江人,广东海洋大学理学院助教,硕士,主要从事大学物理实验教学.6物理实验第28卷P(Rmin+Rmax)Rmax-Rmin+1.(3)dMdL由式(3)可知,只要测量出Rmax,Rmin,dM和dL就可以算出光盘的容量V为NEnRxx=1V==8@1024@1024P(Rmin+Rmax)Rmax-Rmin+1dMdL,8@1024@1024V的单位为MB.假设光道呈螺旋形分布的光盘图2激光束垂直照射光盘的中垂线时的实验装置原理图中螺旋线的总长度为L,则光盘存储容量Vc为L/dMOAOAVc=.由图2可知,sinHL==,8@1024@1024PAOA2+PO2NOCOCL近
6、似等于N个同心圆轨道的总长度ECx,其sinHM==.根据dsinH=kK可x=1PC22OC+PO中Cx为第x个轨道的周长.即以得到NRmax-Rmin22L=ECx=Pd+1(Rmin+Rmax).kLKOA+POx=1LdL==kLK,sinHLOA所以(2)22kMKOC+POL/dMdM==kMK.Vc=UsinHMOC8@1024@1024由式(2)可知,只要知道波长K、衍射级次k,PRmax-Rmin+1(Rmin+Rmax)dMdLOA,PO,OC的值就可以计算出光栅常量d的值.=V.8@1024@1024实验时发现CD光盘的kL=0,?1,?2和DVD可见,无论光道是同
7、心圆分布还是螺旋线分光盘的kM=0,?1衍射级次较易测量.布,CD光盘的总存储容量近似为下面估算光盘的存储容量.假设光道呈同心P(Rmin+Rmax)Rmax-Rmin圆分布的光盘中光道的最小半径为Rmin,最大半+1dMdLVcUV=,(4)径为Rmax,则光道的总数8@1024@1024Rmax-Rmin单位为MB.N=+1.dL2实验数据及处理每个光道中信息单元(近似地认为1个信息单元的长度等于dM)的个数nR表示为测量时,选
