利用He-Ne激光测光盘光栅常数.pdf

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1、利用He-Ne激光测光盘的光栅常数陈伟韬（20132301142），黄天佑（20132301155），刘旭威（20132301078）指导老师：刘朝辉（华南师范大学物理与电信工程学院2013级物理学1C班）摘要：本文借助He-Ne激光对光盘的光栅常数进行测量和验证，我们测量和计算分析了CD和DVD的光栅常数，实验现象明显，过程简洁明了，实验误差在实验允许范围内，实验过程具有参考价值。关键词：He-Ne激光；光盘；光栅常数GratingconstantmeasuringdiscbyNe-HelaserHu

2、angTianyou,ChenWeitao,LiuXuwei,（InstituteofPhysicsandTelecommunicationEngineeringPhysics1CclassesGradetwo）Abstract:ThepaperusesHe-Nelasermasuringgratingconstant,andwecangettheCDandDVDgratingconstant.Intheexperiment,Itisobviouslyforustoobserve.However,the

3、experimenterroriswithinthescopeofthepermit,soitworthtotrytheexperiment.Keywords:He-Nelaser;Disc;Gratingconstant;1.引言：光盘，一种生活中常见的存储载体。利用激光原理对光盘进行读、写，可以存放各种文字、声音、图形、图像和动画等多媒体数字信息。其信息记录在光盘上由里到外呈螺旋型均匀分布且细而密的轨道上。光盘主要由以下几层组成：基板、染料记录层、反射金属层、保护层、印刷层（标签）等，沟槽结构位于基

4、板表面。（如图1所示）CD和DVD光盘上的信息是通过压制在光盘上的细小坑点来贮存的,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旋光道。当激光光斑扫描这些坑点组成的光道时，就读出了存储的信息。（如图2所示）如此小的光道间隔密度和光栅的光栅常量的数量级相当，因此光盘在激光的照射下会像反射光栅一样发生光栅衍射现象。[1]本文借助了He-Ne激光测量了CD和DVD的光栅常数，运用He-Ne激光做实验，实验效果明显，误差大大减小，实验结果更加精确。图1光盘的横截面结构示意图图2CD和DV

5、D光盘轨道上的小坑点分布2.实验原理对于信息坑呈螺旋型轨迹分布的光盘而言，由于在径向方向上光道间隔和光栅的光栅常量的量级相当，在垂直于径向方向上信息坑和坑间的平台也近似等效于光栅结构，所以光盘的衍射光强分布近似为正交形分布(仅对垂直入射而言)。[2]当激光束垂直于光盘面入射时满足的光栅方程为：dsink实验测量装置（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

6、盘衍射产生的条纹对称地分布于坐标纸上。图3激光束垂直照射光盘的中垂线时的实验装置原理图图4衍射图样实验过程中必须保持光盘与坐标纸严格平行，让He-Ne激光垂直通过坐标纸打在光盘上。衍射图样（如图4所示）入射光线OP、反射光线PO（即零级衍射光线PO）和z轴重合。衍射光线PO、PA、PA’、PB、PB’在同一竖直平面上，它们与x’、y’平面的交点O、A、A’、B、B’位于y’轴上。O、A、A’、B、B’的刻度可利用坐标纸上得出，从而可得OA、OA’、OB、OB’的长度,，而PO的距离可由刻度尺量出。从而可

7、以得到OAOBtantan12OPOPsinsin(arctan(tan))再将转化为，又Ne-He激光的波长已知（），代入光栅方程dsink，可得：kdsin即可求出光盘光栅常数。3.实验仪器Ne-He激光器、支撑激光器的铁架台、光具座、硬纸板、夹子、光盘（1张CD和1张DVD）、坐标纸、刻度尺等4.实验步骤4.1实验仪器的组装及调整：组装：1.将Ne-He激光器固定在支撑架上，并调到适宜的高度。2.在硬纸板上贴一张坐标纸，并在坐标纸的中间位置打一个大小适中的小孔（牙签大小）

8、，然后竖直固定在光具座上。3.将光盘竖直固定在光具座上。调整：1.先将光屏即硬纸板拿下，打开Ne-He激光器，使其激光入射到光盘上，使经过光盘的反射光线与入射光线重合。2.再将硬纸板竖直放在激光器与光盘中间（贴着坐标纸的一面面向光盘），调节使激光垂直穿过硬纸板的小孔，射到光盘上，这时零级上只有一个亮点。保持光盘、光屏、激光在同一高度，激光与光屏、光盘垂直。4.2数据记录：CD光盘数据(k=1)OP（cm）OA(cm)tanθarctanθs