6. Теория метода измерения плотности записи.

С труктуру оптического диска, который предназначен для записи и хранения информации в цифровом виде, можно представить, как плоскую отражательную дифракционную решетку, состоящую из концентрических штрихов, образованных цепочками пикселей. Чтобы считать записанную на компакт-диске информацию необходимо сфокусировать лазерный луч в пятно, соизмеримое с размерами пикселя. А вот если использовать пучок диаметром в несколько десятков или сотен пикселей, то можно получить интегральную по сечению пучка информацию о размерах самих пикселей. Существующая на компакт-диске дифракционная решетка имеет малый период. Для положения главных максимумов этой решетки в общем случае можно записать следующее:

, (6.1)

где λ – длина волны, d – период дифракционной решетки, α – угол падения луча на решетку, φ – угол дифракции, m – порядок дифракции.

Угловая дисперсия – это первая производная угла дифракции по длине волны, т.е. дифференцируя уравнение (6.1), получаем:

. (6.2)

При малых изменениях углов угловая дисперсия D дифракционной решетки (в пределах одного порядка дифракции) будет величиной постоянной. По определению, d – это расстояние между центрами штрихов дифракционной решетки или суммарная ширина пикселя и промежутка между дорожками из пикселей. Т.е. ширина каждого пикселя может быть принята равной d/2. Если же считать, что длина пикселя равна его ширине, то на площади S_bit будет записан 1 бит информации.

. (6.3)

Таким образом, величина

(6.4)

представляет собой плотность записи информации или просто плотность информации. Отсюда следует, что, зная общую площадь S_data, занятую информацией на диске, по формуле

(6.5)

можно определить емкость K_data оптического диска в битах, а потом перевести в мегабайты.

. (6.6)

В формуле (6.6) d₁ и d₂ – диаметры той части диска, на которой произведена запись информации.

7. Методика проведения измерений.

Определение плотности записи и общей информационной емкости оптического диска проводится с помощью He-Ne лазера (λ=650 нм). Луч лазера через отверстие в экране АВ направляется на поверхность оптического компакт-диска CD, помещенного в зажим. Диск следует установить так, чтобы лазерный пучок падал на него нормально, на одну из точек горизонтального диаметра диска. В этом случае луч нулевого порядка дифракции отразится обратно в отверстие на экране, а лучи, соответствующие первому и второму порядкам дифракции, попадут на экран и расположатся симметрично центральному отверстию. На рисунке 6.3 приведена схема экспериментальной установки.

8. Ход работы.

Опыт 1. Определение постоянной дифракционной решетки

Порядок действий:

1. Исследуемый оптический диск закрепить в зажим.

2. Включить лазер и проверить его юстировку.

3. Измерить расстояние от экрана до диска – Y, см. рис. 6.3.

4. По шкале линейки определить значения x₊ и x_- для первого порядка дифракции (m=1)

5. Провести описанные в четвертом пункте измерения для пяти различных расстояний Y.

6. По формуле (6.7) рассчитать значения d для периода дифракционной решетки.

, (6.7)

где .

7. Полученные экспериментальные данные занести в табл. 6.1.

8. Определить среднее значение и погрешность измерений периода дифракционной решетки.

9. Результат представить в стандартном виде.

Таблица 6.1

N	Y, мм	X+, мм	X-, мм	, мм	d^2, мкм^2	d, мкм
1
2
3
4
5

Если определялись значения x₊ и x_- для второго порядка дифракции (m=2), то табл. 6.1. дублируется и заполняется с полученными значениями.

Опыт 2. Определение информационной емкости CD

Порядок действий:

1. С помощью линейки или штангенциркуля измерить внутренний d₂ и внешний d₁ диаметры зоны оптического диска, на которой записана информация.

2. Площадь диска, занятая информацией, определяется формулой (6.6).

3. Используя формулы (6.3), (6.4), (6.5) и полученные значения первого опыта, вычислить среднюю информационную емкость K_data оптического диска (Мбайт).