光盘道间距及其信道轨迹长度的测量

1、2012-07-19#光#盘#道#间#距#及20其12信-0道7轨-1迹9#长#度#的#2测#0#1量2-07-19#杨保东 ,周海涛( 山西大学 物理系 ,山西 太原 030006)摘要 :基于光盘的结构 ,将光盘抽象为一个反射光栅的模型 ,从而测出了光盘的道间距及信道轨迹长度.关键词 :光盘 ;道间距 ;信道 ;反射光栅中图分类号 :o 4234文献标识码 :a稿件编号 :1000 20712 2007 05 20035 202磁光盘的结构如图 1 所示 ,其信道的物理结构是由槽 台 槽组成的 ,预刻槽是沟状的 、沿径向等间 距向外展开的阿基米德螺旋线 ,台或槽面的中心是信 息的记录处 ,

2、盘面上一周的轨迹称为光盘的一个物理 道. 所谓道间距是指相邻物理道中心线的径向间距 , 任一种规格的光盘的信道间距都有统一标准所规定 的标称值和公差 1 . 由于台或槽面的大小 、道间距不 同 ,故 cd 、vcd 、dvd 等光盘的信息储存量是不同的 , 光盘的总台或槽面数和轨道数越大 ,它所存储的信息 量也 就 越 大. 当 前 光 盘 机 普 遍 采 用 的 是 连 续 跟 踪 (continuous tracking ) 伺服方式 ,对于跟踪能力一定的 光盘机而言 ,光盘预刻糟质量的好坏 ,将直接影响到 光盘机的伺服 ,进而影响到信号质量和访问速度. 预 刻槽道间距作为光盘信息道的几何

3、特征 ,其间距在国 际标 准 中 有 明 确 的 规 定 , 但 对 其 进 行 测 量 非 常 困 难 2 . 本文基于光盘的结构 ,将光盘抽象为一个反射光栅模型 ,测出了光盘的道间距及信道轨迹长度.示. 信道起源于中心位置 ,结束于光盘边缘. 由于道间距很小很小 ,所以在一定区域内可将光盘磁轨视 为反射光栅 3 ,如图 3 所示. 测量时利用激光照射光 盘 ,光盘会发生明显的光栅衍射现象 ,由反射光栅性 质得出光栅常量 ( 即道间距) ,然后求出光盘的轨道数 ,进而可计算出它的信道轨迹长度 .图 3 反射光栅图 2 同心圆环或螺旋曲线1 . 1光盘道间距( 光栅常量) 的测量在光盘沿半径方

4、向上 ,磁道可以看成是近似平行 的 ,越靠近光盘外侧边缘其曲率半径越大 ,因而在小 范围内螺线越接近于平行 ,故可以将小范围内的磁轨 看成是一个平面反射光栅. 当氦氖激光通过物屏的小 孔垂直入射到光盘上边缘磁道的部分上时 ,会发生明 显的衍射现象 ,此时调节光盘可使衍射斑点沿刻度尺方向分布 ,如图 4 所示. 光栅方程为 4 :d sin = k1式中 d 为光栅常量 ,即磁道间距 ;为衍射角 ; 为入射光波长 (这里 = 632 . 8 nm) ; k 为衍射级 . 由图4 可知图 1光盘结构图原理简述光盘以台或槽面的形式记录信息 ,信息轨道呈1atan =(2)b式中 a 表示一级衍射斑点

5、 ( k = 1) 到零级衍射斑阿基米德 螺 线 形 排 列 , 可 看 成 同 心 圆 环 , 如 图 2 所2012-07-19#2012-0点7-的1距9离#, b#表#示#零#级#2衍#0射#1斑2点-0到7光-盘1的9垂#直#距#离#. #根据式 (1) 和式 (2) 就可以求出磁道间距根据式 (1) 、(2) 、(3) 、(5) 得 :d = 11547 md .591146 - 221541mm = 21366 104n =11547 ml = 61072 km根据有关资料可知 , cd 盘的道间距为 116 m左右 2 ,这与本实验测得的数据基本一致 .图 4 实验装置图1 .

6、 2测量光盘的物理道数目对于环形区域的内外半径可以用读数显微镜测 出 ,设其内半径为 r1 ,外半径为 r2 ,则其沿径向的长度为 l = r2 - r1 ,所以光盘上总的物理道数目为结束语我们在实验教学中将本题目作为设计性实验开 设 ,收到良好的效果 . 由于该实验与日常生活密切相 关 ,又包含了一定的物理知识 ,所以引起了学生极大 的兴趣. 通过此实验 ,不仅培养了学生查阅资料 、应 用知识 、动脑动手的能力 ,同时也提供了一种简单测 量光盘道间距的方法 ,因而是一个很好的大学物理设计性实验.3n = l3d1 . 3光盘信道轨迹长度的计算l = 2 r1 +r1 + d +r1 + 2

7、d+ +r1 + nd4参考文献 :化简得l = 2 r1 + n dn + 15程裕霞 ,裴先登 ,刘本喜 . 磁光盘道间距的相对周期测量法 j . 华中理工大学学报 ,2000 ,28 (6) :86288 . 王海卫 ,裴先登 . 一种直接测量光盘道间距的方法 j . 激光与红外 ,2000 ,30 (2) :1152116 .虞仲博 ,武少文 . cd 片讯号轨迹长度的测量 j . 山西 大学学报 (自然科学版) ,1999 ,22 (3) :2402242 .姚启钧 . 光学教程 m . 北京 : 高等教育出版社 , 1990 :1272134 . 1 数据记录及处理测量数据见表 1

8、 .2 2 表 1 3 acm bcm / () r 1mm r 2mm 1 次2 次3 次 平均值5 . 836 . 738 . 0613 . 0015 . 0018 . 0024 . 1524 . 1624 . 1224 . 1422 . 53622 . 54822 . 54022 . 54159 . 12459 . 13759 . 17859 . 146 4 mea surement oftrack pitch of the opt ical diskand signal trace lengthyan g bao2do ng , zho u hai2tao(depart ment of

9、 physics , shanxi u niversity , taiyuan 030006 , china)abstract : fro m st ruct ure of op tical disk , it s signal t race can be viewed as a reflectio n grating , so t rack pitchof op tical disk and t he lengt h of t he signal t race o n a cd can be measured.key words :op tical disk ; t rack pitch ; signal t race ; reflectio n gratingyour request could not be processed because of a configuration error: could not connect to ldap server.for assistance, contact your network support team