光盘轨道密度的测定

光盘轨道密度的测定摘要在光盘片上有连续紧密的槽沟，并组成回旋状的轨道，轨道之间的宽度非常小，不可以用一般的测量方法去测量它的密度。借助光栅衍射法，且光盘的轨道密度是光栅常数的倒数，所以可以将光盘看成一个光栅，利用反射光栅的衍射现象来间接计算出光盘轨道密度。关键词光盘反射光栅轨道密度反射干涉激光器1引言11光盘在我们日常生活中应用十分普遍，它已经融入到社会各个层面，例如教育、娱乐、等。CD光盘是在聚碳酸酯材料上用凹痕和凸痕的形式记录二进制“0”和“1”，然后覆上一层薄铝反射层，最后再覆上一层透明胶膜保护层，并在保护层的一面印上标记。光盘工作是通过二进制数据以微观的凹痕形式记录在螺旋轨道上的。这些轨道是由其上连续紧密的槽沟组成的。而只有上面的未刻痕的地方反射光，刻痕的地方不会反射光。而经过反射的光可以看成是光栅干涉实验中透射的光束。而因为刻痕间在微观上有一定的距离，从而在入射一侧有DCOS的光程差，在反射一侧有DCOS的光程差。而总的光程差是这二个的代数和。这相当于一个反射光栅。这完全与光栅干涉实验中的由光程差产生干涉条纹相似。普通光盘凹痕宽约05M，凹痕最小长度约083M，光道间距约16M，因此我们可以把光盘的局部看成一个光栅。大学基础物理实验中，我们利用分光计测定光栅常数，那么我们可不可以利用类似的方法来测定其光盘的轨道密度呢因此我们想到了用光盘的反射、干涉来测定光盘的刻痕间距。这就相当于测量光栅常数。普通光盘结构示意图2实验设计思想与原理21实验思想实验前我们打算利用分光计、钠灯来测定光盘轨道密度，但由于钠灯灯光的强度不够,并且分光计的分辨率不够高，在实验过程中发现实验现象不明显，肉眼分辨有困难。我们想利用显微镜直接观察光盘上刻痕间距，但是显微镜的分辨率还不够观察到刻痕。激光具有相干性高、单色性好、聚焦程度高的优点，所以最后我们改用激光器来照射光盘，而前面我们通过分析光盘的结构后可将其看做光栅，通过激光照射光盘并由光盘反射后可以得到很明显的干涉现象。由于我们用眼睛观察激光会对眼睛有较大的损害，所以使其反射光在墙面产生干涉条纹来进行研究。22光盘结构简述光盘是以微观的凹痕形式记录数据，其光轨道是等间距螺旋轨道。我们在光盘上截取1厘米左右的光盘片，使刻痕尽量平行，有利于观察实验结果，它相当于一组等间距的平行反射光凹痕。23实验中的基本现象分析当我们用激光器倾斜照射光盘片，经过光盘反射过后，光线会在墙壁上产生干涉，互相加强的地方会产生明条纹。光程差等于波长的整数倍活零时形成亮条纹。由图可得，光程差为LDCOSDCOS,于是形成亮条纹的条件是LK图2刻痕间距D图1图324测量方法而光线的入射角不好直接测量，则利用激光在墙面上的直接照射点和直接反射点之间的几何尺寸，来计算直接反射点与直接照射点的角度2，而反射光盘只需转动角度反射光线就会转到2所以入射角为25步骤（1）在光盘上截取1厘米左右的光盘片制成一个平面反射光栅。（2）将制成的光栅放在升降台上，（3）插上电源将各个元件组装好，打开激光电源，直接照射到墙面上，记下直射亮斑的位置。（4）移动关盘反射光栅，是激光器倾斜照射关盘，在另一垂直墙面上出现干涉条纹，记下个条纹距离反射点以及前一墙面的距离。（5）实验现象实景如图3，示意图如图4。26图片说明实验中我们是将光盘反射产生的衍射现象投射到墙壁上的，这里为了拍摄方便，我们用白纸替代了墙壁，这4个亮点之间还有几个小的暗的亮点，但很遗憾的是我们使用的手机像素不高无法将实验现象完整的拍摄出来。所以我们只好做出简单的实验模拟图，如下简单实验模拟图大亮条纹小亮条纹激光发射器反射光盘水平墙竖直墙图4图5光点示意图3结论与分析31实验数据入射角的两倍，TAN21185/（2240325）231749,15,874532数据分析321第一种情况三个大亮斑是刻痕的干涉条纹条纹顺序0级反射条纹1大2大3大到墙的距离0325M1925M2455M3145M这种情况下我们看到了在墙上有三个等间距的大亮条纹第一个大亮点与反射关盘的夹角TAN0315/11851488611同理TAN0215/11851028322TAN0905/1185373633所以12之间的夹角为25169,23之间的夹角为270071223平均值为270072516/2根据DCOSDCOSK因为我们是观察的相邻的亮条纹，则K1COS089495条纹顺序0级反射1大1小2小3小4小5小2大6小7小8小9小3大到墙的距离M0325192520202105219022852370245525402630292030253145反射光盘到另一垂直墙的距离1185M第一条大亮条纹中的小条纹数及间距7/08CM第二条大亮条纹中的小条纹数及间距13/11CM第三条大亮条纹中的小条纹数及间距15/19CMCOS096186所以D/COSCOSD9454NM单位M条纹顺序0级反射条纹1小2小3小4小5小6小7小8小9小到墙的距离0325202021052190228523702540263029203025误差分析E005/1185005/315005/215005/9150448所以D94546（NM）322第二种情况大亮纹之间的小而暗的亮纹也是刻痕干涉纹这次实验现象中在这三个亮点之间出现了间距相等的相对较暗的亮条纹，假如这些也是光盘干涉的话，取其中的8个点，与反射关盘的夹角分别为,12345678TAN0315/1,1851148861TAN022/11852105172TAN0,135/1,185376883TAN005/118542,8624这四个点是在光盘的右边，TAN0045/118552,5765TAN0,13/1,185674076TAN0215/11857121337TAN03/11858166998用逐差法514365562448173495528448902平均值4，6729COS099668代人方程DCOSDCOSK得；D18057NM经过与理论值的比较已经相差了一个数量级，造成这种现象的原因应该是光盘的第一层胶膜保护层所形成的干涉条纹。而我们实验中测到的那三个正确的光斑非常的大和亮。应该是由于刻痕的反射干涉和光盘本身胶膜保护层多光束干涉的结果。所以让这三个点的亮度加强。323第三种情况三个大亮条纹中的细小条纹是光盘刻痕干射条纹反射光盘到另一垂直墙的距离1185M第一条大亮条纹中的小条纹数及间距7/08CM第二条大亮条纹中的小条纹数及间距13/11CM第三条大亮条纹中的小条纹数及间距15/19CM三个亮条纹中间还有间距非常细的整体呈现圆形的多条亮条纹。其中第一个大亮斑7条08厘米，第二个大亮斑13条11厘米，第三个15条19厘米X108/701143；X211/1300846；X319/1501267平均值XX1X2X3/301085D108510NM6相邻亮条纹之间的距离非常小而根据DCOSDCOSK这个的值和上面加强干涉的值相比还要小的多趋近于0度，则COSCOS最大值是D10，962038MAX则D632/003816631MIN这也与理论值相差甚远这不可能是刻痕干涉产生的现象。这种现象可能是光盘上胶膜保护层和薄铝反射层中间隙衍射的结果。4结论我们通过对上面的三种情况进行的具体的分析。得出第一种情况即三个大亮条纹是我们说侧得的光盘的刻痕间距。第三种和第二种情况可能是因为光盘上本身的透明胶膜保护层和薄铝反射层产生的衍射和多光束干涉影响刻痕干涉的结果。光盘刻痕这个非常微观的距离，在用钠灯分光计和显微镜测量时无法实现。所以我们想到了利用激光的相干性好，单色性好，聚焦程度高的特性来照射光盘。从而