ПРОИГРЫВАТЕЛЬ КОМПАКТ-ДИСКОВ

После знакомства со всеми этапами преобразования звукового сигнала перед записью не трудно будет разобраться с принципами работы и построением проигрывателя CD или дисковода CD, поскольку здесь все вышеописанные процедуры реализуются в обратном порядке. Структурная схема проигрывателя компакт-дисков показана на рис.5.1. Так устроен любой аппарат независимо от его конструкции, размеров, набора сервисных функций – как стационарный, так и переносной.

Знакомство с CD-проигрывателем логичнее всего начать с элемента, который непосредственно взаимодействует с носителем информации – компакт-диском. Таким элементом является оптическая головка или оптико-механический блок (ОМБ). Иногда, пользуясь терминологией, принятой еще в аналоговой звукозаписи, этот элемент называют лазерным звукоснимателем.

Оптическая головка

Оптическая головка включает в себя полупроводниковый лазер, оптическую систему и фотоприемник – прибор, преобразующий световую энергию в электрический сигнал. Считывание информации, как известно, здесь осуществляется бесконтактно, т.е. головка никогда не соприкасается с диском, а находится на строго определенном расстоянии от него. Расстояние это таково, что дорожка всегда находится в фокусе оптической системы. При этом отраженный свет, модулированный питами, возвращается назад в ту же оптическую систему и попадает на светочувствительные площадки фотоприемника, который преобразует его в электрический сигнал, содержащий в себе записанную на диск информацию.

Требования к элементам, осуществляющим считывание информации с дорожки и преобразование ее в электрический сигнал, во многом определяются характером и свойствами излучения и конкретными параметрами элемента, его генерирующего – полупроводникового лазерного диода.

Слово «лазер» (LASER) – аббревиатура английского выражения Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, которое можно перевести как «усиление света вынужденным излучением». Изначально это слово указывало на способ усиления света, но сегодня оно обозначает оптический квантовый генератор, излучающий свет с определенной длиной волны.

Известно, что атомы любого вещества состоят из ядра и электронов, которые вращаются вокруг ядра по определенным орбитам. Некоторые орбиты находятся ближе к ядру, некоторые – дальше. Чем ближе электроны к ядру, тем с большей скоростью они должны вращаться по орбитам, чтобы не упасть на ядро. Поэтому электроны, движущиеся по разным орбитам, обладают разной энергией. В этом случае говорят, что они находятся на разных энергетических уровнях.

В состоянии теплового равновесия большая часть электронов находится на нижних энергетических уровнях. Свойства вещества, составляющего основу квантовой системы, определяются его энергетическим состоянием. Внутренняя энергия квантовой системы может принимать строго определенные дискретные значения, которые как раз и определяются энергетическими уровнями электронов его атомов. Переход квантовой системы из одного энергетического состояния в другое происходит только скачкообразно и связан с излучением или поглощением энергии, которая может иметь различные формы: электромагнитную, тепловую или звуковую. Переходы, в результате которых поглощается или излучается электромагнитная энергия, называются оптическими.

Если частица (электрон), находящаяся в возбужденном состоянии (на верхнем энергетическом уровне E_m), переходит в состояние с меньшей энергией (на нижний энергетический уровень E_n), то происходит излучение кванта энергии (фотона) с частотой ν_n,_m, которая определяется энергиями начального и конечного состояний:

(E_m – E_n)

ν_n,_m = ————— .

h

где h = (6,62517±0,00023)·10^-34 Дж/с – постоянная Планка.

С некоторой долей вероятности такие переходы могут происходить самопроизвольно (спонтанно). Но путем воздействия каким-либо внешним возбуждающим фактором (например, светом, электрическим разрядом, химической реакцией, электромагнитным полем на частоте перехода и т.п.), число электронов на верхних энергетических уровнях можно увеличить. Такой процесс называется инверсией состояния, а состояние квантовой системы, при которой число возбужденных частиц верхнего энергетического уровня больше числа частиц нижнего энергетического уровня, называется состоянием с инверсной населенностью или инверсным состоянием. Такое состояние вещества является довольно неустойчивым (метастабильным) и вероятность перехода с излучением фотона значительно повышается. Если на возбужденную частицу воздействовать внешним фотоном с энергией (h ν_n,_m)1, равной разности энергий верхнего и нижнего энергетических уровней, то мгновенно произойдет взаимодействие, которое приведет к вынужденному переходу этой частицы в состояние с меньшей энергией. При этом излучается дополнительный фотон (h ν_n,_m)2, который в точности совпадает с фотоном, стимулировавшим этот переход. Они имеют одинаковую частоту, фазу и направление распространения. В результате излучение как бы усиливается.

Принцип получения вынужденного (стимулированного) излучения и лежит в основе работы лазера.

Среда (вещество), в которой может быть получено состояние с инверсной населенностью, называется активной средой лазера.

Энергия, с помощью которой осуществляется перевод квантовой системы в инверсное состояние, называется энергией накачки.

Однако для получения значительного усиления излучения одной энергии накачки недостаточно. Кроме этого, активную среду нужно поместить в систему двух зеркал – оптический резонатор. Одно из зеркал должно быть непрозрачным, а другое – частично прозрачным для вывода излучения наружу. В резонаторе излучение, распространяясь в направлении его оси, многократно отражается от зеркал и проходит среду, стимулируя по пути переходы все новых и новых частиц с верхнего энергетического уровня на нижний. Тем самым обеспечивается эффект усиления.

Полученное таким путем излучение обладает высокой степенью монохроматичности(колебания только одной частоты), пространственной когерентностью (синфазностью генерируемых колебаний) и направленностью.

В зависимости от типа используемой активной среды, лазеры могут быть твердотельными, газовыми, жидкостными и полупроводниковыми. Поскольку в проигрывателях компакт-дисков используются полупроводниковые лазеры на основе арсенида галлия (GaAs), то будем рассматривать только такие лазеры. Полупроводниковые лазеры – это общее название всех лазеров, созданных на основе полупроводниковых материалов.

Дата добавления: 2017-05-02; просмотров: 1000;

Поиск по сайту

Узнать еще