Принцип лазерно-оптического считывания информации

Считывание информации представляет собой процесс регистрации колебаний луча маломощного лазера, отраженного от металлической поверхности диска. Лазер посылает сфокусированный луч света на нижнюю часть диска, а светочувствительный фоторецептор улавливает отраженный луч. Луч лазера, попавший на площадку (плоскую поверхность дорожки), всегда отражается обратно; в свою очередь, луч, попавший во впадину на дорожке, обратно неотражается.

Диск вращается над лазером и рецептором (приемником), поэтому лазер непрерывно из­лучает свет, а рецептор воспринимает то, что в сущности является набором световых вспы­шек, повторяющих рис. впадин и площадок, по которым проходит лазерный луч. Всякий раз, когда луч лазера пересекает границы впадины, изменяется состояние отраженного сигна­ла. Каждое такое изменение, вызванного пересечением границы впадины, преобразуется в бит со значением 1. Микропроцессоры накопителя пересчитывают переходы светлый/темный и темный/светлый (т.е. границы впадины) в единицы (1); область, не содержащая переходи, представляется нулем (0). Полученный набор двоичных разрядов затем преобразуется в данные или звук.

Глубина отдельных впадин, образующих дорожку компакт-диска, равна 0,125 микрона, а их ширина – 0,6 микрона (1 микрон равен миллионной части метра). Минимальная длина впадин или площадок составляет 0,9 микрона, максимальная – 3,3 микрона (рис. 9.15).

Рис. 8.15. Геометрия впадин и площадок, образующих дорожку компакт-диска

Высота впадины относительно плоскости площадки имеет особое значение, так как она непосредственно связана с длиной волны луча лазера, используемого при чтении диска. Высота впадины (штриха) составляет ровно 1/4 часть длины волны лазерного луча. Таким образом, луч лазера, попавший на площадку, проходит расстояние, которое на половину длины волны (1/4 + 1/4 = 1/2) больше расстояния, пройденного лучом, отразившимся от впадины. Это означает, что световой луч, отраженный от впадины, на 1/2длины волны не совпадает по фазе со световыми лучами, отражаемыми от поверхности диска. Волны, находящиеся в противофазе, гасят друг друга, тем самым значительно уменьшая количество отражаемого света. В результате впадины, несмотря на то, что покрыты металлической отражающей пленкой, стают «черными» (т.е. не отражающими свет).

Считывающий лазер, используемый в дисководе CD, представляет собой маломощный лазер с длиной волны 780 нм (нанометров) и мощностью около 1 мВт (милливатт). Поликарбонатная пластмасса, используемая при изготовлении компакт-дисков, имеет коэффициент преломления 1,55. Таким образом, свет проходит через пластмассу диска в 1,55 раза медленнее, чем через окружающую среду. Так как частота света остается постоянной, это приводит к сокращению длины волны в пределах диска с тем же коэффициентом. Следовательно, длина волны, равная 780 нм, уменьшается до 500 нм (780/1,55 = 500 нм). Одна четвертая часть от 500 нм составляет 125 нм,или 0,125 микрона, что и является высотой впадины (штриха).

Пыль и царапины на защитном слое не мешают, поскольку они на­ходятся вне плоскости фокусировки считывающей оптики (рис. 8.16).

При считывании микроскопических маленьких структур использу­ются эффекты дифракции и интерференции света.

Рис. 8.16. Сечение видеодиска и грампластинки с лазерной записью: 1 – фокальное пятно (Æ » 1 мкм); 2 – структура микроуглублений; 3 – зеркаль­ное покрытие; 4 – царапина; 5 – частица пыли; в прозрачный защитный слой;

7 – луч от лазера

Оптическая считыва­ющая система для видеодисков состоит из:

· лазера (мощность 1 мВт), который излучает линейно поля­ризованный свет;

· делителя пучка, который разделяет свет на три пучка с соотноше­ниями интенсивностей 1:3:1 (дифракционная решетка, работающая на просвет с минус первым, нулевым и плюс первым порядками дифракции);

· призмы Волластона {оптическая длина пути зависит от направле­ния поляризации);

· пластинки l/4;

· считывающего объектива, перемещаемого по принципу катушки с подвижным сердечником в направлении оптической оси (ограниченный дифракцией микрообъектив очень малой массы);

· системы фотоприемников, а также ци­линдрической линзы.

Рассеянный в обратном направлении от диска свет лазерного пуч­ка отображается на приемнике, лучи, использованные для слежения за дорожкой, попадают на приемники слежения (рис. 8.17).

Рис. 8.17. Оптическая схема считывающей головки для считывания ин­формации, записанной на видеодиске: 1 – He-Ne-лазер; 2 – решетка; 3 – согласующая оптика; 4 – призма Волластона; 5 – пластинка l/4; 6 – считывающий объектив; 7 – видеодиск; 8 – цилиндриче­ская линза; 9 – плоскость приемника

Благодаря приемникам становится возможным формирование управляю­щих сигналов для коррекции фокусировки считывающих лучей на ин­формационной дорожке и обеспечение слежения за дорожкой.