光盘参数的测量实验报告.pdf

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1、光盘参数的测量摘要：通过将光盘径向结构和切向结构都等效为光栅，利用衍射现象分别测量光栅常数，从而计算光盘径向、切向参数，进而估算光盘容量。关键词：光盘；光栅；衍射；道间距；信道长度一、实验目的、目的和要求测量光盘的径向与切向的结构，从而推算光盘的容量，加深对光的衍射现象的理解和掌握。二、实验原理1、衍射光在传播路径中，遇到不透明或透明的障碍物或者小孔（窄缝），绕过障碍物，产生偏离直线传播的现象称为光的衍射。衍射时产生的明暗条纹或光环，叫衍射图样如果采用单色平行光，则衍射后将产生干涉结果。相干波在空间某处相遇后，因位相不同，相互之间产生干涉作

2、用，引起相互加强或减弱的物理现象。衍射的结果是产生明暗相间的衍射花纹，代表着衍射方向（角度）和强度。根据衍射花纹可以反过来推测光源和光栅的情况。为了使光能产生明显的偏向，必须使光栅间隔（光栅常数）具有与光的波长相同的数量级。这是光栅发生明显衍射的条件。惠更斯提出，媒质上波阵面上的各点，都可以看成是发射子波的波源，其后任意时刻这些子波的包迹，就是该时刻新的波阵面。菲涅尔充实了惠更斯原理，他提出波前上每个面元都可视为子波的波源，在空间某点P的振动是所有这些子波在该点产生的相干振动的叠加，称为惠更斯－菲涅尔原理。2、衍射光栅衍射光栅是一种由密集﹑

3、等间距平行刻线构成的非常重要的光学器件，分反射和图1衍射光栅1透射两大类。投射光栅如图1所示。光栅形成相长干涉时满足公式dnsin，其中dn为两狭缝之间的间距,为衍射角度，n为衍射条纹级数，为波长。当平面波以入射角入射时，光栅方程写为dm(sinsin)。imi因而可通过测出衍射角度和激光波长来测量光栅缝间距，即光栅常数，而不受光栅缝宽得影响。3、光盘结构和光盘参数光盘微观结构近似如图2所示。需要测量的光盘参数有道间距d，记录点长度d，信息∥区内半径r和外半径r。内外由于光道曲率远大于记录点长度，因此在激光束照射区可

4、图2CD与DVD近似微观结构视为直线，光盘表面则可视为一组光栅，光道道间距和记录点长度即为等效光栅常数，记为d和d。∥rr外内设光盘信息区内半径为r，外半径为r，则总信道数n。总信道长度内外d135122L2[(rd)(rd)(rd)...(rd)](rr)。总记录点数内内内外外内2222dLN。以此可换算光盘d∥容量。三、实验器材He-Ne激光器（632.8nm）、半导体激光器（532nm）、CD光盘、DVD光盘、屏幕、支架、刻度纸、直尺、游标卡尺。图3实验仪器摆放2四、实验步骤1、安装和调节

5、实验仪器。在屏幕中央孔加贴玻璃片，打开激光器，使玻璃片反射光点与激光出射孔重合。取下玻璃片，将光盘夹上支架，使光盘反射衍射形成的零级亮斑与屏幕中央孔重合。此时激光光束与观察屏和光盘表面分别垂直。2、d和d的测量∥测量零级衍射亮斑与一级衍射亮斑的距离l，测量光盘与观察屏的距离D，则衍射l角正弦sin，代入激光波长即可计算d和d。∥22lD3、光盘容量的测量测量信息区内外半径，计算信道长度L和光盘总容量。五、实验记录1、纵向结构的测量使用He-Ne激光器。对于DVD和CD，都在观察屏上与所测点所在直径相平行的方向上观察到了一列亮斑，其

6、中，中间较亮，往两边亮度递减，间隔也递减。DVD:序号nLcm/lcm1/d1/nml2/cmd2/nm16.7811.0074311.0074326.4210.3674410.3074637.1211.5274411.48745d744nm0.74m，与参考值基本相符。CD:序号nLcm/lcm1/dm1/l2/cmdm2/110.865.001.515.141.48211.605.301.525.521.47313.226.201.496.161.50417.908.441.488.261.513518.248.581.49

7、8.501.50619.889.381.489.381.48dm1.49，与参考值1.6m有7%的相对误差。由于相对误差较大，因此改变实验条件后增加了实验次数，但是结果基本不变，因此认为是CD光盘之间有一定的规格差异，实验所用光盘的参数与参考值误差在规格整体允许范围之内。2、切向结构的测量根据公式dnsin可知仅在d时可观察到垂直入射下的反射衍射图样，因而n无法在垂直入射情况下测量DVD的切向结构，而CD的一级亮斑衍射角度理论值约为50度。但是由于实验所用CD都是使用过的非空白光盘，不同记录点无规律分布，记录点长度也不是定

8、值，因而对于实验所提供的不同CD光盘，都没能在切向的方向上观察到预期的亮斑。对于一些CD光盘，观察到了在径向亮斑带两侧紧贴着两条平行的较暗的细线，但由于直线间距很小，并不能对应到