CD光盤軌道間距測量

高范平　沈范申　沈自達

[摘 要]從合適的角度看光盤，在日光下可見彩色的輻射光帶，而且不同的觀察角度，光帶的色彩不同。當白光照射到這種反射光柵上時，由于光柵衍射的作用，產生彩色光帶，其色彩取決于光柵常量和觀察角度。本實驗就用一種簡單的方法來測量CD光盤的光柵常量。

[關鍵詞]激光發射系統；光柵常量；光柵衍射

[中圖分類號]TP333.4 [文獻標識碼]A

光盤是一種常見的數字信息的載體，從上到下主要分為五層，即基板、記錄層、反射層、保護層、印刷層。從某個角度看光盤，在日光下可見彩色的輻射光帶，而且不同的觀察角度，光帶的色彩不同。如果仔細觀察光盤表面，會發現光盤上有一道道密集的“光道”，在“光道”上布滿了一個個長短不一的“凹坑”。正是這些“凹坑”記錄了數字信息“1”和“0”。這些“光道”在宏觀上表現出空間周期性，在反射層的作用下，光盤相當于一種一維反射光柵。當白光照射到這種反射光柵上時，由于光柵衍射的作用，產生彩色光帶，其色彩取決于光柵常量和觀察角度。本實驗就用一種簡單的方法來測量CD光盤的光柵常量。

1 CD光盤軌道間距測量方法與基本操作

1.1 基本原理

1.1.1 光盤以臺或槽面的形式記錄信息，信息軌道呈阿基米德螺線形排列，可看成同心圓環。信道起源于中心位置，結束于光盤邊緣。由于道間距很小很小，所以在一定區域內可將光盤磁軌道視為反射光柵。測量時利用激光照射光盤，光盤會發生明顯的光柵衍射現象，由反射光柵性質得出光柵常量（即道間距）。

光柵方程為： dsin θ= kλ（1）

式中d 為光柵常量，即磁軌道間距；θ為衍射角；λ為入射光波長（這里λ= 633nm） ；k 為衍射級。

1.1.2 經過推斷：（2）

式中h表示一級衍射斑點（ k = ±1） 到零級衍射斑點的距離，S表示零級衍射斑點到光盤的垂直距離。

由（1）、（2）式得：（3）

1.2 實際CD光盤軌道間距測量

第一步：調節光盤與木板的距離，使S等于200mm，用記號筆標出光點在白紙上的位置；

第二步：改變S的大小，按S=250mm、300mm、350mm、400mm、450mm、500mm、550mm，重復步驟一；

第三步：每次改變S的大小以后都要重新調節光盤的位置，使白紙上的亮點都打在之前畫好的直線上，并且使零級亮點與孔重合；

第四步：對于不同S，用不同的符號標記白紙上的點，加以區別。

1.3 實驗數據及處理

實驗結束后，取下粘在木板上的白紙，用直尺量出白紙上每一個標記的點離小孔的距離，并記錄。（為了減小誤差，可以量出同一S，同一級（K），小孔上下對稱的兩亮點距離為2h，則這兩個亮點與小孔的距離都為h。）

2 結語

用簡單的儀器和簡便的方法測出CD光盤的軌道間距為d=1.609±0.014（μm），一般CD軌道間距約為1.6微米，誤差甚小。

誤差的主要來源有以下幾點：

在材料方面：我經過多次選擇，最后選定一塊90cm*20cm的木板。這是我能找到的最好的木板了，但是木板不夠直，有地方凹陷，光衍射到木板上再進行h的測量時會有誤差。另外，氦—氖激光的波長用633nm代入，與實際氦—氖激光器發出的波長可能有一定出入。

在儀器調節方面：雖然經過調節（具體方法見四、實驗方法與步驟），但無法實現激光嚴格水平射出，無法實現激光嚴格垂直打在光盤上。導致木板上的衍射光斑不能嚴格地落在之前所畫的直線上。

在實驗操作方面：無法正確標記木板上衍射光斑的位置。

在實驗理論方面：光盤只能在某個局部區域看成等效光柵，所以衍射光斑很難在木板上排成一條嚴格的直線，會呈現一定的弧度。