Почему в сд дисководах используется инфракрасный лазер
Компакт-диски и их более совершенные родственники DVD давно уже стали одним из основных носителей цифровой информации. И хотя в быту их последние годы вытесняют полупроводниковые накопители, удвоение памяти и ополовинивание цены которых давно обгоняют закон Мура, кинокомпании и звукозаписывающие студии пока не спешат предлагать пользователям продукцию на флешках. Себестоимость CD гораздо ниже, а кроме того, контрафактные копии, записанные в каком-нибудь гараже спального района, специалист может легко отличить от продукции, произведённой массовым способом.
Правда, до сих пор для этого требовался как минимум микроскоп, а ещё лучше – полноценный спектрограф.
Пять физиков из испанского Университета Гранады нашли способ проще, для которого достаточно обычной лазерной указки и тёмной комнаты.
Эрнандес-Андрес и его коллеги советуют приглядеться к центральному, самому яркому пятну, расположенному непосредственно над компакт-диском (физики называют его отражением нулевого порядка).
Если рядом с центром этого пятна вы заметите пару ярких линий, перпендикулярных дорожкам, значит, этот CD когда-то был пустой болванкой, а информация на нём записана «домашним» способом.
У «зайчиков» от дисков, сделанных промышленным способом, таких линий не наблюдается.
Причина отличий – в микроструктуре поверхности диска, утверждают физики из Гранады в статье, опубликованной в декабрьском номере American Journal of Physics, который издаёт Ассоциация учителей физики Америки. Несмотря на внешнее сходство (и, надо отметить, абсолютную идентичность в функциональном плане), диски из магазина и диски из соседней квартиры записаны принципиально разным способом.
В промышленных масштабах диски дешевле получать штамповкой, при которой на поверхности пластика остаются небольшие ямки глубиной в доли микрона. Позднее их покрывают тончайшим слоем хорошо отражающего свет алюминия, на который уже наносят прозрачный защитный лак. Поверхность алюминия в точности повторяет ямки, а их глубина составляет четверть длины волны инфракрасного лазера, который при считывании. Если при считывании луч лазера падает на границу такой ямки, то волны, отражённые от её дна, и волны, отражённые от краёв, приходят в противофазе и гасят друг друга. Детектору отражённого света в этот момент кажется, что лазер «моргнул», и это моргание и записывается как сигнал.
Изготовление шаблона – процесс технологически сложный и довольно дорогой, однако затем штамповать диски очень просто, и при тиражах от тысячи экземпляров и выше себестоимость изготовленного «гутенберговским» способом диска оказывается ниже стоимости лазерной записи.
На болванках, предназначенных для лазерной записи, заранее записаны «дорожки», в углублениях которых лежит незаметный до поры до времени прозрачный органический материал. Но если нагреть его, материал становится тёмным, и именно эту темноту фиксирует лазерный луч при считывании. Никакой интерференции, гашения волн друг другом здесь нет – рельеф диска при записи практически не меняется. А для нагрева достаточно использовать лазерный луч, мощность которого в десяток раз превышает лазер, использующийся для считывания.
Именно благодаря «траншеям», заранее нанесённым на поверхность CD-R, из-за дифракции и появляются две яркие полоски, уверены учёные.
На штампованных CD таких траншей нет. Нет, соответственно, и склонов этих траншей, на которых возникает дифракция.
В проигрывателях CD используется лазер почти инфракрасного спектра с длиной 780 нм. Считается, что в видимый световой спектр входят волны длиной от 400 до 700 нм. Практически никто не может увидеть свет с длиной волны более 720 нм.
Лазер "просвечивает" пластиковую основу диска из поликарбоната и проникает до самого последнего слоя носителя. Затем луч отклоняется от отражающего слоя, снова проходит сквозь поликарбонат и считывается фотодатчиком, установленным в считывающей головке привода. Коэффициент преломления поликарбоната составляет около 1,55, что позволяет еще более сфокусировать лазерный луч (от 800 um в глубине поликарбонатной подложки до около 1,7 um на поверхности отражающего слоя). Это свойство сводит к минимуму влияние на считывание информации пыли и царапин на диске. Если бы лазер фокусировался только до значения 200 um, то, к примеру, любая грязь размером 400 um на поверхности диска привела бы к сбою. Однако для CD-проигрывателя такие загрязнения не имеют практически никакого значения.
Если в фотодатчик попадает яркий свет (стандартом предусмотрено, что при полном отражении должно отражаться не менее 70 процентов света), то проигрыватель "понимает", что это ровное место на диске ("land"), а если в датчик проникает менее яркий свет, это означает, что в данном месте на диске имеется углубление ("pit"). Строго говоря, поскольку луч проходит "под" регистрирующим слоем, углубление воспринимается им как возвышение. Высота этого возвышения составляет 1/4 от длины волны лазера в поликарбонате, поэтому отраженный от возвышения свет имеет фазовую разницу в половину длины волны лазера. Свет, отраженный от возвышения и от окружающих ровных мест, самопоглощается. (Возвышение отражает около 25 процентов светового потока. Ширина возвышения составляет 0,5 um или около 1/3 сфокусированной точки лазерного луча.)
При считывании CD используется множество оптических явлений, включая поляризацию света и диффракционные решетки. К примеру, в считывающей головке устанавливается трехлучевая система автофокусировки, при помощи которой лазер точно позиционируется на спиральной дорожке диска, а также на правильном расстоянии от самого диска. Необходимо также отметить, что поскольку свет распространяется в поликарбонате медленнее, чем в воздухе, длина волны лазера в CD близка к 500 нм.
В отличие от штампованных CD, на дисках CD-R и CD-RW нет ни углублений, ни плоских мест. На CD-R луч записывающего лазера нагревает органический краситель примерно до 250 градусов Цельсия, благодаря чему этот краситель тает и/или химически разлагается и формирует метку на диске, которая снижает коэффициент отражения. На носителях CD-RW записывающий лазер изменяет структуру регистрирующего слоя из кристаллического (отражающего 25 процентов света) в аморфный (отражающий 15 процентов света) и наоборот. Это происходит при нагревании регистрирующего слоя до точки плавления (от 500 до 700 градусов Цельсия), а затем быстрого его охлаждения для перехода в аморфное состояние, либо при нагревании его до точки перехода (200 градусов Цельсия), а затем медленного охлаждения для перехода в более стабильную кристаллическую форму. Из-за низкого коэффициента отражения CD-RW такие диски невозможно прочитать на большей части старых CD-проигрывателях.
Для создания относительно мощного красного лазера 650 нм (у меня 663 нм) необходим пишущий DVD привод. Подойдёт и CD-RW, также и пишущий Blu-Ray. Первый будет светить практически невидимым инфракрасным лучом 780 нм, второй фиолетовым 405 нм.
Он вставлен в радиатор. А радиатор в металлическую основу. Вытаскивать ЛД из основы и радиатора или нет - решать Вам. Плоские бескорпусные ЛД вытаскивать не стоит. Я оставил в радиаторе, а из основы вытащил. Это всё влияет на отвод тепла , который необходим! Встречал мнение, что теплоотвода каретки не хватает при питании ЛД неимпульсным током.
В DVD-RW 2 лазерных диода, один инфракрасный, для проигрывания и записи CD, а второй красный для записи и проигрывания DVD. А в BD-RE ещё и третий фиолетовый. В современных моделях DVD-RW используют сдвоенные ЛД на одном кристалле.
Лазерный диод, излучающий красный и инфракрасный свет. Лазерный диод, излучающий красный и инфракрасный свет.Включать одновременно красный и инфракрасный диоды на большом токе в таких сборках нельзя! Лазерный диод боится статического электричества , поэтому 3 вывода ЛД нужно сразу обмотать неизолированной проволокой!
Запрещается направлять любой лазерный луч (даже невидимый ИК) в глаза и на отражающие поверхности , т.к. это может привести к частичной или полной потере зрения.
Ток питания ЛД не должен превышать максимально допустимый , поэтому нужно использовать специальную схему.
В схеме конденсаторы от 3 В. C1 ёмкостью 0.1 мкФ и С2 ёмкостью 100 мкФ. После их припаивания к ЛД, проволоку с выводов можно снять. На один из выводов и на корпус подаётся минус, на второй вывод плюс, третий вывод не используется. У сдвоенных ЛД средний вывод - общий минус «G», крайние выводы - плюс: «C» - CD, «D» - DVD.
Для питания я использовал Li-ion аккумулятор. Напряжение хорошего полностью заряженного аккумулятора выше указанного (не 3,7 В), учитывайте это при расчёте резистора!
Будем ориентироваться на максимальный ток 250 мА (падение напряжения 3 В), который подойдёт для красных ЛД 650 нм от пишущих приводов, начиная с 16х. Меньший ток увеличит срок службы лазера.
Для ИК ЛД 780 нм из пишущего привода ток 110 мА, падение напряжения 2,2 В.
Сопротивление резистора R1 узнаём по формуле:
Резистор для красного ЛД: R1=(3.6В-3В)/0.25А=2.4 Ом
Рекомендуется первоначально ставить резистор большего сопротивления, чем получилось, измеряя значение силы тока мультиметром для защиты нестандартных ЛД. Они при 3В могут создавать чрезмерный ток. И далее уменьшать сопротивление, следя за током.
ЛД в корпусе закреплён между пластин от алюминиевого конструктора, отводящих тепло.
Свет лазерного диода расходится, а нам нужен лазерный луч. Для этой цели необходимо использовать коллиматор - устройство, которое плавно перемещает линзу и преобразует излучение в луч. Можно взять коллиматор от дешёвой указки и приклеить эпоксидным клеем к ЛД. Мне пришлось срезать коллиматор на величину выреза, куда вставлялась плата.
Загрузить презентацию (592 кБ)
Цель: изучение устройств внешней памяти компьютера.
Задачи: Изучить устройство внешней памяти, ее основные характеристики. Изучить недостатки и преимущества каждого вида устройств. Воспитание навыков коллективной и самостоятельной работы, познавательного интереса. Развитие мышления, памяти, внимания.
Тип урока: урок изучения нового материала.
Вид урока: комбинированный.
Межпредметные связи: физика.
Возраст учащихся: 10–11-й класс.
Программное обеспечение: Информатика и ИКТ Н.Д. Угринович 10 класс, профильный уровень, компьютеры кабинета информатики.
Основное содержание учебного материала
Время
Деятельность учителя
Деятельность учащихся
Результат совместной деятельности
1. Организационный момент
Организация проверки готовности класса к уроку
Подготовка к уроку
Готовность к уроку
2. Подготовка к восприятию
- Какой вид памяти мы изучили на прошлых уроках?
- Каковы основные характеристики оперативной памяти?
- Что происходит с содержимым оперативной памяти при выключении компьютера?
Для долговременного хранения большого объема информации служит другой вид памяти - внешняя память.
Тема нашего урока: внешняя память.
Мы познакомимся с видами внешней памяти, с основными характеристиками видов внешней памяти, оценим характеристики компьютеров кабинета информатики.
В течение моего объяснения нам надо будет заполнить таблицу, состоящую из колонок: вид, быстродействие, принцип записи/чтения, объем, опасные воздействия
Объявляет тему, цели и задачи, стимулирует интерес учащихся к изучению новой темы.
Записывают тему урока, чертят таблицу.
Подготовка к изучению новой темы
3. Изучение нового материала
- Как вы думаете, зачем нужна внешняя память? Каково ее назначение и функции? Какие виды внешней памяти вы знаете? В чем различие между носителем и накопителем информации?
Сформулирована основная функция внешней памяти. Учитель организует объяснение нового материала в виде беседы, по ходу которой заполняется таблица «Внешняя память».
Основной функцией внешней памяти является долговременное хранение информации. (слайд 2)
Основными видами внешней памяти являются: магнитная, оптическая и флэш-память.
Какие устройства внешней памяти относятся к магнитным? Как вы думаете, почему они так называются? (рассматривается магнитный принцип чтения и записи информации, слайд 3). В отсутствии сильных магнитных полей и высоких температур элементы носителя могут сохранять свою намагниченность в течение долгого времени (лет, десятилетий).
Рассмотрим виды магнитной памяти:
1) дискета (слайд 4). Рассматриваются основные параметры, достоинства и недостатки дискет.
– Как вы думаете, почему дискеты сейчас не используются? Какие у нее основные недостатки?
2) жесткий диск (слайд 5). Жесткий магнитный диск представляет собой несколько десятков дисков, размещенных на одной оси, заключенных в металлический корпус и вращающихся с большой угловой скоростью.
За счет большего количества дорожек на каждой стороне дисков и большого количества дисков информационная емкость дисков достаточно велика.
- Как называется сектор жесткого диска?
- Какие воздействия вредны для него?
- Давайте теперь изучим оптический принцип записи (слайд 6, 7).
- Какие виды оптических дисков вы знаете? Чем они отличаются? Какова их емкость? (слайд 8)
- Рассматриваются ROM-диски, их основные параметры, принцип чтения-записи, строение (слайд 9). Результаты записываются в таблицу.
- Рассматриваются R-диски, их основные параметры, принцип чтения-записи, строение (слайд 10)
- Рассматриваются RW-диски, их основные параметры, принцип чтения-записи, строение (слайд 11)
Что является накопителем для оптических дисков?
Изучаются лазерные дисководы, их виды, маркировка и характеристики (слайд 12, 13).
- Перейдем к рассмотрению следующего вида внешней памяти – флэш-памяти. Как вы думаете, почему она получила такое широкое распространение? (слайд 14)
Рассматривается принцип чтения-записи на флэш-память (слайд 15).
- Рассмотрим карты флэш-памяти (слайд 16).
- С картами флэш-памяти вы, конечно, встречались. В каких устройствах они применяются? (слайд 17). Рассматриваются преимущества карт памяти.
- Как вы думаете, какие недостатки имеют карты памяти? Какое устройство является накопителем для них? (слайд 18)
- Как вы думаете, к какому виду внешней памяти следует отнести устройство, которое мы привыкли называть «флешка»? (слайд 19)
- Какие устройства внешней памяти есть у нас в кабинете?
Итак, наша таблица заполнена, и мы можем перейти к практической работе.
Организует беседу с учащимися и подводит их к изучению основных характеристик и функций внешней памяти. Изучает основные виды внешней памяти, их преимущества и недостатки. Использует компьютерную презентацию
Определены основные функции, назначение внешней памяти. Изучены основные виды внешней памяти. Заполнена таблица.
4. Самостоятельная работа по изучению нового материала.
- Как самому определить параметры устройств внешней памяти, например, домашнего компьютера? Для этого можно воспользоваться бесплатной программой SiSoft Sandra. C помощью этой программы вы должны сейчас определить основные характеристики всех устройств внешней памяти вашего компьютера, а результаты записать в тетрадь.
Организует самостоятельную работу, дает консультации
Узнают основные параметры устройств внешней памяти. Результаты записывают.
Учащиеся узнают, как узнать параметры устройств внешней памяти с помощью программы SiSoft Sandra.
Читайте также: