拯救畸变中的知识 CD光学和电器基本工作原理复原文章 第二篇 激光头怎么读取0和1的

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对于CD机的激光头究竟是怎么通过光盘上的微小凹坑可以读到0和1的，相信很多人都看过以前经常出现的“科普”文章了吧，都说是激光照射到坑里“不反射”，然后照到平台上就“反射回激光头”，然后就可以“读取到0和1的信号”诸如此类误人子弟的文章比比皆是。哈哈。随着这些老电器慢慢退出历史，很多真实的工作原理也越传越奇葩，越传越离谱，怎么才能让正确的精确的知识永久流传下去看来越来越成个难题，这个问题还是要留给大家解决。

（本文论述的是CD碟，而非CD-R,CD-RW，DVD-RAM等，另外的碟原理将另外讨论）
很简单，你们自己拿片镜子照照看，拿手电照一小镜子，垂直着照，眼睛也和手电在很近，试验着将镜子靠后5毫米，然后再靠前5毫米，你告诉我哪个更亮一些哪个更暗一些？？？？

如果CD碟仅仅需要细小光线搞反射来读取0和1的话，那普通LED的可见光通过光学聚焦到足够小再配合光电二极管就可以实现反射式读取，何必要舍近求远用昂贵复杂的激光系统来搞？脱裤子放P？？

CD碟在微观层面制造工艺很简单，不可能在如此微观层面去做倾斜45度之类的复杂多边形状的东西，只可能做简单的平坑平台，因此光学系统只能从垂直方向照射，在这里之所以使用激光，并非因为只有激光才能聚焦光点到很细小的原因，而是必须要利用激光的理论物理学方面的相干涉性，还有结合光学偏振现象所带来的效果，两种物理特性相互结合，才能正确读取出0和1.

聚碳酸脂所形成的坑点深度为0.11微米，长度在0.833到3.054微米之间，宽度为0.5微米，坑与坑在螺旋轨迹的相邻中心距离为1.6微米，注意，这些数据指标并非随意设定的，特别是坑点深度0.11微米，之前在某贴吧看说D版的CD坑不够深，好的CD碟坑越深越好，因为坑挖地越深，激光识别出的数据越棱角分明，0和1识别越清晰之类的云云，晕一个！

为什么是0.11微米？我解释下，这个坑的深度必须不多不少就在激光头波长的1/4处，少一点不行，多一点也不行！我很负责任地说，这个坑并非越深越好，深了反而坏事信不？


CD盘上平台和凹坑底部的垂直距离正正好是1/4波长，而激光在物理学上正好是具有相干涉特性的，注意到没有，凹坑的左右两边不是垂直下陷的，而是呈现一个角度的，根据光学物理上的相同波长和频率的光是可以发生干涉的，激光是高纯度的单一频率的电磁波，相干性最明显，因此凹坑的两个倾斜的坑沿，正好将一束入射的激光产生干涉而相互抵消一部分能量，另外，注意看激光头的结构图，从里面还有个45度倾斜安放的分光菱镜和一片1/4波长偏振滤光片，从激光二极管射出的发散P线性偏振激光通过准直透镜，成为平行光，再通过1/4波长片时，偏振方向旋转45度，变为圆偏振光，看图，显然图中坑底反射回来的激光和平台反射回来的激光在相位上面旋转了90度角度，导致圆偏振下的干涉产生的效果非常复杂。（因为射出激光头物镜的激光处于圆偏振状态，本身又具有干涉特性，圆偏振激光干涉效应的过程比较复杂，下图并没有完整呈现圆偏振干涉造成的系列效果，只能看个大概原理）

然后这束激光按原路返回到1/4波长偏振滤光片，经过两个分光菱镜和反射镜分成几路，一路送伺服光电检测，一路送信号拾取光电检测头，（注意，送到信号拾取光电检测头的时候，坑底回来的光线被干涉现象削减一些后，在偏振方向上还发生了改变，在经过1/4波长滤光片的时候，坑底的反射光线可不怎么让通行啦！被1/4波长滤光片又搞掉了一大片能量，）经过分光菱镜后最终到达光电拾取二极管上的坑底回波，只相当与平台的百分之30左右。于是激光头就完成了0和1的识别任务。



下面就是用来制作CD盘的玻璃压模母盘的显微镜图像。有几个机械指标非常重要，就是：
PIT DEPTH    凹坑深度
PIT WIDTH    凹坑宽度
PIT LENGTH   凹坑长度
PIT ANGLE     凹壁角度

xa9999

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断肠人

膜拜中！

hbk135

非常好文，记录收藏。

hbk135

拜读了楼主四篇关于“CD光学和电器基本工作原理”的文章，虽未悉数全收，但获益颇丰。然而其中一点，小弟感到异常困惑，望楼主答疑。

楼主在第一篇文章中提到“EFM调制”时，指出CD光盘中的“凹坑”和“平台”均代表数字“0”，只有“凹坑”和“平台”之间上升和下降的斜坡代表数字“1”。 （图1）

而楼主在本篇（第二篇）文章中则提到经过削减和分光后最终到达光电拾取二极管上的坑底回波只有相当于平台的30%左右，激光头从而完成0和1的识别。此处则容易理解为“坑底”和“平台”分别代表“0”和“1”。（图2）

两者对比，感觉有点矛盾。恕小弟愚钝，未能理解，望指正，谢谢！

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hbk135 发表于 2016-5-26 08:08
拜读了楼主四篇关于“CD光学和电器基本工作原理”的文章，虽未悉数全收，但获益颇丰。然而其中一点，小弟感 ...

没有任何矛盾，包括语言文字上面都没有矛盾。你画红线的部分正是上下呼应的关系，不是矛盾。

回顾下初中时代的简短的小小的语文课，作文练习，嘿嘿。
前面的文章说明，一个恒定的凹坑，一个恒定的平台，皆被CD格式制订的组织认定为代表“逻辑数字0”，这是个死的规定，谁都不能改变。只有在平台到凹坑的边缘斜坡才代表“逻辑数字1”.

后面的文章，则是说明激光体系具体是如何完成这种能力的，就是说，怎么才能识别出“逻辑数字0”和“逻辑数字1”，
具体的方案，就是因为激光的射出光束通过复杂物理过程返回，坑底回光只有百分30，平台回光至少百分99，反映到激光接收二极管后面的放大电路输出端子，就是电平上的变化，但是这个只能说是激光头识别出了哪个是坑底，哪个是平台，由于前面的文章已经详细说明了什么是“逻辑数字1和逻辑数字0”，因此在中国的语文文学基础里面，不难可以理解，接收二极管后面放大器的恒定低电平和恒定高电平，均是代表“逻辑0”，只有在高电平或低电平的跳变瞬间由后面的单片机内部的逻辑转换器里才转换成代表“逻辑1”,这一部分显然和前面的文章内容重复了，因此语文文学上可以将后面的这部分给省略掉。对于后面的文章来说只要告诉大家，激光头是怎么识别出坑底和平台电平，后面的在读者脑中逻辑规则遵照前面文章的叙述就可以了。，所以没有任何矛盾。如果不去省略掉兀长的重复段落，文章就会变地很别扭。

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hbk135 发表于 2016-5-26 08:08
拜读了楼主四篇关于“CD光学和电器基本工作原理”的文章，虽未悉数全收，但获益颇丰。然而其中一点，小弟感 ...

晕！，稍微长点的回贴又要等几天才冒出来，兄弟耐心等，这个是没矛盾的。
论坛最近怎么回事？？回的贴子有的都不能立即显示出来？？？

hbk135

全中文说明书 发表于 2016-5-26 11:15
没有任何矛盾，包括语言文字上面都没有矛盾。你画红线的部分正是上下呼应的关系，不是矛盾。

回顾下初 ...

楼主言下之意，就是小弟的文字理解能力低下了，您直说就行，我不介意的。呜呜呜。。。
不过楼主的这个解释我是真看明白了，谢谢。

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hbk135 发表于 2016-5-28 21:30
楼主言下之意，就是小弟的文字理解能力低下了，您直说就行，我不介意的。呜呜呜。。。
不过楼主的这个解 ...

回了一贴，又要等好几天才能看见，哈哈

hbk135

全中文说明书 发表于 2016-5-29 19:36
回了一贴，又要等好几天才能看见，哈哈

谁让您老喜欢长篇大论呢