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Wie die CD funktioniert - in 2020 aus dem Englischen übersetzt

von Dr. John A. Cope - Phys. Educ, 28 (1993) - Gedruckt in Großbritannien

John Cope ist eigentlich Arzt bei der englischen Gesundheitsbehörde, in England ist er ein sogenannter "klinischer Wissenschaftler" - bei der "Clwyd Health Authority" und Tutorial Fellow an der "Universität von Wales-Bangor". Er promovierte 1967 in St. Andrews und war 20 Jahre lang Studienleiter am Science Department des North East Wales Institute.
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Die Physik der CD

Die CD ist ein hervorragendes Beispiel für die Anwendung physikalischer Grundprinzipien, von der Ableitung des Signals durch Interferenz bis zur Abhängigkeit des Audiofrequenzgangs und der Spieldauer von der verwendeten optischen Wellenlänge.

Compact Discs sind seit etwa zehn Jahren im Handel erhältlich und haben in dieser Zeit den größten Teil des alten Schallplattenmarktes übernommen. Ihr Erfolg beruht zum Teil auf der besseren Klangqualität, die sie ermöglichen.

Es wurde von einigen behauptet (Dinsdale 1992), dass (analoge) LPs eine bessere Wiedergabe liefern, jedoch nur auf Geräten, die das Vielfache des CD-Players kosten. Mein Compact Disc-Player ermöglicht es mir aber, Musik ohne die Irritation von "Tape Hiss" (Rauschen) oder "Record Crackle" (Knacken / Kratzen) zu genießen, die die leiseren Passagen so leicht verderben könnte, und der breite Dynamikbereich und das Fehlen von Wow (Jaulen) bei der Wiedergabe sind weitere Vorteile.

Als Musikliebhaber höre ich gerne meine CDs und als Physiker schätze ich den bedeutenden Beitrag der Physik zur Konzeption und Gestaltung der Komponenten des Spielsystems.

Als die ersten Compact Disc-Player hergestellt wurden, waren sie damals auf dem neuesten Stand der Audiotechnologie und kombinierten die Fähigkeiten verschiedener wissenschaftlichen Disziplinen. Zu ihrer Entwicklung haben Lasertechnologie, geometrische und physikalische Optik, Informatik, Elektronik und Maschinenbau beigetragen. Es gab nicht nur eine Verbindung all dieser Fähigkeiten, sondern die damalige Produktion erforderte eine einzigartige Zusammenarbeit zwischen Sony und Philips.

Die Physik ist die grundlegende Disziplin hinter vielen der oben aufgeführten Fähigkeiten. In diesem Artikel wird die Anwendung der physikalischen Prinzipien auf die Abmessungen und die Funktionsweise der Komponenten des CD-Players beschrieben - Beispiele, die für den Physikunterricht nützlich sind.

Dieser Artikel folgt dem Lichtstrahl durch das System von der Laserlichtquelle über die Scheibe zu den Photodiodendetektoren.

Grundprinzipien

Die Musik wird auf der Disc als kleine Stufen (Pits) aufgezeichnet, die entlang einer Spur angeordnet sind, die von der Mitte der Disc heraus beginnt. Bei Vorhandensein einer Stufe interferiert das von oben reflektierte Licht mit dem Licht, das von der Umgebung der Stufe reflektiert wird. In Abwesenheit einer Stufe tritt eine solche Störung nicht auf. Somit ändert sich die Intensität des empfangenen Signals, wenn die Stufe unter dem Laserstrahl erkannt wird. Die Längen der Stufen und der Lücken zwischen ihnen übertragen einen binären Typcode, der verarbeitet wird, um den ursprünglichen Klang wiederherzustellen.
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Hier etwas auffälliger - der originale englische Text

Die Lichtquelle

Da das System mit der Interferenz von Licht arbeitet, das von der Daten-Spur (genannt Track) reflektiert wird, ist eine kohärente Quelle für monochromatisches Licht unerlässlich. Die Lichtquelle muss klein und relativ robust sein. Ein Halbleiterlaser ist die naheliegende Quelle; üblicherweise wird ein Aluminium-Gallium-Arsenid- Laser verwendet, der Licht mit einer Wellenlänge von 780nm (Nanometer) erzeugt.

Ein Problem bei Halbleiter-Lasern besteht darin, dass ihre Ausgabe gegenüber Temperaturänderungen empfindlich ist. Diese und andere Leistungsschwankungen werden durch einen (automatischen) Gegenkopplungsprozess (ein Regelkreis) ausgeglichen, bei dem eine Fotodiode die Lichtleistung des Lasers erfasst und den Strom zum Halbleiterlaser entsprechend einstellt.

Die jüngste Entwicklung eines Blaulicht-Lasers (Haase et al. 1991) hat Auswirkungen auf das zukünftige Design von Compact- und Optical-Disc-Systemen. Die kürzere Wellenlänge, die zum Lesen der Daten von der Disc verwendet würde, würde schmalere und dichter gepackte aufgezeichnete Spuren (Tracks) ermöglichen, was wiederum längere Spielzeiten ermöglicht.

Die Fokussierlinse

Damit die CD genügend Informationen für eine ausreichend lange Wiedergabezeit enthält, müssen die Daten auf einer sehr schmale Spur auf der CD komprimiert werden. Dies erfordert dann, dass der zum Lesen der Informationen verwendete Laser-Strahl auf einen ausreichend engen Punkt fokussiert wird, so dass er benachbarte Spuren nicht überlappt. Dies stellt hohe Anforderungen an das Objektiv-Fokussiersystem.

Im Gegensatz zur analogen LP befindet sich die Musik-Information einer CD 1,2mm unter der Oberfläche der CD. Eine Linse mit kurzer Brennweite wird verwendet, um das Laserlicht durch die Oberfläche der CD in Richtung der Informationsschicht zu bündeln (Abbildung 1). Dies hat den Vorteil, dass der Strahl relativ breit ist, wenn er die Oberfläche der CD passiert. Kratzer oder Markierungen auf der Oberfläche der CD sind daher unscharf und lassen, wenn sie nicht zu breit sind, genügend Licht in die aufgezeichnete Spur eindringen, damit die Modulation des reflektierten Lichts decodiert werden kann.
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Der Lichtkegel - der Spot

Für einen typischen CD-Spieler erzeugt diese Fokussier-Linse einen Lichtkegel, der mit einem Halbwinkel "U" an seinem Scheitelpunkt von ungefähr 27° auf die Informationsschicht konvergiert (zusammegeführt wird). Das Material der Scheibe (häufig ein Polycarbonat-Kunststoff) hat einen typischen Brechungsindex von 1,55. Die Brechung, wenn das Licht in die Oberfläche der CD eintritt, verringert den Winkel "U' " des Lichtkegels im Inneren des Kunststoffs auf 17°.

Die eigentliche Informationsschicht liegt (benormt) 1,2mm unter der Oberfläche der durchsichtigen Seite der CD, und daher beträgt der Durchmesser des Lichtstrahls (oder des Lichtkegels genau an dieser Stelle), der in die Oberfläche eintritt, 2 × 1,2mm × tan 17° = 0,73mm. Dies ist einige Größenordnungen höher als die Breite des zum Abtasten der Aufzeichnungsspur erforderlichen Punktes.

Ein Kratzer oder ein Haar auf der Oberfläche oder eine Linie, die mit einem 0,5mm-Schreibstift gezeichnet wurde, würde den Durchgang des Strahls zur Musikspur nicht vollständig blockieren und würde somit die Musikausgabe nicht beeinflussen.

Beugungseffekte

Selbst wenn die Linse keine Aberrationen (Anmerkung : optische Verzerrung) aufweist, verhindern Beugungseffekte im CD Material dennoch, dass der Strahl auf einen sehr kleinen Punkt fokussiert wird. Die Verteilung der Lichtintensität um das zentrale Maximum aufgrund der Beugung durch die kreisförmige Apertur der Linse erzeugt ein "Airy-Ring"- Beugungsmuster (Longhurst 1957).

Dieses Muster enthält eine helle zentrale Scheibe, die ungefähr 84% der Gesamtenergie trägt und von Ringen mit rasch abnehmender Intensität umgeben ist (Abbildung 2). Der Radius R der zentralen Airy-Scheibe, der durch Licht der Wellenlänge "Lambda" in einem Medium mit dem Brechungsindex "n" erzeugt wird, ist durch die Gleichung gegeben

R = 0,61 Lambda / sin U = 0,61 Lambda / n × sin U '

wobei wie oben U der Halbwinkel des konvergierenden Lichtkegels in Luft ist, typischerweise 27°, und U' der Halbwinkel innerhalb des Scheibenmaterials mit einem Brechungsindex von 1,55 (= 17°) ist.

Wenn Lambda die Wellenlänge des Lichts im Vakuum ist, ist Lambda dividiert durch den Brechungsindex "n" die Wellenlänge im Medium der Beschichtung der Scheibe. Die Wellenlänge von 780nm in Luft wird im Kunststoffmaterial der Scheibe zu 503nm.

Der Radius der Airy-Scheibe im Kunststoff für den 17°-Halbwinkel des konvergierenden Lichtkegels beträgt 1,05um. Es ist diese Abmessung, die den Mindestabstand der aufgezeichneten Spuren vorgibt. Benachbarte Spuren haben einen Abstand von 1,6um, wodurch eine Spur im Airy-Ringmuster des Strahls, der die benachbarte Spur abtastet, über das Minimum hinausgeht.

Der Spurabstand wird größer als das theoretische Minimum gemacht, um die Verbreiterung des Flecks (des Spots) aufgrund von Linsenfehlern und ein gewisses Wandern des Flecks zu ermöglichen, wenn er der Länge der Spur folgt (Spurfehler).

Der Durchmesser des Lichtflecks (des Spots), der auf die aufgezeichnete Spur auftrifft, wird auch durch den Abstand der Spur von der Linse beeinflusst. Im Idealfall entspricht dies der Brennweite des Objektivs. Aber wenn die Disc nicht perfekt flach ist oder nicht perfekt im Player sitzt, kann der Abstand variieren.

Die Schärfentiefe ist der Bereich von Entfernungen, über den der Lichtfleck annehmbar schmal ist. Schwankungen der Brennfleckgröße beeinflussen den Anteil des von den Stufen reflektierten Lichts im Verhältnis zu dem vom Hintergrund reflektierten Licht.

Im Extremfall könnte der Spot auf der Spielfläche so groß werden, dass er zwei benachbarte Spuren überlappt. Die Oberfläche der Objektivscheibe wird durch einen Servomechanismus auf ±2um konstant gehalten.

Die Stufen (Pits) auf der Aufnahmespur, die zum Übertragen des Musikcodes verwendet werden, sind 0,5um breit. Die Länge und der Abstand entlang der Spur der Stufen werden verwendet, um das Signal mit einer minimalen Schrittlänge von 0,833nm zu codieren.

Wenn der Lichtfleck mit einem Radius von 1,05um auf einer langen Stufe mit einer Breite von 0,5um zentriert ist, würde die Stufe ungefähr 50% des einfallenden Lichts reflektieren. Die Reflexionen vom Bereich um die Stufe haben daher ungefähr die gleiche Intensität wie die Reflexionen von der Stufe selbst, und die destruktive Interferenz zwischen diesen beiden Reflexionen hat den größten Effekt auf die Modulation des resultierenden reflektierten Strahls.

In der Praxis wird dies selten aufgrund von Linsenfehlern vorkommen, wenn der Strahl nicht perfekt auf der Spur zentriert wäre. Trotzdem reicht die Modulation noch aus, um den Binärcode an den Detektor zu übertragen.

Eine elektronenmikroskopische Aufnahme der Oberfläche einer CD ist im vorhergehenden Artikel von M. Cornwall enthalten.
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Die Informationsschicht

Eine destruktive Interferenz tritt auf, wenn die Wegdifferenz zwischen einem von einer Stufe reflektierten Strahl und einem von der umgebenden Hintergrundoberfläche reflektierten Strahl eine halbe Wellenlänge beträgt.

Die Wellenlänge des Lichts in dem Medium beträgt 503nm und daher ist eine Wegdifferenz von ungefähr 250nm erforderlich. Diese Wegdifferenz wird bei der Hin- und Rückfahrt der beiden Strahlen um einen Höhenschritt von 125nm (d. H. eine viertel Wellenlänge) erreicht.

Bei der Herstellung der Scheibe wird ein Glasbild bis zu einer Tiefe (Schicht-Dicke) zwischen 110nm und 135nm mit Photoresist beschichtet. Diese Abweichungen von der idealen Viertelwellenlänge wirken sich auf die Stufentiefe und damit auf die Vollständigkeit des destruktiven Interferenzprozesses und damit auf die Modulation des reflektierten Signals aus.

Die Modulationen werden jedoch nur verwendet, um einen digitalen Code an den Empfänger zu übertragen, und es ist nur das zeitliche Muster der Spitzen im Signal - nicht ihre Amplitude - wichtig.

Daher sind kleine Abweichungen in der Stufenhöhe akzeptabel. Ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 350nm wird verwendet, um die Photoresistschicht zu belichten, die bei der Entwicklung Vertiefungen mit der erforderlichen Tiefe ergibt. Es gibt viele Produktions-schritte, bevor die Disc des Verbrauchers gepreßt wird, aber das Gesamtergebnis ist die Herstellung eines "Gegenstücks" zur Master-Disc mit Stufen (Pits), die den Mulden im Original-Master entsprechen.

In die Kunststoffscheibe ist damit ein Stufenmuster eingepreßt. Anschließend wird die gesamte Oberfläche mit einer dünnen Aluminiumschicht überzogen, damit sie stark reflektiert. Zum Schutz wird noch eine dünne Lackschicht aufgetragen, auf die das Etikett (Label) gedruckt wird. Die CD wird von der dem Etikett gegenüberliegenden (durchsichtigen) Seite gelesen.

Die "Spur(en)" (track(s)) auf der CD

Die Informationsspur (es ist nur eine Spur) verläuft spiralförmig aus der Mitte der CD heraus, und abgesehen von den "Einlauf- und Auslaufspuren" erstreckt sich die Plattenwiedergabefläche von
einem Innenradius von 25mm bis zu
einem Außenradius von 58mm,
was einen eigentlichen Programmbereich (besser :
Datenbereich) von 33mm Breite ergibt.

Die (virtuelle) Anzahl der "nebeneinanderliegenden Spuren" "N" ist gegeben durch

N = Breite des Programmbereiches / Abstand zwischen den Tracks und das ist
33mm x 10 hoch -3 / 1,6 x 10 hoch -6 = 20,625
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  • Anmerkung : Diese obige Kalkulation ist nicht besonders einleuchtend, weil wir ja nur eine einzige Spur auf der CD haben, darum spreche ich hier von "virtuellen" Spuren.

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Die Gesamtlänge

Die Gesamtlänge des Titels (also des Audio-Teils dieser einen Spur) auf einer typischen CD, "L", ist gegeben durch

L = Anzahl der Spuren x durchschnittlicher Umfang
= 20,625 × 2 pi × (25 + 58) × 10 hoch –3 / 2 = 5,38 km

Die Spielzeit

Die CD dreht sich so, dass sich der Auslesepunkt mit einer (Anmerkung: konstanten) Geschwindigkeit von 1,2m/s über die Spur bewegt. Dies ergibt eine maximale Spielzeit von

5,38 km / 1,2 m / s = 4483 Sekunden = 75 Minuten

Eine längere Spielzeit könnte durch die Verwendung einer langsameren Verfolgungsgeschwindigkeit erreicht werden, dies würde jedoch den Frequenzgang des Systems einschränken. Die Länge der Schritte wird durch das verwendete Codierungssystem bestimmt.

Die Details sind zu lang, um hier darauf einzugehen, aber die 8-Bit-Information, die durch Digitalisieren des Audiosignals erhalten wird, wird nicht direkt als Folge von Einsen (Schritten) und Nullen (keine Schritte) auf der CD codiert, da dies zu einer sehr großen Zahl eng beieinander liegender Schritte mit der Gefahr der Verwechslung ähnlicher Codemuster führen kann.
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Der Binär-Code auf der CD

Der 8-Bit-Code wird unter Verwendung einer Nachschlagetabelle, die nur Muster mit mindestens 3 aufeinanderfolgenden Nullen und höchstens 11 Nullen zulässt, in ein 14-Bit-Wort (EFM = 8 bis 14 Modulationen) umgewandelt (Watkinson 1985).

Diese Folgen von Nullen werden dann in Schritte auf der Spur umgewandelt. Der kürzeste Schritt, der 3 Nullen entspricht, hat also eine Periode von 3 x (Periode der Hauptuhr). Die Haupttaktfrequenz beträgt 4,3218 MHz, was eine Periode von 231,4 ns ergibt, und ein '3-Null'-Schritt bei einer Abtastgeschwindigkeit von 1,2m/ s würde eine Schrittlänge von 0,833 um ergeben
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Die Aufteilung der Bits und die Subcodes

Zum Zwecke der Synchronisation und Fehlerkorrektur müssen auch andere Informationen in die Spur codiert werden. Die Audiodatenwörter und die Synchronisations- / Fehlerkorrekturwörter werden in Rahmen (oder Blocks) kombiniert, die aus 588 Bits bestehen.

Von diesen 588 Bits tragen nur 192 Bits die direkten Audioinformationen. So werden die Audiobits mit einer Frequenz von gelesen

192/588 x 4,3218 MHz = 1,4112 MHz

Diese Bits werden zu 16-Bit-Bytes zusammengefasst, dh die Abtastfrequenz beträgt

1,412 / 16 MHz = 88,2 kHz.

Dies ergibt eine Abtastfrequenz von 44,1 kHz pro Stereokanal. Das Nyquist-Theorem (Pohlmann 1989, siehe auch Baert et al. 1988) besagt, dass die Abtastfrequenz mindestens das Doppelte der maximal aufzuzeichnenden Schallfrequenz betragen muss.

Eine niedrigere Abtastfrequenz würde zu Aliasing führen, d. H. Die Erzeugung falscher Niederfrequenzkomponenten in der Ausgabe. Nach dieser Theorie sollte ein System mit einer Abtastfrequenz von 44,1 kHz in der Lage sein, Frequenzen bis zu 22 kHz getreu wiederzugeben. Dies ist für die Schallaufzeichnung mehr als ausreichend, da die obere Grenzfrequenz für das menschliche Gehör bei etwa 20 kHz liegt.

Die EFM (Acht-zu-Vierzehn-Modulation)

Wir müssen noch zeigen, dass das optische Auslesesystem in der Lage ist, mit diesen Datenerfassungsraten umzugehen. Aufgrund des "Acht-zu-Vierzehn-Modulation"s- Codierungsalgorithmus beträgt der kürzeste Schrittlückenzyklus 3+3 lange Taktperioden = 6 × 231,4ns = 1,4us, was einer Frequenz von entspricht 720 kHz.

Die Airy-Disc hat einen Radius von 1,05um und bewegt sich mit 1,2m/s relativ zur Spur. Zwei Peaks wären nur dann unterscheidbar, wenn das Maximum des einen mit dem ersten Minimum des anderen übereinstimmen würde. Dies führt zu einer Grenzfrequenz von 1,2m/s (1,05 x 10 hoch -6m) = 1,14 MHz.

Bei Frequenzen oberhalb dieser Schwelle würden aufeinanderfolgende Schritte auf der Oberfläche nicht unterschieden, d. H. die Modulation des Ausgangs wäre Null.

Unterhalb der Grenzfrequenz steigt der Ausgang ungefähr linear an. Die maximal auftretende Frequenz beträgt 720kHz, womit das System angemessen zurechtkommt.

Die Lasereinheit

Der von der Informationsschicht reflektierte Strahl muss in Richtung des Erfassungssystems abgelenkt werden, ohne den einfallenden Strahl zu behindern. Dieser reflektierte Strahl muss nicht nur die Audio-Information tragen, sondern wird verwendet, um die Verfolgung und den Fokus des Strahls auf der Datenspur zu erfassen und dann zu steuern. Das Design des Laserabtasters variiert von Hersteller zu Hersteller. Eine als Drei-Punkt-System bezeichnete gängige Abtaster-Konstruktion, die die meisten physikalischen Prinzipien beinhaltet, wird hier beschrieben (Abbildung 3).

Das Licht des Halbleiterlasers passiert zunächst ein Beugungsgitter. Der Strahl nullter Ordnung, der aus dem Gitter austritt, wird zum Lesen der Informationen von der aufgezeichneten Spur verwendet. Die Strahlen erster Ordnung auf beiden Seiten des Hauptstrahls werden verwendet, um jegliches Wandern von der Spurmitte zu erfassen.

Anmerkung : Damit kann der Laie jetzt überhaupt nichts anfangen, sehr unglücklich beschrieben oder formuliert.

Die drei Strahlen passieren dann ein Polarisationsprisma, wodurch die Strahlenebene polarisiert wird. Dieser plan (eindeutig) polarisierte Laserstrahl passiert dann eine Viertelwellenplatte (ui, das ist ein Lambda Viertel Spiegel oder Glasscheibe), d. H. eine, die eine 90°Phasendifferenz zwischen den beiden Komponenten des elektrischen Feldvektors einführt.

(Das muß man erst mal vestehen ???)

Der Strahl ist jetzt zirkular polarisiert und bleibt dies, bis er nach der Reflexion von der CD zurückkehrt. Beim zweiten Durchgang durch diese Viertelwellenplatte wird eine weitere Phasendifferenz von 90° zwischen den Komponenten erzeugt, wodurch der Strahl in einer Ebene 90° gegenüber dem aus dem Polarisationsprisma austretenden Strahl polarisiert wird (Abbildung 4).

Die Polarisationsebene ist nun so (verdreht), dass das Polarisationsprisma den zurückkehrenden Strahl direkt zu den Empfänger-Fotodioden reflektiert, anstatt den Strahl zurück zum Laser zu leiten. Eine Zylinderlinse führt einen absichtlichen Astigmatismus in das System ein, bevor der zentrale Punkt auf eine Vierquadranten-Fotodiode fällt (Abbildung 5).

Wenn die CD in Bezug auf die Objektivlinse korrekt scharf gestellt ist, ist der zentrale Punkt auf dem Photodioden-4-fach Array kreisförmig und alle Quadranten empfangen die gleichen Signale.

Wenn sich der Abstand zwischen CD und Linse aufgrund von Verwerfungen oder anderen mechanischen Problemen ändert, verursacht der Astigmatismus im System, dass ein elliptischer Punkt auf den Quadranten auftrifft. Das Signal von einem Diagonalpaar ist stärker als vom anderen Paar. Das Differenzsignal wird an einen Servomechanismus gesendet, um den Fokus entsprechend einzustellen.

Der Mechanismus zur Objektiveinstellung ähnelt dem Aufbau eines Lautsprechers, mit dem die Objektivposition schnell eingestellt werden kann (Abbildung 6).

Die Spurnachführung

Die beiden Seitenpunkte des Beugungsmusters werden auf zwei separate Detektoren fokussiert, die die Photodiode des mittleren Quadranten flankieren. Wenn der Punkt B (Abbildung 7), der die Musikspur liest, genau auf dieser Spur zentriert ist, fallen die beiden seitlichen Punkte A und C auf den flachen Bereich der Disc zu beiden Seiten der Spur.

In dieser Situation zeigt der zentrale Punkt eine größere Modulation als das Licht zu den beiden Seitenpunkten. Wenn sich der Linsenmechanismus jedoch zu einer Seite der Spur hin verschiebt, ändert sich die Modulation der drei Strahlen wie in der Abbildung gezeigt.

Eine Zunahme der Modulation des Lichts in jedem Seitenfleck zeigt eine Abweichung von der tatsächlichen Spur an, und das Signal von den drei Detektoren kann dann einem Servomechanismus zugeführt werden, um diese Abweichung zu korrigieren.

Daher werden die Signale der sechs Fotodioden auf unterschiedliche Weise kombiniert, um Audio-, Fokuskorrektur- und Spurkorrektursignale bereitzustellen (Abbildung 8).

Fazit

Wenn Sie sich bei der Musik von Ihrem Compact Disc-System entspannen, denken Sie über die physikalischen Prinzipien nach, die beim Betrieb seiner Komponenten eine Rolle spielen: die Prinzipien der Interferenz, die verwendet werden, um die Modulation im empfangenen Strahl zu erreichen; sowohl die geometrische Optik des Linsensystems als auch die mit der Beugung durch die Linsenöffnung verbundene physikalische Optik, die die Breite des Strahls auf der aufgezeichneten Spur und damit die mögliche Gesamtspielzeit bestimmen; Die Verwendung einer Viertelwellenplatte und die Drehung in der Polarisationsebene trennten den einfallenden Strahl von dem modulierten Strahl, der von der aufgezeichneten Spur reflektiert wurde.

CDs waren ein phänomenaler Erfolg. Der Verkauf von CDs hat seit einiger Zeit den von LPs übertroffen. Die CD bietet die Gelegenheit, eine Vielzahl von physikalischen Prinzipien zu diskutieren, die sich mit einem Gerät befassen, das moderne Technologien beinhaltet, die junge Menschen jeden Geschmacks schätzen können.

Verweise
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  • Baert L, Theunissen L und Vergult G (Hrsg.) 1988
  • Digitale Audio- und CD-Technologie (London: Heinemann Newnes)
  • Dinsdale J 1992 Wie war mein Fi? Phys. Welt 5. August
  • Haase MA, Qiu J, DePuydt JM und Cheng H 1991 - Blaugrüne Laserdiode Appl. Phys. Lette. 59 1272-4
  • Longhurst R S 1957 Geometrische und physikalische Optik (London: Longmans) Pohlmann K C 1989 Die Compact Disc, Ein Handbuch für Theorie und Anwendung (Oxford: Oxford University Press)
  • Watkinson J R 1985 Kanalcode und Disc-Format Electronics und Wireless World'May

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Abbildung 1. Der stark konvergierende Strahl ist breit, wenn er in die Oberfläche der Scheibe eintritt.

Figure 2. Lichtverteilung durch Beugung durch eine kreisförmige Apertur.

Abbildung 3. Schematische Darstellung der Hauptkomponenten des Systems, mit denen die Daten von der Disc gelesen werden.

Figure 4. Die Polarisationsänderungen im Dreipunktaufnahmesystem (a) E und Ey in Phase, plan polarisiertes Licht, (b) £ * und Ey um 90 ° phasenverschoben, zirkular polarisiertes Licht, (c) E „Und Ey um 180 ° phasenverschoben, Ebene fest polarisiert, Ebene um 90 ° gegenüber (a) verschoben.

Abbildung 5. Eine Zylinderlinse bringt Astigmatismus in die Optik. Die Form des Strahlquerschnitts ändert sich bei Bewegung durch den Hauptfokus.

Abbildung 6. Die Objektivlinse ist ähnlich wie der Kern eines Lautsprechers montiert und ermöglicht so schnelle Positionskorrekturen.

Abbildung 7. Oben und unten: Der zentrale Punkt B ist zu einer Seite der Musikspur gewandert, und die Modulation ist in einem der Seitenstrahlen A oder C am größten. Mitte: Der zentrale Punkt B befindet sich korrekt über der Spur und der Modulation vom zentralen Punkt ist ein Maximum.

Abbildung 8. Das Kombinieren der Signale der sechs Fotodioden auf unterschiedliche Weise liefert den Ausgang für die Audio-, Fokussierungs- und Tracking-Schaltungen.
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