Universiteit Leiden, Ople - Molecular Physics, Leiden

9
Universiteit Leiden, Opleiding Natuur- en Sterrenkunde 1 Optisch data opslag http://molphys.leidenuniv.nl/~eliel/teaching/fmt/fmt.html E.R.Eliel G.W. ‘t Hooft •Inleiding •geschiedenis •optica van de cd speler •elektronica van de cd speler Universiteit Leiden, Opleiding Natuur- en Sterrenkunde 2 Literatuur Philips Optical Storage http://www.km.philips.com/laseroptics/ General Info CD-ROM http://www.os.philips.com/cd/cd-rom/geninfo/index.html#opti History of CD-ROM http://www.research.philips.com/pressmedia/background/optrec/index.html How Compact Disk Work http://www.howstuffworks.com/cd.htm Universiteit Leiden, Opleiding Natuur- en Sterrenkunde 3 Geschiedenis Universiteit Leiden, Opleiding Natuur- en Sterrenkunde 4 Plaat en speler

Transcript of Universiteit Leiden, Ople - Molecular Physics, Leiden

Page 1: Universiteit Leiden, Ople - Molecular Physics, Leiden

Uni

vers

iteit

Leid

en, O

plei

ding

Nat

uur-

en S

terre

nkun

de1

Opt

isch

dat

a op

slag

http

://m

olph

ys.le

iden

univ

.nl/~

elie

l/tea

chin

g/fm

t/fm

t.htm

l

E.R.

Elie

lG

.W. ‘

t Hoo

ft

•Inl

eidi

ng•g

esch

iede

nis

•opt

ica

van

de c

d sp

eler

•ele

ktro

nica

van

de

cd sp

eler

Uni

vers

iteit

Leid

en, O

plei

ding

Nat

uur-

en S

terre

nkun

de2

Lite

ratu

ur

Phili

ps O

ptic

al S

tora

ge

http

://w

ww

.km

.phi

lips.c

om/la

sero

ptic

s/

Gen

eral

Info

CD

-RO

M

http

://w

ww

.os.p

hilip

s.com

/cd/

cd-r

om/g

enin

fo/in

dex.

htm

l#op

ti

His

tory

of C

D-R

OM

http

://w

ww

.rese

arch

.phi

lips.c

om/p

ress

med

ia/b

ackg

roun

d/op

trec/

inde

x.ht

ml

How

Com

pact

Dis

k W

ork

http

://w

ww

.how

stuf

fwor

ks.c

om/c

d.ht

m

Phili

ps O

ptic

al S

tora

ge

http

://w

ww

.km

.phi

lips.c

om/la

sero

ptic

s/

Gen

eral

Info

CD

-RO

M

http

://w

ww

.os.p

hilip

s.com

/cd/

cd-r

om/g

enin

fo/in

dex.

htm

l#op

ti

His

tory

of C

D-R

OM

http

://w

ww

.rese

arch

.phi

lips.c

om/p

ress

med

ia/b

ackg

roun

d/op

trec/

inde

x.ht

ml

How

Com

pact

Dis

k W

ork

http

://w

ww

.how

stuf

fwor

ks.c

om/c

d.ht

m

Uni

vers

iteit

Leid

en, O

plei

ding

Nat

uur-

en S

terre

nkun

de3

Ges

chie

deni

sU

nive

rsite

it Le

iden

, Opl

eidi

ng N

atuu

r-en

Ste

rrenk

unde

4

Plaa

t en

spel

er

Page 2: Universiteit Leiden, Ople - Molecular Physics, Leiden

Uni

vers

iteit

Leid

en, O

plei

ding

Nat

uur-

en S

terre

nkun

de5

Tren

ds in

vid

eo o

psla

g

Uni

vers

iteit

Leid

en, O

plei

ding

Nat

uur-

en S

terre

nkun

de6

jaar

1980

1985

1990

1995

2000

2005

2010

Dichtheid (bits/µm2)

0.1110100

CD

-RO

M 6

50 M

BC

D-R

MD

Har

d di

sc

CD

-RW

JAZ

MO

ZIP

DV

D-R

OM

4.7

GB

DV

D 2

0GBDV

D 4

0GB

DV

D-R

AM

2.6

GB

DV

D R

AM

Ops

lag

dich

thei

d va

n di

vers

e m

edia

Uni

vers

iteit

Leid

en, O

plei

ding

Nat

uur-

en S

terre

nkun

de7

Com

pact

dis

k

4-vo

udig

ede

tect

or

Ast

igm

atis

che

lens

spie

gel

lens

kwar

t-lam

bda

plaa

t

Pola

rizer

ende

deel

spie

gel

lens

Dio

dela

ser

besc

herm

ende

acry

lela

ag

Pris

ma’

s

Lich

tweg

van

de

com

pact

dis

k

Uni

vers

iteit

Leid

en, O

plei

ding

Nat

uur-

en S

terre

nkun

de8

3-D

Lic

htw

eg

Page 3: Universiteit Leiden, Ople - Molecular Physics, Leiden

Uni

vers

iteit

Leid

en, O

plei

ding

Nat

uur-

en S

terre

nkun

de9

Lase

r en

pris

ma

paar

00-3

0030

0

//

Hoe

k Intensiteit

Spot

op

de p

laat

in //

rich

ting

te g

root

of l

icht

verli

es d

oor a

fkap

pen

in

richt

ing

Hal

fgel

eide

r las

er :

0.8

x 3

µm2

Uni

vers

iteit

Leid

en, O

plei

ding

Nat

uur-

en S

terre

nkun

de10

pris

ma

paar

Θb

=ta

n-1(n

)

α

α =

cot-1

(n)

d 0

d 1d 1

= n.

d 0

p-po

laris

atie

Twee

pris

ma’

s: in

één

ric

htin

g ve

rgro

ting

van

de b

unde

ldia

met

er m

et n

2

Uni

vers

iteit

Leid

en, O

plei

ding

Nat

uur-

en S

terre

nkun

de11

Opt

isch

e re

solu

tie(p

edro

tti &

ped

rotti

, §16

-4)

min

min

min

1.22

1.22

1.22

D

xf

fD

NA

λθ

λλ

θ

∆=

==

=

Θ→

∆θm

in

Uni

vers

iteit

Leid

en, O

plei

ding

Nat

uur-

en S

terre

nkun

de12

Opt

isch

e pl

aat

Page 4: Universiteit Leiden, Ople - Molecular Physics, Leiden

Uni

vers

iteit

Leid

en, O

plei

ding

Nat

uur-

en S

terre

nkun

de13

Invl

oed

van

stof

subs

traat

1.2m

msu

bstra

at

Met

en d

oor s

ubst

raat

Met

en d

oor l

ucht

lens

geco

rrig

eerd

ele

ns

Uni

vers

iteit

Leid

en, O

plei

ding

Nat

uur-

en S

terre

nkun

de14

Focu

s met

ast

igm

atis

me

AB

C

1

2

3

4

Focu

s fou

t sig

naal

: 1+3

-2-4

te d

icht

bij

te v

eraf

Uni

vers

iteit

Leid

en, O

plei

ding

Nat

uur-

en S

terre

nkun

de15

Focu

s fou

t sig

naal

12

43

+ -

12

43

+ -

12

43

+ -

Plaa

t te

ver w

eg

Plaa

t in

focu

sPl

aat t

e di

chtb

ij

V0=

1+3-

(2+4

)

Uni

vers

iteit

Leid

en, O

plei

ding

Nat

uur-

en S

terre

nkun

de16

1 2 3 4

in fo

cus

te d

icht

bij

te v

eraf

Fout

sign

aal:

1+4-

2-3

Fouc

ault

met

hode

Page 5: Universiteit Leiden, Ople - Molecular Physics, Leiden

Uni

vers

iteit

Leid

en, O

plei

ding

Nat

uur-

en S

terre

nkun

de17

Spoo

r vol

gen

met

3 sp

ots

sign

aal=

A-C

-+

A B C

2 ex

tra d

etec

tore

n1

extra

tral

ie

Uni

vers

iteit

Leid

en, O

plei

ding

Nat

uur-

en S

terre

nkun

de18

radi

eel f

out s

igna

al

1.6

0-1

.6

radi

ële

afst

and

[µm

]

0.4µ

m

1.0µm

20µm

Mod

ulat

ie d

iept

eA

C

A

C

A-C

Det

ecto

r sig

naal

radi

ële

afst

and

[µm

]

radi

ële

afst

and

[µm

]

radi

ële

afst

and

[µm

]

Uni

vers

iteit

Leid

en, O

plei

ding

Nat

uur-

en S

terre

nkun

de19

CD

als

tral

ie

0de

-1st

e1st

e 2de

-2de

Even

wijd

ige

bund

el

(sin

sin

)i

oa

θλ

−=

1ste

-1st

e

0de

Uni

vers

iteit

Leid

en, O

plei

ding

Nat

uur-

en S

terre

nkun

de20

Spoo

r vol

gen

A

B

Vol

g si

gnaa

l = A

-BSt

apho

ogte

:λ/8

Fase

ver

schi

l : π

/2

Inte

rfer

entie

tuss

en 0

deor

de e

n1st

eof

–1st

eor

de

Page 6: Universiteit Leiden, Ople - Molecular Physics, Leiden

Uni

vers

iteit

Leid

en, O

plei

ding

Nat

uur-

en S

terre

nkun

de21

Sche

ma

actu

ator

en

plaa

t

motor

sled

e po

sitie

focu

s

radi

ële

posi

tie

lens

mot

or

mot

orla

de o

pen/

dich

tve

ren

elek

trom

agne

ten

Uni

vers

iteit

Leid

en, O

plei

ding

Nat

uur-

en S

terre

nkun

de22

loop

wer

k

Uni

vers

iteit

Leid

en, O

plei

ding

Nat

uur-

en S

terre

nkun

de23

Dee

lspi

egel

I=1

I=0.

5

I=0.

5

I=0.

25

I=0.

25

¼ v

an h

etlic

ht m

aar n

aar d

e de

tect

or¼

van

het

lich

t ter

ug d

e la

ser i

n (e

xtra

ruis

)U

nive

rsite

it Le

iden

, Opl

eidi

ng N

atuu

r-en

Ste

rrenk

unde

24

Pola

riser

ende

dee

lspi

egel

+ λ

/4 p

laat

λ/4 45

0

X+Y

X-a

s

X-Y

X+i

Y

λ/4

: 900

~ eiπ

/2=i

PBS

•Al h

et li

cht n

aar d

e de

tect

or•E

xtra

λ/4

pla

atje

+ c

oatin

g in

dee

lspi

egel

Page 7: Universiteit Leiden, Ople - Molecular Physics, Leiden

Uni

vers

iteit

Leid

en, O

plei

ding

Nat

uur-

en S

terre

nkun

de25

hoog

freq

uent

sign

aal

lang

s het

spoo

r

totale detector signaal

oogp

atro

on

dete

ctie

niv

eau

0 : <

30%

1 : >

70%

Uni

vers

iteit

Leid

en, O

plei

ding

Nat

uur-

en S

terre

nkun

de26

klok

sign

aal

fase

dete

ctor

lus

filte

r

span

ning

naa

rfr

eque

ntie

om

zette

n

inga

ng

sign

aal

klok

sign

aal

De

tijds

duur

van

een

hoo

g of

la

ag si

gnaa

l moe

t ver

gele

ken

wor

den

met

een

sign

aal m

et

een‘

vast

e’ p

erio

de.

Dez

e kl

ok w

ordt

uit

het r

uwe

sign

aal t

erug

gew

onne

n.

3Tcl

k3T

clk

5Tcl

k7T

clk

HF

sign

aal

klok

Uni

vers

iteit

Leid

en, O

plei

ding

Nat

uur-

en S

terre

nkun

de27

xxxko

derin

g

Als

er h

eel v

eel 1

-en

of 0

-en

acht

er e

lkaa

r kom

en d

an k

an d

e kl

ok n

iet

teru

ggew

onne

n w

orde

n. D

aaro

m h

oogu

it 11

1-e

n of

0-e

n ac

hter

elk

aar.

Als

de

1-en

en

0-en

elk

aar t

e vl

ug a

fwis

sele

n ka

n je

mak

kelij

k in

terf

eren

tie

tuss

en d

e ve

rsch

illen

de sy

mbo

len

krijg

en. D

aaro

m m

inst

ens 3

1-e

n of

0-e

n ac

hter

elk

aar.

EFM

(Eig

ht-to

-Fou

rteen

Mod

ulat

ion)

: Van

alle

dig

itale

get

alle

n va

n 14

bits

zijn

er 2

67 d

ie v

oldo

en a

an d

e (2

,10)

rege

l, d.

w.z

min

imaa

l 3 e

nm

axim

aal 1

1.

Hie

rvan

wor

den

er 2

56 =

28

gebr

uikt

.

0111

1010

1001

0000

0000

10 3

extra

bits

om

woo

rden

aan

elk

aar t

e pl

akke

n3

extra

bits

om

woo

rden

aan

elk

aar t

e pl

akke

n

Uni

vers

iteit

Leid

en, O

plei

ding

Nat

uur-

en S

terre

nkun

de28

DA

C (1

bit)

2R

2R2R

Vui

t- +

VR

10

- +

i 1i in

11

2R

insV

ii

R=

=

s 1=0

,11

2ui

tin

RV

iR

sV=

⋅=

Een

OpA

mp

prob

eert

de

inga

ngen

op

deze

lfde

span

ning

te h

oude

n

DA

C=D

igita

l Ana

log

Con

verte

r

Page 8: Universiteit Leiden, Ople - Molecular Physics, Leiden

Uni

vers

iteit

Leid

en, O

plei

ding

Nat

uur-

en S

terre

nkun

de29

2R

2R2R

- +

10

- +

i 1

i in

s i=0,

1

DA

C (2

bit)

R

2R

10i 2

Va

Vb=

0

VR

22

2

22

22

aa

bR

a

aR

VV

VsV

Vi

RR

RV

sVR

R

−−

=+

=⇒

⇒=

11

2a

Rin

VsV

ii

RR

=−

=

21

22

2R

Rin

sVsV

iR

R=

+⋅

21

()

2ui

tR

sV

sV

=+

Uni

vers

iteit

Leid

en, O

plei

ding

Nat

uur-

en S

terre

nkun

de30

DA

C (n

-bit)

2R

2R2R

- +

10

- +

i 1

i inR

2R

10

i 2

2R

R

10

i n2

11

10

()

22

2n

uit

Rns

ss

VV

−=

++

+

•Sle

chts

1 O

pAm

p en

2 so

orte

n w

eers

tand

en•A

lle w

eers

tand

en m

oete

n he

tzel

fde

zijn

met

ee

n na

uwke

urig

heid

van

1:2

n

VR

Uni

vers

iteit

Leid

en, O

plei

ding

Nat

uur-

en S

terre

nkun

de31

Bem

onst

eren

Tijd

↑ s i g n a a lB

emon

ster

tijd:

22.8

tsµ

∆=

Bem

onst

erfr

eque

ntie

: F=

44.1

kH

zH

oogs

te a

udio

freq

uent

ie: 2

2 kH

z

Uni

vers

iteit

Leid

en, O

plei

ding

Nat

uur-

en S

terre

nkun

de32

Kw

antis

erin

g

Sta

pgr

ootte

: q

X

XQ

afro

nden

22

Qq

XX

q−

≤−

Sta

pgr

ootte

: q

X

XQ

afbr

eken

0Q

qX

X−

≤−

Sta

pgr

ootte

: q

X

XQ

Mod

ulus

afb

reke

n0

als

00

als

0Q Q

qX

XX

XX

qX

−≤

−≤

>≤

−≤

<

N b

its2N

nive

aux

2-Nna

uwke

urig

heid

Nie

t lin

eairi

teit:

() Q

QQ

xy

xy

+≠

+

Page 9: Universiteit Leiden, Ople - Molecular Physics, Leiden

Uni

vers

iteit

Leid

en, O

plei

ding

Nat

uur-

en S

terre

nkun

de33

over

loop

X

X P

Xm

Xm

-Xm

-Xm

verz

adig

ing

X

X P

Xm

Xm

-Xm

-Xm

nuls

telli

ng

X

Xm

Xm

-Xm

-Xm

Zaag

tand

vorm

ige

over

loop

2Xm

3Xm

-2X

m-3

Xm

X P

Uni

vers

iteit

Leid

en, O

plei

ding

Nat

uur-

en S

terre

nkun

de34

AD

C

Q

1/-1

filte

rkw

antis

atie

DA

C

inco

mpa

rato

r0/

1

max1

2tf

∆=

In p

laat

s va

n 1

sign

aalm

et N

bits

gee

ft de

uitg

ang

M s

igna

len

van

1 bi

t

De

kwan

tisat

or h

oeft

maa

r 1 n

ivea

u he

el n

auw

keur

ig te

wet

en

Het

filte

r, de

com

para

tor e

n de

DA

C b

epal

en h

oeve

el 1

-en

en 0

-en

Uni

vers

iteit

Leid

en, O

plei

ding

Nat

uur-

en S

terre

nkun

de35

van

Dig

itaal

naa

r Ana

loog

(DA

C)

- +

R

R2 C

Vin

Vui

t

rese

t

digi

taal

get

al (N

)

tijd

inui

tin

NV

tN

VV

dtRC

RC=

=∫

1 10 100

1

in

uit

VV

CF

Rk

VN

Vt

sµµ

µ= = =Ω

==