物理新知–CD-ROM 的工作原理
文﹕夏雲傑    

CD-ROM
圖一  CD-ROM
隨著資訊科技的發展,電腦己經進入了千家萬戶,現在出售的電腦一般具有多媒體的功能,每部電腦均裝有 CD-ROM 驅動器。用 CD-ROM 製成的影音製品亦早己成為青少年隨身簽a的物品。CD-ROM 的工作原理是怎樣的?它又有什麼優點呢?

CD-ROM 的英文全稱為 Compact Disc - Read Only Memory,是一種唯讀存貯器,通常被稱為光碟。光碟的結構與早期的密紋唱片類似,每一張光碟均可粗略地分為三層,最下一層是透明基底,中間的反光金屬層貯存著有用的信息,最上面是保護層。我們知道,聲音、圖像、電腦程式均可數字化,用一系列的二進制數目表示,由"1"和"0"兩個單元組成,這些信息被收錄在金屬層裡。如果我們在顯微鏡下觀察這金屬層,便會發現一連串凹陷的「槽」和「平台」,以圓形的軌跡排列著。

激光在槽的邊沿被反射時產生相消干涉
圖二  激光在槽的邊沿被反射時產生相消干涉,產生一個 "1" 的信號。
我們用激光讀取 CR-ROM的信息。當激光從基底方向投射到槽上時,金屬化的槽像鏡子一樣,把光反射回去,由於槽的深度是激光波長的四分之一,從槽上反射回來的光與從平台上反射回來的光,走過的路程正好相差半個波長 (圖二),根據光的干涉原理,這兩部分光干涉相消,即實際上沒有反射光,產生了一個"1"的信號,但若兩部分光均是從槽上反射回來,或從平台上反射回來,均不會發生干涉相消,反射光產生了一個"0"的信號﹔故每個槽的邊緣代表"1",其它地方則代表"0"。這就是利用光碟貯存信息和讀取信息的基本原理。

由於激光可以被非常準地聚焦,用激光讀取信息,槽的寬度可做得很窄,大約為激光的波長,因此一張光碟貯存的信息要比普通磁碟大很多。一部電影,或很多電腦軟體,都可被存放在一張光碟上,使得多媒體電腦快速發展。因為光碟信息的讀取是非接觸式的,光碟表面又有保護層,使用中不容易損壞,因此壽命極長,這是光碟的一大優點。

目前,讀取光碟信息的激光是半導體激光,其波長在紅外區域,如果改用紫光或紫外光,則光碟中槽的寬度可縮小幾倍甚至幾十倍,那麼光碟的容量也會相應地提高很多,但這類產品尚未成熟。