Компакт-диск и длина волны
4/10Стандартный компакт-диск представляет собой залитую прозрачным пластиком тонкую металлическую пластинку, на которую штамповкой нанесено множество микроскопических углублений, в каждом из которых закодирован один бит информации. Оцените максимальное значение длины волны лазера, используемого для считывания информации в дисководе для компакт-дисков, если известно, что полезная ёмкость одного диска составляет \(W = 640\) Мбайт, а его диаметр равен \(D = 12\) см. Сколько информации можно было бы записать на такой диск при использовании лазера на нитриде галлия, излучающего свет с длиной волны \(\lambda = 0{,}36\) мкм? Компакт-диски имеют только одну рабочую сторону.
▶Показать разборСкрыть разбор
Ответ\(\lambda_{\max} \sim \sqrt{\dfrac{\pi D^2}{40W}} \approx 1{,}3\) мкм; \(W_1 = \dfrac{\pi D^2}{40\lambda^2} \sim 9\) Гбайт.
РешениеТак как нам требуется получить оценку, будем считать, что в одном байте содержится 10 бит, и пренебрежём площадью центральной части компакт-диска, где нет записи. Тогда получается, что на площади \(S = \pi D^2/4\) записано \(N = 10W\) бит информации, а значит, на поверхности диска имеется \(N\) углублений. Таким образом, на одно углубление приходится площадь \(\sim\dfrac{S}{10W}\). При максимальной плотности записи размер углубления должен быть порядка длины волны, поскольку в противном случае интерференция света, одновременно отражающегося от соседних углублений, сделает чтение информации с диска невозможным (точнее говоря, технически существенно более сложным). Поэтому \[\lambda_{\max} \sim \sqrt{\dfrac{S}{10W}} = \sqrt{\dfrac{\pi D^2}{40W}} \approx 1{,}3\text{ мкм}.\] Рассуждая аналогично, придём к выводу, что при использовании лазера на нитриде галлия с длиной волны \(\lambda = 0{,}36\) мкм на компакт-диск можно было бы записать информацию объёмом \[W_1 = \dfrac{\pi D^2}{40\lambda^2} \sim 9\text{ Гбайт},\] что составляет примерно 16 часов стандартной звуковой записи.
Похожие задачи
- Длина волны по решётке (B4) ЕГЭ 2007, 11 кл.
- Разрешающая способность близорукого глаза «Старт в науку» 2023/24, 11 кл.