CD唱機與鐳射電影

在科技領域,有許多技術如熱核技術、航天技術乃至於電子技術等,每當發布一項重大成果時,都會以排山倒海般的氣勢迎麵撲來,引起人們的震驚和歡呼。但激光技術有些例外,它趁著人們還沉醉於上述技術的輝煌中時,如暗潮湧動,安詳地浸沒了您的腳麵,當人們突然清醒之後就會驀然發現,“鐳射”電影的廣告已貼到了家門口,“CD”,唱機的樂曲回蕩在大街小巷。 “CD”為英文Compact Disc—Digital Audio的縮寫,意為小型數碼音頻唱片。“CD”唱機是激光唱機的簡稱,是當代激光應用技術最為成功的傑作之一。與傳統唱機相比,CD唱機具有許多無法比擬的優越性:能提供優良的高保真度、高純度音質;立體聲左右聲道分離度達85分貝,頻率響應在5~20000周(赫茲)之間;諧波失真為0.004%,不存在抖晃率問題;唱片壽命極長,幾乎永不磨損;動態範圍超過90分貝,已接近大型交響樂隊的動態範圍;可以使記錄在唱片上最細微柔弱的聲音忠實、清晰地再現出來。

CD唱機之所以具有上述的優越性,在於它的工作原理與普通唱機的工作原理截然不同。

普通唱機的唱片表麵刻有一條連續不斷的音軌“紋槽”,記錄著各種模擬音響信號;當拾音器唱針直接接觸音軌紋槽時,隨著紋槽的擺動幅度和深度的不斷變化,拾音器即從音軌上拾取唱片上的模擬信號。與此完全不同的是,CD唱機灌錄在唱片上的信號是數字信號,是一連續不斷的“坑點”軌跡即“0”和“1”數字符號。這些坑點的深度一般為0.1微米,軌跡之間距離為1.6微米,每毫米有625條。一張CD唱片的軌跡數高達2萬條,全長5公裏。CD唱片上的“小坑”是下凹的,光拾音器上的掃描激光束是來自唱片下部,因此,“坑點”對激光束來講卻是凸出的。當激光拾音器發出的激光束掃描聚焦於唱片鍍鋁的“坑點”上時,便被漫反射,這時的信號為“0”;當激光束照射在無“坑點”處時,光線被反射回光路並且被檢拾出,這時的信號為“1”。隨著唱片的轉動,長短“坑點”不斷掃過激光束,反射光的密度及強弱相應地變化,形成連續的信號流,經光電轉換、電流電壓轉換、放大、整形後,即獲得了唱片上所記錄的數字聲音信號。

“鐳射”就是激光英文Laser一詞的音譯。鐳射電影也就是激光電影。我們知道,普通電影是由膠片來存貯圖像的,通過放映機在寬大的銀幕上再現圖像。激光電影的圖像則存貯在一張小小的光盤上,就像CD唱機的唱片一樣,隻是直徑大了一些,放映時用類似CD唱機的激光影像機(俗稱“影碟機”)進行圖像的再現。影碟機的工作原理與CD唱機無本質區別,隻不過CD唱機放出來的隻有聲音沒有圖像,而影碟機則是音像俱佳罷了。

全息照片

提起照相,人們再熟悉不過了,從呱呱墜地的嬰兒到倚杖挽須的老人,人們都希望能在生命之旅中留下美好的記錄。以往當您走進照相館時,服務員就會問您是來黑白照還是彩照,不久的將來,服務員就會問您:“是否來張全息照?”

全息照是激光優異的相幹特性得以利用的最成功的一例。在傳統的照相底板上,我們大致可以看出被拍攝物體的影像。但由於它記錄的僅是物體表麵上光線反射強度的分布,不能記錄物體的縱深情況,因而失掉了立體感。但從激光全息底板上,卻絲毫見不到被攝事物的影像,上麵隻有像指紋一樣密密麻麻的條紋,正是這些條紋,不僅記錄著物波(被物體反射到底片上的光波)的振幅,而且記錄著物波的位相,從而反映出物體的縱深情況。也就是說,激光全息照能夠記錄有關物體的全部相貌信息,因而叫全息照。

全息照相的記錄過程與傳統照相不同。“照相機”可以不使用鏡頭,而是讓感光板直接對著激光照明的物體,接受其反射光波進行曝光。這時,一束激光由分光鏡一分為二,一部分用來照射所要拍攝的物體,並被物體漫反射成物波,另一部分經反射鏡反射後直接射向底板,形成參考波。物波與參考波在全息底板上相幹涉,形成密密麻麻的相幹條紋。一般來說,兩束光位相相同時,振動加強;位相相反時,振動減弱。兩束光的位相會因物體的位置不同而變化,所以光振動增加或減弱隨位置不同而異,這樣就在兩束光交疊處,產生了亮暗條紋。條紋的亮暗對比,反映了光強度的大小(因為光強與光波振幅平方成正比);而條紋的分布情況和形狀,反映了光波位相的變化。可見用幹涉現象所產生的條紋,能很好地把振幅和位相變化情況全部記錄下來。因為激光照相能有效區分不同振幅和位相的情況,所以隻要從不同的角度拍攝,就會使反射光的振幅與位相也隨之變化,這樣就可以在同一底板上記錄下不同位相和振幅的情況,甚至重疊拍攝不同物像也不會互相影響。