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presis/revealjs/laser/handout.tex

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\documentclass[
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afterskip=.25\baselineskip
]{section,subsection}
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\pagenumbering{gobble}
\title{\vspace{-2em}Laser in optischen Laufwerken}
\author{Jacob Assel, Simon Bruder, Eric Doberstein}
\date{20.03.2019\vspace{-1em}}
\begin{document}
\maketitle
\section*{Einführung}
Laser ist eine Abkürzung für \textbf{L}ight \textbf{A}mplification by
\textbf{S}timulated \textbf{E}mission of \textbf{R}adiation
(Lichtverstärkung durch angeregte Abgabe von Strahlung). Angeregt bedeutet in
diesem Fall, dass das Atom, das die Strahlung abgibt sich nicht im
Grundzustand befindet.
\subsection*{Laserdiode}
Im einfachsten Fall ist eine Laserdiode so aufgebaut, dass zwischen zwei
Halbleitern (p- und n-dotiert) aus z.\,B. Galliumarsenid oder Indiumphoshpid
sich die aktive Region befindet, in der die Elektronen und Löcher
rekombinieren. Bei der Rekombination wird Strahlung in der Form von Photonen
frei, die als Laserstrahl sichtbar wird.
\section*{Anwendungen}
\begin{minipage}[t]{0.19\textwidth}
\textbf{Fertigungstechnik}
\begin{itemize}
\item{Lasercutter}
\item{Schweißen}
\item{Bohren}
\end{itemize}
\end{minipage}
\begin{minipage}[t]{0.26\textwidth}
\textbf{Vermessungstechnik}
\begin{itemize}
\raggedright
\item{Entfernungsmessung}
\item{Geschwindigkeitsmessung}
\item{Tunnelbau (Richtstrahl)}
\end{itemize}
\end{minipage}
\begin{minipage}[t]{0.19\textwidth}
\textbf{Alltagsgeräte}
\begin{itemize}
\item{Laserdrucker}
\item{CD-Player}
\item{Laserpointer}
\item{Kassenscanner}
\end{itemize}
\end{minipage}
\begin{minipage}[t]{0.26\textwidth}
\textbf{Medizintechnik}
\begin{itemize}
\item{Beseitigung von Tumorgewebe}
\item{Netzhautbefestigung}
\item{Veröden von Krampfadern}
\end{itemize}
\end{minipage}
\section*{Aufbau einer CD}
Einer CD besteht hauptsächlich auch Polycarbonat (Plastik). Über dieser
befindet sich eine Schicht Aluminium, die das Licht des Lasers reflektiert.
Eine Schutzschicht schützt vor Kratzern. Obenauf liegt die Schicht mit dem
Aufdruck.
\subsection*{Arten}
\begin{tabular}{llll}
\textbf{Sichtbare Farbe} & \textbf{Farbstoff} & \textbf{Farbe Reflexionsschicht} & \textbf{Lebensdauer} \\
Gold & transparent & Gold & 100 Jahre \\
Blau & günstiges Blau & Silber & 100 Jahre \\
Grün & günstiges Blau & Gold & 10 Jahre
\end{tabular}
\subsection*{Pits und Lands}
Mit ihnen werden die Daten gespeichert. Pits sind die Vertiefungen, Lands die
Erhöhungen. Die Daten werden als 0 und 1 gespeichert, wobei ein Wechsel
zwischen Pit/Land oder Land/Pit einer 1 entspricht, keiner einer 0.
\subsection*{Verschiedene Speichermedien}
\begin{tabular}{llll}
\textbf{Name} & \textbf{Speicherplatz} & \textbf{Spurabstand} & \textbf{Laserfarbe} \\
CD & 500 900 MB & 1,6 µm & Infrarot \\
DVD & 4,7/8,5 GB & 0,74 µm & Rot \\
Blu-ray & bis zu 200 GB & 0,32 µm & Violett
\end{tabular}
\subsection*{Supren auf einer CD}
Die Spuren sind kreisförmig angeordnet. Es gibt zwei Möglichkeiten, wie sie
ausgelesen werden:
\begin{itemize}
\item{\textbf{CLV}: Hierbei wird die Geschwindigkeit beibehalten. Die Pits
und Lands werden nach außen in größerem Abstand angeordnet, um noch alle
lesen zu können.}
\item{\textbf{CAV}: Hierbei wird die Geschwindigkeit reduziert, wenn der
Lesekopf nach Außen gelangt. So kann der Speicherplatz außen optimal genutzt
werden.}
\end{itemize}
\section*{Speicherung}
Auf einer Audio-CD müssen Schallwellen so digital codiert werden, dass man sie
auch von einem beschädigten Medium wieder in Schallwellen umgewandelt werden
können.
\subsection*{Codierung von Ton: Das Nyquist-Shannon-Abtasttheorem}
Schallwellen werden mit einer bestimmten Frequenz (44100 Hz) abgetastet und
für jeden Punkt, an denen die Abtastfrequenz die Schallwelle schneidet wird
ein Datenpunkt gespeichert. Jeder Datenpunkt enthält zwei Werte: Den Zeitpunkt
der Abtastung und die Amplitude (Ausschlag → Lautstärke). Aus diesen
Datenpunkten kann später eine ungefähre Schallwelle rekonstruiert werden.
Dabei ist zu beachten, dass die höchste darstellbare Frequenz die Hälfte der
Abtastrate beträgt (im Fall der CD also 22,05 KHz).
\subsection*{Fehlerkorrektur}
Der wie oben beschriebene Datenstrom wird in kleinere Pakete aufgeteilt. Jedes
der Pakete wird mit einer Prüfsumme versehen, die es ermöglicht, Fehler in
diesem Paket zu erkennen und zu korrigieren. Zusätzlich dazu werden die Pakete
möglichst großflächig zu verteilen, um die Fehler zu verteilen und
dadurch Interpolation zu erleichtern.
\section*{Quellen}
\url{https://presis.sbruder.de/lcq}
\end{document}