Отличительные признаки компакт-дисков CD и CD-R

Отличительные признаки компакт-дисков CD и CD-R в проявлении эффектов оптической дифракции

Одной из задач экспертного исследования при идентификации контрафактной продукции в виде информации на оптических компакт-дисках является отнесение представленных дисков к виду CD или CD-R. Отличия в оптических свойствах структуры слоев для дисков того и другого стандарта обусловливают, соответственно, и различие в эффектах оптической дифракции, которые фиксируются при микроскопическом исследовании рабочей поверхности дисков. Выявляемые при микроскопическом исследовании признаки носят объективный характер и достаточны для вывода об отнесении структуры компакт-диска к определенному виду.

В работе исследовались оптические CD и CD-R диски. Структуры слоев дисков показаны на рис.1 (ГОСТ 28376-89 Компакт-диск. Параметры и размеры.) (Материалы сайтов www.cdinfo.com и www.cdmediaworld.com.). Особенность структуры CD-R состоит в наличии записываемого светочувствительного слоя, который нанесен на поверхность поликарбонатной основы.

Кроме того, поверхность основы CD-R имеет профиль в виде специальной спиральной канавки, которая служит для позиционирования лазерного луча при записи. Расстояние между витками спирали канавки одинаково с периодом дорожек питов, стандартизированным для дисков CD, и составляет 1,6 ±0,1 мкм.

Исследования производились с применением микроскопа МБС-10, диапазон увеличений до 56х, режим освещения — «на отражение», осветитель из комплекта микроскопа. Микрофотосъемка производилась с помощью микроскопа МБС-1, оснащенного конвертирующей фотонасадкой и телевизионной камерой КТП-1713, с вводом изображения в ПК через плату видеотюнера AVer Media TV Capture98 w/V CR с функцией захвата изображения.

Наблюдаемые микроскопические текстуры поверхности компакт-дисков определяются, в общем случае, не только амплитудным контрастом от питов CD или экспонированных участков светочувствительного слоя CD-R, но и интерференционными эффектами. Не анализируя особенности данных текстур в целом, остановимся лишь на различиях в эффектах отражения от поверхности диска.

В качестве вспомогательного объекта при исследовании удобно использовать имеющиеся, как правило, на поверхности дисков микроскопические пылевидные частицы. Для тестирования на поверхность диска могут быть искусственно нанесены ворсовые микроскопические частицы. Использование ворсовых частиц в качестве тест-объекта исключает механическое повреждение поверхности диска, поскольку данные частицы легко удаляются с поверхности, например, струей сжатого воздуха.

При микроскопическом наблюдении для CD при наклонном освещении поверхности диска белым светом фиксируются собственно частица, изображение «тени» от частицы на отражающем слое в плоскости отражающего слоя и мнимое изображение частицы, которое находится на расстоянии, равном двойной толщине прозрачной основы (рис.2).

Для CD-R при аналогичном режиме наблюдения фиксируются также частица, «тень» от частицы на отражающем слое и мнимое изображение частицы. Кроме этого, по радиусу компакт-диска наблюдаются дополнительные рефлексы (мнимые изображения), отличительной особенностью которых является дисперсионное размытие (рис.3). При этом в плоскости величины смещений изображений (а1; а2) не зависят от угла освещения поверхности.

Анализ условий образования данного эффекта показывает, что появление дополнительных изображений имеет дифракционную природу, а величины (а1; а2) определяются угловыми положениями дифракционных максимумов от вторичного точечного источника белого света, которым, по сути, является частица на поверхности диска.

Прозрачная многослойная структура компакт-дисков, включающая в себя периодические элементы (дорожки питов, канавки) и отражающие слои, определяет выраженные эффекты дифракции при освещении белым или монохроматическим светом. В частности, при освещении поверхности дисков тонким параллельным пучком лазера на отражении наблюдается картина дифракции в виде набора дифракционных максимумов. В общем случае угловое положение βm данных максимумов в зависимости от угла падения пучка α определяется выражением для дифракции света на периодической структуре (Калитеееский НИ. Волновая оптика. М., 1971.):

где D — период структуры, т — порядок дифракционного максимума, λ — длина волны излучения, α — угол падения света на поверхность, βm — угол соответствующего дифракционного максимума, n — показатель преломления среды в которой измеряются углы α и β.

Необходимо отметить, что значение коэффициента отражения от металлизированного слоя, который наносится в CD-R на светочувствительный записываемый слой существенно меньше, чем от фольги наклейки (спектр пропускания CD-R без наклейки приведен на рис.4). По этой причине вкладом металлизированного слоя в эффекты отражения для белого света можно пренебречь.

Условия распространения света в структуре CD-R и схема образования дополнительных мнимых изображений при наблюдении показаны на рис.5. Принципиальное отличие схемы на рис.5 от канонической схемы построения мнимого изображения для плоской зеркально отражающей поверхности, состоит в том, что при прохождении света через периодическую структуру луч преобразуется в совокупность лучей, соответствующих направлениям главных дифракционных максимумов, угловые положения которых (βl), определяются выражением (1). То обстоятельство, что в реальности свет дважды проходит через периодическую структуру, не изменяет формализма описания (1), поскольку известно, что для двойной периодической структуры с одинаковым периодом угловые положения дифракционных максимумов сохраняются (Ильичева Е.Н., Кудеяров Ю.А., Матвеев А.Н. Методика решений задач оптики/ Под ред. А.Н. Матвеева. М., 1981.-С.112.).

С учетом реального переднего расстояния объектива микроскопа МБС-10, в формировании изображений участвуют лучи, ориентированные с малыми углами относительно нормали к поверхности. Таким образом, для микроскопического участка, в котором фиксируется одно из дополнительных изображений, можно записать условие βm ~ 0. Тогда, с учетом (1) выражение для углов распространения дифрагировавших лучей m-порядка , запишется в виде:

Из схемы на рис. 5 угол α m для m-изображения частицы определяется как:

где аm — расстояние от центрального мнимого изображения, d — толщина диска.

То обстоятельство, что при наблюдении в микроскоп визуально различимы только мнимые изображения до 2-го порядка включительно, объясняется тем, что интенсивность дифракционных максимумов (Im) резко убывает с увеличением m-порядка дифракции:

Для компакт-дисков стандарта CD эффект образования дополнительных изображений, в принципе, также имеет место, однако визуально рефлексы почти неразличимы. В этом случае интенсивность дифракционных рефлексов оказывается чрезвычайно малой за счет такого фактора, как «дефектность» дифракционной решетки. Это связано с тем, что в структуре CD отсутствует строго заданный элемент в виде рельефной канавки, и периодичность структуры определяется только фиксированным расстоянием по радиусу диска между дорожками питов, при том что расположение и размер (длина) питов в дорожке не являются строго упорядоченными. Таким образом, фиксируемый при микроскопическом исследовании многослойной структуры компакт-дисков выраженный эффект дифракции света является объективным признаком, достаточным для отнесения дисков к стандарту CD-R.

Авторы:

С. П. Курчаткин — Старший эксперт Саратовской лаборатории судебной экспертизы Минюста России, д-р хим. наук.

Д. А. Яковлев — Старший научный сотрудник Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского, канд. физ.-мат. наук.

Е. Л. Десяткин — Заведующий отделом Саратовской лаборатории судебной экспертизы Минюста России.