激光頭的原理與結(jié)構(gòu)

激光頭的原理與結(jié)構(gòu)

自從1982年直徑12cm的數(shù)字音頻光盤CD問世以來，數(shù)字視頻光盤DVD（digital video disk）一直是新一代光盤的一個夢想，雖然在幾年前出現(xiàn)了VCD，但是對于光盤來講，技術(shù)上沒有改變，只是對數(shù)據(jù)進(jìn)行了壓縮，畫質(zhì)也只是VHS水準(zhǔn)，不過是過渡性產(chǎn)品，在國外沒有形成市場。
數(shù)字圖象信號具有在被編輯時畫質(zhì)不劣化，容易被計(jì)算機(jī)處理等優(yōu)點(diǎn)，所以能記錄2小時以上高畫質(zhì)的數(shù)字圖象的光盤，已經(jīng)讓人盼望已久。最近幾年，短波長的半導(dǎo)體激光器技術(shù)，薄型化光盤基板技術(shù)，對物透鏡的高數(shù)值孔徑NA化技術(shù)等的進(jìn)步，使光盤的記錄密度高密度化成為可能，同時數(shù)字連續(xù)可變畫面壓縮技術(shù)也有很大的進(jìn)步，使長時間高畫質(zhì)的連續(xù)可變畫面收錄在一張光盤里成為可能。
在以上這些技術(shù)基礎(chǔ)被奠定之后，世界上的十家大企業(yè)共同制定了新世代數(shù)字視頻光盤DVD（digital video disk）的標(biāo)準(zhǔn)，既在和原有CD同樣尺寸下，記錄容量為原來光盤7.5倍4.7G，并采用高畫質(zhì)的MPEG2數(shù)字信號壓縮方式，使之能夠存儲135分的電影。
DVD播放機(jī)主要是由光學(xué)頭和MPEG2解碼器兩個關(guān)鍵技術(shù)組成的，其中MPEG2解碼器由于是通用標(biāo)準(zhǔn)，目前開發(fā)出芯片的廠商不下十幾家，而光學(xué)頭的技術(shù)還主要掌握在日本廠商手中。
光盤技術(shù)就是一束被聚焦到回折界限的最小激光束照射到盤面，由于記錄著信息的盤面的凹凸對光的反射不同，就可以讀出盤上的信息。

對于光學(xué)頭來講，它特有的技術(shù)有如下幾個：
a. 通過利用被聚焦到回折界限的最小激光束，穿過0.6mm的透明塑料層，從凹凸信息面取出信號。
b. 使用半導(dǎo)體激光二極管，使用數(shù)值孔徑NA為0.6的對物透鏡，把激光束聚焦為由波長決定的回折界限為止的最小光束。

c.光盤外形的誤差和不同光盤交換時帶來的對物透鏡的焦點(diǎn)位置在光盤信息記錄面的位置變化，還有光盤回轉(zhuǎn)時光盤面上下振動也會引起焦點(diǎn)位置變化，為了對焦點(diǎn)位置變化進(jìn)行自動補(bǔ)正，必須把能夠以精度為正負(fù)1μm對焦點(diǎn)位置控制的誤差檢出機(jī)能和控制用的伺服機(jī)構(gòu)內(nèi)藏在光學(xué)頭里。
d.光盤的形狀中心和光盤的回轉(zhuǎn)中心之間的偏心補(bǔ)正，還有對于在軌道間距為0.74μm的軌道上，精度正負(fù)0.1μm控制激光束對軌道的追跡控制用誤差檢出機(jī)能和控制用的伺服機(jī)構(gòu)內(nèi)藏在光學(xué)頭里。
在這里對于光盤裝置系統(tǒng)，能滿足以上要求的光學(xué)頭的基本光學(xué)系，對物透鏡OL(object lens)，作為光源的半導(dǎo)體激光二極管LD(laser diode),準(zhǔn)直透鏡CL,和其他一些光學(xué)頭用的光學(xué)部品的原理及設(shè)計(jì)進(jìn)行說明。

2. 光學(xué)頭基本原理

2.1.光學(xué)頭的基本光學(xué)系和光學(xué)部品的收差
光學(xué)頭是DVD系統(tǒng)的最大關(guān)鍵部件之一，它的基本原理圖如下

上圖：光學(xué)頭的原理圖

光學(xué)頭是由1.對物透鏡，2.準(zhǔn)直透鏡，3. 偏光分光棱鏡，4.分光棱鏡，5.反射鏡，6.1/4波長板，7.焦點(diǎn)誤差檢出光學(xué)系，8.尋軌誤差檢出光學(xué)系等光學(xué)部品和光學(xué)系，9.焦點(diǎn)控制伺服機(jī)構(gòu)（F-ACT）,10.尋軌控制伺服機(jī)構(gòu)(T-ACT)等伺服機(jī)械控制部品，還有11.半導(dǎo)體激光二極管，12.多分割光電二極管PD(photo diode)等光電部件構(gòu)成的。
光學(xué)頭能夠讀出光盤上的信號的原理是從激光二極管射出的發(fā)散P線性偏振激光通過準(zhǔn)直透鏡，成為平行光，再通過1/4波長片時，偏振方向旋轉(zhuǎn)45度，變?yōu)閳A偏光，這束平行的圓偏光被對物透鏡聚焦到光盤的信息面，再反射回來（根據(jù)盤面的凸凹對光的反射不同），通過1/4波長片時，再一次偏振方向被旋轉(zhuǎn)45度，成為S線性偏振光，在偏光分光棱鏡PBS處被反射到誤差檢出系和信號系，反射光再一次被分為兩路，誤差系的一路通過凸透鏡、圓柱透鏡，投影到四分割的光電二極管上，根據(jù)各象限光量的大小，進(jìn)行運(yùn)算，對聚焦和尋軌伺服機(jī)構(gòu)控制，使之讀出正確的信號，另一路信號系的光束由凸透鏡會聚到光電二極管，把光信號變?yōu)殡娦盘枴?BR>要想把激光聚焦成由波長決定的最小光束，必須把從LD發(fā)出的球面波的波面盡量無缺陷的傳到光盤的情報(bào)記錄面。也就是說，從LD發(fā)光開始到光盤為