激光頭的原理與結(jié)構(gòu)

DVD光學(xué)頭主要包括對物透鏡驅(qū)動系A(chǔ)CT(ACTUATOR)和光學(xué)系,對物透鏡驅(qū)動系有兩個功能,一個是把從半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光聚焦在光盤的信息面上,(即聚焦focusing),另一個是使光束在軌道上并追隨軌道(即尋軌tracking),因為聚焦是對于光盤的面振動,以1μm以下的誤差來追隨,設(shè)計聚焦伺服驅(qū)動線圈時,必須使驅(qū)動線圈的加速度超過光盤面振動的加速度.尋軌驅(qū)動線圈是以0.1μm以下的誤差對軌道進行追隨,設(shè)計中特別要注意的是防止對高頻的機械共振.
設(shè)計一般是以光盤的國際標準為目標值,要考慮到光盤的面振動,光學(xué)頭的裝配誤差,光學(xué)頭的移動誤差,主軸電機的軸振動,光盤的放置誤差等諸多因素.具體的結(jié)構(gòu),主要有軸轉(zhuǎn)動型,彈性線材支持型等.ACT的基本特性可以看成有彈簧的進退結(jié)構(gòu),驅(qū)動是由線圈和電磁回路構(gòu)成.具體設(shè)計時,有PMESH、PMAG等計算機輔助設(shè)計軟件.
以下主要介紹DVD光學(xué)頭的光學(xué)系的設(shè)計.

成像光學(xué)系
成像光學(xué)系的設(shè)計，無非是滿足聚集后的光斑點足夠小，以便能準確讀出光盤上信息.光斑的直徑 ω=k×（λ/NA）,系數(shù)k與對物透鏡入射光強分布有關(guān),光強分布越接近均一分布,k值越小.在相同數(shù)值孔徑NA的條件下，若想得到最小聚集光斑，
a. 入射光波面收差小.
b. 入射光強分布均一。
對于a，應(yīng)力求使每個光學(xué)部品有最小的像差，對于b，因為從LD發(fā)出激光為發(fā)散光，經(jīng)準直后，光強分布為高斯分布。如果只利用中心部的激光，可以較接近均一分布，但是對LD光能量的利用率低下，可能得不到到達盤面所要求的能量，因此要折中考慮這相矛盾的兩個要求，定出橫向?qū)ξ锿哥R利用光強分布百分比Rx（Rim intensity X），縱向利用光強分布百分比Ry（Rim intensity Y），這兩個條件是設(shè)計光學(xué)系的依據(jù)。

激光二極管LD（Laser Diode）
LD是光學(xué)頭中的發(fā)光器件，它發(fā)出光的特性決定了光頭的結(jié)構(gòu)、特性。
a.基本特性
只讀型DVD光頭用LD一般 ＝635nm或650nm，它的激光共振閾值電流一般為40mA左右，工作電流（即LD出射激光能量約3mW時，為50mA左右，各制造商極力減少其工作電流，以使其工作在較低溫度下，因為溫度變化（升高）會使其發(fā)出激光波長發(fā)生漂移，在設(shè)計光頭時應(yīng)盡量使其得到良好散熱。
b.偏光性
LD發(fā)生的激光，多為不完全的線性偏光,在設(shè)計PBS時要考慮線性偏光的方向性.
c.放射角及非點間隔
從LD半導(dǎo)體激光共振腔中發(fā)出的發(fā)散激光，從水平和垂直方向來看，并不是從同一點發(fā)出，水平發(fā)射點和垂直發(fā)射點之間的距離，稱為非點間隔，它使從LD發(fā)出的激光波面產(chǎn)生非點象差。
由于從LD放出激光為發(fā)散光，并且水平與垂直方向發(fā)散角不同分別為θ⊥和θ∥，整形透鏡和準直透鏡設(shè)計要以θ⊥和θ∥為依據(jù)。
d.發(fā)振方式和高頻疊加及RIN
相對噪音強度RIN是評價LD的一個重要指標，
RIN=(△P/P)2/△f(單位Hz-1)
其中△P是LD射出光的交流成分，P是直流成分，△f是測量的頻帶寬度。
多模方式的LD一般RIN較低，但抗反射光干擾能力強，驅(qū)動電流不需疊加高頻，對于單模方式發(fā)光LD，反射光對光信號影響很強，必須對驅(qū)動電流疊加高頻，一般約在500──700MHZ范圍內(nèi)。
e.內(nèi)藏光電二極管PD（photo diode）
LD內(nèi)部為了使出射光能量保持一定，一般內(nèi)藏光電二極管PD，做APC（auto power control）用。