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，容易被計算機(jī)處理等優(yōu)點，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位置變化，為了對焦點位置變化進(jìn)行自動補正，必須把能夠以精度為正負(fù)1μm對焦點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記錄面。也就是說，從LD發(fā)光開始到光盤為