激光頭的原理與結(jié)構(gòu)

DVD光學(xué)頭主要包括對(duì)物透鏡驅(qū)動(dòng)系A(chǔ)CT(ACTUATOR)和光學(xué)系,對(duì)物透鏡驅(qū)動(dòng)系有兩個(gè)功能,一個(gè)是把從半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光聚焦在光盤(pán)的信息面上,(即聚焦focusing),另一個(gè)是使光束在軌道上并追隨軌道(即尋軌tracking),因?yàn)榫劢故菍?duì)于光盤(pán)的面振動(dòng),以1μm以下的誤差來(lái)追隨,設(shè)計(jì)聚焦伺服驅(qū)動(dòng)線圈時(shí),必須使驅(qū)動(dòng)線圈的加速度超過(guò)光盤(pán)面振動(dòng)的加速度.尋軌驅(qū)動(dòng)線圈是以0.1μm以下的誤差對(duì)軌道進(jìn)行追隨,設(shè)計(jì)中特別要注意的是防止對(duì)高頻的機(jī)械共振.
設(shè)計(jì)一般是以光盤(pán)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)為目標(biāo)值,要考慮到光盤(pán)的面振動(dòng),光學(xué)頭的裝配誤差,光學(xué)頭的移動(dòng)誤差,主軸電機(jī)的軸振動(dòng),光盤(pán)的放置誤差等諸多因素.具體的結(jié)構(gòu),主要有軸轉(zhuǎn)動(dòng)型,彈性線材支持型等.ACT的基本特性可以看成有彈簧的進(jìn)退結(jié)構(gòu),驅(qū)動(dòng)是由線圈和電磁回路構(gòu)成.具體設(shè)計(jì)時(shí),有PMESH、PMAG等計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件.
以下主要介紹DVD光學(xué)頭的光學(xué)系的設(shè)計(jì).

成像光學(xué)系
成像光學(xué)系的設(shè)計(jì)，無(wú)非是滿足聚集后的光斑點(diǎn)足夠小，以便能準(zhǔn)確讀出光盤(pán)上信息.光斑的直徑 ω=k×（λ/NA）,系數(shù)k與對(duì)物透鏡入射光強(qiáng)分布有關(guān),光強(qiáng)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(qiáng)分布均一。
對(duì)于a，應(yīng)力求使每個(gè)光學(xué)部品有最小的像差，對(duì)于b，因?yàn)閺腖D發(fā)出激光為發(fā)散光，經(jīng)準(zhǔn)直后，光強(qiáng)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(duì)LD光能量的利用率低下，可能得不到到達(dá)盤(pán)面所要求的能量，因此要折中考慮這相矛盾的兩個(gè)要求，定出橫向?qū)ξ锿哥R利用光強(qiáng)分布百分比Rx（Rim intensity X），縱向利用光強(qiáng)分布百分比Ry（Rim intensity Y），這兩個(gè)條件是設(shè)計(jì)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(shí)，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?yàn)闇囟茸兓ㄉ撸?huì)使其發(fā)出激光波長(zhǎng)發(fā)生漂移，在設(shè)計(jì)光頭時(shí)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(jì)PBS時(shí)要考慮線性偏光的方向性.
c.放射角及非點(diǎn)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(lái)看，并不是從同一點(diǎn)發(fā)出，水平發(fā)射點(diǎn)和垂直發(fā)射點(diǎn)之間的距離，稱(chēng)為非點(diǎn)間隔，它使從LD發(fā)出的激光波面產(chǎn)生非點(diǎn)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(zhǔn)直透鏡設(shè)計(jì)要以θ⊥和θ∥為依據(jù)。
d.發(fā)振方式和高頻疊加及RIN
相對(duì)噪音強(qiáng)度RIN是評(píng)價(jià)LD的一個(gè)重要指標(biāo)，
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(cè)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(qiáng)，驅(qū)動(dòng)電流不需疊加高頻，對(duì)于單模方式發(fā)光LD，反射光對(duì)光信號(hào)影響很強(qiáng)，必須對(duì)驅(qū)動(dòng)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。