DVD激光頭技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

1 引 言
隨著社會(huì)信息化的發(fā)展,光存儲(chǔ)以其容量大、壽命長(zhǎng)、成本低、復(fù)制速度快等顯著優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為現(xiàn)代社會(huì)信息存儲(chǔ)的重要手段之一,而DVD類(lèi)產(chǎn)品更是新一代數(shù)字視聽(tīng)技術(shù)和數(shù)字化信息存儲(chǔ)設(shè)備的典型代表和潮流。它集計(jì)算機(jī)技術(shù)、光學(xué)記錄技術(shù)和影視技術(shù)等為一體，其目的是滿(mǎn)足人們對(duì)大存儲(chǔ)容量、高性能的存儲(chǔ)媒體的需求。作為光存儲(chǔ)系統(tǒng)重要組成部分的DVD激光頭, 因直接影響讀出和寫(xiě)入信號(hào)的質(zhì)量，是DVD系統(tǒng)的核心。

激光頭是從光盤(pán)上拾取信息的執(zhí)行部件。激光頭通過(guò)讀取光束聚焦于信號(hào)面上,并正確跟蹤掃描軌跡,同時(shí)將反射回來(lái)的光信號(hào)變成電信號(hào),從而讀出信息。因此,激光頭能否在某些光盤(pán)上讀取信息,完全取決于激光頭的技術(shù)性和盤(pán)片的物理結(jié)果是否匹配。DVD盤(pán)片物理結(jié)構(gòu)特性已經(jīng)決定了DVD激光頭的結(jié)構(gòu)和功能。因此，本文主要是從DVD激光頭工作的基本原理出發(fā)，介紹了激光頭的基本結(jié)構(gòu)，以及近年來(lái)激光頭制造現(xiàn)狀及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

2 激光頭的結(jié)構(gòu)及工作原理
2.1激光頭的基本組成

無(wú)論是CD、VCD、DVD機(jī)的激光頭還是LD機(jī)的激光頭均由兩部分組成：一部分為物鏡機(jī)構(gòu)，俗稱(chēng)光學(xué)頭；另一部分是將其余各鏡片、激光發(fā)射二極管和光敏接收器安裝在同一個(gè)腔體內(nèi)，俗稱(chēng)激光槍。
光學(xué)頭安裝在激光槍上面，通過(guò)螺釘聯(lián)成一個(gè)整體，構(gòu)成激光頭組件。激光頭由激光產(chǎn)生（發(fā)射）系統(tǒng)、激光傳播系統(tǒng)（光路或激光槍?zhuān)┖凸饨邮障到y(tǒng)等部分構(gòu)成（如圖1所示）。

2.2激光頭工作原理

DVD-ROM技術(shù)類(lèi)似于CD-ROM技術(shù)，但可提供更高的存儲(chǔ)容量。從表面上看，DVD盤(pán)與CD/VCD盤(pán)也很相似，其直徑為80mm或120mm，厚度為1.2mm。但實(shí)質(zhì)上，兩者之間有本質(zhì)的差別。按單/雙面與單/雙層結(jié)構(gòu)的各種組合，DVD可以分為單面單層、單面雙層、雙面單層和雙面雙層四種物理結(jié)構(gòu)。

相對(duì)于CD-ROM光碟650MB的存儲(chǔ)容量，DVD-ROM光碟的存儲(chǔ)容量可達(dá)到17GB。CD的最小凹坑長(zhǎng)度為0.834μｍ，道間距為1.6μｍ，采用波長(zhǎng)為780nm～790nm的紅外激光器讀取數(shù)據(jù)，而DVD的最小凹坑長(zhǎng)度僅為0.4μｍ，道間距為0.74μｍ，采用波長(zhǎng)為635nm～650nm的紅外激光器讀取數(shù)據(jù)（如圖2所示）。

激光頭工作時(shí)，首先半導(dǎo)體激光二級(jí)管發(fā)射出單一波長(zhǎng)、相位一致的激光，其波長(zhǎng)在0.78μm（或0.63μm～0.65μm）左右，光輸出功率約5mW。經(jīng)過(guò)不同作用的由物鏡、準(zhǔn)直透鏡、1/4波長(zhǎng)片、分光棱鏡和圓柱透鏡組成的光學(xué)鏡片構(gòu)成的光路系統(tǒng)，將激光二級(jí)管發(fā)射出的激光入射到光盤(pán)上面。光盤(pán)是以沿螺旋形軌跡排列的不同長(zhǎng)度的橢圓坑槽和間隔來(lái)表示信息（圖像和聲音）內(nèi)容的。光盤(pán)上刻錄的橢圓形坑，呈螺旋狀排列。

透明的聚碳酸脂的折射率為1.58，坑的光學(xué)深度為0.1738μm，近似于激光波長(zhǎng)的1/4。當(dāng)激光束投射到旋轉(zhuǎn)光盤(pán)的無(wú)坑部分時(shí)，激光被垂直地全部反射回物鏡；當(dāng)投射到坑槽部位時(shí)，在坑的周?chē)糠植姘l(fā)生彎曲，根據(jù)光的干涉原理，波峰與波峰一致的兩個(gè)（反射）光波互相增強(qiáng)，波峰與波谷一致的兩個(gè)（反射）光波互相抵消。激光頭通過(guò)讀取光束聚焦于信號(hào)面上,并正確跟蹤掃描軌跡,同時(shí)將反射回來(lái)的光信號(hào)變成電信號(hào),從而將信息讀出（如圖3所示）。

3 常見(jiàn)DVD激光頭分類(lèi)

由于早些年來(lái)VCD產(chǎn)品在市場(chǎng)上已廣泛使用，同時(shí)DVD與VCD在規(guī)格上又存在著很大的差異，光源波長(zhǎng)不同，所以一般DVD-ROM不能讀取CD-ROM，但由于顧及到DVD的向下兼容，且只有一個(gè)激光發(fā)射器，只能發(fā)出650nm的激光。對(duì)于這個(gè)難題，目前市場(chǎng)上存在兩種解決方案，單激光頭方式和雙激光頭方式。而這兩種的每一種又可以細(xì)分為幾種，簡(jiǎn)單介紹如下。
a. 換雙鏡頭：為T(mén)oshiba最早提出并應(yīng)用的技術(shù)，也是目前使用最廣泛的。它采用一個(gè)激光頭，分別準(zhǔn)備2個(gè)焦距不同的鏡片切換，通過(guò)轉(zhuǎn)換不同的聚焦鏡來(lái)分別讀取DVD和CD，它的外形看起來(lái)與雙頭的Sony相似，因?yàn)橹荒芸吹蕉M聚焦鏡，激光頭在內(nèi)部看不見(jiàn)。讀取信號(hào)質(zhì)量較高，但由于要轉(zhuǎn)換聚焦鏡，所以成本屬于中等水平，讀盤(pán)速度較慢，同樣隱含的機(jī)械故障率比較高。
b. 獨(dú)立雙鏡頭：為Sony的技術(shù)，獨(dú)立的兩組鏡頭，成本最高，技術(shù)層次較低，認(rèn)盤(pán)速度慢、激光頭隱含機(jī)械故障率最高，但是兼容性是最好的。
c. 雙焦距單鏡頭：為Pioneer大量采用的單激光頭雙波長(zhǎng)激光束系統(tǒng)，同一個(gè)鏡頭，同一組激光接收發(fā)射器，也就是利用液晶快門(mén)的技術(shù)來(lái)達(dá)到控制焦距的目的，此技術(shù)在保持松下的方案原有優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上更加提高了讀片性能和認(rèn)盤(pán)速度。成本最低，技術(shù)層次最高，兼容性相對(duì)比較低。
d. 單聚焦單鏡頭：為Panasonic率先采用的單激光頭單聚焦鏡雙聚焦點(diǎn)方案，它采用特別的全息綜合透鏡，通過(guò)透鏡中間部分的激光束形成CD的聚焦點(diǎn)，通過(guò)透鏡邊緣部分的激光束形成DVD的聚焦點(diǎn)，這種結(jié)構(gòu)由于沒(méi)有機(jī)械傳動(dòng)，也不會(huì)產(chǎn)生機(jī)械故障，所以提高了認(rèn)盤(pán)速度，同時(shí)也降低了成本。但采用此方案的第一代和部分第二代DVD不支持CD。

4 國(guó)內(nèi)外DVD激光頭發(fā)展現(xiàn)狀

近年來(lái)DVD播放機(jī)作為高品質(zhì)的家庭視頻產(chǎn)品，在市場(chǎng)中已經(jīng)取代VCD產(chǎn)品，而作為DVD播放機(jī)激光頭的主流技術(shù)，單光頭DVD播放機(jī)激光頭技術(shù)已經(jīng)顯露頭角，并且已經(jīng)成為DVD激光頭市場(chǎng)的主導(dǎo)產(chǎn)品。相對(duì)于雙激光頭技術(shù)，現(xiàn)今的單激光頭不僅可以播放DVD碟片，而且還可以兼容CD/VCD，兼容能力更強(qiáng)，讀片能力更好，技術(shù)更加精密。