簡介

　　激光頭：
它由中心往外移動在Table-of-Contents區域，通過發射激光來尋找光盤上的指定位置，感應電阻接受到反射出的信號輸出成電子數據
url]激光頭是光驅的心髒，也是最精密的部分。它主要負責數據的讀取工作，因此在清理光驅內(nei) 部的時候要格外小心。激光頭主要包括：激光發生器（又稱激光二極管），半反光棱鏡，物鏡，透鏡以及光電二極管這幾部分。當激光頭讀取盤片上的數據時，從(cong) 激光發生器發出的激光透過半反射棱鏡，匯聚在物鏡上，物鏡將激光聚焦成為(wei) 極其細小的光點並打到光盤上。此時，光盤上的反射物質就會(hui) 將照射過來的光線反射回去，透過物鏡，再照射到半反射棱鏡上。此時，由於(yu) 棱鏡是半反射結構，因此不會(hui) 讓光束完全穿透它並回到激光發生器上，而是經過反射，穿過透鏡，到達了光電二極管上麵。由於(yu) 光盤表麵是以突起不平的點來記錄數據，所以反射回來的光線就會(hui) 射向不同的方向。人們(men) 將射向不同方向的信號定義(yi) 為(wei) “0”或者“1”，發光二極管接受到的是那些以“0”，“1”排列的數據，並最終將它們(men) 解析成為(wei) 我們(men) 所需要的數據。
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讀取數據

　　在激光頭讀取數據的整個(ge) 過程中，尋跡和聚焦直接影響到光驅的糾錯能力以及穩定性。尋跡就是保持  激光頭激光頭能夠始終正確地對準記錄數據的軌道。當激光束正好與(yu) 軌道重合時，尋跡誤差信號就為(wei) 0，否則尋跡信號就可能為(wei) 正數或者負數，激光頭會(hui) 根據尋跡信號對姿態進行適當的調整。如果光驅的尋跡性能很差，在讀盤的時候就會(hui) 出現讀取數據錯誤的現象，最典型的就是在讀音軌的時候出現的跳音現象。所謂聚焦，就是指激光頭能夠精確地將光束打到盤片上並受到最強的信號。當激光束從(cong) 盤片上反射回來時會(hui) 同時打到4個(ge) 光電二極管上。它們(men) 將信號疊加並最終形成聚焦信號。隻有當聚焦準確時，這個(ge) 信號才為(wei) 0，否則，它就會(hui) 發出信號，矯正激光頭的位置。聚焦和尋道是激光頭工作時最重要的兩(liang) 項性能，我們(men) 所說的讀盤好的光驅都是在這兩(liang) 方麵性能優(you) 秀的產(chan) 品。目前，市麵上英拓等少數高檔光驅產(chan) 品開始使用步進馬達技術，通過螺旋螺杆傳(chuan) 動齒輪，使得1/3尋址時間從(cong) 原來85ms降低到75ms以內(nei) ，相對於(yu) 同類48速光驅產(chan) 品82ms的尋址時間而言，性能上得到明顯改善。
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組成

　　激光頭是由1.對物透鏡，2.準直透鏡，3. 偏光分光棱鏡，4.分光棱鏡，5.反射鏡，6.1/4波長板，7.焦  激光頭點誤差檢出光學係，8.尋軌誤差檢出光學係等光學部品和光學係，9.焦點控製伺服機構（F-ACT），10.尋軌控製伺服機構（T-ACT）等伺服機械控製部品，還有11.半導體(ti) 激光二極管，12.多分割光電二極管PD(photo diode）等光電部件構成的。
激光頭主要包括：激光發生器（又稱激光二極管），半反光棱鏡，物鏡，透鏡以及光電二極管這幾部分。當激光頭讀取盤片上的數據時，從(cong) 激光發生器發出的激光透過半反射棱鏡，匯聚在物鏡上，物鏡將激光聚焦成為(wei) 極其細小的光點並打到光盤上。此時，光盤上的反射物質就會(hui) 將照射過來的光線反射回去，透過物鏡，再照射到半反射棱鏡上。此時，由於(yu) 棱鏡是半反射結構，因此不會(hui) 讓光束完全穿透它並回到激光發生器上，而是經過反射，穿過透鏡，到達了光電二極管上麵。由於(yu) 光盤表麵是以突起不平的點來記錄數據，所以反射回來的光線就會(hui) 射向不同的方向。人們(men) 將射向不同方向的信號定義(yi) 為(wei) “0”或者“1”，發光二極管接受到的是那些以“0”，“1”排列的數據，並最終將它們(men) 解析成為(wei) 我們(men) 所需要的數據。

原理和結構

　　自從(cong) 1982年直徑12cm的數字音頻光盤CD問世以來，數字視頻光盤DVD（digitalvideodisk）一直是新一代  激光頭光盤的一個(ge) 夢想，雖然在幾年前出現了VCD，但是對於(yu) 光盤來講，技術上沒有改變，隻是對數據進行了壓縮，畫質也隻是VHS水準，不過是過渡性產(chan) 品，在國外沒有形成市場。
數字圖象信號具有在被編輯時畫質不劣化，容易被計算機處理等優(you) 點，所以能記錄2小時以上高畫質的數字圖象的光盤，已經讓人盼望已久。最近幾年，短波長的半導體(ti) 激光器技術，薄型化光盤基板技術，對物透鏡的高數值孔徑NA化技術等的進步，使光盤的記錄密度高密度化成為(wei) 可能，同時數字連續可變畫麵壓縮技術也有很大的進步，使長時間高畫質的連續可變畫麵收錄在一張光盤裏成為(wei) 可能。
在以上這些技術基礎被奠定之後，世界上的十家大企業(ye) 共同製定了新世代數字視頻光盤DVD（digitalvideodisk）的標準，既在和原有CD同樣尺寸下，記錄容量為(wei) 原來光盤7.5倍4.7G，並采用高畫質的MPEG2數字信號壓縮方式，使之能夠存儲(chu) 135分的電影。
DVD播放機主要是由光學頭和MPEG2解碼器兩(liang) 個(ge) 關(guan) 鍵技術組成的，其中MPEG2解碼器由於(yu) 是通用標準，目前開發出芯片的廠商不下十幾家，而光學頭的技術還主要掌握在日本廠商手中。
光盤技術就是一束被聚焦到回折界限的最小激光束照射到盤麵，由於(yu) 記錄著信息的盤麵的凹凸對光的反射不同，就可以讀出盤上的信息。

特有技術

　　對於(yu) 光學頭來講，它特有的技術有如下幾個(ge) ：  激光頭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(cong) 凹凸信息麵取出信號。
b.使用半導體(ti) 激光二極管，使用數值孔徑NA為(wei) 0.6的對物透鏡，把激光束聚焦為(wei) 由波長決(jue) 定的回折界限為(wei) 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麵的位置變化，還有光盤回轉時光盤麵上下振動也會(hui) 引起焦點位置變化，為(wei) 了對焦點位置變化進行自動補正，必須把能夠以精度為(wei) 正負1μm對焦點位置控製的誤差檢出機能和控製用的伺服機構內(nei) 藏在光學頭裏。
d.光盤的形狀中心和光盤的回轉中心之間的偏心補正，還有對於(yu) 在軌道間距為(wei) 0.74μm的軌道上，精度正負  激光頭0.1μm控製激光束對軌道的追跡控製用誤差檢出機能和控製用的伺服機構內(nei) 藏在光學頭裏。
在這裏對於(yu) 光盤裝置係統，能滿足以上要求的光學頭的基本光學係，對物透鏡OL(objectlens），作為(wei) 光源的半導體(ti) 激光二極管LD(laserdiode），準直透鏡CL，和其他一些光學頭用的光學部品的原理及設計進行說明。

光學頭基本原理

　　光學頭的基本光學係和光學部品的收差
光學頭是DVD係統的最大關(guan) 鍵部件之一，它的基本原理圖如下  激光頭光學頭是由1.對物透鏡，2.準直透鏡，3.偏光分光棱鏡，4.分光棱鏡，5.反射鏡，6.1/4波長板，7.焦點誤差檢出光學係，8.尋軌誤差檢出光學係等光學部品和光學係，9.焦點控製伺服機構（F-ACT），10.尋軌控製伺服機構（T-ACT）等伺服機械控製部品，還有11.半導體(ti) 激光二極管，12.多分割光電二極管PD(photodiode）等光電部件構成的。
光學頭能夠讀出光盤上的信號的原理是從(cong) 激光二極管射出的發散P線性偏振激光通過準直透鏡，成為(wei) 平行光，再通過1/4波長片時，偏振方向旋轉45度，變為(wei) 圓偏光，這束平行的圓偏光被對物透鏡聚焦到光盤的信息麵，再反射回來（根據盤麵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45度，成為(wei) S線性偏振光，在偏光分光棱鏡PBS處被反射到誤差檢出係和信號係，反射光再一次被分為(wei) 兩(liang) 路，誤差係的一路通過凸透鏡、圓柱透鏡，投影到四分割的光電二極管上，根據各象限光量的大小，進行運算，對聚焦和尋軌伺服機構控製，使之讀出正確的信號，另一路信號係的光束由凸透鏡會(hui) 聚到光電二極管，把光信號變為(wei) 電信號。#p#分頁標題#e#
要想把激光聚焦成由波長決(jue) 定的最小光束，必須把從(cong) LD發出的球麵波的波麵盡量無缺陷的傳(chuan) 到光盤的情報記錄麵。也就是說，從(cong) LD發光開始到光盤為(wei) 止，光學頭成像係各部品全體(ti) 的RMS波麵收差必須限製在0.07λ以下，不然不能把激光光束聚焦為(wei) 由幹涉極限決(jue) 定的最小光束。構成光頭的各光學部品，光盤盤麵，其中也包括對物透鏡設置時的調整誤差，以上這些合計的成像光學係全體(ti) 的波麵收差，必須限製在由WarechalCriteron（δω）MC給出的允許最大波麵收差0.07λ以下。光盤已經由光盤標準規定，（δω）DISK=0.05λ，一般對物透鏡的象差（δω）ADJT=0.025λ，要使全體(ti) （δω）MC小於(yu) 0.07λ，對於(yu) 其他的光學部  激光頭品的收差必須嚴(yan) 格控製。從(cong) LD開始到光盤為(wei) 止，光頭各光學部品的最大允許波麵收差各用（δω）LD，（δω）CL，（δω）PBS，（δω）QWP，（δω）MR，（δω）OL表示，WarechalCriteron給出我們(men) 如下公式；
（δω）MC≤λ/14
（δω）2MC=（δω）2LD+（δω）2CL+（δω）2PBS+（δω）2QWP+（δω）2MR+（δω）2OL+（δω）2DISK
下麵具體(ti) DVD的數值帶入來試算一下。半導體(ti) 激光二極管激光射出側(ce) 有平麵玻璃窗，此外由於(yu) 半導體(ti) 激光器自身的特點，不可克服的有非點間隔，比理想波麵要差，普通（δω）LD約為(wei) 0.013λ。棱鏡，反射鏡等平麵光學部品比較容易的以波麵收差0.01～0.015λ製造出來。但是準直透鏡和對物透鏡等非平麵光學部品，波麵收差要想抑製在0.03λ之內(nei) ，比較困難，分別定為(wei) 準直透鏡0.025λ和對物透鏡0.035λ，這樣根據式（2）得出全體(ti) （δω）MC的波麵收差為(wei) 0.0694λ，滿足要求。即使對物透鏡的波麵收差被抑製在0.035以下，如果準直透鏡的波麵收差大於(yu) 0.025，那樣被聚焦光束的直徑就會(hui) 變大，從(cong) 信息麵讀出數據錯誤頻度就會(hui) 變高。由於(yu) 以上的理由，準直透鏡的波麵收差必須小於(yu) 0.025，但球麵單透鏡要想達到這個(ge) 值非常困難，一般采用球麵玻璃組合透鏡。
從(cong) DVD光頭的對物透鏡射出的激光光束，需要一直跟蹤光盤信息麵上的軌道間距為(wei) 0.74μm，最短凹坑長為(wei) 0.4μm的軌跡，並正確讀出凹坑信息。光強為(wei) 光束中心強度1/e2的位置的光束直徑被稱為(wei) 光束徑ω，激光波長λ=650nm，對物透鏡的數值孔徑NA=0.6,
ω=k×（λ/NA）
當對物透鏡的入射光束的光強能量分布為(wei) 均等分布時，係數k是0.96，光強能量分布為(wei) 高斯分布時為(wei) 1.34。從(cong) 上式可以看出，光束徑正比例於(yu) λ/NA，既要想提高光盤記錄密度，縮小光束徑，就需要使激光短波長化，並且提高對物透鏡的NA。
還有對物透鏡的焦點深度△z正比例於(yu) λ/NA的平方，DVD焦點深度與(yu) CD相比變窄56%，焦點誤差的允許值變小。
△z～λ/NA2
光盤的傾(qing) 斜引起的象差也會(hui) 增加。對於(yu) 焦點誤差的允許值的減少，就需要提高焦點控製精度，DVD為(wei) 了減少光盤的傾(qing) 斜引起的收差，光盤的厚度減為(wei) CD的一半0.6mm。

成像光學係

激光二極管
一般LD發出的光為(wei) 與(yu) PN結合麵平行的線性偏振光，但短波長的LD中大多發出與(yu) PN結合麵垂直的線性偏振光，DVD要求LD在光盤麵上的能量為(wei) 0.3mW左右，這就需要LD發出的激光能量是3～5mW。
LD的射出角特性和準直透鏡
LD射出的激光是發散光，從(cong) 發光點離開一段觀測到的光束斷麵強度分布，被稱為(wei) 遠視野象FFP  激光頭(farfieldpattern），FFP垂直結合麵方向寬，平行結合麵方向窄，象下麵圖示的一樣，是縱長的橢圓形。LD垂直結合麵的放射角和平行結合麵的放射角分別是θ⊥，θ∥。根據LD的放射角和對物透鏡對光束強度的分布要求，確定準直透鏡的焦點距離。
LD的噪音特性和高頻疊加
LD有單模發光和多模發光兩(liang) 種激光發振方式。單模發光的最大問題是從(cong) 光盤反射回來的光進入激光共振器，形成幹涉，成為(wei) 噪音，影響SN，為(wei) 了消除噪音，需要對驅動電流進行高頻疊加。而多模的LD抗幹擾能力強，不需要高頻疊加。
偏光分光棱鏡和1/4波長板的作用
激光二極管射出的發散P線性偏振激光通過準直透鏡，成為(wei) 平行光，無反射折射的通過PBS,.再通過1/4波長片時，偏振方向旋轉45度，變為(wei) 圓偏光，這束平行的圓偏光被對物透鏡聚焦到光盤的信息麵，攜帶信息再反射回來，通過1/4波長片時，再一次偏振方向被旋轉45度，成為(wei) S線性偏振光，在偏光分光棱鏡PBS處被反射到誤差檢出係和信號係，使入射光和帶有信號的反射光分離。
對物透鏡
DVD光頭要求對物透鏡一定要象差小，特性優(you) 良，能夠把光束聚焦到回折界限，也就是能夠補正各種收差，使點象的大小完全由回折界限來決(jue) 定。一般使用非球麵光學樹脂透鏡。
誤差檢出係

非點收差法
焦點誤差檢出方式一般采用非點收差法，非點收差法就是根據光盤反射麵位置的變化，反射光的聚焦位移  激光頭動，通過圓柱麵透鏡對投影光形狀進行變化，用4分割PD差動檢出。
聚焦誤差檢出信號=（A+C）-(B+D)/(A+B+C+D)
尋軌誤差檢出信號=（A+B）-(C+D)/(A+B+C+D)
PD把光信號轉變成電信號，前置放大，模擬運算，再經過相位補償(chang) ，把信號輸入驅動放大器，驅動透鏡驅動線圈，完成聚焦和尋軌控製。
信號係
從(cong) PBS分離的含有信息的反射光，除一部分進入伺服機構的控製係，大部分進入信號係，由PD變成電信  激光頭號，前置放大，成為(wei) RF信號。