【doc】DVD激光头基本原理

【doc】DVD激光头基本原理 DVD激光头基本原理 DVD激光头基本原理 3一'7束永俊,李桂仙1/尹 ,(深圳三洋华强激光电子有限公司.广东深圳518tM-9) 【}商要】主要舟绍了三洋DVD(dlgitalversatiledisc)激光头的光路原理,各光学部 件的功能 以及DVD激光头的主要性能参数. 【关键词】激光头(Pu);聚焦误差信号(FE);跟踪误差信号(TE) SANYODVD激光头使用两个激光二极管和一 个物镜,它是一个二焦点光学系统,能够兼容CD.光 头在读曲时,首先要识别是DVDDISC还是CD DIs(=,这是通过判定是谁的焦点进行再生来实现 的.使用DVD的焦点再生CD时,发生像差,光点形 状失真,几乎没有RF信号输出;同理,使用CD用的 焦点再生DVD时,DVD的RF信号几乎不能再生. 因此根据二焦点镜头检出的RF信号就可以识别出 是DVD盘,还是CD盘. 1.1DvD部分的光路原理 如图1所示,激光二极管加电后发出1束激光, 经光栅衍射后形成3束光,经半透镜反射,分光棱镜 及准直镜折射和反射镜反射后,透过滤光片经物镜 聚焦在DISC的信息坑点上;经DISC反射回来的光 (受到DISC信息坑点的调制而有了强弱的变化)沿 人射光的逆方向到达半透镜,经半透镜折射后,激光 32 图1DVD激光头光路图 转换成电信号,从而达到将DISC上的光信号转换 成电信号的目的. 1.2(D部分的光路原理 全息元件发出3束激光,通过分光棱镜及准直 镜折射和反射镜反射后,透过滤光片经物镜聚焦在 DISC的信息坑点上;经DISC反射回来的光沿入射 光的逆方向到分光棱镜后反射进入全息元件.全息 元件将光信号转换成电信号,从而达到将DISC上的 坑点信号转换成电信号的目的.其光路如图1所示. 2光学元件介绍 2.1激光二极管LD LD(LaserDiode)是DVD激光头的重要光学部 件,下面以SONY制造的SLD1134VL激光二极管为 例,这种激光二极管是由AIGalnP材料做成的量子 阱激光二极管,波长为655nm,阈值电流为65mA 左右.内部的基本原理如图2. 图2激光二极管基本原理 其中LD发射激光,MD(MonitorDiode)则是利用自 动功率控制(AutomaticPowerContro1)电路使LD的 出射光功率稳定.LD的几个基本参数为:阈值电流, 波长,垂直发散角, 水平发散角,非点 隔差. 垂直发散角, 水平发散角,非点 隔差,折射率,光强分布如图3所示.囝3光强分布 由于波导层(里面形成激光)的折射率大于旁边 限制层的折射率,这样通过全反射光就被限制在波 导层内,形成如图3(a)所示的光强分布.如果晶体内 部存在缺陷,光强分布有时会出现双峰,此时PDIC 会因为受光不均匀而产生不良,整个光学性能变差. 非点隔差是指垂直方向与水平方向的交点不在 同一平面上,图3用A,B表示交点,A,B间的距离 ?z叫非点隔差.如果将LD的光束以光线表示且将 ,则LD的光斑形状 光线向LD内部延伸【如图3(b)】 (如图3(c)】从A—B分别为垂直的一条直线,垂直 的椭圆,圆形,水平的椭圆,水平的一条直线.由于非 点隔差的存在使得到达DISC上的光斑变形,J, TER变大.所以LD的非点隔差必须要通过物镜和 准直镜来校正(见物镜和准直镜部分). 由于量子阱激光器是由多个超薄层交替生长形 成的,所以耐静电能力约为CDLD的1/10,耐静电 电压约为100V.相对于非量子阱激光器来说,量子 阱激光器的功率一电流特性比较稳定 为了减少经DISC返回的光返回到LD里面和 LD的非点隔差,LD的端面不是平面而是倾斜的,如 果太多光返回到LD里面就会对激光进行调制,从 而使HF波形变形,.腓尺变大,性能变差,调制后 的HF波形上下两面出现对称的波浪形状 2.2物镜OBL和准直镜CA, 在DVD激光头中,准直镜C/L(ConimatorLens) 的作用是将LD发出的光变为平行光,物镜OBL(OB jectiveLens)的作用是将平行光聚焦为一点.实际上图4慧差图 图5球差图 图6球差对JrI'IER的影响 图7像散图 OBL和C/L都是凸透镜,为了增加透过率,OBL和 C/L都镀膜. 两种凸透镜的球差,彗差,像散3种像差对 DVD激光头 他尺参数影响很 大.如图4一图7所 示. 彗差是指经过 33 透镜不同环带的空间光线在像面上交成一系列大 小不同相互重叠的圆,圆心在一条直线上,与轴线有 不同的距离,形成一个有尖端的亮斑,尖端最亮(如 图4).球差是指越远离光轴的光线,交点越远离焦 平面,最后在焦平面处形成一个弥散的光斑(如图 5).这两种凸透镜的球差,彗差比较大时,聚焦到 DISC上的焦点会比较大从而使JITTER增大.JIT- 瓶R的恶化会使DVD的性能降低.由于DVDLD 激光经准直镜后变成平行光,所以相对于彗差来 说,球差的影响会更大,球差的增大会使TRACK? ING方向的j7订E品急剧增加,跟踪性能变差.如图 6所示. 像散是指在没有球差与彗差的前提下,子午面 内的光线与孤矢面内光线焦点不在同一个面上(如 图7).者也正是利用这一特性来消除LD的非 点隔差(如图8).LD非点隔差的存在会使水平面上 与垂直面上的物距不同.像散的存在可以看成水平 面上与垂直面上的焦距不同.根据物像公式进行配 合就可以消除LD的非点隔差,使A,B同时成像到 DISC上 图8利用像散消除非点隔差 2.3反射镜R/M和光栅G/T 在DVD中使用反射镜RiM(RejectingMirror) 是为了改变光路.减少整个DVD光头的体积,反射 镜使用镀膜结构,并且使640~670nrn,765~805rim 的光都有大于或等于96%的反射率. DVD的读音方式采用的是相差跟踪法,并不需 要三光束,即不需要光栅G/T(Grating),但有的DVD 激光头为了兼容对CD—R的记录.为此增加了光 栅. 2.4滤光片 由于CDLD的激光波长为780nm,DVDLD 的激光波长为650nm.对于同一物镜来说,为了使 两种光通过物镜聚 焦后到达DISc上 的光斑都比较小, 就使用了滤光片 图9滤光片的透光原理 图l0利用滤光片改变CD的数值孔径 (FILTER)减少CD的数值孔径(^).数值孔径的示 意图如图9(a)所示. 滤光片如图9(b)所示,其环行部分存在镀膜结 构,而中间部分透明.镀膜层的透过率曲线如图9(c) 所示. 从图9中可以看出在环行镀膜层中,只有DVD 的光可以通过,而CDLD发出的光几乎只能从中 间通过.对于物镜来说,DVD部分的数值孔径为0, 6,cD部分的数值孔径为O.45.如果不加滤光片,CD 部分的数值孔径变大,会造成J7R与面振不良, 性能变差,如图10所示. 需要指出的是,由于ACT的聚焦运动在一定程 度上可以对CD部分较大的数值孔径进行补偿,故 有一些机种没有滤光片. 2.5半透镜I-I/M和分光棱镜D/P H/M(HalfMimr]共有两面,一面为半透面,一 面为镀膜面.半透面对于垂直偏振光和水平偏振光 的反射与折射都为1:1左右【即Tp/(Tp+Rp):Rp/ (Trl+Rp)=50士5%:50士5%Ts/(Ts+Rs):Rs/(Ts+Rs)= 50士l5%:50?l5钏.镀膜面反射率小于2%.从LD发 出的激光在H/M上一半折射,一半反射.折射过来 的激光经镀膜面后几乎全部透射过去,但这部分光 没有用,其有经DISC反射回来的激光再经H/M折 图11分光棱镜示意图 射过来才是有用的信号. 图11为分光棱镜D/P(DichronicPrism)示意 图.??,?面镀有增透膜,以减少光量损失;?为内 部镀膜层,对CD光进行全反射而对DVD光进行全 透射,从而实现了对CD与DVD光的分离. 2.6.光电二极管PD 光电二极管PD(PhotoDiode)的基本作用是将 光信号转化成电信号,其内部包含有将电流转化为 电压的运算放大器.下面以NEC制造的PH964为图l2光电二极管内部结构 图13PD工作原理 35 例,这种光电二极管的内部结构图如图l2所示. 由于DVD的轨迹间距为0.74m,约为CD的 1/2,故采用相位跟踪.经DIsC返回的光束,由 4分割的PD进行,若光束从4分割PD的中心 通过时.呈对角的信号A+C与B+D同相位地发生 变化,若光束偏离中心位置时,则存在相位的变化, 该相位差经积分电路后形成跟踪信号.如图13所 示. 与CD的TE信号近似正弦波不同,DVD的rE 信号近似三角波.在现阶段,E,F,G,H4个PD没有 用处,是为了将来DVD—R的需要,这是因为DVD—R 在进行写动作的时候,主光束不可能同时进行伺服, 必须依靠两束副光束. DVD的跟踪伺服方法与CD完全不同,采用的 是相位跟踪方法.但DVD的聚焦伺服方法与CD相 同,也采用非点收差法.跟踪伺服与聚焦伺服都用A, B,c,D4个PD二极管,伺服信号用的是相位差,而 聚焦信号用的是信号的强度差.由于光路是沿原路 返回的,到达H/M后经折射后到达PD.但光经过 H/M后光路会有一定的偏离.图l4是LDB(0J_) 点发出的光由DISC返回后经H/M折射后成像于 Bl点的光路图,同样也可以画出IX)A(8?)点成像 与A1的光路图.由于LD垂直方向的发散角比水平 图14光通过I-1/M的光路图 图15FE信号产生过程 方向的发散角大.即图l4入射光线与法线的夹角要 比水平方向的大,这样从B点发出的光经H/M后 偏移量比从A点发出的光经H/M后偏移量大,所 以相对于A,B之间的距离,Al,B1之间的距离更 大,从Bl到Al的形状仍然为一条直线,椭圆,圆,椭 圆,一条直线,但调DF要容易的多.当OBL聚焦运 动时,光斑随着OBL的运动从椭圆变成圆再变成椭 圆从而产生FE信号,如图l5所示. 2.7全息元件(HOE) 全息元件目的是为了兼容CD.它是一个集成的 光学元件.内部主要集成了LD.PD,GRA_rJNG与全 息片.LD发出的激光经过全息片时与返回来的光经 过全息片时光路不同.当返回来的光到达全息片时, 激光不再按原路返回,而是偏离了原来的光路射到 PD上面.且3束截面为圆形的激光被分成了6束截 面为半圆形的激光.由这6束激光形成CD的HF. TE,FE信号. 3DVD激光头关键性能参数 3.1JITTER值 轨道上的信息坑由3T~l1T长度的信号所组 成,实际探测到的信号与信号之问的差值就是 JITTER(抖晃).DVD的JITTER是通过对一段时间 内信息坑产生的JITTER进行统计,取其分布的平 均值作为其光头的JITTER值.JITTER值越小,实际 探测到的信号越接近标准信号,从而光头性能越好. 3.2DE-ll0CUSJ?TER{DF-JITTER】 DF_臃R指给光头施加一定的DE—F0CUS (散焦)电压时,光头所能达到的最好的JITTER值 (如图l6所示).因此DF-JITTER为光头的最佳状 态的表示数值. 圈16DF—J唧R测量原理圈 33sHIFTJITTER4-/一 指在循迹方向施加一特定电压,在此电压的作 用下,物镜将在循迹方向偏移200tLm距离如图17 图17SHIFTJITTER测试状态示意图 所示. 光头在OBL偏移到外周侧200时,所测得 强尺值就是SHFIT册+值,光头在OBL偏移 到内周侧200I.tm时,所测得JlTTER值就是SHFIT 仃E尺一值.SHIFTJl仃E尺值反映了跟踪性能的好 坏.s抒,订'JITTER值越小,跟踪性能越好,反之则越 差. 3.4RF RF为聚焦信号输出的量度,即PD上A,B,c,D 4个光电二极管所接受到的信号的总和.RF过大, 会影响激光头的寿命;过小,则会造成无法读取.RF 输出的大小是通过控制LD的输出电流来实现的. 35TE—PP 跟踪误差信号TE为[相位(A+c)一相位(B+D)】 经积分后所得到的信号(见图18).TE—PP即为OBL 不移动的情况下(此时也称初期),跟踪误差信号的 峰峰值,即TE-PP=-珏+疆I删其中,ini表示初期. 图18跟踪误差信号TE示意图 3.6移动疆一PP+,移动TE-PP- 移动疆一=辞. 移动疆-PP-:×100 测试条件与SHIKI"JI3TER相似.在循迹方向 施加一特定电压,在此电压的作用下,物镜将在循迹 方向偏移300m距离.光头在OBL偏移到外周侧 300m时,所测得TE-PP值与初期TE-PP的比值 RF600会议报到+表决发言系统 星环的RF600会议报到+表决发言系统全中文操作界面,适合中国国情,特别适合各级人大会议.该系 统的主要功能和特点:(1)会议报道,报到方式灵活快捷,报到结果实时准确;(2)会议发言;(3)会议表决; (4)会议控制;(5)功能拓展. 37