DVD光学头的基本原理VIP免费

59引言从1982年数字音频CD光盘问世，再到1997年数字视频DVD光盘上市，如今光盘存储已发展成为信息化时代的一个重要的产业。2004年全球DVD光盘驱动器年产量达8000万台，DVD播放机年产量达1500万台，DVD光盘年产量超过20亿张。中国的光盘驱动器、播放机生产量已经占了全球的70~80%，中国光盘复制产量也已经达到全球复制量的20%。为了提高我国光盘制造业从业人员的技术水平，改善生产产品质量，《记录媒体技术》编辑部将组织一系列基础知识讲座，全面介绍有关光驱、播放机整机、主要部件等方面的基础知识。DVD光学头是DVD光驱、播放机的重要部件，直接影响读出信号的质量，是系统的核心。本文将从DVD光盘的读出原理出发，分析DVD光盘信号读取对光盘复制和光学头设计的基本要求，介绍光学头的基本结构、各组件的工作原理和要求。一、光盘的衍射读出原理光盘信息存储是把数据、声音、图像信息转换为数字信号，通过信息压缩、纠错编码、信号调制，然后用激光实现母盘刻录，最后用电铸压模和注塑复制DVD光学头的基本原理◇钟芹的方法，把调制后的信息存储到由凹坑/台构成的信息轨道的光盘上。信息的读出过程则是通过将光盘驱动器/播放机的读出激光束聚焦在光盘的信息层上，扫描信息轨道，所获得的反射光经过光电转换、信号处理、解调、纠错和解压缩后，便可还原存储在光盘上的信息。DVD光驱/播放机使用波长为650nm的半导体激光二极管作为读出光源，激光束通过物镜、穿过材料为透明聚碳酸酯(Polycarbonate)的盘基，聚焦在有反射层的信息轨道上形成读出光斑，光斑扫描信息轨道上的凹坑。DVD光盘的凹坑宽度为0.25μm，最短的凹坑长度为0.40μm，最长的为1.82μm，凹坑深度约0.17μm(近似于四分之一波长)。轨道间距为0.74μm。我们可以用反射光束的相消干涉来简化说明光盘的读出原理。当聚焦光斑扫描信息轨道时，光斑落在没有信息凹坑的地方，激光完全被反射；光斑落在信息凹坑上时，由于读出光斑直径大于凹坑宽度，凹坑底部反射的光和凹坑边缘反射的光因为λ/2的光程差(凹坑深度λ/4)而达到干涉极小。这样，聚焦光斑扫描由凹坑构成的信息轨道时，反射激光的光强会被凹坑和台(凹坑之间的部分)调制，在读出系统的象限接收器上，由各象限光电信号之和，得到光盘的读出信号。对光盘读出原理更确切的解释将涉及读出光束被信息凹坑衍射的光学衍射理论。为了计算聚焦光斑扫描信息凹坑时的输出信号，必须先计算出后向衍射光波场。这一计算需要建立合适的衍射理论。1978年，H.H.Hopkins发表了激光视盘读出系统的衍射理论，并以此为基础建立了光盘读出系统完整的标量衍射理论。Hopkins用一个标量函数描述光波场，以亥姆霍兹方程为基础，假设光盘对聚焦光束中不同空间频率分量的相位延迟是相同的，而且等于沿光轴方向传播的平面波的相位延迟，将聚焦光束作为一个整体，计算衍射光强变化和信息凹坑尺寸、物镜数值孔径以及工作波长等参数的关系。具体的计算方法可以参考《光盘存储系统设计原理》p.61-73(作者:徐端颐，2000年1月第1版)。2003年7月，徐端颐教授在《高密度光盘数据存储》中分析了标量衍射理论的局限性和误差，基础知识讲座CHINAMEDIATECH60提出了在高密度光盘存储系统中必须用场矢量函数来描述光波的电场和磁场，通过求解Maxwell方程得到衍射光场并计算信号的矢量衍射理论。具体的计算方法可以参考《高密度光盘数据存储》p19-71(作者：徐端颐，2003年7月第1版)。的反射光，其各级衍射光束在置于象平面上的四象限光电检测器表面成像，叠加后的合成光强经光电转换输出工作信号。四象限光电检测器输出电信号之和(Ia+Ib+Ic+Id)用作读出信号RF。DVD光盘的聚焦伺服采用像散法。通常是在反射回检测器的光路中插入像散元件(如：柱透镜)，四象限接收器的位置在柱透镜两个正交焦线之间。当聚焦光束的焦点正好在光盘信息面上时，反射到四象限接收器上的光斑是圆光斑，当聚焦光束的焦点向上或向下偏离光盘信息面时，反射到四象限接收器上的光斑由于像散的作用形成相互正交的椭圆光斑。分别取四象限接收器对角线象限信号的和再相减，便得到聚焦误差信号。聚焦伺服系统用聚焦误差信号，驱动光学头上下运动，...