激光头的原理与结构

DVD光学头主要包括对物透镜驱动系ACT(ACTUATOR)和光学系,对物透镜驱动系有两个功能,一个是把从半导体激光器发出的激光聚焦在光盘的信息面上,(即聚焦focusing),另一个是使光束在轨道上并追随轨道(即寻轨tracking),因为聚焦是对于光盘的面振动,以1μm以下的误差来追随,设计聚焦伺服驱动线圈时,必须使驱动线圈的加速度超过光盘面振动的加速度.寻轨驱动线圈是以0.1μm以下的误差对轨道进行追随,设计中特别要注意的是防止对高频的机械共振.
设计一般是以光盘的国际标准为目标值,要考虑到光盘的面振动,光学头的装配误差,光学头的移动误差,主轴电机的轴振动,光盘的放置误差等诸多因素.具体的结构,主要有轴转动型,弹性线材支持型等.ACT的基本特性可以看成有弹簧的进退结构,驱动是由线圈和电磁回路构成.具体设计时,有PMESH、PMAG等计算机辅助设计软件.
以下主要介绍DVD光学头的光学系的设计.

成像光学系
成像光学系的设计，无非是满足聚集后的光斑点足够小，以便能准确读出光盘上信息.光斑的直径 ω=k×（λ/NA）,系数k与对物透镜入射光强分布有关,光强分布越接近均一分布,k值越小.在相同数值孔径NA的条件下，若想得到最小聚集光斑，
a. 入射光波面收差小.
b. 入射光强分布均一。
对于a，应力求使每个光学部品有最小的像差，对于b，因为从LD发出激光为发散光，经准直后，光强分布为高斯分布。如果只利用中心部的激光，可以较接近均一分布，但是对LD光能量的利用率低下，可能得不到到达盘面所要求的能量，因此要折中考虑这相矛盾的两个要求，定出横向对物透镜利用光强分布百分比Rx（Rim intensity X），纵向利用光强分布百分比Ry（Rim intensity Y），这两个条件是设计光学系的依据。

激光二极管LD（Laser Diode）
LD是光学头中的发光器件，它发出光的特性决定了光头的结构、特性。
a.基本特性
只读型DVD光头用LD一般 ＝635nm或650nm，它的激光共振阈值电流一般为40mA左右，工作电流（即LD出射激光能量约3mW时，为50mA左右，各制造商极力减少其工作电流，以使其工作在较低温度下，因为温度变化（升高）会使其发出激光波长发生漂移，在设计光头时应尽量使其得到良好散热。
b.偏光性
LD发生的激光，多为不完全的线性偏光,在设计PBS时要考虑线性偏光的方向性.
c.放射角及非点间隔
从LD半导体激光共振腔中发出的发散激光，从水平和垂直方向来看，并不是从同一点发出，水平发射点和垂直发射点之间的距离，称为非点间隔，它使从LD发出的激光波面产生非点象差。
由于从LD放出激光为发散光，并且水平与垂直方向发散角不同分别为θ⊥和θ∥，整形透镜和准直透镜设计要以θ⊥和θ∥为依据。
d.发振方式和高频叠加及RIN
相对噪音强度RIN是评价LD的一个重要指标，
RIN=(△P/P)2/△f(单位Hz-1)
其中△P是LD射出光的交流成分，P是直流成分，△f是测量的频带宽度。
多模方式的LD一般RIN较低，但抗反射光干扰能力强，驱动电流不需叠加高频，对于单模方式发光LD，反射光对光信号影响很强，必须对驱动电流叠加高频，一般约在500──700MHZ范围内。
e.内藏光电二极管PD（photo diode）
LD内部为了使出射光能量保持一定，一般内藏光电二极管PD，做APC（auto power control）用。