1、1机芯光头培训导读：就爱阅读网友为您分享以下“机芯光头培训”资讯，希望对您有所帮助，感谢您对 的支持!第 1 页，共 35 页激光头基础知识培训课件前言：这份资料是江北事业所许多技术人员在工作中整理出来的一份相对较 适合新进技术人员使用的培训资料。其内容目前不是很完整， 并且存在一些错误。如果大家有相关的内容可以修正错误和补充内容，请与郭京平联系。- 郭京平 2002.11.15 一、储存技术的发展纸的发明使文字的传播变得普及，磁存储则使视频、音频可以存储，并进入家庭，这是两次划时代的存储技术进步，而光存储的出现，则使原先昂贵的磁存储转变为廉价的光存储，使大量信息扩散到千家万户。光存储具有存
2、储密度高、容量大、寿命长、成本低廉、便于携带等特点。在可以预见的将来，2尚未找到可以取代光存储的介质。并且，光存储的容量和技术均存在潜力，并未达到极限，现状 CD 、DVD 光盘使用 780nm 及 650nm 的波长, 未来的光存储将使用蓝光光波长, 存储量将大幅提高. 所以未来 10 年内，光存储仍将是存储技术的主流，光存储的核心技术为激光头和伺服系统。二、激光头相关知识1. 光学存储系统读取、写入原理2. 光学存储载体结构光盘结构第 2 页，共 35 页a.CD 光盘光盘尺寸：槽深 =0.11m共 9 种信迹共 20625 圈，总长度 5300m光盘结构：槽深 11 种双面单层 DVD
3、光盘有单面单层、单面双层、双面单层及双面双层, 常见的是单面单层光盘.c.CD 光盘、DVD 光盘物理特征比较3. 基础光学知识a. 像差理论简介：激光头使用固体激光器，使用的光为激光，即单色光，3因此不存在色差的问题，在光学系统中主要有球差、像散、彗差三种像差。第 3 页，共 35 页球差（SA ）a).有球差的像点,光点较大,不能会聚成最小.b). 无球差的像点, 光点会聚最小.产生原因: 1.物镜不同半径的圆周对光的会聚（扩散）能力存在差异。2.平面镜的面形（圆对称）误差均可能引入球差。像散（As ）弧矢面产生原因:1.透镜、平面镜的面形（线不对称误差引入像散）透镜的子午面和弧矢面对光的
4、会聚（扩散）能力不同。2.另，平行平板斜放也会引入像散，其原因为不同位置的入射角度不同.彗差（Coma ）透镜不同半径的出射光，在接收屏上形成不同位置的圆光斑，产生的原因为透镜的入射面和出射面的面形，其焦点在不同一个光轴上，另，两个以上的透镜光轴不重合，也会引入彗差。b. 分辨率、焦深4计算公式分辨率对光盘来说，信息槽越小，则可存储的信息量越大。为了读出信息槽，需有合适大小的光点。激光头输出光点过大，则把信息槽旁边的信息也一同读取，造成噪音，光点过小，则不能全部读出信息，可能丢失数据，光点的大小可以用瑞利分辨率计算：激光头光点信息槽分辨率 R=0.61NA ，其中 为波长，NA 称为物镜数值孔
5、径NA=nsin （n 为折射率）第 4 页，共 35 页像点物镜物由公式可见，激光波长越短，光点越小；数值孔径越大，光点越小。由于 CD 、DVD 信息槽宽度不等，所以 CD 、DVD焦深概念：在图示D 范围内，光点直径为最小，处于可以读取信5息槽的光斑大小范围，成为焦深范围。D=2NA 2即 CD 具有较大的焦深范围，聚焦伺服精度要求低，读取容易，盘片制作允许误差大，而 DVD具有较小的焦深范围，聚焦伺服精度要求高，读取范围小，盘片制作允许误差小。c . 光栅衍射公式激光头信号提取（循迹、聚焦）过程中使用了光栅作为信号分离及信号接收，对单色光而言，有如下光栅衍射公式：dsin =m其中：d
6、 为光栅栅格周期， 为衍射光角度， 为波长，m 为衍射级次(1,2)通常 m 取1，主要是1 级衍射光能量较大，要求的口径较小，可以通过调整光栅和栅格的占空比和深度调整 0 级、1 级的光能量比率。4. 机械结构悬臂梁机构如右图示为悬臂梁机构，激光头结构中，物镜高度需随光盘高度而变化，作为物镜的支撑结构为悬臂梁机构，悬臂梁机构中存在一个固有频率，该频率影响光驱的信速及读取能力，所以需测定悬臂梁机构的固有频率。悬臂梁机构的固有频率 6f0 =m2d 464M（1）K 为 S 导线（悬臂）刚度，M 为可动部的质量。K=48E T3，I Z =（2）E 为导线的弹性系数 为 S 导线有效长度 d 为
7、 S 导线线径将式（2）代入式（1）则f 0=1248E（3）364M由此可见激光头机械结构的固有频率(ACT 的固有频率) 与 S 导线的弹性系数、线圈的重量、S 导线的长度及7线径有关.三、激光头基本结构及伺服信号形成原理 1.CD 光头基本结构及元器件简介光学信息传递过程LD 发出激光单色光束，经过光栅产生衍射，形成 0 级光和1 级光，再经过半径反射到物镜，由物镜聚焦到光盘表面，获得光盘信息后反射回物镜，再经半镜透射，成像于OEIC 受光面， 0 级光可获得聚焦伺服信号和光盘信息，1级光第 5 页，共 35 页用于循迹伺服。OEIC图 1HOP-A1 CD 光头光学基本结构虚线框内为光
8、头部分a.物镜：采用高分子树脂压注成型，表面镀有增透膜，一般为双面双凸透镜， 面形为非球面面形，其注塑模具国内暂不能制作，目前日立光头采用 KONICA 及 FUJITSU 两家公司的物镜。物镜用于会聚 LD 的激光束，使 光束成像于光盘信息层，该物镜同时需要消除 LD 本身的像散，使会聚 于光盘的光点最小。光盘反射的激光束再经过物镜后，成8像于 OEIC 。物镜焦距约为 3mm ，数值孔径一般为 0.45.b. 半镜：全名为半透半反镜，日立通称 half-mirror ，材质一般为玻璃，工作面 镀有半透半反膜系，其作用为使入射的一半光束反射，一半光束透射。 在同时需要透射及反射光的光学结构中
9、，半透半反镜在同等入射强度 的情况下可以获得最大的接收光能量。计算公式如下：设全光束能量为 1，第一次反射率为 x ，经过物镜、光盘后，光束 再经半镜透射聚焦于OEIC ，透射率为 1-x ，则 OEIC 表面的光能量为： I = x (1-x ) = x - x 2对 I 求偏导 , I = 1 - 2x, 当 I=0 时, I 有极值, 此时 x = 1/2. c. 光栅: 该光栅为透射型位相光栅 , 其结构如右图所示.单色光穿越光栅时将发生衍射, 衍射光束的截面垂直于 光栅栅格方向. 衍射光的角度详见光栅衍射公式.CD 光头中, 零级光用于聚焦伺服及光盘信息提取, 1 级光用于循迹伺服.
10、级光d. OEIC: 英文全称为 OPTICAL-ELECTRONIC 9INTEGRATED CIRCUIT, HOP-A1 CD 光头的 OEIC 为 6 象限光电探测器, 其作用为接收 光信号, 并把光信号转换为电信号输出. 如图示, ABCD 四个 象限接收0 级光, EF 两个象限接收1 级光, 每一个象限均为 独立的光电接收单元.e. LD: 英文名为 LASER DIODE, 即激光二极管. LD 为集成电路, 其结构如图所示. 在LD PN 结的交界处有 U 层、P 层和激活层, 形成了光 的谐振系统, 只有单一波长的光束才能沿固定方向 逸出, CD 系的 LD 激光波长为 7
11、80nm. 半导体激光 二极管发出的激光束不是平行光束, 而是发散光, 该发散光的波面为非球面. 水平张角为 615, 垂直张角为 1630. LD 作为光源主要是因为单色、 价廉、体积重量小、驱动电压低、可直接进行 幅度调制等优点.一般 LD 具有三个引脚, 一为供电端 , 一为接地端, 还有一个管脚为光敏二极管的输出端, 光敏二极管 位于 LD 的后面, 用于检测 LD 发光强度. 如右图所示，LD 出射光的偏振 方向平行于 LD 引脚的地脚之外的 两个引脚。而出射光张角较大的 方向则垂直于该方向。10LD 发出的光束是单色的、线偏振的发散光束。 LD 的优点是单色、价廉、响应速度快、体积
12、小。LD LD 出射光张角较大的方向2.DVD 光头基本结构及元器件简介CD 激光头光学元器件简介第 6 页，共 35 页以 HOP-1001 机种为例光学信息传递过程一般而言，DVD 光头除读取 DVD 光盘外，还可读取CD 光盘，即 DVD 光头兼容 CD 光头的功能a.DVD 光头 DVD 光学信号传递过程DVDLD 发出波长为 635nm 或 650nm 的红色激光，经光栅衍射形成零级和1 级衍射光，再由半镜反射，穿过双向棱镜，由反射镜反射，准直镜使光束由发散光改变为平行光，然后物镜聚焦形成极细光点，落在光盘信息面，光盘把入射光反射，这时的光点已提取了光盘信息，按原路返回，到双向棱镜，DVD 波长的激光为全部透射（透射率50%） ，经检出镜聚焦到 OEIC 接收面。b. DVD 光头 CD 光学信息传递过程CDLD 发出波长为 780nm 的红外激光，经光栅衍射，穿过透镜，由双向棱镜反射到反射镜，到准直
