光學(xué)頭基本知識(shí)講座

光學(xué)頭基本知識(shí)講座內(nèi)容光盤相關(guān)知識(shí)光學(xué)頭原理和組件光學(xué)頭評(píng)價(jià)參數(shù)結(jié)束語第二頁，共54頁。光盤和光學(xué)頭相關(guān)知識(shí)按照盤片的物理格式分類：CD和DVDCD分類： 1.CDROM 2.CD-R/RWDVD分為： 1.DVD-ROM 2.DVD±R/RW 3.DVD-RAM第三頁，共54頁。CD和DVD盤片信息道比較

CD盤片DVD盤片光盤和光學(xué)頭相關(guān)知識(shí)第四頁，共54頁。激光光頭組件●激光光源：LASERDIODE●衍射光柵：GRATING●偏振棱鏡：SPLITER●物鏡和準(zhǔn)直鏡OBJECTLENS●PDIC

光學(xué)頭原理和組件第五頁，共54頁。激光光源LaserDiode

CDLD波長(zhǎng)780±25nmDVDLD波長(zhǎng)645±15nm溫度特性監(jiān)視PD銅套筒散熱單一波長(zhǎng)相干光源沒有色差DVDLDCDLDMDGND第六頁，共54頁。激光光源LaserDiode激光二極管的光輸出功率是隨溫度而變化，這會(huì)影響到伺服的增益特性，所以必須采取措施使輸出功率在溫度變化時(shí)仍保持不便。通常采用APC回路。第七頁，共54頁。衍射光柵GRATING衍射光柵通過衍射現(xiàn)象將單一的一束激光衍射成3束。中間的光束稱為主光束，兩旁的光束稱為輔助光束。主光束用于讀取信號(hào)和產(chǎn)生誤差信號(hào)。輔助光束用于產(chǎn)生循跡誤差信號(hào)。線光源出來得是明暗條紋點(diǎn)光源出來得是光斑第八頁，共54頁。偏振光分束器PBS偏振光分束器的作用是使反射回的光束在兩次經(jīng)過半透鏡時(shí)，激光束的偏置方向旋轉(zhuǎn)90度。由發(fā)出時(shí)的垂直偏振光變?yōu)樗狡窆狻Ｆ窆夥质鬟€有非點(diǎn)收差的功能。（集成了1/4波長(zhǎng)片、偏振片、柱面鏡功能）PBS第九頁，共54頁。１/４波片M是起偏器，經(jīng)它可獲得垂直射向波片C的線偏光。??第十頁，共54頁。１/４波片入射角度為45度，經(jīng)過波片后，線偏振光變?yōu)閳A偏振光。從光盤反射回的圓偏振光經(jīng)過波片后，變?yōu)榫€偏振光，但是振動(dòng)方向與入射光相差90度。第十一頁，共54頁。非點(diǎn)收差非點(diǎn)收差法，又稱像散法。第十二頁，共54頁。非點(diǎn)收差非點(diǎn)收差法就是通過半透鏡的非點(diǎn)收差特性進(jìn)行的聚焦檢測(cè)。如上圖，通過半透鏡的光束，其反射到PDIC的光斑有如下變化：當(dāng)?shù)盘?hào)面靠近激光頭方向偏離焦深范圍時(shí)，其截面開始呈縱向橢圓形；當(dāng)準(zhǔn)確聚焦時(shí)其橫截面呈圓形；當(dāng)?shù)盘?hào)面偏離激光頭方向偏離焦深范圍時(shí)，其截面開始呈橫向橢圓形。通過計(jì)算PD上ABCD的光量，然后進(jìn)行比較，即可知道焦點(diǎn)的位置，然后通過伺服電路進(jìn)行控制，使得焦點(diǎn)在碟片上完全聚焦，達(dá)到準(zhǔn)確讀取的目的。

第十三頁，共54頁。物鏡和準(zhǔn)直鏡物鏡英文全稱ObjectLens。物鏡是激光頭的重要光學(xué)部品。主要作用：是將激光會(huì)聚于一點(diǎn)，照在光盤上，來讀取光盤上存儲(chǔ)的各種各樣的信息。 可以簡(jiǎn)單地認(rèn)為物鏡就是一個(gè)具有較高成像精度的光學(xué)凸透鏡。但是，物鏡的表面并非是規(guī)則的球面系統(tǒng)，而是一個(gè)非球面透鏡。材質(zhì)：一般有樹脂或光學(xué)玻璃兩種。 通常物鏡的表面都有一個(gè)鍍膜層，在自然光下觀察，會(huì)呈淡藍(lán)或別的顏色，其顏色與鍍膜的材料有關(guān)，但并非材料本身的顏色，而是膜的反射光的顏色。膜層的作用是防止反射，增加透光率和保護(hù)其基體表面。膜層的范圍，主要是物鏡的前后兩光學(xué)面，即透鏡的兩個(gè)凸面。在工程上，一般對(duì)膜的強(qiáng)度有一定的要求，比如：用清潔紙或棉棒和清洗劑一起擦洗，擦洗力的強(qiáng)度：可擦去附著的指紋。在此擦洗條件下膜層的外觀不良不會(huì)發(fā)生為OK。第十四頁，共54頁。物鏡和準(zhǔn)直鏡通常，物鏡的幾個(gè)給定的設(shè)計(jì)參數(shù)；波長(zhǎng)（λ）， （DVD；650nm；CD：780nm）焦距（f）， （DVD：3.05mm；CD：3.07mm）數(shù)值孔徑NA， （DVD：0.6；CD：0.45）基準(zhǔn)物象間距， （DVD：∞；CD：31.18mm）透過率， （DVD：85%以上；CD：95%以上）物鏡的凸面的厚度。根據(jù)以上的數(shù)據(jù)我們可以計(jì)算出，CD和DVD的讀碟的理想光斑直徑的大小，因此可以從理論上計(jì)算出相同大小的DVD和CD碟的容量之比及碟上相鄰兩凹槽間的最小距離等。根據(jù)光斑直徑的計(jì)算公式；D=1.22λ/NA由此可計(jì)算出DVD光斑直徑約為1.322μm；CD約2.115μm。物鏡第十五頁，共54頁。物鏡和準(zhǔn)直鏡物鏡的性能 對(duì)物鏡的判定主要包括：外觀尺寸和性能的判定。我們主要來討論性能的相關(guān)知識(shí)。其性能的主要參數(shù)主要包括： 波面收差，球面收差，COMA差，非點(diǎn)收差。

在激光頭產(chǎn)品中，還有一個(gè)與物鏡類似的光學(xué)部品是準(zhǔn)直透鏡，其分析方法基本與物鏡是相同的。準(zhǔn)直鏡第十六頁，共54頁。光電二極管

PDIC光電轉(zhuǎn)換器，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。內(nèi)嵌I/V轉(zhuǎn)換器多種分割第十七頁，共54頁。光電二極管

PDIC在DVD、CD等激光產(chǎn)品中，PDIC是一個(gè)極其重要的光電器件。作用：將帶有DISC信息的激光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的關(guān)鍵器件，是影響產(chǎn)品的性能的關(guān)鍵部品之一。光電轉(zhuǎn)換的原理 當(dāng)光入射到光電材料上時(shí)，光電材料發(fā)射電子或者其電導(dǎo)率發(fā)生變化，或者產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象統(tǒng)稱為光電效應(yīng)。光電效應(yīng)的實(shí)質(zhì)是入射光輻射與物質(zhì)中束縛于晶格的電子或自由電子的相互作用引起的。光子直接與物質(zhì)中的電子相互作用，將引起物質(zhì)內(nèi)部的電子的能態(tài)的改變。這種變化與光子能量的大小有關(guān)，亦即與入射光的波長(zhǎng)有關(guān)。在光電效應(yīng)中，按到其是否發(fā)射光電子可分為：內(nèi)光電效應(yīng)和外光電效應(yīng)。而在光探測(cè)技術(shù)中較為廣泛應(yīng)用的有：光電導(dǎo)效應(yīng)、光狀效應(yīng)和光電子發(fā)射效應(yīng)。在激光頭產(chǎn)品中，運(yùn)用的就是光電子發(fā)射效應(yīng)。在頻率為ν的光輻射作用下，處于真空或其他介質(zhì)中的物質(zhì)吸收光子能量hν后，其電子動(dòng)能增加，在向表面運(yùn)動(dòng)的電子中有一部分電子的能量較大，有足夠的能量克服物質(zhì)表面的逸出功Wφ，穿出表層進(jìn)入真空或其他介質(zhì)中。這種現(xiàn)象就是光電子發(fā)射效應(yīng)。第十八頁，共54頁。光電二極管

PDIC光電子發(fā)射具有以下基本規(guī)律：1.發(fā)射的光電流與入射光的強(qiáng)度成正比。即I為光電流，K為系數(shù)與光電子發(fā)射體對(duì)入射光的靈敏度有關(guān)，φ為光通量。2.入射光輻射的頻率增加時(shí)，從材料表面逸出的光電子的最大動(dòng)能也成比例增加，而與入射光的強(qiáng)度無關(guān)。這是著名的愛因斯坦定律:

m是電子的質(zhì)量，Vm是光電子穿出發(fā)射體表面的速度，Wφ是逸出功。3.電子從吸收光子能量到逸出發(fā)射體表面的時(shí)間很短，約10-12S。第十九頁，共54頁。光電二極管

PDIC光電探測(cè)器的幾個(gè)特性參數(shù)1.響應(yīng)率響應(yīng)率是描述其靈敏度的參數(shù)量，表征其將入射光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的能力。其定義是輸出均方根電壓或電流與入射到光電探測(cè)器的平均光功率的比值。2.量子效率量子效率定義為單位時(shí)間產(chǎn)生的光電子數(shù)與單位時(shí)間入射的光子數(shù)的比。3.噪聲等效功率光探測(cè)器輸出的電信號(hào)的均方值等于光探測(cè)器本身的噪聲的均方根值時(shí)，入射到探測(cè)器上的信號(hào)光功率的均方根值就稱為噪聲等效功率。4.光譜響應(yīng)光譜響應(yīng)是表征器件的響應(yīng)率等參數(shù)與入射光波長(zhǎng)的函數(shù)關(guān)系的參數(shù)。5.響應(yīng)時(shí)間是描述其對(duì)入射光響應(yīng)快慢的一個(gè)特征參數(shù)，它是指光探測(cè)器將入射光轉(zhuǎn)換成電輸出的時(shí)間。 通常在PDIC規(guī)格書中，對(duì)噪聲有明確的規(guī)定，對(duì)其他幾個(gè)參數(shù)未作明確的要求。除以上幾個(gè)參數(shù)外，還有其他的一些特性，如：其性能隨溫度的變化情況，最佳偏置條件等。第二十頁，共54頁。光電二極管

PDICADBCaEdbFcDVDCD-Y+X第二十一頁，共54頁。對(duì)應(yīng)光盤，光頭主要分成CD和DVD光頭CD光學(xué)頭: 1.CD-ROM 2.CD-R/RWDVD光學(xué)頭: 1.DVD-ROM 2.DVD±R/RW 3.DVD-RAM光盤和光學(xué)頭相關(guān)知識(shí)第二十二頁，共54頁。光學(xué)頭評(píng)價(jià)項(xiàng)目綜述 為了評(píng)定光學(xué)頭的品質(zhì)，通常只讀光學(xué)頭需要評(píng)價(jià)的項(xiàng)目為：

1．LDPower

2．Im

3．Iop

4．SCurveLevel

5．SCurve

Balance

6．Defocus

7．PDBalance-X 8．PDBalance-Y

9．TELevel(CD)DPDLEVEL(DVD)第二十三頁，共54頁。10．TEBalance(CD)DPDBalance(DVD)11．E-FPhase(CD)12．RFCrosstalk13．RFLevel14．Jitter15．Itop16.RFModulation17．TangentialSkew

18．RadialSkew光學(xué)頭評(píng)價(jià)項(xiàng)目綜述第二十四頁，共54頁。光學(xué)頭評(píng)價(jià)參數(shù)的解釋評(píng)價(jià)參數(shù):

LDPower 光學(xué)頭物鏡的出射激光能量。反映讀盤時(shí)的激光光功率。

Im 光學(xué)頭半導(dǎo)體激光器的監(jiān)視PD電流，作為APC反饋控制信號(hào)。

Iop 光學(xué)頭半導(dǎo)體激光器的工作電流。第二十五頁，共54頁。光學(xué)頭評(píng)價(jià)參數(shù)的解釋SCurveLevelFE信號(hào)的幅值。此參數(shù)和非點(diǎn)收差有著密切關(guān)系的參數(shù)。第二十六頁，共54頁。SCurveBalanceFE信號(hào)與0電平的差值SCurveBalance=

｛（│Peak│-│Bottom│）/（│Peak│+│Bottom│）×2

｝×100%

光學(xué)頭評(píng)價(jià)參數(shù)的解釋

如果光斑偏離PD中心，會(huì)導(dǎo)致此參數(shù)值偏大。第二十七頁，共54頁。光學(xué)頭評(píng)價(jià)參數(shù)的解釋PDBalance-X照射到4分割PD上的主光束的中心和PD的中心的偏差量

PDBalance-X

={(A+D)-(B+C)}×100%第二十八頁，共54頁。光學(xué)頭評(píng)價(jià)參數(shù)的解釋PDBalance-Y照射到4分割PD上的主光束的中心和PD的中心的偏差量

PDBalance-Y={(A+B)-(C+D)}×100%第二十九頁，共54頁。光學(xué)頭評(píng)價(jià)參數(shù)的解釋PDBanlance導(dǎo)致伺服信號(hào)異常。通常，PDBanlance不良是由以下原因?qū)е碌模篜DIC偏移，導(dǎo)致光斑偏移。光學(xué)部品偏移：比如LD偏移，半反射鏡的偏移，都會(huì)導(dǎo)致PDBanlance不良。第三十頁，共54頁。光學(xué)頭評(píng)價(jià)參數(shù)的解釋TELevel無尋軌伺服時(shí)的TE信號(hào)的幅值第三十一頁，共54頁。光學(xué)頭評(píng)價(jià)參數(shù)的解釋E-FPhase

E和F信號(hào)的相位差。此參數(shù)與光柵的位置密切相關(guān)。第三十二頁，共54頁。光學(xué)頭評(píng)價(jià)參數(shù)的解釋RFCrosstalk在無尋軌伺服的情況,橫切光盤軌道時(shí)的RF信號(hào)。此參數(shù)與光斑的徑向尺寸相關(guān)。第三十三頁，共54頁。光學(xué)頭評(píng)價(jià)參數(shù)的解釋RFLevelRF信號(hào)的幅值。ACT傾角的變化會(huì)引起此參數(shù)的變化。第三十四頁，共54頁。光學(xué)頭評(píng)價(jià)參數(shù)的解釋Jitter抖晃特性（Jitter)是指光盤中的高頻信號(hào)HF轉(zhuǎn)換成二值化后,實(shí)際脈沖寬長(zhǎng)度與理想的長(zhǎng)度的偏差以及偏差的分布第三十五頁，共54頁。光學(xué)頭評(píng)價(jià)參數(shù)的解釋Jitter第三十六頁，共54頁。光學(xué)頭評(píng)價(jià)參數(shù)的解釋DefocusJITTER最優(yōu)時(shí)的散焦值

PD的Z方向的變化會(huì)引起DEFOCUS的變化。第三十七頁，共54頁。光學(xué)頭評(píng)價(jià)參數(shù)的解釋Itop含有DC成分的RF信號(hào)峰值RFModulationRF信號(hào)的調(diào)制率RFModulation=(RFLevel/RFItop)×100%第三十八頁，共54頁。光學(xué)頭評(píng)價(jià)參數(shù)的解釋TangentialSkewAdj最優(yōu)點(diǎn)JITTER切向傾斜第三十九頁，共54頁。光學(xué)頭評(píng)價(jià)參數(shù)的解釋RadialSkewAdj最優(yōu)點(diǎn)JITTER徑向傾斜第四十頁，共54頁。伺服相關(guān)自動(dòng)功率控制聚焦伺服循跡伺服進(jìn)給伺服第四十一頁，共54頁。APC電路第四十二頁，共54頁。光頭聚焦伺服第四十三頁，共54頁。光頭聚焦伺服聚焦伺服演示第四十四頁，共54頁。光頭循跡伺服和光盤進(jìn)給伺服第四十五頁，共54頁。光頭循跡伺服和光盤進(jìn)給伺服循跡伺服演示第四十六頁，共54頁。OPAS組成模塊第四十七頁，共54頁。OPAS電裝部構(gòu)成第四十八頁，共54頁。CP