36170

ОПТИЧЕСКИЕ ГОЛОВКИ

Реферат

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Задача эта непростая поскольку большинство оптических элементов адаптировано как правило для работы с излучением только одной длины волны. Вопервых необходимо было обеспечить приемлемое рабочее расстояние объектива при любой длине волны излучения. Вовторых обеспечить компенсацию сферических аберраций – также при любой длине волны излучения. Втретьих обеспечить изменение числовой апертуры объектива в зависимости от длины волны проходящего через него света.

Русский

2013-09-21

260 KB

6 чел.

ОПТИЧЕСКИЕ ГОЛОВКИ

Для того чтобы обеспечить совместимость BD-приводов с дисками DVD и CD, фирмы-производители предприняли усилия по поиску технических решений для такой оптической головки, которая позволяла бы считывать информацию с дисков всех трех упомянутых форматов. Задача эта непростая, поскольку большинство оптических элементов адаптировано, как правило, для работы с излучением только одной длины волны. В лучшем случае совместимость достигалась для красного (650 нм) и инфракрасного (780 нм) излучения. Предстояло преодолеть три основные проблемы.

Во-первых, необходимо было обеспечить приемлемое рабочее расстояние объектива при любой длине волны излучения.

Рабочим расстоянием называется расстояние от наиболее выступающей части объектива (внешней поверхности оправы объектива либо внешней поверхность линзы) до фокальной плоскости, т.е. до считываемой дорожки.

Во-вторых, обеспечить компенсацию сферических аберраций – также при любой длине волны излучения.

В-третьих, обеспечить изменение числовой апертуры объектива в зависимости от длины волны проходящего через него света.

Фирма LG Electronics предложила оптическую головку с единственной асферической линзой и с тремя лазерными диодами, каждый из которых генерирует излучение только одной длины волны – инфракрасный – 780 нм (CD), красный – 650 нм (DVD) и синий – 405 нм (BD). Упрощенная оптическая схема такой головки  (некоторые элементы на этой схеме отсутствуют)  показана  на рис. 3.1. Определяющими элементами здесь являются двухслойное наклонное зеркало, отражающее излучение всех трех длин волн и поляризационный голографический оптический элемент (HOEHolographic Optical Element), способный изменять геометрию фронта проходящего через него пучка в зависимости от длины волны излучения. Рабочее расстояние объектива такой головки при NA = 0,85 и излучении с длиной волны λ = 405 нм составило 0,54 мм.

Для изготовления голографического оптического элемента использован материал, обладающий двойным лучепреломлением. Этот материал, который помещен между двумя полимерными подложками, для излучения с некоторым определенным направлением колебания вектора поляризации обладает тем же самым коэффициентом преломления, что и материал подложки. Но для излучения с направлением колебания вектора поляризации перпендикулярным первому, коэффициент преломления такого материала будет другим. Голографический оптический элемент сконструирован так, что не изменяет фронта волны излучения длины 405 нм, но излучение с длиной волны 650 нм (DVD) и 780 нм (CD) подается на него таким образом, что направление колебаний вектора поляризации будет перпендикулярным направлению колебаний вектора поляризации излучения с длиной волны 405 нм, и, следовательно, коэффициент преломления материала с двойным лучепреломлением для него будет уже другим, и фронт волны изменит свою геометрию, как показано на рис. 3.2, т.е. примет сферическую форму.

Голографический оптический элемент обладает еще целым рядом свойств, обеспечивающих контроль распределения фаз падающего пучка на входном зрачке объектива при считывании дисков  DVD и CD. Он также способен компенсировать сферические аберрации, возникающие из-за того, что информационные слои у дисков DVD и CD располагаются на разных расстояниях от его внешней поверхности (имеют разную толщину защитного слоя). Для того чтобы можно было регулировать числовую апертуру в зависимости от длины волны падающего пучка и, таким образом, уменьшить дифракционные шумы за пределами эффективного диаметра зрачка объектива, здесь используется апертурный фильтр дифракционного или оптического типа.

Фирма SONY разработала оптическую головку, в которой используется всего один лазерный диод, но этот диод представляет собой комбинацию из трех лазерных диодов и способен генерировать излучение трех различных длин волн – 405 нм (BD), 650 нм (DVD) и 780 нм (CD). Кроме того, здесь используется многолинзовый объектив, также способный фокусировать излучение упомянутых трех длин волн. С помощью такой головки можно осуществлять считывание и запись дисков всех трех форматов – BD, DVD и CD. Оптическая схема этой головки приведена на рис. 3.3.

Конструкция комбинированного лазерного диода, изготовленного путем размещения на поверхности синего лазера (405 нм) гетероструктур с активными зонами для формирования красного (650 нм) и инфракрасного (780 нм) излучения, показана на рис. 3.4, а изображение, поясняющее его функционирование – на рис. 3.5.

Следует отметить, что, несмотря на совмещенное конструктивное исполнение комбинированного лазера, в каждый конкретный момент времени может работать только одна его активная зона и соответственно формироваться излучение только одной длины волны. Как видно из рис. 3.4, все три гетероструктуры размещены на общем теплоотводе, и одновременная работа двух или трех лазеров одновременно (если бы такой режим для чего-то потребовался) привела бы к перегреву всей конструкции и к выходу из строя ее элементов. Тем не менее мощности лазеров вполне достаточно, чтобы производить запись даже при повышенных скоростях вращения записываемого диска. Мощность синего лазера – до 120 мВт в импульсе, красного – до 150 мВт, инфракрасного – до 200 мВт.

Объектив представляет собой комбинацию из стеклянной асферической линзы и голограммной линзы, подобранных таким образом, чтобы скорректировать сферические аберрации, соответствующие излучению каждой из используемых длин волн.

Коллиматор

Синий ЛД (BD)

ФД

нфракрасный ЛД (CD)

Красный ЛД (DVD)

Объектив

Поляризационный голографический оптический элемент (НОЕ)

Поляризационный расщепитель

Наклонное зеркало

Рис. 3.1. Оптическая схема комбинированной оптической головки с тремя лазерными диодами (ЛД), разработанной фирмой LG Electronics

Поляризационный расщепитель

Фронт падающей волны

Фронт прошедшей волны

Дифракционный голографический оптический элемент

Поляризация

Поляризация

Дифракция

BD

DVD/CD

Рис. 3.2. Структура голографического оптического элемента (НОЕ) и принцип его действия

Коллиматор

Цилиндрическая линза

Полу-прозрачное зеркало

Полупрозрачное зеркало

ФД для CD/DVD

ФД для BD

3-волновая дифракционная решетка

3-волновый ЛД

Коллиматор

3-волновое зеркало

OEIC (для BD)

OEIC (для CD/DVD)

Мульти-линза

НОЕ – компенсатор дифракционных шумов

3-волновой апертурный фильтр

3-волновое зеркало

3-волновой объектив

Система линз с изменяемым фокусным расстоянием

Рис. 3.3. Оптическая схема головки фирмы SONY с 3-волновым лазерным диодом

Рис. 3.4. Конструкция комбинированного лазерного диода

Рис. 3.5. Расположение активных зон, генерирующих излучение разных длин волн, в конструкции комбинированного лазерного диода фирмы SONY


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

19076. Электрические методы измерения. Классический эффект Холла 137 KB
  Лекция 5. Электрические методы измерения. Классический эффект Холла. К электрическим методам измерения относятся измерения вольтамперных характеристик эффекта Холла вольтфарадных характеристик. Вольтамперные характеристики измеряются двухконтактным и четыре...
19077. Принципы резонансного туннелирования. Резонансно-туннельный диод (РТД) на двух-барьерных и трех-барьерных структурах. Вольт-амперные характеристики РТД. Генерация излучения на РТД 745 KB
  Лекция 6 Принципы резонансного туннелирования. Резонанснотуннельный диод РТД на двухбарьерных и трехбарьерных структурах. Вольтамперные характеристики РТД. Генерация излучения на РТД. Введение В последнее время бурно развивается новая область науки физик
19078. Вольтфарадные характеристики структур с квантовыми ямами 662 KB
  Лекция 7. Вольтфарадные характеристики структур с квантовыми ямами Для контроля параметров квантоворазмерных структур состава структуры положения квантовых ям в структуре глубины квантовой ямы концентрации носителей заряда в яме и т.д. широко используются такие
19079. Двумерный электронный газ. Квантовый эффект Холла. Осцилляция Шубникова де Гааза 147 KB
  Лекция 8. Двумерный электронный газ. Квантовый эффект Холла. Осцилляция Шубникова де Гааза. Квантовый эффект Холла В отличие от классического квантовый эффект Холла наблюдается в проводниках толщина которых чрезвычайно мала и сравнима с межатомным расстоянием.
19080. Оптические методы исследования наноструктур. Основы фотолюминесценции Фотолюминесценция квантово-размерных структур 141.5 KB
  Лекция 9 Оптические методы исследования наноструктур. Основы фотолюминесценции Фотолюминесценция квантоворазмерных структур 1. Понятия. При взаимодействии электромагнитного излучения с веществом возникает излучение отличающееся по направлению распростране
19081. Проектирование БД «Школа». Создание таблиц. Проектирование модели реальной БД на примере создания БД «Школа» 94.55 MB
  Мы будем создавать работающую БД со всеми основными объектами: таблицами, формами, запросами и отчетами, используя всем нам хорошо знакомую предметную область – школу. Школа – это сложная структура со множеством объектов. Перечислим эти объекты: ученики, учителя, классы, администрация, изучаемые предметы, оценки по этим предметам, библиотека, столовая, кружки, родительский комитет, зарплата учителей, школьная мебель и оборудование, ремонт помещений
19082. Теория автоэлектронной эмиссии 221 KB
  ЛЕКЦИЯ 1011 Теория автоэлектронной эмиссии. АВТОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ Под электронной эмиссией понимается испускание электронов как правило в вакуум из твердого тела или какойлибо другой среды. Тело из которого испускаются электроны называется катод. Электроны
19083. Принципы сканирующей зондовой микроскопии. Сканирующий туннельный микроскоп. Атомно-силовой микроскоп 440 KB
  ТЕМА 1213 Принципы сканирующей зондовой микроскопии. Сканирующий туннельный микроскоп Атомносиловой микроскоп Сравнительная характеристика различных методов микроскопического исследования поверхности твердых тел Мет...
19084. Электронная микроскопия 465 KB
  Лекция 14. Электронная микроскопия ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП прибор который позволяет получать сильно увеличенное изображение объектов используя для их освещения электроны. Электронный микроскоп ЭМ дает возможность видеть детали слишком мелкие чтобы их мог разреш...