CN100498944C - 一种高密度蓝光光学读取头 - Google Patents

Abstract

一种使用蓝光激光的光学头结构系统，该结构系统包括激光器、准直镜、整形棱镜、偏振分光棱镜、反射镜、1/4波片、物镜、盘片、单透镜、平板玻璃、柱面镜、信号探测器、信号聚光镜、激光功率探测器、圆形光栏。该系统特征在于：1.激光器发出蓝光波段激光，该激光为P偏振光，2.由准直镜、整形棱镜、圆形光栏对产生的激光进行处理，得到光强分布均匀的圆形平行光束，3.由偏振分光棱镜对产生的圆形平行P偏振光束进行分光，少量P偏振光反馈到功率探测器进行激光器恒功率控制；绝大部分平行的P偏振光透过经过1/4波片后变为圆偏振光对光学盘片中的坑道信号数据进行聚光采集，4.由1/4波片将光学盘片表面坑道反射的圆偏振光转化为S偏振光，S偏振光经过偏振分光棱镜反射到信号探测器上，进行数据读取。本发明解决光盘容量受限问题，可大大提高光盘的存储容量。

Description

一种高密度蓝光光学读取头

技术领域

本发明涉及一种基于蓝光激光器的高密度蓝光(Blu-ray)光学读取头，属于光存储技术领域。

背景技术

在下一代光存储设备蓝光光盘中，光学读取头仍为其核心部分。Blu-ray技术采用波长为450nm的蓝光激光，通过数值孔径为0.85的物镜，将聚焦光斑直径缩小到DVD一半以下。此外，蓝光光盘的盘片结构中采用了0.1mm厚的光学透明保护层，以减少盘片在转动过程中由于倾斜而造成的读写失常，这使得盘片数据的读取更加容易，并为极大的提高存储密度提供了可能。

由于光斑尺寸的减小，所以蓝光光盘的道间距减小至0.32μm，最短信息坑长度为0.14μm，其单面单层盘的存储容量被定义为23.3GB、25GB和27GB，存储密度比DVD盘扩展了5倍，由于蓝光在支持高清晰数字电视(HD-TV)和高密度移动存储方面有着巨大优势，所以它将成为下一代主流的光存储技术。

发明内容

本发明的目的是提出一种高密度蓝光(Blu-ray)光学读取头，利用基于蓝光激光器的蓝光激光，根据激光器的光学参数，设计相对应的光学元件，然后完成整体光路的设计与调整，以提高光盘存储的容量。

本发明提出的高密度蓝光(Blu-ray)光学读取头，包括：激光器、第一准直镜、整形棱镜、圆形光阑、偏振分光棱镜、第二准直镜、激光功率探测器、反射镜、1/4波片、物镜、单透镜、平板玻璃、柱面镜、信号探测器；其中所述的激光器、第一准直镜、整形棱镜、圆形光阑、偏振分光棱镜和反射镜处于第一光轴线上；所述的激光功率探测器、第二准直镜、偏振分光棱镜、单透镜、平板玻璃、柱面镜、信号探测器处于第二光轴线上，第一和第二光轴线互相垂直，偏振分光棱镜置于第一、第二光轴线的交点上；所述的反射镜、1/4波片、物镜和被读盘片置于第三光轴线上，第三和第一光轴线互相垂直，反射镜置于第一、第三光轴线的交点上；从激光器发出的发散光束经第一准直镜准直为中心强度为椭圆形的平行光束，再经整形棱镜整形为中心强度为圆形的平行光束，由圆形光阑从中心强度为圆形的平行光束中截取一光强分布均匀的圆形平行光束，经偏振分光棱镜分光，使得其中大部分P偏振光通过，其中小部分P偏振光反射到第二准直镜，经第二准直镜会聚到信号探测器上，对激光器的功率进行实时调整，通过的大部分P偏振光经反射镜反射后，从与入射方向成90°的方向射出，经1/4波片后使P偏振光变为圆偏振光，经物镜后将圆偏振光聚焦为一点，并通过被读蓝光光盘上信号坑岸的反射，再次通过物镜变为平行的圆偏振光，平行的圆偏振光再次通过1/4波片，变为S偏振光，再次通过偏振分光棱镜将S偏振光反射到单透镜上聚焦，使得平行光变为汇聚光束，该汇聚光束通过平板玻璃和柱面镜，产生像散信号，信号探测器接收像散信号，获得盘片上所记录的信号及用于光学头伺服控制的聚焦误差信号和循迹误差信号。

本发明提出的一种基于蓝光(Blu-ray)激光器的高密度蓝光光学读取头，可以得到较为理想的聚焦光斑和象散光斑。本发明的光学头特点在于，激光光源使用的是波长更短的蓝光激光，使用的物镜的数值孔径为0.85，由聚焦光斑半径：

$R=0.61\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{NA}}$

可知该高密度蓝光光学读取头能得到比DVD光学头更小的聚焦光斑，聚焦光斑的缩小使高密度存储成为可能。

附图说明

图1是本发明提出的蓝光光学读取头的光路原理图。

图1中，1是激光器，2是第一准直镜，3是整形棱镜，4是偏振分光棱镜，5是反射镜，6是1/4波片，7是物镜，8是盘片，9是单透镜，10是平板玻璃，11是柱面镜，12是信号探测器，13是第二准直镜，14激光功率探测器，15是圆形光阑。

具体实施方式

本发明提出的高密度蓝光(Blu-ray)光学读取头，其光路原理图如图1所示，包括激光器1、第一准直镜2、整形棱镜3、圆形光阑15、偏振分光棱镜4、第二准直镜13、激光功率探测器14、反射镜5、1/4波片6、物镜7、盘片8、单透镜9、平板玻璃10、柱面镜11、信号探测器12；其中所述的激光器、第一准直镜、整形棱镜、圆形光阑、偏振分光棱镜和反射镜处于第一光轴线上；所述的激光功率探测器、第二准直镜、偏振分光棱镜、单透镜、平板玻璃、柱面镜、信号探测器处于第二光轴线上，第一和第二光轴线互相垂直，偏振分光棱镜置于第一、第二光轴线的交点上；所述的反射镜、1/4波片、物镜和被读盘片置于第三光轴线上，第三和第一光轴线互相垂直，反射镜置于第一、第三光轴线的交点上。从激光器发出的发散光束经第一准直镜准直为中心强度为椭圆形的平行光束，再经整形棱镜整形为中心强度为圆形的平行光束，由圆形光阑从中心强度为圆形的平行光束中截取一光强分布均匀的圆形平行光束，经偏振分光棱镜分光，使得其中大部分P偏振光通过，其中小部分P偏振光反射到第二准直镜，经第二准直镜会聚到信号探测器上，对激光器的功率进行实时调整，通过的大部分P偏振光经反射镜反射后，从与入射方向成90°的方向射出，经1/4波片后使P偏振光变为圆偏振光，经物镜后将圆偏振光聚焦为一点，并通过被读蓝光光盘上信号坑岸的反射，再次通过物镜变为平行的圆偏振光，平行的圆偏振光再次通过1/4波片，变为S偏振光，再次通过偏振分光棱镜将S偏振光反射到单透镜上聚焦，使得平行光变为汇聚光束，该汇聚光束通过平板玻璃和柱面镜，产生像散信号，信号探测器接收像散信号，获得盘片上所记录的信号及用于光学头伺服控制的聚焦误差信号和循迹误差信号。

本发明设计的高密度蓝光(Blu-ray)光学读取头，其调试过程如下：

首先利用准直仪和u表调整激光读取头安装基座，使得其底面与侧面都与光具座导轨平行；在安装基座前方导轨上放置一接收屏，用来观测光斑；调整激光器的方位，使得激光器发出的椭圆光长轴处于竖直方向，将激光器固定在安装基座上；放置准直镜在安装孔中，调整准直镜的前后位置，使得前后移动光具座上的接收屏，接收屏上的光斑大小和位置都无变化；在基座的整形棱镜安装台上放置整形棱镜，微调整形棱镜在安装台上的角度，使得前后移动光具座上的接收屏，接收屏上的光斑大小和位置都无变化；在整形棱镜后放置一直径为4的圆形光拦，在接收屏上得到光强分布均匀的圆形平行光束；在安装基座上放置偏振分光棱镜，同时在LD光功率反馈控制处放置一个外径10，内径为6，长40mm的套筒，观察偏振分光棱镜的前方接收屏上的光斑以及经过的套筒出射光斑，调整偏正分光棱镜，使得前后移动接收屏，接收屏上的光斑大小位置无变化，而且经套筒的出射光斑位于套筒中心；调整准直仪，使得准直仪的出射激光垂直与反射镜的安装基面，此时准直仪的屏幕上有红光光斑在屏中心上。关闭准直仪的激光，放置反射镜，使出射的蓝光射入到准直仪内部，此时准直仪的屏幕上出现一圆形的蓝光光斑，微调反射镜的位置，使得蓝光光斑位于准直仪屏幕中心，此时说明经反射镜后光束垂直水平面向上射出；将1/4波片安装在有中心孔的机械平板内，将此机械平板放置在反射镜的上方，观察经过1/4波片的光斑，要求出射光斑位于1/4波片的中心；将带有物镜的力矩器放置在设计好的机械件上，然后将整个机械件放置在带有1/4波片的机械平板上方，通过机械结构保证物镜与1/4波片同轴；将单透镜、平板玻璃和柱面镜组装在一机械套筒里面，然后将套筒放置于安装基座的孔里面，在物镜上方放置蓝光光盘，在柱面镜套筒外面放置一显微镜，观测经过柱面镜后的象散光斑。调整蓝光光盘与物镜的距离，在显微镜下能观测到一椭圆斑，旋转机械套筒，使得椭圆斑的长轴与水平方向成45度。

Claims (1)

1、一种高密度蓝光光学读取头，其特征在于该光学头包括：激光器、第一准直镜、整形棱镜、圆形光阑、偏振分光棱镜、第二准直镜、激光功率探测器、反射镜、1/4波片、物镜、单透镜、平板玻璃、柱面镜、信号探测器；其中所述的激光器、第一准直镜、整形棱镜、圆形光阑、偏振分光棱镜和反射镜处于第一光轴线上；所述的激光功率探测器、第二准直镜、偏振分光棱镜、单透镜、平板玻璃、柱面镜、信号探测器处于第二光轴线上，第一和第二光轴线互相垂直，偏振分光棱镜置于第一、第二光轴线的交点上；所述的反射镜、1/4波片、物镜和被读盘片置于第三光轴线上，第三和第一光轴线互相垂直，反射镜置于第一、第三光轴线的交点上；从激光器发出的发散光束经第一准直镜准直为中心强度为椭圆形的平行光束，再经整形棱镜整形为中心强度为圆形的平行光束，由圆形光阑从中心强度为圆形的平行光束中截取一光强分布均匀的圆形平行光束，经偏振分光棱镜分光，使得其中大部分P偏振光通过，其中小部分P偏振光反射到第二准直镜，经第二准直镜会聚到信号探测器上，对激光器的功率进行实时调整，通过的大部分P偏振光经反射镜反射后，从与入射方向成90°的方向射出，经1/4波片后使P偏振光变为圆偏振光，经物镜后将圆偏振光聚焦为一点，并通过被读蓝光光盘上信号坑岸的反射，再次通过物镜变为平行的圆偏振光，平行的圆偏振光再次通过1/4波片，变为S偏振光，再次通过偏振分光棱镜将S偏振光反射到单透镜上聚焦，使得平行光变为汇聚光束，该汇聚光束通过平板玻璃和柱面镜，产生像散信号，信号探测器接收像散信号，获得盘片上所记录的信号及用于光学头伺服控制的聚焦误差信号和循迹误差信号。

Images