CN1168526A - 能兼容不同厚度光盘的光学头 - Google Patents

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Abstract

一种光学头，包括至少两个彼此相邻并安放在同一基底上的垂直谐振腔式表面发射激光器(VCSEL)，用于发射不同发射角度的光束；一光路转换元件，用于改变入射光的传播路径；一物镜，对入射光进行聚焦，以在一光记录介质上形成光斑；和一光敏元件，用于接收经光记录介质反射并穿过物镜和光路转换元件的光束。该光学头能有选择地驱动其中的一个VCSEL，所以可兼容不同厚度的光盘，并可得到高的光效率。

Description

能兼容不同厚度 光盘的光学头
本发明涉及一种能兼容不同厚度光盘的光学头，特别是涉及一种采用至少两个光源以提高光效率的光学头。
数字视盘机(以下简称DVDP)应不仅能在数字视盘(DVD)上记录和再现信息，而且能在高密度光盘(CD)上记录和再现信息。
DVD的标准厚度为0.6mm，比CD或CD-ROM的标准厚度1.2mm要薄。由于DVD与CD的标准厚度互不相同，当适用于DVD的光学头再现记录在CD上的信息时，因为厚度的不同，会产生球面象差，致使信息很难再现。
为了说明这个问题，设计了一种如图1所示的既可以读CD也可以读DVD的传统光学头。图1所示的光学头，包括一产生并发射激光束的光源11；一物镜19，对入射光进行聚焦，使得在光盘30的记录表面上形成一光斑；一分光器15，用于改变入射光的传播路径；以及一全息元件17和一光敏元件23。该分光器15被安放在光源11和物镜19之间的光路上，用于反射从光源11所接收的大部分光束，并使由光盘30向光敏元件23反射的大部分光束通过。该全息元件17被安放在物镜19和分光器15之间的光路上，把从光源11所接收的光束分解成0级光3和+1级光5。该0级光3沿与入射光束相同的方向继续行进，而+1级光5在通过该全息元件17后发生了偏射。因此，该0极光3和+1极光5就在物镜19的不同位置穿过，并聚焦在不同位置。这里，该0级光3被用于在DVD上记录和再现信息，该+1级光5被用于在CD上记录和再现信息。
该光敏元件23是由多个光敏片(图中未画出)组成，并各自独立地接收光照。被光敏元件23所探测到的信号被相加和/或相减，其结果被放大，并作为信息信号(射电频率)、循迹误差信号和聚焦误差信号而被输出。
该光学头还进一步包括一光栅13，该13被安放在光源11和分光器15之间，把入射光束衍射成0级衍射光和±1级衍射光；并有一准直透镜16，该透镜16被安放在分光器15和全息元件17之间，把发出的入射光束变为平行光束。还有一散光镜21，安放在分光器15和光敏元件23之间，它一般呈半柱面形。当物镜19和光盘30之间的距离与一聚焦状态相一致时，该散光镜21就可在光敏元件23上形成一束圆形光，否则，就在其上面形成一束椭圆形光。
传统的光学头具有这样一种结构，它有选择地利用在全息元件17中已被衍射的0级光3和+1级光5，使得在光盘30上形成的光斑的光效率被降低到小于50％。而且，被光盘30所反射的光经过全息元件17继而再射到光敏元件23上，其效率不大于25％。
本发明的目的是提供一种光学头，它能兼容不同厚度的光盘，这种光学头由于使用了至少两个光源，其光效率也得到了提高。
为达到上述目的，所提供的光学头包括：一光源，包括安装在一个基底上并彼此相邻的至少两个能以不同发射角发射激光的表面发射激光器(surface emitting laser)；一物镜，把从光源发射的光束聚焦在一光记录介质上；光路转换装置，用于改变光记录介质所反射光的传播路径；和一光敏元件，用于接收经所述光记录介质反射并穿过光路转换装置的光束。
通过参照附图对本发明优选实施例的详细描述，本发明的上述目的和优点将变得更加明显，其中：
图1是传统的CD/DVD可兼容的光学头的光学结构示意图；
图2是根据本发明所提出的能读不同厚度光盘的光学头的光学结构图；
图3是图2所示的光学头中光源的透视图。
参照图2，根据本发明所提出的能读不同厚度光盘的光学头包括一光源100；一光路转换元件130，用于改变入射光的传播路径；一物镜140，对从光源100入射的光进行聚焦并在一光盘150上形成光斑；和一光敏元件160，用于接收从光盘150反射并通过光路转换元件130的光束，并对信息信号和误差信号进行检测。
与边缘发射激光器(edge emitting laser)相比较，垂直谐振腔式表面发射激光器(VCSEL)在叠层方向上发射激光束。因此，两维阵列式结构是简单的。
如图3所示，该光源100包括第一VCSEL 110和第二VCSEL 120，为充分利用VCSEL的优点，它们彼此相邻，并被配置在同一基底170上。
第一VCSEL 110发射光束的发射角比第二VCSEL 120的发射角大，以适应较薄的光盘如DVD。第二VCSEL 120发射光束的发射角相对较小，以适应相对较厚的光盘如CD。由于两个VCSEL 110和120的发射光的部分之间的距离在几十微米以内，由不同位置发射的光束所引起的光轴偏离的现象可以忽略。
第一VCSEL 110包括一第一下电极层111、一第一下反射层112、一第一激发层113、一第一上反射层114和一第一上电极层115，它们自第一下电极层111顺序地被叠放在一起；一在第一上电极层115上形成的第一发射窗口117，用于发射从第一激发层113产生并穿过第一上反射层114的光束。在这里，发射光的发射角与第一发射窗口117的直径成反比。
第一上、下反射层112和114都是由多个含有杂质的半导体化合物AlxGa1-xAs层和化合物GaAs层交替组成的。而且，第一下反射层112和第一上反射层114分别是由含有不同类型杂质的半导体构成的。例如，第一下反射层112是N型半导体，而第一上反射层114是P型半导体。反之亦可。
各个第一下和上反射层112和114中的每一个都具有高达99％甚至更高的反射率。由第一激发层113产生的大部分光束被它反射，只有极少数的光束能穿过它。
各个第一上、下电极层115和111都由具有良好导电性的金属制成。相对于第一下电极层111，从一外部电源(图中未表出)向第一上电极层115施加一正电压。
第二VCSEL 120包括一第二下电极层121、一第二下反射层122、一第二激发层123、一第二上反射层124和一第二上电极层125，它们从第二下电极层121顺序地被叠放在一起；一在第二上电极层125上形成的一第二发射窗口127。此处，构成第二VCSEL 120的各层结构与第一VCSEL 110相应层的结构相同。并且，第一、第二VCSEL 110和120是用相同的方法制造的，且由一阻隔板105放置于二者之间，以实现彼此的电绝缘。
第一发射窗口117的直径比第二发射窗口127的小，使从第一发射窗口117发射的光束的发射角比从第二发射窗口127发射的光束的发射角大。
在具有这种结构的光源100中，根据图2中所选用的光盘150的厚度，由第一VCSEL 110或第二VCSEL 120发射光束。另一种选择，光源100也可由多个彼此相邻设置的VCSEL组成，且每个不同的VCSEL都能以不同发射角发射光束。
一全息元件可用作如图2中所示的光路转换元件130，用于改变入射光的传播路径。在这种情况下，该全息元件至少在一个表面上形成全息图案，使来自于光源100的入射光穿过，并直接照向光盘150，而使来自于物镜140的入射光进行衍射并照向光敏元件160。也可以采用众所周知的半反射镜(图中未表示)或偏振分光器(图中未表示)作为光路转换元件130。
从光源100以不同的发射角度所发射的光束，经透镜140聚焦，在不同的位置形成光斑。也就是说，该物镜140把图3中的第一VCSEL 110发射的光束118聚焦在较薄光盘的记录面上，而把图3中的第二VCSEL 120发射的光128聚焦在相对较厚光盘的记录面上。
光敏元件160接收由光盘150反射并穿过物镜140和光路转换元件130的光束。当全息元件用作光路转换元件130时，光敏元件160可与光源100一起彼此相邻放置在同一基底170上。由于光敏元件160与常用的光学头所采用的光敏片相对应，其详细描述在此省略。
根据本发明所提出的光学头设有至少两个VCSEL，用于以阵列形式发射具有不同发射角的光束，并有选择地发射这些光束，利用这些光束，在不同厚度的光盘上，信息能高效且安全地记录并再现。

Claims (6)

1.一种光学头，包括：
一光源，具有至少两个彼此相邻并安放在同一基底上的垂直谐振腔式表面发射激光器，用于发射具有不同发射角度的光束；
一物镜，把所述光源发射的光束聚焦在一光记录介质上；
光路转换元件，用于改变由所述光记录介质所反射的光束的传播路径；和
一光敏元件，用于接受由所述光记录介质反射并穿过所述光路转换元件的光束。
2.如权利要求1所述的光学头，还包括所述垂直谐振腔式表面发射激光器之间的阻隔板以实现所述激光器间的相互绝缘。
3.如权利要求1所述的光学头，其中所述的垂直谐振腔式表面发射激光器包括一下电极层、一下反射层、一激发层、一上反射层和一上电极层，它们依次形成于所述的下电极层上，以及，其中一在所述上电极层上形成的发射窗口，用于发射从所述激发层产生的激光束。
4.如权利要求3所述的光学头，其中相对于所述的下电极层，一正电压被施加到所述的上电极层上。
5.如权利要求1所述的光学头，其中所述的光路转换元件通过在其至少一个表面上形成全息图案，来改变入射光的传播路径。
6.如权利要求1所述的光学头，其中所述的光敏元件与所述的光源彼此相邻并被安放在同一所述基底上。
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