CN2914255Y - 位相型超分辨光学头 - Google Patents

Abstract

一种位相型超分辨光学头，沿光路依次包括半导体激光器1，分光镜3，反射镜4，准直镜5，物镜6，光电探测器8正对分光镜3的透射光放置，其特征是在分光镜3之前放置一位相型超分辨位相板2，该位相板与系统共轴。其有益之处在于1.光束在到达PD探测器时只经过位相板一次，可以有效的减小光能损失；提高PD探测到的光强；2.不会影响聚焦到PD探测器上的光点形状。

Description

位相型超分辨光学头

技术领域

本实用新型涉及一种可读取更高密度碟片的新型光学头。

背景技术

目前，公知的光学头读取盘片时的光斑大小是指在达到衍射极限时的Airy斑的尺寸。因为已经达到衍射极限，传统的方法要将光斑缩小，有较大的难度。由于光斑尺寸受限于Airy衍射公式Spot size0.51λ/NA，缩小光斑的途径有采用波长较小的激光器和提高数值孔径。采用小波长的激光器除了价格昂贵以外，工程技术上的实现难度无法逾越。

在现代光学中对分辨率的考虑始于瑞利的两点分辨判据。考虑两个独立的点源，瑞利判据指出：如果一点的亮度的中央极大值刚好与另一点的第一个极小值重合，则两点恰能分辨.但是，对于一个光学系统来说采用光瞳滤波的方式可以突破瑞利衍射极限获得更高的分辨率，这就是光学超分辨技术。

超分辨，是在一种光学系统中，其光斑尺寸相对于Airy斑衍射极限而言的减少效应。光学超分辨技术是通过在聚焦物镜前的准直光路中放置一个超分辨位相板，改变入射光的振幅或位相分布，使得经透镜聚焦后的爱里斑主斑变小。比如，数值孔径0.8的显微镜在633nm波长的氦氖激光照射下，得到的聚焦光斑的极限值是R＝0.79μm，但如果引入压缩比为0.8的位相板便可在不改变数值孔径和波长的情况下获得R＝0.63μm的光斑。目前，超分辨技术已经广泛应用于卫星图像复原、超视距雷达、生物基因工程等领域，这项技术在工业领域也已经相当的成熟。与Airy斑相比，采用超分辨技术后，光斑进一步减小。

将光学超分辨技术运用于光学读取头中便可以设计出超分辨光学读取头，超分辨光学读取头可以在不增加物镜数值孔径或者减小波长的情况下压缩光斑，从而读取更高密度的光盘。这是一种完全不同于传统方法的新的提高存储密度的技术。目前已经有专利将超分辨技术运用到光盘读写系统中(专利申请号：200410093317.0)，但是该专利采用的位相型超分辨位相板，放置在分束器后。这种结构可以压缩中心光点R，提高分辨率。但是，该结构由于把位相板放置于分束器之后，使得返回光电探测器(PD)的光会被位相板衰减两次，会极大的影响探测光光强。

发明内容

本实用新型的目的是克服上述现有技术的缺陷，提供一种改进的超分辨光学头，可读取单面双层密度达15G容量的光盘，获取更加清晰的信号。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：一种位相型超分辨光学头，沿光路依次包括半导体激光器1，分光镜3，反射镜4，准直镜5，物镜6，光电探测器8正对分光镜3的透射光放置，其特征是在分光镜3之前放置一位相型超分辨位相板2，该位相板与系统共轴。

一种位相型超分辨光学头，沿光路依次包括半导体激光器1、准直镜5、分光镜9、物镜6，聚焦透镜10正对分光镜9的反射光放置，聚焦透镜10后放置光电探测器8，其特征是在分光镜9之前放置一位相型超分辨位相板2，该位相板与系统共轴。

通过空间滤波的方式将物体的位相分布转换为振幅分布，从而大大提高透明物体的可分辨性。因为是在激光束发出后就进行位相调制，远场发散激光束的损失比在先技术上要少，对光強和能量均不会产生太大影响。超分辨位相板通过位相调节可以使发散光束有效地聚焦，从而获得极细地光束，有效地缩小光斑尺寸，可以压缩光斑面积36％，提升读碟能力1.36倍，可读取单面双层碟密度达15G以上。

本实用新型的有益效果是：在激光器后面、分光镜前面加上超分辨位相板，而不是象CN200410093317.0置于其后，其有益之处在于1、光束在到达PD探测器时只经过位相板一次，可以有效的减小光能损失；提高PD探测到的光强；2、不会影响聚焦到PD探测器上的光点形状。

附图说明

图1，是本实用新型实施例1的超分辨位相板光学头光路示意图。其中，1.半导体激光器，2.位相板，3.分光镜，4.反射镜，5.准直镜，6.物镜，7.光盘，8.光探测器。

图2，是本实用新型实施例2的超分辨位相板光学头光路示意图。其中，9.分光镜，10.聚焦透镜。

图3，是图1中相位型超分辨位相板2的结构示意图。其中，a第一个环带的半径，b第二个环带的半径，1第三环带的半径；Φ第一环。

具体实施方式

图1为本实用新型的实施例1的结构原理图。由图1可见，本实施例1的位相型超分辨光学头由半导体激光器1，位相板2，分光镜3，反射镜4，准直镜5，物镜6，光盘7，光电探测器8构成。在图1所示的实施例中，激光器1发出的光经过位相板2位相调制后，到达分光镜3的反射面。经反射后到达反射镜4，经过反射镜4反射后，到达准直镜5，准直镜5将发散光束变为平行光束并经物镜6会聚，会聚光束到达光盘7信号面，开始读取信号，经反射面发射后变为发散光束到达物镜6，经物镜6透射后变为平行光束到达准直镜5，经准直镜5透射后，光到达反射镜4并被反射，反射光到达分光镜3经透射后到达光电探测器8。光探测器会将接收到的光信号转换为电信号。

图2为本实用新型的实施例2的结构原理图。由图2可见，本实施例2的位相型超分辨光学头由半导体激光器1、准直镜5、位相型超分辨位相板2、分光镜9、物镜6、聚焦透镜10、光电探测器8构成，光盘7放置在读写物镜6的后方，其特征是在分光镜9前放置一位相型超分辨位相板2并与读写物镜6共轴。

图2所示的实施例2中，激光束1发出的光经过位型超分辨位相板2位相调制后，再经分光镜9后被物镜6会聚，会聚光束到达光盘7信号面，开始读取信号，光盘7将光束回到物镜6，经物镜6透射到达分光镜9并被反射到聚焦透镜10，然后经透射后到达光电探测器8，光电探测器8会将接收到的光信号转换为电信号。

图1和图2中的位相型超分辨位相板2的结构如图2所示，它是个三区位相型超分辨位相板，它包括下列结构环带0、Φ、0，3个环带分别对应不同的半径a、b和1。

位相型超分辨位相板2虽然放置在激光器和光盘间的光路中都有压缩光点R的效果，但是放置在不同的位置其效果还有所不同。通过计算可知，当位相板置于分光镜与物镜之间时，在PD探测器上获得的光强为原始光强的3.6％；而放置在本实用新型所建议的位置即分光镜之前时PD上获得的光强为原始光强的19％，PD上的探测光强提高了5.3倍。而且，当位相板放置于分光镜之前时不会对PD上的光点成像发生影响，而如果放置在分光镜与物镜之间时便会影响光点在PD上的成像位置。

通过比较，本实用新型有以下优越性：可以突破横向衍射极限获得小于衍射极限的光点，实现光点压缩从而提高存储密度。又由于位相板放置在分光镜之前，因此当光束聚焦到光电探测器时只经过位相板衰减一次，在光电探测器上可以探测到更高的光强。由于本实用新型可以在不改变现有光学头构架的基础上大幅提高存储容量，其低廉的价格和优越的性能使其有非常好的应用前景。

Claims (2)

1、一种位相型超分辨光学头，沿光路依次包括半导体激光器(1)，分光镜(3)，反射镜(4)，准直镜(5)，物镜(6)，光电探测器(8)正对分光镜(3)的透射光放置，其特征是在分光镜(3)之前放置一位相型超分辨位相板(2)，该位相板与系统共轴。

2、一种位相型超分辨光学头，沿光路依次包括半导体激光器(1)、准直镜(5)、分光镜(9)、物镜(6)，聚焦透镜(10)正对分光镜(9)的反射光放置，聚焦透镜(10)后放置光电探测器(8)，其特征是在分光镜(9)之前放置一位相型超分辨位相板(2)，该位相板与系统共轴。

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