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激 光 头 知 识 说 明华南技术中心 宗 黎 2006.05.26准备知识1. DISC 的物理结构外形尺寸:外径:￠120mm;内径:￠5mm;厚度1.2mm 。

数据区从￠50mm 处开始，到￠116mm 处结束。

在靠近数据区的内侧与外侧，设有引入区及引出区。

如下图。

结构:分为四层，如上图。

符合条件的材料有：丙烯酸树脂，其在塑料中透明度最高，但吸湿性强，吸湿后尺寸易变形；聚碳酸脂，其冲击强度大，耐热性好，吸湿塑料层上形成的凹凸,即信号坑，般采取热压成型。

反射激光的金属膜(AL)，过真空度膜工艺，0.1μm 。

塑料层，透明，翘曲及双折射极小。

弱，缺点是容易产生双折射。

聚碳酸脂是DISC 材料的主流。

厚树脂，主要起保护作用。

DVD 与CD 的制式比较如下表： 式样项目 DVD CDDISC 直120120径 mm mm DISC 基板厚及构造 板粘接0.6mm 基 1.2mm 板轨迹间距 0.74μm 1.6μm最短坑点长 0.4μm 0.9μm线速度 3.49m/s 1.3m/s单面 4.7GB0.65GB 单面双层 8.5GB- 记录容量双面双层9.4GB -变调方式 调 EFM8-16变激光波长 650nm 780nm数值孔径NA 0.60.45号坑:9种不同长度的信号坑，在线速度为1.25m/s 的情况下，长度值为：0.87μm 、1.16μm 1.45μm 、1.74μm 、2.02μm 、2.3 2.60μm 、2.89μm 、3.18。

一般我11T 。

信号坑深度取为入射光波长λ的1/4,以CD 的780nm 来计算的话，约为0.78/4＝0.13μm 。

轨迹:信号坑以螺旋轨道的形式由中心向外分布,称之为轨迹。

轨迹间距:1.6μm.。

信、1μm 、μm 们去最小的0.87μm 为3T,那么其余的就可以对应为：4T 、5T 、6T 、7T 、8T 、9T 、10T 、考虑对于入射光调制的需要，如附图。

2. DISC 的逻辑结构将螺旋形轨道上数字音频信号等长分段，每一段称为一帧（Frame），每帧存放24字节的音频数据。

帧是存储音频数据的基本单元，每一帧包含了24字节的音频数据和8个字节的CRIC纠错码。

CD唱盘上的98帧组成一个扇区（sector），一个扇区包含有98×24=2352字节音频数据。

每秒钟读取75个扇区。

因此CD光盘上的最小时间计量单位为1／75秒，也就是读取1个扇区的时间长度。

CD光盘上的扇区地址就用MIN（分）、SEC（秒）和FRAME（1／75秒）来表示。

CD光盘可分为三个区域：导入区、数据区和导出区。

导入区保存有光盘存储信息的目录表TOC（Table of Content）。

CD唱机通过对TOC表的访问即可得知CD唱盘上的总曲目数和每首曲目的起始位置，在播放过程中就可进行时间显示和随机选曲等操作。

CD唱盘的导出区由空白扇区构成。

DISC以逆时钟方向转动，为了读取均匀，采取了恒线速度（CLV）方式，线速度为1.2～1.4m/s。

3．激光头的作用：出射激光，使得光束聚焦在以规定线速度旋转的DISC的信号面上，并准确的在一条轨迹上循迹，并把从DISC信号面反射回的受到信号坑调制的光信号转换为电信号，并能稳定的保持这一状态。

4．光学基本知识：薄透镜近轴成像在近轴附近，单色光的薄透镜的物点成像符合光的折射反射定律,1/S＇- 1/S ＝ 1/F。

光的折射定律入射光入射角θ1与折射光折射角θ2的正弦值与两种介质的折射率成反比例关系。

光的反射定律在同一平面内，入射角θ1与反射角θ2大小相等。

全反射光从折射率大的介质进入折射率小的介质中，在入射角达到一定的值时，不在有折射现象。

收差的概念（球面收差、コマ（慧差）收差、非点收差、像面收差）收差的概念：按照光的折射反射定律，在透镜的近轴端（靠近透镜中心轴）符合的成像规律，但实际在远轴端并不成立。

我们把实际成像与理想成像的差称之为收差。

在激光头光学系统中，主要发生及影响激光头性能的收差主要有球面收差、慧面收差、非点收差、像面收差等。

单色像差包含五种：由大孔径引起的有两种──球面像差和彗形像差。

由大视场引起的有三种──像非点收差、像场弯曲和畸变。

球面像差和彗形像差和像散破坏了光束的同心性，像场弯曲时像平面弯曲，畸变破坏了物象相似性。

当透镜孔径较大时，由光轴上一物点发出的单色光束经光学系统后，若不同的孔径值的各光线交于光轴的不同位置。

从而使得轴上的像点被一个弥散光斑代替，则称之为光学系统对该物点的成像有球面像差，简称球差。

如附图表示出单色平行光入射到大孔径凸透镜，经折射成像不再会聚于一个像点，产生球差。

慧面收差由靠近光轴的轴外一物点发出的单色光束经光学系统后，在近轴面得到的一系列大小不同相互重叠的像点，其圆心在一条直线上，形成一个有尖端的亮斑，尖端最亮，如同彗星形状，则称之为光学系统对该物点的成像有慧面像差，简称慧差。

如附图，慧差产生的光斑对光轴不对称，因此慧差也称不对称差。

非点收差 出射光点经过光学系统后，其在垂直方向及水平方向的聚焦点不再同一平面，两平面之差叫非点间隔，如附图。

非点收差会使出射的光斑变形。

但是在伺服系统中又利用了出射光非点收差的特性，来产生误差信号。

像场弯曲和畸变物点的成像平面与理想平面不完全一致，称为像面弯曲。

如附图。

物点的成像清晰，但是几何外形却与物点有差异，称为畸变，如附图。

数值孔径：NA数值孔径NA = nsinθ，如附图所示，n为折射率。

由于激光出射光的光点直径 d = 1.22*(λ/NA),在激光波长一定的条件下要得到聚焦需要的直径光点，只有通过控制数值孔径NA来实现。

CD激光头上使用的物镜的数值孔径NA大小为0.45。

同时在数值孔径的变化有一定的限制下，如果想得到更小的聚光点，只能通过改变入射激光的波长来实现，因此DVD激光头采用比CD激光头更小波长的激光束来实现聚焦。

因此DVD使用波长为650nm的激光束，而CD使用波长为780nm的激光束。

光的波动性（干涉、回折、偏光）光具有波粒二相性，在激光头的原理当中，更多的谈到的是激光头的波动特性。

对于聚焦光点、光栅、以及伺服系统中光的波动特性是主要的方面。

其主要特性有光的干涉、回折、偏光。

光的干涉是指光的波动有横波与纵波。

横波光的振动方向与前进方向垂直而纵波光的振动方向与前进方向一致。

在波动光重合的场合，波峰与波峰重叠，波的幅度加强；波谷与波谷重叠，波的幅度加强；波峰与波谷重叠波的幅度减弱。

其符合矢量相加的原则。

光的回折是指在几何光学中，光沿直线前进时遇到障碍物会留下影子，而波动光学测试光可以绕过障碍的现象。

光作为一种电磁波，可以分为振动方向与运动方向一致的电气振动E与振动方向与运动方向垂直的磁气振动H。

如果两者的相位差为0°，其合成的振动称之为直线偏光；如果两者的相位差为45°，其合成的振动称为椭圆偏光；如果两者的相位差为90°，其合成的振动称之为圆偏光。

5．部品ACTACT(自动调节器)，当激光头在工作时，ACT的可动部分在水平与垂直两个方向上运动以调节激光束直径的大小与位置来实现对DISC上信号坑的对焦，读取信号。

其工作原理是通过激光头上伺服回路产生的控制信号，实现通电线圈在磁场中的运动，达到聚焦与跟踪的目的。

ACT的主要组成有外架（FRAME）,提供其他部品的组装挂用；磁铁产生磁场；线圈组件，作为通电线圈去切割磁场来获得运动的能力，符合左手定则。

为满足功能要求，ACT需要满足以下条件：1、F0及峰值应符合要求的伺服；2、伺服特性的截至点向上知道频率足够高处不应存在二次共振；3、功率的灵敏度要高，有利于低功率及小型化；4、在未赋予自由度的方向上不能移动。

关于ACT具体在后面会详细介绍。

LD（激光二极管）LD，是半导体激光器，作为出射激光产生的部品，要求有一个定波长；具有半永久的寿命；发振模式为单模；出射光为圆形。

半导体二级管使用的材料为镓铝砷三元化合物，其中铝的混合比对于出射激光的波长有直接影响。

混合比高，出射激光波长变短，但是寿命也对应下降。

激光二极管的内部电路如上图。

其中LD发射激光束，而MD利用自动功率控制APC （automatic power control）电路使LD的出射光功率稳定。

对于激光二极管来说，主要的 技术参数有：出射波长、阀门电压、出射光发射角、偏光比、非点隔差。

由于对于LD 的出射光波长及其中常需要讨论的是LD的波长、出射光发射角、偏光比、非点隔差等受外界条件的影响小，在激光头在实际检讨过程中主要需要检讨的是激光二极管的阀门电压及温度特性。

当给激光二极管通以电流，激光二极管的输出光功率随着电流的增大，缓慢增大，此时激光二极管处于自然发光状态，其发振模式为多模，没有一个稳定的出射波长，相当于一个普通的发光二极管。

当电流值逐渐增大到一个阀门值，此时出输出光功率会有一个跃变，出射光功率会随电流的变化有较大的变化，此时其发振模式为单模，出现一个稳定的出射波长。

如附图所示。

此外，激光二极管的光输出功率受温度的影响较大。

称之为激光二级管的温度特性，阀门电流值随着温度增加而增加。

如附图。

OBL（物镜）是将从LD 出射的激光会聚于DISC 表面的坑点上，通过坑点调制后的激光数：50 nm；CD：780 nm）D D 约2.115μm。

我们主要来讨论性能的相关知识。

其性差对应慧OBL 主要作用再反射回去，在PD 表面成像。

OBL 就是一个具有较高成像精度的光学凸透镜。

但是OBL 的表面并非是规则的球面系统，而是一个非球面透镜。

其材质一般有：树脂或光学玻璃两种。

SANYO 机种中SF-HD4采用的是玻璃制OBL；SF-HD3、SF-HD6等采用的是树脂材料制OBL。

在OBL 的表面都有一个镀膜层，在自然光下观察，会呈淡蓝或红色，其颜色与镀膜的材料有关，但并非材料本身的颜色，而是膜的反射光的颜色。

膜层的作用是防止反射，增加透过率和保护其基体表面。

膜层的范围，主要是OBL 的前后两光学面，即透镜的两个凸面。

一般对膜的强度有一定的要求。

对应与OBL 的一些参1、用波长（λ），（DVD；62、焦点的焦距（f），(DVD：3.05mm；CD：3.07mm)3、数值孔径NA， （DVD：0.6；CD：0.45）4、基准物象间距，（DVD：∞；CD：31.18mm）5、透过率，（DVD：85%以上；CD：95%以上）6、OBL 的玻璃凸面的厚度。

VD 光斑直径约为1.322μm；C 对OBL 的判定主要包括：外观尺寸和性能的判定。

能的主要参数主要包括：波面收差，球面收差，COMA 差，非点收差。

波面收差是球面收差、COMA 差、非点收差的合成值。

如果用我们常用的力学方法来比方，则可将球面收差，COMA 差，非点收差看成是物体的各个受力，那么，波面收差就是物体的总的合力。