光學(xué)頭基本知識講座

光學(xué)頭基本知識講座做成:張玉波第1頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月內(nèi)容光盤相關(guān)知識光學(xué)頭原理和組件光學(xué)頭評價參數(shù)結(jié)束語第2頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月光盤和光學(xué)頭相關(guān)知識按照盤片的物理格式分類：CD和DVDCD分類：

1.CDROM 2.CD-R/RWDVD分為：

1.DVD-ROM 2.DVD±R/RW 3.DVD-RAM第3頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月CD和DVD盤片信息道比較

CD盤片DVD盤片光盤和光學(xué)頭相關(guān)知識第4頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月激光光頭組件●激光光源：LASERDIODE●衍射光柵：GRATING●偏振棱鏡：SPLITER●物鏡和準(zhǔn)直鏡OBJECTLENS●PD

IC

光學(xué)頭原理和組件第5頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月激光光源LaserDiode

CDLD波長780±25nmDVDLD波長645±15nm溫度特性監(jiān)視PD銅套筒散熱單一波長相干光源沒有色差DVDLDCDLDMDGND第6頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月激光光源LaserDiode激光二極管的光輸出功率是隨溫度而變化，這會影響到伺服的增益特性，所以必須采取措施使輸出功率在溫度變化時仍保持不便。通常采用APC回路。第7頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月衍射光柵GRATING衍射光柵通過衍射現(xiàn)象將單一的一束激光衍射成3束。中間的光束稱為主光束，兩旁的光束稱為輔助光束。主光束用于讀取信號和產(chǎn)生誤差信號。輔助光束用于產(chǎn)生循跡誤差信號。線光源出來得是明暗條紋點光源出來得是光斑第8頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月偏振光分束器PBS偏振光分束器的作用是使反射回的光束在兩次經(jīng)過半透鏡時，激光束的偏置方向旋轉(zhuǎn)90度。由發(fā)出時的垂直偏振光變?yōu)樗狡窆狻Ｆ窆夥质鬟€有非點收差的功能。（集成了1/4波長片、偏振片、柱面鏡功能）PBS第9頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月１/４波片M是起偏器，經(jīng)它可獲得垂直射向波片C的線偏光。??第10頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月１/４波片入射角度為45度，經(jīng)過波片后，線偏振光變?yōu)閳A偏振光。從光盤反射回的圓偏振光經(jīng)過波片后，變?yōu)榫€偏振光，但是振動方向與入射光相差90度。第11頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月非點收差非點收差法，又稱像散法。第12頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月非點收差非點收差法就是通過半透鏡的非點收差特性進(jìn)行的聚焦檢測。如上圖，通過半透鏡的光束，其反射到PDIC的光斑有如下變化：當(dāng)?shù)盘柮婵拷す忸^方向偏離焦深范圍時，其截面開始呈縱向橢圓形；當(dāng)準(zhǔn)確聚焦時其橫截面呈圓形；當(dāng)?shù)盘柮嫫x激光頭方向偏離焦深范圍時，其截面開始呈橫向橢圓形。通過計算PD上ABCD的光量，然后進(jìn)行比較，即可知道焦點的位置，然后通過伺服電路進(jìn)行控制，使得焦點在碟片上完全聚焦，達(dá)到準(zhǔn)確讀取的目的。

第13頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月物鏡和準(zhǔn)直鏡物鏡英文全稱ObjectLens。物鏡是激光頭的重要光學(xué)部品。主要作用：是將激光會聚于一點，照在光盤上，來讀取光盤上存儲的各種各樣的信息。 可以簡單地認(rèn)為物鏡就是一個具有較高成像精度的光學(xué)凸透鏡。但是，物鏡的表面并非是規(guī)則的球面系統(tǒng)，而是一個非球面透鏡。材質(zhì)：一般有樹脂或光學(xué)玻璃兩種。 通常物鏡的表面都有一個鍍膜層，在自然光下觀察，會呈淡藍(lán)或別的顏色，其顏色與鍍膜的材料有關(guān)，但并非材料本身的顏色，而是膜的反射光的顏色。膜層的作用是防止反射，增加透光率和保護(hù)其基體表面。膜層的范圍，主要是物鏡的前后兩光學(xué)面，即透鏡的兩個凸面。在工程上，一般對膜的強(qiáng)度有一定的要求，比如：用清潔紙或棉棒和清洗劑一起擦洗，擦洗力的強(qiáng)度：可擦去附著的指紋。在此擦洗條件下膜層的外觀不良不會發(fā)生為OK。第14頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月物鏡和準(zhǔn)直鏡通常，物鏡的幾個給定的設(shè)計參數(shù)；波長（λ）， （DVD；650nm；CD：780nm）焦距（f）， （DVD：3.05mm；CD：3.07mm）數(shù)值孔徑NA， （DVD：0.6；CD：0.45）基準(zhǔn)物象間距， （DVD：∞；CD：31.18mm）透過率， （DVD：85%以上；CD：95%以上）物鏡的凸面的厚度。根據(jù)以上的數(shù)據(jù)我們可以計算出，CD和DVD的讀碟的理想光斑直徑的大小，因此可以從理論上計算出相同大小的DVD和CD碟的容量之比及碟上相鄰兩凹槽間的最小距離等。根據(jù)光斑直徑的計算公式；

D=1.22λ/NA

由此可計算出DVD光斑直徑約為1.322μm；

CD約2.115μm。物鏡第15頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月物鏡和準(zhǔn)直鏡物鏡的性能 對物鏡的判定主要包括：外觀尺寸和性能的判定。我們主要來討論性能的相關(guān)知識。其性能的主要參數(shù)主要包括： 波面收差，球面收差，COMA差，非點收差。

在激光頭產(chǎn)品中，還有一個與物鏡類似的光學(xué)部品是準(zhǔn)直透鏡，其分析方法基本與物鏡是相同的。準(zhǔn)直鏡第16頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月光電二極管

PDIC光電轉(zhuǎn)換器，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。內(nèi)嵌I/V轉(zhuǎn)換器多種分割第17頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月光電二極管

PDIC在DVD、CD等激光產(chǎn)品中，PDIC是一個極其重要的光電器件。作用：將帶有DISC信息的激光信號轉(zhuǎn)化為電信號的關(guān)鍵器件，是影響產(chǎn)品的性能的關(guān)鍵部品之一。光電轉(zhuǎn)換的原理 當(dāng)光入射到光電材料上時，光電材料發(fā)射電子或者其電導(dǎo)率發(fā)生變化，或者產(chǎn)生感生電動勢，這種現(xiàn)象統(tǒng)稱為光電效應(yīng)。光電效應(yīng)的實質(zhì)是入射光輻射與物質(zhì)中束縛于晶格的電子或自由電子的相互作用引起的。光子直接與物質(zhì)中的電子相互作用，將引起物質(zhì)內(nèi)部的電子的能態(tài)的改變。這種變化與光子能量的大小有關(guān)，亦即與入射光的波長有關(guān)。在光電效應(yīng)中，按到其是否發(fā)射光電子可分為：內(nèi)光電效應(yīng)和外光電效應(yīng)。而在光探測技術(shù)中較為廣泛應(yīng)用的有：光電導(dǎo)效應(yīng)、光狀效應(yīng)和光電子發(fā)射效應(yīng)。在激光頭產(chǎn)品中，運(yùn)用的就是光電子發(fā)射效應(yīng)。在頻率為ν的光輻射作用下，處于真空或其他介質(zhì)中的物質(zhì)吸收光子能量hν后，其電子動能增加，在向表面運(yùn)動的電子中有一部分電子的能量較大，有足夠的能量克服物質(zhì)表面的逸出功Wφ，穿出表層進(jìn)入真空或其他介質(zhì)中。這種現(xiàn)象就是光電子發(fā)射效應(yīng)。第18頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月光電二極管

PDIC光電子發(fā)射具有以下基本規(guī)律：

1.發(fā)射的光電流與入射光的強(qiáng)度成正比。即

I為光電流，K為系數(shù)與光電子發(fā)射體對入射光的靈敏度有關(guān)，φ為光通量。2.入射光輻射的頻率增加時，從材料表面逸出的光電子的最大動能也成比例增加，而與入射光的強(qiáng)度無關(guān)。這是著名的愛因斯坦定律:

m是電子的質(zhì)量，Vm是光電子穿出發(fā)射體表面的速度，Wφ是逸出功。3.電子從吸收光子能量到逸出發(fā)射體表面的時間很短，約10-12S。第19頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月光電二極管

PDIC光電探測器的幾個特性參數(shù)1.響應(yīng)率響應(yīng)率是描述其靈敏度的參數(shù)量，表征其將入射光信號轉(zhuǎn)換成電信號的能力。其定義是輸出均方根電壓或電流與入射到光電探測器的平均光功率的比值。2.量子效率量子效率定義為單位時間產(chǎn)生的光電子數(shù)與單位時間入射的光子數(shù)的比。3.噪聲等效功率光探測器輸出的電信號的均方值等于光探測器本身的噪聲的均方根值時，入射到探測器上的信號光功率的均方根值就稱為噪聲等效功率。4.光譜響應(yīng)光譜響應(yīng)是表征器件的響應(yīng)率等參數(shù)與入射光波長的函數(shù)關(guān)系的參數(shù)。5.響應(yīng)時間是描述其對入射光響應(yīng)快慢的一個特征參數(shù)，它是指光探測器將入射光轉(zhuǎn)換成電輸出的時間。 通常在PDIC規(guī)格書中，對噪聲有明確的規(guī)定，對其他幾個參數(shù)未作明確的要求。除以上幾個參數(shù)外，還有其他的一些特性，如：其性能隨溫度的變化情況，最佳偏置條件等。第20頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月光電二極管

PDICADBCaEdbFcDVDCD-Y+X第21頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月對應(yīng)光盤，光頭主要分成CD和DVD光頭CD光學(xué)頭: 1.CD-ROM 2.CD-R/RWDVD光學(xué)頭: 1.DVD-ROM 2.DVD±R/RW 3.DVD-RAM光盤和光學(xué)頭相關(guān)知識第22頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月光學(xué)頭評價項目綜述 為了評定光學(xué)頭的品質(zhì)，通常只讀光學(xué)頭需要評價的項目為： 1．LDPower 2．Im 3．Iop 4．SCurveLevel 5．SCurve

Balance 6．Defocus 7．PDBalance-X

8．PDBalance-Y 9．TELevel(CD)DPDLEVEL(DVD)第23頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月10．TEBalance(CD)DPDBalance(DVD)11．E-FPhase(CD)12．RFCrosstalk13．RFLevel14．Jitter15．Itop16.RFModulation17．TangentialSkew

18．RadialSkew光學(xué)頭評價項目綜述第24頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月光學(xué)頭評價參數(shù)的解釋評價參數(shù):

LDPower 光學(xué)頭物鏡的出射激光能量。反映讀盤時的激光光功率。

Im 光學(xué)頭半導(dǎo)體激光器的監(jiān)視PD電流，作為APC反饋控制信號。

Iop 光學(xué)頭半導(dǎo)體激光器的工作電流。第25頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月光學(xué)頭評價參數(shù)的解釋SCurveLevelFE信號的幅值。此參數(shù)和非點收差有著密切關(guān)系的參數(shù)。第26頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月SCurveBalanceFE信號與0電平的差值

S

CurveBalance=

｛（│Peak│-│Bottom│）/（│Peak│+│Bottom│）×2

｝×100%

光學(xué)頭評價參數(shù)的解釋

如果光斑偏離PD中心，會導(dǎo)致此參數(shù)值偏大。第27頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月光學(xué)頭評價參數(shù)的解釋PDBalance-X照射到4分割PD上的主光束的中心和PD的中心的偏差量

PDBalance-X

={(A+D)-(B+C)}×100%第28頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月光學(xué)頭評價參數(shù)的解釋PDBalance-Y照射到4分割PD上的主光束的中心和PD的中心的偏差量

PDBalance-Y={(A+B)-(C+D)}×100%

第29頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月光學(xué)頭評價參數(shù)的解釋PDBanlance導(dǎo)致伺服信號異常。通常，PDBanlance不良是由以下原因?qū)е碌模篜DIC偏移，導(dǎo)致光斑偏移。光學(xué)部品偏移：比如LD偏移，半反射鏡的偏移，都會導(dǎo)致PDBanlance不良。第30頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月光學(xué)頭評價參數(shù)的解釋TELevel無尋軌伺服時的TE信號的幅值第31頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月光學(xué)頭評價參數(shù)的解釋E-F

Phase

E和F信號的相位差。此參數(shù)與光柵的位置密切相關(guān)。第32頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月光學(xué)頭評價參數(shù)的解釋RFCrosstalk在無尋軌伺服的情況,橫切光盤軌道時的RF信號。此參數(shù)與光斑的徑向尺寸相關(guān)。第33頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月光學(xué)頭評價參數(shù)的解釋RFLevelRF信號的幅值。ACT傾角的變化會引起此參數(shù)的變化。第34頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月光學(xué)頭評價參數(shù)的解釋Jitter抖晃特性（Jitter)是指光盤中的高頻信號HF轉(zhuǎn)換成二值化后,實際脈沖寬長度與理想的長度的偏差以及偏差的分布第35頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月光學(xué)頭評價參數(shù)的解釋Jitter第36頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月光學(xué)頭評價參數(shù)的解釋DefocusJITTER最優(yōu)時的散焦值

PD的Z方向的變化會引起DEFOCUS的變化。第37頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月光學(xué)頭評價參數(shù)的解釋Itop含有DC成分的RF信號峰值RFModulationRF信號的調(diào)制率RFModulation=(RFLevel/RFItop)×100%第38頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月光學(xué)頭評價參數(shù)的解釋TangentialSkewAdj最優(yōu)點JITTER切向傾斜第39頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月光學(xué)頭評價參數(shù)的解釋RadialSkewAdj最優(yōu)點JITTER徑向傾斜第40頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月伺服相關(guān)自動功率控制聚焦伺服循跡伺服進(jìn)給伺服第41頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月APC電路第42頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月光頭聚焦伺服第43頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月光頭聚焦伺服聚焦伺服演示第44頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月光頭循跡伺服和光盤進(jìn)給伺服第45頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月光頭循跡伺服和光盤進(jìn)給伺服循跡伺服演示第46頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月OPAS組成模塊第47頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月OPAS電裝部構(gòu)成第48頁，課件共54頁，創(chuàng)作于2023年2月做成:張玉波2006年8月CPU