激光頭的原理與結構

DVD光學頭主要包括對物透鏡驅動系ACT(ACTUATOR)和光學系,對物透鏡驅動系有兩個功能,一個是把從半導體激光器發出的激光聚焦在光盤的信息面上,(即聚焦focusing),另一個是使光束在軌道上并追隨軌道(即尋軌tracking),因為聚焦是對于光盤的面振動,以1μm以下的誤差來追隨,設計聚焦伺服驅動線圈時,必須使驅動線圈的加速度超過光盤面振動的加速度.尋軌驅動線圈是以0.1μm以下的誤差對軌道進行追隨,設計中特別要注意的是防止對高頻的機械共振.
設計一般是以光盤的國際標準為目標值,要考慮到光盤的面振動,光學頭的裝配誤差,光學頭的移動誤差,主軸電機的軸振動,光盤的放置誤差等諸多因素.具體的結構,主要有軸轉動型,彈性線材支持型等.ACT的基本特性可以看成有彈簧的進退結構,驅動是由線圈和電磁回路構成.具體設計時,有PMESH、PMAG等計算機輔助設計軟件.
以下主要介紹DVD光學頭的光學系的設計.

成像光學系
成像光學系的設計，無非是滿足聚集后的光斑點足夠小，以便能準確讀出光盤上信息.光斑的直徑 ω=k×（λ/NA）,系數k與對物透鏡入射光強分布有關,光強分布越接近均一分布,k值越小.在相同數值孔徑NA的條件下，若想得到最小聚集光斑，
a. 入射光波面收差小.
b. 入射光強分布均一。
對于a，應力求使每個光學部品有最小的像差，對于b，因為從LD發出激光為發散光，經準直后，光強分布為高斯分布。如果只利用中心部的激光，可以較接近均一分布，但是對LD光能量的利用率低下，可能得不到到達盤面所要求的能量，因此要折中考慮這相矛盾的兩個要求，定出橫向對物透鏡利用光強分布百分比Rx（Rim intensity X），縱向利用光強分布百分比Ry（Rim intensity Y），這兩個條件是設計光學系的依據。

激光二極管LD（Laser Diode）
LD是光學頭中的發光器件，它發出光的特性決定了光頭的結構、特性。
a.基本特性
只讀型DVD光頭用LD一般 ＝635nm或650nm，它的激光共振閾值電流一般為40mA左右，工作電流（即LD出射激光能量約3mW時，為50mA左右，各制造商極力減少其工作電流，以使其工作在較低溫度下，因為溫度變化（升高）會使其發出激光波長發生漂移，在設計光頭時應盡量使其得到良好散熱。
b.偏光性
LD發生的激光，多為不完全的線性偏光,在設計PBS時要考慮線性偏光的方向性.
c.放射角及非點間隔
從LD半導體激光共振腔中發出的發散激光，從水平和垂直方向來看，并不是從同一點發出，水平發射點和垂直發射點之間的距離，稱為非點間隔，它使從LD發出的激光波面產生非點象差。
由于從LD放出激光為發散光，并且水平與垂直方向發散角不同分別為θ⊥和θ∥，整形透鏡和準直透鏡設計要以θ⊥和θ∥為依據。
d.發振方式和高頻疊加及RIN
相對噪音強度RIN是評價LD的一個重要指標，
RIN=(△P/P)2/△f(單位Hz-1)
其中△P是LD射出光的交流成分，P是直流成分，△f是測量的頻帶寬度。
多模方式的LD一般RIN較低，但抗反射光干擾能力強，驅動電流不需疊加高頻，對于單模方式發光LD，反射光對光信號影響很強，必須對驅動電流疊加高頻，一般約在500──700MHZ范圍內。
e.內藏光電二極管PD（photo diode）
LD內部為了使出射光能量保持一定，一般內藏光電二極管PD，做APC（auto power control）用。