作者：華南理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 黃常帥 楊永強(qiáng) 張翠紅
4w0Y(y KdkZ-. 摘 要：隨著社會信息化的發(fā)展,光存儲以其容量大、壽命長、成本低、復(fù)制速度快等顯著優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為現(xiàn)代社會信息存儲的重要手段之一,而DVD類產(chǎn)品更是新一代數(shù)字視聽技術(shù)和數(shù)字化信息存儲設(shè)備的典型代表和潮流。它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于廣播、電視、數(shù)據(jù)處理、文字/圖像貯存、社會文化活動和家庭娛樂等領(lǐng)域。其讀寫關(guān)鍵技術(shù)的DVD激光頭，主要功能是信號的記錄和讀出，是利用聚焦的激光束來完成的。文章主要介紹了DVD激光頭的結(jié)構(gòu)與讀出原理、DVD激光頭技術(shù)應(yīng)用等幾個方面,重點(diǎn)闡述了DVD激光頭發(fā)展?fàn)顩r及其未來的發(fā)展趨勢。
npdpKd+*K" 關(guān)鍵詞：DVD激光頭；基本結(jié)構(gòu)；讀出原理；發(fā)展趨勢
1$ ~W~O 1 引 言
-<WQ>mrB& ---隨著社會信息化的發(fā)展,光存儲以其容量大、壽命長、成本低、復(fù)制速度快等顯著優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為現(xiàn)代社會信息存儲的重要手段之一,而DVD類產(chǎn)品更是新一代數(shù)字視聽技術(shù)和數(shù)字化信息存儲設(shè)備的典型代表和潮流。它集計(jì)算機(jī)技術(shù)、光學(xué)記錄技術(shù)和影視技術(shù)等為一體，其目的是滿足人們對大存儲容量、高性能的存儲媒體的需求。作為光存儲系統(tǒng)重要組成部分的DVD激光頭, 因直接影響讀出和寫入信號的質(zhì)量，是DVD系統(tǒng)的核心。
l+ i9)Fc<i ---激光頭是從光盤上拾取信息的執(zhí)行部件。激光頭通過讀取光束聚焦于信號面上,并正確跟蹤掃描軌跡,同時將反射回來的光信號變成電信號,從而讀出信息。因此,激光頭能否在某些光盤上讀取信息,完全取決于激光頭的技術(shù)性和盤片的物理結(jié)果是否匹配。DVD盤片物理結(jié)構(gòu)特性已經(jīng)決定了DVD激光頭的結(jié)構(gòu)和功能。因此，本文主要是從DVD激光頭工作的基本原理出發(fā)，介紹了激光頭的基本結(jié)構(gòu)，以及近年來激光頭制造現(xiàn)狀及未來的發(fā)展趨勢。
/YH 5s= 0p' =Vel{} 2 激光頭的結(jié)構(gòu)及工作原理
L&SlUXyt.c ---2.1激光頭的基本組成
L;k 9}HWpP ---無論是CD、VCD、DVD機(jī)的激光頭還是LD機(jī)的激光頭均由兩部分組成：一部分為物鏡機(jī)構(gòu)，俗稱光學(xué)頭；另一部分是將其余各鏡片、激光發(fā)射二極管和光敏接收器安裝在同一個腔體內(nèi)，俗稱激光槍。
Dz>v;%$S- ---光學(xué)頭安裝在激光槍上面，通過螺釘聯(lián)成一個整體，構(gòu)成激光頭組件。激光頭由激光產(chǎn)生（發(fā)射）系統(tǒng)、激光傳播系統(tǒng)（光路或激光槍）和光接收系統(tǒng)等部分構(gòu)成（如圖1所示）。
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gdyP,zMD7 2.2激光頭工作原理
/I3>u ---DVD-ROM技術(shù)類似于CD-ROM技術(shù)，但可提供更高的存儲容量。從表面上看，DVD盤與CD/VCD盤也很相似，其直徑為80mm或120mm，厚度為1.2mm。但實(shí)質(zhì)上，兩者之間有本質(zhì)的差別。按單/雙面與單/雙層結(jié)構(gòu)的各種組合，DVD可以分為單面單層、單面雙層、雙面單層和雙面雙層四種物理結(jié)構(gòu)。
fu?Y'Qet ---相對于CD-ROM光碟650MB的存儲容量，DVD-ROM光碟的存儲容量可達(dá)到17GB。CD的最小凹坑長度為0.834μｍ，道間距為1.6μｍ，采用波長為780nm～790nm的紅外激光器讀取數(shù)據(jù)，而DVD的最小凹坑長度僅為0.4μｍ，道間距為0.74μｍ，采用波長為635nm～650nm的紅外激光器讀取數(shù)據(jù)（如圖2所示）。
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9hIcnPu 激光頭工作時，首先半導(dǎo)體激光二級管發(fā)射出單一波長、相位一致的激光，其波長在0.78μm（或0.63μm～0.65μm）左右，光輸出功率約5mW。經(jīng)過不同作用的由物鏡、準(zhǔn)直透鏡、1/4波長片、分光棱鏡和圓柱透鏡組成的光學(xué)鏡片構(gòu)成的光路系統(tǒng)，將激光二級管發(fā)射出的激光入射到光盤上面。光盤是以沿螺旋形軌跡排列的不同長度的橢圓坑槽和間隔來表示信息（圖像和聲音）內(nèi)容的。光盤上刻錄的橢圓形坑，呈螺旋狀排列。
` l8^n0- ---透明的聚碳酸脂的折射率為1.58，坑的光學(xué)深度為0.1738μm，近似于激光波長的1/4。當(dāng)激光束投射到旋轉(zhuǎn)光盤的無坑部分時，激光被垂直地全部反射回物鏡；當(dāng)投射到坑槽部位時，在坑的周圍部分波面發(fā)生彎曲，根據(jù)光的干涉原理，波峰與波峰一致的兩個（反射）光波互相增強(qiáng)，波峰與波谷一致的兩個（反射）光波互相抵消。激光頭通過讀取光束聚焦于信號面上,并正確跟蹤掃描軌跡,同時將反射回來的光信號變成電信號,從而將信息讀出（如圖3所示）。
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?Wm.'S'to ;.P9t`* 3 常見DVD激光頭分類
uyITUvPg[ ---由于早些年來VCD產(chǎn)品在市場上已廣泛使用，同時DVD與VCD在規(guī)格上又存在著很大的差異，光源波長不同，所以一般DVD-ROM不能讀取CD-ROM，但由于顧及到DVD的向下兼容，且只有一個激光發(fā)射器，只能發(fā)出650nm的激光。對于這個難題，目前市場上存在兩種解決方案，單激光頭方式和雙激光頭方式。而這兩種的每一種又可以細(xì)分為幾種，簡單介紹如下。
OTe0[p6v a. 換雙鏡頭：為Toshiba最早提出并應(yīng)用的技術(shù)，也是目前使用最廣泛的。它采用一個激光頭，分別準(zhǔn)備2個焦距不同的鏡片切換，通過轉(zhuǎn)換不同的聚焦鏡來分別讀取DVD和CD，它的外形看起來與雙頭的Sony相似，因?yàn)橹荒芸吹蕉M聚焦鏡，激光頭在內(nèi)部看不見。讀取信號質(zhì)量較高，但由于要轉(zhuǎn)換聚焦鏡，所以成本屬于中等水平，讀盤速度較慢，同樣隱含的機(jī)械故障率比較高。
+c^[[ K" b. 獨(dú)立雙鏡頭：為Sony的技術(shù)，獨(dú)立的兩組鏡頭，成本最高，技術(shù)層次較低，認(rèn)盤速度慢、激光頭隱含機(jī)械故障率最高，但是兼容性是最好的。
6Q.6 c. 雙焦距單鏡頭：為Pioneer大量采用的單激光頭雙波長激光束系統(tǒng)，同一個鏡頭，同一組激光接收發(fā)射器，也就是利用液晶快門的技術(shù)來達(dá)到控制焦距的目的，此技術(shù)在保持松下的方案原有優(yōu)勢的基礎(chǔ)上更加提高了讀片性能和認(rèn)盤速度。成本最低，技術(shù)層次最高，兼容性相對比較低。
o Z#4<7K d. 單聚焦單鏡頭：為Panasonic率先采用的單激光頭單聚焦鏡雙聚焦點(diǎn)方案，它采用特別的全息綜合透鏡，通過透鏡中間部分的激光束形成CD的聚焦點(diǎn)，通過透鏡邊緣部分的激光束形成DVD的聚焦點(diǎn)，這種結(jié)構(gòu)由于沒有機(jī)械傳動，也不會產(chǎn)生機(jī)械故障，所以提高了認(rèn)盤速度，同時也降低了成本。但采用此方案的第一代和部分第二代DVD不支持CD。
MH,vn</Uw ^}4=pkJ;s ---4 國內(nèi)外DVD激光頭發(fā)展現(xiàn)狀
3<nd;@:- ---近年來DVD播放機(jī)作為高品質(zhì)的家庭視頻產(chǎn)品，在市場中已經(jīng)取代VCD產(chǎn)品，而作為DVD播放機(jī)激光頭的主流技術(shù)，單光頭DVD播放機(jī)激光頭技術(shù)已經(jīng)顯露頭角，并且已經(jīng)成為DVD激光頭市場的主導(dǎo)產(chǎn)品。相對于雙激光頭技術(shù)，現(xiàn)今的單激光頭不僅可以播放DVD碟片，而且還可以兼容CD/VCD，兼容能力更強(qiáng)，讀片能力更好，技術(shù)更加精密。
5w+X O0i[GCtP5 4.1國外研究及應(yīng)用現(xiàn)狀
2_]"9d4 ---索尼公司推出的璐明DVD機(jī)芯就是典型的單激光頭系統(tǒng)，它采用高度精密的光路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及系統(tǒng)控制，在光路結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上采用高度精密的微米級立體圓柱鏡頭切割技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了用單鏡頭動態(tài)聚焦方式讀取DVD、超級VCD、CD等各種光盤，以取代雙鏡頭，大大降低了由雙鏡頭轉(zhuǎn)換引起的故障率。因此，在索尼及國際主要知名的品牌DVD中已廣泛運(yùn)用。
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