Устройство для автоматической фокусировки излучения на информационную поверхность оптического диска

 

Изобретение относится к технике записи и воспроизведения информагши с помощью оптического излучения и позволяет повысить точность и помехозащиш.енность фокусировки. Генератор 5 сигнала сканирования через модулятор 9 осуществляет модуляцию длины волны излучения полупроводникового лазера 1, которое фокусируется зонной пластинкой (или голограммной линзой) 2 на информационную поверхность оптического диска, а также сканирует вдоль нормали к этой поверхности изза хроматизма зонной пластинки 2. Полосовой фильтр 7 осуществляет спектральное вьщеление сигнала сканирования с частотой в пределах 10... 100 кГц, что позволяет подавить возникающие помехи. Сигналом ошибки фокусировки осуществляется управление приводом 4. Приводятся математические формулы, определяющие фокусное расстояние зонной пластинки или голограммной линзы и расстояние между ми-3 нимальным сечением распределения поля в резонаторе лазера и зонной пластин-.г кой или голограммной линзой., 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСОУБЛИН (19) (11) А1 (S1) 4 G 11 В 7/12

O.ü Й1 ) «ц.

1 ,1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСН0МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР пО.делАм изОБРетений и QTHpbITHA (21) 4207032/24-10 (22) 18.12.86 (46) 23. 10.88. Бюп. У 39 (72) В.П.Лунев, В.И.Шугаев, Г.И.Грейсух и С.А.Степанов (53) 681.84.083(088.8) (56) Патент Великобритании

В 2053553, кл. G 11 В 2/00, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ

ФОКУСИРОВКИ ИЗЛУЧЕНИЯ НА ИНФОРМАЦИОННУЮ ПОВЕРХНОСТЬ ОПТИЧЕСКОГО ДИСКА (57) Изобретение относится к технике записи и воспроизведения информации с помощью оптического излучения и позволяет повысить точность и помехозащыгенность фокусировки. Генератор 5 сигнапа сканирования через модулятор

9 осуществляет модуляцию длины волны излучения полупроводникового лазера

1, которое фокусируется эонной пластинкой (или голограммной линзой) 2 на информационную поверхность оптического диска, а также сканирует вдоль нормали к этой поверхности изза хроматизма эонной пластинки 2. Полосовой фильтр 7 осуществляет спектральное выделение сигнала сканирования с частотой в пределах 10...

100 кГц, что позволяет годавить возникающие помехи ° Сигналом ошибки фокусировки осуществляется управление приводом 4 ° Приводятся математические формулы, определяющие фокусное расстояние эонной пластинки или голограммной линзы и расстояние между ми-3 ннмальным сечением распределения поля, в резонаторе лазера и зонной пластин-, кой или голограммной линзой.,1 ил.

Явааав

1432600 т

2 4Ao 4Ъо (2 + p ) (1 д)з(> tgAU — Р(2 + Р (1 — Р ), /-tg U .">i(2 + (1 — 5(Z tg U I 6Ът1 у, „1 (2 + P (1 — Р ) Z„,tg U /Ь1,!

2 4 о с 24% мер, между полупроводниковым лазером и зонной пластинкой можно поместить светоделитель, отводящий часть возвращенного от информационной поверх5 ности оптического диска пучка излучения на фотоприемник. Следует также отметить, что фокусирующая оптическая система может быть выполнена в виде голограммной линзы. 10

Девиация длины волны излучения, обеспечивающая хотя бы минимально допустимую амплитуду сканирования перетяжки", ограничена физикой работы лазера и способа модуляции длины вол-1с

HbI> а также величиной хроматизма зонной пластинки 2. Дпя повышения отношения сигнал/помеха сигнала ошибки фокусировки необходимо увеличивать амплитуду сканироваыия перетяжки 20 где % — рабочая длина волны зонной пластинки; 25

tg U/tg U ;

U U — входная и выходная апертуры зонной пластинки

Ь Хт- максимальное приращение длины волны излучения полупро- 30 водникового лазера в пределах заданного диапазона рабочих температур устройства, фокусирует лазерное излучение с изменяющейся длиной волны в пятно, практически не отличающееся от дифракционно ограниченного. Пределы фокусного расстояния обусловлены величиной теплового ухода длины волны лазера. Нижнее значение выбирается для лазеров 40 с небольшим тепловым уходом (например, с активной температурной стабилизацией). Верхний предел фокусного

Очевидно, что при типичных параметрах устройств воспроизведения ин- формации с оптических дисков, напри50 мер, принятых при воспроизведении звуковой информации с компакт-дисков:

tg U = -0,2; tg U = 0,5 (= -0,4);

0,78 мкм, Z = 0,5 мкм, выражение (2) принимает вид

4, — 0,01(59,,J. (3)

Следовательно,, для получения заданной амплитуды сканирования сфокусированного пятна Z при максимальном до велич ины порядка доп у стимой точности ошибки фокусировки (для системы компакт-диск около +0,5 мкм). Такое увеличение осуществляется эа счет повышения хроматизма зонной пластинки, величина которог"": зависит от фокусного расстояния последней, íî с увеличением хроматизма могу-т возникнуть недопустимо большие аберрации, вызванные изменением длинь. волны излучения в процессе работы при изменении температуры активной зоны лазера.

Используя стандартную методику аберрационного расчета дифракционных линз, выполненньж в виде зонньгх пластинок, и методику расчета хода лучей через них, можно показать, что эонная пластинка с фокусным расстоянием f, определяемым соотношением расстояния определяется параметрами существующих промышленных полупроводниковых лазеров. Выбранное фокусное расстояние обеспечивает воэможность получения заданной амплитуды сканирования сфокусированного пятна Z при такой девиации длины волны излучения лазера ЛЪ, которая может быть легко достигнута модуляцией тока накачки или изменением оптической длины резонатора. Действительно, девиация длины волны излучения h% обеспечивающая заданную амплитуду сканирования сфокусированного пятна

2, связана с максимальным приращением длины волны излучения полупроводникового лазера, обусловленным изменением его температуры в пределах заданного диапазона рабочих темт:ератур устройства (jh 3;(), соотношением тепловом уходе длины волны Ь Ъ,.

7,5 нм необходима легко технически реализуемая девиация длины волны о

4% = 1 — 1,5 A (для гипичных инжекционных полупроводниковых лазеров, используемых в устройствах воспроизведения информации с оптических дисков, градиент теплового ухода 4% /

/ Т = 0,25 нм/К, поэтому при й% =

7,5 нм, диапазон температура Т = = >30,К, что соответствует рабочему диапазону температур, задаваемому в

1432600

1 1

sa -(»

d К 2 де ш ° %/3©, 9 - длина волны излучения полупроводникового лазера при средней температуое рабочего диапазона, 15 и обеспечивает практически полное отсутствие сферохроматической аберрации, а следовательно, дифракционно ограниченную фокусировку излучения лазера, длина волны которых может от- 20 личаться от расчетной длины волны зониной пластинки Я, до +4X. Напри- . мер, если зонная пластинка рассчитана на длину волны 780 нм, то устройство будет нормально функциониро- 25 вать при установке в него лазера, длина волны излучения которого лежит в интервале 750-810 мн.

Использование модуляции длины вол- ны излучения совместно с большим хроматиэмом, присущим зонной пластинке

Или гопограммной линзе, обеспечивает сканирование положения "перетяжки" сфокусированного пучка. Благодаря электронному сканированию удается рез-З5 ко поднять частоту сканирования, повысить точность и помехозащищенность фокусировки, увеличить отношение сиг24 : с

24 ho (2 + р )(1 Р)э 4ц fgq - (2 + ) (1 P )> gg4Ц )hyò лазера и зонной пластинкой нли голограммной линзой — из соотношения:

Р Г1 +P+ P2 Ц2 (»

Х 2 1 З(1 P)2 где р = /g

U,U - входная и выходная апертуры эонной пластинки, th3 1 " максимальное приращение дли- 5 ны волны излучения полупроводникового лазера в пределах заданного диапазона рабочих температур устройства, расстояние d межцу минимальным сечением распределения поля в резонаторе

ВНИИПИ Заказ 5450/46 Тираж 590 Подписное

Произв,-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная„ 4 технических условиях на устройства воспроизведения информации) .

Расстояние d между минимальным распределением поля в резонаторе ла- зера и эонной пластинкой определяется иэ соотношения где % - рабочая длина волны зонной пластинки, p- egu/egu ; нал/помеха информационного сигнала и снизить мощность привода отработки ошибки фокусировки.

Формула изобретения

Устройство для автоматической фокусировки излучения на информационную поверхность оптического диска, содержащее оптически связанные полупроводниковый лазер, фокусирующую оптическую систему и фотоприемник, объединенные в оптическую головку, снабженную приводом отработки ошибки фокусировки, а также генератор сигнала сканирования и синхронный детектор, с первым входом которого соединен выход генератора сигнала сканирования, а выход связан с входом привода отработки ошибки фокусировки, о т л нч а ю щ е е с я. тем, что, с целью повышения точности и помехозащищенности фокусировки при повышении отношения сигнал/помеха воспроизведенного сигнала н упрощении конструкции в него введены полосовой фильтр и модулятор длины волны излучения лазера, вход полосового фильтра соединен с

Вьжодои фотоприемника, выход " с вторым входом синхронного детектора, при этом выход генератора сигнала сканирования соединен с полупроводниковым лазером через модулятор длины волны излуЧения лазера, фокусирующая оптическая система выполнена в виде зонной пластинки или голограммной линзы с фокусным расстоянием f определяемым из соотношения ф - длина волны излучения полупроводникового лазера при средней температуре рабочего диапазона, а генератор сигнала сканирования имеет частоту сканирования в пределах от 10 до 100 кГц.