採用超分辨位相板的光碟讀取頭的製作方法
2023-12-11 15:00:22 2
專利名稱：採用超分辨位相板的光碟讀取頭的製作方法
技術領域：
本發明涉及高密度光碟，特別是一種採用超分辨位相板的光碟讀取頭，用於高密度光碟的信號讀取。
背景技術：
隨著信息技術的飛速發展，人們對信息存儲的要求也越來越高。現有的CD、DVD光碟的存儲容量已經不能滿足人們的需求，尋求更高密度的光存儲技術成為必需。增加光碟存儲密度的最直接方法就是減小光斑尺寸，光斑尺寸與聚焦雷射光束的衍射效應有關，光斑大小(S)與雷射波長(λ)和透鏡數值孔徑(NA)的關係如下S=1.22NA]]>採用較大數值孔徑的透鏡或較短波長雷射器可以減小光斑尺寸，從而提高光碟存儲容量，這也正是從CD到BD(藍光光碟)的發展思路。但在藍光光碟之後，通過進一步減小波長、增大透鏡的數值孔徑來縮小光斑將非常困難，這是因為紫外雷射器的造價和壽命都是目前無法解決的問題，高數值孔徑非球面透鏡不僅製作困難，而且只能在小範圍內有效地校正像差，但碟片的抖動很容易超出這一範圍，使得讀出信號的質量下降。
儘管目前已經發展了其它的技術途徑(主要是近場技術)，如Super-RENS等來實現高密度光存儲，但由於其造價昂貴、系統複雜，對周圍環境的要求高，暫時無法在用戶端得到廣泛的應用。
利用超分辨位相板來壓縮光斑是增大光碟存儲容量的另一思路，採用這種方法可以在不增加聚焦系統複雜程度的前提下，讀出超過衍射極限的信號，並且壓縮光斑的大小與波長無關。另外，超分辨位相板還具有易於大量製造的優點，對實際應用非常有利。但目前設計的超分辨位相板都具有第一旁瓣強度大的缺點，[見在先技術1，周常河，等人，高密度存儲光碟的讀寫系統，發明專利號200410093317.0]，對實際光碟讀取信號造成串擾。
發明內容
本發明的目的在於克服上述在先技術1中旁瓣強度太大引起的信號串擾問題，提供一種採用超分辨位相板的光碟讀取頭，以避免旁瓣對信號的幹擾，讀出超過衍射極限的信號。
本發明的技術解決方案如下一種採用超分辨位相板的光碟讀取頭，包括半導體雷射器、沿該半導體雷射器輸出光束的前進方向同光軸地依次為準直透鏡、分束器、讀寫物鏡、在所述的分束器的反射光路上依次是聚焦透鏡和光電探測器，其特徵是在所述的分束器和讀寫物鏡之間並緊貼讀寫物鏡放置超分辨位相板。
所述的超分辨位相板為圓環形超分辨位相板，由多個具有不同位相的圓環構成。
所述的超分辨位相板自內向外圓環的半徑為α1、α2、α3，相應的位相分別為0、π、0。
所述的超分辨位相板自內向外圓環的歸一化半徑α1＝0.45、α2＝0.71、α3＝1。
所述的超分辨位相板，由各向同性的介質構成，其位相分布為同一圓環內的位相值是相同的，相鄰環帶的位相值是0和π相間的。其大小與衍射極限透鏡孔徑相當。
所述的超分辨位相板是通過電子束直寫技術和溼法刻蝕技術來製造的。其具體步驟如下①根據衍射透鏡孔徑設定超分辨位相板的外圓的實際半徑，利用相應的歸一化半徑計算出超分辨位相板各環的半徑；②利用電子束直寫法製作出母版；③通過接觸式光刻將母版圖案轉移到覆有鉻膜和光刻膠的玻璃基片上；④利用溼法刻蝕技術進行刻蝕。
本發明的技術效果1、由於採用超分辨位相板，準直後的平行光經過超分辨位相板進行位相調製後得到中心主瓣壓縮，第一旁瓣強度小，最高旁瓣外移的超分辨效果，在壓縮後的中心主瓣周圍產生了一個環狀的谷地，避免了旁瓣對信號的幹擾，可讀出超過衍射極限的信號。
2、本採用超分辨位相板的光碟讀取頭，在雷射器波長保持不變的條件下，能讀取的記錄點比普通讀取頭小得多，也就是說可以用來讀取更高密度的光碟。而且由於最高旁瓣外移，由旁瓣導致的信號串擾相對較小，對於實際應用非常有意義。
圖1是本發明採用超分辨位相板的光碟讀取頭的結構原理圖。
圖2是本發明超分辨位相板的結構示意3是採用超分辨位相板後的超分辨效果示意圖。
其中1-半導體雷射器；2-準直透鏡；3-分束器；4-超分辨位相板；5-讀寫物鏡；6-光碟；7-聚焦透鏡；8-光電探測器具體實施方式
下面結合實施例和附圖對本發明作進一步說明，但不應以此限制本發明的保護範圍。
先請參閱圖1，圖1是本發明採用超分辨位相板的光碟讀取頭的結構原理圖。由圖可見，本發明採用超分辨位相板的光碟讀取頭的結構，包括半導體雷射器1、沿該半導體雷射器1輸出光束的前進方向同光軸地依次為準直透鏡2、分束器3、讀寫物鏡5、在所述的分束器3的反射光路上依次是聚焦透鏡7和光電探測器8，其特徵是在所述的分束器3和讀寫物鏡5之間並緊貼讀寫物鏡5放置超分辨位相板4。
所述的超分辨位相板4為圓環形超分辨位相板，由多個具有不同位相的圓環構成。所述的超分辨位相板4是一種在透明介質上形成的具有多個同心圓環位相分布的位相板，其結構示意圖如圖2。其設計思路如下由衍射光學的理論可知，平行光通過環形位相板後的光場分布可以表示為=j=1Nexp(ij)[j22J1(j)j-j-122J1(j-1)j-1]]]>式中αj為第j環帶半徑，φj為第j環帶的位相，η為歸一化坐標，j＝1，2...，N，N為環帶數。
利用上述公式進行數值計算，得到最優化的位相板的各個半徑值，使得中心主瓣壓縮的同時，第一旁瓣與中心主瓣的強度比得到有效抑制，最高旁瓣外移。
本發明實施例採用的超分辨位相板4自內向外圓環的半徑為α1、α2、α3，相應的位相分別為0、π、0。自內向外圓環的相應的歸一化半徑α1＝0.45、α2＝0.71、α3＝1。
應用本發明得到的衍射圖樣數值模擬圖如圖3所示。圖中點線是愛裡斑的光強分布，點劃線是放入在先技術1中超分辨位相板後的歸一化光強分布，粗實線是放入本發明中光碟超分辨位相板後的歸一化光強分布，從圖中可以明顯看出本發明採用的超分辨位相板在壓縮中心主瓣的同時，還有效地抑制了第一旁瓣與中心主瓣的強度比，有明顯的旁瓣外移效果。
對超分辨效果可以採用第一零點比G和旁瓣強度比M來描述。其中第一零點比G表示超分辨的程度，即有位相板時和愛裡衍射時光學系統焦點橫向第一光強零點對應的坐標比值；旁瓣強度比M為焦面上第一旁瓣最大強度與主瓣中心強度的比值。由圖3可見，在同樣G＝0.8的情況下，同比在先技術1中的超分辨位相板，光碟超分辨位相板的M值得到了很大的減小，第一旁瓣相對主瓣的強度由0.13降為0.0176，近似於愛裡斑第一旁瓣對主瓣強度的比值0.0175，並且得到了旁瓣外移的效果。
通過比較，本發明具有以下優點一方面，在對原有光碟讀寫頭稍作改動的情況下(加入超分辨位相板)，即能夠突破衍射極限，讀出比原來直徑小20％的記錄點，如應用波長633nm的雷射器，則可以讀出容量為12.6GB的光碟，是普通DVD的3倍，而價格則與現有DVD差不多。另一方面，由於加入優化設計的超分辨位相板，在保持中心光斑壓縮的同時，使第一旁瓣與主瓣強度比有了明顯的抑制(為在先技術1中第一旁瓣與主瓣強度比的14％)，最高旁瓣外移明顯。因而應用於光碟系統時，可以有效的避免信號串擾，相對於其它應用超分辨位相板的光學頭設計優勢明顯。
權利要求
1.一種採用超分辨位相板的光碟讀取頭，包括半導體雷射器(1)、沿該半導體雷射器(1)輸出光束的前進方向同光軸地依次為準直透鏡(2)、分束器(3)、讀寫物鏡(5)、在所述的分束器(3)的反射光路上依次是聚焦透鏡(7)和光電探測器(8)，其特徵是在所述的分束器(3)和讀寫物鏡(5)之間並緊貼讀寫物鏡(5)放置超分辨位相板(4)。
2.根據權利要求1所述的超分辨位相板的光碟讀取頭，其特徵在於所述的超分辨位相板(4)為圓環形超分辨位相板，由多個具有不同位相的圓環構成。
3.根據權利要求2所述的超分辨位相板的光碟讀取頭，其特徵在於所述的超分辨位相板(4)自內向外圓環的半徑為α1、α2、α3，相應的位相分別為0、π、0。
4.根據權利要求3所述的超分辨位相板的光碟讀取頭，其特徵在於所述的超分辨位相板(4)自內向外圓環的歸一化半徑α1＝0.45、α2＝0.71、α3＝1。
全文摘要
一種採用超分辨位相板的光碟讀取頭，包括半導體雷射器、沿該半導體雷射器輸出光束的前進方向同光軸地依次為準直透鏡、分束器、讀寫物鏡、在所述的分束器的反射光路上依次是聚焦透鏡和光電探測器，特點是在所述的分束器和讀寫物鏡之間並緊貼讀寫物鏡放置超分辨位相板。本發明可以得到中心主瓣壓縮，第一旁瓣強度較小，最高旁瓣外移的超分辨效果，從而能夠讀取高密度光碟並且有效避免串擾。
文檔編號G11B7/12GK101022021SQ200710038258
公開日2007年8月22日 申請日期2007年3月21日 優先權日2007年3月21日
發明者周常河, 曹由由, 底彩慧 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所