专利名称：超分辨光学读取头的制作方法
技术领域：
本发明涉及超分辨光学，与光盘有关，特别是一种在横向能突破衍射极限的超分辨光学读取头。
背景技术：
随着信息存储和传输量要求的日益增加，尤其是高清时代的来临，能在单张光盘实现8G以上存储密度的光盘技术成为迫切需求。对于盘片而言，缩小道间距及信息坑大小可以提高存储密度。而对于光学读取头则必须缩小聚焦光斑尺寸。这就要求光学读取头采用更短的激光波长(λ)和具有更高的数值孔径(NA)的聚焦物镜。由瑞利衍射理论可知，焦斑的尺寸为D＝λ/2NA。但是受光源的限制，波长的减小有限，而采用物镜的数值孔径的增大会带来诸如像差容限苛刻，工作距离更小，伺服更加困难等问题。著名的两大存储阵营HDDVD和BD的方案都是沿着这个思路，采用蓝光激光器并提高NA。但其高价格却影响其市场普及进程。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的弊端，提供一种超分辨光学读取头，以较低的成本实现8G以上的读取密度。
本发明的基本思想是将一位相板放在DVD光学头的准直光路中聚焦物镜的前焦面处，利用位相板改变准直光的振幅与位相分布，利用光学变迹效应(apodization)在物镜的后焦面获得更小的成像光斑，从而能读取超高密度光盘。
本发明的技术解决方案如下一种超分辨光学读取头，包括一DVD光学头，其特点是在该DVD光学头的准直光路中的聚焦物镜的前焦面加入一位相板，该位相板的中心与所述的聚焦物镜的中心对准。
所述的位相板由内圆、内环和外环构成，该外环的最大半径与聚焦物镜的半径相当，归一化后，所述的位相板的内圆、内环和外环的最大半径依次为a、b、1，位相分别为0、Φ、0，内圆最大半径a＝0.167、内环最大半径b＝0.43，外环最大半径为1，且内环的位相Φ＝0.8π。
所述的聚焦物镜和位相板由一卡匣固定在所述的光学头的力矩器部分。
所述的DVD光学头的力矩器部分，即物镜循轨和聚焦的执行机构，称为ACT。因为该位相板须与物镜保持精确中心对准，而物镜工作时是活动的，只有在ACT中才能保证这一点。
本发明超分辨光学头在专用的光学头评价仪上测试，表明各项电指标尤其是抖晃(Jitter)和焦散(Defocus)值都在合理范围之内。另外该光学头的成像光斑大小还用带CCD的显微镜接收系统检测，证实了80％的光斑压缩效果。从而在DVD系统中加入位相板能使读取密度提高到D＝4.7/(0.8)2＝7.34G，若对编码方式加以改进则该超分辨光学头有望读取8G及以上的高密度光盘。若采用更高数值孔径的物镜，可轻松实现15G的存储密度读取。
图1是本发明超分辨光学读取头的光路示意2是本发明采用的纯位相型三段式光瞳滤波器的结构3是本发明位相板的主视图和侧视4是本发明卡匣的俯视图。
具体实施例方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
请参阅图1，图1是本发明超分辨光学读取头的光路示意图图中1是激光二极管光源，2是光栅，3是分束棱镜，4是准直镜，5是反射镜，6是位相板，7是卡匣，8是聚焦物镜，9是光盘，10是光探测器。由图可见，本发明超分辨光学读取头的构成包括具有准直光路的DVD光学头，特点是准直光路中在聚焦物镜8的前焦面上加设一位相板6。所述的位相板6和聚焦物镜8由卡匣7夹持，该卡匣7能保证位相板与物镜精确中心对准，且保持较高的平行度。所述的卡匣7的结构见图4，11是其外边框，12是其内框，13是内壁平台，可把位相板放于其上，并能保证平行，14是内壁平台13内的通光口，能使光透过13到达聚焦物镜8上。所述的位相板的设计、加工和安放是本发明的关键点。
本发明采用的位相板的结构见附图2。各参数经优化后得到，在其外环的归一化半径为1时，内环半径a＝0.167、b＝0.43，且中间环的位相Φ＝0.8π，内圆与外环的位相均为Φ＝0。图3是本发明位相板的主视图和侧视图。
位相板的超分辨行为通常用如下一些量来描述斯特列尔比(S)，半宽比(HWR)和旁瓣强度比(SIR)。斯特列尔比(S)指加位相板后的焦斑峰值强度与相应的未整形焦斑峰值强度之比。半宽比(HWR)，指超分辨图样主瓣的半宽度与艾里斑半宽度之比。旁瓣比(SIR)被定义为最大旁瓣强度与主瓣强度之比。这里要求位相板具有高的S和低的HWR及SIR。本位相板的光斑压缩效果斯特列尔比S＝80％，旁瓣强度比SIR＝11.1％，半宽比HWR＝57％。
本发明的位相板不仅可用于DVD光学头中，还可以应用于HDDVD光学头中，甚至可以作为显微成像及投影光刻设备中提高分辨率的一种有效手段。虽然已结合优选实施例说明了本发明，但显然本领域的技术人员在不脱离所附的权利要求书所限定的构思和范围的前提下，能对本发明的具体细节做出各种改变。如可以改变位相板的不同刻环的相位、相对半径等，可以得到更高超分辨效果的位相板，当然前提是SIR不能太高。
所述位相板6的最大刻环半径应与聚焦物镜8的通光孔径匹配，本发明所述位相板6的实施例，由于聚焦物镜8的有效孔径是3.66mm，从而可确定内环半径为a＝0.611mm、b＝1.574mm。本发明采用光学头的半导体激光器1波长为λ＝650nm，则位相板的刻蚀深度为d＝0.503μm。位相板的制备采用光刻技术，它需要先制作相应的掩膜板。本发明采用的位相板6是厚度为0.75mm的K9玻璃(透射率0.92，反射率0.08)，制得若干块带衍射刻环的玻璃片，然后将其加工成特定的尺寸大小，恰好放于ACT中的预定位置，再点胶固定，用紫外光固化。
为了保证位相板刻环中心与物镜中心对准，需要设计一种卡匣7，它能将位相板6和物镜7同时固定，且保证中心对准和保证位相板6在物镜8的前焦面上。该卡匣最好是与ACT中的磁力线圈合为一体，这样能简化元件个数。该卡匣7的俯视图见图4，其边框11尺寸为8.3mm×5mm。聚焦物镜8可以固定于卡匣7中内壁平台13的后面，而位相板6放于内壁平台13的前面。该卡匣7的特殊之处在于其边框内部的内壁平台13，它能让光束保持3.66mm的孔径，同时又能将位相板6放置于其上，且能有效保证平行要求。将位相板6放于卡匣7中的关键在于将玻璃板加工成6.4×4.2的长方形，且严格保证衍射刻环的圆心是玻璃板的几何中心。
本发明得到的超分辨光学头在专用的光学头评价仪上通过测试，其各项电指标尤其是Jitter和Defocus值都在合理范围之内Jitter值在6-8之间，Defocus值在-5％-+5％之间，说明旁瓣效应不十分明显。另外该光学头的成像光斑大小还用带CCD的显微镜接收系统检测，证实了80％的光斑压缩效果。因而能在现有DVD光学头基础上读取单面密度达8G甚至更高的超高密度光盘。
权利要求
1.一种超分辨光学读取头，包括一DVD光学头，其特征是在该DVD光学头的准直光路中的聚焦物镜(8)的前焦面加入一位相板(6)，该位相板(6)的中心与聚焦物镜(8)的中心对准。
2.根据权利要求1所述的超分辨光学读取头，其特征在于所述的位相板(6)由内圆、内环和外环构成，该外环的最大半径与聚焦物镜(8)的半径相当，归一化后，所述的位相板(6)的内圆、内环和外环的最大半径依次为a、b、1，位相分别为0、Φ、0，内圆最大半径a＝0.167、内环最大半径b＝0.43，外环最大半径为1，且内环的位相Φ＝0.8π。
3.根据权利要求1所述的超分辨光学读取头，其特征在于所述的聚焦物镜(8)和位相板(6)由一卡匣(7)固定在所述的DVD光学头的力矩器部分。
全文摘要
一种超分辨光学读取头，包括一DVD光学头，其特点是在该DVD光学头的准直光路中的聚焦物镜的前焦面加入一优化设计的位相板，该位相板的中心与所述的聚焦物镜的中心对准。本发明超分辨光学读取头的光斑压缩比可达80％，还具有较小的旁瓣干扰，因而能在现有DVD技术基础上读取单面密度达8G甚至更高的超高密度光盘。
文档编号G11B7/135GK101067943SQ200710041249
公开日2007年11月7日 申请日期2007年5月25日 优先权日2007年5月25日
发明者周辉, 王莎莎, 阮昊, 周常河 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所