专利名称：采用超分辨位相板的光盘读取头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及高密度光盘，特别是一种采用超分辨位相板的光盘读取头，用 于高密度光盘的信号读取。 背录技术随着信息技术的飞速发展，人们对信息存储的要求也越来越高。现有的CD、DVD 光盘的存储容量已经不能满足人们的需求，寻求更髙密度的光存储技术成为必需。 增加光盘存储密度的最直接方法就是减小光斑尺寸，光斑尺寸与聚焦激光光束的衍 射效应有关，光斑大小(S)与激光波长(X)和透镜数值孔径(NA)的关系如下采用较大数值孔径的透镜或较短波长撖光器可以减小光斑尺寸，从而提高光盘 存储容量，这也正是从CD到BD (蓝光光盘)的发展思路。但在蓝光光盘之后，通 过进一步减小波长、增大透镜的数值孔径来縮小光斑将非常困难，这是因为紫外激 光器的造价和寿命都是目前无法解决的问题，髙数值孔径非球面透镜不仅制作困难， 而且只能在小范围内有效地校正像差，但盘片的抖动很容易超出这一范围，使得读 出信号的质量下降。尽管目前已经发展了其它的技术途径(主要是近场技术)，如Super-RENS等来 实现高密度光存储，但由于其造价昂贵、系统复杂，对周围环境的要求高，暂时无 法在用户端得到广泛的应用。利用超分辨位相板来压縮光斑是增大光盘存储容量的另一思路，釆用这种方法 可以在不增加聚焦系统复杂程度的前提下，读出超过衍射极限的信号，并且压縮光 斑的大小与波长无关。另外，超分辨位相板还具有易于大量制造的优点，对实际应 用非常有利。但目前设计的超分辨位相板都具有第一旁瓣强度大的缺点，[见在先技术l ，周常河，等人，髙密度存储光盘的读写系统，发明专利号200410093317.0], 对实际光盘读取信号造成串扰。 发明内容本实用新型的目的在于克服上述在先技术1中旁瓣强度太大引起的信号串扰问 题，提供一种采用超分辨位相板的光盘读取头，以避免旁瓣对信号的干扰，读出超 过衍射极限的信号。本实用新型的技术解决方案如下一种采用超分辨位相板的光盘读取头，包括半导体激光器、沿该半导体激光器 输出光束的前进方向同光轴地依次为准直透镜、分束器、读写物镜、在所述的分束
器的反射光路上依次是聚焦透镜和光电探测器，其特征是在所述的分束器和读写物 镜之间并紧贴读写物镜放置超分辨位相板。所述的超分辨位相板为圆环形超分辨位相板，由多个具有不同位相的圆环构成。所述的超分辨位相板自内向外圆环的半径为",、"2、 cr:,，相应的位相分别为 0、 ；r、 0。所述的超分辨位相板自内向外圆环的归一化半径a产O. 45、" 2=0. 71 、 a 3= 1 。 所述的超分辨位相板，由各向同性的介质构成，其位相分布为同一圆环内的位相值是相同的，相邻环带的位相值是0和31相间的。其大小与衍射极限透镜孔径相当。所述的超分辨位相板是通过电子束直写技术和湿法刻蚀技术来制造的。其具体 歩骤如下① 根据衍射透镜孔径设定超分辨位相板的外圆的实际半径，利用相应的归一化 半径计算出超分辨位相板各环的半径；② 利用电子束直写法制作出母版；⑧通过接触式光刻将母版图案转移到覆有铬膜和光刻胶的玻璃基片上； ④利用湿法刻蚀技术进行刻蚀。 本实用新型的技术效果1、 由于采用超分辨位相板，准直后的平行光经过超分辨位相板进行位相调制 后得到中心主瓣压縮，第一旁瓣强度小，最高旁瓣外移的超分辨效果，在压縮后的 中心主瓣周围产生了一个环状的谷地，避免了旁瓣对信号的干扰，可读出超过衍射 极限的信号。2、 本采用超分辨位相板的光盘读取头，在激光器波长保持不变的条件下，能读 取的记录点比普通读取头小得多，也就是说可以用来读取更高密度的光盘。而且由 于最高旁瓣外移，由旁瓣导致的信号串扰相对较小，对于实际应用非常有意义。
图1是本实用新型采用超分辨位相板的光盘读取头的结构原理图。 图2是本实用新型超分辨位相板的结构示意图 图3是釆用超分辨位相板后的超分辨效果示意图。其中i一半导体激光器；2—准直透镜；3—分束器4一超分辨位相板；5—读 写物镜；6—光盘7—聚焦透镜；8—光电探测器具体实施方式
下面结合实施例和附图对本实用新型作进一歩说明，但不应以此限制本实用新 型的保护范围。先请参阅图1,图1是本实用新型采用超分辨位相板的光盘读取头的结构原理 图。由图可见，本实用新型采用超分辨位相板的光盘读取头的结构，包括半导体激
光器1、沿该半导体激光器1输出光束的前进方向同光轴地依次为准直透镜2、分束 器3、读写物镜5、在所述的分束器3的反射光路上依次是聚焦透镜7和光电探测器 8，其特征是在所述的分束器3和读写物镜5之间并紧贴读写物镜5放置超分辨位相 板4。所述的超分辨位相板4为圆环形超分辨位相板，由多个具有不同位相的圆环构 成。所述的超分辨位相板4是一种在透明介质上形成的具有多个同心圆环位相分布的位相板，其结构示意图如图2。其设计思路如下由衍射光学的理论可知，平行光通过环形位相板后的光场分布可以表示为屮0 ) = Lexp(,A)[a;-^--of乂-^~~]式中^为第j环带半径，A为第j环带的位相，》7为归—化坐标J-1，2…，N， N为 环带数。利用上述公式进行数值计算，得到最优化的位相板的各个半径值，使得中心主瓣压缩的同时，第一旁瓣与中心主瓣的强度比得到有效抑制，最髙旁瓣外移。本实用新型实施例采用的超分辨位相板4自内向外圆环的半径为a,、 a2、 相应的位相分别为0、 ；r、 0。自内向外圆环的相应的归一化半径a,-0.45、 a2= 0.71、 a3=l。应用本实用新型得到的衍射图样数值模拟图如图3所示。图中点线是爱里斑的 光强分布，点划线是放入在先技术l中超分辨位相板后的归一化光强分布，粗实线 是放入本实用新型中光盘超分辨位相板后的归一化光强分布，从图中可以明显看出 本实用新型采用的超分辨位相板在压縮中心主瓣的同时，还有效地抑制了第一旁瓣 与中心主瓣的强度比，有明显的旁瓣外移效果。对超分辨效果可以采用第一零点比G和旁瓣强度比M来描述。其中第一零点比 G表示超分辨的程度，即有位相板时和爱里衍射时光学系统焦点横向第一光强零点 对应的坐标比值;旁瓣强度比M为焦面上第一旁瓣最大强度与主瓣中心强度的比值。 由图3可见，在同样0=0.8的情况下，同比在先技术l中的超分辨位相板，光盘超 分辨位相板的M值得到了很大的减小，第一旁瓣相对主瓣的强度由0.13降为0.0176， 近似于爱里斑第一旁瓣对主瓣强度的比值0.0175，并且得到了旁瓣外移的效果。通过比较，本实用新型具有以下优点一方面，在对原有光盘读写头稍作改动 的情况下(加入超分辨位相板)，即能够突破衍射极限，读出比原来直径小20%的记 录点，如应用波长633nm的激光器，则可以读出容量为12.6GB的光盘，是普通DVD 的3倍，而价格则与现有DVD差不多。另一方面，由于加入优化设计的超分辨位相板， 在保持中心光斑压縮的同时，使第一旁瓣与主瓣强度比有了明显的抑制(为在先技 术1中第一旁瓣与主瓣强度比的14%)，最高旁瓣外移明显。因而应用于光盘系统时， 可以有效的避免信号串扰，相对于其它应用超分辨位相板的光学头设计优势明显。
权利要求1、一种采用超分辨位相板的光盘读取头，包括半导体激光器(1)、沿该半导体激光器(1)输出光束的前进方向同光轴地依次为准直透镜(2)、分束器(3)、读写物镜(5)、在所述的分束器(3)的反射光路上依次是聚焦透镜(7)和光电探测器(8)，其特征是在所述的分束器(3)和读写物镜(5)之间并紧贴读写物镜(5)放置超分辨位相板(4)。
2、 根据权利要求1所述的超分辨位相板的光盘读取头，其特征在于所述的超 分辨位相板(4)为圆环形超分辨位相板，由多个具有不同位相的圆环构成。
3、 根据权利要求2所述的超分辨位相板的光盘读取头，其特征在于所述的超 分辨位相板(4)自内向外圆环的半径为a,、 a" a:,，相应的位相分别为0、 ；r、 0。
4、 根据权利要求3所述的超分辨位相板的光盘读取头，其特征在于所述的超 分辨位相板(4)自内向外圆环的归一化半径a,-0.45、 a2=0.71、 a:,= l。
专利摘要一种采用超分辨位相板的光盘读取头，包括半导体激光器、沿该半导体激光器输出光束的前进方向同光轴地依次为准直透镜、分束器、读写物镜、在所述的分束器的反射光路上依次是聚焦透镜和光电探测器，特点是在所述的分束器和读写物镜之间并紧贴读写物镜放置超分辨位相板。本实用新型可以得到中心主瓣压缩，第一旁瓣强度较小，最高旁瓣外移的超分辨效果，从而能够读取高密度光盘并且有效避免串扰。
文档编号G11B7/13GK201035986SQ200720068008
公开日2008年3月12日 申请日期2007年3月21日 优先权日2007年3月21日
发明者周常河, 底彩慧, 曹由由 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所