专利名称：光学头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学头，更为具体地说，涉及一种采用了复合涂层偏振全息光学元件(HOE)的光学头。
一般说来，光学头用于以非接触方式把信息，诸如图像、声音和数据等记录到光记录媒体上，或把光记录媒体上的这些信息重现出来。
图1是采用了普通HOE的一种现有光学头的示意图。该光学头包括光源20；全息光学元件50，它用于改变入射光的传播路径；相位滞后板60，用于改变入射光的偏振方向；物镜70，将来自光源20的光会聚到记录媒体10的记录表面上；光电检测器80，用于对信息信号和误差信号检测。
根据光电检测器80检测到的误差信号，由致动器(未示出)驱动物镜70，修正循迹误差和聚焦误差。
HOE50位于物镜70和光源20之间的光路上，它是通过在基片上刻蚀出全息图形而形成的，随入射光的偏振方向的不同，它具有不同的衍射特性。通常，相位滞后板60为一λ/4波片，用于将来自光源20的线偏振光转换为圆偏振光，以及将记录媒体反射的圆偏振光转换为线偏振光。考虑到光学头的光学结构，将反射镜以某一角度置于光源20和HOE50之间，它用于改变光源20发出的光的传播路径。另外，在光学头的光源20和反射镜40之间还可具有一准直透镜30，用于将光源发出的散射光准直。
可此可见，采用HOE50的光学头的光学结构比采用分光器的光学头简单。
如图2所示，上述光学头中所采用的传统的HOE50是折射率很高的LiNb3制基片51，用刻蚀工艺在其上刻有许多凹槽52。入射光线透过HOE上有凹槽52的区域时，没有相位滞后；而P偏振光分量或S偏振光分量经没有凹槽52的区域时，其相位滞后180°。因此穿过HOE的偏振光分量，如P偏振光分量54直接透过，而其它偏振光分量，如S偏振光分量55透过时发生衍射，故偏振光分量可直接或以衍射方式透过HOE。但是，所采用的基片材料很昂贵，使得采用HOE的传统光学头的造价很高。
本发明的目的是提供一种光学头，它所采用的全息光学元件(HOE)由复合薄层重叠而成，从而克服上述缺陷。
本发明的另一个目的是提供一种光学头，它所采用的反射型HOE由许多薄层重叠而成。
为实现第一目的，提供一光学头，它包括一光源；一物镜，用于将光源发出的光会聚在记录媒体上；HOE，它沿光路置于光源和物镜之间，用于改变入射光线的传播路径；一相位滞后板，置于HOE和记录媒体之间，用于改变入射光的偏振方向；光电检测器，用于接收记录媒体反射的光线。其中，HOE包括一偏振分光器和一反射元件，入射光的某一偏振分量可透射过分光器，而另一偏振光分量则由分光器反射，反射元件上具有全息图形，用于将通过偏振分光器的光线衍射，并反射入射光线。HOE以某一角度置于光源和相位滞后板之间。
为实现第二目的，提供一光学头，它包括一光源；一物镜，用于将光源发出的光会聚在记录媒体上；HOE，它沿光路置于光源和物镜之间，用于改变入射光线的传播路径；一相位滞后板，置于HOE和记录媒体之间，用于改变入射光的偏振方向；一光电检测器，用于接收由记录媒体反射经HOE来的光线。其中，HOE包括一透明基片，用于透射入射光线；复合薄层，通过将具有不同反射系数的第一薄层和第二薄层依次重叠形成在透明基片上；反射层，覆在透明基片以及复合薄层的一侧，以对入射光全反射。
通过参照附图对优选实施例的详细描述，本发明的上述目的和优点将变得更为清楚。
图1为采用传统的HOE的光学头的光学结构示意图；图2为传统的HOE的立体示意图；图3为根据本发明的一个优选实施例的光学头的光学结构示意图；图4为图3所示HOE的一个实例的示意图；图5为图3所示的HOE的另一个实例的示意图；图6为图3所示的相位滞后板的一个实例的示意图；图7为根据本发明的另一个优选实施例的光学头的光学结构示意图；图8为图7所示的HOE的一个实例的示意图；图9为图7所示的相位滞后板的一个实例的示意图；图10为根据本发明的又一个优选实施例的光学头的光学结构示意图。
如图3所示，根据本发明的一优选实施例，光学头包括光源120，HOE150，相位滞后板160，物镜170及一光电检测器180。这里，光源120，物镜170，光电检测器180与图1中所示的光源20，物镜70和光电检测器80完全相同，故对它们不再进行描述。最好是沿光路于光源120和HOE150之间再设置一准直透镜130，以对光源120发出的散射光进行准直。
HOE150以某一角度沿光路置于准直透镜130和物镜170之间。作为反射型的元件，HOE150将来自光源120的光反射到记录媒体10，并将自记录媒体10反射回来的光反射到光电检测器180，光电检测器和光源120离得很近。
按照图4所示的HOE实例，HOE150包括一偏振分光器151，反射元件152以及一透明元件153。分光器151用于透射一偏振光分量如P偏振光分量以及反射另一偏振光分量如S偏振光分量，反射元件152上具有全息图形152a，用于衍射透过偏振分光器151的光线，以将入射光全反射。用于使偏振分光器151反射的光线以及透过该分光器的光线的光轴出现差异的透明元件153置于偏振分光器151和反射元件152之间。偏振分光器的结构是，若干薄层重叠在一起而使一种偏振光分量透过。入射到HOE150上的P和S偏振光分量中，只有S偏振光分量被偏振分光器151全部反射，只有P偏振光分量透过该分光器。穿过偏振分光器151的光线被反射元件152完全反射并返回至分光器151后透过。当然，偏振分光器151可将P偏振光完全反射并使S偏振光完全透过。尽管以相同的相位入射的P偏振光分量和S偏振光分量均被HOE150所反射，但它们的相位已变得彼此不同。也就是说，光线被分成由偏振分光器151反射的光和由反射元件152反射的光，后者被全息图形152a反射时会产生衍射。如前面所述，反射型的HOE150以某一角度置放，使得自光源120发出的进入记录媒体10后又由记录媒体10反射而进入HOE150的光被反射时会产生衍射。因此，光电检测器180接收到记录媒体10因衍射产生的信息信号，聚焦信号和循迹信号。
下面参照图5描述HOE150的另一个实例。如图5所示，HOE150包括透明基片154；重叠在透明基片154上面的复合薄层155；覆在透明基片154和复合薄层155上的反射层158。反射层158可由金属镀层或反射涂层形成。
入射光直接透过透明基片154。这样向透明基片154传播的P和S偏振光分量没有相位滞后。复合薄层155是由反射系数为n1的第一薄层156和反射系数为nh的第二薄层157交替重叠而形成的。通过在透明基片154上交替涂覆第一薄层156和第二薄层157，形成复合结构，然后对复合层结构进行局部刻蚀，就形成了复合薄层155。第一薄层156的反射系数n1和第二薄层的反射系数nh不一样。
如上所述，复合薄层155可让入射光完全通过，并使S偏振光或P偏振光相位滞后180°。为使入射光全部透过，交替重叠而形成复合薄层155的第一薄层156和第二薄层157对的光学厚度(A)(optical depth)不应是λ/4的整数倍，这里λ为光源120发射的光的波长。
在透明基片154上以及复合薄层155的表面上通过涂覆全反射层而形成反射层158，以将入射光全部反射。
这里，复合薄层155将入射光的P偏振光分量或S偏振光分量的相位滞后90°。光线入射到复合薄层155，经反射层158反射，P偏振光分量或S偏振光分量的相位比入射光滞后180°。可见，图5所示的HOE150和图4所示的HOE作用相同。
沿光路置于HOE150和物镜170之间的相位滞后板160使光线的相位滞后，从而将线偏振光转换成圆偏振光以及将圆偏振光转换成线偏振光。为此目的，将具有不同反射系数的第一涂层161和第二涂层162交替重叠在一起来形成相位滞后板160。通过调整相位滞后板160相应的两涂层161和162的重叠层数，可对实现对相差的调节。相位滞后板160最好使入射光延迟四分之一个光源光的波长，即滞后90°。
下面参照图7，描述本发明的另一个优选实施例的光学头。如图7所示，该光学头包括光源220；HOE250；相位滞后板260；物镜270；和光源邻近的光电检测器280。这里，光源220，物镜270，光电检测器280和图1所示的光源20，物镜70和光电检测器80完全相同，故不再对其详细描述。最好是沿光路于光源220和HOE250之间再安置一准直透镜230，用于对光源220发出的散射光进行准直。
如图8所示，HOE250包括一透明基片251以及以复合涂覆方法形成在透明基片251的局部的复合薄层255。入射光可直接透过透明基片250，这样向透明基片251传播的P和S偏振光分量透过基片时没有相位滞后。复合薄层255的多层结构是在透明基片251上由反射系数为n1的第一薄层256及反射系数为nh的第二薄层257交替重叠，再对重叠层局部刻蚀后形成的。n1和nh大小不同。复合薄层255的多层结构可使入射光全部透过，并使入射光的S偏振光分量和P偏振光分量滞后180°。
在此，将使S偏振光分量反相的HOE250定义为S型HOE，而将使P偏振光分量反相的HOE250定义为P型HOE。使用S型HOE时，P偏振光分量可直接透过而不会产生相位滞后，而S偏振光分量透过时反相180°。可见，和光线入射到没有形成复合薄层255的透明基片上的情形相比，HOE对S偏振光分量产生了影响。反之，使用P型HOE时，S偏振光分量可直接透过而不会产生相位滞后，而P偏振光分量透过时反相180°。可见和光线入射到没有形成复合薄层255的透明基片上的情况相比，HOE对P型偏振光分量产生了影响。
相位滞后板260以某一角度沿光路置于HOE250和物镜270之间，它将入射的圆偏振光转换为线偏振光，以及将线偏振光转换成圆偏振光。如图9所示，相位滞后板260包括复合涂层263，它是由具有不同反射系数的第一涂层261和第二涂层262交替重叠在一起而成的；以及覆盖在复合涂层263一侧的反射层264。采用这一结构的相位滞后板260，光线可被反射层264全部反射，从而使入射光透过复合涂层263后相差改变45°。
在此，来自光源220的一个偏振光分量被复合涂层263反射，另一个偏振光分量则透过复合涂层263后被反射层264反射。例如，具有相同相位的P偏振光分量和S偏振光分量中，S偏振光分量被复合涂层263反射，而P偏振光分量透过复合涂层23后又被反射层264全部反射。这样，经相位滞后板260反射后的P和S偏振光分量之间有相位差。此处，P和S偏振光分量的相差为90°，以将入射的线偏振光分量转换成圆偏振光分量，以及把入射的圆偏振光分量转换成线偏振光分量。
下面参照图10，对根据本发明的又一个优选实施例的光学头进行描述。如图10所示，光学头包括光源320；反射镜340；HOE350；相位滞后板360；物镜370；和邻近光源320放置的光电检测器380。这里，光源320，反射镜340，物镜370和光电检测器380和图1所示的光源20，反射镜40，物镜70和光电检测器80完全相同，故不对它们进行详细描述。最好是沿光路于光源320和HOE350之间安置一准直透镜330，用于对光源发出的散射光准直。
如图8所示，HOE350包括一透明基片251以及以复合覆涂方法形成基片251局部的复合薄层251。光线自记录媒体10进入HOE350时发生衍射。如图6所示，相位滞后板360是由具有不同反射系数的第一涂层161和第二涂层162交替重叠在一起而形成的，通过调整相应的涂层161和162的重叠层数，可实现对相差的调节。入射光透过相位滞后板时，使光源120发出的光延迟1/4个波长，即延迟90°。
如上所述，本发明的光学头采用的是价格低廉的复合层结构的HOE和相位滞后板，而没有使用价格昂贵的LiNb3制基片，因而降低了制造成本。而且，由于沿光路位于光源和HOE之间的反射镜的作用可由反射型HOE或相位滞后板替代，故光学结构得以简化，光学头尺寸减小。
权利要求
1.一种光学头，包括一光源；一物镜，用于将所述光源发出的光会聚在记录媒体上；一全息光学元件，其沿光路置于所述光源和所述物镜之间，以改变入射光的传播；一相位滞后板，它置于所述全息光学元件和记录媒体之间，用于改变入射光的偏振方向；一光电检测器，接收由记录媒体反射的光，其特征在于，所述全息光学元件包括一偏振分光器，用于使入射光的某一偏振光分量透射并反射入射光的另一偏振光分量；一反射元件，其具有使穿过所述偏振分光器的光衍射和使入射光反射的全息图形，并且，所述的全息光学元件以某一角度置于所述光源和所述相位滞后板之间。
2.如权利要求1所述的光学头，其特征在于，沿光路于所述偏振分光器和所述反射元件之间还提供一透明元件，以使被所述偏振分光器反射并透过所述偏振分光器的各光束的光轴发生变化。
3.如权利要求2所述的光学头，其特征在于，所述偏振分光器上具有由若干薄层重叠而成的复合薄层，以使一偏振光分量透过。
4.如权利要求1所述的光学头，其特征在于，被所述偏振分光器反射的光和被所述反射元件反射的光之间有90°相差。
5.如权利要求1所述的光学头，其特征在于，所述相位滞后板由具有不同反射系数的第一涂层和第二涂层交替重叠而成，以使入射光的相位延迟90°。
6.如权利要求1所述的光学头，其还包括一准直透镜，它沿光路置于所述光源和所述全息光学元件之间，用于对来自光源的散射光准直。
7.一种光学头，包括一光源；一物镜，用于将所述光源发出的光会聚在记录媒体上；一全息光学元件，其沿光路置于所述光源和所述物镜之间，以改变入射光的传播；一相位滞后板，它置于所述全息光学元件和记录媒体之间，用于改变入射光的偏振方向；一光电检测器，用于接收由记录媒体反射后经所述全息光学元件的光，其特征在于，所述全息光学元件包括一透明基片，用于透射入射光；由具有不同的反射系数的第一薄层和第二薄层交替重叠而在所述透明基片上形成的复合薄层；以及一反射层，其覆涂在所述透明基片上以及所述复合薄层的一侧，以将入射光全部反射。
8.如权利要求7所述的光学头，其特征在于，P偏振光分量和S偏振光分量经过所述复合薄层后，出现90°相差。
9.如权利要求7所述的光学头，其特征在于，所述相位滞后板由具有不同反射系数的第一涂层和第二涂层交替重叠而成，以使入射光相位延迟，从而使P偏振光分量和S偏振光分量之间产生90°相差。
10.如权利要求7所述的光学头，其特征在于，其还包括一准直透镜，它沿光路置于所述光源和所述全息光学元件之间，用于对来自光源的散射光准直。
11.一种光学头，包括一光源；一物镜，用于将所述光源发出的光会聚在记录媒体上；一全息光学元件，其沿光路置于所述光源和所述物镜之间的某一位置，以改变入射光的传播；一相位滞后板，它置于所述全息光学元件和记录媒体之间，以改变入射光的偏振方向；以及一光电检测器，用于接收由记录媒体反射后经所述全息光学元件的光，其特征在于，所述全息光学件包括一透明基片，用于透射入射光；由具有不同的反射系数的第一薄层和第二薄层交替重叠而在所述透明基片上形成的复合薄层。
12.如权利要求11所述的光学头，其特征在于，P偏振光分量和S偏振光分量经过所述复合薄层后，出现180°相差。
13.如权利要求11所述的光学头，其特征在于，所述相位滞后板由具有不同反射系数的第一涂层和第二涂层交替重叠而成，以使入射光相位延迟，从而使P偏振光分量和S偏振光分量之间产生90°相差。
14.如权利要求13所述的光学头，其还包括一反射镜，它沿光路置于所述光源和所述全息光学元件之间的某一位置，以改变入射光的传播路径。
15.如权利要求11所述的光学头，其特征在于，所述相位滞后板包括复合涂层，它是由具有不同反射系数的第一涂层和第二涂层依次重叠在一起而形成，用于透射入射光的某一偏振光分量，而反射另一偏振光分量；覆盖在复合涂层一侧的反射层，以将入射光全部反射，以使入射的P偏振光分量和S偏振光分量相位延迟而使二者产生90°相差。
16.如权利要求11所述的光学头，其特征在于，其还包括一准直透镜，它沿光路置于所述光源和所述全息光学元件之间，用于对来自光源的散射光准直。
全文摘要
一种光学头,包括:光源;物镜;全息光学元件;相位滞后板;以及光电检测器。其中,全息光学元件包括偏振分光器,它使一个偏振光分量透过,而将另一个偏振光分量反射;以及具有能衍射透过偏振分光器的光和反射入射光的全息图形的反射元件。全息光学元件以某一角度置于光源和相位滞后板之间。相位滞后板具有复合涂层,以透过某一偏振光分量,而反射另一偏振光分量;以及形成于复合涂层一侧的反射层,以将入射光全部反射。
文档编号G11B7/135GK1174373SQ9711454
公开日1998年2月25日 申请日期1997年7月9日 优先权日1996年7月30日
发明者李哲雨, 赵虔皓, 郑钟三 申请人:三星电子株式会社