激光头的原理与调整

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1、电子天府? 年?月第?期 器、?、?、肠动、?口、?、?、? 激 光 头?、?、?口、?、?、?、?、?翼婀原理与调整口轰彩 吉编者按?激光头是影碟机和激光唱机的关健组件,而激光二极管又是激光头的核心。本文从激光二极管开始介绍激光头的原 理与调 整。了解激光头的工作原理,对了解影碟机和激光唱机 的 工作原理 以及对激光头的维修、更换和调整都是大有帮助的?一、激光二极管?普通型激光二极管目前适用于激光唱机和激光影碟机的激光二极管有普通型与全息照相复合型 两种?普通型激光二极 管由半导体激光器、光 电二极管、散热器、管帽、管座、透镜及引脚等组成,见图?。普通型激光二极管又有两种?一种的发射窗为斜面

2、,俗称“斜头”,见图?。?另一种的发射窗为平面,俗称“平头”,见图? ?斜头一般用于激光唱机?平头一般用 于激光影碟机。在管壳底板上的外边缘各有一“?”形缺口和一凹形缺口作为定位标记。早期生产的激光二极管直径较大,约为卯?,现在生产的激光二极管直径较小,约为药?。管座口口口? ? ? ? ? ? ? ? ! ! ! ! !激光器芯片散热器光电二极管?斜头?平头图?普通型激光二板 管结构半导体激光器置于管内中央的顶端,激光发射面垂直于透镜与光电二极管接收面,其阳极用引脚?引出管座外,阴极通过散热器与管座相连,并用管座上的引脚?引出?在管壳顶端安装有透镜,用于补偿半导体激光器的象散。只要在?、?引

3、脚上加上规定电压,半导体激光器便产生激光振荡,由透射面穿过透镜发射出激光。半导体激光器振荡时会产生很大的热量,因此必须在激光二极管上加装散热器。在激光二极管中的管座面上装有光 电二极管,其接收面朝半导体激光器,并与激光发射面垂直,阳极用引脚?引出管座外,阴极直接与管座相连,半导体激光器的光束从两端面输出,其中一个端面输出的光束由光电二极管接收,用于监测半导体激光器光输 出的变化,并将这一变化反馈到激光发射功率 自动控制?电路,去控制半导体激光器的驱动电流,使输出的光功率保持恒定。这一结构形式可用 于判断激光二极管的好坏。若发出的激光束正常,用电压表测量光电二极管?对?的电压一般为几?若激光二极

4、管损坏,不发出激光,则?对?的电压为。?若激光二极管变质,则?对?的电压会下降。目前激光唱机与激光影碟机用的普通型激光二极管的封装形式有?、?、?三种,见图?。国外部分普通型激光二极管主要性能、封装形式及其生产厂家见表?。小特集维修技术 一表?国外部分普通型激光二极管主共性能、封装形式及其生产厂家型型号号性能能封装形式式生产厂家家 波波波长?拌? ? ?翰出功率? ? ?起振电流? ? ?发散角? ? ? ? 一? ? ? ?。? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?日立立? ? ?卜? ? ?。? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?日立立? ? ? ? ?。? ? ? ? ?

5、? ? ? ?夏普普 ?一? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?夏普普 ?一? ? ? ? ?。? ? ? ? ? ?夏普普? ? ? ? ? 一? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?、? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?、? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?夕 ? ? ? ? ? ? ? ? ?

6、? ? ? ? ? ? ?镜片,在激光二极管侧面排列了二个光敏接收器,采用多引脚形式从底座上引出,见图?。全息照相复合激光管的光电等效电路 见图?。衍珍, 光盘坑? 型?型?蟹困?普通型漱光二极管封装形式?全息照相复合激光管与普通型激光二极管比较,全息照相复合激光管在激光二极管发射面的光路中增设了一个衍射光栅,在其顶部增设了一个全息照相全息服相性片徽热器衍射光管盛半导体滋光器光电二极管光电二极管? 图?全态照 相复合漱光管图?全?么照相复合激光 ?的光 电子效 电路 激光二极管在加上规定电压后,半导体激光器便产生激光振荡,发射出的激光首先由衍射光栅分成三束,再透过全息照相镜片向外发射。全息照相

7、镜片由两个不同周期的衍射光栅组成,具有透射性和折射性,能将激光二极管发射的激光和光敏接收器的反射光分开,以避免反射光按原来的光路返回到激光器,从而保电于天府?年?月第?期证了激光振荡的稳定性。全息照相镜 片的折射性将反射光引入光敏接收器?,将反射回的主束光分裂成两束光,反射回的两束辅助光分裂成?束光,投射在?分光敏接收器上?分裂后的两主束反射光用于产生? ?信号和聚焦信号,分裂后的?束辅助反射光用 于产生循迹信号?全息照相镜片与衍 射光栅是不可调整的,在损坏或老化后,只有更换全息照相复合激光管。采用全息照相复合激光管的激光头主要用于激光影碟机。索尼公司的?一? ?、夏普公司的? ? ? ? ?

8、等激光头中装有这种激光管?光敏接收器分光彼镜曰曰曰门门门门门 ? 月?曰曰? ? ?门门丫丫丫乙一一二、激光头基本原理? ?墓本组成激光头主要由激光产生?发射?系统,激光传播系统?光路或激光枪?和光接收系统等部分构成,见图?激光头中的半导体激光二极管发射出单一波长、相位一致的激光,其波长在?湘科?左右,光输出功率约?“衍射光栅也属于激光产生系统,它能将激光二极管发射的单束光分裂成三束光。在激 光传播路径中固定有起不同作用的光学镜片,构成激光枪?或称为光路?由分光棱镜、? ? 波长片、准直透镜和物镜构成入射圈?漱光头 的墓本组成?相对于光盘?光传播路径,将激光二极管发射出的激光入射到光盘面上?由

9、物镜、准直透镜、?波长片、分光棱镜和圆柱透镜沟成反射光路径,将从光盘反射回来的激光引入光敏接收器的光靶上。分光棱镜?半透镜?具有将偏光轴不同的激光束分开的功能,对于激光二极管发射出、的光呈透射性,对于从物镜送出的反射回来的光呈反射性。? ?波长片是一个旋光器件,能将偏光轴旋转? ?。准直透镜?或称平行透镜?用 于将散射的入射光矫正成为平行光。物镜是光学系统中最重要的零件,用于将入射的平行光聚焦成一个极小的光点,其表面精度为。?料?,早期由?片玻璃球面构成,目前广泛采用非球面塑料物镜,其性能见表? ?农?玻确物镜和非球面塑料物镜性能类类型型性能结构形式式?量龟龟焦焦焦距? ? ? ?数值孔径径工

10、作距离? ? ?最大象高? ? ? ? ? ? ? ?玻玻瑞物俄俄?。? ? ?。? ? ?。? ? ?。? ? ? ?片玻璃璃?。? ? ? ?非非球面塑料物镜镜?。? ? ? ? ?。? ? ? ? ?非球面单片片?。? ? ?圆柱形透镜用于将反射光聚焦于光敏接收器的光靶上?光敏接收器用于接收从物镜返回的调制反射光,并将它变成电信号?激光头中除物镜可上、下、左、右移动,衍射光栅和圆柱透镜可微动?调整用?外,其于各镜片都用胶粘固在特定位置上?因此,在结构上广泛采用将物镜部分作成一个独立部件,称为物镜机构,而将光路中其余各镜片?包括衍射光栅、分光棱镜、? ?波长片、准直透镜、圆柱透镜等?按不同

11、作用安装 在特定位置上,构成光路,称为“激光枪”。这些镜片在维修时不能任意乱动,否则任一镜片走位都会造成反射光点偏离光敏接收器光靶的着光位置,机器不工作的故障。?激光读取光盘信息的墓本原理光盘是以不同长度的椭 圆坑槽和间隔来表示信息?图象和声音?内容的。光盘上刻录的椭圆形坑长为?拜?,坑宽约?拜?,深约?林?,并按螺距? ?拌?呈螺旋状排列。透 明的聚碳酸醋的折射率为? ?,坑的光? ?,、小特集维修技术 一学长度为? ?科?,近似于激光波长的? ?曲,根据光的干涉原理,波峰与波峰一致的两?即刀? ?当激光束投射到旋转光盘的无坑部个?反射?光波互相增强,波峰与波谷一致的两位时,激光被垂直地全部

12、反射回物镜,当投射个?反射?光波互相抵消,见图?。其读出对应到坑槽部位时,在坑的周围部分波面发生弯关系见图?光?包二极管反射膜?无坑 反射光束入射光束人射光束一氰一缸反射膜?有坑?波长圈?光盘信?么面的反射厂厂一一一一一一一一?护护 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 、? ? ?易侃侃? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?反约? ? ? ?、厂飞飞反射射射、矛、? ? ? ? ?、? ? ? 、? 、 夕夕气气、产 叼叼叼川川义一? ? ?卜卜使垂直投射到光盘表面纹轨的激光束的直径小于信息纹迹的螺距? ?产?,否则会同时触及两条信息纹轨,产生串轨,不能读出正确的信息,使图象和伴音变劣

13、,而激光束焦点的直物债欲选鱼? ? 二?口光坐燮?激光束的光点焦距 ?徽光束的检 出? ?值大圈?激光读取光盘信?么波形 图?聚焦原理为了使激光正确地读出旋转光盘上的信息,影碟机还必须有一套高精度的光学系统,?焦距 f圈8焦距与光点的关系电于天府1997年1月第1期径取决于光源的波长,并与焦距、物镜等因素有关,见图8。焦点的直径 由下式决定:d。二K凡f /D式 中K光 源分布 系数(高 斯 分 布时,K=1.62);D入射光束直径;厂焦距,凡光源波长。光束会聚很细的那一部分长度称为景深度,景深度 由下式决定:乙了士K凡户 /D与物镜直径相比,当焦距很长时,景深和焦点直径都增大。物镜直径与焦距

14、的关系通常用 N A(数值孔径)值来表示,即 N A =sina当N A值过大时,激光束光点直径小,分辨能力高,但景深短,读取信息稳定性差,伺服不稳定;当N A值过小时,激光束光点直径大,分辨能力低,邻迹串扰大,误码率增大,但景深长,读取信息稳定.N A的最佳值见图9,对于采用孟 0.沙8料m的激光,所用物镜的N A最佳值为0.4 5,这时光点直径为1.7林m,大约是最短坑长(0.8产m)的2倍。测出聚焦误差信号,伺服 电路再用这个误差信号去改变聚焦线圈中的电流方向与大小,带动物镜调整焦距,在读取时不断和纹迹对焦。聚焦误差检测常用的有象散法与傅科法。驭驭动 电路路卜卜 l l l l l对对焦

15、光电检侧 装t t t t t 何服 电路路码间千扰和轨迹间串扰引起的误码率引增乱率紊码服误伺的起 大铃留洲小,NA值大N A图9N A最佳值与误码率的关木曲线聚焦机构采用光电检测与比较电路,结合电磁式驱动结构构成,见图1 0.当驱动电路输出的线性 电压送到聚焦线圈时,聚焦线圈便产生相应的磁力,带 动物镜上下移动,对光盘进行 聚焦(实际上是改变焦距),反射回来的光束经对焦光电检测装置检图 1 0聚焦电路象散法对焦光电检测装置就是 在反射 的会聚光路中安装 了一 个半圆柱 形透镜,见图11。该半圆柱形透镜的垂直方向具有象散作用,能将通过它的光束变换成横截面为正交的椭圆(即最初呈纵向椭圆形,然后接近圆形,最后呈横向椭圆形)。利用这一特性,在准确聚焦的情况下,将4分光敏接收器安装在圆形位置上,使4个光敏接收器输入均等的光通量。当物镜远离或靠近光盘时,其焦点不在光盘面上而离焦,入射在光盘上的光束直径变