DVD激光頭技術(shù)發(fā)展趨勢

1 引 言
隨著(zhù)社會(huì )信息化的發(fā)展,光存儲以其容量大、壽命長(cháng)、成本低、復制速度快等顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為現代社會(huì )信息存儲的重要手段之一,而DVD類(lèi)產(chǎn)品更是新一代數字視聽(tīng)技術(shù)和數字化信息存儲設備的典型代表和潮流。它集計算機技術(shù)、光學(xué)記錄技術(shù)和影視技術(shù)等為一體，其目的是滿(mǎn)足人們對大存儲容量、高性能的存儲媒體的需求。作為光存儲系統重要組成部分的DVD激光頭, 因直接影響讀出和寫(xiě)入信號的質(zhì)量，是DVD系統的核心。

激光頭是從光盤(pán)上拾取信息的執行部件。激光頭通過(guò)讀取光束聚焦于信號面上,并正確跟蹤掃描軌跡,同時(shí)將反射回來(lái)的光信號變成電信號,從而讀出信息。因此,激光頭能否在某些光盤(pán)上讀取信息,完全取決于激光頭的技術(shù)性和盤(pán)片的物理結果是否匹配。DVD盤(pán)片物理結構特性已經(jīng)決定了DVD激光頭的結構和功能。因此，本文主要是從DVD激光頭工作的基本原理出發(fā)，介紹了激光頭的基本結構，以及近年來(lái)激光頭制造現狀及未來(lái)的發(fā)展趨勢。

2 激光頭的結構及工作原理
2.1激光頭的基本組成

無(wú)論是CD、VCD、DVD機的激光頭還是LD機的激光頭均由兩部分組成：一部分為物鏡機構，俗稱(chēng)光學(xué)頭；另一部分是將其余各鏡片、激光發(fā)射二極管和光敏接收器安裝在同一個(gè)腔體內，俗稱(chēng)激光槍。
光學(xué)頭安裝在激光槍上面，通過(guò)螺釘聯(lián)成一個(gè)整體，構成激光頭組件。激光頭由激光產(chǎn)生（發(fā)射）系統、激光傳播系統（光路或激光槍?zhuān)┖凸饨邮障到y等部分構成（如圖1所示）。

2.2激光頭工作原理

DVD-ROM技術(shù)類(lèi)似于CD-ROM技術(shù)，但可提供更高的存儲容量。從表面上看，DVD盤(pán)與CD/VCD盤(pán)也很相似，其直徑為80mm或120mm，厚度為1.2mm。但實(shí)質(zhì)上，兩者之間有本質(zhì)的差別。按單/雙面與單/雙層結構的各種組合，DVD可以分為單面單層、單面雙層、雙面單層和雙面雙層四種物理結構。

相對于CD-ROM光碟650MB的存儲容量，DVD-ROM光碟的存儲容量可達到17GB。CD的最小凹坑長(cháng)度為0.834μｍ，道間距為1.6μｍ，采用波長(cháng)為780nm～790nm的紅外激光器讀取數據，而DVD的最小凹坑長(cháng)度僅為0.4μｍ，道間距為0.74μｍ，采用波長(cháng)為635nm～650nm的紅外激光器讀取數據（如圖2所示）。

激光頭工作時(shí)，首先半導體激光二級管發(fā)射出單一波長(cháng)、相位一致的激光，其波長(cháng)在0.78μm（或0.63μm～0.65μm）左右，光輸出功率約5mW。經(jīng)過(guò)不同作用的由物鏡、準直透鏡、1/4波長(cháng)片、分光棱鏡和圓柱透鏡組成的光學(xué)鏡片構成的光路系統，將激光二級管發(fā)射出的激光入射到光盤(pán)上面。光盤(pán)是以沿螺旋形軌跡排列的不同長(cháng)度的橢圓坑槽和間隔來(lái)表示信息（圖像和聲音）內容的。光盤(pán)上刻錄的橢圓形坑，呈螺旋狀排列。

透明的聚碳酸脂的折射率為1.58，坑的光學(xué)深度為0.1738μm，近似于激光波長(cháng)的1/4。當激光束投射到旋轉光盤(pán)的無(wú)坑部分時(shí)，激光被垂直地全部反射回物鏡；當投射到坑槽部位時(shí)，在坑的周?chē)糠植姘l(fā)生彎曲，根據光的干涉原理，波峰與波峰一致的兩個(gè)（反射）光波互相增強，波峰與波谷一致的兩個(gè)（反射）光波互相抵消。激光頭通過(guò)讀取光束聚焦于信號面上,并正確跟蹤掃描軌跡,同時(shí)將反射回來(lái)的光信號變成電信號,從而將信息讀出（如圖3所示）。

3 常見(jiàn)DVD激光頭分類(lèi)

由于早些年來(lái)VCD產(chǎn)品在市場(chǎng)上已廣泛使用，同時(shí)DVD與VCD在規格上又存在著(zhù)很大的差異，光源波長(cháng)不同，所以一般DVD-ROM不能讀取CD-ROM，但由于顧及到DVD的向下兼容，且只有一個(gè)激光發(fā)射器，只能發(fā)出650nm的激光。對于這個(gè)難題，目前市場(chǎng)上存在兩種解決方案，單激光頭方式和雙激光頭方式。而這兩種的每一種又可以細分為幾種，簡(jiǎn)單介紹如下。
a. 換雙鏡頭：為T(mén)oshiba最早提出并應用的技術(shù)，也是目前使用最廣泛的。它采用一個(gè)激光頭，分別準備2個(gè)焦距不同的鏡片切換，通過(guò)轉換不同的聚焦鏡來(lái)分別讀取DVD和CD，它的外形看起來(lái)與雙頭的Sony相似，因為只能看到二組聚焦鏡，激光頭在內部看不見(jiàn)。讀取信號質(zhì)量較高，但由于要轉換聚焦鏡，所以成本屬于中等水平，讀盤(pán)速度較慢，同樣隱含的機械故障率比較高。
b. 獨立雙鏡頭：為Sony的技術(shù)，獨立的兩組鏡頭，成本最高，技術(shù)層次較低，認盤(pán)速度慢、激光頭隱含機械故障率最高，但是兼容性是最好的。
c. 雙焦距單鏡頭：為Pioneer大量采用的單激光頭雙波長(cháng)激光束系統，同一個(gè)鏡頭，同一組激光接收發(fā)射器，也就是利用液晶快門(mén)的技術(shù)來(lái)達到控制焦距的目的，此技術(shù)在保持松下的方案原有優(yōu)勢的基礎上更加提高了讀片性能和認盤(pán)速度。成本最低，技術(shù)層次最高，兼容性相對比較低。
d. 單聚焦單鏡頭：為Panasonic率先采用的單激光頭單聚焦鏡雙聚焦點(diǎn)方案，它采用特別的全息綜合透鏡，通過(guò)透鏡中間部分的激光束形成CD的聚焦點(diǎn)，通過(guò)透鏡邊緣部分的激光束形成DVD的聚焦點(diǎn)，這種結構由于沒(méi)有機械傳動(dòng)，也不會(huì )產(chǎn)生機械故障，所以提高了認盤(pán)速度，同時(shí)也降低了成本。但采用此方案的第一代和部分第二代DVD不支持CD。

4 國內外DVD激光頭發(fā)展現狀

近年來(lái)DVD播放機作為高品質(zhì)的家庭視頻產(chǎn)品，在市場(chǎng)中已經(jīng)取代VCD產(chǎn)品，而作為DVD播放機激光頭的主流技術(shù)，單光頭DVD播放機激光頭技術(shù)已經(jīng)顯露頭角，并且已經(jīng)成為DVD激光頭市場(chǎng)的主導產(chǎn)品。相對于雙激光頭技術(shù)，現今的單激光頭不僅可以播放DVD碟片，而且還可以兼容CD/VCD，兼容能力更強，讀片能力更好，技術(shù)更加精密。