光盘光学头整形棱镜光学系统的设计

　　引　言

　　半导体激光器(LD)光束发散角取决于激光器的横模特性。L

D的光束发散角θ⊥和θ∥是光学系统准直和整形系统的重要依据参数,θ⊥和θ∥近似计算表达式如下[1]

其中Δx是复合区对双异质结构的外限制区之间AI原子比之差;d是有源区厚度;ω是光波导在结平面水平方向尺寸;λ是波长。一般地,器件在结平面方向往往出现高阶模式的振荡,这时再用高斯光束基模的远场发散计算公式时,计算误差较大,因此必须借助于实验。

　　根据光学系统对光斑截面形状的需要,确定整形系统的扩束比M,其通常采用的整形光学系统有三种方法:拦光法、柱面镜法及棱镜系统法。拦光法:简单,但能量损失较大;柱面镜法:系统便于调整,但工艺性不好、成本较高;棱镜系统法:结构简单,工艺性好,成本较低,若采用双棱镜系统,倍率可调,基本上不引入象差。

　　棱镜光束整形器(PBS)的棱镜选择及系统的具体设计思想,首先确定总的放大率,然后选择棱镜的数目。一般消色差选用两块或三块即可,如果要求输出与输入共线则需用四块棱镜。实际消色差的PBS的“上-上……下”结构型式是损耗最小的,用途广泛。(上:表示棱镜顶角向上,下:表示棱镜顶角向下,系统为等放大率分配)选择适当的入射角以保证每块棱镜上的光能损失最小[2]。考虑到光盘系统光学头的特殊要求,宜采用单棱镜整形,结构简单,光能耦合效率高,适合组合成胶合体,便于系统装校。

　　1　整形棱镜中光学问题

　　采用单棱镜进行光束整形的原理如图1所示。

　　1.1　扩束比

　　激光光束经过整形棱镜后,由空气玻璃界面的折射作用而得到放大,放大比可表示为

　　光盘系统中光学头所用的LD的有关参数如表1所示。

　　1.2　反射率R_P

　　由上面计算结果可知入射角i1是比较大的,在如此大的入射角的情况下,入射光的反射损失是必须考虑的。由光学头的光路传输特性可知,利用的是P偏振光,所以只需考虑P光的反射损失,由Fresnel公式

　　由图2看出,当M比n大得多时,整形棱镜入射面对P光的反射损失是不可忽略的,必须镀制高质量的增透膜来减小光能损失。

　　1.3　膜系设计

　　由于入射角较大(i1>75°),因此对膜系有一定要求,否则能量损失是很大的(反射损失),从而进入到聚焦物镜的能量就会很小,满足不了系统对能量的要求。在膜系设计时,立足于采用1/4膜系结构,采用尽可能少的层数。经计算验证确定采用λ-λ/4结构,其膜系如图3所示。

　　1.4　定位误差