数字彩色多层光盘系统光学头设计

　　1　引　　言

　　目前的光盘只记录了一层信息并由单色激光进行读写,其存储容量受到半导体激光波长及光学中衍射极限的制约,存在着物理极限值。一般说来,光盘上信息符读写光斑的最小极限尺寸为λ/2NA,其中λ为波长,NA为光学头物镜的数值孔径,即便使用波长较短的蓝色激光,光斑尺寸大约为0.3μm,已非常接近物理极限。

　　为了突破二维存储方法的限制,光存储专家们采用光学体全息存储、近场光学超分辨率存储、数字式三维存储等多种方法研制超高密度、超大容量、超快速存储系统,彩色多层光盘存储系统就是其中之一。该系统利用不同频率的光波不发生干涉这一有利特点,采用多波长激光进行三维立体分层记录信息,配合特殊设计的合光分光系统及复消色差物镜组成的光学头,可实现信息同时读写功能,从而制造出拥有更大存储能力的彩色多层光盘系统。

　　制备彩色多层光盘的方法与普通光盘不同,制备N层彩色光盘系统需要在光盘盘基上镀N个记录层,且每个记录层都在光学头复消色差物镜的焦深之内。每个记录层都是由一种光致变色材料组成,分别只能与一种激光发生作用,而对其它波长的激光全部透射。当入射激光的光强小于阈值能量时,记录层只吸收该激光的能量,吸收激光的能量与记录层中光致变色材料的含量成正比,同时材料本身不发生光致变色反应。

　　用N种不同波长的小于阈值强度的激光读写信息,激光经过N个记录层吸收能量后由全反射层反射回到复消色差物镜,经过分光以后为各探测器接收读取信息。采用彩色多层光盘系统记录信息可以有效增加光盘的存储容量和显著提高光盘的读写速度。如使用N层存储,可以将容量和速度同时提高到单层存储的N倍。

　　2　彩色多层光盘系统光学头设计要求[1～2]在光盘系统中,光学头的基本功能主要是将激光束在光盘介质表面会聚成亚微米级的光斑,用于信息的写入、读出和擦除。典型的光学头一般采用偏振分光棱镜和四分之一波片为主要光学元件。彩色多层光盘因为同时存在多种波长激光,如果也采用棱镜组合方案,则不仅体积和自重都太大,而且棱镜的镀膜加工也很困难。彩色多层光盘的光学头要求能够同时进行多波长激光读写,而且自身结构简单,重量较轻。此外,光学头还必须具有精密自动调焦系统和精密自动跟踪系统。

　　对于彩色光盘来说,光学头的合光分光系统是整个光学头中最重要的组成部分。在彩色三层光盘实验系统中,三种不同波长的激光从激光器中发出,各波段激光在子午和弧矢面上的发散角度不同,方向相互不平行,经过整形和准直系统并合光后,成为方向完全重合的圆形平行光束,然后再经过复消色差物镜系统聚焦于光盘上的同一点,被相应的记录介质吸收能量后反射,多波长光束回到主光路后按波长分光,然后被不同的探测器件接收。设计要求体积小、重量轻,还应保证功能强大,生产成本低廉。