專利名稱：采用超分辨位相板的光盤讀取頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及高密度光盤，特別是一種采用超分辨位相板的光盤讀取頭，用 于高密度光盤的信號讀取。 背錄技術(shù)隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對信息存儲的要求也越來越高?，F(xiàn)有的CD、DVD 光盤的存儲容量已經(jīng)不能滿足人們的需求，尋求更髙密度的光存儲技術(shù)成為必需。 增加光盤存儲密度的最直接方法就是減小光斑尺寸，光斑尺寸與聚焦激光光束的衍 射效應(yīng)有關(guān)，光斑大小(S)與激光波長(X)和透鏡數(shù)值孔徑(NA)的關(guān)系如下采用較大數(shù)值孔徑的透鏡或較短波長撖光器可以減小光斑尺寸，從而提高光盤 存儲容量，這也正是從CD到BD (藍(lán)光光盤)的發(fā)展思路。但在藍(lán)光光盤之后，通 過進(jìn)一步減小波長、增大透鏡的數(shù)值孔徑來縮小光斑將非常困難，這是因為紫外激 光器的造價和壽命都是目前無法解決的問題，髙數(shù)值孔徑非球面透鏡不僅制作困難， 而且只能在小范圍內(nèi)有效地校正像差，但盤片的抖動很容易超出這一范圍，使得讀 出信號的質(zhì)量下降。盡管目前已經(jīng)發(fā)展了其它的技術(shù)途徑(主要是近場技術(shù))，如Super-RENS等來 實現(xiàn)高密度光存儲，但由于其造價昂貴、系統(tǒng)復(fù)雜，對周圍環(huán)境的要求高，暫時無 法在用戶端得到廣泛的應(yīng)用。利用超分辨位相板來壓縮光斑是增大光盤存儲容量的另一思路，釆用這種方法 可以在不增加聚焦系統(tǒng)復(fù)雜程度的前提下，讀出超過衍射極限的信號，并且壓縮光 斑的大小與波長無關(guān)。另外，超分辨位相板還具有易于大量制造的優(yōu)點，對實際應(yīng) 用非常有利。但目前設(shè)計的超分辨位相板都具有第一旁瓣強(qiáng)度大的缺點，[見在先技術(shù)l ，周常河，等人，髙密度存儲光盤的讀寫系統(tǒng)，發(fā)明專利號200410093317.0], 對實際光盤讀取信號造成串?dāng)_。 發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于克服上述在先技術(shù)1中旁瓣強(qiáng)度太大引起的信號串?dāng)_問 題，提供一種采用超分辨位相板的光盤讀取頭，以避免旁瓣對信號的干擾，讀出超 過衍射極限的信號。本實用新型的技術(shù)解決方案如下一種采用超分辨位相板的光盤讀取頭，包括半導(dǎo)體激光器、沿該半導(dǎo)體激光器 輸出光束的前進(jìn)方向同光軸地依次為準(zhǔn)直透鏡、分束器、讀寫物鏡、在所述的分束
器的反射光路上依次是聚焦透鏡和光電探測器，其特征是在所述的分束器和讀寫物 鏡之間并緊貼讀寫物鏡放置超分辨位相板。所述的超分辨位相板為圓環(huán)形超分辨位相板，由多個具有不同位相的圓環(huán)構(gòu)成。所述的超分辨位相板自內(nèi)向外圓環(huán)的半徑為",、"2、 cr:,，相應(yīng)的位相分別為 0、 ；r、 0。所述的超分辨位相板自內(nèi)向外圓環(huán)的歸一化半徑a產(chǎn)O. 45、" 2=0. 71 、 a 3= 1 。 所述的超分辨位相板，由各向同性的介質(zhì)構(gòu)成，其位相分布為同一圓環(huán)內(nèi)的位相值是相同的，相鄰環(huán)帶的位相值是0和31相間的。其大小與衍射極限透鏡孔徑相當(dāng)。所述的超分辨位相板是通過電子束直寫技術(shù)和濕法刻蝕技術(shù)來制造的。其具體 歩驟如下① 根據(jù)衍射透鏡孔徑設(shè)定超分辨位相板的外圓的實際半徑，利用相應(yīng)的歸一化 半徑計算出超分辨位相板各環(huán)的半徑；② 利用電子束直寫法制作出母版；⑧通過接觸式光刻將母版圖案轉(zhuǎn)移到覆有鉻膜和光刻膠的玻璃基片上； ④利用濕法刻蝕技術(shù)進(jìn)行刻蝕。 本實用新型的技術(shù)效果1、 由于采用超分辨位相板，準(zhǔn)直后的平行光經(jīng)過超分辨位相板進(jìn)行位相調(diào)制 后得到中心主瓣壓縮，第一旁瓣強(qiáng)度小，最高旁瓣外移的超分辨效果，在壓縮后的 中心主瓣周圍產(chǎn)生了一個環(huán)狀的谷地，避免了旁瓣對信號的干擾，可讀出超過衍射 極限的信號。2、 本采用超分辨位相板的光盤讀取頭，在激光器波長保持不變的條件下，能讀 取的記錄點比普通讀取頭小得多，也就是說可以用來讀取更高密度的光盤。而且由 于最高旁瓣外移，由旁瓣導(dǎo)致的信號串?dāng)_相對較小，對于實際應(yīng)用非常有意義。


圖1是本實用新型采用超分辨位相板的光盤讀取頭的結(jié)構(gòu)原理圖。 圖2是本實用新型超分辨位相板的結(jié)構(gòu)示意圖 圖3是釆用超分辨位相板后的超分辨效果示意圖。其中i一半導(dǎo)體激光器；2—準(zhǔn)直透鏡；3—分束器4一超分辨位相板；5—讀 寫物鏡；6—光盤7—聚焦透鏡；8—光電探測器具體實施方式
下面結(jié)合實施例和附圖對本實用新型作進(jìn)一歩說明，但不應(yīng)以此限制本實用新 型的保護(hù)范圍。先請參閱圖1,圖1是本實用新型采用超分辨位相板的光盤讀取頭的結(jié)構(gòu)原理 圖。由圖可見，本實用新型采用超分辨位相板的光盤讀取頭的結(jié)構(gòu)，包括半導(dǎo)體激
光器1、沿該半導(dǎo)體激光器1輸出光束的前進(jìn)方向同光軸地依次為準(zhǔn)直透鏡2、分束 器3、讀寫物鏡5、在所述的分束器3的反射光路上依次是聚焦透鏡7和光電探測器 8，其特征是在所述的分束器3和讀寫物鏡5之間并緊貼讀寫物鏡5放置超分辨位相 板4。所述的超分辨位相板4為圓環(huán)形超分辨位相板，由多個具有不同位相的圓環(huán)構(gòu) 成。所述的超分辨位相板4是一種在透明介質(zhì)上形成的具有多個同心圓環(huán)位相分布的位相板，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2。其設(shè)計思路如下由衍射光學(xué)的理論可知，平行光通過環(huán)形位相板后的光場分布可以表示為屮0 ) = Lexp(,A)[a;-^--of乂-^~~]式中^為第j環(huán)帶半徑，A為第j環(huán)帶的位相，》7為歸—化坐標(biāo)J-1，2…，N， N為 環(huán)帶數(shù)。利用上述公式進(jìn)行數(shù)值計算，得到最優(yōu)化的位相板的各個半徑值，使得中心主瓣壓縮的同時，第一旁瓣與中心主瓣的強(qiáng)度比得到有效抑制，最髙旁瓣外移。本實用新型實施例采用的超分辨位相板4自內(nèi)向外圓環(huán)的半徑為a,、 a2、 相應(yīng)的位相分別為0、 ；r、 0。自內(nèi)向外圓環(huán)的相應(yīng)的歸一化半徑a,-0.45、 a2= 0.71、 a3=l。應(yīng)用本實用新型得到的衍射圖樣數(shù)值模擬圖如圖3所示。圖中點線是愛里斑的 光強(qiáng)分布，點劃線是放入在先技術(shù)l中超分辨位相板后的歸一化光強(qiáng)分布，粗實線 是放入本實用新型中光盤超分辨位相板后的歸一化光強(qiáng)分布，從圖中可以明顯看出 本實用新型采用的超分辨位相板在壓縮中心主瓣的同時，還有效地抑制了第一旁瓣 與中心主瓣的強(qiáng)度比，有明顯的旁瓣外移效果。對超分辨效果可以采用第一零點比G和旁瓣強(qiáng)度比M來描述。其中第一零點比 G表示超分辨的程度，即有位相板時和愛里衍射時光學(xué)系統(tǒng)焦點橫向第一光強(qiáng)零點 對應(yīng)的坐標(biāo)比值;旁瓣強(qiáng)度比M為焦面上第一旁瓣最大強(qiáng)度與主瓣中心強(qiáng)度的比值。 由圖3可見，在同樣0=0.8的情況下，同比在先技術(shù)l中的超分辨位相板，光盤超 分辨位相板的M值得到了很大的減小，第一旁瓣相對主瓣的強(qiáng)度由0.13降為0.0176， 近似于愛里斑第一旁瓣對主瓣強(qiáng)度的比值0.0175，并且得到了旁瓣外移的效果。通過比較，本實用新型具有以下優(yōu)點一方面，在對原有光盤讀寫頭稍作改動 的情況下(加入超分辨位相板)，即能夠突破衍射極限，讀出比原來直徑小20%的記 錄點，如應(yīng)用波長633nm的激光器，則可以讀出容量為12.6GB的光盤，是普通DVD 的3倍，而價格則與現(xiàn)有DVD差不多。另一方面，由于加入優(yōu)化設(shè)計的超分辨位相板， 在保持中心光斑壓縮的同時，使第一旁瓣與主瓣強(qiáng)度比有了明顯的抑制(為在先技 術(shù)1中第一旁瓣與主瓣強(qiáng)度比的14%)，最高旁瓣外移明顯。因而應(yīng)用于光盤系統(tǒng)時， 可以有效的避免信號串?dāng)_，相對于其它應(yīng)用超分辨位相板的光學(xué)頭設(shè)計優(yōu)勢明顯。
權(quán)利要求1、一種采用超分辨位相板的光盤讀取頭，包括半導(dǎo)體激光器(1)、沿該半導(dǎo)體激光器(1)輸出光束的前進(jìn)方向同光軸地依次為準(zhǔn)直透鏡(2)、分束器(3)、讀寫物鏡(5)、在所述的分束器(3)的反射光路上依次是聚焦透鏡(7)和光電探測器(8)，其特征是在所述的分束器(3)和讀寫物鏡(5)之間并緊貼讀寫物鏡(5)放置超分辨位相板(4)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超分辨位相板的光盤讀取頭，其特征在于所述的超 分辨位相板(4)為圓環(huán)形超分辨位相板，由多個具有不同位相的圓環(huán)構(gòu)成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的超分辨位相板的光盤讀取頭，其特征在于所述的超 分辨位相板(4)自內(nèi)向外圓環(huán)的半徑為a,、 a" a:,，相應(yīng)的位相分別為0、 ；r、 0。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的超分辨位相板的光盤讀取頭，其特征在于所述的超 分辨位相板(4)自內(nèi)向外圓環(huán)的歸一化半徑a,-0.45、 a2=0.71、 a:,= l。
專利摘要一種采用超分辨位相板的光盤讀取頭，包括半導(dǎo)體激光器、沿該半導(dǎo)體激光器輸出光束的前進(jìn)方向同光軸地依次為準(zhǔn)直透鏡、分束器、讀寫物鏡、在所述的分束器的反射光路上依次是聚焦透鏡和光電探測器，特點是在所述的分束器和讀寫物鏡之間并緊貼讀寫物鏡放置超分辨位相板。本實用新型可以得到中心主瓣壓縮，第一旁瓣強(qiáng)度較小，最高旁瓣外移的超分辨效果，從而能夠讀取高密度光盤并且有效避免串?dāng)_。
文檔編號G11B7/13GK201035986SQ200720068008
公開日2008年3月12日 申請日期2007年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月21日
發(fā)明者周常河, 底彩慧, 曹由由 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所