DVD激光头技术发展新趋势

1 引 言
随着社会信息化的发展,光存储以其容量大、寿命长、成本低、复制速度快等显著优点已经成为现代社会信息存储的重要手段之一,而DVD类产品更是新一代数字视听技术和数字化信息存储设备的典型代表和潮流。它集计算机技术、光学记录技术和影视技术等为一体，其目的是满足人们对大存储容量、高性能的存储媒体的需求。作为光存储系统重要组成部分的DVD激光头, 因直接影响读出和写入信号的质量，是DVD系统的核心。
激光头是从光盘上拾取信息的执行部件。激光头通过读取光束聚焦于信号面上,并正确跟踪扫描轨迹,同时将反射回来的光信号变成电信号,从而读出信息。因此,激光头能否在某些光盘上读取信息,完全取决于激光头的技术性和盘片的物理结果是否匹配。DVD盘片物理结构特性已经决定了DVD激光头的结构和功能。因此，本文主要是从DVD激光头工作的基本原理出发，介绍了激光头的基本结构，以及近年来激光头制造现状及未来的发展趋势。

2 激光头的结构及工作原理
2.1激光头的基本组成
无论是CD、VCD、DVD机的激光头还是LD机的激光头均由两部分组成：一部分为物镜机构，俗称光学头；另一部分是将其余各镜片、激光发射二极管和光敏接收器安装在同一个腔体内，俗称激光枪。
光学头安装在激光枪上面，通过螺钉联成一个整体，构成激光头组件。激光头由激光产生（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（如图1所示）。

2.2激光头工作原理
DVD-ROM技术类似于CD-ROM技术，但可提供更高的存储容量。从表面上看，DVD盘与CD/VCD盘也很相似，其直径为80mm或120mm，厚度为1.2mm。但实质上，两者之间有本质的差别。按单/双面与单/双层结构的各种组合，DVD可以分为单面单层、单面双层、双面单层和双面双层四种物理结构。
相对于CD-ROM光碟650MB的存储容量，DVD-ROM光碟的存储容量可达到17GB。CD的最小凹坑长度为0.834μｍ，道间距为1.6μｍ，采用波长为780nm～790nm的红外激光器读取数据，而DVD的最小凹坑长度仅为0.4μｍ，道间距为0.74μｍ，采用波长为635nm～650nm的红外激光器读取数据（如图2所示）。

激光头工作时，首先半导体激光二级管发射出单一波长、相位一致的激光，其波长在0.78μm（或0.63μm～0.65μm）左右，光输出功率约5mW。经过不同作用的由物镜、准直透镜、1/4波长片、分光棱镜和圆柱透镜组成的光学镜片构成的光路系统，将激光二级管发射出的激光入射到光盘上面。光盘是以沿螺旋形轨迹排列的不同长度的椭圆坑槽和间隔来表示信息（图像和声音）内容的。光盘上刻录的椭圆形坑，呈螺旋状排列。
透明的聚碳酸脂的折射率为1.58，坑的光学深度为0.1738μm，近似于激光波长的1/4。当激光束投射到旋转光盘的无坑部分时，激光被垂直地全部反射回物镜；当投射到坑槽部位时，在坑的周围部分波面发生弯曲，根据光的干涉原理，波峰与波峰一致的两个（反射）光波互相增强，波峰与波谷一致的两个（反射）光波互相抵消。激光头通过读取光束聚焦于信号面上,并正确跟踪扫描轨迹,同时将反射回来的光信号变成电信号,从而将信息读出（如图3所示）。

3 常见DVD激光头分类
由于早些年来VCD产品在市场上已广泛使用，同时DVD与VCD在规格上又存在着很大的差异，光源波长不同，所以一般DVD-ROM不能读取CD-ROM，但由于顾及到DVD的向下兼容，且只有一个激光发射器，只能发出650nm的激光。对于这个难题，目前市场上存在两种解决方案，单激光头方式和双激光头方式。而这两种的每一种又可以细分为几种，简单介绍如下。
a. 换双镜头：为Toshiba最早提出并应用的技术，也是目前使用最广泛的。它采用一个激光头，分别准备2个焦距不同的镜片切换，通过转换不同的聚焦镜来分别读取DVD和CD，它的外形看起来与双头的Sony相似，因为只能看到二组聚焦镜，激光头在内部看不见。读取信号质量较高，但由于要转换聚焦镜，所以成本属于中等水平，读盘速度较慢，同样隐含的机械故障率比较高。
b. 独立双镜头：为Sony的技术，独立的两组镜头，成本最高，技术层次较低，认盘速度慢、激光头隐含机械故障率最高，但是兼容性是最好的。
c. 双焦距单镜头：为Pioneer大量采用的单激光头双波长激光束系统，同一个镜头，同一组激光接收发射器，也就是利用液晶快门的技术来达到控制焦距的目的，此技术在保持松下的方案原有优势的基础上更加提高了读片性能和认盘速度。成本最低，技术层次最高，兼容性相对比较低。
d. 单聚焦单镜头：为Panasonic率先采用的单激光头单聚焦镜双聚焦点方案，它采用特别的全息综合透镜，通过透镜中间部分的激光束形成CD的聚焦点，通过透镜边缘部分的激光束形成DVD的聚焦点，这种结构由于没有机械传动，也不会产生机械故障，所以提高了认盘速度，同时也降低了成本。但采用此方案的第一代和部分第二代DVD不支持CD。