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1、第22卷第6期半导体学报Vol.22,No.62001年6月CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORSJune,2001*VCD和DVD用全息光栅衍射效率的分析1121111梁万国郑婉华谢敬辉梁恩主陈良惠李卉刘浩(1中国科学院半导体研究所光电子器件国家工程研究中心,北京100083)(2北京理工大学光电工程系,北京100081)摘要:在VCD和DVD中由于使用了全息光学元件,全息光学读出头的元件数量比传统光头的元件数量少.分析了光盘信号探测、聚焦、循迹原理.推出了光栅衍射效率的一般计算公式,并给出了光栅沟槽
2、形状为“方波”时光栅衍射效率的计算公式,由此计算出了VCD和DVD实用的全息光学元件的蚀刻深度.关键词:全息光学元件;光学读出头;衍射效率EEACC:4320J;4270;4140中图分类号:O438.1文献标识码A文章编号:0253-4177(2001)06-0784-04用于2倍速DVD-ROM.其用于2倍速DVD的组1序言件响应频率大于20MHz.最近,该公司正在开发用于4倍速DVD的OPIC.[1]八十年代末、九十年代初,夏普(SHARP)、松总之,经多方调查,DVD/CD用OEIC组件的[2]下(MATSUSHIT
3、A)等CD唱机、CD-ROM及其开发与研制已成为实现DVD/CD系统高速度、高可元器件的主要生产厂家先后研制出集成了或部分集靠性、小型化的关键,因而也成为各商家竞争的焦点成了半导体激光器(LD)、光电集成电路(集成有半之一.导体光探测器PD和放大电路)和全息光学元件本文研究各种沟槽形状光栅的衍射效率的计算(HOE)的混合集成元件,以满足对CD和CD-ROM方法.提出的小型化、高速度的要求.96至97年以来,随着DVD的出现和迅速发展,几家大公司在原有CD2全息光学头的结构和探测原理用OEIC的基础上,推出了几种不同形式的DV
4、D用OEIC,甚至DVD/CD兼容的OEIC组件.2.1全息激光头的结构从构成上看,这种OEIC组件有的包括LD、PD、放大器和HOE,有的只包含上述部分元件.从图1为SHARP公司生产的传统光学读出头和[1]集成方式上看,有两种典型方式.一种以夏普公司的全息光学读出头的结构示意图.在图1(a)传统的产品为代表,另一种以松下公司的产品为代表.光头中,由激光器(LaserDiode)发出的激光经光栅夏普公司的组件中,LD与OPIC分别安装在底(Grating)衍射后分为0,±1,±2,⋯等衍射级,在光座不同位置上,由带有玻璃窗
5、口的管帽封装.在玻璃盘信号的读出、聚焦和循迹中,只用0,±1级衍射光窗口上方,是一个全息光学元件.该全息光学元件由(其它级的衍射光当杂散光处理),它们经分束镜玻璃制成,在其上、下两面,分别刻有全息光栅,光栅(Beam-Splitter)反射后进入准直镜和物镜,经准直由标准的光刻工艺制造.OPIC采用硅双极工艺制镜和物镜聚焦成很小的光斑入射到光盘上,经光盘造,PD与放大电路实现单片集成.夏普公司此类组反射后的诸光束再经准直镜、物镜后入射到分束镜件已成系列,从用于CD/CD-ROM到97年推出的上,经分束镜透射后入射到一凹面镜(
6、Concave*国家“863”高技术计划资助项目.2000-06-19收到,2000-08-22定稿○c2001中国电子学会6期梁万国等:VCD和DVD用全息光栅衍射效率的分析785Lens)上,最后诸光束入射到光电探测器镜和准直镜后入射到HOE上,反射回的0,±1级(Photodiode)上.光经不同的HOE衍射后产生不同的实像,经过精在图1(b)所示的激光全息光学读出头中,由确计算后,使得诸实像分别位于D1、D2、D3、D4、D5LD发出的激光,经光栅衍射后分为0,±1,±2,⋯等阵列探测器上,经过探测器的光电转换后将光
7、信等衍射级,在光盘的读出、聚焦和循迹中,只用0,±号转化为电信号,分别表示为S1、S2、S3、S4、S5.1级衍射光,它们再入射到全息光学元件(HolographicOpticalElement,HOE)上,它的衍射光进入准直镜和物镜,经准直镜和物镜聚焦成很小的光斑入射到光盘上,然后再经过光盘反射后的诸光束经过物镜和准直镜后入射到HOE上,它们经过HOE衍射后产生实像,在该实像处放置光电探测器.图2全息激光头的探测原理FIG.2DetectingPrincpleofHolographicOpticalHead探测到的读出信号
8、为RF=S2+S3+S4(1)聚焦信号为FES=S2-S3(2)如FES=0,则表示光斑刚好聚焦到所循迹的光盘轨迹上;图1(a)传统的光头结构;(b)全息激光头结构如FES≠0,则表示光斑未聚焦到光盘轨迹上.FIG.1(a)StructureofConventionalOptical循迹信
