Устройство для поляризационного разделения прямого и отраженного лазерных пучков в системе оптического воспроизведения информации Советский патент 1992 года по МПК G11B7/00 

(Л

С

Изобретение относится к оптическому накоплению информации и может быть использовано при производстве лазерных видео- и ауди- опроигрывателей. Для улучшения разделения прямого и отраженного лазерных пучков и упрощения юстировок при уменьшении массы и габаритов устройства фазос- двигающий элемент 5 и поляризационный светоделитель 4 соединены в единый блок, Юстируются только азимутальные углы, что существенно упрощает процесс настройки и сами котировочные механизмы. Лазерный пучок проходит нормально через плоскопараллельные пластинки 6 и 7 фа- зосдвигающего элемента 5, что повышает качество работы оптической системы вследствие устранения полевых аберраций. 4 з.п.ф-лы, 1 ил.

о

СИ

о о

Изобретение относится к накоплению информации с использованием оптических средств и может быть использовано в производстве лазерных видео- и звуковых проигрывателей.

Целью изобретения является улучшение разделения прямого и отраженного лазерных пучков и упрощение регулировки устройства при улучшении его массогаба- ритных показателей.

На Чертеже схематически изображено устройство в составе системы оптического воспроизведения информации.

Система оптического воспроизведения информации содержит лазер 1, коллиматор 2, дифракционную решетку 3, поляризационный светоделитель 4, фазосдвигающий элемент 5, состоящий из первой 6 и второй 7 двулучепреломляющих плоскопараллельных пластинок, микрообъектив 8, отражающий носитель 9 информации, сфероцилиндический объектив 10, фотоприемный блок 11, блок 12 определения ошибки фокусировки, блок 13 определения ошибки слежения и двухкоординатный привод 14 микрообъектива,

Устройство поляризационного разделения прямого и отраженного пучков непосредственно состоит из последовательно установленных лазера 1, поляризационного светоделителя 4, фазосдвигающего элемента 5, содержащего две двулучепреломляю- щие плоскопараллельные пластинки 6 и 7, отражающего носителя 9 информации и фо- тбприемнрго блока 11.

Система оптического воспроизведения информации с устройством поляризационного разделения пучков работает следующим образом.

Пучок, излучаемый лазером 1, формируется в параллельный коллиматором 2, рас- щепляется дифракционной решеткой 3 на три пучка: один воспроизводящий и два слежения. Эти пучки проходят поляризационный светоделитель 4, фазосдвигающий элемент 5 и фокусируются микрообъективом 8 на носителе 9 информации. На повер- , хности носителя будут три сфокусированных пятна: одно воспроизведения и два слежения. Отраженные обратно промодулирован- ные пучки снова проходят микрообъектив 8 и фазосдвигающий элемент 5. При двукратном прохождении фазосдвигающего элемента (прямой и отраженный пучки) поляризация пучков меняется на ортогональную, поэтому поляризационный светоделитель 4 отразит их через сфероцилиндрический объектив 10 на фотоприемный блок 11. Сфероцилиндрический объектив 10 необходим для фокусировки пучков на фотоприемный блок 11 и

для формирования сигнала ошибки фокусировки воспроизводящего пятна относительно поверхности носителя информации. Фотоприемный блок 11 формирует информационный электрический сигнал, а также сигналы для блоков определения ошибки фокусировки 12 и определения ошибки слежения 13 за информационной дорожкой носителя информации. Сигнал с блока 12

определения ошибки фокусировки поступает на вход Фокусировка двухкоордйнатно- го привода 14 микрорбъектива 8, который перемещает микрообъектив вдоль оптической оси до устранения расфокусировки.Сигнал

с блока 13 определения ошибки слежения поступает на вход Слежение того же привода, который перемещает микрообъектив в плоскости, перпендикулярной оптической оси.

Для анализа устройства поляризационного разделения прямого и отраженного пучков вводят системы координат. В качест ве исходной берут собственную систему координат поляризационного светоделителя и

обозначают ее ХУ. Ось X параллельна:плоскости поляризации излучения, припускав-, мого поляризационным светоделителем 4. Собственную систему координат первой пластинки 6 обозначают XiYi, причем Xi быстрая ось. Фазовый сдвиг пластинки д. Угол между осью Xi X - р. Собственную систему координат другой пластинки 7 обозначают ХаУа, причем Х2 - быстрая ось. Фазовый сдвиг пластинки 0. Угол между осью

Х2 их-.,.

Рассмотрим прохождение пучка лазера . через систему: поляризационный светоделитель - первая фазовая пластинка -другая фазовая пластинка - носитель информации - другая фазовая пластинка - первая фазоР Твая пластинка. Поляризацию излученияГлМ

-у

после прохождения этой системы можно оп- ределить из следующего матричного уравнения:

{

Е Х coscplvicpl EIJ ncfco54fJ expli$yoHco6 f-smt lО emtp costfj

f .

55

feoecf slvKfJ I fexp(;0)Ql j co3 f -6iny 1

-51ПЦ 0Ij UinH COSVj

Г- 0 Гео5Ц -& т1Л Гехр(;9)01|соь(,)5 И1 Т О и 15 пс coeVj t О (Jj-slnty coeyj

fcostf -sincpl jexpdS} ОТ (со

0IJ -Si

costp sinCf Л jE

SintfCOSCfj 10

где § - вектор Максвелла пучка, выходящего из поляризационного светоделителя. После перемножения матриц и комплексного сопряжения получим;

Ei-(E x)-f(sm8:Co5 -eo62(v-ipVc:os95 h) 1

-.

slvi2q +sin0sm2(ty-q)cos2q 5 2 i

/.са

л

EUEof «((5lirt9co.5Sco52(((;-t co50s;ti&} xein ZLp + slnQelnfZ -CfVcc c/ -E-E 1. При полном разделении прямого и отраженного пучков (Ei)0

Ei

(ЕУ) Е-Е

(3)

Е.

Пучок с такими характеристиками поляризационной светоделитель 4 полночью отражает к фото приемному блоку 11 и ничего не пропускает к лазеру 1.

Второе уравнение системы (2) можно преобразовать:

El,iE - cosS-cos9-s;n sm8-cos2fa-(rt|

.А Н 9 8 0052 9 6 .ft)

Ut-jcoaS-cose-smSsinecosZOtJ-q)1 С учетом последнего уравнения системы (3) получаем условие, которое обеспечивает достижение полного разделения прямого и отраженного пучков: cosd -postf sln6 cos 2(i/ -p) P

Приняв во внимание, что.

-1 cos 2(V p) Ј 1W.

при любых значениях рм if) находим систему неравенств, которая определяет допустимые значения фазовых сдвигов д и в пластинок 6 и 7;

4+900 800-ЬЈ0ё-6Ч42ТОЛН80°-Ь, S- 50°U800-QeeЈ5+9Q°+ 800-a .

О . .9

где h,g - произвольные целые числа, имеющие одинаковую четность.

Таким образом, подбирая пару двулу- чепреломляющих плоскопараллеяьных пластинок с тем, чтобы удовлетворялась система неравенств (7), обеспечивается условие полного разделения прямого и отраженного пучков.

Из системы неравенств (9) следует, что величина допуска на фазовый сдвиг пластинки 7 определяется конкретной величиной фазового сдвига первой пластинки, и наоборот. Область значений, где величина допусков на обе фазы пластинки одинакова, описывается системой неравенств:

Г(2пи)-90в-45вбЈб( + 45в,- (2тнИо0-45 9б(2т4|Ио0+45

(6)

10

15

20

С

25

30

35

40

45

50

55

где п, т- целые числа.

Множество решений системы неравенств (8) является подмножеством решений системы неравенств (7). Полученная система позволяет определить требования на фазовые сдвиги двулучепреломляющих плоскопараллельных пластинок 6 и 7, которые не зависят один от других

(5 (2п + 1)-90°±45° (Э)

в (2 m + 1) 90° + 45° .

Следовательно, обеспечивая фазовые сдвиги каждой из двулучепереломляющих плоскопараллельных пластинок по формулам (9), можно не проводить их взаимного согласования.

Широкий допуск на фазовый сдвиг по- зволяет создать устройство поляризационного разделения, пригодное для использования совместно с полупроводни- - ковым лазером. Используемые для систем оптического воспроизведения информации полупроводниковые лазеры имеют длину волны излучения, например, А 780±20, нм. Двулучепреломляющие плоскопараллельные пластинки должны удовлетворять условию (7) для всех длин волн данного диапазона. Найдем допуск на толщину изготовления этих пластинок. Увеличение длины волны вызывает уменьшение фазового сдвига, следовательно, нижний предел толщины пластинки будет определяться нижним пределом фазового сдвига при максимальной длине волны Атзхс 800 нм.

Уменьшение длины волны приводит к увеличению фазового сдвига, следовательно, верхний предел толщины пластинки будет определяться верхним пределом фазового сдвига при минимальной длине волны нм. Таким образом, разброс длин волн приводит к сужению допуска на фазовый сдвиг пластинок.

Учитывая, что величина фазового сдвига обратно пропорциональна длине волны излучения, запишем систему (7) для минимальной и максимальной длин волн спектрального диапазона, в котором лежит длина волны излучения полупроводникового лазера, Приведем эти системы неравенств к средней длине волны. Пересечение

множеств, решений полученных систем неравенств дает множество решений (10), удовлетворение которого обеспечивает возможность полного разделения прямого и отраженного пучков для всего заданного диапазона разброса длин волн лазера

b.. | «ni|h«9 Acp „,,« hc-f

,.« eeeW. /(fo) S , lv..g« .V

где фазовые сдвиги обеих пластинок приведены к Дер

1 лмин 1 Ямакс

a h,g - произвольные целые числа, имеющие одинаковую четность.

Из множества решений системы неравенств (10) можно выделить подмножество, в котором значения допусков на фазовые сдвиги двулучепреломляющих плоскопараллельных пластинок не зависят одни от других: н«Н-1о м У .(.

etVUgm Un c t- HV.Kc-.J

МО

2-л

Л . Уек - ТмГк

гдег Т(27ГГГ

«. Хмии мацс Амакс- мяи

4(2nttl|

Если пластинки имеют одинаковый порядок, то Я1 А11 .

Следовательно, изготавливая двулучеп- реломляющую плоскопараллельную пластинку со значениями фазовых сдвигов, отвечающих системе (1), можно обойтись без взаимного подбора и обеспечить условия полного разделения прямого и отраженного пучков во всем спектральном диапазоне разброса длин волн излучения полупроводникового лазера.

Возможно изготовление фазосдвигаю- щего элемента, который способен обеспечить полное разделение излучения различных типов лазеров, используемых в системах воспроизведения информации. Этой случай необходимо исследовать на конкретном материале двулучепреломляющих пластинок и с определенными типами лазеров. Наиболее часто в качестве материала используется кварц, вырезанный параллельно оптической оси, а в качестве источника излучения - полупроводниковый или гелий-неоновый лазеры. Произведем пересчет систем (9) и (11) к геометрическим толщинам пластинок для спектральной области 760 - 800 нм и для длины волны 633 нм. Определив пересечение полученных множеств, на.йдем значения толщин кварцевых пластинок, которые обеспечивают достижение условий полного разделения как для излучения гелий-неонового лазера, так и полупроводникового. Таковыми являются

следующие значения толщин (мкм): или 11,22 d 26,16 или 56,05 d 61,05 или 113.37 d 117,09 или 148,27 d 159,67.

или 190,50 d 200,58.

Устройство имеет небольшую массу и габариты, регулируются только азимутальные углы, что существенно упрощает процесс настройки и юстировки устройства.

Пучок излучения лазера проходит нормально через плоскопараллельные пластинки фазосдвигающего элемента, что повышает качество работы устройства.

Формул а изо бретен ия

сдвигами 5 и 0, приведенными к длине волны излучения лазера и определяемыми из соотношений

45

- 90°-Н80°Ы0.4-Ј -270% 180°-h ,.. Ј-90°Н80°з ;0Ј &4-90°-Н80 $, (

где h ид- произвольные числа одинаковой четности.

f(5 (2n + 1)-90)±450

0 (2т + 1)-90Р±45° . где тип - произвольные целые числа. 3. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что лазер имеет длину волны излучения, лежащую в диапазоне от Амин до Амакс, а фазовые сдвиги двулучепрё- ломляющих плоскопараллельных пластинок приведены к длине волны .р мин Ямакс при этом фазовые СдВИГИ

б и 0 соответствен но одной и другой пластинок определяются из соотношений

l j i b 4 i bi| q ртмтЬсОw 4«f { „ht-t

,0«..«.90 betst,0.. . / , Ч .

tobW-rt ™ ,

ЈV

9OT-(g -- °-t4s°v M ; v();

.1 M«i «eice

MRR-.

v

г

ЬмшЛ

4(4n.) «mne Mmi

; 4Wm + 1)

или 11,22 d 26,16

или 56,05 d Ј 61,05

или 113,37 d Ј117,09

или 148.27 d 159,67

или 190,50 d 200,58.