專利名稱：光學頭的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光學頭，更為具體地說，涉及一種采用了復合涂層偏振全息光學元件(HOE)的光學頭。
一般說來，光學頭用于以非接觸方式把信息，諸如圖像、聲音和數(shù)據(jù)等記錄到光記錄媒體上，或把光記錄媒體上的這些信息重現(xiàn)出來。


圖1是采用了普通HOE的一種現(xiàn)有光學頭的示意圖。該光學頭包括光源20；全息光學元件50，它用于改變入射光的傳播路徑；相位滯后板60，用于改變入射光的偏振方向；物鏡70，將來自光源20的光會聚到記錄媒體10的記錄表面上；光電檢測器80，用于對信息信號和誤差信號檢測。
根據(jù)光電檢測器80檢測到的誤差信號，由致動器(未示出)驅動物鏡70，修正循跡誤差和聚焦誤差。
HOE50位于物鏡70和光源20之間的光路上，它是通過在基片上刻蝕出全息圖形而形成的，隨入射光的偏振方向的不同，它具有不同的衍射特性。通常，相位滯后板60為一λ/4波片，用于將來自光源20的線偏振光轉換為圓偏振光，以及將記錄媒體反射的圓偏振光轉換為線偏振光。考慮到光學頭的光學結構，將反射鏡以某一角度置于光源20和HOE50之間，它用于改變光源20發(fā)出的光的傳播路徑。另外，在光學頭的光源20和反射鏡40之間還可具有一準直透鏡30，用于將光源發(fā)出的散射光準直。
可此可見，采用HOE50的光學頭的光學結構比采用分光器的光學頭簡單。
如圖2所示，上述光學頭中所采用的傳統(tǒng)的HOE50是折射率很高的LiNb3制基片51，用刻蝕工藝在其上刻有許多凹槽52。入射光線透過HOE上有凹槽52的區(qū)域時，沒有相位滯后；而P偏振光分量或S偏振光分量經沒有凹槽52的區(qū)域時，其相位滯后180°。因此穿過HOE的偏振光分量，如P偏振光分量54直接透過，而其它偏振光分量，如S偏振光分量55透過時發(fā)生衍射，故偏振光分量可直接或以衍射方式透過HOE。但是，所采用的基片材料很昂貴，使得采用HOE的傳統(tǒng)光學頭的造價很高。
本發(fā)明的目的是提供一種光學頭，它所采用的全息光學元件(HOE)由復合薄層重疊而成，從而克服上述缺陷。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種光學頭，它所采用的反射型HOE由許多薄層重疊而成。
為實現(xiàn)第一目的，提供一光學頭，它包括一光源；一物鏡，用于將光源發(fā)出的光會聚在記錄媒體上；HOE，它沿光路置于光源和物鏡之間，用于改變入射光線的傳播路徑；一相位滯后板，置于HOE和記錄媒體之間，用于改變入射光的偏振方向；光電檢測器，用于接收記錄媒體反射的光線。其中，HOE包括一偏振分光器和一反射元件，入射光的某一偏振分量可透射過分光器，而另一偏振光分量則由分光器反射，反射元件上具有全息圖形，用于將通過偏振分光器的光線衍射，并反射入射光線。HOE以某一角度置于光源和相位滯后板之間。
為實現(xiàn)第二目的，提供一光學頭，它包括一光源；一物鏡，用于將光源發(fā)出的光會聚在記錄媒體上；HOE，它沿光路置于光源和物鏡之間，用于改變入射光線的傳播路徑；一相位滯后板，置于HOE和記錄媒體之間，用于改變入射光的偏振方向；一光電檢測器，用于接收由記錄媒體反射經HOE來的光線。其中，HOE包括一透明基片，用于透射入射光線；復合薄層，通過將具有不同反射系數(shù)的第一薄層和第二薄層依次重疊形成在透明基片上；反射層，覆在透明基片以及復合薄層的一側，以對入射光全反射。
通過參照附圖對優(yōu)選實施例的詳細描述，本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點將變得更為清楚。
圖1為采用傳統(tǒng)的HOE的光學頭的光學結構示意圖；圖2為傳統(tǒng)的HOE的立體示意圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例的光學頭的光學結構示意圖；圖4為圖3所示HOE的一個實例的示意圖；圖5為圖3所示的HOE的另一個實例的示意圖；圖6為圖3所示的相位滯后板的一個實例的示意圖；圖7為根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例的光學頭的光學結構示意圖；圖8為圖7所示的HOE的一個實例的示意圖；圖9為圖7所示的相位滯后板的一個實例的示意圖；圖10為根據(jù)本發(fā)明的又一個優(yōu)選實施例的光學頭的光學結構示意圖。
如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，光學頭包括光源120，HOE150，相位滯后板160，物鏡170及一光電檢測器180。這里，光源120，物鏡170，光電檢測器180與圖1中所示的光源20，物鏡70和光電檢測器80完全相同，故對它們不再進行描述。最好是沿光路于光源120和HOE150之間再設置一準直透鏡130，以對光源120發(fā)出的散射光進行準直。
HOE150以某一角度沿光路置于準直透鏡130和物鏡170之間。作為反射型的元件，HOE150將來自光源120的光反射到記錄媒體10，并將自記錄媒體10反射回來的光反射到光電檢測器180，光電檢測器和光源120離得很近。
按照圖4所示的HOE實例，HOE150包括一偏振分光器151，反射元件152以及一透明元件153。分光器151用于透射一偏振光分量如P偏振光分量以及反射另一偏振光分量如S偏振光分量，反射元件152上具有全息圖形152a，用于衍射透過偏振分光器151的光線，以將入射光全反射。用于使偏振分光器151反射的光線以及透過該分光器的光線的光軸出現(xiàn)差異的透明元件153置于偏振分光器151和反射元件152之間。偏振分光器的結構是，若干薄層重疊在一起而使一種偏振光分量透過。入射到HOE150上的P和S偏振光分量中，只有S偏振光分量被偏振分光器151全部反射，只有P偏振光分量透過該分光器。穿過偏振分光器151的光線被反射元件152完全反射并返回至分光器151后透過。當然，偏振分光器151可將P偏振光完全反射并使S偏振光完全透過。盡管以相同的相位入射的P偏振光分量和S偏振光分量均被HOE150所反射，但它們的相位已變得彼此不同。也就是說，光線被分成由偏振分光器151反射的光和由反射元件152反射的光，后者被全息圖形152a反射時會產生衍射。如前面所述，反射型的HOE150以某一角度置放，使得自光源120發(fā)出的進入記錄媒體10后又由記錄媒體10反射而進入HOE150的光被反射時會產生衍射。因此，光電檢測器180接收到記錄媒體10因衍射產生的信息信號，聚焦信號和循跡信號。
下面參照圖5描述HOE150的另一個實例。如圖5所示，HOE150包括透明基片154；重疊在透明基片154上面的復合薄層155；覆在透明基片154和復合薄層155上的反射層158。反射層158可由金屬鍍層或反射涂層形成。
入射光直接透過透明基片154。這樣向透明基片154傳播的P和S偏振光分量沒有相位滯后。復合薄層155是由反射系數(shù)為n1的第一薄層156和反射系數(shù)為nh的第二薄層157交替重疊而形成的。通過在透明基片154上交替涂覆第一薄層156和第二薄層157，形成復合結構，然后對復合層結構進行局部刻蝕，就形成了復合薄層155。第一薄層156的反射系數(shù)n1和第二薄層的反射系數(shù)nh不一樣。
如上所述，復合薄層155可讓入射光完全通過，并使S偏振光或P偏振光相位滯后180°。為使入射光全部透過，交替重疊而形成復合薄層155的第一薄層156和第二薄層157對的光學厚度(A)(optical depth)不應是λ/4的整數(shù)倍，這里λ為光源120發(fā)射的光的波長。
在透明基片154上以及復合薄層155的表面上通過涂覆全反射層而形成反射層158，以將入射光全部反射。
這里，復合薄層155將入射光的P偏振光分量或S偏振光分量的相位滯后90°。光線入射到復合薄層155，經反射層158反射，P偏振光分量或S偏振光分量的相位比入射光滯后180°?？梢?，圖5所示的HOE150和圖4所示的HOE作用相同。
沿光路置于HOE150和物鏡170之間的相位滯后板160使光線的相位滯后，從而將線偏振光轉換成圓偏振光以及將圓偏振光轉換成線偏振光。為此目的，將具有不同反射系數(shù)的第一涂層161和第二涂層162交替重疊在一起來形成相位滯后板160。通過調整相位滯后板160相應的兩涂層161和162的重疊層數(shù)，可對實現(xiàn)對相差的調節(jié)。相位滯后板160最好使入射光延遲四分之一個光源光的波長，即滯后90°。
下面參照圖7，描述本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例的光學頭。如圖7所示，該光學頭包括光源220；HOE250；相位滯后板260；物鏡270；和光源鄰近的光電檢測器280。這里，光源220，物鏡270，光電檢測器280和圖1所示的光源20，物鏡70和光電檢測器80完全相同，故不再對其詳細描述。最好是沿光路于光源220和HOE250之間再安置一準直透鏡230，用于對光源220發(fā)出的散射光進行準直。
如圖8所示，HOE250包括一透明基片251以及以復合涂覆方法形成在透明基片251的局部的復合薄層255。入射光可直接透過透明基片250，這樣向透明基片251傳播的P和S偏振光分量透過基片時沒有相位滯后。復合薄層255的多層結構是在透明基片251上由反射系數(shù)為n1的第一薄層256及反射系數(shù)為nh的第二薄層257交替重疊，再對重疊層局部刻蝕后形成的。n1和nh大小不同。復合薄層255的多層結構可使入射光全部透過，并使入射光的S偏振光分量和P偏振光分量滯后180°。
在此，將使S偏振光分量反相的HOE250定義為S型HOE，而將使P偏振光分量反相的HOE250定義為P型HOE。使用S型HOE時，P偏振光分量可直接透過而不會產生相位滯后，而S偏振光分量透過時反相180°?？梢?，和光線入射到沒有形成復合薄層255的透明基片上的情形相比，HOE對S偏振光分量產生了影響。反之，使用P型HOE時，S偏振光分量可直接透過而不會產生相位滯后，而P偏振光分量透過時反相180°。可見和光線入射到沒有形成復合薄層255的透明基片上的情況相比，HOE對P型偏振光分量產生了影響。
相位滯后板260以某一角度沿光路置于HOE250和物鏡270之間，它將入射的圓偏振光轉換為線偏振光，以及將線偏振光轉換成圓偏振光。如圖9所示，相位滯后板260包括復合涂層263，它是由具有不同反射系數(shù)的第一涂層261和第二涂層262交替重疊在一起而成的；以及覆蓋在復合涂層263一側的反射層264。采用這一結構的相位滯后板260，光線可被反射層264全部反射，從而使入射光透過復合涂層263后相差改變45°。
在此，來自光源220的一個偏振光分量被復合涂層263反射，另一個偏振光分量則透過復合涂層263后被反射層264反射。例如，具有相同相位的P偏振光分量和S偏振光分量中，S偏振光分量被復合涂層263反射，而P偏振光分量透過復合涂層23后又被反射層264全部反射。這樣，經相位滯后板260反射后的P和S偏振光分量之間有相位差。此處，P和S偏振光分量的相差為90°，以將入射的線偏振光分量轉換成圓偏振光分量，以及把入射的圓偏振光分量轉換成線偏振光分量。
下面參照圖10，對根據(jù)本發(fā)明的又一個優(yōu)選實施例的光學頭進行描述。如圖10所示，光學頭包括光源320；反射鏡340；HOE350；相位滯后板360；物鏡370；和鄰近光源320放置的光電檢測器380。這里，光源320，反射鏡340，物鏡370和光電檢測器380和圖1所示的光源20，反射鏡40，物鏡70和光電檢測器80完全相同，故不對它們進行詳細描述。最好是沿光路于光源320和HOE350之間安置一準直透鏡330，用于對光源發(fā)出的散射光準直。
如圖8所示，HOE350包括一透明基片251以及以復合覆涂方法形成基片251局部的復合薄層251。光線自記錄媒體10進入HOE350時發(fā)生衍射。如圖6所示，相位滯后板360是由具有不同反射系數(shù)的第一涂層161和第二涂層162交替重疊在一起而形成的，通過調整相應的涂層161和162的重疊層數(shù)，可實現(xiàn)對相差的調節(jié)。入射光透過相位滯后板時，使光源120發(fā)出的光延遲1/4個波長，即延遲90°。
如上所述，本發(fā)明的光學頭采用的是價格低廉的復合層結構的HOE和相位滯后板，而沒有使用價格昂貴的LiNb3制基片，因而降低了制造成本。而且，由于沿光路位于光源和HOE之間的反射鏡的作用可由反射型HOE或相位滯后板替代，故光學結構得以簡化，光學頭尺寸減小。
權利要求
1.一種光學頭，包括一光源；一物鏡，用于將所述光源發(fā)出的光會聚在記錄媒體上；一全息光學元件，其沿光路置于所述光源和所述物鏡之間，以改變入射光的傳播；一相位滯后板，它置于所述全息光學元件和記錄媒體之間，用于改變入射光的偏振方向；一光電檢測器，接收由記錄媒體反射的光，其特征在于，所述全息光學元件包括一偏振分光器，用于使入射光的某一偏振光分量透射并反射入射光的另一偏振光分量；一反射元件，其具有使穿過所述偏振分光器的光衍射和使入射光反射的全息圖形，并且，所述的全息光學元件以某一角度置于所述光源和所述相位滯后板之間。
2.如權利要求1所述的光學頭，其特征在于，沿光路于所述偏振分光器和所述反射元件之間還提供一透明元件，以使被所述偏振分光器反射并透過所述偏振分光器的各光束的光軸發(fā)生變化。
3.如權利要求2所述的光學頭，其特征在于，所述偏振分光器上具有由若干薄層重疊而成的復合薄層，以使一偏振光分量透過。
4.如權利要求1所述的光學頭，其特征在于，被所述偏振分光器反射的光和被所述反射元件反射的光之間有90°相差。
5.如權利要求1所述的光學頭，其特征在于，所述相位滯后板由具有不同反射系數(shù)的第一涂層和第二涂層交替重疊而成，以使入射光的相位延遲90°。
6.如權利要求1所述的光學頭，其還包括一準直透鏡，它沿光路置于所述光源和所述全息光學元件之間，用于對來自光源的散射光準直。
7.一種光學頭，包括一光源；一物鏡，用于將所述光源發(fā)出的光會聚在記錄媒體上；一全息光學元件，其沿光路置于所述光源和所述物鏡之間，以改變入射光的傳播；一相位滯后板，它置于所述全息光學元件和記錄媒體之間，用于改變入射光的偏振方向；一光電檢測器，用于接收由記錄媒體反射后經所述全息光學元件的光，其特征在于，所述全息光學元件包括一透明基片，用于透射入射光；由具有不同的反射系數(shù)的第一薄層和第二薄層交替重疊而在所述透明基片上形成的復合薄層；以及一反射層，其覆涂在所述透明基片上以及所述復合薄層的一側，以將入射光全部反射。
8.如權利要求7所述的光學頭，其特征在于，P偏振光分量和S偏振光分量經過所述復合薄層后，出現(xiàn)90°相差。
9.如權利要求7所述的光學頭，其特征在于，所述相位滯后板由具有不同反射系數(shù)的第一涂層和第二涂層交替重疊而成，以使入射光相位延遲，從而使P偏振光分量和S偏振光分量之間產生90°相差。
10.如權利要求7所述的光學頭，其特征在于，其還包括一準直透鏡，它沿光路置于所述光源和所述全息光學元件之間，用于對來自光源的散射光準直。
11.一種光學頭，包括一光源；一物鏡，用于將所述光源發(fā)出的光會聚在記錄媒體上；一全息光學元件，其沿光路置于所述光源和所述物鏡之間的某一位置，以改變入射光的傳播；一相位滯后板，它置于所述全息光學元件和記錄媒體之間，以改變入射光的偏振方向；以及一光電檢測器，用于接收由記錄媒體反射后經所述全息光學元件的光，其特征在于，所述全息光學件包括一透明基片，用于透射入射光；由具有不同的反射系數(shù)的第一薄層和第二薄層交替重疊而在所述透明基片上形成的復合薄層。
12.如權利要求11所述的光學頭，其特征在于，P偏振光分量和S偏振光分量經過所述復合薄層后，出現(xiàn)180°相差。
13.如權利要求11所述的光學頭，其特征在于，所述相位滯后板由具有不同反射系數(shù)的第一涂層和第二涂層交替重疊而成，以使入射光相位延遲，從而使P偏振光分量和S偏振光分量之間產生90°相差。
14.如權利要求13所述的光學頭，其還包括一反射鏡，它沿光路置于所述光源和所述全息光學元件之間的某一位置，以改變入射光的傳播路徑。
15.如權利要求11所述的光學頭，其特征在于，所述相位滯后板包括復合涂層，它是由具有不同反射系數(shù)的第一涂層和第二涂層依次重疊在一起而形成，用于透射入射光的某一偏振光分量，而反射另一偏振光分量；覆蓋在復合涂層一側的反射層，以將入射光全部反射，以使入射的P偏振光分量和S偏振光分量相位延遲而使二者產生90°相差。
16.如權利要求11所述的光學頭，其特征在于，其還包括一準直透鏡，它沿光路置于所述光源和所述全息光學元件之間，用于對來自光源的散射光準直。
全文摘要
一種光學頭,包括:光源;物鏡;全息光學元件;相位滯后板;以及光電檢測器。其中,全息光學元件包括偏振分光器,它使一個偏振光分量透過,而將另一個偏振光分量反射;以及具有能衍射透過偏振分光器的光和反射入射光的全息圖形的反射元件。全息光學元件以某一角度置于光源和相位滯后板之間。相位滯后板具有復合涂層,以透過某一偏振光分量,而反射另一偏振光分量;以及形成于復合涂層一側的反射層,以將入射光全部反射。
文檔編號G11B7/135GK1174373SQ9711454
公開日1998年2月25日 申請日期1997年7月9日 優(yōu)先權日1996年7月30日
發(fā)明者李哲雨, 趙虔皓, 鄭鐘三 申請人:三星電子株式會社