專利名稱：光學讀取裝置和數據讀取方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種裝置或驅動器，具有用于讀取存儲于光學載體中的數據的光頭，該裝置或驅動器包括--用于照射所述載體的光源，--用于將從所述載體反射的光引導到檢測分支的光學配件。
這種裝置具有許多應用，特別用于由光盤構成的數據載體。通常，存儲于光盤中的數據的輸出信號質量差，需要通過處理來改進其可讀性。
本發(fā)明提出了上述的裝置，在該裝置中采用多種手段來改進輸出信號的輸出質量。
根據本發(fā)明，所述裝置具有用于讀取存儲于光學載體中的數據的光頭，包括--用于照射所述載體的光源或主光源，--用于將來自所述載體的反射光引導到檢測分支的光學配件，在該檢測分支中設置有非線性光學元件，選擇所述非線性元件的類型以改進所述檢測信息的信噪比。
本發(fā)明還提出了一種讀取光學數據載體的方法，包括步驟--將來自主光源的光在數據載體上反射后射入到副激光器中，--提供檢測設備以檢測來自數據載體的光，通過使用非線性光學元件來提供對所檢測信息信噪比的改進。
本發(fā)明的思路是使用光學的方法來獲得更好的信號。本發(fā)明所提到的所述非線性光學設備已在專利文件GB2118765和US4,748,630中公開了。但本發(fā)明所提供的檢測不需要使用電路就可以改進信噪比。
通過非限制性的實施例，參照下面所描述的實施方案，將闡明本發(fā)明的所述和其它方面并使其明了。


圖1示出了依據本發(fā)明的裝置。
圖2示出了所述依據本發(fā)明的裝置中所包括的光頭。
圖3是說明本發(fā)明工作原理的曲線。
圖4示出了依照本發(fā)明第二實施方案的光頭。
圖5示出了所述第二實施方案的響應函數。
圖6示出了依照本發(fā)明的第三實施方案的光頭。
圖7示出了用于解釋本發(fā)明的圖表。
圖8示出了將能量射入副激光器的方法。
圖9示出了第三實施方案的調制波形。
圖1示出了一種裝置，數據載體1尤其是光盤放置于其中。該數據載體以橫截面示出。透鏡12將光束14聚焦在由馬達3驅動做圓周運動的所述載體上。光源安裝在光頭15(OPU)上，該光頭位于副激光器的邊緣16。借助馬達17所述副激光器邊緣能夠大位移移動。所述位移沿著由箭頭28表示的方向進行。將單元16輸出處的信號OPT施加到信號分配器27上，其提供多個信號給顯示單元30以便可以顯示該盤的內容以及和該裝置使用相關的一些其它信息。
圖2示出了依據本發(fā)明實現的光頭16。該光頭包括一個光源，在該實施方案中由二極管激光器50構成，該二極管激光器50提供線性偏振光，該偏振光的方向由通常的標記51來表示。來自二極管激光器50的光束由準直透鏡55準直并透射過偏振立方光束分離器58。光束穿過1/4波片(λ/4片)60后，由物鏡62聚焦在光盤1的信息層上。被該盤反射的光具有以標記63表示的偏振態(tài)的通過該(λ/4-片)60傳輸并由光束分離器58反射向檢測分支65。在檢測分支65中，被該盤反射的光由準直透鏡78聚焦在檢測器75上。
依照本發(fā)明的一方面，在檢測分支中配置非線性光學元件80。該非線性光學元件可以由典型的響應曲線來限定，并給出作為輸入功率函數的該元件的輸出功率。圖3中示出了一個實施例。適合本發(fā)明的其它非線性曲線的實施例將在下面公開。
在所述圖3中，示出了作為輸入強度Pin函數的典型的輸出強度Pout。所述曲線示出了本發(fā)明方法所需的非線性的類型。在該附圖中，能夠觀察到滯后的現象。然而，滯后并不總是必要條件。
圖4中所示的第一實施方案提供了光的放大。該非線性光學元件80包括第二激光二極管100，與射入到所述激光二極管100中的光量相比其具有高輸出功率。激光器50被視作主激光器，而所述激光器100被視作副激光器。所述副激光器100接收來自盤1經過偏振光束分離器110的光。所述光由透鏡115聚焦在激光器100上，聚焦方式經過計算從而干擾其工作。該激光器100的光經透鏡78被引導到檢測器75上。所述第二實施方案是以激光器100的光偏振的變化為基礎，該變化是接收到的來自主激光器50的光的函數。副激光器100的偏振方向(標記116)垂直于射入到副激光器100的光的偏振方向(標記117)。然而，如果反射光的量超過了一定的閾值，則該副激光器100的偏振方向被改變并且與所射入光的偏振方向對準。因此，對于低值的射入光，由副激光器100發(fā)出的光透射過偏振光束分離器110。如果射入光的量超過了該閾值，則該副激光器100的偏振改變并由PBS58反射。由此，該元件80的輸出是“高”或是“低”，分別取決于所射入光量是高于還是低于閾值THL。
圖5給出了圖4所示的元件80的輸出特性。虛線曲線是由副激光器100提供的輸出功率Pout，而Pin是光盤反射后激光器接收的來自主激光器的輸入功率。由此能夠看出來輸出功率是“高”還是“低”。在圖5中，這些輸出功率的值分別用HI和LO作參考標記。當該輸入值高于該閾值THL或低于該閾值時，該值分別為HI或LO。輸入功率或射入功率是1mW的數量級，且“高”與“低”之間的切換時間是幾百個微微秒。
另一種方法是利用激光器100的閾值條件。對于從該盤反射的少量光，該副激光器在激光閾值以下工作并發(fā)射可忽略的光量。隨著所反射光的量增加，該副激光器強制在該閾值以上工作，結果輸出功率大幅增加。當電流低于閾值時所發(fā)射光功率非常低。HI值與LO值之間的輸出功率比由發(fā)生自發(fā)射的模的總數來確定。所述比例的典型值是106-107。所述實施方案在圖6中示出。該圖中相同的實體被標以與前圖相同的參考標記。不具有從盤反射的射入光的副激光器恰好保持低于閾值?？辙D副激光器的波長是λ2。圖1中由主激光器發(fā)射(且由此在從盤反射后射入到副激光器中)的光具有λ1的波長。這樣可以區(qū)別兩種情況-(a)射入到副激光器中的光波長λ1非常接近(空轉)副激光器的波長λ2，即λ1≅λ2,]]>和-(b)射入到副激光器中的光波長遠小于副激光器的發(fā)射波長，即λ1＜＜λ2。
為了了解該差別，認為高于閾值操作的半導體激光器的增益G和吸收ABS是能量EN的函數，參見圖7。該函數關系的特征在于正增益區(qū)域的最大值決定激光波長的位置(圖7中示出的Etr)。假設該副激光器在紅外光譜附近工作具有Etr＝1.57eV(-790nm)。該副激光器增益區(qū)域的寬度大約為25meV，其對應于大約15nm的波長。
對于λ1≅λ2]]>的情況，射入波長λ1在副激光器正增益區(qū)域的范圍內。這里主激光器和副激光器的類型相同，具有幾乎相同的發(fā)射波長。假設副激光器，在空轉模下，正好低于閾值操作，則在所述情況下，光的射入對應于激光腔光損耗的減小。射入光的結果是強制激光器在所射入的波長處超過閾值。如果λ1＜＜λ2，則吸收射入到副激光器的光并將其轉換為電子空穴對。額外產生的電子空穴對的作用與增加射入電流水平的作用相似。因此，以這種方式，能夠強制激光器高于閾值工作。
而另一種實施方式是利用橫模切換，其由從信息載體反射的射入光來誘發(fā)。沒有(或者僅僅具有少量的)射入光的情況下，該副激光器在空轉橫模下工作，參照圖8A。通過射入，另一種橫模具有比空轉模下更低的損耗，因此這也就是新的激光模，參見圖8B。由于模競爭的非線性方面的原因，將會導致模的切換?？梢詫z測器放置在一種模的波節(jié)處，該波節(jié)是另一種模的波腹(圖8A和8B，由此該檢測器應該設置在光軸上)。VCSEL型(垂直腔表面發(fā)射激光器)和邊緣發(fā)射器型激光器可以使用橫模切換。
除了使用邊緣發(fā)射器半導體激光器以外，還可以在檢測分支中使用VCSEL。在這種情況下，圖2所示的主激光器是傳統的邊緣發(fā)射激光器，而圖4和圖6示出的副激光器是VCSBL。由于由VCSEL發(fā)射的光的偏振方向能夠通過改變偏流來改變，因此VCSEL非常適合基于偏振切換的非線性元件80。VCSBL的鏡面反射比邊緣發(fā)射器的相應反射高的多。如果所射入光的波長接近VCSEL的發(fā)射波長時，會使得難以將光射入到VCSEL中。因此，當在非線性元件80中使用VCSEL時，保持VCSEL的波長比所射入的光的波長更長是有利的。
在實際情況下，副激光器在電流調制下產生脈沖。在正好低于閾值時，該副激光器對來自主激光器的射入是非常敏感的。
對于非線性光學元件表現出滯后的情況來說，圖5中示出的響應函數由圖9中示出的響應函數所替代。假設來自盤的反射光具有如圖9上面的曲線所示的時間關系。不論何時，只要射入值超過PTE-TM，該副激光器就將其狀態(tài)從TE變化為TM圖9下面的曲線。當反射光的水平低于PTM-TE時，該副激光器的狀態(tài)回到TE。該反射光實際上并不需要具有狹窄的脈沖特性，如圖9上面曲線所示的。應該滿足的條件是所射入光的量要超過PTE-TM或者低于PTM-TE。
如果所選擇的偏置水平接近閾值那么副激光器在TM狀態(tài)具有激光器作用，但是當其處于TE狀態(tài)時并不發(fā)射激光。集成監(jiān)測光電二極管(MPD)可以用于比特檢測。MPD具有大的帶寬(幾個GHz)且非常適合檢測該激光器是否在發(fā)射激光。
優(yōu)點典型的光盤驅動器中盤上的光學讀取功率大約為0.5mW。增加該讀取功率超過上述值會消除記錄在RW媒質上的信息。對于+RW盤實際的反射系數是0.15(未寫的)和0(已寫的)，給定的平均反射系數是0.075。也就是說檢測器中所誘發(fā)的典型電流(假設轉換增益是0.2A/W)是i＝0.5mW×0.075×0.2A/W≈8μA該檢測器噪聲對于整個噪聲的影響由下式給出ΔVV=1⟨i⟩2kBTfωC]]>其中<i>是檢測器上的平均電流，ωC是該檢測器的電容電阻，kBT是相當于溫度T的能量，且f是檢測器的頻率帶寬。對于高速應用，必須增加檢測器的頻率帶寬，其意味著來自檢測器噪聲的影響相應增加。
在BLU-RAY(BD)播放器中，主要的噪聲源是激光器噪聲(RIN)和檢測器噪聲(如由表達式△V/V給出)。
RIN隨著頻率f的增長線性增長。然而，RIN應該可以與檢測器噪聲功率相比較，(△V/V)2，其隨著f2的增長而增長。對于1X BD，該RIN是主要的噪聲項。在高速下，該檢測器噪聲成為主要的噪聲項。
如上面所提及的，檢測分支中所設置的非線性光學元件包括其自己的激光器(邊緣發(fā)射器或VCSEL)。假設，當NOE的輸出高時，所發(fā)射的光功率為～0.5mW。
所述光照射到該檢測器上并誘發(fā)電流i＝0.5mW×0.2A/W≈100μA與沒有非線性光學元件(NOE)的情況相比，該電流增益為100/8-12.5，對應于22dB。對于這種情況，NOE的引入減少了檢測器的噪聲影響22dB。這樣也就增加了頻率的帶寬。
由此，以BD播放器中的檢測器為實施例，所介紹的思路提供了一種減小檢測器噪聲(對于高速應用來說檢測器噪聲是主導的噪聲)影響的可能性。
使用非線性光學元件讀取的另一個優(yōu)點是對媒質噪聲的敏感度降低。如上面所描述的，當從盤反射的光與閾值交叉時，可檢測到比特。也就是說只要盤材料的固有反射率的改變不是很大以致于與閾值交叉，則該盤材料的固有反射率的改變就并不起重要的作用。
此外，由于比特的檢測已減小到對于在兩種狀態(tài)(HI和LOW)之間轉換的檢測，這就意味著在當前的盤驅動器中實現的限幅器是多余的。限幅器的作用是檢測DC電平，在所檢測的DC電平附近調制從盤反射的光(所述DC電平不必須是常量而可以是變量)。然而，參見圖5，該DC電平對于非線性光學元件是常量。
動態(tài)范圍，即，標記與空白區(qū)之間的反射率之差取決于盤的類型，例如，+RW盤具有與ROM盤不同的動態(tài)范圍。再者，由于將信息的檢測減小到閾值轉換，使用非線性光學元件讀取大大增長了兼容穩(wěn)定性。
與低功率的二極管激光器相比，在405nm附近工作的高功率二極管激光器公知是有噪聲的。因而，射入來自低功率二極管激光器的低噪光，非常有望減小激光器的噪聲。
引用一些參考以說明本發(fā)明。A.Sapia，P.Spano，和B.Daino，“Polarization switchingin semiconductor lasers driven via injection from an externalradiation”，Appl.Phys.Lett.50，57-59，1987.Y.Mori，J，Shibata，和T.Kajiwara，“High switching-speed optical RS flip-flop constructed of a TM-wave injectedsemiconductor laser”，Int.Electron Devices Meeting TechnicalDigest，610-613，Los Angeles，1986.Z.G.Pan等，“Optical injection induced polarizationbistability in verticalcavity surface emitting lasers”，Appl.Phys.Lett.63，2999-3001，1993.G.Knowles，S.J.Sweeney，T.E.Sale，和A.R.Adams，“Self-heating effects in red(665nm)VCSELs”，IEEE Proc.Optoelectron.5/6，256-260，2001.
權利要求
1.一種具有用于讀取存儲于光學載體中的數據的光頭的裝置，包括--用于照射所述載體的光源或主光源，--用于將從所述載體反射的光引導到檢測分支的光學配件，在該檢測分支中設置有非線性光學元件，選擇所述非線性元件的類型以改進所檢測信息的信噪比。
2.如權利要求1所述的裝置，其中所述主光源是激光器。
3.如權利要求1或2所述的裝置，其中所述非線性光學元件由第二激光器或副激光器構成，在該元件中射入反射光以便發(fā)射光到光檢測器從而提供所述檢測信息，所述發(fā)射光的量與反射光的量成非線性的單調關系。
4.如權利要求1或2或3所述的裝置，其中所述非線性元件的第二光束具有不同于所述第一光束的波長。
5.如前述任一項權利要求所述的裝置，其中與第一激光器相比，第二激光器是高功率的激光器。
6.如前述任一項權利要求所述的裝置，其中該第二激光器依照射入到其中的光的偏振來改變其偏振。
7.如前述任一項權利要求所述的裝置，其中該第二激光器根據從光源所射入的光量來改變其橫模。
8.一種讀取光學數據載體的方法，包括步驟--使來自主光源的光在數據載體上反射后射入到副激光器中，--提供檢測設備以檢測來自數據載體的光，通過使用非線性光學元件來提供對所檢測信息的信噪比的改進。
9.一種適于權利要求1-7所述裝置的光盤驅動器。
全文摘要
這種裝置具有用于讀取存儲于光學載體(1)中的數據的光頭(15－圖1)，該裝置包括由用于照射所述載體的第一激光器(50)或主激光器構成的光源，和用于將來自所述載體的反射光引導到設置有非線性光學元件(80)的檢測分支(65)的光學配件(58)。在由通常的檢測器(75)檢測之前，所述非線性光學元件(80)通過其非線性特性可改進信噪比。本發(fā)明可用于DVD播放器和/或刻錄機。
文檔編號G11B7/13GK1745415SQ200480002993
公開日2006年3月8日 申請日期2004年1月21日 優(yōu)先權日2003年1月29日
發(fā)明者O·K·安德森, C·T·H·F·里登鮑姆, R·F·M·亨德里克斯, G·W·特霍夫特 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司