Устройство для поляризационного разделения прямого и отраженного лазерных пучков в системе оптического воспроизведения информации

 

Изобретение относится к оптическому накоплению информации и может быть использовано при производстве лазерных видеои аудиопроигрывателей. Для улучшения разделения прямого и отраженного лазерных пучков и упрощения юстировок при уменьшении массы и габаритов устройства фазосдвигающий 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 фазосдвигающего элемента 5, что повышает качество работы оптической системы вследствие устранения полевых аберраций. 4 з.п.ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5О5 6 11 В 7/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТО P С КОМУ СВ ИДЕТЕЛ ЬСТВУ (21) 4758152/10 . (22) 10.11.89 (46) 29.02.92. цюл. М 8

Ф (71) Московский институт инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии (72) Ю.М.Климков и М.И.Шрибак (53) 681,84.083 (088.8) (56) Патент США hh 3969573, кл. 6 11 8 7/00, 1972. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛЯРИЗАЦИОННОГО РАЗДЕЛЕНИЯ ПРЯМОГО И ОТРАЖ Е Н НОГО ЛАЗЕРНЫХ ПУЧ КОВ В

СИСТЕМЕ ОПТИЧЕСКОГО ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ (57) Изобретение относится к огпическому накоплению информации и может быть исп.ользовано

5U, 1716566 А1 при производстве лазерных видео- и аудиопроигрывателей. Для улучшения разделения прямого и отраженного лазерных пучков и упрощения юстировок при уменьшении массы и габаритов устройства фазосдвигающий элемент 5 и поляризационный светоделитель 4 соединены в единый блок, Юстируются только азимутальные углы, что существенно упрощает процесс настройки и сами юстировочные механизмы. Лазерный пучок проходит нормально через плоскопараллельные пластинки 6 и 7 фазосдвигающего элемента 5. что повышает качество работы оптической системы вследствие устранения полевых аберраций. 4 з.п.ф-лы, 1 ил.

1716566

20

35

45

Е „совс sin(f

50 ехp(;3) 0 cosy-sinq

° °

Х

p (4п ф cosp

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 массогабаритных показателей.

На чертеже схематически изображено устройство е составе системы оптического воспроизведения информации.

Система оптического воспроизведения информации содержит лазер 1, коллиматор

2, дифракционную решетку 3, поляризационный светоделитель 4, фаэосдвигающий 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 иэ последовательно установленных лазера 1, поляризационного светоделителя 4, фазосдвигающего элемента 5, содержащего две двулучепреломляющие плоскопараллельные пластинки 6 и 7, отражающего носителя 9 информации и фотоприемного 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 промодулированные пучки снова проходят микрообъектив 8 и фазосдвигающий элемент 5. При двукратном прохождении фазосдвигающего элемента (прямой и отраженный пучки) поляризация пучков меняется на ортогональную, поэтому поляриэационный 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" двухкоординатного привода 14 микрообъектива 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 качестве исходной берут собственную систему координат поляризационного светоделителя и обозначают ее ХУ. Ось Х параллельна.плоскости поляризации излучения, пропускае-. мого поляриэационным светоделителем 4.

Собственную систему координат первой пластинки 6 обозначают Х1У1, причем X> — . быстрая ось. Фазовый сдвиг пластинки д.

Угол между осью Х> и Х вЂ” p. Собственную систему координат другой пластинки 7 обозначают Х2У2, причем Х2 — быстрая ось. Фазовый сдвиг пластинки О. Угол между осью

Xg иХ вЂ” ф

Рассмотрим прохождение пучка лазера через систему: поляризационный светоделитель — первая фазовая пластинка — другая фаэовая пластинка — носитель информации — другая фазовая пластинка — первая фазо-! аая пластинка. Поляризацию излучания(ЕпХ1 э после прохождения этой системы можно определить из следующего матричного уравнения:

cosQ +i p I ехр(61 0 со (-siny 1

Х

-s ng cosgj (О 1 чаи(casg) 1716566

1 О) (Е((7а((7-а n((7 I <ЕХр(®0) (Сос (17а(11у "

О 1) <Ы(((7 COG((71 (0 () -Szny СОВ(17) (7ьЦ7 -а((1 <ех ((3 О) (сОБЦ7 ooinq 1 (Е (1} (иЯ с.о5 ) < О 1) -shing со ц) (9. где < о1 — вектор Максвелла пучка, выходя2. 1 щего из поляризационного светоделителя, 10

После перемножения матриц и комплексного сопряжения получим.

E„(E„) =(I ((sþÂ савР coz2(q- я сов6 ь ngj

«5znFQ>51n0oo>n2(((7-(f)c05gg) g f Е () 15

E7(Eij -((z n gcosScaz2 (q-ц(соьОя и Цх

«sin Lg a n8eln2(((7-фcоggq) )".

При полном разделении прямого и отраженного пучков 20

Е1 ° (Е1} =0 ()

Еу1 (Еу) = Е Е

Пучок с такими характеристиками поляриэационной светоделитель 4 полностью отражает к фотоприемному блоку 11 и ничего не пропускает к лазеру 1.

Второе уравнение системы (2) можно преобразовать:

1ф11 .((.(oo53-cos Q-sod 5(n О.cog 2(z2 ЧЯс з

6 2 о ссо< о(о «ooh coS2(V-с«)+со О oinP qе,j }

1-(соо о соо6-Фп8 о Осоо2(у-z7j) z)

С учетом последнего уравнения систе- 35 мы (3) получаем условие, которое обеспечивает достижение полного разделения прямого и отраженного пучков: созд созΠ—. з!пд . з1пд cos 2(ф — у) =0 .

Приняв во внимание, что — 1 <соз 2(g — (((7) 1 Ф при любых значениях ои ф находим систему неравенств, которая определяет

Допустимые значения фазоВых сДВигоВ д и 45

О пластинок 6 и 7;

-47+90+(SQ hВЯа-3 270 i jgQ h, 3-90 4 ЩО - ) 6 9 < 3+ QQ + Щоо

50 где h,g — произвольные целые числа, имеющие одинаковую четность.

Таким образом, подбирая пару двулучепреломляющих плоскопараллельных пластинок с тем, чтобы удовлетворялась 55 система неравенств (7), обеспечивается условие полного разделения прямого и отраженного пучков.

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

2n () 90 - $ 5 с g cñ (gn+ (). )p4 g 45 п1 ) 90 -45 ЯВФп н () 90 +45, сь}

7 где n,m — 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 д = (2 и + 1) . 90 + 45

0 = (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 позволяет 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, it=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 Л зх - 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 Я(,((,(,=760 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 полупроводниковаго лазера, Приведем эти системы неравенств к средней длине волны, Пересечение

1716566 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

s и И<(с<1-<) Г9(„д„,)< a,(2(<(+<)+()p9, мии <сР <.имки "сО (((ср (1(мак hс-< где фазовые сдвиги обеих пластинок приведены к Хор

Аи<ии + маКС

/<ор— а h,g — произвольные целые числа, имеющие одинаковую четность.

Иэ множества решений системы неравенств (10) можно выделить подмножество, в котором значения допусков на фаэовые сдвиги двулучепреломляющих плоскопараллельных пластинок не зависят одни от друГИХ ((. o о мин (макс-2(2ии ) (дмакс (ймин)

° а((() (2n+<).90 дйй

2A

<)(9< ) ° ((2,„+,) 9асддсд мии ((макс-2(2и(с(1 (ммдкс-Ямки)

+MNn+ MCCC (макс Дмии (() где 2 4(ani

9<", ((мии "макс амакс д мин

4((,

Если пластинки имеют одинаковый порядок, то Л" =.Л, Следовательно, изготавливая двулучепреломляющую плоскопаоаллельную 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 фазосдвигающего элемента, который способен обеспечить полное разделение излучения различных типов лазеров, используемых в системах воспроизведения информации, Этой случай необходима исследовать на конкретном материале двулучепреломляю. щих 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, найдем значения толщин кварцевых пластинок, которые обеспечивают достижение условий полного разделения как для излучения гелий-неонового лазера, так и полупроводникового. Таковыми являются

5 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 5 d 159,67, 10 или 190к50 d 200,58.

Устройство имеет небольшую массу и габариты, регулируются только азимутальные углы, что существенно упрощает процесс настройки и юстировки устройства, 15 Пучок излучения лазера проходит нормально через плоскопараллельные пластинки фаэосдвигающего элемента, что повышает качество работы устройства..

Формула изобретения

20 1. Устройство для поляризационного разделеНия прямого и отраженного лазерных пучков в системе оптического воспроизведения информации, содержащее последовательно установленные. на оптиче25 ской оси лазер, коллиматор, поляризационный светоделитель, фазосдвигающий элемент и микрообьектив, а также оптически связанный с поля ризационным светоделителем фотоприемный блок, о т л и ч а ю30 щ е е с я тем, что, с целью улучшения разделения прямого и отраженного лазерных пучков и упрощения регулировки устройства при улучшении его массогабаритных показателей, фазосдвигающий элемент выпол35 нен состоящим из двух лучепреломляющих плоскопараллельных пластинок, нормали к, плоскостям которых совпадают с оптической осью, при этом одна и другая пластинки выполнены соответственно с фазовыми

40 сдвигами д и О, приведенными к длине волны излучения лазера и определяемыми из соотношений

-3+я +Ео МО -()+270 +(80 h, 45 о о о о о 9 о 3+SOо+18O где h u g — произвольные числа одинаковой четности.

50 2. Устройство по п,1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что двулучепреломляющие плоскопаралельные пластинки выполнены с независимыми друг от друга фазовыми сдвигами, определяемыми из соотношений д = (2 n + 1) 90 - 45 д = (2 гг) + 1) 90о + 45о где m и и — произвольные целые числа.

3. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что лазер имеет длину волны излу1716566

0(%$(eúÍ) 90 145

a<,° ° ° o "лл4ллл млллл-2(en+11.(9маке-9ме) а Ф

8(а ) (2тллl. à íh " мм" м" йа"

5, ..л!. л,;-л„„„.

9 л ммл макл маке" ммл

° (2е ч

5. Устройство по Ап3,2 и 4, о т л и ч а ющ е е с я тем, что лазер имеет длину волны

10 излучения или 633 нм или 780+ 20 нм, двулучепреломляющие плоскопараллельные пластинки выполнены из кварца, их главные плоскости параллельны оптической оси, а геометрические толщины d пластинок со,15 ставляют (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, 20 или 190,50 «d «200,58. чения, лежащую в диапазоне ot мин до макс а фазовые сдвиги двулучепреломляющих плоскопараллельных пластинок приведены к длине волны

Аиин +плакс асср — "" ", при этом фазовые сдвиги д и Осоответственно одной и другой пластинок определяются из соотношений л р(ФОн!)-1) г „м„льежа л(2(Зал)лл1г ьр. („„„hcO Ocp ф he> у+,щл " мокс.9 л,а g <>е 9 млм 9 / 1 (e9 i3à . î „e - 3 e, а алр лмвц, 9 60 Флт %м лл,9сО

4, Устройство по пп.1 — 3, о т л и ч à ющ е е с я тем, что обе двулучепреломляющие плоскопараллельные пластинки имеют независимые значения фазовых сдвигов, которые определяются из следующих соотношений:

Составитель С.Ильчук Техред М.Моргентал

Редактор Е. Слиган

Корректор М.Максимишинец

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101

Заказ 616 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5