2.5. Некоторые особенности bd-дисков
Отрицательным следствием применения в формате BluRay высокоапертурного объектива (NA = 0,85) можно считать то, что информационный слой здесь приходится размещать в непосредственной близости от внешней поверхности диска. Если бы он находился на том же расстоянии, что и у дисков DVD, то искажения светового пятна, вызванные наклонами поверхности диска, были бы чрезмерно велики даже при очень небольших значениях величины таких наклонов (рис. 2.8).
Величина таких искажений пропорциональна кубу числовой апертуры (NA3) и толщине защитного слоя. Поскольку допустимые спецификацией отклонения отраженного пучка от вертикали могут достигать значения ±1,6º (угол α на рис.2.9), то толщину защитного слоя у диска BD в 100 мкм можно считать величиной вполне достаточной.
Поскольку толщина покрытия у диска BD составляет всего 100 мкм или 0,1 мм (у DVD – 0,6 мм), то, несмотря на высокую числовую апертуру считывающего объектива NA = 0,85 (у DVD NA = 0,6), диаметр светового пятна на его внешней поверхности составляет всего 138 мкм (у DVD – 520 мкм) (рис. 2.10). Поэтому он гораздо более чувствителен к наличию пылинок, царапин и отпечатков пальцев на поверхности диска. Вероятность появления царапин снижается за счет использования прочного защитного слоя, а вот бороться с пылинками и отпечатками пальцев приходится электронными методами – за счет применения более мощной системы помехоустойчивого кодирования. Блок коррекции ошибок ECC (Error Correction Code) у BD-диска составляет 64 кб против 32 у DVD. А число проверочных байт (проверочных символов кодового слова кода Рида-Соломона) – 32 против 16 у DVD.
3. Оптические головки
Для того чтобы обеспечить совместимость BD-приводов с дисками DVD и CD, фирмы-производители предприняли усилия по поиску технических решений для такой оптической головки, которая позволяла бы считывать информацию с дисков всех трех упомянутых форматов. Задача эта непростая, поскольку большинство оптических элементов адаптировано, как правило, для работы с излучением только одной длины волны. В лучшем случае совместимость достигалась для красного (650 нм) и инфракрасного (780 нм) излучения. Предстояло преодолеть три основные проблемы.
Во-первых, необходимо было обеспечить приемлемое рабочее расстояние объектива при любой длине волны излучения.
Рабочим расстоянием называется расстояние от наиболее выступающей части объектива (внешней поверхности оправы объектива либо внешней поверхность линзы) до фокальной плоскости, т.е. до считываемой дорожки.
Во-вторых, обеспечить компенсацию сферических аберраций – также при любой длине волны излучения.
В-третьих, обеспечить изменение числовой апертуры объектива в зависимости от длины волны проходящего через него света.
Фирма LG Electronics предложила оптическую головку с единственной асферической линзой и с тремя лазерными диодами, каждый из которых генерирует излучение только одной длины волны – инфракрасный – 780 нм (CD), красный – 650 нм (DVD) и синий – 405 нм (BD). Упрощенная оптическая схема такой головки (некоторые элементы на этой схеме отсутствуют) показана на рис. 3.1. Определяющими элементами здесь являются двухслойное наклонное зеркало, отражающее излучение всех трех длин волн и поляризационный голографический оптический элемент (HOE – Holographic Optical Element), способный изменять геометрию фронта проходящего через него пучка в зависимости от длины волны излучения. Рабочее расстояние объектива такой головки при NA = 0,85 и излучении с длиной волны λ = 405 нм составило 0,54 мм.
Для изготовления голографического оптического элемента использован материал, обладающий двойным лучепреломлением. Этот материал, который помещен между двумя полимерными подложками, для излучения с некоторым определенным направлением колебания вектора поляризации обладает тем же самым коэффициентом преломления, что и материал подложки. Но для излучения с направлением колебания вектора поляризации перпендикулярным первому, коэффициент преломления такого материала будет другим. Голографический оптический элемент сконструирован так, что не изменяет фронта волны излучения длины 405 нм, но излучение с длиной волны 650 нм (DVD) и 780 нм (CD) подается на него таким образом, что направление колебаний вектора поляризации будет перпендикулярным направлению колебаний вектора поляризации излучения с длиной волны 405 нм, и, следовательно, коэффициент преломления материала с двойным лучепреломлением для него будет уже другим, и фронт волны изменит свою геометрию, как показано на рис. 3.2, т.е. примет сферическую форму.
Голографический оптический элемент обладает еще целым рядом свойств, обеспечивающих контроль распределения фаз падающего пучка на входном зрачке объектива при считывании дисков DVD и CD. Он также способен компенсировать сферические аберрации, возникающие из-за того, что информационные слои у дисков DVD и CD располагаются на разных расстояниях от его внешней поверхности (имеют разную толщину защитного слоя). Для того чтобы можно было регулировать числовую апертуру в зависимости от длины волны падающего пучка и, таким образом, уменьшить дифракционные шумы за пределами эффективного диаметра зрачка объектива, здесь используется апертурный фильтр дифракционного или оптического типа.
Фирма SONY разработала оптическую головку, в которой используется всего один лазерный диод, но этот диод представляет собой комбинацию из трех лазерных диодов и способен генерировать излучение трех различных длин волн – 405 нм (BD), 650 нм (DVD) и 780 нм (CD). Кроме того, здесь используется многолинзовый объектив, также способный фокусировать излучение упомянутых трех длин волн. С помощью такой головки можно осуществлять считывание и запись дисков всех трех форматов – BD, DVD и CD. Оптическая схема этой головки приведена на рис. 3.3.
Конструкция комбинированного лазерного диода, изготовленного путем размещения на поверхности синего лазера (405 нм) гетероструктур с активными зонами для формирования красного (650 нм) и инфракрасного (780 нм) излучения, показана на рис. 3.4, а изображение, поясняющее его функционирование – на рис. 3.5.
Следует отметить, что, несмотря на совмещенное конструктивное исполнение комбинированного лазера, в каждый конкретный момент времени может работать только одна его активная зона и соответственно формироваться излучение только одной длины волны. Как видно из рис. 3.4, все три гетероструктуры размещены на общем теплоотводе, и одновременная работа двух или трех лазеров одновременно (если бы такой режим для чего-то потребовался) привела бы к перегреву всей конструкции и к выходу из строя ее элементов. Тем не менее мощности лазеров вполне достаточно, чтобы производить запись даже при повышенных скоростях вращения записываемого диска. Мощность синего лазера – до 120 мВт в импульсе, красного – до 150 мВт, инфракрасного – до 200 мВт.
Объектив представляет собой комбинацию из стеклянной асферической линзы и голограммной линзы, подобранных таким образом, чтобы скорректировать сферические аберрации, соответствующие излучению каждой из используемых длин волн.