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光存储关键应用技术研究

作　者: 雷双艳
导　师: 黄文浩
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 光学头三焦点物镜 DMD并行存储 CD/DVD/HD-DVD ZEMAX
分类号: TP333.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本论文围绕光存储的两个关键技术问题——三波长DVD光学读取头的光学系统设计和DMD并行存储开展研究。光学读取头是光存储系统中的关键元件,信息的写入和读取都是通过它实现的,光学物镜则是光学读取头的重要部件,它是决定读写光斑大小的重要因素之一。本论文在分析光学读取头的光学成像系统的原理和结构的基础上,根据光学读取头的发展趋势即集成化和多能化,设计了能够兼容HD-DVD、DVD和CD三波长单片物镜。本文主要内容为:首先,整体调研了光学存储系统的成像原理和工作机制,总结了光学系统组成、结构及相关光学元件特征和设计,通过ZEMAX光学软件,设计了适用于780nm、650nm和405nm三个波长的二元衍射面和非球面相结合的单片物镜,三个波长对应的物镜数值孔径分别为0.45、0.60和0.65,能很好的校正像差,使得各评价指标均能满足光学读取头物镜要求其次,应用ZEMAX光学设计软件,优化设计了满足兼容HD-DVD、DVD和CD盘片的三波长读取光学系统。经过计算机优化——系统分析——微调参数——改变参数变量——再次进行优化反复过程之后,设计出了能够很好的消除系统像差的非球面物镜和整个光学头系统,使得成像光斑达到了衍射极限。分析和评价模拟结果的点列图、波像均方差、波前均方差、光学传递函数等结果表明所设计的物镜波像、波前均方差分别小于0.07λ、0.035λ,空间截止频率大于1200cycle/mm,曲率半径和厚度公差为300nm,能达到实际应用的技术要求。最后,利用数字微反射镜装置(Digital Micromirror Device,DMD)作为反射式空间光调制器,对其用于并行存储进行初步实验设计,并对实验存在的问题进行分析。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章绪论  8-15
  1.1 引言  8-9
  1.2 光存储的发展及趋势  9-12
  1.3 光学头的兼容及其他技术问题  12-13
  1.4 本论文研究意义和主要内容  13-15
第二章光学头基本结构  15-25
  2.1 激光光源  15-16
  2.2 会聚物镜  16-17
  2.3 光束整形系统  17-18
  2.4 伺服机构  18-22
    2.4.1 聚焦伺服系统  18-20
    2.4.2 径向跟踪伺服  20-22
  2.5 执行机构  22-25
    2.5.1 轴向滑动型  22-23
    2.5.2 四线悬置型  23-24
    2.5.3 模压铰链型  24-25
第三章光学读取头设计  25-48
  3.1 像差理论  25-29
    3.1.1 各种像差的定义  25-28
    3.1.2 像差  28-29
    3.1.3 像差平衡  29
  3.2 物镜性能评估  29-30
    3.2.1 波像差均方根(OPDrms)  29
    3.2.2 点扩散函数  29-30
    3.2.3 光学传递函数（OTF）  30
  3.3 光学设计ZEMAX 介绍  30-31
  3.4 用于HD-DVD/DVD/CD 光学成像系统的物镜设计  31-43
    3.4.1 单物镜实现三焦点原理  33
    3.4.2 单物镜的设计  33-35
    3.4.3 聚焦物镜ZEMAX 仿真过程  35-36
    3.4.4 模拟结果评价与分析  36-43
  3.5 HD-DVD/DVD/CD 兼容光学读取头光学系统设计和结果分析  43-48
第四章 DMD 并行存储实验研究  48-59
  4.1 数字微发射镜装置(DMD)  48-53
    4.1.1 DMD 的基本机构  49-50
    4.1.2 DMD 的工作原理  50
    4.1.3 DMD 的特点  50-53
  4.2 实验光路及结果分析  53-55
    4.2.1 实验系统介绍  53-54
    4.2.2 实验结果分析  54-55
    4.2.3 实验难点  55
  4.3 DMD并行存储的应用  55-59
第五章总结与展望  59-61
  5.1 工作总结  59-60
  5.2 展望  60-61
参考文献  61-65
致谢  65-66
在读期间发表学术论文  66

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