VCD和DVD用全息光栅衍射效率的分析_梁万国
全息技术第五辑平面全息图衍射效率
0
Reflected waves
(反射衍射波)
-1 dn n d Λ ε +1 -1 0 z Transmitted waves
(透射衍射波)
3
θ ε
1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
ε ε
3
1
Region 1(区域 1) x Region 2(区域 2) Region 3(Q 区域 3) 区 域
图1.表面浮雕光栅的结构
i
ri
ti
光栅的标量衍射理论
设单个周期的振幅透过率用函数f(x)表示， 则整个光栅的透过率函数是： 1 x （11） T ( x ) f ( x ) comb ( )
对(11)式进行傅里叶变换得到：
1 F T ( x ) F ( ) comb ( )
3λ 0.0025 2 0.0099 9 0.0385 0 0.0818 0 0.1360 0
5λ 0.0024 4 0.0097 0 0.0380 0 0.0810 0 0.1350 0
7λ 0.0024 2 0.0096 0 0.0374 0 0.0806 0 0.1350 0
10λ 0.0024 1 0.0095 6 0.0373 0 0.0804 0 0.1350 0
• 对于不同类型的光栅往往用不同的理论来 分析计算它们的衍射效率
• 这些理论一般可以划分为二大类：一是标 量衍射理论；一是矢量衍射理论。已有许 多专著详尽地介绍了标量衍射理论。矢量 衍射理论是分析光栅衍射的严格方法，其 可以分为两大类：积分方法和微分方法。 在微分方法中，严格耦合波理论和模态理 论是两种最广泛使用的分析方法，有报道 指出这两种方法实质上是等价的。
光栅的衍射效率与偏振的关系
光栅的衍射效率与偏振的关系嘿，朋友们！今天咱们聊聊那个老生常谈但又让人好奇不已的问题——光栅的衍射效率和它跟偏振有什么关系。
别急，让我用我那充满智慧的小脑袋瓜儿来慢慢道来。
想象一下，你手里有个小镜子，这镜子可神奇了，它能把光线照得七彩斑斓。
但你知道吗？这镜子可不是随便照一照就行的，它还能决定光线是怎么走的，这就是我们今天要聊的“光栅的衍射效率”和“偏振”。
首先来说说光栅的衍射效率。
这个效率啊，就像是镜子的反射能力，决定了光线经过后是什么样子的。
就像你玩游戏时，选的角色越厉害，打得敌人越惨。
光栅也是这样，它的效率越高，就能让更多的光被“捕捉”住，而不是像没头苍蝇一样乱窜。
再说说偏振，这可是个神奇的概念。
想象一下，阳光穿过云层的时候，有的光是直线前进的，有的却是绕着圈走。
这就是偏振在搞鬼。
在光栅面前，偏振就像是个调皮的孩子，一会儿往左跑，一会儿往右跑，让光线变得乱七八糟。
但好消息是，我们可以通过调整光栅的角度，让这些调皮的光乖乖地按照我们的心意走。
想象一下，你站在一片花海中，花瓣上的露珠在阳光下闪闪发光，就像无数颗小钻石。
这时候，你拿起一个光栅，轻轻地对着它们一照。
哦，那些露珠就像是被施了魔法一样，开始围着光栅转圈圈。
这就是光栅的衍射效率和偏振在起作用。
不过，光栅可不是简单的镜子，它还有更高级的功能。
比如，你可以用它来控制激光的方向。
想象一下，你正在玩激光枪，想让它直直地打出去，或者拐弯抹角地绕一圈。
这时候，你只需要调整光栅的角度，就能轻松实现目标。
光栅的衍射效率和偏振就像是光的魔术师，它们让光线变得五彩斑斓，也让我们能够随心所欲地操控光线。
虽然听起来有点复杂，但只要掌握了它们的奥秘，你就能成为真正的光学大师。
好啦，今天的分享到此结束。
如果你觉得有趣，不妨下次再来找我聊聊其他的光学知识吧！记得关注我哦，我会带来更多有趣的科普知识。
拜拜啦！。
光栅的衍射效率与偏振的关系
光栅的衍射效率与偏振的关系嗨，朋友们，你们有没有注意到，当阳光穿过树叶时，那些漂亮的树叶就像魔术师一样，把阳光变成无数条小径。
这些小径，就是我们常说的光栅效应啦！今天，咱们就来聊聊光栅的衍射效率和它跟偏振有什么关系。
首先得说说什么是光栅。
简单来说，光栅就像是一块块小镜子，它们能像筛子一样让光线通过，但又不让光线跑掉。
想象一下，当你用放大镜看远处的景物，是不是也能感觉到那“嗖嗖”的声音？这就是因为放大镜里的小镜子们，让光线在经过的时候发生了偏转。
那么，光栅的衍射效率是什么意思呢？简单来说，就是光线穿过光栅后，能够被我们看得更清楚的程度。
就好比你拿着放大镜看东西，如果放大镜的镜片越密，光线就越少地逃逸出去，我们就能看得更清楚了。
说到偏振，大家可能会想到彩虹、太阳、甚至是天空中的星星。
没错，偏振就是光线的一种性质，它告诉我们光线是往哪个方向振动的。
想象一下，如果你的手电筒的光不是直直地照过来，而是有节奏地晃动，那么照射到的东西就会呈现出彩色的条纹，这就是偏振的效果。
现在，咱们来聊聊光栅的衍射效率和偏振之间的关系。
想象一下，如果你手上拿着一个放大镜，然后对着一片树叶照去。
你会发现，透过树叶的阳光分成了两道光，一道偏振了，另一道没有偏振。
这就像是光栅在起作用一样，它让一部分光线绕过自己，而另一部分则被挡住了。
这时候，你可能会说：“哎呀，我明白了，光栅就是通过让光线发生偏振，来增加我们能看到的细节。
”没错，这就是光栅的衍射效率和偏振之间的关键联系。
不过，光栅的衍射效率可不是越高越好哦。
如果光线太强，超过了光栅的承受能力，那么光线就会绕过光栅，变成其他的颜色，甚至消失不见。
所以，我们在使用光栅的时候，还得考虑光线的强度和光栅的特性。
总的来说，光栅的衍射效率和偏振就像是一对好搭档。
光栅能让光线发生偏振，增加我们能看到的细节；而偏振又能帮助我们更好地分辨出这些细节。
这样一来，我们就能在各种场合下，像魔法师一样，用光栅创造出美丽的光影效果啦！。
全息术解析光波干涉与衍射现象
全息术解析光波干涉与衍射现象在现代光学中，全息术是一种基于光波干涉与衍射现象的高级光学技术。
通过使用全息术，可以将光波的相位和振幅信息完整地记录下来，并在后续的观察中进行重建。
全息术被广泛应用于三维成像、图像存储和显示等领域，为我们带来了许多重要的科学和技术进展。
光波干涉是指两个或多个光波的相遇产生的现象。
当两个光波的相位相同或相差等于2π的整数倍时，它们会互相增强，形成亮纹。
相反，当两个光波的相位相差等于(2n+1)π时，它们会互相抵消，形成暗纹。
在全息术中，通过将这种相位差信息记录下来，我们可以在后续的观察中还原出原始光波的全息图像。
光波衍射是指光波在通过孔隙或物体边缘时出现偏折和扩散的现象。
当光波通过一个窄的缝隙或孔洞时，它会向四周扩散，形成衍射图样。
这种扩散效应使得我们能够观察到物体的微小细节。
在全息术中，通过记录光波的衍射图样，我们能够在后续的观察中还原出物体的全息图像。
全息术的基本原理是将物体的光波信息通过干涉或衍射的方式记录在一块光敏介质上。
当这块光敏介质被光照射时，光波的相位和振幅信息将被记录下来。
在全息图形成之后，我们可以使用与原始光波相同的光束照射到全息图上，通过光的干涉或衍射效应，将记录下来的光波信息重建出来。
全息术有两种主要类型，即传统全息术和数字全息术。
传统全息术使用光敏材料作为记录介质，需要使用化学处理才能在干净的环境中观察到全息图像。
而数字全息术使用数字摄像机记录光波信息，并通过计算机处理和重建图像。
数字全息术具有实时处理和方便传输的优势，逐渐成为全息术的主流技术。
除了用于成像和显示，全息术还被应用于光学存储领域。
全息光盘是一种使用全息术记录和读取数据的介质。
与传统光盘相比，全息光盘能够存储更多的数据，并且具有更快的读取速度。
这使得全息光盘在信息存储和大容量数据传输方面具有巨大的潜力。
全息术的发展不仅推动了光学技术的进步，也为科学研究和工程实践带来了许多机遇。
它在医学成像、材料研究、人工智能等方面的应用也在不断拓展。
光栅光学全息图像处理的数值模拟与实验研究
光栅光学全息图像处理的数值模拟与实验研究光栅光学是一种将光学和电子学相结合的技术，利用光的干涉现象将信息编码成光栅的形式，然后通过适当的光隔离和光探测手段恢复信息的过程。
其中，光栅是一种具有周期性结构的光学元件，可以把光分成若干平行的光束，并具有高光谱分辨率、高角度分辨率和高信噪比等优点，因此被广泛应用于光学成像、光学计量、光学存储等领域。
而全息图像处理是一种将三维物体信息编码成平面图像的技术，在光栅光学中经常被用来重建三维物体的形态和运动信息。
光栅光学全息图像处理主要有两种方式：傅里叶变换全息术和反射全息术。
前者根据傅里叶变换的性质，将物体的反射折射信息通过干涉条纹记录在全息平面上，然后通过傅里叶变换恢复出物体的信息；后者利用物体反射的光波阵列与参考光波阵列之间的干涉，通过光栅将干涉条纹的信息记录下来，然后通过光学重现技术恢复出物体信息。
然而，由于光栅光学全息图像处理过程中存在一系列的信号处理和光学重现环节，因此需要通过数值模拟和实验研究来深入理解其原理、优缺点及其在不同领域的应用。
下面分别从数值模拟和实验研究两个方面来探讨光栅光学全息图像处理的研究进展。
一、数值模拟研究1、计算机模拟计算机模拟是一种通过对光学系统的数学模型进行计算，从而得到光学系统的传播规律、成像特性等信息的方法。
在光栅光学全息图像处理中，计算机模拟主要是基于光传输理论、傅里叶光学理论和多层反射理论，通过光场传递函数（OTF）和光场重建算法来模拟全息图像的成像过程和图像质量。
例如，一些学者采用了快速傅里叶变换算法和逆变换算法，对模拟全息图像的图像质量进行了研究，得出了一些有价值的结论。
2、数值模拟软件随着计算机技术的发展，许多数值模拟软件被广泛应用于光学领域，其中包括光学系统仿真软件Zemax、光学全息图像处理软件Holofil、Matlab等。
这些软件能够模拟全息图像的光学传输过程、受噪声和失真影响下的图像质量、光栅的设计和参数优化等，为光栅光学全息图像处理的研究提供了强有力的数值分析工具。
光盘振动模态的电视激光全息测量与分析
光盘振动模态的电视激光全息测量与分析
光盘振动模态的电视激光全息测量与分析
采用激光全息(TV-holography)振动测试技术测量和分析了CD光盘的固有频率、模态振型以及模态分布情况.采用非接触声激励和非接触式激光全息摄像精确地测量出了CD光盘从零节圆到三节圆五节径的振动模态,最高模态频率达6 300 Hz.分析了节径振型和节圆振型间的关系和出现规律.结果表明:光盘的振型节线是由中心对称和轴对称的节径和节圆组成的,它们对应的振型也是中心对称和轴对称的;光盘的各阶固有频率是按一定的顺序排列的,节径和节圆的出现是有规律的,文中给出了表示这些规律的表达式.
作者：孟光作者单位：上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室,上海,200030 刊名：振动工程学报 ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF VIBRATION ENGINEERING 年，卷(期)：2004 17(1) 分类号：O322 O438.1 关键词：全息摄影测量 CD光盘振动模态分析。
全息光栅的原理及应用
全息光栅的原理及应用1. 引言在光学领域中，全息光栅是一种经典的光学元件。
它利用光的干涉原理来实现对光波的调制和解调，可以用于实现信息的存储、光学显微镜、光谱分析等多种应用。
本文将介绍全息光栅的原理和一些常见的应用。
2. 全息光栅的原理全息光栅的原理基于光的干涉和衍射效应。
它可以将光波分成两个互相垂直的波束，其中一个称为参考波，另一个称为物波。
当参考波和物波相交时，它们会产生光的干涉和衍射现象。
全息光栅通过改变物波的相位和振幅来调制光的干涉和衍射效应，从而实现对光波的调制和解调。
具体来说，全息光栅的制备过程包括以下几个步骤：1.选择适当的光敏材料：通常选择具有高光敏度和稳定性的材料，如全息光胶、硝酸纤维素等。
2.录制全息图：使用激光束将参考波和物波照射到光敏材料上，形成全息图。
在这个过程中，物体会对物波进行衍射，从而记录下物体的光场信息。
3.重建全息图：将参考波重新照射到光敏材料上，通过光的干涉和衍射效应重建物体的光场信息。
4.解调光场信息：使用适当的光学元件将重建的光场信息解析出来，得到物体的形状和信息。
全息光栅的原理可以通过数学模型进行描述，但出于简单和易于理解的目的，本文将不深入讨论数学模型。
3. 全息光栅的应用全息光栅作为一种高效、灵活的光学元件，具有广泛的应用领域。
以下是其中一些常见的应用：•全息光学存储器：全息光栅的制备过程中可以记录大量的信息，并且可以通过解调过程将信息完整地提取出来。
因此，全息光栅被广泛应用于全息光学存储器中，可以实现高容量、高速度的信息存储和读取。
•光学显微镜：全息光栅可以用于制备超分辨率的光学显微镜。
通过在全息光栅上记录样品的光场信息，并通过解调过程提取出样品的细节信息，可以获得比传统显微镜更高的分辨率。
•光谱分析：全息光栅可以通过分析光的干涉和衍射效应来分析样品的光谱特性。
通过将样品的光场信息记录在全息光栅上，并使用适当的光学元件解调，可以实现高分辨率的光谱分析。
全息光栅
体积相位全息光栅体位相型光栅因衍射效率高、无鬼线、低散射的特点，已广泛应用于天体光谱学、超快压缩脉冲的核聚变控制、波分复用等技术领域之中。
20 世纪90 年代末，在美国国家科学基金（NSF）资助下，凯撒（Kaiser）公司和美国国家光学天文台（NOAO）率先用重铬酸盐明胶（DCG）为记录介质，研制出大型天文望远镜中所用的尺寸达100 mm 的体位相全息透射光栅。
此后，美国、加拿大和比利时等国又陆续研制了单片更大尺寸的光栅及采用拼接技术制成的尺寸可达500 mm～1000 mm 的体位相全息VPHG比普通刻蚀光栅优点在于：1.高衍射效率低噪声2.制作相对简单3.可以灵活的改变其线性频率VPHG缺点:对角度和光谱具有选择性，当入射角固定时光栅描述低折射率调制其有效波长范围很短。
VPHG在设计和制造时的主要性能参数为：衍射效率、光谱范围、角范围、偏振特性。
光栅作为重要的衍射光学元件，光线经光栅后的衍射角为入射角和介质折射率的函数，满足经典的光栅衍射方程，VPHG的衍射效率与入射角、衍射角有关，当这种关系满足布喇格条件时，VPHG的衍射效率最高，理论上接近100%。
1． VPHG 的衍射效率1.1 衍射效率与入射角和衍射角有关光线经过VPHG 时，遵守常用的光栅衍射方程：(sin sin )g i i im n λαβ=Λ+ g Λ表示光栅入射面处对应的条纹间隔 Λ表示干涉平行条纹的间距cos g φΛΛ= φ是光栅的倾斜角，即光栅法向和条纹面间的夹角VPHG 光栅在VPHG 光栅中，当用再现光入射至条纹面有 22αφβφ-=+关系时衍射效率最高 此时2α和2β都是在DCG 层中入射光和衍射光与光栅法向间的交角。
结合光栅的衍射方程可得 布喇格条件：222sin b m n λα=Λ 称为布拉格角，当具体入射光角度和波长不符合布喇格角时，衍射效率通常不高。
布喇格角是用VPHG 实现衍射的重要参量，它直接影响到衍射效率和带宽。
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第22卷第6期半 导 体 学 报V o l.22,N o.6 2001年6月CHIN ESE JOU R NA L O F SEM I CO N DU CT O RSJune ,2001*国家“863”高技术计划资助项目.2000-06-19收到,2000-08-22定稿○c 2001中国电子学会VCD 和DVD 用全息光栅衍射效率的分析*梁万国1 郑婉华1 谢敬辉2 梁恩主1 陈良惠1 李 卉1 刘 浩1(1中国科学院半导体研究所光电子器件国家工程研究中心,北京 100083)(2北京理工大学光电工程系,北京 100081)摘要:在V CD 和DV D 中由于使用了全息光学元件,全息光学读出头的元件数量比传统光头的元件数量少.分析了光盘信号探测、聚焦、循迹原理.推出了光栅衍射效率的一般计算公式,并给出了光栅沟槽形状为“方波”时光栅衍射效率的计算公式,由此计算出了V CD 和DV D 实用的全息光学元件的蚀刻深度.关键词:全息光学元件;光学读出头;衍射效率EEACC :4320J ;4270;4140中图分类号:O 438.1 文献标识码A 文章编号:0253-4177(2001)06-0784-041 序言八十年代末、九十年代初,夏普(SHARP)[1]、松下(M ATSU SHIT A )[2]等CD 唱机、CD -ROM 及其元器件的主要生产厂家先后研制出集成了或部分集成了半导体激光器(LD )、光电集成电路(集成有半导体光探测器PD 和放大电路)和全息光学元件(HOE )的混合集成元件,以满足对CD 和CD -ROM 提出的小型化、高速度的要求.96至97年以来,随着DV D 的出现和迅速发展,几家大公司在原有CD 用OEIC 的基础上,推出了几种不同形式的DVD 用OEIC ,甚至DVD /CD 兼容的OEIC 组件.从构成上看,这种OEIC 组件有的包括LD 、PD 、放大器和HOE,有的只包含上述部分元件.从集成方式上看,有两种典型方式.一种以夏普公司的产品为代表,另一种以松下公司的产品为代表.夏普公司的组件中,LD 与OPIC 分别安装在底座不同位置上,由带有玻璃窗口的管帽封装.在玻璃窗口上方,是一个全息光学元件.该全息光学元件由玻璃制成,在其上、下两面,分别刻有全息光栅,光栅由标准的光刻工艺制造.OPIC 采用硅双极工艺制造,PD 与放大电路实现单片集成.夏普公司此类组件已成系列,从用于CD/CD-ROM 到97年推出的用于2倍速DVD -ROM .其用于2倍速DVD 的组件响应频率大于20MHz .最近,该公司正在开发用于4倍速DVD 的OPIC .总之,经多方调查,DVD /CD 用OEIC 组件的开发与研制已成为实现DVD/CD 系统高速度、高可靠性、小型化的关键,因而也成为各商家竞争的焦点之一.本文研究各种沟槽形状光栅的衍射效率的计算方法.2 全息光学头的结构和探测原理2.1 全息激光头的结构图1为SHARP 公司生产的传统光学读出头和全息光学读出头的结构示意图[1].在图1(a)传统的光头中,由激光器(Laser Diode )发出的激光经光栅(Grating)衍射后分为0,±1,±2,…等衍射级,在光盘信号的读出、聚焦和循迹中,只用0,±1级衍射光(其它级的衍射光当杂散光处理),它们经分束镜(Beam -Splitter )反射后进入准直镜和物镜,经准直镜和物镜聚焦成很小的光斑入射到光盘上,经光盘反射后的诸光束再经准直镜、物镜后入射到分束镜上,经分束镜透射后入射到一凹面镜(ConcaveLens )上,最后诸光束入射到光电探测器(Pho to diode )上.在图1(b )所示的激光全息光学读出头中,由LD 发出的激光,经光栅衍射后分为0,±1,±2,…等衍射级,在光盘的读出、聚焦和循迹中,只用0,±1级衍射光,它们再入射到全息光学元件(Holog raphic Optical Elem ent,HOE)上,它的衍射光进入准直镜和物镜,经准直镜和物镜聚焦成很小的光斑入射到光盘上,然后再经过光盘反射后的诸光束经过物镜和准直镜后入射到HOE 上,它们经过H OE 衍射后产生实像,在该实像处放置光电探测器.图1 (a)传统的光头结构;(b)全息激光头结构F IG.1 (a )Str uctur e o f Co nventio nal O ptical Head ;(b )St ructure o f Holog raphic O ptical Head比较传统的光学读出头和激光全息光学读出头,显然激光全息光学读出头所用的光学元件的数量少,并且其体积也比传统的光学读出头的体积小,从而可以降低光头的成本和减小光头的体积.2.2 全息激光头的读出、聚焦和循迹原理图2所示为全息激光头的探测原理图,由LD 发出的激光,经Grating 衍射后分为0,±1,±2,…等衍射级,在光盘信号的读出、聚焦和循迹中,只用0,±1级衍射光,它们再入射到全息光学元件上,该HOE 是由条纹形状不同的两个HOE 级联而成具有分束和成像的功能,经它们透射后的光进入准直镜和物镜,经准直镜和物镜聚焦成很小的光斑入射到光盘上,然后再经过光盘反射后的诸光束经过物镜和准直镜后入射到HOE 上,反射回的0,±1级光经不同的HOE 衍射后产生不同的实像,经过精确计算后,使得诸实像分别位于D 1、D 2、D 3、D 4、D 5等阵列探测器上,经过探测器的光电转换后将光信号转化为电信号,分别表示为S 1、S 2、S 3、S 4、S 5.图2 全息激光头的探测原理FI G.2 Detecting Pr incple o f Ho log raphic Optical Head 探测到的读出信号为RF =S 2+S 3+S 4(1)聚焦信号为FES =S 2-S 3(2)如FES =0,则表示光斑刚好聚焦到所循迹的光盘轨迹上;如FES ≠0,则表示光斑未聚焦到光盘轨迹上.循迹信号为RES =S 1-S 5(3) 如RES=0,则表示光斑刚好达到所循迹的光盘轨迹上;如RES ≠0,则光斑偏离所循迹的光盘轨迹.根据FES 和RES 的大小和符号来决定伺服控制电路的动作.3 光栅衍射效率的计算薄光栅还是厚光栅由Q 因子决定[3],Q 因子定义如下Q =2P K d nT 2cos H(4)其中 K 是入射光的波长;d 是光栅的沟槽深度;n 是平均折射率;T 是光栅周期;H 是入射角.若Q n 1,则光栅为薄光栅,否则为厚光栅.785 6期梁万国等: V CD 和DV D 用全息光栅衍射效率的分析在VCD和DV D用的全息光栅中,一般K= 780nm(V CD)或650nm(DVD),d≈300nm,n≈1.5,T≈10L m,正入射时,H=0,则Q为10-4的数量级,所以可以把该光栅当作薄光栅处理.对于厚光栅衍射的处理,用耦合波理论[4]进行计算;对于薄光栅,用傅氏变换法进行夺目计算.下面用傅氏变换法计算光栅的衍射.由于沟槽(浮雕)形状为矩形的位相型浮雕光栅容易加工,所以在VCD和DVD光学度出头中常采用占空比为1∶1的矩形位相型浮雕光栅.讨论图3所示的具有矩形沟槽的浮雕光栅,图3(a)为浮雕位相光栅的位相分布<(x)曲线,其中<0表示从光栅的“陆地”和“沟槽”部分透过的光波的位相差.设光栅的沟槽深度为d,折射率为n,则有<0=2P K nd-2i P, i=0,1,2,…(5)图3 光栅沟槽形状为“方波”F IG.3 Gr ating with Rectangular P ro file 用振幅为E0的单色平面波正入射照明,则光栅出瞳处的复振幅分布如图3(b)所示,可表示为E(x)=E0T(1-e j<0)rect(2xT)ácomb(xT)(6) 它的Fraunhofer衍射可通过E(x)的傅里叶变换求出e(f x)=F.T.[E(x)] =E0(1-e j<02)∑∞i=-∞sin c(T f x2)D(f x-iT)(7)由(7)式可求出各级衍射光的复振幅和衍射效率.对于一级衍射,i=1,空间频率f x=1 T一级衍射复振幅为e1=E0(1-e j<02)sin c(12)=E02P(1-e j<02)(8) 一级衍射效率为G1=ûe1û2=ûE02P(1-e j<02)û2=2P2(1-co s<0)(9) 当<0=P时,可得最大一级衍射效率G1m=4P2= 40.53%.在光学读出头的应用中,采用玻璃基片上的光栅复制,要求G1=1/4,代入(9)式可得cos<0=8-P28=-0.2337(10) 由(5)式,可得出光栅的蚀刻深度d为d=Kn(i+0.7125)L m, i=0,1,2, (11) 对于VCD光学读出头,K=780nm,n=1.47,算出d i=(0.3781+0.5306i)L m(12)选i=0时的数据,即为0.3781L m.对于DVD光学读出头,如果K=650nm,n=1.47,算出d i=(0.3150+0.4422i)L m(13)选i=0时的数据,即为0.3150L m.本实验中采用折射率为1.47的玻璃进行光栅复制,复制深度分别为0.3150L m(对于DVD),实验得出的光栅AFM测量结果见图4、5所示.从图4、5可看出,光栅的周期为28L m,台面宽度为12L m,沟槽宽度为16L m,沟槽深度为0.3135L m,与设计的深度有点差别,这可以通过改变腐蚀液的浓度和腐蚀时间以达到精确控制腐蚀深度的目的.4 结论本文分析了光盘信号探测、聚焦、循迹原理.推出了光栅衍射效率的计算公式,并在沟槽形状为“方波”这种特殊情形时给出了光栅衍射效率的计算公式.分析表明,矩形沟槽的位相型浮雕光栅有多级输出,又有较高的衍射效率,加上沟槽(浮雕)形状为矩形的位相型浮雕光栅容易加工,故较适合VCD和DVD光头的应用.786半 导 体 学 报22卷 本实验中采用湿法和干法蚀刻方法加工沟槽(浮雕)形状为“方波”的光栅,并计算出了VCD 和DVD 实用的光栅的蚀刻深度.图4 光栅的AFM 分析图FIG.4 A FM A nalysis Diagr am for Gr ating 图5 光栅的立体图F IG.5 T hree-Space Diagr am for Gr ating参考文献[1] Naoki Fuku naga,M otoh iko Yamam oto et al .,IEEET ran sactions on Cons umer Electronics,1997,43(2):157—164.[2] Akio Yoshikaw a ,Hideyu ki Nak anis hi et al .,IEEETrans actions on Components,Packing ,and M anufactu ringTechn ology,1995,18(2):245—249.[3] R.M agnus son and T.K.Gaylord,J.Opt.S oc.Am.,1978,68(6):806—809.[4] R .M agnus son and T .K .Gaylord ,J .Opt .S oc .Am .,1978,68(6):809—815.Analysis of Diffraction Efficiency of the HolographicOptical Elements in VCD and DVD*LIA NG Wan -g uo 1,ZHENG Wan -hua 1,XIE Jing -hui 2,LIANG En -zhu 1,CHEN Liang -hui 1,LI Hui 1and LIU Hao1(1N ational E ngineering Researc h Center f or Op toelectronic Devices ,Institute ,of S emiconductorsT he Chinese A cademy of S ciences ,Beij ing 100083,China )(2Dep artment of O p toeletronic Eng ineer ing ,Beij ing Institute o f Tec hnology ,B eij ing 100081,China )Abstract :In V CD and D VD pick -up head sy stems ,t he number o f the optical elements in a holog raphic optical pick -up head is less t han that used in the co nv entio nal one due t o the applicat ion of holog raphic optical elements.T he pr inciples of the sig nals det ect ing,fo cusing and tr acking of t he o pt ical disk are analyzed.T he g ener al fomula s o f the diffr actio n efficiency for gr a -tings ar e deduced ,especia lly fo r the g ra tings w ith r ectangular r elief pr o file .T he useful depths betw een land and g r oo ve of t he g r atings used in V CD and DV D ar e also giv en .Key words :ho lo gr aphic o ptical element;o ptical pick-up head;diffr act ion efficiency EEACC :4320J ;4270;4140Article ID :0253-4177(2001)06-0784-04*Project S upported by National High Techn ology Res earch and Developm ent Program of C hina.Received 19J une 2000,revised manus cript received 22Augus t 2000○c 2001Th e Chinese Ins titu te of Electronics 787 6期梁万国等: V CD 和DV D 用全息光栅衍射效率的分析。