Полупроводниковые лазеры в накопителях на оптических дисках часть 2

Для генерации лазерного луча могут быть использованы различные рабочие вещества, например, кристаллический или полупроводниковый материал, газ и др.. Самым распространенным типом лазера является твердотельный, или полупроводниковый, лазер, который состоит из двух полупроводниковых пластинок, отличающихся введенными в них примесями. Возбуждение такого лазера осуществляют пропусканием через него внешнего электрического тока, при этом место соединения двух пластинок излучает свет обычно в инфракрасной части спектра. Рабочий материал, используемый в полупроводниковых лазерах называется лазерным диодом, который может генерировать невидимый инфракрасный луч с максимальной выходной мощностью 5 милливатт опасной для зрения человека. Мощность излучения полупроводниковых лазеров лежит в пределах единиц милливатт (единичные лазерные диоды). Лазерный луч сильно сфокусирован и несколько миллионов фотонов почти одновременно попадают в одну и ту же точку, в которой концентрируется очень большая энергия. Нанесенный на лазер желтым цветом знак "CAUSION" ("предостережение") означает, что немедленное закрывание глаз защитит глаза от повреждения Нанесенный ня лазер красный знак "DANGER" ("опасно") предупреждает, что даже кратковременное попадание луча в глаза опасно.

Возможность генерации излучения с требуемой длиной волны достигается выбором или синтезом прямозонных полупроводников. Наиболее распространенным материалом для изготовления инжекционных лазеров является арсенид галлия и его соединения. С ростом температуры длина волны излучения лазеров периодически перескакивает в направлении более длинных волн. Это происходит в результате изменения показателя преломления материала лазера, а также с уменьшением ширины запрещенной зоны. Рассмотрим особенности применения полупроводниковых инжекционных лазеров в таких распространенных устройствах, как дисководы компакт-дисков. Упрощенная конструкция типичного оптического преобразователя, предназначенного для считывания информации с компакт-диска. В состав этого блока входит полупроводниковый (GaAs) инжекционный лазерный диод с длиной волны 0,78 мкм и мощностью 0,25...0,9 мВт, оптическая система с фотодетектором, монитор, фотодиод, а также исполнительные механизмы систем фокусировки и отслеживания дорожки записи: фокусирующая катушка и трекинг-катушка. В конструкциях оптических преобразователей конкретных фирм-производителей могут быть некоторые отличия.

Оптическая система работает следующим образом. Излучение от лазерного диода проходит через дифракционную решетку, которая расщепляет его на три луча:

а) один основной, который используется для считывания информации с CD и для фокусиров ки;

б) два боковых вспомогательных, которые ис пользуются для системы отслеживания дорожки записи.

Эти три луча передаются полупрозрачным зеркалом на линзу-коллиматор, которая преобразует три расходящиеся луча в параллельные. Отразившиеся от зеркальной призмы три параллельные луча фокусируются линзой объектива на поверхности диска. Отраженные от поверхности диска лучи проходят этот путь в обратном порядке: линза объектива, зеркальная призма, коллиматор, полупрозрачное зеркало, цилиндрическая линза и поступают на фотодетектор, который состоит обычно из шести фотодиодов. Фотодетектор преобразует световую энергию в электрическую, и на его выходе присутствует сигнал, несущий информацию, записанную на диске. С помощью транспортирующего механизма оптический преобразователь перемещается в пределах зоны записи от центра диска к его краю. Из-за вертикальных биений диска система фокусировки постоянно перемещает линзу объектива вверх-вниз, чтобы серии питов были в фокусе, система отслеживания дорожки записи управляет перемещением линзы объектива в горизонтальной плоскости. Данная конструкция, в которой используется три луча, на сегодняшний день является самой распространенной и называется трехлучевой. Рассмотрим основные элементы этого блока и цепи автоматического управления мощностью лазерного диода. Стабильное излучение лазерного диода LD возможно только при определенном рабочем токе, величина которого лежит в пределах 40-90 мА и может колебаться в пределах ±8 мА.

Превышение рабочего тока приводит к разрушению LD. Фирмы изготовители оптических преобразователей на этикетке с названием модели указывают рабочий ток LD. величина которого равна последнему трехзначному числу, деленному на величину сопротивления резистора (R10). стоящего в цепи эмиттера транзистора, управляющего мощностью излучения лазерного диода (величина сопротивления этого резистора обычно составляет 10... 12 Ом). Например, рабочий ток лазерного диода равен 504/R10 = 50.4 мА. где R10 = 10 Ом. Мощность излучения LD контролируется монитор-фотодиодом (MD) и поддерживается на постоянном уровне цепями автоматического управления мощностью - АРС. Часть излучения лазерного диода LD попадает на монитор-фотодиод, который преобразует его в электрический сигнал. При уменьшении мощности излучения LD уменьшается потенциал на инвертирующем входе операционного усилителя DA, что приводит увеличению коллекторного тока транзистора VT2. т.е. увеличению рабочего тока LD. При увеличении мощности излучения происходит обратный процесс. Транзистор VT2 называется лазер-драйвером.

Существует способ проверки рабочего тока лазерного диода, который заключается в измерении падения напряжения на резисторе, включенном в цепь эмиттера лазер-драйвер а. Зная сопротивление этого резистора, легко получить рабочий ток LD. Рекомендуется следующий порядок проведения проверки; выключить проигрыватель, подключить вольтметр мультиметра к эмиттерному резистору, включить проигрыватель в режим воспроизведения, снять показания вольтметра, затем выключить проигрыватель и отключить мультиметр. Касаться щупами измерительных приборов выводов лазерного диода не допускается. Не допускается также использование омметра в цепях LD. Многие активные элементы устройства восприимчивы к статическому электричеству, особенно это относится к полупроводниковым лазерам. Такие компоненты имеют название ESD (Electro Static Discharge). При работе с ними необходимо, чтобы рабочее место и жало паяльника были надежно заземлены. Кроме этого необходимо помнить, что полупроводниковые инжекционные лазеры очень критичны даже к кратковременным выбросам отрицательного напряжения и могут легко выйти из строя при небольших обратных напряжениях. В ряде устройств их даже шунтируют быстродействующими импульсными диодами, которые подключают параллельно.