只读型光盘主要由CD，DVD和CD-ROM，DVD-ROM系列组成。光盘上的信息坑是预先刻录的。当低功率的激光束通过透明的基板到达镀有金属层信息坑时，反射光将被探测。由于探测的光盘轨迹台面与预刻录的信号不同，使我们得到“0”和“1”的二元信息。

图1 汇聚激光束在光盘坑和台面上读出的示意图

当读出光从坑表面反射时，由于坑的深度为1/4波长，与台面反射的光程差1/2波长的相位，因此干涉相消，使接收的光强度明显减弱，而在没有坑的台面反射较强，读出的信息就较强。这些信号经光电接收器整形后形成一串的高反射差的脉冲数据，这就是CD系列的读出原理。如图1所示。L是坑的宽度，I是入射光强，I₁、ф₁分别是台面反射光强和它的相位，I₂、ф_P分别是坑表面反射光强和它的相位，它们的相位差|I₁-I₂­|=λ/2。

图2 只读型光盘的读出示意图

图2是只读型光盘的读出示意图。在图中，半导体激光器具有良好的相干性和单色性，可以很容易地将激光束聚焦到波长量级，以探测预刻录光盘的信息。激光器输出波长越短，光束聚焦的光斑直径就越小，于是可探测高密度的预刻录光盘的信息。一般只读光盘的读出光斑的直径不大于光盘间道间距的尺寸。当连续输出的激光束扫描光盘上的信息坑时，反射的光束强度将按光盘上编码坑的数字信息调制。这些被调制的信息由探测器转换成被调制的光电流输出，其输出信号成高频（HF）信号。调制信号的有和无是很容易被探测的，而被编码信号呈现的高频和低频振幅分量的比应在0.3～0.7之间。

图3 只读型光盘的读出光路系统

在图3的只读光路中，半导体激光器经整形和准直后，输出平行的圆光束。圆光束经扩束后，将通过一个偏振分束器。这种偏振分束器可将任何偏振状态的光变成两束线偏振光，一束是透过的水平线偏振光（或垂直线偏振光），一束是反射的垂直线偏振光（或水平线偏振光）。当线偏振光通过与偏振轴成45°的1/4波片后，将变成圆偏振光入射到光盘上。而反射的圆偏振光再次通过1/4波片后，又变成线偏振光，但这时其偏振光振动方向改变了90°。于是返回到偏振分束器后，由于此偏振分束器的p光和s光强度的反射率比大于100，所以此光束几乎产生全反射，全部的反射光投向探测器。提高了信号接收的灵敏度，同时降低了返回光束对半导体激光器的影响。在这个读出光路中，由四象限组成的探测器读出信号，并进行调焦伺服（一般的伺服精度为1μm左右）。由二象限组成的探测器进行轨迹跟踪，其跟踪精度一般小于±1μm。

根据一次写入光盘材料的不同（如烧蚀型的金属薄膜、光吸收的有机染料薄膜、汽化的聚合物薄膜以及不可重写的相变和磁光材料等），有的要熔化，有的要扩散，使记录光点的形状和尺寸发生变化，因此写入的激光功率和方式是不同的。当写入坑的尺寸与读出所用激光波长相当时，它的读出光将形成衍射损失。图4中的I_p表示散射光强。

图4 汇聚光束在光盘坑上读出的示意图

CD-R的光学系统与CD的光学系统是一样的。不同的是半导体激光器的输出功率比较大，几mW到十mW不等。读出功率一般小于1mW。同时道跟踪是有预刻录槽，而不是像CD盘是预刻录信息坑。随着激光束被写入信号所调制，较高功率的激光会聚光斑在光盘介质上形成不可逆转的信息坑，而读出时则用较低功率的直流激光输出。如图5所示。

图5 CD-R系列的读写的示意图

DVD-R要求更小的写入光点，为了防止记录点的热扩散。在CD-R中连续写脉冲记录的长周期激光输出将变成多个短脉冲系列写输出。在一连串短脉冲前，有一个较宽脉冲引导。根据写入光点的长度，其脉冲宽度是1.20～1.25倍的时钟脉冲宽度不等。而读的激光输出则是直流信号，其输出工程小于1mW。如图6所示。

图6 CD-R系列的读写的示意图

可录型光盘的读写光路与只读型光盘的读写光路相似。为了写入信息，半导体激光器的最大输出功率比较大。同时，为了跟踪的需要，可录型光盘有预刻槽；而只读型光盘跟踪的是预刻录信息坑。另外，在可录型光盘读写系统中，也有由二象限组成探测器的两信号之和作信息输出，两信号之差作轨道跟踪。如图7所示。

图7 可录型光盘的读写光路系统

磁光可擦重写型光盘的写入一般是根据居里点原理。通常具有磁矫顽力的光盘记录层的居里点的温度是很高的（180～200℃），垂直盘表面的磁畴方向一般不受环境的影响。而在室温条件下，写入激光束加热某个磁畴，使其超过居里点温度时，磁畴方向将随着外界磁场方向的变化而变化。写入和擦除具有相同的原理。

图8 磁光盘信息的读出原理

而磁光可擦重写型光盘的读出是利用了克尔效应(Kerr effect)。在读出时，具有线偏振光的激光束照射某个磁畴时，其反射光的偏振方向将发生变化。随着磁畴方向的不同，反射光的偏振方向也不同。如图8所示，例如入射光束（I）水平偏振，当磁畴方向向下时，反射光束(I₁)顺时针旋转了一个角度；当磁畴方向向上时，反射光束(I_b)逆时针旋转了一个角度。通过偏振检测可以判读“0”和“I”的信号。

①光强调制的磁光盘读写技术。

在ISO标准的640MB磁光盘中采用光调制，在固定的外磁场作用下由激光束加热改变已存储在介质中的磁畴方向。在这种格式中，同一个盘上有不同的写入层和擦除层。当盘是新的时候，所有的磁擦除层都处在擦除的状态。低的激光功率引起写入层磁化擦除层，而高的激光功率将导致写入层去反转擦除层的极性，与外磁场的磁场方向一致，从而记录了一个信息。早期的磁光盘在重写的过程中，需要额外的擦除时间，即改变外磁场的磁场方向，先进行擦除，然后再把外磁场的磁场方向改回来，准备再次写入，从而降低了写的速度。而光强调制直接重写将使写的速度提高1/3。如图9所示。

图9 光强调制的磁光盘读写示意图

②磁场调制以及磁场和激光同步调制的直接重写技术。

图10 磁场调制的直接重写示意图

当激光功率为直流输出时，磁场调制可以实现直接重写记录。这是因为磁光盘一直处在居里点温度附近只要外界的磁场方向一改变，这一点的磁畴方向就发生改变。不需要先擦除后写人的过程，如图10所示。而当激光输出作为磁场调制的开关时，磁光读写性能得到了改善，如图11所示。在如此的直接重写记录下，当激光波长是680nm，物镜的数值孔径是0.5时，在道间距为1.15μm的磁光盘上进行记录，其记录点的尺寸为0.49µm，存储密度达1.15Gbit/in²。

图11 磁场和激光同步调制的直接重写示意图

磁光盘的读写光路系统见图12，磁光盘在读出时，激光束经衍射光栅和准直透镜后透过一系列光学元件。产生的线偏振光与磁光材料作用，其反射光将变成椭圆偏振光。并随着磁光盘上的磁畴方向不同，偏振轴的方向也不同。当它返回时，经过一个偏振分束棱镜3时，椭信号圆偏振光将被分解成二束互相垂直的线偏振光，它们的光强被探测器接收，并差分输出。输出的信号大小随磁畴方向的不同而变化。从而探测到“0”和“1”的信号。这里的衍射光栅是将激光束分成三束光，中间一束用于焦点伺服，另外二束用于轨道跟踪（图12中未画出）。

图12 磁光盘的读写光路系统

在写入时，光调制的激光器输出高功率能量，其光束经光学系统聚焦在磁光材料上，使温度超过居里温度。在外磁场的作用下，光盘上的磁畴方向随外磁场的方向改变而改变。

相位延迟器（波片）须要调整，使光学系统在中性的偏振与正交于它的偏振不大与2.5°。这时延迟器的位置称为中性位置。它可用于窄带信噪比的测量。偏振分束器3的p光和s光的强度反射率比大于100。

信号的输出通道，它读出了预刻录坑的信息；而信号的差输出通道，它读出了写入的磁光信息。线偏振光的方向平行于光盘槽的方向。

相变可擦重写型光盘有各种不同类型，如CD-RW、DVD-RW或DVD+RW等。当处于晶态的相变材料在高功率激光瞬间照射下将变成非晶态，这时它们变化前后的反射率（或折射率或颜色）是不同的。用一束低功率激光去读它，它可得到“0”和“1”的信号。根据不同的材料性能，用适当的功率和时间可使非晶态变回晶态，实现光盘的擦除功能。要产生材料的相变，与激光照射的强度和时间有关。当激光强度高，照射时间短时是“溅火”，而激光强度低，照射时间长时是“退火”，这时恢复到原来的晶态相位。图13是相变读出的示意图，当入射光I照射在晶态和非晶态的不同位置时，其反射光I₁和I_b的强度是不同的。

图13 相变读出的示意图

当激光束在相变材料的某小区域迅速高温加热冷却后会形成一个非晶态，类似于溅火。为了擦除恢复原来状态，需在一定的温度下慢慢地冷却，类似于退火。这是双脉冲重写的读写技术，写入的激光脉冲功率高，时间短；擦除的激光脉冲功率低，时间长。而读出时，必须用更低的激光功率主盘因它。如图14所示。

图14 双脉冲重写的读写示意图

合金在某个温度加热冷却后，都会变成非晶态。然而在更高的温度加热冷却后，将变成晶态。只要控制激光束加热的功率，就能实现晶态和非晶态的转换，这就是直接重写的读写技术。在这个技术中，写入的激光脉冲功率高，它可使相变介质的熔化温度大于600℃。擦除的激光脉冲功率低，其介质的热转化温度约180℃。而作用的时间(激光脉冲宽度)是一样，约为50ns左右，上升、下降沿时间小于10ns。短的激光记录脉冲将不产生热扩散。同样，读出时用更低的激光功率。如图15所示。

图15 直接重写的读写示意图

典型的可重写相变光盘读写系统的光路如图16所示。

在图16中，C1，C2，C3分别是信号输出、调焦伺服和轨道跟踪。其读写过程与上述的读写系统类似。

图16 相变光盘读写系统