Die Technologie entwickelt sich ständig weiter, und das gilt auch für die Art und Weise, wie Daten auf optischen Speichermedien wie CDs, DVDs und Blu-ray-Discs gespeichert werden. In diesem Artikel werden wir uns mit dem Mechanismus eines CD/DVD/Blu-ray Optical Pickup Units (OPU) befassen und wie wir ihn für biosensorische Anwendungen “hacken” können.
Die Black Box öffnen: Der OPU-Mechanismus
Der OPU ist das Herzstück eines CD/DVD/Blu-ray-Laufwerks und spielt eine entscheidende Rolle beim Lesen und Schreiben von Daten auf optischen Medien. Um den steigenden Datenanforderungen gerecht zu werden, müssen die Datenpits auf der gleichen 12-cm-Disc immer kleiner werden. Dafür wird ein Laser mit einer kürzeren Wellenlänge und einer höheren numerischen Apertur verwendet, um den Laser auf die nanoskaligen Datenpits zu fokussieren.
Der OPU verwendet einen polarisierten Laser, der bis zur Beugungsgrenze des Lichts fokussiert wird. Jedes Datenpit hat eine Tiefe von λ/4. Wenn der Laser das Pit trifft, kommt es zu einer destruktiven Interferenz und der OPU empfängt eine niedrige Reflektion, die dem digitalen Signal “0” entspricht. Wenn kein Pit getroffen wird, wird die höhere Intensitätsreflexion als digitales Signal “1” übersetzt.
Die Struktur eines typischen CD/DVD/Blu-ray OPU
Der OPU besteht aus mehreren Komponenten, einschließlich eines halbleiterbasierten Laserdiodenmoduls, eines Kollimators, eines polarisierten Strahlteilers, einer Objektivlinse und eines Fotodiodenintegrierten Schaltkreises (PDIC). Der Laserdiodenmodul wird innerhalb eines Frequenzbereichs von 300 bis 500 MHz moduliert, um die Laserkohärenz zu verringern. Ein Beugungsgitter teilt den Laserstrahl in drei Strahlen auf, um Datensignal-Feedbackkontrollsignale zu erzeugen.
Der Kollimator wird entlang der Richtung des Laserstrahls von einem Miniatur-Schrittmotor angetrieben und passt seine Position an, um die OPU-Fokussierentfernung präzise zu variieren. Die Objektivlinse verwendet eine asphärische und diffraktive optische Konstruktion, um den Laser auf die Beugungsgrenze des Lichts zu fokussieren.
Ein sprachspulenmotor ermöglicht die Fokussierung der Laser auf die Datenebene mit einem Betriebsbereich von 20 kHz für die Bewegung der Objektivlinse entlang der z-Achse (±1000 μm) und der x-Achse (±350 μm). Der PDIC besteht aus Strom-Vorverstärkern für Fotodioden, die die Laserpunkte überwachen und Signale liefern.
Die Möglichkeiten von CD/DVD/Blu-ray OPUs
CD/DVD/Blu-ray OPUs bieten eine Vielzahl von Funktionen und Größen, die sich für wissenschaftliche Forschungszwecke eignen. Von der Flexibilität bis zur Leistungsfähigkeit haben wir hier die wichtigsten Komponenten von zehn verschiedenen OPU-Typen zusammengefasst.
Insgesamt bieten CD/DVD/Blu-ray OPUs aufgrund ihrer Zusammensetzung und Funktionen eine spannende Basis für biosensorische Anwendungen. Durch das Verständnis des OPU-Mechanismus und das “Hacken” dieser Geräte können wir den Bereich der optischen Datenspeicherung weiter erforschen und neue Möglichkeiten für die Biosensorik erschließen.
Lassen Sie uns das Potenzial dieser Technologie ausschöpfen und die Welt der Biosensorik weiterentwickeln.
