近年来，对于光存储容量的需求越来越大，许多新的技术也随之涌现。进一步减小激光器波长，采用大数值孔径透镜是行之有效的方案，很容易在下一代光存储行业中得以应用。而多阶存储技术［1-3］的应用可以进一步增大光存储容量和数据传输率。目前，提出并设计了一种多阶蓝光存储系统，使用405nrn半导体激光器和数值孔径为0.95的物镜。其中使用GaN材料制作的波长405nm的蓝光半导体激光器，目前仅有日亚等极少数公司能够生产，但并不提供驱动芯片。因此，自行设计多阶读写驱动电路，是完成多阶蓝光存储系统的关键。

蓝光半导体激光器的多阶读写驱动电路通过ISA总线接口和计算机通讯，使用CPLD作为功率控制单元，可方便地进行脉冲调制和多功率写入控制。功率阶次和脉冲时间均可通过CPLD内部编程加以调节。在多阶蓝光存储系统中，可根据刻录材料，方便地进行实验参数调节，从而获得最佳刻录效果。实验中，采用额定功率为30mW，工作波长为405nrn的半导体激光器作为光源，使用自行设计的ISA驱动卡实现对激光器的8阶功率写入控制，在光致变色材料［4－5］盘片上实现至少8阶功率写入，并获得8阶信号；半导体激光器采用脉冲调制，写入时间可调，使用SM晶振时，最小写入时间达到125ns；电路工作稳定，输出功率变化率小于1％。

2 实验系统结构及工作原理

本实验系统使用波长为405nrn、功率为30mW的日亚蓝光半导体激光器（laser diode）作为光源，使用ISA总线接口与计算机通信，将功率数据和脉冲时间数据置入CPLD（复杂可编程逻辑器件）芯片，实现激光多阶功率写入控制和脉冲调制。其光路原理图如图1所示。

图1 多阶蓝光存储光学系统原理图

光致变色材料记录点（曝光点）的反射率与读点用于记录的曝光量之间有着一定的关系［1］［5］，反射率随着曝光量的增加而非线性增大，并趋于稳定。因此当激光器写入功率和写入时间变化时，盘片上各个记录点的反射率也随之变化，从而实现多阶存储。

图2 激光多阶功率写入控制模块框图

图2为激光多功率写入控制系统的系统框图。CPLD芯片采用Xilinx公司的 XC95144PQ100产品。在CPLD芯片内部构建一个计数器和一个功率阶次寄存器，可分别用于控制激光器的写入时间和输出的功率阶次。通过编程改变计数器和功率寄存器的位数，便可调节激光的最大写入功率阶次和最大写入时间。而通过改变晶振的频率，可以调节激光的最小写入脉冲时间。

该电路的工作流程如下：计算机获取当前写入位置信息符的功率阶次以及脉冲宽度，通过ISA总线接口将数据发送到CPLD芯片内；数据全部准备好后，计算机发送控制命令至CPLD芯片，CPLD芯片控制激光器多阶驱动模块进入数据写入状态，同时内部计数器开始计数；当计数器计数为零，即达到写入时间后，CPLD芯片控制激光器多阶驱动模块结束数据写入状态，使激光器输出功率为0，同时发送中断信号至计算机；计算机运行中断处理程序，获取新的写入位置信息符参数，并将其发送至CPLD芯片；如此循环，直至多阶盘片写入完成。盘片写入过程中，计算机对每个刻录信息符的参数都读出并进行检测，如果与预设信息符参数不符，则进入异常处理程序。

3 多阶驱动模块原理

与CPLD输出的多阶信号相对应，半导体激光器需要以不同的功率阶次进行工作。半导体激光器的工作功率由流过激光管的工作电流决定。额定工作电流范围内，工作电流大于阈值电流时，其值越大，其功率也就越大。因此，只需控制激光器的工作电流，使其以不同的工作电流工作，即可实现多功率写入。图3为不同温度下407nm波长半导体激光器的输出功率和工作电流对应曲线。

图3 输出功率——工作电流