CN1266261A - 光学头和光记录和/或再现装置 - Google Patents

光学头和光记录和/或再现装置 Download PDF

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Abstract

在使用整体浸没透镜作为物镜的光学头中,在返回光的光路中布置有其至少一个侧面形成为不平坦的光学上各向异性光学元件。提供该光学元件用于补偿包括在来自记录媒体之返回光中的极化光不均匀分布。

Description

光学头和光记录和/或再现装置
本发明涉及光学头和光记录和/或再现装置，尤其涉及适合于使用来自相对记录媒体配置之整体浸没透镜端面的隐失光的光学头，用于在和/从记录媒体上写和/或读信号，以及涉及使用该光学头的光记录和/或再现装置。
现参考图1，其示意地表示了作为记录媒体的磁光盘(此后将称为“MO盘”)的结构。数据在和/或从该磁光盘上磁光地写和/或读。MO盘常用标号100表示。如所示，MO盘100包括基片101，由SiN或类似材料制造的在基片101上形成的第一介质层102，由TbFeCo或类似材料制造的在第一介质层102上形成的磁性层103，由SiN或类似材料制造的在磁性层103上形成的第二介质层104，以及由Al或类似材料制造的在第二介质层104上形成的光反射层105。第一介质层102、磁性层103、第二介质层104和光反射层105共同形成磁光记录多层106(以后将称为“MO多层”)。MO多层薄膜106已形成在紫外可恢复树脂或类似材料的保护层107上。
MO盘100依照磁性层103的磁化方向其上已经写入了信号。对于在和/或从MO盘100上写和/或读信号，激光是从基片101辐射到MO多层106上的，如图1所示。
现在参考图2，其示意地表示了用于在上述MO盘100上写和/读信号的传统光学头的例子。注意，为了简化光学头的说明和解释，图2中没有示出用于聚焦伺服和跟踪伺服的光学系统。光学头通常用标号120表示。
为了借助图2所示光学头120来读MO盘100中记录的信号，激光从激光源121发射。其被引入准直透镜122和束分离器123，用以入射到物镜124。入射到物镜124上的激光已如图3所示被线性地极化。入射到物镜124上的激光通过物镜124被聚焦到MO盘100的MO多层106上。
聚焦在MO盘100的MO多层106上的光由MO多层106反射。此时，反射光在磁性层103的极化Kerr效应下的极化状态改变，正如图4和5所示。
注意，磁性层103的磁化方向由介质张量的非对角分量εxy表示。图4A表示磁性层103的介质张量，由下式(1-1)给出。图4B表示反射光的极化方向。 ϵ xx ϵ xy 0 - ϵ xy ϵ xx 0 0 0 ϵ xx … … … … … … … … … … … … … ( 1 - 1 )
图5A表示磁性层103的介质张量，其磁化方向与图4A所示的相反，由下式(1-2)给出。图5B表示反射光的极化方向。 ϵ xx - ϵ xy 0 ϵ xy ϵ xx 0 0 0 ϵ xx … … … … … … … … … … … ( 1 - 2 )
正如图4和5所示，从MO多层106到物镜124返回光的极化方向依赖于磁性层103磁化方向而改变。正如图2所示，返回光穿过物镜124增益并入射到束分离器123，该束分离器反射因此将被去除的返回光。
由束分离器123反射和去除的返回光首先入射到半波长板125，通过它，返回光的极化方向旋转45度，如图6所示。注意，图6表示在图5所示磁性层103之极化Kerr效应下已经顺时针旋转的极化方向。
接着，返回光入射到极化束分离器126上，其将返回光分离成二个极化分量，它们的极化方向是相互正交的。已经透过极化束分离器126的极化分量将由第一光检测器127检测，同时已经由极化束分离器126反射的极化分量将由第二光检测器128检测。
现在参考图7，其示出了极化光是如何由极化束分离器126分离的。入射到极化束分离器126上的光的极化状态是处于两种。一个是情况A，在极化方向按照磁性层103磁化方向逆时针如图7所示旋转过角度θK之后，该极化光返回；另一个是情况B，在极化方向按照磁性层103磁化方向顺时针旋转角度θK之后，该极化光返回。注意，在图7中，I-轴对应于透过极化束分离器126传送的极化分量，而J-轴对应于由极化束分离器126反射的极化分量。
特别是，透过极化束分离器126传送的光(即由第一光检测器127检测的光)是分别用标号A和B表示的在图7的I-轴上极化光束的投影，由极化束分离器126反射的光(即由第二光检测器128检测的光)是分别用标号A和B表示的在图7的J-轴上极化光束的投影。因此，在极化光束A的情况下，J＞I，而在极化光束B的情况下，J＜I。表示磁性层103之磁化方向的磁光信号(此后将称为“MO信号”)是以在由第一光检测器127检测的极化光强度和由第二光检测器128检测的极化光强度之间的差值(|I|2-|J|2)检测的。
在磁光盘系统中，通过聚焦激光束能够有效地增加记录密度，该激光束通过物镜用于写和/或读信号，物镜具有较大的数值孔径(NA)，使得由物镜聚焦的光点有较小的直径，并因此有较高的分辨率。
由物镜聚焦的光点直径通常表达为λ/NA，λ是用于写和/或读的激光波长，NA是物镜的数值孔径。而且，物镜的数值孔径(NA)表达为n·sin θ，n是媒质的折射率，θ是入射到物镜上周边光的角度。因此，当媒质是空气(即n＝1)时，物镜的NA不能超过1。
对于大于1的NA，已经提出了其中整体浸没透镜(此后称作“SIL”)用作为物镜的光学头。SIL相对MO盘在它们之间具有空间支撑，该空间小于用于在和/或从MO盘上读和/或写信号的光波长。适用使用SIL的光学头，使得准直光束入射到SIL上并且入射光束的大部分全部在SIL的端面处反射。从SIL端面泄漏的损耗光用作在和/或从MO盘上写和/或读信号。如果这里SIL使用了其折射率是n＞1的媒质，则NA能够做成大于1。
注意，在使用SIL的光学头中，准直光束入射到SIL上，使得入射光束的大部分全部在正如上述的SIL端面处反射和从SIL端面泄漏的损耗光到达MO盘。因此，入射到SIL上之准直光束的中心光和周边光将以不同角度分别入射到MO盘。在MO盘上中心光线的角度与周边光的角度是极大的不同。
当SIL用于光学头时，光学上希望SIL和MO盘之间不应存在没有空间。然而，由于在MO盘上写和/或读信号期间MO盘要被驱动以极高速度旋转，因此在SIL和MO盘之间应有一定的空间。但是，从SIL端面泄漏的损耗光随着其远离SIL端面将指数地衰减。因此，为了使损耗光充分地到达MO盘，SIL和MO盘之间的空间不得不比用于在和/或从MO盘上写和/或读信号的光波长要充分地窄。
由于前述原因，在SIL用于光学头中的情况下，在SIL和盘之间不可避免地提供有空气层，其厚度小于用于在和/或从MO盘上写和/或读信号的光的波长。因此，可以认为相对SIL有多层光学薄膜，其包括空气层和MO多层。即在SIL上的入射光由包括MO多层和空气层的多层光学薄膜反射。
通常，当入射光由包括空气层的多层光学薄膜反射时，反射光的相差和反射率将依赖于入射光的极化方向、入射角等变化。因此，在使用SIL作为物镜的光学头中，从包括空气层的多层光学薄膜通过反射返回的光在极化时将不均匀地分布。极化束的不均匀分布将引起信噪比(SNR)变坏，尤其当对于MO信号是通过返回光极化方向的检测来检测情况下MO信号是从多层光学薄膜通过反射检测时更是如此。
正如前述，尽管采用的SIL允许在光学头中使用具有较大NA的物镜，但产生了新的问题，即从包括空气层的多层光学薄膜上由反射返回的光当极化时将不均匀地分布。
因此，本发明目的是克服现有技术的上述缺陷，提供了使用整体(solid)浸没透镜作为物镜的光学头，其能够通过补偿极化光的上述不均匀分布而检测来自从记录媒体因反射返回之光的优质信号。本发明另一目的是提供使用该光学头的光记录和/或再现装置。
上述目的是通过提供包括根据本发明之光学头实现的：
整体浸没透镜相对记录媒体并在它们之间有一空间放置支撑，该空间小于用于在和/或从记录媒体进行写和/或读信号之光的波长，来自整体浸没透镜端面的耗散光用于在和/或从记录媒体上写和/或读信号；和
光学上各向异性的光学元件在至少其一个侧面上形成为不平展的并放置在用于在和/或从记录媒体进行写和/或读信号的光的光通路上。
其它目的能够通过提供使用在和/或从记录媒体上写和/或读信号的光学头的光记录和/或再现装置来实现，该光学头包括根据本发明：
整体浸没透镜相对记录媒体并在它们之间有一空间放置支撑，该空间小于用于在和/或从记录媒体上写和/或读信号之光的波长，来自整体浸没透镜端面的耗散光用于在和/或从记录媒体写和/或读信号；和
光学上各向异性的光学元件在其至少一个侧面上形成为不平展的且布置在用于在和/或从记录媒体上写和/或读信号的光的光通路上。
在根据本发明的上述光学头和记录和/或再现装置中，在和/或从记录媒体上写和/或读信号期间，包括在从记录媒体由反射返回光中之极化光的不均匀分布能够由该光学元件补偿。因此，根据本发明，采用整体浸没透镜并且通过补偿极化光的不均匀分布从来自记录媒体的返回光中能够检测优质信号。
从下面结合附图并对本发明优选实施例的详细说明中将更清楚本发明的上述和其它目的、特征及优点。
图1表示传统磁光盘的例子；
图2表示传统光学头的例子；
图3表示在图2所示光学头的物镜上入射光的极化方向；
图4表示来自磁光盘MO多层之反射光极化状态是如何根据磁性层极化Kerr效应变化的，
图5表示来自磁光盘MO多层之反射光极化状态是如何根据磁性层极化Kerr效应变化的；
图6表示返回光的极化方向，当该返回光通过图2光学头中半波长片时其极化方向已经旋转了45度；
图7表示检测磁光信号的原理；
图8表示整体浸没透镜的例子，以及磁光盘的例子；
图9表示使用整体浸没透镜之传统光学头例子的结构；
图10表示以一角度倾斜入射到包括空气层和MO多层之多层光学薄膜上的光，以及来自多层光学薄膜的反射光；
图11定义了第一透镜上的坐标；
图12示意地表示了入射激光的极化状态；
图13表示在多层光学薄膜上入射的入射激光之S极化分量的极化方向；
图14表示了在多层光学薄膜上入射的入射激光之P极化分量的极化方向；
图15表示了在多层光学薄膜上入射的且已进行Kerr旋转之激光的S极化分量返回光的极化方向；
图16表示了在多层光学薄膜上入射的且已进行Kerr旋转之激光的P极化分量返回光的极化方向；
图17表示在多层光学薄膜上入射的且已进行Kerr旋转之激光返回光的极化方向；
图18通过例子表示整体浸没透镜和多层光学薄膜所要求的规格；
图19表示当整体浸没透镜和多层光学薄膜构造成满足图18限定的要求时返回光束中光的MO检测量在X和Y轴上的分布；
图20表示当整体浸没透镜和多层光学薄膜构造成满足图18限定的要求时返回光束中光的MO检测量的所有返回光束中的分布；
图21表示当整体浸没透镜和MO多层光学薄膜相互接触时返回光束中光的MO检测量在X和Y轴上的分布；
图22表示当整体浸没透镜和MO多层光学薄膜相互接触时返回光束中光的MO检测量的所有返回光束中的分布；
图23表示当整体浸没透镜和多层光学薄膜构造成满足图18限定的要求时返回光束中相差在X和Y轴上的分布；
图24表示在图23所示使用二次曲面(quadric)之相差补偿的例子；
图25表示当相差已按图24补偿时返回光束中光的MO检测量在X和Y轴的分布；
图26表示当相差已按图24补偿时返回光束中光的MO检测量的全部返回光束中的分布；
图27表示根据本发明的光学头实施例的构造；
图28表示用在图27所示光学头中的光学上各向异性之光学元件的例子；
图29表示倾斜穿过平行板的光学上各向异性光学元件之光的相差；
图30还解释倾斜穿过平行板的光学上各向异性光学元件之光的相差；
图31表示穿过平行板的光学上各向异性光学元件之光的相差在X和Y轴上的分布；
图32表示返回光总相差在X和Y轴上的分布，该返回光已经具有图23所示相差并穿过光学上各向异性光学元件，因而具有图31所示的相差；
图33解释倾斜地穿过其光入射面形成为球面的光学上各向异性光学元件之光的相差；
图34还解释倾斜地穿过其光入射面形成为球面的光学上各向异性光学元件之光的相差；
图35表示穿过其光入射面形成为球面的光学上各向异性光学元件之光的相差在X轴和Y轴上的分布；
图36表示其光入射面和光出射面都形成为球面之光学上各向异性光学元件的例子；
图37表示其光入射面形成为球面的光学上各向异性光学元件的例子；
图38表示分别沿X和Y轴由点画形成的曲线，其为图37所示光学上各向异性光学元件的光入射面的形状；
图39表示根据本发明之光学头另一实施例的构造；
图40通过例子表示整体浸没透镜和多层光学薄膜所要求的规格；
图41表示当整体浸没透镜和多层光学薄膜构造成满足图40限定的要求但不使用光学上各向异性光学元件时返回光中相差在X和Y轴上的分布；
图42表示当整体浸没透镜和多层光学薄膜构造成满足图40限定的要求但不使用光学上各向异性光学元件时返回光束中光的MO检测量在X和Y轴上的分布；
图43表示当整体浸没透镜和多层光学薄膜构造成满足图40限定的要求又使用光学上各向异性光学元件时返回光束中相差在X和Y轴上的分布；
图44表示当整体浸没透镜和多层光学薄膜构造成满足图40限定的要求又使用光学上各向异性光学元件时返回光束中光的MO检测量在X和Y轴上的分布；
图45表示根据本发明之光学头另一实施例的构造；
图46表示根据本发明之光记录和/或再现装置实施例的构造。
在说明本发明实施例之前，下面先解释其中使用了整体浸没透镜用以在和/或从磁光盘上写和/或读信号但其并非根据本发明构造的光学头。
现在参考图8，其放大地表示了用在光学头的整体浸没透镜，用于在和/或从磁光盘上读和/或写信号。整体浸没透镜和磁光盘通常分别用标号1和2表示。在整体浸没透镜(下面称作“SIL”)1用在光学头中的情况下，其设置在磁光盘(此后称作“MO盘”)的对面，它们之间有窄的空隙，如图8所示。该空隙小于用于在和/或从MO盘2上写和/或读信号的光波长。如图8所示，MO盘2包括基片8，以及包括在基片8上由Al或类似材料形成的光反射层3的磁光多层7，在光反射层3上由SiN或类似材料形成的第一介质层4，在第一介质层4上由TbFeCo或类似材料形成的磁性层5，和在磁性层5上由SiN或类似材料形成的第二介质层6。在图8所示的MO盘2中，磁光多层(以后称作“MO多层”)7在其上没有形成保护层以使MO多层7和SIL1之间的空间最小化，并且光将从MO多层7入射到MO盘2上。
如图8所示，在SIL用于光学头中的情况下，在SIL1和MO盘2之间将不可避免地提供有空气层9，其厚度小于用于在和/或从MO盘2上写和/或读信号的光波长。因此，可以认为MO盘2具有对着SIL1的多层光学薄膜，并且其包括空气层9和MO多层7。因此，在下述说明中，空气层9和MO多层7将整体地称作为“多层光学薄膜”。
SIL1具有通常形成为球面的光入射表面10。因此，以一角度通过空气入射到SIL1上的光以相同角方向透过SIL1。如果SIL1具有n＞1的折射率，则能够具有大于1的数值孔径NA(＝n·sinθ)，即使边缘光以小于90度的θ角入射在SIL1上也是如此。
现在参考图9，其示意地表示了使用SIL1作为物镜之常规光学头的例子。注意，为了简化对光学头的说明和解释，图9没有示出用于聚焦伺服和跟踪伺服的光学系统。光学头一般用标号20表示。
除了使用二块SIL1作为物镜之外，光学头20的构成类似于图2所示的光学头120。为了利用光学头20读记录在MO盘2的信号，激光从激光源22发射并通过准直透镜23和束分离器24引导到入射在物镜25上。
物镜25包括会聚已经透过束分离器24之激光的第一透镜26和相对MO盘2配置的SIL1。因此，入射在物镜25上的激光首先由第一透镜26会聚然后入射到SIL1上，因此聚焦在或者近似地在SIL1的端面。
在SIL1端面上或接近该端面聚焦的入射激光由多层光学薄膜反射。确切地说，大部分入射激光全部在SIL1端面处反射，而一部分入射激光到达MO盘2的MO多层7作为来自SIL1端面的耗散光。该部分入射激光因此由MO多层7反射。
从多层光学薄膜经反射返回的光在极化状态上发生变化，其依赖于在形成一部分MO多层7之磁性层5极化Kerr效应下磁性层5的磁化方向。返回光穿过SIL1和第一透镜26并入射到束分离器24，在这里其将被反射和取出。
由束分离器24反射并因此取出的返回光通过半波长片27被引导入射到极化束分离器28，在这里它将被分成其极化方向相互正交的二束极化分量。
对于由极化束分离器28分离的极化分量，已经透过极化束分离器28的极化分量由第一光检测器29检测，而由极化束分离器28反射的另一极化分量由第二光检测器30检测。代表磁性层5之磁化方向的磁光信号是以由第一光检测器29检测的极化光强度和由第二光检测器30检测的极化光强度之间的差(|I|2-|J|2)来检测的。
接着，从多层光学薄膜到第一透镜26由反射返回的光光学地分布在前述光学头20中，正如下面将要说明的。
为了确定返回光的光学分布，必须首先计算由倾斜一角度入射在多层光学薄膜上的光所导致的反射光。多层光学薄膜包括磁性层5，其磁化强度由具有下式(2-1)或(2-2)给出之非对角分量的介质张量表示： ϵ xx ϵ xy 0 - ϵ xy ϵ xx 0 0 0 ϵ xx … … … … … … … … … … … … ( 2 - 1 ) ϵ xx - ϵ xy 0 ϵ xy ϵ xx 0 0 0 ϵ xx … … … … … … … … … … … … ( 2 - 2 )
现在参考图10，其表示了以一角度倾斜入射在由空气层和MO多层构成的多层光学薄膜上的光和来自多层光学薄膜的反射光。如图10所示，由以一角度倾斜入射在多层光学薄膜的光产生的反射光不仅包括来自P极化入射分量由反射产生的P极化反射光和来自S极化入射分量由反射产生的S极化反射光，而且包括来自P极化入射分量由反射产生的S极化反射光和来自S极化入射分量由反射产生的P极化反射光。
这里假设，当反射P极化入射分量时，P极化入射分量的反射率是rPP，S极化反射分量的反射率是rPS。还假设，当反射S极化入射分量时，P极化反射分量的反射率是rSP，S极化反射分量的反射率是rSS。考虑到上述种类的反射率，多层光学薄膜的反射率能由下式(2-3)给出的矩阵表示。注意该矩阵适用于使用SIL1的光学系统。在这种情况下，rSP≈rPS。 r ss r sp r ps r pp … … … … … … … … … … … ( 2 - 3 )
注意计算这类反射率的方法可详细参考例如M.Mansuripur的文章：“Analysis of Multilayer thin-film structures containing magneto-optic and anisotropicmedium at oblique incidence using 2*2 matrices”，J.Appl.Phys.67，(1990)。
接着，计算在第一透镜26上的返回光的分布。图11定义了在第一透镜26上的坐标。计算图11表示的x-y坐标上返回光的分布。
图12示意地表示入射激光的极化状态。假设在多层光学薄膜上的入射激光在图12所示的光束中是均匀线性极化光，该入射激光由下式给出： E x i E y i = 0 1 … … … … … … … … … … … … ( 2 - 4 ) 这里Ex i是X轴方向入射激光的电场分量，Ey i是y轴方向入射激光的电场分量。
图13表示在多层光学薄膜上入射的入射激光S极化分量的极化方向，图14表示在多层光学薄膜上入射的入射激光P极化分量的极化方向。而且，图15表示入射在多层光学薄膜上并已进行Kerr旋转之激光S极化分量返回光的极化方向，图16表示入射在多层光学薄膜上并已进行Kerr旋转之激光P极化分量返回光的极化方向。而且，图17表示来源于图15和16所示极化方向之合成的极化方向(即：入射在多层光学薄膜和已进行Kerr旋转之激光返回光的极化方向)。正如这些图中所示，当入射激光由多层光学薄膜反射时，极化状态改变。
为确定极化状态因此已经改变之返回光x-y坐标上的分布，入射激光应当关于多层光学薄膜被分离成S极化分量和P极化分量，它们应由式(2-3)给出的反射率相乘，然后再表示在x-y轴上。这能由下述数学式(2-5)给出。 E x o E y o = cos φ sin φ - sin φ cos φ r SS - r SP r PS r PP cos φ - sin φ sin φ cos φ E x i E y i … … … … … ( 2 - 5 ) 这里Ex o是X轴方向返回光的电场分量，Ey o是y轴方向返回光的电场分量。
因此，从多层光学薄膜到第一透镜26由反射返回的光分布由下式(2-6)给出： E x o E y o = cos φ sin φ · ( r pp - r ss ) cos 2 φ · r ps - sin 2 φ · r sp cos 2 φ · r ss + sin 2 φ · r pp + cos φ sin φ · ( r sp + r ps ) … … … … ( 2 - 6 )
正如前述，返回光由束分离器24反射并取出，然后通过半波片27入射到极化束分离器28上。然后，返回光由极化束分离器28分离成二个极化分量，其极化方向为相互正交。一个极化分量由第一光检测器29检测，另一个由第二光检测器30检测。表示磁性层5之磁化方向的磁光信号(下面称作“MO信号”)是检测由第一光检测器29检测的极化分量强度和由第二光检测器30检测的极化分量强度之间的差值(下面称作“光的MO检测量”)。
当光的MO检测量表达为“MO”时，其由下式(2-7)给出。MO＝4·Re((cos2φ·rss+sin2φ·rpp)*(cosφ·sinφ·(rpp-rss)+rps))........(2-7)这里Re是实部分，*表示复共轭。这里假设rps等于-rPS。
注意，磁性层5的磁化方向是以在当磁性层5向上磁化时获得的光的MO检测量和当磁性层5向下磁化时获得的光的MO检测量之间的差值为基础检测的。在其中磁性层5被磁化的方向是以光的MO检测量为基础检测的情况下，希望光的MO检测量应当大些并且光的MO检测量应当均匀地分布在整个返回光束中。接着，说明光的MO检测量的分布。
首先，在假设SIL的数值孔径NA为1.5且SIL1和MO多层7之间空气层9是100nm厚下说明返回光束中光的MO检测量之分布的计算结果。
现在参考图18，通过例子其表示了SIL1和MO多层7的要求规格。正如所示，这里假设SIL1具有n＝2.0的折射率，SIL1和MO多层7之间的空气层9为前述的100nm厚度，第二介质层6由折射率n＝2.0的SiN形成并具有60nm的厚度，磁性层5为20nm厚，介质张量分量分别为εxx＝-4.063+15.44i及εxy＝0.2337-0.08722i，第一介质层4由折射率n＝2.0的SiN形成并具有30nm的厚度，光反射层3由复折射率n＝1.1+3.4i的Al形成并具有140nm的厚度，以及基片8具有n＝1.5的折射率并且与光波长相比具有足够大的厚度。
图19表示当SIL1和多层光学薄膜构成满足上述和图18中的要求时，返回光束中光的MO检测量之图11中x和y轴上分布的计算结果。图20表示当SIL1和多层光学薄膜构造成满足上述和图18中的要求时，返回光中光的MO检测量之整个返回光束中分布的计算结果。
注意在后面要涉及的图19和图21，23，24，25，31，32，35，41，42，43和44中，水平轴表示角度，在此会聚在SIL1内部的光入射到多层光学薄膜上(此后称作“SIL内入射角”)。即沿着水平轴的0度值对应于SIL1光轴上的光，沿着水平轴的大值对应于远离光轴的周边光。在这些图中还应注意，标号“口”表示沿图11X轴分布的计算结果，“O”表示沿图11y轴分布的计算结果。
正如从图19和20可见的，SIL1和MO多层7之间的空气层9引起光的MO检测量以极大的不均匀性来分布。在返回光的中心，光的MO检测量接近为零。为了与图19和20所示光的MO检测量的分布相比较，图21和22表示了当SIL1和MO多层7相互接触(没有提供空气层9)时返回光束中光的MO检测量之x和y轴上分布的计算结果。正如从图21和22所见，当没有提供空气层9时，光的MO检测量总的大些并通常均匀的分布。
从图19和20与图21和22的比较中可见，SIL1和MO多层7之间的空气层9引起光的MO检测量较小和具有较大不均匀性分布。SIL1和MO多层7之间的空气层9的存在变坏了SNR，借助它，从MO盘2检测MO信号。
由于光的MO检测量由式(2-7)给出，当φ＝0度时MO＝Re(rss *·rsp)，当φ＝90度时MO＝Re(rpp *·rps)。因此，光的MO检测量分别依赖于rss *·rsp和rpp *·rps的相差，并根据cosφ而变坏。因此，当rss *·rsp和rpp *·rps之间的相差较大时，光的MO检测量较小。如果rss *·rsp和rpp *·rps的相差分别依赖于SIL内入射角变化，则光的MO检测量的分布将变得不均匀。
当φ＝0度时，rss *·rsp的相差是x轴上的相差。因此，该rss *·rsp的相差以后将称作“Ψx”。另外，当φ＝90度时，rpp *·rps的相差是y轴上的相差。因此，该rpp *·rps的相差以后将称作“Ψy”。
图23表示相差Ψx和Ψy与SIL内入射角之间的关系，其是在图18所示的条件下计算的。正如图23所示，相差Ψx和Ψy极大地依赖于SIL内入射角而变化。光的MO检测量的不均匀性是由相差Ψx和Ψy极大地依赖于SIL内入射角而变化的事实引起的。因此，通过补偿相差Ψx和Ψy以使其不发生大的变化，有可能减小光的MO检测量之分布的不均匀性。
图24表示已经被补偿二次曲面之相差Ψx和Ψy补偿的例子。图25表示当相差已被补偿为图24中时返回光束中光的MO检测量之图11中x和y轴上分布的计算结果。图26表示当相差已被补偿为图24中时返回光束中光的MO检测量之整个返回光束中分布的计算结果。
正如从图24到26中可见，接近常数与SIL内入射角无关的相差Ψx和Ψy的补偿允许增加光的MO检测量和减少光的MO检测量之分布的不均匀性。
为了实现上述补偿，光学上各向异性光学元件配置在根据本发明之光学头的光路中。其中通过布置在根据本发明之光路中的光学元件能够进行上述补偿的光学头将在下面进一步说明。注意，光学上各向异性光学元件可以是光学晶体片。
现在参考图27，其示意地表示了根据本发明之光学头的实施例。注意，为了简化对光学头的说明和解释，图27中没有示出用于聚焦伺服和跟踪伺服的光学系统。光学头通常用标号40表示。
除了在光学头40的光路中设置光学上各向异性光学元件41用于实现前述补偿之外，光学头40构造成类似于图9所示的光学头20。为了利用光学头40读记录在MO盘2中的信号，线性极化的激光从激光源42中发射出并通过第一准直透镜43和束分离器44被引导入射到物镜45。物镜45由会聚透过束分离器44之激光束的第一透镜46和相对MO盘2配置的整体浸没透镜(以后也称作“SIL”)构成。因此，在物镜45上入射的激光由第一透镜46会聚，然后入射到SIL47上，通过它，入射激光被聚焦在SIL47端面上或在其附近。
在SIL47端面上或附近聚焦的入射激光被多层光学薄膜反射。确切地说，大部分入射激光全部被SIL47端面反射，一部分入射激光作为从SIL47端面泄漏的耗散光到达MO盘2的MO多层7。该部分入射激光被MO多层7反射。
来自多层光学薄膜由反射返回的光在极化状态中发生变化，其依赖于在磁性层5的极化Kerr效应下形成MO多层7的磁性层5之磁化方向。返回光由SIL47和第一透镜46引导入射到束分离器44，然后由束分离器44反射。因此取出了返回光。
由束分离器44反射和取出的返回光由第二准直透镜48会聚，并由光学元件41和半波片49引导入射到极化束分离器50上，该极化束分离器50将返回光分离成二个极化分量，基极化方向相互正交。
由极化束分离器50分离的极化分量中，已由束分离器50透射的一个极化分量通过第一光检测器51检测，而由束分离器50反射的另一个通过第二光检测器52检测。表示磁性层5之磁化方向的磁光信号(此后称作“MO信号)是以由第一光检测器51检测的极化光分量的强度和由第二光检测器52检测的极化光分量的强度之间的差值(|I|2-|J|2)来检测的。
在光学头40中，前述补偿是通过布置在返回光之光路中的光学上各向异性光学元件41完成的。图28表示用作图27所示光学头40中之例子的光学上各向异性光学元件41。正如所示，光学元件41具有光入射其上的球形表面41和入射光从此射出的平坦表面41b。与入射在光学元件41上之返回光的波长λ相比，光学元件41足够厚，使得不会发生因在光学元件41中多个反射导致的干扰。
象图28中那样定义x，y和z轴。x和y轴对应于图11中的x和y轴。z轴对应于返回光的光学轴。还假设光学元件41的x轴折射系数是nx，y轴折射系数是ny，及z轴折射系数是nz。光学元件41是单轴类型，并且其配置在返回光的光路中，配置方式使得nx不等于ny和任何一个nx和ny等于nz。入射在光学元件41上的返回光将作为沿着z轴的光束透过光学元件41。
下面将说明当返回光穿过光学元件41时发生的作用。第一，将说明由于入射在光学元件41上的返回光是会聚光的事实导致产生的作用，然后将说明由于光学元件41的光入射表面41a形成为球面的事实导致发生的作用。在下面的说明中，假设在光学元件41上入射光的波长是λ且光学元件41的中心厚度是t。光学元件41布置在返回光的光路中使得ny＝nz。
首先说明由于入射在光学元件41上之返回光是会聚的事实导致产生的作用。注意，尽管返回光是作为会聚光入射在光学元件41上，其可以作为发散光入射在光学元件41上。当然在后者情况下，当然将发生类似的作用。
图29和30表示由平行平坦光学晶体片做成的光学元件41A。现将考虑倾斜穿过光学元件41A的光要经过的相差。随着光进入光学元件41A内，其将以两个固有方向极化和以两个固有系数折射。当光以相对于图29所示的z轴在z-y平面上形成的θ角穿过光学元件41A时，极化的两个固有方向将是x和y轴方向。y轴固有折射系数是ny(＝nz)，而X轴固有折射系数Ne由下式(2-8)给出： n e = 1 cos 2 θ n x 2 + sin 2 θ n y 2 … … … … … … … ( 2 - 8 )
因此，当光以相对于图29所示的z轴在z-y平面上的θ角穿过光学元件41A时，在x轴极化光和y轴极化光之间由下式(2-9)给出的相差将为：
Figure A9912297500181
另一方面，当光以相对于图30所示的z轴在z-x平面上的θ角穿过光学元件41A时，极化的两个固有方向是x轴方向和y轴方向。y轴固有折射系数是ny，x轴固有折射系数是nx。
因此，当光以相对于图30所示的z轴在z-x平面上的θ角穿过光学元件41A时，在x轴极化光和y轴极化光之间将发生由下式(2-10)给出的相差Ψx。
Figure A9912297500182
如果角θ足够小，相差Ψy能够近似到下式(2-11)，而相差Ψx能够近似为下式(2-12)。注意在式(2-11)和(2-12)，nx-ny＝△n。
Figure A9912297500184
现在参考图31，通过例子，其表示相差在x和y轴上分布的计算结果，该相差属于穿过光学元件的光，当该光穿过光学元件41A时假设例如最大θ角为θmax＝14.5度，t＝332μm，λ＝633nm和Δn＝-0.01。注意，沿着图31水平轴表示的SIL内入射角正比于角度θ，并且当SIL内入射角约为50度时获得14.5度的最大角θmax。
当穿过光学元件41A时，返回光将经过图31所示的相差。因此，如图23所示返回光的相差Ψx和Ψy将按图32所示变化。
而且，在光学头40中使用的光学元件41中，返回光要经过由于在光学元件41上入射光是会聚光的事实所导致产生的作用，还要经过由于光学元件41的光入射表面41a是球面的事实所导致的另一作用。下面将考虑相差，该光倾斜穿过其光入射表面41a是球面的光学元件41，要经过如同图33和34所示的相差。
当球形光入射表面41a的曲率半径大时，图33和34中所示的点b和c之间的距离db，c近似正比于sin2θ。因此，点b和c之间的距离db，c可由下式(2-13)给出：
db，c＝d·sin2θ..........................................................(2-13)这里d是因数。
使用上述因数d，能够表示光倾斜穿过光学元件41的相差。即，由式(2-11)给出的当光相对于图33所示z轴在z-y平面上以角θ穿过光学元件41时产生的相差Ψy将经过由于光学元件41的光入射表面41a形成为球形的事实导致发生的作用，并且其由下式(2-14)给出：
而且，由式(2-12)给出的当光以相对于如图34所示z轴在z-x平面以θ角穿过光学元件41时产生的相差Ψx将经过由于光学元件41的光入射表面41a形成为球形的事实导致发生的作用，并且其由下式(2-15)给出：
Figure A9912297500192
现在参考图35，通过例子，其表示相差在x和y轴上分布的计算结果，其是当例如假设当光穿过光学元件41时的最大角度θ为θmax＝14.5度t＝332μm，λ＝633nm，Δn=0.01和d＝5.61μm时穿过光学元件的光。注意，沿图35中水平轴表示的SIL内入射角正比于角θ，并且当SIL内入射角约为50度时获得14.5度的最大角θmax。
当穿过光学元件41时，返回光将经过如图35中所示的相差。因此，返回光如图23中所示的相差Ψx和Ψy将类似于图24中所示的。因此，返回光光路中光学元件41的配置允许将整个返回光的相差Ψx和Ψy减小到接近于零。
由于整个返回光相差Ψx和Ψy因此将接近于零，光的MO检测量具有如图25和26中的高量级并均匀分布。即，即使在SIL47和MO盘2的MO多层7之间提供了空气层，光学头40将保证光的MO检测量等于没有提供空气层时的检测量，这归功于光学元件41。
正如前述，由于返回光光路中的光学元件41，根据本发明的光学头40能够保证即使在SIL47和MO盘2的MO多层7之间存在空气层时有检测自MO盘2的高质量和较好SNR(信噪比)的MO信号。
根据本发明，对返回光中产生之相差的SIL内入射角的相关依赖性是由改善所检测信号质量的光学上各向异性光学元件来补偿的。但是，光学元件变化的最优规格并不限于前述例子，但也依赖于多层光学薄膜的构成。
也就是说，光学上各向异性光学元件的光入射表面和光出射表面可形成为球面或者非球面，或者它们中之一个可以形成为非球面。光学元件的非平坦表面可以是凹的或凸的。而且，非平坦表面可以相对于光轴旋转对称地或非对称地成曲面。也就是说，光学元件的表面可以按希望自由地形成，只要它们形成为补偿返回光中产生的相差即可。
现在参考图36，其表示了光入射面和光出射面都形成为球面的光学上各向异性光学元件的例子。该光学元件通常用标号41B表示。正如所示，如果当光入射到点b上和从点a射出时光穿过光学元件41B的角度θ足够小的话，则点b和a之间的距离能近似为由从光学元件41B中心厚度减去点b和c之间距离与点a和点d之间距离的余下部分，如图36中所示。
而且，图37表示了其光入射面形成为非球面的光学上各向异性光学元件的例子。该光学元件通常用标号41c表示。光学元件41c具有形成非球面的光入射面。当x，y和z轴按图37中定义时，表面形状由下式(2-16)的函数f(x，y)给出：f(x，y)＝52.22x2+66.27x4-64.88x6-83.37y2
   +155.6y4-68.55y6   .........................  (2-16)这里每个因数都为μm。
图38表示分别沿x和y轴由点形成的曲线，其是图37中示出的光学上各向异性光学元件41c之光入射面的形状。图38中的坐标系是归一化的，使得光学元件41c之光入射面的中心位在(x，y，z)＝(0，0，0)，并且x和y两者将是在光学元件41c之光入射面上入射光束末端处的位置。
图39表示使用根据本发明之光学元件41c的光学头另一实例的结构。注意，图27中光学头40的相同元件用与图27中相同的标号来表示。图39中，光学头通常用标号60表示。
正如图39，除了不提供第二准直透镜48和光学元件41c具有非球面光入射面之外，光学头60的构成类似于图27所示的光学头40。由于在该光学头60中省略了第二准直透镜48，由束分离器44反射和取出的返回光作为平行光入射到光学元件41c上。
通过例子，图40表示了整体浸没透镜(SIL)47和多层光学薄膜的要求规格。正如图40所表示的，SIL47具有n＝2.0的折射系数。SIL47和MO多层7之间的空气层9是100nm厚，并且第二介质层6由折射系数n＝2.0的SiN形成，厚度为100nm。磁性层5为30nm厚，并具有εxx＝-4.063+15.44i和εxy＝0.2337-0.08722i的介质张量分量。第一介质层4由折射系数n＝2.0的SiN形成，厚度为60nm。光反射层3由复数折射系数n＝1.1+3.4i的Al形成，厚度为140nm。基片8具有n＝1.5的折射系数，并且与光波长相比具有足够大的厚度。另外，在光学元件41c中，中心厚度t＝323μm，λ＝633nm和Δn＝0.01。
图41和42表示当光学头60没有使用光学元件41c时相差和光的MO检测量的分布。图43和44表示当使用了光学元件41c时光的相差和MO检测量的分布。图41表示当不使用光学元件41c时X轴上的相差Ψx和y轴上的相差Ψy。图42表示当不使用光学元件41c时x轴上光的MO检测量和y轴上光的MO检测量。图43表示当使用光学元件41c时x轴上相差Ψx和y轴上相差Ψy。图44表示当使用了光学元件41c时x轴上光的MO检测量和y轴上光的MO检测量。
在不使用光学元件41c的情况下，相差Ψx和Ψy的变化极大地依赖于如图41所示SIL内入射角。因此，光的MO检测量的变化极大地依赖于SIL内入射角并且以极大的不均匀性分布，如图42所示。
相反，在使用光学元件41c的情况下，相差Ψx和Ψy接近于零，不依赖于SIL内入射角，如图43中所示。结果，光的MO检测量具有高的水平并且均匀地分布，不依赖于SIL内入射角，如图44中所示。
在光学头40和60中，在返回光被反射和取出的束分离器之光路下方中分别设置了光学元件41和41c。即，在光学头40和60中，光学元件41和41c做成仅对用于返回光的光学系统起作用。但是，根据本发明，光学元件可以配置在入射光和返回光两者公用的光路上。
图45表示光学头又一实施例的结构，其具有配置在用于入射光和返回光的公用光路中的光学上各向异性光学元件。图45中，与图27中相同的元件用图27光学头40中相同标号来表示。光学头通常用标号80表示。
正如图45所示，除了不提供第一和第二准直透镜43和48并且光学上各向异性光学元件41D被配置在束分离器44和物镜45之间之外，光学头80的构成类似于图27中的光学头40。
为了利用光学头80读出记录在MO盘2中的信号，线性极化激光从激光源42发射出并由束分离器44和光学元件41D引导入射到物镜45上。物镜45由会聚已经透过束分离器44之激光的第一透镜44和相对MO盘2配置的整体浸没透镜(SIL)47构成。入射到物镜45的激光首先由第一透镜46会聚然后入射到SIL47上。之后其聚焦在SIL的端面上或者其附近。
聚焦在SIL47端面上或其附近的入射激光由多层光学薄膜反射。尤其是，大部分入射激光在SIL47端面上全部被反射，同时一部分入射激光作为从SIL47端面泄漏的损耗光到达MO盘2的MO多层7并由MO多层7反射。
因此从多层光学薄膜经反射返回的光在极化状态上变化，其依赖于在磁性层5极化Kerr效应下形成MO多层7之磁性层5的磁化方向。然后，返回光被引过SIL47和第一透镜46以入射到光学元件41D。入射在光学元件41D上的返回光由第一透镜46会聚。光学元件41D补偿返回光相差对SIL内入射角的相关性。
具有依赖于SIL内入射角由光学元件41D补偿之相差的返回光入射到将反射返回光的束分离器44。取出反射的返回光。由束分离器44反射和取出的返回光由半波片49引导入射到极化束分离器50，其将返回光分离成极化方向相互正交的两个极化分量。
对于由极化束分离器50分离的极化光分量，已经透过极化束分离器50的一个极化光分量由第一光检测器51检测，而另一分量由第二光检测器52检测。表示MO盘2磁性层5之磁化方向的磁光信号(此后称作“MO信号)是以由第一光检测器51检测的极化光强度和由第二光检测器52检测的极化光强度之间的差值(|I|2-|J|2)来检测。
在光学头80中，光学元件41D具有光学轴，其垂直于入射光和返回光光轴并平行于入射光极化方向配置。因此，光学元件41D的光学轴将平行于至少其平坦侧面配置。由于相差是二个相互正交的极化束之间相位上的差别，当光学元件41D之光轴如此设置时光学元件41D将不作用于入射激光。因此，当光学元件41D的光轴如此设置时光学元件41D将仅作用于入射光，结果返回光相差对SIL内入射角的相关性能补偿成在光学头40和60中。
现在参考图46，其示意地表示出根据本发明的光学记录和/或再现装置的实施例。光学记录和/或再现装置通常用标号90表示。
正如所示，光学记录和/或再现装置90包括根据本发明的光学头91，驱动旋转MO盘2的主轴马达92，移动光学头91的供给马达93，以预定方式分别调制和解调信号的调制解调电路94，用于光学头91伺服控制的伺服控制电路95，以及用于整个系统控制的系统控制器96。
主轴马达92由伺服控制电路95控制以预定速度旋转。具体地，在和/或从其上写和/或读信号的MO盘2固定在主轴马达92上，并以预定速度通过由伺服控制电路95控制的主轴马达92驱动旋转。
为了写和/或读信息信号，光学头91辐射激光到被驱动旋转的MO盘2上并检测来自MO盘2的返回光。按照前述根据本发明的光学头91的构成(例如为光学头40，60和80之一)使得返回光相差对SIL内入射角的相关性由光学元件补偿。
光学头91连接到调制解调器电路94。为了从MO盘2读出信息信号，光学头91辐射激光到旋转的MO盘2，从来自MO盘2返回光中检测磁光信号(以后将称作“MO信号”)，并将其供给调制解调器电路94。
为了将信息信号写到MO盘2，信号从外部电路97进入，以预定方式在调制解调器电路94中调制，并供给光学头91。基于调制解调器电路94供给的信号，光学头91辐射激光到MO盘2。注意，光学记录和/或再现装置90还包括用于施加磁场用于MO写入(未示出)的装置。为了写入信息信号，基于在调制解调器电路94中以预定方式调制的信号，磁场还施加到MO盘2。
光学头91还连接到伺服控制电路95。为了在或从MO盘2上写或读信息信号，从来自旋转MO盘2通过反射返回的光中产生聚焦伺服信号和跟踪伺服信号并将其施加到伺服控制电路95。
调制解调器电路94连接到系统控制器96和外部电路97。为了将信息信号写到MO盘2，调制解调器电路94由系统控制器96控制以便以预定方式从外部电路97和调制接收用于写入MO盘2的信号。由调制解调器电路94调制的信号供给光学头91。
因此，为了从MO盘2读信息信号，调制解调器电路94由系统控制器96控制以便以预定方式从光学头91接收解调读自MO盘2的MO信号。从调制解调器电路94解调的信号从调制解调器电路94传递到外部电路97。
当在或从MO盘2写或读信息信号时，提供供给马达93将光学头91移动到MO盘2上预定的径向位置。其驱动是基于来自伺服控制电路95的控制信号。即，供给马达93连接到和通过伺服控制电路95连接。
伺服控制电路95由系统控制器96控制并以这种方式控制供给马达93，即光学头91被移到相对MO盘2的预定位置。伺服控制电路95还连接到主轴马达92，并通过系统控制器96连接以控制主轴马达92的操作。也就是说，为了在或从MO盘2写或读信息信号，伺服控制电路95控制主轴马达92以使MO盘2以预定速度旋转。
伺服控制电路95还连接到光学头91。为了在或从MO盘2写或读信息信号，伺服控制电路95从光学头91接收伺服信号并基于该伺服信号控制光学头91的聚焦伺服和跟踪伺服。注意，光学头91的聚焦伺服和跟踪伺服的控制是借助例如其上装有物镜的双轴调节器来精密移动光学头91的物镜实现的。
由于前述光学记录和/或再现装置90用作为光学头91，根据本发明的光学头，整体浸没透镜的使用允许使用具有大NA的物镜和保证从MO盘2写或读信号的高质量。因此，MO盘2能被形成为具有较高轨道密度和轨道记录密度。
前述中，磁光盘称作为记录媒体，但是在返回光相差对SIL内入射角相关性是一问题的地方，本发明有宽的适应性。本发明适用的记录媒体并不局限于磁光盘。
正如前面已述，本发明提供了一种光学头，其采用了补偿返回光极化光不均匀分布的整体浸没透镜并能够从来自记录媒体通过反射返回的光中检测质量信号。
换言之，使用整体浸没透镜的传统光学头允许使用具有较大NA的物镜但不能够检测质量信号。尽管根据本发明的光学头使用整体浸没透镜，其能够检测具有实际满意质量的信号。
因此，本发明提供了使用整体浸没透镜的光学头，其允许使用具有较大NA的物镜，使得在记录媒体上能有较高的轨道密度和轨道记录密度。结果，根据本发明的光学头能够建立较高密度较大容量光学记录和/或再现系统。
而且，根据本发明，信号能以较高质量写入或读出。因此，光学头和使用根据本发明之光学头的光学记录和/或再现装置具有较大的余量。因此，光学头和记录和/或再现装置能以廉价部件和较低调节精度进行制造。所以，根据本发明能够提供更廉价的光学头和记录和/或再现装置。

Claims (10)

1、一种光学头，包括：
整体浸没透镜，其支撑在相对着记录媒体，在它们之间具有空间，该空间小于用于在和/或从记录媒体上写和/或读信号的光的波长，来自整体浸没透镜端面的损耗光用于在和/或从记录媒体上写和/或读信号；和
光学上各向异性光学元件，其在它的至少一个侧面上形成为不平坦的并且其布置在用于在和/或从记录媒体写和/或读信号之光的光路中。
2、根据权利要求1的光学头，其特征是光学元件在它的至少一个侧面上形成为球面。
3、根据权利要求1的光学头，其特征是光学元件的光轴正对着光学元件的内平面方向。
4、根据权利要求1的光学头，其特征是在光学元件上的入射光是会聚的或发散的。
5、根据权利要求1的光学头，其特征是光学元件布置在用于在和/或从记录媒体上写和/或读信号的并且从记录媒体上通过反射返回的光的光路中。
6、一种使用用于在和/或从记录媒体上写和/或读信号之光学头的光学记录和/或再现装置，光学头包括：
整体浸没透镜，其支撑在相对着记录媒体，在它们之间具有空间，该空间小于用于在和/或从记录媒体上写和/或读信号的光的波长，来自整体浸没透镜端面的损耗光用于在和/或从记录媒体上写和/或读信号；和
光学上各向异性光学元件，其在它的至少一个侧面上形成为不平坦的且布置在用于在和/或从记录媒体上写和/或读信号的光的光路中。
7、根据权利要求6的装置，其特征是光学元件在它的至少一个侧面上形成为球面。
8、根据权利要求6的装置，其特征是光学元件的光轴正对着光学元件的内平面方向。
9、根据权利要求6的装置，其特征是在光学元件上的入射光是会聚的或发散的。
10、根据权利要求6的装置，其特征是光学元件布置在用于在和/或从记录媒体上写和/或读信号且从记录媒体通过反射返回的光的光路中。
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