DE3632229A1 - Optischer kopf - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Kopf, und ins­ besondere bezieht sie sich auf einen optischen Kopf, der einen Lichtfleck präzise auf einer optischen Speicher­ platte fokussieren kann und der ein hohes Signal/Rausch- Verhältnis hat.

Ein fokussierender Gitterkoppler von hoher Leistung, der durch Elektronenstrahlenschreiben hergestellt wird, wird von T. Suhara u.a. in "Technical Digest of Seventh Topical Meeting on Integrated and Guided-Wave Optics", ThD 4, Florida USA, 24.-26. April 1984 beschrieben. Ferner ist ein inte­ grierter optischer Fotodetektor von D. B. Ostrowsky u.a. in Appl. Phys. Lett. Bd. 22, Nr. 9, S. 463, 1973 offen­ bart.

Fig. 1 zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht eines optischen Kopfes, der wie im Stand der Technik elektro­ optisch integriert ist. Ein Substrat 1 ist mit einer Puffer­ schicht 2 versehen, auf der eine optische Wellenleiterschicht 3 aus einem Dielektrikum gebildet ist. Die Pufferschicht 2 kann durch Oxidation, Verdampfung oder ähnlichem gebildet werden, während die Wellenleiterschicht 3 durch Verdampfen, Zerstäuben oder ähnlichem gebildet werden kann. Strahlen­ teiler 5 und ein fokussierender Gitterkoppler 6 sind auf der Wellenleiterschicht 3 durch Fotolithographie oder eine Kombination von Elektronenstrahlschreiben und Plasmaätzen hergestellt. Der optische Kopf ist weiterhin mit einem Halb­ leiterlaser 4 und Fotodetektoren 10 versehen.

Im Betrieb werden Laserstrahlen 7 in die Wellenleiterschicht 3 von dem Halbleiterlaser 4 eingestrahlt. Die durch die Wellenleiterschicht 3 übertragenen Laserstrahlen 7 werden auf einer optischen Speicherplatte 8 durch den fokussierenden Gitterkoppler 6 fokussiert und bilden einen fokussierten Licht­ fleck 12. Nachdem eine Signalmarke 9 auf der Platte 8 durch den fokussierten Lichtfleck 12 gelesen ist, werden von der Platte 8 reflektierte Lichtstrahlen 13 wieder in die Wellen­ leiterschicht 3 durch den fokussierenden Gitterkoppler 6 eingeführt. Jeder dieser zurück in den Wellenleiter 3 einge­ führten Laserstrahlen wird durch den Strahlenteiler 5 aufge­ teilt, und die aufgeteilten Strahlen 15 ändern ihre Richtung entgegengesetzt um 30°. Ein Teil der aufgeteilten Strahlen 15 konvergiert auf einem Satz von Fotodetektoren 10, die nahe der einen Seite des Halbleiterlasers 4 angeordnet sind, während der andere Teil der aufgeteilten Strahlen 15 auf einem anderen Satz von Fotodetektoren 10 konvergiert, die nahe der anderen Seite des Halbleiterlasers 4 angeordnet sind. Diese konvergenten Strahlen 15 werden wirksam in elektrische Signale durch die entsprechenden Fotodetektoren 10 umgewandelt.

Da die Wellenleiterschicht 3 ebenfalls zwischen dem Halbleiter­ laser 4 und den Fotodetektoren 10 in dem in Fig. 1 gezeigten elektro-optisch integrierten Kopf 1 gebildet ist, können sogenannte Streustrahlen 16 auftreten, die divergent von dem Halbleiterlaser 4 ausgestrahlt werden und direkt auf den Fotodetektoren 10 auftreffen. Diese Streustrahlen 16 ver­ ursachen Rauschen in dem Ausgang des Fotodetektores 10 und verringern damit das Signal/Rausch-Verhältnis des optischen Kopfes.

Damit weiterhin die Laserstrahlen von dem Halbleiterlaser 4 in den Wellenleiter 3 wirksam und ordentlich eingestrahlt werden, soll der Halbleiterlaser 4 an seinem Platz mit hoher Genauigkeit bei der Herstellung des optischen Kopfes ein­ gesetzt werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung einen optischen Kopf vor­ zusehen, der ein hohes Signal/Rausch-Verhältnis hat und der leicht zusammengebaut werden kann, so daß er für Massen­ produktion geeignet ist; und insbesondere sollen die direkten Streustrahlen von einem Halbleiterlaser zu Fotodetektoren unterdrückt werden.

Ein erfindungsgemäßer optischer Kopf für eine Laserspeicher­ platte ist versehen mit:
einem Substrat; einer über einer Hauptoberfläche des Substrates gebildeten Wellenleiterschicht; einem Halbleiterlaser zum Injizieren von Laserstrahlen in die Wellenleiterschicht, wobei der Halbleiterlaser in eine Mulde gesetzt ist, die mindestens in die Wellenleiterschicht gegraben ist; einem fokussierenden Gitterkoppler, der auf der Wellenleiterschicht zum Fokussieren der injizierten Laserstrahlen auf die Speicherplatte und zum Einführen der von der Platte reflektierten Strahlen zurück in den Wellenleiter gebildet ist; mit einer Strahlenteiler­ einrichtung, die auf der Wellenleiterschicht zwischen dem Halb­ leiterlaser und dem fokussierenden Gitterkoppler gebildet ist zum Halbieren von jedem der reflektierten Strahlen auf einen vorgeschriebenen spitzen Winkel hin; und einer Fotodetektor­ einrichtung zum Umwandeln der halbierten Strahlen in elektrische Signale, wobei die Fotodetektoreinrichtung auf beiden Seiten des Halbleiterlasers vorgesehen ist und nicht näher zu dem fokussierenden Gitterkoppler angeordnet ist als der Halbleiterlaser.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines optischen Kopfes nach dem Stand der Technik und

Fig. 2 eine vergrößerte perspektivische Teilansicht eines erfindungsgemäßen optischen Kopfes.

In Fig. 2 ist nur ein ausgezeichneter Bereich eines er­ findungsgemäßen optischen Kopfes gezeigt. Der optische Kopf in Fig. 2 ist ähnlich dem in Fig. 1 mit der Ausnahme, daß der Halbleiterlaser 4 in eine Mulde 17 gesetzt ist, die durch sowohl die Wellenleiterschicht 3 als auch die Pufferschicht 2 zu dem Substrat 1 gegraben ist, und daß der Laser nicht weiter entfernt von dem fokussierenden Gitterkoppler 6 ist als der Fotodetektor 10. Die Mulde kann weiterhin durch Ätzen in das Substrat 1 hinein ausgeprägt werden je nach den Um­ ständen. Die Tiefe der Mulde 17 ist so bestimmt, daß von dem Halbleiterlaser 4 emittierte Laserstrahlen richtig und wirksam in die Wellenleiterschicht 3 injiziert werden. Die strahlen­ emittierende Fläche des Halbleiterlasers 4 wird auf die gleiche Höhe wie die Wellenleiterschicht 3 gesetzt. Der Halb­ leiterlaser 4 wird mit äußeren Verbindungsstücken durch Ver­ bindungsdrähte verbunden.

Im Betrieb arbeitet der optische Kopf nach Fig. 2 ähnlich dem nach Fig. 1. In dem in Fig. 2 gezeigten optischen Kopf er­ halten jedoch die Fotodetektoren 17 keinerlei Streustrahlen 16, da die Fotodetektoren 10 nicht vor dem Halbleiterlaser 4 in die Richtung der Streustrahlen 16 gelegen sind. Daher wird das Rauschen in dem Ausgang der Fotodetektoren 10 erniedrigt ohne daß der Signalpegel erniedrigt wird und daher wird das Signal/Rausch-Verhältnis des optischen Kopfes verbessert.

Da weiterhin der Halbleiterlaser 4 in direkten Kontakt mit dem Siliziumsubstrat 1 ist, das eine gute thermische Leitfähig­ keit hat und als Kühlblech wirkt, wird die Strahlenemission des Halbleiterlasers 4 wirksam und stabil.

Weiterhin kann der Halbleiterlaser 4 leicht in die Mulde 17 gesetzt werden, die schon vorher vorbereitet wurde. Dann nämlich kann der optische Kopf leicht zusammengesetzt werden und ist für Massenproduktion geeignet.

Obwohl der Halbleiterlaser 4 und der Fotodetektor 10 in Fig. 2 Seite an Seite angeordnet sind, kann der Halbleiter­ laser 4 näher zu dem fokussierenden Gitterkoppler angeordnet werden als die Fotodetektoren 10 je nach den Umständen.

Claims (10)

1. Optischer Kopf für eine Laserspeicherplatte (8) mit einem Substrat (1);
einer auf einer Hauptoberfläche des Substrates (1) ge­ bildeten Wellenleiterschicht (3);
einem Halbleiterlaser (4) zum Einstrahlen von Laser­ strahlen (7) in die Wellenleiterschicht (3);
einem fokussierenden Gitterkoppler (6), der auf der Wellen­ leiterschicht (3) zum Fokussieren der eingestrahlten Laser­ strahlen (7) auf die Speicherplatte (8) und zum Einführen der von der Speicherplatte (8) reflektierten Strahlen (13) in den Wellenleiter (3) gebildet ist;
einer Strahlenteilereinrichtung (5), die auf der Wellen­ leiterschicht (3) zwischen dem Halbleiterlaser (4) und dem fokussierenden Gitterkoppler (6) zum Aufteilen von jedem der reflektierten Strahlen (13) in einem vorgeschriebenen spitzen Winkel gebildet ist;
einer Fotodetektoreinrichtung (10) zum Umwandeln der aufge­ teilten Strahlen (15) in elektrische Signale, wobei die Fotodetektoreinrichtung (10) auf beiden Seiten des Halb­ leiterlasers (4) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Halbleiterlaser (4) in einer Mulde (17) angebracht ist, die zumindest bis in die Wellenleiterschicht (3) hinunter gegraben ist, und
daß die Fotodetektoreinrichtung (10) im Vergleich zu dem Halbleiterlaser (4) so angeordnet ist, daß Streustrahlen von dem Halbleiterlaser (4) die Fotodetektoreinrichtung (10) nicht auf dem direkten Wege erreichen können.

2. Optischer Kopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mulde (17) durch die Wellenleiterschicht (3) bis hinunter zu dem Substrat (1) gegraben ist.

3. Optischer Kopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mulde (17) weiterhin tief in das Substrat (1) ge­ graben ist.

4. Optischer Kopf nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Pufferschicht (2), die zwischen dem Substrat (1) und der Wellenleiterschicht (3) angebracht ist.

5. Optischer Kopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mulde (17) durch die Wellenleiterschicht (3) bis zu der Pufferschicht (2) gegraben ist.

6. Optischer Kopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mulde (17) in die Pufferschicht (2) hinunter gegraben ist.

7. Optischer Kopf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mulde sowohl durch die Wellenleiterschicht (3) als auch durch die Pufferschicht (2) bis hinunter zu dem Substrat (1) gegraben ist.

8. Optischer Kopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mulde (17) weiterhin tief in das Substrat (1) ge­ graben ist.

9. Optischer Kopf nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotodetektoreinrichtung (10) im wesentlichen den gleichen Abstand zu dem fokussierenden Gitterkoppler (6) wie der Halbleiterlaser hat.

10. Optischer Kopf nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotodetektoreinrichtung (10) nicht näher an dem fokussierenden Gitterkoppler (6) angeordnet ist als der Halbleiterlaser (4).