DE69218386T2

DE69218386T2 - Optische Einrichtung und mit einer solchen optischen Einrichtung versehenes Gerät zum Abtasten einer Informationsebene

Info

Publication number: DE69218386T2
Application number: DE69218386T
Authority: DE
Inventors: Ronald Reindert Drenten; Michiel Johannes Jongerius; Coen Theodorus Hube Liedenbaum
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1991-12-30
Filing date: 1992-12-17
Publication date: 1997-09-04
Anticipated expiration: 2012-12-18
Also published as: DE69218386D1; ATE150573T1; EP0550929B1; CN1044837C; CN1077046A; JPH05328049A; EP0550929A1; US5333144A

Description

Optische Einrichtung und mit einer derartigen optischen Einrichtung versehenes Gerät zum Abtasten einer Informationsebene.
Die Erfindung betrifft eine optische Einrichtung mit einem Diodenlaser zum Erzeugen eines Strahlungsbündels und ein optisches System zum Konzentrieren und Führen des Strahlungsbündels.
Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein Gerät zum Abtasten einer Informationsebene, das diese Einrichtung enthält.
Unter Informationsebene sei eine Ebene mit Information verstanden, die optisch auf einer Ebene gelesen werden kann, auf der Information optisch geschrieben werden kann. Eine derartige Ebene ist beispielsweise die Informationsebene eines optischen Aufzeichnungsträgers, aber auch die Oberfläche eines Dokuments, das mit einem Laserdrucker beschrieben ist oder mit einem Dokumentabtaster gelesen wird, wie in einem Faksimile-Gerät.
Eine Einrichtung eingangs erwähnter Art ist beispielsweise aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 084 871 bekannt, die sich auf ein Gerät zum Lesen eines optischen Aufzeichnungsträgers bezieht. Die in diesem Gerät benutzten Diodenlaser sind außerst empfindlich für Rückkopplung. Durch Reflexion der Laserstrahlung an Elementen der optischen Anlage kann ein Teil der Strahlung aus dem Diodenlaser nach der aktiven Schicht des Diodenlasers zurückkehren. Eine geringe Menge rückgekoppelter Strahlung, bereits in der Größenordnung von 0,1 % der ausgegebenen Strahlung, kann eine Änderung der Laserstrahlung bewirken. Abhängig von der rückgekoppelten Strahlungsmenge kann dies zu einer Vergrößerung der Zeilenbreite des Lesers, der Wellenlängenänderung im Ausgangsspektrum oder im Rauschen führen. Diese Phänomene sind im allgemeinen unerwünscht. Außerdem sind die Auswirkungen im allgemeinen nicht konstant, sondern von der Phase des zum Laser zurückkehrenden Lichts abhängig, mit anderen Worten sie sind von optischen Weglängenänderungen in der Größenordnung der Laserwellenlänge abhängig, beispielsweise durch Verschiebungen oder Schwingungen in optischen Bauteilen.
Es wird daher den Versuch angestellt, Rückkopplung im Laser möglichst zu vermeiden. Jedoch hat die Praxis ergeben, daß u.a. durch Toleranzen in den Bauteilen der optischen Anlage die Rückkopplung nicht ausreichend verhindert werden kann, wenn nicht sehr strenge Anforderungen an die optischen Bauteile gestellt werden, so daß die Einrichtung für verschiedene Anwendungen zu teuer wird.
In der europäischen Patentanmeldung 0 084 871 wird den Vorschlag gemacht, die rückgekoppelte Strahlungsmenge auf 1 bis 10% der Strahlung aus dem Diodenlaser in einer Einrichtung zu erhöhen, in der ein Diodenlaser ununterbrochen Strahlung abgibt. Dieser Maßnahme liegt die Erkenntnis zugrunde, daß das Rauschen der Laserstrahlung durch Rückkopplung sich nicht ununterbrochen mit der rUckgekoppelten Strahlungsmenge erhöht, sondern daß es für diese Strahlung einen bestimmten Pegel gibt, bei dem der Geräuschpegel den höchsten Wert hat und die Geräuschmenge bei einer weiteren Rückkopplungsvergrößerung abnimmt. Jedoch nimmt in der Einrichtung mit dem ununterbrochen Strahlung liefernden Diodenlaser die Stärke des Laserbündels durch einen Anstieg der Rückkopplung abnehmen, die insbesondere beispielsweise für eine Einrichtung zum Beschreiben optischer Aufzeichnungsträger nachteilig ist. Außerdem verschiebt sich durch die Rückkopplung das Ausgangsspektrum in der Wellenlänge, was besonders unerwünscht ist für Anwendungen, in denen der Betrieb einer Anlage auf ein vorgegebenes Wellenlängenband eingestellt ist.
In US-A-5 034 942 wird ein pulsierter Diodenlaser als Quelle in einem optischen Aufzeichnungs/Wiedergabegerät verwendet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, in der nachteilige Auswirkungen der ungewollten Rückkopplung stark reduziert werden, während das Laserbündel eine ausriechend hohe Stärke hat.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist in der erfindungsgemäßen optischen Einrichtung der Diodenlaser ein pulsierter Laser, der Strahlungsimpulse bei einer Impulsdauer p und bei einer Impulsperiode T liefert und ein teilweise reflektierender Rückkopplungsbauteil im Strahlungsweg des Strahlungsbündels in etwa einer Entfernung d vom Diodenlaser angeordnet ist, und diese Entfernung d erfüllt nachstehende Bedingung.
d = c/2 nT - c/2 &epsi; (p+ Δp)
worin n eine Ganzzahl ist, c die Lichtgeschwindigkeit in dem vom Strahlungsbündel durchquerten Medium ist, Δp die aufgebaute Impuiszeit PL im Diodenlaser und &epsi; eine Realzahl ist, die 0 < &epsi; < 1 ist und innerhalb dieser Begrenzungen ansteigt oder abfällt bei einer abnehmenden bzw. ansteigenden Energie E(Pr) eines vom Rückkopplungsbauteil reflektierten Strahlungsimpulses, so daß die Bedingung aus
E(Pr) > E(PLi)
zum Zeitpunkt erfüllt wird, wenn der Strahlungsimpuls in den Diodenlaser eintritt, wobei E(PLi) die im Diodenlaser zum betreffenden Zeitpunkt aufgebaute Strahlungsenergie ist.
Wenigstens ein Teil der Strahlung aus dem Laser kehrt zum Laser mittels des Reflexionsbauteils zurück. Der Reflexionskoeffizient und die Position dieses Elements werden derart gewählt, daß die von diesem Element zum Laser rückgekoppelte Strahlung eine derartige Stärke hat und zu einem derartigen Zeitpunkt beim Laser ankommt, daß diese Strahlung im wesentlichen ganz das Verhalten des Lasers definiert, und daß weitere ungewollte Reflexionen von anderen Bauteilen der Einrichtung im wesentlichen keine Auswirkung auf das Verhalten des Lasers haben.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß das Verhalten eines pulsierten Diodenlasers hauptsächlich durch Ereignisse im Laser in der Aufbauzeit bestimmt wird, daher im direkt vorangehenden Zeitintervall ein neuer optischer Impuls erzeugt wird, und daß durch das Erscheinen der zusätzlichen Photonen durch die Rückkopplung in genau einem derartigen Zeitintervall diese zusätzlichen Photonen hauptsächlich das Verhalten des Lasers durch Anpassen der Verzögerungszeit eines reflektieren Strahlungsimpulses bestimmt werden. Hierdurch kann der Diodenlaser auf definierte Weise von der vorsätzlich durchgeführten Rückkopplung gesteuert werden, und der Einfluß anderer ungewollter Rückkopplungen kann dadurch reduziert werden, daß gewährleistet wird, daß die Strahlungsimpulse im Diodenlaser zu derartigen Zeitpunkten ankommen, daß hierdurch oder durch die vorsätzlich durchgeführte Rückkopplung eine derartig niedrige Intensität in bezug auf diejenigen Impulse haben, daß sie das Diodenlaserverhalten nicht beeinflussen. Unter der Verzögerungszeit sei die von einem Strahlungsimpuls erforderliche Zeit verstanden, die er zum Zurücklegen des Weges von der Austrittsfläche des Diodenlasers zum Rückkopplungsbauteil und zurück zum Diodenlaser benötigt. Die Entfernung d ist der Abstand zwischen dem Rückkopplungsbauteil und der Austrittsfläche des Diodenlasers. Zur Stabilisierung kann auch die Strahlung aus der Rückfläche des Diodenlasers benutzt werden. Die Entfernung d ist dabei der Abstand zwischen dieser Ebene und dem Rückkopplungsbauteil.
Da der Diodenlaser seine Strahlung in Impulsen ausgibt, kann dieser Laser eine höhere Leistung ohne nachteilige Beeinflussung seiner Lebensdauer ergeben.
Die erfindungsgemäße Einrichtung ist noch dadurch gekennzeichnet, daß das Rückkopplungselement ein Bauteil der optischen Anlage ist.
Durch Anordnen der Oberfläche eines Elements, das sich bereits in der optischen Anlage befindet, an der richtigen Stelle und durch das Versorgen dieser Oberfläche mit dem richtigen Reflexionskoeffizienten kann von einem zusätzlichen Element abgesehen werden.
Das teilweise reflektierende Rückkopplungselement kann dem Parameter des zu beeinflussenden Diodenlasers angepaßt werden. Beispielsweise ist die optische Einrichtung noch dadurch gekennzeichnet, daß das Rückkopplungselement ein wellenlängenempfindliches Element ist.
Mit einem derartigen Element wie beispielsweise einem Prisma, einem Gitter oder einem Etalon kann gewährleistet werden, daß das Laserbündel immer dieselbe Wellenlänge unabhängig von Schwankungen beispielsweise in der Temperatur des Diodenlasers oder vom Strom durch den Diodenlaser hat. Unter einem Etalon sei ein Element mit zwei teilweise reflektierenden einander zugewandten Ebenen verstanden, die in einem vorgegebenen Abstand voneinander angeordnet sind und ein Medium beispielsweise Luft einschließen.
Es sei bemerkt, daß eine besondere Diodenlaser-Konfiguration, unter der Bezeichnung ein verteilter Braggscher Reflektor, bekannt ist, in dem ein Gitter zum Stabilisieren der Laserwellenlänge benutzt wird. Jedoch ist das Gitter auf einem Substrat im Diodenlaser integriert. Im Hinblick auf die an die Gitterperiode gestellten Anforderungen läßt sich eine derartige Diodenlaserkonfiguration schwer in den vorgegebenen Wellenreichenbereichen der Diodenlaserstrahlung verwirklichen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen optischen Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß Faltungsmittelzum Falten des Strahlungsweges zwischen dem Diodenlaser und dem Rückkoppelmittel angeordnet sind.
Der Abstand d zwischen dem Diodenlaser und dem erforderlichen Rückkoppelelement für die spektrale Stabilisierung des Laserbündels kann dabei in einem kleinen Volumen verwirklicht werden, so daß die Einrichtung gedrängt sein kann.
Das Faltungsmittel kann beispielsweise aus zwei einander zugewandten Reflexionsebenen bestehen, zwischen denen sich das Lichtbündel fortpflanzt.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen optischen Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Faltungsmittel einen Faltungskörper aus optisch transparentem Material mit wenigstens zwei Reflexionsflächen enthält und mit einem Eintrittsfenster und einem Austrittsfenster versehen ist, und daß eine der Reflexionsebenen mit einem dritten Fenster zum Übertragen der Diodenlaserstrahlung nach dem Rückkoppelmittel hin und zurück.
Das Mittel zum Falten des Lichtweges enthält vorzugsweise einen einstückigen Körper. Auf diese Weise werden die Toleranzen nur bestimmt, wenn dieser Körper hergestellt wird, statt durch die gegenseitige Positionierung der zwei Reflexionsebenen, wie es der Fall ist mit zwei getrennten einander zugewandten Flächen.
Der Faltungskörper kann aus Glas bestehen, das einen verhältnismäßig hohen Brechungsindex hat, beispielsweise n = 1,8. Die geometrische Weglänge kann dabei um den Faktor 1,8 in bezug auf die geometrische Weglänge in Luft bei n = 1 reduziert werden, so daß die Einrichtung eine noch gedrängtere Ausführung bekommt.
Das Eintrittsfenster und das Austrittsfenster können beide in der ersten Oberfläche des Faltungskörpers angebracht werden und miteinander zusammenfallen. In diesem Fall können die Diodenlaserstrahlung, die nicht zum Rückkoppeln erforderlich ist, und die Strahlung, die in der Einrichtung weiter erforderlich ist, voneinander mit Hilfe eines zusätzlichen Bauteils zwischen dem Diodenlaser und dem Faltungskörper getrennt werden. Dieser Bauteil kann beispielsweise ein Strahlteiler sein.
Auf andere Weise kann das Eintrittsfenster in der ersten Reflexionsebene und das Austrittsfenster in der zweiten Reflexionsebene angebracht werden. In diesem Fall muß die für Rückkopplung nicht erforderliche Diodenlaserstrahlung nicht mit Hilfe eines zusätzlichen Bauteils getrennt werden, aber das Austrittsfenster des Faltungskörpers kann in Form eines teilweise transmissiven Reflektors hergestellt werden.
Die erfindungsgemäße optische Einrichtung ist vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, daß das Rückkoppelmittel im dritten Fenster integriert ist.
Durch diese Kombination von zwei Bauteilen in einem ? einzigen wird die Anzahl der Bauteile derart verringert, daß die Einrichtung sogar kompakter wird.
Ein mögliches Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen optischen Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß jede Reflexionsebene mit einer Schicht mit einem hohen Reflexionskoeffizienten versehen wird.
Mit Hilfe dieser Schicht mit hoher Reflexion wird Stärkeverluft im gefalteten Lichtweg begrenzt.
Ein mögliches Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen optischen Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Faltungskörper eine planparallele Platte ist, deren erste Reflexionsebene und deren zweite Reflexionsebene einander gegenüberliegen und parallel zueinander verlaufen.
Ein anderes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen optischen Einrichtung, in der auf dem Faltungskörper keine Hochreflexionsschichten erforderlich sind, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Faltungskörper sich in einem Medium mit einem Brechungsindex befindet, der kleiner als der des Körpermaterials ist, daß der Faltungskörper wenigstens zwei Oberflächen hat, die gesamt und im Inneren dort ankommende Strahlung reflektieren und daß die Strahlung wenigstens einmal von jeder der beiden Oberflächen reflektiert wird, wenn sie im Faltungskörper einen koplanaren Strahlungsweg zurücklegt.
Die optische Einrichtung ist außerdem dadurch gekennzeichnet, daß ein optisches Prisma auf dem Eintrittsfenster und auf dem Austrittsfenster angeordnet ist, wobei die Oberfläche des Prismas, durch das ein Strahlungsbündel eintritt und das Prisma wieder verläßt, quer zum Hauptstrahl des Bündels verläuft.
Die optischen Prismen verhindern falsche Reflexionen, wenn das Strahlungsbündel eintritt und den Faltungskörper verläßt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen optischen Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine der Reflexionsebenen mit einem vierten Fenster versehen ist, auf dem ein rückwärts gerichtetes Element angeordnet ist, mit dem die Strahlung nach dem Zurücklegen eines ersten Strahlungswegs von den Reflexionsebenen über eine Anzahl von Reflexionen in einer ersten Ebene mit dem Faltungskörper eingefangen und parallel zu sichselbst reflektiert wird, und wieder in den Körper eintritt, und wenigstens einen zweiten Strahlungsweg zurückzulegen, der sich von den Reflexionsebenen über eine Anzahl von Reflexionen in einer Ebene parallel zur ersten Ebene erstreckt.
Das rückwärts gerichtete Element gewährleistet, daß ein ankommendes Strahlungsbündel, das sich durch den Körper auf einem ersten Strahlungsweg in einer ersten Ebene senkrecht zu den ersten und zweiten Reflexionsebenen fortpflanzt, in ein reflektiertes Strahlungsbündel umgewandelt wird, das sich durch den Körper auf einem zweiten Strahlungsweg in einer zweiten Ebene parallel zur ersten Ebene fortpflanzt. Auf diese Weise wird die dritte Dimension des Körpers ebenfalls zum Falten des Strahlungsweges benutzt. Das rückwärts gerichtete Element kann beispielsweise ein Prisma mit einem Scheitelwinkel von 90º auf dem Faltungskörper sein. Das Prisma kann auf andere Weise direkt in die planparallele Platte eingeschliffen sein.
Eine derartige Geometrie kann mehrmals wiederholt werden, sodaß mehr als zwei parallele Ebenen verwendbar sind.
Die optische Einrichtung ist vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, daß das Rückkoppelelement ein Gitter ist.
Ein Gitter hat eine verhältnismäßig hohe wellenlängenlösende Leistung.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen optischen Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter sich über einen spitzen Winkel abweichend von 0º zum dritten Fenster erstreckt.
Da die wellenlängenlösende Leistung eines Gitters ebenfalls durch das Durchmesser des darauf ankommenden Bündels bestimmt wird, kann dieses Auflösungsvermögen dadurch verbessert werden, daß dafür gesorgt wird, daß das Bündel das Gitter unter einem stumpferen Winkel erreicht, so daß der Durchmesser des Strahlungsflecks auf dem Gitter vergrößert wird.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen optischen Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß zum Ändern der Wellenlänge der nach dem Diodenlaser zurückgegebenen Strahlung der Faltungskörper drehbar unter einem spitzen Winkel in bezug auf das Strahlungsbündel aus dem Diodenlaser angeordnet ist.
Eine vorgegebene Wellenlänge kann durch Orientierung des Körpers und daher des darin integrierten wellenlängenempfindlichen Elements auf andere Weise in bezug auf ein ankommendes Strahlungsbündel gewählt werden.
Für viele Anwendungen der Einrichtung ist es nicht nur notwendig, sondern auch ausreichend, daß sie unempfindlich für Rückkopplung ist, und daß die Wellenlänge der Strahlung aus der Einrichtung auf einem Wert stabilisiert wird.
Jedoch ist entsprechend einem weiteren Merkmal der Erfindung die Einrichtung dadurch gekennzeichnet, daß ein elektronisches Steuermittel zum Einstellen der Wellenlänge der Strahlung aus der Kombination von Diodenlaser und Rückkopplungselement auf verschiedene diskrete Werte vorgesehen wird.
Dies macht neuartige Anwendungen der Einrichtung möglich. Für eine dieser neuartigen Anwendungen ist die Einrichtung noch dadurch gekennzeichnet, daß ein streuendes Element hinter dem Rückkopplungselement angeordnet ist.
Da der Winkel, unter dem ein Strahlungsbündel von einem streuenden Element wie einem Gitter oder einem Prisma abgelenkt wird, von der Wellenlänge dieses Bündels abhängig ist, kann die Richtung des Bündels aus dieser Einrichtung diskret geändert werden. Die mögliche Zahl der Richtungen des Bündels wird durch das Wellenlängentrennungsvermögen des streuenden Elements bestimmt, bei einem Gitter die Anzahl der vom Bündel belegten Gitterperioden.
Im Vergleich zu herkömmlichen Einrichtungen zur Lieferung eines Abtaststrahlungsbündels und unter Verwendung mechanischer Mittel wie eines Drehspiegelpolygons zum Ablenken des Bündels bietet die erfindungsgemäße Einrichtung den Vorteil, daß die Richtung des Bündels sehr schnell mit Hilfe der elektronischen Steuerung geändert werden kann.
Es sei bemerkt, daß eine Einrichtung zum Liefern eines Laserbündels, dessen Richtung einstellbar ist, im US-Patent 4 918 679 beschrieben wird, wobei diese Einrichtung ein Gitter enthält und in der ein Laserbündel mit einer einstellbaren Wellenlänge erzeugt wird. Zur Lösung dieser Aufgabe ist die bekannte Einrichtung mit einem steuerbaren zusätzlichen Resonanzraum hinter dem Diodenlaser versehen.
In der erfindungsgemäßen Einrichtung wird ein Rückkoppelelement zum Einstellen der Laserwellenlänge verwendet, so daß die Wellenlänge, bei der der Laserbetrieb stabilisiert wird, verhältnismäßig schnell geändert werden kann.
Das Streuungselement kann ein transmissives Element oder ein reflektierendes Element sein.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung zum Ausgeben eines Bündels das abgelenkt werden kann, ist dadurch gekennzeichnet, daß das Rückkoppelelement aus einem optischen Wellenleiter mit einem integrierten Gitter besteht, der eine Periode hat, die in der Fortpflanzungsrichtung des Strahlungsbündels geändert wird, und daß das elektronische Steuermittel aus einer frequenzeinstellbaren periodisch modulierten Stromquelle für den Diodenlaser besteht.
Jetzt wird das Rückkoppelelement nicht mehr in einem vorgegebenen Abstand vom Diodenlaser angeordnet, sondern erstreckt sich über einen vorgegebenen Bereich in der axialen Richtung, d.h. in der Fortpflanzungsrichtung des Strahlungsbündels. Auf diese Weise kann die Diodenlaserstrahlung aus verschiedenen axialen Positionen reflektiert werden. Da die oben beschriebene Verzögerungszeitbedingung immer erfüllt werden muß, wird der Abstand d sich ändern, wenn die Impulswiederholungsfrequenz sich ändert, daher die Impulsperiode T unter der Verzögerungszeitbedingung. Durch Einstellung der Impulswiederholungsfrequenz bei einem anderen Wert wird erreicht, daß der betreffende Teil des Diodenlaserbündels durch einen anderen Teil des Rückkoppelgitters reflektiert wird. Da die Periode sich über das Gitter ändert, können die Wellenlänge der reflektierten Strahlung in den Diodenlaser und daher die Wellenlänge der Diodenlaserstrahlung durch Änderung der Impulswiederholungsfrequenz geändert werden.
Der optische Wellenleiter kann eine optische Faser oder ein optischer Planarwellenleiter sein.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen optischen Einrichtung zur Lieferung eines ablenkbaren Bündels ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Austrittsfläche des Diodenlasers einen niedrigen Refiexionskoeffizienten hat, und daß das Rückkoppelelement aus einem zum Teil transparenten Reflektor im Abstand d von der Austrittsebene des Diodenlasers und aus einem Bauteil besteht, der zwischen dem Reflektor und dem Diodenlaser angeordnet ist und einen einstellbaren Transmissionskoeffizienten hat, und daß das elektronische Steuermittel aus Elektroden auf dem Bauteil und aus einer einstellbaren Spannungsquelle besteht, deren Ausgangsklemmen mit den Elektroden verbunden sind.
Die Austrittsfläche des Diodenlasers kann die Ebene gegenüber der optischen Einrichtung, die Vorderebene aber auch die Rückebene sein.
Diesem Ausführungsbeispiel liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Strahlung eines Diodenlasers, dessen Austrittsebene einen niedrigen Reflexionskoeffizienten hat, eine größere Wellenlänge als die eines Diodenlasers hat, dessen Austrittsfläche einen größeren Reflexionskoeffizienten hat. Dies ist wahrscheinlich das Ergebnis des Unterschieds in der Ladungsträgerdichte während des Laserbetriebs, die im erstgenannten Diodenlaser größer ist. Wenn der Austrittsebene des Diodenlasers ein niedriger Reflexionskoeffizient beispielsweise durch Anbringen einer Antireflexionsbeschichtung auf dieser Ebene und durch Anordnen eines externen Reflektors erteilt wird, dessen Reflexionskoeffizient hinter dieser Ebene einstellbar ist, können die Ladungsträgerdichte im Diodenlaser und daher die Wellenlänge des Diodenlasers eingestellt und geändert werden.
Das zweite Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Lieferung eines ablenkbaren Bündels ist noch dadurch gekennzeichnet, daß der Bauteil mit dem einstellbaren Transmissionskoeffizienten von einem elektrooptischen Element mit nachgeschaltetem Polarisationsanalysator gebildet wird.
Durch Änderung der Spannung an den Elektroden des elektrooptischen Elements kann der Brechungsindex dieses Elements geändert werden. Hierdurch ändert sich auch der Polarisationszustand der Strahlung durch das Element. Der Polarisationsanalysator wandelt die Änderung des Polarisationszustands in eine stärke Änderung um. Das elektrooptische Element kann aus einem doppelbrechenden Kristall bestehen.
Jedoch ist dieses Ausführungsbeispiel vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, daß das Element ein flüssigkristallines Material ist. Ein derartiges Element bietet den Vorteil, daß es preisgünstig ist und bei niedrigen Spannungen betrieben werden kann.
Auf andere Weise ist die Einrichtung zur Lieferung eines ablenkbaren Bündels dadurch gekennzeichnet, daß der Bauteil mit dem einstellbaren Transmissionskoeffizienten ein akustooptisches Element mit nachgeschaltetem Polarisationsanalysator enthält.
Im Vergleich zu einem elektrooptischen Modulator ist bedeutend weniger Spannung erforderlich zum Treiben eines akustooptischen Modulators.
Ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Lieferung eines ablenkbaren Bündels ist dadurch gekennzeichnet, daß der Bauteil mit dem einstellbaren Transmissionskoeffizienten aus einem planaren Interferometer besteht, von dem wenigstens ein Abzweig einen optischen Phasenverschieber enthält.
Im planaren Interferometer wird das über einen Eintrittswellenleiter ankommende Strahlungsbündel in zwei Teilbündel verteilt, die sich in getrennten Zwischenwellenleitern fortpflanzen, wonach sie wieder in einem Austrittswellenleiter kombiniert werden. In einem Teil eines der Zwischenwellenleiter kann der Brechungsindex beispielsweise mittels beispielsweise eines elektrooptischen Effekts geändert werden, und daher ändert sich die Phase des Bündels durch diesen Wellenleiter derart, daß die Stärke des Austrittsbündels ebenfalls sich ändert.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlungsweg zusätzlich zum Bauteil mit dem einstellbaren Transmissionskoeffizienten ein Etalon angeordnet ist.
Auf diese Weise kann der pulsierte Diodenlaser sich wie ein Monomode- Laser verhalten.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Diodenlaser ein selbstpulsierender Diodenlaser ist.
Jeder pulsierende Diodenlaser eignet sich für derartige Anwendungen. Selbstpulsierende Diodenlaser sind an sich u.a. aus der britischen Patentanmeldung GB 2 221 094 bekannt.
Die optische Einrichtung mit einem Diodenlaser, dessen Wellenlänge stabilisiert wird, kann mit großem Vorteil in einem Gerät zum Abtasten einer Informationsebene verwendet werden, und dieses Gerät enthält eine optische Einrichtung nach obiger Beschreibung zur Bildung eines Abtastflecks in der Informationsebene. Dieses Gerät ist dadurch gekennzeichnet, daß mit der Ausnahme des Abstands zwischen dem Rückkoppelelement und dem Diodenlaser die Abstände aller optischen Elemente der optischen Einrichtung ungleich dem Abstand d sind.
Die erfindungsgemäße optische Einrichtung zur Lieferung eines ablenkbaren Bündels kann mit großem Vorteil in einem Gerät zum Abtasten eines bandförmigen optischen Aufzeichnungsträgers mit Spuren verwendet werden, und dieses Gerät enthält Mittel zum Abtasten des Aufzeichnungsträgers in einer Richtung quer zur Laufrichtung des Bandes. Dieses Gerät ist dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel aus einer optischen Einrichtung nach obiger Beschreibung besteht, wobei die Richtung der Spuren sich unter einem Winkel mit der Längsrichtung des Bandes erstreckt, das mit Bandantriebsmitteln zum Bewegen des Bandes in der Längsrichtung während der Abtastung und mit Bündelablenkmitteln zum Bewegen des Abtastflecks in der Spurrichtung versehen ist, wobei das Bündelablenkmittel aus den oben erwähnten Bauteilen besteht.
Da die Wellenlängenänderung im Bündel aus dem Diodenlaser nach der Erfindung elektronisch verwirklicht wird, kann die Geschwindigkeit, bei der die Spuren abgetastet werden, wesentlich höher sein als im Fall, wenn normalerweise verfügbare mechanische Mittel, die ein drehendes Spiegelpolygon, zum Ablenken des Bündels verwendet werden. Außerdem treten bedeutend weniger Schwingungen in den neuartigen Bündelablenkmittels auf als in einem mechanischen Bündelablenkmittel.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Geräts zum optischen Abtasten eines Aufzeichnungsträgers mit einer erfindungsgemäßen optischen Einrichtung,
Fig. 2 eine vom Diodenlaser ausgegebene Impulsfolge,
Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen optischen Einrichtung mit einem ablenkbaren Bündel,
Fig. 4 das Prinzip eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen optischen Einrichtung mit einem ablenkbaren Bündel,
Fig. 5 die Verschiebung eines Spektrums eines pulsierten Diodenlasers unter der Einwirkung von Rückkopplung mit einem Rückkopplungselement mit einem änderbaren Reflexionskoeffizienten,
Fig. 6 mehrere Spektren, die bei verschiedenen Reflexionskoeffizienten erhalten werden, wobei der Laser unter Verwendung eines Etalons im Monobetrieb arbeitet,
Fig. 7 bis 10 mehrere Ausführungsbeispiele eines Elements dieser Einrichtung,
Fig. 11 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Abtasteinrichtung zum Abtasten eines bandförmigen Aufzeichnungsträgers,
Fig. 12a, b und c einige Ausführungsbeispiele eines optisch transparenten Körpers in Form einer planparallelen Platte zum Falten des Lichtweges in einer erfindungsgemäßen optischen Einrichtung,
Fig. 13a, 13b eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht eines Teils eines zweiten Ausführungsbeispiels eines optisch transparenten Faltungskörpers zum Falten des Lichtweges in drei Dimensionen in einer erfindungsgemäßen optischen Einrichtung,
Fig. 14 ein drittes Ausführungsbeispiel eines optisch transparenten Körpers in Form eines Balkens zum Falten des Lichtweges in einer erfindungsgemäßen optischen Einrichtung.
In Fig. 1 ist schematisch ein Lesegerät 1 zum Abtasten eines optischen Aufzeichnungsträgers 3 dargestellt. Unter Abtastung sei sowohl ein Abtastvorgang beim Schreiben als auch beim Lesen des Aufzeichnungsträgers verstanden. Das Gerät 1 kann beispielsweise einen optischen Plattenspieler sein, und der Aufzeichnungsträger 3 kann beispielsweise eine optische Audioplatte sein, die unter dem Namen Compact Disc bekannt ist. Der plattenförmige optische Aufzeichnungsträger 3, der teilweise in radialen Querschnitt dargestellt ist, enthält ein transparentes Substrat 5 und eine Reflexionsinformationsschicht 6. Diese Schicht 6 enthält eine große Anzahl nichtdargestellter Informationsgebiete, die sich optisch von ihrer Umgebung unterscheiden. Die Informationsgebiete sind in einer Vielzahl von Spuren 4, beispielsweise quasi-konzentrischer Spuren angeordnet, die zusammen eine Spiralspur bilden.
Das Lesegerät 1 enthält eine optische Einrichtung 7, die mit einem Diodenlaser 8, einem optischen System 9 und einem strahlungsempfindlichen Detektorsystem 10 versehen ist. Das Streuungsbündel 11 aus dem Diodenlaser 8 wird beispielsweise in einer Kollimatorlinse 14 in ein paralleles Bündel umgewandelt und anschließend in einem Objektivsystem 13, das mit einem einfachen Linsenelement schematisch dargestellt ist, zu einem Lesefleck 12 in der Ebene der Informationsschicht 6 fokussiert, die das Bündel reflektiert. Wenn der Aufzeichnungsträger 3 mit Hilfe einer von einem Motor 17 angetriebenen Welle 15 gedreht wird, wird eine Informationsspur abgetastet. Durch Bewegen des Aufzeichnungsträgers 3 und der Einrichtung 7 gegeneinander in der mit der Pfeilspitze 19 bezeichneten Richtung, kann die ganze Informationsebene abgetastet werden.
Beim Abtasten wird das reflektierte Bündel 11' stärkemoduliert entsprechend der Information in der Aufeinanderfolge von Informationsgebieten. Zum Trennen des reflektierten Bündels 11' vom projizierten Bündel 11 kann die Einrichtung 7 mit einem teilweise transparenten Spiegel versehen werden, der einen Teil der reflektierten und modulierten Bündels 11' nach dem strahlungsempfindlichen Detektorsystem 10 reflektiert. Jedoch wird vorzugsweise die Kombination eines polarisationsempfindlichen Strahlteilers 21 und einer λ/4-Platte 23 nach Fig. 1 verwendet. Dabei ist gewährleistet, daß das Laserbündel 11 eine derartige Polarisationsrichtung hat, daß dieses Bündel den Strahlteiler 21 ganz durchquert. Auf seinem Weg zum Aufzeichnungsträger 3 durchquert dieses Bündel die λ/4-Platte 23 zum ersten Male und nach der Reflexion am Aufzeichnungsträger durchquert es diese λ/4- Platte zum zweiten Male, so daß seine Polarisationsrichtung über 90º gedreht ist, bevor es in den Strahlteiler 21 wiederum eintritt. Daher wird das Bündel 11' vollständig nach dem Detektorsystem 10 hin reflektiert.
Das Detektorsystem 10 enthält mehr als ein Detektorelement und seine Ausgangssignale gelangen an eine elektronische Aufbereitungseinheit 25, in der die Detektorsignale zu einem Informationssignal Si aufbereitet werden, das die gelesene Information darstellt, zu einem Servosignal Sr zum Zentrierthalten des Leseflecks auf der zu lesenden Spur und zu einem Servosignal Sf zum Fokussierthalten des Lesebündels auf der Informationsschicht.
Für weitere Einzelheiten des Lesegeräts sei auf den Artikel "Het systtem "Compact Disc Digital Audio" von M.G. Carasso, J.B.H. Peek und J.P. Sinjou in Philips Technisch Tijdschrift 40 267...272, 1981/82, Nr.9 verwiesen.
Sogar wenn ein polarisationsempfindlicher Strahlteiler und eine λ/4-Platte verwendet werden, kann immer noch Strahlung nach dem Diodenlaser zurückkehren und in den Laserresonanzraum eintreten. Diese Strahlung beeinflußt die vom Diodenlaser ausgegebene Strahlung. Die Rückkopplung kann beispielsweise durch Reflexion an der Vorderfläche 20 des Strahlteilers 21 oder durch Doppelbrechung des Substrats 5 des Aufzeichnungsträgers 3 verursacht werden, so daß die Polarisationsrichtung des ankommenden Bündels im Strahlteiler 21 nach Reflexion an der Införmationsebene nicht über genau 90º gedreht wird. Durch allerhand Schwingungsarten, die im Lesegerät auftreten können, weist die Phase der Strahlung, die rückgekoppelt wurde, Schwingungen auf, so daß die vom Laser ausgegebene Strahlung einen Rauschanteil hat. Die Frequenz dieses Rauschens ist derart, daß insbesondere die Servosignale Sr und Sf beeinflußt werden, so daß beim Nachführen und Fokussieren Probleme auftauchen können. Außerdem kann die Rückkopplung einen Anstieg des Wellenlängenbandes des Laserbündels und eine Versetzung der Wellenlänge dieses Bündels unabhängig von der rückgekoppelten Strahlungsmenge auslösen. Ein Nachteil einer Vergrößerung des Wellenlängenbandes ist das Auftreten von Streuung im optischen System. Da das optische System ein monochromatisches System ist, treten im Strahlungsfleck 12 Abweichungen auf.
Zum Verhindern der nachteiligen Einflüsse der Rückkopplung wird erfindungsgemäß ein pulsiertes Laserbündel verwendet, und ein Rückkoppelelement 27 mit einem vorgegebenen Reflexionskoeffizienten wird an einer definierten Stelle in der Einrichtung angeordnet. Gewährleistet ist, daß der vom Element 27 reflektierte Teil eines vom Diodenlaser ausgegebenen Strahlungsimpulses wieder beim Laser mit einer geeigneten Stärke ankommt und in der Aufbauzeit eines folgenden Strahlungsimpulses, der erzeugt wird. Gefunden wurde, daß es genau in dieser Aufbauzeit fällt, daß der Prozeß angeregter Emission im Laser maximal empfindlich für Photonen ist, die extern zugeführt werden, so daß diese Photonen im wesentlichen das Verhalten des Diodenlasers ganz bestimmen.
In bezug auf Fig. 2 mit einer Anzahl von Impulsen LPi der Laserimpulsfolge, wobei i = 1, 2, .., n ist, kann die Verzögerungsbedingung für einen reflektierten Laserimpulsanteil LPr,i bestimmt werden. Angenommen wurde, daß die Impulsdauer des emittierten Laserimpulses p ist und daß die Periode der Folge T ist. Für das Ausmaß, zu dem ein reflektierter Impuls LPr,i einen vom Diodenlaser ausgegebenen Impuls LPi beeinflussen kann, ist der Zeitpunkt, in Kombination mit der Menge, mit der die reflektierte Strahlungsenergie den Diodenlaser erreicht, von großer Wichtigkeit. Zu diesem Zweck muß die Verzögerungszeit Rt des reflektierten Impulses innerhalb von zwei Grenzen fallen.
Der erste Grenzwert wird durch folgende Gleichung gegeben:
Rt = T
während die zweite Grenze durch folgende Gleichung gegeben wird:
Rt = T - p - Δp.
Da grundsätzlich es auch möglich ist, daß ein reflektierter Laserimpuls LPr,1 nicht den folgenden Laserimpuls LP&sub2;, sondern den zweitfolgenden Impuls LP&sub3; oder einen der nachfolgenden Impulse LPi antreibt, können obige Grenzen wie folgt verallgemeinert werden:
Rt = nT
Rt = nT - p - Δp
worin n eine Ganzzahl ist.
Die Bedingung, die die Strahlungsenergie des reflektierten Impulses erfüllen soll sieht wie folgt aus:
E(Pr) > E(LPi)
zu einem Zeitpunkt t&epsi;,i in der Aufbauzeit Δp des i-ten Impulses, zu welchem Zeitpunkt der reflektierte Impuls in den Laser eintritt.
Das bedeutet, daß zum Zeitpunkt t&epsi;,i die Strahlungsenergie des reflektierten Impulses größer sein soll als die zu diesem Zeitpunkt im Laser für den folgenden Impuls (i-ten Impuls) aus dem Diodenlaser aufgebaute Strahlungsenergie.
Wenn die obere Grenze Rt = n.T erfüllt wird, fällt die Rückflanke des reflektierten Impulses mit dem Zeitpunkt zusammen, wenn der auszugebende folgende Impuls vollständig aufgebaut ist, so daß der reflektierte Impuls keinen weiteren Einfluß auf den auszugebenden Impuls hat.
Wenn die untere Grenze Rt = nT - p - Δp erfüllt wird, fällt die Vorderflanke des reflektierten Impulses mit dem Zeitpunkt zusammen, zu dem der Aufbau eines neuen Impulses noch nicht angefangen hat. Die Grenzen sind keine absoluten Grenzen. Unter Umständen kann noch einige Auswirkung auftreten, wenn diese Grenzen geringfühig überschritten werden.
Andererseits wird die Verzögerungszeit, d.h. die erforderliche Zeit eines Strahlungsimpulses LPi zum Zurücklegen des Weges von der Austrittsfläche des Diodenlasers und zurück zum Diodenlaser, von 2d/c gegeben, worin d der Abstand zwischen dem Diodenlaser 8 und dem Rückkoppelelement 27 und c die Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Lichts in dem von der Strahlung durchquerten Medium. In Kombination mit den beiden Grenzbedingungen gilt dabei folgende Verzögerungsbedingung:
nT - p - Δp < 2d/c < nT
so daß der Abstand d wie folgt gegeben wird:
d = c/2 . nT - c/2 . &epsi;(p+Δp)
worin &epsi; eine größere Zahl als Null ist und kleiner ist als eine Zahl, deren Wert von der Energie des reflektierten Impulses bestimmt wird. Wenn diese Energie verhältnismäßig groß ist, kann der reflektierte Impuls an einem späteren Zeitpunkt in der Aufbauzeit ankommen, so daß &epsi; näher bei Null liegt als bei Eins ?. Wenn die Energie des reflektierten Impulses niedriger ist, muß dieser Impuls zu einem früheren Zeitpunkt in der Aufbauzeit ankommen, so daß &epsi; dabei näher bei Eins als bei Null liegt. &epsi; ist daher umgekehrt proportional der reflektierten Impulsenergie.
Durch Anordnen eines Rückkoppelelements 27 (Fig. 1) mit einem geeigneten Reflexionskoeffizienten in einem Abstand d vom Diodenlaser und durch Gewährleistung, daß alle weiteren Bauteile, die Strahlung reflektieren können, in einem Abstand angeordnet sind, der oben genannte allgemeine Bedinung nicht erfüllt, wird erreicht, daß das Verhalten des Diodenlasers und damit die Parameter und die Qualität des Laserbündels im wesentlichen nur durch die Rückkopplung über das erstgenannte Element 27 bestimmt und konstant gehalten werden.
Durch die geeignete Wahl der Art des Rückkoppelelements 27 kann ein vorgegebener Parameter des Laserbündels eingestellt werden. Das Rückkoppelelement kann beispielsweise ein wellenlängenempfindliches Element sein, wie beispielsweise ein Prisma, ein Gitter oder ein Etalon. Auf diese Weise kann die Wellenlänge des Bündels eingestellt und festgehalten werden. Rückkopplung kann sowohl beim Rückspiegel als auch beim Vorderspiegel des Diodenlasers verwirklicht werden.
Das Rückkoppelelement 27 ist mit einer gestrichelten Linie in Fig. 1 dargestellt, da statt der Verwendung eines getrennten Rückkoppelelements die Erfindung ebenfalls verwirklichbar ist, indem der Oberfläche eines bereits vorhandenen Elements in der Einrichtung 7 beispielsweise der Oberfläche 20 des Strahlteilers 21 ein geeigneter Reflexionskoeffizient gegeben wird, und durch Gewährleistung, daß diese Oberfläche 20 sich im erwähnten Abstand d vom Diodenlaser 8 befindet.
Eine Bedingung für die Art des Rückkoppelelements 27 ist, daß das Bündel 11 aus dem Diodenlaser 8 wieder nach Reflexion am Rückkoppelelement in den Diodenlaser eintritt.
Wenn das Bündel 11 in ein paralleles Bündel mit Hilfe einer Kollimatorlinse 14 umgewandelt wird, kann das Rückkoppelelement 27 als eine (planparallele) Platte implementiert werden, da die Kollimatorlinse 14 wieder auf den Diodenlaser 8 fokussiert ist.
Wenn keine Kollimatorlinse 14 benutzt wird, muß das Rückkoppelelement 27 eine gekrümmte Fläche haben, um das streuende Bündel 11 in ein Bündel umzusetzen, das in den Diodenlaser eintreten kann.
In der Praxis kann der Abstand d zwischen dem Diodenlaser und dem Rückkoppelelement, wobei der Abstand zum Erhalten spektraler Stabilisation des Diodenlasers erforderlich ist, verhältnismäßig lang sein, was ein Nachteil ist durch die verlangte Gedrängtheit der optischen Einrichtung. Beispielsweise ist für eine Impulsperiode p von 1 ns ein Abstand d von etwa 150 mm erforderlich.
Entsprechend eines weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels wird der Lichtweg zwischen dem Diodenlaser 8 und dem Rückkoppelelement 27 gefaltet. Zu diesem Zweck kann die Einrichtung beispielsweise zwei einander zugewandte Reflektoren enthalten, zwischen denen das Strahlungsbündel mehrmals reflektiert wird. Jedoch wird durch die Stabilität ein Körper 120 aus optisch transparentem Material, beispielsweise ein Glaskörper vorzugsweise benutzt, in dem zwei einander zugewandte Flächen reflektieren, so daß ein Strahlungsbündel in den Körper mehrmals reflektiert wird. Die Toleranzen werden dabei während der Herstellung des Körpers bestimmt. Der Faltungskörper kann auch aus anderen Werkstoffen als Glas hergestellt werden, wie z.B. aus anderen optisch transparenten Werkstoffen mit einem ausreichend hohen Brechungsindex, wie aus transparentem Kunststoff.
Es kann mehrere Ausführungsformen eines derartigen Faltungskörpers 120 geben. Ein erstes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 12a dargestellt und enthält eine planparallele Platte 121, von der eine erste Fläche 123 und eine zweite Fläche 125, die einander gegenüber angeordnet sind, mit einer Reflexionsschicht 127 mit hoher Reflexion versehen werden. Die erste Fläche 123 hat außerdem ein Eintrittsfenster 129 und die zweite Fläche 125 hat ein Austrittsfenster 131. Ein vom Diodenlaser 8 ausgegebenes Strahlungsbündel 11 tritt durch das Eintrittsfenster 129 beispielsweise über eine Kollimatorlinse 130 in die planparallele Platte 121 ein und, da das Bündel unter einem spitzen Winkel die Flächen 123 und 125 erreicht, wird es mehrmals von diesen Flächen reflektiert. Das Bündel erreicht darauf ein wellenlängenempfindliches Reflexionselement 27, das in oder hinter einem dritten Fenster 128 in einer der Flächen angeordnet ist. Anschließend durchquert das Bündel die Platte in der umgekehrten Richtung, wonach es die Platte über das Fenster 129 auf seinen Weg zum Diodenlaser verläßt.
Das Austrittsfenster 131 kann zum Koppeln der Diodenlaserstrahlung verwendet werden, die nicht zum Rückkoppeln aus dem Faltungskörper erforderlich ist. Zu diesem Zweck wird vorzugsweise das Fenster 131 mit einer Schicht 132 versehen, die beispielsweise als teilweise transmissiver Strahlteilungsspiegel dient.
Das wellenlängenempfindliche Rückkoppelelement 27 kann ein getrennter Bauteil sein. Jedoch wird dieses Element vorzugsweise in der planparallelen Platte integriert, d.h. es wird an der Stelle des Fensters 128 angeordnet. Dieses Element kann beispielsweise ein Prisma sein. Das Prisma kann auf dem Fenster angebracht oder durch eine Ausnehmung im Fenster gebildet werden. Ein Gitter 27 nach Fig. 12a wird jedoch bevorzugt wegen seiner verhältnismäßig hohen wellenlängenauflösenden Energie.
Im Glaskörper kann auf verschiedene Weisen ein Gitter integriert werden. Beispielsweise kann das Gitter direkt in einen Glasfaltungskörper eingeätzt oder als getrennter Bauteil auf dem Faltungskörper angebracht werden. Eine andere Möglichkeit ist das Anbringen einer dünnen Kunststoffschicht auf dem Faltungskörper, in dem darauf das Gitter mit Hilfe einer Repliktechnik angebracht wird.
Durch Falten kann ein Strahlungsweg mit einer Länge beispielsweise von 130 mm in Luft für ein Strahlungsbündel mit einem Durchmesser von 3 mm in einer Glasplatte mit einer Dicke D von 8 mm und einer Länge L von 13 mm vorgesehen werden, wenn das Glas einen Brechungsindex von 1,8 hat.
Das Falten kann auf andere Weise dreidimensional statt zweidimensional vorgesehen werden. Zu diesem Zweck kann ein rückwärtsgerichtetes Element 133 auf einem vierten Fenster 136 am Ende eines ersten Lichtweges 135 auf dem Glaskörper nach Fig. 22 angebracht werden. Nachdem das Strahlungsbündel den ersten Lichtweg 135 zurückgelegt hat, der sich in einer ersten Ebene senkrecht zu den Reflexionsflächen des Glaskörpers befindet, wird es zunächst in der Richtung senkrecht zu der Zeichenebene reflektiert und anschließend in einer parallelen Richtung zur Einfallsrichtung auf dem Element 133 reflektiert, so daß das Bündel in die planparallele Platte 121 ankommt, wiederum zum Zurücklegen eines zweiten Lichtweges 137 in einer zweiten Ebene parallel zur ersten Ebene. Auf diese Weise werden die gefalteten Lichtwege 135, 137 und mögliche weitere Lichtwege gestapelt und daher kann ein Faltungskörper mit einer kürzeren Länge L zur Verwirklichung eines Lichtweges mit einer Gesamtlänge d verwendet werden, die für spektrale Stabilisation erforderlich ist. Diese Ausführungsbeispiel ist in Fig. 13 dargestellt. In Fig. 13a ist eine Draufsicht und in Fig. 13b eine Seitenansicht dargestellt.
Ein sehr geeignetes Beispiel eines rückwärtsgerichteten Elements 133 ist ein Prisma mit einem Scheitelwinkel von 90º. Die obere Rippe dieses Prismas verläuft senkrecht zum Hauptstrahl des Bündels. Das Prisma ist derart geschliffen, daß die Grundfläche 139 gegenüber der oberen Rippe parallel zur Oberfläche 125 verläuft, so daß es keine Reflexionsverlufte gibt.
In einem anderen möglichen Ausführungsbeispiel ist der erfindungsgemäße Faltungskörper 120 als ein optisch transparenter Körper 122 mit einem rechteckigen oder viereckigen Querschnitt nach Fig. 14 gebildet. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Oberflächen 145, 146, 148, 149 in bezug auf das ankommende Strahlungsbündel derart orientiert, daß es auf jeder Oberfläche innere Gesamtreflexion des Bündels gibt. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 14 wird dies zweimal für jede Fläche bewirkt, bevor das Bündel das Rückkoppelelement 27 erreicht. Nach der Reflexion von diesem Element legt das Bündel denselben Strahlungsweg in der umgekehrten Richtung zurück und entweicht aus dem Faltungskörper über die Oberfläche 145 auf seinem Weg zum Diodenlaser.
Die Diodenlaserstrahlung, die nicht für Rückkopplung erforderlich ist, entweicht aus dem Faltungskörper 122 durch die Oberfläche 149. An der Stelle, an der dies verwirklicht ist, ist eine Schicht 151 vorgesehen, die als ein teilweise transmissiver Strahlteilungsspiegel dient. Außerdem wird vorzugsweise ein Prisma 147 an dieser Stelle vorgesehen und seine Oberfläche 150 verläuft senkrecht zum Hauptstrahl des Bündels. Ein ähnliches Prisma 143 mit einer senkrechten Oberfläche 152 wird ebenfalls vorzugsweise auf der Oberfläche 145 an der Stelle angeordnet, an der das Diodenlaserbündel in den Faltungskörper eintritt. Beide Prismen können beispielsweise aus demselben Material wie der Glaskörper hergestellt werden. In diesem Ausführungsbeispiel und im Ausführungsbeispiel mit der planparallelen Platte kann das Rückkoppelelement 27 ein Prisma, ein Gitter oder ein Etalon sein, das in oder hinter den Fenster 153 im Glaskörper angeordnet ist. Ein Gitter wird jedoch wegen seiner verhältnismäßig hohen wellenlängenauflösenden Energie bevorzugt.
Wie in Fig. 13a und 13b für die planparallele Platte kann die Faltungskörper nach Fig. 14 eine Anzahl gefalteter Lichtwege in parallelen Ebenen im Glaskörper enthalten, die mittels eines rückwärts gerichteten Elements 133 gestapelt werden, um Faltung in drei Dimensionan zu verwirklichen.
Beide Ausführungsbeispiele 121 und 122 des Faltungskörpers können auf andere Weise derart implementiert werden, daß das Eintrittsfenster und das Austrittsfenster sich in derselben Ebene 123 oder 145 befinden und zusammenfallen. In diesem Fall ist die Diodenlaserstrahlung nicht erforderlich, da Rückkopplung mit Hilfe eines Zusatzelements beispielsweise eines teilweise transmissiven Strahlteilers zwischen dem Diodenlaser und dem Faltungskörper zur weiteren Verwendung in der Einrichtung abgekoppelt werden muß.
In jedem der Ausführungsbeispiele des Faltungskörpers mit einem Gitter als Rückkoppelelement ist es möglich, das Gitter unter einem spitzen Winkel in bezug auf die Oberfläche 125 oder 149 anzuordnen, wie für ein Gitter in Fig. 12b und 12c für einen Faltungskörper in Form einer planparallelen Platte dargestellt ist. Faktisch ist die wellenlängenauflösende Energie abhängig von der Anzahl von Gitterperioden im Strahlungsbündel und daher vom Durchmesser dieses Strahlungsbündels. Durch Kippen des Gitters in bezug auf die Oberfläche des Glaskörpers wird eine größere Oberfläche des Gitters vom selben Strahlungsbündel belegt und daher kann eine größere wellenlängenlösende Energie erhalten werden.
In jedem Ausführungsbeispiel des Glaskörpers 121, 122 und sowohl für ein Gitter als auch für ein Etalon als auch für ein Prisma als Rückkoppelelement kann der Körper in der optischen Einrichtung 1 angeordnet werden, um in bezug auf das ankommende Bündel 11 derart zu drehen, daß die zu reflektierende Wellenlänge geändert werden kann.
Die Erfindung kann auch in einem Gerät zum Lesen eines strahlungstransmissiven Aufzeichnungsträgers gebraucht werden. Die optische Einrichtung eines derartigen Geräts unterscheidet sich von der nach Fig. 1 darin, daß das Detektorsystem sich an einer anderen Seite des Aufzeichnungsträgers als die Strahlungsquelle befindet.
Die Erfindung kann mit großem Vorteil in einem Gerät zum optischen Beschreiben eines Aufzeichnungsträgers verwendet werden. Die Strahlungsquelle in einem derartigen Gerät muß eine größere Energie als in einem Lesegerat liefern. Die größere Energiemenge kann (erhalten werden ??) durch Anbringen einer Antireflexionsbeschichtung auf dem Vorderspiegel des Diodenlasers. Hierdurch wird der Diodenlaser empfindlicher für Rückkopplung. Daher bietet die Verwendung der Erfindung in einem Schreibgerät einen größeren Effekt als in einem Lesegerät. Die optische Einrichtung des Schreibgeräts kann sich unterscheiden von der nach Fig. 1 darin, daß der Weg des Laserbündels einen Modulator zum Modulieren der Bündelstarke entsprechend der zu schreibenden Information enthält. Diese Modulation wird vorzugsweise mittels Modulation der Amplitude des elektrischen Stroms durch den Diodenlaser verwirklicht.
In den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der Diodenlaser auf einer festen Wellenlänge stabilisiert. Statt der Wahl eines einfachen Betriebs kann es jedoch wünschenswert sein, eine einstellbare Wellenlänge in bestimmten Anwendungen zu haben. Dies gibt beispielsweise die Möglichkeit der Ablenkung des Strahlungsbündels nach dem Prinzip beschrieben in der US-Patentschrift US-A 4 918 679. Durch Anordnen eines Streuelements im Strahlungsweg hinter dem Rückkoppelelement zum Ändern der Wellenlänge des Bündels wird ein praktisches und vorteilhaftes Ausführungsbeispiel dieses Prinzips erhalten.
Das Streuelement kann ein Transmissionselement oder ein Reflexionselement sein.
Die Wellenlängenänderung der gewünschten Diodenlaserstrahlung für die Bündelablenkung kann auf verschiedene Weisen verwirklicht werden durch Verwendung des Rückkoppelelements, das bereits zum Stabilisieren der Laserwellenlänge vorhanden ist.
In Fig. 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Anordnung zum Liefern eines stabilisierten Laserbündels dargestellt, in dem die Richtung einstellbar ist. Das Rückkoppelelement dieser Einrichtung enthält einen optischen Wellenleiter 29 mit einem Gitter 33, das in der Fortpflanzungsrichtung des Strahlungsbündels integriert ist, die mit einer Pfeilspitze 31 angegeben ist, und mit einer ändernden Periode Pi.
Im Prinzip kann das aus dem Diodenlaser ankommende und in den Wellenleiter eingekoppelte Bündel in größerem oder kleinerem Ausmaß durch einen Teil des Gitters reflektiert werden. Aus obiger Beschreibung wird klar sein, daß nur jener Teil des Gitters im Abstand vom Diodenlaser das Verhalten des Diodenlasers beeinflussen wird. Dieser Teil hat eine vorgegebene Gitterperiode, so daß die rückgekoppelte Strahlung in den Diodenlaser und damit die vom Diodenlaser ausgegebene Strahlung eine vorgegebene mit dieser Periode verknüpfte Wellenlänge hat. Durch Einstellen entsprechend Fig. 3 können die Wiederholungsfrequenz der elektrischen Stromquelle 34 mit Hilfe einer Schaltung 36, die mit einem Steuersignal Sc gesteuert wird, die Verzögerungsbedingung und daher der Abstand d eingestellt werden. Das bedeutet, daß jeweils ein anderer Teil des Gitters, je mit einer anderen Periode, für die Rückkopplung gewählt wird. Die Wellenlänge der Diodenlaserstrahlung ist daher änderbar.
Der optische Wellenleiter 29 kann beispielsweise als optische Faser mit einem planaren Gitter in der Längsrichtung implementiert werden. Der Wellenleiter kann auch ein planarer optischer Wellenleiter oder ein Kanalwellenleiter beispielsweise aus einem Halbleitermaterial oder aus Glas sein, in dem ein planares Gitter in axialer Richtung angeordnet ist.
Das Bündel 35 aus dem Wellenleiter 29 auf der vom Gitter stabilisierten Wellenlänge fällt anschließend auf ein Streuelement 37. Dies kann beispielsweise ein Prisma oder ein Gitter sein, wobei das Gitter eine bessere Wellenlängenauflösung als das Prisma hat. Der Winkel, unter dem das Bündel 35 vom Streuelement 37 abgelenkt wird, ist von der Wellenlänge abhängig, die von der eingestellten Wiederholungsfrequenz und vom Rückkoppelgitter gewählt wir.d
In Fig. 4 ist schematisch eine andere Möglichkeit der Erzeugung eines stabilisierten Laserbündels mit einer einstellbaren Wellenlänge dargestellt.
Das Rückkoppelelement 27 ist jetzt als reflektives Element mit einer variablen Reflexion implementiert. Die Austrittsfläche 43 des Diodenlasers hat einen niedrigen Reflexionskoeffizienten beispielsweise durch Ausführung dieser Fläche mit einer Antireflexionsbeschichtung. Die Wellenlänge des Ausgangsspektrums eines derartigen Diodenlasers ist kleiner als die des Ausgangsspektrums eines Diodenlasers mit einer Austrittsfläche mit einem hohen Reflexionskoeffizienten. Dies ist wahrscheinlich die Folge davon, daß die Ladungsträgerdichte im Laserresonanzraum des erstgenannten Lasers größer ist während des Laserbetriebs als im letztgenannten Laser.
Da das Rückkoppelelement hinter dem Diodenlaser mit einem höheren Reflexionskoeffizienten angeordnet ist, ist der wirksame Reflexionskoeffizient für die Diodenlaser und damit die Anzahl der erwähnten Ladungsträger durch den einstellbaren Reflexionskoeffizienten des Rückkoppelelements bestimmt.
Beispielsweise wenn ein Rückkoppelelement mit einem Reflexionskoeffizienten von 0,90 hinter einem Diodenlaser angeordnet ist, dessen Austrittsfläche einen Reflexionskoeffizienten von 0,04 hat, verschiebt sich das Spektrum des Diodenlasers von 860 nm nach 850 nm entsprechend Fig. 5. Ein Paket von Laserbetriebsarten, das eine Breite von etwa 2 nm hat, befindet sich um jede dieser Wellenlängen. Also bei der Änderung des Reflexionskoeffizienten zwischen 0,04 und 0,90 können fünf Wellenlängen unterschieden werden.
Ein Element mit einem einstellbaren Reflexionskoeffizienten kann durch die Kombination eines wenigstens teilweise transparenten Reflektors 39 mit einem Komponenten 41 mit einem einstellbaren Transmissionskoeffizienten zwischen dem Diodenlaser 8 und dem Reflektor 39 verwirklicht werden. Damit der reflektierte Impuls bei der Rückkehr zum Laser die Verzögerungsbedingung erfüllt, muß der Reflektor 39 sich im Abstand d vom Diodenlaser 8 befinden.
In Fig. 5 ist das Spektrum eines pulsierten Mehrbetriebsdiodenlasers dargestellt. Zum Vergrößern der Anzahl unterscheidbarer Wellenlängen wird vorzugsweise ein Etalon beispielsweise in Form einer planparallelen Glasplatte 40 im Strahlungsweg angeordnet. Wenn der "freie spektrale Bereich", d.h. der Unterschied zwischen zwei Wellenlängen, die beide in der Breite W des Etalons passen, kleiner ist als der Abstand zwischen den einzelnen Laserbetriebsarten, wobei dieser Abstand beispielsweise 0,3 nm ist, kann das Spektrum des Diodenlasers bedeutend eingeengt werden. Ein Ergebnis davon ist, daß der pulsierte Diodenlaser sich als ein Monomodelaser verhält und nur eine Wellenlänge ausgibt. Dies ist in Fig. 6 dargestellt, in der die verschiedenen Laserspektren dargestellt sind, die bei verschiedenen Reflexionskoeffizienten R erhalten werden. Die Gesamtbreite aller kombinierten Spektren ist beispielsweise etwa 15 nm. Die Anzahl der unterscheidbaren Wellenlängen wird durch die Länge des Diodenlaser-Resonanzraums bestimmt. Wenn diese Länge beispielsweise 1 mm beträgt und der Modeabstand beträgt beispielsweise 0,1 nm, können im Prinzip 150 verschiedene Wellenlängen im Bereich von 15 nm unterschieden werden. Damit diese Anzahl von Wellenlängen wesentlich in genausoviele Bündelrichtungen umgesetzt werden, muß das Gitter 37 eine getrennte Leistung haben, die gleich oder kleiner als der Abstand zwischen den Lasermoden ist. Wenn dieser Abstand 0,1 nm beträgt und das Gitter hat 1000 Perioden pro Millimeter, kann die gewünschte Anzahl von 150 verschiedenen Richtungen für das Laserbündel mit einem 4 mm langen Gitter für das gebeugte Bündel der zweiten Ordnung erhalten werden. Das Gitter kann derart gebildet werden, daß der größere Teil der darauf fallenden Strahlung in der zweiten Ordnung gebeugt wird.
Statt eines Transmissionsetalons 40 und eines Reflektors 39 kann nur ein Reflektor in der Form eines Etalons verwendet werden. Auch in den nachstehend zu beschreibenden Ausführungsbeispielen kann ein in Reflexion arbeitendes Etalon oder ein nicht in Reflexion arbeitendes Etalon im Strahlungsweg angeordnet werden, um ein Monomode-Laserbündel zu erhalten.
Es sind mehrere Ausführungsbeispiele für den Bauteil 41 mit einem einstellbaren Transmissionskoeffizienten möglich.
Eine erste Möglichkeit ist die Wahl eines elektrooptischen Elements 43 in Kombination mit einem Polarisationsanalysator 45 für den Bauteil 41.
In Fig. 7 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung dargestellt, in der das elektrooptische Element 43 ein elektrooptischer Kristall ist. Mit Hilfe einer Spannungsquelle 47 gelangt eine Spannung über die Elektroden 49 und 51 an den Seiten des Kristalls an den elektrooptischen Kristall 43. Diese Spannung bestimmt die Doppelbrechung des Kristalls. Abhängig davon erfährt ein Strahlungsbündel durch den Kristall eine Änderung im Polarisationszustand. Dieses Strahlungsbündel fällt anschließend auf einen Polarisationsanalysator 45, so daß die Änderung des Polarisationszustands in eine Stärkeänderung umgesetzt wird. Durch Änderung der Spannung am Kristall 43 kann so die Starke des nach dem Diodenlaser reflektierten Impulses geändert werden. Abhängig von dieser Stärke stabilisiert der Diodenlaser auf einer anderen Wellenlänge.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung auf der Basis desselben Prinzips ist in Fig. 8 dargestellt, in der das elektrooptische Element 43 ein flüssigkristallines Material ist. Wiederum wird hier eine Spannung über die Elektroden 55, 57 mit Hilfe einer Spannungsquelle 53 an das Material gelegt, so daß ein Strahlungsbündel durch das Material eine Polarisationsänderung erfährt. Diese Polarisationsänderung wird anschließend in eine Stärkeänderung mittels des Polarisationsanalysators 45 umgesetzt.
Eine zweite Möglichkeit ist die Wahl eines akustooptischen Elements 59 statt eines elektrooptischen Elements für den Bauteil 41. Ein Ausführungsbeispiel dieses Elements ist in Fig. 9 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel wird das akustooptische Element 59 aus einem piezoelektrischen Substrat 61 gebildet, auf dem ein optischer Wellenleiter 63 angeordnet ist. Eine akustische Welle wird im Wellenleiter 63 über die Elektroden 67 und 69 mit Hilfe einer Spannungsquelle 65 erzeugt. Diese Welle induziert eine mechanische Spannung in dieses Medium, wodurch periodische Änderungen des Brechungsindex im Medium entstehen. Auf diese Weise bildet sich ein optisches Gitter im Medium, so daß ein Strahlungsbündel durch das Medium gebeugt wird. Der Winkel, unter dem Beugung erfolgt, kann durch Änderung der Frequenz der Spannungsquelle und daher der der akustischen Welle geändert werden. Die Menge der gebeugten Strahlung kann durch Änderung der Amplitude der akustischen Welle moduliert werden.
Die Art der Beugung ist von der Dicke des optischen Wellenleiters 63 und von der Stärke der akustischen Welle abhängig. In einem optischen Dünnschichtwellenleiter und bei einer verhältnismäßig niedrigen Stärke der akustischen Welle wird das ankommende Bündel zum Teil in nur einer höheren Ordnung gebeugt, der ersten Ordnung (Raman-Nath-Beugung). Bei einem dickeren Wellenleiter und einer größer werdenden Stärke der akustischen Welle wird ein ankommendes Bündel zum Teil in verschiedenen höheren Ordnungen gebeugt (Braggsche Diffraktion). Das bedeutet, daß die Modulationstiefe für eine vorgegebene Stärke der akustischen Welle bei der Raman-Nath-Diffraktion am größten ist.
Eine dritte Möglichkeit ist die Bildung des Bauteils 41 mit dem einstellbaren Transmissionskoeffizienten aus einem planaren Interferometer 70, von dem wenigstens ein Abzweig einen optischen Phasendreher 71 enthält. In Fig. 10 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Über einen Eintrittswellenleiter 73 wird das ankommende Bündel 11 aus dem Diodenlaser 8 in zwei Teilbündel an der Stelle des ersten Y-Knotenpunkt 75 aufgeteilt, und diese Teilbündel pflanzen sich in den zwei Zwischenwellenleitern 77 und 79 fort. Die zwei Teilbündel werden an der Stelle des zweiten Y-Knotenpunkts 81 zu einem ausgehenden Bündel kombiniert, das das Interferometer über den Austrittswellenleiter 83 verläßt. Im Prinzip sind die zwei Zwischenwellenleiter gleichwertig und das Bündel 11 am ersten Y-Knotenpunkt 75 wird in zwei Teilbündel mit einer gleichen Amplitude und Phase aufgeteilt. Die Stärke des Austrittsbündels ist dabei maximal. Wenn über einen der beiden Abzweige über die Elektroden 87 und 89 mit Hilfe einer Spannungsquelle 85 eine Spannung angelegt wird, tritt eine Änderung im Brechungsindex in diesem Abzweig beispielsweise durch den elektrooptischen Effekt und abhängig vom Material der Wellenleiter auf, wodurch eine Phasendrehung eines Bündel durch diesen Abzweig entsteht. Die Neukombination der zwei Teilbündel im Austrittswellenleiter liefern konstruktive oder destruktive Störung abhängig von der relativen Phasendrehung dieser Bündel. Nach Bedarf kann eine Spannung auch an den zweiten Abzweig mit Hilfe von Elektroden angelegt werden (nicht dargestellt) solange die zwei Zwischenwellenleiter eine andere Phasendrehung eines Teilbündels durch sie bewirken.
Auf diese Weise ändert sich die Stärke des Strahlungsbündels durch Gewährleitung, daß die zwei Teilbündel eine Phasendrehung in bezug aufeinander erfahren haben, nachdem sie das Interferometer durchlaufen haben.
Die erfindungsgemäße optische Einrichtung zur Lieferung eines ablenkbaren Bündels kann mit großem Vorteil in einer Abtasteinrichtung 91 zum optischen Abtasten eines bandförmigen Aufzeichnungsträgers 93 verwendet werden.
In Fig. 9 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer derartigen Abtasteinrichtung dargestellt. Ein bandförmiges Aufzeichnungsträger 93 wird von einer ersten Spule 95 nach einer zweiten Spule 97 in der Bandlaufrichtung befördert, die mit einer Pfeilspitze 99 angegeben ist. Der bandförmige Aufzeichnungsträger 93 wird über Tonrollen 101 und 103 geführt. Ein Bündel 105 aus der optischen Einrichtung 7 wird in einem Streuelement 37 nach einem Objektivsystem 107 gebeugt, das das gebeugte Strahlungsbündel 106 zu einem Abtastfleck 108 in der Informationsebene des Aufzeichnungsträgers fokussiert. Der Winkel, unter dem das Strahlungsbündel 105 gebeugt wird, ist von der Wellenlänge abhängig. Durch Änderung der Wellenlänge des Bündels 105 wird dieser Winkel derart geändert, daß ein Abtastbündel geschaffen wird. Jede Wellenlänge wird an einer anderen Stelle auf dem Aufzeichnungsträger 93 fokussiert. Da diese Änderung in der Wellenlänge elektronisch vor sich geht, insbesondere elektrooptisch oder akustooptisch, in der optischen Einrichtung 7, wird die Geschwindigkeit, bei der das gebeugte Bündel 106 gesteuert wird, wesentlich höher als in den Stromabtasteinrichtungen, in denen ein mechanisch angetriebener Polygonspiegel verwendet wird.
Die optische Einrichtung 100 eignet sich außerdem auch zur Verwendung in optischen Abtastgeraten, in denen der Aufzeichnungsträger eine optische Platte ist. Eine Aufzeichnungsspur auf einem derartigen Aufzeichnungsträger wird mit Hilfe eines zu einem Abtastfleck fokussierten Strahlungsbündels abgetastet. Damit der Abtastfleck in bezug auf die Aufzeichnungsspur richtig positioniert ist und bleibt, werden derartige Abtastgeräte mit einem Nachführungsservosystem versehen. Mit diesem System wird die Position des Abtastflecks in bezug auf die Spur detektiert und in bezug darauf wird die Position des Abtastflecks korrigiert. Zum Erzeugen des Nachführungssignals kann ein Abtastfleck verwendet werden, der sich periodisch in Querrichtung zur Spur nach der Beschreibung in der US-Patentschrift 4 918 679 verschiebt. Zum Ausführen dieser periodischen Bewegung kann die erfindungsgemäße Einrichtung mit der Bezeichnung 100 in Fig. 9 benutzt werden, wenn darin die Wellenlänge periodisch geändert wird. Zum Korrigieren der Position des Abtastflecks in bezug auf die Mittellinie einer abzutastenden Spur kann auch die Einrichtung 100 benutzt werden, wie dabei mit einem Steuersignal gesteuert wird, das von einem Nachführungsfehlersignal abgeleitet ist.
Durch Betreiben des Diodenlasers mit einem periodisch modulierten elektrischen Stroms, beispielsweise einem sinusförmigen oder pulsierten Stroms, kann ein pulsiertes Laserbündel erhalten werden. Auf andere Weise kann ein Diodenlaser mit einer derartigen Struktur benutzt werden, daß er ein pulsierendes Bündel liefert. Ein derartiger Laser, der im allgemeinen als selbstpulsierender Laser bezeichnet wird, ist beispielsweise aus der britischen Patentanmeldung 2 221 094 bekannt.
Zusätzlich zu Abtasteinrichtungen für optische Aufzeichnungsträger, Scheiben oder Bänder kann die Erfindung auf andere Weise auch in anderen Schreibgeräten, wie in Laserdrucker und in Inspektion- oder Meßgeräten wie Abtastmikroskopen benutzt werden. Die Erfindung ist im allgemeinen in optischen Einrichtungen verwendbar, die ein optisches System und einen Diodenlaser als Strahlungsquelle benutzen, in der Rückkopplung von Strahlung zum Diodenlaser durch Reflexionen an Elementen des optischen Systems wie beispielsweise in optischen Telekommunikationssystemen auftreten kann.

Claims

1. Optische Einrichtung mit einem Diodenlaser (8) zum Erzeugen eines Strahlungsbündels und mit einem optischen System (9) zum Zentrieren und Führen des Strahlungsbündels, worin der Diodenlaser ein pulsierter Laser ist, der Strahlungsimpulse mit einer Impulsdauer p und einer Impulsperiode T liefert und mit einem teilweise reflektierenden Rückkoppelelement (27) im Strahlungsweg des Strahlungsbündels in etwa einem Abstand d vom Diodenlaser, wobei dieser Abstand d folgende Bedingung erfüllt

d = c/2 . nT - c/2 . &epsi; (p+Δp)

worin n eine Ganzzahl ist, c die Lichtgeschwindigkeit in dem vom Strahlungsbündel durchquerten Medium ist, Δp die Aufbauzeit eines Impulses PL im Diodenlaser und &epsi; eine Realzahl sind, die 0 < &epsi; < 1 erfüllt und innerhalb dieser Grenzen bei einer abnehmenden bzw. ansteigenden Energie E(Pr) eines vom Rückkoppelelement reflektierten Strahlungsimpulses ansteigt oder abnimmt, so daß nachstehende Bedingung

E(Pr) > E(PLi)

zum dem Zeitpunkt erfüllt wird, wenn der Strahlungsimpuls in den Diodenlaser eintritt, wobei E(PLi) die im Diodenlaser zum betreffenden Zeitpunkt aufgebaute Strahlungsenergie ist.

2. Optische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückkoppelelement ein Element des optischen Systems ist.

3. Optische Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückkoppelelement ein wellenlängenempfindliches Element ist.

4. Optische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß Faltungsmittel zum Falten des Strahlungsweges zwischen dem Diodenlaser und dem Rückkoppelmittel angeordnet sind.

5. Optische Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Faltungsmittel einen Faltungskörper aus optisch transparentem Material mit wenigstens zwei Reflexionsflächen enthält und mit einem Eintrittsfenster und einem Austrittsfenster versehen ist, und daß eine der Reflexionsflächen mit einem dritten Fenster zum Übertragen der Diodenlaserstrahlung nach dem Rückkoppelmittel hin und zurück versehen ist.

6. Optische Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückkoppelmittel im dritten Fenster integriert ist.

7. Optische Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Reflexionsfläche mit einer Schicht mit einem hohen Reflexionskoeffizienten versehen ist.

8. Optische Einrichtung nach einem der Ansprüche 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Faltungskörper eine planparallele Platte ist, in der die erste Reflexionsfläche und die zweite Reflexionsfläche einander gegenüber und parallel zueinander angeordnet sind.

9. Optische Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Faltungskörper sich in einem Medium mit einem Brechungsindex befindet, der kleiner ist als der des Körpermaterials, daß der Faltungskörper wenigstens zwei Oberflächen hat, die insgesamt und im inneren daraufankommende Strahlung reflektieren, und daß die Strahlung wenigstens einmal von jeder einen der beiden Flächen reflektiert wird, wenn sie einen koplanaren Strahlungsweg im Faltungskörper durchquert.

10. Optische Einrichtung nach Anspruch 5, 6, 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Eintrittsfenster und auf dem Austrittsfenster ein optisches Prisma angeordnet ist, wobei die Oberfläche des Prismas, durch die ein Strahlungsbündel eintritt und aus dem Prisma entweicht, quer zum Hauptstrahl des Bündels verläuft.

11. Optische Einrichtung nach Anspruch 5, 6, 7, 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Reflexionsflächen mit einem vierten Fenster versehen ist, auf dem ein rückwärtsgerichtetes Element angeordnet ist, in dem die Strahlung nach Zurücklegen eines ersten Strahlungsweges, der sich nach den Reflexionsflächen über eine Anzahl von Reflexionen erstreckt, in einer ersten Ebene im Faltungskörper eingefangen und parallel zu sichselbst reflektiert wird, und erneut in den Körper eintritt, um wenigstens einen zweiten Strahlungsweg zurückzulegen, der sich nach den Reflexionsflächen über eine Anzahl von Reflexionen in einer Ebene parallel zur ersten Ebene erstreckt.

12. Optische Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückkoppelelement ein Gitter ist.

13. Optische Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter sich unter einem spitzen Winkel abweichend von 0º mit dem dritten Fenster erstreckt.

14. Optische Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ändern der Wellenlänge der nach dem Diodenlaser reflektierten Strahlung der Faltungskörper unter einem spitzen Winkel in bezug auf das vom Diodenlaser gelieferte Strahlungsbündel drehbar angeordnet ist.

15. Optische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß elektronische Steuermittel zum Einstellen der Wellenlänge der Strahlung aus einer Kombination von Diodenlaser und Rückkoppelelement bei verschiedenen diskreten Werten vorgesehen sind.

16. Optische Einrichtung nach Anspruch 15 zum Liefern eines richtungseinstellbaren Bündels, dadurch gekennzeichnet, daß ein Streuelement hinter dem Rückkoppelelement angeordnet ist.

17. Optische Einrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückkoppelelement von einem optischen Wellenleiter mit einem darin integrierten Gitter gebildet ist, wobei das Gitter eine abweichende Periode von der Fortpflanzungsrichtung des Strahlungsbündels hat, und daß das elektronische Steuermittel von einer frequenzeinstellbaren, periodisch modulierten Stromquelle für den Diodenlaser gebildet wird.

18. Optische Einrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Austrittsfläche des Diodenlasers einen niedrigen Reflexionskoeffizienten hat, und daß das Rückkoppelelement von einem teilweise transparenten Reflektor gebildet wird, der im Abstand d von der Austrittsfläche des Diodenlasers angeordnet ist, und von einem Bauteil, der zwischen dem Reflektor und dem Diodenlaser angeordnet ist und einen einstellbaren Transmissionskoeffizienten hat, und daß das elektronische Steuermittel von Elektroden auf dem Bauteil und von einer einstellbaren Spannungsquelle gebildet wird, deren Ausgangsklemmen mit den Elektroden verbunden sind.

19. Optische Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Bauteil mit dem einstellbaren Transmissionskoeffizienten von einem elektrooptischen Element mit nachgeschaltetem Polarisationsanalysator gebildet wird.

20. Optische Einrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß elektrooptische Element ein flüssigkristallines Material ist.

21. Optische Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Bauteil mit dem einstellbaren Transmissionskoeffizienten ein akustooptisches Element mit nachgeschaltetem Polarisationsanalysator enthält.

22. Optische Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Bauteil mit dem einstellbaren Transmissionskoeffizienten von einem planaren Interferometer gebildet wird, von dem wenigstens ein Abzweig einen optischen Phasendreher enthält.

23. Optische Einrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlungsweg zusätzlich zum Bauteil mit dem einstellbaren Transmissionskoeffizienten ein Etalon angeordnet ist.

24. Optische Einrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Diodenlaser ein selbstpulsierender Diodenlaser ist.

25. Gerät zum Abtasten einer Informationsebene, das eine optische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 zur Bildung eines Abtastflecks in der Informationsebene enthält, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Ausnahme des Abstands zwischen dem Rückkoppelelement und dem Diodenlaser die Abstände aller optischen Elemente der optischen Einrichtung ungleich dem Abstand d sind.

26. Gerät nach Anspruch 25 zum Abtasten eines bandförmigen optischen Aufzeichnungsträgers in Spuren, das Mittel zum Abtasten des Aufzeichnungsträgers in einer Richtung quer zur Bandlaufrichtung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel von einer optischen Einrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 24 gebildet wird, wobei die Richtung der Spuren sich unter einem Winkel mit der Längsrichtung des Bandes erstreckt und mit Bandantriebsmitteln zum Bewegen des Bandes in der Längsrichtung beim Abtasten und Bündablenkmittel zum Bewegen des Abtastflecks in der Spurrichtung versehen ist, wobei die Bündelabtastmittel von Bauteilen gebildet werden, die in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 16 bis 24 spezifiziert sind.