DE69917763T2 - System zur optischen datenspeicherung, das polarisationserhaltende optische fasern verwendet - Google Patents

System zur optischen datenspeicherung, das polarisationserhaltende optische fasern verwendet Download PDF

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Description

  • Verwandte Anmeldungen
  • Die Erfindung bezieht sich auf und beansprucht Priorität von der vorläufigen US-Anmeldung 60/079 903 mit dem Titel "Optical Drive Utilizing Low Birefringence Fiber" eingereicht am 30. März 1998, der vorläufigen U.S.-Anmeldung 60/088 192 mit dem Titel "Laser Phase Noise Minimization Optical Drive", eingereicht am 05. Juni 1998, der vorläufigen U.S.-Anmeldung 60/108 398 mit dem Titel "Optical Head Design Eliminating Fiber End Back Reflection", eingereicht am 13. November 1998, und der vorläufigen U.S.-Anmeldung 60/111 470 mit dem Titel "Optical Fiber Coupler Using A Spliced Polarization-Maintaining Fiber", eingereicht am 09. Dezember 1998.
  • Hintergrund der Erfindung
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung bezieht sich auf optische Fasern zur Verwendung bei Datenspeichersystemen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf polarisationsbeibehaltende optische Fasern bei magnetooptischen Datenspeichersystemen.
  • 2. Hintergrund der Technik
  • In der heutigen Technologie-Gesellschaft werden, wenn die Informationsmenge weiter wächst, die Speicherung und die Herstellung von Information eine zunehmend bedeutende Rolle spielen. Bei einer bestimmten Informationsspeichertechnologie, die als magnetooptisches (MO) Datenspeicher und -wiederherstellungssystem bekannt ist, besteht ein langfristiges Ziel weiterhin in einem verbesserten Zugriff auf die Information. Der Informationszugriff umfasst die Verwendung einer polarisierten Laserlichtquelle zum Lesen und/oder Schreiben von Information an eine interessierende Marke auf einer MO-Platte. In dem Fall des Lesens von Information macht die MO-Technologie Gebrauch von einem magnetooptischen Effekt ("Kerr"-Effekt), um eine Polarisationsrotation zu erfassen, die auf einem einfallenden linear polarisierten Laserstrahl durch eine Oberflächenaufzeichnungsschicht an der interessierende Marke auferlegt wird. Die Polarisationsrotation (die die an die interessierende Marke gespeicherte Information darstellt, ist in einer Reflexion des linear polarisierten Laserstrahls verkörpert und wird durch Elektronik zum Auslesen umgewandelt. Folglich, um gespeicherte Information von einer MO-Platte genau zu lesen, sollte die Polarisationsorientierung des reflektierten Laserstrahls getreu von der MO-Platte an die Ausleseelektronik befördert werden.
  • In einem Vorschlag offenbaren S. Renard und S. Vaillette (SPIE Bd. 1499, Optical Data Storage 1991, S. 238 bis 247), eine MO-Kopfausgestaltung, die drei optische Fasern erfordert, um Information zu lesen und zu schreiben. Die MO-Kopfausgestaltung von Renard ist unerwünschterweise komplex, primär aufgrund der großen Anzahl von optischen und kompensierenden Elementen, die bei ihrer Implementierung verwendet wird.
  • Bei einer Vorgehensweise, die eine optische polarisationsbeibehaltende Faser (optische PM-Faser) verwendet, können die intrinsischen Eigenschaften der Faser dazu gebracht werden, die optische Polarisation beizubehalten, wie es für die MO-Aufzeichnung erforderlich ist. Da die optische PM-Faser im allgemeinen Doppelbrechung zeigt (d. h. einen unterschiedlichen Brechungsindex für unterschiedliche Polarisationsorientierungen), können externe Spannungen oder Temperaturvariationen dazu führen, dass unerwünschte Phasenschwankungen zwischen den beiden Polarisationsmoden der optischen PM-Faser induziert werden. Folglich kann jede Information, die durch die Polarisationsrotation befördert wird, wenn sie sich durch die optische PM-Faser ausbreitet, ebenfalls beeinflusst werden. Ein Vorschlag, um durch die Eigenschaften von optischen PM-Fasern verursachte Phasenschwankungen passiv zu beseitigen, wird von M. N. Opsasnick in SPIE Bd. 1499, Optical Data Storage 1991, S. 276 bis 278, erläutert. Wie bei der Ausgestaltung von Renard und Vallette ist der MO-Kopf und die Aktuatorarmausgestaltung von Opsasnik durch ihre physische Größe, Masse und die Anzahl von erforderlichen optischen Elementen eingeschränkt. Je größer die Anzahl und die Masse der verwendeten optischen Elemente, um auf Information bei einem MO-Datenspeicher- und -wiederherstellungssystem zuzugreifen, desto langsamer ist im allgemeinen die Geschwindigkeit, mit der auf die Information zugegriffen werden kann, desto niedriger wird die Verfolgungsbandbreite und desto niedriger wird die Spurdichte, die gelesen oder geschrieben werden kann.
  • Ein Nachteil der PM-Faser bezieht sich auf das unerwünschte Laserrauschen, das aufgrund von unerwünschten Reflexionen von einer vorderen Endfläche und/oder hinteren Endfläche einer Faser bei einem magnetooptischen Datenspeicher- und -wiederherstellungssystem entsteht. Insbesondere tritt das unerwünschte Laserrauschen auf, wenn sich die unerwünschte Reflexion mit einem reflektierten Laserstrahl zusammen ausbreitet, und wenn die unerwünschte Reflexion und der reflektierte Laserstrahl ungefähr die gleiche räumliche Verteilung annehmen, wodurch der Rauschabstand (SNR = Signal-to-Noise-Ratio) des Kerr-Signals verschlechtert wird.
  • Eine dritte Vorgehensweise für die Datenspeicherung basierend mit optischer Technologie mit schwebendem Kopf und optischer Ausbreitung zu und von dem Kopf im freien Raum wird von N. Yamada (U.S.-Patent Nr. 5 255 260) vorgeschlagen. Insbesondere offenbart Yamada eine optische Kopfanordnung, die ein stationäres Laser-/Detektorpaket je Kopf erfordert, wobei der Kopf auf einem linearen Aktuator zur Bewegung über eine Plattenoberfläche platziert wird. Yamada widmet sich nicht den Problemen, die mit dem vertikalen Auslaufen der Platte oder der zugehörigen Verschlechterung der optischen Spotgröße verbunden sind. Obwohl Yamada Zugriff auf eine Mehrzahl von optischen Platten mit Phasenänderung bereitstellt, ist die Anzahl von optischen Platten, die innerhalb eines gegebenen Volumens betrieben werden können, so wie auch die Leistungseigenschaften, die den optischen Platten zugeordnet werden können, durch die übermäßige Anzahl, Größe und Kosten der erforderlichen optischen und mechanischen Komponenten inhärent begrenzt.
  • Die WO-A-98 09280, die für die Abgrenzung der zweiteiligen Form verwendet wird, offenbart ein System zum Ausbreiten eines Hauptlichtsignals zwischen einer Laserquelle und einem Speichermedium, wie es im Oberbegriff von Anspruch 1 angeführt ist.
  • Außerdem offenbart die JP-A-09 297931 ein System zum Ausbreiten eines Hauptlichtsignals zwischen einer Laserquelle und einem Speichermedium, wobei die Laserquelle mit einem Abtastverhältnis von ungefähr 50% oder weniger moduliert wird. Dieses System verwendet keine optische Faser.
  • Was benötigt wird, ist ein optisches System und ein Verfahren, das herkömmliche Bemühungen weiter verbessert, die sich auf den Datenzugriff richten. Was ebenfalls benötigt wird, ist ein optisches System, das das Gewicht und die Größe des Kopfes verringern kann, Plattenzugriffszeit verbessern kann, weniger optische Bauteile erfordert, Anzahl von Speicherplatten erhöht, die innerhalb eines gegebenen Volumens betrieben werden können, und kostengünstig und leicht herzustellen ist. Außerdem besteht ein Bedarf für ein optisches System, das Licht zwischen einer Laserquelle und einer Speicherstelle eines optischen Laufwerks mit einem ausreichenden Rauschabstand (SNR) übertragen kann.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die obige Aufgabe wird durch ein System zum Ausbreiten eines Hauptlichtsignals zwischen einer Laserquelle und einem Speichermedium gemäß Anspruch 1, durch ein Verfahren gemäß Anspruch 5 und eine Vorrichtung gemäß Anspruch 9 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf weitere vorteilhafte Aspekte der Erfindung.
  • In Übereinstimmung mit der Erfindung wird eine rauscharme Vorrichtung und ein Verfahren zum Übertragen von optischer Information zwischen einer Laserquelle und einer Speicherstelle bereitgestellt. Die rauscharme Vorrichtung und das Verfahren verringern vorteilhafterweise das Gewicht und die Größe des Kopfes, liefern einen Satz von optischen Pfaden mit niedrigem Profil, verbessern die Informationszugriffszeiten, erfordern weniger optische Bauteile und erhöhen, verglichen mit herkömmlichen Vorgehensweisen, die innerhalb eines gegebenen Volumens verfügbare Speicherkapazität.
  • In Übereinstimmung mit der Erfindung wird optische Information entlang eines optischen Pfads übertragen, der eine zwischen der Laserquelle und einer ausgewählten Speicherstelle angeordnete erste optische Faser umfasst. Alternativ wird die optische Information entlang eines aus einem Satz von optischen Phasen ausgewählten optischen Pfads übertragen, der die erste optische Faser und einen Satz von zweiten optischen Fasern umfasst. Bei einer Ausführungsform sind die optischen Pfade konfokale optische Pfade, die Speicherstelle umfasst einen Satz von magnetooptischen Speicherplatten, und die optischen Fasern sind optische polarisationsbeibehaltende Single-Mode-Fasern (optische PM-Single-Mode-Fasern). Jeder optische Pfad kann entlang eines jeweiligen Positionierungsarms mit einem jeweiligen schwebenden magnetooptischen Kopf gekoppelt sein. Die jeweiligen Positionierungsarme sind beispielsweise Drehaktuatorarme. Jeder der optischen Pfade wird typischerweise durch seinen jeweiligen Drehaktuatorarm positioniert, um selektiv auf eine Reflexion der Quelle des polarisierten Lichtes von einer ausgewählten magnetooptischen Platte zuzugreifen. Der Satz optischer Pfade kann ferner einen optischen Schalter aufweisen, der selektiv Information zwischen einem festen optischen Modul (das die Quelle des polarisierten Laserlichts zusammen mit einem Photoerfassungsmittel enthält) und dem Satz der magnetooptischen Speicherplatten weiterleitet.
  • Bei einem weiteren Aspekt der Erfindung werden verschiedene Rauschverringerungstechniken bereitgestellt, indem unerwünschte Reflexionen (oder deren Wirkungen) an den Endflächen der optischen Faser wesentlich verringert oder beseitigt werden. Diese Rauschverringerungstechniken können angewendet werden, wenn die Laserquelle beispielsweise ein Fabry-Perot-Laser (FP-Laser) oder eine stabile Einzelfrequenzlaserquelle, wie beispielsweise ein verteilter Rückkopplungslaser (DFB-Laser) ist. Insbesondere können unerwünschte Reflexionen (oder deren Wirkungen) an der Faserfront(Einkopplungs)-Endfläche nahe der Laserquelle und an der Faserrück(Kopf)-Endfläche nahe dem Speichermedium beseitigt werden.
  • Um die Wirkungen einer unerwünschten Reflexion von der Faserfrontendfläche zu beseitigen, kann die Laserquelle mit einer bestimmten Frequenz moduliert werden, die von der Länge der optischen Faser abhängt. Als Ergebnis wird die unerwünschte Reflexion von der Faserfrontendfläche von dem hauptsignaltragenden Strahl, der von dem Speichermedium zurückkehrt, zeitlich getrennt.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform in Übereinstimmung mit der Erfindung wird die unerwünschte Reflexion von der Faserfrontendfläche durch Koppeln der Faserfrontendfläche mit einem Material beseitigt, das einen Brechungsindex gleich dem Brechungsindex des Kerns der optischen Faser aufweist. Das Material kann beispielsweise aus Epoxyd, Fluid oder anderen geeigneten Materialien gebildet werden.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform in Übereinstimmung mit der Erfindung wird die unerwünschte Reflexion von der Faserfrontendfläche durch Koppeln der Faserfrontendfläche mit einem Deckglas beseitigt, das einen Brechungsindex aufweist, der gleich dem Brechungsindex des Kerns der optischen Faser ist. Das Deckglas kann beispielsweise aus Glas oder anderen geeigneten Materialien gebildet sein.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform in Übereinstimmung mit der Erfindung werden die Wirkungen einer unerwünschten Reflexion an der Faserfrontendfläche (d. h. Kopfendfläche) durch Polieren der Faserfrontendfläche mit einem bestimmten Winkel in Bezug auf eine optische Ausbreitungsachse beseitigt. Als Ergebnis wird der hauptsignaltragende Strahl räumlich von der unerwünschten Reflexion getrennt. Außerdem kann eine mit der Faserfrontendfläche gekoppelte GRIN-Linse mit einem ähnlichen Winkel in Bezug auf die optische Ausbreitungsachse poliert werden, um einen optimalen Faserkopplungswirkungsgrad bereitzustellen.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform in Übereinstimmung mit der Erfindung werden die Wirkungen einer unerwünschten Reflexion von der Faserrückendfläche durch Spalten (cleaving) der Faserrückendfläche mit einem bestimmten Winkel mit Bezug auf die optische Ausbreitungsachse beseitigt. Als Ergebnis der "Winkelspaltung" wird die unerwünschte Reflexion nicht effizient durch die Faser rückgekoppelt und somit wirksam ausgelöscht.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform in Übereinstimmung mit der Erfindung wird die unerwünschte Reflexion von der Faserrückendfläche durch Koppeln der Faserrückendfläche mit einem Fluid oder Epoxyd beseitigt, das einen Brechungsindex gleich dem Brechungsindex des Kerns der optischen Faser aufweist.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform in Übereinstimmung mit der Erfindung wird die unerwünschte Reflexion von der Faserrückendfläche durch Koppeln der Faserrückendfläche mit einem kernlosen oder Multi-Mode-Faserabschnitt beseitigt, der einen Brechungsindex gleich dem Brechungsindex des Kerns der optischen Faser aufweist. Die Kopplung der Fasern wird beispielsweise durch Schmelzspleißen ausgeführt.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Diagramm, das ein magnetooptisches Datenspeicher- und -wiederherstellungssystem zeigt;
  • 2 ist ein Diagramm, das die Laseroptikanordnung des magnetooptischen Datenspeicher- und -wiederherstellungssystems von 1 zeigt;
  • 3 ist ein Diagramm, das einen optischen Pfad zeigt, der die optische Faser und den optischen Schalter des magnetooptischen Datenspeicher- und -wiederherstellungssystems von 1 aufweist;
  • 4a–4g veranschaulichen eine Ausführungsform des schwebenden magnetooptischen Kopfes des magnetooptischen Datenspeicher- und -wiederherstellungssystems von 1;
  • 5 veranschaulicht eine alternative Ausführungsform des schwebenden magnetooptisches Kopfes des magnetooptischen Datenspeicher- und -wiederherstellungssystems von 1;
  • 6 ist ein Diagramm, das ein magnetooptisches Datenspeicher- und -wiederherstellungssystem als Teil eines magnetooptischen Plattenlaufwerks zeigt;
  • 7 veranschaulicht ein optisches System, bei dem eine Laserquelle gepulst wird, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 8 ist eine Darstellung einer optischen Faser, die mit einer GRIN-Linse mit einem indexangepassten Material gekoppelt ist, in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
  • 9 ist eine Darstellung einer mit einer GRIN-Linse gekoppelten optischen Faser mit einem an der Faser gebondeten Deckglas in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
  • 10 ist eine Darstellung eines reflektierten signaltragenden Strahls, der sich durch eine GRIN-Linse ausbreitet, und einer optischen Faser, die eine Einkopplungsendfläche mit einer geänderten Konfiguration aufweist, in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
  • 11a ist eine Darstellung eines Abschnitts einer optischen Faser, wobei eine unerwünschte Reflexion an dem Kopfende der optischen Faser auftritt;
  • 11b ist eine graphische Darstellung, die den relativen Rückkopplungswirkungsgrad für eine Faserendflächenreflexion von einem Faserkopfende als Funktion des Winkelbetrags darstellt, mit dem das Faserkopfende gespalten ist;
  • 11c veranschaulicht ein optisches System, das eine optische Faser mit einer nach unten gerichteten Winkelspaltung aufweist, in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
  • 11d veranschaulicht ein optisches System, das eine optische Faser mit einer nach oben gerichteten Winkelspaltung aufweist, in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
  • 11e veranschaulicht ein optisches System, das eine optische Faser ohne eine Winkelspaltung aufweist, in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 12 veranschaulicht eine optische Faser, die eine Kopfendfläche mit einer geraden Spaltung oder Polierung aufweist, und die mit einem Gleitstück mit einem indexangepassten Fluid oder Epoxyd gekoppelt ist, in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 13 veranschaulicht die Ausbreitung der signaltragenden Strahlen und der unerwünschten Reflexion bei dem in 13 dargestellten optischen System;
  • 14a veranschaulicht eine optische Faser mit einem in einen Multi-Mode-Faserabschnitt gespleißtes Kopfende in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
  • 14b veranschaulicht die Ausbreitung der signaltragenden Strahlen und der unerwünschten Reflexion bei dem in 14a dargestellten optischen System; und
  • 14c ist eine graphische Darstellung, die die Reflexion an dem Faserkopfende als Funktion der Länge eines Multi-Mode-Faserabschnitts zeigt, der mit einer optischen Faser gespleißt wird.
  • Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • 1 ist ein Diagramm, das ein magnetooptisches Datenspeicher- und -wiederherstellungssystem zeigt, das die Erfindung implementieren kann. Bei einer Ausführungsform umfasst das magnetooptische (MO) Datenspeicher- und -wiederherstellungssystem 100 einen Satz von schwebenden Köpfen vom Winchestertyp 106, die zur Verwendung mit einem Satz sich drehender MO-Platten 107 (ein Kopf für jede MO-Plattenoberfläche) angepasst sind. Die schwebenden Köpfe 106 (hier nachstehend als MO-Köpfe 106 bezeichnet) sind mit einer Drehaktuatormagnet- und Spulenanordnung 120 durch eine jeweilige Aufhängung 130 und einen Aktuatorarm 105 zur Positionierung des Satzes von MO-Köpfen 106 über den Oberflächen des Satzes sich drehender MO-Platten 107 gekoppelt. Im Betrieb werden Auftriebskräfte durch aerodynamische Wechselwirkungen zwischen dem Satz von MO-Köpfen 106 und den sich drehenden MO-Platten 107 erzeugt. Den Auftriebskräfte wirken gleiche und entgegengesetzte Federkräfte entgegen, die von dem Satz von Aufhängungen 130 angelegt werden. Der Satz von MO-Köpfen 106 kann bei einer vorbestimmten Schwebehöhe über und unter beiden Oberflächen des Satzes sich drehender MO-Platten 107 gehalten werden. Das System 100 ist typischerweise auf eine solche Art und Weise ausgestaltet, dass unter normalen Betriebsbedingungen der Satz von MO-Köpfen 106 nie direkt den Satz sich drehender MO-Platten 107 kontaktiert.
  • Das System 100 umfasst ferner ein Laseroptikmodul 103 mit einer Laseroptikanordnung 101, einem optischen Schalter 104 und einem Satz von optischen Elementen 108, wie beispielsweise optische PM-Single-Mode-Fasern. Bei einer Ausführungsform wird jeder Satz der optischen PM-Single-Mode-Fasern 108 jeweils mit dem Satz von Aktuatorarmen 105 und dem Satz von Aufhängungen 130 gekoppelt, die in einer jeweiligen Verbindung an einem jeweiligen Satz von MO-Köpfen 106 enden. Wie kurz erläutert wird, liefern die optischen PM-Fasern 108 einen Satz von optischen Pfaden mit niedrigem Profil und niedriger Masse, die die Datenspeicherkapazität je Volumeneinheit des Systems 100 verglichen mit den herkömmlichen Vorgehensweisen verbessern, während schnelle Such- und Datentransferraten beibehalten werden.
  • 2 ist ein Diagramm, das die Laseroptikanordnung des magnetooptischen Datenspeicher- und -wiederherstellungssystems von 1 zeigt. In 2 ist die Laseroptikanordnung 101 gezeigt, wie sie eine linear polarisierte Lichtquelle 231 aufweist, die in einem sichtbaren oder nahe Ultraviolettbereich arbeitet und eine optische Leistung in dem Bereich von etwa 30 bis 50 mW emittiert. Die Laseroptikanordnung 101 umfasst ferner: eine kollimierende Optik 234, einen Leaky-Beam-Splitter mit niedriger Dispersion 232 und eine Kopplungslinse 233. Die Laseroptikanordnung 101 richtet einen linear polarisierten abgehenden Laserstrahl 291 von der linear polarisierten Laserquelle 231 zu einem proximalen Ende (Einkopplungsende) 615 einer optischen PM-Single-Mode-Faser 108 zum Liefern des abgehenden Laserstrahls 291 zu einer ausgewählten des Satzes sich drehender MO-Platten 107. Die Laseroptikanordnung 101 umfasst ferner: eine ¼-Wellenplatte 238, einen Spiegel 235 und einen polarisierenden Strahlenteiler 239. Ein reflektierter Laserstrahl 292 von der sich drehenden MO-Platte 107 verlässt die optische PM-Single-Mode-Faser 108 an dem proximalen Ende 615, wird durch die Kopplungslinse 233 kollimiert und durch den Leaky-Beam-Splitter 232 zu einem Differenzialdetektor 240 geleitet, der umfasst: die ¼-Wellenplatte 238, den Spiegel 235 und den polarisierenden Strahlenteiler 239. Diese Art von Differenzialerfassungsschema misst die optische Leistung in den beiden orthogonalen Polarisationskomponenten des reflektierten Laserstrahls 292, wobei das Differenzialsignal ein empfindliches Maß der durch den Kerr-Effekt an der Oberfläche einer sich drehenden MO-Platte 107 beim Auslesen induzierten Polarisationsrotation ist. Nach der optisch/elektrisch-Signalumwandlung durch einen Satz von Photodioden 236 wird das Differenzialsignal durch den Differenzialverstärker 237 verarbeitet und als Signal 294 ausgegeben. Der Differenzialdetektor 240 misst die optische Leistung der orthogonalen S- und P-Polarisationskomponenten des reflektierten Laserstrahls 292, wobei ein Differenzialsignal ein empfindliches Maß der durch einen Kerr-Effekt an der Oberfläche der bestimmten MO-Platte 107 induzierten Polarisationsrotation ist. Obwohl eine bevorzugte Ausführungsform eine herkömmlich bekannte Anordnung von als die Laseroptikanordnung 101 verkörperten optischen Komponenten umfasst, ist die Erfindung nicht bestimmt, auf diese Anordnung beschränkt zu sein, da andere Techniken zum Richten des linear polarisierten abgehenden Laserstrahls 291 und zum Erfassen des linear polarisierten reflektierten Laserstrahls 292 herkömmlich bekannt sind.
  • 3 ist ein Diagramm, das einen optischen Pfad zeigt, der die optische Faser und den optischen Schalter des magnetooptischen Datenspeicher- und -wiederherstellungssystems von 1 umfasst. Der Satz von optischen Pfaden in Übereinstimmung mit der Erfindung kann mit Bezug auf einen einzelnen, in 3 gezeigten optischen Pfad beschrieben werden, der umfasst: den optischen Schalter 106, einen Satz von optischen PM-Single-Mode-Fasern 108 und einen Satz von MO-Köpfen 106. Bei einer Ausführungsform breitet sich der abgehende linear polarisierte Laserstrahl 291 von der Laseroptikanordnung 101 zu einem jeweiligen proximalen Ende (d. h. jeweiliges Einkopplungsende) 615 der optischen PM-Single-Mode-Faser 108 hin aus. Der abgehende linear polarisierte Laserstrahl 291 ist ferner gerichtet, um ein jeweiliges distales Ende (d. h. jeweiliges Kopfende) 900 der optischen PM-Single-Mode-Faser 108 zur Übertragung und durch den MO-Kopf 106 zu einer Oberflächenaufzeichnungsschicht 349 der jeweiligen sich drehenden MO-Platte 107 zu verlassen. Der optische Schalter 104 liefert ein ausreichendes Selektivitätsmaß zum Richten der Laserstrahlen 291 und 292 zwischen der Laseroptikanordnung 101 und dem Satz der optischen PM-Single-Mode-Fasern 108. Der optische Schalter 104 kann mittels herkömmlicher mikromechanischer, elektrooptischer und/oder thermooptischer Technologien oder dergleichen implementiert werden.
  • Während des Schreibens von Information wird der linear polarisierte abgehende Laserstrahl 291 selektiv durch den optischen Schalter 104 zu der sich drehenden MO-Platte 107 weitergeleitet, um eine Koerzitivität der Oberflächenaufzeichnungsschicht 349 durch Erwärmen eines ausgewählten interessierenden Spots 340 in einem Bereich von beispielsweise ungefähr 150°C bis ungefähr 250°C abhängig von dem Curie-Punkt der MO-Aufzeichnungsschicht 349 abzusenken. Bei einer Ausführungsform wird die optische Intensität des linear polarisierten abgehenden Laserstrahls 291 konstant gehalten, während ein zeitveränderliches vertikales Bias-Magnetfeld verwendet wird, um ein Muster von "nach oben" oder "nach unten" gerichteter magnetischer Domäne senkrecht zu der sich drehenden MO-Platte 107 zu definieren. Diese Technik ist als Magnetfeldmodulation (MFM) bekannt. Alternativ kann der abgehende Laserstrahl 291 synchron mit dem zeitveränderlichen vertikalen Bias-Magnetfeld an dem interessierenden Spot 340 moduliert werden, um die Domänenwandstellen besser zu steuern und Jitter zu verringern. Anschließend wird, wenn sich der ausgewählte interessierende Spot 340 an der Oberflächenschicht 349 abkühlt, Information an der Oberfläche der jeweiligen sich drehenden Platte 107 als ein Muster von "nach oben" oder "nach unten" gerichteter Magnetdomänenpolaritäten codiert.
  • Während des Auslesens von Information wird der linear polarisierte abgehende Laserstrahl 291 (im Vergleich zum Schreiben mit einer niedrigeren Leistung) selektiv zu der jeweiligen sich drehenden MO-Platte 107 geleitet, so dass bei seiner Reflexion von dem interessierenden Spot 340 der Kerr-Effekt einen Polarisationszustand des reflektierten Laserstrahls 292 verursacht, der entweder in Uhrzeigerrichtung oder entgegengesetzt der Uhrzeigerrichtung gedreht ist (wie durch einen Pfeil 363 angegeben). Der oben erwähnte optische Pfad ist bidirektional. Demgemäss wird der reflektierte Laserstrahl 292 durch den MO-Kopf 106 empfangen und tritt in das distale Ende 900 der optischen PM-Single-Mode-Faser 108 ein, breitet sich entlang der optischen PM-Single-Mode-Faser 108 aus, um sie an ihrem proximalen Ende zu verlassen, und wird selektiv durch den optischen Schalter 104 zu der Laseroptikanordnung 101 für eine nachfolgende optische/elektrische-Signalumwandlung weitergeleitet.
  • 4a bis 4g veranschaulichen eine Ausführungsform des schwebenden magnetooptischen Kopfes des magnetooptischen Datenspeicher- und -wiederherstellungssystems von 1. Zwecks Erläuterung der Funktionalität der Erfindung wird der Satz von schwebenden MO-Köpfen mit Bezug auf einen einzelnen repräsentativen MO-Kopf 106 veranschaulicht, der in den detaillierten Ansichten von 4 als ein schwebender MO-Kopf 106 zur Verwendung unter einer Oberflächenaufzeichnungsschicht 349 eines der Sätze von MO-Platten 107 gezeigt wird. Bei einer Ausführungsform umfasst der schwebende MO-Kopf 106: einen Gleitstückkörper 444, eine lufttragende Oberfläche 447, eine Viertelwellenplatte 493, ein reflektierendes Substrat 494, eine Objektivlinse 446 und eine Magnetspule 460. Der Gleitstückkörper 444 ist vorzugsweise gemäß mechanischen und optischen Randbedingungen dimensioniert, die umfassen: physikalische Größe, numerische Apertur (NA) und Arbeitsabstände zwischen der Objektivlinse 446, der optischen PM-Single-Mode-Faser 108 und dem reflektierenden Substrat 445. Das reflektierende Substrat 445 kann eine reflektierende Oberfläche, die mit einem Winkel von ungefähr 45 Grad relativ zu der lufttragenden Oberfläche 447 ausgerichtet ist und einen lenkbaren feinbearbeiteten Spiegel umfassen. Ein Beispiel einer geeigneten lenkbaren feinbearbeiteten Spiegelanordnung ist in der gemeinsam zugewiesenen U.S.-Patentanmeldung 08/844 207 beschrieben. Obwohl der Gleitstückkörper 444 als ein Industriestandard "Mini"-, "Mikro"-, "Nano"- oder "Pico"-Gleitstück dimensioniert sein kann, können alternativ dimensionierte Gleitstückkörper 444 ebenfalls verwendet werden, wie es durch die oben erwähnten mechanischen und optischen Randbedingungen bestimmt wird. Demgemäss umfasst bei einer Ausführungsform der Gleitstückkörper 444 eine Minigleitstückhöhe (ungefähr 889 μm) und einen planaren Footprint-Bereich, der dem eines Nanogleitstücks (ungefähr 1600 × 2032 μm) entspricht.
  • Bei einer Ausführungsform ist eine optische PM-Single-Mode-Faser 108 mit einer axialen Ausnehmung 443 entlang eines Rands des Gleitstückkörpers 444 gekoppelt, und die Objektivlinse 446 ist mit einer vertikalen Ausnehmung 411 entlang einer Ecke des Gleitstückkörpers 444 gekoppelt. Obwohl die axiale Ausnehmung 443 vorzugsweise entlang eines Umfangs des Gleitstückkörpers und die vertikale Ausnehmung 411 an einer Ecke des Gleitstückkörpers 444 angeordnet ist, können die axiale Ausnehmung 443 und die vertikale Ausnehmung 411 an anderen Positionen auf dem schwebenden MO-Kopf 106, wie beispielsweise in den detaillierten Ansichten von 5 gezeigt, zwischen dem Umfang und einer Mittelachse bzw. im Allgemeinen mehr zu einem ersten Ende hin als zu einem zweiten Ende hin angeordnet sein. Die Positionierung der optischen Faser 108 und der Objektivoptik 446 anderswo als entlang einer Mittelachse kann arbeiten, um einen Schwerpunkt des magnetooptischen Kopfes 106 und somit seine Schwebedynamik zu beeinflussen. Demgemäss kann der Befestigungspunkt der Anbringung des MO-Kopfes 106 an der Aufhängung eine Einstellung erfordern, um außermittige Änderungen in der Mitte der Masse des magnetooptischen Kopfes 106 auszugleichen. Vorzugsweise können die Ausnehmungen 443 und 411 als Kanäle, V-Rillen oder jede andere geeignete Abmessungen zum Koppeln und Ausrichten der Single-Modeoptischen Faser 108 und der Objektivoptik 446 mit dem schwebenden MO-Kopf 106 ausgestaltet sein. Bei einer Ausführungsform durchlaufen die Laserstrahlen 291 und 292 einen optischen Pfad (zu und von der Oberflächenaufzeichnungsschicht 349 der MO-Platte 107), der umfasst: die optische PM-Single-Mode-Faser 108, das reflektierende Substrat 445, die Viertelwellenplatte 493 und die Objektivoptik 446. Die optische PM-Single-Mode-Faser 108 und die Objektivoptik 446 können in ihren jeweiligen Ausnehmungen positioniert sein, um die Fokussierung des abgehenden Laserstrahls 491 innerhalb des interessierenden Spots 340 als einen fokussierten optischen Spot 448 zu erreichen. Die optische PM-Single-Mode-Faser 108 und die Objektivoptik 446 können anschließend an Ort und Stelle durch Verwenden von ultraviolettausheilendem Epoxyd oder ähnlichem Klebstoff gesichert werden. Bei einer Ausführungsform umfasst die Objektivlinse 446 eine mikroplankonvexe Graded-Index-Linse (GRIN-Linse, die einen Durchmesser von ungefähr 0,254 μm und eine numerische Apertur (NA) in dem Bereich von ungefähr 0,6 bis 0,85 aufweist.
  • Bei der MO-Aufzeichnung ist es bedeutsam, dass Polarisationsrauschen auf ein Minimum gehalten wird, da gewünscht wird, dass die Polarisationsinformation von der MO-Platte 107 gelesen wird. Wie nachstehend erläutert wird, werden verschiedene Rauschverringerungstechniken bereitgestellt, um unerwünschte Reflexionen (oder deren Wirkungen) an den Endflächen einer optischen Faser 108 wesentlich zu verringern oder zu beseitigen. Diese Rauschverringerungstechniken können angewendet werden, wenn die Laserquelle beispielsweise FP oder DFB ist.
  • Das reflektierende Substrat 445, die Viertelwellenplatte 493 und die Objektivlinse 446 sind vorzugsweise kompakt und von niedriger Masse, um innerhalb eines physischen Volumens zu passen, das an rechtwinkligen Volumenabmessungen des Gleitstückkörpers 444 angenähert ist, und sind noch ausreichend groß, um einen vollen Querschnitt des abgehenden Laserstrahls 292 und des reflektierten Laserstrahls 292 zu lenken, so dass minimale Leistung verloren wird und eine bedeutende Verzerrung und Abberationen in dem abgehenden Laserstrahl 291 und dem reflektierten Laserstrahl 292 nicht eingeführt werden.
  • Obwohl die die GRIN-Linse 446 umfassende Objektivlinse als eine Einelementobjektivlinse beschrieben wurde, können zusätzliche Objektivoptiken ebenfalls verwendet werden, um die Eigenschaften der GRIN-Linse 446 zu verbessern. Beispielsweise kann die Objektivoptik entweder eine aplanare Linse oder eine massive Inversionslinse in Verbindung mit der GRIN-Linse 446 umfassen. Die Verwendung eines derartigen zusätzlichen Linsenelements erzielt eine größere numerische Apertur und somit eine kleinere fokussierte optische Spotgröße. Eine kleinere Spotgröße würde wünschenswerterweise die Flächendatendichten erhöhen, die in die MO-Platte 107 zu schreiben und aus dieser zu lesen sind. Aus Formen von Glas oder Plastik hergestellte mikrooptische Linsen können ebenfalls anstatt der GRIN-Linse 446 verwendet werden. Beispielsweise können zwei geformte plankonvexe asphärische Linsen durch Platzieren der beiden konvexen Oberflächen zueinander kombiniert werden, um ein Miniaturlinsensystem mit einer hohen numerischen Apertur und guter außeraxialen Leistung bereitzustellen. Bei einer doppelten asphärischen optischen Ausgestaltung würde Licht ungefähr zwischen den beiden optischen Elementen kollimiert werden, womit die Viertelwellenplatte 493 zwischen den beiden Elementen angeordnet werden könnte, ohne zusätzliche Linsen zu erfordern. Bei einer weiteren Ausführungsform kann eine einzelne geformte sphärische Linse mit einer niedrigen numerischen Apertur (ungefähr 0,2 bis 0,4) in Verbindung mit einer aplanatischen oder massiven Inversionslinse verwendet werden, um ein optisches Fokussiersystem mit einer relativ hohen numerischen Apertur (größer als ungefähr 0,6) zu ergeben. Aus einer Herstellungsperspektive sind geformte Linsen attraktiv, da sie in großen Mengen zu niedrigen Kosten erzeugt werden können. Ein hier offenbartes Verfahren zur Massenherstellung umfasst ein Formen eines Linsenarrays und ein anschließendes Trennen des Arrays durch Diamantensägeschneiden oder Laserschneiden, um einzelne Linsen zu erhalten. Hinsichtlich der oben erwähnten Zweilinsenausgestaltung können zwei geformte plankonvexe Linsenarrays mittels verjüngter Anschlussstücke vor dem Trennen angepasst werden, um eine genaue Linsenausrichtung zu gewährleisten.
  • Das reflektierende Substrat 445 kann einen lenkbaren, feinbearbeiteten Spiegel umfassen. Wie bei dem magnetooptischen Speicher- und -wiederherstellungssystem 100 verwendet, werden eine feine Verfolgung und kurzes Suchen zu benachbarten Spuren durch Drehen eines reflektierenden inneren Spiegelplattenabschnitts 420 des reflektierenden Substrats 445 um eine Rotationsachse durchgeführt, so dass der Ausbreitungswinkel des abgehenden Laserstrahls 291 vor der Übertragung zu der Objektivoptik 446 geändert wird. Der reflektierende innere Spiegelplattenabschnitt 420 wird durch Anlegen einer Differenzialspannung an Treiberelektroden gedreht. Die Differenzialspannung an den Elektroden erzeugt eine elektrostatische Kraft, die den reflektierenden inneren Spiegelplattenabschnitt 420 um Torsionsscharniere dreht, was ermöglicht, dass der fokussierte optische Spot 448 mit einer Winkelablenkung abgetastet werden kann, die bei einer beispielhaften Ausführungsform ungefähr +/–2 Grad oder äquivalent ungefähr +/–4 Spuren auf der MO-Platte 107 hin und her in einer Richtung 450 umfasst, die ungefähr parallel zu der radialen Richtung der MO-Platte 107 ist. Folglich kann die Bewegung des fokussierten optischen Spots 448 über die MO-Platte 107 und die Erfassung des reflektierten optischen Strahls 292 bei der Speicherung und Wiederherstellung von Information, der Spurverfolgung und Suchvorgängen von einer Datenspur zu einer anderen Datenspur verwendet werden. Eine grobe Verfolgung kann durch Einstellen eines Stroms an einer Drehaktuatormagnet- und Spulenanordnung 120 beibehalten werden. Die Spurverfolgungssignale, die verwendet werden, um einer bestimmten Spur der MO-Platte 107 zu folgen, können mittels kombinierter grober und feiner Spurservotechniken hergeleitet werden, die in der Technik bekannt sind. Beispielsweise kann ein abgetastetes Sektorservoformat verwendet werden, um Spuren zu definieren. Das Servoformat kann entweder in die MO-Platte 107 gestempelte geprägte Pits oder magnetische Domänenorientierung umfassen, die ähnlich wie Datenmarken gelesen werden. Wenn geprägte Pits verwendet werden, kann eine Addiererausgangsschaltung verwendet werden, um die Differenzial-Ausgangsschaltung 237 zu ergänzen (2). Herkömmliche Winchester-Magnetplattenlaufwerke, die mehr als eine Magnetplatte verwenden, verwenden einen Satz von jeweiligen Aufhängungen oder Aktuatorarmen, die sich zusammen (als Tandem) als eine einstückige Einheit bewegen; daher ist während des Spurverfolgens mittels einer besonderen Magnetplattenoberfläche eine gleichzeitige Spurverfolgung auf der anderen Magnetplattenoberfläche nicht möglich. Demgemäss kann bei herkömmlichen Vorgehensweisen ein Lesen oder Schreiben von Information auf mehr als einer Plattenoberfläche nicht gleichzeitig stattfinden. Im Gegensatz dazu erlaubt, ungeachtet der Bewegung des Satzes von Aktuatorarmen 105 und des Satzes von Aufhängungen 130 die Verwendung eines lenkbaren, feinbearbeiteten Spiegel mit dem Satz von schwebenden MO-Köpfen 106 in Übereinstimmung mit der Erfindung eine unabhängige Spurverfolgung und unabhängige Suchvorgänge und somit ein gleichzeitiges unabhängiges Lesen und/oder Schreiben von Information auf mehr als einer Plattenoberfläche. Bei einem derartigen System (nicht gezeigt) würden getrennte Laseroptikanordnungen 101, Lesekanäle und Feinspurelektronik sowie eine Spiegelantriebselektronik für jeden schwebenden MO-Kopf 106 wünschenswerterweise erforderlich sein.
  • 6 ist ein Diagramm, das ein magnetooptisches Datenspeicher- und -wiederherstellungssystem als Teil eines magnetooptischen Plattenlaufwerks zeigt. Die Erfindung kann mit einem; kompakten MO-Plattenlaufwerk mit hoher Geschwindigkeit und hoher Kapazität 700 verwendet werden, das ein Industriestandard-Halbhöhenformfaktor ist und das sechs interne, sich drehende MO-Platten von 5,25 Zoll 107 und zwölf schwebende MO-Köpfe 106 enthält. Die durch einzelne optische Fasern 108 gebildeten optischen Pfade arbeiten als ein Satz von optischen Pfaden mit niedrigem Profil und niedriger Masse, was dem MO-Plattenlaufwerk 700 ermöglicht, auf Information schneller und effizienter als bei der herkömmlichen Vorgehensweisen zuzugreifen. Das MO-Plattenlaufwerk 700 kann eine höhere volumetrische Speicherdichte enthalten, als bei einem äquivalenten Volumen eines herkömmlichen Plattenlaufwerks erlaubt ist.
  • Alternativ kann das MO-Plattenlaufwerk mit halbhohem Formfaktor (1,625 Zoll) 700 einen entfernbaren MO-Plattenkassettenabschnitt 710 und zwei befestigte interne sich drehende MO-Platten 107 umfassen. Durch Bereitstellen des entfernbaren MO-Plattenkassettenabschnitts 710 ermöglicht die feste interne und entfernbare Kombination, dass externe Information effizient an das MO-Plattenlaufwerk 700 zum anschließenden Transfer an die internen sich drehenden MO-Platten 107 geliefert wird. Die kopierte Information kann anschließend auf den entfernbaren MO-Plattenkassettenabschnitt 710 zur Verteilung an weitere Computersysteme zurück aufgezeichnet werden. Außerdem ermöglicht der entfernbare MO-Plattenkassettenabschnitt 710 eine Backup-Speicherung mit hoher Zweckmäßigkeit und hoher Geschwindigkeit der internen sich drehenden MO-Platten 107. Die feste interne und entfernbare Kombination ermöglicht ebenfalls die Speicherung von Datendateien auf dem entfernbaren MO-Plattenkassettenabschnitt 710 und Systemdateien und derartige Anwendungen auf den internen sich drehenden MO-Platten 107. Bei einer alternativen Ausführungsform (nicht gezeigt) kann ein MO-Plattenlaufwerk 700 eine beliebige Anzahl sich drehender MO-Platten 107 und/oder eine beliebige Anzahl entfernbarer MO-Plattenkassettenabschnitte 710 enthalten.
  • Obwohl bei einer Ausführungsform Information selektiv zu und von einer Laseroptikanordnung 101 entlang eines optischen Pfads befördert wird, der einen optischen Schalter 104 und einen ausgewählten Satz von optischen PM-Single-Mode-Fasern 108 umfasst, würde bei einer alternativen Ausführungsform, die Information zwischen einem Satz von jeweiligen einzelnen Laseroptikanordnungen 101 und einen Satz jeweiliger sich drehenden MO-Platten 107, der optische Schalter 104 nicht notwendigerweise erforderlich sein. Die Verwendung von Drehaktuatorarmen ist nicht notwendigerweise erforderlich, da beispielsweise lineare Aktuatorarme verwendet werden können. Die oben offenbarten optischen Pfade mit niedrigem Profil können verwendet werden, um Information zu und von den sich drehenden MO-Platten 107 zu befördern, ohne notwendigerweise die Aufnahme der Objektivlinse 446 und/oder der reflektierenden Oberfläche (Substrat) 445 (4a) zu erfordern, wie beispielsweise bei einem optischen Pfad, der direkt auf Information von einer sich drehenden MO-Platte 107 an einem distalen Ende einer optischen PM-Single-Mode-Faser zugreift (z. B. mittels einer verjüngten optischen Faser oder einer optischen Faser mit einer an dem distalen Ende ausgebildeten Linse).
  • Die Ausführungsformen in Übereinstimmung mit der Erfindung sind nicht notwendigerweise auf die Verwendung mit schwebender Kopftechnologie begrenzt. Obwohl die Erfindung beschrieben wird, wie sie bei einem MO-Plattenlaufwerk 700 verwendet wird, ist die Verwendung der optischen Fasertechnologie, wie mit Bezug auf 1 bis 14c beschrieben, auf den Informationstransfer mittels anderer Technologien, einschließlich Kompaktdisks (CDs), digitale Videodisks (DVD) und Kommunikationssysteme, anwendbar.
  • Faserendenflächenreflexionen
  • Ungewünschtes Laserrauschen kann entstehen, wenn unerwünschte Reflexionen, insbesondere diejenigen von konjugierten Punkten in dem optischen System, mit dem signaltragenden reflektierenden Laserstrahl 292 interferieren (3). Die konjugierten Punkte umfassen die vordere Endfläche (Einkopplungsende 650) und die hintere Endfläche (Kopfende 900) der Faser 108. Insbesondere tritt unerwünschtes Laserrauschen auf, wenn sich die unerwünschte Reflexion von einem konjugierten Punkt sich zusammen mit dem reflektierten signaltragenden Laserstrahl 292 in den Differenzialdetektor 240 ausbreitet (2), und wenn die unerwünschte Reflexion und der reflektierte Laserstrahl 292 ungefähr die gleiche räumliche Verteilung annehmen. Somit sind hier die unerwünschten Reflexionen von primärer Bedeutung diejenigen mit einer Wellenform, die räumlich mit dem reflektierten Laserstrahl 292 von der Aufzeichnungsschicht 349 der MO-Platte 107 überlappt.
  • RF-Modulation zur Verringerung der Wirkungen der Reflexionen des Fasereinkopplungsendes 615
  • Ähnlich wie oben angegeben wurde herausgefunden, dass unerwünschte Reflexionen von den proximalen Enden (Einkopplungsenden) 615 des Satzes von optischen Fasern 108 den Rauschabstand (SNR) verschlechtern kann, wodurch sich der reflektierte Strahl 292 (7) zusammen mit dem reflektierten Strahl 291 (7) von dem proximalen Faserende 615 ausbreiten kann, was zu einem nettoreflektierten Strahl 293 führt (7), der E(t) + E(t + τ) umfasst. In einem derartigen Fall kann die Laserquelle 231 beispielsweise ein Fabry-Perot-Typ (FP)-Typ sein, der mit einem Abtastverhältnis von ungefähr 50% oder weniger an und aus gepulst wird, und mit einer Modulationsfrequenz in dem Bereich von ungefähr 200 MHz bis ungefähr 1,0 GHz. Das Pulsen des FP-Lasers mit zunehmend höheren Frequenzen (z. B. bis zu der Relaxationsschwingungsfrequenz des Lasers) verursacht, dass der Moduspartitionsrauschpegel in dem optischen System fortschreitend abnimmt, da sich die Lasermoduspartitionsdynamik bei höheren Frequenzen ändert. Das Pulsen des Lasers 231 ermöglicht ebenfalls, dass die reflektierten Impulse des Strahls 293 zeitlich von dem hauptsignaltragenden Strahl 292 getrennt werden, wodurch Interferenz zwischen den beiden Impulszügen verringert wird und somit der Rauschabstand (SNR) des erfassten Kerr-Signals wirksam zunimmt. In dem Fall, dass die beiden Strahlen zeitlich überlappen und interferieren können, könnte dann Moduspartitionsrauschen und Laserphasenrauschen entstehen.
  • Daher kann die Laserquelle 231 moduliert werden, um Rauschen in dem optischen System durch zeitliches Trennen der unerwünschten Reflexion E(t) (von dem Fasereinkopplungsende 615) und der signaltragenden Reflexion 292 (von der MO-Platte 107) zu verringern. Als Ergebnis wird die Interferenz zwischen den beiden reflektierten Strahlen verringert, wodurch der SNR des von dem Differenzialdetektor 240 erfassten Kerr-Signals erhöht wird (2). Es sei bemerkt, dass die Laserquelle 231 alternativ eine stabile Einzelfrequenzlaserquelle, wie beispielsweise vom verteilten Rückkopplungstyp (DFB-Typ), sein kann, die auf eine Art und Weise gepulst werden kann, wie ähnlich dem oben beschriebenen.
  • Bei einer Ausführungsform wird bei einer optischen Faser 108 mit dem Brechungsindex von ungefähr 1,5 die Länge jeder optischen Faser 108 ausgewählt, um ungefähr 71,35 für eine Modulationsfrequenz von ungefähr 350 MHz zu sein. Die Beziehung zwischen der Modulationsfrequenz (F) und der Länge (L) der optischen Fasern (108) ist in der Gleichung:
    F = c(2i + 1)/4Ln verkörpert, wobei i = 0, 1, 2, ...,
    c = Lichtgeschwindigkeit im Vakuum und n = Brechungsindex der Faser ist. Die Länge des Satzes von optischen Fasern 108 wird ausgewählt, um eine ordnungsgemäße zeitliche Trennung der Impulszüge zu gewährleisten. Es ist ersichtlich, dass bei anderen Ausführungsformen die Länge der optischen Faser 108 in Übereinstimmung mit anderen Brechungsindizes und anderen Impulsfrequenzen ausgewählt werden kann, und somit sollte die Erfindung nur durch den Schutzumfang der Ansprüche begrenzt sein.
  • In Übereinstimmung mit der Erfindung werden nun zusätzlich Techniken zum Beseitigen der Wirkungen der unerwünschten Reflexion von dem Einkopplungsende 650 der optischen Faser 108 erläutert. Diese zusätzlichen Techniken umfassen Indexanpassung, eine Deckglastechnik und Winkelpolieren. Diese zusätzlichen Techniken können mittels einer Laserquelle 231 durchgeführt werden, die beispielsweise einen FP-Laser oder eine stabile Einzelfrequenzlaserquelle, wie beispielsweise ein DFB-Laser, sein kann.
  • Indexanpassung zum Verringern der Wirkungen der Reflexionen des Fasereinkopplungsendes 615
  • Eine Indexanpassungsvorgehensweise kann ebenfalls verwendet werden, um die Wirkungen der unerwünschten Reflexion von dem Einkopplungsende 615 der optischen Faser 108 zu verringern. Bei einer Ausführungsform ist die Faser 108 (oder das Faserbündel) mit einer GRIN-Linse 910 gekoppelt, um einen Kollimator (Behälter) 901 zu bilden, wie in 8 gezeigt. Ein indexangepasstes Material 905 füllt eine Lücke zwischen der GRIN-Linse 910 und der Faser 108. Eine Kapillare 902 trägt die optische Faser 108 in dem Kollimator 901. Die GRIN-Linse 910 wird verwendet, um den in den Faserkern über das Einkopplungsende 615 der optischen Faser 108 einfallenden Laserstrahl 291 zu fokussieren, und kann eine Steigung von beispielsweise etwa 0,23 aufweisen. Vorzugsweise umfasst das indexangepasste Material 905 einen Brechungsindex, der gleich oder nahezu gleich dem Brechungsindex des Kerns der optischen Faser 108 ist, wodurch die Fresnel-Reflexion von der Oberfläche des Einkopplungsendes 615 sowie auch von der inneren GRIN-Linsenoberfläche 909 beseitigt oder wesentlich verringert wird (zu dem Ausmaß, in dem der GRIN-Linsenbrechungsindex im wesentlichen nahe dem Index der Faser 108 ist). Das indexangepasste Material 905 kann beispielsweise ein optisches Epoxyd, Gel oder Fluid umfassen. Zu dem Ausmaß, in dem der Brechungsindex des Kerns der Faser 108 nicht mit dem Brechungsindex des indexangepassten Materials 905 übereinstimmt, kann eine Differenz in den Brechungsindizes von Δn = ±0,05 zwischen dem Kern der Faser 108 und dem indexangepassten Material 905 toleriert werden, was zu einer maximalen Grenzflächenreflektivität von ungefähr 0,035 führt. Vorzugsweise weist das indexangepasste Material 905 eine hohe optische Qualität auf, um Abberationen oder Streuung zu verhindern. Außerdem ist die der Luft ausgesetzte Oberfläche 908 der GRIN-Linse 910 vorzugsweise mit einer Antireflexionsbeschichtung (AR-Beschichtung) beschichtet, um Reflexion weiter zu minimieren. Die AR-Beschichtung ist beispielsweise jeder geeignete elektrische Dünnfilmstapel zum Verringern von Reflexionen.
  • Es sei bemerkt, dass ein gewisse Menge von Reflexion von dem abgehenden Laserstrahl 291 noch an der der Luft ausgesetzten Oberfläche 908 auftreten kann, sogar wenn diese Oberfläche AR-beschichtet ist. Wenn der abgehende Laserstrahl 299 auf die der Luft ausgesetzten Oberfläche 908 mit perfekt senkrechten Einfall trifft, dann könnte die Reflexion des abgehenden Laserstrahls 291 an der Oberfläche 908 mit dem reflektierten signaltragenden Strahl 292 überlappen. Die Wahrscheinlichkeit ist jedoch gering, dass der abgehende Laserstrahl 291 die Oberfläche 908 mit vollständig senkrechtem Einfall treffen wird. Typischerweise wird bei den verschiedenen hier offenbarten Ausführungsformen der abgehende Laserstrahl 291 die Oberfläche 908 mit einem Einfallswinkel, wie es im Folgenden ausgeführt wird, treffen. Um den Laserstrahl 291 ordnungsgemäß zu jedem zugeordneten Einkopplungsende 615 jeder Faser 108 in einem Faserbündel in dem optischen System von 8 zu fokussieren oder zu richten, wird der Laserstrahl 291 die der Luft ausgesetzten Oberfläche 908 mit einem Einfallswinkel treffen. Der Laserstrahl 291 wird die der Luft ausgesetzten Oberfläche 908 mit unterschiedlichen Einfallswinkeln abhängig von der Koordinate des bestimmten Einkopplungsendes 615 treffen, das den Laserstrahl 291 aufnimmt.
  • Wie in 8 gezeigt, verursacht das indexangepasste Material 905, dass die unerwünschte Reflexion E(t) nicht an dem Fasereinkopplungsende 615 auftritt. Die unerwünschte Reflexion E(t) wird stattdessen an einer nicht-konjugierten Oberfläche 908 an der Grenzfläche zwischen dem indexangepassten Material 905 und der GRIN-Linse 910 in dem Ausmaß auftreten, dass eine Brechungsindexdifferenz bei dieser Oberfläche 909 auftritt. Als Ergebnis überlappt die unerwünschte Reflexion E(t) nicht räumlich mit dem signaltragenden Strahl 291 und überlappt ebenfalls nicht räumlich mit dem reflektierten signaltragenden Strahl 292 von der MO-Platte 107 (3). Da die unerwünschte Reflexion E(t) räumlich von dem reflektierten signaltragenden Strahl 292 getrennt ist, wird der Differenzialdetektor 240 (2) imstande sein, die Komponenten des reflektierten signaltragenden Strahls 292 ohne Interferenz von der unerwünschten Reflexion E(t) zu erfassen.
  • Im Gegensatz dazu existiert, wenn ein indexangepasstes Material nicht mit dem Fasereinkopplungsende 615 gekoppelt ist, eine Brechungsindexdifferenz an der Grenzfläche zwischen dem Fasereinkopplungsende 615 und dem benachbarten Luftraum. Als Ergebnis dieser Brechungsindexdifferenz wird die an dem Fasereinkopplungsende 615 erzeugte unerwünschte Reflexion E(t) räumlich mit dem reflektierten signaltragenden Strahl 292 überlappen. Diese unwillkommene unerwünschte Reflexion E(t) wird dann in den Differenzialdetektor 240 (2) zusammen mit dem reflektierten signaltragenden Strahl 292 übertragen.
  • Deckglastechnik zum Verringern der Wirkungen der Reflexionen des Fasereinkopplungsendes 615
  • 9 veranschaulicht eine weitere Indexanpassungsvorgehensweise zum Verringern der Wirkungen der unerwünschten Reflexion E(t) an dem Einkopplungsende 615 der optischen Faser 108 in Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Ein Kollimator 1050 umfasst eine GRIN-Linse 1015 und ein Deckglas 1000, das mit der optischen Faser 108 und/oder mit einer Kapillare 1055 gekoppelt ist, die die optische Faser 108 trägt. Das Deckglas 1000 umfasst eine Rückoberfläche 1065, die typischerweise an der optischen Faser 108 (und an der tragenden Kapillare 1055) beispielsweise mit einem optischen Zement befestigt ist, der im wesentlichen den gleichen Brechungsindex wie das Deckglas aufweist. Das Deckglas 1000 kann aus einem Material, wie beispielsweise Glas, oder jedem anderen geeigneten Material, das einen dem Kerns der optischen Faser 108 ähnlichen Brechungsindex aufweist, gebildet werden.
  • Wie es ferner in 9 gezeigt ist, verursacht das Deckglas 1000, dass die unerwünschte Reflexion E(t) nicht an dem Fasereinkopplungsende 615 auftritt. Die unerwünschte Reflexion E(t) wird stattdessen an der Oberfläche 1060 (ein nicht-konjugierter Punkt) des Deckglases 1000 auftreten. Als Ergebnis überlappt die unerwünschte Reflexion E(t) nicht räumlich mit dem reflektierten signaltragenden Strahl 292 von der MO-Platte 107 (3). Da die unerwünschte Reflexion E(t) räumlich von dem reflektierten signaltragenden Strahl 292 getrennt ist, wird der Differenzialdetektor 240 (2) imstande sein, die Komponenten des reflektierten signaltragenden Strahls 292 ohne Interferenz von der unerwünschten Reflexion E(t) zu erfassen.
  • Bei einer alternativen Ausführungsform kann die vordere Oberfläche 1060 des Deckglases 1000 ebenfalls AR-beschichtet sein, um die Fresnel-Reflexion an der Oberfläche 1060 zu verringern. Das Reflexionsvermögen von der RR-beschichteten vorderen Oberfläche 1060 kann beispielsweise von der Größenordnung von etwa 0,25 sein.
  • Als eine weitere Alternative kann die GRIN-Linse 1015 ebenfalls AR-beschichtet sein, um Reflexion in dem optischen System in 9 weiter zu minimieren. Da der Brechungsindex des Deckglases 1000 (und des entsprechenden Montagezements) ausgewählt werden, um im wesentlichen mit dem Brechungsindex des Kerns der optischen Faser 108 übereinzustimmen, ist die einzige Reflexion, die in dem optischen System auftritt, die Reflexion von der AR-beschichteten vorderen Oberfläche 1060 des Deckglases 1000. Da die vordere Oberfläche 1060 keinen konjugierten Punkt in dem optischen System von 9 enthält, interferiert die unerwünschte Reflexion E(t) von der vorderen Oberfläche 1060 nicht mit dem signaltragenden Strahl 292, wie oben erwähnt.
  • Winkelpolieren zum Verringern der Wirkungen der Reflexionen des Fasereinkopplungsendes 615
  • Im allgemeinen kann jede geeignete Kopplungslinse 232 bei dem optischen System von 1 verwendet werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kopplungslinse 232 in der Form einer GRIN-Linse 1100 sein, wie in 10 gezeigt.
  • In Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann eine Winkelpoliervorgehensweise verwendet werden, um die Wirkungen der unerwünschten Reflexion E(t) von dem Einkopplungsende 615 der optischen Faser 108 zu verringern. Die Winkelpoliervorgehensweise kann verwendet werden, wenn die Laserquelle 231 beispielsweise mit einem FP-Laser oder einem DFB-Laser implementiert ist. Wie in 10 gezeigt, ist die GRIN-Linse 1100 an einer Oberfläche 1105 winkelpoliert, so dass die GRIN-Linsenoberfläche 1105 in einem spitzen Winkel 1109 mit Bezug auf eine optische Ausbreitungsachse 1107 angeordnet ist. Die GRIN-Linsenoberfläche 1105 kann in einem Winkel angeordnet sein, der beispielsweise zwischen ungefähr sieben (7) Grad bis ungefähr fünfzehn (15) Grad mit Bezug auf die optische Ausbreitungsachse 1107 reicht. Bei einer Ausführungsform ist das Fasereinkopplungsende 615 ebenfalls winkelpoliert, so dass das Fasereinkopplungsende 615 in einem spitzen Winkelwert 1111 mit Bezug auf die optische Ausbreitungsachse 1107 angeordnet ist. Um das Koppeln von Licht zwischen der GRIN-Linse 1100 und der optischen Faser 108 zu maximieren, sind die Winkelwerte der GRIN-Linsenoberfläche 1105 und des Fasereinkopplungsendes 615 mit Bezug auf die optische Ausbreitungsachse 1107 im wesentlichen gleich.
  • Durch Ändern der Konfiguration der GRIN-Linsenoberfläche 1105 und/oder des Fasereinkopplungsendes 615, wie in 10 gezeigt, wird die Interferenz zwischen der unerwünschten Reflexion E(t) und dem reflektierten signaltragenden Strahl 292 (von der MO-Platte 107) wesentlich verringert, da beide Reflexionen räumlich getrennt sind.
  • Die Strahlenkomponente 292' (von dem reflektierten Strahl 292) ist ebenfalls räumlich von der Rauschkomponente E'(t) (von der unerwünschten Reflexion E(t)) nach dem Durchlaufen des polarisierenden Strahlenteilers 239 getrennt. Die Strahlenkomponente 292' wird dann von einer MO-Detektorlinse 1015 und einer der Photodioden 236 aufgenommen (siehe auch 2) und dann durch den Differenzialdetektor 240 verarbeitet (2). Auf ähnliche Weise wird die Strahlenkomponente 292' (von dem reflektierten Strahl 292) räumlich von der Rauschkomponente E'(t) (von der unerwünschten Reflexion E(t)) nach Durchlaufen des polarisierenden Strahlenteilers 239 getrennt. Die Strahlenkomponente 292'' wird dann von einer MO-Detektorlinse 1021 und von eine der Photodioden 236 empfangen (siehe ebenfalls 2) und dann durch den Differenzialdetektor 240 verarbeitet (2).
  • Die Rauschkomponente E'(t) kann am Übertragen in den Differenzialdetektor 240 durch Verwenden eines lichtundurchlässigen Lichtblockierelements (nicht gezeigt) gehindert werden, das eine Apertur bzw. Blende umfasst. Somit wird sich die reflektierte signaltragende Strahlenkomponente 292' durch die Apertur und in den Differenzialdetektor 240 ausbreiten (2), während das lichtundurchlässige Lichtblockierelement die Rauschkomponente E'(t) blockieren wird. Auf ähnliche Weise kann ein weiteres lichtundurchlässiges Lichtblockierelement verwendet werden, um die Rauschkomponente E''(t) zu blockieren, während der signaltragenden Strahlenkomponente 292" erlaubt wird, sich in den Differenzialdetektor 240 auszubreiten.
  • Alternativ werden lichtundurchlässige Lichtblockierelemente bei dem optischen System nicht verwendet. Wenn es eine kleine Winkelneigung zwischen der Reflexion E(t) und dem reflektierten signaltragenden Strahl 292 gibt, dann werden sich die beiden Wellen kombinieren, um ein räumliches Interferenzmuster an der Photodetektorebene zu erzeugen. Die Periode des Musters wird durch die Braggs'sche Beziehung Λg = λ/(2sinθ) angegeben, wobei sinθ der Halbwinkel zwischen der Reflexion E(t) und dem Strahl 292 ist. Bei der Ausführungsform von 10 wird der polarisierende Strahlenteiler 239 in dem Differenzialdetektionssystem 240 vor der MO-Detektorlinse 1115 und 1120 platziert, so dass die auf jeder Seite der MO-Detektoren (Photodioden) 236 fallenden beiden Strahlen (2) die gleiche Polarisation aufweisen, was zu einem Intensitätsinterferenzeffekt führt. Beispielsweise beträgt in 10 der Halbwinkel bei einem MO-Detektor 236 ungefähr zehn (10) Grad, was einer Gitterperiode von ungefähr 1,9 μm entspricht. Für eine MO-Detektorgröße von ungefähr 300 bis 400 μm wird die durchschnittliche Intensität typischerweise von jedem der MO-Detektoren 236 abgefühlt, und Laserrauscheffekte minimiert.
  • Die Winkelpolierung der GRIN-Linsenoberfläche 1105 und/oder des Fasereinkopplungsendes 615 kann beispielsweise durch verschiedene Winkelpolierer durchgeführt werden, die von Ultra Tec, Santa Ana, Kalifornien, erhältlich sind. Andere geeignete Polierer können ebenfalls verwendet werden, um die GRIN-Linsenoberfläche 1105 und/oder das Fasereinkopplungsende 615 zu ändern.
  • Alternativ kann das Fasereinkopplungsende 615 winkelgespaltet sein, so dass es mit einem spitzen Winkel mit Bezug auf die optische Ausbreitungsachse 1107 angeordnet ist. Ein Beispiel einer geeigneten Einrichtung zum Spalten des Fasereinkopplungsendes 615 ist der Model FK12 Angled Cleaver, der von York Corporation, Vereinigtes Königreich, hergestellt wird und von Newport Corporation, Irvine, Kalifornien, handelsüblich erhältlich ist.
  • Faserkopfendereflexion
  • Mit Bezug auf 11a wird die unerwünschten Reflexion EH(t), die an einem Faserkopfende 900 der optischen Faser 108 auftritt, erläutert. Die unerwünschte Reflexion EH(t) wird als Ergebnis von (1) der Reflexion des abgehenden Strahls 291 und der Faseroberfläche 900 an dem Kopfende oder (2) von einer anderen optischen Komponentenoberfläche auf dem Kopf erzeugt. Die unerwünschte Reflexion EH(t) breitet sich zurück zu dem optischen Schalter 104 hin aus und kann mit dem rücksignaltragenden Strahl 292 wechselwirken, um übermäßiges Rauschen in dem Erfassungskanal zu erzeugen. Die Art des Rauschens hängt von der Art der verwendeten Laserquelle ab. Wenn ein FP-Diodenlaser verwendet wird, dann ist Moduspartitionsrauschen (MPN) die vorherrschende Rauschquelle. MPN entsteht, da die unerwünschte Reflexion EH(t) eine geringfügig unterschiedliche optische Pfadlänge vor dem Kombinieren mit dem signaltragenden Rücklicht 292 in dem Erfassungsmodul läuft. Wenn ein DFB-Laser verwendet wird, dann ist MPN nicht länger von Interesse, wobei jedoch Mediumrauschen durch Mischen der unerwünschten Reflexion mit dem signaltragenden Licht verstärkt werden kann. Außerdem kann, wenn eine DFB-Laserquelle verwendet wird, der kleine optische Pfadunterschied zu übermäßigem Laserphasenrauschen führen. Es ist somit bedeutsam, eine Technik zum Beseitigen (oder erheblichen Verringern) dieser unwillkommenen unerwünschten Reflexion von dem Kopfende zu implementieren.
  • Verschiedene Techniken werden nun zum Beseitigen der Wirkungen der unerwünschten Reflexion EH(t) an dem Kopfende 900 der optischen Faser 108 erläutert. Diese Techniken umfassen Winkelspalten oder Winkelpolieren, Indexanpassung und kernloses (oder Multi-Mode) Faserspleißen. Diese Techniken sind anwendbar, obwohl verschiedene Arten von Laserquellen 231, wie beispielsweise ein FP-Laser oder ein DFB-Laser, verwendet werden, um Licht durch die optische Faser 108 zu übertragen.
  • Winkelspalten zum Verringern der Wirkungen der Reflexionen des Faserkopfendes 900
  • In Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die Wirkungen der unerwünschten Reflexion EH(t) von dem Kopfende 900 der Faser 108 durch Winkelspalten des Faserkopfendes 900 beseitigt. Der Winkelbetrag der an dem Faserkopfende 900 mit Bezug auf eine optische Ausbreitungsachse 1210 gebildeten Spaltung (11c) bestimmt den Betrag der unerwünschten Reflexion, der zu dem Fasereinkopplungsende 615 hin zurückgekoppelt wird. In 11b zeigt eine graphische Darstellung 1202 den relativen Reflexionsbetrag von dem Faserkopfende 900 als Funktion des Winkels, um den das Faserkopfende 900 mit Bezug auf die optische Ausbreitungsachse 1210 gespaltet wird. Wenn beispielsweise das Faserkopfende 900 nicht winkelgespalten bzw. geneigt ist, dann wird ungefähr 100% der unerwünschten Fresnel-Reflexion EH(t) zu dem Einkopplungsende 615 der optischen Faser 108 zurückreflektiert. Wenn das Faserkopfende 900 als weiteres Beispiel mit einem Winkel von ungefähr zwei (2) Grad mit Bezug auf die optische Ausbreitungsachse 1210 gespalten ist (11c), dann wird ungefähr 55% der unerwünschten Reflexion EH(t) zu dem Einkopplungsende 615 der optischen Faser 108 zurückreflektiert. Wenn das Faserkopfende 900 mit einem Winkel von ungefähr vier (4) Grad mit Bezug auf die optische Ausbreitungsachse 1210 winkelgespalten ist (11c), dann wird weniger als ungefähr 10% der unerwünschten Reflexion EH(t) zu dem Einkopplungsende 615 der optischen Faser 108 zurückreflektiert. Das Faserkopfende 900 ist vorzugsweise in einem Bereich zwischen ungefähr sechs (6) Grad bis ungefähr fünfzehn (15) Grad mit Bezug auf die optische Ausbreitungsachse 1210 gespalten, so dass die unerwünschte Reflexion EH(t), die sich zurück zu dem Einkopplungsende 615 ausbreitet, im wesentlichen ausgelöscht ist. Eine Antireflexionsbeschichtungs-Beschichtung (AR-Beschichtung) kann ebenfalls auf das Faserkopfende 900 zwecks einer weiteren Verringerung der Fresnel-Reflexion an dem Faserkopfende 900 aufgebracht werden.
  • 11c veranschaulicht eine Faser 108 mit einem Kopfende 900, die eine Winkelspaltung von beispielsweise ungefähr acht (8) Grad mit Bezug auf die optische Ausbreitungsachse 1210 aufweist. Vorzugsweise wird eine PM-Faser 108 zuerst positioniert, so dass Spannungsstäbe (nicht gezeigt) der PM-Faser 108 in einer horizontalen Orientierung mit Bezug auf einen Winkelspalter ausgerichtet sind. Um die Ausrichtung zu ermöglichen, können die Spannungsstäbe durch jedes geeignete Mikroskop-Abbildungssystem betrachtet werden. Nachdem die Spannungsstäbe ordnungsgemäß orientiert sind, wird ein Kopfende 900 der PM-Fasern dann in eine geeignet gewinkelte Spalte eingeführt, so dass das Kopfende 900 anschließend mit dem geeigneten Winkel mit Bezug auf die optische Ausbreitungsachse 1210 gespalten werden kann. Das Ausrichten der doppelbrechenden Achsen (d. h. der Spannungsstäbe) an dem Kopfende 900 der PM-Faser 108 mit Bezug auf die Winkelspaltung ermöglicht, dass der optische Pfad ordnungsgemäß orientiert ist, wie in 11c gezeigt.
  • Der Winkelspaltungswert 1203 veranlasst, dass der zentrale Strahl des abgehenden Strahls 291 das Kopfende 900 mit einem Spitzenwinkelwert 1205 (z. B. ungefähr 4,0 Grad) mit Bezug auf die optische Ausbreitungsachse 1210 verlässt. Der abgehende Strahl 291 wird dann von der lenkbaren feinbearbeiteten Spiegelanordnung 400 als ein reflektierter Strahl 291' reflektiert, der sich durch die Objektivlinse 446 ausbreitet und der auf die Oberflächenaufzeichnungsschicht 349 der MO-Platte 107 gerichtet ist. Damit der reflektierte Strahl 291' auf die Oberflächenaufzeichnungsschicht 349 in einer im wesentlichen senkrechten Richtung gerichtet wird, wie in 11c gezeigt, wird die lenkbare feinbearbeitete Spiegelanordnung 400 mit einem geeigneten Winkel 1215 (z. B. 43,0 Grad) mit Bezug auf die optische Ausbreitungsachse 1210 orientiert. Der reflektierte Strahl 291' wird senkrecht zu der Aufzeichnungsschicht 349 hin gerichtet, so dass Licht effizient zwischen der optischen Faser 108 und der MO-Platte 107 gekoppelt wird. Außerdem kann die Position der optischen Faser 108 in der X-, Y- und/oder Z-Richtung zur maximalen Faserkopplung eingestellt werden.
  • Es sei bemerkt, dass bei der 11c die Winkelspaltung des Kopfendes 900 nach unten gerichtet ist. Bei einer weiteren in 11d gezeigten Ausführungsform umfasst eine optische Faser 108 ein Kopfende 900' mit einer Winkelspaltung, die nach oben gerichtet ist. Als Ergebnis wird der Winkel 1215 der lenkbaren, feinbearbeiteten Spiegelanordnung 400 auf einen geeigneten Wert eingestellt, so dass der reflektierte Strahl 291' senkrecht zu der Aufzeichnungsoberfläche 349 der MO-Platte 107 gerichtet ist.
  • Alternativ können/kann das Faserkopfende 900 (12c) und/oder das Faserkopfende 900' (11d) mit Bezug auf die optische Ausbreitungsachse 1210 für Winkelpolieren auf eine Art und Weise geändert werden, wie es oben mit Bezug auf 11 ähnlich beschrieben ist.
  • Im Gegensatz dazu verlässt dann, wenn das Winkelspalten (oder Winkelpolieren) nicht an dem Kopfende 900 der optischen Faser 108 hindurchgeführt wird, der abgehende Strahl 291 das Kopfende 900 mit einem zentralen Strahl, der im wesentlichen parallel zu der optischen Ausbreitungsachse 1210 ist, wie in 11e gezeigt. Damit der reflektierte Strahl 291' zu der Oberflächenaufzeichnungsschicht 349 mit einer im wesentlichen senkrechten Orientierung hin gerichtet wird, beträgt der Wert des Winkels 1215 typischerweise ungefähr fünfundvierzig (45) Grad mit Bezug auf die optische Ausbreitungsachse 1210. Das in 11e gezeigte optische System ist besonders nützlich, wenn: (1) ein DFB-Laser verwendet wird und (2) Mediumrauschen und Laserphasenrauschen vernachlässigbar sind.
  • Indexanpassung zum Verringern der Wirkungen der Reflexionen des Faserkopfendes 900
  • In Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Wirkung der unerwünschten Reflexion EH(t) von dem Kopfende 900 der Faser 108 durch eine Indexanpassungsvorgehensweise beseitigt. Wie in 12 gezeigt, wird ein Abschnitt der optischen Faser 108 in ein Gleitstück 1300 beispielsweise durch Klebstoff 1305 befestigt. Eine Glasplatte 1310 wird in dem Gleitstückkörper 1300 mit einer zu der optischen Faser 108 im wesentlichen senkrechten Orientierung platziert. Die Lücke zwischen dem Faserkopfende 900 und der Glasplatte 1310 wird mit Epoxyd, Fluid oder Gel 1315 oder einem anderen geeigneten Material mit einem Brechungsindex gefüllt, der im wesentlichen der gleiche wie der Brechungsindex des Kerns der Faser ist. Zu dem Ausmaß, dass der Brechungsindex des Kerns der Faser 108 nicht mit dem Brechungsindex des indexangepassten Materials 1350 übereinstimmt, kann eine Differenz in den Brechungsindizes von Δn = ±0,05 zwischen dem Kern der Faser 108 und dem indexangepassten Material 1315 toleriert werden, was zu einer maximalen Grenzflächenreflektivität von ungefähr 0,03% führt.
  • Wie in 13 gezeigt, verursacht das indexangepasste Fluid 1315, dass die unerwünschte Reflexion EH(t) nicht an dem Faserkopfende 900 auftritt. Die unerwünschte Reflexion EH(t) wird stattdessen an einer Oberfläche 1312 der Glasplatte 1310 (d. h. einer nicht-konjugierten Oberfläche) auftreten, während eine zweite unerwünschte Reflexion EH'(t) an einer nicht-konjugierten Oberfläche 1313 auftreten wird. Als Ergebnis koppeln sich die unerwünschten Reflexionen EH(t) und EH'(t) nicht zurück in die Faser. Da die unerwünschten Reflexionen EH(t) und EH'(t) von dem optischen System wirksam gelöscht werden, wird der Differenzialdetektor 240 (2) imstande sein, die Komponenten des reflektierten signaltragenden Strahls 292 ohne Interferenz von den unerwünschten Reflexionen EH(t) und EH'(t) zu erfassen.
  • Faserspleißen zum Verringern der Wirkungen der Reflexionen EH(t) des Kopfendes 900
  • In Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die Wirkung der unerwünschten Reflexion EH(t) von dem Kopfende 900 einer Faser 108 durch eine weitere Art einer Indexanpassungsvorgehensweise beseitigt, wie mit Bezug auf 14a bis 14b erläutert. Mit Bezug zuerst auf 14a wird ein kernloser Faserabschnitt 1400 an dem Kopfende der Faser 108 gespleißt. Der kernlose Faserabschnitt 1400 kann beispielsweise einen Durchmesser aufweisen, der ähnlich demjenigen der Single-Mode-Faser 108 (z. B. 80 μm) ist und wird mit der Faser 108 beispielsweise durch Schmelzspleißen gekoppelt. Der kernlose Faserabschnitt 1400 wird dann entlang Linien 1405 geschnitten, so dass der Abschnitt 1410 des kernlosen Faserabschnitts 1400 von dem Abschnitt 1415 getrennt wird. Somit bleibt der Abschnitt 1415 an der Faser 108 gespleißt. Bei einer alternativen Ausführungsform kann eine Multi-Mode-Faser mit großem Kern (nicht gezeigt) anstatt der kernlosen Faser verwendet werden. Die Länge des gespleißten Faserabschnitts 1415 wird vorzugsweise ausgewählt, so dass der Radius des abgehenden Strahls 291, der an der Fläche 1420 des Abschnitts 1415 ausgegeben wird, geringer als der Durchmesser der kernlosen optischen Faser 108 ist. Der Abschnitt 1415 kann eine Länge von beispielsweise etwa 100 μm aufweisen. Falls sich während des Spleißverfahrens die Kerngröße an dem Kopfende 900 (der optischen Faser 108) aufgrund der an dem Kopfende 900 angelegten Heizung ändert, dann wird der wirksame Mode-Felddurchmesser und die Form der optischen Faser 108 sich ebenfalls ändern. Als Ergebnis kann eine geeignete Objektivlinse optional implementiert werden, um diese Änderungen auszugleichen.
  • Der Brechungsindex des kernlosen Faserabschnitts 1400 (und des Abschnitts 1415) stimmt im wesentlichen mit dem Brechungsindex des Kerns der optischen Faser 108 überein. Zu dem Ausmaß, in dem der Brechungsindex des Kerns der Faser 108 nicht mit dem Brechungsindex des gespleißten Faserabschnitts 1415 übereinstimmt, kann eine Differenz in den Brechungsindizes von Δn = ±0,05 zwischen dem Kern der Faser 108 und dem gespleißten Faserabschnitt 1415 toleriert werden, was zu einer maximalen Grenzflächenreflektivität von ungefähr 0,03% führt. Als Ergebnis wird die Wirkung der Reflexion von einem konjugierten Punkt (d. h. Kopfende 900) aufgrund der Indexanpassung bedeutend verringert, wie nachstehend erläutert. Wenn zusätzlich eine AR-Beschichtung auf die Fläche der Spleißfaseroberfläche 1420 platziert wird, dann kann die Fresnel-Reflexion von der Oberfläche 1420 auf etwa 0,25% gedrückt werden, was zu einem effizienteren (d. h. mit niedrigerem Verlust) optischen System bei 11a führt.
  • Wie in 14b gezeigt, verursacht der gespleißte Faserabschnitt 1415, dass die unerwünschte Reflexion EH(t) nicht an der Faserendfläche (Kopfende 900) auftritt. Die unerwünschte Reflexion EH(t) wird stattdessen an der Grenzfläche zwischen der Oberfläche 1420 und dem benachbarten Luftraum auftreten. Als Ergebnis koppelt sich die unerwünschte Reflexion EH(t) nicht effizient in die Faser 108 zurück und wird somit wirksam ausgelöscht. Da die unerwünschte Reflexion EH(t) im wesentlichen aus dem optischen System beseitigt wird, wird der Differenzialdetektor 240 (2) in der Lage sein, die Komponenten des reflektierten Laserstrahls 292 ohne Interferenz von der unerwünschten Reflexion EH(t) zu erfassen.
  • 14c ist eine graphische Darstellung 1450, die die Reflexion von dem Faserkopfende 900 als Funktion der Länge des gespleißten Faserabschnitts 1415 zeigt. Es wird gezeigt, dass die Interferenz zwischen der unerwünschten Reflexion EH(t) an dem Faserkopfende 900 und dem Laserstrahl 292 wesentlich verringert wird, wenn der gespleißte Faserabschnitt 1415 eine Mindestlänge von etwa 100 μm aufweist.
  • In Übereinstimmung mit einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die oben erwähnten Techniken zum Beseitigen der Kopfendreflexion nicht erforderlich, wenn die Laserquelle 239 mit einem DFB-Laser implementiert und sowohl Mediumrauschen als auch Laserphasenrauschen bei dem oben offenbarten optischen System ausreichend niedrig sind.
  • Es ist ersichtlich, dass die Erfindung Anwendung in einer Vielfalt von Umgebungen, wie beispielsweise andere Arten von optischen Laufwerken, Kommunikationssystemen und dergleichen finden kann. Daher sind, obwohl die Erfindung hier mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen davon beschrieben wurde, eine Anzahl von Abwandlungen, verschiedene Änderungen und Substitutionen bei der vorhergehenden Offenbarung beabsichtigt, und es ist offensichtlich, dass in einigen Fällen einige Merkmale der Erfindung ohne eine entsprechende Verwendung anderer Merkmalen ohne Abweichung von dem Schutzumfang der dargelegten Erfindung benutzt werden können.

Claims (12)

  1. System zum Ausbreiten eines Hauptlichtsignals zwischen einer Laserquelle (231) und einem Speichermedium (107) mit: der Laserquelle (231); einer polarisationsbeibehaltenden optischen Faser (108), die zwischen der Laserquelle und dem Speichermedium (107) angeordnet ist, wobei das von der Laserquelle emittierte Hauptlichtsignal in die optische Faser an einer ersten Faserfläche eintritt, die optische Faser in einer ersten Richtung durchläuft und die optische Faser an einer zweiten Faserfläche verlässt, die in der Nähe des Speichermediums angeordnet ist; wobei das Hauptlichtsignal an dem Speichermedium reflektiert wird, in die optische Faser an der zweiten Faserfläche erneut eintritt, die optische Faser in einer Richtung entgegengesetzt der ersten Richtung durchläuft und die optische Faser an der ersten Faserfläche verlässt; gekennzeichnet durch ein Mittel zum Verringern der Interferenz zwischen dem Hauptlichtsignal und mindestens einer fehlerhaften Reflexion, die an der ersten Faserfläche erzeugt wird, wenn das Hauptlichtsignal in die erste Faserfläche eintritt, wobei das Mittel zum Verringern der Interferenz umfasst: ein Modulationsmittel zum An- und Ausschalten der Laserquelle mit einem Tastverhältnis und einer Modulationsfrequenz, die angepasst sind, um das Hauptlichtsignal und die mindestens eine fehlerhafte Reflexion zeitlich zu trennen, wobei das Abtastverhältnis der Laserquelle ungefähr 50% oder weniger ist und die Modulationsfrequenz (F) durch die Gleichung F = c(2i + 1)/4Ln definiert wird, wobei c die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum, L eine Länge der optischen Faser (108), n ein Brechungsindex der optischen Faser (108) und i eine ganze Zahl mit einem Wert von mindestens 0 ist, so dass die Interferenz zwischen dem Hauptlichtsignal und der mindestens einen fehlerhaften Reflexion verringert wird.
  2. System gemäß Anspruch 1, bei dem die Laserquelle einen Fabry-Perot-Laser oder einen Single-Mode-Laser umfasst.
  3. System gemäß Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch eine Gradientenindexlinse, die zwischen der Laserquelle und der optischen Faser positioniert ist.
  4. System gemäß Anspruch 3, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Gradientenindexlinse eine Oberfläche mit einem spitzen Winkel in Bezug auf eine Achse der optischen Ausbreitung umfasst und die erste Faserfläche der optischen Faser mit dem spitzen Winkel in Bezug auf die Achse der optischen Ausbreitung gewinkelt ist.
  5. Verfahren zur Ausbreitung eines Hauptlichtsignals zwischen einer Laserquelle (231) und einem Speichermedium (107) mit: Übertragen des Hauptlichtsignals über eine polarisationsbeibehaltenden optischen Faser (108), die zwischen der Laserquelle (231) und dem Speichermedium (107) angeordnet ist, wobei das von der Hauptlaserquelle emittierte Hauptlichtsignal in die optische Faser an einer ersten Faserfläche eintritt, die optische Faser in einer ersten Richtung durchläuft und die optische Faser an einer zweiten Faserfläche verlässt, die in der Nähe des Speichermediums angeordnet ist; gekennzeichnet durch Verringern der Interferenz zwischen dem Hauptlichtsignal und mindestens einer fehlerhaften Reflexion, die an der ersten Faserfläche erzeugt wird, wenn das Hauptlichtsignal in die erste Faserfläche eintritt, durch An- und Ausschalten der Laserquelle mit einem Abtastverhältnis und einer Modulationsfrequenz, die angepasst sind, um das Hauptlichtsignal und die mindestens eine fehlerhafte Reflexion zeitlich zu trennen, wobei das Abtastverhältnis der Laserquelle ungefähr 50% oder weniger beträgt und die Modulationsfrequenz (F) durch die Gleichung F = c(2i + 1)/4Ln definiert ist, wobei c eine Lichtgeschwindigkeit in einem Vakuum, L eine Länge der optischen Faser (108), n ein Brechungsindex der optischen Faser (108) und i eine ganze Zahl mit einem Wert von mindestens 0 ist, so dass die Interferenz zwischen dem Hauptlichtsignal und der mindestens einen fehlerhaften Reflexion verringert wird.
  6. Verfahren gemäß Anspruch 5, bei dem die Laserquelle ein Fabry-Perot-Laser oder ein Single-Mode-Laser ist.
  7. Verfahren gemäß Anspruch 5, ferner gekennzeichnet durch eine zwischen der Laserquelle und der optischen Faser positionierte Gradientenindexlinse.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 7, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Gradientenindexlinie eine Oberfläche mit einem spitzen Winkel in Bezug auf eine Achse der optischen Ausbreitung umfasst und die erste Faserfläche der optischen Faser mit dem spitzen Winkel mit Bezug auf die Achse der optischen Ausbreitung gewinkelt ist.
  9. Optische Speichervorrichtung mit: einer Laserquelle (231), die ein Hauptlichtsignal erzeugt; einem optischen Aufzeichnungsmedium (107) mit einer Mehrzahl von Speicherstellen (340); einer polarisationsbeibehaltenden optischen Faser (108), die zwischen der Laserquelle und dem Speichermedium angeordnet ist, wobei das von der Laserquelle emittierte Hauptlichtsignal in die optische Faser an einer ersten Faserfläche eintritt, die optische Faser in einer ersten Richtung durchläuft und die optische Faser an einer zweiten Faserfläche verlässt, die in der Nähe des Speichermediums angeordnet ist; und das Hauptlichtsignal an dem Speichermedium reflektiert wird, in die optische Faser an der zweiten Faserfläche erneut eintritt, die optische Faser in einer Richtung entgegengesetzt der ersten Richtung durchläuft und die optische Faser an der ersten Faserfläche verlässt; und gekennzeichnet durch Mittel zum An- und Auspulsieren der Laserquelle, wobei die Laserquelle ein Abtastverhältnis von ungefähr 50% oder weniger und eine Modulationsfrequenz (F) aufweist, die durch die Gleichung F = c(2i + 1)/4Ln definiert ist, wobei c eine Lichtgeschwindigkeit in einem Vakuum, L eine Länge der optischen Faser (108), n ein Brechungsindex der optischen Faser (108) und i eine ganze Zahl ist, die einen Wert von mindestens Null aufweist, um das Hauptlichtsignal und mindestens eine fehlerhafte Reflexion, die von der ersten Faserfläche (615) der optischen Faser (108) reflektiert wird, zeitlich zu trennen.
  10. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, bei der die Laserquelle ein Fabry-Perot-Laser oder ein Single-Mode-Laser ist.
  11. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, ferner gekennzeichnet durch eine zwischen der Laserquelle und der optischen Faser positionierte Gradientenindexlinse.
  12. Vorrichtung gemäß Anspruch 11, ferner dadurch gekennzeichnet, dass die Gradientenindexlinse eine Oberfläche mit einem spitzen Winkel in Bezug auf eine Achse der optischen Ausbreitung umfasst und die erste Faserfläche der optischen Faser mit den spitzen Winkeln in Bezug auf die Achse der optischen Ausbreitung gewinkelt ist.
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