JP2006079706A

JP2006079706A - Optical head and optical recording and reproducing device

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Publication number: JP2006079706A
Application number: JP2004261617A
Authority: JP
Inventors: Susumu Noda; 進野田; Taku Asano; 卓浅野; Seiichi Takayama; 清市高山
Original assignee: Kyoto University; TDK Corp
Current assignee: Kyoto University; TDK Corp
Priority date: 2004-09-08
Filing date: 2004-09-08
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2024-09-08
Also published as: JP4534036B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical head which can be further miniaturized than a conventional one by using two-dimensional photonic crystal and concrete constitution of an optical recording and reproducing device using the optical head. <P>SOLUTION: The optical head 20 of the present invention has the two-dimensional photonic crystal 21. The two-dimensional photonic crystal has a slab-shaped main body 31, vacancies 32 periodically arrayed in the main body 31, a waveguide 33 formed by linearly providing defects of vacancies 32, and a resonator 34 formed by providing defects of vacancies 32 in dots. A light source 22 is provided at an end of the waveguide 33. The light emitted by the light source 22 passes through the waveguide 33 and resonator 34 to irradiate a recording surface of the optical disk 19. Information is recorded on or reproduced from the optical disk 19 with the light. This optical head 20 can be further miniaturized than a conventional optical head using an optical element by using the two-dimensional photonic crystal 21. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光記録媒体に情報を記録（書き込み）し、又は光記録媒体に記録された情報を再生（読み取り）するための光ヘッド及び光記録再生装置に関する。 The present invention relates to an optical head and an optical recording / reproducing apparatus for recording (writing) information on an optical recording medium or reproducing (reading) information recorded on the optical recording medium.

大容量の電子情報を記録し媒介するために、光記録媒体は欠かせない存在となっている。光記録媒体にはCD-ROMやDVD-ROM等の再生専用のものと、CD-R、CD-RW、DVD-RやDVD-RAM、MO等の記録・再生の双方が可能なものがある。後者には更に書き換えができるものとできないものとがある。 Optical recording media have become indispensable for recording and mediating large amounts of electronic information. There are optical recording media that are dedicated for playback such as CD-ROM and DVD-ROM, and those that can both record and playback such as CD-R, CD-RW, DVD-R, DVD-RAM, and MO. . Some of the latter can be rewritten and some cannot.

書き換え型光記録媒体では、光磁気方式と相変化方式が実用化されている。光磁気方式は、"0"又は"1"に対応する情報を、レーザ光と磁界により光記録媒体の記録層に磁化の方向で記録し、磁気光学効果による偏光面の違いにより読み取るものである。相変化方式は、光記録媒体の記録層にアモルファス相と結晶相の違いにより情報を記録し、これらに照射される光の反射率の違いにより情報を読み取るものである。記録の際には、アモルファス相は高い出力のレーザ光を照射してから急冷することにより形成し、結晶相はそれよりも低い出力のレーザ光を照射することにより形成する。なお、本願において「光記録媒体」は、情報の読み取り・書き込みの際に光を用いる記録媒体全般を指し、光と共に磁界を用いるものも含む。 In the rewritable optical recording medium, a magneto-optical method and a phase change method have been put into practical use. In the magneto-optical method, information corresponding to “0” or “1” is recorded in the direction of magnetization in a recording layer of an optical recording medium by a laser beam and a magnetic field, and is read by a difference in polarization plane due to a magneto-optical effect. . In the phase change method, information is recorded on the recording layer of the optical recording medium based on the difference between the amorphous phase and the crystalline phase, and the information is read based on the difference in the reflectance of the light applied to them. At the time of recording, the amorphous phase is formed by irradiating a high-power laser beam and then rapidly cooling, and the crystal phase is formed by irradiating a laser beam having a lower output. In the present application, the “optical recording medium” refers to all recording media that use light when reading and writing information, and includes those that use a magnetic field together with light.

光記録媒体への情報の記録・再生を行う装置においては、記録・再生用の光を光記録媒体に照射するための光ヘッドが重要な構成要素となる。図１に相変化方式の書き込み可能な光ヘッドの一例を示す。この光ヘッド１０は、レーザダイオード(LD)から成る光源１１と、光源１１からの光を集光して平行光にするレンズ１２と、レンズ１２からの平行光を光ディスク１９の所定の位置に集光するレンズ１３と、レンズ１２とレンズ１３の間に配置され光ディスク１９において反射した光の一部を取り出すビームスプリッタ１４と、ビームスプリッタ１４により取り出された光を受光するフォトダイオード(PD)から成る受光器１５と、を備える。再生の際には、光源１１から発せられた光が光ディスク１９において反射され、ビームスプリッタ１４により受光器１５に送られてそこで検出される。検出された光の強度により、"0"又は"1"の情報が読み取られる。記録の際には、再生の場合よりも強い光が光源１１から発せられ、光ディスク１９に照射される。この光の強弱により光ディスク１９の光記録層にアモルファス相又は結晶相を形成する。アモルファス相及び結晶相の一方が"0"、他方が"1"に対応する。 In an apparatus for recording / reproducing information on / from an optical recording medium, an optical head for irradiating the optical recording medium with recording / reproducing light is an important component. FIG. 1 shows an example of a phase change type writable optical head. The optical head 10 includes a light source 11 composed of a laser diode (LD), a lens 12 that condenses the light from the light source 11 into parallel light, and collects the parallel light from the lens 12 at a predetermined position on the optical disk 19. It comprises a lens 13 that emits light, a beam splitter 14 that is arranged between the lens 12 and the lens 13 and extracts a part of the light reflected by the optical disc 19, and a photodiode (PD) that receives the light extracted by the beam splitter 14. A light receiver 15. At the time of reproduction, the light emitted from the light source 11 is reflected by the optical disk 19 and sent to the light receiver 15 by the beam splitter 14 and detected there. Depending on the detected light intensity, information of “0” or “1” is read. At the time of recording, stronger light than that in the case of reproduction is emitted from the light source 11 and irradiated onto the optical disc 19. An amorphous phase or a crystalline phase is formed in the optical recording layer of the optical disc 19 by the intensity of the light. One of the amorphous phase and the crystalline phase corresponds to “0” and the other corresponds to “1”.

近年、より大容量の情報を記録することのできる記録媒体が求められている。例えば、従来よりも波長の短い光を用い、且つ開口度（Numerical Aperture: NA）の大きいレンズを用いてビームの径を小さくすることにより、記録密度を大きくすることが検討されている。 In recent years, there has been a demand for a recording medium capable of recording a larger amount of information. For example, it has been studied to increase the recording density by using a light having a shorter wavelength than before and using a lens having a large numerical aperture (NA) to reduce the beam diameter.

記録媒体の大容量化のための他の方法として、近接場光を用いることが検討されている。近接場光は、物体に光が入射した時にその入射位置のごく近傍に生成される光である。この近接場光が存在する範囲は光の波長よりも小さい。そのため、この近接場光を用いることにより、従来よりも高密度に情報を記録・再生することができるようになると期待されている。例えば、特許文献１には、光の出射端に開口を設けた光導波路と薄膜磁気トランスデューサを有し、開口から近接場光を生成すると共に薄膜磁気トランスデューサから磁界を生成することにより、磁気記録媒体の磁気記録層に情報を記録する光アシスト磁気ヘッドが記載されている。この光アシスト磁気ヘッドでは、近接場光が照射されたごく狭い領域のみに磁化による情報が記録される。 As another method for increasing the capacity of a recording medium, the use of near-field light has been studied. Near-field light is light that is generated very close to the incident position when light is incident on an object. The range in which this near-field light exists is smaller than the wavelength of light. Therefore, it is expected that information can be recorded / reproduced at a higher density than before by using the near-field light. For example, Patent Document 1 discloses a magnetic recording medium having an optical waveguide provided with an opening at a light emitting end and a thin film magnetic transducer, generating near-field light from the opening and generating a magnetic field from the thin film magnetic transducer. Describes an optically assisted magnetic head for recording information on the magnetic recording layer. In this optically assisted magnetic head, information by magnetization is recorded only in a very narrow region irradiated with near-field light.

また、現在、光記録媒体の記録・再生装置の小型化と低コスト化が求められ、そのために光ヘッドの小型化と低コスト化が求められている。現在、光ヘッドに用いられている種々の光学素子のサイズは数mm〜数cmであり、それらの素子を組み合わせた光ヘッドは数cmの大きさになっている。 At present, there is a demand for downsizing and cost reduction of a recording / reproducing apparatus for an optical recording medium. Therefore, downsizing and cost reduction of an optical head are required. At present, the size of various optical elements used in an optical head is several mm to several cm, and an optical head combining these elements has a size of several cm.

これら光学素子の小型化に寄与することができると期待される新しい光デバイスに、フォトニック結晶がある。フォトニック結晶は誘電体に周期構造を人工的に形成したものである。その周期構造により、結晶中に光のエネルギーに関してバンド構造が形成され、光の伝播が不可能となるエネルギー領域が形成される。このようなエネルギー領域を「フォトニックバンドギャップ」(Photonic Band Gap: PBG)と呼ぶ。PBGが形成されるエネルギー領域（波長帯）は、誘電体の屈折率や周期構造の周期により定まる。 A photonic crystal is a new optical device expected to contribute to miniaturization of these optical elements. A photonic crystal has a periodic structure artificially formed in a dielectric. Due to the periodic structure, a band structure with respect to the energy of light is formed in the crystal, and an energy region in which light cannot be propagated is formed. Such an energy region is called a “photonic band gap (PBG)”. The energy region (wavelength band) in which the PBG is formed is determined by the refractive index of the dielectric and the period of the periodic structure.

このフォトニック結晶中に適切な欠陥を導入することにより、PBG中にエネルギー準位(欠陥準位)が形成され、その欠陥準位に対応する波長の光のみがその欠陥の近傍に存在できるようになる。欠陥を線状に設けることにより、その線状欠陥は欠陥準位に対応する波長帯の光を伝播することのできる導波路となる。 By introducing an appropriate defect in this photonic crystal, an energy level (defect level) is formed in the PBG so that only light having a wavelength corresponding to the defect level can exist in the vicinity of the defect. become. By providing the defects linearly, the linear defects become a waveguide capable of propagating light in a wavelength band corresponding to the defect level.

特許文献２には、このようなフォトニック結晶を光記録媒体の記録・再生装置に用いることが記載されている。この構成では、特許文献３に記載された３次元フォトニック結晶を光ピックアップの光導波路として用いている。この３次元フォトニック結晶は、誘電体のロッドを周期的に並べて構成されるストライプ層を積層して成り、ロッドの欠陥を線状に設けることにより光導波路が形成されている。 Patent Document 2 describes the use of such a photonic crystal in a recording / reproducing apparatus for an optical recording medium. In this configuration, the three-dimensional photonic crystal described in Patent Document 3 is used as the optical waveguide of the optical pickup. This three-dimensional photonic crystal is formed by laminating stripe layers formed by periodically arranging dielectric rods, and an optical waveguide is formed by providing rod defects linearly.

特許文献２に記載の発明では、波長が異なるCD用の光とDVD用の光を１つの導波路に導入して同一の発光点から出射することを目的としている。そのため、これらの異なる２波長の光を１つの導波路に導入するための導波路の構成については具体的に記載されているが、光を光記録媒体に照射するための構成については具体的な記載がない。 An object of the invention described in Patent Document 2 is to introduce CD light and DVD light having different wavelengths into one waveguide and emit the light from the same light emitting point. Therefore, the configuration of the waveguide for introducing these two different wavelengths of light into one waveguide is specifically described, but the configuration for irradiating the optical recording medium with the light is specific. There is no description.

特開2003-045004号公報（[0015]〜[0018], 図1）Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-045004 ([0015] to [0018], FIG. 1) 特開2003-224322号公報（[0017]〜[0027], 図1,図3）Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-224322 ([0017] to [0027], FIGS. 1 and 3) 特開2001-074955号公報（[0010]〜[0014], 図1）Japanese Patent Laid-Open No. 2001-074955 ([0010] to [0014], FIG. 1)

本発明が解決しようとする課題は、２次元フォトニック結晶を用いることにより、従来のものよりも小型化が可能な光ヘッド、及びその光ヘッドを用いた光記録再生装置の具体的な構成を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a specific configuration of an optical head that can be made smaller than a conventional one by using a two-dimensional photonic crystal, and an optical recording / reproducing apparatus using the optical head. Is to provide.

上記課題を解決するために成された本発明に係る光ヘッドは、光記録媒体に所定の波長の光を照射して情報を記録又は再生する光ヘッドにおいて、
a)スラブ状の本体に周期的な屈折率分布を設けて成る２次元フォトニック結晶と、
b)前記周期的屈折率分布の欠陥を線状に設けて成り、前記所定波長の光が伝播する導波路と、
c)前記導波路の近傍に前記周期的屈折率分布の欠陥を点状に設けて成り、前記所定波長の光に共振する共振器と、
d)前記所定波長の光を含む光を前記導波路に導入する光源と、
を備えることを特徴とする。 An optical head according to the present invention, which has been made to solve the above problems, is an optical head that records or reproduces information by irradiating an optical recording medium with light of a predetermined wavelength.
a) a two-dimensional photonic crystal comprising a slab-shaped body provided with a periodic refractive index distribution;
b) a waveguide in which the defect of the periodic refractive index distribution is provided in a line, and the light having the predetermined wavelength propagates;
c) a resonator that is provided with dots of the periodic refractive index distribution in the vicinity of the waveguide in a dot shape and resonates with the light having the predetermined wavelength;
d) a light source for introducing light including light of the predetermined wavelength into the waveguide;
It is characterized by providing.

本発明の光ヘッドでは、光源からの光が導波路を通過してゆく。その間、共振器において、その中の共振波長の光のみが共振し、導波路から取り出されて２次元フォトニック結晶の面に垂直な方向に放射される。この光の放射方向に光記録媒体の記録領域を位置させておくことにより、そこに情報を書き込むことができ、また、そこからの反射光により情報を読み出すことができる。 In the optical head of the present invention, light from the light source passes through the waveguide. Meanwhile, in the resonator, only the light having the resonance wavelength therein resonates and is extracted from the waveguide and emitted in a direction perpendicular to the plane of the two-dimensional photonic crystal. By positioning the recording area of the optical recording medium in the light emission direction, information can be written therein, and information can be read out by reflected light therefrom.

本発明の光ヘッドは、前記共振器に関して光記録媒体とは反対側に、共振器からの少なくとも一部の光を反射する反射部を備えることができる。 The optical head according to the present invention may include a reflecting portion that reflects at least a part of light from the resonator on the opposite side of the resonator from the optical recording medium.

また、前記共振器は本体の厚み方向の中央面に関して非対称な形状を有するようにすることができる。 The resonator may have an asymmetric shape with respect to a central surface in the thickness direction of the main body.

本発明の光ヘッドは、前記共振器から放射され光記録媒体により反射される反射光の光路上であって該共振器を挟んで光記録媒体とは反対の側に受光器を備えることができる。 The optical head of the present invention can be provided with a light receiver on an optical path of reflected light radiated from the resonator and reflected by the optical recording medium and on the opposite side of the optical recording medium across the resonator. .

本発明の光ヘッドは、共振器に関して光源とは反対側の導波路上に、光源からの光を反射する導波路内反射部を備えることができる。 The optical head of the present invention can include an in-waveguide reflection unit that reflects light from the light source on a waveguide opposite to the light source with respect to the resonator.

前記本体に２個の禁制帯領域を設け、前記導波路が該２個の禁制帯領域を通過し、前記共振器が光源に近い方の禁制帯領域に位置し、光源から遠い方の禁制帯領域の導波路の透過波長帯域が前記共振器の共振波長を含まないように前記近い方の禁制帯領域の周期を設定することにより、両禁制帯領域の境界から成る導波路内反射部を形成することができる。 The main body is provided with two forbidden band regions, the waveguide passes through the two forbidden band regions, the resonator is located in the forbidden band region closer to the light source, and the forbidden band farther from the light source. By setting the period of the closer forbidden band region so that the transmission wavelength band of the waveguide in the region does not include the resonance wavelength of the resonator, a reflection part in the waveguide composed of the boundary of both forbidden band regions is formed. can do.

前記本体には、共振波長の異なる複数の共振器を設けることができる。 The main body may be provided with a plurality of resonators having different resonance wavelengths.

この場合、本体に複数個の禁制帯領域を設け、前記導波路が該複数個の禁制帯領域を通過し、前記複数の共振器がそれぞれ異なる禁制帯領域に位置し、各禁制帯領域の共振器の共振波長が、光源から遠い方の隣接禁制帯領域の導波路の透過波長帯域に含まれないように設定することができる。 In this case, a plurality of forbidden band regions are provided in the main body, the waveguide passes through the plurality of forbidden band regions, and the plurality of resonators are located in different forbidden band regions. It is possible to set so that the resonance wavelength of the detector is not included in the transmission wavelength band of the waveguide in the adjacent forbidden band region far from the light source.

本発明の光ヘッドにおいては、前記２次元フォトニック結晶を複数個備えるようにすることができる。 In the optical head of the present invention, a plurality of the two-dimensional photonic crystals can be provided.

Embodiments and effects of the invention

本発明の光ヘッドでは、記録・再生光を光記録媒体の表面に照射するために、２次元フォトニック結晶を用いる。この２次元フォトニック結晶の屈折率分布の周期構造を適宜設定することにより、光記録媒体の記録・再生光の波長（所定波長）がフォトニックバンドギャップに含まれるようにしておく。そして、２次元フォトニック結晶内に導波路を設け、所定波長の光がその導波路を伝播することができるようにしておく。更に、その導波路の近傍に点状欠陥を設け、所定波長の光がそこで共振するようにしておく。これにより、所定波長の光をそこから２次元フォトニック結晶の外部に取り出すことができる。この光を前記のように光記録媒体の記録・再生箇所に照射することにより、記録・再生を行うことができる。 In the optical head of the present invention, a two-dimensional photonic crystal is used to irradiate the surface of the optical recording medium with recording / reproducing light. By appropriately setting the periodic structure of the refractive index distribution of the two-dimensional photonic crystal, the wavelength (predetermined wavelength) of the recording / reproducing light of the optical recording medium is included in the photonic band gap. A waveguide is provided in the two-dimensional photonic crystal so that light of a predetermined wavelength can propagate through the waveguide. Furthermore, a point defect is provided in the vicinity of the waveguide so that light of a predetermined wavelength resonates there. Thereby, light of a predetermined wavelength can be taken out of the two-dimensional photonic crystal therefrom. Recording / reproducing can be performed by irradiating the recording / reproducing part of the optical recording medium with the light as described above.

２次元フォトニック結晶の本体には、例えばSiやInGaAsP等を用いることができる。屈折率分布は、本体にそれとは屈折率の異なる物質を周期的に埋め込むことによっても形成することはできるが、本体に周期的に空孔を設けることにより屈折率分布を形成する方が、本体と空孔との屈折率の差を大きく取ることができるうえ、製造も簡単であるため望ましい。導波路は、空孔を設けない領域を線状に設けることにより形成することができ、共振器は、１個又は隣接する複数の空孔を設けなかったり、それらの空孔の径を他の空孔とは異なるものとすることにより形成することができる。２次元フォトニック結晶にこのような共振器を設けること、及びその共振器の共振波長を所望の値に設定することについては、特開2001-272555号公報及び特開2003-279764号公報に詳しく記載されている。 For example, Si or InGaAsP can be used for the main body of the two-dimensional photonic crystal. The refractive index distribution can also be formed by periodically embedding a substance having a different refractive index in the main body, but it is better to form the refractive index distribution by periodically providing holes in the main body. It is desirable because the difference in the refractive index between the hole and the hole can be made large and the manufacturing is simple. The waveguide can be formed by linearly providing a region where no hole is provided, and the resonator may not be provided with one or a plurality of adjacent holes, or the diameter of these holes may be changed to another. It can be formed by being different from the holes. JP-A-2001-272555 and JP-A-2003-279764 provide details on providing such a resonator in a two-dimensional photonic crystal and setting the resonance wavelength of the resonator to a desired value. Are listed.

本発明の光ヘッドで用いる２次元フォトニック結晶の大きさは、光記録媒体が用いる記録・再生光（紫外線及び赤外線を含む）の波長の数十倍程度で十分であるため、せいぜい数十〜数百μm角程度となる。これは、従来の光学素子の大きさ数mm〜数cm角よりも遙かに小さいため、光ヘッド全体を従来のものよりも大幅に小型化することができる。
また、従来の記録・再生用の光ヘッドの場合、反射光を光路から取り出すためのビームスプリッタが必要であったが、これが比較的大きな体積を占めていた。それに対し本発明に係る光ヘッドでは、光記録媒体からの反射光は２次元フォトニック結晶の共振器を通過した後に検出することができるため、ビームスプリッタを使用する必要がない。これによっても、光ヘッドの大幅な小型化を達成することができる。 The size of the two-dimensional photonic crystal used in the optical head of the present invention is about several tens of times the wavelength of recording / reproducing light (including ultraviolet rays and infrared rays) used by the optical recording medium. It is about several hundred μm square. This is much smaller than the size of several millimeters to several centimeters of the conventional optical element, so that the entire optical head can be made much smaller than the conventional one.
Further, in the case of a conventional recording / reproducing optical head, a beam splitter for extracting reflected light from the optical path is necessary, but this occupies a relatively large volume. On the other hand, in the optical head according to the present invention, since the reflected light from the optical recording medium can be detected after passing through the resonator of the two-dimensional photonic crystal, it is not necessary to use a beam splitter. This also can achieve a significant downsizing of the optical head.

従来のCDやDVD等の光記録媒体に記録及び／又は再生を行う場合、この光ヘッドと光記録媒体の間には従来と同様の集光レンズ等の光学系を配置する。一方、近接場光を用いて記録及び／再生を行う場合は、光記録媒体を２次元フォトニック結晶のごく近傍に配置し、共振器からの光を直接光記録媒体に投入して書き込みを行い、その箇所における光記録媒体の物性に応じて変化する光記録媒体の材料と近接場光との相互作用を検出することにより、情報を読み出す。 When recording and / or reproducing on a conventional optical recording medium such as a CD or DVD, an optical system such as a condensing lens similar to the conventional one is arranged between the optical head and the optical recording medium. On the other hand, when recording and / or reproduction is performed using near-field light, the optical recording medium is placed in the very vicinity of the two-dimensional photonic crystal, and light is directly input to the optical recording medium for writing. Then, information is read out by detecting the interaction between the optical recording medium material and the near-field light that changes in accordance with the physical properties of the optical recording medium at that location.

２次元フォトニック結晶の共振器は面の上下に光を出射する。そのため、光の利用効率の観点からは、光記録媒体が置かれている側とは反対側の面から出射される光を利用し、又は抑制することが望ましい。その一つの方法として、共振器の光記録媒体とは反対側に反射部を設けるという方法を挙げることができる。光記録媒体とは反対側の面から出射される光は、この反射部により反射され、共振器を通過して光記録媒体の記録面に入射する。他の方法として、共振器を本体の厚さ方向中央面に関して非対称に形成するようにしてもよい。このような非対称性を導入することにより、共振器の上下面から出射される光の強度比を変化させることができ、光記録媒体の反対側に出射される光を抑制することができる。 A two-dimensional photonic crystal resonator emits light above and below the surface. Therefore, from the viewpoint of light use efficiency, it is desirable to use or suppress light emitted from the surface opposite to the side on which the optical recording medium is placed. As one of the methods, a method of providing a reflection portion on the side opposite to the optical recording medium of the resonator can be mentioned. Light emitted from the surface opposite to the optical recording medium is reflected by the reflecting portion, passes through the resonator, and enters the recording surface of the optical recording medium. As another method, the resonator may be formed asymmetrically with respect to the central plane in the thickness direction of the main body. By introducing such asymmetry, the intensity ratio of the light emitted from the upper and lower surfaces of the resonator can be changed, and the light emitted to the opposite side of the optical recording medium can be suppressed.

記録のみを行う光ヘッドの場合、受光器は無くてもよいが、記録及び再生を行う光ヘッドの場合、記録面で反射された光を受光し、検出する受光器を設けなければならない。本発明に係る光ヘッドでは、光記録媒体からの反射光は２次元フォトニック結晶の共振器を通過した後であっても検出することができるため、受光器は、共振器を挟んで光記録媒体とは反対の側に設けることができる。このため、従来の光ヘッドで用いられていたビームスプリッタを使用する必要がなく、これにより光ヘッドの大幅な小型化を達成することができる。 In the case of an optical head that only performs recording, the light receiver may be omitted. However, in the case of an optical head that performs recording and reproduction, a light receiver that receives and detects light reflected by the recording surface must be provided. In the optical head according to the present invention, the reflected light from the optical recording medium can be detected even after passing through the resonator of the two-dimensional photonic crystal. It can be provided on the side opposite the medium. For this reason, it is not necessary to use the beam splitter used in the conventional optical head, and this makes it possible to achieve a significant downsizing of the optical head.

このような構成において、共振器と受光器の間に、光記録媒体への記録時には共振器からの光を反射し、再生時には共振器からの光を反射しない可変反射部を設けることが望ましい。これにより、記録時には光記録媒体の記録領域に入射する光の強度を強くすることができると共に、再生時には記録領域からの反射光を受光部に導入することができるようになる。可変反射部には、例えば可動式の反射鏡を用いることができる。 In such a configuration, it is desirable to provide a variable reflector between the resonator and the light receiver that reflects light from the resonator during recording on the optical recording medium and does not reflect light from the resonator during reproduction. As a result, the intensity of light incident on the recording area of the optical recording medium can be increased during recording, and reflected light from the recording area can be introduced into the light receiving section during reproduction. For example, a movable reflecting mirror can be used for the variable reflecting portion.

本発明に係る光ヘッドは、共振器から出射される光が光記録媒体に対して角度をもって入射するように配置することもできる。この場合、反射光も同じ角度をもって光記録媒体から出射するため、受光器は２次元フォトニック結晶と干渉することのない位置に置くことができる。これにより、受光効率を上げることができ、光源の強度を小さくすることができるほか、情報読み取りの信頼性を上げることができる。 The optical head according to the present invention can be arranged so that light emitted from the resonator is incident on the optical recording medium at an angle. In this case, since the reflected light is also emitted from the optical recording medium at the same angle, the light receiver can be placed at a position where it does not interfere with the two-dimensional photonic crystal. Thereby, the light receiving efficiency can be increased, the intensity of the light source can be reduced, and the reliability of information reading can be increased.

導波路を伝播する共振波長の光は共振器において必ずしも100%捕獲されず、一部は共振器を通過してしまう。そのため、共振器から見て光源とは反対側の導波路上に反射部（導波路内反射部）を設けることが望ましい。このような反射部として金属ミラー等を用いることもできるが、２次元フォトニック結晶を以下に述べるヘテロ構造とすることにより反射部を形成してもよい。なお、「ヘテロ構造」により反射部を形成することができることについては特開2004-233941号公報に詳しく記載されている。ヘテロ構造は、本体中に屈折率分布の周期の異なる領域を複数設けた構造のことをいう。これら複数の領域の各々には、周期の違いに対応してエネルギー範囲の異なるフォトニックバンドギャップが形成される。本願ではこれらの領域を「禁制帯領域」と呼ぶ。そして、複数の禁制帯領域を貫通して通過するように導波路を形成し、禁制帯領域毎に、その導波路を伝播することのできる光の波長帯域を、一部共通し、一部異なるものとする。この異なる部分の波長帯の光は、或る禁制帯領域の導波路を伝播することができるが、それに隣接する禁制帯領域の導波路を伝播することができない。すなわち、この波長帯の光は、これら２つの禁制帯領域の境界において反射される。これを利用して、この禁制帯領域の境界を前記の導波路反射部として用いることができる。 The light having the resonance wavelength propagating through the waveguide is not necessarily 100% captured by the resonator, and part of the light passes through the resonator. For this reason, it is desirable to provide a reflection portion (intra-waveguide reflection portion) on the waveguide opposite to the light source when viewed from the resonator. A metal mirror or the like can be used as such a reflection portion, but the reflection portion may be formed by forming a two-dimensional photonic crystal with a heterostructure described below. Incidentally, the fact that the reflecting portion can be formed by the “heterostructure” is described in detail in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-233941. The heterostructure refers to a structure in which a plurality of regions having different refractive index distribution periods are provided in the main body. In each of the plurality of regions, a photonic band gap having a different energy range corresponding to a difference in period is formed. In the present application, these areas are referred to as “forbidden band areas”. Then, a waveguide is formed so as to pass through a plurality of forbidden band regions, and for each forbidden band region, the wavelength band of light that can propagate through the waveguide is partially common and partially different. Shall. The light in the different wavelength bands can propagate through a waveguide in a forbidden band region, but cannot propagate through a waveguide in a forbidden band region adjacent to the light. That is, light in this wavelength band is reflected at the boundary between these two forbidden band regions. By utilizing this, the boundary of the forbidden band region can be used as the waveguide reflection portion.

１個の２次元フォトニック結晶の本体に、共振波長の異なる共振器を複数設けてもよい。例えば、CDの記録・再生に用いる光（波長780nm帯の光）を導波路から取り出す共振器と、DVDの記録・再生に用いる光（波長650nm帯の光）を導波路から取り出す共振器をそれぞれ設けることができる。あるいは、このように複数の共振器を設けることにより、複数の情報を同時に記録又は再生したり、記録と再生を同時に行うようにしてもよい。このように複数の共振器を設ける場合、２次元フォトニック結晶は前記のヘテロ構造とすることが望ましい。この場合、複数の共振器をそれぞれ異なる禁制帯領域に配置し、各共振器毎に、光源とは反対側の隣接禁制帯領域の導波路透過波長帯域が共振器の共振波長を含まないように設定すればよい。これにより、各共振器毎に導波路反射部が形成される。 A plurality of resonators having different resonance wavelengths may be provided in the body of one two-dimensional photonic crystal. For example, a resonator that extracts light (wavelength 780 nm band) used for CD recording / reproduction from a waveguide, and a resonator that extracts light (wavelength 650 nm band light) used for DVD recording / reproduction from a waveguide, respectively. Can be provided. Alternatively, by providing a plurality of resonators as described above, a plurality of information may be recorded or reproduced simultaneously, or recording and reproduction may be performed simultaneously. When a plurality of resonators are provided as described above, it is desirable that the two-dimensional photonic crystal has the above hetero structure. In this case, a plurality of resonators are arranged in different forbidden band regions, and the waveguide transmission wavelength band of the adjacent forbidden band region opposite to the light source does not include the resonance wavelength of the resonator for each resonator. You only have to set it. Thereby, a waveguide reflection part is formed for each resonator.

また、複数の波長の光で複数の情報を記録又は再生するために、１個の光ヘッドの中に、導波路及び共振器を有する独立の２次元フォトニック結晶を複数個設けてもよい。個々の２次元フォトニック結晶は従来の光ヘッドにおいて用いられる光学素子よりも小さいため、それら複数の２次元フォトニック結晶を設けても、なお従来の光ヘッドよりも小型化することができる。 Further, in order to record or reproduce a plurality of information with light of a plurality of wavelengths, a plurality of independent two-dimensional photonic crystals having a waveguide and a resonator may be provided in one optical head. Since each two-dimensional photonic crystal is smaller than the optical element used in the conventional optical head, even if the plurality of two-dimensional photonic crystals are provided, the size can be further reduced as compared with the conventional optical head.

(1)本発明に係る光ヘッドの第１の実施例
本発明に係る光ヘッドの第１の実施例を図２を用いて説明する。図２(a)に、本実施例の光ヘッド２０の概略構成図を示す。この光ヘッドは、２次元フォトニック結晶２１と、光源２２と、集光レンズ２３と、受光器２４と、を有する。２次元フォトニック結晶２１には、光ディスク１９の記録・再生用の光が共振する共振器３４を設けておく。 (1) First Embodiment of Optical Head According to the Present Invention A first embodiment of the optical head according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2A shows a schematic configuration diagram of the optical head 20 of the present embodiment. This optical head has a two-dimensional photonic crystal 21, a light source 22, a condenser lens 23, and a light receiver 24. The two-dimensional photonic crystal 21 is provided with a resonator 34 that resonates the recording / reproducing light of the optical disk 19.

２次元フォトニック結晶２１の構成を説明する。図２(b)に、２次元フォトニック結晶２１を図２(a)中の矢印Aの方向から見た平面図を示す。２次元フォトニック結晶２１は、例えばSiから成る板状の本体３１に、三角格子状に周期的に空孔３２を設けることにより形成する。ここで、本体３１を２つの領域３５及び３６に分け、一方の領域３６内の空孔３２の周期が他方の領域３５のそれよりも小さくなるようにする。両領域３５、３６において、空孔３２を１列分欠損させることにより導波路３３を形成する。上記のように、空孔３２の周期は領域３５と領域３６とで異なるため、領域３５内の導波路３３の透過波長帯と領域３６内の導波路３３の透過波長帯は、一部において共通し、一部において異なる。このため、その異なる波長帯域の光は、一方の領域３５の導波路は伝播するものの、他方の領域３６の導波路は伝播することができない。すなわち、その光は領域３５を伝播した後、領域３６との境界３７において反射される。従って、この領域３５と領域３６の境界３７は、導波路内反射部となる。 The configuration of the two-dimensional photonic crystal 21 will be described. FIG. 2B shows a plan view of the two-dimensional photonic crystal 21 viewed from the direction of arrow A in FIG. The two-dimensional photonic crystal 21 is formed by periodically providing holes 32 in a triangular lattice shape in a plate-like main body 31 made of, for example, Si. Here, the main body 31 is divided into two regions 35 and 36 so that the period of the holes 32 in one region 36 is smaller than that of the other region 35. In both regions 35 and 36, the waveguides 33 are formed by missing the holes 32 for one row. As described above, since the period of the holes 32 is different between the region 35 and the region 36, the transmission wavelength band of the waveguide 33 in the region 35 and the transmission wavelength band of the waveguide 33 in the region 36 are partially common. However, some are different. For this reason, the light of the different wavelength band propagates through the waveguide of one region 35 but cannot propagate through the waveguide of the other region 36. That is, the light propagates through the region 35 and is then reflected at the boundary 37 with the region 36. Therefore, the boundary 37 between the region 35 and the region 36 becomes a reflection part in the waveguide.

共振器３４は、領域３５内の導波路３３から空孔列を３列挟んで離れた位置に、直線状に並んだ３個の空孔３２を欠損させることにより形成する。この共振器３４の共振波長が光ディスク１９の記録・再生用波長と一致するように、２次元フォトニック結晶２１の空孔３２の周期、空孔３２の大きさ、結晶本体の材質（誘電率）等を適宜設定する。また、その記録・再生用波長の光が両領域３５、３６の境界３７において反射されるように、隣接領域３６の空孔周期等を適宜設定する。 The resonator 34 is formed by deleting the three holes 32 arranged in a straight line at a position away from the waveguide 33 in the region 35 with three hole arrays. The period of the holes 32 in the two-dimensional photonic crystal 21, the size of the holes 32, and the material of the crystal body (dielectric constant) so that the resonance wavelength of the resonator 34 matches the recording / reproducing wavelength of the optical disk 19. Etc. are set as appropriate. Further, the hole period of the adjacent region 36 is appropriately set so that the light of the recording / reproducing wavelength is reflected at the boundary 37 between the regions 35 and 36.

図２(a)に示すように、２次元フォトニック結晶２１は、その表面が光ディスク１９の記録面に対向するように配置する。そして、共振器３４と光ディスク１９の表面とを結ぶ垂線上に集光レンズ２３を設ける。また、光ディスク１９とは反対側に、フォトダイオード（PD）から成る受光器２４を設ける。 As shown in FIG. 2A, the two-dimensional photonic crystal 21 is disposed so that the surface thereof faces the recording surface of the optical disc 19. Then, the condenser lens 23 is provided on a perpendicular line connecting the resonator 34 and the surface of the optical disk 19. Further, a light receiver 24 made of a photodiode (PD) is provided on the side opposite to the optical disk 19.

光ディスク１９から情報を読み取る際の光ヘッド２０の動作を説明する。レーザダイオード（LD）から成る光源２２は、再生用の光を発振する。この光は２次元フォトニック結晶２１の導波路３３に導入され、そこを伝播する間、共振器３４においてその共振波長の光のみが共振し、導波路３３から抽出される。抽出された光は、２次元フォトニック結晶２１の面に垂直な方向に出射される。なお、共振波長の光であっても、一部は共振器３４を通過してしまうが、上記の通り、境界３７はそのような光を反射するように設定されているため、そこで反射され、共振器３４側に戻される。これにより、共振波長の光（すなわち、再生光）は高い効率で共振器３４から外部に出射される。
共振器３４から出射された光は集光レンズ２３により光ディスク１９の記録面に入射する。この光は記録面で反射され、集光レンズ２３及び共振器３４を通過して受光器２４により検出される。検出された光の強度から、入射光の入射位置における情報"0"又は"1"を読み取る。 The operation of the optical head 20 when reading information from the optical disk 19 will be described. A light source 22 composed of a laser diode (LD) oscillates light for reproduction. This light is introduced into the waveguide 33 of the two-dimensional photonic crystal 21, and while propagating therethrough, only the light having the resonance wavelength is resonated in the resonator 34 and extracted from the waveguide 33. The extracted light is emitted in a direction perpendicular to the surface of the two-dimensional photonic crystal 21. In addition, even if it is the light of resonance wavelength, a part will pass the resonator 34, but since the boundary 37 is set so that such light may be reflected as above-mentioned, it is reflected there, Returned to the resonator 34 side. As a result, light having a resonance wavelength (that is, reproduction light) is emitted from the resonator 34 to the outside with high efficiency.
The light emitted from the resonator 34 enters the recording surface of the optical disk 19 through the condenser lens 23. This light is reflected by the recording surface, passes through the condenser lens 23 and the resonator 34, and is detected by the light receiver 24. Information “0” or “1” at the incident position of the incident light is read from the detected light intensity.

図３に、図２の光ヘッド２０において受光器２４により検出される光の強度Dをモード結合理論に基づき計算した結果を示す。ここで、導波路３３を伝播する光のうち、境界３７に達することなく直接共振器３４から抽出される光と、境界３７で反射されてから共振器３４から抽出される光の位相差をθ₁とする。また、共振器３４から出射して光ディスク１９の記録面で反射される光と、共振器３４から直接受光器２４に向けて出射する光の位相差をθ₂とする。位相差θ₁は共振器３４と境界３７の間の距離により、位相差θ₂は共振器３４と光ディスク１９の記録面の間の距離により、それぞれ定まる。これらの位相差が(i)θ₁=θ₂=0°、(ii)θ₁=θ₂=90°、(iii)θ₁=90°, θ₂=270°の場合における強度Dを、光ディスク１９の記録面の振幅反射率rの値を変えながら計算した。相変化型の光ディスクの場合、記録される"0"、"1"情報に応じて振幅反射率rは0.15と0.85の間で変化する。なお、図３では、強度Dは、光源２２が発振する光の強度を1として、それに対する比で表した。 FIG. 3 shows the calculation result of the intensity D of light detected by the light receiver 24 in the optical head 20 of FIG. 2 based on the mode coupling theory. Here, of the light propagating through the waveguide 33, the phase difference between the light extracted directly from the resonator 34 without reaching the boundary 37 and the light extracted from the resonator 34 after being reflected at the boundary 37 is expressed as θ. _Set to ₁ . The phase difference between the light emitted from the resonator 34 and reflected by the recording surface of the optical disc 19 and the light emitted directly from the resonator 34 toward the light receiver 24 is defined as θ ₂ . The phase difference θ ₁ is determined by the distance between the resonator 34 and the boundary 37, and the phase difference θ ₂ is determined by the distance between the resonator 34 and the recording surface of the optical disk 19. The intensity D when these phase differences are (i) θ ₁ = θ ₂ = 0 °, (ii) θ ₁ = θ ₂ = 90 °, (iii) θ ₁ = 90 °, θ ₂ = 270 °, The calculation was performed while changing the value of the amplitude reflectance r of the recording surface of the optical disc 19. In the case of a phase change type optical disc, the amplitude reflectance r varies between 0.15 and 0.85 according to the recorded “0” and “1” information. In FIG. 3, the intensity D is expressed as a ratio to the intensity of light oscillated by the light source 22 as 1.

この計算の結果、(i)〜(iii)のいずれの場合にも、振幅反射率rが0.15〜0.85の間で変化することによる強度Dの変化の幅は0.2〜0.3であった。このような強度差は従来用いられている受光器により十分検出することができることから、この計算結果は、図２の光ヘッド２０が光ディスクの記録面に反射率の違いにより記録された情報を受光器２４で読みとることが可能であることを示している。 As a result of this calculation, in all cases (i) to (iii), the range of change in intensity D due to the amplitude reflectance r changing between 0.15 and 0.85 was 0.2 to 0.3. Since such an intensity difference can be sufficiently detected by a conventional photoreceiver, this calculation result indicates that the optical head 20 in FIG. 2 receives information recorded on the recording surface of the optical disk due to the difference in reflectance. It can be read by the device 24.

次に、光ディスク１９に情報を書き込む際の光ヘッド２０の動作を説明する。光源２２は、後述のコントローラ及びレーザ発振回路による制御により、書き込もうとする"0"又は"1"のデータに対応した強度の光を発振する。この光は上記再生の場合と同様に導波路３３、共振器３４及び集光レンズ２３を通って光ディスク１９の記録面に入射する。これにより、記録面には光の強度に対応した"0"又は"1"のデータが記録される。 Next, the operation of the optical head 20 when writing information on the optical disk 19 will be described. The light source 22 oscillates light having an intensity corresponding to data “0” or “1” to be written, under the control of a controller and a laser oscillation circuit described later. This light is incident on the recording surface of the optical disk 19 through the waveguide 33, the resonator 34, and the condenser lens 23 in the same manner as in the above reproduction. Thereby, “0” or “1” data corresponding to the light intensity is recorded on the recording surface.

上記２次元フォトニック結晶２１の具体的な構成例を、光ディスク１９への記録・再生に波長405nmの青色レーザを用いる場合について示す。本体３１には、厚さが106nmで屈折率が2.0の高屈折率ガラスを用いる。領域３５における空孔３２の径は102nm、周期は177nmとする。これにより、領域３５では波長385nm〜420nmのフォトニックバンドギャップが形成される。また、領域３５内の導波路３３は波長395nm〜410nmの光を伝播し、共振器３４は波長405nmの光（記録・再生に用いる光）を共振する。一方、領域３６における空孔３２の径は101nm、周期は175nmとする。この場合、領域３６内の導波路３３を伝播する光の波長は388nm〜400nmとなる。これにより、領域３５内の導波路３３を伝播する波長405nmの光は領域３６内の導波路３３を伝播することができず、境界３７において反射される。以上のように２次元フォトニック結晶２１のパラメータを設定することにより、光源２２から発振される波長405nmの光を高効率で光ディスク１９の記録面に照射することができる。 A specific configuration example of the two-dimensional photonic crystal 21 will be described in the case where a blue laser having a wavelength of 405 nm is used for recording / reproducing on the optical disc 19. The main body 31 is made of high refractive index glass having a thickness of 106 nm and a refractive index of 2.0. The diameter of the holes 32 in the region 35 is 102 nm and the period is 177 nm. As a result, a photonic band gap having a wavelength of 385 nm to 420 nm is formed in the region 35. The waveguide 33 in the region 35 propagates light having a wavelength of 395 nm to 410 nm, and the resonator 34 resonates light having a wavelength of 405 nm (light used for recording / reproduction). On the other hand, the diameter of the holes 32 in the region 36 is 101 nm and the period is 175 nm. In this case, the wavelength of light propagating through the waveguide 33 in the region 36 is 388 nm to 400 nm. As a result, light having a wavelength of 405 nm propagating through the waveguide 33 in the region 35 cannot propagate through the waveguide 33 in the region 36 and is reflected at the boundary 37. By setting the parameters of the two-dimensional photonic crystal 21 as described above, it is possible to irradiate the recording surface of the optical disc 19 with light with a wavelength of 405 nm oscillated from the light source 22 with high efficiency.

この光ヘッド２０の大きさは、２次元フォトニック結晶２１を用いることにより、0.5mm×0.5mm×0.2mm程度に抑えることができる。この光ヘッド２０の体積は、従来のビームスプリッタを用いた光ヘッドの体積の1/10程度である。 The size of the optical head 20 can be suppressed to about 0.5 mm × 0.5 mm × 0.2 mm by using the two-dimensional photonic crystal 21. The volume of the optical head 20 is about 1/10 of the volume of an optical head using a conventional beam splitter.

この光ヘッド２０は、例えば図４に示す光記録・再生装置において用いることができる。この光記録・再生装置は、上記光ヘッド２０と、光ディスク１９を回転させるスピンドルモータ４１と、光ヘッド２０を光ディスク１９の径方向に移動させる粗動モータ４２と、光ヘッド２０の径方向の位置及び光ディスク１９との距離を微調整するためのアクチュエータ４３を有する。"0"又は"1"のデータの読み取り、又はデータの書き込みを行う記録面の位置はこれらスピンドルモータ４１、粗動モータ４２及びアクチュエータ４３により定められる。そして、この光記録・再生装置は、スピンドルモータ４１、粗動モータ４２、アクチュエータ４３をそれぞれ駆動するためのスピンドルモータ駆動回路４４、粗動モータ駆動回路４５、アクチュエータ駆動回路４６を有する。更に、光ヘッド２０の光源２２を制御するレーザ駆動回路４７、及び、再生の際に受光器２４が受光した光の強度から得られるデータを求める信号演算部４８を有する。レーザ駆動回路４７は、記録時には記録する"0"又は"1"のデータに対応した強度の光を、再生時には再生に適した強度の光を、それぞれ出力するように光源２２を制御する。これらの各部は、コントローラ４９により制御される。 This optical head 20 can be used, for example, in the optical recording / reproducing apparatus shown in FIG. The optical recording / reproducing apparatus includes the optical head 20, a spindle motor 41 that rotates the optical disk 19, a coarse motor 42 that moves the optical head 20 in the radial direction of the optical disk 19, and a radial position of the optical head 20. And an actuator 43 for finely adjusting the distance from the optical disc 19. The position of the recording surface from which data “0” or “1” is read or written is determined by these spindle motor 41, coarse motion motor 42 and actuator 43. The optical recording / reproducing apparatus includes a spindle motor drive circuit 44, a coarse motion motor drive circuit 45, and an actuator drive circuit 46 for driving the spindle motor 41, the coarse motion motor 42, and the actuator 43, respectively. Furthermore, it has a laser drive circuit 47 that controls the light source 22 of the optical head 20 and a signal calculation unit 48 that obtains data obtained from the intensity of light received by the light receiver 24 during reproduction. The laser drive circuit 47 controls the light source 22 so as to output light having an intensity corresponding to “0” or “1” data to be recorded during recording and light having an intensity suitable for reproduction during reproduction. These units are controlled by the controller 49.

(2)本発明に係る光ヘッドの第２の実施例
本発明に係る光ヘッドの第２の実施例を図５を用いて説明する。この光ヘッド５０は、図２の光ヘッドに、更に可動式全反射ミラー５１及びこのミラーに集光するための集光レンズ５２を設ける。２次元フォトニック結晶２１、光源２２、集光レンズ２３及び受光器２４は図２のものと同様である。可動式全反射ミラー５１は、アクチュエータ５３により、共振器３４と受光器２４の間に挿入し（図５(a)）、又はそこから抜き取る（図５(b)）ことができる。 (2) Second Embodiment of Optical Head According to the Present Invention A second embodiment of the optical head according to the present invention will be described with reference to FIG. The optical head 50 is further provided with a movable total reflection mirror 51 and a condensing lens 52 for condensing light onto the optical head shown in FIG. The two-dimensional photonic crystal 21, the light source 22, the condenser lens 23, and the light receiver 24 are the same as those in FIG. The movable total reflection mirror 51 can be inserted between the resonator 34 and the light receiver 24 by the actuator 53 (FIG. 5 (a)) or removed therefrom (FIG. 5 (b)).

光ディスク１９に情報を記録する際には、可動式全反射ミラー５１は共振器３４と受光器２４の間に挿入する。このときの光ヘッド５０の動作を説明する。第１の実施例の場合と同様に、光源２２は光ディスク１９に書き込もうとする"0"又は"1"のデータに対応した強度の光を発振する。この光は２次元フォトニック結晶２１の導波路３３を伝播し、共振器３４により抽出される。そしてこの光は共振器３４から光ディスク１９側に放射されるが、その一部は受光器２４側に出射される。この受光器２４側に出射された光は、可動式全反射ミラー５１により反射され、共振器３４を通過して光ディスク１９の記録面に入射する。これにより、第１実施例よりも光ディスク１９に入射する光を強くすることができる。 When recording information on the optical disk 19, the movable total reflection mirror 51 is inserted between the resonator 34 and the light receiver 24. The operation of the optical head 50 at this time will be described. As in the case of the first embodiment, the light source 22 oscillates light having an intensity corresponding to “0” or “1” data to be written on the optical disk 19. This light propagates through the waveguide 33 of the two-dimensional photonic crystal 21 and is extracted by the resonator 34. This light is radiated from the resonator 34 to the optical disc 19 side, but part of it is emitted to the light receiver 24 side. The light emitted toward the light receiver 24 is reflected by the movable total reflection mirror 51, passes through the resonator 34, and enters the recording surface of the optical disk 19. As a result, the light incident on the optical disk 19 can be made stronger than in the first embodiment.

光ディスク１９から情報を再生する際には、可動式全反射ミラー５１は共振器３４と受光器２４の間から抜き取られる。再生時の光ヘッド５０の動作は上記第１実施例の場合と同様である。 When reproducing information from the optical disk 19, the movable total reflection mirror 51 is extracted from between the resonator 34 and the light receiver 24. The operation of the optical head 50 during reproduction is the same as in the first embodiment.

(3)本発明に係る光ヘッドの第３の実施例
本発明に係る光ヘッドの第３の実施例を図６を用いて説明する。この光ヘッド５５は、第１実施例と同様の構成を有する２次元フォトニック結晶２１を光ディスク１９に対して角度をもって配置することにより、共振器３４から出射される光が光ディスク１９に対して角度をもって入射するようにしたものである。入射角を調整することにより、光ディスク１９からの反射光が２次元フォトニック結晶２１の外縁の基板５８上に戻るようにしておくと、受光器５７を２次元フォトニック結晶２１と同じ基板５８上に配置することができ、両者をユニット化することができるため、生産上及びコスト上有利である。その他の構成は第１実施例と同様である。この光ヘッド５５の動作は、光が光ディスク１９の記録面に入射するまでは第１実施例と同様である。光ディスク１９の記録面において、入射光は角度を持って反射される。この反射光は２次元フォトニック結晶を通過することなく直接受光器５７に入射する。そのため、受光効率を上げることができる。 (3) Third Embodiment of Optical Head According to the Present Invention A third embodiment of the optical head according to the present invention will be described with reference to FIG. In this optical head 55, the two-dimensional photonic crystal 21 having the same configuration as that of the first embodiment is arranged at an angle with respect to the optical disc 19, so that the light emitted from the resonator 34 is at an angle with respect to the optical disc 19. It is made to enter with. By adjusting the incident angle so that the reflected light from the optical disk 19 returns to the substrate 58 on the outer edge of the two-dimensional photonic crystal 21, the light receiver 57 is placed on the same substrate 58 as the two-dimensional photonic crystal 21. Since both can be unitized, it is advantageous in terms of production and cost. Other configurations are the same as those of the first embodiment. The operation of the optical head 55 is the same as that in the first embodiment until light is incident on the recording surface of the optical disk 19. On the recording surface of the optical disc 19, incident light is reflected at an angle. This reflected light enters the light receiver 57 directly without passing through the two-dimensional photonic crystal. Therefore, the light receiving efficiency can be increased.

(4)本発明に係る光ヘッドの第４の実施例
本発明に係る光ヘッドの第４の実施例を図７を用いて説明する。図７は、本実施例において用いられる２次元フォトニック結晶６０の平面図である。本体６１は空孔６２の周期の異なる３個の禁制帯領域６５ａ、６５ｂ、６５ｃを有する。そのうち禁制帯領域６５ａは共振器６４ａを、禁制帯領域６５ｂは共振器６４ｂを、それぞれ有する。導波路６３は禁制帯領域６５ａ、６５ｂ、６５ｃを通過する。光源６６は、共振器６４ａの共振波長と共振器６４ｂの共振波長を含む光を発振する。また、集光レンズ及び受光器は、それぞれ、共振器６４ａと共振器６４ｂに共通のものを１個設ける。 (4) Fourth Embodiment of Optical Head According to the Present Invention A fourth embodiment of the optical head according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a plan view of the two-dimensional photonic crystal 60 used in this embodiment. The main body 61 has three forbidden band regions 65a, 65b, and 65c having different periods of the holes 62. Among them, the forbidden band region 65a has a resonator 64a, and the forbidden band region 65b has a resonator 64b. The waveguide 63 passes through the forbidden band regions 65a, 65b, and 65c. The light source 66 oscillates light including the resonance wavelength of the resonator 64a and the resonance wavelength of the resonator 64b. In addition, one condensing lens and one light receiver are provided for each of the resonator 64a and the resonator 64b.

各禁制帯領域内の空孔６２の周期の違いにより、共振器６４ａの共振波長の光は禁制帯領域６５ｂ内の導波路を伝播することができず、共振器６４ｂの共振波長の光は禁制帯領域６５ｃ内の導波路を伝播することができない。そのため、光源６６から発振される共振器６４ａの共振波長の光のうち、共振器６４ａに抽出されずに通過する光は禁制帯領域６５ａと６５ｂの境界において反射され、共振器６４ａに流入する。共振器６４ｂについても同様である。このように、光源６６から発振される光のうち、共振器６４ａの共振波長の光は共振器６４ａから、共振器６４ｂの共振波長の光は共振器６４ｂから光ディスクの記録面に向けて出射される。 Due to the difference in the period of the holes 62 in each forbidden band region, the light having the resonance wavelength of the resonator 64a cannot propagate through the waveguide in the forbidden band region 65b, and the light having the resonance wavelength of the resonator 64b is forbidden. It cannot propagate through the waveguide in the band region 65c. Therefore, of the light having the resonance wavelength of the resonator 64a oscillated from the light source 66, the light passing through the resonator 64a without being extracted is reflected at the boundary between the forbidden band regions 65a and 65b and flows into the resonator 64a. The same applies to the resonator 64b. Thus, of the light oscillated from the light source 66, the light having the resonance wavelength of the resonator 64a is emitted from the resonator 64a, and the light having the resonance wavelength of the resonator 64b is emitted from the resonator 64b toward the recording surface of the optical disk. The

この構成により、本実施例の光ヘッドは、記録・再生する光ディスクの種類等に応じて異なる波長の光を光ディスクの記録面に照射することができる。 With this configuration, the optical head of the present embodiment can irradiate the recording surface of the optical disc with light having different wavelengths depending on the type of the optical disc to be recorded / reproduced.

(5)本発明に係る光ヘッドの第５の実施例
本発明に係る光ヘッドの第５の実施例を図８を用いて説明する。図８は、本実施例における２次元フォトニック結晶の平面図である。本実施例では、空孔７２の周期の異なる２個の２次元フォトニック結晶７０ａ及び７０ｂを並列に設ける。各２次元フォトニック結晶７０ａ及び７０ｂはそれぞれ、空孔７２の周期を除いて、第１実施例の２次元フォトニック結晶２１と同様の構造を有する。２次元フォトニック結晶７０ａ及び７０ｂはそれぞれ導波路７３ａ及び７３ｂ、及び共振器７４ａ及び７４ｂを有する。また、導波路７３ａ及び７３ｂの端部に、それぞれ共振器７４ａ及び７４ｂの共振波長の光を導入するための光源７５ａ及び７５ｂを設ける。共振器７４ａ及び７４ｂの間の距離は10μm程度であって十分に小さいため、集光レンズ及び受光器は、第４実施例の場合と同様に共用することができる。 (5) Fifth Embodiment of Optical Head According to the Present Invention A fifth embodiment of the optical head according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a plan view of the two-dimensional photonic crystal in this example. In this embodiment, two two-dimensional photonic crystals 70a and 70b having different periods of the holes 72 are provided in parallel. Each of the two-dimensional photonic crystals 70a and 70b has the same structure as the two-dimensional photonic crystal 21 of the first embodiment except for the period of the holes 72. The two-dimensional photonic crystals 70a and 70b have waveguides 73a and 73b and resonators 74a and 74b, respectively. In addition, light sources 75a and 75b for introducing light having resonance wavelengths of the resonators 74a and 74b are provided at the ends of the waveguides 73a and 73b, respectively. Since the distance between the resonators 74a and 74b is about 10 μm and is sufficiently small, the condenser lens and the light receiver can be shared in the same manner as in the fourth embodiment.

この構成により、本実施例の光ヘッドは、第４実施例の場合と同様に、記録・再生する光ディスクの種類等に応じて異なる波長の光を光ディスクの記録面に照射することができる。ここで、２個の２次元フォトニック結晶７０ａ及び７０ｂは独立に、それぞれ第１実施例の光ヘッドと同様に動作する。この実施例では、２個の２次元フォトニック結晶７０ａ及び７０ｂを独立に設けるため、共振器７４ａ及び７４ｂの共振波長も独立して選択することができる。 With this configuration, the optical head of the present embodiment can irradiate the recording surface of the optical disc with different wavelengths according to the type of the optical disc to be recorded / reproduced, as in the case of the fourth embodiment. Here, the two two-dimensional photonic crystals 70a and 70b independently operate in the same manner as the optical head of the first embodiment. In this embodiment, since the two two-dimensional photonic crystals 70a and 70b are provided independently, the resonance wavelengths of the resonators 74a and 74b can also be selected independently.

(6)その他
上記第１〜４の各実施例において、光源及び受光器を２次元フォトニック結晶及びそれを支える基板にマウントして集積化することにより、更に光ヘッドを小型化することができる。 (6) Others In each of the first to fourth embodiments, the optical head can be further miniaturized by mounting and integrating the light source and the light receiver on the two-dimensional photonic crystal and the substrate supporting it. .

点状欠陥は、上記の直線状に並んだ３個の空孔を欠損させた点状欠陥には限られない。本発明における共振器には、例えば、図９(a)に示すように、正三角形状に並んだ３個の空孔を欠損させた点状欠陥３４ａや、他の空孔とは径の異なる空孔から成る点状欠陥３４ｂ等を用いることができる。 The point defect is not limited to the point defect in which the three holes arranged in a straight line are lost. For example, as shown in FIG. 9A, the resonator according to the present invention has a diameter different from that of a point-like defect 34a in which three holes arranged in an equilateral triangle shape are missing or other holes. A point-like defect 34b made of holes can be used.

２次元フォトニック結晶の本体に垂直な面での共振器（点状欠陥）の断面は非対称な形状にするとよい。例えば、点状欠陥３４ｂのように他の空孔とは径の異なる空孔から成る共振器の場合、本体に垂直な面での断面図である図１０(a)及び(b)に示す共振器８１ａ及び８１ｂのように、光ディスク（図の上側に配置。図示せず。）に近い程、空孔の径が大きくなるようにするとよい。これにより、共振器８１ａ及び８１ｂから出射される光は、光ディスク１９側の方がその反対側よりも強くなる。 The cross section of the resonator (point defect) on the plane perpendicular to the main body of the two-dimensional photonic crystal is preferably asymmetric. For example, in the case of a resonator composed of holes having a diameter different from that of other holes such as a point defect 34b, the resonance shown in FIGS. As in the case of the containers 81a and 81b, it is preferable that the diameter of the air hole becomes larger as it is closer to the optical disc (arranged on the upper side of the drawing, not shown). Thereby, the light emitted from the resonators 81a and 81b is stronger on the optical disc 19 side than on the opposite side.

従来の光ヘッドの一例を示す図。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a conventional optical head. 本発明に係る光ヘッドの第１の実施例を示す概略構成図及びこの光ヘッドにおいて用いられる２次元フォトニック結晶の平面図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The schematic block diagram which shows the 1st Example of the optical head based on this invention, and the top view of the two-dimensional photonic crystal used in this optical head. 図２の光ヘッドにおいて、受光器により検出される光の強度を計算した結果を示すグラフ。The graph which shows the result of having calculated the intensity | strength of the light detected by a light receiver in the optical head of FIG. 本実施例の光ヘッドを用いた光記録・再生装置の一例を示す概略構成図。1 is a schematic configuration diagram illustrating an example of an optical recording / reproducing apparatus using an optical head according to an embodiment. 本発明に係る光ヘッドの第２の実施例を示す概略構成図。FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of the optical head according to the invention. 本発明に係る光ヘッドの第３の実施例において用いられる２次元フォトニッThe two-dimensional photonic used in the third embodiment of the optical head according to the present invention. 本発明に係る光ヘッドの第４の実施例を示す概略構成図。ク結晶の平面図。FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a fourth embodiment of the optical head according to the invention. FIG. 本発明に係る光ヘッドの第５の実施例において用いられる２次元フォトニック結晶の平面図。The top view of the two-dimensional photonic crystal used in the 5th Example of the optical head based on this invention. 本発明に係る光ヘッドにおける共振器の他の例を示す平面図。FIG. 6 is a plan view showing another example of a resonator in the optical head according to the present invention. 本発明に係る光ヘッドにおける共振器の他の例を示す断面図。Sectional drawing which shows the other example of the resonator in the optical head which concerns on this invention.

Explanation of symbols

１０、２０、５０…光ヘッド
１１、２２、６６、７５ａ、７５ｂ…光源
１２、１３…レンズ
１４…ビームスプリッタ
１５、２４…受光器
１９…光ディスク
２０…光ヘッド
２１、６０、７０ａ、７０ｂ…２次元フォトニック結晶
２３、５２…集光レンズ
３１、６１…２次元フォトニック結晶の本体
３２、６２、７２…空孔
３３、６３、７３ａ、７３ｂ…導波路
３４、６４ａ、６４ｂ、７４ａ、７４ｂ…共振器
３５、３６、６５ａ、６５ｂ、６５ｃ…禁制帯領域
３７…禁制帯領域の境界
４１…スピンドルモータ
４２…粗動モータ
４３…アクチュエータ
４４…スピンドルモータ駆動回路
４５…粗動モータ駆動回路
４６…アクチュエータ駆動回路
４７…レーザ駆動回路
４８…信号演算部
４９…コントローラ
５１…可動式全反射ミラー
５３…アクチュエータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 20, 50 ... Optical head 11, 22, 66, 75a, 75b ... Light source 12, 13 ... Lens 14 ... Beam splitter 15, 24 ... Light receiver 19 ... Optical disk 20 ... Optical head 21, 60, 70a, 70b ... 2 Two-dimensional photonic crystal 23, 52 ... Condensing lens 31, 61 ... Two-dimensional photonic crystal body 32, 62, 72 ... Hole 33, 63, 73a, 73b ... Waveguide 34, 64a, 64b, 74a, 74b ... Resonators 35, 36, 65a, 65b, 65c ... Forbidden band region 37 ... Forbidden band region boundary 41 ... Spindle motor 42 ... Coarse motor 43 ... Actuator 44 ... Spindle motor drive circuit 45 ... Coarse motor drive circuit 46 ... Actuator Drive circuit 47 ... Laser drive circuit 48 ... Signal operation unit 49 ... Controller 51 ... Movable total reflection mirror 53 ... Actue Data

Claims

In an optical head that records or reproduces information by irradiating light of a predetermined wavelength to an optical recording medium,
a) a two-dimensional photonic crystal comprising a slab-shaped body provided with a periodic refractive index distribution;
b) a waveguide in which the defect of the periodic refractive index distribution is provided in a line, and the light having the predetermined wavelength propagates;
c) a resonator that is provided with dots of the periodic refractive index distribution in the vicinity of the waveguide in a dot shape and resonates with the light having the predetermined wavelength;
d) a light source for introducing light including light of the predetermined wavelength into the waveguide;
An optical head comprising:

2. The optical head according to claim 1, further comprising a reflection unit that reflects at least a part of light from the resonator on a side opposite to the optical recording medium with respect to the resonator.

The optical head according to claim 1, wherein the resonator has an asymmetric shape with respect to a central plane in a thickness direction of the main body.

4. A light receiver is provided on an optical path of reflected light radiated from the resonator and reflected by the optical recording medium, on the opposite side of the optical recording medium across the resonator. The optical head according to any one of the above.

5. The optical head according to claim 1, further comprising: an in-waveguide reflection unit configured to reflect light from the light source on a waveguide opposite to the light source with respect to the resonator.

The main body has two forbidden band regions, the waveguide passes through the two forbidden band regions, the resonator is located in the forbidden band region closer to the light source, and the forbidden one far from the light source. By setting the period of the closer forbidden band region so that the transmission wavelength band of the waveguide in the band region does not include the resonance wavelength of the resonator, the reflection part in the waveguide composed of the boundary of both forbidden band regions The optical head according to claim 5, wherein the optical head is formed.

The optical head according to claim 1, wherein the main body includes a plurality of resonators having different resonance wavelengths.

The main body has a plurality of forbidden band regions, the waveguide passes through the plurality of forbidden band regions, and the plurality of resonators are located in different forbidden band regions. 8. The optical head according to claim 7, wherein the resonance wavelength is not included in the transmission wavelength band of the waveguide in the adjacent forbidden band region far from the light source.

The optical head according to claim 1, comprising a plurality of the two-dimensional photonic crystals.

An optical recording / reproducing apparatus comprising the optical head according to claim 1.