JP2006253369A - レーザ装置およびホログラム記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２つ以上の波長のレーザ光を光軸を共有して発光し、そのうちのひとつをシングルモード化することのできるレーザ装置を提供する。
【解決手段】 複数たとえば３つの異なる波長のレーザ光を同時にかつ同一の光軸方向に出射可能な一体型３波長レーザ１と、この一体型３波長レーザ１より出射された波長の異なる３つのレーザ光をそれぞれ平行光にする光学素子であるレンズ２と、このレンズ２を通過した３つのレーザ光のうちの１つをシングルモード化するための外部共振器としてのグレーティング３と、このグレーティング３の角度を可変する角度可変機構４とを有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、波長の異なる複数のレーザが一体化されて構成されたレーザ装置およびこれを組み込んだホログラム記録再生装置に関する。

ホログラフィを使ってデータを記録するホログラム記録装置の開発が進められている。 ホログラム記録装置では、変調された（データが重畳された）信号光、変調されない参照光の２つをレーザ光から生成し、これらをホログラム記録媒体の同一場所に照射する。その結果、ホログラム記録媒体上で信号光と参照光が干渉して照射点に回折格子（ホログラム）が形成され、ホログラム記録媒体にデータが記録される。

記録済みのホログラム記録媒体に参照光を照射することで、記録時に形成された回折格子から回折光（再生光）が発生する。この再生光は記録時の信号光に重畳されたデータを含んでいるので、これを受光素子で受光して記録した信号を再生できる。

また、記録再生用とサーボ用にそれぞれ発振波長の異なる２つのレーザ装置を用いたホログラム記録装置が知られている。これは、サーボ用のレーザの波長をホログラム記録媒体に対して感度のない波長とすることによって、サーボ用のレーザでホログラム記録媒体の記録材料が感光しないようにするためである（例えば、特許文献１を参照）。

従来の相変化型光ディスクは記録にある程度以上のパワーを必要とする。したがって、再生時にはレーザのパワーを落とすだけでよく、ある特定の発振波長のレーザ装置が１つあれば済む。これに対してホログラム記録媒体に用いられるフォトポリマーーなどの典型的なホログラム材料は低パワーでも感光してしまうものが多い。よって、上記のように発振波長の異なる２つのレーザ装置を用いる方式が有効である。
特開２００３−１７８４８４号公報

しかしながら現時点では、半導体レーザとして、シングルモードのレーザ光を出射し、かつホログラム記録のために十分なパワーのレーザ光を出射可能なものは普及していない。また、上記のように２つのレーザ装置を用いた場合、光学系の組み立てにおいて、その２つのレーザの光軸を合わせるための煩雑な調整作業が必要となり、組み立てコストが嵩むという問題があった。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、２つ以上の波長のレーザ光を光軸を共有して発光し、そのうちの１つをシングルモード化することのできるレーザ装置とこれを組み込んだホログラム記録再生装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るレーザ装置は、波長の異なる複数のレーザ光を同時にかつ同一の光軸方向へ出射可能な半導体レーザと、半導体レーザより発光される複数のレーザ光の回折光を発生させ、そのうち特定の波長のレーザ光の１次回折光を半導体レーザに戻して当該レーザ光をシングルモード化する外部共振器とを具備するものである。

この発明では、外部共振器で発生した特定の波長のレーザ光の１次回折光が半導体レーザに戻り、増幅されることで、シングルモード化されたブルーレーザ光を得ることができる。また、複数のレーザ光はパッケージの段階で光路があわせてあるので、いずれか一方のレーザ光の光路を調整するだけで他方のレーザ光の調整も同時に済み、光路調整の手間を削減することができる。

また、この発明のレーザ装置は、外部共振器がグレーティングであって、このグレーティングに対するレーザ光の入射角を可変する角度可変機構をさらに具備するものであってもよい。この角度可変機構によって、シングルモード化できる波長に幅を持たせることができる。

さらに、この発明のレーザ装置は、シングルモード化されたレーザ光の波長に対応するアイソレータをさらに具備することを特徴とするものであってよい。

このアイソレータによって、レーザ光が出射された後、たとえばホログラム記録再生装置の内部で使われているレンズなどから戻り光が発生してブルーレーザチップに入ることによって、シングルモードが不安定になることを確実に阻止できる。

さらに、シングルモード化されたレーザ光以外のレーザ光に高周波重畳をかけることによって、そのレーザ光の戻りによるそのレーザ光の発振を不安定にすることから回避できる。

また、本発明の別の観点に基づくホログラム記録再生装置は、波長の異なる２つのレーザ光を同時にかつ同一の光軸方向へ出射可能な半導体レーザと、半導体レーザより発光される２つのレーザ光の回折光を発生させ、そのうち特定の波長の１次回折光を半導体レーザに戻して当該レーザ光をシングルモード化する外部共振器と、シングルモード化された特定の波長のレーザ光を含む波長の異なる２つのレーザ光を入射して、特定の波長以外の波長のレーザ光をサーボ用の複数の光に分割する光分割素子と、シングルモード化された特定の波長のレーザ光を空間変調する空間光変調器と、空間光変調器によって空間変調されたレーザ光および光分割素子によって分割されたサーボ用の複数のレーザ光をホログラム記録媒体に集光する光学系と、ホログラム記録媒体からの再生光を検出する再生光検出素子と、ホログラム記録媒体からのサーボ用の複数の光を検出するサーボ光検出素子とを具備することを特徴とする。

この発明では、複数の異なる波長のレーザ光を同時にかつ同一の光軸方向に出射可能な一体型の半導体レーザを記録再生用とサーボ用の光源として利用したことで、サーボ用の光源はもちろん、サーボ用のレーザ光の光路を省くことができ、部品点数を削減でき、構成を簡素化できる。

さらに、本発明のさらに別の観点に基づくホログラム記録再生装置は、波長の異なる２つのレーザ光を同時にかつ同一の光軸方向へ出射可能な半導体レーザと、半導体レーザより発光される２つのレーザ光の回折光を発生させ、そのうち特定の波長の１次回折光を半導体レーザに戻して当該レーザ光をシングルモード化する外部共振器と、シングルモード化された特定の波長のレーザ光を含む波長の異なる２つのレーザ光を入射してそれぞれ２つの光路に分岐する光分岐素子と、光分岐素子により分岐された一方の光路のシングルモード化されたレーザ光を空間変調する空間光変調器と、空間光変調器によって空間変調されたレーザ光を含む一方の光路の２つのレーザ光と光分岐素子によって分岐された他方の光路のシングルモード化されたレーザ光を含む２つのレーザ光をホログラム記録媒体の略同一箇所に集光する光学系と、ホログラム記録媒体からの再生光を検出する再生光検出素子と、ホログラム記録媒体からのシングルモード化された特定の波長以外の波長の２つのレーザ光を検出するサーボ光検出素子とを具備することを特徴とする。

この発明によっても、サーボ用の光源はもちろん、サーボ用のレーザ光の光路を省くことができ、部品点数を削減でき、構成を簡素化できる。

以上のように、本発明によれば、２つ以上の波長のレーザ光を光軸を共有して発光し、そのうちの１つをシングルモード化することのできるレーザ装置と、これを有効に組み込んだホログラム記録再生装置を提供できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は本発明の一実施形態にかかるレーザ装置の構成を示す図である。

同図に示すように、このレーザ装置１００は、複数たとえば３つの異なる波長のレーザ光を同時にかつ同一の光軸方向に出射可能な一体型３波長レーザ１と、この一体型３波長レーザ１より出射された波長の異なる３つのレーザ光をそれぞれ平行光にする光学素子であるレンズ２と、このレンズ２を通過した３つのレーザ光のうちの１つをシングルモード化するための外部共振器としてのグレーティング３と、このグレーティング３の角度を可変する角度可変機構４とを有している。

一体型３波長レーザ１は、たとえば、波長６５０ｎｍ付近のレッドレーザ光、波長７８０ｎｍ付近の近赤外レーザ光、波長４０７ｎｍ付近のブルーレーザ光をそれぞれ出射する半導体レーザで構成される。

レンズ２は、具体的には、非球面ガラスと、各波長に合わせた球面収差補正を行うホログラムレンズとで構成されたものである。

グレーティング３は、ブルーレーザ光をシングルモード化するための外部共振器である。このグレーティング３は、ブルーレーザ光の波長に対応してグルーブのピッチが決められている。この例では、１ｍｍあたり３６００本である。

角度可変機構４は、たとえば、グレーティング３を保持する保持部５と、この保持部５を回転角度の調整が可能なように図示しないフレームに支持する支持アーム６と、保持部５を支持アーム６の支点７を中心に回転させてグレーティング３の角度を可変操作するためのスクリューネジ８とを有している。スクリューネジ８は図示しないフレームにネジ回り方向以外の移動が拘束された状態に設定されている。また、スクリューネジ８の周面にはその一部を除いてネジ溝９が設けられている。このスクリューネジ８のネジ溝９を有する一端部は、保持部５に設けられたネジ穴１０に挿入された状態で連結されている。よって、スクリューネジ８を回転操作して、スクリューネジ８のネジ溝９と保持部５のネジ穴１０とが螺合する高さの関係をシフトさせることで、保持部５の姿勢が支持アーム６の支点７を中心とする回転方向にて変化し、グレーティング３の角度が調整される。

図２に一体型３波長レーザ１の構成の例を示す。本例の一体型３波長レーザ１は、ブルーレーザダイオード素子２１が実装されたチップ２２の上に、レッドレーザダイオード素子２３および近赤外レーザダイオード素子２４を並べて実装したチップ２５が実装されて、全体として１つのパッケージとして構成されている。ブルーレーザのチップが単独に作製されるのは、他のレーザのチップと半導体材料が違うからである。これら３つのレーザはいずれも半導体レーザであるからマルチモードで発振する。

次に、図１において、ブルーレーザ光をシングルモード化する原理を説明する。

一体型３波長レーザ１から出射され、レンズ２によって平行光となった、波長の異なる３つのレーザ光１１がグレーティング３に入射すると、０次回折光１２のほかに波長ごとに異なった方向へ１次回折光１３，１４，１５が発生する。ここで、グレーティング３に対する入射角がたとえば４７°となるようにグレーティング３の角度を角度可変機構４により変更すると、ブルーレーザ光の１次回折光１４は逆進してブルーレーザに戻り、増幅されて、ついにはシングルモード化されたブルーレーザ光が得られる。

これを数式で表すと以下のようになる。

ｓｉｎθ１＋ｓｉｎθ２＝λｇ （１）

ここで、θ１は入射角、θ２は１次回折光の回折角、λは波長、ｇは１ｍｍあたりのグルーブ数である。

これに上記の値を代入することによりθ２を求めれば、１次回折光がブルーレーザに戻ることが確認できる。

ただし、実際の調整では、完全にθ１＝θ２となるようにグレーティング３の角度を微調整する必要がある。

次に、レッドレーザ光について調べる。この場合も同じく（１）式がなりたち、θ１＝４７°、λ＝６５０ｎｍ、ｇ＝３６００／ｍｍであるから

ｓｉｎθ２＝６５０ｎｍ＊３６００／ｍｍ−ｓｉｎ４７°

＝２．３４−０．７３＝１．６１
となるが、ｓｉｎθ２が１を超えているから解がない。これはレッドレーザ光の１次回折光が発生せず（２次回折光以上も発生しない）、レッドレーザ光はマルチモードのままグレーティング３をミラーとしてただ反射することを示している。近赤外レーザ光も同様であり、この場合も回折光は発生せず、近赤外レーザ光はグレーティング３をミラーとして反射する。

ここではグレーティング３に対する入射角を４７°に設定した場合について説明したが、その角度を変えることでブルーレーザ光の波長がおよそ４００ｎｍから４１０ｎｍまでの範囲でシングルモード化できる。その場合にもレッドレーザ光や近赤外レーザ光の回折光は発生しない。

このレーザ装置１００をホログラム記録再生装置に適用する場合には、たとえば、シングルモード化したブルーレーザ光をホログラム記録再生に、マルチモードのレッドレーザ光をフォーカス、トラッキングなどのサーボに用いることができる。これら２つのレーザ光はパッケージの段階で光路があわせてあるので、いずれか一方のレーザ光の光路を調整するだけで他方のレーザ光の調整も同時に済み、光路調整の手間を削減することができる。

このホログラム記録再生装置への応用では、近赤外レーザを使用しなかったのでそれを発光させなかったが、必要とするアプリケーションであれば、もちろん使用できる。

また、ブルーレーザとレッドレーザのみを含む半導体レーザに本発明を適用してもよい。さらに、アプリケーションによっては、レッドレーザ光を外部共振器でシングルモードにし、ブルーレーザ光をマルチモードで使うことも考えられる。

ところで、上記の一体型３波長レーザ１のような一体型レーザに組み込まれている半導体レーザが、仮に、発振波長が４０７ｎｍ付近のブルーレーザと、４５０ｎｍ付近（これも色としてはブルー）のレーザの場合、どちらのレーザから出射されるレーザ光ともグレーティング３で回折光が発生する。

すなわち、発振波長が４５０ｎｍ付近のレーザの場合、（１）式は

ｓｉｎθ２＝４５０ｎｍ＊３６００／ｍｍ−ｓｉｎ４７°
＝１．６２−０．７３＝０．８９

θ２＝６２．９°
であり、１次回折光が発生する。

しかしながら、この場合、１次回折光は発光元のレーザのほうではなくあらぬ方向に飛んで行くので、この波長４５０ｎｍ付近のレーザ光がシングルモード化されることはない。すなわち、上記の構造で２つの波長のレーザ光を同時にシングルモードにすることはできない。

なお、ある波長でグレーティング３からの１次回折光がレーザに戻るなら、半導体レーザに一緒に組み込まれているそれより短波長のレーザは必ず１次回折光が発生する。

上記ではＬｉｔｔｒｏｗ型の外部共振器を採用した場合を説明したが、他の外部共振器、たとえばＬｉｔｔｍａｎ型を採用した場合でも同様の作用効果が得られる。

また、上記ではブルーレーザの発振波長が固定であるかのように記したが、グレーティング３の角度を変えることによって、波長可変型のブルーレーザを用いてもよい。

[アイソレータ]

上記のような外部共振器付きのレーザ装置１００は、グレーティング３で発生した回折光のうち特定の１波長の回折光をチップに戻すことによって発振レーザ光のシングルモード化を実現している。このため、レーザ装置１００からレーザ光を出射した後に、たとえばホログラム記録再生装置の内部で使われているレンズから戻り光が発生して、それもブルーレーザチップに入ると、シングルモードが不安定になる。

この戻り光を確実に遮断する光学素子としてアイソレータがある。図３に示すように、このアイソレータ２００は、偏光子（ある偏光のみを通し、それと直交する偏光を阻止する光学素子）３１と、ローテータ３２と、さらにもう１つの偏光子３３とを組み合わせたものである。偏光子３１，３３には何種類かあるが、ここでは阻止する偏光を吸収するものを使用した。偏光子に代えて、ＰＢＳ（Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ ｂｅａｍ ｓｐｌｉｔｔｅｒ）やＧｌａｎｎ−Ｔｈｏｍｐｓｏｎプリズムを用いてもよい。

図３に示すように、上記のような外部共振器付きのレーザ装置１００が出射したブルーレーザ光がｙ方向に偏光しているとする（この角度を９０°とする）。最初の偏光子３１はｙ方向の偏光がそのまま通過するように設定されている。次に配置されたローテータ３２は偏光面を４５°回して１３５°とする。最後に配置された偏光子３３はその１３５°方向の偏光が通過するように設定されている。

図４に示すように、いったんアイソレータ２００を通り過ぎたレーザ光が戻ってきて、かつ偏光面は１３５°ではなくなっていたとする。偏光子３３で４５°方向の成分（１３５°に対して垂直な成分）は吸収され、１３５°方向の成分のみ通過する。ローテータ３２は先ほどと同じ方向にさらに４５°偏光面を回すので、ローテータ３２を通過後のレーザ光の偏向面は１８０°となる。したがって、偏光子３１まで戻ってきたときには偏光方向が行きに対して９０°変わっており、偏光子３１ですべて吸収され、レーザ装置１００には戻らない。

このアイソレータ２００は必須というわけではない。定盤上での実験においては部品を十分な余裕で配置できるため、たとえば各部品を１°程度傾ければ、ブルーレーザチップ内へブルーレーザが戻らないようにできる。しかしながら光学系を小さくしたい場合には部品配置に余裕がないので、アイソレータを使うのが無難である。

アイソレータ２００内のローテータ３２が偏光面をちょうど４５°回すのは、特定の波長に対してである。ローテータ用結晶材料のファラデー回転角が波長依存性を持つためであり、よく使われるＴＧＧ（Ｔｅ３Ｇａ５Ｏ１２）は波長が長くなるにつれてファラデー回転角が小さくなる。ブルーレーザ光に対して４５°回るように設計した場合、波長６５０ｎｍのレッドレーザ光に対しては１３°しか回らない。この場合、偏光子３３を通る波長６５０ｎｍのレッドレーザ光のパワーは７２％に下がる。しかしながらレッドレーザはサーボ用なのでハイパワーは必要としないから、その減衰は問題とならない。

レッドレーザ光の戻りがある場合、戻り光の３８％が偏光子３１を通過してレーザ装置１００に戻ってしまい、レッドレーザ光の発振を不安定にすることがあるが、これはレッドレーザ光に高周波重畳をかけることによって回避できる。またレッドレーザ光がブルーレーザのチップ内に戻ることもあるが、まったくの別波長なのでブルーレーザ光のシングルモードを乱すことはない。

アイソレータ２００は、必ずしもレーザ装置１００の直近にある必要はなく、両者の距離は離れていてもかまわない。

次に、上記の外部共振器付きのレーザ装置１００を用いたホログラム記録再生装置の例を説明する。

図５および図６は、上記の外部共振器付きのレーザ装置１００における波長４０７ｎｍ付近のブルーレーザ光をホログラム記録再生に用い、波長６５０ｎｍのレッドレーザ光をサーボに用いたコリニア方式のホログラム記録再生装置３００の構成を示す図である。図５ではブルーレーザ光の光路を示し、図６ではレッドレーザ光の光路を示している。

これらの図に示すように、このホログラム記録再生装置３００は、上記の２波長のレーザ光を発振する外部共振器付きのレーザ装置１００と、レーザ装置１００から出射されたレーザ光を拡大するビームエキスパンダ５２と、レッドレーザ光を０次回折光と１次回折光とに分けるレッド用グレーティング５３と、ブルーレーザ光を空間的（二次元的）に変調する透過型液晶素子などの空間光変調器５４と、広い波長域で偏向ビームスプリッタとして機能するワイヤーグリッド偏光子５５と、ワイヤーグリッド偏光子５５からの入射光をそのまま透過し、ホログラム記録媒体（ディスク）５６からの戻り光の偏光面を行きに対して９０°回転させるローテータ５７と、ローテータ５７を通過したブルーとレッドの各レーザ光をそれぞれ集光してホログラム記録媒体５６に照射する対物レンズ５８と、ワイヤーグリッド偏光子５５より入射した光をその波長に対応して全透過もしくは全反射させるダイクロイックミラー５９と、ダイクロイックミラー５９を透過した光（再生光）の画像を入力するＣＣＤ６０と、ダイクロイックミラー５９を反射した光（サーボ光）を集光して光ディテクタ６１に照射する凸レンズ６２および円筒レンズ６３と、光を受光してトラッキングサーボおよびフォーカスサーボのためのエラー信号を出力する光ディテクタ６１とを備えている。

ホログラム記録媒体５６は、保護層、記録層、グルーブ、反射層を有し、信号光と参照光による干渉縞を記録する記録媒体である。保護層は、記録層を外界から保護するための層である。記録層は、この干渉縞を屈折率（あるいは、透過率）の変化として記録するものであり、光の強度に応じて屈折率（あるいは、透過率）の変化が行われる材料であれば、有機材料、無機材料の別を問うことなく利用可能である。無機材料として、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）のような電気光学効果によって露光量に応じ屈折率が変化するフォトリフラクティブ材料を用いることができる。有機材料として、例えば、光重合型フォトポリマーを用いることができる。光重合型フォトポリマーは、その初期状態では、モノマーがマトリクスポリマーに均一に分散している。これに光が照射されると、露光部でモノマーが重合する。

次に、このホログラム記録再生装置３００の動作を説明する。

レーザ装置１００から出射されたシングルモードのブルーレーザ光およびマルチモードのレッドレーザ光はビームエキスパンダ５２にてそれぞれ拡大され、レッド用グレーティング５３に入射する。

ここで、採用したレッド用グレーティング５３は、図７に示すように、凹部と凸部の幅を同一とした。凹凸の深さｄはブルーレーザの発振波長の整数倍とした。これによって、ブルーレーザ光に対してレッド用グレーティング５３の効果がなくなる。この例では、ｄを１０８５ｎｍ(=１６２８ｎｍ／１．５。 １．５は屈折率)すなわち、ブルーレーザの発振波長である４０７ｎｍの４倍とした。波長６５０ｎｍのレッドレーザ光は、レッド用グレーティング５３によって、光量比で５０％の０次回折光と２５％の±１次回折光に分けられる。なお、この０次回折光と１次回折光の光量比率は凹凸の深さｄの値を変えることによって選択できる。

図６に戻って、ブルーレーザ光は、続いて透過型の空間光変調器５４に入射する。ここで、空間光変調器５４には、参照光のデータ領域が信号光のデータ領域の回りを囲んだパターンが投影される。あるいは、逆に信号光のデータ領域が参照光のデータ領域の回りを囲んだパターンであってもよいし、また信号光のパターンの両脇から参照光を入射するというパターンでもかまわない。この空間光変調器５４を通過したブルーレーザ光（信号光と参照光）は、ワイヤーグリッド偏光子５５、ローテータ５７をそれぞれ透過して、対物レンズ５８にて集光されてホログラム記録媒体５６に照射される。これにより、ホログラム記録媒体５６に干渉縞が形成され、空間光変調器５４によって空間変調された情報がホログラム記録媒体５６にホログラムとして記録される。

再生時には、空間光変調器５４上で、参照光に相当するパターンのみを表示させ、その参照光成分のみをホログラム記録媒体５６に入射させる。これにより、ホログラム記録媒体５６に記録されたホログラムから回折光（再生光）が発生する。この回折光は、ホログラム記録媒体５６からの戻り光としてローテータ５７に入射し、ここで偏光面の向きが９０°回転される。このためワイヤーグリッド偏光子５５では反射し、この反射した回折光はダイクロイックミラー５９を全透過して通過してＣＣＤ６０に入射される。ＣＣＤ６０の出力は、図示しない再生信号処理部によって２値化され、時系列２値化データに変換される。

なお、ダイクロイックミラー５９は、ブルーレーザ光とレッドレーザ光とで波長が異なることに対応して、ブルーレーザ光を全透過し、レッドレーザ光を全反射するような薄膜処理がその表面に施されている。

一方、レッド用グレーティング５３によって０次回折光と±１次回折光とに分けられた３本のレッドレーザ光は、透過型の空間光変調器５４、ワイヤーグリッド偏光子５５、ローテータ５７をそれぞれ透過し、対物レンズ５８にて集光されてホログラム記録媒体５６に照射される。この際、ホログラム記録媒体５６のグルーブの影響を受けながら反射した３本のレッドレーザ光は、ローテータ５７に入射してここでブルーレーザ光と同様に偏光面の向きが９０°回転される。このため図６に示すように、ワイヤーグリッド偏光子５５で反射してダイクロイックミラー５９に入射し、このダイクロイックミラー５９でさらに全反射して、凸レンズ６２および円筒レンズ６３によって光ディテクタ６１にそれぞれ照射される。

光ディテクタ６１は受光した３つの光を電気信号に変換し、トラッキングサーボおよびフォーカスサーボのためのそれぞれのエラー信号を生成して図示せぬサーボ用のコントローラへ転送する。

図８は光ディテクタ６１の構成例を示す図である。この光ディテクタ６１は、４つの受光素子（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）で構成される４分割ディテクタ８１と、その両側に配置され、それぞれ２つの受光素子（Ｅ，Ｆ）（Ｇ，Ｈ）で構成される２つの２分割ディテクタ８２，８３とを有する。４分割ディテクタ８１は、たとえば非点収差法、ナイフエッジ法など、典型的な光ディスクドライブにおいて採用される方法を用いてフォーカスエラー信号を得る。また、この光ディテクタ６１の構成を用いてトラッキングエラー信号を得る方法としては、やはり典型的な光ディスクドライブにおいて採用される、ＤＰＰ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ）法、３ビーム法、ＰＰ（Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ）法などがある。

このホログラム記録再生装置３００によれば、複数の異なる波長のレーザ光を同時にかつ同一の光軸方向に出射可能な一体型レーザを記録再生用とサーボ用の光源として利用したことで、サーボ用の光源はもちろん、サーボ用のレーザ光の光路を省くことができ、部品点数を削減でき、構成を簡素化できる。

次に、上記の外部共振器付きのレーザ装置１００を信号光用と参照光用の２つの光路を有するホログラム記録再生装置に採用した例を説明する。

図９および図１０は、上記の外部共振器付きのレーザ装置における波長４０７ｎｍ付近のブルーレーザ光をホログラム記録再生に用い、波長６５０ｎｍのレッドレーザをサーボに用いた、信号光用と参照光用の２つの光路を有するホログラム記録再生装置４００の構成を示す図である。図９ではブルーレーザ光の光路を示し、図１０ではレッドレーザ光の光路を示している。

これらの図に示すように、このホログラム記録再生装置４００は、上記の２波長のレーザ光を発振する外部共振器付きのレーザ装置１００と、レーザ装置１００から出射されたレーザ光を２つの光成分に分割するビームスプリッタ７２と、ビームスプリッタ７２を透過した光を反射して光軸方向を変えるミラー７３と、ミラー７３より入射したレーザ光を空間的（二次元的）に変調する透過型液晶素子などの空間光変調器７４と、空間光変調器７４を通過したレーザ光を集光して透過型のホログラム記録媒体（ディスク）７５に照射する対物レンズ７６と、ビームスプリッタ７２にて反射したレーザ光にランダム位相またはある一定の位相パターンを持たせるための位相フィルタ７７と、位相フィルタ７７を通過したレーザ光を集光するレンズ７８と、レンズ７８によって集光されたレーザ光を反射してその光軸方向を変えるミラー７９と、ミラー７９を反射したレーザ光を集光して透過型のホログラム記録媒体７５に照射する対物レンズ８４と、再生時にホログラム記録媒体７５に記録されたホログラムから発生した回折光（再生光）の画像を入力するＣＣＤ８５と、ホログラム記録媒体７５の表面でグルーブの影響を受けて反射した２本のレッドレーザ光をそれぞれ受光する２つの光ディテクタ８６，８７とを備えている。

ホログラム記録媒体７５は、保護層、記録層、波長選択層、グルーブを有する透過型ホログラム記録媒体である。波長選択層は、波長に対応してブルーレーザ光を透過し、レッドレーザ光を反射するための層である。その他は、先のコリニア方式のホログラム記録再生装置のものと同様である。

次に、このホログラム記録再生装置４００の動作を説明する。

レーザ装置１００から出射されたシングルモードのブルーレーザ光は、ビームスプリッタ７２により２つに分割される。ビームスプリッタ７２を透過した方の光は信号光としてミラー７３によって光軸方向が変更されて空間光変調器７４に入射される。この空間光変調器７４で信号光は空間的に変調されて情報パターンの重畳が行われる。空間光変調器７４で光変調されたレーザ光は対物レンズ７６によって集光され、透過型のホログラム記録媒体７５に照射される。

また、ビームスプリッタ７２を反射した方の光は参照光として位相フィルタ７７に入射され、ここで参照光にランダム位相またはある一定の位相パターンが重畳される。位相フィルタ７７を通過した参照光は、レンズ７８、ミラー７９を経て対物レンズ８４に入射し、この対物レンズ８４によって集光されて透過型のホログラム記録媒体７５上の信号光とほぼ同一位置に照射される。これによって、ホログラム記録媒体７５上に干渉縞が形成され、空間光変調器７４によって空間変調された情報がホログラム記録媒体７５にホログラムとして記録される。

再生時には信号光を遮断し、参照光のみをホログラム記録媒体７５に入射させる。これにより、ホログラム記録媒体７５に記録されたホログラムから回折光（再生光）が発生する。この回折光は、ホログラム記録媒体７５からの透過光としてＣＣＤ８５に入射される。ＣＣＤ８５の出力は、図示しない再生信号処理部によって２値化され、時系列２値化データに変換される。

一方、レーザ装置１００からブルーレーザ光と同時に出射されたサーボ用のレッドレーザ光は、ビームスプリッタ７２により２つの光成分に分割され、それぞれブルーレーザ光と同一の２つの光路を経てホログラム記録媒体７５に照射される。この際、２本のレッドレーザ光はホログラム記録媒体７５のグルーブの影響を受けながら反射して、その反射先に配置されている２つの光ディテクタ８６，８７にて受光される。２つの光ディテクタ８６，８７はそれぞれ受光した２つの光を電気信号に変換し、トラッキングサーボおよびフォーカスサーボのためのそれぞれのエラー信号を生成して図示せぬサーボ用のコントローラへ転送する。

この場合も、各々の光ディテクタ８６，８７には図８に示した構成のものを使用でき、各々の光ディテクタ８６，８７の出力に基づいて、トラッキングサーボおよびフォーカスサーボのためのそれぞれのエラー信号が生成される。

このホログラム記録再生装置４００によれば、複数の異なる波長のレーザ光を同時にかつ同一の光軸方向に出射可能な一体型レーザを記録再生用とサーボ用の光源として利用したことで、サーボ用の光源はもちろん、サーボ用のレーザ光の光路を省くことができ、部品点数を削減でき、構成を簡素化できる。

以上のホログラム記録再生装置の応用例として、ホログラム記録媒体の状態、たとえば回折効率特性などが、ブルーレーザ光の照射によってどう変化するかを調べるために、上記の構成を用いることができる。まず、レッドレーザ光によってホログラム記録媒体上の照射位置を定め、続いてブルーレーザ光を照射してホログラム材料を変化させる。その際、ホログラム記録媒体からのブルーレーザ光の反射光や回折光を検知することによって、ホログラム材料を変化の度合を調べることができる。また、同時にレッドレーザ光を照射して、ホログラム記録媒体からのレッドレーザ光の反射光や回折光を検知してもよい。

本発明の一実施形態にかかるレーザ装置の構成を示す図である。 一体型３波長レーザの構成の例を示す斜視図である。 アイソレータの構成とレーザ装置から出射したレーザ光に対するアイソレータの作用を説明するための図である。 アイソレータでの戻り光に対する作用を説明するための図である。 図１の外部共振器付きのレーザ装置を用いたホログラム記録再生装置の例とブルーレーザ光の光路を示す図である。 図５のホログラム記録再生装置のレッドレーザ光の光路を示す図である。 図５のホログラム記録再生装置のレッド用グレーティングの詳細を示す図である。 図５のホログラム記録再生装置の光ディテクタの構成例を示す図である。 図１の外部共振器付きのレーザ装置を用いたホログラム記録再生装置の別の例とブルーレーザ光の光路を示す図である。 図９のホログラム記録再生装置のレッドレーザ光の光路を示す図である。

符号の説明

１ 一体型３波長レーザ
２ レンズ
３ グレーティング
４ 角度可変機構
３１ 偏光子
３２ ローテータ
３３ 偏光子
５２ ビームエキスパンダ
５３ レッド用グレーティング
５４ 空間光変調器
５５ ワイヤーグリッド偏光子
５６ ホログラム記録媒体
５７ ローテータ
５８ 対物レンズ
５９ ダイクロイックミラー
６１ 光ディテクタ
６２ 凸レンズ
６３ 円筒レンズ
７２ ビームスプリッタ
７３ ミラー
７４ 空間光変調器
７５ ホログラム記録媒体
７６ 対物レンズ
７７ 位相フィルタ
７８ レンズ
７９ ミラー
１００ レーザ装置
２００ アイソレータ
３００ ホログラム記録再生装置
４００ ホログラム記録再生装置

Claims (6)

1. 波長の異なる２つのレーザ光を同時にかつ同一の光軸方向へ出射可能な半導体レーザと、
   前記半導体レーザより発光される前記２つのレーザ光の回折光を発生させ、そのうち特定の波長のレーザ光の１次回折光を前記半導体レーザに戻して当該レーザ光をシングルモード化する外部共振器と
   を具備することを特徴とするレーザ装置。
2. 外部共振器がグレーティングであって、このグレーティングに対する前記レーザ光の入射角を可変する角度可変機構をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
3. 前記シングルモード化されたレーザ光以外のレーザ光の波長に対応するアイソレータをさらに具備することを特徴とする請求項１に記載のレーザ装置。
4. 前記シングルモード化されたレーザ光以外のレーザ光に高周波重畳をかける手段をさらに具備することを特徴とする請求項３に記載のレーザ装置。
5. 波長の異なる２つのレーザ光を同時にかつ同一の光軸方向へ出射可能な半導体レーザと、
   前記半導体レーザより発光される前記２つのレーザ光の回折光を発生させ、そのうち特定の波長の１次回折光を前記半導体レーザに戻して当該レーザ光をシングルモード化する外部共振器と、
   前記シングルモード化された特定の波長のレーザ光を含む前記波長の異なる２つのレーザ光を入射して、前記特定の波長以外の波長のレーザ光をサーボ用の複数の光に分割する光分割素子と、
   前記シングルモード化された特定の波長のレーザ光を空間変調する空間光変調器と、
   前記空間光変調器によって空間変調されたレーザ光および前記光分割素子によって分割された前記サーボ用の複数のレーザ光をホログラム記録媒体に集光する光学系と、
   前記ホログラム記録媒体からの再生光を検出する再生光検出素子と、
   前記ホログラム記録媒体からの前記サーボ用の複数の光を検出するサーボ光検出素子と
   を具備することを特徴とするホログラム記録再生装置。
6. 波長の異なる２つのレーザ光を同時にかつ同一の光軸方向へ出射可能な半導体レーザと、
   前記半導体レーザより発光される前記２つのレーザ光の回折光を発生させ、そのうち特定の波長の１次回折光を前記半導体レーザに戻して当該レーザ光をシングルモード化する外部共振器と、
   前記シングルモード化された特定の波長のレーザ光を含む前記波長の異なる２つのレーザ光を入射してそれぞれ２つの光路に分岐する光分岐素子と、
   前記光分岐素子により分岐された一方の光路の前記シングルモード化されたレーザ光を空間変調する空間光変調器と、
   前記空間光変調器によって空間変調されたレーザ光を含む前記一方の光路の２つのレーザ光と前記光分岐素子によって分岐された他方の光路の前記シングルモード化されたレーザ光を含む２つのレーザ光をホログラム記録媒体の略同一箇所に集光する光学系と、
   前記ホログラム記録媒体からの再生光を検出する再生光検出素子と、
   前記ホログラム記録媒体からの前記シングルモード化された特定の波長以外の波長の２つのレーザ光を検出するサーボ光検出素子と
   を具備することを特徴とするホログラム記録再生装置。

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