JP2012003818A - 光情報記録方法、光情報再生方法、及び、光情報記録装置、光情報記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】体積記録型の光情報記録媒体において、低パワーで媒体に記録マークを形成可能な光情報記録方法を提供する。
【解決手段】第１の光源から波長λ１の光を、時間ｔｗ１以上のパルス幅でパワーＰ１で発光させ、第２の光源から波長λ２の光を、時間ｔｗ２のパルス幅、繰返し周期ＴでパワーＰ２で発光させる。そして、第１の光源からの光と第２の光源からの光とを、記録媒体の同一部分に同時に照射することで、情報記録を行う。このとき、波長λ１と、波長λ２とが、λ１＞５００ｎｍ＞λ２であり、かつ、１／λ１＋１／λ２＝１／λ０となるλ０がλ０＜３００ｎｍの関係を満たす。さらに、第１の光源の発光と第２の光源の発光とが、ｔｗ２＜ｔｗ１、Ｔ＜ｔｗ１、及び、Ｐ２＞Ｐ１の関係を満たす。
【選択図】図２

Description

本発明は、媒体に光を照射し情報を記録する光情報記録方法、光情報再生方法、及び、光情報記録装置、光情報記録再生装置に関する。

光記録媒体の記録容量を飛躍的に高める手法の一案として、厚み方向へ記録領域を拡充させる体積記録型の光記録媒体が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この光記録媒体の記録材料は記録光および再生光において透明な樹脂材料であることが特徴である。透明な樹脂材料内へ高密度に記録マークを形成する手法としては、波長４０５ｎｍの記録光を所望の位置に合焦させ、そこでの光強度が増大することで樹脂材料の非線形光学効果、いわゆる２光子吸収を発現させて光を吸収させる。そして、この２光子吸収により記録材料内にボイド（空孔）を生成させる方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
この２光子吸収現象は一般に光エネルギーの２乗に比例して吸収効率が大きくなることが知られている。

２光子吸収と呼ばれる現象は１９３１年にドイツのＧｏｅｐｐｅｒｔ−Ｍａｙｅｒが理論的に提唱し、１９６１年に実験で実証されたものである（例えば、非特許文献１参照）。この現象は単一の波長でコヒーレンシーのよい光、例えばレーザ光を大きな光強度で照射することで発現することが広く知られている。

特開２００８−０７１４３３号公報 特開２００９−２３８２８２号公報

Maria Goeppert-Mayer, Ann. Phys.9 (1931) 273

波長４０５ｎｍの２光子吸収は波長２０２．５ｎｍ相当の光吸収と等価である。光子１つの有するエネルギーの大きさは樹脂材料を構成する有機分子の結合エネルギーをはるかに上回る。このため、吸収が生じれば効率よく分子のフラグメンテーションを引き起こし空孔生成に至ることが可能である。すなわち、吸収したエネルギーを空孔生成に必要なエネルギーに効率よく変換できる。

しかしながら、一般的に樹脂材料は波長４０５ｎｍにおける２光子吸収効率が非常に悪い。このため、空孔生成の効率向上のためには非常に大きな光エネルギー、すなわち、非常に大きなレーザパワーを用いる必要がある。

一方、樹脂材料は一般に波長６５０ｎｍ程度以上の長波長における２光子吸収効率が大きいことが知られている。しかしながら、上記の波長においては光子１つのエネルギーが小さいために、光吸収が生じても分子のフラグメンテーションには至らず発熱反応が主となる。このため、フラグメンテーションによる空孔生成よりも、熱分解による空孔生成が支配的となる。すなわち、吸収したエネルギーを空孔生成に必要なエネルギーに変換する効率が小さい。従って、空孔生成には熱分解に至るまでに多くの熱量すなわちエネルギーが必要となる。このため、大きなレーザパワーあるいはレーザ照射時間が必要なる。また３光子以上の非線形吸収は上述の短波長の場合と同様にレーザパワーを増大させないと吸収効率が上がらず、やはり大きなレーザパワーがないと実現困難である。

以上のように、透明な樹脂材料を記録層としてバルク形成による体積記録を試みる場合、短波長の光源による２光子吸収では材料の２光子吸収効率が小さいために短波長光のパワーを非常に大きくする必要がある。一方、長波長の光源による２光子吸収では、吸収したエネルギーが効率よく空孔生成に用いられないため、長波長光のパワーを非常に大きくするか、または照射時間を長くする必要がある。
これは短波長の場合も長波長の場合もただ一つの波長を用いることが効率のよい空孔生成には必ずしも有効ではないことを示している。

上述した問題の解決のため、本発明においては、体積記録型の光情報記録媒体において、低パワーで媒体に記録マークを形成可能な光情報記録方法、及び、この光情報記録方法を実現するための装置を提供する。

本発明の光情報記録方法は、第１の光源から波長λ１の光を、時間ｔｗ１以上のパルス幅でパワーＰ１で発光させ、第２の光源から波長λ２の光を、時間ｔｗ２のパルス幅、繰返し周期ＴでパワーＰ２で発光させる。そして、第１の光源からの光と第２の光源からの光とを、記録媒体の同一部分に同時に照射することで、情報記録を行う。このとき、波長λ１と、波長λ２とが、λ１＞５００ｎｍ＞λ２であり、かつ、１／λ１＋１／λ２＝１／λ０となるλ０がλ０＜３００ｎｍの関係を満たす。さらに、第１の光源の発光と第２の光源の発光とが、ｔｗ２＜ｔｗ１、Ｔ＜ｔｗ１、及び、Ｐ２＞Ｐ１の関係を満たす。

また、本発明の光情報再生方法は、上記光情報記録方法により形成された空孔による記録マークを、第２の光源の波長λ２と略同一の波長を有する第３の光源からの光により、記録マークの信号を光再生する。

また、本発明の光情報記録装置は、波長λ１の光を、時間ｔｗ１以上のパルス幅、及び、パワーＰ１で発光させる第１の光源を備える。さらに、波長λ２の光を、時間ｔｗ２のパルス幅、繰返し周期Ｔ、及び、パワーＰ２で発光させる第２の光源を備える。そして、第１の光源からの光と第２の光源からの光とが、記録媒体の同一部分に同時に照射されることで情報記録が行われる。ここで、本発明の光情報記録装置では、波長λ１と、波長λ２とは、λ１＞５００ｎｍ＞λ２であり、かつ、１／λ１＋１／λ２＝１／λ０となるλ０がλ０＜３００ｎｍの関係を満たす。そして、第１の光源の発光と第２の光源の発光とが、ｔｗ２＜ｔｗ１、Ｔ＜ｔｗ１、及び、Ｐ２＞Ｐ１の関係を満たす。
また、本発明の光情報記録再生装置は、上記光情報記録装置の構成に加え、第２の光源の波長λ２と略同一の波長の光を発光する第３の光源を備える。そして、第１の光源からの光と第２の光源からの光とにより記録された情報が、第３の光源からの光により光再生される。

２光子吸収において広く知られている知見は、波長が同一でコヒーレントな特別な場合である。これに対し、本発明の光情報記録方法は、２つの異なる波長の光源を用いて記録材料へ２光子吸収を引き起こすことによって、短波長光単独では実現できない低パワーでの記録と、長波長光単独では実現できない投入エネルギー比のよい高効率な空孔形成が実現できる。また、上記方法により記録された情報を、本発明の光情報再生方法により再生することができる。

本発明によれば、波長の異なる２つの光源を用いることにより、光情報記録媒体への低パワーでの記録が可能である。

本発明の実施の形態の光情報記録再生装置の概略構成を示す図である。 本発明の光情報記録方法におけるレーザ光源の発光波形を示す図である。 本発明の光情報記録方法におけるレーザ光源の発光波形を示す図である。 本発明の光情報記録方法におけるレーザ光源の発光波形を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
なお、説明は以下の順序で行う。
１．本発明の光情報記録再生装置の実施の形態
２．本発明の光情報記録
３．光記録方法の実施形態：第１実施形態
４．光記録方法の実施形態：第２実施形態
５．光記録方法の実施形態：第３実施形態

〈１．光情報記録再生装置の形態例〉
［光情報記録再生装置の構成］
以下本発明の光情報記録再生装置の実施の形態について説明する。
図１に、光情報記録再生装の概略構成図を示す。

図１に示す光記録装置１０は、第１レーザ光源１１と、第２レーザ光源２１と、第３レーザ光源３１と、第４レーザ光源４１とを有する。そして、第１レーザ光源１１、第２レーザ光源２１、第３レーザ光源３１、及び、第４レーザ光源４１が光情報記録媒体６４に照射される構成である。

第１レーザ光源１１の光路Ｌ１上には、第１コリメータレンズ１２、第１リレーレンズ１４、及び、ミラー１９が備えられている。
第１リレーレンズ１４は、第１集光レンズ１５、第１アクチュエータ１６、及び、第２集光レンズ１７とからなる。第１アクチュエータ１６により第１集光レンズ１５を変位させ、この変位する第１集光レンズ１５と、第２集光レンズ１７とにより、レーザ光を所定の発散角の光束に調整して第１ダイクロイックミラー（ＤＣＭ）３９に射出する。第１リレーレンズ１４により発散角を調整し、光情報記録媒体６４において第１レーザ光の深さ方向の焦点位置を制御する。

第２レーザ光源２１の光路Ｌ２上には、第２コリメータレンズ２２、第１偏光ビームスプリッタ２３、１／２波長板（ＨＷＰ）４４、第３偏光ビームスプリッタ４３、第２リレーレンズ２４、及び、第２１／４波長板（ＱＷＰ）２８が備えられている。
また、第３偏光ビームスプリッタ４３において分割される光路上に、第６集光レンズ４５及び第１フォトディテクタ（ＰＤ）５１が備えられている。そして、第１ＰＤ５１で光電変換された信号を処理し、再生信号（ＲＦ）を出力するための第１信号処理部５２が備えられている。

第３レーザ光源３１の光路Ｌ３上には、第３コリメータレンズ３２、第２偏光ビームスプリッタ３３、及び、第５集光レンズ３７が備えられている。また、第２偏光ビームスプリッタ３３において分割される光路上に、第７集光レンズ４６、波長フィルタ（ＣＦ）４７、及び、第２フォトディテクタ（ＰＤ）５３が備えられている。そして、第２ＰＤ５３で光電変換された信号を処理して対物レンズ６２の位置制御用のトラッキングエラー信号（ＴＥ）及びフォーカスエラー信号（ＦＥ）を生成する第２信号処理部５４が備えられている。

第４レーザ光源４１の光路Ｌ４上には、第４コリメータレンズ４２及び、第１偏光ビームスプリッタ２３が備えられている。
第４レーザ光源４１の光路Ｌ４は、第１偏光ビームスプリッタ２３の反射面で反射されて、第１偏光ビームスプリッタ２３を透過する第２レーザ光源２１の光路Ｌ２と同一軸に一致される。これにより、第２レーザ光源２１の光路Ｌ２と第４レーザ光源４１の光路Ｌ４とが、同一軸の光路Ｌ６に一致される。

第２リレーレンズ２４は、第３集光レンズ２５、第２アクチュエータ２６、及び、第４集光レンズ２７とからなる。第２アクチュエータ２６により第３集光レンズ２５を変位させ、この変位する第３集光レンズ２５と、第４集光レンズ２７とにより、レーザ光を所定の発散角の光束に調整して第２ＱＷＰ２８に射出する。第２リレーレンズ２４により発散角を調整し、第２レーザ光及び第４レーザ光の光情報記録媒体６４で深さ方向の焦点位置を制御する。

また、第１レーザ光源１１の光路Ｌ１と、第３レーザ光源３１の光路Ｌ３との交点に、第１レーザ光を通過し、第３レーザ光を反射する第１ダイクロイックミラー（ＤＣＭ）３９が備えられている。第３レーザ光の光路Ｌ３は、第１ＤＣＭ３９で反射されて、第１ＤＣＭ３９を通過した第１レーザ光の光路Ｌ１と同一軸に光路が一致される。そして、第１レーザ光源１１の光路Ｌ１と第３レーザ光源３１の光路Ｌ３とが、同一軸に一致された光路Ｌ５上に第１１／４波長板（ＱＷＰ）１８が備えられている。

さらに、第１レーザ光源１１及び第３レーザ光源３１の光路Ｌ５と、第２レーザ光源２１及び第４レーザ光源４１の光路Ｌ６との交点に、第２ダイクロイックミラー（ＤＣＭ）２９が備えられている。第２ダイクロイックミラー（ＤＣＭ）２９は、第１レーザ光及び第３レーザ光を反射し、第２レーザ光及び第４レーザ光を通過する。

第２ＤＣＭ２９において、第２ＤＣＭ２９を通過する第２レーザ光及び第４レーザ光の光路Ｌ６と、第１ＤＣＭ３９で反射される第１レーザ光及び第３レーザ光の光路Ｌ５とが同一軸の光路Ｌ７に一致される。そして、一致された光路Ｌ７上に、対物レンズユニット６１、及び、光情報記録媒体６４とスピンドル６５が備えられている。

対物レンズユニット６１は、対物レンズ６２及び対物レンズ６２を変位させる第３アクチュエータ６３とから構成される。第２ＤＣＭ２９から射出されるレーザ光は、対物レンズ６２に入射する。対物レンズ６２は、入射したレーザ光が光情報記録媒体６４の同じ位置に焦点を結ぶように集光する。対物レンズ６２による焦点位置の調整は、上述の第２信号処理部５４からのトラッキングエラー信号（ＴＥ）及びフォーカスエラー信号（ＦＥ）に基づいて第３アクチュエータ６３を制御し、対物レンズ６２を変位させることにより行う。

第１レーザ光源１１は、記録用のレーザ光源である。第１レーザ光源としては、例えば、赤や赤外波長の半導体レーザを用いることができ、波長６４０ｎｍの赤色ＣＷレーザ（Continuous wave laser）を用いる。

第２レーザ光源２１は、所定の時間間隔で超短パルスレーザ光を発生するレーザである。この超短パルスとは、例えばパルス幅がフェムト秒〜ピコ百秒のオーダーである。レーザ媒質としては、例えば、Ｔｉ：Ｓ（チタンドープサファイア）結晶が用いられている。第１レーザ光源１から射出されたレーザ光は、直線偏光状態のレーザ光である。

第３レーザ光源３１は、記録時及び再生時の対物レンズ６２の位置制御用信号を生成するために用いる。第３レーザ光源３１は、例えば赤色半導体レーザである。第３レーザ光源３１から射出される第３レーザ光の波長λｓは、第１レーザ光源から射出される第１レーザ光源の波長λ１とほぼ同じ波長とすることができ、第１ＤＣＭ３９において分離可能な程度に差があればよい。

第４レーザ光源４１は、再生時に光情報記録媒体６４に記録された情報を読み出すために用いる。第４レーザ光源４１は、例えば青色半導体レーザである。第４レーザ光源４１から射出される第４レーザ光の波長λｒは、上記記録用の第２レーザ光源２１からの第２レーザ光の波長λ２とほぼ同じ波長を用いることができる。

光情報記録媒体６４としては、体積記録型の光情報記録媒体を用いる。体積記録型の光情報記録媒体６４としては、例えば、中央部分に孔部が形成された直径１２０ｍｍ、厚み１．２ｍｍの円盤状の光ディスクである。光情報記録媒体は基板と、基板上に形成された基準層と、基準層上に形成された記録層とを有する。光情報記録媒体６４は、レーザ光を集光して光の焦点近傍で２光子吸収された光エネルギーにより熱的、或いはアブレーション的に記録層材料を変質させ、ボイド（空孔）を形成して情報を体積記録する。

光情報記録媒体６４の記録層は、記録用レーザに反応する光反応性の樹脂により構成されている。記録用レーザが射出されると、レーザ光の焦点位置において光反応性の樹脂の沸騰又は分解による気泡等が発生する。そして、この気泡等の発生により、記録層中に、空孔による記録マークＲＭが形成され、体積記録が行われる。また、基準層は、例えばスタンパなどによって形成されたサーボ用の案内溝に対し、誘電体多層膜等を設けることにより形成される。具体的には、凸部のランドと凹部のグルーブにより螺旋状のトラックが形成されている。このトラックに所定の記録単位ごとに一連の番号からなるアドレスが付され、情報を記録又は再生する際に、トラックが該当アドレスにより特定される。

［記録］
次に、上述の光情報記録再生装置を用いて光情報記録媒体６４に情報を記録する方法について説明する。
記録時には、図１に示すように、記録用の第１レーザ光源１１から直線偏光の第１レーザ光を射出する。そして、第１コリメータレンズ１２で平行光とされ、第１リレーレンズ１４により、レーザ光の光束が所望の発散角に調整される。そして、発散角が制御された第１レーザ光は、ミラー１９で反射された後、第１ＤＣＭ３９を通過して第１ＱＷＰ１８に入射する。第１ＱＷＰ１８に入射した第１レーザ光は円偏光に変換され、第２ＤＣＭ２９射出する。第２ＤＣＭ２９射出から射出された第１レーザ光は、第２ＤＣＭ２９により反射され、対物レンズ６２に入射する。

また、第１レーザ光源１１と同時に、記録用の第２レーザ光源２１から直線偏光の第２レーザ光を射出する。そして、第２コリメータレンズ２２で平行光とされ、第２偏光ビームスプリッタ２３及び第３偏光ビームスプリッタ４３を通過する。なお、記録時には、図１に示す第２偏光ビームスプリッタ３３と第３偏光ビームスプリッタ４３との間に設けられているＨＷＰ４４は、使用しない。第３偏光ビームスプリッタ４３を通過した第２レーザ光は、第２リレーレンズ２４により、レーザ光の光束が所望の発散角に調整される。そして、発散角が制御された第２レーザ光は、第２ＱＷＰ２８で円偏光に変換され、第２ＤＣＭ２９を通過して対物レンズ６２に入射する。

また、記録時に、高速で回転する光情報記録媒体において、対物レンズ位置を高精度に制御するため、図１に示すように第３レーザ光源３１から直線偏光の第３レーザ光を射出する。そして、第３コリメータレンズ３２で平行光とされ、第２偏光ビームスプリッタ３３を通過した後、第５集光レンズ３７によりレーザ光の光束を所定の発散角に調整する。そして、第５集光レンズ３７を通過した第３レーザ光は、第１ＤＣＭ３９で反射され、第１ＱＷＰ１８に入射する。第１ＱＷＰ１８に入射した第２レーザ光は円偏光に変換され、第２ＤＣＭ２９に射出する。第２ＤＣＭ２９から射出された第３レーザ光は、第２ＤＣＭ２９により反射され、対物レンズ６２に入射する。

そして、光情報記録媒体６４では、対物レンズ６２によって集光された第１レーザ光及び第２レーザ光が、記録層の同一部に集光される。このとき、第１レーザ光及び第２レーザ光が集光された位置において、記録層に２光子吸収が発生して記録マークが形成される。

第１レーザ光及び第２レーザ光は、それぞれ光路上に設けられた第１リレーレンズ１４又は第２リレーレンズ２４により調整された光束の発散角によって、記録層での集光される深さが調整される。このため、第１レーザ光及び第２レーザ光の焦点深さが一致するように、第１リレーレンズ１４又は第２リレーレンズ２４によりレーザ光の発散角を調整する。

また、光情報記録媒体６４では、対物レンズ６２によって集光された第３レーザ光が、記録層を透過し、記録層の光の入射面の反対側に備えられている基準層に照射される。第３レーザ光は、基準層の深さに合うように第５集光レンズ３７によって光束が調整され、基準層の深さに合焦される。そして、この基準層から反射された第３レーザ光が、光路Ｌ７及び光路Ｌ５を逆方向に折り返し対物レンズ６２を通過した後、第２ＤＣＭ２９で反射される。そして、第１ＱＷＰ１８を通過した後、第１ＤＣＭ３９で反射される。さらに、光路Ｌ３において第５集光レンズ３７を通過した後、第２偏光ビームスプリッタ３３に入射する。

第２偏光ビームスプリッタ３３に入射した第３レーザ光の反射光は、第２偏光ビームスプリッタ３３の反射面において反射され、第７集光レンズ４６に射出される。そして、第７集光レンズ４６で集光され、同時に射出されている第１レーザ光とのクロストークを抑制するためのＣＦ４７を通過し、第２ＰＤ５３に入射する。第２ＰＤ５３で光電変換されることにより、受光量に応じた各種検出信号が生成される。生成された各種検出信号が第２信号処理部５４に供給され、通常の光ディスクと同様の方法を用いてフォーカスエラー信号（ＦＥ）、トラッキングエラー信号（ＴＥ）が生成される。このフォーカスエラー信号（ＦＥ）、トラッキングエラー信号（ＴＥ）を用いて、対物レンズユニット６１の第３アクチュエータ６３を制御し、対物レンズ６２の位置を制御する。

以上の方法により、光情報記録媒体６４に、第１レーザ光源１１からの第１レーザ光と、第２レーザ光源２１からの第２レーザ光とを同時に照射することで記録を行うことができる。そして、記録時に、第３レーザ光源３１から射出した第３レーザ光を用いて対物レンズ６２の位置を高精度に制御することができる。

［再生］
次に、上述の光情報記録再生装置を用いて光情報記録媒体６４に記録された情報を再生する方法について説明する。

再生時には、図１に示すように第４レーザ光源４１から直線偏光の第４レーザ光を射出する。第４レーザ光は、上述の記録時に射出する第２レーザ光と９０°異なる直線偏光のレーザ光とする。
第４レーザ光は、第４コリメータレンズ４２で平行光とされ、第１偏光ビームスプリッタ２３に入射する。そして、第１偏光ビームスプリッタ２３の反射面で反射された第４レーザ光が、ＨＷＰ４４で第２レーザ光と同じ位相の直線偏光とされた後、第２リレーレンズ２４に入射する。第２リレーレンズ２４において、レーザ光の光束が所望の発散角に調整された後、第２ＱＷＰ２８で円偏光に変換されて第２ＤＣＭ２９を通過し、対物レンズ６２に入射する。

また、再生時に、高速で回転する光情報記録媒体において、対物レンズ位置を高精度に制御するため、図１に示すように第３レーザ光源３１から直線偏光の第３レーザ光を射出する。この第３レーザ光源３１による対物レンズの位置制御は、上述の記録時における対物レンズの位置制御と同様に行う。

光情報記録媒体６４では、対物レンズ６２によって集光された第４レーザ光が、光情報記録媒体６４の記録層に照射される。記録層に照射される第４レーザ光が、対物レンズ６２によって記録層に形成されている記録マークＲＭに集光される。記録層内において第４レーザ光の焦点深さは、上述の第２リレーレンズ２４によって調整される。そして、この記録マークから反射された第４レーザ光が、光路Ｌ７及び光路Ｌ２を逆方向に折り返し、対物レンズ６２、第２ＤＣＭ２９、第２ＱＷＰ２８及び第２リレーレンズ２４を通過し、第３偏光ビームスプリッタ４３に入射する。そして、第３偏光ビームスプリッタ４３の反射面において反射され、第６集光レンズ４５で集光されて第１ＰＤ５１に入射し、光電変換される。これにより、記録マークからの光学定数の変化に基づく反射率の違いから、光情報記録媒体６４に記録した情報を再生することができる。

以上の方法により、光情報記録媒体６４に記録された情報を、第４レーザ光源４１から射出した第４レーザ光により読み出すことができる。そして、再生時において、第３レーザ光源３１から射出した第３レーザ光を用いて対物レンズ６２の位置を高精度に制御することができる。

なお、上述の本実施の形態の光情報記録再生装置の説明では、記録用光源、再生用光源、及び、対物レンズの位置制御用光源とから構成される例について説明しているが、その他の構成とすることも可能である。例えば、記録用光源として、第１レーザ光源及び第２レーザ光源を備え、再生用の光源である第４レーザ光源を備えない装置を構成することにより、光情報記録装置として構成することも可能である。

〈２．光記録方法〉
次に、本発明の光情報記録方法における、第１レーザ光源及び第２レーザ光源の駆動方法について説明する。本実施の形態の記録方法では、２光子吸収が同一波長の光子だけでなく異種波長の光子においても同様に生じるという理論背景を用いる。２光子吸収による空孔の形成は、上述の非特許文献１の背景原理をもとにすると、異なる波長の２つの光子による２光子吸収も可能である。このため、本実施の形態では、この２光子吸収の背景原理を元に、２つの波長による２光子吸収現象を積極的に活用する。

第１レーザ光源としては、赤や赤外波長の半導体レーザを用いることができる。例えば、シングルモード発光で回折限界サイズまで集光でき、対物アウト５００ｍＷ程度以上（ｄｕｔｙ５０％発光）である。また、パルス幅をｎｓ程度に自由に発光制御できる光源を用いる。第１レーザ光源としては、例えば波長６４０ｎｍの赤色ＣＷレーザを用いる。
第１レーザ光源から射出される第１レーザ光を、波長λ１、パワーＰ１とする。

第２レーザ光源としては、青色のパルスレーザを用いることができる。例えば、対物アウト１０Ｗピーク、パルス幅が５ｐｓ以下であり、繰り返し周波数は１ＧＨｚ程度以上である。例えば波長４０５ｎｍの青色パルスレーザを用いる。
第２レーザ光源から射出される第２レーザ光を、波長λ２、パルス幅（照射時間）ｔｗ２、パワーＰ２、繰り返し周期Ｔとする。

単位面積、単位時間当たりの光子の数という観点で考えると、同一パワーにおける光子の数は、光子１個当たりのエネルギーが小さい赤色波長（第１レーザ光源、λ１）のほうが光子の数が１．６倍ほど多くなる。また、励起中間状態の寿命以上を単位時間と仮定すれば、パルス幅が長い方が記録材料分子中の電子が感じる実質的な光子数が増加することと等価となる。
従って、記録材料分子中の電子が光子との相互作用によって２（多）光子励起される過程を考えた場合、異なる波長の２つの光子による励起も多く発生することが期待できる。つまり、第２レーザ光源からの短波長パルスレーザ（波長λ２）のみによる励起だけでなく、第２レーザ光（波長λ２）と第１レーザ光（波長λ１）とによる励起の発生が期待できる。

体積記録型の光情報記録媒体において、記録層材料として高分子樹脂を用いる場合を例に説明する。記録層を構成する高分子において、原子間の共有結合エネルギー（およそ３．０ｅＶ前後）を考慮すると、第１レーザ光（波長λ１）のみによる２光子吸収では共有結合の解離による分子のフラグメンテーションを直接的に引き起こすことは困難と予想される。一方で第２レーザ光（波長λ２）のみ、及び、第２レーザ光（波長λ２）と第１レーザ光（波長λ１）とによる２光子吸収では、直接的な記録材料のフラグメンテーションが期待できる。この結果、特に第２レーザ光源による高効率な記録を実現できる。

このように、本実施の形態における記録方法では、２光子吸収効率は長波長光により効率を向上させ、空孔生成においては短波長光により分子の直接的なフラグメンテーションを引き起こす。この結果、短波長光源のより小さなレーザパワーを実現し、短波長光源と長波長光源の重複時間での２光子吸収現象により空孔生成を制御性良く実現することができる。

従って、第１レーザ光源、第２レーザ光源のいずれか一方、又は、両方を変調させることにより、空孔の形成位置を制御することができる。例えば、一方のレーザ光が連続して照射されている状態で、他方のレーザを変調させて照射することにより、空孔の形成位置を制御することができる。また、第１レーザ光源と、第２レーザ光源とのレーザ光の照射のタイミングを同期させて時間変調することにより、空孔の形成位置を制御することができる。

〈３．光記録方法の実施形態：第１実施形態〉
上述の図１に示す記録装置を用いて本実施形態における光情報記録媒体への情報の記録方法について説明する。以下の説明では、本記録方法の特徴である第１レーザ光源と、第２レーザ光源の制御方法について説明する。

第１レーザ光源と、第２レーザ光源の制御方法の第１実施形態例を図２に示す。図２は第１レーザ光源及び第２レーザ光減の発光波形と、２光子吸収により光情報記録媒体の記録層に形成される記録マークＲＭ（空孔）との関係を示す。

図２に示す例では、第２レーザ光源からパルスレーザを連続照射し、第１レーザ光源を制御して照射時間を変調させる。
第２レーザ光源から、ピークパワーＰ２、繰り返し周期Ｔ、パルス幅ｔｗ２で波長λ２のパルスレーザを連続照射する。そして、第１レーザ光源から、ピークパワーＰ１、波長λ１のＣＷレーザ（Continuous wave laser）を時間変調して照射する。そして、第１レーザ光源の照射タイミングを図２に示すように制御する。なお、第１レーザ光源の制御による時間変調は、記録する情報に合わせて任意に設定する。

これにより、第１レーザ光源と第２レーザ光源とが同時に媒体の記録層に照射され、第１レーザ光源のＣＷレーザの焦点と第２レーザ光源のパルスレーザの焦点とが重なり、同一焦点上に異なる波長のレーザ光が同一時間に照射される。
このように、波長λ１の第１レーザ光源と、波長λ２の第２レーザ光源とを用いて、波長の異なる２種類の光を、記録媒体の同一部分に同時に照射することで、任意の情報記録を行うことができる。つまり、図２に示す例では、第１レーザ光源の照射するレーザ光の変調時間を制御することにより、記録マークＲＭの形状を容易に適切な形状に制御することができる。

第１レーザ光源及び第２レーザ光源からのレーザ光が両方同時に照射されたとき、媒体に照射されるエネルギーは、Ｐ１とＰ２との合計の照射エネルギーとなる。このとき、異なる波長の２つの光子による励起も多く発生し、光情報記録媒体の記録層において２光子吸収が発生する。そして、この２光子吸収により、記録層において樹脂材料のフラグメンテーションが発生して空孔が形成される。従って、波長λ１の光と、波長λ２の光を光情報記録媒体の記録層に照射することで、レーザ光の２光子吸収を増大させ、所定の大きさの記録マークＲＭを形成することができる。

図２に示す例では、第１レーザ光源の波長λ１及び第２レーザ光源のλ２の関係は、λ１＞５００ｎｍ＞λ２であり、かつ、１／λ１＋１／λ２＝１／λ０としたときλ０がλ０＜３００ｎｍを満たす。このような条件で、λ１の光子およびλ２の光子による２光子吸収で与えられる光エネルギーは、λ０の光子による１光子吸収の光エネルギーと等価であり、およそ４．０ｅＶに相当する。これは前述の記録材料中の原子間の共有結合を容易に切ることができる量である。
また、第１レーザ光源のピークパワーＰ１と、第２レーザ光源のピークパワーＰ２とは、Ｐ１＜Ｐ２の関係を満たす。
第２レーザ光源のパルス幅（照射時間）ｔｗ２は、第１レーザ光の照射時間ｔｗ１未満（ｔｗ２＜ｔｗ１）とする。繰返し周期Ｔは、第１レーザ光の照射時間ｔｗ１未満（Ｔ＜ｔｗ１）とする。例えば第１レーザ光源は、λ１＞６００ｎｍ以上のコヒーレント光であり、パワーＰ１はピーク値で０．５Ｗ以上、ｔｗ１＞１ｎｓである。また、例えば第２レーザ光源は、λ２＜４５０ｎｍ以下のコヒーレント光であり、パワーＰ２はピーク値で３Ｗ以上、ｔｗ２＞１ｐｓである。

長波長（λ１）のみでは２光子吸収による空孔形成に足る充分な分解エネルギーを生成することができない。また、短波長（λ２）のみでは、２光子吸収効率が小さく、空孔を形成するために大きなピークパワーが必要となる。
短波長（λ２）のレーザ光と長波長（λ１）のレーザ光を組み合わせることにより、空孔形成に充分なエネルギーを２光子吸収で生成し、２光子吸収の発生効率も向上させることができる。このため、光源のピークパワーを小さくすることができる。

上記方法によれば、２光子吸収効率の大きい長波長光と光子エネルギーの大きい短波長光という２つの異なる波長の光源を用いて記録材料へ２光子吸収を引き起こすことによって、短波長光単独では実現できない低パワーでの記録が可能である。さらに、長波長光単独では実現できない投入エネルギー比のよい高効率な空孔形成が実現できる。この結果、光源全体での低消費電力化が可能となる。また２つの光源の合波部分での空孔形成という特徴を活かし、光源の発光を制御することで空孔形成を制御よく行い品質の良い記録マーク形成と高品質の信号再生が可能となる。

〈４．光記録方法の実施形態：第２実施形態〉
次に、本発明の記録方法の第２実施形態について説明する。第１レーザ光源と、第２レーザ光源の制御方法の第２実施形態例を図３に示す。図３は第１レーザ光源及び第２レーザ光減の発光波形と、２光子吸収により光情報記録媒体の記録層に形成される記録マークＲＭ（空孔）との関係を示す。

図３に示す例では、第１レーザ光源からのレーザ光を任意のパルス幅（照射時間）ｔｗ１となるように周期的に発光制御する。そして、第２レーザ光源からパルスレーザを制御して照射時間を変調させる。

第１レーザ光源から、ピークパワーＰ１、パルス幅（照射時間）ｔｗ１となるように、波長λ１のＣＷレーザを周期的に発光制御して照射する。これにより、図３に示すように、第１レーザ光源が波長パルス幅ｔｗ１のパルスレーザが連続発光した状態となる。そして、第２レーザ光源から、ピークパワーＰ２、繰り返し周期Ｔ、パルス幅ｔｗ２で波長λ２のパルスレーザを、図３に示すようにタイミング制御して照射する。第２レーザ光源の制御による時間変調は、記録する情報に合わせて任意に設定する。
このとき、媒体の記録層において、第２レーザ光源のパルスレーザの焦点が、第１レーザ光源のＣＷレーザの焦点と重なり、同一焦点上に、異なる波長のレーザ光が同一時間に照射される。

これにより、第１レーザ光源と第２レーザ光源とが同時に媒体の記録層に照射され、第１レーザ光源のＣＷレーザの焦点と第２レーザ光源のパルスレーザの焦点とが重なり、同一焦点上に異なる波長のレーザ光が同一時間に照射される。
このように、波長λ１の第１レーザ光源と、波長λ２の第２レーザ光源とを用いて、波長の異なる２種類の光を、記録媒体の同一部分に、同時に照射することで情報記録を行うことができる。つまり、図３に示す例では、第１レーザ光源をパルス幅ｔｗ１で周期的に発光制御し、第２レーザ光源の照射するレーザ光の変調時間を制御することにより、記録マークＲＭの形状を容易に適切な形状に制御することができる。

このときの条件は上述の第１実施例と同様に、第１レーザ光源の波長λ１及び第２レーザ光源のλ２の関係は、λ１＞５００ｎｍ＞λ２であり、かつ、１／λ１＋１／λ２＝１／λ０としたときλ０がλ０＜３００ｎｍを満たす。これは第１実施例と同様に前述の記録材料中の原子間の共有結合を容易に切ることができる光エネルギーに相当する。
また、第１レーザ光源のピークパワーＰ１と、第２レーザ光源のピークパワーＰ２とは、Ｐ１＜Ｐ２の関係を満たす。
第２レーザ光源のパルス幅（照射時間）ｔｗ２は、第１レーザ光の照射時間ｔｗ１未満（ｔｗ２＜ｔｗ１）とする。繰返し周期Ｔは、第１レーザ光の照射時間ｔｗ１未満（Ｔ＜ｔｗ１）とする。例えば第１レーザ光源は、λ１＞６００ｎｍ以上のコヒーレント光であり、パワーＰ１はピーク値で０．５Ｗ以上、ｔｗ１＞１ｎｓである。また、例えば第２レーザ光源は、λ２＜４５０ｎｍ以下のコヒーレント光であり、パワーＰ２はピーク値で３Ｗ以上、ｔｗ２＞１ｐｓである。

第２実施形態例では、第１レーザ光源が周期的に連続発光させているため、第２レーザ光源のスイッチングにより、記録マークＲＭの形成を制御することができる。つまり、時間変調された第２レーザ光源からのパルスレーザが、連続的に照射されている第１レーザ光源からの光と同時に媒体に照射されたときに、記録層において２光子吸収が発生する。そして、この２光子吸収により、記録層において樹脂材料のフラグメンテーションが発生し空孔が形成される。このように、第２レーザ光源からのパルス光を時間変調させた場合にも、第２レーザ光源からの連続発光するパルス光と、第１レーザ光源からのＣＷレーザ光とが同時に照射されている時間だけ、２光子吸収による空孔が形成される。そして、記録層に記録マークＲＭが形成されて情報記録が行われる。

〈５．光記録方法の実施形態：第３実施形態〉
次に、本発明の記録方法の第３実施形態について説明する。第１レーザ光源と、第２レーザ光源の制御方法の第３実施形態例を図４に示す。図３は第１レーザ光源及び第２レーザ光減の発光波形と、２光子吸収により光情報記録媒体の記録層に形成される記録マークＲＭ（空孔）との関係を示す。
図４に示す例では、第１レーザ光源からＣＷレーザを連続照射し、第２レーザ光源からパルスレーザを制御して照射時間を変調させる。

第１レーザ光源から、ピークパワーＰ１で波長λ１のＣＷレーザを連続照射する。そして、第２レーザ光源から、ピークパワーＰ２、繰り返し周期Ｔ、パルス幅ｔｗ２で波長λ２のパルスレーザを、図４に示すようにタイミング制御して照射する。第２レーザ光源の制御による時間変調は、記録する情報に合わせて任意に設定する。
このとき、媒体の記録層において、第２レーザ光源のパルスレーザの焦点が、第１レーザ光源のＣＷレーザの焦点と重なり、同一焦点上に、異なる波長のレーザ光が同一時間に照射される。

これにより、第１レーザ光源と第２レーザ光源とが同時に媒体の記録層に照射され、第１レーザ光源のＣＷレーザの焦点と第２レーザ光源のパルスレーザの焦点とが重なり、同一焦点上に異なる波長のレーザ光が同一時間に照射される。
このように、波長λ１の第１レーザ光源と、波長λ２の第２レーザ光源とを用いて、波長の異なる２種類の光を、記録媒体の同一部分に、同時に照射することで情報記録を行うことができる。つまり、図４に示す例では、第１レーザ光源をパルス幅ｔｗ１で周期的に発光制御し、第２レーザ光源の照射するレーザ光の変調時間を制御することにより、記録マークＲＭの形状を容易に適切な形状に制御することができる。

このときの条件は上述の第１実施例と同様に、第１レーザ光源の波長λ１及び第２レーザ光源のλ２の関係は、λ１＞５００ｎｍ＞λ２であり、かつ、１／λ１＋１／λ２＝１／λ０としたときλ０がλ０＜３００ｎｍを満たす。これは第１、第２実施例と同様に前述の記録材料中の原子間の共有結合を容易に切ることができる光エネルギーに相当する。
また、第１レーザ光源のピークパワーＰ１と、第２レーザ光源のピークパワーＰ２とは、Ｐ１＜Ｐ２の関係を満たす。
例えば第１レーザ光源は、λ１＞６００ｎｍ以上のコヒーレント光であり、パワーＰ１はピーク値で０．５Ｗ以上である。また、例えば第２レーザ光源は、λ２＜４５０ｎｍ以下のコヒーレント光であり、パワーＰ２はピーク値で３Ｗ以上、ｔｗ２＞１ｐｓである。

第３実施形態例では、第１レーザ光源が連続発光しているため、第２レーザ光源のスイッチングにより、記録マークＲＭの形成を制御することができる。つまり、時間変調された第２レーザ光源からのパルスレーザが、第１レーザ光源からのＣＷレーザと同時に媒体に照射されたときに、記録層において２光子吸収が発生する。そして、この２光子吸収により、記録層において樹脂材料のフラグメンテーションが発生し空孔が形成される。このように、第２レーザ光源からのパルス光を時間変調させた場合にも、第２レーザ光源からの連続発光するパルス光と、第１レーザ光源からのＣＷレーザ光とが同時に照射されている時間だけ、２光子吸収による空孔が形成される。このように、２つの光源から同時に照射されている時間だけ、記録層に記録マークＲＭが形成されて情報記録が行われる。

上述のように、第１〜第３の実施の形態の光情報記録方法では、体積記録型の光情報記録媒体に対して情報を記録する際には、第１レーザ光源と第２レーザ光源とを同時に照射する。さらに、第３レーザ光源を対物レンズの位置制御用レーザとして使用する。また、再生時には、第４レーザ光源を再生用レーザとして使用する。
第１レーザ光源と第２レーザ光源とを同時に照射し、２光子吸収効率の大きい長波長光と光子エネルギーの大きい短波長光の２つの異なる波長の光源を用いて、記録材料に２光子吸収を引き起こす。これにより、短波長光源単独では実現できない低パワーでの記録と、長波長光源単独では実現できない投入エネルギー比のよい、空孔形成が実現できる。この結果、光源全体での低消費電力化が可能となる。
また、第１レーザ光源と第２レーザ光源の２つの光源の合波部分での空孔形成という特徴を持つことから、光源の発光を制御することにより、空孔形成を制御よく行うことができる。このため、品質のよい記録マークの形成と、高品質の再生信号が可能となる。

なお、本発明は上述の実施形態例において説明した構成に限定されるものではなく、その他本発明構成を逸脱しない範囲において種々の変形、変更が可能である。

１１ 第１レーザ光源、１２ 第１コリメータレンズ、１４ 第１リレーレンズ、１５ 第１集光レンズ、１６ 第１アクチュエータ、１７ 第２集光レンズ、１８ 第１１／４波長板（ＱＷＰ）、１９ ミラー、２１ 第２レーザ光源、２２ 第２コリメータレンズ、２３ 第１偏光ビームスプリッタ、２４ 第２リレーレンズ、２５ 第３集光レンズ、２６ 第２アクチュエータ、２７ 第４集光レンズ、２８ 第２１／４波長板（ＱＷＰ）、２９ 第２ダイクロイックミラー（ＤＣＭ）、３１ 第３レーザ光源、３２ 第３コリメータレンズ、３３ 第２偏光ビームスプリッタ、３７ 第５集光レンズ、３９ 第１ダイクロイックミラー（ＤＣＭ）、４１ 第４レーザ光源、４２ 第４コリメータレンズ、４３ 第３偏光ビームスプリッタ、４４ １／２波長板（ＨＷＰ）、４５ 第６集光レンズ、４６ 第７集光レンズ、４７ 波長フィルタ（ＣＦ）、５１ 第１フォトディテクタ（ＰＤ）、５２ 第１信号処理部、５３ 第２フォトディテクタ（ＰＤ）、５４ 第２信号処理部、６１ 対物レンズユニット、６２ 対物レンズ、６３ 第３アクチュエータ、６４ 光情報記録媒体、６５ スピンドル、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６，Ｌ７ 光路

Claims (9)

1. 第１の光源から波長λ１の光を、時間ｔｗ１以上のパルス幅でパワーＰ１で発光させ、
   第２の光源から波長λ２の光を、時間ｔｗ２のパルス幅、繰返し周期ＴでパワーＰ２で発光させ、
   前記第１の光源からの光と前記第２の光源からの光とを、記録媒体の同一部分に同時に照射することで、情報記録を行い、
   前記波長λ１と、前記波長λ２とが、λ１＞５００ｎｍ＞λ２であり、かつ、１／λ１＋１／λ２＝１／λ０となるλ０がλ０＜３００ｎｍの関係を満たし、
   前記第１の光源の発光と前記第２の光源の発光とが、ｔｗ２＜ｔｗ１、Ｔ＜ｔｗ１、及び、Ｐ２＞Ｐ１の関係を満たす
   光情報記録方法。
2. 前記第１の光源の照射時間ｔｗ１を任意に変調し、前記第２の光源をパルス幅ｔｗ２で繰り返し周期Ｔで連続発光させる請求項１に記載の光情報記録方法。
3. 前記第１の光源の発光を時間ｔｗ１以下のパルス幅で周期的に変調し、第２の光源の発光をパルス幅ｔｗ２、繰り返し周期Ｔで発光のＯＮ／ＯＦＦを任意に時間変調する請求項１に記載の光情報記録方法。
4. 前記第１の光源を連続発光し、第２の光源の発光をパルス幅ｔｗ２、繰り返し周期Ｔで発光のＯＮ／ＯＦＦを任意に時間変調する請求項１に記載の光情報記録方法。
5. 前記第２の光源から、λ２＜４５０ｎｍ以下のコヒーレント光であり、パワーＰ２がピーク値で３Ｗ以上、ｔｗ２＞１ｐｓである光を射出する請求項１に記載の光情報記録方法。
6. 前記第１の光源から、λ１＞６００ｎｍ以上のコヒーレント光であり、パワーＰ１はピーク値で０．５Ｗ以上、ｔｗ１＞１ｎｓである光を射出する請求項１に記載の光情報記録方法。
7. 第１の光源からの波長λ１の光と第２の光源からの波長λ２の光を、記録媒体の同一部分に同時に照射することで形成された空孔による記録マークを、
   前記第２の光源の波長λ２と略同一の波長を有する第３の光源からの光により、前記記録マークの信号を光再生する
   光情報再生方法。
8. 波長λ１の光を、時間ｔｗ１以上のパルス幅、及び、パワーＰ１で発光させる第１の光源と、
   波長λ２の光を、時間ｔｗ２のパルス幅、繰返し周期Ｔ、及び、パワーＰ２で発光させる第２の光源と、を備え、
   前記波長λ１と、前記波長λ２とが、λ１＞５００ｎｍ＞λ２であり、かつ、１／λ１＋１／λ２＝１／λ０となるλ０がλ０＜３００ｎｍの関係を満たし、
   前記第１の光源の発光と前記第２の光源の発光とが、ｔｗ２＜ｔｗ１、Ｔ＜ｔｗ１、及び、Ｐ２＞Ｐ１の関係を満たし、
   前記第１の光源からの光と前記第２の光源からの光とが、記録媒体の同一部分に同時に照射されることで情報記録が行われる
   光情報記録装置。
9. 波長λ１の光を、時間ｔｗ１以上のパルス幅、及び、パワーＰ１で発光させる第１の光源と、
   波長λ２の光を、時間ｔｗ２のパルス幅、繰返し周期Ｔ、及び、パワーＰ２で発光させる第２の光源と、
   前記第２の光源の波長λ２と略同一の波長の光を発光する第３の光源と、を備え、
   前記波長λ１と、前記波長λ２とが、λ１＞５００ｎｍ＞λ２であり、かつ、１／λ１＋１／λ２＝１／λ０となるλ０＜３００ｎｍの関係を満たし、
   前記第１の光源の発光と前記第２の光源の発光とが、ｔｗ２＜ｔｗ１、Ｔ＜ｔｗ１、及び、Ｐ２＞Ｐ１の関係を満たし、
   前記第１の光源からの光と前記第２の光源からの光とが、記録媒体の同一部分に同時に照射されることで情報の記録が行われ、
   前記第３の光源からの光により記録された前記情報が光再生される
   光情報記録再生装置。

Images