JP2854375B2

JP2854375B2 - 光磁気信号検出器

Info

Publication number: JP2854375B2
Application number: JP2087835A
Authority: JP
Inventors: 淳一北林
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1990-04-02
Filing date: 1990-04-02
Publication date: 1999-02-03
Anticipated expiration: 2014-02-03
Also published as: JPH03286440A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、光磁気ディスク装置用の光磁気信号検出器
に関する。

従来の技術一般に、光磁気記録では偏光面の回転角が0.2〜0.5°
と小さく、光磁気信号のS/N向上が重要な課題の一つと
なっている。このS/Nは、光磁気信号の光量をIt、カー
回転角をθｋとすると、で示される。従って、S/Nを向上させるためには光量It
又はカー回転角θｋを増加させればよいといえる。光量
Itの増加には、光磁気ディスクへの入射光量、ディスク
反射率、光学系素子の透過率が関与する。

このような点に着目した光磁気信号検出方式としては
種々のものがあるが、大別すると、偏光角増幅方式と光
量増加方式とビート信号による検出方式とがある。

第１の偏光角増幅方式としては、特開昭56−36374号
公報に示されるようなファラデー変調法と差動法とによ
る方式（方式）、特開昭58−160922号公報に示される
ように方式１を改良したファブリペロー光共振器を用い
た方式（方式）、特開昭57−200958号公報に示される
ように光学素子のＰ偏光、Ｓ偏光成分の透過率を変えて
見掛け上の角度増幅を行なう方式（方式）等がある。

第２の光量増加方式としては、特開昭61−104348号公
報に示されるようにファラデー効果素子と旋光子とを用
いて半導体レーザへの戻り光をなくすことで光量ロスを
減らす方式（方式）がある。

第３のビート信号による検出方式としては、“Microo
ptics News"に示されるように光磁気ディスクを外物品
共振器反射面としてカー回転をビート信号変化として検
出器する方式（方式）がある。

発明が解決しようとする課題ところが、方式の場合、カー回転角θｋを大きくす
るためにはコイルに大電流を供給しなければならない。
この結果として、コイルのインダクタンスのために高周
波変調できなくなってしまう。また、ファラデーローテ
ータの長さを長くしなければカー回転θｋが大きくなら
ないものである。

方式は、ファブリペロー光共振器内部での多重反射
による効率向上を図ったもので、基本的には方式と同
様の欠点を持つ。加えて、２つの共振器、コイル、高圧
電源、高周波駆動回路を必要とするものである。

また、方式は光磁気信号成分と直交する偏光成分の
光量をカットするものであり、見掛け上は、カー回転角
θｋが増加するが、光量は減少するので、全体でみれば
S/N向上とはならないものである。

方式の場合には、半導体レーザーと光磁気ディスク
との間の光路中に、ファラデー効果素子及び旋光子を挿
入する必要があり、透過波面に乱れを生じ、集光スポッ
トが大きくなってしまう。

方式の場合、光磁気ディスクの反射率によって特性
が変化してしまう。また、ARコート、ビート信号処理等
を必要とする複雑なものであり、かつ、半導体レーザの
高出力化を要し、安定性に欠けるため、高速処理に不向
きなものである。

課題を解決するための手段請求項１記載の発明では、レーザ光源と、集光光束を
記録された情報に対応して偏光方向を異ならせて反射さ
せる光磁気ディスクと、前記レーザ光源からの光束をこ
の光磁気ディスク面上に集光させる対物レンズと、前記
光磁気ディスクからの反射光を２方向に分離するビーム
スプリッタと、ビームスプリッタにより分離された一方
の光束を受光するフォーカス・トラック信号検出器とを
設けるとともに、接合面が入射光の偏光方向に対し非直
交・不平行状態に設定されてビームスプリッタにより分
離された他方の光束を受光する半導体レーザ光増幅器
と、この半導体レーザ光増幅器からの出力光を受光する
フォトダイオードとを設けた。

請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明におけ
るビームスプリタッタに代えて、偏光ビームスプリッタ
とし、反射光を光磁気信号成分とこれに直交する偏光成
分とに分離し、光磁気信号成分の光束を半導体レーザ光
増幅器に入力させるようにした。

請求項３記載の発明では、請求項１記載の発明におけ
るビームスプリッタにより分離された他方の光束を偏光
ビームスプリッタによりさらに２つの光束に分離するよ
うにし、この偏光ビームスプリッタにより分離れた光束
を各々個別に受光する２つの半導体レーザ光増幅器と、
これらの２つの半導体レーザ光増幅器からの出力光を各
々個別に受光する２つのフォトダイオードと、これらの
２つのフォトダイオードの出力差に基づき光磁気信号を
出力する差動回路とを設けた。

作用請求項１記載の発明によれば、ゲインが入射光の偏光
方向により変化する特性を持つ半導体レーザ光増幅器
を、接合面が入射光の偏光方向に対し非直交・不平行状
態に設定して光磁気信号検出部に設けているので、カー
回転による微小な偏光状態の変化を十分に大きな光量変
化に増幅変換できるため、フォトダイオードのショット
ノイズ、熱雑音或いは電気回路等のノイズなどを相対的
に小さなものとしてS/Nのよい光磁気信号検出が可能と
なる。この結果、再生時におけるレーザ光源の発光パワ
ーを低下させ得ることになり、発熱が少なく光源寿命が
伸びるものともなる。さらには、光磁気ディスクの高速
回転時においても、十分な光量で信号を検出できるの
で、光源の発光パワーを増加させることなく、高速デー
タ転送が可能となる。

また、請求項２記載の発明によれば、フォーカス・ト
ラック信号検出器と半導体レーザ光増幅器とに対する反
射光分離に偏光ビームスプリッタを用い、光磁気信号成
分の光束のみを半導体レーザ光増幅器により光増幅する
ので、一層高ゲイン化を図ることができるとともに、他
の光束はフォーカス・トラック信号検出器で有効に利用
できるものとなる。

さらに、請求項３記載の発明によれば、ビームスプリ
ッタにより分離れた光束の内、半導体レーザ光増幅器側
に向かう光束をさらに偏光ビームスプリッタで偏光分離
し、各々別の半導体レーザ光増幅器に入力させて光増幅
し、各々フォトダイオードで受光検知し、差動回路によ
り両者の差をとって光磁気信号とするので、上記のS/N
向上、高ゲイン化に加え、入射光に光量変化ノイズがあ
っても差動処理によりキャンセルできるものとなる。

実施例現在、光通信分野においては、光通信を電気信号に変
換せず、直接増幅できる光増幅器の研究が活発になされ
ている。このような光増加器としては半導体レーザ光増
幅器、ファイバ光増幅器等がある。この内、半導体レー
ザ光増幅器としては、ファブリペロー型と進行波型とが
ある。ファブリペロー型は、狭帯域で飽和出力が小さ
く、大きな偏光依存性を持つという特徴があり、進行波
型は広帯域で飽和出力が大きいが偏光依存性が小さいと
いう特徴がある。何れにしても、入射光の偏光依存性を
持ち、光通信分野においては、これが欠点となるため、
「光通信システムと光増幅」「半導体レーザ光増幅」
（文献“光学”第18巻第６号（1989年６月）、p282〜p2
90、p297〜p302…以下、資料１という）等に示されるよ
うに、これを解消する手段として幾つかの研究が報告さ
れている。

一方、光磁気記録においては、S/Nが前述した式によ
り表されるので、このような光増幅器を能動的な偏光分
離素子として応用することにより、飛躍的にS/Nを向上
させ得ることが期待できる。本発明は、このような光増
幅器を活用したものである。

まず、請求項１記載の発明の一実施例を第１図ないし
第３図に基づいて説明する。本実施例は、半導体レーザ
光増幅器の偏光依存性を利用して光磁気信号を検出する
ようにしたものである。第１図は、基本構成を示すもの
で、磁界印加ヘッド１と光ピックアップ光学系２とを用
いて情報の記録動作が行なわれる光磁気ディスク３が設
けられている。この光ピックアップ光学系２において
は、まず、記録／再生／消去用のレーザ光束を発するレ
ーザ光源としての半導体レーザ４が設けられている。半
導体レーザ４から発せられた直線偏光の光束はカップリ
ングレンズ５、ハーフプリズム６を経、さらに、対物レ
ンズ７を通って前記光磁気ディスク３面上に集光光束と
して照射される。記録時であれば、記録情報に応じて変
調されるとともに、前記磁界印加ヘッド１が作用して、
磁化反転により記録される。再生時には、レーザ光のみ
が集光照射される。

よって、光磁気ディスク３からの反射光は記録情報、
即ち、磁化方向に対応して、偏光方向が異なるようにカ
ー回転したものとなる。この反射光は再び対物レンズ７
を通った後、ハーフプリズム６で反射されて入射光と分
離され、検出系に向かう。この検出系として、まず、反
射戻り光を２方向に分離するビームスプリッタとしての
ハーフプリズム８が設けられている。このハーフプリズ
ム８により分離された一方を受ける周知のフォーカス・
トラック信号検出器９と、他方を受ける半導体レーザ光
増幅器10とが設けられている。半導体レーザ光増幅器10
にはその出力光を受光するフォトダイオード11が設けら
れている。半導体レーザ光増幅器10の接合面は、入射光
の偏光方向に対して直交せず、かつ、平行でもない状態
で配設されている。

ここに、半導体レーザ光増幅器10について説明する。
この増幅器が例えばファブリペロー型の場合、狭帯域で
偏光依存性が大きいので、前述したように通信分野には
不向きであるが、入力波長が特定されるような場合には
むしろ好都合といえる。即ち、ファブリペロー型の場
合、TE−TM波のゲインの相違として、例えば12dB（“OP
TICAL AMPLIFICATION BY SEMICONDUCTOR LASERS"‘Semi
conductors and Semimetals'vol.22、p273参照…以下、
文献２とする）あるので、第１図に示すようにこの半導
体レーザ光増幅器10の出力側に無分割のフォトダイオー
ド11を設置することにより、カー回転角の変化を従来の
16倍（12dB）の入力変化としてS/Nよく検出できる。

第２図を参照してさらに検討する。従来の偏光ビーム
スプリッタ、ウォラストンプリズム等の偏光分離素子を
用いた光磁気信号検出器では、第２図中のi₁で示すよう
に入射偏光方向を結晶軸に対して45°として、TE,TM成
分の分離光量を等しくし、オペアンプ等により電気的に
差動増幅を行なうことで電気ノイズをキャンセルするよ
うにしている。即ち、第２図において、例えばデータが
“0"のときには反射光は＋θｋ回転してi₂のようにな
り、データが“1"のときには反射光は−θｋ回転してi₃
のようになる。よって、２つのフォトダイオードにより
各々の光量変化Δie,Δimを検出し、電気的にΔie−Δi
mなる信号を得ることにより、同相ノイズをキャンセル
できるというものである。しかるに、本実施例によれ
ば、フォトダイオード11が受光する光量は、データが
“0"のときにはI₂、データが“1"のときにはI₃となり、
結局、I₃−I₂なる変化ΔＩがそのまま光磁気信号とな
る。

第３図は入力光の偏光角とゲインとの関係を示す特性
曲線であり、図中、下部に示す特性曲線が偏光ビームス
プリツタ等による従来例（２つのフォトダイオードをPD
₁，PD₂で示す）であり、上部に示す特性曲線が半導体レ
ーザ光増幅器10を用いた本実施例である（数値は、前述
した文献２を参照した）。

つづいて、請求項２記載の発明の一実施例を第４図及
び第５図により説明する。本実施例は、半導体レーザ光
増幅器で光磁気信号成分の偏光だけを増幅するようにし
たものである。即ち、差動増幅回路を用いないので、半
導体レーザ光増幅器10に対する入射偏光角を45°付近に
設定する必要はない。また、半導体レーザ光増幅器10は
その目的からして、フォトダイオード11ではノイズ等に
より検知できない程の微小光を入力として増幅するもの
であるので、第４図に示すように、ハーフプリズム８に
代えて、偏光ビームスプリッタ12を用いたものである。
この偏光ビームスプリッタ12は光磁気ディスク３からの
反射光の内、光磁気信号成分とこれに直交する偏光成分
とに分離し、光磁気信号成分の光束を半導体レーザ光増
幅器10に導き、光磁気信号成分に直交する偏光成分の光
束をフォーカス・トラック信号検出器９側に導くように
設置されている。即ち、第５図に示すように半導体レー
ザ光増幅器10と入射偏光角とが設定され、偏光ビームス
プリッタ12により、例えがTM波をフォーカス・トラック
信号検出器９側に導き、TE波（＝光磁気信号成分）を半
導体レーザ光増幅器10側へ導くように分離するものであ
る。データが“0"のときには半導体レーザ光増幅器10へ
の入力光がないので出力が０となり、データが“1"のと
きには微小なTE成分が半導体レーザ光増幅器10により増
幅されてフォトダイオード11で検知されるなお、偏光ビ
ームスプリッタ12による分離は100％である必要はな
く、不完全であってもよい。また、偏光ビームスプリッ
タ12の偏光分離方向と半導体レーザ光増幅器10の接合面
のTE,TMとが一致しなくてもよい。

さらに、請求項３記載の発明の一実施例を第６図ない
し第８図により説明する。本実施例は、２つの半導体レ
ーザ光増幅器を用い、偏光ビームスプリッタで分離した
各々の成分の光束を各々独立して光増幅した後で、差動
をとるプッシュプル方式として構成したものである。

本発明のように半導体レーザ光増幅器を用いて光増幅
した後でフォトダイオードに入力される場合、フォトダ
イオードの入力光は十分に大きいため、電気回路系のノ
イズは問題とはならない。しかし、半導体レーザ４は光
磁気ディスク反射率等に起因する光量ノイズがある場合
には、やはり、差動回路を用いるのが有効といえる。即
ち、第６図において、いま、検出中の光量i₀が、突然、
i₀′に増加した場合であっても、差動回路を用いれば、
常に、（ie−im）なる動作をしているので、i₀′時であ
っても、出力は、 ie′−im′＝（ie−im）＋（Δie−Δim）となり、Δie−Δim＝０として光量ノイズをキャンセル
できる。

このために、本実施例では第７図に示すように構成す
る。即ち、第１図の場合のように、光磁気ディスク３か
らの反射光を分離するハーフプリズム８のフォーカス・
トラック信号検出器９側でないほうの光束を、さらに偏
光分離する偏光ビームスプリッタ13を設け、この偏光ビ
ームスプリッタ13により分離されたTE波側を半導体レー
ザ光増幅器10側へ導く一方、分離されたTM波を受光する
他の半導体レーザ光増幅器14を設けたものである。ここ
に、これらの半導体レーザ光増幅器10,14は同一ゲイン
で増幅するように、半導体レーザ光増幅器14の接合面は
光軸を中心として、半導体レーザ光増幅器10の接合面に
対して90°回転して設置されており、入射TM波は半導体
レーザ光増幅器14にとってあたかもTE波と見える状態で
入射する。また、このような設置精度を考えると、半導
体レーザ光増幅器10,14としては、偏光依存性の小さい
進行波型のほうがよいといえる。前述した文献１のp284
によれば、進行波型の場合、25〜35dBなる高ゲインが得
られる。この半導体レーザ光増幅器14の出力光を受光す
るフォトダイオード15が設けられている。これらのフォ
トダイオード11,15の出力は差動回路16に入力されて両
者の差がとられ、その差が光磁気信号として出力され
る。

第８図はこれらの半導体レーザ光増幅器10,14の入出
力の偏光状態を示すものである。

なお、本実施例にあっても、偏光ビームスプリッタ13
による分離は不完全であってもよい。

発明の効果本発明は、上述したように構成したので、請求項１記
載の発明によれば、ゲインが入射光の偏光方向により変
化する特性を持つ半導体レーザ光増幅器を、接合面が入
射光の偏光方向に対して非直交・不平行状態に設定して
光磁気信号検出部に設けたので、カー回転による微小な
偏光状態の変化を十分に大きな光量変化に増幅変換で
き、よって、フォトダイオードのショットノイズ、熱雑
音或いは電気回路等のノイズなどを相対的に小さいもの
としてS/Nのよい光磁気信号検出を可能とし、この結
果、再生時におけるレーザ光源の発光パワーを低下させ
得ることになり、発熱が少なく光源寿命が伸びるものと
もなり、さらには、光磁気ディスクの高速回転時におい
ても、十分な光量で信号を検出できるので、光源の発光
パワーを増加させることなく、高速データ転送が可能と
なり、また、請求項２記載の発明によれば、フォーカス
・トラック信号検出器と半導体レーザ光増幅器とに対す
る反射光分離に偏光ビームスプリッタを用い、光磁気信
号成分の光束のみを半導体レーザ光増幅器により光増幅
するようにしたので、一層高ゲイン化を図ることができ
るとともに、他の光束をフォーカス・トラック信号検出
器で有効に利用させることができ、さらに、請求項３記
載の発明によれば、ビームスプリッタにより分離された
光束の内、半導体レーザ光増幅器側に向かう光束をさら
に偏光ビームスプリッタで偏光分離し、各々別の半導体
レーザ光増幅器に入力させて光増幅し、各々フォトダイ
オードで受光検知し、差動回路により両者の差をとって
光磁気信号とするようにしたので、上記のS/N向上、高
ゲイン化の効果に加え、入射光に光量変化ノイズがあっ
ても差動処理によりキャンセルできるものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は請求項１記載の発明の一実施例を示す検出光学
系の概略構成図、第２図は説明図、第３図は従来例と対
比して入力光の偏光角とゲインとの関係を示す特性図、
第４図は請求項２記載の発明の一実施例を示す検出光学
系の一部の概略構成図、第５図は入射偏光角と半導体レ
ーザ光増幅器との配置関係を示す説明図、第６図は請求
項３記載の発明の一実施例を示す差動動作の説明図、第
７図は検出光学系の一部を示す概略構成図、第８図は半
導体レーザ光増幅器の入出力光の偏光状態を示す説明図
である。３……光磁気ディスク、４……レーザ光源、７……対物
レンズ、８……ビームスプリッタ、９……フォーカス・
トラック信号検出器、10……半導体レーザ光増幅器、11
……フォトダイオード、12,13……偏光ビームスプリッ
タ、14……半導体レーザ光増幅器、15……フォトダイオ
ード

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光源と、集光光束を記録された情報
に対応して偏光方向を異ならせて反射させる光磁気ディ
スクと、前記レーザ光源からの光束をこの光磁気ディス
ク面上に集光させる対物レンズと、前記光磁気ディスク
からの反射光を２方向に分離するビームスプリッタと、
このビームスプリッタにより分離された一方の光束を受
光するフォーカス・トラック信号検出器と、接合面が入
射光の偏光方向に対し非直交・不平行状態に設定されて
前記ビームスプリッタにより分離された他方の光束を受
光する半導体レーザ光増幅器と、この半導体レーザ光増
幅器からの出力光を受光するフォトダイオードとよりな
ることを特徴とする光磁気信号検出器。
【請求項２】レーザ光源と、集光光束を記録された情報
に対応して偏光方向を異ならせて反射させる光磁気ディ
スクと、前記レーザ光源からの光束をこの光磁気ディス
ク面上に集光させる対物レンズと、前記光磁気ディスク
からの反射光を光磁気信号成分とこれに直交する偏光成
分とに分離する偏光ビームスプリッタと、この偏光ビー
ムスプリッタにより分離された光磁気信号成分に直交す
る偏光成分を受光するフォーカス・トラック信号検出器
と、前記偏光ビームスプリッタにより分離された光磁気
信号成分を受光する半導体レーザ光増幅器と、この半導
体レーザ光増幅器からの出力光を受光するフォトダイオ
ードとよりなることを特徴とする光磁気信号検出器。
【請求項３】レーザ光源と、集光光束を記録された情報
に対応して偏光方向を異ならせて反射させる光磁気ディ
スクと、前記レーザ光源からの光束をこの光磁気ディス
ク面上に集光させる対物レンズと、前記光磁気ディスク
からの反射光を２方向に分離するビームスプリッタと、
このビームスプリッタにより分離された一方の光束を受
光するフォーカス・トラック信号検出器と、前記ビーム
スプリッタにより分離された他方の光束をさらに２方向
に分離する偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームス
プリッタにより分離された光束を各々個別に受光する２
つの半導体レーザ光増幅器と、これらの２つの半導体レ
ーザ光増幅器からの出力光を各々個別に受光する２つの
フォトダイオードと、これらの２つのフォトダイオード
の出力差に基づき光磁気信号を出力する差動回路とより
なることを特徴とする光磁気信号検出器。