JP3434362B2 - 光カプラーおよび光ピックアップ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光導波路の上に格子構
造が設けられた光カプラーおよび、その光カプラーを備
える光ピックアップ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光導波路技術は光学系を集積化する技術
であり、精密光学装置の小型化や信頼性の向上、コスト
引き下げに有効であるという特徴を有する。また、光導
波路技術は光通信・計測をはじめとする多くの分野で利
用されており、上記特徴を活かして光ディスク用ピック
アップ装置、特に書き換え可能な光磁気ディスク用ピッ
クアップ装置への応用が試みられている。

【０００３】図８は、検出系を薄膜導波路上に集積化し
た、従来の光磁気ディスクピックアップ装置におけるそ
の全体構成の概要を示す斜視図である（信学技報ＯＱＥ
８６−１７７）。図面において、１０１は半導体レーザ
素子、１０２は集光レンズ、１０３は基板、１０４は導
波路層、１０５はＴＦＧＣ（３焦点集光グレーティング
カプラ）で、１０５ａと１０５ｃとは両端のＦＧＣ（集
光グレーティングカプラ）、１０５ｂは中央のＦＧＣ、
１０６は対物レンズ、１０７は光磁気記録媒体、１０８
₁〜１０８₅はフォトダイオード、１０９₁〜１０９₅は加
算アンプ、１１０₁〜１１０₂は差動アンプを示し、ま
た、ＭＯは光磁気信号、Ｆｏはフォーカス誤差信号、Ｔ
ｒはトラッキング誤差信号を示す。

【０００４】このピックアップ装置では、サーボ用光磁
気信号を検出するために、基板１０３上に集積化された
薄膜の導波路層１０４や、３焦点集光グレーティングカ
プラ１０５であるＴＦＧＣ１０５ａ〜１０５ｃ、フォト
ダイオード１０８₁〜１０８₅等の検出系を使用してい
る。

【０００５】図９（ａ）は、図８に示したピックアップ
装置における光磁気信号差動検出系を示す正面図であ
り、図９（ｂ）はその平面図を示す。図９における符号
は図８と同様であり、また、ｘ，ｙ，ｚは座標軸、Ｅｐ
は電界のＰ成分、ＥｓはＳ成分、ＰＤ１〜ＰＤ５はそれ
ぞれフォトダイオード１０８₁〜１０８₅の受光出力、θ
は入射角を示す。

【０００６】この図９において、光磁気記録媒体１０７
からの反射光は、電界のＰ成分（Ｅｐ）とＳ成分（Ｅ
ｓ）の合成ベクトルとして表わすことができる。また、
光導波路において直交するＴＥおよびＴＭモードの導波
光は、僅かではあるが異なる屈折率をもっている。

【０００７】そこで、光磁気信号差動検出系としては、
反射光の電界のＥｐ成分は、中央のＦＧＣ１０５ｂで位
相整合条件を満たし、ＴＭモードを励振する。他方、Ｅ
ｓ成分は、両端のＦＧＣ１０５ａ、１０５ｃで位相整合
条件を満たし、ＴＥモードを励振するように構成する。

【０００８】このように、３つのＦＧＣ１０５ａ〜１０
５ｃは、面分割型の互いに直交する２検出子として動作
するので、光磁気信号の差動検出を行なうことができ
る。すなわち、光磁気信号ＭＯは、下記（１）式によっ
て表わすことができる。

【０００９】 ＭＯ＝（ＰＤ１）＋（ＰＤ２）＋（ＰＤ４）＋（ＰＤ５）−（ＰＤ３）…（１ ） 次に、フォーカス誤差信号Ｆｏは、３つのＦＧＣ１０５
ａ〜１０５ｃの内、両端のＦＧＣ１０５ａ、１０５ｃを
用いて、フーコー法によって検出する。光磁気記録媒体
１０７が対物レンズ１０６から遠ざかったときは、記録
媒体１０７からの反射光は、集束光となり、ＦＧＣ１０
５ａ〜１０５ｃの集光点がフォトダイオード１０８₁，
１０８₂，１０８₄，１０８₅の手前側となる。その結
果、内側のフォトダイオード１０８₂，１０８₄に入射す
る光量が増える。逆に、光磁気記録媒体１０７が対物レ
ンズ１０６に近づいたときは、記録媒体１０７からの発
散光となり、外側のフォトダイオード１０８₁，１０８₅
に入射する光量が増加する。

【００１０】したがって、内側と外側のフォトダイオー
ドの検出信号の差から、フォーカス誤差信号Ｆｏが得ら
れる。このフォーカス誤差信号Ｆｏは下記（２）式とな
る。

【００１１】 Ｆｏ＝｛（ＰＤ２）＋（ＰＤ４）｝−｛（ＰＤ１）＋（ＰＤ５）｝…（２） また、トラッキング誤差信号Ｔｒも、同様に、両端のＦ
ＧＣ１０５ａ，１０５ｃを使用して、プッシュプル法に
より検出する。トラックからずれると、記録媒体７から
の反射光は、そのｘ軸方向の光強度分布が非対称とな
り、両端のＦＧＣ１０５ａ，１０５ｃに入射する光量に
差が生じる。この差を検出することによって、トラッキ
ング誤差信号Ｔｒが得られる。すなわち、トラッキング
誤差信号Ｔｒは、下記（３）となる。

【００１２】 Ｔｒ＝｛（ＰＤ１）＋（ＰＤ２）｝−｛（ＰＤ４）＋（ＰＤ５）｝…（３） 以上のように、この光磁気信号差動検出系により光磁気
信号ＭＯを検出する場合は、中央のＦＧＣ１０５ｂにお
いてＴＭモードを励振し、両端のＦＧＣ１０５ａ，１０
５ｃでＴＥモードを励振して、面分割した領域に関連し
た信号を差動検出している。

【００１３】図１０〜図１２は、別の従来の光磁気ディ
スク用ピックアップ装置を示している。このピックアッ
プ装置はより集積化されたものであり、本願出願人が提
案している（特願平４−２０２１２５）。図１０はその
ピックアップ装置を示す断面図であり、図１１はその斜
視図である。

【００１４】半導体レーザ素子２０１から出射された発
散光は、ガラス基板２０２の下面に設けられた第１の回
折格子２０３によって０次回折光（メインビーム）とト
ラッキングずれを検出するための±１次回折光（サブビ
ーム）とに分割される。分割された発散光は、ガラス基
板２０２の上面に設けられた第２の回折格子２０４を透
過し、コリメートレンズ２０５、対物レンズ２０６によ
って光磁気ディスク２０７上に集光される。

【００１５】光磁気ディスク２０７からの反射光は、対
物レンズ２０６によって再び光学系に取り込まれてコリ
メートレンズ２０５を透過して第２の回折格子２０４に
よって回折され、光導波路素子２０８上に集光される。
光導波路素子２０８上に集光された回折光の一部は、光
結合器２０９によって光導波路２１０内に導かれ、該光
導波路２１０内を伝搬した後、第２の光検出器２１６に
入射し、他は光導波路２１０を透過して第１の光検出器
２１１に入射する。

【００１６】第２の回折格子２０４は、図１１に示すよ
うにほぼ円形をなし、半円状に２分割されており、光磁
気ディスク２０７からの反射光を光導波路素子２０８内
の第１の光検出器２１１上に集光するのに適した曲線パ
ターンを有している。また、第１の回折素子２０３のパ
ターンは直線が一定の間隔で並べられたものである。図
１２（ａ）は光導波路素子２０８を示す平面図であり、
図１２（ｂ）は図１２（ａ）におけるＡ−Ａ′線による
断面図、図１２（ｃ）は図１２（ａ）におけるＢ−Ｂ′
線による断面図である。光導波路素子２０８は、第１、
第２の光検出器２１１、２１６が形成されたシリコン基
板２１３（図１０参照）の上に、導波層２１５およびク
ラッド層２１４からなる光導波路２１０が形成され、更
にその表面に光結合器２０９が形成されている。

【００１７】第１の光検出器２１１は５つの光検出部２
１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄ、２１１ｅを有
し、第２の光検出器２１６は４つの光検出部２１６ａ、
２１６ｂ、２１６ｃ、２１６ｄを有する。光結合器２０
９は２つの領域２０９ａ、２０９ｂを有し、光検出器２
１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃの上にのみ形成されてい
る。また、光導波路２１０内には光導波路２１０を伝搬
する２つの偏光、即ち、ＴＥ偏光とＴＭ偏光を分離する
偏光分離素子２１８ａ、２１８ｂが形成されている。

【００１８】第１の回折素子２０３によって回折され、
光磁気ディスク２０７上に集光された後、反射されるメ
インビームのうち、第２の回折素子２０４の一方の領域
２０４ａで回折された光は、光結合器２０９に入射し、
一部が光導波路２１０内に導かれる。残りの光は、光導
波路２１０を透過して、図１２（ａ）に示すように分割
線Ｄ上に集光スポット２１９ａを形成する。また、他方
の領域２０４ｂによって回折された光は、同様にして光
検出部２１１ｃ上に集光スポット２１９ａ’を形成す
る。また、二つのサブビームのうち一方のサブビームの
反射光は光検出部２１１ｄ上に二つの集光スポット２１
９ｃ、２１９ｃ’を形成し、他方のサブビームの反射光
は光検出部２１１ｅ上に二つの集光スポット２１９ｂ、
２１９ｂ’を形成する。

【００１９】然るに、フォーカス誤差信号ＦＥＳは、光
検出部２１１ａと２１１ｂの出力をＳａ、Ｓｂとする
と、下記（４）式を演算して得ることができる。

【００２０】ＦＥＳ＝Ｓａ−Ｓｂ …（４） また、光検出部２１１ｄと２１１ｅの出力をＳｄ、Ｓｅ
とすると、下記（５）式を演算すればトラッキング誤差
信号ＴＥＳを得ることができる。

【００２１】ＴＥＳ＝Ｓｄ−Ｓｅ …（５） さらに、光導波路素子２０８に設けられた光結合器２０
９によって光磁気ディスク２０７で反射されたメインビ
ームの一部が、光導波路２１０内に導かれて導波光２１
７となるので、この導波光２１７の偏光成分を知ること
により光磁気信号も検出できる。これをやや詳しく以下
に説明する。

【００２２】光磁気ディスク２０７で反射されたメイン
ビームのうち、第２の回折素子２０４の一方の領域２０
４ａで回折された光は、図１２に示すように光結合器２
０９の領域２０９ａによって、その一部が導波路２１０
に導かれ、導波光２１７ａとして伝搬し偏光分離素子２
１８ａによってＴＥ偏光とＴＭ偏光に分離される。ＴＥ
偏光は第２の光検出器２１６の光検出部２１６ａによっ
て、ＴＭ偏光は光検出部２１６ｂによって各々検出され
る。また、他方の領域２０４ｂによって回折された光
は、光結合器２０９の領域２０９ｂによって、その一部
が導波路２１０に導かれ、導波路２１７ｂとして伝搬し
偏光分離素子２１８ｂによってＴＥ偏光とＴＭ偏光に分
離される。ＴＥ偏光は第２の光検出器２１６の光検出部
２１６ｃによって、ＴＭ偏光は光検出部２１６ｄによっ
て各々検出される。

【００２３】このとき、光検出部２１６ａ、２１６ｂ、
２１６ｃ、２１６ｄの出力をそれぞれＭ１、Ｍ２、Ｍ
３、Ｍ４とすれば、光磁気信号ＭＯは下記（６）式で示
される演算を行えば得られる。なお、この演算は図示し
ない加算器と引算器によって行われる。

【００２４】 ＭＯ＝Ｍ１＋Ｍ４−（Ｍ２＋Ｍ３） … （６）

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の光ピッ
クアップ装置においては、その一部を構成しているＦＧ
Ｃや光導波路素子ではＴＥおよびＴＭのどちらか一方の
偏光成分しか励起できないため、光利用効率が悪いとい
う問題があった。また、前記ＦＧＣや光導波路素子では
両方の偏光が共に同じ方向へ励起されるため、別に偏光
分離素子が必要であり、製造工程が多くなるという問題
があった。

【００２６】本発明は、このような従来技術の課題を解
決すべくなされたものであり、ＴＥおよびＴＭのどちら
の偏光成分も同時的に励起でき、しかも異なる方向に励
起できる光カプラーを提供することを目的とする。ま
た、本発明は、より製造し易く且つ光利用効率のよい光
ピックアップ装置を提供することを目的とする。

【００２７】

【課題を解決するための手段】本発明の光カプラーは、
伝搬定数がｋ _TE であるＴＥモードと伝搬定数がｋ _TM であ
るＴＭモードとが導波される光導波路と、該光導波路の
上に格子ピッチが一定（格子定数Ｋを有する）になるよ
うに形成された格子構造とから成る光カプラーであっ
て、前記格子構造は、空気中での伝搬定数がｋ ₀ である
光が該光カプラーへ入射角θで入射するとき ｋ ₀ ・ｓｉｎ（θ）＋Ｋ＝ｋ _TE ｋ ₀ ・ｓｉｎ（θ）−Ｋ＝ｋ _TM を満足するよう、該入射角θ及び該格子定数Ｋが定めら
れて、 該光カプラーの格子構造に入射する光の異なる二
つの偏光成分のうち、該ＴＥモードに対応する偏光成分
を前進波として光導波路に結合させ、該ＴＭモードに対
応する偏光成分を、該前進波と１８０度方向が異なる後
進波として光導波路に結合させる構成となっており、そ
のことにより上記目的が達成される。

【００２８】

【００２９】本発明の光ピックアップ装置は、光源と、
該光源からの光を記録媒体上に集光させると共に該記録
媒体からの反射光を集光する光学系と、該記録媒体から
の反射光の光軸上に配置され伝搬定数がｋ _TE であるＴＥ
モードと伝搬定数がｋ _TM であるＴＭモードとが導波され
る光導波路および、該光導波路の上に格子ピッチが一定
（格子定数Ｋを有する）になるように設けられ、該記録
媒体からの反射光の一部を該光導波路へ導く格子構造を
有する光カプラーと、該光導波路内に導かれた光を検出
する光検出器とを具備する光ピックアップ装置であっ
て、該光カプラーの格子構造は、空気中での伝搬定数が
ｋ ₀ である光が該光カプラーへ入射角θで入射するとき ｋ ₀ ・ｓｉｎ（θ）＋Ｋ＝ｋ _TE ｋ ₀ ・ｓｉｎ（θ）−Ｋ＝ｋ _TM を満足するよう、該入射角θ及び該格子定数Ｋが定めら
れて、 該光カプラーの格子構造に入射する光の異なる二
つの偏光成分のうち、ＴＥモードに対応する偏光成分を
前進波として、ＴＭモードに対応する偏光成分を、該前
進波と１８０度方向が異なる後進波として光導波路に結
合させる構成となっており、そのことにより上記目的が
達成される。

【００３０】本発明の光ピックアップ装置は、光源と、
該光源からの光を記録媒体上に集光させると共に該記録
媒体からの反射光を集光する光学系と、該記録媒体から
の反射光の光軸上に設けられた光分岐手段と、該光分岐
手段にて分岐された光の光軸上に設けられ該分岐された
光を捉える第１の光検出器と、該光分岐手段を経た別の
光の光路上に配置され伝搬定数がｋ _TE であるＴＥモード
と伝搬定数がｋ _TM であるＴＭモードとが導波される光導
波路および、該光導波路の上に格子ピッチが一定（格子
定数Ｋを有する）になるように設けられ、該光分岐手段
からの光の一部を光導波路へ導く格子構造を有する光カ
プラーと、該光導波路内に導かれた光を検出する第２の
光検出器とを具備する光ピックアップ装置であって、該
光カプラーの格子構造は、空気中での伝搬定数がｋ ₀ で
ある光が該光カプラーへ入射角θで入射するとき ｋ ₀ ・ｓｉｎ（θ）＋Ｋ＝ｋ _TE ｋ ₀ ・ｓｉｎ（θ）−Ｋ＝ｋ _TM を満足するよう、該入射角θ及び該格子定数Ｋが定めら
れて、 該光カプラーの格子構造に入射する光の異なる二
つの偏光成分のうち、ＴＥモードに対応する偏光成分を
前進波として、ＴＭモードに対応する偏光成分を該前進
波と１８０度方向が異なる後進波として光導波路に結合
させる構成となっており、そのことにより上記目的が達
成される。

【００３１】

【作用】本発明における光カプラーは、ＴＥモードとＴ
Ｍモードとが導波される光導波路と、該光導波路の上に
形成された格子構造とから成る光カプラーであって、該
光カプラーに入射する光の異なる二つの偏光成分のう
ち、該ＴＥモードに対応する偏光成分は前進波として結
合させ、該ＴＭモードに対応する偏光成分は後進波とし
て結合させる構成となっている。したがって、ＴＥモー
ドに対応する偏光成分とＴＭモードに対応する偏光成分
とを共に励起し、かつ、それぞれを異なる方向に進行さ
せることが可能となり、光結合と空間的な偏光分離とを
併せて行うことができる。

【００３２】また、上記光カプラーの設計においては、
伝搬定数がｋ_TEであるＴＥモードと伝搬定数がｋ_TMであ
るＴＭモードとを導波させ得る光導波路上に格子定数Ｋ
を有する格子構造を形成し、空気中での伝搬定数がｋ₀
である光が前記光カプラーへ入射角θで入射するとき、
下記（７）式および（８）式を満足するよう入射角θ及
び格子定数Ｋを定めると良い。

【００３３】 ｋ₀・ｓｉｎ（θ）＋Ｋ＝ｋ_TE …（７） ｋ₀・ｓｉｎ（θ）−Ｋ＝ｋ_TM …（８） また、格子定数のゆらぎを考慮する場合は、下記（９）
式および（１０）式を満足するようにθ、Ｋを決定して
も良い。

【００３４】 Ｋ−２π／Ｄ≦ｋ_TE−ｋ₀・ｓｉｎ（θ）≦Ｋ＋２π／Ｄ …（９） Ｋ−２π／Ｄ≦ｋ_TM＋ｋ₀・ｓｉｎ（θ）≦Ｋ＋２π／Ｄ …（１０） 但し、Ｄは格子構造（グレーティング）が形成されてい
る領域の長さ このように構成された光カプラーにおいては、上述した
ように光を導波路内に導くと共に偏光分離を行い得るの
で、その光カプラーを備えた光ピックアップ装置として
は、より製造し易く且つ光利用効率の向上を図れる。そ
の場合において、上記光結合と偏光分離との機能を効率
的に実現するには、各偏光の伝搬定数と格子定数と光の
入射角と波長とが、前記（７）式および（８）式、また
は前記（９）式および（１０）式を満足するように設計
することが好ましい。

【００３５】

【実施例】以下に本発明の実施例を具体的に説明する。

【００３６】図１（ａ）は本実施例に係る光カプラーを
示す断面図であり、図１（ｂ）はその平面図である。図
２は入射光と導波光の伝搬定数の関係を示す図である。
本実施例の光カプラーは、光学的に透明な基板１と、そ
の上に薄膜を積層して形成された光導波路２と、さらに
その上に形成されたグレーティング３とから構成されて
いる。

【００３７】さて、光導波路２を伝搬するＴＥモードの
伝搬定数をｋ_TE、同じくＴＭモードの伝搬定数をｋ_TM、
光カプラーに入射する光の空気中での伝搬定数をｋ₀と
する。このとき、光カプラーへの入射光の入射角θ及び
グレーティング３の格子定数Ｋを、下記（１１）式およ
び（１２）式を満たすように定めると、下記（１３）式
および（１４）式が満足される。

【００３８】 ｋ₀・ｓｉｎ（θ）＝（ｋ_TE−ｋ_TM）／２ … （１１） Ｋ＝（ｋ_TE＋ｋ_TM）／２ … （１２） ｋ₀・ｓｉｎ（θ）＋Ｋ＝ｋ_TE … （１３） ｋ₀・ｓｉｎ（θ）−Ｋ＝ｋ_TM … （１４） それにより、図２に示すような伝搬定数の整合が実現さ
れ、入射光のＴＥ成分は＋Ｘ方向に進行する導波光、即
ち前進波に結合され、ＴＭ成分は−Ｘ方向に進行する導
波光、即ち後進波に結合される。なお、グレーティング
３の格子ピッチΛは｛図１（ｂ）参照｝、格子定数Ｋと
の関連において、Λ＝２π／Ｋの関係にあるので格子定
数Ｋより直接求められる。

【００３９】よって、本発明による光カプラーは、ＴＥ
成分とＴＭ成分の両方を同時に結合させるとともに、そ
れぞれの偏光成分を異なる方向に伝搬させるという従来
の光カプラーにない機能を有する。よって、本発明の光
カプラーを備えた光ピックアップ装置にあっては、光結
合効率を向上でき、また偏光分離素子などが不要になり
ことより装置の構成を簡略化でき、更には製造工程を簡
略化できるという利点がある。

【００４０】なお、格子定数Ｋにはゆらぎがあるので、
上記（１３）式および（１４）式は厳密に成立させる必
要はない。つまり、グレーティング３が形成されている
領域の長さをＤ｛図１（ｂ）参照｝とすると、格子定数
Ｋは±２π／Ｄのゆらぎがあるので、この範囲で（１
３）、（１４）式が成立すれば本発明による光カプラー
は前同様に動作する。即ち、下記（１５）式および（１
６）式を満足するようにθ、ｋ及びＤを決定しても良
い。

【００４１】 Ｋ−２π／Ｄ≦Ｋ_TE−ｋ₀・ｓｉｎ（θ）≦Ｋ＋２π／Ｄ … （１５） Ｋ−２π／Ｄ≦Ｋ_TM＋ｋ₀・ｓｉｎ（θ）≦Ｋ＋２π／Ｄ … （１６） 図３は、本発明の光カプラーにおける具体例を示す正面
図である。この光カプラーは、例えばＳｉからなる基板
４の表面に、熱酸化法により形成されたＳｉＯ₂層のバ
ッファ層５を有する。そのバッファ層５の上には、コア
層６であるＴａ₂Ｏ₅層及び上部クラッド層７であるＳｉ
Ｏ₂層が例えばスパッタ法により積層されている。更
に、上部クラッド層７の上のグレーティング８は、Ｔａ
₂Ｏ₅をパターニングして形成されている。

【００４２】このように構成された光カプラーにおける
各部の材料を次に説明する。基板４はガラス基板や光学
結晶なども利用できるが光検出器や増幅器などの電子回
路を形成できるＳｉ基板が有用である。コア層６はＴａ
₂Ｏ₅以外に例えば＃７０５９ガラスなどでも良いが、Ｔ
ＥモードとＴＭモードの伝搬定数の差が大きくなるよう
にするため、ＴｉＯ₂やＬｉＮｂＯ₃の様に屈折率が高
く、できれば２前後の物質を用いて薄い膜厚とするのが
好ましい。上部クラッド層７及びグレーティング８の材
料もコア層６に応じてＳｉＮやＳｉＯＮなどを選択して
良い。

【００４３】上記構成において、バッファ層５であるＳ
ｉＯ₂層の厚さを２μｍとし、更にコア層６のＴａ₂Ｏ₅
の膜厚を１００ｎｍ、上部クラッド層７であるＳｉＯ₂
の膜厚を１４０ｎｍ、入射光の真空中での波長を７８０
ｎｍとする。このような寸法にした場合、ＴＥモードの
伝搬定数ｋ_TEは１３．２９／μｍであり、ＴＭモードの
伝搬定数ｋ_TMは１２．４０／μｍである。したがって、
グレーティング８のピッチΛと入射角θとは、上記（１
１）式および（１２）式よりΛ＝０．４９μｍ、θ＝
３．１７゜とすれば良い。

【００４４】図４は、本発明に基づく光カプラーを使用
した光磁気ディスクピックアップ装置の全体構成図であ
る。図面において、１１は半導体レーザ素子、１２は集
光レンズ、１３は基板であり、基板１３の上に本発明に
基づく光カプラーが設けられている。その光カプラー
は、基板１３の上の光導波路層１４と、その上の２領域
に各々設けられたＦＧＣ１５ａ及び１５ｂからなる。ま
た、１６は対物レンズ、１７は光磁気記録媒体、１８₁
〜１８₅はフォトダイード、１９₁〜１９₅は加算アン
プ、２０₁〜２０₃は差動アンプを示し、また、ＭＯは光
磁気信号、Ｆ₀はフォーカス誤差信号、Ｔｒはトラッキ
ング誤差信号を示す。

【００４５】この図４に示す光ピックアップ装置では、
サーボ用光信号及び光磁気信号を検出するために、基板
１３上に集積化された薄膜の光導波路層１４や、光カプ
ラー１５であるＦＧＣ１５ａ、１５ｂ、フォトダイオー
ド１８₁〜１８₅等の検出系を使用している。

【００４６】図５（ａ）は、図４に示した光ピックアッ
プ装置における光磁気信号差動検出系を示す正面図であ
り、図５（ｂ）はその平面図である。図５における符号
は図４と同様であり、また、ｘ，ｙ，ｚは座標軸、Ｅｐ
は電界のＰ成分、ＥｓはＳ成分、ＰＤ１〜ＰＤ５はそれ
ぞれフォトダイオード１８₁〜１８₅の受光出力、θは入
射角を示す。

【００４７】この図５（ｂ）に示すように、光磁気記録
媒体１７からの反射光は、電界のＰ成分（Ｅｐ）とＳ成
分（Ｅｓ）の合成ベクトルとして表すことができる。ま
た、光カプラー１５は、ＴＥモードに対応する成分は前
進波として、ＴＭモードに対応する成分は後進波に結合
させるようになされている。従って、反射光のＥｓ成分
は前進波に結合されてフォトダイオード１８₁、１８₂、
１８₄、１８₅によって検出される。他方、反射光のＥｐ
成分は後進波に結合されフォトダイオード１８₃によっ
て検出される。したがって、光磁気信号ＭＯは、下記
（１７）式により表わすことができる。

【００４８】 ＭＯ＝（ＰＤ１）＋（ＰＤ２）＋（ＰＤ４）＋（ＰＤ５）−（ＰＤ３） …（１７） 次に、フォーカス誤差信号Ｆｏは、２つのＦＧＣ１５
ａ、１５ｂを用いて、フーコー法によって検出する。光
磁気記録媒体１７が対物レンズ１６から遠ざかったとき
は、記録媒体１７からの反射光は集束光となり、ＦＧＣ
１５の集光点がフォトダイオード１８₁、１８₂、１
８₄、１８₅の手前側となる。その結果、内側のフォトダ
イオード１８₂，１８₄に入射する光量が増える。逆に、
光磁気記録媒体１７が対物レンズ１６に近づいたとき
は、記録媒体１７からの発散光となり、外側のフォトダ
イオード１８₁，１８₅に入射する光量が増加する。した
がって、内側と外側のフォトダイオードの検出信号の差
から、フォーカス誤差信号Ｆｏが得られる。このフォー
カス誤差信号Ｆｏは、下記（１８）となる。

【００４９】 Ｆｏ＝｛（ＰＤ２）＋（ＰＤ４）｝−｛（ＰＤ１）＋（ＰＤ５）｝ …（１８ ） また、トラッキング誤差信号Ｔｒも、同様に、光カプラ
ー１５が２つのＦＧＣ１５ａ、１５ｂからなることを利
用して、プッシュプル法により検出する。トラックから
ずれると、記録媒体１７からの反射光は、そのｘ軸方向
の光強度分布が非対称となり、ＦＧＣ１５ａ、１５ｂに
入射する光量に差が生じる。この差を検出することによ
って、トラッキング誤差信号Ｔｒが得られる。すなわ
ち、トラッキング誤差信号Ｔｒは、下記（１９）式とな
る。

【００５０】 Ｔｒ＝｛（ＰＤ１）＋（ＰＤ２）｝−｛（ＰＤ４）＋（ＰＤ５）｝…（１９） このように本発明に基づく光カプラー１５は、その全面
で入射光のＥｓ、Ｅｐ両成分を導波路内に導くと共に、
それらの偏光方向に応じて異なる方向に導波させるの
で、光ピックアップ装置における光利用効率が向上し、
フォトダイオード１８₁〜１８₅からの信号のＳＮ比も改
善される。

【００５１】図６は本発明による光カプラーを用いた光
ピックアップ装置に好適な光導波路素子の一実施例であ
る。この光導波路素子は、特願平５−３０２９４７のも
のとは光カプラーの機能が異なる。この光カプラーを除
く光ピックアップ装置の全体構成は、従来例と同じで図
１０、図１１が適用できる。従って、ここでは導波路素
子の動作についてのみ説明する。

【００５２】図６（ａ）は、その光導波路素子１０８の
平面図であり、図６（ｂ）はその断面図である。光導波
路素子１０８は、第１、第２の光検出器３２、３３が形
成されたシリコン基板３９の上に、バッファ層３８、コ
ア層３７およびクラッド層３６からなる光導波路３５が
形成され、更にその表面にグレーティング３１が形成さ
れている。この光導波路３５とグレーティング３１とに
より光カプラーが構成される。第１の光検出器３２は５
つの光検出部３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ
を有し、第２の光検出器３３は４つの光検出部３３ａ、
３３ｂ、３３ｃ、３３ｄを有する。グレーティング３１
は２つの領域３１ａ、３１ｂを有し、光検出器３２ａ、
３２ｂ、３２ｃの上にのみ形成されている。

【００５３】図１０、１１に示すように、第１の回折素
子２０３によって回折され、光磁気ディスク２０７上に
集光された後、反射されるメインビームのうち、第２の
回折素子２０４の一方の領域２０４ａで回折された光
は、光カプラーのグレーティング３１に入射し一部が光
導波路３５内に導かれ、残りが光導波路３５を透過して
図６（ａ）に示すように分割線Ｄ上に集光スポット２１
９ａを形成する。また、他方の領域２０４ｂによって回
折された光は、同様にして光検出部３２ｃ上に集光スポ
ット２１９ａ’を形成する。また、二つのサブビームの
うち一方のサブビームの反射光は光検出部３２ｄ上に二
つの集光スポット２１９ｃ、２１９ｃ’を形成し、他方
のサブビームの反射光は光検出部３２ｅ上に二つの集光
スポット２１９ｂ、２１９ｂ’を形成する。

【００５４】従って、光検出部３２ａと３２ｂの出力の
差を検出することによりフーコー法に基づいたフォーカ
ス誤差信号ＦＥＳを得ることができる。また、光検出部
３２ｄと３２ｅの出力の差を検出することにより３ビー
ム法に基づいたトラッキング誤差信号ＴＥＳを得ること
ができる。

【００５５】図１０、１１に示すように、光磁気ディス
ク２０７で反射されたメインビームのうち、第２の回折
素子２０４の一方の領域２０４ａで回折された光は図６
（ａ）に示すように光カプラーのグレーティング３１の
領域３１ａによってその一部が導波路３５に導かれ、Ｔ
Ｅモードは前進波３４ａとして伝搬し、光検出部３３ａ
によって検出され、ＴＭモードは後進波３４ｂとして伝
搬し光検出部３３ｂによって検出される。

【００５６】また、他方の領域２０４ｂによって回折さ
れグレーティング３１の領域３１ｂに入射してその一部
が導波路３５に導かれた光も同様に、そのＴＥモードは
前進波３４ｃとして伝搬し光検出部３３ｃによって検出
され、ＴＭモードは後進波３４ｄとして伝搬し光検出部
３３ｄによって検出される。導波光の進行方向の重なり
を避けるため、導波光の進行方向は入射面から傾けられ
ている。

【００５７】ここで、グレーティング３１の格子ベクト
ルＫが導波光の進行方向と入射面のなす角をφ、光導波
路３５を伝搬するＴＥモードの伝搬定数をｋ_TE、ＴＭモ
ードの伝搬定数をｋ_TM、光カプラーに入射する光の空気
中での伝搬定数をｋ₀とする。このとき、光カプラーへ
の入射光の入射角θ及びグレーティングの格子定数Ｋ
を、下記（２０）式および（２１）式を満たすように定
めると、下記（２２）式および（２３）式が満足され
る。

【００５８】 ｋ₀・ｓｉｎ（θ）・ｃｏｓ（φ）＝（ｋ_TE−ｋ_TM）／２ …（２０） Ｋ＝（ｋ_TE＋ｋ_TM）／２ …（２１） ｋ₀・ｓｉｎ（θ）・ｃｏｓ（φ）＋Ｋ＝ｋ_TE …（２２） ｋ₀・ｓｉｎ（θ）・ｃｏｓ（φ）−Ｋ＝ｋ_TE …（２３） それにより、図７（ａ）および（ｂ）に示すような伝搬
定数の整合が実現される。この結果、図６（ｂ）に示す
ように、入射光のＴＥ成分は前進波３４ａあるいは３４
ｃに結合され、ＴＭ成分は後進波３４ｂ、３４ｄに結合
される。なお、グレーティング３１の格子ピッチΛは、
格子定数Ｋとの関連において、Λ＝２π／Ｋの関係にあ
るので、格子定数Ｋより直接求められる。また、格子方
向は導波光の進行方向に略直角に定めれば良い。

【００５９】

【発明の効果】本発明による光カプラーは、ＴＥモード
に対応する偏光成分は前進波として結合させ、ＴＭモー
ドに対応する偏光成分は後進波として結合させるので、
光結合と空間的な偏光分離とを併せて行うことが可能と
なり、光の有効利用と検出光学系の簡素化とを図ること
ができる。この結果、より製造し易く且つ光利用効率の
よい光ピックアップ装置を実現することができる。更に
は、各偏光の伝搬定数、格子定数、及び光の入射角並び
に波長が所定の条件を満足するように設計することによ
り、より効率的な光カプラーや光ピックアップ装置を実
現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本実施例に係る光カプラーを示す断面
図であり、（ｂ）はその平面図である。

【図２】本実施例の光カプラーにおける動作原理の説明
図である。

【図３】本発明の光カプラーにおける一具体例を示す正
面図である。

【図４】本発明に基づく光カプラーを使用した光ピック
アップ装置の全体構成図である。

【図５】（ａ）は図４に示した光ピックアップ装置にお
ける光磁気信号差動検出系を示す正面図、（ｂ）はその
平面図である。

【図６】（ａ）は本発明による光カプラーを用いた光ピ
ックアップ装置に好適な光導波路素子の一実施例を示す
平面図であり、（ｂ）はその断面図である。

【図７】図６の光導波路素子に備わった光カプラーにお
ける動作原理の説明図である。

【図８】従来の光磁気ディスク用ピックアップ装置の全
体構成を示す図である。

【図９】（ａ）は図８の光磁気ディスク用ピックアップ
装置における光磁気信号差動検出系を示す正面図であ
り、（ｂ）はその平面図である。

【図１０】従来の別の光磁気ディスク用ピックアップ装
置を示す断面図である。

【図１１】図１０の光ピックアップ装置の斜視図であ
る。

【図１２】（ａ）は図１０の光ピックアップ装置に備わ
った光導波路素子を示す平面図、（ｂ）は（ａ）におけ
るＡ−Ａ′線による断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ
−Ｂ′線による断面図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 光導波層 ３ グレーティング ４ 基板 ５ バッファ層 ６ コア層 ７ 上部クラッド層 ８ グレーティング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 南 功治 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 倉田 幸夫 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−368901（ＪＰ，Ａ) 特開 昭46−7390（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 6/122 G02B 6/126 G11B 7/135

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 伝搬定数がｋ _TE であるＴＥモードと伝搬
   定数がｋ _TM であるＴＭモードとが導波される光導波路
   と、該光導波路の上に格子ピッチが一定（格子定数Ｋを
   有する）になるように形成された格子構造とから成る光
   カプラーであって、前記格子構造は、空気中での伝搬定数がｋ ₀ である光が
   該光カプラーへ入射角θで入射するとき ｋ ₀ ・ｓｉｎ（θ）＋Ｋ＝ｋ _TE ｋ ₀ ・ｓｉｎ（θ）−Ｋ＝ｋ _TM を満足するよう、該入射角θ及び該格子定数Ｋが定めら
   れて、 該光カプラーの格子構造に入射する光の異なる二
   つの偏光成分のうち、該ＴＥモードに対応する偏光成分
   を前進波として光導波路に結合させ、該ＴＭモードに対
   応する偏光成分を、該前進波と１８０度方向が異なる後
   進波として光導波路に結合させる構成となっている、光
   カプラー。
2. 【請求項２】 光源と、該光源からの光を記録媒体上に
   集光させると共に該記録媒体からの反射光を集光する光
   学系と、該記録媒体からの反射光の光軸上に配置され伝
   搬定数がｋ _TE であるＴＥモードと伝搬定数がｋ _TM である
   ＴＭモードとが導波される光導波路および、該光導波路
   の上に格子ピッチが一定（格子定数Ｋを有する）になる
   ように設けられ、該記録媒体からの反射光の一部を該光
   導波路へ導く格子構造を有する光カプラーと、該光導波
   路内に導かれた光を検出する光検出器とを具備する光ピ
   ックアップ装置であって、 該光カプラーの格子構造は、空気中での伝搬定数がｋ ₀
   である光が該光カプラーへ入射角θで入射するとき ｋ ₀ ・ｓｉｎ（θ）＋Ｋ＝ｋ _TE ｋ ₀ ・ｓｉｎ（θ）−Ｋ＝ｋ _TM を満足するよう、該入射角θ及び該格子定数Ｋが定めら
   れて、 該光カプラーの格子構造に入射する光の異なる二
   つの偏光成分のうち、ＴＥモードに対応する偏光成分を
   前進波として、ＴＭモードに対応する偏光成分を、該前
   進波と１８０度方向が異なる後進波として光導波路に結
   合させる構成となっている、光ピックアップ装置。
3. 【請求項３】 光源と、該光源からの光を記録媒体上に
   集光させると共に該記録媒体からの反射光を集光する光
   学系と、該記録媒体からの反射光の光軸上に設けられた
   光分岐手段と、該光分岐手段にて分岐された光の光軸上
   に設けられ該分岐された光を捉える第１の光検出器と、
   該光分岐手段を経た別の光の光路上に配置され伝搬定数
   がｋ _TE であるＴＥモードと伝搬定数がｋ _TM であるＴＭモ
   ードとが導波される光導波路および、該光導波路の上に
   格子ピッチが一定（格子定数Ｋを有する）になるように
   設けられ、該光分岐手段からの光の一部を光導波路へ導
   く格子構造を有する光カプラーと、該光導波路内に導か
   れた光を検出する第２の光検出器とを具備する光ピック
   アップ装置であって、 該光カプラーの格子構造は、空気中での伝搬定数がｋ ₀
   である光が該光カプラーへ入射角θで入射するとき ｋ ₀ ・ｓｉｎ（θ）＋Ｋ＝ｋ _TE ｋ ₀ ・ｓｉｎ（θ）−Ｋ＝ｋ _TM を満足するよう、該入射角θ及び該格子定数Ｋが定めら
   れて、 該光カプラーの格子構造に入射する光の異なる二
   つの偏光成分のうち、ＴＥモードに対応する偏光成分を
   前進波として、ＴＭモードに対応する偏光成分を該前進
   波と１８０度方向が異なる後進波として光導波路に結合
   させる構成となっている、光ピックアップ装置。