JP3558747B2 - 記録再生装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、近赤外半導体レーザーと波長変換デバイスにより得られる短波長光源の基本波と高調波をともに使って、情報を記録再生する高密度光ディスクシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光源として波長７８０ｎｍ帯の近赤外半導体レーザを用いた記録再生可能な相変化型光ディスクシステム（以下、ＰＣと記す。）や光磁気ディスクシステム（以下、ＭＯと記す。）が広く普及している。また最近では、波長６７０ｎｍの赤色半導体レーザを用いた再生専用のディジタルビデオディスクシステム（以下、ＤＶＤと記す。）の開発も活発であり、今後赤色半導体レーザを用いた記録再生可能なシステムの開発が期待されている。このような半導体レーザを用いた記録再生装置の概略構成図を図１７に示す。
【０００３】
半導体レーザ３２から出射された光はフォーカシングレンズ３３により平行光に変換される。平行光に変換された半導体レーザ光はＰ偏光であることから偏光ビームスプリッタ３４を通過し、λ／４板３５で円偏光に変えられた後、対物レンズ３６によって光ディスク３７上に集光される。光ディスク３７からの反射光は対物レンズ３６およびλ／４板３５を通過し、Ｓ偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ３４で反射される。そして、検出レンズ３８とシリンドリカルレンズ３９を通過後、４分割検出器４０に導かれる。４分割検出器４０の４出力の総和が再生信号となり、４出力の周知の組み合わせにより、フォーカスエラー信号およびトラッキングエラー信号が検出される。半導体レーザ３２の出力を変調し、光ディスク３７上に情報としてマークを形成し、その形成されたマークをＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）の半導体レーザにて再生する。
【０００４】
このように従来では、光源として一つ半導体レーザのみを用いて、記録再生するシステムであった（特公平５−２３４１１号公報）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
現在、普及しているしている５インチのＰＣやＭＯの記録容量は６４０Ｍバイト程度で、今後マルチメディア時代を迎えるにあたり、大容量の記録密度を有する記録再生装置が必要不可欠になると思われる。記録密度の向上には、レーザの短波長化が大きく寄与する。波長４００ｎｍ帯のブルー光源を用いると、光源の波長化だけで現行の４倍に記録密度を向上できる。
【０００６】
波長４００ｎｍ帯のブルー光源を実現できる手段として、半導体レーザを用いた第２高調波発生（ＳＨＧ：ｓｅｃｏｎｄ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）がある。現在のところ、出力数ｍＷの波長４３０ｎｍのブルー光が得られている。ＰＣやＭＯ光ディスクの再生は、数百μＷ程度の光ディスク上パワーで実現できるため、数ｍＷ程度のブルー光源で十分である。しかしながら、記録時には出力として一桁以上の出力を必要とする。そのため、記録再生可能なシステムを実現するためには、半導体レーザの高出力化や波長変換素子の高効率化が必要となる。
【０００７】
本発明は、短波長光を用いた新規の記録再生装置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明は、
（１）少なくとも互いに波長が異なる第１及び第２の光を同一光軸に出射する光源の、第１の光と第２の光を同時に記録可能層を有する光学式情報記録媒体に集光し、第２の光で光学式情報記録媒体の記録可能層への情報の記録・再生を行い、記録可能層に情報を記録する際には第１の光を同時に記録可能層に照射することで、低出力の第２の光で情報可能層への記録を可能にするものである。
【０００９】
また本発明は、
（２）少なくとも互いに波長が異なる第１及び第２の光を同一光軸に出射する光源の、第１の光と第２の光を同時に記録可能層を有する光学式情報記録媒体に集光し、第２の光で光学式情報記録媒体の記録可能層に情報を記録・再生を行い、同時に第１の光で記録可能層の情報を消去することで、ダイレクトオーバーライトが可能な記録再生装置を提供するものである。
【００１０】
さらに本発明は、
（３）少なくとも互いに波長が異なる第１及び第２の光を同一光軸に出射する光源の、第１の光と第２の光を同時に記録可能層を有する光学式情報記録媒体に集光する記録再生装置において、集光光学系の色補正を行い第１の光と第２の光を同時に収差なく集光できる記録再生装置を提供するものである。
【００１１】
また本発明は
（４）少なくとも互いに波長が異なる第１及び第２の光を同一光軸に出射する光源の、第１の光と第２の光を同時に記録可能層を有する光学式情報記録媒体に集光し、第１の光で光学式情報記録媒体の記録可能層への情報の記録を行い、第２の光で光学式情報記録媒体の記録可能層に記録された情報の再生を行うことで、低出力の第２の光で記録再生を可能にした記録再生装置を実現するものである。
【００１２】
さらに本発明は、
（５）少なくとも互いに波長が異なる第１及び第２の光を同一光軸に出射する光源の、第１の光と第２の光を同時に記録可能層を有する光学式情報記録媒体に集光し、超解像に集光された第１の光で光学式情報記録媒体の記録可能層への情報の記録を行い、第２の光で光学式情報記録媒体の記録可能層に記録された情報の再生を行うことで、低出力の第２の光で高密度の記録再生が可能な記録再生装置を実現するものである。
【００１３】
また本発明は、
（６）近赤外半導体レーザーと波長変換デバイスにより得られる短波長光源で記録可能層を有する光学式情報記録媒体に情報を記録する際、基本波を高周波重畳し、その重畳周波数を周波数変調したり、バイアス電流を変化させることで高調波出力を多値変調し、安定な記録再生装置を実現するものである。
【００１４】
また本発明は、
（７）近赤外半導体レーザーと波長変換デバイスにより得られる短波長光源で記録可能層を有する光学式情報記録媒体に情報を記録する際、基本波を高速に変調し、その変調周期を変化させることで高調波の平均出力を多値変調し、安定な記録再生装置を実現するものである。
【００１５】
【作用】
ブルー・グリーン光領域の半導体レーザにおいて、１０ｍＷ以上の高出力を得ることは現状困難である。そのため、この半導体レーザと同一光軸に出射するもう一つの半導体レーザを備え、２つの光を同時に記録可能層を有する光学式情報記録媒体に集光する。光学式情報記録媒体の記録可能層への情報記録は、記録層をレーザで照射し、ある温度以上に達すると結晶状態変化し、マークとして記録される。そのため、集光するレーザ光の強度を調整することで、マークの大きさを調整できる。
【００１６】
一方、情報再生は、マークでの回折光を読みとるため、十分に小さいスポットまで集光される必要がある。本発明の利点は、もう一つの半導体レーザにより光ディスクに情報記録したり、もう一つの半導体レーザを光ディスクに照射しながら、ブルーグリーンの半導体レーザで記録したりすることで、低出力のブルーグリーン半導体レーザでも高密度の記録再生装置を可能にするものである。
【００１７】
特に、近赤外半導体レーザーと波長変換デバイスにより得られる短波長光源を用いて記録可能層を有する光学式情報記録媒体に情報を記録再生する記録再生装置において、高調波光の出力は、基本波光の出力に比べて一桁程度小さい。一般に基本波光と高調波光は同一点より出射するため、集光レンズ系を選べば同一点に集光することも可能である。本発明のように、基本波を照射して記録可能層の温度を上昇させ高調波で情報の記録を可能にしたり、基本波で情報の記録を行い高調波で記録の再生を行うことで、数ｍＷ程度の高調波出力でも記録再生装置を実現できる。
【００１８】
また、基本波を高周波で変調し、その変調周波数を変化させることで、容易に高調波を多値の出力レベルに変調でき、近赤外半導体レーザーと波長変換デバイスにより得られる短波長光源を用いて記録可能層を有する光学式情報記録媒体に情報を記録再生する記録再生装置を実現できる。
【００１９】
【実施例】
（実施例１）
本実施例では、基本波である半導体レーザ光を波長変換し得られた高調波光を用いて光ディスク上に記録する際、同時に半導体レーザ光を照射し、低出力の高調波光で光ディスク上に記録できる記録再生装置について説明する。
【００２０】
本発明の記録再生装置を概略構成図１を用いて説明する。
図１は、光源としてＬｉＴａＯ３結晶を基板としたＱＰＭーＳＨＧデバイスによるＳＨＧブルー光源１を用いた記録再生装置である。概略構成図１の２はコリメートレンズ、３は基本波のみをカットするためのフィルタ、４は波長４３０ｎｍ用の偏光ビームスプリッタ、５は波長４３０ｎｍ用のλ／４板であり、ブルー光は円偏光に変換される。６は対物レンズであり、７は記録再生可能な光ディスクであり、図示しないアクチュエータが対物レンズ６と光ディスク７との距離を一定に保つ。
【００２１】
本実施例では記録可能な光ディスクとして相変化型光ディスク７を用いた。その構造を図２に示す。ポリカーボネート基板１２上にＺｎＳ−ＳｉＯ２が蒸着され、さらに記録層１３であるＧｅＳｂＦｅが積層され、記録層を再びＺｎＳ−ＳｉＯ２で挟み、最後に反射膜１４としてＡｌが積層されている。
【００２２】
フィルタ１１は、基本波である半導体レーザ光をカットするためのものである。検出レンズ８、シリンドリカルレンズ９、フォトダイオード１０はフォーカス、トラッキングなどのサーボ系および再生信号の検出に用いられる。
【００２３】
図１におけるＳＨＧブルー光源について詳しく説明する。ＳＨＧブルー光源の概略構成図を図１６に示す。２５は０．８６μｍ帯のＡｌＧａＡｓ半導体レーザー、２６はＮ．Ａ．＝０．５のコリメートレンズ、２７はλ／２板、２８はＮ．Ａ．＝０．５５のフォーカシングレンズである。ＬｉＴａＯ３基板２４上には光導波路２９と周期的な分極反転領域３０が形成されている。コリメートレンズ２６で平行になったレーザー光は、λ／２板２７で偏向方向を回転され、フォーカシングレンズ２８で分極反転型光導波路デバイスの光導波路２９の端面に集光され、周期４．０μｍの分極反転領域３０をもつ光導波路２９を導波し、光導波路２９の出射端面より高調波光と変換されなかった基本波が出射される。狭帯域バンドパスフィルタ３１により、半導体レーザ２５の波長は分極反転型光導波路デバイスの位相整合波長許容度内に固定される（北岡他、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｖｏｌ．１， Ｎｏ．２，（１９９４） ｐｐ．２２７）。
【００２４】
半導体レーザー２５の光導波路２９内への入射光強度７２ｍＷに対し、波長４３０ｎｍのブルー光が８ｍＷ程度得られている。概略構成図１６では、分極反転型導波路デバイスの位相整合波長に半導体レーザの波長を一致させるため、狭帯域バンドパスフィルタ３１を用いたが、反射型のグレーティングや光導波路上の分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を用いたＳＨＧブルー光源も実現されている。また、最近ではＤＢＲ部が半導体レーザに集積化されたＤＢＲ半導体レーザを用いたＳＨＧブルー光源も実現されている。
【００２５】
次に、光ディスク７への記録方法について説明する。ＳＨＧブルー光源１の光導波路から得られる基本波である半導体レーザ光及び高調波であるブルー光は、コリメートレンズ２により平行光に変換される。コリメートレンズ２はブルー光に対して特に収差がないように設計されている。基本波をカットするためのフィルタ３は取り除かれている。
【００２６】
半導体レーザ光とブルー光は、偏光ビームスプリッタ４及びλ／４板５を透過し、ブルー光のみが円偏光に変換される。対物レンズ６により、半導体レーザ光及びブルー光は光ディスク７上に集光される。対物レンズ６もブルー光に対して特に収差がないように設計されている。本実施例で用いられる対物レンズの開口数（ＮＡ）は０．６である。
【００２７】
光ディスク７からの反射ブルー光は、λ／４板５が再び透過し、偏光方向が９０度回転し、偏光ビームスプリッタ４で進行方向が９０度曲げられる。フィルタ１１により基本波はカットされ、検出レンズ８とシリンドリカルレンズ９を透過したブルー光は、フォトダイオード１０に導かれる。フォトダイオード１０は４分割になっていて、ＲＦ信号、フォーカス信号、トラッキング信号を検出した。
【００２８】
本実施例では、フォーカスサーボは非点収差法で、トラッキングサーボはプッシュプル法で行われる。また本実施例では、ブルー光で情報の記録再生を行うため、ブルー光を用いてサーボ系を動作させている。
【００２９】
相変化型光ディスク７は、結晶状態とアモルファス状態の光学定数の差を利用して情報を記録する媒体である。ブルー出力と結晶状態の関係を図３に示す。始め、記録媒体は結晶状態にある。１０ｍＷ程度の光を照射すると結晶温度が融点を越え、そしてレーザ照射が止まり、急冷するとアモルファス状態になる。このようにして記録媒体上にアモルファス状態のマークが得られる。
【００３０】
再び５ｍＷ程度のブルー光を記録媒体に照射すると、アモルファス状態から結晶状態に変化し、記録マークが消去された。相変化型光ディスク上に情報を記録する場合、出力として１０ｍＷ以上必要であるが、この値は記録層の材料、光ディスクの回転数などにより変化する。本実施例では、ブルー光源の出力は７ｍＷ程度であるため、通常であれば記録することが不可能である。そこで、基本波を光ディスク７上に照射することを試みる。光ディスク７上でのブルー光は、半値全幅で約０．４μｍのスポットに集光される。
【００３１】
一方、基本波である半導体レーザ光は、レンズの収差があることと、波長が長いため、１μｍ程度までしか集光できない。光ディスク７上での基本波の照射パワーは５０ｍＷであるが、集光されたスポットでのパワー密度に換算すると４ｍＷ程度の効果しかない。本実施例では、記録時にはフィルタ３が取り除かれるため、基本波である半導体レーザ光も同時に光ディスク７上に照射されている。本実施例で用いられている記録層材料の相変化材料は、上記のようにある一定の強度以上の光が照射されると記録マークが形成される。すなわち、温度が溶融温度に達した領域のみがアモルファス化して記録マークとなる。ブルー光のみが照射された時のディスクの温度分布は図４（ａ）であり、この状態では溶融温度に達しないため記録マークは形成されない。しかしながら、基本波が照射されると、図４（ｂ）のようになり溶融温度に達するため記録マークが形成される。ここでブルー光の出力を変調すると、図３（ｃ）のように情報が光ディスク７上に記録される。ブルー光の変調方法は、半導体レーザを直接変調しても、半導体レーザ光の波長変動や波長変換デバイスの位相整合波長の変動を利用しても、有効である。
【００３２】
次に再生方法について説明する。
再生時には、半導体レーザの出力を１ｍＷ程度に低下し、基本波はカットするためのフィルタ３を挿入する。ブルー光のみが光ディスク７上に導かれ、光ディスク７から反射光は、フォトダイオード１０に導かれ、光ディスク７に記録された情報を再生する。
【００３３】
消去時には、フィルタ３を挿入し、ＳＨＧブルー光源の出力を５ｍＷ程度に調整し、記録マーク上を照射すると、アモルファス状態のスポットは結晶化し、情報は消去される。
【００３４】
ここで、基本波を照射しながら、ブルー光を３ｍＷと７ｍＷの間で出力を変調することで、記録された情報を消去しながら、情報を記録再生することも可能であり、記録と消去を同時に行うダイレクト・オーバーライト記録も可能となる。
【００３５】
このように、本実施例のようなＳＨＧブルー光源を用いた記録再生装置では、基本波である半導体レーザの５０％程度と波長変換されたブルー光が同一光軸に出射される。特に、光導波路型波長変換デバイスの場合、複屈折性を利用した位相整合方式のバルク型波長変換デバイスのようにウォークオフもないため、完全に同一光軸の光として得られる。このように２つの光が同軸で出射されるＳＨＧブルー光源を用いた光ピックアップ場合に、基本波と高調波を同一箇所に同時に光ディスク上に集光するできるため、低出力のブルー光でも高密度の記録再生装置が実現できる。
【００３６】
本実施例では、光源としてＬｉＴａＯ３結晶を基板とした光導波路型波長変換デバイスによるＳＨＧブルー光源を用いたが、ＬｉＮｂＯ３結晶やＫＴｉＯＰＯ４結晶を基板とした光導波路型波長変換デバイスにより得られるＳＨＧブルー光源を用いても同様の効果が得られる。
【００３７】
また、本実施例のように光導波路型波長変換デバイスを代わりに、擬似位相整合方式のバルク型波長変換デバイスを用いても、半導体レーザ光と高調波光が同一光軸として得られ、同様の効果が得られる。擬似位相整合方式のバルク型波長変換デバイスは、電圧印加法、電子ビーム（ＥＢ）法、集束イオンビーム（ＦＩＢ）法など各種の方法で作製される。擬似位相整合方式のバルク型波長変換デバイスは、基本波である半導体レーザ光を結晶のｘ方向、もしくはｙ方向に入射させるため、ウォークオフが発生せず、半導体レーザ光と高調波光が同一光軸として得られるため、光導波路型波長変換デバイスと同様の効果が得られ、このような光源を用いても本実施例のように、基本波で照射しながら、高調波光で記録することが可能である。
【００３８】
また、複屈折性を利用した位相整合方式の波長変換デバイスの中でも、比較的ウォークオフ角が小さい結晶では、光軸が少し程度ずれても、高調波の集光スポット上に基本波を照射することが可能であるため、このような光源を用いても本実施例のように、基本波で照射しながら、高調波光で記録することが可能である。
【００３９】
さらに、本実施例では、波長変換によるＳＨＧブルー光源を用いた記録再生装置について説明したが、光源から出射される第２の光は、第１の光の高調波である必要はなく、２つの半導体レーザを同一光軸に結合した光源を用いても同様の効果が得られる。例えば、波長６８０ｎｍ帯の高出力（４０ｍＷ）赤色半導体レーザと波長４８０ｎｍ帯の低出力（５ｍＷ）ＺｎＳｅ系青色半導体レーザを誘電体多層膜からなる波長選択ミラーにより同一光軸に結合した光源を用いた記録再生装置において、赤色半導体レーザを光ディスクに照射しながら、青色半導体レーザを変調して情報を相変化型光ディスクに記録することができる。このように、数ｍＷ程度の青色半導体レーザを用いても、高密度の記録再生装置が実現できる。
【００４０】
本実施例において、光ディスクとして相変化型の記録材料を用いた記録再生装置について説明したが、光ビームの強度変化を用いて記録マークを形成するタイプの記録材料であれば、どのようなものにも適用できる。例えば、光磁気ディスクにおいても、ブルー光強度だけでは記録マークを形成するのに必要な強度に達していなくても、基本波である半導体レーザ光の分だけで光エネルギーを増加させることができるので、光磁気記録層をキュリー温度近くまで熱することができるので、比較的低出力のブルー光でも情報を記録することができる。
【００４１】
（実施例２）
本実施例では、基本波である半導体レーザ光を光ディスクに照射し、光ディスク上に記録された情報を消去し、同時に高調波光で情報の記録を行うことができる記録再生装置について説明する。
【００４２】
本発明の記録再生装置を概略構成図４を用いて説明する。概略構成図４は、概略構成図１とほぼ同じ構成である。実施例１と異なるのは、コリメートレンズ２及び対物レンズ６が、高調波光であるブルー光だけでなく、半導体レーザ光に対しても収差なく集光できるように設計されていることである。また実施例２では基本波光を情報の消去に用いるため出力を一定に保つ必要があり、記録時におけるブルー光の変調は、半導体レーザ光の波長変動や波長変換デバイスの位相整合波長の変動を利用して行っている。たとえば、ＤＢＲ（分布ブラッグ反射器）半導体レーザを基本波として用い、ＤＢＲ部に電流注入し、発振波長を変動させる。このとき、ＤＢＲ部の注入電流を変調することで、基本波の出力をほとんど変調せず、得られるブルー光のみを変調できる。また、光導波路型波長変換素子の光導波路上に電極を設け、電極への印加電圧を変調することで、基本波の出力を変調せず、ブルー光のみを変調できる。
【００４３】
記録方法について説明する。ＳＨＧブルー光源１の光導波路から得られる基本波である半導体レーザ光及び高調波であるブルー光は、コリメートレンズ２により平行光に変換される。基本波をカットするためのフィルタ３は取り除かれる。半導体レーザ光とブルー光はＮＤフィルタ１５、偏光ビームスプリッタ４及びλ／４板５を透過し、ブルー光のみが円偏光に変換される。ＮＤフィルタ１５は、光ディスク上での半導体レーザ光の出力を調整するために用いられる。対物レンズ６により、半導体レーザ光及びブルー光は光ディスク７上に集光される。対物レンズ６は、半導体レーザ光及び高調波光に対して収差がないように設計されているので、光ディスク７上のほぼ同じ位置に集光される。対物レンズの開口数（ＮＡ）は０．６である光ディスク７上での半導体レーザ光およびブルー光の出力は、それぞれ７ｍＷ、５ｍＷである。実施例１と同様、半導体レーザ光は、低出力の高調波光で記録できるように役立っている。本実施例では、半導体レーザ光が収差なく光ディスク上に集光され、その出力が５ｍＷ程度あるため、図５に示すように基本波だけで消去レベルを越えていて、半導体レーザ光が照射された部分は、結晶状態になり記録されたマークは消去される。この状態で高調波光を変調することで光ディスク上に情報を記録できる。すなわち、本実施例では基本波である半導体レーザ光で記録マークを消去し、同時に高調波であるブルー光で記録できるため、ダイレクトオーバーライトの記録再生装置を容易に実現できる。再生は、実施例１と同様の方法で行われる。
【００４４】
このように、本実施例のようなＳＨＧブルー光源を用いた記録再生装置では、基本波である半導体レーザの５０％程度と波長変換されたブルー光が同一光軸に出射される。特に、光導波路型波長変換デバイスの場合、複屈折性を利用した位相整合方式のバルク型波長変換デバイスのようにウォークオフもないため、完全に同一光軸の光として得られるため、実施例１と同様、基本波と高調波を同時に光ディスク上に集光することで、通常よりも低出力のブルー光で光ディスク上に情報を記録することができる。また、実施例２では、ブルー光の変調をＤＢＲ部や光導波路型波長変換素子により行っているため、半導体レーザ光の出力を一定に保持できる。そのため、実施例１よりも安定に光ディスク上の情報を消去でき、より安定なダイレクト・オーバーライトが実現できる。
【００４５】
本実施例では、基本波で記録し、高調波で再生するため、基本波に対しても高調波に対しても収差のないコリメートレンズおよび対物レンズが絶対不可欠である。このようなレンズは組レンズにより実現できるが、基本波である半導体レーザ光とブルー光を同時に収差なく集光するために、色補正用のレンズを２つのレンズの間に挿入しても得られる。そして、色補正用レンズが液晶レンズであると印加電圧により高調波及び基本波の収差を補正することができる。また、コリメートレンズとＳＨＧブルー光源または、対物レンズと光ディスクの間に、色補正用ガラス板を挿入しても得られる。ただし、上記色補正用レンズおよび色補正用ガラス板は、必要な光の波長により自由に出し入れができるようになっている。
【００４６】
本実施例では、光源としてＬｉＴａＯ３結晶を基板とした光導波路型波長変換デバイスによるＳＨＧブルー光源を用いたが、ＬｉＮｂＯ３結晶やＫＴｉＯＰＯ４結晶を基板とした光導波路型波長変換デバイスにより得られるＳＨＧブルー光源を用いても同様の効果が得られる。
【００４７】
また、本実施例のように光導波路型波長変換デバイスを代わりに、実施例１同様に、擬似位相整合方式のバルク型波長変換デバイスを用いても、半導体レーザ光と高調波光が同一光軸として得られ、本実施例のように、基本波で消去しながら、高調波光で記録することが可能である。
【００４８】
また、複屈折性を利用した位相整合方式の波長変換デバイスの中でも、比較的ウォークオフ角が小さい結晶では、光軸が少し程度ずれても、高調波の集光スポット上に基本波を照射することが可能であるため、このような光源を用いても本実施例のように、基本波で照消去しながら、高調波光で記録することが可能である。
【００４９】
本実施例において、光ディスクとして相変化型の記録材料を用いた記録再生装置について説明したが、光ビームの強度変化を用いて記録マークを形成するタイプの記録材料であれば、どのようなものにも適用できる。例えば、光磁気ディスクにおいても、ブルー光強度だけでは記録マークを形成するのに必要な強度に達していなくても、基本波である半導体レーザ光の分だけで光エネルギーを増加させることができるので、光磁気記録層をキュリー温度近くまで熱することができるので、比較的低出力のブルー光でも情報を記録することができる。
【００５０】
（実施例３）
本実施例では、基本波である半導体レーザ光により光ディスク上に情報を記録し、高調波であるブルー光により光ディスク上に記録された情報の再生を行うことができる記録再生装置について説明する。
【００５１】
本発明の記録再生装置を概略構成図６を用いて説明する。概略構成図６は、概略構成図１とほぼ同じ構成である。本実施例の構成では、コリメートレンズ１及び対物レンズ６が、高調波光であるブルー光だけでなく、半導体レーザ光に対しても収差なく集光できるように設計されていて、また本実施例では基本波を用いて情報の記録を行うため半導体レーザが直接変調できるように、駆動電源に変調器が取り付けられている。また、ブルー光を再生時のみ利用するため、本実施例で用いられるＳＨＧブルー光源１の出力は１ｍＷ程度である。この時の半導体レーザ出力も実施例１および４よりも低く、４０ｍＷ程度である。
【００５２】
まず始めに記録方法について説明する。ＳＨＧブルー光源１の光導波路から得られる基本波である半導体レーザ光及び高調波であるブルー光は、コリメートレンズ２により平行光に変換される。記録時には、基本波をカットするためのフィルタ３は取り除かれる。半導体レーザ光とブルー光は、偏光ビームスプリッタ４及びλ／４板５を透過し、ブルー光のみが円偏光に変換される。対物レンズ６により、半導体レーザ光及びブルー光は光ディスク７上に集光される。対物レンズ６は、半導体レーザ光及び高調波光に対して収差がないように設計されているので、光ディスク７上のほぼ同じ位置に集光される。対物レンズの開口数（ＮＡ）は０．６である。光ディスク７上での半導体レーザ光およびブルー光の出力は、それぞれ１５ｍＷ、１ｍＷである。本実施例では、基本波である半導体レーザ光が光ディスク７上に集光し、半導体レーザを直接変調して情報を記録する。基本波をカットするためのフィルタ１１が挿入され、フォーカスおよびトラッキングサーボ動作は、実施例１、２と同様にブルー光を用いて、フォーカスサーボは非点収差法で、トラッキングサーボはプッシュプル法で行われる。
【００５３】
ここで光ディスク７上に波長８６０ｎｍ帯の半導体レーザを用いて、０．３μｍ以下の記録マークを形成する方法について、図７を用いて詳しく説明する。実施例１及び２のように、ブルー光により光ディスク上に情報を記録するときには、集光スポット径が０．４μｍ以下のため、０．３μｍ程度の記録マークを形成することは容易である。本実施例で用いられている記録層材料の相変化材料は、ある一定の強度以上の光が照射されるとマークが形成される。すなわち、温度が溶融温度に達した領域のみがアモルファス化して記録マークとなる。照射されるブルー光のビーム強度分布は図７（ａ）のようにガウス分布をしており、中央部が強く周辺部にいくにつれて弱くなる。記録層の温度分布は図７（ｂ）のようになり、溶融温度を越えた部分にマークが形成される。従って、光強度を調整し、図７（ｃ）のように光ビームの中心部分だけが溶融温度を越えるようにすると、基本波である波長８６０ｎｍの光を用いても十分小さな記録マークが形成され、高密度の情報記録が実現できる。
【００５４】
次に再生方法について説明する。光ディスク７上に半導体レーザ光により記録された情報は、ブルー光を用いて再生される。再生時にはフィルタ３を挿入し、ブルー光のみを光ディスク７に導くことで、フォトダイオード１０に導かれる光ディスク７での反射ブルー光すなわちＲＦ信号により光ディスク７に記録された情報を再生する。
【００５５】
このように、本実施例のようなＳＨＧブルー光源を用いた記録再生装置では、基本波である半導体レーザの５０％程度と波長変換されたブルー光が同一光軸に出射される。特に、光導波路型波長変換デバイスの場合、複屈折性を利用した位相整合方式のバルク型波長変換デバイスのようにウォークオフもないため、完全に同一光軸の光として得られるため、レンズ系の色収差を補正することで基本波と高調波を同時に光ディスク上に集光することができる。そのため、基本波で光ディスク上に情報を記録し、高調波で情報を再生することが可能となった。そのため、１ｍＷ程度のＳＨＧブルー光源により記録再生装置を実現できた。
【００５６】
本実施例では、基本波で記録し、高調波で再生するため、基本波に対しても高調波に対しても収差のないコリメートレンズおよび対物レンズが絶対不可欠である。このようなレンズは組レンズにより実現できるが、基本波である半導体レーザ光とブルー光を同時に収差なく集光するために、色補正用のレンズを２つのレンズの間に挿入しても得られる。そして、色補正用レンズが液晶レンズであると印加電圧により高調波及び基本波の収差を補正することができる。また、コリメートレンズとＳＨＧブルー光源または、対物レンズと光ディスクの間に、色補正用ガラス板を挿入しても得られる。ただし、上記色補正用レンズおよび色補正用ガラス板は、必要な光の波長により自由に出し入れができるようになっている。
【００５７】
本実施例では、フォーカスおよびトラッキングサーボ動作をブルー光を用いて行っている。概略構成図８では、記録時は基本波を用いて、再生時は高調波を用いてサーボ動作を行う。まず、記録方法について説明する。基本波と高調波では焦点深度や光ディスク基板の屈折率などが異なるため、概略構成図８のように記録光および再生光をそれぞれ用いてサーボ動作することで、より安定な記録再生装置を実現できる。ＳＨＧブルー光源１の光導波路から得られる基本波である半導体レーザ光及び高調波であるブルー光は、コリメートレンズ２により平行光に変換される。記録時には、基本波をカットするためのフィルタ３は取り除かれる。半導体レーザ光とブルー光は、偏光ビームスプリッタ４及びλ／４板５を透過する。対物レンズ６により、半導体レーザ光及びブルー光は光ディスク７上に集光される。光ディスク７で反射した半導体レーザ光及びブルー光は、λ／４板５に導かれ、ブルー光は元の光と偏光が９０度回転され、半導体レーザ光は円偏向になる。偏光ビームスプリッタ４でブルー光と半導体レーザ光の一部分は進行方向が９０度曲げられる。ブルー光と半導体レーザ光は、ブルー光をカットするためのフィルタ１６に導かれる。記録時には、フィルタ１６が挿入され、半導体レーザ光のみが、検出レンズ８とシリンドリカルレンズ９を透過し、フォトダイオード１０に導かれる。フォトダイオード１０は４分割になっていて、フォーカス信号、トラッキング信号を検出する。こうして、記録時には半導体レーザ光を用いてサーボ動作を行い、記録マークを安定に形成する。
【００５８】
再生時は、フィルタ３を挿入し、ブルー光のみを光ディスク７上に導く。フィルタ１１は取り除かれているため、光ディスク７の反射したブルー光はフォトダイオード１０に導きかれる。ブルー光を用いてサーボ動作を行い、同時にＲＦ信号を検出し、光ディスク７上の情報を再生する。
【００５９】
また、概略構成図９のように、フィルタ１６のかわりに、波長選択ミラー１７により半導体レーザ光とブルー光を分離し、半導体レーザ光用の検出レンズ１８、シリンドリカルレンズ１９、フォトダイオード２０を構成し、それぞれの検出系によりサーボ動作を行うことで、さらに安定な記録再生を行うことができる。波長選択ミラー１７は、半導体レーザ光のみをフォトダイオード２０に導き、ブルー光のみをフォトダイオード１０に導く。
【００６０】
本実施例では、光源としてＬｉＴａＯ３結晶を基板とした光導波路型波長変換デバイスによるＳＨＧブルー光源を用いたが、ＬｉＮｂＯ３結晶やＫＴｉＯＰＯ４結晶を基板とした光導波路型波長変換デバイスにより得られるＳＨＧブルー光源を用いても同様の効果が得られた。
【００６１】
また、本実施例のように光導波路型波長変換デバイスを代わりに、擬似位相整合方式のバルク型波長変換デバイスを用いても、半導体レーザ光と高調波光が同一光軸として得られ、同様の効果が得られる。擬似位相整合方式のバルク型波長変換デバイスは、基本波である半導体レーザ光を結晶のｘ方向、もしくはｙ方向に入射させるため、ウォークオフが発生せず、半導体レーザ光と高調波光が同一光軸として得られるため、光導波路型波長変換デバイスと同様の効果が得られ、このような光源を用いても本実施例のように、基本波で記録しながら、高調波光で再生することが可能である。
【００６２】
また、複屈折性を利用した位相整合方式の波長変換デバイスの中でも、比較的ウォークオフ角が小さい結晶では、光軸が少し程度ずれても、高調波の集光スポット上に基本波を照射することが可能であるため、このような光源を用いても本実施例のように、基本波で記録しながら、高調波光で再生することが可能である。
【００６３】
本実施例において、光ディスクとして相変化型の記録材料を用いた記録再生装置について説明したが、光ビームの強度変化を用いて記録マークを形成するタイプの記録材料であれば、どのようなものにも適用できる。例えば、光磁気ディスクにおいても、ブルー光強度だけでは記録マークを形成するのに必要な強度に達していなくても、基本波である半導体レーザ光の分だけで光エネルギーを増加させることができるので、光磁気記録層をキュリー温度近くまで熱することができるので、比較的低出力のブルー光でも情報を記録することができる。
【００６４】
（実施例４）
実施例３では、基本波である半導体レーザ光により光ディスク上に情報を記録し、高調波であるブルー光により光ディスク上に記録された情報の再生を行うことができる記録再生装置について説明した。ＳＨＧブルー光源の場合、基本波である半導体レーザの５０％程度が波長変換されるブルー光と同一光軸に出射される。しかしながら、この半導体レーザ光を光ディスク上に集光した場合、集光スポット径は、λ／ＮＡ（λ：波長、ＮＡ：開口数）に比例するため、ブルー光に比べて大きくなってしまう。相変化型光ディスクの場合、波長８６０ｎｍの半導体レーザ光を用いても、小さな記録マークを実現できることを実施例３で説明したが、安定に小さな記録マークを形成するためには、小さなスポット径のビームで記録することが望まれる。本実施例では、超解像を用いて、より小さな集光スポットを実現し、光ディスク上に情報を記録する記録再生装置について説明する。
【００６５】
超解像を図１０（ａ），（ｂ）を用いて説明する。超解像には振幅格子を用いたもの（図１０（ａ））と、位相格子を用いたもの（図１０（ｂ））がある。図１０（ａ）は、ビーム径Ｄに対して、中央部分に直径Ｗの遮光部分２１が形成された振幅格子である。Ｗ／Ｄ＝０．２の時、得られる集光スポットは（参照 図１０（ｃ））振幅格子が無いときのスポット径に対して８０％（半値全幅）と小さくなり、またこの時のサイドロブのピーク強度は主ビームの強度の２０％程度である（Ｙ．Ｙａｍａｍｏｔｏ ｅｔ．ａｌ．， ＪＪＡＰ． ２８ （１９８９） Ｐ１９７−２００）。光ディスクの記録再生に用いるためには、集光スポットにおいてサイドロブが小さい必要がある。サイドロブが大きいと再生時において隣のトラックの信号も混ざるため（クロストーク）、再生信号の劣化を招くからである。また、記録時において、サイドロブが５０％以上あると隣のトラックの信号を消去する可能性がある。図１０（ｃ）のような集光スポットが得られる場合、再生時に使うことはクロストークを考えると困難であるが、記録時においてはサイドロブのピーク強度が主ビームの強度の２０％以下であり、消去レベルよりも小さいため、記録マークを消去してしまうこともない。集光スポットの半値全幅が８０％程度であると言うことは、波長６９０ｎｍの光と同程度のスポット径が得られ、小さなマーク径を形成することが容易になる。
【００６６】
概略構成図１１の記録再生装置は、構成図１の記録再生装置とほぼ同じ構成をしているが、記録時に対物レンズの前に位相格子を挿入し、超解像ビームで記録マークを形成し、高密度記録を実現しようとしている。本実施例では、対物レンズ６の前に図１０（ａ）の振幅格子２３を設置し、またフィルタ３を取り除いて、実施例３と同様の方法で波長８６０ｎｍの半導体レーザを用いて安定に記録マークを形成する。再生時には振幅格子を取り除き、またフィルタ３を挿入し、記録された情報をブルー光で安定に再生する。
【００６７】
一方、図１０（ｂ）に示す位相格子でも同様の集光スポットが得られた。石英基板２２の中央部分に、半波長分の厚みをエッチングすることで、０ーπ位相格子が簡単に得られる。位相格子は、振幅格子に比べると光を遮光していないまて、効率よく光を光ディスク上に導ける。また、位相格子の場合、ＳＨＧブルー光源の基本波光と高調波光の波長比がちょうど２倍であるため、基本波光に対する位相格子を作製するとブルー光に対してはちょうど１波長ずれていて、位相格子として作用しなくなる。そのため、図１１において振幅格子２３の代わりに位相格子を挿入した記録再生装置では、振幅格子２３のように記録時に挿入し、再生時に取り除くようなことをする必要がなく、超解像の半導体レーザ光で記録し、通常のブルー光で再生する簡素な記録再生装置を実現できる。また、位相格子はブルー光による再生時において取り除く必要がないため、対物レンズの表面に形成することも可能である。
【００６８】
このように、徴解像を用いることで基本波である波長８６０ｎｍの半導体レーザ光を用いても、容易にかつ安定に、記録マークを形成することが可能となり、数ｍＷ程度の出力を有するＳＨＧブルー光源により、記録再生装置が実現できる。
【００６９】
（実施例５）
実施例２から４において、基本波である半導体レーザ光と高調波であるブルー光を同じ位置に集光される。しかしながら、相変化型光ディスクを光ディスクとして用いる場合、情報・消去は熱的現象を用いるため、光ディスクの回転方向に対して基本波光が高調波光よりも少し前方にあるほうが望ましい。光ディスクの回転方向に対して基本波光が高調波光よりも少し前方に集光するための方法について、下記に示す。
【００７０】
（１）コリメートレンズ２と対物レンズ６の間の平行光学系にウエッジのガラス板を挿入する方法である。ウエッジのガラス板は、色分散の大きいものがよく、この色分散によって、基本波光と高調波光の光軸が異なり、結果として集光位置がずれる。
【００７１】
（２）レンズにウエッジの効果を持たせ、基本波光と高調波光の集光位置がずれるようにする。
【００７２】
（３）通常の光導波路型波長変換デバイスでは、光導波路端面は基板に対して垂直に研磨されている。この場合、基本波光と高調波光は同一光軸として得られる。光導波路の出射端を斜めに研磨することで、波長分散効果が得られ、基本波光と高調波光の出射方向が異なり、結果として対物レンズで集光される位置がずれる。
【００７３】
（４）光導波路の出射端に基本波のみに感ずる方向性結合器用光導波路を波長変換用光導波路と平行に形成する。基本波の導波モードの方が大きいため、基本波のみが方向性結合器用光導波路に移る。基本波と高調波は異なる導波路から出射されるため、コリメートされた後、集光されたスポット位置が異なる。
【００７４】
（５）複屈折性を利用した位相整合方法の波長変換デバイスでは、ウォークオフが存在し、基本波光と高調波光が出射される方向が異なる。この場合も、対物レンズで集光される位置がずれる。
【００７５】
（実施例６）
実施例２から４において、用いられた対物レンズの開口数は０．６であった。光ディスクのフォーカスサーボ安定性は、ＮＡの２乗の逆数に比例して厳しくなる。高調波光を利用してフォーカス・トラッキングのサーボを制御して、波長が短いため、制御の安定性がなくなる。そのため、基本波光に対しては高ＮＡ、高調波光に対しては低ＮＡであるように、対物レンズを波長選択的に開口制限することで、安定なサーボ動作が実現できる。
【００７６】
図１２（ａ）のように、対物レンズの周辺部分（Ａ部分）には波長選択性を有する誘電体多層膜が形成されている。基本波である半導体レーザ光に対しては透過率が９９％以上で、高調波であるブルー光に対しては透過率が１％以下に抑圧されていて、ブルー光は開口制限されている。中心部分（Ｂ部分）には基本波光および高調波光に対して透過率が９９％以上になるような膜が形成されている。図１２（ｂ）のように、基本波光はレンズの開口全部を利用して集光されるが、高調波光はレンズの中心部分だけを利用して集光される。そのため、高調波光でフォーカスサーボを制御する場合、より安定な制御を行うことができるため、実用的な記録再生装置が実現できる。
【００７７】
（実施例７）
光ディスクに情報を記録するためには、光源出力の強度変調が必要となる。特に相変化型光ディスクの場合、再生・消去・記録の出力レベルが必要であり、多値変調が絶対不可欠である。ＳＨＧブルー光源の場合、得られるブルー光出力は半導体レーザ光出力の２乗に比例する。また動作温度や注入電流の変化に対して半導体レーザの波長が変動し、波長変換素子の位相整合波長よりずれる可能性がある。そのため本実施例では、ＳＨＧブルー光源を用いて、より安定した出力変調を実現するための方法について説明する。
【００７８】
（１）半導体レーザは、ＧＨｚ程度の周波数帯に緩和振動周波数を持っていて、それ以下の周波数帯においては変調が可能である。光ディスク用半導体レーザでは、光ディスクからの戻り光ノイズを避けるため、半導体レーザを数ＧＨｚの周波数で高周波重畳している。一方、半導体レーザ（出力１００ｍＷ）にＣＷ（連続波）電源より一定電流（以下これをＤＣバイアスとよぶ）を、また高周波電源よりサイン状の高周波（数１００ＭＨｚ〜１ＧＨｚ）を印加すると、半導体レーザは注入電流の高速性に応答できず緩和振動を生じ瞬間パルス的に発振する。この時の半導体レーザのピーク出力は１Ｗ程度となる。そのためこの半導体レーザを基本波として実施例１の光導波路型波長変換素子を用いて波長変換すると、高調波への変換効率は２０％を上回ることとなる。半導体レーザの平均パワーは１００ｍＷと信頼性の点で問題はない。変換される高調波のパワーはＣＷに比べて５〜１０倍程度アップした。
【００７９】
ここで、高周波駆動について説明する。半導体レーザのピークパワーの増加が目的の高周波駆動では少なくともピーク電流Ｉｐとバイアス電流Ｉｂの差（Ｉｐ−Ｉｂ）は、Ｉｂと閾値電流Ｉｔｈの差（Ｉｂ−Ｉｔｈ）の３倍である。（通常では５〜１０倍はある。）このバイアス電流を図１３のように変化させることで、得られる半導体レーザのピーク出力を変化させることができる。そして、バイアス電流に高周波を印加すると、半導体レーザは緩和発振を生じ瞬間パルス的に発振し、高効率の波長変換が実現できる。バイアス電流を変調することで、得られるブルー光の出力も変調できる。半導体レーザに高周波重畳する場合、ブルー光への変換効率がアップするだけでなく、半導体レーザ自身のモードホップも低減できるため、安定にブルー光出力を変調することができる。
【００８０】
例えば、相変化型光ディスクを用いた記録再生装置では、再生・消去・記録の３値の変調が必要である。バイアス電流を３値（ＣＷ・消去・記録）に変調することで、ブルー光出力も３値の変調が可能となり、記録再生装置が実現できる。高周波駆動する場合、得られるブルー光のノイズは高周波駆動しない時より増大する。光ディスク用光源では、再生時に光源のノイズレベルが大きいと、信号とノイズの比が小さくなってしまうため、良好な再生特性を得ることができない。そのため、再生時はＣＷ駆動し、すなわちＤＣバイアス駆動を行い、記録・消去時のみに高周波駆動することにより、良好な記録再生特性が実現される。
【００８１】
バイアス電流を変調する代わりに、高周波重畳するための高周波電源の出力を変調しても、同様にしてブルー光出力の変調を実現できる。
【００８２】
（２）バイアス電流を変調する代わりに、高周波駆動の周波数を変調してもブルー出力を変調することができる。ＤＢＲ半導体レーザや通常の半導体レーザのみを高周波駆動する場合、図１４に示すように、ＧＨｚ近傍の周波数領域では周波数に対しブルー光出力がほぼ比例して増加し、緩和振動周波数を越えると減少する。周波数が増すと半導体レーザのパルス波形の半値幅が狭まるとともに、パルスの間隔が短くなるため、平均パワーが大きくなるためである。図１４から分かるように、ＲＦ周波数を６００ＭＨｚと１．２ＧＨｚの間で周波数変調することで、ＳＨＧブルー光源の出力を、１０ｍＷと２０ｍＷの２値で出力変調することができた。
【００８３】
外部に波長選択する機能（グレーティング、バンドパスフィルタ、光導波路上のＤＢＲ）を有する半導体レーザでは、数１０ＭＨｚの周期でブルー光出力を変動することができる。これは、外部から帰還する光とパルスの緩和時間の関係によるものであり、外部の反射体までの距離に大きく依存する。このような場合、高周波駆動の周波数を少し変化させるだけでブルー光出力を変化させることができ、周波数変調することでブルー光出力の変調を実現できる。
【００８４】
（３）高周波駆動せずに半導体レーザを直接変調して、安定に多値変調する方法について説明する。高周波電源により、半導体レーザ出力を図１５（ａ）のように数１００ＭＨｚ〜数ＧＨｚで変調する。図１５（ｂ）のように、半導体レーザの出力を一定にして変調周波数のみを変化させると、得られるブルー光の平均出力は変調周波数により変化する。図１５に示すように、ピーク出力およびパルス幅を略一定にして、変調周波数が小さくなる、すなわちパルス周期が長くなるとブルー光平均出力も小さくなる。こうして、変調周波数を多値変調することで、多値のブルー光平均出力を得ることができ、安定な記録再生装置が実現できる。
【００８５】
図１８に各実施例で用いられた構成図の内容を簡単にまとめる。概略構成図１の記録再生装置では、基本波と高調波を用いて記録を行い、高調波を用いて再生を行う。また、図４の記録再生装置では、基本波を用いて記録マークの消去を行う。図６、８、９および１１の記録再生装置では、基本波を用いて記録を行い、高調波を用いて再生を行う。
【００８６】
また、図１、４、６の記録再生装置では基本波を用いてサーボ動作を行い、図８および９の記録再生装置では記録時には基本波を用いて、再生時には高調波を用いてサーボ動作を行う。
【００８７】
ＳＨＧブルー光源を用いて記録再生装置を実現しようとすると、現状のところブルー光出力が１０ｍＷ程度のため情報を光ディスクに記録することが困難である。ブルー光出力を向上するためには、基本波である半導体レーザの出力を増大させることが考えられるが、半導体レーザを出力を増大すると注入電流も増大し、周辺機器に与える影響は大きくなる。ＳＨＧブルー光源（特に光導波路型デバイス）では、ブルー光と波長変換されなかった半導体レーザ光が同一光軸上に出射される。光ディスクへの（特に、相変化型光ディスク）情報の記録は、熱的効果による結晶からアモルファスへの相変化を利用している。そのため、本発明の記録再生装置のように、基本波光を光ディスクに照射しながら、ブルー光で記録すると、低出力のブルー光でも記録することが可能であり、１０ｍＷ程度のＳＨＧブルー光源を用いて記録再生装置を実現でき、その実用的効果は大きい。
【００８８】
また光ディスクを再生するためには、光が集光光学系により十分小さいスポットまで集光できる必要があるが、光ディスクへの（特に、相変化型光ディスク）情報の記録は、熱的効果による結晶からアモルファスへの相変化を利用しているため、光がスポットサイズ程度まで集光されている必要がない。ＳＨＧブルー光源の場合、１０ｍＷ以上の基本波がブルー光と同軸に出射され、光ディスク上に導かれる。そのため本発明のように、基本波を用いて光ディスクに記録し、ブルー光を用いて再生すれば、ｍＷ級のブルー出力を有するＳＨＧブルー光源を用いて記録再生装置を実現でき、その実用的効果は大きい。特に、基本波を用いて記録する際、位相格子や振幅格子を用いた超解像スポットを得ることで、より安定に高密度の記録を実現でき、その効果は大きい。
【００８９】
ＳＨＧブルー光源を用いた記録再生装置を実現するためには、ブルー光出力変調をより安定にすることが望まれる。本発明のように、基本波である半導体レーザを高周波駆動し、その周波数を変調してブルー光出力を変調したり、バイアス電流または高周波出力を変調してブルー光を変調することで、所望の変調レベルを安定に得ることができ、その実用的効果は大きい。また、半導体レーザを高周波変調し、その変調周波数によりブルー光出力を変調すると、半導体レーザ自身のピーク出力を変化せずにブルー光出力を変化させることができ、波長変動も少ないため安定にブルー光出力を変調できるため、その効果は大きい。
【００９０】
【発明の効果】
以上のように、本発明は少なくとも互いに波長が異なる第１及び第２の光を同一光軸に出射する光源を用いて、第２の光で光学式情報記録媒体の記録可能層への情報の記録・再生を行い、記録可能層に情報を記録する際には第１の光を同時に記録可能層に照射することで、低出力の第２の光で高密度の記録再生装置を実現する。
【００９１】
また、本発明は少なくとも互いに波長が異なる第１及び第２の光を同一光軸に出射する光源を用いて、第２の光で光学式情報記録媒体の記録可能層に情報を記録・再生を行い、同時に第１の光で記録可能層の情報を消去することで、ダイレクトオーバーライトが可能な高密度の記録再生装置を実現する。
【００９２】
また、本発明は少なくとも互いに波長が異なる第１及び第２の光を同一光軸に出射する光源を用いて、第１の光で光学式情報記録媒体の記録可能層への情報の記録を行い、第２の光で光学式情報記録媒体の記録可能層に記録された情報の再生を行うことで、低出力の第２の光で高密度の記録再生装置を実現する。
【００９３】
また、本発明は少なくとも互いに波長が異なる第１及び第２の光を同一光軸に出射する光源を用いて、超解像に集光された第１の光で光学式情報記録媒体の記録可能層への情報の記録を行い、第２の光で光学式情報記録媒体の記録可能層に記録された情報の再生を行うことで、低出力の第２の光で高密度の記録再生装置を実現する。
【００９４】
特に、本発明は半導体レーザ光を波長変換して得られる短波長光源を用いる場合に、低出力の短波長光により高密度の記録再生装置を実現する。
【００９５】
さらに本発明は、近赤外半導体レーザーと波長変換デバイスにより得られる短波長光源で記録可能層を有する光学式情報記録媒体に情報を記録再生する際、基本波を高周波駆動し、そのバイアス電流を変調したり、高周波駆動の周波数を変化したりすることで、高調波出力を多値変調し、安定な記録再生装置を実現する。
【００９６】
また、本発明は近赤外半導体レーザーと波長変換デバイスにより得られる短波長光源で記録可能層を有する光学式情報記録媒体に情報を記録する際、基本波を高速に変調し、その周期を変化させることで高調波の平均出力を多値変調し、安定な記録再生装置を実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の記録再生装置の概略図を示す構成図
【図２】相変化型光ディスクの構造を表す構成図
【図３】相変化型光ディスクの結晶ーアモルファスの状態を表す図
【図４】本発明の記録再生装置の光ディスクにおける記録マーク形成方法を説明する図
【図５】本発明の記録再生装置の概略図を示す構成図
【図６】本発明の記録再生装置の概略図を示す構成図
【図７】本発明の記録再生装置の光ディスクにおける記録マーク形成方法を説明する図
【図８】本発明の記録再生装置の概略図を示す構成図
【図９】本発明の記録再生装置の概略図を示す構成図
【図１０】本発明の記録再生装置の（ａ）振幅格子（ｂ）位相格子（ｃ）集光スポットを表す図
【図１１】本発明の記録再生装置の概略図を示す構成図
【図１２】本発明の記録再生装置における集光光学系を表した図
【図１３】本発明の変調方式のバイアス電流を表す図
【図１４】ＲＦ周波数とブルー出力の関係を表す図
【図１５】本発明の変調方式を表す図
【図１６】ＳＨＧブルー光源の概略を表す図
【図１７】従来の記録再生装置を表す図
【図１８】本発明の記録再生装置において、各構成の内容をまとめた図
【符号の説明】
１ ＳＨＧブルー光源
２ コリメートレンズ
３ フィルタ
４ 偏光ビームスプリッタ
５ λ／４板
６ 対物レンズ
７ 光ディスク
８ 検出レンズ
９ シリンドリカルレンズ
１０ フォトダイオード
１１ フィルタ
１２ ポリカーボネート基板
１３ 記録層
１４ 反射膜
１５ ＮＤフィルタ
１６ フィルタ
１７ 波長選択ミラー
１８ 検出レンズ
１９ シリンドリカルレンズ
２０ フォトダイオード
２１ 遮光部分
２２ 石英基板
２３ 振幅格子
２４ ＬｉＴａＯ３基板
２５ 半導体レーザ
２６ コリメートレンズ
２７ λ／２板
２８ フォーカシングレンズ
２９ 光導波路
３０ 分極反転領域
３１ 狭帯域バンドパスフィルタ
３２ 半導体レーザ
３３ フォーカシングレンズ
３４ 偏光ビームスプリッタ
３５ λ／４板
３６ 対物レンズ
３７ 光ディスク
３８ 検出レンズ
３９ シリンドリカルレンズ
４０ ４分割検出器
【産業上の利用分野】
本発明は、近赤外半導体レーザーと波長変換デバイスにより得られる短波長光源の基本波と高調波をともに使って、情報を記録再生する高密度光ディスクシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光源として波長７８０ｎｍ帯の近赤外半導体レーザを用いた記録再生可能な相変化型光ディスクシステム（以下、ＰＣと記す。）や光磁気ディスクシステム（以下、ＭＯと記す。）が広く普及している。また最近では、波長６７０ｎｍの赤色半導体レーザを用いた再生専用のディジタルビデオディスクシステム（以下、ＤＶＤと記す。）の開発も活発であり、今後赤色半導体レーザを用いた記録再生可能なシステムの開発が期待されている。このような半導体レーザを用いた記録再生装置の概略構成図を図１７に示す。
【０００３】
半導体レーザ３２から出射された光はフォーカシングレンズ３３により平行光に変換される。平行光に変換された半導体レーザ光はＰ偏光であることから偏光ビームスプリッタ３４を通過し、λ／４板３５で円偏光に変えられた後、対物レンズ３６によって光ディスク３７上に集光される。光ディスク３７からの反射光は対物レンズ３６およびλ／４板３５を通過し、Ｓ偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ３４で反射される。そして、検出レンズ３８とシリンドリカルレンズ３９を通過後、４分割検出器４０に導かれる。４分割検出器４０の４出力の総和が再生信号となり、４出力の周知の組み合わせにより、フォーカスエラー信号およびトラッキングエラー信号が検出される。半導体レーザ３２の出力を変調し、光ディスク３７上に情報としてマークを形成し、その形成されたマークをＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）の半導体レーザにて再生する。
【０００４】
このように従来では、光源として一つ半導体レーザのみを用いて、記録再生するシステムであった（特公平５−２３４１１号公報）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
現在、普及しているしている５インチのＰＣやＭＯの記録容量は６４０Ｍバイト程度で、今後マルチメディア時代を迎えるにあたり、大容量の記録密度を有する記録再生装置が必要不可欠になると思われる。記録密度の向上には、レーザの短波長化が大きく寄与する。波長４００ｎｍ帯のブルー光源を用いると、光源の波長化だけで現行の４倍に記録密度を向上できる。
【０００６】
波長４００ｎｍ帯のブルー光源を実現できる手段として、半導体レーザを用いた第２高調波発生（ＳＨＧ：ｓｅｃｏｎｄ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）がある。現在のところ、出力数ｍＷの波長４３０ｎｍのブルー光が得られている。ＰＣやＭＯ光ディスクの再生は、数百μＷ程度の光ディスク上パワーで実現できるため、数ｍＷ程度のブルー光源で十分である。しかしながら、記録時には出力として一桁以上の出力を必要とする。そのため、記録再生可能なシステムを実現するためには、半導体レーザの高出力化や波長変換素子の高効率化が必要となる。
【０００７】
本発明は、短波長光を用いた新規の記録再生装置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明は、
（１）少なくとも互いに波長が異なる第１及び第２の光を同一光軸に出射する光源の、第１の光と第２の光を同時に記録可能層を有する光学式情報記録媒体に集光し、第２の光で光学式情報記録媒体の記録可能層への情報の記録・再生を行い、記録可能層に情報を記録する際には第１の光を同時に記録可能層に照射することで、低出力の第２の光で情報可能層への記録を可能にするものである。
【０００９】
また本発明は、
（２）少なくとも互いに波長が異なる第１及び第２の光を同一光軸に出射する光源の、第１の光と第２の光を同時に記録可能層を有する光学式情報記録媒体に集光し、第２の光で光学式情報記録媒体の記録可能層に情報を記録・再生を行い、同時に第１の光で記録可能層の情報を消去することで、ダイレクトオーバーライトが可能な記録再生装置を提供するものである。
【００１０】
さらに本発明は、
（３）少なくとも互いに波長が異なる第１及び第２の光を同一光軸に出射する光源の、第１の光と第２の光を同時に記録可能層を有する光学式情報記録媒体に集光する記録再生装置において、集光光学系の色補正を行い第１の光と第２の光を同時に収差なく集光できる記録再生装置を提供するものである。
【００１１】
また本発明は
（４）少なくとも互いに波長が異なる第１及び第２の光を同一光軸に出射する光源の、第１の光と第２の光を同時に記録可能層を有する光学式情報記録媒体に集光し、第１の光で光学式情報記録媒体の記録可能層への情報の記録を行い、第２の光で光学式情報記録媒体の記録可能層に記録された情報の再生を行うことで、低出力の第２の光で記録再生を可能にした記録再生装置を実現するものである。
【００１２】
さらに本発明は、
（５）少なくとも互いに波長が異なる第１及び第２の光を同一光軸に出射する光源の、第１の光と第２の光を同時に記録可能層を有する光学式情報記録媒体に集光し、超解像に集光された第１の光で光学式情報記録媒体の記録可能層への情報の記録を行い、第２の光で光学式情報記録媒体の記録可能層に記録された情報の再生を行うことで、低出力の第２の光で高密度の記録再生が可能な記録再生装置を実現するものである。
【００１３】
また本発明は、
（６）近赤外半導体レーザーと波長変換デバイスにより得られる短波長光源で記録可能層を有する光学式情報記録媒体に情報を記録する際、基本波を高周波重畳し、その重畳周波数を周波数変調したり、バイアス電流を変化させることで高調波出力を多値変調し、安定な記録再生装置を実現するものである。
【００１４】
また本発明は、
（７）近赤外半導体レーザーと波長変換デバイスにより得られる短波長光源で記録可能層を有する光学式情報記録媒体に情報を記録する際、基本波を高速に変調し、その変調周期を変化させることで高調波の平均出力を多値変調し、安定な記録再生装置を実現するものである。
【００１５】
【作用】
ブルー・グリーン光領域の半導体レーザにおいて、１０ｍＷ以上の高出力を得ることは現状困難である。そのため、この半導体レーザと同一光軸に出射するもう一つの半導体レーザを備え、２つの光を同時に記録可能層を有する光学式情報記録媒体に集光する。光学式情報記録媒体の記録可能層への情報記録は、記録層をレーザで照射し、ある温度以上に達すると結晶状態変化し、マークとして記録される。そのため、集光するレーザ光の強度を調整することで、マークの大きさを調整できる。
【００１６】
一方、情報再生は、マークでの回折光を読みとるため、十分に小さいスポットまで集光される必要がある。本発明の利点は、もう一つの半導体レーザにより光ディスクに情報記録したり、もう一つの半導体レーザを光ディスクに照射しながら、ブルーグリーンの半導体レーザで記録したりすることで、低出力のブルーグリーン半導体レーザでも高密度の記録再生装置を可能にするものである。
【００１７】
特に、近赤外半導体レーザーと波長変換デバイスにより得られる短波長光源を用いて記録可能層を有する光学式情報記録媒体に情報を記録再生する記録再生装置において、高調波光の出力は、基本波光の出力に比べて一桁程度小さい。一般に基本波光と高調波光は同一点より出射するため、集光レンズ系を選べば同一点に集光することも可能である。本発明のように、基本波を照射して記録可能層の温度を上昇させ高調波で情報の記録を可能にしたり、基本波で情報の記録を行い高調波で記録の再生を行うことで、数ｍＷ程度の高調波出力でも記録再生装置を実現できる。
【００１８】
また、基本波を高周波で変調し、その変調周波数を変化させることで、容易に高調波を多値の出力レベルに変調でき、近赤外半導体レーザーと波長変換デバイスにより得られる短波長光源を用いて記録可能層を有する光学式情報記録媒体に情報を記録再生する記録再生装置を実現できる。
【００１９】
【実施例】
（実施例１）
本実施例では、基本波である半導体レーザ光を波長変換し得られた高調波光を用いて光ディスク上に記録する際、同時に半導体レーザ光を照射し、低出力の高調波光で光ディスク上に記録できる記録再生装置について説明する。
【００２０】
本発明の記録再生装置を概略構成図１を用いて説明する。
図１は、光源としてＬｉＴａＯ３結晶を基板としたＱＰＭーＳＨＧデバイスによるＳＨＧブルー光源１を用いた記録再生装置である。概略構成図１の２はコリメートレンズ、３は基本波のみをカットするためのフィルタ、４は波長４３０ｎｍ用の偏光ビームスプリッタ、５は波長４３０ｎｍ用のλ／４板であり、ブルー光は円偏光に変換される。６は対物レンズであり、７は記録再生可能な光ディスクであり、図示しないアクチュエータが対物レンズ６と光ディスク７との距離を一定に保つ。
【００２１】
本実施例では記録可能な光ディスクとして相変化型光ディスク７を用いた。その構造を図２に示す。ポリカーボネート基板１２上にＺｎＳ−ＳｉＯ２が蒸着され、さらに記録層１３であるＧｅＳｂＦｅが積層され、記録層を再びＺｎＳ−ＳｉＯ２で挟み、最後に反射膜１４としてＡｌが積層されている。
【００２２】
フィルタ１１は、基本波である半導体レーザ光をカットするためのものである。検出レンズ８、シリンドリカルレンズ９、フォトダイオード１０はフォーカス、トラッキングなどのサーボ系および再生信号の検出に用いられる。
【００２３】
図１におけるＳＨＧブルー光源について詳しく説明する。ＳＨＧブルー光源の概略構成図を図１６に示す。２５は０．８６μｍ帯のＡｌＧａＡｓ半導体レーザー、２６はＮ．Ａ．＝０．５のコリメートレンズ、２７はλ／２板、２８はＮ．Ａ．＝０．５５のフォーカシングレンズである。ＬｉＴａＯ３基板２４上には光導波路２９と周期的な分極反転領域３０が形成されている。コリメートレンズ２６で平行になったレーザー光は、λ／２板２７で偏向方向を回転され、フォーカシングレンズ２８で分極反転型光導波路デバイスの光導波路２９の端面に集光され、周期４．０μｍの分極反転領域３０をもつ光導波路２９を導波し、光導波路２９の出射端面より高調波光と変換されなかった基本波が出射される。狭帯域バンドパスフィルタ３１により、半導体レーザ２５の波長は分極反転型光導波路デバイスの位相整合波長許容度内に固定される（北岡他、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｖｏｌ．１， Ｎｏ．２，（１９９４） ｐｐ．２２７）。
【００２４】
半導体レーザー２５の光導波路２９内への入射光強度７２ｍＷに対し、波長４３０ｎｍのブルー光が８ｍＷ程度得られている。概略構成図１６では、分極反転型導波路デバイスの位相整合波長に半導体レーザの波長を一致させるため、狭帯域バンドパスフィルタ３１を用いたが、反射型のグレーティングや光導波路上の分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を用いたＳＨＧブルー光源も実現されている。また、最近ではＤＢＲ部が半導体レーザに集積化されたＤＢＲ半導体レーザを用いたＳＨＧブルー光源も実現されている。
【００２５】
次に、光ディスク７への記録方法について説明する。ＳＨＧブルー光源１の光導波路から得られる基本波である半導体レーザ光及び高調波であるブルー光は、コリメートレンズ２により平行光に変換される。コリメートレンズ２はブルー光に対して特に収差がないように設計されている。基本波をカットするためのフィルタ３は取り除かれている。
【００２６】
半導体レーザ光とブルー光は、偏光ビームスプリッタ４及びλ／４板５を透過し、ブルー光のみが円偏光に変換される。対物レンズ６により、半導体レーザ光及びブルー光は光ディスク７上に集光される。対物レンズ６もブルー光に対して特に収差がないように設計されている。本実施例で用いられる対物レンズの開口数（ＮＡ）は０．６である。
【００２７】
光ディスク７からの反射ブルー光は、λ／４板５が再び透過し、偏光方向が９０度回転し、偏光ビームスプリッタ４で進行方向が９０度曲げられる。フィルタ１１により基本波はカットされ、検出レンズ８とシリンドリカルレンズ９を透過したブルー光は、フォトダイオード１０に導かれる。フォトダイオード１０は４分割になっていて、ＲＦ信号、フォーカス信号、トラッキング信号を検出した。
【００２８】
本実施例では、フォーカスサーボは非点収差法で、トラッキングサーボはプッシュプル法で行われる。また本実施例では、ブルー光で情報の記録再生を行うため、ブルー光を用いてサーボ系を動作させている。
【００２９】
相変化型光ディスク７は、結晶状態とアモルファス状態の光学定数の差を利用して情報を記録する媒体である。ブルー出力と結晶状態の関係を図３に示す。始め、記録媒体は結晶状態にある。１０ｍＷ程度の光を照射すると結晶温度が融点を越え、そしてレーザ照射が止まり、急冷するとアモルファス状態になる。このようにして記録媒体上にアモルファス状態のマークが得られる。
【００３０】
再び５ｍＷ程度のブルー光を記録媒体に照射すると、アモルファス状態から結晶状態に変化し、記録マークが消去された。相変化型光ディスク上に情報を記録する場合、出力として１０ｍＷ以上必要であるが、この値は記録層の材料、光ディスクの回転数などにより変化する。本実施例では、ブルー光源の出力は７ｍＷ程度であるため、通常であれば記録することが不可能である。そこで、基本波を光ディスク７上に照射することを試みる。光ディスク７上でのブルー光は、半値全幅で約０．４μｍのスポットに集光される。
【００３１】
一方、基本波である半導体レーザ光は、レンズの収差があることと、波長が長いため、１μｍ程度までしか集光できない。光ディスク７上での基本波の照射パワーは５０ｍＷであるが、集光されたスポットでのパワー密度に換算すると４ｍＷ程度の効果しかない。本実施例では、記録時にはフィルタ３が取り除かれるため、基本波である半導体レーザ光も同時に光ディスク７上に照射されている。本実施例で用いられている記録層材料の相変化材料は、上記のようにある一定の強度以上の光が照射されると記録マークが形成される。すなわち、温度が溶融温度に達した領域のみがアモルファス化して記録マークとなる。ブルー光のみが照射された時のディスクの温度分布は図４（ａ）であり、この状態では溶融温度に達しないため記録マークは形成されない。しかしながら、基本波が照射されると、図４（ｂ）のようになり溶融温度に達するため記録マークが形成される。ここでブルー光の出力を変調すると、図３（ｃ）のように情報が光ディスク７上に記録される。ブルー光の変調方法は、半導体レーザを直接変調しても、半導体レーザ光の波長変動や波長変換デバイスの位相整合波長の変動を利用しても、有効である。
【００３２】
次に再生方法について説明する。
再生時には、半導体レーザの出力を１ｍＷ程度に低下し、基本波はカットするためのフィルタ３を挿入する。ブルー光のみが光ディスク７上に導かれ、光ディスク７から反射光は、フォトダイオード１０に導かれ、光ディスク７に記録された情報を再生する。
【００３３】
消去時には、フィルタ３を挿入し、ＳＨＧブルー光源の出力を５ｍＷ程度に調整し、記録マーク上を照射すると、アモルファス状態のスポットは結晶化し、情報は消去される。
【００３４】
ここで、基本波を照射しながら、ブルー光を３ｍＷと７ｍＷの間で出力を変調することで、記録された情報を消去しながら、情報を記録再生することも可能であり、記録と消去を同時に行うダイレクト・オーバーライト記録も可能となる。
【００３５】
このように、本実施例のようなＳＨＧブルー光源を用いた記録再生装置では、基本波である半導体レーザの５０％程度と波長変換されたブルー光が同一光軸に出射される。特に、光導波路型波長変換デバイスの場合、複屈折性を利用した位相整合方式のバルク型波長変換デバイスのようにウォークオフもないため、完全に同一光軸の光として得られる。このように２つの光が同軸で出射されるＳＨＧブルー光源を用いた光ピックアップ場合に、基本波と高調波を同一箇所に同時に光ディスク上に集光するできるため、低出力のブルー光でも高密度の記録再生装置が実現できる。
【００３６】
本実施例では、光源としてＬｉＴａＯ３結晶を基板とした光導波路型波長変換デバイスによるＳＨＧブルー光源を用いたが、ＬｉＮｂＯ３結晶やＫＴｉＯＰＯ４結晶を基板とした光導波路型波長変換デバイスにより得られるＳＨＧブルー光源を用いても同様の効果が得られる。
【００３７】
また、本実施例のように光導波路型波長変換デバイスを代わりに、擬似位相整合方式のバルク型波長変換デバイスを用いても、半導体レーザ光と高調波光が同一光軸として得られ、同様の効果が得られる。擬似位相整合方式のバルク型波長変換デバイスは、電圧印加法、電子ビーム（ＥＢ）法、集束イオンビーム（ＦＩＢ）法など各種の方法で作製される。擬似位相整合方式のバルク型波長変換デバイスは、基本波である半導体レーザ光を結晶のｘ方向、もしくはｙ方向に入射させるため、ウォークオフが発生せず、半導体レーザ光と高調波光が同一光軸として得られるため、光導波路型波長変換デバイスと同様の効果が得られ、このような光源を用いても本実施例のように、基本波で照射しながら、高調波光で記録することが可能である。
【００３８】
また、複屈折性を利用した位相整合方式の波長変換デバイスの中でも、比較的ウォークオフ角が小さい結晶では、光軸が少し程度ずれても、高調波の集光スポット上に基本波を照射することが可能であるため、このような光源を用いても本実施例のように、基本波で照射しながら、高調波光で記録することが可能である。
【００３９】
さらに、本実施例では、波長変換によるＳＨＧブルー光源を用いた記録再生装置について説明したが、光源から出射される第２の光は、第１の光の高調波である必要はなく、２つの半導体レーザを同一光軸に結合した光源を用いても同様の効果が得られる。例えば、波長６８０ｎｍ帯の高出力（４０ｍＷ）赤色半導体レーザと波長４８０ｎｍ帯の低出力（５ｍＷ）ＺｎＳｅ系青色半導体レーザを誘電体多層膜からなる波長選択ミラーにより同一光軸に結合した光源を用いた記録再生装置において、赤色半導体レーザを光ディスクに照射しながら、青色半導体レーザを変調して情報を相変化型光ディスクに記録することができる。このように、数ｍＷ程度の青色半導体レーザを用いても、高密度の記録再生装置が実現できる。
【００４０】
本実施例において、光ディスクとして相変化型の記録材料を用いた記録再生装置について説明したが、光ビームの強度変化を用いて記録マークを形成するタイプの記録材料であれば、どのようなものにも適用できる。例えば、光磁気ディスクにおいても、ブルー光強度だけでは記録マークを形成するのに必要な強度に達していなくても、基本波である半導体レーザ光の分だけで光エネルギーを増加させることができるので、光磁気記録層をキュリー温度近くまで熱することができるので、比較的低出力のブルー光でも情報を記録することができる。
【００４１】
（実施例２）
本実施例では、基本波である半導体レーザ光を光ディスクに照射し、光ディスク上に記録された情報を消去し、同時に高調波光で情報の記録を行うことができる記録再生装置について説明する。
【００４２】
本発明の記録再生装置を概略構成図４を用いて説明する。概略構成図４は、概略構成図１とほぼ同じ構成である。実施例１と異なるのは、コリメートレンズ２及び対物レンズ６が、高調波光であるブルー光だけでなく、半導体レーザ光に対しても収差なく集光できるように設計されていることである。また実施例２では基本波光を情報の消去に用いるため出力を一定に保つ必要があり、記録時におけるブルー光の変調は、半導体レーザ光の波長変動や波長変換デバイスの位相整合波長の変動を利用して行っている。たとえば、ＤＢＲ（分布ブラッグ反射器）半導体レーザを基本波として用い、ＤＢＲ部に電流注入し、発振波長を変動させる。このとき、ＤＢＲ部の注入電流を変調することで、基本波の出力をほとんど変調せず、得られるブルー光のみを変調できる。また、光導波路型波長変換素子の光導波路上に電極を設け、電極への印加電圧を変調することで、基本波の出力を変調せず、ブルー光のみを変調できる。
【００４３】
記録方法について説明する。ＳＨＧブルー光源１の光導波路から得られる基本波である半導体レーザ光及び高調波であるブルー光は、コリメートレンズ２により平行光に変換される。基本波をカットするためのフィルタ３は取り除かれる。半導体レーザ光とブルー光はＮＤフィルタ１５、偏光ビームスプリッタ４及びλ／４板５を透過し、ブルー光のみが円偏光に変換される。ＮＤフィルタ１５は、光ディスク上での半導体レーザ光の出力を調整するために用いられる。対物レンズ６により、半導体レーザ光及びブルー光は光ディスク７上に集光される。対物レンズ６は、半導体レーザ光及び高調波光に対して収差がないように設計されているので、光ディスク７上のほぼ同じ位置に集光される。対物レンズの開口数（ＮＡ）は０．６である光ディスク７上での半導体レーザ光およびブルー光の出力は、それぞれ７ｍＷ、５ｍＷである。実施例１と同様、半導体レーザ光は、低出力の高調波光で記録できるように役立っている。本実施例では、半導体レーザ光が収差なく光ディスク上に集光され、その出力が５ｍＷ程度あるため、図５に示すように基本波だけで消去レベルを越えていて、半導体レーザ光が照射された部分は、結晶状態になり記録されたマークは消去される。この状態で高調波光を変調することで光ディスク上に情報を記録できる。すなわち、本実施例では基本波である半導体レーザ光で記録マークを消去し、同時に高調波であるブルー光で記録できるため、ダイレクトオーバーライトの記録再生装置を容易に実現できる。再生は、実施例１と同様の方法で行われる。
【００４４】
このように、本実施例のようなＳＨＧブルー光源を用いた記録再生装置では、基本波である半導体レーザの５０％程度と波長変換されたブルー光が同一光軸に出射される。特に、光導波路型波長変換デバイスの場合、複屈折性を利用した位相整合方式のバルク型波長変換デバイスのようにウォークオフもないため、完全に同一光軸の光として得られるため、実施例１と同様、基本波と高調波を同時に光ディスク上に集光することで、通常よりも低出力のブルー光で光ディスク上に情報を記録することができる。また、実施例２では、ブルー光の変調をＤＢＲ部や光導波路型波長変換素子により行っているため、半導体レーザ光の出力を一定に保持できる。そのため、実施例１よりも安定に光ディスク上の情報を消去でき、より安定なダイレクト・オーバーライトが実現できる。
【００４５】
本実施例では、基本波で記録し、高調波で再生するため、基本波に対しても高調波に対しても収差のないコリメートレンズおよび対物レンズが絶対不可欠である。このようなレンズは組レンズにより実現できるが、基本波である半導体レーザ光とブルー光を同時に収差なく集光するために、色補正用のレンズを２つのレンズの間に挿入しても得られる。そして、色補正用レンズが液晶レンズであると印加電圧により高調波及び基本波の収差を補正することができる。また、コリメートレンズとＳＨＧブルー光源または、対物レンズと光ディスクの間に、色補正用ガラス板を挿入しても得られる。ただし、上記色補正用レンズおよび色補正用ガラス板は、必要な光の波長により自由に出し入れができるようになっている。
【００４６】
本実施例では、光源としてＬｉＴａＯ３結晶を基板とした光導波路型波長変換デバイスによるＳＨＧブルー光源を用いたが、ＬｉＮｂＯ３結晶やＫＴｉＯＰＯ４結晶を基板とした光導波路型波長変換デバイスにより得られるＳＨＧブルー光源を用いても同様の効果が得られる。
【００４７】
また、本実施例のように光導波路型波長変換デバイスを代わりに、実施例１同様に、擬似位相整合方式のバルク型波長変換デバイスを用いても、半導体レーザ光と高調波光が同一光軸として得られ、本実施例のように、基本波で消去しながら、高調波光で記録することが可能である。
【００４８】
また、複屈折性を利用した位相整合方式の波長変換デバイスの中でも、比較的ウォークオフ角が小さい結晶では、光軸が少し程度ずれても、高調波の集光スポット上に基本波を照射することが可能であるため、このような光源を用いても本実施例のように、基本波で照消去しながら、高調波光で記録することが可能である。
【００４９】
本実施例において、光ディスクとして相変化型の記録材料を用いた記録再生装置について説明したが、光ビームの強度変化を用いて記録マークを形成するタイプの記録材料であれば、どのようなものにも適用できる。例えば、光磁気ディスクにおいても、ブルー光強度だけでは記録マークを形成するのに必要な強度に達していなくても、基本波である半導体レーザ光の分だけで光エネルギーを増加させることができるので、光磁気記録層をキュリー温度近くまで熱することができるので、比較的低出力のブルー光でも情報を記録することができる。
【００５０】
（実施例３）
本実施例では、基本波である半導体レーザ光により光ディスク上に情報を記録し、高調波であるブルー光により光ディスク上に記録された情報の再生を行うことができる記録再生装置について説明する。
【００５１】
本発明の記録再生装置を概略構成図６を用いて説明する。概略構成図６は、概略構成図１とほぼ同じ構成である。本実施例の構成では、コリメートレンズ１及び対物レンズ６が、高調波光であるブルー光だけでなく、半導体レーザ光に対しても収差なく集光できるように設計されていて、また本実施例では基本波を用いて情報の記録を行うため半導体レーザが直接変調できるように、駆動電源に変調器が取り付けられている。また、ブルー光を再生時のみ利用するため、本実施例で用いられるＳＨＧブルー光源１の出力は１ｍＷ程度である。この時の半導体レーザ出力も実施例１および４よりも低く、４０ｍＷ程度である。
【００５２】
まず始めに記録方法について説明する。ＳＨＧブルー光源１の光導波路から得られる基本波である半導体レーザ光及び高調波であるブルー光は、コリメートレンズ２により平行光に変換される。記録時には、基本波をカットするためのフィルタ３は取り除かれる。半導体レーザ光とブルー光は、偏光ビームスプリッタ４及びλ／４板５を透過し、ブルー光のみが円偏光に変換される。対物レンズ６により、半導体レーザ光及びブルー光は光ディスク７上に集光される。対物レンズ６は、半導体レーザ光及び高調波光に対して収差がないように設計されているので、光ディスク７上のほぼ同じ位置に集光される。対物レンズの開口数（ＮＡ）は０．６である。光ディスク７上での半導体レーザ光およびブルー光の出力は、それぞれ１５ｍＷ、１ｍＷである。本実施例では、基本波である半導体レーザ光が光ディスク７上に集光し、半導体レーザを直接変調して情報を記録する。基本波をカットするためのフィルタ１１が挿入され、フォーカスおよびトラッキングサーボ動作は、実施例１、２と同様にブルー光を用いて、フォーカスサーボは非点収差法で、トラッキングサーボはプッシュプル法で行われる。
【００５３】
ここで光ディスク７上に波長８６０ｎｍ帯の半導体レーザを用いて、０．３μｍ以下の記録マークを形成する方法について、図７を用いて詳しく説明する。実施例１及び２のように、ブルー光により光ディスク上に情報を記録するときには、集光スポット径が０．４μｍ以下のため、０．３μｍ程度の記録マークを形成することは容易である。本実施例で用いられている記録層材料の相変化材料は、ある一定の強度以上の光が照射されるとマークが形成される。すなわち、温度が溶融温度に達した領域のみがアモルファス化して記録マークとなる。照射されるブルー光のビーム強度分布は図７（ａ）のようにガウス分布をしており、中央部が強く周辺部にいくにつれて弱くなる。記録層の温度分布は図７（ｂ）のようになり、溶融温度を越えた部分にマークが形成される。従って、光強度を調整し、図７（ｃ）のように光ビームの中心部分だけが溶融温度を越えるようにすると、基本波である波長８６０ｎｍの光を用いても十分小さな記録マークが形成され、高密度の情報記録が実現できる。
【００５４】
次に再生方法について説明する。光ディスク７上に半導体レーザ光により記録された情報は、ブルー光を用いて再生される。再生時にはフィルタ３を挿入し、ブルー光のみを光ディスク７に導くことで、フォトダイオード１０に導かれる光ディスク７での反射ブルー光すなわちＲＦ信号により光ディスク７に記録された情報を再生する。
【００５５】
このように、本実施例のようなＳＨＧブルー光源を用いた記録再生装置では、基本波である半導体レーザの５０％程度と波長変換されたブルー光が同一光軸に出射される。特に、光導波路型波長変換デバイスの場合、複屈折性を利用した位相整合方式のバルク型波長変換デバイスのようにウォークオフもないため、完全に同一光軸の光として得られるため、レンズ系の色収差を補正することで基本波と高調波を同時に光ディスク上に集光することができる。そのため、基本波で光ディスク上に情報を記録し、高調波で情報を再生することが可能となった。そのため、１ｍＷ程度のＳＨＧブルー光源により記録再生装置を実現できた。
【００５６】
本実施例では、基本波で記録し、高調波で再生するため、基本波に対しても高調波に対しても収差のないコリメートレンズおよび対物レンズが絶対不可欠である。このようなレンズは組レンズにより実現できるが、基本波である半導体レーザ光とブルー光を同時に収差なく集光するために、色補正用のレンズを２つのレンズの間に挿入しても得られる。そして、色補正用レンズが液晶レンズであると印加電圧により高調波及び基本波の収差を補正することができる。また、コリメートレンズとＳＨＧブルー光源または、対物レンズと光ディスクの間に、色補正用ガラス板を挿入しても得られる。ただし、上記色補正用レンズおよび色補正用ガラス板は、必要な光の波長により自由に出し入れができるようになっている。
【００５７】
本実施例では、フォーカスおよびトラッキングサーボ動作をブルー光を用いて行っている。概略構成図８では、記録時は基本波を用いて、再生時は高調波を用いてサーボ動作を行う。まず、記録方法について説明する。基本波と高調波では焦点深度や光ディスク基板の屈折率などが異なるため、概略構成図８のように記録光および再生光をそれぞれ用いてサーボ動作することで、より安定な記録再生装置を実現できる。ＳＨＧブルー光源１の光導波路から得られる基本波である半導体レーザ光及び高調波であるブルー光は、コリメートレンズ２により平行光に変換される。記録時には、基本波をカットするためのフィルタ３は取り除かれる。半導体レーザ光とブルー光は、偏光ビームスプリッタ４及びλ／４板５を透過する。対物レンズ６により、半導体レーザ光及びブルー光は光ディスク７上に集光される。光ディスク７で反射した半導体レーザ光及びブルー光は、λ／４板５に導かれ、ブルー光は元の光と偏光が９０度回転され、半導体レーザ光は円偏向になる。偏光ビームスプリッタ４でブルー光と半導体レーザ光の一部分は進行方向が９０度曲げられる。ブルー光と半導体レーザ光は、ブルー光をカットするためのフィルタ１６に導かれる。記録時には、フィルタ１６が挿入され、半導体レーザ光のみが、検出レンズ８とシリンドリカルレンズ９を透過し、フォトダイオード１０に導かれる。フォトダイオード１０は４分割になっていて、フォーカス信号、トラッキング信号を検出する。こうして、記録時には半導体レーザ光を用いてサーボ動作を行い、記録マークを安定に形成する。
【００５８】
再生時は、フィルタ３を挿入し、ブルー光のみを光ディスク７上に導く。フィルタ１１は取り除かれているため、光ディスク７の反射したブルー光はフォトダイオード１０に導きかれる。ブルー光を用いてサーボ動作を行い、同時にＲＦ信号を検出し、光ディスク７上の情報を再生する。
【００５９】
また、概略構成図９のように、フィルタ１６のかわりに、波長選択ミラー１７により半導体レーザ光とブルー光を分離し、半導体レーザ光用の検出レンズ１８、シリンドリカルレンズ１９、フォトダイオード２０を構成し、それぞれの検出系によりサーボ動作を行うことで、さらに安定な記録再生を行うことができる。波長選択ミラー１７は、半導体レーザ光のみをフォトダイオード２０に導き、ブルー光のみをフォトダイオード１０に導く。
【００６０】
本実施例では、光源としてＬｉＴａＯ３結晶を基板とした光導波路型波長変換デバイスによるＳＨＧブルー光源を用いたが、ＬｉＮｂＯ３結晶やＫＴｉＯＰＯ４結晶を基板とした光導波路型波長変換デバイスにより得られるＳＨＧブルー光源を用いても同様の効果が得られた。
【００６１】
また、本実施例のように光導波路型波長変換デバイスを代わりに、擬似位相整合方式のバルク型波長変換デバイスを用いても、半導体レーザ光と高調波光が同一光軸として得られ、同様の効果が得られる。擬似位相整合方式のバルク型波長変換デバイスは、基本波である半導体レーザ光を結晶のｘ方向、もしくはｙ方向に入射させるため、ウォークオフが発生せず、半導体レーザ光と高調波光が同一光軸として得られるため、光導波路型波長変換デバイスと同様の効果が得られ、このような光源を用いても本実施例のように、基本波で記録しながら、高調波光で再生することが可能である。
【００６２】
また、複屈折性を利用した位相整合方式の波長変換デバイスの中でも、比較的ウォークオフ角が小さい結晶では、光軸が少し程度ずれても、高調波の集光スポット上に基本波を照射することが可能であるため、このような光源を用いても本実施例のように、基本波で記録しながら、高調波光で再生することが可能である。
【００６３】
本実施例において、光ディスクとして相変化型の記録材料を用いた記録再生装置について説明したが、光ビームの強度変化を用いて記録マークを形成するタイプの記録材料であれば、どのようなものにも適用できる。例えば、光磁気ディスクにおいても、ブルー光強度だけでは記録マークを形成するのに必要な強度に達していなくても、基本波である半導体レーザ光の分だけで光エネルギーを増加させることができるので、光磁気記録層をキュリー温度近くまで熱することができるので、比較的低出力のブルー光でも情報を記録することができる。
【００６４】
（実施例４）
実施例３では、基本波である半導体レーザ光により光ディスク上に情報を記録し、高調波であるブルー光により光ディスク上に記録された情報の再生を行うことができる記録再生装置について説明した。ＳＨＧブルー光源の場合、基本波である半導体レーザの５０％程度が波長変換されるブルー光と同一光軸に出射される。しかしながら、この半導体レーザ光を光ディスク上に集光した場合、集光スポット径は、λ／ＮＡ（λ：波長、ＮＡ：開口数）に比例するため、ブルー光に比べて大きくなってしまう。相変化型光ディスクの場合、波長８６０ｎｍの半導体レーザ光を用いても、小さな記録マークを実現できることを実施例３で説明したが、安定に小さな記録マークを形成するためには、小さなスポット径のビームで記録することが望まれる。本実施例では、超解像を用いて、より小さな集光スポットを実現し、光ディスク上に情報を記録する記録再生装置について説明する。
【００６５】
超解像を図１０（ａ），（ｂ）を用いて説明する。超解像には振幅格子を用いたもの（図１０（ａ））と、位相格子を用いたもの（図１０（ｂ））がある。図１０（ａ）は、ビーム径Ｄに対して、中央部分に直径Ｗの遮光部分２１が形成された振幅格子である。Ｗ／Ｄ＝０．２の時、得られる集光スポットは（参照 図１０（ｃ））振幅格子が無いときのスポット径に対して８０％（半値全幅）と小さくなり、またこの時のサイドロブのピーク強度は主ビームの強度の２０％程度である（Ｙ．Ｙａｍａｍｏｔｏ ｅｔ．ａｌ．， ＪＪＡＰ． ２８ （１９８９） Ｐ１９７−２００）。光ディスクの記録再生に用いるためには、集光スポットにおいてサイドロブが小さい必要がある。サイドロブが大きいと再生時において隣のトラックの信号も混ざるため（クロストーク）、再生信号の劣化を招くからである。また、記録時において、サイドロブが５０％以上あると隣のトラックの信号を消去する可能性がある。図１０（ｃ）のような集光スポットが得られる場合、再生時に使うことはクロストークを考えると困難であるが、記録時においてはサイドロブのピーク強度が主ビームの強度の２０％以下であり、消去レベルよりも小さいため、記録マークを消去してしまうこともない。集光スポットの半値全幅が８０％程度であると言うことは、波長６９０ｎｍの光と同程度のスポット径が得られ、小さなマーク径を形成することが容易になる。
【００６６】
概略構成図１１の記録再生装置は、構成図１の記録再生装置とほぼ同じ構成をしているが、記録時に対物レンズの前に位相格子を挿入し、超解像ビームで記録マークを形成し、高密度記録を実現しようとしている。本実施例では、対物レンズ６の前に図１０（ａ）の振幅格子２３を設置し、またフィルタ３を取り除いて、実施例３と同様の方法で波長８６０ｎｍの半導体レーザを用いて安定に記録マークを形成する。再生時には振幅格子を取り除き、またフィルタ３を挿入し、記録された情報をブルー光で安定に再生する。
【００６７】
一方、図１０（ｂ）に示す位相格子でも同様の集光スポットが得られた。石英基板２２の中央部分に、半波長分の厚みをエッチングすることで、０ーπ位相格子が簡単に得られる。位相格子は、振幅格子に比べると光を遮光していないまて、効率よく光を光ディスク上に導ける。また、位相格子の場合、ＳＨＧブルー光源の基本波光と高調波光の波長比がちょうど２倍であるため、基本波光に対する位相格子を作製するとブルー光に対してはちょうど１波長ずれていて、位相格子として作用しなくなる。そのため、図１１において振幅格子２３の代わりに位相格子を挿入した記録再生装置では、振幅格子２３のように記録時に挿入し、再生時に取り除くようなことをする必要がなく、超解像の半導体レーザ光で記録し、通常のブルー光で再生する簡素な記録再生装置を実現できる。また、位相格子はブルー光による再生時において取り除く必要がないため、対物レンズの表面に形成することも可能である。
【００６８】
このように、徴解像を用いることで基本波である波長８６０ｎｍの半導体レーザ光を用いても、容易にかつ安定に、記録マークを形成することが可能となり、数ｍＷ程度の出力を有するＳＨＧブルー光源により、記録再生装置が実現できる。
【００６９】
（実施例５）
実施例２から４において、基本波である半導体レーザ光と高調波であるブルー光を同じ位置に集光される。しかしながら、相変化型光ディスクを光ディスクとして用いる場合、情報・消去は熱的現象を用いるため、光ディスクの回転方向に対して基本波光が高調波光よりも少し前方にあるほうが望ましい。光ディスクの回転方向に対して基本波光が高調波光よりも少し前方に集光するための方法について、下記に示す。
【００７０】
（１）コリメートレンズ２と対物レンズ６の間の平行光学系にウエッジのガラス板を挿入する方法である。ウエッジのガラス板は、色分散の大きいものがよく、この色分散によって、基本波光と高調波光の光軸が異なり、結果として集光位置がずれる。
【００７１】
（２）レンズにウエッジの効果を持たせ、基本波光と高調波光の集光位置がずれるようにする。
【００７２】
（３）通常の光導波路型波長変換デバイスでは、光導波路端面は基板に対して垂直に研磨されている。この場合、基本波光と高調波光は同一光軸として得られる。光導波路の出射端を斜めに研磨することで、波長分散効果が得られ、基本波光と高調波光の出射方向が異なり、結果として対物レンズで集光される位置がずれる。
【００７３】
（４）光導波路の出射端に基本波のみに感ずる方向性結合器用光導波路を波長変換用光導波路と平行に形成する。基本波の導波モードの方が大きいため、基本波のみが方向性結合器用光導波路に移る。基本波と高調波は異なる導波路から出射されるため、コリメートされた後、集光されたスポット位置が異なる。
【００７４】
（５）複屈折性を利用した位相整合方法の波長変換デバイスでは、ウォークオフが存在し、基本波光と高調波光が出射される方向が異なる。この場合も、対物レンズで集光される位置がずれる。
【００７５】
（実施例６）
実施例２から４において、用いられた対物レンズの開口数は０．６であった。光ディスクのフォーカスサーボ安定性は、ＮＡの２乗の逆数に比例して厳しくなる。高調波光を利用してフォーカス・トラッキングのサーボを制御して、波長が短いため、制御の安定性がなくなる。そのため、基本波光に対しては高ＮＡ、高調波光に対しては低ＮＡであるように、対物レンズを波長選択的に開口制限することで、安定なサーボ動作が実現できる。
【００７６】
図１２（ａ）のように、対物レンズの周辺部分（Ａ部分）には波長選択性を有する誘電体多層膜が形成されている。基本波である半導体レーザ光に対しては透過率が９９％以上で、高調波であるブルー光に対しては透過率が１％以下に抑圧されていて、ブルー光は開口制限されている。中心部分（Ｂ部分）には基本波光および高調波光に対して透過率が９９％以上になるような膜が形成されている。図１２（ｂ）のように、基本波光はレンズの開口全部を利用して集光されるが、高調波光はレンズの中心部分だけを利用して集光される。そのため、高調波光でフォーカスサーボを制御する場合、より安定な制御を行うことができるため、実用的な記録再生装置が実現できる。
【００７７】
（実施例７）
光ディスクに情報を記録するためには、光源出力の強度変調が必要となる。特に相変化型光ディスクの場合、再生・消去・記録の出力レベルが必要であり、多値変調が絶対不可欠である。ＳＨＧブルー光源の場合、得られるブルー光出力は半導体レーザ光出力の２乗に比例する。また動作温度や注入電流の変化に対して半導体レーザの波長が変動し、波長変換素子の位相整合波長よりずれる可能性がある。そのため本実施例では、ＳＨＧブルー光源を用いて、より安定した出力変調を実現するための方法について説明する。
【００７８】
（１）半導体レーザは、ＧＨｚ程度の周波数帯に緩和振動周波数を持っていて、それ以下の周波数帯においては変調が可能である。光ディスク用半導体レーザでは、光ディスクからの戻り光ノイズを避けるため、半導体レーザを数ＧＨｚの周波数で高周波重畳している。一方、半導体レーザ（出力１００ｍＷ）にＣＷ（連続波）電源より一定電流（以下これをＤＣバイアスとよぶ）を、また高周波電源よりサイン状の高周波（数１００ＭＨｚ〜１ＧＨｚ）を印加すると、半導体レーザは注入電流の高速性に応答できず緩和振動を生じ瞬間パルス的に発振する。この時の半導体レーザのピーク出力は１Ｗ程度となる。そのためこの半導体レーザを基本波として実施例１の光導波路型波長変換素子を用いて波長変換すると、高調波への変換効率は２０％を上回ることとなる。半導体レーザの平均パワーは１００ｍＷと信頼性の点で問題はない。変換される高調波のパワーはＣＷに比べて５〜１０倍程度アップした。
【００７９】
ここで、高周波駆動について説明する。半導体レーザのピークパワーの増加が目的の高周波駆動では少なくともピーク電流Ｉｐとバイアス電流Ｉｂの差（Ｉｐ−Ｉｂ）は、Ｉｂと閾値電流Ｉｔｈの差（Ｉｂ−Ｉｔｈ）の３倍である。（通常では５〜１０倍はある。）このバイアス電流を図１３のように変化させることで、得られる半導体レーザのピーク出力を変化させることができる。そして、バイアス電流に高周波を印加すると、半導体レーザは緩和発振を生じ瞬間パルス的に発振し、高効率の波長変換が実現できる。バイアス電流を変調することで、得られるブルー光の出力も変調できる。半導体レーザに高周波重畳する場合、ブルー光への変換効率がアップするだけでなく、半導体レーザ自身のモードホップも低減できるため、安定にブルー光出力を変調することができる。
【００８０】
例えば、相変化型光ディスクを用いた記録再生装置では、再生・消去・記録の３値の変調が必要である。バイアス電流を３値（ＣＷ・消去・記録）に変調することで、ブルー光出力も３値の変調が可能となり、記録再生装置が実現できる。高周波駆動する場合、得られるブルー光のノイズは高周波駆動しない時より増大する。光ディスク用光源では、再生時に光源のノイズレベルが大きいと、信号とノイズの比が小さくなってしまうため、良好な再生特性を得ることができない。そのため、再生時はＣＷ駆動し、すなわちＤＣバイアス駆動を行い、記録・消去時のみに高周波駆動することにより、良好な記録再生特性が実現される。
【００８１】
バイアス電流を変調する代わりに、高周波重畳するための高周波電源の出力を変調しても、同様にしてブルー光出力の変調を実現できる。
【００８２】
（２）バイアス電流を変調する代わりに、高周波駆動の周波数を変調してもブルー出力を変調することができる。ＤＢＲ半導体レーザや通常の半導体レーザのみを高周波駆動する場合、図１４に示すように、ＧＨｚ近傍の周波数領域では周波数に対しブルー光出力がほぼ比例して増加し、緩和振動周波数を越えると減少する。周波数が増すと半導体レーザのパルス波形の半値幅が狭まるとともに、パルスの間隔が短くなるため、平均パワーが大きくなるためである。図１４から分かるように、ＲＦ周波数を６００ＭＨｚと１．２ＧＨｚの間で周波数変調することで、ＳＨＧブルー光源の出力を、１０ｍＷと２０ｍＷの２値で出力変調することができた。
【００８３】
外部に波長選択する機能（グレーティング、バンドパスフィルタ、光導波路上のＤＢＲ）を有する半導体レーザでは、数１０ＭＨｚの周期でブルー光出力を変動することができる。これは、外部から帰還する光とパルスの緩和時間の関係によるものであり、外部の反射体までの距離に大きく依存する。このような場合、高周波駆動の周波数を少し変化させるだけでブルー光出力を変化させることができ、周波数変調することでブルー光出力の変調を実現できる。
【００８４】
（３）高周波駆動せずに半導体レーザを直接変調して、安定に多値変調する方法について説明する。高周波電源により、半導体レーザ出力を図１５（ａ）のように数１００ＭＨｚ〜数ＧＨｚで変調する。図１５（ｂ）のように、半導体レーザの出力を一定にして変調周波数のみを変化させると、得られるブルー光の平均出力は変調周波数により変化する。図１５に示すように、ピーク出力およびパルス幅を略一定にして、変調周波数が小さくなる、すなわちパルス周期が長くなるとブルー光平均出力も小さくなる。こうして、変調周波数を多値変調することで、多値のブルー光平均出力を得ることができ、安定な記録再生装置が実現できる。
【００８５】
図１８に各実施例で用いられた構成図の内容を簡単にまとめる。概略構成図１の記録再生装置では、基本波と高調波を用いて記録を行い、高調波を用いて再生を行う。また、図４の記録再生装置では、基本波を用いて記録マークの消去を行う。図６、８、９および１１の記録再生装置では、基本波を用いて記録を行い、高調波を用いて再生を行う。
【００８６】
また、図１、４、６の記録再生装置では基本波を用いてサーボ動作を行い、図８および９の記録再生装置では記録時には基本波を用いて、再生時には高調波を用いてサーボ動作を行う。
【００８７】
ＳＨＧブルー光源を用いて記録再生装置を実現しようとすると、現状のところブルー光出力が１０ｍＷ程度のため情報を光ディスクに記録することが困難である。ブルー光出力を向上するためには、基本波である半導体レーザの出力を増大させることが考えられるが、半導体レーザを出力を増大すると注入電流も増大し、周辺機器に与える影響は大きくなる。ＳＨＧブルー光源（特に光導波路型デバイス）では、ブルー光と波長変換されなかった半導体レーザ光が同一光軸上に出射される。光ディスクへの（特に、相変化型光ディスク）情報の記録は、熱的効果による結晶からアモルファスへの相変化を利用している。そのため、本発明の記録再生装置のように、基本波光を光ディスクに照射しながら、ブルー光で記録すると、低出力のブルー光でも記録することが可能であり、１０ｍＷ程度のＳＨＧブルー光源を用いて記録再生装置を実現でき、その実用的効果は大きい。
【００８８】
また光ディスクを再生するためには、光が集光光学系により十分小さいスポットまで集光できる必要があるが、光ディスクへの（特に、相変化型光ディスク）情報の記録は、熱的効果による結晶からアモルファスへの相変化を利用しているため、光がスポットサイズ程度まで集光されている必要がない。ＳＨＧブルー光源の場合、１０ｍＷ以上の基本波がブルー光と同軸に出射され、光ディスク上に導かれる。そのため本発明のように、基本波を用いて光ディスクに記録し、ブルー光を用いて再生すれば、ｍＷ級のブルー出力を有するＳＨＧブルー光源を用いて記録再生装置を実現でき、その実用的効果は大きい。特に、基本波を用いて記録する際、位相格子や振幅格子を用いた超解像スポットを得ることで、より安定に高密度の記録を実現でき、その効果は大きい。
【００８９】
ＳＨＧブルー光源を用いた記録再生装置を実現するためには、ブルー光出力変調をより安定にすることが望まれる。本発明のように、基本波である半導体レーザを高周波駆動し、その周波数を変調してブルー光出力を変調したり、バイアス電流または高周波出力を変調してブルー光を変調することで、所望の変調レベルを安定に得ることができ、その実用的効果は大きい。また、半導体レーザを高周波変調し、その変調周波数によりブルー光出力を変調すると、半導体レーザ自身のピーク出力を変化せずにブルー光出力を変化させることができ、波長変動も少ないため安定にブルー光出力を変調できるため、その効果は大きい。
【００９０】
【発明の効果】
以上のように、本発明は少なくとも互いに波長が異なる第１及び第２の光を同一光軸に出射する光源を用いて、第２の光で光学式情報記録媒体の記録可能層への情報の記録・再生を行い、記録可能層に情報を記録する際には第１の光を同時に記録可能層に照射することで、低出力の第２の光で高密度の記録再生装置を実現する。
【００９１】
また、本発明は少なくとも互いに波長が異なる第１及び第２の光を同一光軸に出射する光源を用いて、第２の光で光学式情報記録媒体の記録可能層に情報を記録・再生を行い、同時に第１の光で記録可能層の情報を消去することで、ダイレクトオーバーライトが可能な高密度の記録再生装置を実現する。
【００９２】
また、本発明は少なくとも互いに波長が異なる第１及び第２の光を同一光軸に出射する光源を用いて、第１の光で光学式情報記録媒体の記録可能層への情報の記録を行い、第２の光で光学式情報記録媒体の記録可能層に記録された情報の再生を行うことで、低出力の第２の光で高密度の記録再生装置を実現する。
【００９３】
また、本発明は少なくとも互いに波長が異なる第１及び第２の光を同一光軸に出射する光源を用いて、超解像に集光された第１の光で光学式情報記録媒体の記録可能層への情報の記録を行い、第２の光で光学式情報記録媒体の記録可能層に記録された情報の再生を行うことで、低出力の第２の光で高密度の記録再生装置を実現する。
【００９４】
特に、本発明は半導体レーザ光を波長変換して得られる短波長光源を用いる場合に、低出力の短波長光により高密度の記録再生装置を実現する。
【００９５】
さらに本発明は、近赤外半導体レーザーと波長変換デバイスにより得られる短波長光源で記録可能層を有する光学式情報記録媒体に情報を記録再生する際、基本波を高周波駆動し、そのバイアス電流を変調したり、高周波駆動の周波数を変化したりすることで、高調波出力を多値変調し、安定な記録再生装置を実現する。
【００９６】
また、本発明は近赤外半導体レーザーと波長変換デバイスにより得られる短波長光源で記録可能層を有する光学式情報記録媒体に情報を記録する際、基本波を高速に変調し、その周期を変化させることで高調波の平均出力を多値変調し、安定な記録再生装置を実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の記録再生装置の概略図を示す構成図
【図２】相変化型光ディスクの構造を表す構成図
【図３】相変化型光ディスクの結晶ーアモルファスの状態を表す図
【図４】本発明の記録再生装置の光ディスクにおける記録マーク形成方法を説明する図
【図５】本発明の記録再生装置の概略図を示す構成図
【図６】本発明の記録再生装置の概略図を示す構成図
【図７】本発明の記録再生装置の光ディスクにおける記録マーク形成方法を説明する図
【図８】本発明の記録再生装置の概略図を示す構成図
【図９】本発明の記録再生装置の概略図を示す構成図
【図１０】本発明の記録再生装置の（ａ）振幅格子（ｂ）位相格子（ｃ）集光スポットを表す図
【図１１】本発明の記録再生装置の概略図を示す構成図
【図１２】本発明の記録再生装置における集光光学系を表した図
【図１３】本発明の変調方式のバイアス電流を表す図
【図１４】ＲＦ周波数とブルー出力の関係を表す図
【図１５】本発明の変調方式を表す図
【図１６】ＳＨＧブルー光源の概略を表す図
【図１７】従来の記録再生装置を表す図
【図１８】本発明の記録再生装置において、各構成の内容をまとめた図
【符号の説明】
１ ＳＨＧブルー光源
２ コリメートレンズ
３ フィルタ
４ 偏光ビームスプリッタ
５ λ／４板
６ 対物レンズ
７ 光ディスク
８ 検出レンズ
９ シリンドリカルレンズ
１０ フォトダイオード
１１ フィルタ
１２ ポリカーボネート基板
１３ 記録層
１４ 反射膜
１５ ＮＤフィルタ
１６ フィルタ
１７ 波長選択ミラー
１８ 検出レンズ
１９ シリンドリカルレンズ
２０ フォトダイオード
２１ 遮光部分
２２ 石英基板
２３ 振幅格子
２４ ＬｉＴａＯ３基板
２５ 半導体レーザ
２６ コリメートレンズ
２７ λ／２板
２８ フォーカシングレンズ
２９ 光導波路
３０ 分極反転領域
３１ 狭帯域バンドパスフィルタ
３２ 半導体レーザ
３３ フォーカシングレンズ
３４ 偏光ビームスプリッタ
３５ λ／４板
３６ 対物レンズ
３７ 光ディスク
３８ 検出レンズ
３９ シリンドリカルレンズ
４０ ４分割検出器
Claims (1)
- 少なくとも半導体レーザと波長変換素子を有する短波長光源を有し、前記半導体レーザ光の一部分が前記波長変換素子により半分の波長の高調波に変換され、再生時は前記半導体レーザに連続波であるバイアス電流のみが印加され、記録時には緩和振動が生じるように数１００ＭＨｚから１ＧＨｚの高周波電源によりバイアス電流上に高周波重畳することにより、緩和振動が生じ瞬間パルス的に発振させることを特徴とする記録再生装置。
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