JP5929331B2 - 記録装置 - Google Patents

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Description

本技術は、モードロック発振型レーザと光増幅器を組み合わせたＭＯＰＡ（Master Oscillator Power Amplifier）を光源に用いた記録装置に関する。
高いピークパワーを有するレーザ光、特に超短パルス光は、非線形多光子吸収の過程を実現するために大変有効であり、この吸収過程を用いた三次元光記録や超微細加工、または非破壊のバイオイメージング等への応用が期待されている。
例えば、非特許文献１では、非線形効果を有する透明なバルク材料に高出力のレーザ光を照射して、多層記録を実現する方法が報告されている。この方法は、従来の積層型ディスクに比べて、安価で大容量の記録媒体の可能性を示すものである。そして、高出力のレーザ光を出射する光源としては、モードロック型のチタンサファイアレーザが用いられている。前記非特許文献１の例では、チタンサファイアレーザから出射される波長８１０ｎｍの出射光をＳＨＧ（Second Harmonic Generator）により４０５ｎｍの波長の光に変換することで、高密度記録に有利な短波長記録用光源を実現している。このような固体レーザは、装置自体が大きく、また高価であるため、研究室内の実験への応用に制限されている（例えば、非特許文献２を参照）。
そこで、多くの研究者たちは、実用へ向けて更に小型で安定なパルス光源の開発を半導体ベースで試みている。先に挙げた方法のような、次世代の光記録においては高密度記録に有利な青紫色レーザ光源が強く望まれている。
例えば、ゲインスイッチング型レーザにおいて、強励起駆動により、繰り返し周波数１ＭＨｚでレーザ光の発振を行った場合に、５５Ｗのピークパワーを実現できることが報告されている（非特許文献３を参照）。ただし、市場における高いデータ転送レートへの要求により、データ記録用の光源においても、さらに高い繰り返し周波数が必要となる。
最近、高密度記録に有効な青色レーザにおいて、ピークパワーが１００Ｗのレーザ光が１ＧＨｚの繰り返し周波数で発振する光源が報告されている（例えば、非特許文献４を参照）。この光源は、ＭＯＰＡと呼ばれる、半導体モードロックレーザと半導体光増幅器とを組み合わせた構成を備える。
Seiji Kobayashi, Kimihiro Saito, Takashi Iwamura, Hisayuki Yamatsu, Toshihiro Horigome,Mitsuaki Oyamada, Kunihiko Hayashi, Daisuke Ueda, Norihiro Tanabe and Hirotaka Miyamoto, ISOM2009 Digest Th-l-01, 2009 Spectra-Physics社、[online]、[平成２２年８月６日検索]、インターネット<URL:http://www.spectraphysics.jp/member/admin/document_upload/Tsunami_Series_Data_Sheet.pdf> M. Kuramoto, T. Oki, T. Sugahara, S. Kono, M. Ikeda, and H. Yokoyama,Appl. Phys. Lett. 96, 051102 _2010_. Rintaro Koda, Tomoyuki Oki, Takao Miyajima, Hideki Watanabe,Masaru Kuramoto, Masao Ikeda, and Hiroyuki Yokoyama，APPLIED PHYSICS LETTERS 97,021101 _2010_
このように、高い繰り返し周波数のパルス光を発振可能な光源は、産業または科学の分野における応用に向けて、更なる改善が求められている。
上述した点に鑑み、本技術は、簡易な構成で、レーザ光の発振パルスとレーザ光の変調との同期が容易に得られる光源を用いた記録装置を提供するものである。
本開示の記録装置は、モードロックレーザ部と、半導体光増幅器と、レーザクロック生成部と、記録信号生成部と、変調部とを備える。モードロックレーザ部は、逆バイアス電圧を印加する可飽和吸収体部及びゲイン電流を注入するゲイン部を有する半導体レーザと、外部共振器部とを含み、所定の周波数のレーザ光を出射する。半導体光増幅器は、モードロックレーザ部から出射されるレーザ光を増幅変調する。レーザクロック生成部は、モードロックレーザ部におけるレーザ光の発振時に、該レーザ光と同期したレーザクロックを可飽和吸収体部から検出した信号から生成する。記録信号生成部は、光記録媒体のドライブからの基準信号に基づいて、記録信号を生成する。変調部は、記録信号を、レーザクロックでラッチして、半導体光増幅部に注入する駆動電流を生成する。また、変調部に設けられ、ドライブからの基準信号と、レーザクロックとの差によるデータ転送速度の差を吸収するメモリバッファを更に含む。さらに、変調部は、データ転送速度の差によって、メモリバッファの残量が無くなった場合やメモリバッファの容量をオーバーした場合には、制御フラグを記録信号生成部に送り、転送や記録を制御する。
本開示の記録装置では、レーザクロック生成部で生成されたレーザクロックは、モードロックレーザ部から出射されるレーザ光と同期している。また、記録信号生成部で生成された記録信号は、変調部において、レーザクロックでラッチされる。したがって、この検出されたレーザクロックを用いて駆動電流を作成することで、モードロックレーザ部から出射されるレーザ光の発振パルスと半導体光増幅器によるレーザ光の変調とを同期させることができる。また、ドライブからの基準信号と、レーザクロックとの差によるデータ転送速度の差が生じていても、データの記録漏れが生じることがなく、正しく記録を行うことができる。さらに、転送速度の差が大きい場合でも、転送や記録を制御して、記録データの取りこぼしを無くすことが可能になる。
上述の本技術によれば、レーザ光の発振パルスとレーザ光の変調信号とを同期させることができるので、非常に高いパルス光周波数を有するレーザ光であっても、レーザ光の光パルスとレーザ光の変調とを、容易に同期させることができる。
本開示の一実施形態の記録装置に用いられるＭＯＰＡの概略構成図である。 図２Ａは半導体レーザの斜視図であり、図２Ｂは半導体レーザからレーザ光が出射される状態の模式図である。 図３Ａは、半導体光増幅器に入射するパルス光の波形であり、図３Ｂは、半導体光増幅器から出射されるパルス光の波形である。 本開示の一実施形態に係る記録装置の概略構成図である。 本開示の一実施形態に係る記録装置を用い、テストパターンとしてランダムデータの記録データを記録したときの波形である。 比較例に係る記録装置を用い、テストパターンとしてランダムデータの記録データを記録したときの波形である。 記録単位毎の繋ぎの部分に、記録データとして使用しない部分（所謂バッファ）を設ける構成を説明するための説明図である。 ビット単位でデータをラッチした場合のビットの損失を示す図である。 データの受け渡しを２バイト単位にした場合を示す図である。 ＦＩＦＯを用いたメモリによるパイプライン処理を説明する図である。 モードロックレーザから発振されるレーザ光と、半導体光アンプの駆動波形が同期した場合と、同期しない場合の、ＭＯＰＡから出力される出力パルスの波形を示す図である。
本技術の提案者らは、ＭＯＰＡを用いた光源及び記録装置の開発において、下記の課題を見出すに至った。
記録再生装置において、記録データには、予め記録単位毎の記録番地（アドレス）を与え、光記録媒体上に予めアドレス情報を埋め込んだウォブル信号に基づき、該当する位置に記録データを記録しなければならない。このことにより、再生時には、アドレス情報によりビームをアクセスして、所望のデータの再生が可能となる。
記録用のＤＶＤやBlu-ray disc（登録商標）等に代表される光ディスクに記録するための記録装置では、光ディスクのアドレス情報を埋め込んだウォブル信号の基本波を用いてデータクロックを生成する。そして、記録装置では、このデータクロックに同期して記録データの変調を与えたレーザパルスを光ディスクに照射し、記録を行っている。
モードロックレーザと半導体光増幅器とからなるＭＯＰＡを記録に用いる場合も、記録データの変調とレーザ光の発振パルスとを同期させながら記録を行う必要がある。このような、モードロックレーザを用いたＭＯＰＡを記録再生装置に適用する場合には、記録データの変調は、半導体光増幅器を外部駆動することにより行うことができる。
しかしながら、ＭＯＰＡを記録再生装置に適用する場合には、モードロックレーザから発振されるレーザ光の発振パルスと記録データによるレーザ光の変調とが同期しないと、記録パルス数が変動してしまい、正確に記録マークが書けない。
図１１Ａ〜Ｄは、モードロックレーザから発振されるレーザ光と、半導体光増幅器の駆動波形が同期した場合と、同期しない場合の、ＭＯＰＡから出力される出力パルスの波形を示す模式図である。図１１Ａは、モードロックレーザから発振されるレーザ光の波形である。図１１Ｂは、半導体光増幅器を駆動するのに用いる駆動電流（記録データに対応）の波形である。図１１Ｃは、モードロックレーザから発振されるレーザ光と、半導体光増幅器の駆動波形が同期しない場合（非同期の場合）に、ＭＯＰＡから出力される出力パルスの波形である。図１１Ｄは、モードロックレーザから発振されるレーザ光と、半導体光増幅器の駆動波形が同期した場合に、ＭＯＰＡから出力される出力パルスの波形である。図１１Ａ〜Ｄでは、半導体光増幅器を駆動して、同じ長さの記録データに対応したパルスを増幅する際に、ＭＯＰＡから出力されるパルス数が４個の場合を示している。
モードロックレーザから出射されるレーザ光と、半導体光増幅器を駆動する駆動電流とが、最適な位相で同期している場合には、図１１Ｄに示すように、駆動電流のパルス幅が同じ場合には同じパルス数のパルス光を出力することができる。
一方、モードロックレーザから出射されるレーザ光と、半導体光増幅器を駆動する駆動電流とが、最適な位相で同期していない場合、図１１Ｃに示すように、駆動電流のパルス幅が同じ場合でも、例えばパルス数が５個分のパルス光が出力されてしまう。
このように、半導体光増幅器の駆動電流がモードロックレーザから発振されるレーザ光と同期していない場合には、半導体光増幅器から出力されるパルス数が異なる。このような現象は、転送レートが上がり、駆動電流のパルス幅が狭くなるにしたがって、記録精度に大きな影響をもたらす。
以上の考察に基づき、本技術の提案者らは、レーザ光の発振パルスとレーザ光の変調との同期が可能な光源を開発するに至った。以下では、レーザ光の発振パルスとレーザ光の変調の同期が可能な光源を、記録装置に用いる場合を例に説明する。
以下に、本開示の実施形態に係る光源及び記録装置の一例を、図１〜図１０を参照しながら説明する。本開示の実施形態は以下の順で説明する。なお、本開示は以下の例に限定されるものではない。
１．ＭＯＰＡの構成
１−１ モードロックレーザ部
１−２ 半導体光増幅器
２．記録装置の構成
３．記録装置の駆動方法
４．変形例
〈１．ＭＯＰＡの構成〉
本開示の一実施形態（以下、本実施形態）に係る光源及び記録装置の説明に先立ち、本実施形態の光源及び記録装置に用いられるＭＯＰＡについて説明する。図１は、ＭＯＰＡ３の概略構成図である。図１に示すように、ＭＯＰＡ３は、モードロックレーザ部１３０と、半導体光増幅器１４０とを備える。
［１−１ モードロックレーザ部］
まず、モードロックレーザ部１３０について説明する、モードロックレーザ部１３０は、図１に示すように、半導体レーザ１００と外部共振器部１２０とで構成されている。図２Ａ及び図２Ｂに、モードロックレーザ部１３０を構成する半導体レーザ１００の一形態の概略構成を示す。図２Ａは半導体レーザ１００の斜視図であり、図２Ｂは半導体レーザ１００からレーザ光が出射される状態の模式図である。この半導体レーザ１００は、ピコ秒のパルス幅の発振光（以下、パルス光）を出力するレーザである。
半導体レーザ１００は、可飽和吸収体部１１７と、ゲイン部１１６とによって構成されるbi-Sectional型の半導体レーザである。半導体レーザ１００は、ｎ型ＧａＮ基板１０２と、その上部に形成された二重量子井戸分離閉じ込めヘテロ構造を構成する半導体層と、主電極１１３と、副電極１１４と、下部電極１０１とを有する。
二重量子井戸分離閉じ込めヘテロ構造は、ＧａＩｎＮ／ＧａＮ／ＡｌＧａＮ材料からなり、ヘテロ構造を構成する各層が、ｎ型ＧａＮ基板１０２の（０００１）面上に順次形成されている。すなわち、ｎ型ＧａＮ基板１０２上に、ｎ型ＧａＮ層１０３、ｎ型クラッド層１０４、活性層１０５、ｐ型電子障壁層１０６、ｐ型クラッド層１０７がこの順で積層されている。ｐ型クラッド層１０７の中央部には、図２Ａに示すようにリッジ構造が形成されている。また、リッジ側面や、ｐ型クラッド層１０７のリッジが形成されていない部分の上には、ＳｉＯ２層１０８とＳｉ層１０９が積層されている。
ｐ型クラッド層１０７及びＳｉ層１０９上には、ｐ型電極である主電極１１３及び副電極１１４が、下層の半導体層とオーミックコンタクトが取れるように形成されている。ここで、ゲイン部１１６上には主電極１１３が、可飽和吸収体部１１７上には副電極１１４が形成されている。これらの主電極１１３及び副電極１１４は、例えば幅２０μｍの溝状の分離部１１５によって互いに電気的に分離されている。
ここで、リッジ部の延在方向に平行な方向における主電極１１３の長さは、例えば５２０μｍであり、リッジ部の延在方向に平行な方向における副電極１１４の長さは、例えば６０μｍである。また、ｎ型ＧａＮ基板１０２の下面には、ｎ型の下部電極１０１がｎ型ＧａＮ基板１０２とオーミックコンタクトが取れるように形成されている。
このヘテロ構造は、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法によって形成することができる。
また、半導体レーザ１００のゲイン部１１６側の劈開面には、反射防止膜（図２Ｂ参照）１１８がコーティングされ、半導体レーザ１００の可飽和吸収体部１１７側の後面の劈開面には、高反射膜１１９（図２Ｂ参照）がコーティングされている。これにより、半導体レーザ１００では、反射防止膜１１８と高反射膜１１９との間に内部共振器が構成される。
図２Ｂに示すように、この半導体レーザ１００では、副電極１１４によって、可飽和吸収体部１１７に逆バイアス電圧Ｖｓａを加える。そしてこの時、ゲイン部１１６に対して主電極１１３から電流（ゲイン電流Ｉｇａｉｎ）を注入することにより、矢印Ａ１に示す方向にパルス光が出射される。半導体レーザ１００では、可飽和吸収体部１１７を設けることにより、吸収体に入射する光の強度が大きくなるにつれて吸収体の吸収率が低下し、強度の大きい光しか吸収体を透過できないため、よりパルス幅の狭いパルス光が発振される。
外部共振器部１２０は、図１に示すように、レンズ１２１、バンドパスフィルタ１２３及びミラー１２４とで構成されている。レンズ１２１、バンドパスフィルタ１２３及びミラー１２４は、半導体レーザ１００から出射されるレーザ光の光路上において、半導体レーザ１００側からこの順で配列されている。また、この外部共振器部１２０を通過したレーザ光は半導体光増幅器１４０に入射される。
外部共振器部１２０が設けられることにより、モードロックレーザ部１３０では、半導体レーザ１００の高反射膜１９と、ミラー１２４との間に外部共振器（空間共振器）が構成される。外部共振器の光路長Ｌにより、モードロックレーザ部１３０から出射されるパルス光の周波数が決まる。これにより、パルス光のモードを強制的に特定の周波数にロックさせることができる。
なお、外部共振器の光路長Ｌは、半導体レーザ１００の内部共振器の光路長Ｌ０、半導体レーザ１００の内部の屈折率ｎ０、半導体レーザ１００の外部の光路長Ｌ１、外部共振器部１２０の屈折率ｎ１とから、下記の式（１）で求めることができる。
Ｌ＝ｎ０・Ｌ０＋ｎ１・Ｌ１ （１）
［１−２ 半導体光増幅器］
次に、半導体光増幅器１４０について説明する。半導体光増幅器（ＳＯＡ）１４０は、モードロックレーザ部１３０から出射されたレーザ光を増幅変調する光変調手段である。この半導体光増幅器１４０は、小型かつ低コストの光増幅器であり、また、光をオン・オフする光ゲート又は光スイッチとして用いることができる。本実施形態においては、この半導体光増幅器１４０のオン・オフによって、モードロックレーザ部１３０から出射したレーザ光を変調する。
図１に示すように、半導体光増幅器１４０は、活性層１４２を含む複数の層が積層して構成された半導体層１４１と、半導体層１４１の上面に形成された上部電極１４３と、半導体層１４１の下面に形成された下部電極１４４とを備える。また、半導体光増幅器１４０は、その半導体層１４１の上面及び下面に垂直な側面の対向する面にそれぞれ設けられた反射防止膜１４５を備える。
通常の半導体レーザでは、両端面のミラーによって構成される共振器内に光を閉じ込めて、バンド間遷移による光学利得によってレーザ光を発振させる。これに対して、半導体光増幅器１４０では、ミラーの代わりに、図１に示すように、両端面に反射防止膜１４５を設けることによって、レーザ光の発振を抑制して、１パス分の光を増幅する増幅器として動作させている。
このような半導体光増幅器１４０において、図１に示すように、下部電極１４４を接地電位に接続し、上部電極１４３に駆動電流Ｉｄを注入した状態で反射防止膜１４５が形成された入射端面からモードロックレーザ部１３０から出射したレーザ光を入射させる。そうすると、半導体光増幅器１４０に入射されたレーザ光は、活性層１４２中を導波される間に誘導放出によって増幅される。また、駆動電流Ｉｄを注入しない状態では、モードロックレーザ部１３０から出射したレーザ光は増幅されない。
このように、半導体光増幅器１４０は、駆動電流Ｉｄを変化させることでモードロックレーザ部１３０から出射されるレーザ光を増幅変調する変調手段として用いられる。また、本実施形態の半導体光増幅器１４０では、注入する駆動電流Ｉｄの電流量を制御することにより、レーザ光の増幅量を制御することができる。ただし、半導体光増幅器１４０に入射されたレーザ光を必ずしも増幅させる必要はなく、十分なレーザ光パワーが得られる場合には、半導体光増幅器１４０のゲインを１としても良い。
図３Ａに、モードロックレーザ部１３０から出射され、半導体光増幅器１４０に入射するパルス光の波形を示し、図３Ｂに、半導体光増幅器１４０から出射されるパルス光の波形を示す。
半導体光増幅器１４０内におけるキャリア寿命は短いため、電流や光強度の変化に対して、高速な応答が可能になる。したがって、図３Ａに示すように、モードロックレーザ部１３０からの入力光の連続パルス光に対して、所定の駆動電流Ｉｄを半導体光増幅器１４０に注入することで、例えば図３Ｂに示す波形のパルス光が、半導体光増幅器１４０からの出力光として得られる。即ち、半導体光増幅器１４０は、上部電極１４３に注入する駆動電流Ｉｄの信号によって、オン・オフを制御することができ、モードロックレーザ部１３０からの発振パルスの周波数にも対応した、高速な光スイッチとして用いることができる。
半導体光増幅器１４０において、例えば波長４０７ｎｍのレーザ光を増幅させる構成とする場合には、半導体光増幅器１４０も、活性層１４２を含む半導体層１４１を、４０７ｎｍの波長の光を放出する半導体レーザと同様の材料によって構成すればよい。
以上のように、本実施形態に用いられるＭＯＰＡ３は、モードロックレーザ部１３０から出力されたレーザ光を半導体光増幅器１４０で変調して出力することができる。そして、レーザ光の変調は、半導体光増幅器１４０の上部電極１４３に供給する駆動電流Ｉｄを変化させることで行うことができる。
〈２．記録装置の構成〉
図４に、本開示の一実施形態に係る記録装置１の概略構成を示す。図４に示す記録装置１は、図１に示したＭＯＰＡ３、増幅器６、第１ＰＬＬ回路７、変調部１５、バイアスティー９、可変電圧電源１２及び電流電源１３を有する光源２と、ウォブル検出回路４と、第２ＰＬＬ回路５と、記録信号生成部８とを備える。また、図示を省略するが、記録装置１は、光源２から出射したレーザ光を光記録媒体１４に集束照射するための光学系と、信号処理や記録装置１の動作制御の為の各種回路とを備えている。図４において、図１に対応する部分には同一符号を付し重複説明を省略する。
ＭＯＰＡ３は、前述したように、半導体レーザ１００及び外部共振器１２０で構成されるモードロックレーザ部１３０と、半導体光増幅器１４０とを備える。半導体レーザ１００の主電極１１３には、電流電源１３が接続されており、半導体レーザ１００の副電極１１４には、バイアスティー９のコイル１１を介して可変電圧電源１２に接続されている。また、図示を省略するが、半導体レーザ１００の下部電極１０１は接地電位に接続されている。
半導体レーザ１００では、主電極１１３に所定のゲイン電流Ｉｇａｉｎが注入され、副電極１１４に逆バイアス電圧Ｖｓａが供給されることにより、パルス状のレーザ光（以下、パルス光）が発振される。発振されたパルス光は、外部共振器１２０により特定の周波数にロックされ、特定の周波数にロックされたパルス光は半導体光増幅器１４０に入力される。
半導体光増幅器１４０の上部電極１４３は、後述する変調部１５に接続されており、下部電極１４４は、図示を省略するが、接地電位に接続されている。本実施形態では、半導体光増幅器１４０の上部電極１４３に変調部１５から駆動電流Ｉｄが供給される。
半導体光増幅器１４０では、モードロックレーザ部１３０から入力されたパルス光が、変調部１５から入力される駆動電流Ｉｄに応じて変調される。半導体光増幅器１４０で変調されたパルス光はスピンドルモータ（図示を省略する）によって回転駆動された光記録媒体１４に照射される。
バイアスティー９は、コイル１１及びコンデンサ１０で構成されており、コイル１１は半導体レーザ１００の副電極１１４と可変電圧電源１２との間に設けられ、コンデンサ１０は半導体レーザ１００の副電極１１４と増幅器６との間に設けられている。
ところで、半導体レーザ１００では、パルス光の発振時に、可飽和吸収体部１１７の電極（すなわち、副電極１１４）に、モードロックレーザ部１３０から発振したパルス光と同じ周波数であって、該パルス光と同期した微弱信号が漏れ混むことが知られている。したがって、本実施形態では、可飽和吸収体部１１７の副電極１１４からバイアスティー９側には、モードロックレーザ部１３０から発振したパルス光と同期した微弱信号が流れる。バイアスティー９側に流れた微弱信号は、バイアスティー９により交流成分と直流成分とに分けられ、交流成分からなる高周波信号が増幅器６に送られる。すなわち、本実施形態では、バイアスティー９は、可飽和吸収体部１１７から交流成分を抽出するためのフィルタとして用いられる。
増幅器６は、コンデンサ１０を介して半導体レーザ１００の可飽和吸収体部１１７から送られてきた高周波信号を増幅し、その増幅した高周波信号を第１ＰＬＬ回路７に入力する。第１ＰＬＬ回路７では、増幅器６から送られてきた高周波信号を安定なクロック信号（以下、レーザクロックＬＤＣＬＫ）に変換して出力する。このように、本実施形態では、バイアスティー９と増幅器６とにより、可飽和吸収体部１１７からレーザクロックＬＤＣＬＫを検出する検出部が構成される。モードロックレーザ部１３０から発振されたパルス光に同期したレーザクロックＬＤＣＬＫは、第１ＰＬＬ回路７から、変調部１５に入力される。
モードロックレーザ部１３０に不具合があった場合には、第１ＰＬＬ回路７によってその不具合を検出した後に、第１ＰＬＬ回路７から変調部１５に図４に示すアンクロック信号ＵＮＣＬＫを供給する。この場合は、レーザクロックＬＤＣＬＫ以外の信号を基準とするように、記録装置１の動作を切り替える。これにより、記録の異常動作を一次的に回避することができる。その際、基準とする信号としては、例えば、後述するドライブクロックＤＲＩＶＥＣＬＫが挙げられる。
本実施形態では、フィルタを構成するバイアスティー９と、増幅器６と、第１ＰＬＬ回路７とにより、レーザクロックＬＤＣＬＫを生成するレーザクロック生成部１６が構成される。
ウォブル検出回路４は、第２ＰＬＬ回路５を介して記録信号生成部８に電気的に接続されている。ウォブル検出回路４は、光記録媒体１４に形成されたウォブルを検出してドライブクロックＤＲＩＶＥＣＬＫを作成する。ウォブル検出回路４で作成されたドライブクロックＤＲＩＶＥＣＬＫは、第２ＰＬＬ回路５を経て記録信号生成部８に供給される。また、前述したように、モードロックレーザ部１３０から検出したレーザクロックＬＤＣＬＫに異常があった場合には、ドライブクロックＤＲＩＶＥＣＬＫを変調部１５にも供給できるように構成している。
なお、アンクロック信号ＵＮＣＬＫを変調部１５に供給する構成と、ドライブクロックＤＲＩＶＥＣＬＫを変調部１５に供給する構成とは本開示の記録装置に必須の構成ではない。記録装置の動作に問題が生じない場合には、これらの構成を省略することができる。
記録信号生成部８は、第２ＰＬＬ回路５から供給されたドライブクロックＤＲＩＶＥＣＬＫに記録データを載せることにより、データパルスを作成する。そして、記録信号生成部８で作成されたデータパルスは、変調部１５に供給される。
変調部１５は、第１ＰＬＬ回路７、第２ＰＬＬ回路５及び半導体光増幅器１４０に接続されている。変調部１５では、第２ＰＬＬ回路５から供給されたデータパルスを、第１ＰＬＬ回路７から供給されたレーザクロックＬＤＣＬＫで一度ラッチして、その後に、ラッチしたデータパルスに基づいて、駆動電流Ｉｄを生成する。変調部１５で生成された駆動電流Ｉｄは、半導体光増幅器１４０に注入される。これにより、半導体光増幅器１４０は、変調部１５から注入された駆動電流Ｉｄで変調駆動される。
〈３．記録装置の駆動方法〉
以上の構成を有する記録装置１の駆動方法について説明する。
まず、半導体レーザ１００の主電極１１３に、電流電源１３から所定のゲイン電流Ｉｇａｉｎを供給すると共に、半導体レーザ１００の副電極１１４に、可変電圧電源１２から所定の逆バイス電圧Ｖｓａを、コイル１１を介して供給する。これにより、半導体レーザ１００からパルス光が出射される。そして、半導体レーザ１００から出射されたパルス光は、外部共振器１２０によって強制的に例えば１ＧＨｚの周波数にロックされる。これにより、モードロックレーザ部１３０からは、１ＧＨｚのパルス光が出射される。
一方、半導体レーザ１００では、モードロックレーザ部１３０から発振されるパルス光と同じ周波数であり、そのパルス光と同期した微弱信号が、可飽和吸収体部１１７を構成する副電極１１４からバイアスティー９に供給される。微弱信号は、バイアスティー９により交流成分と直流成分とに分離され、バイアスティー９を構成するコンデンサ１０からは、その交流成分からなる高周波信号が出力される。コンデンサ１０から出力された高周波信号は、増幅器６に入力され、そこにおいて増幅された後、第１ＰＬＬ回路７入力される。第１ＰＬＬ回路７に入力された高周波信号は、安定したレーザクロックＬＤＣＬＫとされ、変調部１５に入力される。
また、変調部１５には、記録信号生成部８で作成されたデータパルスが入力されている。変調部１５では、そのデータパルスを、第１ＰＬＬ回路７から入力されたレーザクロックＬＤＣＬＫでラッチし、ラッチしたデータパルスを駆動電流Ｉｄとして半導体光増幅器１４０の上部電極１４３に注入する。
これにより、モードロックレーザ部１３０から半導体光増幅器１４０に入射したパルス光は、半導体光増幅器１４０に注入された駆動電流Ｉｄにより変調され、その変調されたパルス光が光記録媒体１４に照射される。これにより、光記録媒体１４では、記録データの書き込みがなされる。
本実施形態では、レーザクロックＬＤＣＬＫは、半導体レーザ１００の可飽和吸収体部１１７の副電極１１４に漏れ混んだ微弱信号の高周波成分を抽出し、増幅することで検出した信号であり、モードロックレーザ部１３０から出射されるパルス光に同期している。したがって、このレーザクロックＬＤＣＬＫに同期した駆動電流Ｉｄを半導体光増幅器１４０に注入することで、モードロックレーザ部１３０から出射されるパルス光と、パルス光の変調とを同期させることができる。これにより、高密度かつ高速な記録を、正確に実現することが可能となる。
図５Ａに、本実施形態の記録装置１を用い、テストパターンとしてランダムパターンの記録データを記録したときの駆動電流の波形を示し、図５Ｂに、そのときに半導体光増幅器１４０から発振されるパルス光の波形を示している。また、図６Ａに、比較例の記録装置を用い、テストパターンとしてランダムパターンの記録データを記録したときの駆動電流の波形を示し、図６Ｂに、そのときに半導体光増幅器から発振されるパルス光の波形を示している。比較例の記録装置は、図４に示す記録装置１から、バイアスティー９、増幅器６、第１ＰＬＬ回路７を除いた構成とし、駆動電流Ｉｄは、記録信号生成部８から入力されたデータパルスに同期させる構成とした。
図５Ａ及びＢ、並びに、図６Ａ及びＢでは、ゲイン電流Ｉｇａｉｎが７０ｍＡ、逆バイアス電圧Ｖｓａが−１２Ｖ、半導体光増幅器１４０に印加される駆動電流Ｉｄのマックス値が１．４Ａであるときの波形である。また、図５Ｂ及び図６Ｂでは、各パターン長のデータに対するパルス光を重ねて示している。
図６Ｂに示すように、比較例に係る記録装置では、半導体光増幅器１４０から出射される各パルス光のピークが明確ではなく各パルス光の同期特性が乱れていることがわかる。
一方、本実施形態の記録装置１では、モードロックレーザ部１３０から出射されたパルス光と駆動電流Ｉｄとが同期している。このため、図５Ｂに示すように、各パターン長のデータに対応するパルス光の同期が図られていることがわかる。
ところで、モードロックレーザ部１３０から出射されるパルス光と同期したレーザクロックＬＤＣＬＫを生成する方法としては、モードロックレーザ部１３０から出射されるパルス光を検出し、その検出したパルス光に基づいて生成する方法も考えられる。しかしながら、この場合は、モードロックレーザ部１３０から出射されるパルス光を取得するために複数の光学素子が必要となる。
一方、本実施形態では、モードロックレーザ部１３０から出射されるパルス光と同期したレーザクロックＬＤＣＬＫは、半導体レーザ１００の可飽和吸収体部１１７に漏れ混んだ微弱信号から生成することができる。このため、この場合にはモードロックレーザ部１３０から出射されるパルス光を用いる場合に比較して、モードロックレーザ部１３０から出射されるパルス光を検出するための光学素子が必要ない。したがって、本実施形態では、光源２及び記録装置１の小型化や、製造時のコストダウンを図ることができる。
なお、記録信号生成部８では、ドライブクロックＤＲＩＶＥＣＬＫで検出したウォブルのアドレスの１記録単位毎に、データパルスを変調部１５に送ることにより、記録単位毎に、ウォブルの位相とレーザ光の発振パルスとを同期させることができる。ただし、ウォブルのアドレスとレーザ光の発振パルスとは完全には同期していないので、記録単位の終わりの位置と記録単位の記録開始位置は合わない。そこで、記録単位毎の繋ぎの部分にバッファを設ける構成を適用する。
図７は、記録単位毎の繋ぎの部分に、記録データ領域として使用しない部分（所謂バッファ）を設ける構成を説明するための図である。図７に示すように、例えば、記録データの先頭と後端に、データの無いプリアンブルとポストアンブルを設けて、繋ぎの所で記録データの重なりが気にならないように配慮する。そして、プリアンブルとポストアンブルをそれぞれ長さＬで設けて、繋ぎの所で長さ２Ｌのバッファを設ける。このように、アドレス位置検出誤差と記録単位のクロック間誤差の累積に対応したバッファを設けることにより、記録データの重なりを回避することができる。
〈４．変形例〉
次に、上述した実施形態に係る記録装置１の変形例について説明する。変形例に係る記録装置では、図示を省略するが、図４に示した変調部１５にメモリバッファを設ける。これは、ドライブクロックＤＲＩＶＥＣＬＫとレーザクロックＬＤＣＬＫとの差による、変調部１５におけるデータラッチの際の誤りを防ぐためである。
図８は、ビット単位でデータをラッチした場合のビットの損失を示す図であり、記録バイトデータとそれに対応するラッチデータを示す。図８に示すように、ビット単位でデータをラッチすると、ビットを損失する場合がある。図８では、矢印で示すように、レーザクロックＬＤＣＬＫのパルスの立ち上がりで記録ビットデータをラッチしているが、ドライブクロックＤＲＩＶＥＣＬＫとレーザクロックＬＤＣＬＫとのパルス幅の差により、データ０のビットが失われている。
一方、図９に、データの受け渡しを２バイト単位にした場合の記録バイトデータとそれに対応するラッチデータを示す。図９に示すように、記録信号生成部８から変調部１５へのデータの受け渡しを２バイト単位にすると、損失を減らすことができる。つまり、クロックの差を吸収できるように、ある程度の長さのワード単位のデータを送り、さらに変調部１５のメモリバッファで溜める機能が必要である。
そこで、図１０に示すように、ＦＩＦＯ（First In, First Out）を用いたメモリによって、異なるクロックのデータを順次送り出すパイプライン処理を行う。これにより、書き込みクロックであるドライブクロックＤＲＩＶＥＣＬＫと、読み出しクロックであるレーザクロックＬＤＣＬＫとの差による、データ転送速度の差を吸収させる。その他の構成は、前述した実施形態と同様にすることができる。
変形例に係る記録装置において、より好ましくは、転送速度差によりメモリバッファの残量（空き容量）が無くなったり、メモリバッファの容量をオーバーしたりするときには、光記録媒体１４のドライブに制御フラグを送り、転送や記録を制御する。制御フラグとしては、図１０にも記載している、ＵｎｄｅｒＦｌｏｗＦｌａｇやＯｖｅｒＦｌｏｗＦｌａｇが挙げられる。図４の記録装置１において、これらの制御フラグは、例えば、変調部１５から記録信号生成部８に送るようにする。これにより、転送速度の差が大きい場合でも、転送や記録を制御して、記録データの取りこぼしを無くすことが可能になる。
この変形例に係る記録装置において、さらに好ましくは、レーザクロックＬＤＣＬＫによって、読み込んだデータの誤りを検出して、書き込み中止や訂正を行う構成とする。これにより、誤りのあるデータを光記録媒体１４に書き込んでしまうことを防止することができる。
上述の変形例に係る記録装置によれば、本実施形態に係る記録装置１と同様に、レーザ光の発振パルスとレーザ光の変調とを同期させることができる。これにより、非常に高いパルス光周波数を有するレーザ光であっても、レーザ光の発振パルスとレーザ光の変調とを、容易に同期させることができる。したがって、記録装置において、高密度かつ高速な記録を、正確に実現することが可能となる。
さらに変形例に係る記録装置によれば、変調部１５にメモリバッファを設けて、ドライブクロックＤＲＩＶＥＣＬＫとレーザクロックＬＤＣＬＫとの差によるデータ転送速度の差を吸収させる。これにより、ドライブクロックＤＲＩＶＥＣＬＫとレーザクロックＬＤＣＬＫとの差によるデータ転送速度の差が生じていても、データの記録漏れが生じることがなく、正しく記録を行うことができる。
上述の記録装置１では、使用する光記録媒体１４がディスク状であり、光記録媒体１４を回転させて、情報の記録を行う構成であったが、その他の構成の記録装置にも本技術を適用することができる。例えば、カード状等の光記録媒体に対してレーザ光を走査させて、光記録媒体に情報を記録する構成にも本技術は適用可能である。
また、上述の記録装置１では、光記録媒体１４に形成されたウォブルを基準として、ドライブクロックＤＲＩＶＥＣＬＫを作成していた。本開示では、光記録媒体のドライブからの基準信号は、ウォブルを基準とした信号に限定されるものではなく、その他の構成の信号を、ドライブからの基準信号としても構わない。例えば、ウォブルに代わる、他のアドレスのリファレンス用の構成を光記録媒体に設けて、この構成を用いて、ドライブからの基準信号を作成しても良い。
また、上述した実施形態では、光源を、記録装置に用いる例としたが、本開示の光源は、記録装置への適用に限定されるものではなく、例えばレーザ加工装置に用いる二光子顕微鏡などの電子機器に適用することもできる。
本開示は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成を取り得る。
なお、本開示は、以下のような構成をとることもできる。
（１）
逆バイアス電圧を印加する可飽和吸収体部、及び、ゲイン電流を注入するゲイン部を有する半導体レーザと、外部共振器とを含み、所定の周波数のレーザ光を出射するモードロックレーザ部と、
前記モードロックレーザ部から出射されるレーザ光を増幅変調する半導体光増幅器と、
前記モードロックレーザ部におけるレーザ光の発振時に、該レーザ光と同期したレーザクロックを前記可飽和吸収体部から検出する検出部と、
前記レーザクロックに同期した駆動電流を作成し、前記駆動電流を半導体光増幅器に注入する変調部と
を備える光源。
（２）
前記検出部は、前記可飽和吸収体部の前記逆バイアス電圧が印加される電極から出力された信号から高周波成分を抽出するフィルタと、前記高周波成分を増幅する増幅部とを含む
（１）に記載の光源。
（３）
逆バイアス電圧を印加する可飽和吸収体部及びゲイン電流を注入するゲイン部を有する半導体レーザと、外部共振器とを含み、所定の周波数のレーザ光を出射するモードロックレーザ部と、
前記モードロックレーザ部から出射されるレーザ光を増幅変調する半導体光増幅器と、
前記モードロックレーザ部におけるレーザ光の発振時に前記可飽和吸収体部で得られる信号から、前記モードロックレーザ部から出射されるレーザ光と同期したレーザクロックを検出する検出部と、
光記録媒体のドライブからの基準信号に基づいて、記録信号を生成する記録信号生成部と、
前記記録信号を、前記レーザクロックでラッチして、前記半導体光増幅部に注入する駆動電流を生成する変調部と
を備える記録装置。
（４）
前記ドライブからの基準信号は、前記光記録媒体に形成されたウォブルから得られる信号である
（３）に記載の記録装置。
（５）
前記変調部に設けられ、前記ドライブからの基準信号と、前記レーザクロックとの差によるデータ転送速度の差を吸収するメモリバッファを更に含む
（３）又は（４）に記載の記録装置。
１・・・記録装置、２・・・光源、３・・・ＭＯＰＡ、４・・・ウォブル検出回路、５・・・第２ＰＬＬ回路、６・・・増幅器、７・・・第１ＰＬＬ回路、８・・・記録信号生成部、９・・・バイアスティー、１０・・・コンデンサ、１１・・・コイル、１２・・・可変電圧電源、１３・・・電流電源、１４・・・光記録媒体、１５・・・変調部、１６・・・レーザクロック生成部、１００・・・半導体レーザ、１０１・・・下部電極、１０２・・・ｎ型ＧａＮ基板、１０３・・・ｎ型ＧａＮ層、１０４・・・ｎ型クラッド層、１０５・・・活性層、１０６・・・ｐ型電子障壁層、１０７・・・ｐ型クラッド層、１０８・・・ＳｉＯ２層、１０９・・・Ｓｉ層、１１３・・・主電極、１１４・・・副電極、１１５・・・分離部、１１６・・・ゲイン部、１１７・・・可飽和吸収体部、１１８・・・反射防止膜、１１９・・・高反射膜、１２０・・・外部共振器、１２１・・・レンズ、１２３・・・バンドパスフィルタ、１２４・・・ミラー、１３０・・・モードロックレーザ部、１４０・・・半導体光増幅器、１４１・・・半導体層、１４２・・・活性層、１４３・・・上部電極、１４４・・・下部電極、１４５・・・反射防止膜

Claims (2)

  1. 逆バイアス電圧を印加する可飽和吸収体部及びゲイン電流を注入するゲイン部を有する半導体レーザと、外部共振器部とを含み、所定の周波数のレーザ光を出射するモードロックレーザ部と、
    前記モードロックレーザ部から出射されるレーザ光を増幅変調する半導体光増幅器と、
    前記モードロックレーザ部におけるレーザ光の発振時に、該レーザ光と同期したレーザクロックを前記可飽和吸収体部から検出した信号から生成するレーザクロック生成部と、
    光記録媒体のドライブからの基準信号に基づいて、記録信号を生成する記録信号生成部と、
    前記記録信号を、前記レーザクロックでラッチして、前記半導体光増幅器に注入する駆動電流を生成する変調部とを備え、
    前記変調部に設けられ、前記ドライブからの基準信号と、前記レーザクロックとの差によるデータ転送速度の差を吸収するメモリバッファを更に含み、
    前記変調部は、前記データ転送速度の差によって、前記メモリバッファの残量が無くなった場合や前記メモリバッファの容量をオーバーした場合には、制御フラグを前記記録信号生成部に送り、転送や記録を制御する
    記録装置。
  2. 前記ドライブからの基準信号は、前記光記録媒体に形成されたウォブルから得られる信号である
    請求項１に記載の記録装置。
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