JPH01279432A

JPH01279432A - 光ヘッド

Info

Publication number: JPH01279432A
Application number: JP63105399A
Authority: JP
Inventors: Iwao Hatakeyama; 畠山　巌; Reizo Kaneko; 金子　礼三; Morio Kobayashi; 盛男小林
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1988-04-30
Filing date: 1988-04-30
Publication date: 1989-11-09

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は光ヘッドに関する。

［従来の技術］従来の光ヘッドは、第７図に示すように、レーザダイオ
ード２１．ビームスプリッタ−２２，コリメータレンズ
２３．属波長板２４．集光レンズ２５゜シリンドリカル
レンズ２６．フォトダイオード２７で構成され、光ディ
スク２８に情報を記憶し、再生するものである。

集光レンズを用いるこの種の光ヘッドでは原理的に、集
束された光の空間的サイズ（ビームウェスト）が光の回
折限界によって制限されてしまうために、記録密度に限
界が生じる。一般に、レンズによって集束した光ビーム
のビームウェストωは、レーザ光の波長をλ、レンズの
開口′：ｊ、ＮＡとして次式（１）で与えられる。

ω＝Ｋ・λ／ＮＡ　　　　　　・・・（１）Ｋは定義す
る光のエネルギーレベルで決まる値であり、０．３〜０
．９の値をとる。光強度の分布を一般にガウス分布とし
て、ピーク値の１／ｅ２のビームウェストωを定義する
とに＝２／πとなる。開口数ＮＡはレンズにより異なる
が最大に見積って１．０である。したがって、光の集束
値は波長λの約６０％ということができる。これが光を
用いた通常の記録方式での再生密度限界を与える。した
がって、例えば０８μ爪波長の半導体レーザを用いた場
合はその再生できる空間限界（ビームウェストω）は０
４８μｍである。

もちろん、波長λを短くすることにより、あるいは光の
エネルギー分布を多少変えることにより光の空間的分解
能を高めることは可能であるが、波長λの５０〜６０％
と言う限界を越えることはできない。記録のみを考えれ
ば光ビームのピークの強度を示す部分のみで記録するこ
とが可能であるため、ビームウェストωの大きさに依ら
ずビームウェストωの大きさよりも小さい記録ビットに
することができる。しかし再生を考えるとビームウェス
トωの大きさ以下の記録ビットを区別することはできな
い。すなわち、１つのビームウェストに２つ以上のビッ
トが入るとビットの有無を区別できない。

［発明が解決しようとする課題］したがって、従来の光ヘッドで０．８μｍ波長の光を用
いた場合、その線記録密度の限界は］０００４ｍ（＝　
１　ｍｍｌ　１０．４８μｆｆｌ　＝　２０８３ビット
／ｍｍであり、これ以上の記録密度を得ることは原理的
に困難であった。

本発明の目的は、上述した従来の記録密度の限界を越え
て高記録密度を得ることができる光ヘッドを提供するこ
とにある。

［課題を解決するための手段］本発明の光ヘッドは、レーザダイオードと、コアとクラ
ッドの屈折率の差が大きく、該コアが前記レーザダイオ
ードの活性層に結合されている第１の光導波路と、第１
の光導波路の一部に設置された分光素子と、フォトダイ
オードと、コアがフォトダイオードの受光部と結合され
ており、前記分光素子によって分光された光を前記フォ
トダイオードに導く第２の光導波路とからなっている。

また、本発明の光ヘッドは、レーザダイオードと、コア
とクラッドの屈折率の差が大きく、該コアが前記レーザ
ダイオードの活性層に結合されている光導波路を含む素
子と、前記光導波路から出射された光を受光するフォト
ダイオードとからなっている。

［作　用］本発明は、コアとクラッドの屈折率差の大きい光導波路
に光を導入することにより、レンズで絞るよりも更に小
さな領域に光を閉じ込められることを利用したもので、
これによりビームウェストが従来よりも小さくなり、従
来よりも高密度の記録が可能となる。

［実施例］次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明の光ヘッドの一実施例の構成を示す斜視
図、第２図は第１図の光ヘッドを浮上スライダー９に取
り付けた状態を示す斜視図である。

本実施例の光ヘッドは、第１図に示すように、レーザダ
イオード４と、光導波路コア６とクラッド７の屈折率の
差が大きく光導波路コア６がレーザダイオード４の活性
層に結合されている光導波路１と、光導波路１の一部に
設置された分光素子３と、フォトダイオード５と、光導
波路コア８がフォトダイオード５の受光部と結合されて
おり、分光素子３によって分光された光をフォトダイオ
ード５に導く光導波路２とが１チツプ上に乗せられてな
っている。

レーザダイオード４の活性層から出た光は光導波路コア
６に結合する。光導波路コア６とクラッド７の屈折率差
を大きくとることにより、光導波路コア６内の光の広が
りを小さくすることができる。光導波路コア６によって
小さく絞られた光を光ディスク（図示せず）に照射し、
その反射光を再び光導波路コア６で受け、分光素子３と
光導波路２でフォトダイオード５に導き、情報を検出す
る。ここで、光の出射端は光デイスク面に、後述するよ
うに、微小量に近づける必要があるが、これを簡便に行
なう方法として磁気ヘッドで用いられている浮上スライ
ダーを使う方法がある。本実施例ではこの方法を用い、
第２図に示すように、光ヘッドを浮上スライダー９に全
体をジンバルに取り付は浮上ヘッドとして用いている。

この結果、光導波路１の光の出射端と光デイスク面との
距離をサブミクロン（１μｍ未満０．１μｍ以上）に保
つことができる。

第３図は光導波路端での光のニアフィールドと実際のコ
アの幅を光導波路コアの等何層折率β／ｋ（βは伝搬定
数、ｋは波数ベクトル）で示したものである。光導波路
の構成は、第３図に示したように、クラッド７の一方は
石英（屈折率ｎｏ＝！、４５）、他方は空気（ｎｚ＝１
．０）、光導波路コア６はＧａＰ　（ｎ＋　＝　３．０
）とした。また、パラメータは光の波長λであり、０．
６　、０．８　、１．！　ｐｍの場合を示している。ニ
アフィールド２ｂの幅は光パワーがピークの１／ｅ２に
なる所で定義した。ニアフィールド２ｂの極小値をみる
と、波長が０．６ｐｍ、　０．８、．１．１．ｆｆｉで
それぞれ０．Ｉ６Ｈｍ、　０．２２ｇｎ＋、　０．３１
μｍであり、波長λの約％まで小さくなる。光導波路コ
ア６の屈折率をさらに大きくすれば、より光の広がりを
小さくすることが可能であるが、一般に吸収も大きくな
り、光導波路コアとして適さなくなる。

次に、コア端部から出射した光のビームウェストωが端
面からの距離δによりどのように広がるかを示しておく
。

ビームウェストωは次式（２）で表わされる。

ω＝ω。２（１＋（２δ／にω。）２）　　・・・（２
）ここで、ｋ＝２π／λ、ω。は端面のビームウェスト
である。λ＝０．８μｍ、ω。＝０．２μｍとしてω／
ω０のδ依存性を計算し、第４図に示した。

距離δが０．２μ以下であればビームウェストの広がり
は１０％以下である。磁気ヘッドの浮上スライダーと同
じ構造にすることにより、０．２μｍのヘッド浮上にす
ることができる。

次に、光ディスクからの反射光が光導波路とどの程度結
合するかを示す。光ディスクの反射率を１００％とする
と、同じ導波路が間隔２δで相対しているときの結合効
率と同じであり、結合効率りは次式（３）で表わされる
。

Ｌ＝１／（＋＋（λ・δ／π・ｎ・ω）２）・・・（３
）ここで、ｎは空気の屈折率である。

第５図はλ＝０．８μｍ、第０．と同じ導波路のパラメ
ータでの距離δと結合効率りの関係を示している。パラ
メータは導波路端でのニアフィールドの半径である。δ
＝０．２μｍ、ω＝０．１μｍで結合効率りは４０％で
ある。

第６図は本発明の光ヘッドの他の実施例を示す図である
。

本実施例では、レーザダイオード１４と、光導波路コア
１３とクラッド１２の屈折率の差が大きく、レーザダイ
オード１４の活性層に光導波路コア１３が結合されてい
る光導波路１１とを含む素子と、フォトダイオード１５
とが光ディスク１６を挾んで置かれ、フォトダイオード
１５が光ディスク１６からの透過光を検出するようにな
っている。

光デイスク基板の厚さは普通１．２ｍｍである。これま
で述べてきた光導波路の条件で、　１．２ｍｍ離れた時
のビームウェストωは（２）式よりω＝５００μｍであ
る。したがって、受光面積が５００μｍ径以上の受光素
子を用いることにより、透過光検出が可能である。さら
に、受光素子の前に集光レンズをおくことにより、さら
に受光面積の小さな受光素子も用いることができる。本
実施例では、レーザダイオード１４と光導波路１１を含
む素子が浮上スライダー９に搭載される。

次に、本実施例の具体例を説明する。

石英基板の上にスバタリングにより　ＧａＰ膜を０．０
６μｍ形成し、フォトリソグラフィの技術とドライエチ
ングの技術により幅５μｍのストライブを作製してスラ
ブ構造の光導波路とした。導波路の両端を石英基板ごと
直角に研磨して片方の端面に０゜８３μｍ波長のレーザ
ダイオードを近づけ直接結合を行なった。他端における
ニアフィールドを顕微鏡に取り付けたビジコンで観察し
スラブの厚さ方向のフィールドの幅（１／ｅ２）を測っ
た所、０．２６−でありほぼ計算値に近かった。一方、
ガラス基板上にスバタリングによりＧａＴｂＦｅＣｏ光
磁気膜を０．　Ｏ８μｍの厚さに作製した。垂直方向の
保磁力は６０００ｅであった。これにギャップ長が０．
２ｐｍ、　　トラック幅が２５１１ｍのフェライトリン
グ磁気ヘッドで磁気記録を行なった。同じ位置で先のレ
ーザダイオード付き光導波路をその端面を光磁気膜に接
触させて記録ビット方向に相対移動させた。光磁気膜と
ガラス基板を透過した光をレンズで集光し偏光子を通し
たのちフォトダイオードで受光した。光導波路と光磁気
膜との間隔は確認できていないが、０．２μｍ程度と推
定される。この結果、３１０Ｄｆｒｐｍ（ｆｌｎｘｒｅ
ｖｅｒｓａｌ　ｐｅｒ　ｍｍ　）のオールｌ信号を識別
できた。すなわち０．３２μｍの分解能を達成した。こ
れによりレンズでの集光能よりも優れていることを確認
した。

次に、Ｔａ２０５　（屈折率２．０）をスバタリングに
より、厚さ０．２賜石英基板上に成膜しフォトリソグラ
フィおよびドライエツチング技術により、幅５μｍで第
１図に示した光回路を作製した。ハーフミラ一部は基板
ごと斜めに切断し研磨の後一方の端面にＡ１を１００Ａ
スパツタした後、再び光軸を合わせて張り合わせること
によって作製した。３つの端面ばそれぞれ光学研磨し、
第１図に示した位置にレーザダイオードとフォトグーオ
ードを結合させた。その後ＡＩＴＩＣ材で作製した磁気
ヘット用スライダーの端部に第２図に示したようにスラ
イダー面と導波路面を一致させて張り付けた。ガラス基
板上に作製した５ｅＴｅライトワンス媒体に本光ヘッド
で記録した。そのディスク上にジンバルに取り付けた当
ヘッドを乗せ、０．３−のヘッド浮上量で浮かせながら
記録ビット列の反射光の強弱を検出した。

なお、以上の実施例ではスラブ型の光導波路での確認で
あったが、３次元型の光導波路を用いることにより、ト
ラック方向の分解能を上げられることは明らかである。

すなわち、スラブ型導波路はその断面が横方向に制限な
く広がったものであるのに対し、３次元型は横方向にも
制限が加えられたものであり、それによって横方向の光
の広がりも小さくできるためトラック方向の分解能も上
がる。クロストークを避けるためにトラック間隔を０．
５μｍとして、線方向の分解能を０．３．ｎとすると、
６．６　Ｘ　Ｉ　Ｏ’ｂｉｔ／ｍｍ”の記録面密度とな
り、同じ波長の光を用いたとして現状の１０倍以上の面
密度が得られる。

また、以上の実施例では、光ヘッドを浮上スライダーに
搭載しているが、現在の磁気ヘッドのように、ヘットチ
ップ自体は固定にして、その上にフレキシブルなディス
クあるいはテープをすべらせることにより、ヘッドと媒
体（光ディスク）の間をサブミクロンの距離とすること
ができる。

［発明の効果コ以上説明したように本発明は、コアとクラッドの屈折率
差の大きい導波路に光を導入することにより、レンズを
用いた従来の光ヘッドでは不可能であった細かい記録の
空間分解能を得ることができるため、同じサイズの光記
録媒体を用いたときより記憶容量を大きくすることがで
き、また記憶容量を同じにすれば光記録媒体のサイズを
小さくすることができ、いずれにしてもコンパクトで大
容量の光記録装置の実現に貢献できるという効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光ヘッドの一実施例の構成を示す斜視
図、第２図は第１図の光ヘッドを浮上スライダー９に取
り付けた状態を示す斜視図、第３図は光導波路端で光の
ニアフィールドと実際のコアの幅をコアの等何層折率β
／にで示した図、第４図は光導波路端からの浮上量δ（
距離）に対するビームウェストの広がりω／ω０を示し
た図、第５図は光導波路の光ディスクに対する浮上量δ
に対する反射戻り光のコアに対する結合効率を示す図、
第６図は本発明の他の実施例を示す斜視図、第７図は従
来の光ヘッドの構成を示す図である。］、　２．１１・・・光導波路、３・・・分光素子、４．１４・・・レーザダイオード、５．１５・・・フォトダイオード、６．８，１３・・・光導波路コア、７．１２・・・クラッド、９・・・浮上スライダー、１６・・・光ディスク。特許出願人　　日本電信電話株式会社

Claims

【特許請求の範囲】１、レーザダイオードと、コアとクラッドの屈折率の差
が大きく、該コアが前記レーザダイオードの活性層に結
合されている第１の光導波路と、第１の光導波路の一部
に設置された分光素子と、フォトダイオードと、コアが
フォトダイオードの受光部と結合されており、前記分光
素子によって分光された光を前記フォトダイオードに導
く第２の光導波路とを有する光ヘッド。２、浮上スライダーに搭載されている請求項１記載の光
ヘッド。３、レーザダイオードと、コアとクラッドの屈折率の差
が大きく、該コアが前記レーザダイオードの活性層に結
合されている光導波路とを含む素子と、前記光導波路か
ら出射された光を受光するフォトダイオードとを有する
光ヘッド。４、レーザダイオードと光導波路を含む素子が浮上スラ
イダーに搭載されている請求項３記載の光ヘッド。５、光導波路の出射端とフォトダイオードの間に偏光子
が設置されている請求項３または４に記載の光ヘッド。