JPH03168938A - 導波路型光学ヘッド - Google Patents

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〕 本発明は光ディスクや光磁気ディスク等の光ピックアッ
プ部に用いるに最適な光学ヘッドに関し，特に、光が伝
殼される導波層を有する光導波路を用いた導波路型光学
ヘッドに関する． 〔従来の技術】 コンパクトディスクやレーザーディスク等の再生専用の
光ディスクや，追記型の光ディスク、あるいは，磁気光
学効果を利用して情報の記録再生を可能とした光磁気デ
ィスク等の光ピックアップ部としては、従来，バルク型
の光学部品を組合せた光学ヘッドが用いられていたが，
この種の光学ヘッドは，多数の光学部品と光源及び光検
知器とを組合せて構或されるため、光学ヘッド全体が大
きく且つ重くなり，また、構或も複雑となり組付けや調
整に手間がかかり，しかも、部品点数が多いため、生産
コストが増大するという問題があった． そこで、このような従来の光学ヘッドの問題を解決する
ため、基板上に光導波路を形成すると共に、その基板上
にレンズ素子、発光素子，受光素子等を集積化した導波
路型の光学ヘッドが提案されている（例えば、特開昭６
２−２１７４３４号公報等）．ここで、第５図は従来の
導波路型光学ヘッドの一例を示すものであって，この導
波路型光学ヘッドは，基板上に，レーザー光源ＬＤと光
検知器１ｌ３とを備えると共に、レーザー光源ＬＤ及び
光検知器１１３と出射＠１１１間を接続する光ピックア
ップ用導波路１１７と，この光ピックアップ用導波路１
１７の両側に設けられトラック方向の集束位置ずれを検
出するための導波路ＡＩ，　Ａ２と、焦点位置の前後を
検知する導波路Ｂｌ，　Ｂ２とが形威されていることを
特徴としており、出射端１１１と光ディスク１０６の間
には対物レンズ１１５が配置されている．中央の光ピッ
クアップ用導波路１１７から出射した光は，対物レンズ
ＩＩ５を介して光ディスク１０６に照射され、その反射
光が対物レンズ１１５を介して光ピックアップ用導波路
１１７に入射する．そして導波路１１７を伝搬した光は
光検知器１１１３で検知され、電気信号に変換され、情
報の読み取りが行われる。

尚，光ディスク１０６からの反射光が導波路１１７の出
射端１１１位置に正確に絞られておれば、他の導波路Ａ
Ｉ，　Ａ２や８１，　Ｂ２への入射光パワーは小さいた
め，これら導波路ＡＩ，　Ａ２，　Ｂｌ，　Ｂ２用の光
検知器１１８，１１９，１２０，１２１からの検知信号
によって、光ピックアップ導波路１１７に焦点が有って
いることが検冑できる． このように，第５図に示す構威の導波路型光学ヘッドで
は、基板上に光導波路，レンズ素子，レーザ光源、光検
知器等が集積化されているため、小型化、軽量化が容易
であり，且つ、製造時に各素子の位置決めを正確に行う
ことができ、組付け後のｇａ等の作業が不要となり、ま
た，検出精度も向上する．また、部品点数も大幅に削減
されるため，生産コストを大幅に低減することができる
．〔発明が解決しようとする課題〕 ところで、第５図に示す構或の導波路型光学ヘッドでは
、レーザー光源ＬＤからの出射光と、光ディスク１０６
からの反射光とが、同一の光ピックアップ用導波路１１
７内を伝搬されるが、このような構成の場合，合焦（ｏ
ｎ　Ｆｏｃｕｓ）の状態においては、光ディスクからの
反射光は導波路１１７にほぼ完全に戻ることになる． ところが、このように光ピックアップ用導波路１１７内
に戻された光は，導波路内を出射時とは逆方向に伝搬さ
れるため，一部の伝搬光がレーザー光ＩＬＤに戻されて
しまう．このように、レーザー光源ＬＤに光ディスクか
らの反射光が戻されてしまうと、レーザー光源ＬＤの発
振が不安定となり，結果的に、光学ヘッド全体の性能の
劣化を招く虞れがあり問題となる． 本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、光情
報記録媒体からの戻り光の影響を排除し、高性能化、性
能の安定化を容易に図り得る導波路型光学ヘッドを提供
することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達或するための第１の構成として、本発明の
導波路型光学ヘッドは、半導体レーザーからの出射光を
伝敵する第１導波層を有する第１光導波路と，上記出射
光を光情報記録媒体上に放射するための放射部と、上記
放射部から照射され光情報記録媒体で反射された光を光
検出部に伝搬する第２導波層を有する第２光導波路とを
基板上に備え、上記第２光導波路は上記基板上の上記放
射部が形成された面と同一面上に形成され第２導波層が
放射部と連接されると共に上記放射部からの光が出射さ
れる側の基板端面に対し略直角な向きに形成されたこと
を特徴とする． また，第２の構或として、本発明の導波路型光学ヘッド
は、半導体レーザーからの出射光を伝搬する第ｌ導波層
を有する第１光導波路と、上記出射光を光情報記録媒体
上に放射するための放射部と，上記放射部から照射され
光情報記録媒体で反射された光を光検出部に伝搬する第
２導波層を有する第２光導波路とを基板上に備え，上記
第２導波層の屈折率ｎ２と上記第１導波層の屈折率ｎエ
との関係が．ｎ２＞ｎｕとなることを特徴とする．また
、第３の構戒として、本発明の導波路型光学ヘッドは、
半導体レーザーからの出射光を伝搬する第工導波層を有
する第１光導波路と，上記出射光を光情報記録媒体上に
放射するための放射部と、上記放射部から照射され光情
報記録媒体で反射された光を光検出部に伝搬する第２導
波層を有する第２光導波路とを基板上に備え、上記第２
導波層の巾若しくは層厚を上記第１導波層の巾若しくは
層厚より大きくしたことを特徴とする．〔作　　　用〕 本発明の導波路型光学ヘッドでは、半導体レーザーから
の出射光を放射部に向けて伝搬する第１導波層を有する
第１光導波路と、放射部から照射され光情報記録媒体で
反射された光を光検出部に伝搬する第２導波層を有する
第２光導波路とを別途に設けた構威のため、光情報記録
媒体からの戻り光が半導体レーザー側に戻されることが
なく、戻り光の影響をほぼ完全に防止できる．また，前
記第２の構成に示すように、第２導波層の屈折率ｎ３と
第１導波層の屈折率ｎ１との関係が，ｎ２＞ｎｚとなる
ように構或することにより、第２導波層から第１導波層
への光の洩れが防止される． また、前記第３の構或に示すように、第２導波層の巾若
しくは層厚が第１導波層の巾若゛シ＜は層厚より大きく
なるように構或することにより、光情報記録媒体からの
戻り光が第１導波層側に入り込むことが防止される． 〔実　施　例〕 以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する
． 第１図は本発明の一実施例を示す導波路型光学ヘッドの
側面構或図、第２図は同上導波路型光学ヘッドをＸ軸方
向から見たときの各層部分の平面図であって、同図（ａ
）は第１導波路部分の平面図、同図（ｂ）は第２導波路
部分の平面図、同図（ｃ）は基板部分の平面図を夫々示
している。また、第３図は同上導波路型光学ヘッドの半
導体レーザー側の端面図である． 第１図乃至第３図において、本実施例における導波路型
光学ヘッドは、半導体レーザー１からの出射光を伝搬す
る層厚が均一な第１導波層２０とこの第１導波層２０に
形威され上記出射光を平行光束とするコリメータレンズ
３０と上記第１導波層２０に連接されるアイソレータ部
２２及び第１バッファ層４とを有する第１光導波路と、
上記第１導波層２０及びアイソレータ部２２を伝搬され
て来た上記出射光を上記第１光導波路のアイソレータ部
２２から取リ出し第２バッファ層５を介してその端面５
ａから光情報記録媒体９に向けて放射するためのテーパ
結合器（テーパ状導波層）２３を備えた放射部と、上記
放射部から放射され対物レンズ８を介して光情報記録媒
体９に照射され光情報記録媒体９で反射された光を集光
レンズ３３，分波器３２，集光レンズ３ｌを介してフォ
トダイオード等の光検知器７からなる光検出部に伝搬す
る第２導波層２１及び第２パッファ層５を有する第２光
導波路とを、同一の基板６上に備え、上記第２光導波路
は上記基板６上の放射部が形成された面と同一面上に形
成され上記第２導波層２１が放射部のテーパ結合器２３
と連接されると共に上記放射部からの光が出射される側
の第２バッファ層端面５ａに対し略直角な向きに形戊さ
れ、且つ、上記第１光導波路は上記第２光導波路上に積
層形威されたことを特徴とするものである． ここで、上記半導体レーザー１の発光面は第１光導波路
の第１導波層２０の端面に接合されており、半導体レー
ザー１からの出射光は確実に第１導波層２０に伝搬され
る．第１導波層２０は層厚が均一な均一導波層であり、
第１導波層２０に入射された光束を内部に閉じ込め，ア
イソレータ部２２に向けて伝搬する．第１導波層２０に
設けられたコリメータレンズ３０は，第１導波層２０を
伝搬される光束を略平行光束とするように作用する．ま
た、第１導波層２０と一体に連接されるアイソレータ部
２２の出射端は第２導波Ｊ’ｌ２１に結合されており、
第１導波層２０からの伝搬光を第２導波［２１に導波す
るように作用する．この第２導波層２ｌに導波された光
束は第２導波／１２１と連接された放射部のテーパ結合
器（テーパ状導波層）２３によってカットオフされ、導
波光に対して透明な第２バッファＭ５側に出射され、そ
の第２バッファ層の端面５ａから空気中へ放射される．
空気中に放射された放射光は，対物レンズ８によって光
情報記録媒体９の記録面に集光されるが，フォーカス及
びトラッキングのためのサーボは対物レンズ８の駆動に
より行われる．光情報記録媒体９の記録面によって反射
された戻り光は、上述とは逆の光路を通って第２バッツ
ァ層端面５ａから入射され、テーパ結合器２３を介して
第２導波層２ｌに伝搬される。第２導波層２１は層厚が
均一な均一層厚導波層であり、光情報記録媒体９からの
戻り光を光検出部に向けて伝搬する。

また、第２導波層２ｌには集光レンズ３３が設けられて
おり、この集光レンズ３３によって伝搬光は略平行光と
され、さらに第２導波層２１を伝搬される。

また、第２導波層２１の光検出部側には分波器３２が設
けられており、分波器３２によって伝搬光が２方向に分
割される。この２方向に分割された伝搬光は、夫々集光
レンズ３１によって集束光となり、第２導波［２１のテ
ーパ部２４によって第２バッファ層５側に出射され、基
板６に設けられた光検知器７（７ａ　，７ｂ　）に導か
れる。この光検知器７　（７ａ，７ｂ）はフォトダイオ
ード等からなり、例えばＳＬからなる基板６中にモノリ
シックに形威されていて、その受光部は各々２分割され
ている． 尚、上述のアイソレータ部２２、テーパ結合器２３、テ
ーパ部２４は、シャドーマスクスパッタリング法で作製
される．また、第１、第２導波層中に設け？れるコリメ
ータレンズ３０、集光レンズ３１，　３３、分波器３２
は、イオン交換法で作製される．また、第１導波層２０
，第２導波層２１，第１バッファＨ４は光学ガラス等で
形成され、第２バッファ層５はｓｉｏ，等で形威される
． また、第１導波層２０の屈折率をｎ８、第２導波層２１
の屈折率をｎ２、第１バッファ層４の屈折率をｎｓ１、
第２バッファＭ５の屈折率をｎｓ２とした場合に，これ
らの関係は， ｎｚ＞ｎｚ＞（ｎｓｚ＊　ｎｓ，） と定められる． すなわち，第２導波層２１の屈折率ｎ２を第ｌ導波層２
０の屈折率ｎ■より大きくシ，且つ、両導波層の間に，
これらより低屈折率の第１バッファ層４を介在させたこ
とにより，第２導波層２ｌから第１導波層２０への光の
洩れが防止され、且つ、第２導波層２１と基板６との間
に第２導波層２ｌより低屈折率の第２バッファ層５を設
けたことにより、第２導波層２ｌから基板６への光の洩
れが防止される．尚、第１バッファ層４の屈折率ｎＢ，
と第２バッフア層Ｓの屈折率ｎｓ，の関係は．ｎｓ１＝
ｎｓ，としてもよい． 次に、第ｌ図乃至第３図に示す構或の導波路型光学ヘッ
ドの作製手順の一例について簡単に説明する． ■　先ずＳＬ基板６を作製し、第２図（ｃ）に示すよう
に，このＳｉ基板６にドーピング法等によりフォトダイ
オード等の光検知器７を形成する。

■　次に，上記Ｓｉ基板６上にスパッタリング等により
ＳｉＯ２Ｍを堆積させ，第２バッファ層５を形成する． ■　次に、第２バッファ層５の上に、シャドーマスクス
パッタリング法により第２導波，Ｉｉ２１及び放射部の
テーパ結合器（テーパ状導波Ｍ）２３を形成する．すな
わち、第２導波層部分は均一層厚に形成されるが、この
第２導波層２１に連接されるテーパ結合器２３と，第２
導波層２ｌのテーパ部２４とは、漸次層厚が減少する構
造のため，シャドウマスクスパッタリング法により、ス
パッタリング時にシャドウマスクをテーパの傾斜方向に
移動させつつスパッタリングを行い、マスクの移動速度
を制御することで所望の形状のテーパ結合器２３及びテ
ーパ部２４を形成するわけである。

■　次に、上述のようにして形成された第２導波層２１
に、第２図（ｂ）に示すように、イオン交換により集光
レンズ３１．　３３及び分波器３２を形成する。

■　次に，シャドウマスクスパッタ法により、上記第２
導波層２１上に第ｌバッファ層４をｆＩ！層形成する． ■　次に、マスクスパッタリングにより、上記第１バッ
ファＮ４の上に第１導波Ｗ！Ｉ２０及びアイソレータ部
２２を積層形成し、第２図（ｂ）に示すように、この第
ｌ導波［２０にイオン交換によりコリメータレンズ３０
を形成する．尚、第１導波層２０の巾は第２導波層２ｌ
の巾より小さく形成される． ■　次に、第工導波層２０の端面に半導体レーザー１の
発光面を接合して、第１図乃至第３図に示す構造の導波
路型光学ヘッドが作製される．次に第ｌ図乃至第３図に
示す構或の導波路型光学ヘッドの動作についてより詳し
く説明する．第１図乃至第３図において，半導体レーザ
ー１から出射された光束は、第１導波層２０に閉じ込め
られて伝搬し、コリメータレンズ３０により平行光束に
コリメートされて、さらに第１導波層２０を伝搬される
．そして、アイソレー夕部２２に到達された伝齢光は、
アイソレー夕部２２の傾斜に沿って伝搬され、第２導波
層２１側に導波される．第２導波層２１側に導波された
光束は、導波層の巾方向（図中ｙ方向）に集束作用を持
つ集光レンズ３３によってに集束され、その集束光とな
った光束は、第２導波層２１と連接されたテーパ結合器
（テーパ状導波層）２３のテーパ部の作用により、層厚
方向（図中Ｘ方向）にも集束され、テーパ結合器２３の
層内の図中ａ点で一度焦点を結び、このａ点でカットオ
フされて第２バッファＮ５中に放射され、第２バッファ
層端面５ａから外部に放射される．この外部に放射され
た光束は発散球面波であり、対物レンズ８によって集光
されて光情報記録媒体９の記録ピットに焦点を結ぶ．こ
こで、上述の集光レンズ３３は，テーパ結合器２３のテ
ーバ部の作用による層厚方向の光束の集光点ａに対して
巾方向の光束の集光点を一致させ、第２バッファ層端面
５ａからの放射光のＸ方向とｙ方向の発散角α，βを同
一にするために設けられている．尚，テーバ状導波層２
３及び上述の集光レンズ３３の作用については、本出願
人が先に特許出願した、特願昭６３−２３０２４７号明
細書及び特願平１−　５４６５７号明細書に詳細な説明
が記載されている． さて、光情報記録媒体９によって反射された光は，上述
とは逆の過程を経て、第２バッファ層５の端面５ａから
テーパ結合器２３に入射され、テーパ結合器２３から第
２導波ｐＩＪ２１中へ伝搬される．そして、第２導波層
２１に伝搬された戻り光は集光レンズ３３を通過して略
平行光とされる．この第２導波層２１へ伝搬された戻り
光は、前述したように、第２導波層２ｌの屈折率ｎ３が
第１導波層２０及びアイソレータ部２２の屈折４！ｎエ
より大きく設定されており、また，第ｌ導波層２０及び
アイソレータ部２２の巾は第２導波層２１の巾より狭い
ため、アイソレータ２２側へはほとんど戻らず、そのま
ま第２導波層ｚｌ中を伝敵し、分波器３２によって２方
向に分割される．そして，２方向に分割された光束は集
光レンズ３ｌによって夫々集束光となった後、第２導波
層２１のテーパ部２４によって第２バツファ層５側にカ
ットオフされ、基板６に形成された光検知器７ａ，　７
ｂに夫々集光される．この時，トラッキングのずれによ
り、分波器３２によって分割される光のパワーが５：５
から６＝４又は７：３又は３：７というように変化した
場合には、光検出器７ａと７ｂの受光光量の比較からト
ラッキングエラー信号を検出することができる。また、
フォーカス位置にずれが生じた場合には、２分割された
光束の焦点位置ｂ，ｃが夫々移動するので、夫々の光検
出器７ａ，　７ｂの各分割受光面の受光光量差からフォ
ーカスエラー信号を検出することができる．次に、第４
図は本発明の別の実施例を示す導波路型光学ヘッドの側
面構或図であって、第１図と同様の符号を付したものは
同様の作用効果を奏する構成部である． ここで、第４図に示す導波路型光学ヘッドは、第１導波
Ｎ２０の層厚ｔユと、第２導波Ｎ２１の層厚ｔ２　との
関係を１１＜１２としたものであり、このように、第１
導波層２０側の層厚を第２導波層２１の層厚より小さく
することにより、光情報記録媒体９からの戻り光が第１
導波層側に戻されることがより一層防止される． 尚、先の第１図乃至第３図に示した実施例、及び第４図
に示した実施例において、第２光導波路の分波器３２及
び集光レンズ３１は一緒にすることも可能である．また
，光検出器７　（７ａ，　７ｂ）は基板６内に形成せず
に、半導体レーザー１と同様に第２導波層端面にハイブ
リット化してもよく、この場合には，第２導波層２１の
テーパ部２４は不要となる．尚、本発明による、多層膜
構造の光導波路は．実施例で示した光学ヘッドのみでな
く、一般的な光集積回路中においても十分に利用できる
ものである． また，図示の実施例においては、第１光導波路と第２光
導波路とを基板上に積層して形威した例について示した
が、第ｌ光導波路と第２光導波路とを基板の同一平面上
に並設して形成しても同様の作用効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上、図示の実施例に基づいて説明したように、本発明
の導波路型光学ヘッドは、半導体レーザーからの出射光
を放射部に向けて伝搬する第１導波層を有する第ｌ光導
波路と、放射部から照射され光情報記録媒体で反射され
た光を光検出部に伝搬する第２導波層を有する第２光導
波路とを基板上に設け、且つ，第２導波層が放射部と同
一面上に形威され且つ光出射端面に対して直角な方向に
形威されているため、光情報記録媒体からの戻り光は第
２導波層内に伝搬され，半導体レーザー側に戻されるこ
とがないため、戻り光による悪影響を略完全に防止でき
る． また、第２導波層の屈折率ｎ２　と第１導波暦の屈折率
ｎ１との関係が、ｎ，＞ｎ，となるように構或すること
により、上記戻り光による悪影響と，第２導波層から第
１導波層への光の洩れとが略完全に防止される． また，第２導波層の巾若しくは層厚が第１導波層の巾若
しくは層厚より大きくなるように構成することにより，
光情報記録媒体からの戻り光が第１導波層側に戻される
ことがより一層防止され，戻り光による悪影響をより一
層防止できる．以上のように，本発明によれば、光情報
記録媒体から半導体レーザーへの戻り光の問題が解消さ
れ、高性能化，性能の安定化を容易に図り得る新規な構
成の導波路型光学ヘッドを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す導波路型光学ヘッドの
側面構或図、第２図は同上導波路型光学ヘッドの各層部
分の平面図であって、同図（ａ）は第１光導波路部分の
平面図、同図（ｂ）は第２光導波路蔀分の平面図、同図
（Ｑ）は基板部分の平面図である．第３図は第１図に示
す導波路型光学ヘツドの半導体レーザー側の端面図であ
る．第４図は本発明の別の実施例を示す導波路型光学ヘ
ッドの側面構或図、第５図は従来技術の一例を示す導波
路型光学ヘッドの平面構或図である． １・・・・半導体レーザー、４・・・・第１バッファ層
、５・・・・第２バッファ層、５ａ・・・・光出射側端
面、６・・・・・基板，７・・・・光検知器、８・・・
・対物レンズ、９・・・・光情報記録媒体、２０・・・
・第１導波層、２１・・・第２導波層、２２・・・・ア
イソレータ部、２３・・・・テーパ結合器、２４・・・
・テーパ部、３０・・・・コリメータレンズ、３１．３
３・・・・集光レンズ、３２・・・・分波器．形ｌ 口 めＺ圀 ７Ｆ）４ 園 形ａ口 禍 ≧＝＝＝

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体レーザーからの出射光を伝搬する第１導波層
   を有する第１光導波路と、上記出射光を光情報記録媒体
   上に放射するための放射部と、上記放射部から照射され
   光情報記録媒体で反射された光を光検出部に伝搬する第
   ２導波層を有する第２光導波路とを基板上に備え、上記
   第２光導波路は上記基板上の上記放射部が形成された面
   と同一面上に形成され第２導波層が放射部と連接される
   と共に上記放射部からの光が出射される側の基板端面に
   対し略直角な向きに形成されたことを特徴とする導波路
   型光学ヘッド。 ２、半導体レーザーからの出射光を伝搬する第１導波層
   を有する第１光導波路と、上記出射光を光情報記録媒体
   上に放射するための放射部と、上記放射部から照射され
   光情報記録媒体で反射された光を光検出部に伝搬する第
   ２導波層を有する第２光導波路とを基板上に備え、上記
   第２導波層の屈折率ｎ＿２と上記第１導波層の屈折率ｎ
   ＿１との関係が、ｎ＿２＞ｎ＿１となることを特徴とす
   る導波路型光学ヘッド。 ３、半導体レーザーからの出射光を伝搬する第１導波層
   を有する第１光導波路と、上記出射光を光情報記録媒体
   上に放射するための放射部と、上記放射部から照射され
   光情報記録媒体で反射された光を光検出部に伝搬する第
   ２導波層を有する第２光導波路とを基板上に備え、上記
   第２導波層の巾若しくは層厚を上記第１導波層の巾若し
   くは層厚より大きくしたことを特徴とする導波路型光学
   ヘッド。