JPH03216821A

JPH03216821A - 光ヘッド

Info

Publication number: JPH03216821A
Application number: JP2010634A
Authority: JP
Inventors: Hidehiko Shindo; 英彦神藤; Mamoru Kainuma; 貝沼　守; Masaru Muranishi; 村西　勝
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-01-22
Filing date: 1990-01-22
Publication date: 1991-09-24
Anticipated expiration: 2013-04-08
Also published as: JP2738759B2

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，光ディスク装置等に用いられる光ヘッドに関
する。

〔従来の技術〕

従来の光情報媒体から情報を読み畠したり、情報を読み
書きするための集積化光学系については、ＡＮＲＩＴＳ
Ｕ　ＮＩＪＳ，Ｖｏ１．７，Ｎｎ３６，１９８８年にお
イテ論じられている。

〔従来が解決しようとする課題〕

前記従来例（ＡＮＲＩＴＳＬＩ　ＮＥＷＳ，Ｖｏ１．７
，Ｎｎ３６，１９８８年）では、光源として半導体レー
ザを用いており，かつ、光情報媒体（ここでは光磁気デ
ィスク）からの反射光を、三つのフォー力シンググレー
テイングカプラ（以下ＧＣ）を用いて導波路を伝播する
光としていた。

この構成において、半導体レーザーが環境温度変化、戻
り光等の影響で波長が変動した場合、フォーカシングＧ
Ｃで光を導波光を伝播する光に変換することができなく
なり、素子の光学的特性が低下するという問題が残る。

本発明の目的は、半導体レーザーの波長が変動しても、
常に安定して所定の光学性能を維持する光学的構成を，
単純な製造プロセスをもって実現し、かつ、光利用効率
を最適化する手法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、前記回折格子（以下ＣＣＧ）
を導波路に接して設けた．また，前記ＧＣの厚みと，前記ＣＣＧの厚みとを、一致
させたものである．また、前記ＧＣのライン対スペース比を１＝１以外にと
ったものである．また、前記ＧＣに於いて、スペースの幅をラインの二倍
以上（ライン対スペース比を１＝２以上）にしたもので
ある。

あるいは、ライン幅をスペースの二倍以上（ライン対ス
ペース比を２以上：１）にしたものである。

〔作用〕

ＧＣは導波路に接して設けられている．ここでＣＣＧを
導波路に接して設けることにより、ＧＣおよびＣＣＧの
パターン面を同じ面にすることができる．これにより，
バターニングプロセスに於いて、ＧＣとＣＣＧとの位置
決め精度が向上し、かつ、簡単な操作により位置決めで
きることから、製造プロセスを簡略化することができる
．また、ＧＣとＣＣＧの厚みを同一とすることで、ＧＣ
とＣＣＧを同一の行程で装荷することが可能となる。こ
れにより、製造プロセスを簡略化するとともに、製造工
程で発生する素子へのダメージを低減して、信頼性の高
い素子を得ることができる。

また、ＧＣのライン対スペースの比を１：１以外にとる
ことにより、ＧＣとＣＣＧの厚みを同一としたことによ
る、ＧＣの過剰な放射損失係数（光集積回路：西原，春
名，栖原共著：コロナ社：１９８５年、第９３項で定義
されている。）を低減して、高い光利用効率を得るもの
である。

また、スペースの幅をライン幅の二倍以上（ライン対ス
ペース比を１：２以上）にした事により、特に、光利用
効率の高い領域を利用する。

同様に，ライン幅をスペース幅の二倍以上（ライン対ス
ペース比を２以上＝１）にした事により、特に光利用効
率の高い領域を利用するものである。

〔実施例〕

以下，本発明の実施例を、第１図，第２図、及び第３図
を用いて説明する．第１図は、本実施例の俯緻図，第２
図は第１図の断面図、第３図は第２図の部分拡大図とな
っている。

まず，第１図及び第２図を用いて、本実施例の光学的な
基本的動作状況につき説明する．半導体レーザ５から射
出した光は，レンズ３ａにより平行光とされる。この光
の一部は基板１を通過し、レンズ３ｂにより集光され、
光情報媒体２０に焦点を形成する。この光情報媒体２０
には、情報ビット２１が形成されている．このビットに
より、光情報媒体２０で反射した反射光の偏光面が変化
する。

反射光はレンズ３ｂにより平行光とされ、平行先のうち
一部はＣ　Ｃ　Ｇ　１　２　ａ　，　１　２　ｂ　，　
１　２　ｃにより回折される。回折された光は誘電体多
層反射膜７ａで反射し、基板底面で全反射する。ＣＣＧ
１２ａで回折された光は、ＧＣ，ｌｌａに入射し，また
．ＣＣＧｌ２ｂで回折された光は、ＧＣ１ｌｂに入射し
，ＣＣＧ１２ｃで回折された光は、Ｇ　Ｃ　１　１　ｃ
に入射する。おのおののＧＣに入射する光は、ＧＣの回
折の作用で、導波路２を伝搬する光へと結合される．（
ここでは，導波路内部の光を導波路外部の光に変換した
り、その逆の変換をすることを、結合する、と称するこ
とにする。）レンズ１０ａおよび１０ｂは、ＧＣ１１ａ
で結合した光を，隣接して設置された光検出器６ａと６
ｂの境界近傍に焦点を形成させながら、双方の光検出器
に光を入射させる。また，レンズ１０ｃおよび１０ｄは
、ＧＣ１ｌｂで結合した光を光検出器６Ｃに入射させる
。また、レンズ１０ｅおよび１０ｆは、ＧＣ１１ｃで結
．合した光を、隣接して設置された光検出器６ｄと６ｅ
の境界近傍に焦点を形成させながら、双方の光検出器に
光を入射させる．光検出器で検出された光は信号処理装
置に送られ、光情報媒体２０上の情報ビット２１を読み
出し，フォーカスエラー量を検出し、トラックエラー量
を検出する。

ここで、ＧＣ１１ａ，ｌｌｂ，ｌｉｅのおのおので結合
した光を光検出器６ａ〜６ｅに集光させる際に、レンズ
１０ａと１０ｂ，１０ｃと１０ｄ，１０ｅと１０ｆとい
うように、集光機能を二つの凸レンズの組み合わせで実
現しているものとして，実施例の図面が描かれている。

このように二つ以上の導波路型凸レンズに組み合わせる
ことで、合成した焦点距離が短い導波路用の組み合わせ
レンズを得ることができ、基板１の大きさを小さくする
ことが可能となる。それに伴い全体を小型化できるとい
う効果が得られる。

このような小型化が必ずしも必要でない時は、ここで示
したレンズ１０ａ，１０ｂの機能を単独の導波路レンズ
で構成する。この際、導波路上の光学構成がよりシンプ
ルとなり、導波路上の光学系を製造する際の工程が簡略
化できる。

ここで、おのおのの導波路レンズについては、光集積回
路，西原浩等著、オーム社、１９８５年、及び、光集積
回路（基礎と応用）、応用物理学会、光学懇話会編．朝
倉書店１９８８年、に記載されている。

光情報媒体２０で反射レンズ３ｂで平行光とされた光が
、ＣＣＧ１２ａ〜１２Ｃで回折され、Ｇ　Ｃ　１　１　
ａ〜ｌｌｃで導波光に結合される状況をより詳細に第３
図に示す。第３図は第１図の基板１の横断面図の一部で
あり、ＣＣＧ１２ｂ及びＧＣ１ｌｂが含まれた断面での
断面図である，本実施例では、光源として第１図に示し
たように半導体レーザ５を用いているので、環境温度、
半導体レーザに注入する電流の強度、もどり光、その他
の影響で半導体レーザの発振波長は実動作中に変化して
しまうことがある。このような場合、ＧＣでの光の結合
条件が変動することにより、ＧＣにおいて効率よく光を
結合することができなくなるという問題点がある。しか
し、ＧＣに光が入射する以前に、ＣＣＧで光を回折して
おくことにより、常に高い効率で、ＧＣにおいて光を結
合できる。このことは、特願平１−　６６１９６号明細
書に記載されたと同様である。

この様なＧＣ及びＣＣＧを用いた波長変動対策は、効果
的である。が、ＣＣＧを別途設ける必要がある、という
煩雑さがあることは否めない。そこで、ＣＣＧをいかに
簡便に作製するか、ということが、一つの技術課題とな
る。

ＧＣとＣＣＧを、簡便に作製する方法として、第１図及
び第２図に見るように、両者を同じ面上に形成すること
が考えられる。ＧＣやＣＣＧの作製は、西原浩等著作・
光集積回路・オーム社・１９８５年に記載のように、半
導体製造行程などと同様な手法が用いられる。ＧＣとＣ
ＣＧが同一の面上にある場合、両者を同時に作製するこ
とが可能になる。それ故、グレーテイング及びＣＣＧの
作製が容易になる。

さらに、レンズ１０ａ〜１０ｃ，ｌｌａ−１１ｃをＧＣ
と回折格子と同一平面上に設けることが出来る。この様
にすることで、レンズを含め，多くの部分を同時に作製
することが可能となり、素子の作製が容易になる。

グレーテイング及びＣＣＧを同時に作製するプロセスの
例として、第４図に示した行程が考えられる。すなわち
、第４図ａ）の露光行程においては、基板ｌの上に導波
路２があり、さらに装荷層９００，金属やＩＴＯなどの
導電層９０１，レジスト層９０２がある。但し、装荷層
９００は最終的に加工されてＣＣＧやグレーテイングと
なる。

また，導電層９０１は、特に縮小露光投影法，密着露光
法などの、チャージアップ（基板が帯電すること。）が
発生しない際には，必ずしも必要でない。電子ビームで
レンズ層９０２に描画パターンを直接描画する際には必
要なことがあり，チャージアップ防止を行なう。

第４図ｂ）の現像行程においては、レジスト層９０２に
書かれたパターンを現像する。必要部分のレジストは除
かれる。

第４図Ｃ）のエッチング行程では、レジスト９０２をマ
スクにして、エッチングを行い、導電層９０１及び装荷
層９００をエッチングする。

第４図ｄ）の不必要部分除去行程においては、レジスト
層９０２及び導電層９０１を除去する。

以上のような行程により、ＣＣＧとＧＣを同時に作製す
ることができ、製造行程を簡略化することが出来る。

第４図に一例を示した、ＣＣＧとＧＣの同時作製は、行
程の簡略化の特徴と同時に、ＣＣＧとＧＣの厚みが同一
に成るという特徴も持つ。

ＧＣの厚みは、適切な結合効率を得られるような放射損
失係数（光集積回路、西原浩等著、オーム社、１９８５
年、第９３頁）から決定される，また、ＣＣＧの厚みは
、適切な回折効率を得られるように決定される。各々最
適にされた厚みは、必ずしも一致しないことがある。逆
に、両者の厚みを一致させると、光利用効率が必ずしも
最適とならない場合がある。

結合効率の良好なＧＣの厚みは、回折効率の良好なＣＣ
Ｇの厚みに比べ、厚い場合が多い。両者の厚みを同じと
することで、ＧＣは最適な厚みより厚くなることがある
。また、ＣＣＧは最適な厚みより薄くなることがある。

ＧＣでは、放射損失係数（西原浩等著作・光集積回路・
オーム社・１９８５年・第９３頁に定義される。）が大
きくなりすぎることがある。その結果、ＧＣにおける結
合効率が低下する。ＧＣにおいては、十分な厚みが無い
ため、回折効率が十分でないことがある．この様な矛盾
を解消する一つの手段を、以降開示する。従来のＧＣに
おいては、第５ＷＩ（ａ）のように，格子のライン（装
荷されている部分）とスペース（装荷されていない部分
）の比が１：１、あるいはそれに近い値であった。これ
に対し、第５図（ｂ）の様に、ラインとスペースの比を
１：１でなくすることを考える．第６図に、ラインとピ
ッチ（ラインとスペースの和）の比をバラメーターにし
、ＧＣにおける結合効率の計算結果の一例を示す。但し
、計算条件として、ＧＣの厚みが最適値より厚い場合で
、放射損失係数が大きすぎた場合を選択している。

第６図にみるように、放射損失係数が大きすぎるため、
従来のＧＣにおけるライン／ピツチ比が０．５　の近傍
においては、結合効率が低い。しかし，ライン／ピツチ
比が０．５を離れ．０．３３以下、あるいは０．６６以
上となると、放射損失係数が低下し、結合効率が向上し
てくる。特に、この効果が大きい範囲は，上記のように
、ライン／ピッチ比が０．３３以下、あるいは０．６６
以上の場合である．これは、ライン幅がスペース幅の１
／２以下、あるいは、ライン幅がスペース幅の二倍以上
に相当する。

以上のようにライン／スペース比を調整することで、プ
ロセスを簡略化しつつ、ＧＣにおける結合効率を改善し
て，光利用効率を向上させることが呂来る。

〔発明の効果〕

本発明に依れば、ＧＣおよびＣＣＧのパターン面を同じ
導波路面に配置できることから、パターニングプロセス
に於いて、ＧＣとＣＣＧとの位置決め精度が向上し、か
つ簡単な操作により位置決め′でき、製造プロセスを簡
略化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す斜視図、第２図は第１図
の縦断面図、第３図は第２図の部分拡大図、第４図はＧ
ＣとＣＣＧ、あるいはさらにレンズ作製のプロセス説明
図、第５図はＧＣの拡大断面図、第６図はライン／ピツ
チ比とＧＣにおける結合効率の関係の説明図である。１・・・基板，２・・・導波路、３ａ・・・レンズ、３
ｂ・・・レンズ，５・・・半導体レーザ、６ａ〜６ｅ・
・・光検出器、７ａ・・・誘電体多層反射膜、１０ａ〜
１０ｆ・・・レンズ、１　１　ａ　，　１　ｌ　ｂ　，
　１　１　ｃ−グレーテイングカツプラ、１　２　ａ　
，　１　２　ｂ　，　１　２　ｃ　−回折格子、２０・
・・光情報媒体、２ｌ・・・情報ビット、９００・・・
塔２図帛４区ｄｌ７ｐ反３郁品揄五什棧尾Ｓ図（ＣＬ）高５図（ｂ）佑６図（１ラ１ン／ビー！午比いノ

Claims

【特許請求の範囲】１、光源と、前記光源から射出した光を伝播する平面導波路と、前記光源から射出した光を前記平面導波路を伝搬する光
に変換するグレーテイングカプラと、前記光源から射出
した光で、前記平面導波路の外部を伝播する光を回折す
る回折格子とを含む光ヘッドにおいて、前記回折格子を前記平面導波路に接して設けたことを特
徴とする光ヘッド。