JPH03233424A - ビーム整形光学系 - Google Patents
ビーム整形光学系Info
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- JPH03233424A JPH03233424A JP2148368A JP14836890A JPH03233424A JP H03233424 A JPH03233424 A JP H03233424A JP 2148368 A JP2148368 A JP 2148368A JP 14836890 A JP14836890 A JP 14836890A JP H03233424 A JPH03233424 A JP H03233424A
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
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- G02B27/095—Refractive optical elements
- G02B27/0972—Prisms
-
- G—PHYSICS
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- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
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-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
- G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
- G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
- G11B7/1359—Single prisms
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- G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
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- G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
- G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
- G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
- G11B7/1398—Means for shaping the cross-section of the beam, e.g. into circular or elliptical cross-section
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。
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、光ビーム形状変換光学系に関し、光デイスク
用ピックアップに用いられる半導体レーザのビーム整形
などに使用されるビーム整形のための光学系に関する。
用ピックアップに用いられる半導体レーザのビーム整形
などに使用されるビーム整形のための光学系に関する。
（従来の技術）
第６図にビーム整形のための光学系の従来例を示す。
第６図は半導体レーザ９１からの非等方形状ビームを光
デイスク上で等方形状ビームスポットにする光学系を示
した図である。同図において、半導体レーザ９１からの
非等方形状ビームは、結合レンズ９２により平行光とさ
れる。この時、図中のＰ方向のビーム径は紙面に垂直方
向のビーム径よりも小さい。平行光となった非等方形状
ビームはプリズム９７を透過し、Ｐ方向のビーム径は大
きくなり、垂直方向のビーム径とほぼ等しいものとなる
。これにより、はぼ等方形状となった平行ビームは集光
レンズ９３により集光されて、光デイスク９４上に等方
形状の微小スポット９５となる。プリズム９７により非
等方形状ビームが等方形状ビームに変換されることをビ
ーム整形と呼ぶ、一般に半導体レーザはその発光領域の
縦横比が異なるため、光デイスク上に円形状のスポット
形成するには、上記のようなビーム整形光学系は不可欠
である。
デイスク上で等方形状ビームスポットにする光学系を示
した図である。同図において、半導体レーザ９１からの
非等方形状ビームは、結合レンズ９２により平行光とさ
れる。この時、図中のＰ方向のビーム径は紙面に垂直方
向のビーム径よりも小さい。平行光となった非等方形状
ビームはプリズム９７を透過し、Ｐ方向のビーム径は大
きくなり、垂直方向のビーム径とほぼ等しいものとなる
。これにより、はぼ等方形状となった平行ビームは集光
レンズ９３により集光されて、光デイスク９４上に等方
形状の微小スポット９５となる。プリズム９７により非
等方形状ビームが等方形状ビームに変換されることをビ
ーム整形と呼ぶ、一般に半導体レーザはその発光領域の
縦横比が異なるため、光デイスク上に円形状のスポット
形成するには、上記のようなビーム整形光学系は不可欠
である。
（発明が解決しようとする課題）
しかしながら、第６図のプリズム９７を用いる彼来例で
は、以下のような欠点を有する。
は、以下のような欠点を有する。
■プリズム９７により光路が曲げられるので光学系の光
路調整が難しい。
路調整が難しい。
■結合レンズ９２での平行光化が若干ずれたときプリズ
ム９７により非点収差が生ずる。このため、集光レンズ
９３で絞られた光スポット９５に非対称な収差が生じる
。
ム９７により非点収差が生ずる。このため、集光レンズ
９３で絞られた光スポット９５に非対称な収差が生じる
。
■半導体レーザ９１の発散角θ／／θ上の比率がレーザ
毎に大きく異なるときには、プリズム９７を変え、かつ
プリズム９７へのレーザ光の入射角度を変化させる必要
がある。このため、光学系全体を再調整しなければなら
ない。
毎に大きく異なるときには、プリズム９７を変え、かつ
プリズム９７へのレーザ光の入射角度を変化させる必要
がある。このため、光学系全体を再調整しなければなら
ない。
本発明の目的は、上記課題を解決し、光学系調整が容易
なビーム整形光学系を提供することにある。
なビーム整形光学系を提供することにある。
（課題を解決するための手段）
本発明のビーム整形光学系は、光学プリズムと該光学プ
リズムの反射面に積層された光学プリズムよりも低い屈
折率を有するギャップ層と、該ギャップ層に積層され前
記光学プリズムよりも低い屈折率を有し、かつ前記ギャ
ップ層よりも高い屈折率を有する導波路層とから構成さ
れるプリズムカプラに平行光束を入射させ、前記光学プ
リズムにギャップ層、導波路層を積層した面で入射光を
反射させることにより、この入射面に平行な方向の光ビ
ーム径を変形させ、入射ビームを整形することを特徴と
する。
リズムの反射面に積層された光学プリズムよりも低い屈
折率を有するギャップ層と、該ギャップ層に積層され前
記光学プリズムよりも低い屈折率を有し、かつ前記ギャ
ップ層よりも高い屈折率を有する導波路層とから構成さ
れるプリズムカプラに平行光束を入射させ、前記光学プ
リズムにギャップ層、導波路層を積層した面で入射光を
反射させることにより、この入射面に平行な方向の光ビ
ーム径を変形させ、入射ビームを整形することを特徴と
する。
（作 用）
上記プリズムカプラに入射した光は、一部前記導波路層
に達し、導波光となって導波路層内を伝搬したあと、プ
リズムカプラを出射する。また、導波光とならなかった
光は、プリズムカプラとギャップ層で反射され、プリズ
ムカプラを出射する。
に達し、導波光となって導波路層内を伝搬したあと、プ
リズムカプラを出射する。また、導波光とならなかった
光は、プリズムカプラとギャップ層で反射され、プリズ
ムカプラを出射する。
（実 施 例）
以下、本発明の具体的実施例を示す。
第１図は本発明に係るビーム整形光学系を半導体レーザ
のビーム整形に用いた場合の構成図である。
のビーム整形に用いた場合の構成図である。
第１図において、符号１は光源としての半導体レーザ、
２は光束を平行化するコリメートレンズ、６は本発明の
特徴となるプリズムカプラ、７は光束を収束させる集光
レンズ、８は光記録媒体としての光ディスクをそれぞれ
示す。
２は光束を平行化するコリメートレンズ、６は本発明の
特徴となるプリズムカプラ、７は光束を収束させる集光
レンズ、８は光記録媒体としての光ディスクをそれぞれ
示す。
半導体レーザ１からの発散光はコリメートレンズ２によ
り平行光となる。この時、半導体レーザ１からの発散光
は非等方的であり、第１図のＰ方向の発散角０７７紙面
に垂直な方向の発散角をθ土とすると、θ／／〈θ土の
関係がある。
り平行光となる。この時、半導体レーザ１からの発散光
は非等方的であり、第１図のＰ方向の発散角０７７紙面
に垂直な方向の発散角をθ土とすると、θ／／〈θ土の
関係がある。
平行光となったレーザビームはプリズムカプラ６を構成
するビリズム３に入射する。プリズムカプラ６は屈折率
ｎｐをもつプリズム３と、ｎＰより低い屈折率ｎ、をも
つ導波路層５と、ｎ、よりもさらに低い屈折率ｎ！をも
つギャップ層４より構成され、プリズム３の反射面にギ
ャップ層４、導波路層５の順に積層されて作られる。
するビリズム３に入射する。プリズムカプラ６は屈折率
ｎｐをもつプリズム３と、ｎＰより低い屈折率ｎ、をも
つ導波路層５と、ｎ、よりもさらに低い屈折率ｎ！をも
つギャップ層４より構成され、プリズム３の反射面にギ
ャップ層４、導波路層５の順に積層されて作られる。
プリズム３とギャップ層４との界面に達した光の一部は
、エパネッセント波となり、導波路層５に達し、導波光
となって導波路層５内を伝搬する。
、エパネッセント波となり、導波路層５に達し、導波光
となって導波路層５内を伝搬する。
これをカップリングという、導波光とならなかった光は
、プリズム３とギャップ層４で反射され、プリズム３を
出射する。一方、導波光となった光は導波路層５を伝搬
しながら、その一部は導波路層５からギャップ層４を介
してプリズム３に再放射され、プリズム３を出射する。
、プリズム３とギャップ層４で反射され、プリズム３を
出射する。一方、導波光となった光は導波路層５を伝搬
しながら、その一部は導波路層５からギャップ層４を介
してプリズム３に再放射され、プリズム３を出射する。
この現象をデカップリングと呼ぶ、こうして導波光は入
射ビーム径Ｑ１よりも党。でほとんど放射され、プリズ
ム３を出射する。つまり、プリズムカプラ６に入射した
ｆｌｌの幅のビームは導波路層５ヘカツプリング、デカ
ップリングを経て、党。の幅のビームとしてプリズム３
を出射するのである。プリズム３から出射した平行光は
、はぼ等方的形状のビームとして、集光レンズ９で集光
され、光デイスク８上にスポットを結び、ビーム整形の
目的は達成される。
射ビーム径Ｑ１よりも党。でほとんど放射され、プリズ
ム３を出射する。つまり、プリズムカプラ６に入射した
ｆｌｌの幅のビームは導波路層５ヘカツプリング、デカ
ップリングを経て、党。の幅のビームとしてプリズム３
を出射するのである。プリズム３から出射した平行光は
、はぼ等方的形状のビームとして、集光レンズ９で集光
され、光デイスク８上にスポットを結び、ビーム整形の
目的は達成される。
ここで本発明のビーム整形光学系の最小限の構成は、プ
リズムカプラ６に入射する平行光束６０と、上記のよう
に構成されたプリズムカプラ６と、プリズムカプラ６か
ら出射する平行光束６１で規定される。
リズムカプラ６に入射する平行光束６０と、上記のよう
に構成されたプリズムカプラ６と、プリズムカプラ６か
ら出射する平行光束６１で規定される。
上記プリズムカプラ６でカップリング、デカップリング
が生ずるのは、プリズム３の屈折率ｎ。
が生ずるのは、プリズム３の屈折率ｎ。
と導波路層５の等偏屈折率Ｎが
Ｎ＝ｎ、ｓｉｎδ（位相差整合条件）
なる関係を満たすように入射角δで入射した場合である
。等偏屈折率Ｎは導波路層５の屈折率および膜厚、ギャ
ップ層４の屈折率および入射する光の波長によって決ま
る。ギャップ層４の厚みを厚くするとα。が大きくなり
、厚みを薄くするとＱｏが小さくなる。
。等偏屈折率Ｎは導波路層５の屈折率および膜厚、ギャ
ップ層４の屈折率および入射する光の波長によって決ま
る。ギャップ層４の厚みを厚くするとα。が大きくなり
、厚みを薄くするとＱｏが小さくなる。
次に具体的に、プリズムカプラ６の構成について説明す
る。プリズム３は高屈折率であり、ルチル（ｎＰ＝ ２
．５８）を用いた。プリズム３にスパッタによりギャッ
プ層４として５ｉｎ２スパツタ膜（ｎ、＝１．４６）を
成膜し、さらにプラズマＣＶＤ装置により導波路層５と
してＳ ｉ ０Ｎ（ｎ、−１，８５゜ｃｌ＝１．１μｍ
）を成膜した。この時、導波路層５の等偏屈折率ＮはＮ
＝ １．８２４となり、プリズムへの入射角δは４５
６となる。このプリズムカプラ６に入射するビーム径Ｑ
１（半値全幅）が４ｍｌ１１のとき、出射ビーム径α。
る。プリズム３は高屈折率であり、ルチル（ｎＰ＝ ２
．５８）を用いた。プリズム３にスパッタによりギャッ
プ層４として５ｉｎ２スパツタ膜（ｎ、＝１．４６）を
成膜し、さらにプラズマＣＶＤ装置により導波路層５と
してＳ ｉ ０Ｎ（ｎ、−１，８５゜ｃｌ＝１．１μｍ
）を成膜した。この時、導波路層５の等偏屈折率ＮはＮ
＝ １．８２４となり、プリズムへの入射角δは４５
６となる。このプリズムカプラ６に入射するビーム径Ｑ
１（半値全幅）が４ｍｌ１１のとき、出射ビーム径α。
は６ＩＩＩｍとなった。この時レーザ波長は７９０ｎｍ
である。入射ビームＩ（実線で示す）とプリズムカプラ
６からの出射ビームＯ（破線で示す）の光強度分布を第
２図に示す６図から分かるように、出射ビームＯは強度
分布の対称性は崩れているものの、集光レンズ７によっ
て得られる集光スポットには影響がない。
である。入射ビームＩ（実線で示す）とプリズムカプラ
６からの出射ビームＯ（破線で示す）の光強度分布を第
２図に示す６図から分かるように、出射ビームＯは強度
分布の対称性は崩れているものの、集光レンズ７によっ
て得られる集光スポットには影響がない。
第３図に本発明の別の実施例を示す、この実施例におい
ては、半導体レーザ１からの発散光は、コリメートレン
ズ２により平行光となり、プリズムカプラ１６に入射す
る。プリズムカプラ１６は屈折率ｎ、、をもつ基板１９
と基板１９より高い屈折率ｎ、をもっ導波路層１５を透
明基板１９上に積層し、さらにｎｗよりも低い屈折率ｎ
、をもっギャップ層１４を積層する。プリズム１３の屈
折率ｎ２は導波路層１５の屈折率ｎｗよりも高い。プリ
ズム１３とギヤツブ層重４は導波路層１５よりも高い屈
折率ｎｃをもつ接着層２０により接着されている６本実
施例では、基板１９として屈折率ｎ、＝１．５２のパイ
レックスガラス、導波路層１５はｎ、＝１．５６の５ｉ
ＯＮスパツタ膜、ギャップ層１４としてｎ、＝１．４５
のＳｉｎ、スパッタ膜、接着層２０としてｎｃ＝１．７
０のポリイミド層。
ては、半導体レーザ１からの発散光は、コリメートレン
ズ２により平行光となり、プリズムカプラ１６に入射す
る。プリズムカプラ１６は屈折率ｎ、、をもつ基板１９
と基板１９より高い屈折率ｎ、をもっ導波路層１５を透
明基板１９上に積層し、さらにｎｗよりも低い屈折率ｎ
、をもっギャップ層１４を積層する。プリズム１３の屈
折率ｎ２は導波路層１５の屈折率ｎｗよりも高い。プリ
ズム１３とギヤツブ層重４は導波路層１５よりも高い屈
折率ｎｃをもつ接着層２０により接着されている６本実
施例では、基板１９として屈折率ｎ、＝１．５２のパイ
レックスガラス、導波路層１５はｎ、＝１．５６の５ｉ
ＯＮスパツタ膜、ギャップ層１４としてｎ、＝１．４５
のＳｉｎ、スパッタ膜、接着層２０としてｎｃ＝１．７
０のポリイミド層。
プリズム１３として、ｎ、＝１．７６６の５ＦＩＩ光学
ガラスを用いた。導波路層１５の等偏屈折率Ｎ＝１．５
２９のときδ□＝６０°であり、α＝７８°とすれば、
プリズムカプラ１６の入射ビームと出射ビームの角度は
９０″ をなす。
ガラスを用いた。導波路層１５の等偏屈折率Ｎ＝１．５
２９のときδ□＝６０°であり、α＝７８°とすれば、
プリズムカプラ１６の入射ビームと出射ビームの角度は
９０″ をなす。
第４図に別の実施例を示す。本実施例は、積層構造は第
３図のプリズムカプラ１６と同じ構成であり、第３図の
プリズム１３をプリズム３３に変えることにより、ビー
ムの光軸を一直線にしたものである。プリズム３３の角
度αは３１”に設定した。
３図のプリズムカプラ１６と同じ構成であり、第３図の
プリズム１３をプリズム３３に変えることにより、ビー
ムの光軸を一直線にしたものである。プリズム３３の角
度αは３１”に設定した。
第５図に別の実施例を示す０本実施例は、積層構造は第
１図のプリズムカプラ６と同じであるが、ギャップ層４
の厚みが場所によって異なっている。
１図のプリズムカプラ６と同じであるが、ギャップ層４
の厚みが場所によって異なっている。
本実施例では、ビームの入射側５０のギャップ層厚を厚
くし、ビームの出射側５１のギャップ層厚を薄くしてい
る。こうすることにより、第２図の出射ビームの光強度
分布０において、ピークの高さ調整することができ、結
果的に出射ビームの強度分布を調整することができる。
くし、ビームの出射側５１のギャップ層厚を薄くしてい
る。こうすることにより、第２図の出射ビームの光強度
分布０において、ピークの高さ調整することができ、結
果的に出射ビームの強度分布を調整することができる。
なお、第２図の出射ビームの光強度分布を制御するには
、導波路層５の等偏屈折率Ｎを一定とした場合にはギャ
ップ層４の厚みを最適化すれば良い。勿論、ギャップ層
４、導波路層５の屈折率、および順序を適当に選んでも
同様な効果を得ることができる。
、導波路層５の等偏屈折率Ｎを一定とした場合にはギャ
ップ層４の厚みを最適化すれば良い。勿論、ギャップ層
４、導波路層５の屈折率、および順序を適当に選んでも
同様な効果を得ることができる。
また１本発明のビーム整形光学系は半導体レーザのビー
ム整形に限らず、各種の光学系において、ビーム整形の
用途に使用できることは明らかである。
ム整形に限らず、各種の光学系において、ビーム整形の
用途に使用できることは明らかである。
（発明の効果）
本発明によれば、プリズムカプラの原理を用いることに
より、■プリズムカプラによる光路は直線または直角と
なり、光学系の調整は容易である。
より、■プリズムカプラによる光路は直線または直角と
なり、光学系の調整は容易である。
■プリズムカプラへの入射光が平行光から多少ずれても
集光スポットに非対称な収差は生じない。
集光スポットに非対称な収差は生じない。
■入射ビームに対する出射ビームの径を変えるには、プ
リズムカプラのギャップ層の厚みを変えるだけで良い、
従って、光路上の変更は一切必要でなく、単にプリズム
カプラを置き換えるだけで良い、という効果を奏する。
リズムカプラのギャップ層の厚みを変えるだけで良い、
従って、光路上の変更は一切必要でなく、単にプリズム
カプラを置き換えるだけで良い、という効果を奏する。
第１図は本発明のビーム整形光学系の構成を示す図、第
２図はプリズムカプラの入射光Ｉと出射光０の光強度を
示す図、第３図、第４図および第５図は本発明の他の実
施例を説明するための図、第６図は従来のビーム整形光
学系を説明するための図である。 １・・・光ｇ（半導体レーザ）、２・・・コリメートレ
ンズ、３・・・プリズムカプラ、４・・・ギャップ層、
５・・・導波路層、６・・・プリズムカプラ、７・・・
集光レンズ、８・・・光記録媒体（光ディスク）。 （ほか ｌ 名） 傭 図 第 ら 図 鷲 図
２図はプリズムカプラの入射光Ｉと出射光０の光強度を
示す図、第３図、第４図および第５図は本発明の他の実
施例を説明するための図、第６図は従来のビーム整形光
学系を説明するための図である。 １・・・光ｇ（半導体レーザ）、２・・・コリメートレ
ンズ、３・・・プリズムカプラ、４・・・ギャップ層、
５・・・導波路層、６・・・プリズムカプラ、７・・・
集光レンズ、８・・・光記録媒体（光ディスク）。 （ほか ｌ 名） 傭 図 第 ら 図 鷲 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 光学プリズムと、 該光学プリズムの反射面に積層された光学プリズムより
も低い屈折率を有するギャップ層と、該ギャップ層に積
層され前記光学プリズムよりも低い屈折率を有し、かつ
前記ギャップ層よりも高い屈折率を有する導波路層とか
ら構成されるプリズムカプラに平行光束を入射させ、前
記光学プリズムにギャップ層、導波路層を積層した面で
入射光を反射させることにより、この入射面に平行な方
向の光ビーム径を変形させ、入射ビームを整形すること
を特徴とするビーム整形光学系。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2148368A JPH03233424A (ja) | 1989-12-21 | 1990-06-06 | ビーム整形光学系 |
| US07/621,860 US5095389A (en) | 1989-12-21 | 1990-12-04 | Beam shaping optical system |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1-331622 | 1989-12-21 | ||
| JP33162289 | 1989-12-21 | ||
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