JPH0393045A - 半導体レーザ光源及びそれを用いた光学的情報記録再生装置 - 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］ 本発明は半導体レーザ光源及びそれを用いた光学的情報
記録再生装置に係り、特に単一縦モードで発振する半導
体レーザを用いて、多重縦モードで発振することを可能
とする、半導体レーザ光源及びそれを用いた光学的情報
記録再生装置に関する． ［従来の技術］ 光ビデオディスクやコンパクトディスクから光学的に情
報を再生する情報再生装置には．，屈折率ガイド型レー
ザでありながら多重縦モードで発振する半導体レーザが
用いられている．これは自励発振レーザと呼ばれ、屈折
率ガイド型のレーザの横モードの閉じ込め効果を緩和し
てわずかに変化させ、自動発振を行わせることにより多
重縦モード発振を実現している． 第６図は従来の自動発振レーザを用いた光学的情報記録
再生装置の概略構成図である．同図において、ｌは半導
体レーザ、４は半導体レーザｌからの光を平行光束にす
るためのコリメータレンズ、２１はレーザ光を記録媒体
を有するディスクｌ８に集光するためのレンズ、５はデ
ィスクｌ８からの反射光を検出器２０に導くためのビー
ムスプリツタ、１９はビームスブリッタ５で分割された
光を検出器に集光するためのレンズである．この装置で
は半導体レーザ１から出射されたレーザ光はレンズ４．
２１によりディスクｌ８上の記録媒体に照射され、記録
情報に応じて変調される．この反射光は同一経路を戻っ
てビームスブリッタ５により分割される．ビームスブリ
ッタ５で反射された光はレンズ１９で検知器２０に照射
され、電気信号に変換されて記録媒体の情報が取り出さ
れる．一方、ビームスブリッタ５を透過した光は半導体
レーザ１に帰還される。

一般に、光学的情報記録再生装置に用いられる半導体レ
ーザは屈折率ガイド型レーザが用いられる．光ディスク
上の記録媒体に情報を記録、再生するには回折限界まで
レーザ光を集光する必要があり、このため非点収差が小
さい屈折率ガイド型レーザが用いられる．しかしながら
この種のレーザは直流電流駆動すると単一縦モードで発
振するため、可干渉性が強く、ディスクｌ８からの反射
光と容易に結合し，光出力の変化やモードホッピングを
起こしてノイズを発生する．以下にディスクからの反射
光によるレーザノイズの発生要因について説明する． ディスク１８が半導体レーザｌの外部共振器として形成
されるとディスクｌ８からの反射光と半導体レーザ１の
内部光とが干渉し、位相差に応じて半導体レーザｌの光
出力が変化する．この光出力は外部共振長が半導体レー
ザ１の発振波長の半波長（ん／２＝〇．４μｆｆｌ）分
だけ変位する毎に最大、最小となり、ノイズ成分となる
．光出力変動の周波数帯域はディスクｌ８の面振れ速度
で決まり，およそ数ｋＨｚ〜数１０ｋＨｚの低帯域にあ
る．この帯域はトラッキングエラー信号及びフォーカス
エラー信号帯域でもあり、第１のノイズ成分となる． 次に上記第１のノイズ成分となるレーザの光出力変動に
おいて光出力が最大となった時、レーザ発振は単一縦モ
ードとなり、光出力が最小となった時、レーザ発振は・
多重縦モードとなる．レーザ発振が多重縦モード発振し
た時、隣接した縦モード間の強度が変化し、やはりノイ
ズ成分となる．このノイズの周波数帯域は０〜２　ＧＨ
ｚにわたり、情報再生信号帯域であるｌ　ＭＨｚ−１　
０　ｆｉＭＨｚの高帯域に影響を及ぼす第２のノイズ成
分となる．［発明が解決しようとする課題］ 従来例においては上記のようなノイズの発生を抑制する
ためにレーザを多重縦モードで発振させ、可干渉性を低
下させて反射光との干渉を生じさせないようにしている
．即ち、レーザ内部に可飽和吸収帯を作りつけることに
より横モードの不安定化を生じさせ、自動発振を行わせ
て多重縦モード発振を実現している．この様にして自励
発振を利用したレーザは低雑音レーザとして光学的情報
再生装置に広く使われる様になった．一方、半導体レー
ザの性能向上によって３０ｍＷ以上の高出力を得る高出
力レーザが開発され、光学的情報記録再生装置の光源と
して十分使用に耐え得るものが実現している．ところが
３０ｎＷ以上の高出力を得る半導体レーザには前述した
自励発振を実現するのが不可能である．従って単一縦モ
ードで発振することにより、ディスクからの反射光によ
る雑音が問題となる．また，別の従来例では特公昭５９
−９０８６号公報に記載されているように半導体レーザ
の光出力・電流特性の特定のバイアス点を中心に交流的
に電流を変化させることによって多重縦モード発振を実
現し、ノイズを低減する方法がある． 第７図はこのようむ従来の多重縦モード！Ｐ瀉↓こよる
ノイズ低減方法を説明するための特性図であり、７は半
導体レーザｌの光出力電流特性、８はバイアス電流Ｉｂ
、９はバイアス電流Ｉｂ８に相当する光出力波形である
。この方法によれば、外部発振回路から供給された高周
波電流によってレーザの多重縦モード発振を行うため高
出力化された半導体レーザにも適合し，低雑音化を実現
することができる。しかしながら、この従来例の場合に
もやはりディスクからの反射光量が多いと充分な雑音抑
制ができないという問題がある６即ち，より大きな光出
力を得る半導体レーザはレーザ光出射端面の反射率を低
くし光の取り出し効率を稼ぐ必要があるが、この様な半
導体レーザはディスクからの反射光と結合しやすく、反
射光に対して敏感になる．したがって本従来例において
も、レーザ光出射端面を低反射率化した高出力レーザに
は十分に低雑音化の効果を発揮し得ないという問題があ
る．半導体レーザの高出力化は寿命における信頼性を向
上させるために重要であり、また記録、消去用光源とし
て記録、消去特性を得るために十分な光出力を供給する
こと、また光学系の簡略化に伴う光量利用効率の減少な
どを考慮した場合にも重要な課題であり、高出力レーザ
の特性を損わずに低雑音化を実現する技術が必要である
。

［課題を解決するための手段］ 本発明の半導体レーザ光源は，単一縦モード発振の半導
体レーザと、この半導体レーザの放出光の一部を反射し
て前記半導体レーザに帰還させ且つ前記半導体レーザに
帰還させる光量を連続的、周期的に変化させる反射手段
とを有することを特徴とする． 本発明の光学的情報記録再生装置は、単一縦モード発振
の半導体レーザと，この半導体レーザの放出光の一部を
反射して前記半導体レーザに帰還させ且つ前記半導体レ
ーザに帰還させる光量を連続的、周期的に変化させる反
射手段とを有する半導体レーザ光源を光学的情報記録媒
体上にレーザ光を照射するための光源として用いたこと
を特徴とする． ［作用コ 本発明の半導体レーザ光源は、単一縦モード発振の半導
体レーザの放出光の一部を反射して前記半導体レーザに
帰還させ且つ前記半導体レーザに帰還させる光量を連続
的、周期的に変化させることにより、半導体レーザを光
出力変調し、半導体レーザを多重縦モードで発振させる
ものであり、その結果として可干渉性を低下させレーザ
光照射体からの不規削な反射光に対するレーザ雑音を低
減させるものである。

本発明の光学的情報記録再生装置は、上記半導体レーザ
光源を、光学的情報記録媒体上にレーザ光を照射するた
めの光源として用いることにより、光学的情報記録体か
らの不規則な反射光に対するレーザ雑音を低減させるも
のである．［実施例］ 以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明
する． なお、本発明の半導体レーザ光源は光学的情報記録再生
装置に好適に用いられるため、以下に説明する実施例に
ついては光学的情報記録再生装置を取り上げるが、かか
る用途に限定されるものではない． 第ｌ図は，本発明の光学的情報記録再生装置の第一実施
例の光学系の構成図である６ 第２図は，光出力変調するための原理を示す特性図であ
る６ 第１図において１は単一縦モードで発振する半導体レー
ザ、２は反射手段であるところのミラーディスク、３は
ミラーディスク２を回転させるモータ、４はコリメータ
レンズ、５はビームスプリツタ、６は集光レンズである
。半導体レーザｉから出射した光はコリメータレンズ４
で平行先になりビームスブリッタ５で分割され、一方は
ミラーディスク２へ他方は光学的情報処理用などの光線
として利用される．ビームスプリッタ５の透過光は集光
レンズ６でミラーディスク２上へ集光される．ミラーデ
ィスク２はモータ３によって回転し、あらかじめミラー
ディスク２上に形成しておいた反射パターンが光スポッ
ト上において連続的に変化することにより、ミラーディ
スク２からの反射光量が周期的に変化する．反射光は同
一光学経路を経て半導体レーザ１の出射部に戻り半導体
レーザｌのしきい値電流の変化を生じさせる。

次に、戻り光量の変化を利用した光出力強度変調の原理
について説明する。

第２図において７は半導体レーザ１の光出力電流特性，
８はバイアス電流Ｉｂ．　９は戻り光量が連続的に変化
した場合のバイアス電流１ｂ８に相当する光出力波形で
ある．一般に半導体レーザｌに戻り光が入射すると半導
体レーザ内部の光密度が上昇し、しきい値利得が下がり
、一定電流で半導体レーザを駆動した場合には戻り光量
に比例して光出力が増大することになる。従って第２図
に示すように一定の戻り光量を基準として連続的、周期
的に戻り光量を変化させると光出力変調を行うことがで
きる。このことはバイアス電流１ｂ８に対して電流を交
流的に重畳させたことと等価な結果を得ることになり、
第７図を用いて説明した第２の従来例と同様に半導体レ
ーザをマルチモード化させて発振させることができる。

なお、半導体レーザの光出力と戻り光量の関係は半導体
レーザの光出射面の反射率に大きく依存しており、反射
率が低いほど戻り光との結合効率が高く、レーザ光出力
が大きくなる。このため、戻り光が有効な効果を発揮す
るには通常のＡＩＧａＡｓ系レーザのヘキ開面の反射率
３２％より低いことが必要で、少なくともその反射率は
２０％以下であることが望ましい。

次に本発明の効果を実現するために最も重要な構成要素
である反射部材であるところのミラーディスク２につい
て説明する． 第３図はミラーディスク２の光スポットが当たる面の１
部分を示したものである． 第３図において１０はミラーディスク２を構成する基板
、ｌ１は高反射膜を施した高反射領域、１２は低反射膜
を施した低反射領域で各々の領域はスポット径の間隔で
周期的に交互に形成されている．１３は光スポットを示
す。集光レツズ６で絞られた光スポット１３はミラーデ
ィスク２上の反射パターン形成領域に照射される．ミラ
ーディスク２の回転により高反射領域ｌ１と低反射領域
１２が交互に光スポットｌ３を横断し、光スポットｌ３
上の高反射領域１ｌ又は低反射領域ｌ２の占める割合に
比例して反射光量即ち、戻り光量が連続的に変化する．
戻り光量の変調周波数ｆは光スポット径Ｄ、ディスクの
回転速度（ｒｐｓｌ　Ｖ　．反射パターン形成領域の回
転半径Ｒとするとで表わすことができる．半導体レーザ
１を有効にマルチモード化させて可干渉性を十分低下さ
せるには変調周波数ｆを５　０　ＭＨｚ以上に設定する
ことが望ましく、（Ａ）式の関係から光学装置の設計に
応じてＤ．Ｖ，Ｒを選べば良い． 以上、第１図〜第３図に示した構成にすれば本発明の効
果により単一縦モード発振する半導体レーザを多重化す
ることができる． 尚、第３図における反射パターン形成領域の高反射領域
１１．！ｌ：低反射領域ｌ２の形成方法は２種類の反射
膜を用いる代わりに、全領域に高反射膜（例えばＡｌ）
を形成し、低反射領域に相当する部分はマット面ｒすり
ガラス状の散乱面）を形成しても良い。この他、２つの
領域は反射率差が生じる様な性質を有していれば同様な
効果を得ることができる。

また、第３図において光スポット１３の径と反射パター
ンの間隔は必ずしも一致している必要はない。反射光量
の変化量は少なくなり、光変調度は小さくなるが、原理
的に光変調の効果による多重縦モード発振は得られる．
以上のように本実施例の構成にすれば反射率の低い出射
面をもつ高出力レーザにおいてもミラーディスク２の反
射光により多重化発振できるので低雑音化が実現できる
． なおミラーディスク２の構成は上記構成例に限定される
ものでなく、他の構成でちよい。

第４図はミラーディスク２の反射パターン形成領域の他
の構成例である。

第４図に示すように、高反射領域１ｌと低反射領域１２
は各々が連続した１つの領域を形成しているのが本構成
例の特徴である．本構成例においても光スポット１３上
を横断する反射パターンは交互に高反射率領域１１と低
反射領域１２が通過するように形成されているので反射
光量は第３図の実施例と同様に変化させることができる
。

第５図は本発明の光学的情報記録再生装置の第二実施例
を示したちのである。

第５図において．１４は高反射膜でビームスブノック５
の入射面に形成し、コリメート周辺光束を反射するよう
に配置したものである．１５は遮光板で半導体レーザｌ
とコリメートレンズ４の間に配置し光軸を囲むように円
環状をなしており、駆動部ｌ６により光軸方向に沿って
変位するちのである． 半導体レーザｌが出射した光はコリメートレンズ４で平
行光になり、ビームスブリッタ５に入射する。ビームス
プリッタ５の入射面には高反射膜ｌ４があり周辺光束は
ここで反射されて半導体レーザｌの出射部に戻り、半導
体レーザｌのしきい値電流の変化を生じさせる．遮光板
ｌ５は駆動部ｌ６により、光軸に沿って移動するので高
反射膜１４による戻り光１７の一部又は全部を遮光する
ことができる。この遮光板ｌ５の移動により戻り光１７
の量を連続的、周期的に変化させることができるもので
ある。本実施例の高反射膜１４と遮光板１５と駆動部ｌ
６を組み合わせることにより、先述した第１図の実施例
の構成と同様な効果を得ることができる。本実施例によ
れば戻り光量の変調機構が小型化されるので第１の実施
例に比べて小型、軽量化が期待できる。

尚、高反射膜ｌ４はコリメート光諮中にあって周辺光束
を反射する位置にあれば同様の効果を得ることができる
。

［発明の効果］ 以上、説明したように本発明のレーザ光源によれば、単
一縦モード発振の半導体レーザの放出光の一部を反射し
て前記半導体レーザに帰還させ且つ前記半導体レーザに
帰還させる光量を連続的、周期的に変化させることによ
り，半導体レーザを光出力変調し、半導体レーザを多重
縦モードで発振させるものであり、その結果として可干
渉性を低下させ、レーザ光照射体からの不規則な反射光
に対するレーザ雑音を低減させることができ、レーザ出
射端面が低反射率化された高出力レーザにおいても有効
にレーザ雑音を低減化できる効果がある． 本発明の光学的情報記録再生装置は、上記半導体レーザ
光源を光学的情報記録媒体上にレーザ光を照射するため
の光源として用いることにより、光学的情報記録体から
の不規［１な反射光に対するレーザ雑音を低減させるこ
とができる．

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の光学的情報記録再生装置の第一実施
例の光学系の構成図である． 第２図は、光出力変調するための原理を示す特性図であ
る． 第３図はミラーディスクの光スポットが当たる面の１部
分を示したちのである。 第４図はミラーディスク２の反射パターン形成領域の他
の構成例である。 第５図は本発明の光学的情報記録再生装置の第二実施例
を示したちのである。 第６図は従来の自励発振レーザを用いた光学的情報記録
再生装置の概略構成図である。 第７図は従来の多重縦モード発振によるノイズ低減方法
を説明するための特性図である。 １：半導体レーザ、２：ミラーディスク、３：モーター
、４：コリメータレンズ、５：ビ〜ムスプリツタ、６：
集光レンズ、７：光出力一電流特性、８：バイアス電流
Ｉｂ、９：光出力波形、１０：基板、ｌｌ：高反射領域
、ｌ２：低反射領域、ｌ３二光スポット，ｌ４：高反射
膜、ｌ５：遮光板、ｌ６：駆動部、１７：戻り光．

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）単一縦モード発振の半導体レーザと、この半導体
   レーザの放出光の一部を反射して前記半導体レーザに帰
   還させ且つ前記半導体レーザに帰還させる光量を連続的
   、周期的に変化させる反射手段とを有する半導体レーザ
   光源。
2. （２）前記半導体レーザに再入射させる反射光の変調周
   波数は５０ＭＨｚ以上である請求項１記載の半導体レー
   ザ光源。
3. （３）前記反射手段において、半導体レーザの放出光の
   一部を反射して前記半導体レーザ素子に帰還させる構成
   部と、半導体レーザに帰還させる光量を連続的、周期的
   に変化させる構成部とを分離して設けた請求項１記載の
   半導体レーザ光源。
4. （４）前記半導体レーザのレーザ光出射面の反射率は２
   ０％以下である請求項１記載の半導体レーザ光源。
5. （５）単一縦モード発振の半導体レーザと、この半導体
   レーザの放出光の一部を反射して前記半導体レーザに帰
   還させ且つ前記半導体レーザに帰還させる光量を連続的
   、周期的に変化させる反射手段とを有する半導体レーザ
   光源を、光学的情報記録媒体上にレーザ光を照射するた
   めの光源として用いた光学的情報記録再生装置。