JPH04176041A - 光磁気信号検出装置 - 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、光デイスク装置、光カード、光テープ等の光
磁気信号検出装置に関する。

従来の技術 従来、光磁気信号を検出する光ピツクアップ装置として
は、例えば、特開昭６３−１８８８４４号公報に開示さ
れているものがある。これを、今、第１０図及び第１１
図に基づいて説明する。レーザ光源ｌから出射された光
は、基板３上にバッファ層４を介して光導波路５が形成
された部材６に入射し、その基板３とバッファ層４との
界面で反射された後、対物レンズ７により集光され光磁
気ディスク８の表面に照射され、これにより記録等が行
われる。また、その光磁気ディスク８からの反射光は、
再び対物レンズ７を介して前記光導波路５の表面に形成
された集光グレーティングカプラ９ａ、９ｂ、９ｃに入
射する。これら３種の集光グレーティングカプラ９ａ、
９ｂ、９ｃにより光導波路５中に３分割され導波された
３光束は、光検知器ｌＯａと光検知器１０ｂとの間、光
検知器１０ｃ、光検知器１０ｄと光検知器１０ｅとの間
にそれぞれ集光されることにより検出され、その後、ア
ンプ１１を介して、読取回路１２に送られることにより
光磁気信号Ｍｏを求め、これにより光磁気ディスクに記
録された情報を再生することができる。なお、フォーカ
スエラー信号Ｆｏ、トラックエラー信号Ｔｒは、アンプ
】１を介して、各制御回路１３．１４により求められ、
これによりフォーカス制御やトラッキング制御を行うこ
とができる。

この場合、集光グレーティングカプラ９ａ、９Ｃはこれ
らに入射する光によりＴＥモードを励起するようなピッ
チに設定され、集光グレーティングカプラ９ｂはＴＭモ
ードを励起するようなピッチに設定されていたとすると
、入射光の偏波面Ｐが格子方向であるＸ軸方向に対して
角度φをなす時、これにより検出される光磁気信号は角
度φか±△φだけ変化することに対応する。そのφが△
φだけ増加した場合は集光グレーティングカプラ９ｂで
結合するＴＭモード光の光量が増加し、集光グレーティ
ングカプラ９ａ、９ｃで結合するＴＥモード光の光量は
減少する。また、そのφが△φだけ減少した場合には集
光グレーティングカプラ９ｂで結合するＴＭモード光が
減少し、集光グレーティングカプラ９ａ、９ｃで結合す
るＴＥモード光の光量が増加する。これにより、光検知
器１０ａ、ＩＯｂ、ＩＯｃ、１０ｃｌ、］Ｏｅの光量を
各々ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅと決めると、光磁気信号ＭＯは
、 Ｍｏ＝　（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）−ｅ により検出することができる。すなわち、これは、今、
△φ＝０の時にＭｏ＝Ｏとすると、−Δφの時にはＭ　
ｏ　）　Ｏとなり、＋△φの時にはＭ　ｏ　＜　０とな
ることにより検出することができることになる。

発明が解決しようとする課題 上述したような従来の装置においては、光導波路５に入
射光を導波させるために３分割された集光グレーティン
グカプラ９ａ、９ｂ、９ｃを用い、入射光の偏光を入射
面で空間的に３分割し、それぞれをＴＥモード、ＴＭモ
ードに別々に結合させている。このため、集光グレーテ
ィングカプラ９ａ、９ｂ、９ｃの持つ特性として、レー
ザ光源１の波長変動に対して、集光グレーティングカプ
ラ９ａ、９ｂ、９ｃへの最適入射角が変化したり、回折
効率が変化してしまい、これにより光磁気信号が影響を
受けて検出感度が低下したり雑音が大きくなってしまう
という問題がある。

また、ＴＥモード光を受光する集光グレーティングカプ
ラ９ａ、９ｃとＴＭモード光を受光する集光グレーティ
ングカプラ９ｂが空間的に分離されているため、入射光
がそれら集光グレーティングカプラ９ａ、９ｂ、９ｃの
入射面に対して空間分布をもっていると、その変動が雑
音として検出されてしまうという問題がある。

さらに、集光グレーティングカプラ９ａ、９ｂ。

９Ｃの特性として、それら集光グレーティングカプラ９
ａ、９ｂ、９ｃへの許容誤差範囲が狭く、入射角の設定
に精密な調整が要求されることになり、このため組付は
調整が非常に厳しいものとなる。

課題を解決するための手段 そこで、このような問題点を解決するために、本発明は
、レーザ光源を設け、このレーザ光源より出射された光
を集光し光情報記録媒体の面上に照射する照射光学系を
設け、基板上に形成され前記光情報記録媒体により反射
され偏波面の回転された光を導波する光導波路層を設け
、この光導波路層により導波された光をＴＥモードとＴ
Ｍモードとに分離する前記光導波路層の上面側に形成さ
れた導波路ビームスプリッタを設け、この導波路ビーム
スプリッタによりＴＥモードとＴＭモードとに分離され
た光を検出する前記光導波路層の下面側に形成された光
検知器を設けた。

また、導波路ビームスプリッタによりＴＥモードとＴＭ
モードとに分離された光を各々別個に検出する複数個の
光検知器を設け、これら光検知器により別個に検出され
た光量の差分を求めることにより光磁気信号を得るよう
に設定した。

作用 これにより、先導波路に導波された光は、導波路ビーム
スプリッタによりＴＥモード光とＴＭモード光とに分離
して光磁気信号の検出を行ってＧ）るため、従来のよう
な集光グレーティングカプラを用いて分離する場合に比
べてレーザ光源の波長変動に対する光利用効率の低下や
最適入射角の変化を小さくすることが可能となり、これ
により波長変動に対する光磁気信号の検出効率を一段と
上げることが可能となる。さらに、光導波路層の同一部
分にＴＥモード及びＴＭモードの光を同時に励起し、そ
の後に導波路ビームスプリッタによりＴＥモード光とＴ
Ｍモード光とに分離するため、入射光強度の空間分布に
時間的変動が生じても記録信号検出時に雑音が生じにく
い。

また、ＴＥモードの光とＴＭモードの光とを各々別個の
光検知器により検出しそれぞれ検出された光量の差動を
とることによって光磁気信号の検出を行っているため、
従来に比べ信号検量感度を高くとることが可能となり、
しかも、これにより入射光の全体の光量変動に対しても
雑音の低減を図ることが可能となる。

実施例 本発明の第一の実施例を第１図〜第７図に基ついて説明
する。まず、基板１５上には、バッファ層１６を介して
、光導波路層１７が形成されている。この光導波路層１
７の表面には導波路ビームスプリッタ１８が形成されて
おり、その光導波路層１７の凹部が形成された下面に位
置して光検知器１９．２０が形成されている。また、前
記光導波路１７の上面にはプリズムカプラ２１が設けら
れている。このプリズムカプラ２１の一方の面側にはレ
ーザ光源としての半導体レーザ２２と、コリメートレン
ズ２３とが設けられており、また、他方の面側には対物
レンズ２４、光情報記録媒体としての光磁気ディスク２
５が配設されている。

なお、コリメートレンズ２３と、プリズムカプラ２１と
、対物レンズ２４とは、照射光学系を構成している。

二こで、各部の構成についてさらに詳しく述べる。レー
ザ光源としてはコヒーレンシーがよく直線偏波の光源が
よい。このため、上述したような半導体レーザ２２の他
に、気体レーザ、固体レーザ等の各種レーザ、さらには
、ＬＥＤその他の微小光源と偏光子の組合せでも可能で
ある。また、前記コリメートレンズ２３及び前記対物レ
ンズ２４としては、通常のレンズの他に、組合せレンズ
、分布屈折率レンズ、非球面レンズ、フレネルレンズ等
を用いることができる。また、前記プリズムカプラ２１
は、前記光導波路層１７の屈折率より高い屈折率の材料
からなる必要があり、端面の形状は台形となっているが
三角形状でもよく、また、光の人出射面は必ずしも平面
である必要はない。

また、光導波路素子２６において、前記基板１５として
はＳｉ、ＧａＡｓ等の半導体基板を用いている。この場
合、光検知器１９．２０をその基板１５中に拡散、イオ
ン注入、酸化等の方法で形成することができる。光検知
器１９．２０をα−３ｉ等のフォトダイオードとすれば
、他の基板材料、ガラス、誘電体、プラスチック、セラ
ミックス等も使用することができる。また、半導体基板
の場合には、接合型のフォトダイオードのみならず、シ
ョットキーバリア型のものも用いることができる。前記
光導波路層１７及び前記バッファ層１６は、光源波長に
対して透明な材料を蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ、塗
布、酸化、拡散等の方法で形成したものであり、その材
料としては、ガラス、誘電体、プラスチック、有機膜等
の材料が考えられる。この場合、バッファ層１６の屈折
率は光導波路層１７の屈折率よりも低く設定する。

なお、光導波路層１７を導波する光の基板１５による吸
収や散乱を考慮する必要がなければ、バッファ層１６は
必ずしも必要はない。

このような構成において、本装置の動作説明を行う。半
導体レーザ２２から出射された光は、コリメートレンズ
２３により平行光とされ、プリズムカプラ２１に入射す
る。この入射した光は光導波路層１７にその一部か結合
するがその他の結合しなかった光は反射されプリズムカ
プラ２１から出射する。その出射光は対物レンズ２４に
より光磁気ディスク２５の面上に照射され、これにより
記録等が行われる。また、その光磁気ディスク２５から
の反射光は、再び対物レンズ２４に入射することにより
平行光とされ、プリズムカプラ２１に入射する。この時
、その反射光の偏波面は、±△θだけ光磁気ディスク２
５に入射する光の偏波面に対して回転される。

第１図（ｂ）におけるＥはその反射光の電界成分を表わ
しており、この方向が偏波面方向でもある。この電界Ｅ
は第２図における紙面に平行な成分Ｅｐと紙面に垂直な
Ｅｓ成分とに分離することができる。この電界Ｅをもつ
反射光がプリズムカプラ２１に入射した場合、その反射
光は光導波路層１７に結合され、これにより電界方向が
第２図の紙面に対して垂直なＴＥモードと紙面に平行な
ＴＭモードを励起することができる。すなわち、電界Ｅ
のＳ偏光成分ＥｓがＴＥモード光を励起し、Ｐ偏光成分
ＥｐがＴＭモード光を励起することになる。

この場合、電界ベクトルＥとＳ方向（Ｓ偏光成分の方向
）とのなす角をθｅとした時、反射光の偏波方向が光磁
気ディスク２５の磁化方向に応じて士△θだけ回転する
と、θｅ＝θｅ０±Δθとなる（ただし、θｅ０　は入
射光の電界Ｅ６がＳ方向となす角とする）。

これに対して、θｅ＝θｅ、＋△θとなった場合、Ｅｐ
酸成分増大しＥｓ成分は減少する。すなわち、プリズム
カプラ２１で励起されるＴＭモード光が増加しＴＥモー
ド光が減少する。これとは反対に、θｅ＝θｅ０−Δθ
となった場合には。

Ｅｓ成分が増加し、Ｅｐ酸成分減少する。すなわち、励
起されるＴＥモード光が増加し、ＴＭモード光が減少す
る。

次に、そのようなプリズムカプラ２１で励起されたＴＥ
モード光およびＴＭモード光は第１図に示すように光導
波路層１７中を導波していき、導波路ビームスプリッタ
１８に入射する。この時、導波路ビームスプリッタ１８
へのＴＥモード光、ＴＭモード光の各入射角を、ＴＭモ
ード光に対しては全反射し、ＴＥモード光に対しては透
過するように選択することによって、ＴＭモード光は光
検知器２０で、ＴＥモード光は光検知器１９で受光させ
ることができる。これら光検知器１９，２０の出力をそ
れぞれａ、ｂとすると、光磁気信号Ｍｏは、Ｍ　ｏ　＝
　ａ　−ｂにより求めることができる。

ここで、導波光の電界ベクトルＥの第２図の紙面に垂直
なＳ方向とのなす角をθｅとすると、θｅ＝θｅ。の時
にＭｏ＝Ｏとなるようにａ、　ｂの値を調整するか、又
は、適当な導波光の電界ＥのＳ方向とのなす角Ｏｅ０を
選定しておく。そして、この時、ｅ　ｅ＝ｅ　ｅ。十△
０となった場合にはＴＭモード光が増加し、ＴＥモード
光が減少するので、Ｍ　ｏ　＜　Ｏとなる。また、θｅ
＝θｅ。−△Ｏの場合には、ＴＥモード光が増加し、Ｔ
Ｍモード光が減少するため、Ｍ　ｏ　）　Ｏとなる。こ
のようにＭＯの正負により光磁気ディスク２５の磁化ベ
クトルの方向すなわち光磁気信号Ｍ　ｏを検出すること
ができることになる。

次に、導波路ビームスプリッタ１８の構造及びその動作
について説明する。前述したように、導波路ビームスプ
リッタ１８は、光導波路層１７を広いＶ字形にして形成
している。二〇Ｖ字形により導波してきたＴＥモード、
ＴＭモードは、その入射角によって、全透過、或いは、
一部反射及び一部透過、或いは、全反射する。第３図は
、光導波路層１７の膜厚をし１　とし、７字形の溝の底
の厚さをｔ、とした場合の様子を示すものであり、また
、第４図はＶ字形をした導波路ビームスプリッタ１８に
入射した入射角θで入射した光Ｉか、反射した光Ｒと透
過した光Ｔとに分離された状態を示している。その第３
図の溝形状の場合、全反射角θｔｏｔは、 θｔｏｔ　＝　ｓ　ｉ　ｎ””　（−）　　　　−（１
）となる。なお、Ｎ、、　Ｎ、は、光導波路層１７中を
導波するモードの各々の厚さ１．、　１．における等偏
屈折率である。

ここで、光導波路層１７を導波するＴＥモード光とＴＭ
モード光のそれぞれの厚さ１．、　１．における等偏屈
折率をＮ、ｔｅ、　Ｎ、ｔｅ、及び、Ｎ、ｔｍ、Ｎ、ｔ
ｍとすると、１が小さい場合、Ｎ、ｔｅ）Ｎ　、　ｔｍ
となるため、ＴＥモード光、ＴＭモード光の全反射角θ
ｔｏｔｅ、θｔｏｔｍは、第３図のような構造の場合、
θｔｏｔｅ）θｔｏｔｍとなる。

また、第４図において、入射角θをθｔｏｔからさらに
小さくしていくと、透過光Ｔが増加し、反射光Ｒが減少
していき、ついには透過光Ｔのみとなる。第５図はその
様子を示すものであり、この場合、横軸は各モード光の
入射角θを、縦軸は透過光Ｔ及び反射光Ｒを表わす。ま
た、この第５図において、上段がＴＥモードの反射率Ｒ
ｔｅ及び透過率Ｔｔｅを示し、下段がＴＭモードの反射
率Ｒｔｍ及び透過率Ｔｔｍを示す。これかられかるよう
に、入射角θをＯ８に設定すると、 θｔｏｔｅ、＞θＳ〉θｔＯｔＩ１１ となり、ＴＭモードはＶ字形をした溝で全反射し、ＴＥ
モードは透過する。このため、第６図に示すように、導
波路ビームスプリッタ１８は、ＴＭモード光は反射させ
、ＴＥモード光は透過させるように動作することになる
。なお、前述した第３図に示すような構造の導波路ビー
ムスプリッタ１８は、カットオフをさせない範囲でし、
の厚さが薄い方が、丁ＥモードとＴＭモードの等偏屈折
率の差が大きくなる傾向にある。また、７字形をした溝
の幅が広く傾斜がゆるいほどモード変換等が生じずによ
い。

次に、前述した第３図の７字形をした導波路ビームスプ
リッタ１８の構造と同様な効果を生じる他の構造例を第
７図（ａ）〜（ｆ）に基づいて説明する。（ａ）は、溝
の形状がＶ字形ではなくＵ字形に形成したものである。

（ｂ）は、逆台形をした溝であり、その底面部は上面と
平行になっている。（Ｃ）は、バッファ層１６の一部に
台形状のリッジ部を形成し、その上部に光導波路層】７
を形成したものであり、そのリッジ部では肉厚が薄くな
っている。（ｃｌ）は、基板１５の一部にＶ字形をした
溝を形成し、その上部にバッファ層１６、光導波路層１
７を順次積層するようにしたものである。（ｅ）は、（
ｃｌ）とは逆に、基板１５の一部にリッジ部を形成し、
その上部にバッファ層１６、光導波路層１７を順次積層
したものであリ、光導波路層１７の膜厚はリッジ部にお
いてやや薄くなるようになっている。（ｆ）は、箱形の
溝形状としたものであり、その底面部は他面と平行な状
態を維持したものとなっている。なお、（ａ）、（ｂ）
、（ｆ）は、同様な方法により作成することができる。

上述したように、本実施例では、光導波路層１７に導波
された光は、導波路ビームスプリッタ１８によりＴＥモ
ード光とＴＭモード光とに分離して光磁気信号の検出を
行っているため、従来のような集光グレーティングカプ
ラを用いて分離する場合に比べて半導体レーザ２２の波
長変動に対する光利用効率の低下や最適入射角の変化を
小さくすることが可能となり、これにより、波長変動に
対する光磁気信号の検出効率を一段と上げることが可能
となる。さらに、光導波路層の同一部分にＴＥモード及
びＴＭモードの光を同時に励起し、その後に、導波路ビ
ームスプリッタによりＴＥモード光とＴＭモード光とに
分離するため、入射光強度の空間分布に時間的変動が生
じても記録信号検出時に雑音が生じにくい。

次に、本発明の第二の実施例を第８図に基づいて説明す
る。半導体レーザ２２から出射された光はコリメートレ
ンズ２３により平行光とされた後、ビームスプリッタ２
８（若しくは、ハーフミラ−）を透過して対物レンズ２
４により光磁気ディスク２５の面上に集光され、これに
より情報の記録を行うことができる。また、光磁気ディ
スク２５からの反射光は、再び対物レンズ２４により平
行光とされ、ビームスプリッタ２８により反射された後
、プリズムカプラ２１に入射し、光導波路層１７に導波
される。その後、その導波された光は、導波路ビームス
プリッタ１８によりＴＥモードとＴＭモードとに分離さ
れ、光検知器１９．２０に導かれることにより光磁気信
号を検出することができ、これにより前述した第一の実
施例と同様な効果を得ることができる。また、本実施例
のような構成とすることによって、光学系のレイアウト
を自由に設定することが可能となる。

次に、本発明の第三の実施例を第９図に基づいて説明す
る。これは、半導体レーザ２２により出射され光磁気デ
ィスク２５により反射された光がビームスプリッタ２８
により反射されるまでのところは、前述した第二の実施
例と同様な構成である。その反射された光は、シリンド
リカルレンズ２９（若しくは、Ｎ、Ａが小さければ通常
の球面レンズ）により集光され、光導波路層１７の端面
から導波される。ここで、本実施例の場合、光導波路層
１７としては、ＴＥ及びＴＭの基本モード（最低次モー
ド）のみが伝搬するような厚さに制御することが望まし
い。これにより、光導波路層１７の端面において、その
導波された光の電界Ｅの方向により、Ｓ偏光成分がＴＥ
モードをＰ偏光成分がＴＭモードをそれぞれ励起するこ
とができ、その後、導波路ビームスプリッタ１８により
ＴＥモードとＴＭモードとに分離し、それぞれ光検知器
１９．２０により検出することにより光磁気信号を得る
ことができるため、第二の実施例と同様な効果を得るこ
とができる。また、本実施例のようにプリズムカプラ２
１を除くことによって、より平面的な薄型の構成とする
ことが可能となる。

これまで述べてきたような３つの実施例は、いずれもＴ
Ｅモード、ＴＭモードを各々別個の光検知器１９．２０
により検出し、それら受光された光量の差分を求めるこ
とにより光磁気信号を得ている。しかし、このように必
ずしも差動により求める必要はなく、例えば、導波光の
電界ＥのＳ方向とのなす角θｅ０における光検知器１９
の光出力ａ。の値がわかっていれば、θｅ−θｅゆ＋Δ
０の時の光検知器１９の出力ａはａ　（ａ　、となり、
θｅ＝θｅ０−△θ　の時の光検知器１９の出力ａはａ
　）　ａ　、となる。このことは、片方の光検知器２０
のみでも不等号の向きが変わるだけで同様に光磁気信号
を検知できることを意味することから、光検知器を２個
設ける必要がなくどちらか一方のみ設ければよいことに
なる。

発明の効果 本発明は、レーザ光源を設け、このレーザ光源より出射
された光を集光し光情報記録媒体の面上に照射する照射
光学系を設け、基板上に形成され前記光情報記録媒体に
より反射され偏波面の回転された光を導波する光導波路
層を設け、この光導波路層により導波された光をＴＥモ
ードとＴＭモードとに分離する前記光導波路層の上面側
に形成された導波路ビームスプリッタを設け、この導波
路ビームスプリッタによりＴＥモードとＴＭモードとに
分離された光を検出する前記光導波路層の下面側に形成
された光検知器を設けたので、導波路ビームスプリッタ
によりＴＥモード光とＴＭモード光とに分離して光磁気
信号の検出を行っているため、従来のような集光グレー
ティジグカプラを用いて分離する場合に比べてレーザ光
源の波長変動に対する光利用効率の低下や最適入射角の
変化を小さくすることが可能となり、また、ＴＥモード
及びＴＭモードの光を光導波路層の同一部分に同時に励
起し、その後に導波路ビームスプリッタによりＴＥモー
ド光とＴＭモード光とを分離するため、入射光強度の空
間分布の時間変動に対する光磁気信号への影響を小さく
することが可能となり、これにより波長変動に対する光
磁気信号の検出効率を一段と高めることができるもので
ある。

また、導波路ビームスプリッタによりＴＥモードとＴＭ
モードとに分離された光を各々別個に検出する複数個の
光検知器を設け、これら光検知器により別個に検出され
た光量の差分を求めることにより光磁気信号を得るよう
に設定したので、ＴＥモードの光とＴＭモードの光とを
各々別個の光検知器により検出しそれぞれ検出された光
量の差動をとることによって光磁気信号の検出を行って
いるため、従来に比べ信号検出感度を高くとることが可
能となり、しかも、これにより入射光の全体の光量変動
に対しても雑音の低減を図ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の第一の実施例である光導波路素
子の平面図、第１図（ｂ）はその導波光のベクトル成分
を示す説明図、第２図は第一の実施例の全体構成を示す
構成図、第３図は光導波路層の膜厚の様子を示す断面図
、第４図は導波路ビームスプリッタに入射した各モード
光が分離される様子を示す説明図、第５図は各モード光
の入射角に対する透過率及び反射率の様子を示す説明図
、第６図は導波路ビームスプリッタに入射した光がＴＥ
モード光とＴＭモード光とに分離される様子を示す説明
図、第７図は導波路ビームスプリッタの他の構造例を示
す説明図、第８図は本発明の第二の実施例を示す構成図
、第９図は本発明の第三の実施例を示す構成図、第１０
図及び第１１図は従来例を示す構成図である。 １７・・・光導波路層、１８・・・導波路ビームスプリ
ッタ、１９．２０・・・光検知器、２２・　レーザ光源
、２５・・光情報記録媒体 出　願　人　　　　株式会社　リ　コ　−、％、３　図 Ｊ３　　印図 一第　５図 Ｊ１６　　図 ５　こ図 Ｊｊｑ　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レーザ光源と、このレーザ光源より出射された光を
   集光し光情報記録媒体の面上に照射する照射光学系と、
   基板上に形成され前記光情報記録媒体により反射され偏
   波面の回転された光を導波する光導波路層と、この光導
   波路層により導波された光をＴＥモードとＴＭモードと
   に分離する前記光導波路層の上面側に形成された導波路
   ビームスプリッタと、この導波路ビームスプリッタによ
   りＴＥモードとＴＭモードとに分離された光を検出する
   前記光導波路層の下面側に形成された光検知器とよりな
   ることを特徴とする光磁気信号検出装置。 ２、導波路ビームスプリッタによりＴＥモードとＴＭモ
   ードとに分離された光を各々別個に検出する複数個の光
   検知器を設け、これら光検知器により別個に検出された
   光量の差分を求めることにより光磁気信号を得るように
   設定したことを特徴とする請求項１記載の光磁気信号検
   出装置。