JPH05342683A

JPH05342683A - 光導波路素子および光集積素子

Info

Publication number: JPH05342683A
Application number: JP15231492A
Authority: JP
Inventors: 智彦 ▲吉▼田; Tomohiko Yoshida
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1992-06-11
Filing date: 1992-06-11
Publication date: 1993-12-24

Abstract

(57)【要約】【目的】光の所定の偏光成分のみを光導波路層内に伝播
させることができる。【構成】シリコン基板10上にはクラッド層11および光導
波路層12が順次積層されており、光導波路層12上に一対
の回折格子光結合器14および15が設けられている。一方
の回折格子光結合器14に光が照射されると、ＴＥモード
の偏光成分が光導波路層12内に導入されて、光導波路層
12内を伝播する。光導波路層12内を伝播する偏光成分
は、他方の回折格子光結合器15によって、光検出器18に
照射される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、光の偏向方向
の変化に基づいて情報が記録される光磁気ディスクの情
報の検出に使用される光ピックアップに好適に使用され
る光導波路素子および光集積素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、再生専用のＣＤ−ＲＯＭ、追記型
光ディスク、書き換え型光ディスク、相変化型光ディス
クのような光記録媒体の利用が拡大しつつあり、例え
ば、書類や写真のような画像情報を記憶および再生する
光ファイル装置、パソコン用の外部メモリーとして使用
されている。

【０００３】例えば、書き換え型の光磁気ディスクで
は、磁場をかけた状態で強い光を照射すると光のカー効
果が発生する記録材料が使用されており、カー効果の有
無に対応させて、「１」および「０」で表示されるデジ
タル信号を表現するようになっている。そして、光磁気
ディスクの記録面にはカー効果に基づいてピット情報が
記録され、記録面におけるカー効果を検出することによ
り情報が再生される。記録面では、カー効果によって情
報が書き込まれた領域でも、記録時と逆方向の磁界を与
えつつ強い光を照射することによって、カー効果が消去
されて記録された情報が消去される。このように、光磁
気ディスクでは、情報の書き換えが可能になっており、
従って、例えば、記録された情報としての音楽の再生の
みならず、情報としての音楽を記録することもできる。

【０００４】光磁気ディスク等の光ディスク上に記録さ
れたピット情報は、１平方ミクロン程度の面積の光によ
って読み出すことができる。このため、光ディスクで
は、磁気ディスクに比べて高密度で情報を記録すること
ができる。

【０００５】図３は、光磁気ディスクに記録された情報
を読み取る光ピックアップ装置の概略構成図である。該
光ピックアップ装置は、光源として半導体レーザーチッ
プ100を有しており、該半導体レーザーチップ100から出
射された光ビームＡが、コリメータレンズ101、ビーム
整形プリズム102、ビームスプリッタ103、ミラー104お
よび集光レンズ105を介して光磁気ディスク110の記録面
111に集光される。光磁気ディスク110における光が照射
される側とは反対側には、マグネット112が配置されて
おり、光磁気ディスク110における記録面111に磁場を与
えている。光磁気ディスク110の記録面111から反射され
た反射光は、集光レンズ105、ミラー104を介してビーム
スプリッタ103に与えられており、該ビームスプリッタ1
03により半導体レーザーチップ100から照射される光に
対して直角な偏光成分のみが反射されて光ビームＢとさ
れる。この光ビームＢは、ビームスプリッタ106によっ
て２つの光ビームＣおよびＤに分割され、一方の光ビー
ムＣは、半波長板120および集光レンズ121を透過した後
に、偏光ビームスプリッタ122によって、各光検出器123
および124に照射される。記録面111から反射された光に
おけるカー効果の有無は、各光検出器123、124の出力差
に基づいて検出される。

【０００６】ビームスプリッタ106によって分割された
他方の光ビームＤは、集光レンズ１３０、および収差発
生用レンズ１３１を透過した後に、焦点および位置検出
用の４分割光検出器132に照射されている。該分割光検
出器132の検出結果に基づいて、光磁気ディスク110に照
射される光を集光する集光レンズ108の位置調整する電
磁石を用いたアクチュエータが制御されるようになって
おり、光磁気ディスク110に照射される光の焦点および
位置が調整される。

【０００７】このような光ピックアップ装置では、多数
の各光学素子を空間的に配置しなければならず、しか
も、各光学素子の相対位置調整および角度調整が必要に
なる。このために、光ピックアップ装置全体が大型化す
るとともに、組立作業が容易でなく、さらには、製造コ
ストが増加するという問題がある。

【０００８】このような問題を解決するために、各光学
素子を光学基板に一体化した光ピックアップ装置が、例
えば、特開昭６２−１１７１５１号公報に開示されてい
る。この光ピックアップ装置では、平板状のガラス基板
140に組み込まれた半導体レーザーチップ145から照射さ
れる光が、偏光用回折格子141によってガラス基板140内
を伝播され、コリメータ用回折格子142によって、ガラ
ス基板140とは別体になった集光レンズ150を通して光磁
気ディスク151に照射される。そして、光磁気ディスク1
51から反射された光が、該コリメータ用回折格子142に
よってガラス基板140内へと入射されて、該ガラス基板1
40内を伝播される。そして、ガラス基板140の背面側に
設けられたコリメータレンズ143、および、ガラス基板
表面側に設けられた非点収差発生用レンズ144を介し
て、ガラス基板140の背面側に設けられた光検出器146へ
と照射される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このような光ピックア
ップ装置では、ガラス基板140に主要な光学素子が一体
化されているために、装置全体が小型化される。しか
も、機械的な振動によって各光学素子が位置ずれするお
それもない。

【００１０】しかしながら、集光レンズ151がガラス基
板140とは一体化されず、また、図示されていないが、
光磁気ディスクの光ピックアップ装置に必要な偏光ビー
ムスプリッタもガラス基板140に一体化することができ
ないという問題がある。

【００１１】本発明はこのような問題点を解決するもの
であり、その目的は、光磁気ディスクに好適に使用でき
る小型で調整が容易な光導波路素子および光集積素子を
提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の光導波路素子
は、照射される光が内部を導波する光導波路層と、該光
導波路層に照射される光の所定の偏光成分が該光導波路
内に導入されるように、該光導波路とは光学的に結合さ
れた回折格子光結合器と、を有してなり、そのことによ
り、上記目的が達成される。

【００１３】本発明の光集積素子は、内部を光が伝播さ
れる透明基板と、該透明基板とは光学的に接続されてお
り、光が内部を伝播する光導波路を有する光導波路素子
と、前記透明基板内を伝播する光の所定の偏光成分が、
該光導波路素子の光導波路層内に導入されるように、該
透明基板に設けられた回折格子光結合器と、を具備して
なり、そのことにより、上記目的が達成される。

【００１４】

【作用】本発明の光導波路素子では、回折格子光結合器
に照射された光は、所定の偏光成分が分離されて、光導
波路層内に導入されて、該光導波路内を伝播される。

【００１５】また、本発明の光集積素子では、透明基板
内を伝播される光が、回折格子光結合器によって偏光成
分を分離された状態で光導波路素子へ照射される。光導
波路素子に照射された光は、所定の偏光成分が、光導波
路層内を伝播される。

【００１６】

【実施例】本発明の実施例について以下に説明する。本
発明の光導波路素子は、図１に示すように、例えばｎ型
シリコン製のシリコン基板13と、該シリコン基板13上に
厚さ1.9μmに積層されたＳiＯ₂製クラッド層11と、該ク
ラッド層11上に厚さ１μmに積層されたガラス光導波路
層12と、を有している。ガラス光導波路層12は、例え
ば、商品名「コーニング７０５２」が使用されており、
内部に導入された光を該ガラス光導波路12に沿って伝播
させるようになっている。該ガラス光導波路層12上に
は、一対の回折格子光結合器14および15がそれぞれ設け
られている。各回折格子光結合器14および15は、ガラス
光導波路層12上に積層された厚さ0.04μmのＳi₃Ｎ₄層
を、例えば、「光集積回路」（西原他著、オーム社刊、
215〜230頁）の記載に基づいて、光の伝搬方向に直交す
る方向に延びる断面鋸歯状の複数の溝となるように切削
して形成されている。

【００１７】各回折格子光結合器14および15は、各溝の
幅および間隔が一定の等ピッチ回折格子に形成されてい
る。回折格子光結合器14は、該回折格子光結合器14に照
射された光をガラス光導波路層12内へ導入させるように
なっており、回折格子光結合器14における各溝のピッチ
Λは、１μm以下と小さく設定されている。他方の回折
格子光結合器15は、ガラス光導波路層12内を伝搬する光
をがクラッド層11側へと放射させるために設けられてお
り、該回折格子光結合器15のピッチΛ'は４μm以下と大
きく設定されている。

【００１８】シリコン基板13におけるクラッド層11側の
表面には、回折格子結合器15に対向させて光検出器18が
設けられている。該光検出器18は、例えば、「電子通信
学会論文誌ＣＪ６０Ｃ，Ｊ６９Ｃ，No.５，ｐ６０
９(１９８６)」等に記載されているように、シリコン基
板13における所定位置に不純物を拡散させることによっ
て製造されており、光検出器18でガラス光導波路層12内
を伝搬した光が検知される。

【００１９】このような光導波路素子は次のように動作
する。ガラス光導波路12内に導入される光の波長をλ、
また、光導波路素子の周囲の物質の屈折率をｎとする
と、入射光の波数ｋは、ｋ＝２πｎ／λ で表される。同様に、回折格子光結合器14の格子ピッチ
をΛとすると、格子ベクトルＫの大きさは、Ｋ＝２π／Λ となる。ここで、回折格子光結合器14により入射光がガ
ラス光導波路層12に光結合される条件は、回折格子光結
合器14に対する光の入射角をθ、ガラス光導波路層12の
回折格子がない部分の伝搬定数をβとすると、 β＝ｋ・sinθ±ｍＫ（ただし、ｍは０または正の整
数）で表される。βは導波モードの次数によって変化するの
みならず、偏向モード、即ち光の電界ベクトルがガラス
光導波路12に平行か直交するかによっても異なるが、文
献「光集積回路」（西原他著、オーム社刊、14〜18頁）
に記載されているようにガラス光導波路層12の厚さを十
分に薄くすることにより、βが十分に小さく、しかもｍ
＝１の光だけがガラス光導波路層12内に導入される。

【００２０】また、ガラス光導波路層12内を伝搬する光
は、偏光状態が異なるＴＥモードと、ＴＭモードとの２
つのモードに分割される。ここで、ＴＥモードの伝搬定
数をβ_TE、ＴＭモードの伝搬定数をβ_TMとすると、 β_TE＜β_TM であるので、ガラス光導波路層12の厚さを調整すること
によって、 β_TE＜ｋ・sinθ＋Ｋ＜β_TM とされる。従って、回折格子光結合器14に入射した光に
含まれるＴＥモードの偏光成分のみがガラス光導波路層
12に光結合するのに対して、ＴＭモードの偏光成分は、
単に反射、屈折して、シリコン基板13へと照射される。
このＴＭモードでは、β_TEが、ガラス光導波路層12を伝
搬するモードのうち最低次のモードを表す数値になり、
ｋ−ｍＫの成分はガラス光導波路層12に対しカットオフ
され、ガラス光導波路層12には入射されない。このよう
に、ガラス光導波路層12では、回折格子光結合器14が形
成されていることにより、ガラス光導波路層12に入射さ
れる光に含まれるＴＥモードの最低次数偏光成分が、ガ
ラス光導波路層12内に伝搬されることになり、ガラス光
導波路層12が偏光ビームスプリッタと同様の機能を発揮
する。

【００２１】このような光導波路素子では、例えば回折
格子光結合器14に入射角θ＝35度で入射する波長780nm
の楕円または円偏光している光Ｃのうち、ガラス導波路
層12に沿った方向に偏光した光だけがＴＥモードとして
ガラス光導波路層12に結合し、ガラス光導波路層12内を
伝搬する光ビームＤとなる。ガラス光導波路層12内を伝
搬する光ビームＤは、回折格子光結合器15によってクラ
ッド層11側へと放射され、シリコン基板13の一部に不純
物を拡散して製造された光検出器18によって光強度が検
出される。

【００２２】図２は、このような原理を利用した光集積
素子により構成された光磁気ディスクシステム用光ピッ
クアップ装置の概略構成図である。この光ピックアップ
装置は、透明基板30と、該透明基板30の一方の表面（背
面）31bに接着された光導波路素子20と、を有する。光
導波路素子20は、前記実施例と同様に、シリコン基板23
上に、クラッド層21および光導波路層22が順次積層され
た状態になっており、該光導波路層22が紫外線硬化樹脂
19によって透明基板30の背面31bにおける一方の側部側
に接着されている。光導波路層22上には、前記実施例の
ように、回折格子光結合器は直接には設けられていな
い。

【００２３】透明基板30における光導波路素子20が設け
られた側部側の端面31aは、傾斜した状態になってお
り、該端面31aに、半導体レーザーチップ31が設けられ
ている。該半導体レーザーチップ31は、透明基板30の背
面31b側に設けられた光導波路素子20に向かって該透明
基板30内に光を照射するようになっている。透明基板30
における光導波路素子20が接着された背面31bとは反対
側の表面31cには、半導体レーザーチップ31が設けられ
た端面31a側から、それぞれが透明基板30とは一体とな
った回折格子光結合器36および34と、集光レンズ37と
が、その順番に配置されている。また、透明基板30の背
面31bには、集光レンズ37に対向して、コリメート機能
を有する回折格子35が設けられている。各回折格子光結
合器36および34は、各回折格子光結合器36および34の配
列方向（半導体レーザーチップ31から透明基板30内に照
射される光の透明基板30内での伝播方向）とは直交する
方向に延びる複数の溝によって構成されており、また、
透明基板30の背面31bに設けられた回折格子35も、各回
折格子光結合器36および34の溝に平行する複数の溝によ
って構成されている。

【００２４】透明基板30表面に設けられた回折格子光結
合器34は、該回折格子光結合器34内に照射される光のＴ
Ｅモードの偏光成分が、前記実施例のように、光導波路
素子20の光導波路層22内に導入されるように、各溝のピ
ッチが設定されている。光導波路素子20には、光導波路
層22内に導入された光がクラッド層21側に放射された際
に、該光を検出する第１光検出器24が、シリコン基板23
内に設けられている。光導波路素子20に照射される光の
ＴＭモードの偏光成分は、光導波路層22には伝播されず
に、シリコン基板23表面にて反射される。そして、その
反射された光が、回折格子光結合器36に照射されるよう
になっている。該回折格子光結合器36にて回折された光
は、透明基板30の背面31bを通って、光導波路素子20内
に進入し、シリコン基板23に照射される。シリコン基板
23には、該回折格子光結合器36から照射される光を検出
する第２光検出器25が設けられている。

【００２５】光ピックアップ装置は、集光レンズ37が光
磁気ディスク40の記録面41に対向するように配置されて
使用される。光磁気ディスク40における光ピックアップ
装置の配置側とは反対側には、光磁気ディスクに磁場を
与えるマグネット42が配置されている。

【００２６】このような構成のピックアップ装置では、
半導体レーザーチップ31から放射された光ビームＡが、
透明基板30の端面31aから透明基板30内に照射される。
この光ビームＡは、透明基板30における光導波路素子20
が接着された背面31bによって全反射され、該背面面31b
に対向する表面31cの回折格子光結合器34に照射され
る。そして、該回折格子光結合器34にて反射された光
が、透明基板30の背面31bに設けられた回折格子光結合
器35に照射されて、該回折格子光結合器35によって平行
光とされて、集光レンズ37に照射されて、該集光レンズ
37から、光磁気ディスク40の記録面41へと照射される。

【００２７】光磁気ディスク40の記録面41にて反射され
た光は、集光レンズ37から透明基板30内へと進入して、
透明基板30の背面31bに設けられた回折格子35にて反射
されて、透明基板30表面に設けられた回折格子光結合器
34に入射される。該回折格子光結合器34にて回折された
光ビームＣは、光導波路素子20内に進入して、ＴＥモー
ドの偏光成分が光導波路層22内を光ビームＤとして伝播
して、シリコン基板23に向かって放射され。そして、そ
の放射光が第１光検出機24にて検出される。光導波路素
子20内に進入した光のＴＭモードの偏光成分は、シリコ
ン基板23表面にて反射されて、光ビームＥとして回折格
子光結合器36に照射される。そして、該回折格子光結合
器36にて収差が付加されて回折された偏光成分が、再
度、光導波路素子20内に進入して、シリコン基板23内に
設けられた第２光検出器25に照射されて、該第２光検出
器25にて検出される。

【００２８】光磁気ディスク40の記録面41から反射され
た光におけるカー効果の有無は、第１光検出器24と第２
光検出器25とによって検出される光強度の出力差に基づ
いて検出され、例えば、カー効果がある場合には出力差
≠０となり、カー効果がない場合には出力差＝０とな
る。カー効果の有無を表す信号のＳ／Ｎ比は、回折格子
光結合器34および35と、回折格子36の結合効率を高くす
ることにより改善される。また、第２光検出器25と透明
基板30との間に偏光板を挿入して、光導波路素子20の光
導波路層22内を伝播する光ビームＤと同一の偏光成分の
光をカットすることにより、一層、Ｓ／Ｎ比が改善され
る。

【００２９】焦点距離、および位置調整のためのサーボ
信号は、第２光検出器25の検出結果に基づいて得られ
る。このサーボ信号を使用して、光磁気ディスク40の記
録面41上における信号ピット列上に光が焦点を結ぶよう
に、例えば電磁石を利用したアクチュエータ（図示せ
ず）により基板型光ピックアップ全体が移動される。

【００３０】シリコン基板10と透明基板30とは、接着面
での反射を極力抑制するために、透明基板30の屈折率と
ほぼ等しい屈折率を有する紫外線硬化樹脂19により接着
されている。透明基板30における光学素子が設けられて
いない表面には、光が入射する部分を除いて、反射防止
剤を塗布すればよい。

【００３１】なお、透明基板30としては、ガラス製に限
らず、例えばポリカーボネイト、ポリメチルメタクリレ
ートのような透明な樹脂も使用することもできる。この
場合、光導波路素子20との接着には、適当な接着剤が使
用される。また、回折格子光結合器34にさらに光ビーム
分離機能を付加して、該回折格子光結合器34によってさ
らに光ビームＣを分割するようにしてもよい。そして、
この分割された光ビームに基づいて、焦点および位置調
整信号を得るようにしてもよい。さらに、焦点および位
置調整信号を別に得るために、半導体レーザーから出射
される光を予め３分割あるいはそれ以上に分割してもよ
い。

【００３２】

【発明の効果】本発明の光導波路素子および光集積素子
では、このように、所定の偏光成分のみが光導波路内を
伝播されるようになっているために、光磁気ディスクに
記録された情報の記録および再生に使用される光ピック
アップ装置に好適に使用され、光ピックアップ装置を小
型化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光導波路素子を示す縦断面図である。

【図２】本発明の光集積素子を使用した光ピックアップ
装置を示す縦断面図である。

【図３】従来の光ピックアップ装置の構成図である。

【図４】従来の基板型光ピックアップ装置を示す斜視図
である。

【符号の説明】

12 光導波路層 13 シリコン基板 14、15 回折格子光結合器 20 光導波路素子 22 光導波路層 24 第１光検出器 25 第２光検出器 30 透明基板 34、35 回折格子光結合器 36 回折格子 40 光磁気ディスク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】照射される光が内部を導波する光導波路
層と、該光導波路層に照射される光の所定の偏光成分が該光導
波路内に導入されるように、該光導波路とは光学的に結
合された回折格子光結合器と、を有する光導波路素子。
【請求項２】内部を光が伝播される透明基板と、該透明基板とは光学的に接続されており、光が内部を伝
播する光導波路を有する光導波路素子と、前記透明基板内を伝播する光の所定の偏光成分が、該光
導波路素子の光導波路層内に導入されるように、該透明
基板に設けられた回折格子光結合器と、を具備する光集積素子。