JPH07153111A

JPH07153111A - 光ヘッド

Info

Publication number: JPH07153111A
Application number: JP5296583A
Authority: JP
Inventors: Shiyouhei Kobayashi; 章兵小林; Eiji Yamamoto; 英二山本
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1993-11-26
Filing date: 1993-11-26
Publication date: 1995-06-16

Abstract

(57)【要約】【目的】小型かつ低コストで、特性の安定した光ヘッ
ドを提供する。【構成】ほぼ同一の位置から波長の異なる少なくとも
２つの光ビームを、それらの光出力を独立に制御して出
射し得る半導体レーザ(20)と、この半導体レーザ(20)か
ら出射される少なくとも２つの光ビームを光記録媒体(4
5)に集光する光学系(42,43,44)と、光記録媒体(45)で反
射される少なくとも２つの光ビームのうちの少なくとも
１つの光ビームを受光する光検出器(51)とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、特に、波長の異なる
複数の光ビームを、複数の記録層を有する光記録媒体に
照射して情報を記録したり、再生したりするのに用いる
光ヘッドに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の光ヘッドとして、例えば特開昭
６３−２９３４８号公報に開示されているものがある。
この光ヘッドは、図６に示すように、波長７８０ｎｍの
光ビームを発するレーザ光源１と、波長８３０ｎｍの光
ビームを発するレーザ光源２とを用い、これらレーザ光
源１，２からの光ビームをそれぞれコリメータレンズ
３，４で平行光とした後、ハーフミラー５で合成し、そ
の合成された光ビームをビームスプリッタ６および１／
４波長板７を透過させた後、対物レンズ８により光磁気
ディスク９に照射するようにしている。

【０００３】光磁気ディスク９は、透明基板１０上に、
非磁性層１１、第１光磁気記録層１２、非磁性中間層１
３、第２光磁気記録層１４、非磁性層１５および反射層
１６を順次に積層して構成され、透明基板１０を経て第
１光磁気記録層１２に、レーザ光源１からの波長７８０
ｎｍの光ビームが合焦状態で集光され、第２光磁気記録
層１４にレーザ光源２からの波長８３０ｎｍの光ビーム
が合焦状態で集光させるようになっている。また、これ
ら第１，第２光磁気記録層１２，１４での反射光は、対
物レンズ８および１／４波長板７を経てビームスプリッ
タ６に入射し、ここで入射光路と分離された後、円柱レ
ンズ１７を経て光検出器１８で受光され、その出力に基
づいてフォーカスエラー信号およびトラッキングエラー
信号を検出するようになっている。なお、光磁気ディス
ク９の反射層１６側で、対物レンズ８と対向する位置に
は、電磁石１９が配置されている。

【０００４】この光ヘッドにおいては、波長の異なる２
つのレーザ光源１，２を用いて、２つの光磁気記録層１
２，１４を有する光磁気ディスク９に情報を記録するよ
うにしているので、高密度記録ができるという利点があ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の光ヘッドにおいては、分離した２つのレーザ光
源１，２を用い、これらレーザ光源１，２からの波長の
異なる２つの光ビームをハーフミラー５で合成するよう
にしているため、全体が大型になり、コストも高くなる
という問題がある。また、レーザ光源１，２の相対的な
位置関係を安定に保つことが困難であるために、２つの
光ビームの各々に対して、フォーカスエラー信号および
トラッキングエラー信号を検出する必要がある。このた
め、構成が複雑になると共に、特性が安定しないという
問題がある。

【０００６】なお、波長の異なる２つの光ビームを合成
するためのハーフミラー５を不要にするために、波長の
異なる２つの半導体レーザチップを同一のパッケージに
マウントしたものも提案されている。しかし、この場合
には、２つの半導体レーザチップを高精度で位置決めす
る必要があるため、レーザ光源の製造が困難で、光ヘッ
ドがコスト高になるという問題がある。

【０００７】この発明は、上述した従来の問題点に着目
してなされたもので、小型かつ低コストで、安定した特
性が得られるよう適切に構成した光ヘッドを提供するこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明では、ほぼ同一の位置から波長の異なる少
なくとも２つの光ビームを、それらの光出力を独立に制
御して出射し得る半導体レーザと、この半導体レーザか
ら出射される前記少なくとも２つの光ビームを光記録媒
体に集光する光学系と、前記光記録媒体で反射される前
記少なくとも２つの光ビームのうちの少なくとも１つの
光ビームを受光する光検出器とを設ける。

【０００９】

【作用】かかる構成において、半導体レーザのほぼ同一
の位置から、光出力を独立に制御されて出射される波長
の異なる少なくとも２つの光ビームは、光学系により光
記録媒体に集光され、この光記録媒体で反射される少な
くとも２つの光ビームのうちの少なくとも１つの光ビー
ムは、光検出器で受光される。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の実施例について、図面を参
照して説明する。図１は、この発明の第１実施例を示す
ものである。この実施例では、半導体レーザ２０とし
て、本願人が特願平４−２５５０３０号において提案し
た半導体発光素子を用いる。この半導体発光素子は、ほ
ぼ同一位置から波長の異なる複数の光ビームを出射する
もので、化合物半導体により導電型の層列としてｐ型／
ｎ型／ｐ型またはｎ型／ｐ型／ｎ型の層構造を形成し、
この層構造内の２つのｐｎ接合近傍にそれぞれ近接する
層よりバンドギャップエネルギーの小さい組成の２つの
活性層を備え、これら２つの活性層を伝導帯と価電子帯
との間の遷移波長が互いに異なるように形成すると共
に、各活性層を独立に発光させる電流注入手段を設けて
なる。

【００１１】図２は、かかる半導体発光素子の基本的な
構成例を示す概略斜視図である。この半導体発光素子に
おいては、ｐ型の半導体基板（例えばＧａＡｓ）２１上
に、ｐ型のバッファ層（例えばＧａＡｓ）２２、ｎ型の
ブロック層（例えばＧａＡｓ）２３が順次形成されてい
る。これら、ブロック層２３およびバッファ層２２の所
定の位置には、バッファ層２２の底部には達しないよう
に、ｐ型の拡散層２４が形成されている。

【００１２】ブロック層２３上には、ｐ型の第１クラッ
ド層（例えばＡｌＧａＡｓ）２５、第１活性層２６、ｎ
型の分離層２７、第２活性層２８およびｐ型の第２クラ
ッド層（例えばＡｌＧａＡｓ）２９が順次形成されてい
る。これらの各層は、メサ状に除去され、この除去され
た部分およびその上部にｎ型の埋め込み層３０が形成さ
れていると共に、埋め込み層３０で両側から挟むよう
に、第２クラッド層２９の上方にｐ型の拡散層（例え
ば、Ｉｎ_0.49Ｇａ_0.51Ｐ）３１が形成されている。ま
た、半導体基板２１の下面には、ｐ型電極３２が形成さ
れ、埋め込み層３０および拡散層３１上には、絶縁膜３
３に形成された開口部に、それぞれｎ型電極３５および
ｐ型電極３４が形成されている。

【００１３】かかる構成の半導体発光素子において、第
１活性層２６および第２活性層２８は、２つの互いに遷
移波長が異なる活性層で、これらが第１クラッド層２
５、分離層２７および第２クラッド層２９により電気的
に分離されている。上部のｐ型電極３４より注入された
電流Ｉ₂は、ｐ型の拡散層３１、ｐ型の第２クラッド層
２９、第２活性層２８、ｎ型の分離層２７およびｎ型の
埋め込み層３０を通って、接地電極に引き出される。同
様に、下部のｐ型電極３２に注入された電流Ｉ₁は、ｐ
型の半導体基板２１、ｐ型のバッファ層２２、ｐ型の拡
散層２４、ｐ型の第１クラッド層２５、第１活性層２
６、ｎ型の分離層２７およびｎ型の埋め込み層３０を通
って、接地電極に引き出される。なお、ｎ型のブロック
層２３は、第１活性層２６に電流注入する際の無効成分
を阻止するように作用する。

【００１４】この半導体発光素子によれば、光利得を有
する遷移波長の異なる第１，第２活性層２６，２８を、
それぞれ独立して電流駆動できるので、第１，第２活性
層２６，２８で利得を得た特定波長の光の強度をそれぞ
れ独立して制御することができると共に、第１，第２活
性層２６，２８で利得を得た光を同時に出力することも
できる。

【００１５】この実施例では、第１，第２の活性層２
６，２８にＳＣＨ（ヘテロ）構造を採用し、さらに光利
得を有する層をバルク結晶により形成して、第１活性層
２６から波長８３０ｎｍの光を、第２活性層２８から波
長７８０ｎｍの光をそれぞれ出射させるようにすると共
に、第１，第２活性層２６，２８にそれぞれ注入する電
流Ｉ₁，Ｉ₂の大きさを独立して制御して、各活性層か
ら出射される波長の光出力を独立して制御する。また、
第１，第２活性層２６，２８の厚さ方向の中心間の距離
を、共振器の長さが例えば３００μｍの場合において、
およそ０．５μｍ以下として、両活性層による光導波路
を光学的に強結合とし、これにより波長の異なる２つの
レーザ光を実質的に１つの導波路から出射させるように
する。

【００１６】図１において、半導体レーザ２０のほぼ同
一位置から出射された波長８３０ｎｍの光ビーム（第１
の光ビーム）および波長７８０ｎｍの光ビーム（第２の
光ビーム）は、共通のコリメータレンズ４２、ビームス
プリッタ４３および対物レンズ４４を透過させて、第
１，第２の光記録層４５ａ，４５ｂを有する光記録媒体
４５に集光させる。

【００１７】ここで、コリメータレンズ４２および対物
レンズ４４は、色収差を有するため、光記録媒体４５に
集光される第１，第２の光ビームの集光位置は、光軸方
向にずれる。この実施例では、この色収差による第１，
第２の光ビームの集光位置のずれ量と、光記録媒体４５
の第１，第２の光記録層４５ａ，４５ｂの間隔とをほぼ
一致させ、これにより波長８３０ｎｍの第１の光ビーム
を第１の光記録層４５ａに、波長７８０ｎｍの第２の光
ビームを第２の光記録層４５ｂにそれぞれ集光させる。

【００１８】第１の光記録層４５ａで反射される第１の
光ビームは、対物レンズ４４を経てビームスプリッタ４
３で反射させ、さらに波長分離プリズム４６で反射させ
て、第１の集光レンズ４７を経て第１の光検出器５０で
受光する。また、第２の光記録層４５ｂで反射される第
２の光ビームは、対物レンズ４４を経てビームスプリッ
タ４３で反射させた後、波長分離プリズム４６、第２の
集光レンズ４８およびシリンドリカルレンズ４９を透過
させて、第２の光検出器５１で受光する。

【００１９】このようにして、第１の光記録層４５ａに
対しては、第１の光ビームを記録すべき情報に応じて書
き込みパワーとして記録を行い、また第１の光ビームを
再生パワーとして、その第１の光記録層４５ａでの反射
光を第１の光検出器５０で受光して情報を再生する。同
様に、第２の光記録層４５ｂに対しては、第２の光ビー
ムを記録すべき情報に応じて書き込みパワーとして記録
を行い、また第２の光ビームを再生パワーとして、その
第２の光記録層４５ｂでの反射光を第２の光検出器５１
で受光して情報を再生する。

【００２０】また、フォーカスエラー信号およびトラッ
キングエラー信号は、第２の光検出器５１の出力に基づ
いて、それぞれ非点収差法およびプッシュプル法により
得る。なお、この実施例において、フォーカスエラー信
号およびトラッキングエラー信号は、第１の光記録層４
５ａで反射される第１の光ビームを用いて、同様にして
得ることもできるし、あるいは第１，第２の光ビームの
双方を用いて得ることもできる。しかし、第１，第２の
光ビームは、半導体レーザ２０のほぼ同一位置から出射
され、コリメータレンズ４２および対物レンズ４４にお
ける色収差以外は同一条件にあるので、いずれか一方の
光ビームを用いて、フォーカスエラー信号およびトラッ
キングエラー信号を得るだけで十分である。

【００２１】この実施例によれば、半導体レーザ２０と
して、ほぼ同一位置から波長の異なる２つの光ビームを
出射するものを用いているので、従来例で説明したよう
な波長の異なる２つの光ビームを合成するためのハーフ
ミラーが不要になると共に、波長の異なる半導体チップ
を高精度で位置決めする必要もない。したがって、全体
を小型かつ低コストにできる。

【００２２】図３は、この発明の第２実施例を示すもの
である。この実施例では、第１実施例と同様の半導体レ
ーザ２０を用い、この半導体レーザ２０のほぼ同一位置
から出射された波長８３０ｎｍの第１の光ビームおよび
波長７８０ｎｍの第２の光ビームを、色収差を補正した
コリメータレンズ５５でそれぞれ平行光とした後、ビー
ム整形プリズム５６でそれぞれの光ビームの断面形状を
ほぼ円形に変換して、対物レンズ４４により第１実施例
と同様に第１，第２の光記録層４５ａ，４５ｂを有する
光記録媒体４５に集光させる。

【００２３】ここで、ビーム整形プリズム５６は、波長
分散を有するため、第１，第２の光ビームは、このビー
ム整形プリズム５６を出射すると、互いの光軸が傾く。
さらに、ビーム整形プリズム５６により互いの光軸が傾
いた第１，第２の光ビームを対物レンズ４４に入射させ
ると、対物レンズ４４は色収差を有するため、光記録媒
体４５に集光される第１，第２の光ビームの集光位置
は、光軸方向にずれる。この実施例では、第１実施例と
同様に、この第１，第２の光ビームの集光位置のずれ量
と、光記録媒体４５の第１，第２の光記録層４５ａ，４
５ｂの間隔とをほぼ一致させ、これにより波長８３０ｎ
ｍの第１の光ビームを第１の光記録層４５ａに、波長７
８０ｎｍの第２の光ビームを第２の光記録層４５ｂにそ
れぞれ集光させる。

【００２４】第１の光記録層４５ａで反射される第１の
光ビームは、対物レンズ４４を経てビーム整形プリズム
５６の内面で反射させた後、集光レンズ５７およびシリ
ンドリカルレンズ５８を経て光検出器５９で受光する。
また、同様に、第２の光記録層４５ｂで反射される第２
の光ビームも、対物レンズ４４を経てビーム整形プリズ
ム５６の内面で反射させた後、集光レンズ５７およびシ
リンドリカルレンズ５８を経て光検出器５９で受光す
る。なお、光検出器５９は、第１の光ビームの反射光を
受光する第１の受光領域５９ａと、第２の光ビームの反
射光を受光する第２の受光領域５９ｂとをもって構成す
る。

【００２５】このようにして、第１の光記録層４５ａに
対しては、第１の光ビームを記録すべき情報に応じて書
き込みパワーとして記録を行い、また第１の光ビームを
再生パワーとして、その第１の光記録層４５ａでの反射
光を光検出器５９の第１の受光領域５９ａで受光して情
報を再生する。同様に、第２の光記録層４５ｂに対して
は、第２の光ビームを記録すべき情報に応じて書き込み
パワーとして記録を行い、また第２の光ビームを再生パ
ワーとして、その第２の光記録層４５ｂでの反射光を光
検出器５９の第２の受光領域５９ｂで受光して情報を再
生する。

【００２６】また、フォーカスエラー信号およびトラッ
キングエラー信号は、光検出器５９の第１の受光領域５
９ａおよび／または第２の受光領域５９ｂの出力に基づ
いて、それぞれ非点収差法およびプッシュプル法により
得る。なお、この実施例においも、第１，第２の光ビー
ムは、半導体レーザ２０のほぼ同一位置から出射され、
ビーム整形プリズム５６における波長分散および対物レ
ンズ４４における色収差以外は同一条件にあるので、い
ずれか一方の光ビームを用いて、フォーカスエラー信号
およびトラッキングエラー信号を得るだけで十分である
ことは、第１実施例と同様である。

【００２７】この実施例によれば、ビーム整形プリズム
５６による波長分散によって、第１，第２の光ビームの
光軸を互いに非平行となるようにしたので、第１実施例
の効果に加えて、光の利用効率を高めることができると
共に、波長分離プリズムを必要としないので、より小型
かつ低コストにできる。

【００２８】なお、この発明は、上述した実施例にのみ
限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能
である。例えば、上述した実施例では、半導体レーザ２
０として、波長の異なる２つのレーザ光を出力する半導
体発光素子を用いたが、かかる半導体発光素子の構成を
基本とし、その少なくとも一つの活性層から出力するレ
ーザ光の波長を切り換え可能にして、３波長以上のレー
ザ光を発振し得る半導体発光素子を用いることもでき
る。図４ＡおよびＢは、上記の２波長のレーザ光を出力
する場合と、３波長以上のレーザ光を出力する場合とに
おける、半導体発光素子の活性層を中心とする部分に関
する、層厚方向の位置と各層のバンドギャップエネルギ
ーとの関係を示すものである。

【００２９】図４Ａは、第１活性層２６および第２活性
層２８の各々が、バンドギャップエネルギーの極小とな
る層を一つ有する場合を示す。この場合には、上述した
ように各々の活性層２６，２８に注入する電流Ｉ₁，Ｉ
₂に応じて、各々の活性層２６，２８のバンドギャップ
エネルギーに対応した波長λ₁，λ₂のレーザ光に対し
て光利得が最大となり、レーザの共振器からの光フィー
ドバックを介して２波長のレーザ光を独立して出力する
ことができる。また、図４Ｂは、第１活性層２６および
第２活性層２８の各々が、バンドギャップエネルギーの
極小となる層を二つ有する場合を示す。この場合には、
各々の活性層２６，２８に注入する電流Ｉ₁，Ｉ₂の大
小によって、各々の活性層２６，２８の光利得のピーク
波長を切り替えることにより、以下の原理に基づいてレ
ーザ光の波長を切り替えることができる。

【００３０】すなわち、活性層に注入されたキャリア
は、最もバンドギャップエネルギーの小さい層に集まる
傾向にあるので、第１活性層２６に注入する電流Ｉ₁が
小さい場合には、この第１活性層２６により発生する光
利得は、バンドギャップエネルギーが相対的に小さな層
に対応する光波長λ₁₂付近にピークをもち、この波長で
レーザ発振する。また、一つの活性層内のバンドギャッ
プエネルギーの極小となる二つの層にキャリアが注入さ
れる状態は、これら二つの層の間のエネルギーバリア層
を越えて輸送されるキャリアの速度にも依存する。この
輸送速度は、エネルギーバリア層のエネルギーギャップ
や厚さによって決まり、注入電流を大きくすると（電子
に比べて有効質量の大きい）、正孔がエネルギーバリア
層を越えて輸送される割合が低下する。したがって、注
入電流Ｉ₁が大きくなると、正孔の注入源となるｐ型半
導体層に遠く、相対的にバンドギャップエネルギーの小
さな層に対する正孔の注入割合が低下して、相対的にバ
ンドギャップエネルギーの大きな層に対応する波長λ₁₁
付近で光利得が最大となり、この波長でレーザ発振する
ことになる。

【００３１】以上のようなメカニズムによって、一つの
活性層に注入する電流の大小により、レーザ発振に寄与
する半導体層を切り替えて、図５に示すように、レーザ
光の波長を切り替えることができる。したがって、図４
Ｂの構成においては、電流Ｉ ₁，Ｉ₂の大きさを制御す
ることにより、半導体発光素子全体として異なる４波長
λ₁₁，λ₁₂，λ₂₁，λ₂₂のレーザ発振が可能となる。た
だし、同時発振は、各活性層２６，２８から１波長ずつ
の２波長となる。なお、このような多波長発振が可能な
半導体発光素子に関しては、本願人が特願平４−２５５
０３０号において提案した上述以外の素子構成も利用可
能である。

【００３２】また、上述した実施例では、光記録媒体と
して光記録層を２層有するものを用いたが、半導体レー
ザとして、上記のように３波長以上のレーザ光を発振し
得る半導体発光素子を用いて、３層以上の光記録層を有
する光記録媒体に対して情報の記録、再生を行い得るよ
う構成することもできる。

【００３３】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、ほぼ
同一の位置から波長の異なる少なくとも２つの光ビーム
を、それらの光出力を独立に制御して出射し得る半導体
レーザを用いるようにしたので、２つの波長の異なる光
ビームを合成するための光学素子が不要になると共に、
２つの波長の異なる半導体レーザチップを高精度で位置
決めする必要もなく、さらにフォーカスエラー信号およ
びトラッキングエラー信号も、それぞれ少なくとも１つ
の光ビームから検出するだけで十分となる。したがっ
て、小型かつ低コストで、特性の安定した光ヘッドを得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例を示す図である。

【図２】図１に示す半導体レーザの一例の構成を示す図
である。

【図３】この発明の第２実施例を示す図である。

【図４】図２に示す半導体レーザの活性層近傍における
層構造の二つの例を示すもので、図４Ａは２波長発振可
能な活性層の構成を、図４Ｂは４波長発振可能な活性層
の構成をそれぞれ示す図である。

【図５】図４Ｂに示す構成によるレーザ光の波長の切り
換え特性を示す図である。

【図６】従来の技術を説明するための図である。

【符号の説明】

２０半導体レーザ４２コリメータレンズ４３ビームスプリッタ４４対物レンズ４５光記録媒体４５ａ第１の光記録層４５ｂ第２の光記録層４６波長分離プリズム４７第１の集光レンズ４８第２の集光レンズ４９シリンドリカルレンズ５０第１の光検出器５１第２の光検出器５５コリメータレンズ５６ビーム整形プリズム５７集光レンズ５８シリンドリカルレンズ５９光検出器５９ａ第１の受光領域５９ｂ第２の受光領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ほぼ同一の位置から波長の異なる少なく
とも２つの光ビームを、それらの光出力を独立に制御し
て出射し得る半導体レーザと、この半導体レーザから出
射される前記少なくとも２つの光ビームを光記録媒体に
集光する光学系と、前記光記録媒体で反射される前記少
なくとも２つの光ビームのうちの少なくとも１つの光ビ
ームを受光する光検出器とを有することを特徴とする光
ヘッド。
【請求項２】前記光検出器の出力に基づいてフォーカ
スエラー信号を検出するよう構成したことを特徴とする
請求項１記載の光ヘッド。
【請求項３】前記光検出器の出力に基づいてトラッキ
ングエラー信号を検出するよう構成したことを特徴とす
る請求項１記載の光ヘッド。
【請求項４】前記光学系を、異なる波長の光ビームの
光軸方向が互いに非平行となる波長分散特性を有するも
のをもって構成したことを特徴とする請求項１、２また
は３記載の光ヘッド。
【請求項５】前記光学系を、異なる波長の光ビームの
集光位置が光軸方向にずれる色収差を有するものをもっ
て構成したことを特徴とする請求項１、２、３または４
記載の光ヘッド。
【請求項６】前記色収差による光ビームの集光位置の
光軸方向のずれ量を、前記記録媒体の複数の記録層の間
隔とほぼ等しくしたことを特徴とする請求項５記載の光
ヘッド。
【請求項７】前記半導体レーザは、化合物半導体より
なるｐ型／ｎ型／ｐ型またはｎ型／ｐ型／ｎ型の導電型
の層構造と、この層構造内の２つのｐｎ接合近傍に設け
た互いに遷移波長の異なる２つの活性層と、これら各活
性層を独立に駆動する電流注入手段とを有することを特
徴とする請求項１，２，３，４，５または６記載の光ヘ
ッド。