JPH07262595A - 光ピックアップ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型、軽量で温度変化に強い光ピックアップ
を提供する。 【構成】 ガラスからなる光導波層３の上に、ブラッグ
反射器８、ビームスプリッタ５および集光カプラ６を、
グレーティングにより形成する。光導波層３の一端側中
央に半導体レーザ１０を結合し、その反結合側の端面１
３とブラッグ反射器８との間でレーザを発振させる。同
じ光導波路の上にブラッグ反射器８、ビームスプリッタ
５および集光カプラ６があるため、各グレーティングで
の屈折率の温度係数が一致し、温度変化による集光特性
の劣化が抑えられる。ガラス導波路の屈折率の温度変化
が小さいので、温度変化による発振波長の変動が小さく
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光学的情報媒体（以
下、光ディスクという）に信号を記録したり、記録され
た信号を再生するために使用する光ピックアップに関
し、更に詳しくは、同一基板上に構成部品を集積させた
集積型の光ピックアップに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の光ピックアップは、対物レンズ、
プリズム、半導体レーザ、光検出器等の個別部品を組み
合わせた組立構造になっている。このような組立型の光
ピックアップは、組み立て時の作業性、位置決め精度な
どの点から各部品の大きさが決まり、また、相互の位置
調整をするための機構も必要であるため、充分な小型化
が困難である。この難点を解消するために提案されたの
が、集積型の光ピックアップである。

【０００３】集積型の光ピックアップは、通常、基板上
に光検出器および光導波路を形成し、更に、その光導波
路の上にビームスプリッタおよび集光カプラをグレーテ
ィングにより形成した構造になっている。すなわち、光
導波路を用いて半導体レーザ以外の部品を同一基板上に
集積して小型化したことが、この光ピックアップの最大
の特徴であり、例えば特開昭６１−２９６５４号公報に
その具体例が開示されている。この特開昭６１−２９６
５４号公報に開示された光集積型の光ピックアップを図
４により説明する。

【０００４】基板５１の上には、屈折率が１．４６〜
１．４７のバッファ層５２を介して、屈折率が１．５５
の光導波層５３が形成されている。この光導波層５３
は、厚みが約１μｍの薄膜である。基板５１の一端側に
は、活性層が光導波層５３と結合するように半導体レー
ザ５４が配置されている。光導波層５３の他端部上に
は、ビームスプリッタ５５および集光カプラ５６が、そ
れぞれグレーティングにより形成されている。また、基
板５１の一端部上には、２分割された受光素子５７ａ，
５７ｂおよび５７ｃ，５７ｄが、両側に分かれて形成さ
れている。

【０００５】上記構成により、半導体レーザ５４から出
射されたレーザ光は、光導波層５３に入射される。その
レーザ光は、光導波層５３の中央部を一端側から他端部
に向けて伝播し、ビームスプリッタ５５さらに集光カプ
ラ５６を介して、光ディスク５８に照射スポットとして
投射する。光ディスク５８からの反射光は、集光カプラ
５６さらにビームスプリッタ５５を介して光導波層５３
を両側に分かれて、半導体レーザ５４から出射されたレ
ーザ光の方向とは逆方向に伝播し、受光素子５７ａ，５
７ｂおよび５７ｃ，５７ｄに集光される。そして、これ
ら受光素子５７ａ，５７ｂおよび５７ｃ，５７ｄで検出
された信号に基づいて各種の制御が行われる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の集積型光ピックアップでは、光導波層を伝播
するレーザ光を光ディスクに集光させる集光手段とし
て、波長分散の大きいグレーティングカプラを用いてい
るために、光源の発振波長が変動したときに集光特性が
劣化し、高品質の信号が得られないという欠点がある。

【０００７】そして、光源がファブリペロー型共振器を
用いた通常の半導体レーザである場合には、光ディスク
からの戻り光により半導体レーザの発振状態が不安定に
なりやすく、更に温度変化によってもモードホッピング
が生じ、レーザ光の発振波長が変動してしまうので、集
光特性の著しい劣化が生じる。

【０００８】一方、光源として、ブラッグ反射器を内蔵
したＤＦＢレーザ、ＤＢＲレーザを用いた場合には、前
述の戻り光による影響を排除できるので、単一モード発
振が可能である。しかし、これらの半導体レーザでは、
活性層に使用されるＧａＡｓ系材料の、温度変化による
屈折率変動が大きいため、温度変化により大きな波長変
動を生じる。そのため、温度変化による集光特性の劣化
は避けられない。また、これらのＤＦＢレーザ、ＤＢＲ
レーザは、作製が困難な上に歩留まりが悪く、高コスト
となる。

【０００９】本発明は、上記従来の問題を解決するもの
であり、発振波長が変動した場合の集光特性の劣化を抑
え、かつ、温度変化による発振波長の変動を抑えて、雑
音の少ない信号の検出を可能にする経済的で高性能な集
積型の光ピックアップを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の光ピックアップ
は、半導体レーザを光導波路の一端に結合し、光導波路
を介してレーザ光を光学的情報記録媒体に導くと共に、
光学的情報記録媒体からの反射光を光検出器に導く集積
型の光ピックアップにおいて、該半導体レーザの反結合
側端面を反射面、結合側端面を無反射面とし、該反射面
との間でレーザ発振が生じるように、前記光導波路の一
端部にブラッグ反射器を形成したものであり、そのこと
により上記目的が達成される。

【００１１】また、好ましくは、本発明の光ピックアッ
プにおける光導波路の一端部を、その先端に向かうに連
れて厚みが徐々に薄くなるテーパ形状とし、その先端で
の該光導波路の厚みを、半導体レーザにおける活性層の
厚みと同程度とし、該活性層と光導波路を結合するもの
であり、そのことにより上記目的が達成される。

【００１２】さらに、好ましくは、本発明の光ピックア
ップにおける同一基板上に光検出器および光導波路を形
成し、該光導波路にレーザ光を入射するべくその一端に
半導体レーザを結合すると共に、該光導波路の上に、該
光導波路を伝播するレーザ光を該光導波路外の光学的情
報記録媒体に集光させる集光手段と、該光学的情報記録
媒体から該光導波路に戻った反射光を該光検出器に導く
光分離手段とを、前記ブラッグ反射器と共にグレーティ
ングにより形成したものであり、そのことにより上記目
的が達成される。

【００１３】さらに、好ましくは、本発明の光ピックア
ップにおけるブラッグ反射器が直線グレーティングによ
り形成され、該ブラッグ反射器の両脇部から光導波路の
一端部までそれぞれ溝が形成されたものである。また、
好ましくは、本発明の光ピックアップにおけるブラッグ
反射器が曲線グレーティングにより形成されたものであ
る。さらに、好ましくは、本発明の光ピックアップにお
ける光導波路がガラスまたはニオブ酸リチウム、高分子
導波路材料である。

【００１４】

【作用】上記構成により、半導体レーザが結合される光
導波路の一端部にブラッグ反射器が形成されて、温度変
化が生じた場合の発振波長の変動による集光特性の劣化
が抑えられると共に、温度変化による発振波長の変動が
抑えられるので、雑音の少ない高品質な信号の検出が可
能となる。

【００１５】また、光導波路の一端部を、その先端に向
かうに連れて厚みが徐々に薄くなるテーパ形状とし、そ
の先端での光導波路の厚みを、半導体レーザにおける活
性層の厚みと同程度にした場合は、半導体レーザと光導
波路の結合効率が上がり、高効率のレーザ発振が可能に
なる。

【００１６】さらに、同じ光導波路にグレーティングに
よってブラッグ反射器、集光手段および光分離手段が同
時形成可能であり、かつ安価な半導体レーザが使用でき
るので、高性能であるにもかかわらず経済性が良い。

【００１７】さらに、ブラッグ反射器を直線グレーティ
ングにより形成し、かつその両側に溝を設けた場合は、
導波光が横方向で封じ込められるので、導波光の利用効
率が上がる。また、ブラッグ反射器の両側に光検出器を
設けた場合の、光検出器へのレーザ光の直接進入が防止
される。

【００１８】さらに、ブラッグ反射器を導波光の横方向
の広がりに対応して曲線グレーティングにより形成した
場合は、両側の溝が不要になるので、製造が容易にな
る。また、溝に起因する散乱も防止される。

【００１９】さらに、光導波路をガラスなどの屈折率の
小さい材料により構成した場合は、その屈折率の温度係
数が小さいために、温度変化による波長変動を特に小さ
く抑えることが可能となる。また、屈折率自体が小さい
ために、ブラッグ反射器のグレーティング周期を長くで
き、その作製が特に容易になる。

【００２０】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。

【００２１】図１に本発明の第１実施例を示し、図２に
その主要部を示す。

【００２２】本実施例は、図１に示すように、Ｓｉから
なる基板１の上には、光学的なバッファ層２が形成され
ている。このバッファ層２は、基板１の表面を熱酸化し
て形成したＳｉＯ2 膜からなり、その屈折率は１．４６
〜１．４７である。バッファ層２の上には、屈折率が
１．５５のコーニング社製７０５９ガラスをスパッタリ
ング等により堆積させて光導波層３が形成さている。

【００２３】この光導波層３の中央線上には、ブラッグ
反射器８、ビームスプリッタ５および集光カプラ６が、
それぞれグレーティングによって形成されている。ブラ
ッグ反射器８は、前記中央線方向に所定のピッチをもっ
て形成された直線グレーティングであって、光導波層３
の一端部上に位置している。ブラッグ反射器８の両側に
は、前記中央線方向に延びる一対の溝１２，１２が設け
られている。ビームスプリッタ５および集光カプラ６
は、光導波層３の他端部上に形成されている。

【００２４】基板１の一端部上には、それぞれ２分割さ
れた受光素子７ａ，７ｂおよび７ｃ，７ｄが、両側に分
かれて形成されている。そして、最表層には、ＳｉＯ2
スパッタリング等により堆積させて上部クラッド層４が
形成されている。

【００２５】基板１の一端側には、前記中央線の延長線
上に位置して、ファブリペロー型の半導体レーザ１０が
配置されている。半導体レーザ１０は、図２に示すよう
に、その活性層１０ａが、光導波層３と光学的に結合さ
れている。光導波層３の一端部１５は、その先端に向か
うに連れて厚みが徐々に薄くなるテーパー形状とされて
おり、その先端における厚みは、半導体レーザ１０にお
ける活性層１０ａの厚みと同程度になっている。

【００２６】半導体レーザ１０の結合側の端面１４に
は、無反射コーティング膜１１が被覆されている。半導
体レーザ１０の反結合側の端面１３は、高反射率の劈開
面である。そして、半導体レーザ１０から光導波層３に
入射されたレーザ光が逆方向に伝播し、半導体レーザ１
０の反結合側の端面１３とブラッグ反射器８との間でレ
ーザ発振が発生するように、ブラッグ反射器８のグレー
ティング周期Λが定められている。

【００２７】また、ブラッグ反射器８の両側に設けた溝
１２，１２の間隔は、半導体レーザ１０の活性層１０ａ
の幅に一致している。

【００２８】本実施例では、光導波層３の一端側に結合
されたファブリペロー型の半導体レーザ１０と、光導波
層３の一端部上に形成されたブラッグ反射器８とで、Ｄ
ＢＲレーザが構成され、単一波長の発振が可能となる。

【００２９】そのレーザで発振した単一縦モードのレー
ザ光は、光導波層３内を伝播し、ビームスプリッタ５さ
らに集光カプラ６を介して光ディスク９上のトラックに
光スポットとして投射される。光ディスク９の情報を有
した反射光は、集光カプラ６に入射し、ビームスプリッ
タ５により両側に分離されて受光素子７ａ，７ｂおよび
７ｃ，７ｄに集光される。

【００３０】そして、これらの受光素子の出力をＡ，
Ｂ，Ｃ，Ｄとして（Ｂ＋Ｃ）と（Ａ＋Ｄ）とを比較する
ことにより、フォーカシング制御が行われ、（Ａ＋Ｂ）
と（Ｃ＋Ｄ）とを比較することによりトラッキング制御
が行われる。また、光ディスク９の情報は、（Ａ＋Ｂ）
＋（Ｃ＋Ｄ）を検出することにより得られる。

【００３１】このとき、光導波層３の一端側に結合され
たファブリペロー型の半導体レーザ１０と、光導波層３
の一端部上に形成されたブラッグ反射器８とで構成され
たＤＢＲレーザの発振波長λは、 λ＝２ＮΛ／ｑ により決定される。ここで、ｑは整数、Λはブラッグ反
射器のグレーティング周期、Ｎは光導波路の実効屈折率
である。

【００３２】環境温度の変化があった場合、屈折率Ｎが
変化するため、上式によりレーザの発振波長が変動す
る。この結果、ビームスプリッタ、集光カプラの回折
角、出射角も設計値よりずれるために、集光カプラの集
光特性等が劣化する。しかし、本構造では、同じ光導波
路の上にブラッグ反射器、ビームスプリッタおよび集光
カプラがグレーティングにより形成されているので、各
グレーティングで屈折率の温度係数が同じになる。その
ため、波長変動後の出射角、回折角の変化が小さく抑え
られ、動作波長域が拡大される。

【００３３】このことを、ガラス光導波路上に形成され
た集光カプラの出射角を例にとって明らかにする。比較
するのは、本実施例と、ブラッグ反射器を内蔵したＧａ
Ａｓ系ＤＢＲレーザを光導波路に結合した従来例とであ
る。

【００３４】ガラス光導波路の屈折率の温度係数ｄＮ／
ｄＴは１×１０-5／℃、ＧａＡｓ光導波路の屈折率の温
度係数は、４×１０^-4である。ガラス光導波路の実効屈
折率の変化量をΔＮG 、ＧａＡｓ光導波路の実効屈折率
の変化量をΔＮS 、設計波長での出射角をθで表し、Ｇ
ａＡｓ系ＤＢＲレーザのブラッグ反射器、ガラス光導波
路上のブラッグ反射器、集光カプラの各周期をΛS 、Λ
G 、ΛC でそれぞれ表す。そうすると、ＧａＡｓ系ＤＢ
Ｒレーザを用いた従来例での出射角の変化量ΔθS 、本
実施例での出射角の変化量ΔθG は、 ΔθS ＝１／ｃｏｓθ・ΔＮG ・（１−２・ΛS ／ΛC
・ΔＮS ／ΔＮG ） ΔθG ＝１／ｃｏｓθ・ΔＮG ・（１−２・ΛS ／ΛC
） となる。

【００３５】ここで、ΛS ＝１００ｎｍ、ΛG ＝２５０
ｎｍ、ΛC ＝６００ｎｍとすると、ΔθG はΔθS の約
１／７０となる。すなわち、本実施例では、集光カプラ
の出射角の変動が小さく抑えられる。

【００３６】また、ＧａＡｓ系ＤＢＲレーザを用いた従
来例では、ＧａＡｓ光導波路の屈折率が約３．４と大き
い。そのため、そのＤＢＲレーザの作製において、ブラ
ッグ反射器のグレーティング周期を１００〜２００ｎｍ
と小さくしなければならず、また、途中で結晶成長を中
断しなければならないので、製作コストが高くなる。こ
れに対して、本実施例では、ブラッグ反射器、ビームス
プリッタおよび集光カプラを同時に作製できるので、工
程数の大幅な増加を防ぐことができる。ガラスの屈折率
が約１．５と小さいので、ガラスで光導波路を構成する
ことにより、光導波路上のブラッグ反射器のグレーティ
ング周期を２５０〜５００ｎｍと大きくすることがで
き、この点からも作製が容易になる。また、無反射コー
ティングを行う以外、半導体レーザに手を加えないの
で、半導体レーザの劣化を防ぐことができる。

【００３７】導波路材料がＧａＡｓ系の場合、屈折率の
温度変化が大きいために、発振波長の温度係数も約０．
１ｎｍ／℃と大きくなる。しかし、ガラスを用いると、
屈折率の温度係数が約１／４０になるため、発振波長の
温度係数も約０．００５ｎｍ／℃まで小さくできる。従
って、本実施例では、温度変化による発振波長の変動を
実用上問題のないレベルまで抑えることができる。

【００３８】以上のようなことから、本発明の光ピック
アップにおける光導波路の構成材料としては、屈折率の
温度係数が小さいガラスが特に望ましい。

【００３９】また、本発明の光ピックアップで高出力の
レーザ発振を行おうとすると、半導体レーザと光導波路
との結合効率を高くする必要がある。通常の端面直接接
合では、半導体レーザの活性層の厚さに比べて光導波路
の導波層厚が数倍厚いため、結合効率が数十％となって
しまう。結合効率を高くするには、半導体レーザの活性
層厚と光導波路の導波層厚を近づけ、半導体レーザと光
導波路の導波路構造を類似させることによって、レーザ
出射角と導波モードの分布を整合させる必要がある。

【００４０】本実施例では、光導波層３の一端部１５を
テーパー形状とし、その先端の厚さを半導体レーザ１０
における活性層１０ａの厚さ２００〜３００ｎｍと同程
度にしたので、半導体レーザと光導波路の結合効率が高
く、高出力のレーザ発振が可能となる。

【００４１】また、ブラッグ反射器８の両側に溝１２，
１２を設けたので、導波光が横方向で封じ込められ、そ
の利用効率が向上する。しかも、光源からの光が両側の
受光素子７ａ，７ｂおよび７ｃ，７ｄに直接進入するの
が防止される。

【００４２】図３に本発明の第２実施例を示す。本実施
例が第１実施例と異なるのは、半導体レーザ１０からの
出射光の出射方向に対して波面に平行な扇状に広がる曲
線グレーティングにより形成したブラッグ反射器１８を
光導波層３上に備える点である。

【００４３】第１実施例では、エッチングによる溝１
２，１２の形成時に、その側面を平滑にすることが困難
であるため、導波光の散乱が生じてしまう。しかし、こ
の曲線グレーティングにより形成したブラッグ反射器１
８の場合は、溝を形成する必要がなくなるため、その作
製工程を省略することができて、導波光の散乱も減少す
る。この扇状の曲線グレーティングの横方向の広がり
は、半導体レーザ出射光の広がり角により定まる。

【００４４】したがって、以上の各実施例の光ピックア
ップでは、光導波路の上に形成されたブラッグ反射器と
光導波路の一端側中央に結合された半導体レーザとの間
で、レーザ発振が生じる。このときのレーザ発振波長
は、ブラッグ反射器のグレーティング周期、光導波路の
実効屈折率で決まる。同じ光導波路の上にグレーティン
グによってブラッグ反射器、集光手段および光分離手段
を形成することができるので、各グレーティングでの屈
折率の温度変化が同じになる。そのため、温度変化によ
って波長変動が生じても集光特性の劣化を小さく抑える
ことができ、動作波長域の拡大が可能になる。また、光
導波路を構成する材料によって発振波長の温度係数を小
さくできるので、温度変化による発振波長の変動を抑え
ることができる。

【００４５】なお、上記各実施例では、光導波路の一端
部上にブラッグ反射器を形成したが、ブラッグ反射器の
形成位置は、光導波路の一端部の下側であってもよく、
要は、半導体レーザの近くで光導波路の一端部分にあれ
ばよい。また、上記各実施例では、光導波路がガラスで
ある場合について説明したが、その他、ニオブ酸リチウ
ム、高分子導波路材料などであってもよい。

【００４６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、半導体レ
ーザが設けられる光導波路の一端部にブラッグ反射器を
形成したことにより、温度変化が生じた場合の発振波長
の変動による集光特性の劣化を抑えると共に、温度変化
による発振波長の変動を抑えることができるため、雑音
の少ない高品質な信号の検出を行うことができる。

【００４７】また、光導波路の一端部を、その先端に向
かうに連れて厚みが徐々に薄くなるテーパ形状とし、そ
の先端での光導波路の厚みを、半導体レーザにおける活
性層の厚みと同程度にした場合は、半導体レーザと光導
波路の結合効率が上がり、高効率のレーザ発振とするこ
とができる。

【００４８】さらに、同じ光導波路の上にグレーティン
グによってブラッグ反射器、集光手段および光分離手段
を同時形成でき、かつ安価な半導体レーザを使用できる
ので、高性能であるにもかかわらず経済性が良い。

【００４９】さらに、ブラッグ反射器を直線グレーティ
ングにより形成し、かつその両側に溝を設けた場合は、
導波光が横方向で封じ込められるため、導波光の利用効
率が上がる。また、ブラッグ反射器の両側に光検出器を
設けた場合の、光検出器へのレーザ光の直接進入も防ぐ
ことができる。

【００５０】さらに、ブラッグ反射器を曲線グレーティ
ングにより形成した場合は、両側の溝が不要になるた
め、容易に製造することができる。また、溝に起因する
散乱も防止することができる。

【００５１】さらに、光導波路をガラスなどの屈折率の
小さい材料により構成した場合は、その屈折率の温度係
数が小さいために、温度変化による波長変動を特に小さ
く抑えることができる。また、屈折率自体が小さいため
に、ブラッグ反射器のグレーティング周期を長くでき
て、その作製を特に容易にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す光ピックアップの斜
視図である。

【図２】図１の光ピックアップの主要部拡大断面図であ
る。

【図３】本発明の第２実施例を示す光ピックアップの斜
視図である。

【図４】集積型の光ピックアップの従来例を示す斜視図
である。

【符号の説明】

１ 基板 ３ 光導波層 ５ ビームスプリッタ（光分離手段） ６ 集光カプラ（集光手段） ７ａ〜７ｄ 受光素子（光検出器） ８，１８ ブラッグ反射器 ９ 光ディスク １０ 半導体レーザ １０ａ 活性層 １１ 無反射コーティング膜 １２ 溝 １３ 反結合側の端面（劈開面） １４ 結合側の端面

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体レーザを光導波路の一端に結合
   し、光導波路を介してレーザ光を光学的情報記録媒体に
   導くと共に、光学的情報記録媒体からの反射光を光検出
   器に導く集積型の光ピックアップにおいて、 該半導体レーザの反結合側端面を反射面、結合側端面を
   無反射面とし、該反射面との間でレーザ発振が生じるよ
   うに、前記光導波路の一端部にブラッグ反射器を形成し
   た光ピックアップ。
2. 【請求項２】 前記光導波路の一端部を、その先端に向
   かうに連れて厚みが徐々に薄くなるテーパ形状とし、そ
   の先端での該光導波路の厚みを、前記半導体レーザにお
   ける活性層の厚みと同程度とし、該活性層と光導波路を
   結合する請求項１記載の光ピックアップ。
3. 【請求項３】 同一基板上に光検出器および前記光導波
   路を形成し、該光導波路にレーザ光を入射するべくその
   一端に前記半導体レーザを結合すると共に、該光導波路
   の上に、該光導波路を伝播するレーザ光を該光導波路外
   の光学的情報記録媒体に集光させる集光手段と、該光学
   的情報記録媒体から該光導波路に戻った反射光を該光検
   出器に導く光分離手段とを、前記ブラッグ反射器と共に
   グレーティングにより形成した請求項１または２記載の
   光ピックアップ。
4. 【請求項４】 前記ブラッグ反射器が直線グレーティン
   グにより形成され、該ブラッグ反射器の両脇部から前記
   光導波路の一端部までそれぞれ溝が形成される請求項１
   または２、３記載の光ピックアップ。
5. 【請求項５】 前記ブラッグ反射器が曲線グレーティン
   グにより形成された請求項１または２、３記載の光ピッ
   クアップ。
6. 【請求項６】 前記光導波路がガラスまたはニオブ酸リ
   チウム、高分子導波路材料である請求項１または２、
   ３、４記載の光ピックアップ。