JPH09252158A

JPH09252158A - 波長安定化半導体レーザ及び波長可変半導体レーザ及び光ピックアップ

Info

Publication number: JPH09252158A
Application number: JP8060514A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Ito; 達男伊藤; Teruhiro Shiono; 照弘塩野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-03-18
Filing date: 1996-03-18
Publication date: 1997-09-22

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体レーザの波長を特定波長に安定化した
波長安定化半導体レーザと、安定化する波長を選択でき
る波長可変半導体レーザと、波長安定化半導体レーザを
組み込んだ色収差のない光ピックアップを提供する。【解決手段】透過形回折光学レンズ３の焦平面に半導
体レーザ１の活性層の片方の端面を配置し、半導体レー
ザ１から出射する放射光２を透過形回折光学レンズ３に
より平行光６にする。部分反射膜５により反射された平
行光が再度透過形回折光学レンズ３に入射して収束光に
変換され半導体レーザ１の活性層の片方の端面に入射す
る。この時、透過形回折光学レンズ３の波長分散作用に
より特定波長の光だけが半導体レーザ１の活性層の片方
の端面に集光されるので波長が安定化される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、波長が安定した波
長安定化半導体レーザと安定化波長を選択できる波長可
変半導体レーザ及び光ディスクメモリシステム等に用い
られる光ピックアップに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体レーザは光通信システム
や、光ディスクメモリシステム、レーザビームプリンタ
やバーコードスキャナ等の光入出力装置等に広く用いら
れているが、ガスレーザと違って半導体レーザは温度変
化により発振波長が変化するという課題があった。この
課題を解決するために、従来波長安定化半導体レーザが
開発されている。

【０００３】以下に従来の波長安定化半導体レーザにつ
いて説明する。図１４は従来の波長安定化半導体レーザ
の構成を示すものである。図１４において１０１は半導
体レーザであり、１０２は半導体レーザ１０１の活性層
から出射する放射光である。１０３はレンズであり、半
導体レーザ１０１の活性層端面とレンズ１０３の焦点位
置が一致するように配置されている。１０４は平行光で
あり、放射光１０２がレンズ１０３によりコリメートさ
れたものである。１０５は回折光学素子であり、平行光
１０４の光軸に対して傾斜して配置されている。回折光
学素子１０５の表面には図示しない反射形の直線回折格
子が形成されている。

【０００４】以上のように構成された波長安定化半導体
レーザの動作について説明する。まず半導体レーザ１０
１から放射された放射光１０２はレンズ１０３により平
行光１０４に変換され回折光学素子１０５に達する。こ
の回折光学素子１０５で回折された光は、再度レンズ１
０３を逆方向に通過し、波長により回折角が異なるため
特定の波長の光のみが半導体レーザ１０１の活性層に戻
る。活性層内では帰還してきた特定波長の光の位相に整
合した誘導放射が生じ、結果半導体レーザの波長が安定
化されることとなる。ここで波長選択される特定の波長
は回折光学素子１０５の傾斜角で決定され、特定の波長
以外の波長の光は異なる方向に回折され活性層に戻るこ
とはない。

【０００５】上記の従来例においてはレンズとして光の
屈折現象をもちいる屈折形のレンズと光分散素子である
回折光学素子を用いていたが、回折光学レンズを用いて
集光作用と光分散作用の両方を行わせることも可能であ
る（特開平２−２０９７８４号公報）。

【０００６】以下図１５を用いて回折光学レンズを用い
た波長安定化半導体レーザについて説明する。図１５は
回折光学レンズを用いた波長安定化半導体レーザの構成
を示すものである。図１５において、図１４と同一物に
ついては同一番号を賦し説明を省略する。１０６は回折
光学素子であり、同心円もしくは同心楕円の一部の反射
形回折格子が形成された回折光学レンズ（焦点距離ｆ）
である。半導体レーザ１０１と回折光学素子１０６の距
離は２ｆに設定されている。

【０００７】以上のように構成された波長安定化半導体
レーザについてその動作について以下説明する。先ず半
導体レーザ１０１から出射した放射光１０２は回折光学
素子１０６に入射し、回折光学素子１０６の表面に形成
された反射形回折格子により連続的に回折角の変化する
集光性の光ビームに変換され、半導体レーザ１０１に戻
る。この時特定の波長の光だけが半導体レーザ１０１の
活性層端面に戻り、特定の波長以外の波長の光は異なる
箇所に戻るので、半導体レーザ１０１は特定波長で発振
する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、回折光学レンズの焦点距離ｆに対し、半導
体レーザと回折光学レンズの距離を２ｆとする必要があ
り、小型化の点で問題があった。本発明は上記従来の問
題点を解決するもので半導体レーザと回折光学レンズの
距離を限界まで小さくし、素子サイズの小型化を図った
波長安定化半導体レーザ及びこれを用いた波長可変半導
体レーザ、及び光ピックアップを提供することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、第１の発明の波長安定化半導体レーザは、半導体レ
ーザと、前記半導体レーザの活性層の片方の端面から放
射する放射光の光路内に設けられた回折光学レンズと、
前記回折光学レンズにより回折された回折光の光路内に
設けられた反射体を備え、前記回折光学レンズの焦平面
内に前記半導体レーザの放射光の出射位置を配置すると
共に、前記反射体により前記回折光の少なくとも一部を
１８０゜反転させ、前記回折光学レンズにより前記半導
体レーザの活性層端面に集光するという構成を有してい
る。

【００１０】また、第二の発明の波長可変半導体レーザ
は、半導体レーザと、前記半導体レーザの活性層の片方
の端面から放射する放射光の光路内に設けられた回折光
学レンズと、前記回折光学レンズにより回折された回折
光の光路内に設けられた反射体と前記回折光学レンズと
前記半導体レーザの距離を変化させる駆動手段とを備
え、前記反射体により前記回折光の少なくとも一部を１
８０゜反転させ、前記回折光学レンズにより前記半導体
レーザの活性層端面に集光するという構成を有してい
る。

【００１１】また、第三の発明の波長安定化半導体レー
ザは、半導体レーザと、前記半導体レーザの活性層の片
方の端面から放射する放射光の光路内に設けられた反射
体と前記反射体により反射された前記放射光の光路内に
設けられた透過形回折光学レンズを備え、前記反射体に
より反射された前記放射光が前記透過形回折光学レンズ
により前記半導体レーザの活性層端面に集光されるとい
う構成を有している。

【００１２】また、第四の発明の光ピックアップは、第
１の発明の波長安定化半導体レーザから出射したレーザ
光を信号記録面に集光する集光レンズと、前記信号記録
面から反射するレーザ光を分岐するビームスプリッター
と、前記ビームスプリッターにより分岐されたレーザ光
を光検出器に集光する検出光学系という構成を有してい
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】

（実施の形態１）以下、本発明の第１の実施の形態につ
いて、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の
第１の実施の形態における波長安定化半導体レーザの構
成を示す図である。

【００１４】図１において、１は半導体レーザであり、
２は放射光である。放射光２は半導体レーザ１の片方の
活性層端面から出射する。３は透過形回折光学レンズで
あり、半導体レーザ１の活性層の片方の端面は透過型回
折光学レンズ３の焦点位置に配置されている。４は透明
基板である。５は部分反射膜であり、透過形回折光学レ
ンズ３により回折された回折光の一部を反射する。

【００１５】透過形回折光学レンズ３と部分反射膜５は
透明基板４の両面にそれぞれ形成されており、透過形回
折光学レンズ３は、例えばレジストを電子線描画や紫外
線露光によりパターニングすることにより形成される。
また部分反射膜５は、例えば誘電体膜や金属膜を成膜し
て形成される。６は平行光であり、透過形回折光学レン
ズ３により回折された回折光である。７はステムであ
り、半導体レーザ１が設置されている。８はリッドであ
り、ステム７にハーメチックシールされて半導体レーザ
を気密封止する。透明基板４は周辺部でリッド８に接合
されている。

【００１６】図２は透過型回折光学レンズの平面図であ
り、３は透過型回折光学レンズ、４は透明基板である。
本実施の形態では透過型回折光学レンズ３のパターンは
図２のように同心円状で外周にいくほどその周期は小さ
くなっている。図３は透過型回折光学レンズの設計原理
を示す図であり、図１と同一物については同一番号を賦
し、説明を省略する。

【００１７】図３において、半導体レーザ１の活性層の
片方の端面Ｐから出射した放射光２が透明基板４に入射
し、平行光６となるとき、Ｐから透明基板４に下ろした
垂線の足を原点ＯとするＸＹ座標を透明基板４の表面に
とり、これに直交する軸をＺ軸とする。Ｚ軸と平行光６
のなす角をθとすると∠ＱＯＲはθである。ここでＱは
ＸＹ平面上の点であり、Ｒは原点ＯからＱを通る平行光
に対して下ろした垂線の足である。また、透明基板４の
屈折率をｎとする。平行光６は平面波であるからＯＲ上
では位相が等しくなければならない。この条件は光の波
長をλとして（線分ＰＱ）＋ｎ・（線分ＱＲ）−（線分ＰＯ）＝ｍ・
λ で表される。ここで線分ＱＲに屈折率ｎを乗じているの
は光学長にするためである。また、ｍは整数である。
Ｐ、Ｑのｘｙｚ座標をそれぞれ（０、０、ｆ）、（ｘ、
ｙ、０）とすると、上記の条件式は以下のように書き表
される。

【００１８】 √（ｘ²＋ｙ²＋ｆ²）＋ｎ・ｙ・ｓｉｎθ−ｆ＝ｍ・λ ｘ、ｙについてまとめるとｘ²／（１−ｎ²ｓｉｎ²θ）＋｛ｙ＋ｎ・ｓｉｎθ・
（ｍ・λ＋ｆ）／（１−ｎ²ｓｉｎ²θ）｝²＝｛（ｍ・
λ＋ｆ）²−ｆ²・（１−ｎ²ｓｉｎ²θ）｝／（１−ｎ²
ｓｉｎ²θ）となり、Ｑの集合である回折格子は、中心が（０、−ｎ・ｓｉｎθ・（ｍ・λ＋ｆ）／（１−ｎ²ｓ
ｉｎ²θ））の楕円となることが判る。特にθが０の時には、Ｑの集
合である回折格子は図２に概略示すような、原点Ｏを中
心とする同心円となる。波長λを０．７８μｍとし、ｆ
を５ｍｍとして同心円の最外周の直径を３ｍｍとすると
回折格子の最大ピッチは３６．６μｍ、最小ピッチは
２．７２μｍとなった。

【００１９】以上のように構成された波長安定化半導体
レーザについて、図１〜図３を用いてその動作を説明す
る。半導体レーザ１から出射した放射光２は透明基板４
の表面に形成された透過型回折光学レンズ３に入射する
が、この時半導体レーザ１の活性層の片方の端面は透過
型回折光学レンズ３の焦点位置に配置されているので回
折光は平行光６となる。平行光６は部分反射膜５により
一部反射され光路を１８０゜反転されて再度透過型回折
光学レンズ３に入射する。透過型回折光学レンズ３に再
入射した平行光は焦点位置に配置された半導体レーザ１
の活性層の片方の端面に入射する。この時透過型回折光
学レンズ３の焦点距離は波長毎に異なるので特定波長の
光だけが活性層に再入射するので、発振波長が安定化さ
れることとなる。従来半導体レーザから出射する放射光
は発散光であり、平行光にするためにはコリメーターレ
ンズが必要であったが、本実施の形態では平行光６の一
部が部分反射膜５を透過して外部に出射するので、新た
にコリメーターレンズを設ける必要がなくなる。

【００２０】以上のように本実施の形態によれば、半導
体レーザ１を透過形回折光学レンズ３の焦点位置に配置
し、透過形回折光学レンズ３を設けた透明基板４の透過
形回折光学レンズ３と対向する面に部分反射膜を設ける
ことにより、半導体レーザ１と透過形回折光学レンズの
距離が焦点距離だけ離れた小型の波長安定化半導体レー
ザを提供すると共にコリメーターレンズを付加すること
なく平行光を得られる波長安定化半導体レーザを提供す
ることができる。

【００２１】（実施の形態２）以下本発明の第２の実施
の形態について図面を参照しながら説明する。図４は、
本発明の第２の実施の形態における波長安定化半導体レ
ーザの構成を示す図であり、図１と同一物については同
一番号を賦し説明を省略する。

【００２２】図４において、９は透過形回折光学レンズ
であり、半導体レーザ１の活性層の片方の端面から焦点
距離ｆだけ離してくさび形の透明基板４ａに設けられて
いる。図５は透過形回折光学レンズ９の平面図であり、
透過形レンズ９は実施の形態１で説明したように中心と
半径の異なる楕円群の一部である。図１の構成と異なる
のは透過形回折光学レンズ９を図５に示すような楕円群
の一部としたことと、透明基板４をくさび形にしたこと
である。

【００２３】上記のように構成された波長安定化半導体
レーザの動作を説明する。第１の実施の形態と同様に半
導体レーザ１から出射した放射光２は透過形回折光学レ
ンズ９により平行光６となる。第１の実施の形態と異な
るのは平行光の光軸が透過形回折光学レンズ９に対して
垂直ではなく、傾いていることである。透明基板４の部
分反射膜５が設けられている面は、この平行光６の光軸
に対して垂直になっており、結果透明基板４ａは図４に
示すごとく、くさび形の形状になる。平行光６の一部は
部分反射膜５により光軸を１８０゜反転され再度透過形
回折光学レンズ９に入射し、半導体レーザ１の活性層の
片方の端面に集光されることとなる。ここで透明基板４
ａをくさび形にすることにより透明基板４ａの両界面で
繰り返し反射する迷光は半導体レーザ１に戻ることがな
いのでノイズを減少させることが可能になる。

【００２４】以上のようにくさび形の透明基板４ａの一
方の面に中心と半径の異なる楕円群の一部である透過形
回折光学レンズ９を設け、もう一方の面に部分反射膜５
を設けることにより、透明基板４ａの内部で繰り返し反
射する迷光を除くことができるようになった。

【００２５】（実施の形態３）以下本発明の第３の実施
の形態について図面を参照しながら説明する。図６は、
本発明の第３の実施の形態における波長安定化半導体レ
ーザの構成を示す図である。

【００２６】図６において、１は半導体レーザであり、
４は透明基板であり、９は透過形回折光学レンズで第２
の実施の形態で説明したような中心と半径の異なる楕円
群の一部の回折格子からなっている。１０はシリコン基
板である。１１はミラー面でありシリコン基板１０を異
方性エッチングして作製した。シリコン基板の異方性エ
ッチングについては「シリコンアズアメカニカルマ
テリアル」（Ｋ．Ｅ．ピーターセン、プロシーディング
オブザアイ・イー・イー・イー７０巻、５号、４２
０頁〜４５７頁、５月、１９８２年）に詳しいが、簡単
に説明すると、面方位が（１００）面であるシリコン基
板にシリコン窒化膜等のマスク材を成膜し、エッチング
したい箇所だけマスク材を除去した後、水酸化カリウム
等のアルカリ性エッチング液でエッチングすると（１１
１）面のエッチング速度が遅いので、エッチングした後
には（１１１）面が残ることとなる。ミラー面１１はこ
のようにして残った（１１１）面であり、（１００）面
とは５４．７４゜の角度をなしている。

【００２７】上記のように構成された波長安定化半導体
レーザの動作を説明する。先ず、半導体レーザ１から出
射した放射光は透過形回折光学レンズ９に入射し回折に
よって平行光となり透明基板４から出射する。平行光は
シリコン基板を異方性エッチングしたミラー面１１によ
り光路を１８０゜反転されて再度透明基板４と透過形回
折光学レンズ９を通過して半導体レーザ１の活性層の片
方の端面に入射する。この実施の形態ではミラー面１１
はシリコン基板の異方性エッチングにより精度よく形成
できるので、デバイスの製造が容易になるという効果を
有する。

【００２８】（実施の形態４）以下本発明の第４の実施
の形態について図面を参照しながら説明する。図７は、
本発明の第４の実施の形態における波長安定化半導体レ
ーザの構成を示す図であり、図１と同一物については同
一番号を賦し、説明を省略する。

【００２９】図７において、９は透過形回折光学レンズ
であり、その形状は第２の実施の形態で説明した透過形
回折光学レンズと同様である。１２は反射膜であり、透
明基板４の片面に形成されている。１３は直線回折格子
であり、透明基板４の片面に形成され、直線回折格子１
３の表面には反射膜１４が形成されている。透過形回折
光学レンズ９の直径を０．３６ｍｍとし、第１の実施の
形態で説明した設計原理の式においてλ＝０．７８μ
ｍ、θ＝６８゜、ｆ＝０．６ｍｍとすると透過形回折光
学レンズ９を構成する回折格子のＹ軸上の最小ピッチは
０．６４μｍ、中心ピッチは０．８４μｍ、最大ピッチ
は１．２μｍであった。また直線回折格子１３のピッチ
は透過形回折光学レンズ９の中心ピッチの半分の０．４
２μｍとした。

【００３０】上記のように構成された波長安定化半導体
レーザの動作を説明する。まず、半導体レーザ１から出
射した放射光２は透過形回折光学レンズ９により回折さ
れて透明基板４表面に立てた法線と６８゜の角度をなす
平行光６となる。平行光６は透明基板４の片面に形成さ
れた反射膜１２により反射されて透明基板４内をジグザ
グに伝搬し、反射膜１４が表面に形成された直線回折格
子１３に入射して反射回折される。この時直線回折格子
１３のピッチを透過形回折光学レンズ９の中心ピッチの
半分にしたので、回折光は光路を１８０゜反転され再度
反射膜１２と透過形回折光学レンズ９を経由して半導体
レーザ１の活性層の片方の端面に入射する。

【００３１】この実施の形態においては、透過形回折光
学レンズ９と直線回折格子１３という２つの波長分散性
を有する素子があるため、半導体レーザ１の活性層の片
方の端面に戻る光の波長の幅が狭くなり発振波長が狭帯
域化されるという効果を有する。

【００３２】以上のように反射体として反射形の直線回
折格子を用いることにより発振波長の狭帯域化を図るこ
とが可能となる。

【００３３】（実施の形態５）以下本発明の第５の実施
の形態について図面を参照しながら説明する。図８は、
本発明の第５の実施の形態における波長安定化半導体レ
ーザの構成を示す図であり、図１と同一物については同
一番号を賦し、説明を省略する。

【００３４】図８に示すように、半導体レーザ１と透明
基板４とはほぼ密着させている。１３は直線回折格子、
１４は反射膜である。１５は反射形回折光学レンズであ
り、直線回折格子１３と反射形回折光学レンズ１５の形
状は第４の実施の形態で説明した直線回折格子と透過形
回折光学レンズと同様である。直線回折格子１３と反射
形回折光学レンズ１５の表面には反射膜１４が形成され
ている。１６は反射膜であり、透明基板４の片面に形成
されている。透明基板４の厚みは反射形回折光学レンズ
１５の焦点距離０．６ｍｍを透明基板４の屈折率で除し
た値とほぼ等しくしている。

【００３５】上記のように構成された波長安定化半導体
レーザについて以下その動作を説明する。透明基板４に
ほぼ密着した半導体レーザ１の活性層の片方の端面から
出射した放射光２のうち、特定の波長の光だけが反射形
回折光学レンズ１５により平行光６に変換され、反射膜
１６により反射されて直線回折格子１３に入射する。直
線回折格子１３により回折された回折光は光路を１８０
゜反転され、再度反射形回折光学レンズ１５に入射し、
さらに回折されて半導体レーザ１の活性層の片方の端面
に入射して半導体レーザ１の発振波長が安定化されるこ
ととなる。

【００３６】この実施の形態においては、透過形回折光
学レンズと直線回折格子という２つの波長分散性を有す
る素子があるため、半導体レーザ１の活性層の片方の端
面に戻る光の波長の幅が狭くなり、発振波長が狭帯域化
されるという効果を有する。さらに透明基板４の厚みの
光学長を反射形回折光学レンズの焦点距離とほぼ等しく
することにより、透明基板４と半導体レーザ１をほぼ密
着するだけで光軸方向の位置合わせが可能となり、位置
調整が容易になるという効果も有する。

【００３７】（実施の形態６）以下本発明の第６の実施
の形態である波長安定化半導体レーザを用いた波長可変
半導体レーザについて図面を参照しながら説明する。図
９は、本発明の第６の実施の形態における波長可変半導
体レーザの構成を示す図で、図１と同一物については同
一番号を賦し、説明を省略する。図１と異なるのは、半
導体レーザ１とステム７の間に圧電素子１７を設けたこ
とである。圧電素子１７は電圧を印加することにより変
形する素子であり、半導体レーザ１と透過形回折光学レ
ンズ３の距離を変化させる駆動手段である。

【００３８】上記のように構成された波長可変半導体レ
ーザについて、以下その動作を説明する。先ず、半導体
レーザ１から出射した放射光２は透明基板４の表面に形
成された透過型回折光学レンズ３に入射するが、この時
半導体レーザ１の活性層の片方の端面は透過型回折光学
レンズ３の焦点位置に配置されているので回折光は平行
光６となる。平行光６は部分反射膜５により一部反射さ
れ光路を１８０゜反転されて再度透過型回折光学レンズ
３に入射する。

【００３９】透過型回折光学レンズ３に再入射した平行
光は焦点位置に配置された半導体レーザ１の活性層の片
方の端面に入射する。この時透過型回折光学レンズ３の
焦点距離は波長毎に異なるために、特定波長の光だけが
活性層に再入射するので発振波長が安定化されることと
なる。以上の動作は本発明の実施の形態１と同様である
が、本実施の形態においては圧電素子１７により半導体
レーザ１と透過形回折光学レンズ３の距離を可変にする
ことにより、半導体レーザ１の活性層の片方の端面に入
射する光の波長を変化させることができるので、半導体
レーザ１の発振波長を選択できる波長可変半導体レーザ
を得ることができる。

【００４０】（実施の形態７）以下、本発明の第７の実
施の形態について図面を参照しながら説明する。図１０
は、本発明の第７の実施の形態における波長可変半導体
レーザの構成を示す図である。

【００４１】図１０において、１は半導体レーザであ
り、２は半導体レーザ１から出射した放射光である。４
は透明基板であり、５は透明基板４の片面に形成された
反射膜である。１８は透過形回折光学レンズであり、１
９は収束光である。図１１は透過形回折光学レンズ１８
の概略平面図であり、放射光２が透過する部分は回折格
子を形成していない。

【００４２】以上のように構成された波長安定化半導体
レーザについて以下その動作を説明する。半導体レーザ
１から出射した放射光２は透明基板４内に入射した後、
反射膜５により反射される。反射光は透過形回折光学レ
ンズ１８により回折されて収束光１９となる。この時特
定の波長の光だけが半導体レーザ１の活性層の片方の端
面に集光されるので、半導体レーザ１の発振波長が安定
化される。本実施の形態においては収束光１９の絞り込
み角を放射光２の発散角よりも大きくすることが可能で
あり、集光スポットの焦点深度は絞り込み角の２乗に反
比例するので半導体レーザ１の活性層に帰還する光の波
長幅が狭くなり、発振波長が狭帯域化するという効果を
奏することが可能である。

【００４３】（実施の形態８）以下、本発明の第８の実
施の形態である波長安定化半導体レーザを用いた光ピッ
クアップについて図１２と図１３を参照しながら説明す
る。本光ピックアップは光ディスクメモリシステム等に
用いられるものである。

【００４４】図１２において、図８と同一物については
同一番号を賦し、説明を省略する。２０は透明基板４の
片面に形成された反射形ツイン回折光学レンズであり、
平行光を２つの収束ビームに変換するものである。２１
は透過形回折光学レンズであり、２２は透過形回折光学
レンズ２１により波面変換された収束光である。２３は
シリコン基板であり異方性エッチングにより加工したの
ち、表面に図示しない光検出器を形成している。半導体
レーザ１はシリコン基板２３にマウントされている。２
４は筐体であり例えば樹脂により成形され、透明基板４
と共に半導体レーザ１を気密封止している。２５は光デ
ィスクである。図１３は透明基板４の平面図であり、図
１２と同一物については同一番号を賦し説明を省略す
る。

【００４５】上記のように構成された光ピックアップの
動作を説明する。先ず、半導体レーザ１から出射した放
射光２はシリコン基板２３に形成されたミラー面により
折り返され透明基板４を透過して反射形回折光学レンズ
１５に入射する。この時、反射形回折光学レンズと半導
体レーザ１の距離で決まる特定の波長の光だけが平行光
６となり、平行光６は反射膜１６で反射されて直線回折
格子１３に入射する。直線回折格子は入射した光の一部
を回折して光軸を１８０゜反転させ、回折光は元の光路
を戻って半導体レーザに帰還し波長が安定化する。

【００４６】直線回折格子１３で回折されなかった０次
回折光はそのまま透明基板４内をジグザグに伝搬し、反
射形ツイン回折光学レンズ２０を経由し、その透過光
（０次回折光）が、光集光素子である、透過形回折光学
レンズ２１により、垂直方向に集光出力され収束光２２
となって光ディスク２５に集光される。光ディスク２５
から反射された光は、同じく透過形回折光学レンズ２１
に入射してコリメートされて平行光となり、ジグザグ状
に伝搬して、透明基板４上に形成した位置信号検出素子
（フォーカス／トラック誤差信号検出素子）である、反
射形ツイン回折光学レンズ２０に入射する。

【００４７】反射形ツイン回折光学レンズ２０は、図１
３に示すように反射形回折光学レンズを２つアレイ状に
配列した構造を有し、平行光はこの反射形ツイン回折光
学レンズ２０により１次回折光が２分割されて、透明基
板４の外部に放射され、シリコン基板２３表面の図示し
ない光検出器に集光する。この光検出器から検出された
信号により、再生信号、及び位置信号であるフォーカス
誤差信号とトラック誤差信号が読み出しされるものであ
る。

【００４８】なお、第１の実施の形態において透過形回
折光学レンズ３は同心円としたが、特開平２−２０９７
８４号公報に開示されているように、半導体レーザの非
点隔差を考慮して同心楕円としてもよい。また、第４の
実施の形態において、透過形回折光学レンズ９と直線回
折格子１３とを透明基板４の同一面に設けたが、異なる
面に設けてもよいことはいうまでもない。また、第５の
実施の形態において、反射形回折光学レンズ１５と直線
回折格子１３とを透明基板４の同一面に設けたが、異な
る面に設けてもよいことはいうまでもない。更に、第６
の実施の形態において駆動手段として圧電素子１７を用
いたが、駆動手段としては圧電素子以外のものでも構わ
ない。また、同実施の形態において、圧電素子１７によ
り半導体レーザ１を駆動したが、透過形回折光学レンズ
３を駆動しても構わない。

【００４９】また、第７の実施の形態において透過形回
折光学レンズ１８は周辺部だけに回折格子を設けたが中
心部にも回折格子を設けて、半導体レーザ１から出射し
た放射光２の内、透過形回折光学レンズ１８を透過した
０次回折光を反射膜５により反射する構成としても構わ
ない。さらに、同実施の形態において、半導体レーザ１
と透明基板４の距離を変化させる駆動手段を付加するこ
とにより安定化波長を選択できるようになることは、第
６の実施の形態で述べた事柄から自明である。

【００５０】また第８の実施の形態において、反射形ツ
イン回折光学レンズ２０と透過形回折光学レンズ２１と
を透明基板４に集積化し、光検出器と半導体レーザ１も
シリコン基板２３に集積化した光ピックアップについて
説明したが、それぞれの光学素子を個別部品として組み
立てて光ピックアップを構成することも可能である。更
に、第８の実施の形態において、光学系をすべて回折光
学素子で構成したが、屈折形の光学素子を用いることも
可能である。

【００５１】

【発明の効果】以上のように第１の発明によれば、半導
体レーザと、前記半導体レーザの活性層の片方の端面か
ら放射する放射光の光路内に設けられた回折光学レンズ
と、前記回折光学レンズにより回折された回折光の光路
内に設けられた反射体を備え、前記回折光学レンズの焦
平面内に前記半導体レーザの放射光の出射位置を配置す
ると共に、前記反射体により前記回折光である平行光の
少なくとも一部を１８０゜反転させて、回折光学レンズ
に入射させ半導体レーザの活性層の片方の端面に集光す
ることにより、半導体レーザの発振波長を安定化するこ
とのできる優れた波長安定化半導体レーザを実現するも
のである。

【００５２】また、第２の発明によれば、半導体レーザ
と、前記半導体レーザの活性層の片方の端面から放射す
る放射光の光路内に設けられた回折光学レンズと、前記
回折光学レンズにより回折された回折光の光路内に設け
られた反射体と前記回折光学レンズと前記半導体レーザ
の距離を変化させる駆動手段を備え、前記反射体により
前記回折光である平行光の少なくとも一部を１８０゜反
転させて、回折光学レンズに入射させ半導体レーザの活
性層の片方の端面に集光することによって、半導体レー
ザの発振波長を可変できる波長可変半導体レーザを実現
できるものである。

【００５３】また、第３の発明によれば、半導体レーザ
と、前記半導体レーザの活性層の片方の端面から放射す
る放射光の光路内に設けられた反射体と前記反射体によ
り反射された前記放射光の光路内に設けられた透過形回
折光学レンズを備え、前記反射体により反射された前記
放射光が前記透過形回折光学レンズにより前記半導体レ
ーザの活性層端面に集光されることにより、半導体レー
ザの発振波長が安定化されると共に、発振波長を狭帯域
化できる優れた波長安定化半導体レーザを実現できるも
のである。

【００５４】また、第４の発明によれば、本発明の第１
の波長安定化半導体レーザから出射したレーザ光を信号
記録面に集光する集光レンズと前記信号記録面から反射
するレーザ光を分岐するビームスプリッターと前記ビー
ムスプリッターにより分岐されたレーザ光を光検出器に
集光する検出光学系とを設けることにより、光学素子の
波長分散による色収差の発生を防止することができる優
れた光ピックアップを実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における波長安定化
半導体レーザの構成を示す図

【図２】本発明の第１の実施の形態における波長安定化
半導体レーザを構成する透過形回折光学レンズの概略形
状を示す図

【図３】本発明の第１の実施の形態における波長安定化
半導体レーザを構成する透過形回折光学レンズの設計原
理を示す図

【図４】本発明の第２の実施の形態における波長安定化
半導体レーザの構成を示す図

【図５】本発明の第２の実施の形態における波長安定化
半導体レーザを構成する透過形回折光学レンズの概略形
状を示す図

【図６】本発明の第３の実施の形態における波長安定化
半導体レーザの構成を示す図

【図７】本発明の第４の実施の形態における波長安定化
半導体レーザの構成を示す図

【図８】本発明の第５の実施の形態における波長安定化
半導体レーザの構成を示す図

【図９】本発明の第６の実施の形態における波長可変半
導体レーザの構成を示す図

【図１０】本発明の第７の実施の形態における波長安定
化半導体レーザの構成を示す図

【図１１】本発明の第７の実施の形態における波長安定
化半導体レーザを構成する透過形回折光学レンズの概略
形状を示す図

【図１２】本発明の第８の実施の形態における光ピック
アップの構成を示す図

【図１３】本発明の第８の実施の形態における光ピック
アップを構成する透明基板の平面図

【図１４】従来の波長安定化半導体レーザの構成を示す
図

【図１５】従来の回折光学レンズを用いた波長安定化半
導体レーザの構成を示す図

【符号の説明】

１半導体レーザ２放射光３透過形回折光学レンズ４透明基板５部分反射膜６平行光７ステム８リッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｓ 3/18 Ｈ０１Ｓ 3/18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体レーザと、前記半導体レーザの活性
層の片方の端面から放射する放射光の光路内に設けられ
た回折光学レンズと、前記回折光学レンズにより回折さ
れた回折光の光路内に設けられた反射体とからなる波長
安定化半導体レーザであって、前記回折光学レンズの焦平面内に前記半導体レーザの放
射光の出射位置を配置すると共に、前記反射体により前
記回折光の少なくとも一部を１８０゜反転させ、前記回
折光学レンズにより前記半導体レーザの活性層端面に戻
すことを特徴とする波長安定化半導体レーザ。
【請求項２】回折光学レンズを形成する回折格子が曲率
半径と中心の異なる楕円群の一部で構成されていること
を特徴とする請求項１記載の波長安定化半導体レーザ。
【請求項３】回折光学レンズが透過形回折光学レンズで
あることを特徴とする請求項１記載の波長安定化半導体
レーザ。
【請求項４】回折光学レンズが反射形回折光学レンズで
あることを特徴とする請求項１記載の波長安定化半導体
レーザ。
【請求項５】回折光学レンズと前記反射体を一つの透明
基板に一体的に形成したことを特徴とする請求項１記載
の波長安定化半導体レーザ。
【請求項６】透明基板の厚みを前記回折光学レンズの空
気中での焦点距離に前記透明基板の屈折率を乗じた値と
ほぼ等しくしたことを特徴とする請求項４記載の波長安
定化半導体レーザ。
【請求項７】反射体が入射光の一部を反射する部分反射
体であることを特徴とする請求項１記載の波長安定化半
導体レーザ。
【請求項８】回折光学レンズと前記部分反射体を一つの
透明基板に一体的に形成したことを特徴とする請求項７
記載の波長安定化半導体レーザ。
【請求項９】反射体が均一周期の反射形直線回折格子で
あることを特徴とする請求項２記載の波長安定化半導体
レーザ。
【請求項１０】回折光学レンズと前記反射形直線回折格
子を一つの透明基板に一体的に形成したことを特徴とす
る請求項９記載の波長安定化半導体レーザ。
【請求項１１】反射形直線回折格子の均一周期が前記回
折光学レンズの中心周期の２分の１であることを特徴と
する請求項１０記載の波長安定化半導体レーザ。
【請求項１２】半導体レーザと、前記半導体レーザの活
性層の片方の端面から放射する放射光の光路内に設けら
れた回折光学レンズと、前記回折光学レンズにより回折
された回折光の光路内に設けられた反射体と前記回折光
学レンズと前記半導体レーザの距離を変化させる駆動手
段とからなる波長可変半導体レーザであって、前記反射体により前記回折光の少なくとも一部を１８０
゜反転させ、前記回折光学レンズにより前記半導体レー
ザの活性層端面に戻すことを特徴とする波長可変半導体
レーザ。
【請求項１３】半導体レーザと、前記半導体レーザの活
性層の片方の端面から放射する放射光の光路内に設けら
れた反射体と前記反射体により反射された前記放射光の
光路内に設けられた透過形回折光学レンズとからなる波
長安定化半導体レーザであって、前記反射体により反射された前記放射光が前記透過形回
折光学レンズにより前記半導体レーザの活性層端面に戻
されることを特徴とする波長安定化半導体レーザ。
【請求項１４】前記透過形回折光学レンズと前記反射体
を透明基板の両面に一体的に設けたことを特徴とする請
求項１３記載の波長安定化半導体レーザ。
【請求項１５】前記透過形回折光学レンズが周辺部だけ
に回折格子が形成されていることを特徴とする請求項１
３記載の波長安定化半導体レーザ。
【請求項１６】半導体レーザと、前記半導体レーザの活
性層の片方の端面から放射する放射光の光路内に設けら
れた反射体と前記反射体により反射された前記放射光の
光路内に設けられた透過形回折光学レンズと透過形回折
光学レンズと前記透過形回折光学レンズと前記半導体レ
ーザの距離を変化させる駆動手段とからなる波長可変半
導体レーザであって、前記反射体から反射した前記放射光が前記透過形回折光
学レンズにより前記半導体レーザの活性層端面に戻され
ることを特徴とする波長可変半導体レーザ。
【請求項１７】透過形回折光学レンズと反射体を透明基
板の両面に一体的に設けたことを特徴とする請求項１６
記載の波長可変半導体レーザ。
【請求項１８】請求項１記載の波長安定化半導体レーザ
から出射したレーザ光を信号記録面に集光し、信号記録
面から反射するレーザ光を光検出器により検出する光ピ
ックアップ。
【請求項１９】波長安定化半導体レーザから出射したレ
ーザ光を集光する集光レンズと前記信号記録面から反射
するレーザ光を分岐するビームスプリッターと前記ビー
ムスプリッターにより分岐されたレーザ光を前記光検出
器に照射する検出光学系とからなる請求項１８記載の光
ピックアップ。
【請求項２０】集光レンズとビームスプリッターと検出
光学系の少なくとも一つが回折光学素子であることを特
徴とする請求項１９記載の光ピックアップ。