JPH1144824A - 光プローブと光ディスク装置および光プローブの製造方法 - Google Patents

光プローブと光ディスク装置および光プローブの製造方法

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JPH1144824A
JPH1144824A JP9200635A JP20063597A JPH1144824A JP H1144824 A JPH1144824 A JP H1144824A JP 9200635 A JP9200635 A JP 9200635A JP 20063597 A JP20063597 A JP 20063597A JP H1144824 A JPH1144824 A JP H1144824A
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JP
Japan
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optical
wavelength
optical probe
probe
width
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JP9200635A
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English (en)
Inventor
Kazuhisa Yamamoto
和久 山本
Makoto Kato
誠 加藤
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】平面型光導波路を伝搬するビームの出射部分に
おいて、前記ビームが伝搬する光導波路の幅および厚み
が、空気中での前記ビームの波長以下であることによ
り、量産化可能でかつ集光性の良い光プローブと光ディ
スク装置および光プローブの製造方法を提供する。 【解決手段】サファイア基板1上にエピタキシャル成長
で形成した強誘電体材料のLiNbO3膜2に、入射部24
と、出射部25を設け、光プローブとする。平面型導波
路を伝搬するビームが幅、厚み方向それぞれ空気中の波
長より小さくなっており、このビームが出射部より放射
される。平板タイプの光導波路に微小な光スポットを形
成できるため、半導体プロセスを用いて再現性、コスト
に優れた光プローブが構成でき、これを用いた光ディス
ク装置では高密度化、量産化が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、コヒーレント光を
利用する光情報処理分野、または光応用計測制御分野に
使用する光プローブ、さらにそれを用いた光ディスク装
置、および光プローブの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】光ファイバーの先端を加工して細くし、
光プローブにして回折限界以下のスポットが得られるこ
とが知られている。
【0003】図7(a)(b)に従来の光プローブとして光フ
ァイバ40を基本とした構成図を示す。図7(a)は従来
の光プローブの断面図、(b)は同斜視図である。光ファ
イバ40のコア41の先端が先鋭化加工されている。そ
の製造方法としては、光ファイバの先端をウエットエッ
チングした後、プラセオジム(Pr)を約300nmの厚さ
に蒸着し、先端をフォーカスイオンビーム加工装置を用
いて穴あけを行う。このようにして直径約60nmの光プロ
ーブが形成される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような光ファイバーを用いた光プローブでは、以下の問
題がある。第1に、1本ずつウエットエッチングで形成
するため、光ファイバ先端の形状に再現性がなく大きさ
をコントロールすることができない。また、Prに穴を
空けるため、フォーカスイオンビーム加工装置の真空系
に光ファイバを入れ、1本1本穴あけをする必要があ
り、再現性に問題があるだけでなく、量産化が困難であ
った。
【0005】本発明は、前記従来の問題を解決するた
め、光プローブに新たな工夫を加えることにより、再現
性、量産性、低コスト化に好適な光プローブと光ディス
ク装置および光プローブの製造方法を提供することを目
的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の第1番目の光プローブは、平面型光導波路
を伝搬するビームの出射部分において、前記ビームが伝
搬する光導波路の幅および厚みが、空気中での前記ビー
ムの波長以下であることを特徴とする。前記ビームの波
長としては、300nm〜900nmが実用的に好まし
い。
【0007】次に本発明の第2番目の光プローブは、出
射部を持つ平面光導波路を伝搬するビームが前記出射部
に向かい順次幅を細め、前記ビームの幅および厚みが空
気中での波長以下で放射されることを特徴とする。
【0008】次に本発明の第3番目の光プローブは、光
導波路中に入射した基本波を高調波に変換する光波長変
換部と、高調波の出射部を有し、前記高調波の幅および
厚みが空気中での波長以下で放射されることを特徴とす
る。
【0009】前記本発明の第1〜3番目の光プローブに
おいては、光導波路が光機能性膜により構成されている
ことが好ましい。また前記光プローブにおいては、光導
波路の光の屈折率が2以上で、かつ光導波路の幅および
厚みが空気中の波長の半分以下のビームの波長であるこ
とが好ましい。前記においては、光導波路の光の屈折率
が2以上4以下が実用的に好ましい。
【0010】また前記光プローブにおいては、波長が43
0nm 以下のレーザ光が出力されることが好ましい。前記
においては、300nm〜430nmの範囲がとくに好
ましい。
【0011】また前記光プローブにおいては、基板とし
て、LiNbxTa1-xO3 (0≦x≦1)基板を用いたことが好まし
い。また前記光プローブにおいては、基本波と高調波の
主として導波する光導波路が、異なった導波路であるこ
とが好ましい。
【0012】次に本発明の光ディスク装置は、幅および
厚みが空気中での波長以下であるレーザ光を放射する平
面型光導波路からなる光プローブと、検出系と、光ディ
スク媒体とを含むという構成を備えたものである。
【0013】前記光ディスク装置においては、光プロー
ブのニア・フィールド領域で光ディスク媒体に記録また
は再生することが好ましい。前記光ディスク装置におい
ては、光プローブと光ディスク媒体の距離が50nm以下で
あることが好ましい。
【0014】前記光ディスク装置においては、波長が43
0nm 以下のレーザ光を光プローブより出力することが好
ましい。次に本発明の光プローブの製造方法は、基板上
にLiNbxTa1-xO3 (0≦x≦1)をエピタキシャル成長した
後、マスクを用いてエッチングを行い、出射部分におい
て伝搬するビームの幅および厚みが空気中での波長以下
となる平面型光導波路を形成するという構成を備えたも
のである。
【0015】本発明の光プローブは、上記手段により、
半導体プロセスを基本として製造できる平面型光導波路
を採用しておりため、再現性良く、大量生産が可能で低
コスト化も可能である。
【0016】
【発明の実施の形態】
(第1の実施の形態)本発明の光プローブの第1の実施
の形態を図1を用いて説明する。本発明では平面型の光
導波路を基本としている。屈折率が大きな材料を光導波
路部分に用い、基板は屈折率の小さなものにすること
で、屈折率差を大きく付け、空気中の波長に比べて極め
て小さいビームを実現するものである。図1で、2は強
誘電体材料であるLiNbO3膜で構成された光導波路であ
る。このLiNbO3膜はサファイア基板1上にエピタキシャ
ル成長で形成されている。サファイアの屈折率は1.
7、LiNbO3の屈折率は2.2である。光導波路の厚みは
約50nmである。導波路の幅は約100nmであり、この中を
波長400nmのビームが伝搬する。NFP(Near Field Patte
rn:ニア・フィールドパターン)としてはほぼ厚み方向
50nm、幅方向100nmであり、波長に比べ遥かに小さかっ
た。そのため100nm以下のニア・フィールド領域まで近
接させて使用することで光プローブの働きをする。この
ニア・フィールド領域では光の広がりは小さいからであ
る。24は入射部、25は出射部である。
【0017】本実施の形態の光プローブの製造方法を図
2(a)〜(c)に示す。図2(a)〜(c)は進行方向に垂直に切
断した断面図である。図2(a)でサファイア基板1上に
液相エピタキシャル成長にてLiNbO3膜2aを形成する。次
に図2(b)で通常のフォトプロセスでマスクとなるTaパ
ターン膜を形成する。6はこのようにして形成されたLi
NbO3基板1の+Z面上に形成された保護マスクとなるTa
膜で、Taの膜厚300nmである。次に図2(c)でTa膜6を
マスクとしてイオンビームエッチングを行い、LiNbO3
導波路2を形成する。最後にレーザ光の入射面および出
射面を光学研磨により形成し光プローブができる。それ
ぞれは切断により切り離される。3インチウエハーから
1万個の光プローブが形成でき、ばらつきも少なく量産
性がある。
【0018】このように屈折率2以上の材料を光導波路
にすることで閉じこめ良いビームを得ることができる。 (第2の実施の形態)次に第2の実施の形態について説
明する。この実施の形態の光プローブは光を多く取り込
むためテーパ状にしている。図3に幅テーパを形成した
光プローブの上面図を示す。基板1にはサファイア、光
導波路2にはGaNを用いた。出射部25に向かって順
次光導波路2の幅が細くなっており、出射部のNFPは40n
m、80nmであった。テーパの入口部分の幅は2000nmであ
った。これにより50倍の光を取り込むことができた。
【0019】(第3の実施の形態)次に第3の実施の形
態の光プローブについて説明する。光波長変換素子を光
プローブに集積化したデバイスとして図4に示す光プロ
ーブがある。光波長変換部30は半導体レーザ等のレー
ザ光を半分の波長に変換する部分である。ここでは、Li
TaO3基板1中にプロトン交換光導波路2bを形成した。
2はZnSによる光導波路である。基本波P1が光導波路
2b内で高調波P2へと波長変換される。高調波P2は
終端の幅が狭く、厚みの薄いプローブ部31より取り出
される。NFPとしては厚み60nm、幅200nmであった。
【0020】ここで基本波に対し高調波のみモードを閉
じこめられる原理を図を用いて説明する。図5は波長変
換部30の中心で切った断面図である。また同図に厚み
方向のモードのプロファイルを示す。基本波は波長が大
きくモードがZnS膜には閉じこもらないが、高調波P2
の波長は基本波P1の半分程度であり、ZnS膜に閉じこ
めることが可能である。つまり、基本波は主体がプロト
ン交換光導波路2bを伝搬し、高調波はZnS光導波路2
を伝搬することとなる。これにより、光を多く取り込
み、出射部では強く閉じこめることができる。1aはLi
NbO3基板である。
【0021】(第4の実施の形態)次に第4の実施例と
して本発明の光ディスク装置について図6を使って説明
する。ここでは光プローブ35として実施例1のLiNbO3
光導波路を用いた光ディスク装置を構成している。この
光ディスク装置はレーザ光を出力する光プローブと、光
学系と、光ディスク媒体36と検出系を少なくとも備え
ている。37はレンズ、38は検出器である。図6は本
実施例の光ディスク装置の光学系の一部である。光プロ
ーブ35からでたビームは直接光ディスクに書き込まれ
る。光プローブ35と光ディスク媒体36の間隔39は
50nmである。
【0022】青色レーザ光P0(波長420nm)の出力は
10mWであり、ピットを有する記録面30を持つ光デ
ィスク媒体36にピットを高精度で書き込むことができ
る。また、再生も可能である。記録できたマークは40nm
×80nmであり、記録容量としては、12cm光ディスク
で0.1TBに相当する。
【0023】なお、光プローブに光導波路を3本作り、
中心をメインビームに加えてトラッキング用として両側
をサブビームにすると効果的である。これは従来の光フ
ァイバーでは不可能である。
【0024】なお、波長430nm以下のレーザ光に対して
は光波長変換素子と組み合わせることができ特に有効に
作用する。また実施例ではLiNbO3またはLiTaO3基板を用
いたが両方の中間体であるLiNbxTa1-xO3(0≦x≦1)基
板であっても光機能性膜として優れている。光機能性膜
を用いることにより、波長変換、光偏向、光変調と組み
合わせを用いることができる。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明の光素子形成
方法によれば、平板型の光導波路に微小な光スポットを
形成できるため、半導体プロセスを用いて再現性、コス
トに優れた光プローブが構成できるため、容易に量産化
が可能である。また、基板および光導波路の材料を任意
に選ぶことで所望屈折率を実現し、これによりビーム
幅、厚みを自由に設定できる。また、光機能性膜を光導
波路にすることで他のデバイスとの集積化が可能とな
る。光波長変換素子だけでなく、光偏向素子、機能性レ
ンズとも集積でき、量産化も可能である。またこれを用
いた光ディスク装置では高密度化、量産化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施の形態の光プローブの断
面図である。
【図2】 本発明の第1の実施の形態の光プローブの製
造系の断面図
【図3】 本発明の第2の実施の形態の光プローブの上
面図である。
【図4】 本発明の第3の実施の形態の光プローブの斜
視図である。
【図5】 本発明の第3の実施の形態の光プローブの原
理説明図である。
【図6】 本発明の第4の実施の形態の光ディスク装置
の構成断面図である。
【図7】 従来の方法により製造された光プローブであ
る。
【符号の説明】
1 サファイア 1a LiTaO3基板 2 光導波路 3 分極反転層 6 Ta膜 24 入射部 25 出射部 30 記録面 35 光プローブ 36 光ディスク媒体 37 レンズ 38 検出器 P1 基本波 P2 高調波

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 平面型光導波路を伝搬するビームの出射
    部分において、前記ビームが伝搬する光導波路の幅およ
    び厚みが、空気中での前記ビームの波長以下であること
    を特徴とする光プローブ。
  2. 【請求項2】 出射部を持つ平面光導波路を伝搬するビ
    ームが前記出射部に向かい順次幅を細め、前記ビームの
    幅および厚みが空気中での波長以下で放射されることを
    特徴とする光プローブ。
  3. 【請求項3】 光導波路中に入射した基本波を高調波に
    変換する光波長変換部と、高調波の出射部を有し、前記
    高調波の幅および厚みが空気中での波長以下で放射され
    ることを特徴とする光プローブ。
  4. 【請求項4】 光導波路が光機能性膜により構成されて
    いる請求項1〜3のいずれかに記載の光プローブ。
  5. 【請求項5】 光導波路の光の屈折率が2以上で、かつ
    光導波路の幅および厚みが空気中のビムの波長の半分以
    下である請求項1〜3のいずれかに記載の光プローブ。
  6. 【請求項6】 波長が430nm 以下のレーザ光が出力され
    る請求項1〜3のいずれかに記載の光プローブ。
  7. 【請求項7】 基板として、LiNbxTa1-xO3 (0≦x≦1)基
    板を用いた請求項1〜3のいずれかに記載の光プロー
    ブ。
  8. 【請求項8】 基本波と高調波の主として導波する光導
    波路が、異なった導波路である請求項1〜3のいずれか
    に記載の光プローブ。
  9. 【請求項9】 幅および厚みが空気中での波長以下であ
    るレーザ光を放射する平面型光導波路からなる光プロー
    ブと、検出系と、光ディスク媒体とを含んだ光ディスク
    装置。
  10. 【請求項10】 光プローブのニア・フィールド領域で
    光ディスク媒体に記録または再生する請求項9に記載の
    光ディスク装置。
  11. 【請求項11】 光プローブと光ディスク媒体の距離が
    50nm以下である請求項10に記載の光ディスク装置。
  12. 【請求項12】 波長が430nm 以下のレーザ光を光プロ
    ーブより出力する請求項9に記載の光ディスク装置。
  13. 【請求項13】 基板上にLiNbxTa1-xO3 (0≦x≦1)をエ
    ピタキシャル成長した後、マスクを用いてエッチングを
    行い、出射部分において伝搬するビームの幅および厚み
    が空気中での波長以下となる平面型光導波路を形成する
    光プローブの製造方法。
JP9200635A 1997-07-25 1997-07-25 光プローブと光ディスク装置および光プローブの製造方法 Withdrawn JPH1144824A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007310958A (ja) * 2006-05-18 2007-11-29 Konica Minolta Opto Inc 光記録ヘッド及び光記録装置

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