JPH11513198A - ホログラムを使用した光学的エミッタのための光学的フィードバックを提供する装置、方法、バーコード・スキャナおよび光学的記憶ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は光学的パッケージのための光学的フィードバックを提供する装置（２００，３００）および方法（１００）を提供する。前記装置は、電気的入力電流に応答して光のビームを発生する光学的エミッタ、部分的に反射性のホログラフィ光学的エレメント／リフレクタであって、前記ビームの第１の所定の部分が前記部分的に反射性のホログラフィ光学的エレメント／リフレクタから出射しかつ前記ビームの第２の所定の部分が光学的検知ユニットへと回折できるよう構成されたもの、そして前記ビームの第２の所定の部分を受けるよう構成され、前記ビームの第２の所定の部分の受信された光学的パワーに基づき前記光学的エミッタへの電気的入力電流を調整するためのフィードバックを発生する光学的検知ユニットを含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】 ホログラムを使用した光学的エミッタのための 光学的フィードバックを提供する装置、方法、 バーコード・スキャナおよび光学的記憶ユニット 発明の分野 本発明は光学的エミッタまたは放射器を必要とする用途のための光学的フィー ドバックを提供することに関し、かつより特定的には、フィードバック機構とし てホログラムを使用することに関する。 発明の背景 本発明は、一般的には縦型空洞表面放射レーザ（ｖｅｒｔｉｃａｌ ｃａｖｉ ｔｙ ｓｕｒｆａｃｅ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｌａｓｅｒ：ＶＣＳＥＬ）に関する 。 ＶＣＳＥＬは半導体レーザダイオードであり、レーザ発振および光学的放射が ｐｎ接合面に垂直な方向で発生するものである。この装置はより一般的に使用さ れるエッジ放射レーザダイオードと比較した場合に有利な数多くの特性を有する 。これらの特性は、低い光ビーム発散、円形の光出力、および単一縦モード（ｓ ｉｎｇｌｅ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｍｏｄｅ）動作を含む。さらに、ＶＣ ＳＥＬ装置は個々の装置のウエハーレベルの試験を可能にする 方法で製造される。これらの特性はＶＣＳＥＬを光学的データ記憶装置、データ 通信およびレーザ・スキャナのような用途において魅力的なものとしている。 半導体レーザを使用する大部分のシステムにおいては、光学的出力パワーの動 的安定化および制御が必要である。エッジ放射レーザダイオードにおいては、こ れは通常レーザダイオードによって放射される光の一部、すなわち、バイアス制 御のためにレーザダイオードの後部ミラーから放射される光を使用して、レーザ ダイオードによって放射される光の強度に比例する光電流（ｐｈｏｔｏｃｕｒｒ ｅｎｔ）を生成する光学的フォトディテクタを照明できるようにすることによっ て達成される。この光学的に発生される光電流は次にレーザのバイアス電流を制 御するフィードバック回路をドライブする。しかしながら、ＶＣＳＥＬの構造の ため、後部ミラーから放射される光はＧａＡｓ基板に吸収される。従って、後部 ミラーから放射される光を使用するシステムはバイアス制御のためには利用でき ない。 頭部または底部ミラーからのレーザ光を検出するためにフォトディテクタをモ ノリシック集積することが試みられてきている。「縦型空洞表面放射レーザを備 えたフォトディテクタのモノリシック集積」、ジー・ハスネイン（Ｇ．Ｈａｓｎ ａｉｎ）他、「エレクトロニック・レターズ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｌｅｔｔ ｅｒｓ）」、Ｖｏｌ．２７，Ｎｏ．１８、１９９１年８月２９日、ｐｐ．１６３ ０−１ ６３２を参照。この構成は、魅力的ではあるが、複雑でありかつ製造するのが非 常にコストがかかる。横型検出器の集積もまた提案されており、「縦型空洞表面 放射レーザのためのフィードバック機構」、エンド・タバタイエ（Ｅｎｄ Ｔａ ｂａｔａｔａｉｅ）、米国特許第５，２８５，４６６号を参照。この技術はレー ザからの自然発生的な（ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ）光の放射を検出するのみであ るという制限を有する。これは結果としてＶＣＳＥＬの総合の光学的パワーに比 例しない光電流を生じることになる。 従って、光学的エミッタのための自動的な光学的フィードバックを効率的に提 供する光学的パッケージのための装置および方法が必要である。 図面の簡単な説明 図１は、本発明に係わる方法の１実施形態に係わるステップのグラフ表現であ る。 図２は、本発明に係わる装置の１実施形態を示すフローチャートである。 図３は、本発明に係わる装置の１実施形態の概略的表現である。 好ましい実施形態の詳細な説明 本発明は光学的エミッタのための自動パワー制御のためのフィードバック機構 を提供し、従って光学的エミッタの ための電気的入力電流の自動的調整を可能にする。この方法は半導体レーザダイ オードのパワー安定性を改善する。 前記フィードバック機構の利用はホログラフィ光学的エレメントを含むパッケ ージ全体が大きな機械的変更なしに光学的エミッタに適合するという利点を与え る。フィードバック電流は、反射パワーがホログラフィ光学的エレメントの設計 によって決定されるため、ホログラフィ光学的エレメントの回折効率（ｄｉｆｆ ｒａｃｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）によって制御できる。前記設計はイン デクス変調振幅（ｉｎｄｅｘ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）、 厚さ、およびホログラフィ膜の格子構造（ｇｒａｔｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ）を含む。 さらに、ホログラフィ光学的エレメントを使用することは光学的検知エレメン トに送られるビームのサイズを制御できるようにし、従って従来技術によって可 能であったものよりもより小型の検出器を選択できるようにする。 本発明はＶＣＳＥＬの頭部面から放射される光の所定の部分を別個の隣接する フォトディテクタに導くためにホログラムを使用する。従って、結果として得ら れる光電流はＶＣＳＥＬの総合光学的パワーに比例する。さらに、前記ホログラ ムは総合光学的出力パワーの所定の割合を反射するよう設計できる。ホログラム を使用することはまた光学的検知エレメント上の照明の領域を低減するために使 用できる。これは結果として必要なフォトディテクタの寸法の 低減につながる。 図１の数字１００は、本発明に係わる方法の１実施形態の各ステップのグラフ 表現である。該方法は光学的パッケージのための光学的フィードバックを提供す る。該方法は、Ａ）電気的入力電流１０２に応じて光学的エミッタを使用して光 のビームを発生する段階、Ｂ）前記ビームの第１の所定の部分を、部分的に反射 性のホログラフィ光学的エレメント／リフレクタを使用して、前記部分的に反射 性のホログラフィ光学的エレメント／リフレクタから出射し（ｅｘｉｔ）かつ前 記ビームの第２の所定の部分を光学的検知ユニット１０４へと回折または屈折す るよう導く段階、Ｃ）前記ビームの第２の所定の部分を受けるよう配置された光 学的検知ユニットを使用して前記ビームの第２の所定の部分の受信した光学的パ ワーに基づき前記光学的エミッタへの電気的入力電流を調整するためのフィード バックを発生する段階を含む。 前記部分的に反射性のホログラフィ光学的エレメント／リフレクタは、Ａ）ホ ログラフィ膜に記録された部分的に反射性の体積ホログラフィ光学的エレメント （ｖｏｌｕｍｅ ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ） 、Ｂ）部分的に反射性の体積ホログラフィ光学的エレメント以外の回折光学的エ レメント、およびＣ）所定の角度で傾斜した部分的に反射性の面、の１つとなる よう選択できる。前記光学的エミッタは典型的には、Ａ）エッ ジ放射レーザ、Ｂ）縦型空洞表面放射レーザ、およびＣ）発光ダイオードの１つ である。前記光学的検知ユニットは一般に少なくともフォトディテクタである。 図２の数字２００は、本発明に係わる装置の１実施形態を示すフローチャート である。光学的パッケージのための装置は光学的フィードバックを提供しかつ光 学的エミッタ２０２、部分的に反射性のホログラフィ光学的エレメントまたはリ フレクタ２０４、および光学的検知ユニット２０６を含む。光学的エミッタ２０ ２は電気的入力電流に応答し、かつ光のビームを発生する。前記部分的に反射性 のホログラフィ光学的エレメント／リフレクタ２０４は前記ビームの第１の所定 の部分が前記部分的に反射性のホログラフィ光学的エレメント／リフレクタから 出射しかつ前記ビームの第２の所定の部分が光学的検知ユニット２０６へと回折 または屈折するようにする。前記光学的検知ユニット２０６は前記ビームの第２ の所定の部分を受け、前記ビームの第２の所定の部分の受信した光学的パワーに 基づき前記光学的エミッタへの電気的入力電流を調整するよう構成されている。 一般に、前記光学的検知ユニット２０６は電流制御ユニット２０８へ前記フィー ドバック電流を提供し、該電流制御ユニット２０８は電気的入力電流を光学的エ ミッタ２０２へと入力する。 前記方法の場合と同様に、上記部分的に反射性のホログラフィ光学的エレメン ト／リフレクタ２０２は典型的には、 Ａ）ホログラフィ膜において記録された部分的に反射性の体積ホログラフィ光学 的エレメント、Ｂ）部分的に反射性の体積ホログラフィ光学的エレメント以外の 回折または屈折光学的エレメント、およびＣ）所定の角度で傾斜した部分的に反 射性の面の内の１つである。前記光学的エミッタ２０４は一般に、Λ）エッジ放 射レーザ、Ｂ）縦型空洞表面放射レーザ、およびＣ）発光ダイオードの内の１つ である。前記光学的検知ユニット２０６としてフォトディテクタがしばしば使用 される。 光学的記憶ユニットは本発明の装置を利用することができる。典型的な光学的 記憶ユニットは、コンパクトディスクプレーヤ、デジタルビデオディスクプレー ヤ、コンパクトディスク・リードオンリメモリドライブ、磁気光学的ディスクド ライブ、およびレーザディスクプレーヤである。 図３の数字３００は、本発明に係わる装置の１実施形態の概略表現である。こ の実施形態では、前記装置は典型的には光学的エミッタ３０２および部分的に反 射性のホログラフィ光学的エレメントまたはリフレクタ３０４を有する封入され たまたは囲まれたユニット（ｅｎｃｌｏｓｅｄｕｎｉｔ）であり、前記部分的に 反射性のホログラフィ光学的エレメントまたはリフレクタ３０４は前記レーザビ ームを光学的検知ユニット３０６へ部分的に反射しかつ前記レーザビームの他の 所定の部分を前記封入されたユニットの外側へ伝達できるようにする。 本発明はその精神または本質的な特性から離れることなく他の特定の形式で実 施することができる。説明された実施形態は例示的なものにすぎず決して制限的 なものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は、従って、前の説明より はむしろ添付の請求の範囲によって示される。該請求の範囲の意味および等価な 範囲内にあるすべての変更はそれらの範囲内に含まれるべきである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジャン・ウェンビン アメリカ合衆国アリゾナ州 85044、フェ ニックス、イースト・ゴールド・ポピー・ ウェイ 4407 (72)発明者 レビー・マイケル アメリカ合衆国アリゾナ州 85219、アパ ッチ、ジャンクション、ノース・ラバージ 30 (72)発明者 ラリー・ダニエル エム アメリカ合衆国イリノイ州 60195、ホフ マン・エステイツ、ウィンストン・ドライ ブ 3754 (72)発明者 モリクニ・ジェームズ ジェイ アメリカ合衆国イリノイ州 60195、シャ ンバーグ、クリスティン・サークル 75 ＃421 (72)発明者 ウィアット・カール アメリカ合衆国イリノイ州 60013、ケア リー、ミルフォード・ストリート 920

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．光学的フィードバックを提供するための光学的パッケージのための装置で あって、 １Ａ）電気的入力電流に応じて、光のビームを発生するための光学的エミッタ 、 １Ｂ）部分的に反射性のホログラフィ光学的エレメント／リフレクタであって 、該部分的に反射性のホログラフィ光学的エレメント／リフレクタは前記ビーム の第１の部分が前記部分的に反射性のホログラフィ光学的エレメント／リフレク タから出射しかつ前記ビームの第２の所定の部分が光学的検知ユニットへと回折 できるよう構成されているもの、 １Ｃ）前記ビームの前記第２の所定の部分を受け、前記ビームの第２の所定の 部分の受信した光学的パワーに基づき前記光学的エミッタへの電気的入力電流を 調整するためのフィードバックを発生する光学的検知ユニット、 を具備する、光学的フィードバックを提供するための光学的パッケージのため の装置。 ２．以下の２Ａ〜２Ｃ、すなわち、 ２Ａ）前記部分的に反射性のホログラフィ光学的エレメント／リフレクタは以 下の２Ａ１〜２Ａ３、すなわち、 ２Ａ１）ホログラフィ膜に記録された部分的に反射性の体積ホログラフィ 光学的エレメント、 ２Ａ２）部分的に反射性の体積ホログラフィ光学的エレメント以外の回折 光学的エレメント、そして ２Ａ３）所定の角度で傾斜した部分的に反射する面、の内の１つに該当す ること、 ２Ｂ）前記光学的エミッタは以下の２Ｂ１〜２Ｂ３、すなわち、 ２Ｂ１）エッジ放射レーザ ２Ｂ２）縦型空洞表面放射レーザ、そして ２Ｂ３）発光ダイオード、 の内の１つであること、そして ２Ｃ）前記光学的検知ユニットは少なくともフォトディテクタであること、 の内の少なくとも１つに該当する、請求項１に記載の装置。 ３．光学的パッケージにおける縦型空洞表面放射レーザのための自動パワー制 御のために光学的フィードバックを提供する装置であって、 ３Ａ）電気的電流に応じて、光のビームを発生するための光学的エミッタ、 ３Ｂ）前記ビームの第１の所定の部分が前記光学的パッケージから出射しかつ 前記ビームの第２の所定の部分がフォトディテクタへと回折できるよう構成され た部分的に反射性のホログラフィ光学的エレメント、 ３Ｃ）前記ビームの第２の所定の部分を受け、前記ビー ムの前記第２の所定の部分の受信した光学的パワーに基づきフィードバック電流 を発生するための前記フォトディテクタ、 を具備する、光学的パッケージにおける縦型空洞表面放射レーザのための自動 的パワー制御のために光学的フィードバックを提供する装置。 ４．光学的パッケージのための光学的フィードバックを提供する方法であって 、 ４Ａ）電気的入力電流に応じて光学的エミッタを使用して光のビームを発生す る段階、 ４Ｂ）部分的に反射性のホログラフィ光学的エレメント／リフレクタを使用し て、前記ビームの第１の所定の部分を前記部分的に反射性のホログラフィ光学的 エレメント／リフレクタから出射しかつ前記ビームの第２の所定の部分が光学的 検知ユニットへと回折するように導く段階、 ４Ｃ）前記ビームの第２の所定の部分を受けるよう配置された光学的検知ユニ ットを使用して前記ビームの第２の所定の部分の受信した光学的パワーに基づき 前記光学的エミッタへの電気的入力電流を調整するためにフィードバックを発生 する段階、 を具備する、光学的パッケージのために光学的フィードバックを提供する方法 。 ５．以下の５Ａ〜５Ｃ、すなわち、 ５Ａ）前記部分的に反射性のホログラフィ光学的エレメ ント／リフレクタは、以下の５Ａ１〜５Ａ３、すなわち、 ５Ａ１）ホログラフィ膜において記録された部分的に反射性の体積ホログ ラフィ光学的エレメント、 ５Ａ２）部分的に反射性の体積ホログラフィ光学的エレメント以外の回折 光学的エレメント、そして ５Ａ３）所定の角度で傾斜した部分的に反射する面、の内の１つに該当す ること、 ５Ｂ）前記光学的エミッタは、以下の５Ｂ１〜５Ｂ３、 すなわち、 ５Ｂ１）エッジ放射レーザ、 ５Ｂ２）縦型空洞表面放射レーザ、そして ５Ｂ３）発光ダイオード、 の内の１つであること、そして ５Ｃ）前記光学的検知ユニットは少なくともフォトディテクタであること、 の内の少なくとも１つに該当する、請求項４に記載の方法。 ６．光学的パッケージにおける縦型空洞表面放射レーザのための自動的パワー 制御のために光学的フィードバックを提供する方法であって、 ６Ａ）電気的入力電流に応じて光学的エミッタを使用して光のビームを発生す る段階、 ６Ｂ）部分的に反射性のホログラフィ光学的エレメントを使用して、前記ビー ムの第１の所定の部分を前記部分的 に反射性のホログラフィ光学的エレメントから出射しかつ前記ビームの第２の所 定の部分がフォトディテクタへと回折するように導く段階、 ６Ｃ）前記ビームの第２の所定の部分を受けるよう配置されたフォトディテク タを使用して前記ビームの第２の所定の部分の受信した光学的パワーに基づき前 記光学的エミッタへの電気的入力電流を調整するためにフィードバックを発生す る段階、 を具備する、光学的パッケージにおける縦型空洞表面放射レーザのための自動 的パワー制御のために光学的フィードバックを提供する方法。 ７．光学的フィードバックを提供するための光学的パッケージのための装置で あって、 ７Ａ）電気的入力電流に応じて、光のビームを発生するための光学的エミッタ 、 ７Ｂ）前記ビームの第１の所定の部分が前記部分的に反射性のホログラフィ光 学的エレメント／リフレクタから出射しかつ前記ビームの第２の所定の部分が光 学的検知ユニットへと回折できるよう構成された部分的に反射性のホログラフィ 光学的エレメント／リフレクタ、 ７Ｃ）前記ビームの第２の所定の部分を受け、前記ビームの前記第２の所定の 部分の受信した光学的パワーに基づき前記光学的エミッタへの電気的入力電流を 調整するためのフィードバック電流を発生するための前記光学的検知ユ ニット、 を具備する、光学的フィードバックを提供するための光学的パッケージのため の装置。 ８．光学的フィードバックを提供するために光学的パッケージのための装置を 有するバーコード・スキャナであって、 ８Ａ）電気的入力電流に応じて、光のビームを発生するための光学的エミッタ 、 ８Ｂ）前記ビームの第１の所定の部分が前記部分的に反射性のホログラフィ光 学的エレメント／リフレクタから出射しかつ前記ビームの第２の所定の部分が光 学的検知ユニットへと回折できるよう構成された部分的に反射性のホログラフィ 光学的エレメント／リフレクタ、 ８Ｃ）前記ビームの第２の所定の部分を受け、前記ビームの前記第２の所定の 部分の受信した光学的パワーに基づき前記光学的エミッタへの電気的入力電流を 調整するためのフィードバック電流を発生するための前記光学的検知ユニット、 を具備する、光学的フィードバックを提供するために光学的パッケージのため の装置を有するバーコード・スキャナ。 ９．光学的フィードバックを提供するために光学的パッケージのための装置を 有する光学的通信リンクであって、 ９Ａ）電気的入力電流に応じて、光のビームを発生する ための光学的エミッタ、 ９Ｂ）前記ビームの第１の所定の部分が前記部分的に反射性のホログラフィ光 学的エレメント／リフレクタから出射しかつ前記ビームの第２の所定の部分が光 学的検知ユニットへと回折できるよう構成された部分的に反射性のホログラフィ 光学的エレメント／リフレクタ、 ９Ｃ）前記ビームの第２の所定の部分を受け、前記ビームの前記第２の所定の 部分の受信した光学的パワーに基づき前記光学的エミッタへの電気的入力電流を 調整するためのフィードバック電流を発生するための前記光学的検知ユニット、 を具備する、光学的フィードバックを提供するために光学的パッケージのため の装置を有するバーコード・スキャナ。 １０．光学的フィードバックを提供するために光学的パッケージのための装置 を有する光学的記憶ユニットであって、 １０Ａ）電気的入力電流に応じて、光のビームを発生するための光学的エミッ タ、 １０Ｂ）部分的に反射性のホログラフィ光学的エレメント／リフレクタであっ て、該部分的に反射性のホログラフィ光学的エレメント／リフレクタは前記ビー ムの第１の所定の部分が前記部分的に反射性のホログラフィ光学的エレメント／ リフレクタから出射しかつ前記ビームの第２の所 定の部分が光学的検知ユニットへと回折できるよう構成されているもの、 １０Ｃ）前記ビームの第２の所定の部分を受け、前記ビームの第２の所定の部 分の受信された光学的パワーに基づき前記光学的エミッタへの電気的入力電流を 調整するためにフィードバックを発生するよう構成された光学的検知ユニット、 を具備し、選択された場合には、 １０Ｄ）前記光学的記憶ユニットは以下の１０Ｄ１〜１０Ｄ５、すなわち、 １０Ｄ１）コンパクトディスクプレーヤ、 １０Ｄ２）デジタルビデオディスクプレーヤ、 １０Ｄ３）コンパクトディスク・リードオンリメモリドライブ、 １０Ｄ４）磁気光学的ディスクドライブ、そして １０Ｄ５）レーザディスクプレーヤ、 の内の１つである、 光学的フィードバックを提供するために光学的パッケージのための装置を有す る光学的記憶ユニット。