JPS6088903A - 光学素子 - Google Patents

光学素子

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JPS6088903A
JPS6088903A JP59190717A JP19071784A JPS6088903A JP S6088903 A JPS6088903 A JP S6088903A JP 59190717 A JP59190717 A JP 59190717A JP 19071784 A JP19071784 A JP 19071784A JP S6088903 A JPS6088903 A JP S6088903A
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JP
Japan
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thin film
prism
light beam
optical
phase
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JP59190717A
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English (en)
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JPH0139561B2 (ja
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ホルガー・ヨハン・バアシユ
ダグラス・セイモア・グツドマン
フランシス・スチーブン・リユツケ
ロナルド・リー・スダーストロム
エバーハード・アドルフ・スピラー
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International Business Machines Corp
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International Business Machines Corp
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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1365Separate or integrated refractive elements, e.g. wave plates
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/30Polarising elements
    • G02B5/3083Birefringent or phase retarding elements

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optical Head (AREA)
  • Polarising Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明は光学部品、具体的には光学データ記憶システム
に用いる位相遅延素子に関する。
[従来技術] 位相遅延板は光ビームの偏光を変化させる光学系で広く
使用されている。例えば光学データ記憶システムは偏光
ビームを発生するのにレーザを使用している。レーザ源
からのビームは回転ディスク上に案内されている。ディ
スクがら反射され、もしくはディスクを透過するビーム
の強度はディスク上に記録されたデータに従って変化す
る。位相遅延板が光学経路中に置かれ、偏光ビーム分離
器が反射(透過)ビームを検出器がわに偏向するのに使
用されている。データ・1〜ラツクの幅は1ミクロン程
度であるので、光学素子を正確に整列させるのは困難で
ある。この目的のために、光学システムの入射ビーム及
び反射ビームの経路は出来るだけ共通にされている。コ
スト及び信頼性の改善を考慮すると、システム中の素子
は少なけオしば少ない程よい。
最も普通に使用されている位相遅延素子は2つの垂直偏
光ビーム間に90°の位相差を与える複屈折1/4波長
板である。この1/4波長板は直線偏光を円偏光に、又
この逆に変調するのに使用される。レーザ源が異なると
中心波長が異なるのでGaAsレーザ源を使用した光学
データ記憶システムでは1次の1/4波長板が必要にな
る。
[発明が解決しようとする問題点] 1/4波長板の動作は満足すべきものであるが、製造コ
ストが高い。コストを減少するために、高価な複屈折1
次1/4波長板を安い光学素子に置換する試みがなされ
て来た。この様な試みの−っには、薄膜構造体の反射に
より位相シフ1−を得るものがある。この様に薄膜構造
体のコストは1/4波長板よりも安いが、他の複雑さを
招来した。
単一の薄膜の外部反射から得られる最大の位相シフトは
30°以下であるので必要な90°位相シフトを得るた
めには少なく共4回の反射が必要である。互換実施例と
して、内部気体−空気の境界面が使用される時は、少な
く共2回の内部反射が必要とされる。この様な次第でコ
ストが高くなり。
取付けと整列が複雑になり、174波長板に比する長所
が失なわれる。さらに、この2つの偏光手段の反射率は
100%に近い事が要求されるので設計上の自由度が著
しく阻害される。
[問題点を解決するための手段] 本発明の主目的は一回の内部反射で2つの偏光間に90
°の位相シフトを与える薄膜構造体を与える事にある。
本発明に従えば、90°の位相シフトを与えるために光
学経路上の一つの素子の表面に薄膜が与えられた光学デ
ータ記憶システムが与えられる。
本発明に従えば、薄膜位相シフト表面素子と他の素子を
結合する事によって光学データ記憶システム中の光学素
子の数が減少される。
本発明の手段は薄膜構造体によってビーム分離プリズム
の内部の一つの薄膜−ガラス境界面から光ビームを完全
反射させる事を特徴とする。
[実施例] この発明の実施例の理解を助けるため、ここではまず従
来の手法について述べる。
第2図は従来の代表的な光学テータ記憶システムにおけ
る光学経路を示した図である。この様なシステムの詳細
は1982年6月刊Proceedingsof IE
EE、第70巻、第6号、第589−597頁のRob
ert A、Bartoliniの論文“Qptica
lllecording:lIigh−Density
 Information Storageand R
etrieral”に記載されている。半導体レーザ1
及びコリメート・レンズ2はPに偏向され、平行にされ
ているが楕円の断面の光ビーム3を発生する。光ビーム
が適切な角度θでプリズム4上に入射される事によって
円形の断面の光ビーム′がY方向に伝播される。偏光ビ
ーム分離器5はP偏光された光ビームを真直ぐに1/4
波長板6に通過させる。174波長板6は光ビームの偏
光状態を円偏光に変化させる。レンズ7は光ビームを光
学ディスク8の鏡状表面に入射させる。光ビームは同一
の経路に沿ってもと来た路に反射して戻される。1/4
波長板6はここで光ビームの円偏光状態をS偏光状態に
変化させる。次にS偏光された光ビームは偏光ビーム分
離器5の内部表面9でX方向に反射される。プリズム4
、偏光ビーム分離器5及び1/4波長板6の表面は光ビ
ームの入射角及び波長に従って選択された反射防止膜で
被覆されている。
第1図は本発明に従い174波長板6が薄膜位相遅延素
子10によって置換されている光学システムを示してい
る。位相遅延素子10は斜辺に対応する面11が通常の
処理方法によって適切な屈折率及び厚さの材料の薄膜構
造体によって被覆され入射及び出射光ビームに所望の9
0”位相遅延を与えるプリズムであり得る。プリズム1
0は偏光ビーム分離器5に関して光学軸のまわりに45
゜回転されていて、光ビームが2つの成分に分解される
様になっている。入射ビーム3がプリズム10に入射す
る時、プリズム10の面11にある薄膜構造体で完全に
反射され、その偏光が円偏光に変化される。レンズ7が
光ビームを光学ディスク8の表面上に投射し、表面は光
ビームを同じ経路に7行う様に反射させる。戻りの反射
ビームがプリスム10中に入射する時、光ビームは而1
1の薄膜構造体から完全反射され、その偏光状態が(円
偏光から)S偏光に変化される。可能性のある薄膜構造
体は、例えば誘電材料の単一の薄膜、多層薄膜もしくは
単一金属薄膜である。
第3図は第1図の偏光ビーム分離器5及びプリズム10
の関係を示す平面図である。
第4図は屈折率H,==1.509のプリズムの表面上
に被覆された厚さd及び屈折率npの誘電材料の単一の
薄膜のための位相差を正規化された厚さd/λの関数と
して示したグラフである。ここでλは光ビームの波長で
あり、入射角αは45゜である。グラフのパラメータn
pは左方上から順器にnp=1.6,1.8,2.0,
2.2,2゜4である。
図面から、90°の位相差は2.05以上の屈折率を有
する薄膜の場合に得られる事が明らかである。例えば9
0°の位相差はilpζ2.05乃至2.1、d=70
0人、波長λ=0.65乃至0.9ミクロンの場合に得
らhる。薄膜の屈折率を選択する事によって、波長の変
化によってどの様に位相差が変化するかを決定する事が
出来る。
位相差が略1/λに比例する1次の複屈折1/4波長板
と比較して、薄膜1/4波長素子の遅延の波長に対する
依存度をはるかに低くする事が出来る。
プリズム上に多層薄膜を被覆する場合には、特定の性能
のものを設81する事が出来る。例えば広範囲の波長も
しくは入射角内で位相差が一定である薄膜を設n1する
事が出来る。
第5図は波数λ/λ。がQ、9乃至1.2間にあり、H
,=1,509及びα=45°の場合に位相シフト90
°を与える様に最適化された3層設計の性能の例(破線
)を示している。又同様に比較のために実線で最適化さ
れている単一薄膜に対する性能が示されている。単一層
の場合のd/λは0.089、npは2.05’35で
あり、3層の場合のd/λは夫々0.0447.0.1
11.0.3856及びnpは夫々2.346,1゜6
64.1.496である。
位相遅延は同様に単一金属薄膜が被覆されたプリズムか
らも得られる。金属薄膜の利点はその厚さに厳密性が要
求されない点にある。被覆のための適切な金属は例えば
AQ(λ=0.2ミクロン)Ag(λ=0.4ミクロン
)、K(λ=0.546ミクロン、0.4358ミクロ
ン)である。
好ましい実施例においてはプリズム4の機能は偏光ビー
ム分離器5の機能と組合され得る。この場合第6図に示
された如く偏光ビーム分離器5の入射面12をプリズム
4(第1図)に使用さ肛た角度と同じ角度で単に切断し
て表面14を有するプリズム13(第6図)を作り、こ
れが適切な屈折率を一致させる接着剤で位相遅延素子1
0に結合さJしる。第1図の内部表面9は15で示さJ
している。これによって4つのガラス−空気境界面がな
くされ、光効率が改善される。
第7図を参照するに、プリズム16は第6図の偏光ビー
ム分離器13の表面14の反射防止膜を内部表面(境界
面)15にある被膜と一緒にする事によって得られる他
の改良を示している。この組合せ被膜20はプリズム自
体の反射率と比較して交互に高い及び低い反射率を有す
る材料の積層体であり得る。
第8図は第7図のプリズム10及びプリズム16を組合
してまとまった一体構造体17に形成されたプリズムを
取入れた光学データ記憶装置の全体図を示している。
レーザ1及びコリメート・レンズ2は楕円の断面を有す
る平行光ビームを発生し、これが適切な入射角でプリズ
ム17に入射される。プリズム17は第1図に示された
プリズム4、偏光ビーム分離器5及び薄膜位相遅延素子
10を組合したものである。復帰光ビームはプリズム1
7から出た後、例えばレンズ18によって検出器19に
入射される。検出器19は光ビームからデータ、進路及
び焦点情報を抽出するために4つ以上のセクタより成り
得る。
[発明の効果コ 本発明に従い一回の内部反射で入射及び反射偏光ビーム
間に90°の位相差が与えられる光学素子が与えられる
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の1/4波長板が本発明に従う薄1換位相
遅延素子によって置換された光学データ記憶システムの
概略図である。第2図は従来の光学データ記憶システム
の概略図である。第3図は第1図の偏光ビーム分離器及
び薄膜位相遅延素子の関係を示す平面図である。第4図
はプリズム上に被覆された異なる誘電体材料に対する、
正規化されだ厚さの関数として内部反射されたビームの
2つの偏光成分間の位相差を示したグラフである。 第5図はプリズム上に単−薄膜及び3薄薄膜構造体が被
覆さ九た場合における、波数の関数として内部反射され
る光ビームの2つの偏光成分間の位相差を示したグラフ
である。第6図は第2図の2つの光学素子の改善された
組合せを示した概略図である。第7図は第6図の2つの
光学素子のさらに改善された組合せを示した図である。 第8図は第7図の2つの光学素子の改善された組合せを
示した図である。 1・・・・半導体レーザ、2・・・・コリメート・レン
ズ、3・・・・光ビーム、4・・・・プリズム、5・・
・・偏光ビーム分離器、6・・・・174波長板、7・
・・・レンズ、8・・・・光学ディスク、10・・・・
薄膜位相遅延素子。 第2図 第1頁の続き o発 明 者 フランシス・スチーブ アメン・リュッ
ケ ボッ 0発 明 者 ロナルド・リー・スダ アメ−ストロム
 ステ @発明者 エバーハード・アドル アメフ・スピラー 
コ、: リカ合衆国ミネソタ州55920.バソロン、ルート1
、ラス1s旙地 リカ合衆国ミネソタ州55901、ロチニスター、シッ
クイーンス会アベニュー・ノースウェスト38321’
地リカ合衆国ニューヨーク州1054g5マウント・キ
スメークサイド・ロード(番地なし)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 光ビームを伝播する部材であって平坦面を有するものと
    、 上記平坦面に被着された薄膜構造体とを具備し、この薄
    膜構造体に関連する反射に基いて、上記部材に入射する
    2つの垂直な偏光成分間に90’の位相差を発生させる
    ことを特徴とする光学素子。
JP59190717A 1983-10-13 1984-09-13 光学素子 Granted JPS6088903A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/541,604 US4595261A (en) 1983-10-13 1983-10-13 Phase retardation element and prism for use in an optical data storage system
US541604 1983-10-13

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6088903A true JPS6088903A (ja) 1985-05-18
JPH0139561B2 JPH0139561B2 (ja) 1989-08-22

Family

ID=24160281

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP59190717A Granted JPS6088903A (ja) 1983-10-13 1984-09-13 光学素子

Country Status (3)

Country Link
US (1) US4595261A (ja)
EP (1) EP0138026A3 (ja)
JP (1) JPS6088903A (ja)

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EP0138026A3 (en) 1987-08-19
EP0138026A2 (en) 1985-04-24
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