JPS6139245A - 光学式ピツクアツプ装置 - Google Patents

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】 く技術分野〉 本発明は、光学的に情報゛を書き込み再生する光デイス
ク情報処理装置に対して有効となるピックアップ装置に
関し、特に半導体レーザを光源として用いた光学式ピッ
クアップ装置に関するものであ・る。

〈従来技術〉 光ディスクに情報を書き込み又は再生する手段として半
導体レーザを用いた光学式ピックアップ装置が従来より
実用化されている。

光学式ピックアップ装置の基本的構成の１例を第２図に
示す。半導体レーザｌを出た光はコリメークレンズ２に
よって平行光となり、順次ビームスプリッタ３、偏光プ
リズム４．１／４波長板５、集光レンズ６を通してディ
スク７に照射される。

ディスク７に情報を書き込む場合は、信号に応じた周波
数で半導体レーザ１をパルス駆動する。ディスク７から
情報を読み取る場合は半導体レーザ１を直流電流で駆動
し、ディスク７上のピットの有無に応じて変調された反
射光の光量を検出器８で検出する。以上の如き光学式ピ
ックアップ装置においては、半導体レーザの像がディス
ク７上に結像される構成となっているので、ディスク７
からの反射光の一部が半導体レーザ１に帰還される。

一般に半導体レーザにおいては、その出射光の一部が帰
還されるとレーザの雑音レベルが増加スることが知られ
ており、例えば、出射光量の０１％程度の帰還光量があ
っても、レーザの相対強度雑音は１０００倍以上も増加
し、光デイスク情報処理装置の性能を悪化させる。この
ために、第２図に示す如く１７４波長板５と偏光プリズ
ム４を挿入し、ディスク７からの反射光が、半導体レー
ザｌに帰還しないように構成している。しかしながら、
このように帰還防止機構を付加しても、反射光の帰還を
完全に阻止することはできない。光デイスク装置に用い
られるディスク基板は一般的に高分子樹脂材料が用いら
れる。この高分子樹脂板はわずかな複屈折性を有してお
り、このため、帰還防止用の１７４波長板５と偏光プリ
ズム４を付設してもディスク７の複屈折性のためにディ
スク７からの反射光の一部が半導体レーザ′１に帰還さ
れる。また１７４波長板５や偏光プリズム４の光学調整
ずれによっ゛ても反射光が帰還される。従って、これら
の原因でディスク７からの反射光の数％は半導体レーザ
ｌに帰還され、レーザ出力光の雑音レベルを高くしてし
まう。レーザの雑音レベルの増加は信号再生時に大きな
問題となる。

°ところで、光デイスク装置のピックアップ装置用光源
としての半導体レーザ１に要求される仕様としては、低
雑音であること以外、に情報を高速で書き込む必要から
、４０ｍＷ程度の高出力発振が可能であることが不可欠
となる。このような高出力を得るために半導体レーザｌ
は、ファブリベロー共振器を構成する出力取出用共振面
の反射率を１０％以下とし、これに対向する共振面の反
射率を９０％以上として取り出し効率を上げる手段が兵
役されている。このため、通常の端面反射率が３２％の
半導体レーザに比べて帰還光の影響は一層大きくなる。

次に、帰還光と雑音発生との関係について詳述する。第
４図は帰還がない場合の出射端面の反射率を１０％以下
とした半導体レーザの電流に対する光出力、相対強度雑
音及びスペクトルを示す特性図である。使用した半導体
レーザはＶＳＩＳ（ｙ−ｃｈａｎｎｅｌ　　５ｕｂｓｔ
ｒａｔｅ　　Ｉｎｎｅｒ　５ｔｒｉｐｅ）型レーザ素子
で出射端面反射率２％、裏面反射率９５％に設定してい
る＠＠ａ図に示すように横モードが制御された屈折率導
波型の’ＶＳＩＳレーザにお込ても、ＡＲコート（誘電
膜による共振端面被覆）を施すと出力８ｍＷ程度までは
多重縦モード発振となる。

第４図は相対帰還量（帰還光量÷端面出射光量）Ｆ＝８
％、としたときの光出力、相対強度雑音及びスペクトル
を示したものである。＠４図に示したＦ＝８％と比較的
帰還光量が大きい場合において、相対強度雑音は出力４
ｍＷ程度までに大きなピーク・を持つ。

またこのピーク形状の包絡線上で雑音電力が激しく変化
している。それに伴い光出力も同様に大きく変化し、そ
の変化は光出力の１０％以上にも達する。またスペクト
ルとの対応では、雑音か大きく光出力が小さいときは縦
多モード雑音が小さく、光出力が大きいときは、単一縦
モードとなっている。雑音、光出力及びスペクトルの各
々対応した変化は、外部反射鏡とレーザ端面が構成する
外部共振器がレーザ発振波長の半分変位する毎におこる
。発振縦モードが単一か多重かに依って光出力が異なる
原因は、外部共振器を１枚の鏡とみなした場合の有効反
射率が単一縦モードのときは大きく、多重縦モードのと
きは小さいことにある。

また多重縦モードのときに大きな雑音か発生しているが
、これは、帰還光カーないときは数ＧＨｚ　　の周波数
域にある緩和振動が帰還光によって１０〜１００　ＭＨ
ｚ　の低周波側へ移動したことによる。

帰還光量と低周波側に移動した緩和振動の周波数の関係
は ｔｏ’＝ｔＲ／にτ で与えられる。ここで／Ｒは帰還光のない場合の緩和振
動周波数、τはレーザと外部鏡の間を光が往復する時間
、にはレーザと外部鏡の結合度であり に＝Ｃａ／２ηＩ！Ｄ で表わされる。ここで、Ｃは光速、ηはレーザの屈折率
、　ｌＤは共振器長である。ａはａ　＝　（１−Ｒ／）
　（Ｆ／Ｒ／）　２となり、Ｒ／は出射端面の反射率で
ある。Ｆは帰還光量である。結局 ／　（、＝／Ｒ−２ｎ！！Ｄ／ｃ　（１−Ｒ／）　（Ｆ
／Ｒ／）　・τ・・・・・・・・・・　（１） となる。（１）式より明らかなように、出射端面反射率
Ｒ／が小さく帰還光量Ｆが大きい程、緩和振動は低周波
側に移動する。

例えば、Ｒ／＝２％の半導体レーザにＦ＝２％の帰還光
量を帰還させると／。＝　５０　ＭＨｚ　　となる。こ
の緩和振動はｆｏを周波数とする単一周波数振動ではな
く、特に低周波数側に広く周波数成分をもった振動であ
る０この緩和振動スペクトルを４第５図に示す。。

第５図から、特に低出力（θ〜５ｍＷ）の場合には低周
波数側に大きな周波数成分をもっていることがわかる。

これが光ディスクの信号帯域（Ｏｒ　ｏＭＨｚ）　　に
重なり、大きな雑音となるのである。

一方、Ｆ＝０００１％と帰還光量か比較的小さい時は、
第６図に示すように出力８　ｍＷまでは多重縦モードと
なって雑音の増大は顕著ではない。

しかし８ｍＷ以上では光ディスクと半導体レーザの距離
がレーザ発振光波長の半分（２／２〜α４ｐｍ　）の周
期で雑音が大きくなったり小さくなったりすＺｏそれに
つれて、スペクトルも図示する如く単一縦モード（雑音
か小さいとき）とモード競合（雑音が大きいとき）の二
つの状態を繰り返す。

このモード競合は、レーザ縦モード間の競合だけではな
く、レーザとディスクより構成される外部共振器の縦モ
ード間の競合も含まれる。

ところで通常の２７２厚の端享コートを施した反射率３
２％のレーザに高周波の正弦波を重畳することによって
多モード発振させモード競合雑音を抑制することが提案
されている（特願昭５５−１１３５１５号）。しかし、
単に多モード発振させるだけでは、外部共振器モード間
の競合による雑音は抑制できない。そこで実際は、コヒ
ーレンス長が外部共振器よりも短くなるように、充分に
大きい周波数Ｃ〜６００　ＭＨｚ　）の信号を重量する
必要がある。

光学式ピックアップ装置の光源として半導体し′−ザを
適用する場合、レーザの雑音は主に、信号再生時に問題
となることは既に記゛したが、再生時のレーザ出力は可
能な限り小さいことが望ましい。

これは光ディスクの劣化を防ぐためであって、通常、再
生時のレーザ出力は１〜５ｍＷＫ設定されている。レー
ザ出力が直流駆動で５ｍＷのときの帰還光量に対する相
対雑音強度の依存性を第７図に実線で示す。図から明ら
かなように、帰還光量が大きくなるに従って相対強度雑
音が漸増している。帰還光量の不さい領域では５ｍＷの
場合モード競合が生じ雑音が増大している。

このような雑讐の増大は、システムの機能を低下させる
ので低減化が不可欠である〇 〈発明の目的〉 本発明は、半導体レーザを用いたピックアップ装置にお
いて、レーザ出力光の帰還による雑音を低減化した新規
有用な光学式ピックアップ装置を提供することを目的と
する。

〈実施例〉 ＠１図囚は本発明の一実施例を示す光学式ピックアップ
装置の構成図であるＯ図中第２図と同一符号（１乃至７
）は同一内容を示す。

本実施例は、交流発生器８、半導体レーザｌの出力を受
光する受光ダイオード９、受光ダイオード９の出力の低
周波数分を取り出す低減戸波器１０及びこの低域す波器
ＩＯの出力が一定となるように半導体レーザｌに直流電
流を供給する定出力回路１１より構成されている。半導
体レーザ１の駆動に際しては交流電流を重畳することに
よって反射光帰還による半導体レーザの光出力の変動を
抑止することかできる。交流発生器８は容量を介して半
導体レーザｌに接続され、また受光ダイオード９は半導
体レーザ１の駆動回路に分岐接続されかつ低域ヂ波器１
０を介して定出力回路１１に接続されている。従って、
受光ダイオード９からの信号に応じて半導体レーザ１に
定出力回路１１より直流電流が供給され、これに交流発
生器８からの交流電流が重畳されて半導体レーザｌが駆
動される。

本実施例においては、半導体レーザ１への帰還光量をＦ
　＝　９．５％に設定し、交流発生器８のかわりにステ
ップ電流を入力したときの光出力波形を第１図の）に示
す。光出力は、起ち上って飽和したあと、図の斜線で示
す領域で第５図に示した緩和振動周波数に対応乎る広帯
域の周波数の振動が任意に現われる。即ち、これが緩和
振動による雑音である。第１図（６）においてτ時まで
は緩和振動雑音は現われていなり。７　＝　１７Ｔ　　
なるｆは約７０ＭＨｚ　　であった。この周波数は、第
５図において緩和振動の周波数成分が高周波側で十分に
小さくなる周波数に対応する。このことから逆に、帰還
光による緩和振動雑音を抑えるには、第１図の）の破線
で示した光出力となるようにレーザに交流電流を重畳す
ればよいことがわかる。重畳する交流電流の周波数は（
１）式で与えられるｆ。よりも大きくする必要かある。

実験の結果ではｆ。＋２０ＭＨｚ程度の周波数で実用上
満足する雑音抑圧効果を得ることができた。交流発生器
８の回路構成上、重畳する周波数は低い程望、ましい。

（１）式から、ｆ。

は帰還光量Ｆの平方根に逆比例するので、帰還光量Ｆが
大きい程重畳周波数を小さくすることができる。第１図
囚の光ピツクアップにおいて、光ディスクの複屈折がな
くても、常に十分な帰還光量が存在するようにするため
には、ｌ／４　波長板５を調整してやればよい。

但し、レーザへの帰還光量が大きいということは信号読
み取り用の光量が減少することになるので、システムの
許容範囲内の最大帰還量を求め、この値となるよう１７
４波長板５を調整してやればよい。そして、この帰還光
量から（１）式に従って重畳する交流の周波数を決定し
てやればよい。第７図中、破線は５０　ＭＨｚ　　の交
流電流を閾値以上に深く重畳した場合のレーザの相対強
度雑音の帰還光量依存性を示す。図中１％偲近にピーク
が現われているが、これは１％付近の帰還光量では緩和
振動周波数が５０　ＭＨｚ　　より大きいか十分に近い
ために、交流重畳による雑音の抑圧が十分に行なわれな
いためである。

帰還光量が１％を超える場合は上記の機構で雑音の抑圧
が行なわれる。また、１９６よりも小さいところでは雑
音の絶対値が／ＪＳさくなるので問題とところで、半畳
体レーザｌにパルス等で閾値電流以下の深い変調を加え
ると、キャリア分布の変動によってＦＭ変調され、スペ
クトルライン幅が広がることは前述の特願昭５５−１１
．３５１５号にも記載されておりコヒーレンス長が短く
なると期待される・実際にＶＳＩＳ型レーザ素子の閾値
電流４０ｍＡの素子において、変調周波数５０ＭＨへ変
調電流１６ｍＡ、直流電流３５　ｍＡで駆動したところ
、コヒーレンス長は１ｍｍ以下となった０ 第７図に示したような相対帰還光量の小さい場合に生−
じるモード競合雑音は出射光と帰還光のコヒーレントな
相互作用によって発生するので、交流重畳によりコヒー
レンス長を短くした半導体レーザでは全く発生しない。

変調周波数が５０　ＭＨｚ　　と前述の６００　ＭＨｚ
に比べ、−桁以上小さい値でも充分にコヒーレンス長が
短くなる理由は以下の点にある。本発明に用いる半導体
レーザは出射面反射率が例えば２％自立１−５「、５ノ
　帰一イ専ヱ／７’ｌ襄企禍溜ト通堂の反対車３２％の
レーザ素子に比べて元来コヒーレンス長が１桁程度小さ
くなることである。

〈発明の効果〉 以上詳述した如く本発明によれば閾値電流以下の深いパ
ルス変調を出射端面の反射率を小さくした半導体レーザ
に加える印加手段を付設することによって、帰還光量の
大きい場合に問題となる量子雑音と帰還光量が小さい場
合に現われるモード競合雑音の双方の雑音を低減するこ
とができ、光デイスク情報処理装置の光学式ピックアッ
プ装置として特性及び信頼性の高いものが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図囚、■）は本発明の１実施例を説明する光学式ピ
ックアップ装置の基本構成図及びステップ電流を入力し
たときの光出力波形図である。 第２図は従来の半導体レーザを用いた光学式ピックアッ
プ装置の基本構成図である。 第３図は光帰還がない場合のレーザ出射端面反射率を１
０％以下とした半導体レーザの駆動電流に抛する光出力
、相対強度雑音及びスペクトルを−′°） 示す特性図である。 第４図は相対帰還量３％とした場合の光出力、相対強度
雑音及びスペクトルを示す特性図である。 第５図は相対帰還量を９．５％としたときの緩和振動ス
ペクトルを各光出力について示す特性図である。 第６図は相対帰還量を０１００１％とした場合の光出力
、相対強度雑音及びスペクトルの駆動電流依存性を示す
特性図である。 第７図は光出力５ｍＷとした場合の直流電流駆動（実線
）、交流重畳（破線）に於ける相対強度雑音の帰還光量
依存性を示す特性図である。 ｌ・・・半導体レーザ、　　７・・・ディスク、８・・
・交流発生器、　　９・・・受光ダイオード、１０・・
・低域戸波器、　　１１・・・定出力回路。 代理人　弁理士　福　士　愛　彦（他２名）（Ａ） 第１図 り 端面 ＣＢ） 第１図 ｐ−乙７４ヱムニ 第２図 第３図 舅違２ｆｔ、（ｍ　Ａ　） 第４図 Ｍ　１１＜ＭＨｚ） 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被照射面上にレーザ光を照射するための出射端面の
   反射率を１０％以下とし、該出射端面に対向する裏面の
   反射率を２０％以上とした半導体レーザ素子と、該半導
   体レーザ素子を駆動する直流駆動手段と、帰還光により
   低周波側に移行した緩和振動周波数よりも大きい周波数
   を有する高周波電流を前記半導体レーザ素子に重畳印加
   する手段と、を具備して成ることを特徴とする光学式ピ
   ックアップ装置。 ２、前記半導体レーザ素子に高周波電流を重畳印加する
   手段が前記半導体レーザ素子を駆動する直流電源と、該
   直流電源に重畳する高周波電流の発生手段と、レーザ光
   の一部が照射される光検出器と、該光検出器の出力の低
   周波分を濾波する低域濾波器と、該低域濾波器の出力を
   前記直流電源に帰還して前記半導体レーザ素子の出力の
   低周波数成分を一定とする手段と、より成る特許請求の
   範囲第１項記載の光学式ピックアップ装置。 ３、前記半導体レーザ素子として、端面コートを施さず
   に直流電流駆動した場合は単一縦モードとなる素子で、
   出射端面の反射率を１０％以下とし、裏面の反射率を２
   ０％以上とすることによって、縦モードを多重モード化
   した半導体レーザを使用することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項又は第２項記載の光学式ピックアップ装置
   。