JPS63117337A - 導波路型光ヘツド - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、計測、情報処理等の種々の分野に利用される
光センサヘッドおよび光ピツクアップに関するものであ
る。

［従来技術］ 近年、レーザ光を用いた光計測、光情報処理の分野では
、半導体レーザの高出力、高信頼性化および光部品の高
精度化、軽量化により、種々の光応用センサーや、コン
パクトディスクやレーザディスク等の光デイスク装置が
実用化されるに至った。

さらに、システムの小型、軽量化のために導波路型光ヘ
ッドが提案され、注目されている。

第３図に、光デイスク用の光ピツクアップとして提案さ
れている従来の光ヘッドの基本構造を示す。半導体レー
ザ！は、銅等からなるサブマウント２に固着されており
、サブマウント２は金属からなるマウント台３に固着さ
れている。半導体レーザｌは、Ａｕ線４とマウント台３
の間に電流を流すことにより、レーザ動作する。一方、
Ｓｉ基板５上に酸化によって形成した５ｉＯｚからなる
バッファ層６を形成し、スパッタによりガラス質の導波
路層７を形成した薄膜導波路素子８もマウント台３に固
着されている。導波路層７の上には、コリメートレンズ
９、ビームスプリッタｌＯおよびフォーカスグレーティ
ング結合器１１か形成されている。半導体レーザｌの出
射光は、導波路７の端面より入射され、コリメートレン
ズ９により平行光となり、フォーカスグレーティング結
合器１１によりディスク上にスポット１２として集光さ
れる。スポットＩ２よりの反射光は、フォーカスグレー
ティング結合器２により再び導波路内に導びかれ、ビー
ムスプリッタ１０により導波路の側面に配置した光検出
器１３によって受光され、ディスクに記録されている情
報を読みとることができる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、導波路上に形成されたコリメートレンズ９、ビ
ームスプリッタｌＯ、フォーカスグレーティング結合器
１１は光源の波長変化に敏感であり、すなわち、回折角
が変化し、焦点１２の位置が設定に対して大きく変化す
る。通常の半導体レーザは、駆動電流や周囲温度の変化
によって、その発振波長が連続あるいは不連続に変化す
るため、光ピツクアップとしての動作が不可能であった
。

また、導波路の端面（ガラス、ＳｉＯ，、シリコン基板
）からの反射光が半導体レーザに帰還して半導体レーザ
の発振波長が変化してしまう欠点も生じた。これは導波
路の端面によって反射されるレーザ光が半導体レーザに
帰還することにより、半導体レーザ共振器両端面と導波
路端面の３つの反射面で形成される複合共振器の効果で
発振波長が選択されるためである。しかしながら、温度
や駆動電流の変化によって、この選択される波長か異な
ることにより、条件が変わると発振波長が変化してしま
うのである。

従来の銅等の金属のマウント台を用いた場合についての
波長選択性について第４図を用いて詳細に説明する。

第４図は、第３図に示した導波路型光ヘッドの側面図で
ある。いま、半導体レーザｌの長さを２Ｌ、導波路素子
８の長さを２１２２、半導体レーザＩの中央と導波路素
子８の中央の距離をａ３とすると、半導体レーザｌの端
面と導波路素子８の端面との間隔りは、 ｔ、＝　＆３−（Ｌ＋＆ｔ）　　　　　　　　　−（１
）で表わされ、その熱膨張係数は、 半導体レーザー、マウント台３、導波路素子８の熱膨張
係数である。この従来例ではマウント台３す、半導体レ
ーザ３がＧａＡｓ−ＧａＡｌ１！Ａｓ系であ＝２．４Ｘ
１０−’である。また、通常Ｑ、は！００〜２００　μ
ｙ、　Ｑｔは約５ｍｍ、Ｌは５〜５０μｘである。従っ
て、周囲温度が変化すると、（２）式で示すしの熱膨張
係数は、第２項、第３項が太きいために非常に大きくな
り、複合共振器の構成が周囲温度の微妙な違いによって
変化し、半導体レーザの発振波長か変化することになる
。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、半導体
レーザの発振波長の変化を抑えた導波路型光ヘッドを提
供することを目的とする。

［問題点を解決するだめの手段］ 本発明に係る導波路型光ヘッドは、半導体基板あるいは
誘電体基板上に形成された半導体または誘電体から成る
薄膜導波路を備え、この薄膜導波路に光信号処理機能を
有する光学素子を備え、前記基板上に導波路内にレーザ
光を導入するための半導体レーザを固定し、該半導体レ
ーザの出射光の一部が前記薄膜導波路の入射端面により
反射して、該半導体レーザに帰還することを特徴とする
。

なお、前記半導体レーザが、前記半導体基板あるいは誘
電体基板上にエピタキシャル成長により形成されていて
もよい。

また、前記光信号処理機能は、たとえば、光偏向機能、
光スイツチ機能、光分波・光合波機能、光検出機能、レ
ンズ機能あるいは光変調機能であス ［作　用］ 本発明に係るは導波路型光ヘッドは、導波路端面によっ
て反射された反射光を半導体レーザ素子に帰還させて、
その発振波長を選択する。そして、半導体レーザと導波
路を同一半導体基板上に配置することにより、半導体レ
ーザと導波路の距離の変化を抑制して発振波長の安定化
を図る。

［実施例］ 読下、添付の図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明
する。

第１図は、本発明の一実施例の斜視図を示す。

本図で第３図と同じ機能を有するものは、同じ番号を記
す。

Ｓｉ基板５の上に酸化によって形成した５ｉＯｚからな
るバッファ層６を形成し、さらに、スパッタによりガラ
ス質の導波路層７を形成した。その後、弗酸系のエッチ
ャントおよび硝酸系のエッチャントにより、Ｓｉ基板の
一端に段差４を形成する。

そして、導波路７の上にコリメートレンズ９、ビームス
プリッタ１０、フォーカスグレーティング結合器ｌ！を
形成する。ここに、コリメートレンズ９には導波路上に
円形のくぼみを形成したノオデシックレンズを用いるこ
とができる。また、ビームスプリッタ１０としては、導
波路上に斜めにグレーディングを設けることで一部のレ
ーザ光を反射さけることができる。さらに、フォーカス
グレーティング結合器１１は、第３０回応用物理学関係
連合講演会講演予稿集（昭和５８年春季）４Ｐ−Ｊ−６
に報告されているように、ガラス導波路層７上に塗布し
たレジスト膜上に電子ビーム描画により、面内に湾曲し
てかつ連続的に間隔を変えたいわゆるチャーブドグレー
ティングを形成することにより実現され、焦点距離３ｆ
ｆｊ！程度のものが得られる。

次に、Ｓｉ基板５の段差１４上にＡｕおよびＩｎを順次
電子ビーム蒸着して融着層１５を形成して、その上に半
導体レーザｌを固着する。こうして作成された導波路型
光ピックアップ素子は、マウント台３上に固着される。

半導体レーザ１は、Ａｕ線４とマウント台３の間に電流
を流すことにより、レーザ動作する。

第３図に示した従来例と同様に、半導体レーザｌの出射
光は、導波路７の端面より入射され、コリメートレンズ
９により平行光となり、フォーカスグレーティング結合
器２により、ディスク上にスポット１２として集光され
る。スポット１２よりの反射光は、フォーカスグレーテ
ィング結合器１１により再び導波路内に導びかれ、ビー
ムスプリブタ１０により導波路の側面に配置した光検出
器１３によって受光され、ディスクに記録されている情
報を読みとることができる。なお、受光ＷＳ１３に、分
割型受光器を用いれば、フォーカス誤差信号、トラッキ
ング誤差信号が検出でき、アクチュエータ９によりマウ
ント台３を移動させてスポットの位置をディスク上に固
定することも可能である。

本実施例では、半導体レーザｌおよび導波路素早導体レ
ーザ端面と導波路端面との間隔りの熱膨張係数を表わす
（２）式において、第３項は明らかに小さくなり、Ｌの
熱膨張係数は小さくなる。このため、半導体レーザｌか
ら放射されたレーザ光の一部は、導波路素子の端面より
反射されて、半導体レーザｌに帰還して波長選択される
とともに、Ｌの寸法変化が抑えられるために、レーザ発
振は安定に選択された波長を維持することになる。

また、集光スポット１２の光出力が光ピツクアップの動
作を損なわない程度に、導波路入射端面に高反射膜を形
成すると、波長の選択性が増すことは言うまでもない。

さらに、第４６回応用物理学会学術講演会講演予稿集（
昭和６０年秋季）３Ｐ−Ｅ−１６に記載されているよう
に、Ｓｉ基板５の段差１４上にＧａＰ／ＧａＡｓＰ歪超
格子、ＧａＡｓＰ／ＧａＡｓ歪超格子をＭＯＣＶＤ法に
て成長させて後、ＧａＡｓ系のダブルへテロ構造の半導
体レーザを作成して、一体化してもよい。この場合、半
導体レーザ端面は化学エツチングやＲＩＥ（リアクチノ
ブ・イオン・工、す千ング）沙に上ｉ）工１１．千ング
して、共振器を形成することができる。

また、この実施例ではＳｉ基板を用いたか、ＧａＡｓ等
の他の半導体材料を使用しても同様の効果　。

が得られる。

第２図に本発明の別の実施例を示す。Ｓｉ基板からなる
マウント台２３上に誘電体であるＬｉＮｂＯ３２４より
なる干渉型圧力センサ素子が固着されている。ＬｉＮｂ
０ａ基板２４上にＴｉ拡散によりＸ型をした誘電体から
なる導波路２５を形成し、Ｌ＋Ｎｂ（）＋の片面は高反
射膜２７を形成している。

一方、半導体レーザ２１は、シリコンのサブマウント２
２を介して、Ｓｉ基板（マウント台）２３上に固着され
る。半導体レーザ２Ｉからの出射光は導波路２５に導入
される。また、出射光の一部は導波路端面より反射され
て半導体レーザに帰還する。

本実施例においても、同一支持台２３上に半導体レーザ
２１と導波路２５が設けられているので、半導体レーザ
２Ｉと導波路の距離の変化が抑制され、発振波長が安定
化する。

Ｘ型の導波路２５は、いわゆるマイケルソン干渉計の働
きをし、干渉出力２８が得られる。導波路２５の一部２
６に圧力を加えると、光弾性効果により導波光の位相が
変化し、干渉出力２８の強度変化として検出され圧力セ
ンサとなる。導波光の位相の干渉により、圧力検出をす
るため光源の波長変化はセンサとしての精度に重大な悪
影響を及ぼす。したがって、本実施例によれば、光源の
波長変化が抑えられて、精度の良いセンサか得られる。

［発明の効果］ 以上の如く、本発明によれば、半導体レーザの発振波長
の安定化が達成され、高品質の導波路型光ヘッドが得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は、それぞれ、本発明の一実施例を示す
図である。 第３図は、従来の導波路型光ピックアップの概略図であ
る。 第４図は、半導体レーザと導波路素子との間隔を示すた
めの図である。 １・・・半導体レーザ、　　３．２３・・・マウント台
、５・・Ｓｉ基板、　　　　　８・・・薄膜導波路素子
、９・・・コリメートレンズ、 ｌＯ・・・ビームスプリッタ、 １１・・・フォーカスグレーティング結合器、１２・・
・Ｌ＋ＮｂＯ３基板、２３・・・シリコン基板、２５・
・・導波路、　　　　２６・・・圧力′付与部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板あるいは誘電体基板上に形成された半
   導体または誘電体から成る薄膜導波路を備え、この薄膜
   導波路に光信号処理機能を有する光学素子を備え、前記
   基板上に導波路内にレーザ光を導入するための半導体レ
   ーザを固定し、該半導体レーザの出射光の一部が前記薄
   膜導波路の入射端面により反射して、該半導体レーザに
   帰還することを特徴とした導波路型光ヘッド。