JPS63191327A - 固体光ピツクアツプ - 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〕 本発明は固体光ピックアップに係り、特に光ディスク、
光カード等を記録媒体とする光情報記録再生装置に用い
て好適な固体光ピックアップに関する。

〔従来の技術〕

従来、光ピックアップの光集積化は、電子通信学会誌光
・量子エレクトロニクス研究会（ＯＱＥ）８５−７２に
記載のように平面単層の光導波層に集光、結合２分波、
光検出機能を有する素子を集積化している。これは第９
図に示すように光導波層１の端面に半導体レーザ５をつ
けており、半導体レーザ５から出射された光は光導波層
１内に伝播し、集光・結合回折格子９により記録媒体１
１上に微小スポットを形成するように集光される。

記録媒体１１からの反射光は、再び集光・結合回折格子
９に戻り、先導波層〕に導かれる。この戻り光は集光・
分波回折格子１２により分波、集光されて、４個の光検
出素子１３〜１６に向って光導波層１内を伝播する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来構成では、光導波路１中を光ディスク１１へ向
かう光と、光ディスク１１から戻る光との両者が伝播す
るために、戻り光を光検出素子１４〜１７へ導びくため
の集光・分波回折格子１２を両者の光が通過しなければ
ならず、光検出効率が著しく低下するという問題がある
。

本発明の目的は、上記問題点を解決し、半導体レーザ５
の出射する光の利用効率を向上させることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、固体光ピックアップに第１の導波路と、第
２の導波路とを設け、両導波路の閘に半導体レーザから
記録媒体へ向かう光と、記録媒体から光検出素子に向か
う光とを分離するための分離手段を設け、各々の光に必
要な機能を有する素子を上記第１及び第２の導波路に別
々に配設することにより達成される。

〔作用〕

上記ビーム・スプリッタは、記録媒体から光検出素子へ
向かう光を、半導体レーザから記録媒体へ向かう光の伝
播する第１の導波路から第２の導波路に移行させるので
、その戻り光を光検出素子に分渡し、集光するための集
光・分波手段を上記第２の導波路に設けることができる
。従って、半導体レーザから記録媒体へ向かう光は上記
集光・分波手段を通過しないため、光の損失がなくなる
。

又、半導体レーザから記録媒体へ向かう光をトラッキン
グ等のために偏向する必要がある場合にも。

偏向機能素子を第１の導波路に設けることによって、記
録媒体からの戻り光はそれら機能部を通過しなくて済む
ため、光の損失がなくなる。

〔実施例〕

以下１本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は２つの導波路を２層の積層構造としたものであ
り、第２図はその一部を取り出して示した図である。

本実施例に係る固体光ピックアップは、半導体レーザ５
により出射されて記録媒体１１に向かう光を導びくため
に誘電体媒質から成る第１の導波路（導波層）１と、記
録媒体１１上で反射した光を光検出素子１３〜１６に導
びくためにやはり誘電体媒質から成る第２の導波ｌ１１
８（導波層）２と、上記第１の導波層と第２の導波層と
の間にサンドイッチされて藺導波層を伝播する光を吸収
しにくい屈折率の小さな媒質から成る中間層３と、上記
各層を形成するための基板４と、第２の導波層２と基板
４との間に形成され、第２の導波１２を伝播する光が基
板４に吸収されないように設けたバッファ層１８（例え
ば５ｉｎｓ等）とから構成されている。第１及び第２の
導波層は互いに伝播モード特性の異なる媒質で形成され
、例えば５ｉｆｔ−Ｔａｘｅｓと７０５９ガラス、Ａｓ
５ＳｓとＴｉ拡散Ｌ　ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏａ　、　Ｇ　ａ　
Ａ　ｓ　−Ｇ　ａ　Ａ　Ｑ　Ａ　ｓとＡｓ５ｅｓ等の粗
金わせで構成される。そして第１の導波層１には、導波
路レンズ６、圧電性薄膜１７゜圧電性薄膜の上側若しく
は下側に設けられたくし形電極７．吸音材２０．集光・
結合格子９が形成されており、この集光・結合格子９の
上面に１／４波長板１０を設けている。又、第１の導波
層１と第２の導波層２及び中間層３によってＴＥ／ＴＭ
モード選択性の方向結合器型ビーム・スプリッタ８（モ
ード・スプリッタ）が形成されており。

第２の導波層２には、記録媒体１１により反射され、モ
ード・スプリッタ８により第２の導波層２に導びかれた
光を検出するための光検出素子（例えばｐｎ接合型フォ
トダイオード等）１３，１４゜１５及び１６が設けられ
ている０次にこれら各構成の機能を説明する。

第１の導波層１は、半導体レーザ５との接合部で厚さが
大きく、光結合効率が大きくなっている。

半導体レーザ５を出射した光は、第１の導波層１を記録
媒体１１（例えば光ディスク、光カード等）に向かって
伝播するが、記録媒体１１上を正確にトラッキングする
ために、偏向させる必要がある。この偏向は、第１の導
波層に例えば、表面弾性波（ＳＡＷ）２２を励振するこ
とにより行なう、５ＡＷ２２は第１の導波層に設けられ
たくし型電極７に適当な周波数の電圧を加えることによ
り励振され、第１の導波層１の表面に回折格子の役割を
もつ屈折率分布を生じ光を偏向する。くシ型電極７に入
力する周波数を変化させると回折格子の格子定数が変化
し、光の偏向方向を変化させることができる。５ＡＷ２
２の励振を有効にするために、圧電性材料の薄［ｌ１１
７（例えばＺｎＯ等）をくし型電極７の上側若しくは下
側に設けている。

第１の導波層１が十分な圧電性を有する場合には、この
圧電性の薄膜１７は不要である。

又、５ＡＷ２２が第１の導波層１の端面で反射すること
を防いで光を適切に偏向するために吸音材２０（銀ペー
スト等）が、くシ型電極７の後側に設けられている。と
ころで、５ＡＷ２２へ入射する光がいろいろな角度をも
って入射すると、偏向した光もいろいろな角度に出てき
てしまい、又効率も下がる。従って５ＡＷ２２による光
の偏向を有効にするために入射光束を平行にする必要が
ある。従って半導体レーザ５と、上記５ＡＷ２２の励振
された部分との間に、光をコリメートするための導波路
レンズ６が設けられている。導波路レンズ６は、屈接率
分布型レンズ、グレーティングレンズ（第５図）又はジ
オデシックレンズ等が用いられる。

５ＡＷ２２によりトラッキングに必要な角度分だけ偏向
された光は、集光・結合格子９に入射する。この集光・
結合格子９は、上記の光を外部にある記録媒体上に集光
する。

ところで、半導体レーザの出射する光はその接合面方向
にほぼ直線偏光となっているため、第１の波導層１を伝
播する光は、半導体レーザ５の配置の仕方によってＴＥ
波（又はＴＭ波）とすることができる、このＴＥ波（又
はＴＭ波）は集光・結合格子９の上面に配置された１７
４波長板１０を通過することにより１円偏光となって記
録媒体１１へ絞り込まれる。記録媒体１１上を反射した
光は、再び１７４波長板１０を通ってＴＭ波（又はＴＥ
波）となり、集光・結合格子９によって第１の導波層１
に結合され、モード・スプリッタ８に入射する。

次にモード・スプリッタにおいて光が分離される原理を
第３図、第４図を用いて説明する。

光導波層である１及び２はその媒質と厚さとで定まるＴ
Ｅ波及びＴＭ波の伝播定数をもっており、その伝播定数
の光だけが導波層を伝搬する０例えば第４図に示す特、
性をもつ２つの導波層の厚さを各々Ｗｘ　、Ｗｘとする
と、ＴＭ波の伝播定数β２ＨｔβＩＭは第３図に示すよ
うにほぼ等しい値をもち、ＴＥ波の伝播定数βＩＪｌ＊
　β話は大きく異なっている。光導波層１，２が十分前
れていると、互いに光の移行はない、しかし、１及び２
が十分近づいたとき、伝播定数が近いモード（例えばβ
ＩＭ二βａＮ）の光（ＴＭ波）は、結合部の長さく第４
図Ｌ）によって１と２の間を周期的に行き来する。

従ってＬの長さを適当な値に選ぶことにより１００％の
光（ＴＭ波）の移行が実現される。

より詳細に説明する。

まず、第１及び第２の導波層１，２間の結合定数を、Ｔ
Ｅ波、ＴＭ波についてそれぞれｋｇ　。

ｋＭとおく、結合定数は、２つの導波層と中間層の厚さ
、及び、２つの導波層の伝播定数によって定まる。モー
ド・スプリッタ８以外ではｋＩ！二〇。

ｋＭＭｏ２なっている。２つの光導波層１，２のＴＥ波
、ＴＭ波の伝播定数を各々β五Ｂ、βＩＭ。

βａｐｔ　β工にとし、モード・スプリッタ８では中間
層８の厚さは十分小さく、波長の２倍程度とする。

このとき、次に示す２つの条件のうちいずれかを満足す
るように設定すれば良い。

■、第１の導波層１にＴＥ波を入射し、第２の導波層２
にＴＭ波を移行させる場合 ■、第１の導波ｙＩＩ１１にＴＭ波を入射し、第２の導
波層２にＴＥ波を移行させる場合 ここでＬは前述した如く、モード・スプリッタ８の長さ
である。

上記条件を第３図で説明する。第３図は光導波層の厚さ
と光の伝播定数の関係を例示する。

第１の導波層１のモード特性３１は、第２の導波層２の
モード特性３２と異なっており、各々の導波層の０次の
ＴＥ波のモード特性は３３と３５゜ＴＭ波のモード特性
は３４と３６で示される。第３図において上記条件Ｉを
満たすには、第１の導波層１及び第２の導波層２の厚さ
を例えばＷｌとＷｚのように、各々のＴＭ波の伝播定数
βＩＭｔβ■がほぼ等しくなり、かつ各々のＴＥ波の伝
播定数βＩＪＳ、β鮨の差が結合定数ｋｌ！に比べて十
分大きくなるように選ぶ、又、上記条件■を満たすには
、第１の導波層１と第２の導波層２の厚さを例えばＷ　
１　’　とＷｚ′のように、各々のＴＥ波の伝播定数β
Ｌε′、β■′がほぼ等しく、かつ各々のＴＭ波の伝播
定数βＩＭ’　＃　β■′の差が結合定数ｋＭに比べて
十分に大きくなるように選べば良い。

なお、この実施例では、モード・スプリッタ８の長さが
〜１０■１程度、固体光ピックアップの全長が約３０〜
４５■Ｉ２幅が約５〜１５−１．厚さが１〜２謙■程度
となる。従って小型、軽量で安価な光ピックアップが実
現できる。

又、本発明では、第５図に示すようにモード・スプリッ
タ８で第２の導波層２が平面で、第１の導波層１が凹面
であっても良い。

第６図に、第１図における１７４波長板をわずかに傾け
た実施例を示す、この構成によれば、記録媒体１１から
固体光ピックアップに戻る光のＴＥ／ＴＭモードの割合
いをわずかに変化させることができ、半導体レーザ５に
戻る光量を調整することができる。即ち、レーザノイズ
が最も低減する戻り光量の条件に合わせて戻り光量を調
整すれば、低ノイズのレーザ光を用いた固体光ピックア
ップが実現される。ここで、レーザノイズとは半導体レ
ーザの出力光量がランダムにゆらぐ現象をいう、光情報
記録装置のように、反射光量を信号として検出する場合
、レーザ出力のゆらぎは大きな問題となる。このノイズ
は、半導体レーザの発光点へ戻る光量により大きく変化
し、戻り光が全く無い状態より適当な量の戻り光があっ
た場合の方がノイズが低減し、安定な出力光量となる。

この実施例では、１７４波長板をわずかに傾けることに
より、戻り光にＴＥ波成分（又はＴＭ波成分）を残すこ
とになり、適当量光がレーザに戻るようにして、ノイズ
を低減させる。

本発明の他の１実施例を第７図に示す。

第７図において、光ピックアップは非等方性の電気光学
結晶基板４′の上につくられた第１の導波路４１及び第
２の導波路４２から成る分岐導波路と、導波光の幅を変
えるホーン型導波路４３と、モード・スプリッタ８から
成る。モード・スプリッタ８は、バッファ層４４を介し
て第１の導波路とその延長線の一部分の上に第１電極４
６を設け、第２導波路に隣接して第２電極４８を設ける
。

半導体レーザ５から第１の導波路４１に結合したＴＭ（
又はＴＥ）波は、導波路レンズ５０により幅を広げられ
、ホーン型導波路４３から集光・結合格子９を介して記
録媒体１１へ絞り込まれる。

この時、光は１７４波長板１０により、円偏光となる。

記録媒体１１から戻る光は、１７４波長板１０によりＴ
Ｅ　（又はＴＭ）偏光となり、集光・結合格子９で光ピ
ックアップに入射し、モード・スプリッタ８に印加され
た電圧により、第２の導波路へ入り、受光素子１３で信
号を検出する。トラッキング及びオートフォーカスは、
モード・スプリッタ８より記録媒体１１に近い部分で、
戻り光の一部を取り出して行なう。

本発明に係る光情報記録、再生装置の実施例を第８図に
示す。

信号再生時は、コンピュータ５１に信号再生のための命
令を入力すると、レーザ駆動回路５２により半導体レー
ザ５が連続発振する。レーザ光は。

固体光ピックアップにより記録媒体１１へ導びかれ、記
録媒体１１上に記録された情報により変調された反射光
は固体光ピックアップに形成された光検出素子１３〜１
６へ導びかれる。

光検出素子１３〜１６で検出された光の総量は、再生信
号５７に変換されてコンピュータ５１に送られ再生され
る。

光検出素子１３と１６で検出された光量と１４と１５で
検出された光量の差に対応する信号は焦点エラー信号５
８として駆動回路５４に入力され固体光ピックアップと
光情報記録媒体１１との距離を合焦点距離に保持するよ
うに、固体光ピックアップを上下に動かすため、上記駆
動回路５４は固体光ピックアップ駆動装ｆｆ１５５に制
御信号を送る。

光検出素子１３と１４で検出された光量と１５と１６で
検出された光量の差に対応する信号は、トラッキング信
号５９としてＳＡＷ偏光器のドライバであるボルテージ
・コンドロールド・オツシＬ／−タ（ＶＣＯ）５６へ送
られ、５ＡＷ２２の周波数を、くし形電極７に付加する
電気信号によって変化させる。５ＡＷ２２の周波数が変
化すると、光の偏向方向が変化し、トラッキングが行な
われる。

信号記録時は、コンピュータ５１に信号記録の命令を入
力すると、記録すべき信号に応じて半導体レーザ５を再
生時より大きなパワでパルス発振させるための信号がコ
ンピュータ５１からパルス発生回路５３に入力される。

パルス発生回路５３は、この信号に応じてパルス信号を
発生し、レーザ駆動回路５２に入力する。レーザ駆動回
路５２は半導体レーザ５をパルス発振させ、このパルス
発振した光は、再生時と同等の経路を通って記録　・媒
体１１へ導びかれ例えば穴あけや相転移等によりビット
を形成し、記録媒体の反射特性を変化させる。トラッキ
ング及び合焦点（オートフォーカス）は、再生時と同等
に行なわれる。

以上、本実施例においては、記録媒体１１による反射光
を利用して情報を再生する場合について述べたが、もち
ろん透過光を利用するものであっても良い、この場合、
透過光を固体光ピックアップへ戻すための光学系が必要
である。

又、合焦点（オートフォーカス）は１本実施例の如く記
録媒体１１と固体光ピックアップの相対位置を変化させ
るものでも良いが、記録媒体１１と固体光ピックアップ
の間に構成した集向レンズ等の光学系を操作するもので
あっても良い。

〔発明の効果〕

本発明によれば、異なる光導波路上にそれぞれ伝播する
光に必要な機能を有する手段を別々に配設することがで
きるので、半導体レーザの出射する光の利用効率を飛躍
的に向上させる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第５図及び第７図は本発明に係る固体光ピック
アップの実施例を示す図、第２図は第１図、第５図に示
す実施例の第２の導波層の斜視図、第３図は異なる２つ
の媒質から成る２つの光導波路のＴＭ、ＴＥ波の伝播定
数と導波路の厚さとの関係を示した図、第４図はモード
・スプリッタ部の構造を示す図、第６図は更に別の実施
例を示す図、第８図は、本発明に係る情報記録装置若し
くは情報再生装置を示す図、第９図は従来技術を示す図
である。 １・・・第１の導波路、２・・・第２の導波路、８・・
・モード・スプリッタ、３・・・中間層、５・・・半導
体レーザ、１３〜１６・・・光検出素子。 ■　Ｚ　図 ′！ｆＪ３図 ￥Ｊ　４　図 ３　中間Ａ　　　　Ｉどノマブ７γ１ １ＦＪ７　　　図 ４４　へ゛ツ７Ｔ層　　　　　　　　５°θ　鼻：Ｊｊ
ｌ、涼ξＬンス”５５　プヒＣ％７７ブ７１ か動襞ｌ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体レーザと、この半導体レーザからの光を情報
   を記録するための記録媒体に導びきかつこの記録媒体か
   ら戻つた光を再び結合する第１の導波路と、上記第１の
   導波路から光の性質を利用して上記記録媒体から戻つた
   光を分離する分離手段と、この分離手段により分離され
   た上記記録媒体から戻つた光を伝播する第２の導波路と
   を有することを特徴とする固体光ピックアップ。 ２、特許請求の範囲第１項記載の固体光ピックアップに
   おいて、前記第１の導波路は前記記録媒体に光を集光し
   かつ前記記録媒体から戻つた光を結合するための集光・
   結合手段を有することを特徴とする固体光ピックアップ
   。 ３、特許請求の範囲第１項若しくは第２項記載の固体光
   ピックアップにおいて、前記第１の導波路は前記記録媒
   体をトラッキングするために前記半導体レーザから前記
   記録媒体に向かう光を偏向する偏向手段を有することを
   特徴とする固体光ピックアップ。 ４、特許請求の範囲第１項記載の固体光ピックアップに
   おいて、前記第２の導波路は前記記録媒体から戻つた光
   を検出する検出手段を有することを特徴とする固体光ピ
   ックアップ。 ５、特許請求の範囲第４項記載の固体光ピックアップに
   おいて、前記第２の導波路は前記記録媒体から戻つた光
   を前記検出手段に分波し集光する集光・分波手段を有す
   ることを特徴とする固体光ピックアップ。 ６、特許請求の範囲第１項記載の固体光ピックアップに
   おいて、前記分離手段は光の偏光方向を感知して前記第
   １の導波路から前記記録媒体から戻つた光を分離するモ
   ード・スプリッタであることを特徴とする固体光ピック
   アップ。 ７、特許請求の範囲第６項記載の固体光ピックアップに
   おいて、前記第１の導波路上には通過する光の偏光方向
   を変える偏光手段を有することを特徴とする固体光ピッ
   クアップ。８、特許請求の範囲第７項記載の固体光ピッ
   クアップにおいて、前記偏光手段は１／４波長板である
   ことを特徴とする固体光ピックアップ。 ９、特許請求の範囲第１項若しくは第６項記載の固体光
   ピックアップにおいて、前記分離手段は前記第１の導波
   路から前記記録媒体から戻つた光の一部のみを分離し、
   残りは前記第１の導波路をそのまま伝播して前記半導体
   レーザに戻ることを特徴とする固体光ピックアップ。