KR0131372B1 - 광디스크용 광픽업의 위상보정 박막설계방법 - Google Patents

광디스크용 광픽업의 위상보정 박막설계방법

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KR0131372B1 KR1019940015639A KR19940015639A KR0131372B1 KR 0131372 B1 KR0131372 B1 KR 0131372B1 KR 1019940015639 A KR1019940015639 A KR 1019940015639A KR 19940015639 A KR19940015639 A KR 19940015639A KR 0131372 B1 KR0131372 B1 KR 0131372B1
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Abstract

본 발명은 광자기디스크를 이용하는 광디스크의 광픽업의 구성요소중 롬보이드 프리즘의 전반사면에 P파와 S파가 전반사될 때 두파의 위상차이를 없애도록 하는 광디스크용 광픽업의 위상보정 박막설계방법에 관한 것으로, 롬보이드 프리즘(4)의 전반사면(a)에서 레이저빔이 전반사될 때 P파와 S파의 위상차를 제거하기 위해 전반사면의 박막구성을 고굴절률 물질과 저굴절률 물질을 교대로 적층하여 십층이상의 코팅을 하면 제작시간이 층수에 비례하여 길어지며 또한 제작시 불량이 날 확률도 높아지게 되므로 제작단가가 상승되는 문제점과, 또한 롬보이드프리즘(4)의 전반사면(a)에 위상보정코팅을 하지 않을 경우 프리마스크된 미니디스크는 읽을 수 있으나 재기록 가능한 광자기 디스크는 읽을 수가 없게 되어 모든 미니디스크용 광픽업에 적용될 수 없게 되는 문제점을 본 발명에서는 롬보이드프리즘(4)의 전반사면(a)에 상대적으로 굴절율이 높은 물질(H)과 낮은 물질(L)을 고-저-고 순으로 3층 코팅하여 레이저빔이 롬보이드프리즘(4)의 전반사면(a)에서 전반사될 때, P파와 S파의 위상차이를 약 10도 미만으로 제거하도록 하여 프리마스크 디스크 및 광자기 디스크를 읽을 수 있도록 하고, 3층 박막에 의해 원하는 파장영역에서 위상차를 제거할 수 있음으로 해서 제작시간 및 불량률을 줄일 수 있도록 한다.

Description

광디스크용 광픽업의 위상보정 박막설계방법
제1도는 일반적인 광디스크용 광픽업의 구성도.
제2도는 본 발명 위상부정박막의 확대 단면도.
제3(A∼D)도는 본 발명에 의한 일실시예에서 실제파장에 따른 P파와 S파의 위상차를 나타내는 그래프.
제4(A∼D)도의 본 발명의 다른 일실시예에서 실제파장에 따른 P파와 S파의 위상차를 나타내는 그래프이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 레이저다이오드 2 : 회절격자
3 : 콜리메이팅렌즈 4 : 롬보이드프리즘
5 : 반사미러 6 : 대물렌즈
7 : 디스크 8 : 월라스톤프리즘
9 : 콜리메이팅렌즈 10 : 원기둥렌즈
11 : 8분할 포토다이오드
본 발명은 광자기디스크를 이용하는 광디스크의 광픽업의 구성요소중 롬보이드 프리즘의 전반사면에 P파와 S파가 전반사될 때 두파의 위상차이를 없애도록 하는 광디스크용 광픽업의 위상보정 박막설계방법에 관한 것이다.
일반적으로 광디스크용 광픽업의 구성은 제1도와 같다.
즉, 레이저다이오드(1)에서 나오는 P-편광된 빔이 회절격자(2)를 통과하여 3개의 빔으로 나뉘어지고, 콜리메이팅렌즈(3)에 의해 평행광선으로 되어 롬보이드프리즘(4)을 통과한다. 상기 롬보이드프리즘(4)을 대부분 통과한 빔은 반사미러(5)에서 반사되어 대물렌즈(6)에 의해 디스크(7)에 집속된다. 상기 광자기디스크(7)에 집속된 레이저빔은 초기 P-편광된 빔으로 다시 디스크(7)에서 반사된다. 이때 광자기디스크(7)의 자화방향에 따라 P-편광된 빔은 디스크(7)에서 반사될 때 편광방향이 약 0.5도 정도 미세하게 시계방향이나 반시계방향으로 회전한다. 즉, P파가 S파의 성분을 가진 빔으로 바뀌게 되는데, P파가 S파에 비해 상대적으로 크므로 거의 선면광빔이 된다. 이와 같이 편광방향이 바뀐 빔은 대물렌즈(6)를 통해 평행광선으로 되어 다시 반사미러(5)에서 반사되면서 롬보이드프리즘(4)의 편광광속분할면(4-1)에서 P파는 약 30% 정도 반사되고, S파는 약 99% 정도 반사되어 결과적으로 편광방향이 약 1도 정도 회전된 상태가 된다. 상기 롬보이드프리즘(4)의 편광광속분할면(4-1)에서 반사된 편광방향이 약 1도 정도 회전된 선편광빔은 롬보이드프리즘(4)의 전반사면(a)에서 전반사되어 월라스톤프리즘(8)으로 입사되는데, 상기 전반사면(a)에서 반사될 P파와 S파의 위상차이가 크게 발생하게 되는데, 전반사면(a)에 아무런 코팅이 되어 있지 않을 경우 위상차가 약 38.5도 발생하여 선편광된 빔이 타원편광된 빔으로 바뀌게 된다. 상기에서 타원편광된 빔은 월라스톤프리즘(8)에서 편광방향이 45도로 바뀌게 되며, 또한 상기 회절격자(2)에서 나뉘어진 3개의 빔에 대해 P파와 S파 및 P+S파의 세방향의 빔으로 분리된 다음 콜리메이팅렌즈(9)와 디스크(7)에서의 빔의 촛점 상태를 확인하는 원기둥렌즈(10)를 통과한 후, 8분할 포토다이오드(11)에 결상되어 정보를 읽게 된다.
상기와 같은 구성에서 롬보이드프리즘(4)의 전반사면(a)에서 반사되는 빔의 편광방향이 타원편광이되면 디스크(7)에서 반사된 광의 정보를 잃어버리게 된다. 그래서 레이저빔이 전반사될 때 P파와 S파의 위상차를 제거하기 위해 전반사면의 박막구성을 고굴절률 물질과 저굴절률 물질을 교대로 적충하여 십층이상의 코팅으로 하였다. 여기서 말하는 고굴절율과 저굴절율은 상대적인 것이다. 이와 같이 위상차를 없애기 위해 박막을 코팅할시, 박막의 층수가 높아지게 되면 제작시간이 층수에 비례하여 길어지며 또한 제작시 불량이 날 확률도 높아지게 되므로 제작단가가 상승되는 문제점이 생기게 된다. 또한 롬보이드프리즘의 전반사면에 위상보정코팅을 하지 않을 경우 프리마스크된 미니디스크는 읽을 수 있으나 재기록 가능한 광자기디스크는 읽을 수가 없게되어 모든 미니디스크용 광픽업에 대해 적용될 수 없게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여, 롬보이드프리즘의 전반사면에 상대적으로 고굴절율인 물질과 저굴절율인 물질, 그리고 다시 고굴절율인 물질의 유전체로 3층 코팅하여 레이저빔이 롬보이드프리즘의 전반사면에서 번반사될 때, P파와 S파의 위상차이를 약 10도 미만으로 감소시켜 프리마스크 디스크 및 광자기 디스크를 읽을 수 있도록 하고, 3층 박막에 의해 원하는 파장영역에서 위상차를 제거할 수 있음으로 해서 제작시간 및 불량률을 줄이고 코팅층의 두께도 줄일수 있도록 함을 특징으로 한다.
즉, 위상보정박막의 두께를 결정하기 위해 레이저다이오드에서 발산되는 빔의 파장에 대한 설계파장을 설정하여 이에 따라 결정되는 박막의 광학적 두께, 즉 설계파장의 사분의 일로써 광학적 두께가 매질의 굴절율과 박막의 실제두께의 곱과 같다는 조건에 의해 박막의 실제두께를 구하고, 박막은 굴절율이 상대적으로 고-저-고의 순으로 되도록 하여 3층으로 구성함으로써 P파와 S파가 전반사될시 생기는 위상차를 10도 미만이 되도록 한다.
이하 본 발명의 일실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
제2도는 본 발명 위상보정박막이 코팅된 롬보이드프리즘의 전반사면의 확대 단면도이다.
즉, 입사매질인 롬보이드프리즘(4)은 유리로 되어 있고, 빔의 입사각은 롬보이드프리즘(4)의 전반사면(a)이 수평면에 대해 45도 기울어져 있으므로 45도가 되며, 박막 외부매질인 기판은 공기가 된다.
이때, 박막의 두께를 결정짓기 위해 필요한 파장은 설계파장(λ0)이며, 이는 실제로 사용하는 파장과 다를 수도 같을 수도 있다.
박막을 설계할 때 박막의 두께는 실제적인 두께로 표시할 수도 있지만 일반적으로 광학적 두께(x,y,z)를 사용한다. 이때의 광학적 두께(x,y,z)는 간단히 설계파장(λ0)의 사분의 일(0.25)인 H(high)와 L(Low)의 실수배로 나타내며, 이는 매질의 굴절율과 박막의 실제두께를 곱한 것과 같다.
그리고 일반적으로 미니디스크에 사용되는 레이저다이오드의 파장은 780nm인데 점차적으로 650nm의 레이저다이오드도 사용되고 있는 추세이다. 또한 일반적으로 박막 물질로 사용되는 유전체에서 고굴절율을 가진 물질은 ZnS(nH=2.3)이고, 저굴절율을 가진 물질은 MgF2(nL=1.38)와 Cryolite(nL=1.35)이다.
이에 따라 본 발명을 설계파장(λ0) 설계파장(λ)의 (1.032±0.02)배로 하여 '유리/H(x) L(y) 2.8H(z)/공기'와 같은 박막구성으로 마지막 층의 광학적 두께(z)는 (2.8±0.1)*0.25λ0의 두께를 이루도록 하여 상기 일반적으로 사용되는 물질에 있어 적용하면 제3도와 같은 그래프에 의해 위상차가 10도 미만에 있음을 알 수 있다. 이때 사용된( 1.032±0.02)와 (2.8±0.1)의 수치는 발명자의 반복실험에 의해 유추된 값이다.
[실시예(1-1)]
실제파장(λ)780nm에서 위상차를 줄이기 위한 위상보정박막설계
설계파장(λ0) : 805nm
고굴절율 물질(H) : ZnS
저굴절율 물질(L) : MgF2
입 사 각 : 45도
기 판 : 공기(n=1)
입사매질(유리) : BK-7(ng=1.52)
박막구성 : BK-7/H(x) L(y) 2.8H(z)/공기
이에 대한 위상차를 제3도의 (A) 그래프로써 살펴보면 실제파장(λ) 780nm에서의 P파와 S파의 위상차는 0.6도가 된다.
[실시예(1-2)]
실제파장(λ) 780nm에서 위상차를 줄이기 위한 위상보정박막설계
설계파장(λ0) : 805nm
고굴절율 물질(H) : ZnS
저굴절율 물질(L) : Cryolite
입 사 각 : 45도
기 판 : 공기
입사매질(유리) : BK-7
박막구성 : BK-7/H(x) L(y) 2.8H(z)/공기
이에 대한 위상차를 제3도의 (B) 그래프로써 살펴보면 실제파장(λ) 780nm에서의 P파와 S파의 위상차는 4.5도가 된다.
[실시예(1-3)]
실제파장(λ) 650nm에서 위상차를 줄이기 위한 위상보정박막설계
설계파장(λ0) : 671nm
고굴절율 물질(H) : ZnS
저굴절율 물질(L) : MgF2
입 사 각 : 45도
기 판 : 공기
입사매질(유리) : BK-7
박막구성 : BK-7/H(x) L(y) 2.8H(z)/공기
이에 대한 위상차를 제3도의 (C) 그래프로써 살펴보면 실제파장(λ) 650nm에서의 P파와 S파의 위상차는 4.5도가 된다.
[실시예(1-4)]
실제파장(λ) 650nm에서 위상차를 줄이기 위한 위상보정박막설계
설계파장(λ0) : 671nm
고굴절율 물질(H) : ZnS
저굴절율 물질(L) : Cryolite
입 사 각 : 45도
기 판 : 공기
입사매질(유리) : BK-7
박막구성 : BK-7/H(x) L(y) 2.8H(z)/공기
이에 대한 위상차를 제3도의 (D) 그래프로써 살펴보면 실제파장(λ) 650nm에서의 P파와 S파의 위상차는 5.6도가 된다.
제4도의 그래프는 본 발명을 설계파장(λ0)을 실제파장(λ)과 같게 하고, '유리 /H 1.2L 2.8H/공기'와 같은 박막구성으로 마지막 세번째층의 광학적 두께(z)는 (2.8±0.1)*0.25λ0의 두께를 가지도록 하고 두번째층은 (1.2±0.2)*0.25λ0의광학적 두께(y)를 갖도록 하여 제3도에서 예를 든 것과 같이 적용하면 위상차가 10도 미만에 있음을 알 수 있다. 이때 사용된 (2.8±0.1)와 (1.2±0.2)의 수치는 발명자의 반복실험에 의해 유추된 것이다.
[실시예(2-1)]
실제파장(λ) 780nm에서 위상차를 줄이기 위한 위상보정박막설계
설계파장(λ0) : 780nm
고굴절율 물질(H) : ZnS
저굴절율 물질(L) : MgF2
입 사 각 : 45도
기 판 : 공기
입사매질(유리) : BK-7
박막구성 : BK-7/H(x) L(y) 2.8H(z)/공기
이에 대한 위상차를 제4도의 (A) 그래프로써 살펴보면 실제파장(λ) 780nm에서의 P파와 S파의 위상차는 0도가 된다.
[실시예(2-2)]
실제파장(λ) 780nm에서 위상차를 줄이기 위한 위상보정박막설계
설계파장(λ0) : 780nm
고굴절율 물질(H) : ZnS
저굴절율 물질(L) : Cryolite
입 사 각 : 45도
기 판 : 공기
입사매질(유리) : BK-7
박막구성 : BK-7/H(x)1.2 L(y) 2.8H(z)/공기
이에 대한 위상차를 제4도의 (B) 그래프로써 살펴보면 실제파장(λ) 780nm에서의 P파와 S파의 위상차는 4.5도가 된다.
[실시예(2-3)]
실제파장(λ) 650nm에서 위상차를 줄이기 위한 위상보정박막설계
설계파장(λ0) : 650nm
고굴절율 물질(H) : ZnS
저굴절율 물질(L) : MgF2
입 사 각 : 45도
기 판 : 공기
입사매질(유리) : BK-7
박막구성 : BK-7/H(x)1.2 L(y) 2.8H(z)/공기
이에 대한 위상차를 제4도의 (C) 그래프로써 살펴보면 실제파장(λ) 650nm에서의 P파와 S파의 위상차는 0.8도가 된다.
[실시예(2-4)]
실제파장(λ) 650nm에서 위상차를 줄이기 위한 위상보정박막설계
설계파장(λ0) : 650nm
고굴절율 물질(H) : ZnS
저굴절율 물질(L) : Cryolite
입 사 각 : 45도
기 판 : 공기
입사매질(유리) : BK-7
박막구성 : BK-7/H(x)1.2 L(y) 2.8H(z)/공기
이에 대한 위상차를 제3도의 (D) 그래프로써 살펴보면 실제파장(λ) 650nm에서의 P파와 S파의 위상차는 5.5도가 된다.
이와 같이 본 발명에 따라 설계된 박막은 사용하는 파장에 따라 박막의 두께(x,y,z)만 조절하여 설계가능하여 박막설계가 쉬워지며, 상기와 같은 위상보정박막이 설계된 전반사면(a)에서 P파와 S파가 전반사될 시, 위상차가 10도 미만이 되어 디스크(7)에서 반사된 빔으로 정확하게 정보를 판독할 수 있게 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따르면, 광디스크용 광픽업에서 전반사에 따른 P파와 S파의 위상차를 10도 미만으로 줄이도록 하는 박막을 3층으로 설계함으로써 제작시간의 단축과 불량률 감소에 대한 효과가 있게 되며, 이에 따라 경제적으로도 잇점이 있게 되고, 또한 사용하는 파장에 따라 단지 박막의 두께만을 조절함으로써 쉽게 위상보정박막을 설계할 수 있다.

Claims (10)

  1. 롬보이드프리즘(4)의 전반사면(a)에서 빔을 전반사시킬 때 생기는 P파와 S파의 위상차를 줄이기 위해 고굴절인 물질과 저굴절율인 물질을 고굴절-저굴절-고굴절의 순으로 3층으로 코팅하는 롬보이드프리즘(4)의 전반사면(a)에 위상보정박막을 설계하는 방법에 있어서, 설계파장(λ0)을 실제파장(λ)의 (1.032±0.02)배로 하고, 첫 번째층의 광학적 두께(x)는 H(0.25λ0), 두 번째층과 광학적 두께(y)는 L(0.25λ0), 세 번째 층의 광학적 두께(z)는 첫 번째층의 광학적두께(x)의 (2.8±0.1)배로 하여 박막을 코팅함을 특징으로 하는 광디스크용 광픽업의 위상보정 박막설계방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 실제파장(λ)이 780nm일 때, 고굴절율물질을 굴절율이 2.3인 ZnS를 사용하고, 저굴절율물질을 굴절율이 1.38인 MgF2를 사용하여 박막을 3층으로 코팅함을 특징으로 하는 광디스크용 광픽업의 위상보정 박막설계방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 실제파장(λ)이 780nm일 때, 고굴절율물질을 굴절율이 2.3인 ZnS를 사용하고, 저굴절율물질을 굴절율이 1.35인 Cryolite를 사용하여 박막을 3층으로 코팅함을 특징으로 하는 광디스크용 광픽업의 위상보정 박막설계방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 실제파장(λ)이 650nm일 때, 고굴절율물질을 굴절율이 2.3인 ZnS를 사용하고, 저굴절율물질을 굴절율이 1.38인 MgF2를 사용하여 박막을 3층으로 코팅함을 특징으로 하는 광디스크용 광픽업의 위상보정 박막설계방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 실제파장(λ)이 650nm일 때, 고굴절율물질을 굴절율이 2.3인 ZnS를 사용하고, 저굴절율물질을 굴절율이 1.35인 Cryolite를 사용하여 박막을 3층으로 코팅함을 특징으로 하는 광디스크용 광픽업의 위상보정 박막설계방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 설계파장(λ0)을 실제파장(λ)과 같게 하고, 첫 번째층의 광학적 두께(x)는 H(0.25λ0), 두 번째층의 광학적 두께(y)는 L(1.2±0.2), 세 번째층의 광학적 두께(z)는 첫 번째층의 광학적두께의 (2.8±0.1)배로 하여 코팅함을 특징으로 하는 광디스크용 광픽업의 위상보정 박막설계방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 실제파장(λ)이 780nm일 때, 고굴절율물질을 굴절율이 2.3인 ZnS를 사용하고, 저굴절율물질을 굴절율이 1.38인 MgF2를 사용하여 박막을 3층으로 코팅함을 특징으로 하는 광디스크용 광픽업의 위상보정 박막설계방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 실제파장(λ)이 780nm일 때, 고굴절율물질을 굴절율이 2.3인 ZnS를 사용하고, 저굴절율물질을 굴절율이 1.35인 Cryolite를 사용하여 박막을 3층으로 코팅함을 특징으로 하는 광디스크용 광픽업의 위상보정 박막설계방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 실제파장(λ)이 650nm일 때, 고굴절율물질을 굴절율이 2.3인 ZnS를 사용하고, 저굴절율물질을 굴절율이 1.38인 MgF2를 사용하여 박막을 3층으로 코팅함을 특징으로 하는 광디스크용 광픽업의 위상보정 박막설계방법.
  10. 제6항에 있어서, 상기 실제파장(λ)이 650nm일 때, 고굴절율물질을 굴절율이 2.3인 ZnS를 사용하고, 저굴절율물질을 굴절율이 1.35인 Cryolite를 사용하여 박막을 3층으로 코팅함을 특징으로 하는 광디스크용 광픽업의 위상보정 박막설계방법.
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