KR100381937B1 - 스퓨리어스 반사로 인한 잡음을 감소시키기 위한 수단을가지는 광학 데이터 저장 시스템 - Google Patents

스퓨리어스 반사로 인한 잡음을 감소시키기 위한 수단을가지는 광학 데이터 저장 시스템 Download PDF

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용웨이 창
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조지 알. 그레이
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Abstract

본 발명의 광학 데이터 저장 시스템에서는 저장 매체 사이에서 정보를 전송하기 위해 광섬유가 사용된다. 저장 매체는 자기-광학 저장 디스크가 포함된다. 광섬유는 저-복굴절 광섬유이다. 통상적인 방법과 비교하면, 광섬유에 의해 전송된 편광 상태는 감소된 잡음으로 정확히 재생성된다. 여러 잡음 감소 기술은 광섬유의 단부에서 스퓨리어스 반사(또는 스퓨리어스 반사 효과)를 상당히 감소시키거나 제거함으로써 제공된다. 특히, 여러 기술들, 예를 들어, 굴절율 매칭, 커버 슬립 기술, 레이저 변조, 또는 소정의 각도로의 연마가 광섬유 전단부에서 스퓨리어스 반사(또는 스퓨리어스 반사 효과)를 제거하기 위해 사용될 수 있다. 여러 기술들, 예를 들어, 소정의 각도로의 분열, 굴절율 매칭, 또는 다중모드 광섬유 접속 기술은 광섬유 후단부에서 스퓨리어스 반사(또는 스퓨리어스 반사 효과)를 제거하기 위해 사용될 수 있다.

Description

스퓨리어스 반사로 인한 잡음을 감소시키기 위한 수단을 가지는 광학 데이터 저장 시스템 {OPTICAL DATA STORAGE SYSTEM WITH MEANS FOR REDUCING NOISE FROM SPURIOUS REFLECTIONS}
자기 광학 저장 시스템에서, 회전 디스크 상에 증착된 자기-광학(MO) 기록 물질을 이용하여, 자기 영역의 공간적 변화에 따라 디스크 상에 정보가 기록될 수 있다. 판독 과정 동안, 자기 영역 패턴은 편광을 변형시키고, 검출 시스템에서는 형성된 신호가 광학 포맷에서 전자 포맷으로 변환된다.
일 타입의 자기-광학 저장 시스템에서, 자기 광학 헤드 어셈블리는 기록 및 판독 과정 동안, 데이터 트랙 위에 광학 헤드 어셈블리를 위치시키도록 디스크의 방사 방향을 따라 헤드를 이동시키는 선형 액추에이터 상에 위치된다. 자기 코일은 디스크 표면에 수직 방향으로 자기 컴포넌트를 가지는 자계를 생성하도록 헤드 어셈블리의 독립된 어셈블리 상에 배치된다. 디스크 매체의 주변 자기 물질과 반대인, 수직 자화의 극성은 먼저 디스크 상에 광학 지점(optical spot)을 형성하도록 레이저 빔을 포커싱함으로써 0 또는 1을 지시하는 마크로서 기록된다. 광학 지점은 퀴리점(자화가 인가된 자계에 의해 쉽게 바뀔 수 있는 온도) 근처 또는 이상의 온도까지 자기-광학 물질을 가열하는 기능을 한다. 자기 코일을 통과하는 전류는 자연적인 수직 자화를 상부 또는 하부로 향하게 한다. 이 방향 설정 과정은 온도가 적당히 높은 광학 지점 부분에서 발생한다. 자화 마크의 방향 설정은 레이저 빔이 제거된 후에 유지된다. 자기 코일이 반대 방향으로 자계를 생성하는 동안, 레이저 빔에 의해 자화 마크가 퀴리점까지 국부적으로 재가열되면, 자화 마크는 지워지거나 또는 덮여 쓰여진다.
해당 마크에서의 자화에 의해 반사 빔 상에 발생된 편광의 케르(Kerr) 회전을 검출하기 위하여, 자기 케르 효과를 이용함으로써 디스크 상의 해당 특정 마크로부터 정보가 판독된다. 케르 회전의 크기는 (케르 계수에서 구체화된)물질 특성에 의해 결정된다. 회전 감지는 기존의 차 검출 방식에 의해 측정되고, 해당 마크에서의 자연적인 자화의 방향에 따라, 시계 방향 또는 반시계 방향으로 방향이 정해진다.
현재는 약 1 Gigabit/in2의 공간 밀도로 자기 광학 디스크에 액세스하고 있지만, 통상적인 자기-광학 헤드는 헤드의 물리적 크기와 질량을 다소 크게(일반적으로 3-15 mm 치수) 만드는 상대적으로 큰 광학 어셈블리에 기초하는 경향이 있다. 따라서, 통상적인 자기-광학 헤드가 자기-광학 저장 디스크 상의 새로운 데이터 트랙에 액세스하도록 기계적으로 이동되는 속도는 느리다. 또한, 통상적인 자기-광학 헤드의 물리적 크기는 자기-광학 디스크 사이의 공간을 제한한다. 표준 높이 디스크 드라이브에서 이용 가능한 공간이 제한되기 때문에, 자기-광학 디스크 드라이브는 고용량, 고성능 상업용 제품으로서 이용할 수는 없다. 예를 들어, 현재 이용 가능한 상업용 자기-광학 저장 장치는 130 mm 양면의 2.6 ISO 기가바이트 자기-광학 디스크 중 한 면만을, 40 ms 디스크 액세스 시간, 및 4.6 MB/Sec의 데이터 전송 속도로 액세스한다.
N, Yamada의 미국 특허 5,255,260에서는 다수의 광학 디스크의 상부 및 하부면에 액세스하기 위한 소형 플라잉 광학 헤드에 대해 개시되어 있다. Yamada에 의해 개시된 플라잉 광학 헤드는 위상 변화 광학 디스크에 대해 광을 전송하고 수신하기 위하여, (아암에 대해 고정된) 정적 미러 또는 프리즘이 장착된 액추에이팅 아암에 대해 기술하고 있다. Yamada에 의해 기술된 정적 광소자가 고정된 공간 내에 수용된 다수의 위상 변화 광학 디스크의 양면에 액세스하지만, 광소자의 크기 및 질량에 의해 제한된다. 따라서, 소정의 공간 내에서 기능을 하도록 제조될 수 있는 광학 디스크의 성능 및 수 또한 제한된다.
레이저원에서 저장 장소로 편광을 이동시키도록 편광-유지 광섬유 및 패브리-패럿(Fabry Perot)(FP) 레이저를 사용하는 분야에서, 모드 분할 잡음(mode partition nosie)은 이용 가능한 신호 대 잡음 비(SNR)를 제한한다. 광대역 편광 요동 형태의 모드 분할 잡음(MPN)은 고복굴절 엘리먼트가 광학 경로에 배치될 때 나타나는 FP 레이저의 고유 특성이다. 편광-유지 광(PM)섬유는 설계에 의해, 고복굴절 성질을 가진다; 따라서, MPN은 PM 광섬유가 FP 레이저에 이용될 때 제거되기 아주 어렵다.
따라서, 종래의 방식과 비교할 때, 충분한 신호 대 잡음 비(SNR)를 가지고 광학 드라이브의 레이저원 및 저장 장소 사이에서 광을 전송하기 위하여 광섬유를 이용하며, 소정의 공간 내에 배치될 수 있는 디스크의 수를 증가시킬 수 있는 광학 데이터 저장 시스템이 요구된다. 개선된 광학 헤드는 바람직하게는 고 개구수, 감소된 헤드 크기 및 질량을 제공해야 한다. 또한, 광학 헤드는 디스크 표면에 대한 통상적인 액세스, 디스크 드라이브 액세스 시간, 데이터 전송 속도, 광학 유도된 잡음, 및 쉬운 정렬 및 제조를 개선해야한다.
본 발명은 일반적으로 데이터 저장 시스템에서 이용되는 광섬유에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 자기 광학 데이터 저장 시스템에서 이용되는 저복굴절(low-birefringence) 광섬유에 관한 것이다.
도 1a는 동면 및 이면에서 저복굴절 광섬유가 휘는 자기-광학 저장 및 검색 시스템의 일 실시예를 도시한 도이다.
도 1b는 동면에서 저복굴절 광섬유가 현저하게 휘는 자기-광학 저장 및 검색 시스템을 도시한 도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저-광학 어셈블리를 도시한 도이다.
도 2b는 가변 광학 위상 지연을 제공하는 일 실시예를 도시한 도이다.
도 2c는 가변 광학 위상 지연을 제공하는 다른 실시예를 도시한 도이다.
도 2d는 가변 광학 위상 지연을 제공하는 또 다른 실시예를 도시한 도이다.
도 2e는 편광 회전기의 실시예를 도시한 도이다.
도 2f는 레이저원이 펄스화되는 실시예를 도시한 도이다.
도 3은 광학 스위치를 포함하는 광학 모듈을 도시한 도이다.
도 4a-g는 본 발명의 플라잉 헤드를 여러 방향에서 도시한 도이다.
도 5a-b는 자기-광학 디스크 드라이브의 2개의 실시예를 도시한 도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라, 굴절율 매칭 물질을 가지는 GRIN 렌즈에 결합되는 광섬유를 도시한 도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 광섬유에 커플링되는 커버 슬립을가지는 GRIN 렌즈에 결합되는 광섬유를 도시한 도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, GRIN 렌즈를 통해서 전달되는 반사된 신호-운반 빔 및 변형된 구성을 가지는 론치 단부를 가지는 광섬유를 도시한 도이다.
도 9a는 스퓨리어스 반사가 광섬유의 헤드 단부에서 일어나는 광섬유의 일부를 도시한 도이다.
도 9b는 광섬유 헤드 단부로부터 광섬유 단부에 대한 상대적 반(返)결합 효율 대 광섬유 헤드 단부가 분열되는 각의 크기를 도시한 그래프이다.
도 9c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 하부각 클리브를 가지는 광섬유를 포함하는 광학 시스템을 도시한 도이다.
도 9d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 상부각 클리브를 가지는 광섬유를 가지는 광학 시스템을 도시한 도이다.
도 9e는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 각 클리브가 없는 광섬유를 가지는 광학 시스템을 도시한 도이다.
도 10a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 직선 클리브 또는 연마를 가지는 헤드 단부를 포함하며 굴절율 매칭 유체 또는 에폭시를 가지는 슬라이더에 결합되는 광섬유를 도시한 도이다.
도 10b는 도 10a에서 도시된 광학 시스템의 신호-운반 빔의 전송 및 스퓨리어스 반사를 도시한 도이다.
도 11a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 다중모드 광섬유 부분이 절단된헤드 단부를 가지는 광섬유를 도시한 도이다.
도 11b는 도 11a에서 도시된 광학 시스템의 신호-운반 빔의 전송 및 스퓨리어스 반사를 도시한 도이다.
도 11c는 광섬유 헤드 단부에서의 반사 대 광섬유가 절단된 다중모드 광섬유 부분의 길이를 도시한 그래프이다.
본 발명은 광학 저장 매체로 또는 광학 저장 매체로부터 정보를 전송하기 위해 저복굴절 광섬유를 이용함으로써 소정의 공간 내에 배치될 수 있는 저장 디스크의 수를 증가시킬 수 있다. 광섬유와 결합된, 감소된 프로파일 헤드 상의 고 공진 주파수 트래킹 서보 장치는 저장 매체에 대한 개선된 액세스, 개선된 디스크 드라이브 액세스 시간, 및 개선된 데이터 전송 속도를 제공한다.
본 발명에 따르면, 광학 디스크 드라이브는 예를 들어, 플라잉(flying) 헤드 기술 같은 다양한 윈체스터(Winchester) 자기 디스크 기술을 이용한다. 본 발명의 다른 특징에 따르면, 레이저 광학 어셈블리는 광원에서 광학 스위치로 광을 향하게 하며, 상기 스위치는 하나 이상의 회전 아암에 결합되는 다수의 저복굴절 광섬유 중 하나로 광을 향하게 하고 각각의 회전 아암은 플라잉 광학 헤드를 지지한다. 포커싱된 광학 지점을 가지는 각 저장 매체에서 데이터를 판독 및 기록하기 위하여, 광은 광섬유를 통해 각각의 광학 헤드로 전달된다. 저장 매체로부터 반사된 광 신호는 이어지는 과정 동안 광학 헤드 및 광섬유를 통해서 다시 커플링된다. 일 실시예에서, 광원은 패브리-패럿(FP) 레이저를 포함한다. 다른 실시예에서, 광원은 분포 궤환형(DFB) 레이저와 같은 단안정 주파수 레이저원을 포함한다.
광섬유에 의해 전달된 광의 광학 경로는 플라잉 헤드 상에 장착된 조종 가능한 마이크로-기계적 미러에 의해 바뀐다. 인접한 트랙에 대한 트랙 추종 및 탐색은 회전축을 중심으로 중심 미러 부분을 회전시킴으로써 수행된다. 조종 가능한 마이크로-기계적 미러로부터의 반사광은 GRIN(Gradient index) 렌즈 또는 몰딩(molded) 렌즈와 같은 내장형 마이크로-대물 렌즈를 통해 전달된다. 포커싱된 광학 지점은 저장 디스크의 방사 방향과 거의 평행한 방향으로 앞뒤로 스캐닝된다.
다른 실시예에서, 인접한 트랙에 대한 트랙 추종 및 탐색은 서로 독립적으로 조종 가능한 마이크로-기계적 미러 세트를 동작시킴으로써 한 번에 하나 이상의 저장 매체 표면에서 수행될 수 있다. 다수의 레이저 광학 어셈블리가 이 특정 실시예에서 요구된다.
본 발명의 다른 특징에서, 저복굴절 광섬유가 자기-광학 저장 디스크 사이에서 정보를 전송하는데 사용된다. 편광 정보가 광섬유를 통해서 전송될 때 광섬유에 가해지는 불가피한 스트레스 때문에, 저장 매체로부터의 편광 정보의 SNR 비율이 감소될 수 있다. 본 발명은 SNR을 증가시키기 위한 장치 및 방법을 제공한다. 일 실시예에서, 저복굴절 광섬유에서 동면(in-plane) 휨 유도 복굴절이 보상되어 SNR을 증가시킨다. 다른 실시예에서, 동면 휨 유도 및 이면(out of plane) 휨 유도 복굴절이 보상되어, SNR을 증가시킨다. 이면 휨 유도 복굴절은 편광 회전 엘리먼트를 제공함으로써 보상될 수 있으며, 이 엘리먼트는 회전형 1/2 파형판 또는 고정형 1/4 파형판 및 가변 위상 파형판의 조합으로 구성될 수 있다. 동면 휨은 반사광의 광학 위상 지연을 제공함으로써 보상될 수 있다. 액정 지연기, 고정형 1/4 파형판 및 회전형 1/2 파형판의 조합, 또는 고정형 1/4 파형판 및 회전형 편광 빔 스플리터로 구성되는 광학 위상 지연 엘리먼트에 의해 위상 지연이 제공될 수 있다. 또 다른 실시예에서, SNR은 변조된 패브리 패럿 또는 DFB 레이저를 포함하는 광원을 제공함으로써 증가될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에서, 광섬유 단부에서의 스퓨리어스(spurious) 반사(또는 스퓨리어스 반사 효과)를 상당히 감소시키거나 또는 제거하는 다양한 잡음 감소 기술이 제공된다. 레이저원이 예를 들어, FP 또는 DFB이면, 이 잡음 감소 기술이 적용될 수 있다. 특히, 스퓨리어스 반사(또는 스퓨리어스 반사 효과)는 레이저원에 인접한 광섬유 전(론치(launch))단부에서 그리고 저장 매체에 인접한 광섬유 후(헤드)단부에서 제거될 수 있다.
전술한 바와 유사하게, 광섬유 전단부면(즉, 론치 단부면)으로부터의 스퓨리어스 반사 효과를 제거하기 위하여, 레이저원은 광섬유 길이에 의존하는 특정 주파수에서 변조될 수 있다. 따라서, 광섬유 전단부로부터의 스퓨리어스 반사는 저장 매체에서 되돌아오는 주 신호 운반(bearing) 빔에 대해 시분할된다.
본 발명에 따른 다른 실시예에서, 광섬유 코어의 굴절율과 동일한 굴절율을 가지는 물질에 광섬유 전단부를 커플링함으로써 광섬유 전단부로부터의 스퓨리어스반사가 제거된다. 이 물질은 예를 들어, 에폭시, 유체, 또는 다른 적합한 물질로부터 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 다른 실시예에서, 광섬유 코어의 굴절율과 동일한 굴절율을 가지는 커버 슬립(cover slip)에 광섬유 전단부를 커플링함으로써 광섬유 전단부로부터의 스퓨리어스 반사가 제거된다. 커버 슬립은 예를 들어, 유리 또는 다른 적합한 물질로부터 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 다른 실시예에서, 광학 전파축에 대해 특정 각도로 광섬유 전단부를 연마함으로써 광섬유 전단부(즉, 헤드 단부)로부터의 스퓨리어스 반사 효과가 제거된다. 따라서, 주 신호 운반 빔은 스퓨리어스 반사와 공간적으로 분리된다. 또한, 최적의 광섬유 커플링 효과를 제공하기 위하여, 광섬유 단부에 결합된 GRIN 렌즈는 광학 전파축에 대해 유사한 각으로 연마될 수 있다.
본 발명에 따른 다른 실시예에서, 광학 전파축에 대해 특정 각으로 광섬유 후단부를 분열(cleaving)함으로써 광섬유 후단부로부터의 스퓨리어스 반사 효과가 제거된다. 각도 분열의 결과로써, 스퓨리어스 반사는 광섬유를 통해서 효과적으로 역-커플링되지 않으며, 따라서 효과적으로 제거된다.
본 발명에 따른 다른 실시예에서, 광섬유 코어의 굴절율과 동일한 굴절율을 가지는 유체 또는 에폭시에 광섬유 후단부를 커플링함으로써 광섬유 후단부로부터의 스퓨리어스 반사가 제거된다.
본 발명에 따른 다른 실시예에서, 광섬유 코어의 굴절율과 동일한 굴절율을 가지는 무코어 또는 다중모드 광섬유에 광섬유 후단부를 커플링함으로써 광섬유 후단부로부터의 스퓨리어스 반사가 제거된다. 광섬유의 커플링은 예를 들어, 혼합 결합에 의해 수행된다.
본 발명의 도면 부분에서 동일 부분이 동일한 도면 부호로 병기된 도면을 참조하면, 일반적으로 투시도로 도시되는 자기-광학 저장 및 검색 시스템(100)이 도 1a에서 도시된다. 일 실시예에서, 자기-광학(MO) 데이터 저장 및 검색 시스템(100)은 양면 제 1 표면 MO 디스크(107) 세트와 함께 이용되는 윈체스터 타입의 플라잉 헤드(106) 세트(각 MO 디스크 표면에 대해 하나의 플라잉 헤드)를 포함한다. 플라잉 헤드(106) 세트(하기에서 플라잉 MO 헤드라고 불리는)는 MO 디스크(107) 세트 표면 상에 위치하도록, 각 서스펜션(130) 및 액추에이터 아암(105)에 의해 회전 액추에이터 자석 및 코일 어셈블리(120)에 결합된다. 동작시, 플라잉 MO 헤드(106) 세트와 MO 디스크(107) 세트 사이에 공기역학 양력이 발생하도록 그리고 플라잉 MO 헤드(106) 세트를 MO 디스크(107) 세트의 상부 표면 및 하부 표면 상에 약 15 마이크로 인치의 플라잉 조건으로 유지하도록, MO 디스크(107) 세트가 스핀들 모터에 의해 회전한다. 양력은 서스펜션(130) 세트에 의해 인가되는 동일한 크기의 반대 방향 탄성력에 의해 저지된다. 비동작시, 플라잉 MO 헤드(106) 세트는 MO 디스크(107) 세트의 표면으로부터 이격된 저장 상태에서 정지 상태를 유지한다. 시스템(100)은 또한 광학 모듈(103) 및 광학 모듈에 결합된 광학 엘리먼트(102) 세트(예를 들어, 저복굴절 광섬유 세트)를 포함한다.
도 2a는 레이저 광학 모듈(103)의 부분으로서 사용된 레이저-광학 어셈블리(101)를 도시한다. 본 발명에서, 도 1a 및 1b의 광학 모듈(103)은 레이저-광학 어셈블리(101)를 포함하며, 레이저-광학 어셈블리는 레이저원(231), 예를 들어 패브리 패럿(FP) 레이저 또는 분포 궤환형(DFB) 레이저 같은 단안정 주파수 레이저원를 포함한다. 레이저 공동 내에 파장 선택 격자 엘리먼트를 사용하기 때문에, DFB 레이저원은 매우 안정한 협대역 단일 주파수 출력을 생성한다. 일 실시예에서, 레이저원(231)은 가시광선 스펙트럼의 적색 영역 내에 약 660 nm의 파장에서 동작한다; 그러나, 다른 파장에서 동작하는 레이저원 또한 본 발명의 범위 내에 존재한다. 패브리 패럿 레이저 다이오드는 스펙트럼 출력에서 고주파 요동에 의해 특징지어지는데, 이것은 당 기술분야에서 모드 분할 잡음(MPN)이라고 하는 것을 발생시킬 수 있다. 선형 편광이 (양 주축상에 광을 가지는) 예를 들어, 단일모드 편광-유지(PM) 광섬유 같은 고복굴절 엘리먼트에 전달될 때, 모드 분할 잡음(MPN)은 편광 잡음의 형태로 나타나며, 이는 유효 신호 대 잡음비(SNR)를 감소시키는 작용을 한다. MO 기록시, MO 디스크(107)로부터의 편광 정보가 판독되는 것이 바람직하기 때문에, 편광 잡음이 최소 상태로 유지되는 것이 중요하지만, FP 레이저원 및 통상적인 단일모드 편광 유지 광섬유를 사용할 때는 달성되기 어렵다. 한편, 저복굴절(lo-bi) 광섬유를 사용하면, MPN이 잘 생기지 않는 광학 시스템이 구성될 수 있다.
하기되는 바와 같이, 광섬유(102) 단부에서 스퓨리어스 반사(또는 스퓨리어스 반사 효과)를 상당히 감소시키거나 제거하는 여러 잡음 감소 기술이 제공된다. 레이저원이 예를 들어, FP 또는 DFB이면, 이 잡음 감소 기술이 적용될 수 있다.
레이저-광학 어셈블리(101)는 또한 시준(collimating) 광학부(234), 누설 빔 스플리터(232), 및 커플링 렌즈(233)를 포함한다. 레이저-광학 어셈블리(101)는 P 편광 레이저 빔(291)을 레이저원(231)으로부터 누설 빔 스플리터(232) 및 커플링 렌즈(233)를 통해서 광학 스위치(104)로 전달한다. 레이저-광학 어셈블리(101)는 또한 특정 MO 디스크(107)의 표면으로부터 반사된 레이저 빔(292)의 S 및 P 편광 성분을 수신한다. 반사된 레이저 빔(292)은 커플링 렌즈(233)에 의해 유도되고 누설 빔 스플리터(232)에 의해 차 검출기(240)로 전달되는데, 차 검출기는 편광 스플리터(239), 미러(235), 및 광 다이오드(236) 세트로 구성된다. 광 다이오드(236) 세트에 의해 광학-전기 신호 변환 후에, 차 신호가 차 증폭기(237)에 의해 처리되고 신호(294)로서 출력된다. 차 검출기(240)는 반사된 레이저 빔(292)의 직교 S 및 P 편광 성분의 광학 파워를 측정하고, 차 신호는 바람직하게 케르 효과에 의해 특정 MO 디스크(107) 표면에 유도된 편광 회전을 민감하게 측정한다. 하기되는 바와 같이, 특히 본 발명의 실시예에서, 레이저-광학 어셈블리(101)는 또한 레이저 빔(291 및 292)의 광학 위상 지연 및/또는 편광 회전을 제공하도록 AA 및 BB로 표시된 위치에 여러 광학 성분들을 포함한다.
도 3은 광학 스위치(104)를 포함하는 광학 모듈(103)을 도시한다. 광학 스위치(104)는 광섬유(102)와 레이저 광학 어셈블리(101) 사이에 배치되며 광섬유(102) 중 하나, 플라잉 MO 헤드(106) 세트 중 하나, 및 MO 디스크(107) 세트 중 하나를 포함하는 전형적인 광학 경로에서 도시된다. 출력 레이저 빔(291)이 특정 광섬유(102)의 인접한 각 단부로 향하도록, 광학 스위치(104)는 충분한 선택성을 제공한다. 출력 레이저 빔(291)은 광섬유(102)의 단부에서 나와 플라잉 MO 헤드(106)를 통해 각 MO 디스크(107)의 표면 기록층(349)으로 향한다.
정보를 기록하는 동안, 출력 레이저 빔(291)은 MO 기록층(349)의 선택된 해당 지점(340)을 대략 퀴리 온도까지 가열함으로써 표면 기록층(349)의 보자력(coercivity)을 낮춘다. 출력 레이저 빔(291)의 광학 농도는 일정하게 유지되지만, 시변 수직 바이어스 자계(time varying vertical bias magnetic field)는 MO 디스크(107)에 수직인 "상부" 또는 "하부" 자기 영역의 패턴을 형성하는데 사용된다. 이 기술은 자계 변조(MFM)로서 공지되어 있다. 선택적으로, 영역 벽 위치를 보다 향호하게 제어하고 영역 에지 지터를 감소시키기 위해, 출력 레이저 빔(291)은 변조되어 해당 지점(340)에서 시변 수직 바이어스 자계와 동기화될 수 있다. 계속해서, 선택된 해당 지점(340)이 표면층(349)을 냉각시킬 때, 정보는 각 회전 디스크(107)의 표면에서 인코딩된다.
정보를 판독하는 동안, 출력 레이저 빔(291)(기록 과정에 비해 저 파워로)은 MO 디스크(107)로 선택적으로 전달되어, 해당 지점(340)으로부터 반사될 때, 케르 효과로 인해 반사된 레이저 빔(292)의 편광 상태가 (화살표(363)로 표시되는 바와 같이) 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하게 된다. 전술된 광학 경로는 본질적으로 양방향성이다. 따라서, 반사된 레이저 빔(292)이 플라잉 MO 헤드(106)를 통해서 수신되어 광섬유(102)의 단부(헤드 단부)(900)에 입력된다. 반사된 레이저 빔(292)은 광섬유(102)에 의해 광학 스위치(104)로 향하고, 다음의 광학-전기 신호 변환을 위해, 광학 스위치(104)에 의해 레이저-광학 어셈블리(101)로 선택적으로 전달된다.
도 1a에 따른 일 실시예에서, 본 발명의 광섬유(102) 세트는 단일모드 저복굴절 광섬유를 포함한다. 본 발명은 광섬유 분야에서 저복굴절(또는 lo-bi) 광섬유로서 공지된 저복굴절 광섬유를 가지도록 설계된 광섬유를 사용함으로써, 모드 분할 잡음은 수용할 수 있는 신호 대 잡음비(SNR)를 달성하도록 감소될 수 있다. lo-bi 광섬유의 저복굴절은 PM 광섬유로서도 공지된, 단일모드 편광 유지 광섬유의 고유한 고복굴절과 대조를 이룬다. Lo-bi 광섬유는 광섬유 인출(drawing) 공정 동안, 섬세한 저복굴절 광섬유 프리폼(preform)에서 스퍼닝되는 "스펀(spun) 섬유"로서 제공될 수 있다. 기하학적 꼬임(twisting)은 냉각시, 스펀 섬유 내에서 고정된다. 스핀 속도가 충분히 빠르다면, 이방성 열 스트레스로 인한 휨-유도 선형 복굴절 또는 복굴절 효과는 스핀 공정에 의해 삽입되는 원형 복굴절 효과에 의해 압도된다. 대부분의 단일모드 광섬유는 국부적 내부 스트레스로 인한 어느 정도의 선형 복굴절을 나타낸다. 스펀 섬유는 인출 공정 동안, 프리폼의 고속 회전이 여러 회전 주기 사이의 전달 거리(length)에 대해 본질적으로 선형인 저복굴절을 초래하는 평균 효과를 발생시킨다는 의미에서 예외이다. 본 발명은 다른 기술(예를 들어, 신중히 설계된 프리폼 및 특수 인출 기술)이 해당 분야에서 공지된 바와 같이, 스펀되는 lo-bi 광섬유에 한정될 필요는 없다. 본 발명의 일 실시예에서, lo-bi 광섬유(102) 세트는 미터 당 약 1-2 도의 위상 지연, 약 660 nm의 동작 파장, 약 580-600 nm의 차단 파장, 약 80 미크론의 클래딩 직경, 약 160-190 미크론의 직경을 가진 아크릴 자켓, 약 0-70 ℃의 동작 온도 범위, 약 4.0 미크론의 모드 필드 직경, 및 약 5% 미만의 모드 필드 타원율을 포함한다.
도 1a에서 도시된 바와 같이, lo-bi 광섬유(102) 세트는 플라잉 MO 헤드(106) 세트의 각 헤드 단부에 결합되고, 액추에이터 아암(105) 세트 및 서스펜션(130) 세트의 각 아암 및 서스펜션을 따라 방향이 정해지며, 광학 모듈(103) 둘레로 방향이 정해지고 광학 모듈(103)의 인접한 단부에 결합된다. 시스템(100)의 제한된 공간으로 인한 제약 때문에, 광섬유(102) 세트는 동일 직선 및/또는 동면 방식이 아닌 방향 설정이 요구될 수 있으며, 이는 광섬유(102)에 스트레스를 가하여 광섬유(102)에 복굴절을 초래할 수 있다. 광섬유(102)는 광학 모듈(103)의 도시된 점(A)에서 나와서, 그룹화되어 광학 모듈(103) 둘레에 감긴다. 여분의 권선은 조립 및 가능하다면 수리가 용이하도록 여분의 광섬유 길이를 제공한다. 광섬유는 다수의 정적 휨이 단일면(하기에 동면의 휨이라고 불리는)에서 발생하도록 바람직하게 방향이 정해진다. 광섬유(102)의 동면 휨의 예가 점(C)에서 도시된다. 몇몇 점에서, 광섬유(102)는 예를 들어, 도시된 점(B)에서 시작하여, 각 헤드로 전개된다; 따라서, 광섬유(102) 사이에 일부 이면의 휨이 있을 수 있으며, 복굴절의 로컬 방향을 바꿀 수 있지만, 휨 반경이 충분히 크게 유지되면, 이면의 복굴절의 크기는 상대적으로 작을 수 있다. 휨 유도 복굴절은 (1)(Rfiber/Rbend)2에 비례하는 크기를 가지며(여기서 Rfiber는 광 클래딩이고 Rbend는 휨 반경); 및 (2)일축이 휨 플레인에 있고 다른 축이 플레인에 수직인 방향을 가지는 것이 특징이다. 광섬유(102) 세트의 휨에 대해서가 아니라면, 출력 및 반사된 레이저 빔(291 및 292)은 이론상 자유 공간 광학 경로 세트와 유사한 저복굴절을 가지는 광섬유(102) 세트일 것이다. 그러나, 광섬유(102) 세트에 의해 전송된 편광 회전 정보는 lo-bi 광섬유(102) 세트의 전술된 휨 유도 복굴절에 의해 감소될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 특징에 따르면, 레이저 빔(291 및/또는 292)의 광학 경로에서 광학 위상 지연 및/또는 편광 회전을 제공하는 광학 엘리먼트를 포함하여, 보상하는 방법 및 장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 레이저 빔(292)의 S 및 P 편광 성분 사이의 위상 이동이 광섬유(102) 세트의 휨 유도 복굴절에 의해 발생되며, 위상 이동은 반사된 빔(292)의 광학 경로에서 광학 위상 지연 엘리먼트를 배치함으로써 보상될 수 있으며, 또한, 최대 SNR을 가지는 반사된 레이저 빔(292)의 케르 회전을 검출하기 위해, 레이저 빔(292)의 반사된 P 및 S 편광 성분 사이의 위상 이동이 π를 법으로 하여 0도로 유지되야 한다. 일 실시예에서, 광학 위상 지연 엘리먼트는 반사 빔(292)에서 케르 신호를 없애고 직교 편광 케르 성분을 동위상으로 함으로써 MO 디스크(107)로부터의 케르 신호를 최적화하는데 사용된다. 또한, 잡음 프린지(fringe) 하부에서 동작함으로써 광섬유(102) 세트에 의해 발생된 모드 분할 잡음은 이런 식으로 최소화된다. 광학 위상 지연은 광파를 두 직교 선형 편광 성분으로 분해하여 이 성분들 사이에 위상 이동을 발생시키는 광학 위상 지연 엘리먼트에 의해 제공될 수 있다. 이상적으로는, 광학 지연을 제공하는 광학 엘리먼트는 편극되지 않거나, 이 엘리먼트를 통과하는 빔에서의 밀도 변화를 초래하지 않을 것이다; 이 엘리먼트는 편광 상태를 조금 변화시킬 것이다. 광학 위상 지연을 제공하는 엘리먼트는 다양하게 고정되거나 가변될 수 있고 일반적으로 2개의 상이한 굴절율을 가지는 복굴절, 단일축 재료로서 이용 가능하다. 상기 재료는 예를 들어, 단일축 수정, 석영 유리, 운모 수정, 네마틱(nematic) 액정, 전자-광학 재료, 중합체 등을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 이러한 조건을 달성하기 위하여, 광섬유(102) 세트의 휨 유도축은 바람직하게 출력 레이저 빔(291)의 P 편광이 광섬유(102) 세트의 동면 휨 유도축과 평행하도록 누설 빔 스플리터(232)의 축에 따라 정렬되야 한다.
전술한 바와 같이, 광섬유(102) 세트는, 예를 들어, 동면의 휨 및/또는 이면의 휨의 조합같이 휠 수 있다. 도 1b에서 도시된 다른 실시예에서, 예를 들어, 광섬유(102)가 광학 모듈(103)에서 나오게 방향 설정되고 (점 B에서 팬 아웃되지 않고) 방향이 정해진 각 헤드(106) 사이의 공간과 동일한 증간 플레인의 공간을 가지는 플레인과 평행하게 유지되면, 광섬유(102)는 광섬유(102) 세트가 이면에서 최소한으로 휘도록 방향이 정해지는 것이 가능하다. 이 실시예에서, 이면이 휘지 않더라도, 광학 모듈(103)에서 헤드(106)까지 광섬유(102) 세트를 정상적으로 방향을 정하는 동안처럼, 동면에서 광섬유는 계속 휘게 된다.
이면에서 광섬유(102)가 최소로 휘게 되는 일 실시예에서, 광학 위상 지연은 휨-유도 복굴절을 보상할 필요가 있다. 이 보상은 가변 액정 지연기, 예를 들어, Meadowlark Optics, Frederick, CO 80530의 LVR 100 VIS를 포함하는 광학 위상 지연기(255)에 의해 이루어질 수 있다. 이 실시예에서, 광학 위상 지연기(255)는 제 1 1/2 파형판(253)과의 조합에서 사용되어, 두 스플리터는 모두 누설 빔 스플리터(232) 및 편광 스플리터(239)(도 2a 및 2b에서 도시된) 사이의 광학 경로의 점 BB에 배치된다. 바람직하게는 광학 위상 지연기(255)의 광학축은 누설 빔 스플리터(232)의 광축에 비례하는 0도로 정렬되고, 제 1 1/2 파형판(253)의 광학축은 편광 스플리터(239)의 광학축에 비례하는 약 22.5도로 정렬된다. 제 1 1/2 파형판의 이러한 배치는 케르 신호가 없는(즉, 평행 조건) 광검출기 상에 동일한 파워를 발생시키기 위하여, 약 45도까지 편광을 회전시킨다. 가변 액정 지연기의 사용에서, 약 0.1에서 약 10.0 볼트 사이의 첨두 입력 전압이 인가되고, 동면에 인가된 스트레스에 대해 적절히 보상하는 것을 보였다; 광섬유(102) 세트 사이의 동면 휨의 작은 변화는 조금 다른 전압을 필요로 할 수 있다. 특정 광섬유(102)가 사용될 때 인가된 특정 전압은 측정 단계에서 미리 결정될 수 있다. 이 전압은 광학 스위치(104)의 스위칭 간격 동안 변할 수 있다.
광섬유(102)가 이면에서 최소로 휘는 다른 실시예에서, 광학 위상 지연은 통상적인 변화를 가지는 1/4 파형판(254)과 동적으로 회전하는 1/2 파형판(257)의 조합에 의해 제공될 수 있고, 이 파형판들은 모두 누설 빔 스플리터(232) 및 편광 스플리터(239)(도 2a 및 2b에서 도시된) 사이에 배치된다. 이 실시예에서, 1/4 파형판(254)의 광학축은 누설 빔 스플리터(232)의 광학축에 비례하는 45도로 정렬되어, 동적으로 회전하는 1/2 파형판(257)의 광학축은 누설 빔 스플리터(232)의 광학축에 비례하여 회전한다. 동적으로 회전하는 1/2 파형판(257)은 1/2 파형판을 원하는대로 회전시킬 수 있도록 전자기계적 또는 전자-마이크로-기계적 액추에이터에 결합된 1/2 파형판으로 구성될 수 있다. 특정 광섬유(102)가 사용될 때 1/2 파형판(257)에 인가되는 특정 회전은 측정 단계 동안 미리 결정될 수 있다. 이 특정 회전은 광학 스위치(104)의 스위칭 간격 동안 인가될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 광학 위상 지연은 1/4 파형판(254)에 의해 이루어질 수 있어, 이 파형판은 누설 빔 스플리터(232) 및 편광 스플리터(239) 사이에 배치되며, 1/4 파형판(254)의 광학축은 바람직하게는 누설 빔 스플리터(도 2a 및 2c에서 도시된)의 광학축에 비례하는 45도로 정렬된다. 이 실시예에서, 편광 스플리터(239) 및 해당 광검출기는 동적으로 회전하는 서브 어셈블리로서 제공된다. 동적으로 회전하는 서브 어셈블리는 서브 어셈블리를 원하는 대로 회전시킬 수 있는 전자기계적 또는 전자-마이크로-기계적 액추에이터에 결합된 편광 스플리터 및 광검출기 모듈로 구성될 수 있다. 특정 광섬유(102)가 사용될 때 인가되는 특정 회전은 측정 단계에서 미리 결정될 수 있으며 광학 스위치(104)의 스위칭 간격 동안 인가될 수 있다.
전술한 실시예에서, 저복굴절 광섬유에서의 정적인 동면 휨 유도 스트레스가 보상되지만, 동적인 동면 휨 유도 스트레스는 원리상으로는 충분히 빠르게 보상될 수 있다고 해도, 이 동적인 동면 휨 유도 스트레스는 일반적으로 아주 작기 때문에, 무시될 수 있다.
도 1a의 전술한 실시예에서, 광섬유(102) 세트는 각 플라잉 광학 헤드(106)에 대해 각각 광학 모듈(103) 주위로 방향이 정해진다. 광섬유(102)가 공간상 분리된 헤드(106)로 방향이 정해지면 각 광섬유는 조금 상이한 경로를 지나게 되고, 따라서 출력점 A에 비례하는 이면의 상이한 휨이 이루어진다. 이면 휨은 각 lo-bi 광섬유(102)가 서로 및/또는 누설 빔 스플리터(232)에 비례하는 방향으로 약간 변하는 휨 유도축으로 구성되게 한다. 각 광섬유(102)의 이면 휨 유도축 사이의 변화는 예를 들어, 제 2 가변 액정 지연기(도 2e에서 도시된)의 축에 비례하는 약 45도로 결합된 통상적인 변화를 가지는 1/4 파형판 지연기출력 레이저 빔(291)의 선형 편광을 회전시키도록 동적으로 적용될 수 있는 편광 회전기(256)를 이용함으로써 수용될 수 있다. 편광 회전은 가변 액정의 지연을 전기적으로 제어함으로써 이루어질 수 있다. 전술한 가변 편광 회전기는 Meadowlark Optics, Frederick, CO 80530의 LPR 100 660으로써 이용 가능하다. 편광 회전기(256)는 또한 1/2 파형판의 전자-기계적 회전을 통해 이용 가능하게 될 수 있다. 각 광섬유(102)의 유도축의 정렬에 필요한 편광 회전수는, 작동 중 광섬유(102) 사이의 스위칭이 발생할 때, 사용된 특정 광섬유(102)에 대응하는 제어 전압이 필요한 편광 회전을 제공하기 위해 피드-포워드(feed-forward) 방식으로 편광 회전기(256)에 인가되도록 교정 단계 동안 결정될 수 있다.
광섬유(102)에 의해 방향이 정해진 광학 경로는 최소한의 휨이 유지되는 실시예와 같이, 광섬유(102)의 전술한 동면 휨이 없기 때문에, 광학 위상 지연이 반드시 필요하지는 않다. 단일 lo-bi 광섬유(102)만이 평면 장착 고정물에 조심스럽게 배치되어 단일 MO 디스크(107)에 정보를 전달하도록 이용되는 실시예와 같이, 광섬유(102)의 전술한 이면 휨이 없기 때문에, 편광 회전이 반드시 필요하지는 않다. 동면 및 이면 휨이 존재하는 다른 실시예에서, 광학 위상 지연 및 편광 회전이 모두 요구될 수 있다. 따라서, 본 발명은 전술한 실시예에 제한되지 않고 청구 범위에 의해서만 한정되야 한다.
광섬유 단부 반사
도 2f에서 도시된 다른 실시예에서, 광섬유(102) 세트의 인접한 단부(론치 단부(615))로부터의 스퓨리어스 반사는 SNR을 감소시키고, 반사된 빔(292)은 반사된 빔(291)과 함께 인접한 단부(615)로부터 전달될 수 있고, 이에 의해 E(t)+E(t+τ)로 구성된 반사 빔(293)이 발생한다. 이 경우에, 레이저원(231)은 예를 들어, 약 50% 이하의 듀티 사이클에서 그리고 약 200 MHz 내지 약 1.0 GHz의 범위의 변조 주파수에서 펄스 온 및 펄스 오프되는 패브리-패럿(FP) 타입일 수 있다. 또한, 레이저 모드 분할 다이나믹스는 고주파수에서 변화하기 때문에, 점차 더 높은 주파수로(예를 들어, 레이저의 이완 발진 주파수까지) FP 레이저를 펄스화하면, 광학 시스템에서의 모드 분할 잡음 레벨이 점차 감소한다. 레이저(231)(FP 타입의)를 펄스화하면, 빔(293)의 반사 펄스는 주 신호 운반 빔(292)과 시간적으로 분리될 수 있고, 이에 의해서 두 개의 펄스열 사이의 간섭을 감소시켜 검출된 케르 신호의 SNR을 효과적으로 증가시킨다. 두 빔이 중첩되어 간섭되는 경우에, 모드 분할 잡음 및 레이저 위상 잡음이 증가될 수 있다.
일 실시예에서, 약 1.5의 반사 지수를 가지는 광섬유(102)에서, 각 광섬유(102)의 길이는 약 350 MHz의 변조 주파수에 대해 약 71.35 mm가 되도록 선택된다. 광섬유(102)의 변조 주파수(F) 및 길이(L) 사이의 관계는 방정식에서 구체화된다: F=c(2i+1)/4Ln, 여기서, i=0,1,2,...., c는 진공시 광속도이며, n은 광섬유의 굴절율이다. 광섬유(102) 세트의 길이는 펄스열의 시간 분리가 적절히 이루어지도록 선택된다. 다른 실시예에서, 광섬유(102)의 길이는 다른 굴절율 및 다른 펄스 주파수에 따라 선택될 수 있어서, 본 발명은 청구 범위의 범위에 의해서만 제한되야 한다. 본 발명은 저복굴절 광섬유의 사용에 대한 것이지만, 전술한 바와 같이, 레이저의 펄스화 및 적절한 광섬유 길이의 선택 또한 고복굴절 광섬유(예를 들어, 편광 유지 광섬유)를 사용하는 실시예에서 SNR을 증가시키기 위하여 사용될 수 있다.
도 4a-4g는 다양한 관점으로, 본 발명의 실시예에 따른 자기-광학 헤드를 도시한다. 플라잉 MO 헤드 세트는 전형적인 단일 플라잉 MO 헤드(106)를 참조로 설명될 수 있다. 전형적인 단일 플라잉 MO 헤드(106)는 회전형 MO 디스크(107) 세트 중 하나의 표면 기록층(349) 상에 각각 배치되는 도 4b에서 도시된다. 일 실시예에서, 플라잉 MO 헤드(106)는 몸체(444), 공기 운반 표면(447), 조종 가능한 마이크로-기계적 미러 어셈블리(400), 대물 렌즈(446), 및 자기 코일(460)을 포함한다. 일 실시예에서, 자기 코일(460)은 어느 한 쪽 극성이 300 오에르셋이고, 약 4ns의 시간 내에 반전될 수 있으며, 회전형 MO 디스크(107) 플레인에 대략 수직인 자계를 발생시키도록, 공기 운반 표면(447)에 인접하게 위치한 마이크로 다중 회전(multi-turn) 코일이다. 적절하게 조종 가능한 마이크로-기계적 미러 어셈블리(400)의 일 실시예는 전체를 참조하여 구체화된 미국 특허 08/844,207에 기술되어 있다. 바람직하게는, 자기 코일은 플라잉 MO 헤드(106)를 통해서 회전형 MO 디스크(107)로 또는, 그 반대로 이동하는 동안, 출력 및 반사 레이저 빔(291 및 292)을 간섭하지 말아야 한다. 플라잉 MO 헤드(106)로 구성된 전술한 엘리먼트의 기계적 치수 및/또는 광학적 특성에 의해 결정되는 바와 같이, 몸체(444)는 약 889 미크론의 높이와 약 2032 미크론×1600 미크론의 헤드에 대응하는 평면 푸트프린트(footprint) 넓이를 가진다. 저복굴절 광섬유(102)는 바람직하게는 플라잉 MO 헤드(106)에 결합되어 v자 홈(443) 또는 적절하게 치수가 맞춰진 다른 정렬 형태에 의해 몸체(444)의 축을 따라 배치된다. 광섬유(102)는 최적으로 포커싱된 해당 부분(340)의 점으로서 출력 레이저 빔(291)을 MO 디스크(107) 상으로 바람직하게 방향을 정하도록 v자 홈(443) 내에 배치된다. 광섬유(102)는 자외선 경화 에폭시 또는 유사한 접착제를 이용함으로써 계속해서 제 위치에 고정될 수 있다. v자 홈 내에 광섬유(102)를 사용하면, 작은 미러 어셈블리(400)에 대해 출력 레이저 빔(291)을 정확하게 정렬하고 전달할 수 있다. 조종 가능한 마이크로-기계적 미러 어셈블리(400) 및 대물 렌즈(446)는 몸체(444)의 직사각형 외부 치수를 대략적으로 한정하는 물리적 공간 내에서 맞춰지도록, 바람직하게는 소형이고 저 질량이지만, 최소의 파워가 손실되고 출력 및 반사 레이저 빔(291 및 292)에서의 상당한 왜곡과 수차가 발생하지 않도록 출력 및 반사 레이저 빔(291 및 292)의 전체 단면부에 영향을 미칠만큼 충분히 크다. MO 헤드(106)의 크기, 무게, 및 디자인은 또한 1/4 파형판이 편광-유지 광섬유를 사용할 때 필요한 플라잉 MO 헤드(106)를 사용하기 위한 추가의 광학 컴포넌트만큼 필요하지는 않다는 점에서 본 발명의 저복굴절 광섬유(102)를 사용함으로써 단순화된다.
출력 레이저 빔(291)이 대물 렌즈(446)를 통해서 MO 디스크(107)로 방향을 정하도록 그리고 반사 레이저 빔(292)이 MO 디스크(107)에서 레이저 광학 어셈블리(101)로 궤환되도록, 조종 가능한 마이크로-기계적 미러 어셈블리(400)는 전형적인 광학 경로에서 바람직하게 정렬된다. 일 실시예에서, 대물 렌즈(446)는 약 0.6-0.85 사이의 개구수(NA)를 가지는 마이크로렌즈일 수 있다. 공기 운반 표면(447) 상의 플라잉 높이는 적당하게 일정한 값을 유지하기 때문에, 포커싱 서보가 반드시 필요하지는 않다.
자기-광학 저장 및 검색 시스템(100)에서 사용되는 바와 같이, 미세 트래킹 및 인접한 트랙으로의 짧은 탐색은 출력 레이저 빔(291)의 전달각이 대물 렌즈(446)에 전달되기 전에 바뀌도록 힌지(hinge)(410) 세트에 의해 고정된 회전축 주위에 조종 가능한 마이크로-기계적 미러 어셈블리(400)의 반사 중심 미러 부분(420)(도 4a에서 점선에 의해 감추어져 도시된)을 회전시킴으로써 수행된다. 반사 중심 미러 부분(420)은 전극들을 구동시키기 위하여 차동 전압을 인가함으로써 힌지(410)에 의해 형성된 축 주위로 회전한다. 차동 전압은 해당 부분(340)의 포커싱된 점이 MO 매체(107) 상에서 방사 방향(450)으로 이동하도록 정전력을 발생시킨다. 일 실시예에서, 중심 미러 부분(420)은 약 +/- 2도 회전하는데, 이것은 MO 디스크(107)의 표면에서 약 +/- 4 트랙과 동일하다. 일 실시예에서, +/- 4 트랙의 이동이 개시되지만, 전술한 조종 가능한 마이크로-기계적 미러(400)의 원하는 동작 특성에 따라, 약 +/- 4 트랙의 이동 범위 또한 가능하다고 이해된다. 따라서, MO 디스크(107) 사이의 해당 부분(340)의 포커싱된 점의 이동 및 반사 레이저 빔(292)의 검출은 정보의 저장 및 검색, 수반하는 트래킹, 및 어느 한 데이터 트랙에서 다른 데이터 트랙까지의 탐색에서 사용될 수 있다. 액추에이터 자석 및 코일 어셈블리(120)(도 1a)를 회전시키기 위하여 전류를 인가함으로써 거친 트래킹이 유지될 수 있다. MO 디스크(107)의 특정 트랙을 추종하는데 사용되는 트랙 추종 신호는 일반적으로 공지된 바와 같이 결합된 거칠고 세밀한 트래킹 서보 기술을 이용하여 얻어질 수 있다. 예를 들어, 샘플 섹터 서보 포맷이 트랙을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 서보 포맷은 MO 디스크(107)에 각인된 양각 핏(pit) 또는 데이터 마크와 유사하게 판독되는 자기 영역 방향 설정을 포함할 수 있다. 양각 핏이 사용되면, 가산 출력 회로는 차동 증폭기(237)(도 2)를 보충하도록 사용될 수 있다. 일반적인 다중 자기 디스크인 윈체스터 자기 디스크 드라이브는 하나의 통합 유니트로서 일렬로 이동하는 각각의 서스펜션 및 액추에이터 아암 세트를 사용한다. 따라서, 이 통합 유니트의 각 플라잉 헤드가 다른 플라잉 헤드에 대해 고정되기 때문에, 트랙이 특정 자기 디스크 표면을 추종하는 동안, 트랙이 다른 자기 디스크 표면을 동시에 추종하는 것은 불가능하다. 반대로, 액추에이터 아암(105) 세트 및 서스펜션(130) 세트의 이동과는 상관없이, 임의의 주어진 시간에 하나 이상의 MO 디스크 표면을 사용하여 정보를 판독하고 및/또는 기록하기 위하여, 조종 가능한 마이크로-기계적 미러 어셈블리(400) 세트는 독립적으로 동작하도록 사용될 수 있어 트랙 추종 및 탐색을 가능하게 한다. 동시에 동작하는 조종 가능한 마이크로-기계적 어셈블리(400) 세트를 이용한 독립 트랙 추종 및 탐색은 바람직하게는 분리된 개별 판독 채널 및 미세 트랙 전자기기 및 미러 구동 전자기기 세트가 필요하다. 전술한 실시예는 또한 바람직하게는 분리된 레이저-광학 어셈블리(101)의 사용이 필요하기 때문에, 각각의 분리된 광학 경로 사이의 스위칭을 위한 광학 스위치(104)가 반드시 필요한 것은 아니다.
도 5a는 자기-광학 디스크 드라이브의 부분으로서 자기-광학 데이터 저장 및 검색 시스템을 도시한다. 일 실시예에서, 자기-광학 시스템(100)은 산업 표준인 5.25 인치 하프-높이 형태 계수(1.625 인치), 적어도 6개의 양면 MO 디스크(107), 및 적어도 12개의 플라잉 MO 헤드(106)를 포함하는 소형의 고속 및 고용량 MO 디스크 드라이브(500)로 구성된다. 전술한 바와 같이, MO 디스크 드라이브(500) 내에 매우 근접한 공간에서 다중 MO 디스크(107)를 이용하여; 일반적인 방식에 따른 동일 공간에서 허용되는 것보다 넓은 면적, 및 공간 및 저장 용량을 가질 수 있도록, 플라잉 MO 헤드(106)는 매우 적은 질량 및 소형의 고성능 NA 광학 시스템의 부분으로서 광섬유(102)를 포함하도록 제조될 수 있다. 일 실시예에서, 각 MO 디스크(107) 사이의 공간은 약 0.182 인치 미만이거나 같다. 본 발명에 따르면, 편광 상태는 편광 유지 광섬유에 의해 전달될 때 감소된 잡음을 가지는 저복굴절 광섬유(102)에 의해 전달될 수 있다.
도 5b에서 도시된 선택적 실시예에서, 하프-높이 형태 계수를 가지는 MO 디스크 드라이브(500)는 제거 가능한 MO 디스크 카트리지 부분(510) 및 2개의 고정된 내부 MO 디스크(107)를 포함할 수 있다. 제거 가능한 MO 디스크 카트리지 부분(510)을 제공함으로써, 고정된 내부 디스크 및 제거 가능한 디스크의 결합은 외부 정보를 내부 MO 디스크(107)에 계속적인 전달을 위한 MO 디스크 드라이브(500)에 효율적으로 전달될 수 있게 한다. 그 다음에, 복사된 정보는 다른 컴퓨터 시스템에 분배하기 위하여 제거 가능한 MO 디스크 카트리지 부분(510)에 다시 기록될 수 있다. 또한, 제거 가능한 MO 디스크 카트리지 부분(510)은 내부 MO 회전형 디스크(107)에 매우 편리하고 고속도의 백업 저장을 할 수 있다. 고정된 내부 디스크 및 제거 가능한 디스크의 결합은 또한 제거 가능한 MO 디스크 카트리지 부분(510) 상의 데이터 파일 및 내부 MO 회전형 디스크(107) 상의 시스템 파일과 응용 소프트웨어를 저장할 수 있게 한다. 다른 선택 실시예(도시되지 않음)에서, MO 디스크 드라이브(500)는 (0을 포함한) 소정의 수의 내부 MO 디스크(107) 및/또는 소정의 수의 제거 가능한 MO 디스크 카트리지 부분 내의 소정의 수의 MO 디스크(107)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 회전 액추에이터 아암이 반드시 사용될 필요는 없다. 예를 들어, 선형 액추에이터 아암이 사용될 수 있다. 본 발명에서 개시된 소형 광학 경로는 이산 대상물 광학기기(예를 들어, 가는 광섬유 또는 단부에 형성된 렌즈를 가지는 광섬유를 이용하는)가 필요 없이 저장 장소 사이에서 정보를 전달하는데 사용될 수 있다.
유사하게 전술한 바와 같이, 광학 시스템의 결합점으로부터의 스퓨리어스 반사가 반사 레이저 빔(292)(도 3)을 간섭할 때, 원하지 않는 레이저 잡음이 발생할 수 있다. 결합점은 광섬유의 전단부(론치 단부(615)) 및 후단부(헤드 단부(900))를 포함한다. 특히, 결합점으로부터의 스퓨리어스 반사가 반사 신호 운반 레이저 빔(292)을 차 검출기(240)(도 2a)로 함께 전달될 때, 그리고 스퓨리어스 반사 및 반사 레이저 빔(292)이 대략 동일한 공간 분포를 나타낼 때, 원하지 않는 레이저 잡음이 발생한다. 따라서, 스퓨리어스 반사는 보통 MO 디스크(107)의 기록층(349)으로부터의 반사 레이저 빔(292)과 공간적으로 아주 근접하게 겹치는 반사파면을 발생시킨다.
광섬유 론치 단부(615)의 반사 효과를 감소시키기 위한 RF 변조
전술한 바와 같이, 레이저원(231)은 스퓨리어스 반사 E(t)(광섬유 론치 단부(615)로부터) 및 신호 운반 반사(292)(MO 디스크(107)로부터)를 시분할함으로써 광학 시스템에서의 잡음을 감소시키도록 변조될 수 있다. 따라서, 2개의 반사 빔 사이의 간섭이 감소되고, 이에 의해 차 검출기(240)(도 2a)에 의해 검출된 케르 신호의 SNR을 증가시키게 된다. 전술한 바와 같이, 레이저원(231)은 예를 들어, FP 레이저 또는 DFB 레이저와 같은 단안정 주파수 레이저를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 광섬유(102)의 론치 단부(615)로부터의 스퓨리어스 반사 효과를 제거하기 위하여 부가적인 기술에 대해 기술한다. 이 부가적인 기술은 굴절율 매칭, 커버 슬립 기술, 및 각 연마를 포함한다. 이 기술은 또한 예를 들어, FP 레이저 또는 DFB 레이저와 같은 단안정 주파수 레이저일 수 있는 레이저원(231)을 사용함으로써 수행될 수 있다.
광섬유 론치 단부(615)의 반사 효과를 감소시키기 위한 굴절율 매칭
굴절율 매칭 방법은 또한 광섬유(102)의 론치 단부(615)로부터의 스퓨리어스 반사 효과를 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 광섬유(102)(또는 광섬유 다발)는 도 6에서 도시되는 바와 같이, 시준기(용기)(600)를 형성하는 GRIN 렌즈에 결합된다. 굴절율 매칭 물질(605)은 GRIN 렌즈(610) 및 광섬유(102) 사이의 갭을 채운다. 모세관(capillary)(602)은 시준기(600) 내의 광섬유(102)를 지지한다. GRIN 렌즈(610)는 광섬유(102)의 론치 단부(615)를 통해서 광섬유 코어에 입사 레이저 빔(291)을 포커싱하기 위해 사용되고 예를 들어, 약 0.23의 피치를 가질 수 있다. 굴절율 매칭 물질(605)은 광섬유(102) 코어의 굴절율과 같거나 거의 같은 굴절율을 가지고, 이에 의해 론치 단부(615) 표면 및 GRIN 렌즈 표면(609)(GRIN 렌즈 굴절율이 광섬유(102)의 굴절율과 상당히 근접한 범위까지)으로부터의 프레넬(Fresnel) 반사를 제거하거나 또는 상당히 감소시킨다. 굴절율 매칭 물질(605)은 예를 들어, 광학 에폭시, 겔, 또는 유체로 구성될 수 있다. 광섬유(102) 코어의 굴절율이 굴절율 매칭 물질(605)의 굴절율과 매칭되지 않는 정도까지, △n=±0.05인 굴절율 차가 광섬유(102) 코어 및 굴절율 매칭 물질(605) 사이에서 허용될 수 있고, 이에 의해, 약 0.03%의 최대 간섭 반사율이 도출된다. 바람직하게는, 굴절율 매칭 물질(605)은 수차(aberration) 또는 분산을 방지하도록 고 광학 특성을 가진다. 또한, GRIN 렌즈(610)의 공기 입사 표면(608)은 반사를 추가로 최소화하도록 반사 방지(AR) 코팅으로 바람직하게 코팅된다. AR 코팅은 예를 들어, 반사를 감소시키기 위한 임의의 적절한 박막 유전체 스택이다.
공기 입사 표면이 AR 코팅되더라도 출력 레이저 빔(291)으로부터의 임의의 반사량이 공기 입사 표면(608)에서 계속해서 발생할 수 있다. 출력 레이저 빔(291)이 수직으로 입사하여 공기 입사 표면(608)에 부딪히면, 표면(608)에서 출력 레이저 빔(291)의 반사는 반사 신호 운반 빔(292)과 겹칠 수 있다. 그러나, 출력 레이저 빔(291)이 수직으로 입사하여 표면(608)에 부딪힐 가능성은 적다. 일반적으로, 전술한 여러 실시예에서, 출력 레이저 빔(291)은 다음의 결과로서 임의의 입사각으로 표면(608)에 부딪힐 것이다. 레이저 빔(291)을 도 6의 광학 시스템의 광섬유 다발 내의 각 광섬유(102)의 각각의 해당 론치 단부(615)를 향해 적절하게 포커싱하거나 방향을 정하기 위하여, 레이저 빔(291)은 임의의 입사각으로 공기 입사 표면(608)에 부딪힐 것이다. 레이저 빔(291)은 레이저 빔(291)을 수신하는 특정 론치 단부(615)의 좌표에 따라 상이한 입사각으로 공기 입사 표면(608)에 부딪힐 것이다.
도 6에서 도시된 바와 같이, 굴절율 매칭 물질(605)은 스퓨리어스 반사 E(t)가 광섬유 론치 단부(615)에 발생하지 않게 한다. 스퓨리어스 반사 E(t)는 비결합 표면(609)에서 발생하는 굴질 지수 차의 범위까지 굴절율 매칭 물질(605) 및 GRIN 렌즈(610) 사이의 인터페이스의 비결합 표면(609)에서 대신 발생할 것이다. 따라서, 스퓨리어스 반사 E(t)는 공간적으로 신호 운반 빔(291)과 겹치지 않고 또한 공간적으로 MO 디스크(107)(도 3)로부터의 반사 신호 운반 빔과 겹치지 않는다. 스퓨리어스 반사 E(t)는 반사 신호 운반 빔(292)과 공간적으로 분리되기 때문에, 차 검출기(240)(도 2a)는 스퓨리어스 반사 E(t)로부터의 간섭 없이 반사 신호 운반 빔(292)의 컴포넌트를 검출할 수 있을 것이다.
반대로, 굴절율 매칭 물질이 광섬유 론치 단부(615)에 결합되지 않으면, 광섬유 론치 단부(615) 및 인접한 공기 공간 사이의 인터페이스에서 굴절율 차가 존재한다. 굴절율 차의 결과로, 광섬유 론치 단부(615)에서 발생한 스퓨리어스 반사 E(t)는 공간적으로 반사 신호 운반 빔(292)과 겹칠 것이다. 이 때, 이 바람직하지않은 스퓨리어스 반사 E(t)는 반사 신호 운반 빔(292)과 함께 차 검출기(240)(도 2a)에 전달된다.
광섬유 론치 단부(615)의 반사 효과를 감소시키기 위한 커버 슬립 기술
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 7에서는 광섬유(102)의 론치 단부(615)에서 스퓨리어스 반사 E(t) 효과를 감소시키기 위한 다른 굴절율 매칭 방법이 개시된다. 시준기(750)는 GRIN 렌즈(715)와 광섬유(102) 및/또는 광섬유(102)를 지지하는 모세관(755)에 결합된 커버 슬립(700)을 포함한다. 커버 슬립(700)은 예를 들어, 커버 슬립과 실질적으로 동일한 굴절율을 가지는 광학 접합제로 광섬유(102)에(지지 모세관(755)에) 일반적으로 접합되는 후면부(765)를 포함한다. 커버 슬립(700)은 유리와 같은 물질 또는 다른 적합한 물질로부터 형성될 수 있다.
도 7에서 추가로 도시된 바와 같이, 커버 슬립(700)은 스퓨리어스 반사 E(t)가 광섬유 론치 단부(615)에서 발생하지 않게 한다. 대신에, 스퓨리어스 반사 E(t)는 커버 슬립(700)의 표면(760)(비결합점)에서 발생할 것이다. 따라서, 스퓨리어스 반사 E(t)는 MO 디스크(107)(도 3)로부터의 반사 신호 운반 빔(292)과 공간적으로 중첩하지 않는다. 스퓨리어스 반사 E(t)는 공간적으로 반사 신호 운반 빔(292)과 분리되기 때문에, 차 검출기(240)(도 2a)는 스퓨리어스 반사 E(t)의 간섭 없이 반사 신호 운반 빔(292)의 컴포넌트를 검출할 수 있다.
선택적 실시예에서, 커버 슬립(700)의 전면부(760) 또한 전면부(760)에서 프레넬 반사를 감소시키도록 AR 코팅될 수 있다. AR 코팅된 전면부(760)로부터의 반사는 예를 들어, 약 0.25%로 비슷해질 수 있다.
다른 선택적 실시예에 있어서, GRIN 렌즈(715) 또한 도 7의 광학 시스템에서 반사를 더욱 최소화하도록 AR 코팅될 수 있다. 커버 슬립(700)의 굴절율(및 대응 장착 접합제)은 광섬유(102) 코어의 굴절율과 실질적으로 매칭되도록 선택되기 때문에, 광학 시스템에서 발생하는 유일한 반사는 커버 슬립(700)의 AR 코팅된 전면부(760)로부터의 반사이다. 전면부(760)는 도 7의 광학 시스템에서 결합점을 포함하지 않기 때문에, 전면부(760)로부터의 스퓨리어스 반사 E(t)는 전술한 바와 같이, 신호 운반 빔(292)에 간섭하지 않는다.
광섬유 론치 단부(615)의 반사 효과를 감소시키기 위한 각 연마
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 각 연마 방법은 광섬유(102)의 론치 단부(615)로부터의 스퓨리어스 반사 E(t) 효과를 감소시키기 위해 이용될 수 있다. 레이저원(231)이 예를 들어, FP 레이저 또는 DFB 레이저로 수행되면, 각 연마 방법이 사용될 수 있다. 도 8에서 도시된 바와 같이, GRIN 렌즈(800)는 GRIN 렌즈 표면(805)이 광학 전파축(807)에 대해 예각(809)으로 배치되도록 표면(805)에서 각 연마된다. GRIN 렌즈 표면(805)은 예를 들어, 광학 전파축(807)에 대해 약 7도에서 약 15도 사이의 각으로 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 광섬유 론치 단부(615)는 또한 광학 전파축(807)에 대해 예각(811)으로 배치되도록 각 연마된다. GRIN 렌즈(800) 및 광섬유(102) 사이에서의 광의 결합을 최소화하기 위하여, GRIN 렌즈 표면(805) 및 광섬유 론치 단부(615)의 각도는 실질적으로 광학 전파축(807)에 대해 동일하다.
도 8에서 도시된 바와 같이, GRIN 렌즈 표면(805) 및/또는 광섬유 론치단부(615)의 형태를 바꿈으로써, 두 반사는 공간적으로 분리되기 때문에, 스퓨리어스 반사 E(t) 및 반사 신호 운반 빔(292)(MO 디스크(107)로부터의) 사이의 간섭은 상당히 감소된다.
(반사 빔(292)으로부터의) 빔 컴포넌트(292') 또한 편광 스플리터(239)를 통과한 후에 (스퓨리어스 반사 E(t)로부터의) 잡음 컴포넌트 E'(t)와 공간적으로 분리된다. 이어 빔 컴포넌트(292')는 MO 검출기 렌즈(815), 및 광다이오드(236) 중 하나에 의해 수신되며, 이어 차 검출기(240)(도 2a)에 의해 처리된다. 유사하게, 편광 스플리터(239)를 통과한 후에,(반사 빔(292)으로부터의) 빔 컴포넌트(292")는 잡음 컴포넌트 E"(t)와 공간적으로 분리된다. 그 다음에, 빔 컴포넌트(292")는 MO 검출 렌즈(820), 및 광다이오드(236)(도 2a) 중 하나에 의해 수신되고, 이어 차 검출기(240)(도 2a)에 의해 처리된다.
잡음 컴포넌트 E'(t)가 개구를 포함하는 불투명 광 차단 엘리먼트(도시되지 않음)를 사용함으로써 차 검출기(240)로 전달되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 반사 신호 운반 빔 컴포넌트(292')는 개구를 통해서 차 검출기(240)(도 2a)로 전달되지만, 불투명 광 차단 엘리먼트는 잡음 컴포넌트 E'(t)를 차단할 것이다. 유사하게, 다른 불투명 광 차단 엘리먼트는 잡음 컴포넌트 E"(t)를 차단하는데 사용될 수 있지만, 신호 운반 빔 컴포넌트(292")를 차 검출기(240)로 전달될 수 있게 한다.
선택적으로, 불투명 광 차단 엘리먼트는 광학 시스템에서 사용되지 않는다. 반사 E(t) 및 반사 신호 운반 빔(292) 사이에 기울어진 작은 각이 존재하면, 2개의 파장은 광검출기 플레인에서 공간 간섭 패턴을 발생시키도록 결합될 것이다. 패턴 주기가 브래그(Bragg) 관계식, Λg=λ/(2sinθ)에 의해 주어지는데, sinθ는 반사 E(t) 및 빔(292) 사이의 반각이다. 도 8의 실시예에서, 차 검출 시스템(240)에서의 편광 스플리터(239)는 MO 검출기 렌즈(815 및 820) 전면에 배치되어, MO 검출기(광다이오드)(236)(도 2a) 중 어느 하나에 도달하는 2개의 빔은 동일한 편광을 가져서, 밀도 간섭 효과를 초래한다. 예를 들어, 도 8에서, MO 검출기(236)에서의 반각은 약 10도이며, 약 1.9 미크론의 회절 격자 주기에 대응한다. 약 300-400 미크론의 MO 검출기 크기에 있어서, 평균 밀도는 일반적으로 각각의 MO 검출기(236)에 의해 감지되며 그리고 레이저 잡음 효과는 최소화될 것이다.
GRIN 렌즈 표면(805) 및/또는 광섬유 론치 단부(615)의 각 연마는 예를 들어, 캘리포니아, 산타아나, 울트라 테크(Ultra Tec)사에서 입수 가능한 다양한 각 연마기를 사용함으로써 수행될 수 있다. 다른 적합한 연마기 또한 GRIN 렌즈 표면(805) 및/또는 광섬유 론치 단부(615)를 바꾸는데 사용될 수 있다.
선택적으로, 광섬유 론치 단부(615)는 광학 전파축(807)에 대해 예각으로 배치되도록 각도 분열될 수 있다. 광섬유 론치 단부(615) 분열에 적합한 도구에 대한 일례는 영국, 요크 코포레이션(York Corporation)에서 제조되고 캘리포니아, 이반, 뉴포트 코포레이션(Newport Corporation)에서 상업적으로 이용 가능한 모델 FK12의 각 클리버(cleaver)이다.
광섬유 헤드 단부의 반사(잡음)
광섬유(102)의 광학 헤드 단부(900)에서 발생하는 스퓨리어스 반사 EH(t)에 대한 논의를 위해 도 9a를 참조한다. 스퓨리어스 반사 EH(t)는 (1) 헤드 단부에 대한 광섬유 표면(900)으로부터의 출력 빔(291)의 반사, 또는 (2) 헤드에 대한 일부 다른 광학 컴포넌트 표면으로부터의 출력 빔(291)의 반사의 결과로서 발생된다. 스퓨리어스 반사 EH(t)는 광학 스위치(104)를 향해 역으로 전달되어 검출 채널에서 초과 잡음을 발생시키는 반사 신호 운반 빔(292)과 상호 작용할 수 있다. 잡음 특성은 사용되는 레이저원 타입에 의존한다. FP 다이오드 레이저가 사용되면, 모드 분할 잡음(MPN)은 잡음의 주요 원인이다. 검출 모듈에서의 신호 운반 반사광(292)과 결합되기 전에 스퓨리어스 반사 EH(t)는 상이한 광학 거리를 이동하기 때문에, MPN이 증가한다. DFB 레이저가 사용되면, MPN은 관계 없지만, 매체 잡음은 신호 운반 광과 스퓨리어스 반사의 혼합을 통해서 증폭될 수 있다. 또한, DFB 레이저원을 사용할 때, 작은 광학 경로차는 초과 레이저 위상 잡음을 초래할 수 있다. 따라서, 이 원치 않는 스퓨리어스 반사를 제거하기 위한(또는 상당히 감소시키기 위한) 기술을 수행하는 것이 중요하다.
광섬유(102)의 헤드 단부(900)에서 스퓨리어스 반사 EH(t) 효과를 제거하기 위하여 여러 기술들이 논의될 것이다. 이 기술은 각도 분열 또는 각 연마, 굴절율 매칭, 및 무코어(또는 다중 모드) 광섬유 결합 기술을 포함한다. 이 기술들이 이용될 수 있지만, FP 레이저 또는 DFB 레이저와 같은 여러 타입의 레이저원(231)이광섬유(102)를 통해서 광을 전달하도록 사용된다.
광섬유 헤드 단부(900)의 반사 효과를 감소시키기 위한 각도 분열
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 광섬유(102)의 헤드 단부(900)로부터의 스퓨리어스 반사 EH(t) 효과가 광섬유 헤드 단부(900)를 각도 분열 함으로써 제거된다. 광학 전파축(910)(도 9c)에 대해 광섬유 헤드 단부(900) 상에 형성된 각 클리브의 크기는 광섬유 론치 단부(615)로 역으로 커플링된 스퓨리어스 반사량을 결정한다. 도 9b에서, 그래프(902)는 광섬유 헤드 단부(900)로부터의 상대적인 반사량 대 광학 전파축(910)에 대해 광섬유 헤드 단부(900)가 분열되는 각을 도시한다. 예를 들어, 광섬유 헤드 단부(900)가 각도 분열되지 않으면, 약 100%의 스퓨리어스 프레넬 반사 EH(t)량이 광섬유(108)의 론치 단부(615)로 역으로 반사된다. 다른 예에 따르면, 광섬유 헤드 단부(900)가 광학 전파축(1210)(도 9c)에 대해 약 2도로 각도 분열되면, 약 55%의 스퓨리어스 반사 EH(t)량이 광섬유(108)의 론치 단부(615)로 역으로 반사된다. 광섬유 헤드 단부(900)가 광학 전파축(910)(도 9c)에 대해 약 4도로 각도 분열되면, 약 10% 미만의 스퓨리어스 반사 EH(t)량이 광섬유(108)의 론치 단부(615)로 역으로 반사된다. 광섬유 헤드 단부(900)는 론치 단부(615)로 역으로 전달되는 스퓨리어스 반사 EH(t)가 반드시 제거되도록 바람직하게는 광학 전파축(910)에 대해 약 6도에서 약 15도 사이의 범위에서 분열된다. 반사 방지 코팅(AR) 또한 광섬유 헤드 단부(900)에서의 프레넬 반사를 더욱 감소시키기 위하여 광섬유 헤드 단부(900)에 적용될 수 있다.
도 9c는 예를 들어, 광학 전파축(910)에 대해 약 8도의 분열 각을 가지는 헤드 단부(900)를 가지는 광섬유(102)를 도시한다. 분열 각(903)은 광학 전파축(910)에 대해 예각(905)(예를 들어, 약 4.0도)으로 출력 빔(291)의 중심 광선이 헤드 단부(900)를 나오게 한다. 이 때 출력 빔(291)은 대물 렌즈(446)를 통해서 전달되고 MO 디스크(107)의 표면 기록층(349)으로 향하는 반사 빔(291')으로서 조종 가능한 마이크로-기계적 미러 어셈블리(400)로부터 반사된다. 반사 빔(291')이 실질적으로 수직 방향으로 표면 기록층(349)으로 향하도록, 조종 가능한 마이크로-기계적 미러 어셈블리(400)는 광학 전파축(910)에 대해 적합한 각(915)(예를 들어, 약 43.0도)으로 방향이 정해진다. 일 실시예에서, 각(915)의 측정은 45도가 아닌 예각이다. 반사 빔(291')은 광이 광섬유(102) 및 MO 디스크(107) 사이에 효율적으로 결합하도록 기록층(349)에 수직으로 전달한다. 또한, 광섬유(102)의 위치는 최대 광섬유 결합을 위해 X, Y 및/또는 Z 방향으로 조절될 수 있다.
도 9c에서, 헤드 단부(900)의 각도 분열은 하부를 향한다. 도 9d에서 도시된 다른 실시예에서, 광섬유(102)는 상부를 향하는 분열 각을 가지는 헤드 단부(900')를 가진다. 따라서, 조종 가능한 마이크로-기계적 미러 어셈블리(400)의 각(915)은 반사 빔(291')이 MO 디스크(107)의 기록 표면(349)에 수직으로 향하도록 적합한 값으로 설정된다.
선택적으로, 광섬유 헤드 단부(900)(도 9c) 및/또는 광섬유 헤드 단부(900')(도 9d)는 도 8을 참조로 유사하게 전술한 방식으로 각 연마함으로써 광학 전파축(910)에 대해 바뀔 수 있다.
반대로, 각도 분열(또는 각 연마)이 광섬유(102)의 헤드 단부(900)상에서 수행되지 않는다면, 출력 빔(291)은 도 9e에서 도시된 바와 같이, 광학 전파축(910)에 실질적으로 평행인 중심 광선으로 헤드 단부(900)를 나온다. 반사 빔(291')이 실질적으로 수직 방향으로 표면 기록층(349)을 향하도록, 각도(915)는 일반적으로 광학 전파축(910)에 대해 약 45도이다. 도 9e에서 도시된 광학 시스템은 (1) DFB 레이저가 사용되고 (2) 매체 잡음 및 레이저 위상 잡음이 무시될 때, 특히 유용하다.
광섬유 헤드 단부(900)의 반사 효과를 감소시키기 위한 굴절율 매칭
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 광섬유(102)의 헤드 단부(900)로부터의 스퓨리어스 반사 EH(t) 효과는 굴절율 매칭 방법에 의해 제거된다. 도 10a에서 도시된 바와 같이, 광섬유(102)의 부분은 예를 들어, 접착제(1005)에 의해 슬라이더(1000)에 부착된다. 유리판(1010)은 광섬유(102)에 실질적으로 수직인 방향으로 슬라이더 몸체(1000)에 배치된다. 광섬유 헤드 단부(900) 및 유리판(1010) 사이의 갭은 에폭시, 유체, 또는 겔(1015)이나 광섬유 코어의 굴절율과 실질적으로 동일한 굴절율을 가지는 다른 적합한 물질로 채워진다. 광섬유(102) 코어의 굴절율이 굴절율 매칭 물질(1015)의 굴절율과 매칭되지 않는 범위까지, △n=±0.05의 굴절율 차가 광섬유(102) 코어 및 굴절율 매칭 물질(1015) 사이에서 허용되고, 이에 의해 약 0.03%의 최대 인터페이스 반사율을 초래한다.
도 10b에서 도시된 바와 같이, 굴절율 매칭 유체(1015)는 광섬유 헤드 단부(900)에서 스퓨리어스 반사 EH(t)가 일어나지 않게 한다. 스퓨리어스 반사 EH(t)는 유리판(1010)의 표면(1012)(즉, 비접합 표면)에서 발생하지만, 제 2 스퓨리어스 반사 E'H(t)는 비접합 표면(1013)에서 발생할 것이다. 따라서, 스퓨리어스 반사 EH(t) 및 E'H(t)는 광섬유에 역으로 결합되지는 않는다. 스퓨리어스 반사 EH(t) 및 E'H(t)는 광학 시스템에서 효과적으로 제거되기 때문에, 차 검출기(240)(도 2a)는 스퓨리어스 반사 EH(t) 및 E'H(t)로부터의 간섭 없이 반사 신호 운반 빔(292)의 컴포넌트를 검출할 수 있다.
광섬유 헤드 단부(900)의 반사 E H (t) 효과를 감소시키기 위한 광섬유 결합
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 광섬유(102)의 헤드 단부(900)로부터의 스퓨리어스 반사 EH(t) 효과는 도 11a 및 11b를 참조로 논의된 다른 타입의 굴절율 매칭 방법에 의해 제거된다. 우선 도 11a에 있어서, 무코어 광섬유 부분(1100)은 광섬유(102)의 헤드 단부상에 결합된다. 무코어 광섬유 부분(1100)은 예를 들어, 단일 모드 광섬유(102)의 직경(예를 들어, 80 미크론)과 유사한 직경을 가지며, 예를 들어, 혼합 결합에 의해 광섬유(102)에 결합된다. 이 때, 무코어 광섬유 부분(1100)은 무코어 광섬유 부분(1100)의 부분(1110)이 부분(1115)과 분리되도록 라인(1105)을 따라 절단된다. 따라서, 부분(1115)은 광섬유(102)와 결합된 상태를 유지한다. 선택적 실시예에서, 대형 코어 다중모드 광섬유(도시되지 않음)는 무코어 광섬유 대신에 사용될 수 있다. 스플라이싱된 광섬유 부분(1115)의 길이는 바람직하게는 부분(1115)의 면(1120)에서 출력된 출력 빔(291)의 반경이 무코어 광섬유(102)의 직경보다 작도록 선택된다. 부분(1115)은 예를 들어, 약 100 미크론의 길이를 가질 수 있다. 무코어 광섬유 부분(1100)(및 부분(1115))의 굴절율은 실질적으로 광섬유(102) 코어의 굴절율과 매칭된다. 광섬유(102) 코어의 굴절율이 광섬유 부분(1115)의 굴절율과 매칭되지 않는 범위까지, △n=±0.05의 굴절율 차가 광섬유(102) 코어 및 결합된 광섬유 부분(1115) 사이에서 허용될 수 있고, 이에 의해 약 0.03%의 최대 인터페이스 반사율을 초래한다. 따라서, 결합점(즉, 헤드 단부(900))으로부터의 반사 효과는 하기되는 바와 같이, 굴절율 매칭 때문에 상당히 감소된다. 또한, 출력 빔(291)의 광파 공간 분포는 형태상(예를 들어, 환상) 왜곡되지는 않는다. 또한, AR 코팅이 결합 광섬유 표면(1120)에 배치되면, 표면(1120)으로부터의 프레넬 반사는 약 0.25% 미만으로 억제될 수 있어, 도 11a의 더욱 효율적인(즉, 저손실의) 광학 시스템을 초래한다.
결합 과정 동안, 헤드 단부(900)(광섬유(102)의)의 코어 크기가 헤드 단부(900)에 인가된 열 때문에 변화하면, 광섬유(102)의 유효 모드 필드 직경은 증가할 것이다. 따라서, 적합한 대물 렌즈는 유효 모드 필드 직경에서의 증가를 보상하도록 수행될 것이다.
도 11b에서 도시된 바와 같이, 결합된 광섬유 부분(1115)은 스퓨리어스 반사 EH(t)가 광섬유 단부(헤드 단부(900))에서 발생하지 않게 한다. 스퓨리어스 반사EH(t)는 대신에 표면(1120) 및 인접 공기 공간 사이의 인터페이스에서 발생할 것이다. 따라서, 스퓨리어스 반사 EH(t)는 광섬유(102)로 역으로 효율적으로 결합되지는 않으며 따라서 효과적으로 제거된다. 스퓨리어스 반사 EH(t)는 광학 시스템으로부터 실질적으로 제거되기 때문에, 차 검출기(240)(도 2a)는 스퓨리어스 반사 EH(t)로부터의 간섭 없이 반사 레이저 빔(292)의 컴포넌트를 검출할 수 있을 것이다.
도 11c는 광섬유 헤드 단부(900)로부터의 반사 대 결합된 광섬유 부분(1115)의 길이를 도시한다. 결합된 광섬유 부분(1115)이 적어도 약 100 미크론의 길이를 가지면, 광섬유 헤드 단부(900)에서의 스퓨리어스 반사 EH(t) 및 레이저 빔(292) 사이의 간섭은 실질적으로 감소된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 레이저원(231)이 DFB 레이저로 수행되고 매체 잡음 및 레이저 위상 잡음 모두가 전술한 광학 시스템에서 충분히 낮으면, 헤드 단부 반사를 제거하기 위한 전술한 기술은 필요치 않다.
본 발명은 다른 타입의 광학 드라이브, 통신 시스템, 등과 같은 다양한 환경에서 이용될 수 있다. 따라서, 본 발명이 본 발명의 특정 실시예를 참조로 개시되지만, 변형, 다양한 변화 및 대체의 허용이 전술한 개시 내용에서 보여지며, 일부 예에서, 본 발명의 일부 특성이 기술된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다른 특성의 대응 사용 없이 이루어질 것이다.

Claims (100)

  1. 레이저원과 정보 저장 장소 사이에서 광신호를 전달하기 위한 시스템으로서,
    상기 광신호를 전송하기 위해 상기 레이저원과 정보 저장 장소 사이에 배치된 광학 엘리먼트;
    적어도 하나의 스퓨리어스 반사의 영향에 대해 상기 광신호를 보상하도록 상기 광학 엘리먼트에 연결된 굴절율 매칭 수단; 및
    상기 광신호와 상기 적어도 하나의 스퓨리어스 반사 사이의 간섭을 감소시키기 위해 특정 주파수로 상기 레이저원을 변조시키도록 상기 레이저원에 연결된 제어기를 포함하는 광신호 전달 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 굴절율 매칭 수단은,
    상기 레이저원과 상기 광학 엘리먼트의 론치 단부 사이에 배치된 GRIN(gradient index) 렌즈를 포함하는데, 상기 GRIN 렌즈는 상기 GRIN 렌즈의 내부면과 상기 론치 단부 사이에 갭이 형성되도록 상기 광학 엘리먼트에 연결되며;
    상기 갭에 배치되며, 상기 광학 엘리먼트의 굴절율과 거의 동일한 굴절율을 갖는 굴절율 매칭 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호 전달 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 굴절율 매칭 물질은 광학 에폭시, 겔 및 유체로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료로 구성된 것을 특징으로 하는 광신호 전달 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 굴절율 매칭 수단은,
    상기 레이저원과 상기 광학 엘리먼트의 론치 단부 사이에 배치된 GRIN 렌즈를 포함하는데, 상기 GRIN 렌즈는 상기 GRIN 렌즈의 내부면과 상기 론치 단부 사이에 갭이 형성되도록 상기 광학 엘리먼트에 연결되며; 및
    상기 론치 단부에 연결되고, 상기 광학 엘리먼트의 굴절율과 거의 동일한 굴절율을 가지며 상기 갭에 배치된 커버 슬립을 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호 전달 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 커버 슬립은 유리로 구성된 것을 특징으로 하는 광신호 전달 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 굴절율 매칭 수단은,
    그 자신과 상기 광학 엘리먼트의 헤드 단부 사이에 갭을 형성하기 위해 상기 광학 엘리먼트의 헤드 단부와 상기 정보 저장 장소 사이에 배치된 유리판; 및
    상기 갭에 배치되며, 상기 광학 엘리먼트의 굴절율과 거의 동일한 굴절율을 가진 굴절율 매칭 수단을 포함하는 광신호 전달 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 레이저원은 패브리-패럿 레이저, 단안정 주파수 레이저원 및 분포 궤환형 레이저로 구성된 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 광신호 전달 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 특정 주파수는 식 F=c(2i+1)/4Ln에 의해 결정되며, 상기 식 중 c는 진공중의 광속이고, L은 상기 광학 엘리먼트의 길이이며, n은 상기 광학 엘리먼트의 굴절율이고, i는 적어도 0의 값을 갖는 정수인 것을 특징으로 하는 광신호 전달 시스템.
  9. 레이저원과 정보 저장 장소 사이에서 광신호를 전달하기 위한 시스템으로서,
    상기 광신호를 전송하기 위해 상기 레이저원과 상기 정보 저장 장소 사이에 배치된 광학 엘리먼트;
    적어도 하나의 스퓨리어스 반사의 영향에 대해 상기 광신호를 보상하도록 상기 광학 엘리먼트에 연결된 광섬유 결합 수단; 및
    상기 광신호와 상기 적어도 하나의 스퓨리어스 반사 사이의 간섭을 감소시키기 위해 상기 레이저원을 특정 주파수로 변조시키도록 상기 레이저원에 연결된 제어기 수단을 포함하는 광신호 전달 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 광섬유 결합 수단은 상기 광학 엘리먼트의 직경과 거의 동일한 직경을 갖는 무코어 광섬유 부분을 포함하며, 상기 무코어 광섬유 부분은 상기 광학 엘리먼트에 연결되고 상기 광학 엘리먼트의 헤드 단부와 상기 정보 저장 장소 사이에 배치되며, 상기 무코어 광섬유 부분의 길이는 상기 무코어 광섬유 부분의 외부면으로 빠져나갈 때의 상기 광신호의 반경이 상기 무코어 광섬유 부분의 직경보다 작은 것을 만족하며, 상기 무코어 광섬유 부분은 상기 광학 엘리먼트의 굴절율과 거의 동일한 굴절율을 갖는 것을 특징으로 하는 광신호 전달 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 무코어 광섬유 부분은 대형 코어 다중모드 광섬유로 대체된 것을 특징으로 하는 광신호 전달 시스템.
  12. 제9항에 있어서, 상기 레이저원은 패브리-패럿 레이저, 단안정 주파수 레이저원 및 분포 궤환형 레이저로 구성된 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 광신호 전달 시스템.
  13. 제9항에 있어서, 상기 특정 주파수는 식 F=c(2i+1)/4Ln에 의해 결정되며, 상기 식 중 c는 진공중의 광속이고, L은 상기 광학 엘리먼트의 길이이며, n은 상기 광학 엘리먼트의 굴절율이고, i는 적어도 0의 값을 갖는 정수인 것을 특징으로 하는 광신호 전달 시스템.
  14. 레이저원과 정보 저장 장소 사이에서 광신호를 전달하는 방법으로서,
    광학 엘리먼트를 통해 상기 광신호를 전송하는 단계;
    굴절율 매칭 수단에 의해 상기 광학 엘리먼트로부터의 적어도 하나의 스퓨리어스 반사의 영향에 대해 상기 광신호를 보상하는 단계; 및
    상기 광신호와 상기 적어도 하나의 스퓨리어스 반사 사이의 간섭을 감소시키기 위해 상기 레이저원을 특정 주파수로 변조시키는 단계를 포함하는 광신호 전달 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 적어도 하나의 스퓨리어스 반사로부터 상기 광신호를 보상하는 단계는 GRIN 렌즈를 사용하여 상기 광신호를 상기 광학 엘리먼트의 굴절율과 거의 동일한 굴절율을 갖는 굴절율 매칭 물질을 통해 상기 광학 엘리먼트의 론치 단부로 포커싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호 전달 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 굴절율 매칭 물질은 광학 에폭시, 겔 및 유체로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료로 구성된 것을 특징으로 하는 광신호 전달 방법.
  17. 제14항에 있어서, 상기 적어도 하나의 스퓨리어스 반사로부터 상기 광신호를 보상하는 단계는 GRIN 렌즈를 사용하여 상기 광신호를 상기 광학 엘리먼트의 굴절율과 거의 동일한 굴절율을 갖는 굴절율 매칭 물질을 갖는 커버 슬립을 통과하는 상기 광학 엘리먼트의 론치 단부로 포커싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호 전달 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 커버 슬립은 유리로 구성된 것을 특징으로 하는 광신호 전달 방법.
  19. 제14항에 있어서, 상기 광신호가 상기 광학 엘리먼트의 헤드 단부를 빠져나갈 때, 상기 적어도 하나의 스퓨리어스 반사로부터 상기 광신호를 보상하는 단계는 상기 광학 엘리먼트의 굴절율과 거의 동일한 굴절율을 갖는 굴절율 매칭 재료를 통해 상기 광신호를 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광신호 전달 방법.
  20. 제14항에 있어서, 상기 레이저원은 패브리-패럿 레이저, 단안정 주파수 레이저원 및 분포 궤환형 레이저로 구성된 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 광신호 전달 방법.
  21. 제14항에 있어서, 상기 특정 주파수는 식 F=c(2i+1)/4Ln에 의해 결정되며, 상기 식 중 c는 진공중의 광속이고, L은 상기 광학 엘리먼트의 길이이며, n은 상기 광학 엘리먼트의 굴절율이고, i는 적어도 0의 값을 갖는 정수인 것을 특징으로 하는 광신호 전달 방법.
  22. 레이저원과 정보 저장 장소 사이에서 광신호를 전달하는 방법으로서,
    광학 엘리먼트를 통해 상기 광신호를 전송하는 단계;
    광섬유 결합에 의해 상기 광학 엘리먼트로부터의 적어도 하나의 스퓨리어스 반사의 영향에 대해 상기 광신호를 보상하는 단계; 및
    상기 광신호와 상기 적어도 하나의 스퓨리어스 반사 사이의 간섭을 감소시키기 위해 상기 레이저원을 특정 주파수로 변조시키는 단계를 포함하는 광신호 전달 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 적어도 하나의 스퓨리어스 반사로부터 상기 광신호를 보상하는 단계는 상기 광학 엘리먼트의 직경과 거의 동일한 직경을 갖는 무코어 광섬유를 연결시키는 단계를 포함하며, 상기 무코어 광섬유 부분은 상기 광섬유의 헤드 단부와 상기 정보 저장 장소사이에 배치되며, 상기 무코어 광섬유 부분의 길이는 상기 광신호가 상기 무코어 광섬유 부분의 외부면으로 빠져나갈 때의 반경이 상기 무코어 광섬유 부분의 직경보다 작은 것을 만족하며, 상기 무코어 광섬유 부분은 상기 광학 엘리먼트의 굴절율과 거의 동일한 굴절율을 갖는 것을 특징으로 하는 광신호 전달 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 무코어 광섬유 부분은 대형 코어 다중모드 광섬유로 대체된 것을 특징으로 하는 광신호 전달 방법.
  25. 제22항에 있어서, 상기 레이저원은 패브리-패럿 레이저, 단안정 주파수 레이저원 및 분포 궤환형 레이저로 구성된 그룹으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 광신호 전달 방법.
  26. 제22항에 있어서, 상기 특정 주파수는 식 F=c(2i+1)/4Ln에 의해 결정되며, 상기 식 중 c는 진공중의 광속이고, L은 상기 광학 엘리먼트의 길이이며, n은 상기 광학 엘리먼트의 굴절율이고, i는 적어도 0의 값을 갖는 정수인 것을 특징으로 하는 광신호 전달 방법.
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