KR100470248B1 - 광학저장매체의위상변화장치,광학데이터저장판독/기록시스템및광학저장매체상에서의데이터저장방법 - Google Patents

Abstract

반사 위상과 분산 위상 사이에서 변화 가능한 광학 저장 매체의 위상을 변화시키는 장치이다. 이 장치는 상기 저장 매체 상으로 향하는 정방형 모드의 레이저 빔을 제공하도록 구성된 준-멀티모드 수직 공동 표면 방출 레이저(quasi-multimode vertical cavity surface emitting laser)를 포함한다.

Description

광학 저장 매체의 위상 변화 장치, 광학 데이터 저장 판독/기록 시스템 및 광학 저장 매체 상에서의 데이터 저장 방법

본 발명은 데이터 저장 및 복구 장치들(data storage and recovery devices)에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 광학 데이터 저장 및 복구 장치들에 관한 것이다.

부가적이고 더 특정한 관점에서, 본 발명은 광학 데이터의 레이저 액세스 및 기록과 관계된다.

컴팩트 디스크와 같은, 저장 매체 상에 저장된 정보를 판독하기 위한 광학적으로 재생하는 픽업 헤드들(pick-up heads)은 공지되어 있다. 불행하게도, 그것들이 데이터 판독에는 충분한 반면, 그들은 저장 매체에 데이터를 기록할 수 없다.

위상 변화 재료들에서의 최근의 개발들은 판독/기록 광학 장치들의 가능성을 열어주었다. 개발된 재료들은, 하나가 다른 하나보다 더 반사적인 두 위상들 사이에서 변화한다. 이는 데이터가 디지털 방식으로 저장되고 피트들(pits)과 랜드들(lands)을 주사하는 현재의 방법과 유사한 방법으로 재생되게 한다.

종래의 판독 시스템들에서는, 광이 피트들과 랜드들을 포함하는 데이터 저장 매체의 표면 상으로 투사된다. 수광 어셈블리(light receiving assembly)의 도전성 메커니즘을 통한 광의 세기의 변화들은 피트로부터 랜드로 및 랜드로부터 피트로의 변화를 시스템에 알린다. 작동 시, 피트들은 광을 산란시키고, 랜드들은 광을 반사시킨다. 이들 변화들은 광학 장치 및 레지스터에 의해 디지털 형태로 검출된다. 위상 변화 재료들을 사용함으로써, 재료는 위상들 사이의 변화 부분들에 의해 기록될 수 있다. 광을 산란시키는 하나의 위상과 광을 반사시키는 다른 하나의 위상을 갖는 다른 위상들은 피트들 및 랜드들과 유사하게 기능한다. 광학 기록 장치들을 생성하는데 있어서의 시도들은 열의 응용에 의해 위상들 사이에서 변화하는 위상 변화 재료들을 제공하는 것을 포함한다. 열은 에지 방출 레이저들의 빔들로부터 에너지에 의해 공급된다. 다공간 모드 에지 방출 다이오드 레이저들(multi-spacial mode edge emitting diode lasers)은 충분히 강한 레이저 빔을 제공하지만, 본질적으로 심각한 비점수차(astigmatism), 모드 분할, 및 모드 호핑 노이즈(mode hopping noise)는 광학 기록 동안 그것을 부적당하게 한다. 심각한 비점수차는 레이저 빔을 적절한 스폿 사이즈로 집속하는 것을 어렵게 하며, 재료의 위상을 변화시키기 위한 균일한 에너지 분포를 제공하는 것을 어렵게 한다. 또한, 모드 분할 및 호핑 노이즈도 데이터 기록 품질에 영향을 준다.

그러므로, 종래 기술에서 고유한 상기 및 다른 결점들을 해소하는 것은 매우 이로울 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 새롭고 개선된 광학 데이터 판독/기록 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 소형 광학 데이터 판독/기록 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 비교적 고전력인 VCSEL을 사용하는 광학 데이터 판독/기록 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 더 효율적인 위상 변화를 생성하는 광학 데이터 판독/기록 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 단순화된 장치 제조 공정들로 인해 더 낮은 비용을 갖는 광학 데이터 판독/기록 장치를 제공하는 것이다.

간단히, 그 양호한 실시예에 따라 본 발명의 원하는 목적들을 달성하기 위해, 저장 매체 상으로 향하는, 정방형 또는 도넛형 모드의 레이저 빔을 제공하도록 구성된 준-멀티모드 수직 공동 표면 방출 레이저를 포함하는 광학 저장 매체의 위상을 변화시키기 위한 장치가 제공된다.

또한, 10mW 보다 더 큰 출력과 직경이 10 내지 20 미크론 범위에 있는 출력 면적을 가지며, 1보다 많고 5 보다 적은 모드들을 포함하는 준-멀티모드 수직 공동 표면 방출 레이저를 사용하는 실시예가 제공된다.

다른 실시예에서는, 저장 매체 상으로 향한 빔을 1 미크론의 스폿 사이즈로 집속하는 집속 수단(focusing means)이 포함된다.

또 다른 실시예는, 반사 위상과 분산 위상 사이에서 변화 가능한 저장 매체와, 저장 매체의 서로 다른 트랙들 상으로 향해지도록 병렬 레이저 빔들을 방출하여 저장 매체를 반사 위상과 분산 위상 사이에서 변화시키기 위한 준-멀티모드 수직 공동 표면 방출 레이저들의 어레이를 포함하는 광학 데이터 저장 판독/기록 시스템을 제공한다.

또한, 반사 위상과 분산 위상 사이에서 변화 가능한 광학 저장 매체를 제공하는 단계, 준-멀티모드 수직 공동 표면 방출 레이저를 제공하는 단계, 준-멀티모드 수직 공동 표면 방출 레이저로부터 레이저 빔을 발생시키는 단계와, 저장 매체를 하나의 위상으로부터 다른 위상으로 변화시키도록 광학 저장 매체 상으로 레이저 빔을 향하는 단계를 포함하는 광학 저장 매체에 데이터를 저장하는 방법이 제공된다.

본 발명의 상기 및 부가적이고 더 특정한 목적들 및 이점들은 도면들을 참조하여 취해진 그 양호한 실시예의 다음의 상세한 설명으로부터 당업자들에게 용이하게 명백해질 것이다.

이제, 동일한 참조 부호들이 여러 관점들을 통해 대응하는 소자들을 나타내는 도면을 참조할 때, 먼저, 일반적으로 10으로 표기된 준-멀티모드들을 갖는 수직 공동 표면 방출 레이저(vertical cavity surface emitting laser: VCSEL)를 도시하는 도 1을 주목한다. 준-멀티모드 VCSEL(10)은 제 1 미러 스택(11), 클래딩 층들(cladding layers)과 같은 층들과 양자 우물들(quantum wells) 등을 포함할 수 있는 액티브 영역(12)과, 제 2 미러 스택(17)이 각각 침착되는 기판(13)을 포함한다. 제 2 미러 스택(17)은 에칭되거나 메사형 구조(mesa-like structure)를 형성하도록 선택적으로 침착된다. 전기 접점(20)은 적어도 제 2 미러 스택(17)의 상부 끝에 접하여 형성된다. 전기 접점(electrical contact; 20)은, 제 2 미러 스택(17)을 통과한 후 준-멀티모드 VCSEL(10)로부터의 광을 방출하는 윈도우(22)를 한정한다. 제 2 전기 접점(24)은 기판(13)의 하부 표면 상에 위치된다.

접점들(20 및 24)의 양단에 인가된 작동 전압은 공지된 레이저 작용(lasing action)을 생성하는 준-멀티모드 VCSEL(10)을 통해 전류 흐름을 생성한다. 일반적으로, 제 2 미러 스택(17)의 표면상의 전기 접점(20)의 위치 때문에, 전류는 제 2 미러 스택(17)의 메사형 구조를 통해 흐르고 레이저는 전류가 흐르는 곳이면 어디나 지원된다. 여러 이용들 중에서, 단일 모드가 바람직하다. 단일 모드를 달성하기 위해, 전류 흐름은 종종 단일 광학 모드나 점선(30)으로 표시된 레이저 영역(lasing area)과 거의 일치되도록 제한된다. 전류 외부 단일 광학 모드(30)는 부가적인 모드들을 생성한다. 통상, 메사의 직경 크기는 VCSEL의 작동 모드에 의존하며, 그 직경은 작동 모드와 거의 일치한다. 이 방법에서, 전류 흐름은 일반적으로 단일 작동 모드로 제한된다.

본 발명의 VCSEL(10)은, 양호하게는 1 모드보다 많고 5 모드들보다 적은 광을 방출함을 의미하는, 준-멀티모드 VCSEL이다. 그러므로, 도시한 바와 같이, 메사형 구조는 단일 광학 모드(30)보다 크다. 큰 크기는 대응하는 넓은 윈도우(22)를 가능하게 하고, 약 10 미크론 내지 20 미크론의 직경을 갖는 출력 영역을 갖는 준-멀티모드 레이저 빔의 방출을 가능하게 한다.

도 2를 부가적으로 참조하면, 공간 모드는, 도시된 바와 같이, 정방형 또는 도넛형(32)으로도 불리는 중앙에 작은 딥(dip)을 갖는 정방형이 바람직하다. 본 개시의 목적들을 위해, 정방형과 딥을 갖는 정방형 모두 이하 정방형 모드로 불릴 것이다. 단일 모드 VCSEL들은 중심을 향해 증가하는 에너지 경사(energy gradient)를 전달하는 뾰족한 단일 가우스형을 생성한다. 준-멀티모드 VCSEL을 이용함으로써, 일정하게 분포된 에너지를 제공하는 정방형이 달성된다. 또한, 준-멀티모드 VCSEL은, 그 크기, 더 큰 전류 운반 능력 및, 더 큰 출력 면적으로 인해, 단일 모드 VCSEL이 달성할 수 있는 것 보다 더 강한 빔을 생성한다.

이제 도 3을 참조하면, 일반적으로 40으로 표기된 광학 데이터 기록 시스템이 도시되어 있다. 시스템(40)은 저장 매체(42)의 표면 상으로 단일 경로를 따라 향하는 레이저 빔(41)을 발생시키는 준-멀티모드 VCSEL(10)을 포함한다. 저장 매체(42)는 열의 적용에 따라 비정질 상태와 결정질 상태 사이에서 변화 가능한 위상 변화 재료로부터 형성된다. 분산 위상으로도 불리는 비정질 상태는 반사 위상으로도 불리는 결정질 상태보다 낮은 반사도를 갖는다. 현재 개발되어 있는 위상 변화 재료들에서, 재료의 반사도는, 제공된 레이저 에너지에 따라 비정질 상태에 대해 약 10% 내지 35% 범위이며 결정질 상태에 대해 약 20% 내지 60% 범위이다. 재료의 위상을 적절히 변화시키기 위해 일반적으로 10mW보다 더 큰 에너지가 필요하며, 20mW보다 더 큰 에너지가 바람직하다.

1 내지 5mW와 같은 매우 낮은 위상 에너지의 적용에 따라 위상들을 적절히 변화시킬 위상 변화 재료들이 가까운 미래에 이용 가능하리라 기대된다. 준-멀티모드 VCSEL(10)은, 1 내지 5mW를 생성하는데 필요한 더 낮은 전류 레벨들에서 매우 효율적으로 동작하는 이러한 재료로 사용하는데 완전히 적응되며, 여전히 정방형 모드를 제공한다.

충분한 저장 용량을 제공하기 위해, 그리고 감지 능력들의 이유들로 인해, 레이저 빔(41)은 기록 매체(42) 상에 1 미크론의 스폿 크기로 집속되는 것이 바람직함이 밝혀졌다. 이런 빔의 조밀함(tightening)은 또한 에너지를 수렴시키므로, 위상 변화 재료의 1 미크론 스폿을 변화시키기에 충분한 에너지를 제공한다. 여기서 설명된 VCSEL들은 비점수차를 가지지 않는 거의 완전한 원형 빔을 방출하고, 따라서 1 미크론 스폿 크기로 쉽게 집속된다. 빔을 집속하기 위해, 준-멀티모드 VCSEL(10)과 저장 매체(42) 사이의 빔경로를 따라 렌즈 접속 시스템(여기서 단일 초점 렌즈(43)로 표시됨)이 사용된다. VCSEL(10)의 준-멀티모드 특성에 의해, 레이저 빔 에너지는 일반적으로 1 미크론 스폿을 따라 균일하게 분포되고, 재료에 효율적이고 균일한 위상 변화를 제공한다.

계류중인 특허 출원들에 개시된 바와 같이 데이터 판독은 특별히 언급되지 않았다. 그러나, 어떤 응용들에서는 판독 매체를 판독할 필요가 있을 때 VCSEL(10)이 광원으로서 작용하기 위해 그 전력이 감소될 수도 있음이 이해될 것이다. 대안적으로, 광학 판독/기록 헤드에서의 VCSEL(10)의 사용은 판독 및 소거 시스템을 생성할 수도 있다.

또 다른 실시예(도시 안됨)는 다수의 빔들을 방출하는 VCSEL들의 어레이를 사용하는데, 여기서 단일 빔은 다수의 빔들을 광학적으로 수렴시키거나 위상 시프트 어레이를 사용함으로써 달성된다. 이러한 VCSEL 어레이는 반사율 범위의 높은 쪽 끝에서 위상 변화 재료의 효율적 위상 변화를 초래하도록 충분한 에너지의 빔을 생성하는데 사용될 수 있다.

도 4를 참조하면, 일반적으로 50으로 표기된 병렬 기록/판독 광학 데이터 시스템이 도시되어 있다. 시스템(50)은 병렬 판독/기록 헤드(52) 및 전술된 위상 변화 재료로 형성된 저장 매체(53)를 포함한다. 헤드(52)는 준-멀티모드 VCSEL들(54)의 어레이를 포함하는데, 이 VCSEL은 일반적으로 전술된 준-멀티모드 VCSEL(10)과 동일하며, 각각 레이저 빔(55)을 방출하고 직경이 약 10 내지 20 미크론인 출력 면적을 갖는다. 빔(55)은 병렬이며, 각각 약 1 미크론의 직경을 갖는 스폿으로 집속되고, 저장 매체(53)의 서로 다른 트랙들로 향해진다. 빔들(55)을 집속하기 위해, 준-멀티모드 VCSEL들(54)과 저장 매체(53) 사이의 각 빔(55)의 경로를 따라 집속 시스템들(단일 렌즈들(56)로 표시됨)이 사용된다. 집속된 빔들은 필요할 때 저장 매체(53)의 위상 변화 재료를 변화시킬 것이다. 빔들(55)은 자유 공간에 의해 렌즈들(56)를 통과하도록 향해질 수도 있고, 도시된 것처럼 도파관들(57)에 의해 향해질 수도 있다.

당업자라면, 본원에서 예시의 목적으로 선택된 실시예에 다양한 변경 및 수정이 가해질 수 있다는 것을 인식할 것이다. 그런 수정 및 변경은 본 발명의 사상에서 벗어나지 않을 정도로, 다음에 첨부된 특허 청구의 범위의 정당한 해석에 의해서만 평가되는 본 발명의 범위 내에 포함시키고자 한다. 당업자가 본 발명을 이해하고 실시할 수 있도록 본 발명은 명료하고 간결한 용어로 설명되었다.

도 1은 준-멀티모드 수직 공동 표면 방출 레이저의 횡단면도.

도 2는 특정 모드의 형태를 도시하는 다이어그램.

도 3은 본 발명에 따라 구성된 광학 데이터 판독/기록 시스템의 개략도.

도 4는 병렬 광학 데이터 판독/기록 시스템의 개략도.

※ 도면 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※

10 , 54 : 준-멀티모드 수직 공동 표면 방출 레이저

11 , 17 : 미러 스택 40 : 광학 데이터 기록 시스템

41 , 55 : 레이저 빔 57 : 도파관

Claims (5)

1. 광학 저장 매체의 위상을 변화시키기 위한 장치에 있어서,

   상기 저장 매체 상으로 향하는 정방형 모드(square shaped mode)의 레이저 빔을 제공하도록 구성된 준-멀티모드 수직 공동 표면 방출 레이저(quasi-multimode vertical cavity surface emitting laser)를 포함하는 광학 저장 매체의 위상 변화장치.
2. 광학 데이터 저장 판독/기록 시스템에 있어서,

   반사 위상과 분산 위상 사이에서 변화 가능한 저장 매체와;

   상기 반사 위상과 상기 분산 위상 사이에서 상기 저장 매체를 변화시키기 위한 상기 저장 매체 상으로 향한 레이저 빔을 생성하는 준-멀티모드 수직 공동 표면 방출 레이저를 포함하는 광학 데이터 저장 판독/기록 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 준-멀티모드 수직 공동 표면 방출 레이저는, 상기 저장 매체의 서로 다른 트랙들 상으로 향한 병렬 레이저 빔들을 방출하여 상기 반사 위상과 상기 분산위상 사이에서 상기 저장 매체를 변화시키기 위한 준-멀티모드 수직 공동 표면 방출 레이저의 어레이에 포함되는, 광학 데이터 저장 판독/기록 시스템.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 어레이의 각각의 준-멀티모드 수직 공동 표면 방출 레이저들은, 10mW보다 더 큰 출력과, 직경이 10 내지 20 미크론의 범위에 있는 출력 면적을 가지며, 1보다 많고 5보다 적은 모드들을 포함하는, 광학 데이터 저장 판독/기록 시스템.
5. 광학 저장 매체 상에 데이터를 저장하는 방법에 있어서,

   반사 위상과 분산 위상 사이에서 변화 가능한 광학 저장 매체를 제공하는 단계;

   준-멀티모드 수직 공동 표면 방출 레이저를 제공하는 단계;

   상기 준-멀티모드 수직 공동 표면 방출 레이저로부터 레이저 빔을 발생시키는 단계와;

   상기 저장 매체를 한 위상으로부터 다른 위상으로 변화시키기 위해 상기 레이저 빔을 상기 광학 저장 매체 상으로 향하게 하는 단계를 포함하는 광학 저장 매체 상의 데이터 저장 방법.