KR100575513B1 - 반도체 레이저 장치 및 광학 픽업 장치 - Google Patents

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Abstract

반도체 레이저 장치(1)는 반도체 레이저(8)와 이 반도체 레이저(8)의 전방에 배치된 편광회절격자(15)를 가진다. 광학기록매체(6)로부터 반사된 광은 편광회절격자(15)에 의해 반사광의 편광방향에 따라 회절된다. 이 때문에, 상기 반사광은 반도체 레이저(8)로 향하는 방향에서 일탈되어, 반사광이 반도체 레이저(8)로부터 복귀되는 것이 방지된다.

Description

반도체 레이저 장치 및 광학 픽업 장치{SEMICONDUCTOR LASER DEVICE AND OPTICAL PICKUP DEVICE}
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 레이저 장치를 포함하는 광학 픽업 장치의 광학시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도2는 상기 제1 실시예에 따른 반도체 레이저 장치의 변형예를 나타내는 도면이다.
도3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 레이저 장치의 구조를 나타내는 도면이다.
도4는 상기 제2 실시예에서 제공된 광학 픽업 장치의 구조를 나타내는 도면이다.
도5는 종래의 광학 픽업 장치를 나타내는 도면이다.
도6은 종래의 광학 픽업 장치가 가진 반도체 레이저 장치를 나타내는 도면이다.
도7은 상기 종래의 반도체 레이저 장치의 변형예를 나타내는 도면이다.
도8은 상기 종래의 반도체 레이저 장치의 다른 변형예를 나타내는 도면이다.
도9(a) 및 9(b)는 상기 종래의 반도체 레이저 장치의 스템(stem)을 형성하는 상태를 순서대로 나타내는 도면이다.
도10은 상기 종래의 반도체 레이저 장치의 동작상태를 나타내는 도면이다.
도11은 종래의 다른 반도체 레이저 장치의 구조를 나타내는 도면이다.
도12는 도11의 반도체 레이저 장치를 구비한 광학 픽업 장치를 나타내는 도면이다.
도13은 본 발명의 제3실시예에 따른 반도체 레이저 장치의 구조를 나타내는 도면이다.
본 발명은 반도체 레이저 장치 및 광학 픽업 장치에 관한 것으로, 특히, 정보기록매체에 광학적으로 정보를 기록 또는 재생하는 장치에 사용되는 광학 픽업 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 홀로그램소자를 가지는 반도체 레이저 장치 및 광학 픽업 장치에 관한 것으로, 특히 광학기록매체의 신호 독출 및 기입용으로 사용되는 반도체 레이저 장치 및 광학 픽업 장치에 관한 것이다.
종래의 광학 픽업 장치를 도5에 나타낸다. 이 광학 픽업 장치의 반도체 레이저 장치(101)내의 레이저칩(108)은 레이저빔 L을 출사한다. 이 레이저빔 L은 회절격자(102)로 입사한다. 레이저빔 L은 회절격자(102)에 의해 메인 빔 LO 와 2개의 사이드빔 L+1과 L-1로 분리된다. 이 3개의 빔(메인빔 LO, 사이드빔 L+1,L-1)은 빔스프리터(beam splitter)(103)를 투과하고 콜리메이터 렌즈(collimator lens)(104)를 투과한다. 상기 3개의 빔은 콜리메이터 렌즈(104)에 의해 평행빔으로 변환된 후 대물렌즈(105)로 입사한다. 상기 대물렌즈(105)는 광학디스크(1O6)의 표면상의 빔을 스폿(spot)으로 집속시킨다. 이 때, 이 3개의 빔은 상기 광학디스크(106)의 표면에서 반사된다. 상기 빔은 대물렌즈(105)와 콜리메이터 렌즈(104)에 순차적으로 투과된다. 상기 빔은 빔스프리터(103)에서 반사되어, 광학검출기(107)로 입사된다. 그 결과, 상기 3개의 빔은 광학검출기(107)에 의해 정보로서 검출된다.
다른 예로서, 도11에 적색 1빔 시스템의 홀로그램-일체형 반도체 레이저 장치(180)를 나타낸다. 도12는 이 반도체 레이저 장치(180)를 구비한 광학 픽업 장치를 나타낸다.
이 광학 픽업 장치에서, 반도체 레이저(157)로부터 출사된 광은 신호용 홀로그램(155)으로 투과된다. 상기 광은 신호용 홀로그램(155)에 의해 0차 회절광, +1차 회절광 및 -1차 회절광으로 회절된다. 이 회절광 중에 상기 0차 회절광만이 도12에 나타내는 콜리메이터 렌즈(181)를 투과하고, 콜리메이터 렌즈(181)에 의해 평행광으로 변환된다. 상기 평행광은 1/4 파장판(82)을 통과한다. 그 때, 1/4 파장판(182)에 의해 서로 편광방향이 직교하는 광에 45°의 위상차가 발생되고, 그 결과 직선형 편광이 원편광으로 변환된다. 이 때 이 광은 입상거울(183)에 입사된다. 이 입상거울(183)로 입사된 광은 90°의 각으로 굴곡되고 광학디스크(185)의 방향으로 안내된다. 이 광은 대물렌즈(184)에 의해 광학디스크(185)상에 집광된다.
이 때, 상기 광은 광학디스크(185)에 의해 반사되어, 상기 광로로 복귀한다. 즉, 상기 광은 대물렌즈(184)를 투과하여 입상거울(183)에 의해 90°만큼 굴곡되어 1/4 파장판(182)에 입사한다. 상기 광은 1/4 파장판(182)에 의해 편광방향이 45° 더 회전되어, 전방 경로와 복귀 경로를 통해 편광방향이 합계 90°로 회전된 적색광(186)이 발생된다. 이 복귀하는 광(186)은 콜리메이터 렌즈(181)를 투과하여, 홀로그램 장치(154)의 신호용 홀로그램(155)에 의해 회절된다. 신호용 홀로그램(155)에 의해 +1차 회절광(159)이 수광 소자(158)상에 집광된다.
본 발명의 다른 관련 기술로는 일본 공개특허공보 제1986-250844호와 일본 공개특허공보 제2002-148436호가 있다.
도5 및 도12에 나타낸 광학 픽업 장치에는, 광학디스크의 표면에서 반사된 빔의 일부가, 광학적 노이즈로서 반도체 레이저 또는 그 주변으로 귀환하기 때문에, 광학 픽업 장치의 신호검출특성이나 서보특성을 현저하게 저하시키는 결점이 있다. 또한 이러한 광학 픽업 장치에는, 반도체 레이저로 귀환하는 복귀광(return light)이, 본래의 레이저빔의 발진상태에 악영향을 미치는 SCOOP(Self Couple Optical Pickup) 현상을 일으키는 결점도 있다.
구체적으로는, 도5에 나타낸 바와 같은 광학 픽업 장치에서는, 도6에 나타낸 바와 같이, 광학디스크(106)의 표면에서 반사된 3개의 복귀빔의 일부 Lm, Ls1, Ls2가, 반도체 레이저 장치(101)로 귀환한다. 그 결과, 상기 복귀빔 Lm, Ls1, Ls2는, 반도체 레이저 장치(101)내의 레이저칩(108) 및 그 주변부품(111)에 의해 반사되어, 반도체 레이저 장치(101)와 광학디스크(106)간의 광학시스템으로 다시 복귀한다. 이로써 반사된 복귀빔은 광학적 노이즈로서, 본래의 빔 L과 간섭하여, 광학 픽업 장치의 신호검출특성이나 서보특성이 현저하게 저하된다.
또한, 상기 SCOOP 현상의 경우, 레이저칩(108)의 광출사 단면(108a)으로 반 사 메인 빔 Lm이 입사함으로써 레이저빔 L의 게인(gain)이 증가하여, 바람직하지 않게도, 레이저칩(108)에서 출사되는 레이저빔 L의 파워가 증가한다. 또한, 상기 반사 메인 빔 Lm은 광학디스크(6)의 표면 상태에 따라 변동하기 때문에, 이와 같은 변동에 따라 불리하게도, 그 레이저빔 L의 파워도 변동한다.
상기 광학적 노이즈를 해결하는 방법으로서, 일본 특허 제2565185호는, 반도체 레이저 장치의 헤더부의 빔 입사부에 경사를 제공하거나, 빔 출사단면에 무반사 코팅을 제공하는 방법을 개시하고 있다.
또한, 도7에 나타낸 바와 같이, 스템(210)의 헤더부(211)의 선단면(211a)에 경사면(212)을 제공하고, 상기 반사 사이드빔 Ls2을 화살표 R방향으로 반사시켜, 상기 반사 사이드빔 Ls2이 반도체 레이저 장치(101)와 광학디스크(106)간의 광학시스템으로 다시 복귀하는 것을 억제한다.
또한, 도8에 나타낸 바와 같이, 스템(110)의 헤더부(111)의 선단면(111a)에 반사체(113)를 부착하여, 반사 사이드빔 Ls2을 화살표 R방향으로 반사한다.
그런데, 상기 광학적 노이즈를 해결하는 방법은, 어느 것이나 반사체의 가공 성형에 난점이 있고, 반도체 레이저 장치의 생산성을 저하시킨다.
구체적으로, 통상 상기 헤더부(111)는 프레스성형에 의해 스템(110)과 일체로 형성된다. 즉, 상기 헤더부(111)는 도9(a)에 나타내는 후프(가늘고 긴 박판)형상의 철재(100)를 금형(701)으로 프레스함으로써 형성된다. 본래 평판인 철재(100)에, 헤더부(111)로 되는 돌기부가 형성되기 때문에, 금형(701)에는 대단히 강한 압력을 가해야 한다. 특히, 도9(b)에 나타낸 바와 같이, 상기 헤더부(111)의 선단면(111a)을 평탄하게 하기 위해, 금형(701)에는 그 선단면(111a)에 대향하는 부분(702)에 가장 큰 힘이 가해진다. 이 경우, 상기 헤더부(111)의 선단면(111a)에 경사면(212)(도7 참조)을 형성하기 위해, 금형(701)에도 그 경사면(212)의 형상에 대응하는 돌기 또는 오목부로 이루어지는 경사면 형성부를 제공할 필요가 있다. 그런데, 상기 경사면 형성부는, 상기한 바와 같이 최대압력이 인가되는 부분(702)에 제공되기 때문에, 압력에 의해 용이하게 붕괴되어 버린다. 이 때문에, 상기 경사면(212)을 선단면(111a)에 만드는 경우, 생산성이 매우 나쁘게 된다. 이 때, 최악의 경우에는 금형(701) 자체의 파괴로 연결되기도 하기 때문에, 상기 경사면(212)이 직접 형성된 헤더부(211)를 갖는 스템(210)을 양산하는 것은 현실적으로 불가능한 문제점이 있다.
또한, 상기 반사체(113)를 헤더부(111)의 선단면(111a)에 부착하는 방법에는 다음과 같은 문제가 있다.
상기 반사체(113)는 헤더부(111)의 선단면(111a)에 매우 정확하게 부착할 필요가 있다. 광학 픽업 장치의 광학시스템의 설계에 따르면, 레이저칩(108)과 헤더부(111) 사이의 경계부근에 반사 사이드빔 Ls2을 입사시키는 것도 고려된다. 이와 같은 반사 사이드빔(Ls2)의 입사를 고려하면, 그 경계 부근의 선단면(111a)을 반사체(113)로 덮을 필요가 있지만, 반사체(113)를 레이저칩(108)에 접촉하지 않도록 부착하는 것은 매우 곤란하다. 또한, 상기 반사체(113)가 헤더부(111)의 선단으로부터 돌출한 경우, 도10에 나타낸 바와 같이, 레이저칩(108)의 레이저빔 L의 일부가 반사체(113)에 의해 차단되기 때문에, 레이저칩(108)의 광방사 특성이 저하하는 문제점이 있다. 즉, 상기 반사체(113)를 선단면(111a)을 부착함으로써, 본래는 있어야 하는 원시야상(遠視野像)(점선 D1의 부분)이 사라져 버린다.
한편, 상기 SCOOP 현상에 대한 대책으로서, 레이저칩(108)의 광출사 단면(108a)의 반사율을 증가시킴으로써 반사 메인 빔 Lm이 레이저칩(108) 내부로 복귀하는 분량을 줄이는 방법이 있다. 그런데, 레이저칩(108)의 광출사 단면(108a)의 반사율을 증가시킴으로써 불리하게도, 레이저칩(108)의 레이저빔 L의 미분효율 ηd가 저하한다. 이 저하는 레이저칩(108)의 고출력화 또는 저전류화에 적합하지 않다.
또한, 도11과 12에 나타낸 반도체 레이저 장치 및 광학 픽업 장치에서는, 상기 신호용 홀로그램(155)에 의해 +1차 광(159)과 함께, 0차 회절광 및 -1차 회절광이 발생한다. 0차 회절광은 광학적 노이즈로서, 반도체 레이저(157)의 발광점에 입사된다. 그 때, 상기 0차 회절광은 반도체 레이저(157)에 레이저광의 발진을 불안정하게 하는 악영향을 미친다.
또한, -1차 회절광이 반도체 레이저(157)의 스템(152)의 표면 및 캡(153)의 내면에 의해 반사되고, 불필요한 미광(迷光)으로서 수광 소자(158)에 입사됨으로써, 신호 오프셋의 증대가 생기고, 광학 픽업 장치로서의 신호처리성능을 저하시킨다.
본 발명의 목적은 반도체 레이저 장치로 복귀하는 광을 저비용으로 감소시킬 수 있는 반도체 레이저 장치 및 광학 픽업 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 반도체 레이저 장치는 피조사 물체를 향하여 레이저광을 출사하는 반도체 레이저와, 상기 피조사 물체에서 반사된 레이저광을, 상기 반사된 레이저광의 편광방향에 따라 회절시키고, 상기 반사된 레이저광을 상기 반도체 레이저로 향하는 방향으로부터 일탈시키는 회절부를 포함하고 있다.
본 발명은 상기 회절부가 입사하는 상기 반사광의 편광방향에 따라, 상기 반사광을 회절시키고, 상기 반사광을 상기 반도체 레이저로 향하는 방향으로부터 일탈시키어, 상기 반사광이 상기 반도체 레이저로 복귀하지 않도록 한다. 따라서, 본 발명에 따르면, 반도체 레이저로 복귀하는 광을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 반도체 레이저 장치는 신호용 홀로그램을 가지는 홀로그램소자와, 수광 소자를 더 포함하고, 상기 반도체 레이저로부터 출사된 레이저광은 상기 신호용 홀로그램을 경유하여 상기 피조사 물체에 조사되고, 상기 피조사 물체에서 반사된 레이저광은 상기 홀로그램소자에 회절되고, 그 회절광은 상기 광소자에 의해 수광된다.
이 실시예에서, 상기 회절부는, 일례로서 입사하는 광의 편광방향에 따라 회절효율이 다른 편광회절격자로서, 상기 반사광을 회절시켜 상기 반사광을 상기 반도체 레이저로 향하는 방향으로부터 일탈시킨다. 즉, 상기 편광회절격자는, 0차 회절광에 대한 회절효율을 약 0%으로 함으로써, 상기 반도체 레이저의 대략 발광점으로의 입사를 억제함으로써, 복귀광에 기인하는 광학적 노이즈를 감소시킨다. 또한, 상기 0차 회절광은 회절되지 않고 그대로 투과되는 광이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 회절부는 편광회절격자로 구성되고, 상기 편광회절격자는 제1 편광방향의 광에 대해서는 0차 회절광 이외의 회절광의 회절효율이 근사적으로 0%이고, 제1 편광방향에 대해 수직한 제2 편광방향의 광에 대해서는 0차 회절광의 회절효율이 근사적으로 0%이다.
이 실시예에 따르면, 상기 제1 편광방향의 광은, 상기 편광회절격자에 의해 회절되지 않고 투과되며, 상기 제2 편광방향의 광은 0차 회절광이 발생되지 않도록 회절된다. 따라서, 상기 반도체 레이저로부터 상기 피조사 물체를 향해 출사되는 광의 편광방향을 상기 제1 편광방향으로 함에 따라, 상기 편광회절격자의 존재에 따른 광량을 감소시키지 않고, 상기 반도체 레이저로부터 피조사 물체로 레이저광을 안내할 수 있다. 또한, 상기 반도체 레이저로부터 출사되고, 상기 피조사 물체에 의해 반사되어 상기 편광회절격자로 입사하는 광의 편광방향을 제2 편광방향으로 설정함으로써, 상기 반도체 레이저에 입사될 우려가 있는 0차 회절광이 상기 편광회절격자에서 발생되지 않고, 복귀광에 기인하는 광학적 노이즈를 억제할 수 있다. 또한, 회절효율은 회절광 강도와 입사광 강도의 비이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 반도체 레이저 장치는 1/4 파장판을 더 포함하고, 상기 반도체 레이저로 향하여 상기 회절부와 상기 1/4 파장판이 순서대로 배치되어 있다.
이 실시예에서, 상기 회절부는, 일례로서 편광회절격자이고, 상기 반도체 레이저에서 출사된 제1 편광방향의 제1 편광 광을 회절시키지 않고 투과시킨다. 이 회절하지 않고 투과한 레이저광은, 상기 1/4 파장판을 통과하여, 상기 피조사 물체 에서 반사되고, 다시 상기 1/4 파장판을 통과하여, 상기 제1 편광방향과 수직한 제2 편광방향의 제2 편광 광으로 되어, 상기 편광회절격자로 복귀하게 된다. 이 제2 편광 광으로 되는 반사광(복귀광)은, 상기 편광회절격자에 의해 회절되고, 상기 반도체 레이저로 복귀하지 않는다.
따라서, 상기 피조사 물체로부터의 복귀광이, 반도체 레이저의 전단면에 입사되는 것에 기인하는 레이저 출력변동(SCOOP 현상)을 방지할 수 있다. 또한, 이것은 종래와 같이 반도체 레이저의 전단면의 반사율을 증가시키지 않고 실현할 수 있어서, 상기 반도체 레이저에서 출사되는 레이저광의 미분효율도 저하되지 않는다.
또한 이 실시예에 따르면, 상기 복귀광이, 복귀광이 아닌 전방 경로의 레이저광과 간섭하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 광학 픽업 장치를 구성한 경우에, 복귀광에 기인하여 신호검출특성이나 서보특성이 현저하게 저하하는 광학적 노이즈 문제를 해소할 수 있다. 또한, 이것은 종래와 같이 반도체 레이저를 장착하는 기부에 금형의 파괴를 초래할 수 있는 경사면을 가공함에 따른 양산성의 저하를 초래하지 않으며, 또한 상기 기부에 반사체를 장착함에 따른 반도체 레이저의 광방사 특성의 저하를 초래하지 않고 실현될 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예에서, 반도체 레이저 장치는, 상기 반도체 레이저가 장착되는 기부와, 상기 레이저광이 통과하는 창을 가지며 상기 기부에 부착된 캡을 더 포함하고, 상기 회절부는 편광회절격자로 구성되며, 상기 편광회절격자가 상기 창에 부착되어 있다.
이 실시예에서는, 상기 반도체 레이저의 전단면에서 출사된 레이저광은, 상 기 반도체 레이저를 덮도록 기부에 설치된 캡의 창을 통과한다. 이 실시예에서, 상기 캡의 창에 편광회절격자가 부착되어 있기 때문에, 상기 편광회절격자는 상기 반도체 레이저 기부 및 캡과 일체로 된 것으로 취급될 수 있다. 따라서, 부품수의 축소 및 조립작업의 작업효율을 향상시키는 것이 가능하고, 제조비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 반도체 레이저 장치는 상기 편광회절격자에 중첩되어 상기 창에 부착된 1/4 파장판을 더 포함한다.
이 실시예에서, 상기 편광회절격자에 부가하여 상기1/4 파장판을 상기 반도체 레이저, 기부 및 캡과 일체로서 취급할 수 있다. 따라서, 부품수의 축소 및 조립작업효율을 향상할 수 있고, 제조비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 회절부는 편광회절격자로 구성되고, 상기 반도체 레이저의 발광점으로 향하는 상기 레이저 반사광의 광로의 광축상에, 상기 신호용 홀로그램과 상기 편광회절격자가 배치된다.
이 실시예에서는 광원인 반도체 레이저로부터 출사되고, 피조사 물체(광학기록매체 등)에 의해 반사된 반사광은, 상기 반도체 레이저의 발광점에 거의 일치하는 점으로 복귀하기 전에, 편광회절격자에 의해 0차 회절광이 발생되지 않도록 회절된다. 따라서, 상기 편광회절격자에서는, 반도체 레이저에 입사될 우려가 있는 0차 회절광이 발생하지 않아 복귀광에 의한 광학적 노이즈를 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 회절부는 편광회절격자로 구성되고, 상기 편광회절격자는 거의 같은 피치의 직선형 격자로 구성된다.
이 실시예에서는, 반도체 레이저로부터 출사되고, 피조사 물체(광학기록매체 등)에 의해 반사된 반사광을 편광회절격자에 의해 회절하고, 이 회절된 +1차 회절광 및 -1차 회절광을, 등거리에 안정적으로 집광할 수 있다. 그러므로, 이 집광위치에, 무반사 코팅을 제공하거나, 또는 상기 집광위치를 미광이 발생하지 않는 개소로 함으로써 복귀광에 기인하는 미광을 용이하게 해소할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 회절부는 편광회절격자로 구성되고, 상기 신호용 홀로그램에 의해 회절된 회절광은, 상기 편광회절격자를 통과하지 않는다.
이 실시예에서는, 신호용 홀로그램에 회절된 +1차 회절광 및 -1차 회절광이 통과하지 않는 위치에 상기 편광회절격자가 제공되고, 따라서 상기 편광회절격자가, 신호용 홀로그램으로부터 수광 소자로 향하는 상기 회절광을 회절시키는 현상을 회피할 수 있다. 따라서, 신호광으로 되는 상기 회절광은 상기 편광회절격자에 의해 그 경로가 변경되는 등의 악영향을 받는 것을 회피할 수 있다. 또한, 편광회절격자에 의해 반사광을 회절하여 +1차 회절광 및 -1차 회절광을 안정적으로 원하는 위치에 집광할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 회절부는 편광회절격자로 구성되고, 상기 홀로그램소자는, 그 내부에 1/4 파장판을 포함한다.
이 실시예에서는, 편광방향을 변화시키는 기능을 가진 1/4 파장판을 상기 홀로그램 소자의 내부에 제공함으로써, 콤팩트한 구성으로, 입사하는 광의 편광방향에 따라 회절효율이 다른 상기 편광회절격자에 의한 효과를 얻을 수 있고, 광학 픽 업 장치를 소형화할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 회절부는 편광회절격자로 구성되고, 상기 홀로그램소자는 상기 신호용 홀로그램과 상기 편광회절격자를 일체로 갖는 광학부재이다.
이 실시예에서는, 예컨대 상기 홀로그램소자의 표면 및 이면 각각으로 신호용 홀로그램과 편광회절격자가 일체로 제공됨으로써 콤팩트화를 실현할 수 있다. 그러므로, 광학 픽업 장치 전체를 소형화할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 회절부는 편광회절격자로 구성되고, 상기 신호용 홀로그램과 상기 편광회절격자는 별도의 광학부재로서 제공된다.
이 실시예에서는, 상기 신호용 홀로그램과 상기 편광회절격자를, 별도의 광학부재로서, 예컨대 상기 신호용 홀로그램을 상기 홀로그램소자에 부착하는 한편, 상기 편광회절격자를 반도체 레이저를 수용하는 패키지 측면의 캡의 창부분 등에 제공할 수 있다. 따라서, 상기 신호용 홀로그램과 편광회절격자 각각의 상대적인 위치조정이 용이하게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 회절부는 편광회절격자로 구성되고, 상기 반도체 레이저와 상기 신호용 홀로그램과 상기 편광회절격자와 상기 수광 소자가, 하나의 패키지에 일체화된다.
이 실시예에서는, 반도체 레이저, 신호용 홀로그램, 편광회절격자 및 수광 소자가, 하나의 패키지에 일체화되기 때문에, 부품수의 축소 및 반도체 레이저 장치의 소형화를 실현할 수 있다. 또한, 상기 반도체 레이저의 광축에 직교하는 평면 에서의 상기 패키지의 단면 형상을 타원형으로 한 경우에는, 상기 단면 형상이 원형인 패키지를 채용한 경우와 비교하여, 광축에 직교하는 방향에서의 박형화를 실현하여 광학 픽업 장치를 박형화할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 회절부는 편광회절격자로 구성되고, 상기 편광회절격자는, 상기 반사광을 이 반사광의 진행방향에 있어서 상기 반도체 레이저의 광출사 단면 및 이 광출사 단면의 연장면과 다른 면 위에 상을 형성하거나, 또는 상기 반사광을 평행광으로 형성하는 렌즈특성을 가진다.
이 실시예에서, 상기 편광회절격자는 상기 반사광을 이 반사광의 진행방향에 있어서 상기 반도체 레이저의 광출사 단면 및 이 광출사 단면의 연장면과는 다른 면 위에 상을 형성하거나, 또는 상기 반사광을 평행광으로 형성하는 렌즈특성을 가진다. 따라서, 상기 반사광이 반도체 레이저의 광출사 단면으로 복귀하는 것을 방지함으로써, SCOOP 노이즈의 발생을 피할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예의 광학 픽업 장치에서, 상기 회절부는 편광회절격자로 구성되어 있는 상기 반도체 레이저 장치와, 상기 반도체 레이저로부터 출사되는 광을, 상기 피조사 물체로서 작용하는 광학기록매체로 안내하고, 상기 광학기록매체부터의 반사광을 상기 편광회절격자로 안내하는 광학시스템을 포함하며, 상기 광학시스템은, 상기 반도체 레이저로부터 출사되는 광의 편광 상태를 직선형 편광으로부터 원편광으로, 또는 원편광으로부터 직선형 편광으로 변화시키는 위상차판을 가진다.
이 실시예에서, 상기 반도체 레이저로부터 출사되는 광은, 상기 광학기록매 체로의 전방 경로와 상기 광학기록매체로부터의 복귀 경로에 있어서, 상기 광학시스템이 가지는 위상차판에 의해 편광방향이 변경되고, 상기 편광회절격자로 안내된다. 이로써, 이 편광회절격자는, 상기 광학기록매체로부터의 반사광을 회절시켜, 상기 반도체 레이저로 향하는 방향에서 일탈시킨다. 따라서, 상기 반사광에 기인하는 불필요한 광이 미광으로 되어, 광원으로서의 반도체 레이저에 입사되는 것을 억제함으로써, 광학적 노이즈를 억제하는 신뢰성이 높은 광학 픽업 장치를 실현할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시예의 광학 픽업 장치에서는, 상기 반도체 레이저 장치와, 상기 피조사 물체로부터의 반사광을 검출하는 광학검출기를 포함한다.
이 실시예에 따르면, 반도체 레이저로의 복귀광의 감소를 저비용으로 실현할 수 있는 광학 픽업 장치를 제공할 수 있다.
본 발명은 이하의 상세한 설명과 첨부도면에 의해 보다 완전히 이해될 수 있고, 상세한 설명과 도면은 예증으로서만 제공된 것으로서 본 발명을 한정하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 반도체 레이저 장치 및 그것을 구비한 광학 픽업 장치를 도면들을 참조하여 실시예들에 따라 상세하게 설명한다.
제1 실시예
도1에 본 발명의 제1 실시예에 따른 광학 픽업 장치의 개략적인 구성을 나타낸다. 본 발명의 광학 픽업 장치는 반도체 레이저 장치(1), 3빔 발생용 회절격자(2), 빔 스프리터(3), 콜리메이터 렌즈(4), 대물 렌즈(5) 및 광검출기(7)를 포함한다.
상기 반도체 레이저 장치(1)는 반도체 레이저 장치 본체(14)와 편광회절격자(15)로 구성된다. 상기 3빔 발생용 회절격자(2)는, 반도체 레이저 장치(1)의 본체(14)에서 출사된 광이 상기 3빔 발생용 회절격자(2)를 통과하도록 배치된다. 상기 콜리메이터 렌즈(4)는, 상기 3빔 발생용 회절격자(2)를 통과한 광을 평행 광으로 변화시킨다. 상기 대물렌즈(5)는, 상기 평행광을 광학기록매체인 피조사 물체로서의 광학디스크(6)의 표면에 집광한다. 상기 3빔 발생용 회절격자(2)와 콜리메이터 렌즈(4) 사이에는, 빔스프리터(3)가 배치되어 상기 광학디스크(6)로부터의 반사광을 반사시킨다. 상기 빔스프리터(3)에 의해 반사된 반사광을 수광하여 검출하도록 광학검출기(7)가 제공된다. 상기 콜리메이터 렌즈(4)와 상기 대물렌즈(5) 사이에는, 1/4 파장판(16)이 배치된다.
상기 광학디스크(6)는 재생전용 피트(pit) 디스크, 기록, 소거 및 재생 가능한 상변화 디스크 및 광자기 디스크, 및 기록과 재생이 가능한 추기형 디스크 등의, 광을 사용하여 재생 또는 기록을 행하는 광학기록매체 전반을 나타낸다.
이하에 반도체 레이저 장치(1)를 상세하게 설명한다. 상기 편광회절격자(15)는 반도체 레이저 장치(1)의 본체(14)와 상기 3빔 발생용 회절격자(2) 사이에 배치되어 있다. 상기 반도체 레이저 장치(1)의 본체(14)는, 기부로서 작용하는 스템(10) 및 상기 스템(10)의 일부인 헤더부(11)에 장착되어 광원으로서 작용하는 반도체 레이저(8)를 가진다. 상기 스템(10)은 원판 모양의 기부(10a) 및 상기 기부(10a)의 대략 중앙부에서 돌출하는 헤더부(11)로 이루어진다. 상기 스템(10)의 기부(10a)에는, 반도체 레이저(8) 및 헤더부(11)를 덮는 캡(17)이 부착된다. 상기 반도체 레이저(8)는 P편광 광과 S편광 광을 포함하는 레이저빔 L을, 반도체 레이저(8)의 전단면인 광출사 단면(8a)으로부터 출사한다.
상기 레이저빔 L이 편광회절격자(15)에 입사되면, 편광회절격자(15)는 레이저빔 L의 P편광 광의 전부를 직진시켜 0차 광으로 하고 레이저빔 L의 S편광 광의 전부를 회절시켜 ±1차 광으로 한다. 또한, 상기 편광회절격자(15)의 회절각과, 상기 3빔 발생용 회절격자(2)의 회절각은 다르게 되어 있다.
상기 1/4 파장판(16)은 편광회절격자(15)에 의해 직진하는 P편광 광이 상기 1/4 파장판(16)에 입사하도록 배치된다. 상기 1/4 파장판(16)은 편광 방향이 서로 직교하는 레이저빔 L의 광에 대해 90°의 위상차를 발생시키도록 한다. 즉, 상기 1/4 파장판(16)은 P편광 광을 원편광 광으로, 원편광 광을 S편광 광으로 변화시키는 위상차판으로서 작용한다
상기 광학 픽업 장치는 광학디스크(6)에 기록된 정보를 검출하는 경우 다음과 같이 동작한다.
상기 반도체 레이저(8)로부터 출사된 레이저빔 L은 캡(17)을 통해 편광회절격자(15)로 입사된다. 여기에서, 상기 편광회절격자(15)는, 상기 레이저빔 L의 P편광 광의 전부를 직진시켜 0차 광으로 하고 상기 레이저빔 L의 S편광 광의 전부를 회절시켜 ±1차 광으로 한다. 이로써, 상기 레이저빔 L의 P편광 광만이, 3빔 발생용 회절격자(2)로부터 빔스프리터(3), 콜리메이터 렌즈(4), 1/4 파장판(16) 및 대 물렌즈(5)를 포함하는 광학시스템에 입사된다.
더 구체적으로, 상기 레이저빔 L의 P편광 광은 3빔 발생용 회절격자(2)에 입사되고, 상기 3빔 발생용 회절격자(2)에 의해 메인 빔 LO와 2개의 사이드 빔 L+1,L-1로 나뉜다. 다음에, 이 메인 빔 LO 및 사이드 빔 L+1, L-1은 빔스프리터(3)를 투과한 후, 콜리메이터 렌즈(4)를 투과하여 평행 광으로 된 후, 1/4 파장판(16)으로 입사한다. 상기 메인 빔 LO 및 사이드 빔 L+1,L-1은 1/4 파장판(16)에 의해 원편광 광으로 변화되고, 그 후 대물렌즈(5)를 투과하여, 광학디스크(6)의 표면에 초점을 맞추어 스폿 조사된다.
그 후, 상기 광학디스크(6)의 표면에서 반사된 3개의 빔은, 다시 대물렌즈(5)를 투과하여 1/4 파장판(16)으로 입사된다. 다음, 상기 3개의 빔은 1/4 파장판(16)에 의해 S편광 광으로 변화한다. 그 후, 상기 빔은 콜리메이터 렌즈(4)를 투과하고, 빔스프리터(3)에 의해 반사되어 광학검출기(7)에 입사된다. 이 광학검출기(7)는 S편광 광을 검출하여 광학디스크(6)에 기록된 정보를 재생한다. 또한, 이 검출된 S편광 광에 기초하여, 트래킹(tracking) 에러 정보도 얻어진다.
상기 빔스프리터(3)로 입사한 S편광 광의 일부는 빔스프리터(3)를 투과한다. 상기 S 편광 광의 일부는, 또한 3빔 발생용 회절격자(2)를 0차 광으로서 투과하고, 편광회절격자(15)로 입사된다. 이 편광회절격자(15)는 상기 S편광 광을 회절시켜 반도체 레이저(8)로 향하는 방향으로부터 일탈되게 한다.
즉, 반도체 레이저(8)로부터 출사된 레이저빔 L의 광학디스크(6)까지의 전방 경로에서, 편광회절격자(15)에 의해 레이저빔 L의 P편광 광이 투과되어 1/4 파장판(16)에 의해 원편광 광으로 변환된다. 광학디스크(6)로부터의 복귀 경로에서, 상기 원편광 광은 1/4 파장판(16)에 의해 S편광 광으로 변환되고 나서, 편광회절격자(15)로 입사된다. 이 편광회절격자(15)는 상기 S 편광 광을 회절시키고, 이로써 상기 S편광 광은 반도체 레이저(8)에 도달되지 않는다.
이 방식으로, 상기 S편광 광으로 이루어지는 복귀 광이 반도체 레이저(8)의 광출사 단면(8a)으로 입사되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 반도체 레이저(8)의 광출사 단면(8a)의 반사율을 증가시키지 않고 SCOOP 현상의 발생을 억제할 수 있고, 레이저 빔 L의 출력 변동을 방지할 수 있다. 그 결과, 상기 레이저(8)에서 출사된 레이저빔 L의 미분 효율이 감소됨을 방지할 수 있다.
상기 편광회절격자(15)에 의해 회절된 S편광 광이 헤더부(11)의 선단면(11a)으로 입사되어, 선단면(11a)에서 반사되고, 다시 편광회절격자(15)로 입사되는 경우에도, 상기 S편광 광은 편광회절격자(15)에 의해 회절되어 광학디스크(6)로 향하는 방향으로부터 일탈된다.
따라서, 상기 S편광 광으로 이루어지는 복귀광이, 상기 편광회절격자(15) 보다 후방의 광학 시스템으로 복귀되는 것이 방지되고, 상기 전방 경로의 레이저광과 간섭하는 것을 방지할 수 있다. 이로써 광학 픽업 장치에서의 신호 검출 특성 및/또는 서보 특성이 복귀 광에 기인하여 현저하게 감소되는 광학적 노이즈 문제를 해소할 수 있다.
또한, 이는 반도체 레이저(8)의 스템(10)의 헤더부(11)에 제공된 경사면을 가공함에 따른 양산성의 저하를 초래하지 않고, 또한 상기 스템(10)의 헤더부(11) 에 장착된 반사체로 인한 반도체 레이저(8)의 광방사 특성의 저하를 초래하지 않고 실현할 수 있다.
상기 광학디스크(6)로부터 복귀된 S편광 광으로 이루어지는 복귀 광이 헤더부(11)의 선단면(11a)에서 반사되어, 편광회절격자(15)에 의해 회절되고, 편광회절격자(15)보다 후방의 광학 시스템으로 복귀하는 경우에도, 빔스프리터(3)로부터 광학검출기(7)로 복귀 광이 입사되는 것을 방지할 수 있다. 이는 편광회절격자(15)의 회절각과 3빔 발생용 회절격자(2)의 회절각이 다르기 때문이다. 따라서, 이 경우에도, 광학디스크(6)에 기록된 정보의 검출에 악영향이 가해지는 것을 방지할 수 있고, 신호 검출 특성 및 서보 특성의 저하를 확실하게 방지할 수 있다.
상기 실시예에서는, 유리로 이루어지는 캡(17)과 편광회절격자(15)는 분리되어 있지만, 편광회절격자(15)와 일체로 된 유리 캡을 캡(17) 대신에 사용할 수 있다. 이로써 부품 개수를 줄일 수 있다.
이와 다르게, 도2에 나타낸 바와 같이, 유리 캡(17)의 창(17a)에 부착된 편광회절격자(15)의 앞면에 1/4 파장판(16)을 중첩하여 편광회절격자(15)와 1/4 파장판(16)을 유리 캡(17)과 일체로 형성할 수 있다. 이 경우, 부품 개수를 더욱 감소시킬 수 있다. 도2에서, Lm은 상기 메인 빔 LO에 대응하는 반사광, Ls1 및 Ls2는 상기 사이드 빔 L+1, L-1에 대응하는 반사광을 나타낸다. 또한, 1/4 파장판(16)은 투명한 필름이고, 재질은 폴리카보네이트, 폴리비닐 알콜 등의 수지가 일반적으로 사용된다.
도2에 나타내는 실시예에서도, 상기 SCOOP 현상, 복귀 광의 간섭에 의한 신 호 검출 특성의 저하 및 서보 특성의 악화라는 문제점을 방지할 수 있다.
도1 또는 도2에 나타낸 상기 실시예에서는, 헤더부(11)와 스템(10)이 일체형이지만, 헤더부(11)는 스템(10)에서 분리될 수 있다.
또한, 상기 실시예에서는, 레이저빔 L의 P편광 광을 직진시키고 레이저빔 L의 S편광 광을 회절시키는 편광회절격자(15)를 사용했지만, 이 편광회절격자(15) 대신에, 반대로 작용하는 편광회절격자를 사용할 수 있다. 즉, 레이저빔 L의 S편광 광을 직진시키고 레이저빔 L의 P편광 광을 회절시키는 편광회절격자를 사용할 수 있다.
또한, 직선형의 격자로 이루어지는 편광회절격자(15) 대신에, 곡선형의 격자로 이루어지는 회절격자를 사용할 수 있다.
도1에 나타낸 제1 실시예에서는, 반도체 레이저(8)를 향하여 1/4 파장판(16), 3빔 발생용 회절격자(2) 및 편광회절격자(15)를 이 순서대로 배열하였지만, 반도체 레이저(14)의 캡(17)의 레이저광 출사부분에 제공된 창 유리의 표면에 편광회절격자(15)를 장착할 수 있다. 이 경우, 1/4 파장판(16)은 3빔 발생용 회절격자(2)와 상기 창 유리 사이에 제공될 수 있다. 이 경우, 반도체 레이저(8)를 향하여 3빔 발생용 회절격자(2), 1/4 파장판(16) 및 편광회절격자(15)가 이 순서대로 배열된다.
제2 실시예
도3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 레이저 장치의 사시도이다. 도4 는 도3에 나타낸 반도체 레이저 장치를 구비한 광학 픽업 장치의 개략적인 단면도이다.
도3에 나타낸 반도체 레이저 장치(60)는 반도체 레이저(37), 홀로그램소자(34) 및 수광 소자(38)를 가진다. 상기 반도체 레이저(37)는 도4에 나타낸 광학기록매체로서의 광학 디스크(65)를 향해 광을 출사하는 광원이다. 상기 홀로그램소자(34)는 신호용 홀로그램(35) 및 편광회절격자(36)를 가진다.
상기 신호용 홀로그램(35)은 광학디스크(65)로부터 반사된 광을 신호 검출용의 수광 소자(38)로 안내한다. 수광 소자(38)는 신호용 홀로그램(35)에 의해 안내된 광(39)을 수광한다. 편광회절격자(36)는 신호용 홀로그램(35)에 의해 회절된 0차 회절광을 회절시킨다.
상기 반도체 레이저(37)는 광학디스크(65)로서 DVD(Digital Versatile Disc)를 사용할 때 이용되는, 예컨대 파장 약 650nm 정도의 적색 광을 출사한다.
상기 수광 소자(38)는, 예컨대 포토다이오드이며, 광학디스크(65)로부터의 반사광을 수광하고, 이 반사광을 그 반사광의 광 강도에 대응하는 전류로 변환하고 상기 반사광의 검출신호를 출력한다.
반도체 레이저(37)와 수광 소자(38)는 패키지(50) 내에 배치되어 있다. 패키지(50)는 캡(33), 및 표면(32A)이 대략 타원이고 반도체 레이저(37)의 광축 J에 수직한 기부(32)로 이루어진다. 상기 반도체 레이저(37)와 수광 소자(38)는 방열(放熱)대(도시 안됨)에 장착된다. 이 방열대는, 예컨대 강 등의 금속으로 이루어지는 기부(32)상에 장착된다. 또한, 강 등의 금속으로 된 캡(33)은, 반도체 레이저(37) 와 수광 소자(38)를 덮도록 상기 기부(32)에 접속된다.
반도체 레이저(37)의 광출사 단면(37A)의 접합면(도시 안됨)은 표면(32A)에 평평하게 배치된다. 상기 반도체 레이저(37)와 수광 소자(38)는 금으로 된 와이어(도시 안됨)에 의해 리드 핀(31)에 전기적으로 접속된다. 리드 핀(31)은 패키지(50)의 외부로 연장된다.
상기 홀로그램소자(34)는 장방형 평행 육면체의 투명재료로 구성된다. 상기 신호용 홀로그램(35)은 상기 홀로그램소자(34)의 표면에 형성되고, 상기 편광회절격자(36)는 그의 하부면에 형성된다.
편광회절격자(36)는 반도체 레이저(37)에서 출사된 광의 광축 J에 직교하는 평면에 평행하고, 상기 광축 J와 교차하도록 배치된다. 또한, 상기 편광회절격자(36)는 상기 캡(33)의 상판에 형성된 창(33A)에 대향하도록 배치된다.
상기 신호용 홀로그램(35)은 광로(40,66)의 광축 J상에 배치된다. 상기 광로(40,66)는 반도체 레이저(37)로부터 출사된 광이 광학디스크(65)상에서 반사되고, 그 반사된 광이 편광회절격자(36)를 투과하기까지, 광이 이동하는 경로이다.
이 제2 실시예의 신호용 홀로그램(35)은, 광학디스크(65)로부터의 복귀 광을 -1차 회절광(도시 안됨), 0차 회절광(도시 안됨) 및 +1차 회절광(39)으로 회절시킨다. 이 신호용 홀로그램(35)은 신호처리를 위해 상기 +1차 회절광(39)만을 수광 소자(38)의 수광면(38A)상으로 집광한다. 상기 0차 회절광 및 상기 -1차 회절광은 신호처리용으로 사용되지 않는다. 또한, 0차 회절광은 회절되지 않고 투과하는 광이다.
상기 편광회절격자(36)는, 제1 편광방향을 갖는 광(예컨대, P편광 광)에 대해서는, 0차 회절광 이외의 회절광의 회절효율이 대략 0% 이다. 또한, 상기 편광회절격자(36)는, 상기 제1 편광방향에 대해 수직한 제2 편광방향을 갖는 광(S편광 광)에 대해서는, 0차 회절광의 회절효율이 근사적으로 0%이다.
따라서, 상기 제1 편광방향을 갖는 광(P편광 광)은, 편광회절격자(36)에 의해 회절되지 않고 그대로 0차 회절광으로서 투과되고, 제2 편광방향을 갖는 광(S편광)은 편광회절격자(36)에 의해 회절되어 0차 회절광을 발생하지 않는다.
상기 제1 편광방향을 갖는 광을 P편광 광으로 하는 경우, 상기 제2 편광방향을 갖는 광은 S편광 광이다. 또한, 상기 제1 편광방향을 갖는 광을 S편광 광으로 하는 경우에, 상기 제2 편광방향을 갖는 광은 P편광 광이 된다.
이 제2 실시예의 광학 픽업 장치에서는, 홀로그램소자(34)에 의해 광학디스크(65)로부터의 반사광을 분할하고, 기록신호를 정확하게 독출하기 위한 트래킹 정보 신호와 기록신호를 분리하여, 그 신호들을 수광 소자(38)로 각각 안내하여 각 출력신호를 얻는다.
상기 반도체 레이저 장치(60)를 구비한 광학 픽업 장치(70)에서, 상기 반도체 레이저(37)로부터 출사된 광은 편광회절격자(36)로 입사된다. 제1 편광방향의 광은 편광회절격자(36)를 그대로 투과하여, 신호용 홀로그램(35)으로 입사된다.
한편, 제2 편광방향의 광은 상기 편광회절격자(36)에 의해 회절되어 신호용 홀로그램(35)을 향한 방향으로부터 일탈된다. 따라서, 상기 편광회절격자(36)를 투과하여 상기 신호용 홀로그램(35)으로 입사되는 광은 주로 상기 제1 편광방향의 광 으로 이루어지다.
상기 신호용 홀로그램(35)은, 그 신호용 홀로그램(35)으로 입사된 광 중에 0차 회절광이 아닌 광선을 회절시킨다. 따라서, 0차 회절 광만이 콜리메이터 렌즈(61)로 입사되고, 상기 콜리메이터 렌즈(61)에 의해 평행 광으로 변환된다. 이 평행 광은 1/4 파장판(62)을 투과함에 의해, 서로 편광 방향이 직교하는 광들 사이에 45°의 위상차를 발생시킨다. 그 후, 상기 광은 입상(立上) 거울(63)에서 반사되어, 대물렌즈(64)에 의해 광학디스크(65)상으로 집광된다.
다음, 광은 광학디스크(65)에서 반사되고, 반사된 광은 대물렌즈(64)에 의해 평행 광으로 변환된다. 다음에, 그 평행 광은 입상 거울(63)에 의해 반사되고 1/4 파장판(62)을 투과한다. 상기 1/4 파장판(62)은 서로 편광 방향이 직교하는 광들에 45°의 위상차를 더 발생시킨다. 즉, 상기 1/4 파장판(62)은, 서로 편광 방향이 직교하는 광들에 있어서, 광학디스크(65)를 향하는 전방 경로상의 광 및 광학디스크(65)로부터의 복귀 경로의 광 사이에 합계 90°의 위상차를 발생시킨다. 그 후, 상기 광은 콜리메이터 렌즈(61)에 의해 홀로그램소자(34)의 방향으로 집광된다.
90°의 위상차가 제공된 광은, 예컨대 상기 제1 편광방향의 광을 P편광 광으로 한 경우의 상기 제2 편광방향의 광으로서 S편광 광이다.
그리고, 콜리메이터 렌즈(61)를 거쳐 신호용 홀로그램(35)을 투과한 광은, -1차 회절광, 0차 회절광 및 +1차 회절광으로 회절된다. 이들 회절광 중에 상기 +1차 회절광(39)만이 신호처리를 위해 수광 소자(38)상으로 집광된다.
상기 콜리메이터 렌즈(61)를 거쳐 신호용 홀로그램(35)을 투과한 광중의 상기 0차 회절광 및 상기 -1차 회절광은 신호 처리를 위해 사용되지 않는다. 상기 신호용 홀로그램(35)으로부터의 상기 -1차 회절광은 편광회절격자(36)로 입사되지 않고, 상기 신호용 홀로그램(35)으로부터의 상기 0차 회절광(즉, 회절되지 않고 그대로 투과하는 제2 편광방향의 광)은 편광회절격자(36)로 입사된다. 이 제2 편광방향의 광으로서의 0차 회절광은 편광회절격자(36)를 투과함에 의해 -1차 회절광(40A) 및 +1차 회절광(40B)으로 회절되고, 광로에서 반도체 레이저(37)로 일탈된다. 따라서, 반도체 레이저(37)로의 복귀광은 발생되지 않는다. 또한, 상기 편광회절격자(36)에서는, 상기 제2 편광방향의 광에 대한 0차 회절 효율은 대략 0%이다. 따라서, 상기 신호용 홀로그램(35)으로부터 상기 편광회절격자(36)를 투과하여 반도체 레이저(37)로 입사되는 복귀 광은 실질적으로 발생되지 않게 된다.
따라서, 이 제2 실시예의 반도체 레이저 장치(60)에 따르면, 편광회절격자(36)를 구비함에 의해, 반도체 레이저(37)의 광출사 단면(37A)으로의 입사 광(복귀 광)을 억제할 수 있고, 레이저광의 복귀 광에 대한 대책이 가능하게 된다.
또한, 이 제2 실시예에 따르면, 반도체 레이저(37)에서 출사된 레이저광의 불필요한 광으로서 복귀하는 광을, 상기 반도체 레이저(37)의 광출사 단면(37A) 이외의 영역 및 수광 소자(38)의 수광면(38A) 이외의 영역에 배치된 초점 P21 및 P22에 수광함으로써, 상기 초점 P21, P22에 수광된 불필요한 광이 다시 반사되어 미광으로 되는 문제를 억제할 수 있어서, 신뢰성이 높은 반도체 레이저 장치(60) 및 광 학 픽업 장치(70)를 실현할 수 있다.
또한, 이 제2 실시예에서는, 반도체 레이저(37)로부터 출사되고, 상기 광학디스크(65)에 의해 반사된 반사광이, 반도체 레이저(37)의 발광점 P0에 대략 일치하는 점으로 복귀하는 광로(40)의 광축 J상에, 신호용 홀로그램(35)과 편광회절격자(36)가 배치된다. 이 구성에 의해, 제2 실시예에서는, 반도체 레이저(37)로부터 출사되고, 광학디스크(65)에 의해 반사된 반사광은, 반도체 레이저(37)의 발광점 P0에 대략 일치하는 점으로 복귀하기 전에 0차 회절광을 발생시키지 않도록 편광회절격자(36)에 의해 회절된다. 따라서, 편광회절격자(36)에서는, 반도체 레이저(37)에 입사할 수 있는 0차 회절광이 발생되지 않아서, 복귀 광에 기인하는 노이즈를 억제할 수 있다.
또한, 이 제2 실시예에서는, 편광회절격자(36)의 격자 피치를 대략 동일 피치로 하였다. 이 구성에 의해, 반도체 레이저(37)로부터 출사되고 광학디스크(65)에 의해 반사된 반사광을 편광회절격자(36)에 의해 회절시키고, 이 회절된 +1차 회절광(40B) 및 -1차 회절광(40A)을 등거리로 또한 안정적으로 집광할 수 있다. 따라서, 상기 집광 위치 P22, P21에 무반사 코팅을 제공하거나 또는 상기 집광 위치 P22, P21을 미광이 발생되지 않는 장소에 배치함으로써 복귀 광에 기인하는 미광을 용이하게 해소할 수 있다.
또한, 이 제2 실시예에서, 편광회절격자(36)는 신호용 홀로그램(35)에 의해 회절된 +1차 회절광(39)이 통과하지 않는 장소에 배치된다. 이 구성에 의해, 편광회절격자(36)가 신호용 홀로그램(35)에서 수광 소자(38)를 향해 배향된 +1차 회절 광(39)을 회절시키는 현상을 방지할 수 있다. 따라서, 신호광으로 되는 +1차 회절광(39)이 편광회절격자(36)에 의해 그의 경로가 변경되는 등의 악영향을 겪는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 편광회절격자(36)에 의해 광학디스크(65)로부터의 반사광을 회절함에 의해 +1차 회절광 및 -1차 회절광을 안정적으로 원하는 장소에 집광할 수 있다.
또한, 이 제2 실시예에서는, 홀로그램소자(34)에서 분리된 1/4 파장판(62)이 제공되었지만, 상기 홀로그램소자(34)의 내부(예컨대, 신호용 홀로그램(35)과 편광회절격자(36) 사이)에 1/4 파장판을 배치할 수 있다. 이 경우에는, 편광방향을 변화시키는 기능을 가진 1/4 파장판을 홀로그램소자(34)의 내부에 제공함에 의해, 콤팩트한 구성으로, 입사하는 광의 편광 방향에 따라 회절 효율이 다르게 되는 상기 편광회절격자(36)에 의한 효과를 얻을 수 있고, 광학 픽업 장치(70)를 소형화할 수 있다.
또한, 이 제2 실시예의 반도체 레이저 장치(60)에서는, 상기 신호용 홀로그램(35)과 상기 편광회절격자(36)를 동일의 광학부재인 홀로그램소자(34)에 대해 제공함으로써, 부품 개수 감소, 소형화와 박형화 및 제조비용의 절감을 실현할 수 있다. 또한, 도4에 나타낸 반도체 레이저 장치(60), 콜리메이터 렌즈(61), 1/4 파장판(62), 입상 거울(63) 및 대물렌즈(64)로 이루어지는 광학 픽업 장치(70)의 소형화를 실현할 수 있다.
또한, 이 제2 실시예의 반도체 레이저 장치(60)에서는, 반도체 레이저(37), 신호용 홀로그램(35), 편광회절격자(36) 및 수광 소자(38)가 하나의 패키지(50)에 일체화된다. 이 구성에 의해, 부품 개수의 감소 및 반도체 레이저 장치(60)의 소형화를 실현할 수 있다. 또한, 상기 반도체 레이저(60)의 광축 J에 직교하는 편평한 면에서의 상기 패키지(50)의 단면 형상이 타원형이기 때문에, 상기한 단면 형상이 원형인 패키지를 채용한 경우와 비교하여, 광축에 직교하는 방향에서의 박형화를 실현할 수 있고, 나아가서는 광학 픽업 장치의 박형화를 꾀할 수 있다.
제2 실시예에서 신호용 홀로그램(35)과 편광회절격자(36)를 분리된 광학부재로 구성한 경우, 예컨대 신호용 홀로그램(35)을 홀로그램소자(34)에 장착하고, 편광회절격자(36)를 반도체 레이저(37)를 수용하는 패키지(50) 측의 캡(33)에 형성된 창(33A)등에 제공할 수 있다. 이 경우, 신호용 홀로그램(35)과 편광회절격자(36) 각각의 상대적인 위치 조정이 용이하게 된다.
제 3실시예
본 발명의 제3 실시예에 따른 반도체 레이저 장치를 도13에 나타낸다.
이 제3실시예의 반도체 레이저 장치(80)는 기부로서의 스템(81) 및 광원으로서의 반도체 레이저(83)를 가진다. 상기 반도체 레이저(83)는 스템(81)의 일부인 헤더부(82)에 장착된다. 상기 스템(81)은 기부(81a) 및 이 기부(81a)로부터 돌출된 헤더부(82)로 이루어진다. 상기 스템(81)의 기부(81a)에는, 반도체 레이저(83)와 헤더부(82)를 덮는 캡(84)이 설치된다. 상기 반도체 레이저(83)는 레이저빔 L을 반도체 레이저(83)의 전단면인 광출사 단면(83a)으로부터 출사한다. 레이저빔 L은 P편광 광과 S편광 광을 포함하는 레이저광으로 이루어진다.
홀로그램소자(85)는, 상기 캡(84)의 상판(84a)에 설치되어 그 상판(84a)에 형성된 창(도시 안됨)을 덮는다. 홀로그램소자(85)는 그의 상부면에 편광회절격자(86)를 포함한다.
상기 편광회절격자(86)는 상기 반도체 레이저(83)에서 출사된 출사광에 포함된 소정의 편광 방향의 광에 대해서는 회절효과를 갖지 않는 편광회절격자이다. 따라서, 이 편광회절격자(86)는, 상기 출사광(레이저빔 L)이 포함하는 상기 소정의 편광 방향의 광에 대해서는 렌즈작용을 갖지 않는다. 그러므로, 이 편광회절격자(86)는 그 편광회절격자(86) 보다 상기 레이저빔 L의 방향에 더 가깝게 배치된 광학 시스템에서의 상기 소정의 편광 방향의 광에 대한 광학 작용에는 아무런 영향을 미치지 않는다.
상기 광학 시스템은, 예컨대 도1에 나타낸 3빔 발생용 회절격자(2), 빔스프리터(3), 광학검출기(7), 콜리메이터 렌즈(4), 1/4 파장판(16), 대물렌즈(5) 및 광학디스크(6)로 구성된다. 또한, 상기 광학 시스템은 상기 편광회절격자(86)와 상기 광학디스크(6) 사이에 상기 1/4 파장판(16)을 가진다.
따라서, 상기 반도체 레이저(83)로부터 출사된 레이저광이 상기 광학디스크(6)에서 반사된 후 상기 편광회절격자(86)로 복귀할 때에, 레이저광을 상기 1/4 파장판(16)을 통해 2회 통과시킴으로써, 서로 직교하는 레이저광의 광들 사이에 90°의 위상차가 발생된다. 그 결과, 예컨대 출사된 레이저광이 직선 편광이면, 편광회절격자(86)로 복귀되는 반사광은 원편광으로 된다.
또한, 상기 편광회절격자(86)는 상기 광학디스크(6)로부터의 복귀 광에 대해 오목렌즈 작용을 가진다. 따라서, 도13에 나타낸 바와 같이, 상기 광학디스크 쪽의 광학시스템과 편광회절격자(86)에 의해 형성되는 합성 초점의 위치가 곡면 H'에 배치된다.
그 결과, 편광회절격자(86)는, 도13에 나타낸 바와 같이, 반사광 L10을 굴절시켜 헤더(82)의 단면(82a)으로 안내한다. 상기 반사광 L10은 상기 반도체 레이저(83)로부터 상기 광학디스크(6)로의 레이저빔 L의 전방 경로에서 3빔 발생용 회절격자(2)에 의해 생성되고, 광학디스크(6)에서 반사되어, 편광회절격자(86)로 복귀하는 +1차 회절광이다.
또한, 상기 편광회절격자(86)는, 도13에 나타낸 바와 같이, 반사광 L20을 굴절시켜, 그 반사광이 광출사 단면(83a)으로 입사되지 않고 광출사 단면(83a)과 다른 곡면 H'으로 입사되게 한다. 상기 반사광 L20은 전방 경로에서 3빔 발생 회절격자(2)에 의해 생성되고, 광학디스크(6)에서 반사되어, 편광회절격자(86)로 복귀하는 -1차 회절광이다.
따라서, 상기 편광회절격자(86)는, 상기 반사광 L1O, L20이 반도체 레이저(83)의 광출사 단면(83a)으로 복귀하는 것을 방지하여, SCOOP 노이즈의 발생을 방지할 수 있다.
상기 반사광 L1O의 상은, 광출사 단면(83a)을 포함하는 편평한 면 H와 다른 곡면 H'에 형성된다. 따라서, 상기 반사광 L1O이 헤더(82)의 단면(82a)에 입사되어 반사된 경우에도, 이 반사된 광은, 예컨대 도1의 외부의 광학검출기(7)에 상을 형성하지 않게 되어, 검출 강도가 약해지도록 하지 않는다.
상기 반사광 L20은, 일례로서 캡(84)의 기부(81a)에 배치된 특정 수광부(도시 안됨)에만 영향을 주지 않기 때문에, 검출신호에 대한 악영향이 거의 없게 된다.
상기 편광회절격자(86)는, 도13에 나타낸 바와 같이, 반사광 LOO을, 광출사 단면(83a)에 상을 형성하지 않고, 반도체 레이저(83)보다 후방의 곡면 H'에 상을 형성하도록 한다. 상기 반사광 LOO은, 상기 반도체 레이저(83)로부터 상기 광학디스크(6)로의 레이저빔 L의 전방 경로에 있어서 3빔 발생용 회절격자(2)에 의해 생성되고, 광학디스크(6)에서 반사되어, 편광회절격자(86)로 복귀되는 0차 회절광이다.
상기 반사광 LOO은 상기 편광회절격자(86)에 의해 상기 광출사 단면(83a)을 포함하는 평면 H에서는 집속되지 않고 확산된다. 이로써 반도체 레이저(83)에 SCOOP 노이즈가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
상기 편광회절격자(86)가 상기한 바와 같은 오목렌즈 작용을 갖게 하도록, 편광회절격자(86)를 직선이 아닌 곡선으로 구성한다. 또한, 상기 반사광 LOO, L1O, L20의 초점위치를 평면 H상에서 곡면 H' 위로 약간의 거리만큼만 변위시키면 되기 때문에, 상기 편광회절격자(86)의 격자 곡선은 직선에 가까운 큰 곡률 반경을 가진다.
상기 편광회절격자(86)가 0차 회절광을 발생하지 않도록 하면, 반도체 레이저 소자(83)의 단면(83a)으로의 복귀 광이 없어지기 때문에, SCOOP 노이즈가 완전하게 방지된다. 그러나, 0차 회절광의 발생을 제거하려면, 편광회절격자(86)의 편 광 선택성을 높게 하여야 한다. 즉, 격자의 홈 깊이를 깊게 하지 않으면 안되기 때문에, 편광회절격자(86)의 제조 시에 약간 곤란하게 된다.
상기 편광회절격자(86)는 상기 반사광 L00, L10, L20을 평행 광으로 변화시키는 렌즈 특성을 가질 수 있다. 이 경우에, 상기 반사광 L00, L10, L20은 평행하고 상기 광출사 단면(83a)에 상을 형성하지 않기 때문에, 상기 반사광 LOO, L1O, L20은 반도체 레이저(83)의 내부로는 거의 진입하지 않는다. 따라서, SCOOP 노이즈를 방지할 수 있다.
본 발명의 반도체 레이저장치에서는 회절부가 입사하는 입사광의 편광 방향에 따라 반사광을 회절시켜, 상기 반사광을 반도체레이저로 향하는 방향으로부터 일탈되게 하여, 상기 반사광이 상기 반도체레이저로 복귀하지 않도록 한다. 이로써, 본 발명에 따르면, 반도체레이저로의 복귀 광의 감소를 저렴한 비용으로 실현할 수 있다.
이상, 본 발명을 기재하였지만, 본 발명이 다양한 방법으로 변경될 수 있음은 명백하다. 이와 같은 변경은 본 발명의 정신과 범위로부터 일탈하는 것으로 간주되지 않으며 당업자에게 명백한 이러한 모든 개량은 이하의 특허청구의 범위 내에 포함되는 것으로 한다.

Claims (16)

  1. 피조사 물체를 향하여 레이저광을 출사하는 반도체 레이저 및
    상기 피조사 물체에서 반사된 레이저광을, 상기 반사된 레이저광의 편광방향에 따라 회절시키고, 상기 반사된 레이저광을 상기 반도체 레이저로 향하는 방향으로부터 일탈시키는 회절부를 포함하고,
    상기 회절부는 편광회절격자로 구성되고,
    상기 편광회절격자는, 제1 편광방향의 광에 대하여 0차 회절광 이외의 회절광의 회절효율이 근사적으로 0%이고, 제1 편광방향에 대해 수직한 제2 편광방향의 광에 대한 0차 회절광의 회절효율이 근사적으로 0%인 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 장치.
  2. 제1항에 있어서, 신호용 홀로그램을 가지는 홀로그램소자 및
    수광 소자를 더 포함하고,
    상기 반도체 레이저로부터 출사된 레이저광은, 상기 신호용 홀로그램을 경유하여 상기 피조사 물체에 조사되고,
    상기 피조사 물체에서 반사된 레이저광은 상기 홀로그램소자에 의해 회절되며,
    그 회절광은 상기 수광 소자에 의해 수광되는 반도체 레이저 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 1/4 파장판을 더 포함하고,
    상기 반도체 레이저로 향하여, 상기 회절부와 상기 1/4 파장판이 순서대로 배치되는 반도체 레이저 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 반도체 레이저가 장착되는 기부 및
    상기 레이저광이 통과하는 창을 가지며 상기 기부에 부착된 캡을 더 포함하고,
    상기 회절부는 편광회절격자로 구성되며, 상기 편광회절격자는 상기 창에 부착되는 반도체 레이저 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 편광회절격자에 중첩되어 상기 창에 부착되는 1/4 파장판을 더 포함하는 반도체 레이저 장치.
  7. 제2항에 있어서, 상기 회절부는 편광회절격자로 구성되고,
    상기 반도체 레이저의 발광점으로 향하는 상기 레이저 반사광의 광로의 광축상에, 상기 신호용 홀로그램과 상기 편광회절격자가 배치되는 반도체 레이저 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 회절부는 편광회절격자로 구성되고, 상기 편광회절격자는, 거의 동일한 피치의 직선형 격자로 구성되는 반도체 레이저 장치.
  9. 제2항에 있어서, 상기 회절부는 편광회절격자로 구성되고,
    상기 신호용 홀로그램에 의해 회절된 회절광은, 상기 편광회절격자를 통과하지 않는 반도체 레이저 장치.
  10. 제2항에 있어서, 상기 회절부는 편광회절격자로 구성되고,
    상기 홀로그램소자는, 그 내부에 1/4 파장판을 포함하는 반도체 레이저 장치.
  11. 제2항에 있어서, 상기 회절부는 편광회절격자로 구성되고,
    상기 홀로그램소자는, 상기 신호용 홀로그램과 상기 편광회절격자를 일체로 갖는 광학부재인 반도체 레이저 장치.
  12. 제2항에 있어서, 상기 회절부는 편광회절격자로 구성되고,
    상기 신호용 홀로그램과 상기 편광회절격자는 별도의 광학부재로서 제공되는 반도체 레이저 장치.
  13. 제2항에 있어서, 상기 회절부는 편광회절격자로 구성되고,
    상기 반도체 레이저, 상기 신호용 홀로그램, 상기 편광회절격자 및 상기 수광 소자가 하나의 패키지에 일체화되어 있는 반도체 레이저 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 회절부는 편광회절격자로 구성되고,
    상기 편광회절격자는, 상기 반사광을 이 반사광의 진행방향에 있어서 상기 반도체 레이저의 광출사 단면 및 이 광출사 단면의 연장면과 다른 면 위에 상을 형성하거나, 또는 상기 반사광을 평행 광으로 형성하는 렌즈특성을 갖는 반도체 레이저 장치.
  15. 회절부가 편광회절격자로 구성되어 있는 청구항1에 기재된 반도체 레이저 장치 및
    상기 반도체 레이저로부터 출사되는 광을, 상기 피조사 물체로서 작용하는 광학기록매체로 안내하고, 상기 광학기록매체로부터의 반사광을 상기 편광회절격자로 안내하는 광학시스템을 포함하며,
    상기 광학시스템은, 상기 반도체 레이저로부터 출사되는 광의 편광 상태를, 직선형 편광으로부터 원편광으로, 또는 원편광으로부터 직선형 편광으로 변화시키는 위상차판을 가지는 광학 픽업 장치.
  16. 청구항2에 기재된 반도체 레이저 장치 및
    상기 피조사 물체로부터의 반사광을 검출하는 광학검출기를 포함하는 광학 픽업 장치.
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