NL192804C - Optische kop voor het lezen van digitale data op een reflecterend registratiemedium. - Google Patents

Description

11 192804

Optische kop voor het lezen van digitale data op een reflecterend registratiemedium

De uitvinding heeft betrekking op een optische kop voor het lezen van digitale data op een reflecterend registratiemedium welke kop omvat een halfgeleiderlaser met een naar het registratiemedium te keren 5 eerste uitgangsvlak en een naar een optische detector te keren tweede uitgangsvlak, een optische detector, middelen voor het op een reflecterend oppervlak van het registratiemedium projecteren van uit het eerste uitgangsvlak van de halfgeleiderlaser tredend licht en een drager, welke halfgeleiderlaser, welke detector en welke projectiemiddelen op de drager zijn geplaatst, waarbij gestimuleerde emissie van de halfgeleiderlaser mede is bepaald door het reflectievermogen van het door van het eerste uitgangsvlak van de halfgeleider-10 laser uitgaand licht getroffen deel van het oppervlak van het registratiemedium.

Een dergelijke optische kop is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift 4.449.204. De bij de bekende optische kop gebezigde projectiemiddelen omvatten een ten minste twee lenzen bevattend lenzenstelsel dat op de drager is aangebracht tussen het eerste uitgangsvlak van de laser en het registratiemedium.

De uitvinding beoogt een aanzienlijke vermindering van de massa van de optische kop.

15 Volgens de uitvinding wordt het beoogde doel bereikt doordat de projectiemiddelen bestaan uit middelen die in bedrijf het eerste uitgangsvlak van de halfgeleiderlaser tegen een kracht in op minder dan enkele micrometers afstand over het registrerende oppervlak van het registratiemedium laten scheren.

In het bijzonder bestaan de projectiemiddelen uit een glijeenheid of slede die de drager vormt en'die een geheel is met een veer die de slede verbindt met een arm welke arm in een lees- of schrijfinrichting in 20 radiale richting boven het registratiemedium beweegbaar is, waarbij het registratiemedium de vorm heeft van een platte schijf.

Voorgaande en andere doeleinden, kenmerkend en bereikte voordelen van de onderhavige uitvinding zullen duidelijk worden aan de hand van de volgende beschrijving met de tekening, waarin tonen: 25 figuur 1 de basisstructuur van de optische kop volgens de onderhavige uitvinding, figuur 2 het werkingsprincipe van de optische kop volgens de onderhavige uitvinding, figuren 3A en 3B grafieken van stroom tegen optische uitgang van de optische kop volgens de onderhavige uitvinding, figuren 4A t/m 4D de structuur van de optische kop volgens de onderhavige uitvinding, 30 figuur 5 de vlekafmeting veroorzaakt door de optische kop volgens de onderhavige uitvinding, figuur 6 de grafieken van de stroom tegen ruis in de optische kop volgens de onderhavic a uitvinding, figuur 7 grafieken van stroom tegen ruis met de reflectiefactor van het registreermedium als parameter, figuur 8 grafieken van stroom tegen ruis met tussenruimte h als parameter, figuur 9 de grafiek van stroom tegen SNR, 35 figuur 10 de grafiek van stroom tegen modulatie-index, figuren 11A en 11B de relatie tussen de tussenruimte h en de optische uitgang P, figuur 12A een andere uitvoeringsvorm van de optische kop volgens de onderhavige uitvinding, figuur 12B de karakteristieke grafieken van de uitvoeringsvorm van figuur 12A, figuren 13A en 13B een andere uitvoeringsvorm van de optische kop volgens de onderhavige uitvinding, 40 figuur 14 de structuur van de modificatie van figuren 13A en 13B, figuren 15A, 15B en 15C de karakteristieken van de optische kop van figuur 14, figuur 16 de vlekafmeting veroorzaakt door de optische kop van figuur 14, figuur 17 een andere modificatie van de optische kop van figuur 13, figuur 18 nog een andere modificatie van de optische kop van figuur 13, 45 figuur 19 de structuur van de nog een andere uitvoeringsvorm van de optische kop volgens de onderhavige uitvinding, figuur 20 de vlekafmeting van de optische kop van figuur 19, figuur 21 de modificatie van de optische kop van figuur 19, figuur 22 een andere modificatie van de optische kop van figuur 19, en 50 figuur 23 de werking van de optische kop van figuren 19, 21, 11.

Allereerst wordt het basisidee van de onderhavige uitvinding met betrekking tot figuren 1 tot en met 3 beschreven.

Figuur 1 toont de basisopbouw van de optische kop volgens de onderhavige uitvinding, waarin een 55 halfgeleiderlaser S en een registreermedium M in de nabijheid gelokaliseerd van een einde van de laser S op een voorafbepaalde afstand h zijn aangebracht. De halfgeleiderlaser S zelf is van het gebruikelijke type en heeft een paar mantellagen en een tussen de mantellagen gesandwichde actieve laag, samen met een 192804 2 paar tegengestelde reflectie-oppervlakken R0 en RL. Wanneer een halfgeleiderlaser in voorwaartse richting is ingesteld, met een grotere stroom dan een drempelwaarde, wordt het gestimuleerde emissielicht in beide richtingen van de laser verkregen. In één richting wordt het licht van de laser naar het registreermedium gericht en de andere richting naar een (niet getoonde) PIN-diode voor detectie ter linkerzijde van de 5 tekening.

De drempelwaarde van de instelstroom voor gestimuleerde emissie neemt af, wanneer er terugkoppel-licht aanwezig is of wanneer de reflectiecoëfficiënt van het registreermedium M groot is, indien de inwendige modus in de halfgeleiderlaser passend is ten opzichte van de uitwendige modus tussen de reflectie-oppervlakken van het registreermedium en het reflectie-einde van de laser.

10 Figuur 2 toont de relaties tussen de instelstroom (I) en de optische uitgang (P), waarin de grafiek (a) het geval toont, dat de reflectiefactor op het oppervlak van het registreermedium groot is, terwijl de curve (b) het geval toont, dat de reflectiefactor klein is.

Volgens de onderhavige uitvinding wordt de instelstroom B0 voor de halfgeleiderlaser bepaald tussen Bu en Bh, waarbij BL de drempelinstelstroom is, wanneer de reflectiefactor van het registreermedium klein is, 15 en Bh de drempelinstelstroom is, wanneer de reflectiefactor van het registreermedium groot is.

De halfgeleiderlaser werkt vervolgens zo, dat deze in hoge mate gestimuleerd emissielicht opwekt, wanneer de reflectiefactor van het registreermedium groot is, en in kleine mate spontaan emissielicht opwekt, wanneer de reflectiefactor van het registreermedium klein is. Zodoende wordt de reflectiefactor van het registreermedium, dat op een registreermedium geregistreerde digitale data draagt, door de sterkte van 20 de optische uitgang van de halfgeleiderlaser gemeten. Optische uitgang van de halfgeleiderlaser wordt gemeten door een PIN-diode (niet getoond), die in tegengestelde richting ten opzichte van het registreermedium is gelokaliseerd. Vanzelfsprekend toont de uitgang van de PIN-diode het digitale datasignaal (H, L) betreffende de geregistreerde data op het registreermedium.

De optische uitgang van een halfgeleiderlaser wordt geanalyseerd door gebruik te maken van de 25 snelheidsvergelijking die de relatie van elektronendichtheid N en een fotonendichtheid S omvat. De snelheidsvergelijking voor de inrichting in figuur 1 in stabiele toestand betreffende elektronendichtheid en fotonendichtheid luidt als volgt: J-N-NS = 0 (1) S(N-1+e) + CN = 0 (2) 30 waarbij (e) een verhouding van terugkoppelicht dat een koppeling vertoont met foton in een actieve laag in een laser (koppelcoëfficiënt) is, J een stroomdichtheid is, en C een spontane emissielichtcoëfficiënt is. Aangenomen wordt in vergelijking (1) en (2) dat de stroomdichtheid, de elektronendichtheid en de fotonendichtheid uniform in de actieve laag zijn en dat de laser met een oscillatie in een enkele modus werkt. Ze zijn genormaliseerd door de drempelwaarde van een geïsoleerde laser.

35 Figuren 3A en 3Β tonen de berekende relaties tussen de instelstroom l/l°th en de optische uitgang, waarbij de instelstroom I genormaliseerd is door de drempelstroom l°th zonder terugkoppellicht. De getrokken lijn in figuren 3A en 3B toont de berekende resultaten en de cirkels tonen de experimentele resultaten onder gebruikmaking van een planaire kanaalstrooklaser (geen terugkoppellicht, en (e)=0). Figuur 3A toont de experimentele resultaten en de berekende curves van de spontane emissielichtcoëfficiënt C, en 40 figuur 3A toont dat de waarde C 5x10'4 is. Figuur 3B toont de relaties tussen de instelstroom en de optische uitgang onder gebruikmaking van bovengenoemde waarde voor C (=5x10'4) voor elke waarde van (e).

De werking van de optische kop van figuur 1 wordt geanalyseerd door het evalueren van de waarde (e) voor elk van de werkingscondities, omvattende een spleetafstand tussen de laser en het registreermedium, de reflectiefactor van het registreermedium en/of de reflectiefactor van het lasereindoppervlak.

45 De effectieve reflectiefactor FfLFF in de rechterrichting ten opzichte van de laser in figuur 1 wordt getoond door vergelijking (3) die de faseterm vanwege de spleetafstand verwaarloost.

F^ff=Rl[1+(1-RJ2Rf η/RJ (3) waarbij RL de reflectiefactor van het eindoppervlak van de laser is, RF de reflectiefactor van het registreermedium is en (η) de optische transmissiefactor is, die afhangt van de bundeldivergentiehoek van het 50 terugkoppellicht en die bepaald wordt door het ontwerp (dikte van een actieve laag, breedte van een strook, en/of lengte van een spleetafstand e.a.) van de laser.

De koppelcoëfficiënt (e) wordt uitgedrukt in vergelijking (4) onder gebruikmaking van f^FF.

(e)=1 -lth/l V1 n(R ELFF/R J/[2oL-1 n(R0RJ] (4) waarin lth de drempelwaarde voor stimulatie met terugkoppellicht is, l°th de drempelwaarde voor stimulatie 55 zonder terugkoppellicht is, (a) de absorptiefactor is, L de resonantielengte van een halfgeleiderlaser is en R0 de reflectiefactor aan het einde van de laser tegenover het registreermedium is.

Figuur 4A toont de uitvoeringsvorm van het geheel van de onderhavige optische kop. De optische kop 21 3 192804 werkt als een zogeheten vliegende kop, waarbij de kop 21 geen contact met optisch registreermedium (4) maakt, de kop 21 is immers gepositioneerd in de nabijheid van het medium met een kleine spleet. De kop 21 (laser) samen met een fotodetector (PD) zijn gemonteerd aan de zijwand van een schuifeenheid 24 (zie figuur 4D), die gekoppeld is met de belastingveer 23, die gedragen wordt aan arm 22 die in de radiale 5 richting ten opzichte van het medium 4 beweegbaar is. De spleetlengte h tussen de kop 21 en het registreermedium 4 wordt bepaald door de belasting op de belastingveer 23, de vorm en het gewicht van de schuifeenheid 24 en de bewegingssnelheid van het registreermedium 4.

Figuur 4B toont de opbouw van de optische kop 21 volgens de onderhavige uitvinding, waarin het nummer 33 een halfgeleidersubstraat is, 34 een actieve laag is die gesandwiched is tussen een paar 10 mantellagen 34a en 34b, 35 een isolatielaag is, 36 een halfgeleiderlaserelektrode is, 37 een fotodetector-elektrode is, 38 een fotodetectordeel is, 39 een elektrode gemeenschappelijk aan zowel het laserdeel ais het fotodetectordeel. De gebroken lijn in figuur 4B toont een de stroom concentrerende elektrode, die een deel van de elektrode 36 is en die wordt bepaald door de isolatielaag 35. De de stroom concentrerende elektrode heeft een breedte van ongeveer een aantal pm.

15 De kop 21 wordt gescheiden van een halfgeleiderlaserdeel 1, en een fotodetectordeel 5, door een scheidingssleuf 32, die een dikte en diepte van verscheidene pm heeft.

Het halfgeleiderlaserdeel 1 wordt ingesteld in voorwaartse richting tussen de elektrodes 36 en 39 via de leiding 43. Het licht 40 dat door de laser 1 wordt uitgezonden, wordt door het registreermedium 4 gereflecteerd en het gereflecteerde licht 41 keert naar de halfgeleiderlaser 1, als terugkoppellicht, terug.

20 De optische uitgang 42 van de halfgeleiderlaser 1 is afhankelijk van de oppervlaktereflectiefactor van het registreermedium 4 ofwel de informatie (0 of 1) die op het registreermedium 4 is opgeslagen, dat wil zeggen, wanneer de reflectiefactor van het registreermedium 4 groot is, dat dan de optische uitgang 42 in hoge mate gestimuleerd emissielicht is en dat wanneer de reflectiefactor klein is, de optische uitgang 42 zwak spontaan emissielicht is. De optische gang van de laser 1 wordt opgenomen door het fotodeel 38, dat 25 hetzij een datasignaal H van hoog niveau hetzij en datasignaal L van laag niveau afgeeft, afhankelijk van de op het medium opgeslagen data, zoals getoond in figuur 2.

Figuur 4C toont de modificatie van de opbouw van figuur 4B. Het kenmerkende uit figuur 4C is de aanwezigheid van een golfgeleidend lensdeel 60 aan de voorzijde van de laser 1 op hetzelfde substraat 33, zodat de bundelvlek 61 op het registreermedium gefocusseerd wordt en de registreerdichtheid toeneemt. In 30 figuur 4C is het nummer 62 een geëtst spiegeloppervlak, dat contact maakt met een bufferlaag 63 (gemaakt uit Si02) en een golfgeleiderlaag 64 (gemaakt uit 7059-glas). Het nummer 65 is een lens van het Luneburg-type gemaakt uit di-elektrisch materiaal (bijv. SiN) met een grotere brekingsindex dan die van de golf-geleidende laag 64. Het externe profiel van de lens 64 is cirkelvormig en het oppervlak heeft een half sferische vorm. De werking van figuur 4C is hetzelfde als die van figuur 4B, afgezien van de focusserende 35 werking door de lens 60.

Het is voordelig dat het lasereindoppervlak dat naar het registreermedium gekeerd is, bekleed is met een antireflectiefilm, zodat RL in vergelijking (4) afneemt en de koppelfactor (e) toeneemt. Zodoende neemt de terugkoppelverhouding van het spontane emissielicht toe en wordt laseroscillatie gemakkelijk op gang gebracht (getriggered).

40 Vervolgens wordt de ruis van de onderhavige optische kop geanalyseerd. De effectieve waarde Nrms (mV) van de ruis van een optische kop wordt als volgt uitgedrukt, onder gebruikmaking van de frequentie-karakteristieken N(f).

Ν** = \//V (f >df/(f2—f 1) (5) 45 waarin f1 is 30 kHz, f2 is 20 MHz en het oplossend vermogen is 10 kHz. De relaties tussen Ntms en injectiestroom, reflectiefactor van een registreermedium en een spleetafstand zijn hieronder geanalyseerd.

Figuur 5 toont de experimentele resultaten van de vlekafmeting uit figuur 4B. De horizontale as in de figuur geeft de lengte (pm) aan vanaf de voor-uitgangseinden van de laser en de vertikale as geeft de diameter van de bundelvlek (μm) aan. Figuur 5 toont de halve waarde van de diameter. De witte cirkels 50 tonen de experimentele waarden langs de vertikale richting naar de actieve laag toe en de zwarte cirkels tonen de experimentele resultaten in de horizontale richting naar de actieve laag toe. FWHM betekent Volledige-Breedte-Half-Maximum. De gecalculeerde grafiek (1) toont het geval met een bundeldivergentie-hoek van 25° en de gecalculeerde grafiek (2) toont het geval van een bundeldivergentiehoek van 10°.

Figuur 6 toont de grafieken van de stroom tegen Nrms <(b) en (c)), samen met l-L (stroom-optische 55 uitgang)-karakteristieken ((a) en (d)). De grafieken <a) en (b) tonen het geval met hoge reflectiefactor en de grafieken (c) en (d) tonen het geval met lage reflectiefactor.

Opgemerkt moet worden dat in figuur 6 de effectieve ruis en Nrms toeneemt met de optische uitgang.

192804 4 totdat de instelstroom de drempelwaarde lH of lL bereikt en de ruis afneemt, wanneer de instelstroom de drempelwaarde overschrijdt. De piekwaarde van Nrms met het terugkoppellicht is tweemaal zo groot als die zonder terugkoppellicht.

Figuur 7 toont de grafieken tussen de instelstroom en de waarde Nrms/P met als parameter de reflectie-5 factor Rf van een registreermedium, waarbij h de afstand tussen laser en een registreermedium is. Het moge duidelijk zijn in figuur 6, dat wanneer de reflectiefactor van het registreermedium groot is, de piekwaarde Nrms/P groot is en de breedte van die grafiek klein is.

Figuur 8 toont de grafieken tussen de instelstroom en de genormaliseerde ruis Nrms/P, waarin P de optische uitgang is met als parameter een spleetlengte-afmeting. Het moge duidelijk zijn dat in figuur 8, 10 wanneer de spleetlengte h klein is, de Nrms/P-grafiek in de rechterrichting (richting van kleine stroom) verschuift. De instelstroom voor het verschaffen van de maximale waarde van Nfms/P is bij benadering 1,02 maal de drempelstroom.

Dienovereenkomstig wordt geconcludeerd, zoals blijkt uit bovengenoemde grafieken (in het bijzonder figuur 5) dat de instelstroom van een laser moet worden ingesteld op het gebied van spontane emissie (l<IJ 15 voor het deel met een kleinere reflectiefactor en tegelijkertijd op het gebied van gestimuleerde emissie (l>lH), voor het deel met een grote reflectiefactor, waarbij de laserruis klein is, zodat een data-uitgangssignaal met excellente kwaliteit wordt verkregen.

De ratio van het datasignaal SN, gedefinieerd door de volgende vergelijking, wordt geïntroduceerd ten einde de optimale werkingstoestand te verkrijgen.

20 SNR = 20 log10Spp/Nrms (6) waarin Spp de amplitude van het datasignaal is en als volgt gedefinieerd is.

spp = PH - PL (7), waarin pH en pL lichtuitgangen bij het deel met de grote reflectiefactor, respectievelijk het deel met de lage reflectiefactor zijn.

25 Figuur 9 toont de grafiek van de instelstroom tegen SNR, waaruit duidelijk moge zijn, dat SNR minimaal is, wanneer de instelstroom lH is (figuur 5 en figuur 8), hetgeen de maximale ruis oplevert, en dat wanneer de instelstroom toeneemt tot een grotere waarde dan lH, de waarde SNR toeneemt. Het moge echter duidelijk zijn, dat de maximaal toelaatbare stroom beperkt wordt tot het niveau waarop de geregistreerde data niet worden verminkt door de belichting van de optische bundel. Het effect door lL (drempelstroom voor 30 een kleine reflectiefactor) wordt bekeken zoals getoond in figuur 8.

Vervolgens wordt de moduiatie-index M als volgt gedefinieerd, ten einde de golfvorm van het datasignaal voor elke injectiestroom te evalueren.

M = (pH'PL)/(pH+pL) (8)

Figuur 10 toont de grafiek van de instelstroom tegen de moduiatie-index M, waarbij RF 0,30 en 0,15 35 respectievelijk voor data-eenheid 1 en data-eenheid 0. De reflectiviteit van het laserfacet Ru is 0,05. De horizontale as in figuur 10 toont de instelstroom die is genormaliseerd door de drempelstroom l°m zonder terugkoppellicht. De cirkels in figuur 9 tonen de experimentele waarden en de getrokken lijn toont de theoretische grafiek onder gebruikmaking van de snelheidsvergelijking, waarbij het koppelrendement van het koppellicht in ogenschouw wordt genomen.

40 Het is duidelijk in figuur 10, dat de stroom lp die de maximale moduiatie-index geeft, voldoet aan:

< lp *L

Opgemerkt wordt, dat de stroom lp die aan bovengenoemde vergelijking voldoet samenvalt met de instelstroom in figuur 9, wanneer de optische uitgang 1 mW bedraagt.

Vervolgens wordt de afhankelijkheid van optische uitgang van spleetafstandlengte h beschreven. Daar de 45 door het registreermedium gereflecteerde bundel interfereert met het originele inwendige licht dat het registreermedium belicht, moet de spleetafstandlengte h op juiste wijze worden ontworpen.

Figuur 11A toont de relatie tussen de spleetafstandlengte tussen het eind van de optische kop en het oppervlak van het registreermedium (horizontale as in jum) en de optische uitgang P.

Het moge duidelijk zijn uit figuur 11A dat de optische uitgang P snel afneemt, indien de spleetafstand-50 lengte h toeneemt en dat de optische uitgang P een periode λ/2 verandert (waarbij λ de golflengte is en is aangenomen dat de brekingsindex n=1 in het gebied tussen de optische kop en het registreermedium).

Daardoor is het gewenst dat de spleetafstandlengte h zodanig wordt gekozen, dat de maximale optische piekuitgang P wordt verkregen en dat het terugkoppellicht in fase is met het inwendige licht in de laser. De gewenste lengte heeft een periode van λ/2.

55 Figuur 11B is het vergrote aanzicht van een deel van figuur 11A en toont het effect van een fout van de spleetafstandlengte h. Als getoond in figuur 11B, neemt de optische uitgang P met 10% {/. = 830 nm) af, wanneer de waarde h een fout van 0,1 μηι heeft. Derhalve moet worden opgemerkt, dat een fout binnen 0,1 5 192804 pm van de lengte h toelaatbaar is.

Zoals eerder opgemerkt, wordt de spleetafstandlengte h bepaald door de opbouw van de glij-eenheid, de belastingveer en/of de loopsnelheid van het registreermedium.

Het is overigens gewenst, ten aanzien van interferentie in het spleetafstandgebied en de vergelijking 4, 5 dat de reflectiefactor RL aan het eind van de laser dat naar het registreermedium is gekeerd, zo klein mogelijk is. Dienaangaande is een antireflectiefiim 70 bij voorkeur aan het eindoppervlak 33 bevestigd, dat naar het registreermedium 4 wijst, zoals getoond in figuur 12A. De antireflectiefiim 70 is bijvoorbeeld gemaakt uit transparant di-elektrisch materiaal met een dikte λ/4η (waarin λ de golflengte is en n de brekingsindex van de antireflectiefiim). Andere constructies in figuur 12A zijn hetzelfde als die met dezelfde 10 nummers in figuur 4.

Figuur 12B toont het effect van de antireflectiefiim 70. De horizontale as in figuur 12B toont de optisch signaaluitgang Spp (=pH-pL), en de optische ruisuitgang N^. Het ruisvermogen Nrms is de integrale waarde van de ruiscomponent tussen 30 kHz en 20 MHz. De horizontale as in figuur 12B toont de genormaliseerde instelstroom I genormaliseerd door de drempelstroom l°th, die de drempelstroom is wanneer geen optische 15 terugkoppellicht aanwezig is (geen registreermedium aanwezig). De spleetafstandslengte h in figuur 12B is 2,9 pm, de reflectiefactor aan het eindoppervlak 33 is 0,32 wanneer geen antireflectiefiim is aangebracht en 0,05 wanneer de antireflectiefiim 70 is aangebracht. De grafiek A toont het geval dat het antireflectiefiim is aangebracht en de grafiek B toont het geval dat geen antireflectiefiim is aangebracht. Opgemerkt wordt dal in figuur 12B wanneer de antireflectiefiim is aangebracht, het gewenste signaalvermogen Spp toeneemt, 20 terwijl het ongewenste ruisvermogen Nrms een weinig toeneemt wanneer de instelstroom toeneemt, vergeleken met de grafiek B waarbij geen antireflectiefiim is aangebracht. Daardoor doet de aanwezigheid van een antireflectie de signaal-ruisverhouding toenemen.

Vervolgens zullen hieronder enige modificaties worden beschreven, die de vlekafmeting van een laserbundel doen verbeteren.

25 Figuur 13A toont een perspectivisch aanzicht van een andere uitvoeringsvorm van de onderhavige optische kop en figuur 13B is een dwarsdoorsnede-aanzicht over lijn l-l van figuur 13A.

In deze figuren is het nummer 101 een rechthoekige halfgeleiderlaser, 102 is een N-type GaAs-substraat, 103 is een onderste mantellaag die een op het substraat 102 neergeslagen GaAIAs-laag is. Nummer 104 is een actieve laag gemaakt uit GaAIAs, neergeslagen op de onderste mantellaag 103. Het nummer 105 is 30 een bovenste mantellaag gemaakt uit P-type GaAIAs neergeslagen op de actieve laag 104, 106 is een isolatielaag gemaakt uit bijv. Si02, 107 is een de stroom concentrerende elektrode met uniforme breedte, die zich tussen het vooruitgangseinde 110 en het achteruitgangseinde 113 uitstrekt, terwijl de elektrode 107 op de middellijn boven op de halfgeleiderlaser 101 is aangebracht. Nummer 109 is een opsluitlaag gemaakt uit GaAs neergeslagen op de bovenste mantellaag 105. Het nummer 108 is een elektrode bevestigd aan de 35 onderzijde van het substraat 102, 112 is een andere elektrode aangebracht op het bovenoppervlak van de halfgeleiderlaser 101. Nummer 114 is een in hoofdzaak V-vormige isolatiesleuf voor het verscherpen van de bundelvlek. De sleuf 114 is zodanig aangebracht dat deze contact maakt met de beide zijden van de de stroom concentrerende elektrode 107 en het vooruitgangseinde 110 en naar de zijden of achterzijde van de halfgeleiderlaser 101 opengaat. De sleuf 114 heeft voldoende diepte (verscheidene pm) voor het bereiken 40 van het substraat 102. De sleuf 114 wordt gemaakt bijvoorbeeld door middel van een van reactieve ionen gebruikmakende bundel etsproces. Bij voorkeur is de sleuf 114 gevuld met een vulmateriaal dat een lagere brekingsindex heeft dan die van de actieve laag 104. Het vulmateriaal 115 bestaat bijvoorbeeld uit fotolak die op het oppervlak van de sleuf is gesmeerd, een Si02-film, Si3N4-film of polyimide film.

De werking van de sleuf 114 en/of het vulmateriaal 115 is het verscherpen van de bundelvlek, daar de 45 brekingsindex van de sleuf en het vulmateriaal veel lager is dan die van het halfgeleidermateriaal.

Figuur 14 toont een modificatie van figuur 13. Het kenmerkende van figuur 14 is de vorm van de de stroom concentrerende elektrode 107. In figuur 14 is de de stroom concentrerende elektrode 14 breder in het middengedeelte van de elektrode dan bij de einddelen en verandert de breedte van de elektrode stapsgewijs. De lengte van het middendeel 107A van de elektrode 107 beslaat ongeveer 2/3 van de totale 50 lengte van de elektrode 107. Isolatiesleuf 114 is aangebracht aan de zijde van het nauwe 107B van de elektrode 107. Dezelfde nummers in figuur 14 geven dezelfde onderdelen als die in figuur 13 aan.

Figuur 15 toont de vorm van een vlek in de uitvoeringsvorm van figuur 14.

Figuur 15A toont lijnen van constante helderheid van een optische vlek aan het vooreinde van de halfgeleiderlaser; opgemerkt wordt dat de vlek cirkelvormig is.

55 Figuur 15B toont de optische intensiteit van een optische vlek in de horizontale richting naar de actieve laag 104 toe en figuur 15C toont de optische intensiteit van een optische vlek in de vertikale richting op de actieve laag 104.

192804 6

Figuur 16 toont de diameter (Volledige-Breedte-Half-Maximum) van een optische vlek voor de lengte van het vooreinde van de laser van de uitvoeringsvorms van figuur 14. De symbolen in figuur 16 zijn hetzelfde als die in figuur 5. De uitvoeringsvorm van figuur 14 kan eveneens de kleine optische vlek met een diameter van ongeveer 1 μπι leveren en voorts verschaft het een in hoofdzaak cirkelvormige optische vlek.

5 Figuur 17 is een andere modificatie van figuur 14 en het kenmerkende van figuur 17 ligt in de vorm van de de stroom concentrerende elektrode 107. De de stroom concentrerende elektrode 107 in figuur 17 is breder bij het middengedeelte dan bij de einddelen, zoals het geval is bij figuur 14. Het koppelingsdeel tussen het middelste brede deel en de nauwe einddelen in figuur 17 is niet stapsgewijs, maar de breedte van het koppelingsdeel verandert geleidelijk, zoals getoond in figuur 17. Het effect van de uitvoeringsvorm 10 van figuur 17 is in hoofdzaak hetzelfde als die van figuur 14 en de uitvoeringsvorm van figuur 17 kan de kleine optische vlek met een diameter van 1 μιτι verschaffen. Voorts heeft de uitvoeringsvorm van figuur 17 het effect dat de drempelstroom voor gestimuleerde emissie van een laser kleiner is dan die van figuur 14. De drempelstroom in figuur 17 is ongeveer 70 mA, vanwege de geleidelijk veranderende stroom concentrerende elektroden.

15 Figuur 18 is een andere modificatie van figuur 17, en het kenmerkende van figuur 18 is dat niet alleen een halfgeleiderlaser 101, maar eveneens een paar fotodetectors 116 en 117 op een enkel gemeenschappelijk substraat zijn gemonteerd. De laser 101 wordt gescheiden van fotodetectors 116 en 117 door de isolerende sleuf 114.

De de stroom concentrerende elektrode 107 in figuur 18 kan hetzij de geleidelijk veranderende elektrode 20 zoals in figuur 17, hetzij de stapsgewijs veranderende elektrode zoals in figuur 14 zijn. Voorts kan het eveneens de elektrode zoals in figuur 12 met uniforme breedte zijn.

In het gebied van de fotodetectors 116 en 117 wordt de isolerende laag 106 onder de elektrode 112 vervangen door een opsluitlaag (109 in figuur 12).

Bij werking van de inrichting uit figuur 18, wordt de door de laser 101 geëmitteerde laserbundel B 25 gebogen door de spoorgroef op het registreermedium 120 en het gebroken licht wordt door fotodetectors 116 en 117 gedetecteerd.

De constructie van figuur 18 is toepasbaar bij de nauwkeurige sporing van een optische kop. Wanneer de optische kop nauwkeurig op een registreerspoor wordt gepositioneerd, reflecteert of buigt het licht op het registreermedium symmetrisch en is het niveau bij de eerste fotodetector 116 hetzelfde als het niveau bij de 30 tweede fotodetector 117. Anderzijds, wanneer de optische kop uit de sporende stand is verschoven, is het gereflecteerde (of gebogen) licht asymmetrisch en verschillen de niveaus van de twee fotodetectors 116 en 117 onderling. Zodoende wordt de nauwkeurige positionering van een optische kop geëffectueerd door het verschuiven van de optische kop, opdat het niveau bij de twee fotodetectors onderling hetzefde is.

Vervolgens wordt een andere modificatie van de onderhavige optische kop beschreven aan de hand van 35 figuur 19 tot en met 23. De modificatie betreft de combinatie van een wiskop (bundel), een schrijfkop (bundel) en/of een leeskop (bundel) aangebracht op een gemeenschappelijk substraat.

Figuur 19 toont het perspectivisch aanzicht van de uitvoeringsvorm van de onderhavige optische kop. In de figuur is het nummer 242 een halfgeleidersubstraat gemaakt uit N-type GaAs, 243 een onderste mantellaag gemaakt uit N-type GaAIAs, 244 een actieve laag gemaakt uit GaAIAs, 245 een bovenste 40 mantellaag uit P-type GaAIAs, 246 een isolatielaag gemaakt uit Si02, 247 een elektrode voor het aanleggen van elektrische stroom, 248 een gemeenschappelijke elektrode, 249 een sleuf die een diepte heeft die groot genoeg is voor het bereiken van het substraat 242 (diepte ongeveer enkele μπι).

Het halfgeleidersubstraat 242 draagt een wiskop 225, een schijfkop 226 en een leeskop 227 en deze koppen 225, 226 en 227 zijn optisch en elektrisch door de sleuven 249 van elkaar gescheiden.

45 De isolatielaag 246 heeft sleuven voor het koppelen van de elektrode 242 met de actieve laag 244, in elk deel 225, 226 en 227, zodat de stroom wordt geconcentreerd. De breedte (a) van het wiskopdeel is breder dan de breedte (b) van het schrijfkopdeel 226 en de breedte (c) van het leeskopdeel 227.

Voorts bevindt het optische uitgangseinde 241 van de drie kopdelen zich niet op een enkel vlak, maar is het uitgangseinde van het wiskopdeel 225 uitgespaard of uitstekend over lengte AL, zoals getoond in de 50 figuur.

De optische kop van figuur 19 wordt als volgt geproduceerd. Op het substraat 242 gemaakt uit N-type GaAI, worden de onderste mantellaag 243, de actieve laag 244, de bovenste mantellaag 245 en een niet getoonde insluitlaag via epitaxiale groeimethoden in vloeistof- of gasfase geproduceerd. Vervolgens worden de isolatielaag 246 en de elektrodes 247 en 248 geproduceerd.

55 Vervolgens worden een paar parallelle sleuven 249 aangebracht, ten einde het wiskopdeel, het schrijfkopdeel en het leeskopdeel van elkaar te scheiden. De sleuven hebben een breedte tussen enkele f/m en 30 μιη en een diepte van enkele μπι, opdat de sleuven het substraat 242 bereiken.

Claims (2)

7 192804 Voorts is de uitsparing AL aangebracht door één van de volgende processen: a) de focusserende ionenbundel belicht het deel waar de uitsparing is aangebracht; b) een geschikt maskermateriaal (bijvoorbeeld koolstof) of een ion-ent (bijvoorbeeld chloor-ion) die een kleine etsverhouding voor een GaAs-halfgeleidersubstraat levert, wordt gebruikt; 5 c) het uitgespaarde of uitgestoken deel wordt geslepen onder gebruikmaking van een slijpsel uit SiC met een dikte van enkele pm - 60 μιτι en een diameter van enkele mm, in een stroom van vloeistof bevattende Si02. Het effect van de uitsparing of het uitsteeksel AL is dat de wiskop de grotere optische vlek loodrecht op de spoorgroef verschaft dan de schrijfkop en de leeskop. Figuur 20 toont de relatie tussen de afstand h 10 tussen het lasereinde en het registreermedium en de diameter van een optische vlek. Bijvoorbeeld, aannemende dat h = 5 μπι (a), wordt de diameter van de vlek loodrecht op de actieve laag getoond door (b). Wanneer de afstand h+AL (d) bedraagt, wordt de diameter van de vlek aangegeven door (c), die vergeleken met (b) ongeveer 10% groter is. Figuur 21 toont een modificatie van de figuur 19 en het kenmerkende van figuur 21 is gelegen in een 15 combinatie van figuur 19 en figuur 4, waarin een sleuf is opgenomen voor het scheiden van een laserdeel en een fotodetectordeel. In figuur 21 geeft nummer 23 een sleuf aan die het fotodetectordeel 222, dat op hetzelfde substraat als dat van de lasers is gemonteerd, afscheidt. De nummers 225, 226 en 227 geven een wiskop, een schrijfkop en een leeskop aan, die door een paar sleuven 249 worden afgescheiden, evenals het geval is in figuur 19. Voorts is de uitsparing AL aangebracht aan het uitgangseinde van de wiskop, 20 evenals het geval is in figuur 19. De fotodetectors 252, 252 en 253 zijn opgenomen, ten einde een wiskopdeel, een schrijfkopdeel respectieve een leeskopdeel te vormen, voor het voelen van het laserlicht van de wiskop, de schrijfkop en de leeskop. Figuur 22 toont een andere modificatie van figuur 19, en het kenmerkende van figuur 22 is de afzonderlijke fotodetector 222 in plaats van die op het gemeenschappelijke substraat uit figuur 21. In figuur 22 zijn 25 de nummers 225, 226 en 227 een wiskop, een schrijfkop respectieve een leeskop. De uitsparing AL is eveneens aangebracht aan het uitgangseinde van de wiskop. Het nummer 242 is een halfgeleidersubstraat dat met een warmte-afvoer 262 via een onderblok 261 gekoppeld is. De fotodetector 222 heeft drie fotosensors 251,252 en 253, die onderling door scheidingszone 263 zijn gescheiden. De gemeenschappelijke elektrode 265 van de fotodetector is op aansluiting 266 aangesloten. 30 die eveneens op de gemeenschappelijk elektrode 248 van de lasers is aangesloten. De nummers 247-1. 247-2 en 247-3 zijn elektrode-aansluitingen voor de halfgeleiderlasers en 264-1, 264-2 en 264-3 zijn elektrode-aansluitingen voor fotodetectors. Bij voorkeur staat het fotodetectordeel 222 schuin onder een hoek Θ, en/of is een antireflectiefïlm op het oppervlak van de fotosensors bevestigd, opdat geen door de fotosensors gereflecteerd licht naar de lasers terugkeert. 35 De modificatie in figuur 22 die een afzonderlijk fotodetectordeel heeft, heeft het voordeel dat (1) een laser met groot vermogen wordt verkregen, daar het achteruitgangseinde van de laser door middel van een kliefproces kan worden geproduceerd en (2) de gevoeligheid van de fotosensors groot kan zijn, daar het oppervlak van de sensors groot kan zijn. Bij werking van de uitvoeringsvormen van figuren 19 tot en met 22 belichten drie laserbundels een 40 registreermedium gelijktijdig, zoals getoond in figuur 23. Vanwege de aanwezigheid van de uitsparing AL, is de breedte van de wisbundel groter dan de breedte van de schrijfbundel en de leesbundel. Dientengevolge wordt een op een spoor geregistreerd putje compleet gewist. Het nummer 231 in figuur 23 is een registreer-spoor en 232 is een putje. De leeskop leest de data die door de schrijfkop zijn geschreven, ten einde de onderhavige schrijfwerking te bevestigen. Enige modificatie en/of verbetering van de optische kop is 45 vanzelfsprekend mogelijk voor deskundigen op dit terrein. Bijvoorbeeld, hoewel de onderhavige aanvrage slechts een halfgeleiderlaser van het richeltype beschrijft, waarin de lichtuitgangopening wordt bepaald door het vermogensinjectie-oppervlak, kunnen andere typen lasers bijvoorbeeld buigingsgeleide lasers <een begraven halfgeleiderlaser) gebruikt worden. 50

1. Optische kop voor het lezen van digitale data op een reflecterend registratiemedium welke kop omvat een halfgeleiderlaser met een naar het registratiemedium te keren eerste uitgangsvlak en een naar een optische 55 detector gekeerd tweede uitgangsvlak, een optische detector, middelen voor het op een reflecterend oppervlak van het registratiemedium projecteren van uit het eerste uitgangsvlak van de halfgeleiderlaser tredend licht en een drager, welke halfgeleiderlaser, welke detector en welke projectiemiddelen op de drager 192804 8 zijn geplaatst, waarbij gestimuleerde emissie van de halfgeleiderlaser mede is bepaald door het reflectie-vermogen van het door van het eerste uitgangsvlak van de halfgeleiderlaser uitgaand licht getroffen deel van het oppervlak van het registratiemedium, met het kenmerk, dat de projectiemiddelen bestaan uit middelen die in bedrijf het eerste uitgangsvlak van de halfgeleiderlaser tegen een kracht in op minder dan 5 enkele micrometers afstand (h) over het oppervlak van het registratiemedium laten scheren.

2. Optische kop volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de projectiemiddelen bestaan uit een glijeenheid of slede (24) die de drager vormt en die een geheel is met een veer (23) die de slede verbindt met een arm (22) welke arm in een leesinrichting in radiale richting boven het registratiemedium beweegbaar is, waarbij het registratiemedium de vorm heeft van een platte schijf. Hierbij 19 bladen tekening