NL8702237A

NL8702237A - Optische microkop.

Info

Publication number: NL8702237A
Application number: NL8702237A
Authority: NL
Original assignee: Nippon Telegraph & Telephone
Priority date: 1986-09-18
Filing date: 1987-09-18
Publication date: 1988-04-18
Also published as: NL192804B; US4860276A; NL192804C

Description

-1- H AL/CP/4 Nippon

Optische microkop

De onderhavige uitvinding betreft een optische kop voor het lezen en of schrijven van digitale data op een registreermedium, in het bijzonder een dergelijke optische kop, die een in zichzelf gekoppelde halfgeleiderlaser ge-5 bruikt.

De onderhavige optische kop wordt gebruikt als een leeskop en/of schrij fkop en/of wiskop op een registreermedium die digitale data in de vorm van 0 en 1 opslaat, die afhankelijk zijn van een hoge of lage reflectiefactor op het regis-10 treermedium. De onderhavige optische kop wordt gebruikt in een van een optische schijf gebruikmakende inrichting, die niet alleen beeldsignalen kan bevatten, maar eveneens digitale data voor informatieverwerking.

Een optische kop volgens de stand van de techniek, 15 die gebruikt maakt van een in zichzelf gekoppelde halfgeleiderlaser is beschreven in de ter inzage gelegde Japanse octrooipublikaties 133531/82 en 137533/81, waarin een halfgeleiderlaser gevoed wordt met een instelstroom die groter is dan een drempelstroom, voor het stimuleren van de laser, en 20 waarbij uitgangslicht wordt gefocusseerd op een registreermedium door een focusseerlens heen. Het uitgangslicht van de laser belicht het registreermedium door de focusseerlens heen en de door het registreermedium gereflecteerde koppelbundel retourneert naar de laser. Daar de intensiteit van het uit-25 gangslicht van de laser afhankelijk is van het terugkoppel-licht, of de reflectiefactor van het registreermedium, worden de op het registreermedium opgeslagen data (0 of 1) gevoeld door de intensiteit van het uitgangslicht van de laser.

Een bekende, rondgekoppelde, van een halfgeleider-30 laser gebruikmakende optische kop heeft de volgende nadelen.

Allereerst wordt de bekende optische kop met een grotere stroom ingesteld dan de drempelstroom die de laser stimuleert. Wanneer een putje met kleine reflectiefactor $70225 7 -2- wordt gevoeld, moet de instelstroom zich in de nabijheid van de drempelstroom bevinden. Daar echter de laser de neiging heeft veel ruis op te wekken, wanneer de instelstroom zich dicht bij de drempelstroom bevindt, moet de uitgangsbundel -5 ten einde de ruis te doen verminderen door toeneming van de instelstroom - zodanig sterk zijn, dat deze de op het regis-treermedium opgeslagen data zou vernietigen.

Ten tweede heeft een bekende rondgekoppelde, van een halfgeleiderlaser gebruikmakende optische kop het nadeel 10 dat het zwaar in gewicht is, daar een focusseerlens moet hebben. Het totale gewicht van de bekende optische kop is ongeveer 60 gram. De registreerdichtheid en/of de werkingssnel-heid van een optische schijfinrichting die gebruik maakt van een bekende optische kop wordt op ongunstige wijze beperkt.

15 Het is derhalve een doel van de onderhavige uitvin ding de nadelen en beperkingen van een bekende optische kop weg te nemen door een nieuwe en verbeterde optische kop te verschaffen.

Het is eveneens een doel van de onderhavige uitvin-20 ding een optische kop te verschaffen, die een kleine bundel-vlek levert met excellente signaal-ruisverhouding.

Het is eveneens een doel van de onderhavige uitvinding een optische te verschaffen die licht in gewicht is. De onderhavige optische kop kan zelfs l gram wegen.

25 De bovengenoemde doeleinden worden bereikt door een optische kop met een halfgeleiderlaser met een eerste uit-gangseindvlak in de nabijheid van een optisch registreerme-dium en een tweede uitgangseindvlak bij een optische detector, die de uitgangsintensiteit van de halfgeleiderlaser 30 detecteert, waarbij een uitgangsintensiteit van de halfgeleiderlaser afhankelijk is van het terugkoppellicht, dat gegenereerd wordt door de halfgeleiderlaser en door de het optische ‘ registreermedium wordt gereflecteerd en waarbij de halfgeleiderlaser zodanig wordt ingesteld, dat de instelstroom van de 35 halfgeleider bij een eerste deel met een eerste lage reflec-tiefactor lager is dan een eerste drempelstroom die de halfgeleiderlaser stimuleert, die het registreermedium belicht, 6 7 0 2 2 3 7 i * -3- terwijl de instelstroom bij een tweede deel met een hogere reflectiefactor dan die van het eerste deel groter is dan een tweede drempelstroom die de halfgeleiderlaser stimuleert, die het registreermedium belicht.

5 Voorgaande en andere doeleinden, kenmerken en be reikte voordelen van de onderhavige uitvinding zullen duidelijk worden aan de hand van de volgende beschrijving met daarbij behorende tekening, waarin tonen: fig. 1 de basisstructuur van de optische kop vol-10 gens de onderhavige uitvinding, fig. 2 het werkingsprincipe van de optische kop volgens de onderhavige uitvinding, fig. 3A en 3B grafieken van stroom tegen optische uitgang van de optische kop volgens de onderhavige uitvinding 15 fig. 4A t/m 4D de structuur van de optische kop volgens de onderhavige uitvinding, fig. 5 de vlekafmeting veroorzaakt door de optische kop volgens de onderhavige uitvinding, fig. 6 de grafieken van de stroom tegen ruis in de 20 optische kop volgens de onderhavige uitvinding, fig. 7 grafieken van stroom tegen ruis met de reflectiefactor van het registreermedium als parameter, fig. 8 grafieken van stroom tegen ruis met tussenruimte h als parameter, 25 fig. 9 de grafiek van stroom tegen SNR, fig. 10 de grafiek van stroom tegen modulatie- index, fig. HA en 11B de relatie tussen de tussenruimte h en de optische uitgang P, 30 fig. 12A een andere uitvoeringsvorm van de optische kop volgens de onderhavige uitvinding, fig. 12B de karakteristieke grafieken van de uitvoeringsvorm van fig. 12A, fig. 13A en 13B een andere uitvoeringsvorm van de 35 optische kop volgens de onderhavige uitvinding, fig. 14 de structuur van de modificatie van fig.

13A en 13B, 8702237 k -4- fig. 15A, 15B en 15C de karakteristieken van de optische kop van fig. 14, fig. 16 de vlekafmeting veroorzaakt door de optische kop van fig. 14, 5 fig. 17 een andere modificatie van de optische kop van fig. 13, fig. 18 nog een andere modificatie van de optische kop van fig. 13, fig. 19 de structuur van de nog een andere uitvoe-10 ringsvorm van de optische kop volgens de onderhavige uitvinding, fig. 20 de vlekafmeting van de optische kop van fig. 19, fig. 21 de modificatie van de optische kop van 15 fig. 19, fig. 22 een andere modificatie van de optische kop van fig. 19, en fig. 23 de werking van de optische kop van fig. 19, 21, 11.

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

Fig. 1 toont de basisopbouw van de optische kop volgens de onderhavige uitvinding, waarin een halfgeleider-laser S en een registreermedium M in de nabijheid gelokali-25 seerd 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 paar tegengestelde reflectie-oppervlakken Rq en Rl· 30 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 35 een (niet getoonde) PIN-diode voor detectie ter linderzijde van de tekening.

De drempelwaarde van de instelstroom voor gestimuleerde emissie neemt af, wanneer er terugkoppellicht aanwezig 870 2 23 7 -5- is of wanneer de reflectlecoëfflcient van het registreermedium M groot is, indien de inwendige modus in de half gelei-derlaser passend is ten opzichte van de uitwendige modus tussen de reflectie-oppervlakken van het registreermedium en 5 het reflectie-einde van de laser.

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

Volgens de onderhavige uitvinding wordt de instelstroom Bq voor de halfgeleiderlaser bepaald tussen BL en Bh, waarbij Ββ de drempelinstelstroom stroom is, wanneer de reflectiefactor van het registreermedium klein is, en Bh 15 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 20 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 de optische uitgang van de halfgeleiderlaser ge-25 meten. Optische uitgang van de halfgeleiderlaser wordt gemeten door een PlN-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 30 data op het registreermedium.

De optische uitgang van een halfgeleiderlaser wordt geanalyseerd door gebruik te maken van de snelheidsvergelij-king die de relatie van elektronendichtheid N en een fotonendichtheid S omvat. De snelheidsvergelijking voor de inrich-35 ting in fig. 1 in stabiele toestand betreffende elektronendichtheid en fotonendichtheid luidt als volgt: 170 2 23 7 -6- J-N-NS = O ( 1 ) S(N-l+£)+CN=0 (2) waarbij (£) een verhouding van terugkoppellicht dat een kop-5 peling vertoont met foton in een actieve laag in een laser (koppelcoëfficient) is, J een stroomdichtheid is, en C een spontane emissielichtcoëfficient is. Aangenomen wordt in vergelijking (1) en (2) dat de stroomdichtheid, de elektronendichtheid en de fotonendichtheid uniform in de actieve laag 10 zijn en dat de laser met een oscillatie in een enkele modus werkt. Ze zijn genormaliseerd door de drempelwaarde van een geïsoleerde laser.

Pig. 3A en 3B tonen de berekende relaties tussen de instelstroom I/Ifh en optische uitgang, waarbij de instel-15 stroom I genormaliseerd is door de drempelstroom 1¾¾ zonder terugkoppellicht. De getrokken lijn in fig. 3A en 3B tonen de berekende resultaten en de cirkels tonen de experimentele resultaten onder gebruikmaking van een planaire kanaalstrook-lezer (geen terugkoppellicht, en (£)=0). Fig. 3A toont de 20 experimentele resultaten en de berekende curves van de spontane emissielichtcoëfficient C, en fig. 3A toont dat de waarde c 5xl0“4 is. Fig. 3B toont de relaties tussen de instelstroom en de optische uitgang onder gebruikmaking van bovengenoemde waarde voor C (=5xl0~4) voor elke waarde van (£).

25 De werking van de optische kop van fig. 1 wordt geanalyseerd door het evalueren van de waarde (£) 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 laser-30 eindoppervlak.

De effectieve reflectiefactor RFFF in de rechter-

L

richting ten opzichte van de laser in fig. 1 wordt getoond door vergelijking (3) die de faseterm vanwege de spleetafstand verwaarloost.

RLFF=RL[1+11“RL)2rf^/RL1 131 35 8702237 * -7- ! « waarbij R^, de reflectiefactor van het eindoppervlak van de laser is, Rp de reflectiefactor van het registreermedium is en ()2 ) de optische transmissiefactor is, die afhangt van de bundeldivergentiehoek van het terugkoppellicht en die bepaald 5 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 koppelcoëfficient (£ ) wordt uitgedrukt in vergelijking (4) onder gebruikmaking van r|ïff.

ΐι 10

Ω FFF

{£)=1_Ith/Tth =ln<^ /RL)/i2olL“lniRoRL)I (4) waarin Ith cte drempelwaarde voor stimulatie met terugkoppellicht is, Ith de drempelwaarde voor stimulatie zonder terug-15 koppellicht is, (C*.) de absorptiefactor is, L de resonantie-lengte van een halfgeleiderlaser is en Rq de reflectiefactor aan het einde van de laser tegenover het registreermedium is.

Fig. 4A toont de uitvoeringsvorm van het geheel van de onderhavige optische kop. De optische kop 21 werkt als een 20 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 25 fig. 4D), die gekoppeld is met de belastingveer 23, die gedragen wordt aan arm 22 die in de radiale 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 30 de schuifeenheid 24 en de bewegingssnelheid van het registreermedium 4.

Fig. 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 gesand-35 wiched is tussen een paar mantellagen 34a en 34b, 35 een isolatielaag is, 36 een halfgeleiderlaserelektrode is, 37 een fotodetectorelektrode is, 38 een fotodetectordeel is, 39 een 8702237 -8- elektrode gemeenschappelijk aan zowel het laserdeel als het fotodetectordeel. De gebroken lijn in fig. 4B toont een de stroom concentrerende elektrode, die een deel van de elektrode 36 is en die wordt bepaald door de isolatielaag 35. De 5 de stroom concentrerende elektrode heeft een breedte van ongeveer een aantal /un.

De kop 21 wordt gescheiden van een halfgeleider-laserdeel 1, en een fotodetectordeel 5, door een scheidings-sleuf 32, die een dikte en diepte van verscheidene μ,m 10 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 15 gereflecteerde licht 21 keert naar de halfgeleiderlaser 1, als terugkoppellicht, terug.

De optische uitgang 42 van de halfgeleiderlaser 1 is afhankelijk van de oppervlaktereflectiefactor van het registreermedium 4 ofwel de informatie (0 of l) die op het 20 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 emissie-licht is en dat wanneer de reflectiefactor klein is, de optische uitgang 42 zwak spontaan emissielicht is. De optische 25 gang van de laser 1 wordt opgenomen door het fotodeel 38, dat hetzij een datasignaal h van hoog niveau hetzij en datasignaal 1 van laag niveau afgeeft, afhankelijk van de op het medium opgeslagen data, zoals getoond in fig. 2.

Fig. 4C toont de modificatie van de opbouw van 30 fig. 4B. Het kenmerkende uit fig. 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 fig. 4C is het nummer 62 een geëtst spiegelop-35 pervlak, dat contact maakt met een bufferlaag 63 (gemaakt uit S1O2) en een golfgeleiderlaag 64 (gemaakt uit 7059-glas). Het nummer 65 is een lens van het Luneburg-type gemaakt uit di- 670 2 23.7 4 -9- elektrisch materiaal (bijv, SiN) met een grotere brekingsindex dan die van de golfgeleidende laag 64. Het externe profiel van de lens 64 is cirkelvormig en het oppervlak heeft een half sferische vorm. De werking van fig. 4C is hetzelfde 5 als die van fig. 4B, afgezien van de focusserende werking door de lens 60.

Het is voordelig dat het lasereindoppervlak dat naar het registreermedium gekeerd is, bekleed is met een antireflectiefilm, zodat in vergelijking (4) afneemt en 10 de koppelfactor (£ ) toeneemt, zodoende neemt de terugkoppel-verhouding van het spontane emissielicht toe en wordt laser-oscillatie gemakkelijk op gang gebracht (getriggered).

Vervolgens wordt de ruis van de onderhavige optische kop geanalyseerd. De effectieve waarde Nrms (mV) van de 15 ruis van een optische kop wordt als volgt uitgedrukt, onder gebruikmaking van de frequentiekarakteristieken N(f).

IFl " N = /V., N (f)df/lf 2—f 1 ) (5) rms J ) f 1 20 waarin fl is 30 kHz, f2 is 20 MHz en het oplossend vermogen is 10 kHz. De relaties tussen Nms en injectiestroom, reflectief actor van een registreermedium en een spleetafstand zijn hieronder geanalyseerd.

25 Fig. 5 toont de experimentele resultaten van de vlekafmeting uit fig. 4B. De horizontale as in de figuur geeft de lengte (/xm) aan vanaf de voor-uitgangseinden van de laser en de vertikale as geeft de diameter van de bundelvlek (yitm) aan. Fig. 5 toont de halve waarde van de diameter. De 30 witte cirkels tonen de experimentele waarden langs de vertikale richting naar de aktieve laag toe en de zwarte cirkels tonen de experimentele resultaten in de horizontale richting naar de actieve laag toe. FWHM betekend Volledige-Breedte-Half-Maximum. De gecalculeerde grafiek (1) toont het geval 35 met een bundeldivergentiehoek van 25° en de gecalculeerde grafiek (b) toont het geval van een bundeldivergentiehoek van 10°.

870 2 23 7 -10-

Fig. 6 toont de grafieken van de stroom tegen N^g ((b) en (c)), samen met I-L (stroom-optische uitgang)-karakteristieken ((a) en (d)). De grafieken (a) en (b) tonen het geval met hoge reflectiefactor en de grafieken (c) en (d) 5 tonen het geval met lage reflectiefactor.

Opgemerkt moet worden dat in fig. 6 de effectieve ruis en Nrms toeneemt met de optische uitgang, totdat de in-stelstroom de drempelwaarde Ih of lL bereikt en de ruis afneemt, wanneer de instelstroom de drempelwaarde over-10 schrijdt. De piekwaarde van Nrms met het terugkoppellicht is tweemaal zo groot als die zonder terugkoppellicht.

Fig. 7 toont de grafieken tussen de instelstroom en de waarde Nrms /P met als parameter de reflectiefactor Rp van een registreermedium, waarbij h de afstand tussen een 15 laser en een registreermedium is. Het moge duidelijk zijn in fig. 6, dat wanneer de reflectiefactor van het registreermedium groot is, de piekwaarde Nrms/P groot is en de breedte van die grafiek klein is.

Fig. 8 toont de grafieken tussen de instelstroom en 20 de genormaliseerde ruis Nrms/P, waarin P de optische uitgang is met als parameter een spleetlengte-afmeting. Het moge duidelijk zijn dat in fig. 8, wanneer de spleetlengte h klein is, de Nrms/P-grafiek in de rechterichting (richting van kleine stroom) verschuift. De instelstroom voor het verschaf-25 fen van de maximale waarde van Nrms/P is bij benadering 1,02 maal de drempelstroom.

Dienovereenkomstig wordt geconcludeerd, zoals blijkt uit bovengenoemde grafieken (in het bijzonder fig. 5) dat de instelstroom van een laser moet worden ingesteld op 30 het gebied van spontane emissie (I<Il) voor het deel met een kleinere reflectiefactor en tegelijkertijd op het gebied van gestimuleerde emissie (I>Ih), voor het deel met een grote reflectiefactor, waarbij de laserruis klein is, zodat een data-uitgangssignaal met excellente kwaliteit wordt ver-35 kregen.

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

870 2 23 7 « -11- SNR * 20 logioSpp/Nrms (6)/ waarin. Spp de amplitude van het datasignaal is en als volgt gedefinieerd is.

5

Spp - PH - PL [7), waarin PH en PL lichtuitgangen bij het deel met de grote reflectiefactor resp. het deel met de lage reflectiefactor 10 zijn.

Fig. 9 toont de grafiek van de instelstroom tegen SNR, waaruit duidelijk moge zijn, dat SNR minimaal is, wanneer de instelstroom Ih is (fig. 5 en fig. 8), hetgeen de maximale ruis oplevert, en dat wanneer de instelstroom toe-15 neemt tot een grotere waarde dan Ih# 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 Ιχ, (drempelstroom voor 20 een kleine reflectiefactor) wordt bekeken zoals getoond in fig. 8.

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

25 M « (PH-PL)/(PH+PL) (8).

Fig. 10 toont de grafiek van de instelstroom tegen de modulatie-index M, waarbij Rp 0,30 en 0,15 resp. voor data-eenheid 1 en data-eenheid 0. De reflectiviteit van het 30 laserfacet Rj, is 0,05. De horizontale as in fig. 10 toont de instelstroom die is genormaliseerd door de drempelstroom Ith zonder terugkoppellicht. De cirkels in fig. 9 tonen de experimentele waarden en de getrokken lijn toont de theoretische grafiek onder gebruikmaking van de snelheidsvergelij-35 king, waarbij het koppelrendement van het koppellicht in ogenschouw wordt genomen.

Het is duidelijk in fig. 10, dat de stroom lp die de maximale modulatie-index geeft, voldoet aan: 8702237 -12- IH < ïp < It,

Opgemerkt wordt, dat de stroom lp die aan bovengenoemde vergelijking voldoet samenvalt met de instelstroom in fig. 9, 5 wanneer de optische uitgang 1 mW bedraagt.

Vervolgens wordt de afhankelijkheid van optische uitgang van spleetafstandlengte h beschreven. Daar de door het registreermedium gereflecteerde bundel interfereert met het originele inwendige licht dat het registreermedium be-10 licht, moet de spleetafstandlengte h op juiste wijze worden ontworpen.

Fig. 11A toont de relatie tussen de spleetafstandlengte tussen het eind van de optische kop en het oppervlak van het registreermedium (horizontale as in julm) en de op-15 tische uitgang P.

Het moge duidelijk zijn uit fig. 11A dat de optische uitgang P snel afneemt, indien de spleetafstandlengte h toeneemt en dat de optische uitgang P een periode Λ/2 verandert (waarbij λ de golflengte is en is aangenomen dat de 20 brekingsindex n=l 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 25 het inwendige licht in de laser. De gewenste lengte heeft een periode van λ/2.

Fig. 11B is het vergrote aanzicht van een deel van fig. 11A en toont het effect van een fout van de spleetafstandlengte h. Als getoond in fig. 11B, neemt de optische 30 uitgang P met 10% (λ = 830 nm) af, wanneer de waarde h een fout van 0,1 /jum heeft. Derhalve moet worden opgemerkt, dat een fout binnen 0,1 /um van de lengte h toelaatbaar is.

Zoals eerder opgemerkt, wordt de spleetafstandlengte h bepaald door de opbouw van de glij-eenheid, de belas-35 tingveer en/of de loopsnelheid van het registreermedium.

Het is overigens gewenst, ten aanzien van interferentie in het spleetafstandgebied en de vergelijking 4, dat 6702237 -13- de reflectiefactor Rj, aan het eind van de laser dat naar het registreermedium is gekeerd, zo klein mogelijk is. Dienaangaande is een antireflectiefilm 70 bij voorkeur aan het eindoppervlak 33 bevestigd, dat naar het registreermedium 4 5 wijst, zoals getoond in fig. 12A. De antireflectiefilm 70 is bijv. gemaakt uit transparant dielektrisch materiaal met een dikte λ/4η (waarin λ de golflengte is en n de brekingsindex van de antireflectiefilm). Andere constructies in fig. 12A zijn hetzelfde als die met dezelfde nummers in fig. 4.

10 Fig. 12B toont het effect van de antireflectiefilm 70. De horizontale as in fig. 12B toont de optisch signaal-uitgang Spp (=PH-PL), en de optische ruisuitgang Nrms.

Het ruisvermogen Nrms is de integrale waarde van de ruiscomponent tussen 30 kHz en 20 MHz. De horizontale as in fig. 12B 15 toont de genormaliseerde instelstroom I genormaliseerd door de drempelstroom Ith, die de drempelstroom is wanneer geen optische terugkoppellicht aanwezig is (geen registreermedium aanwezig). De spleetafstandslengte h in fig. 12B is 2,9 /x>m, de reflectiefactor aan het eindoppervlak 33 is 0,32 wanneer 20 geen antireflectiefilm is aangebracht en 0,05 wanneer de antireflectiefilm 70 is aangebracht. De grafiek A toont het geval dat het antireflectiefilm is aangebracht en de grafiek B toont het geval dat geen antireflectiefilm is aangebracht. Opgemerkt wordt dat in fig. 12B wanneer de antireflectiefilm 25 is aangebracht, het gewenste signaalvermogen Spp toeneemt, terwijl het ongewenste ruisvermogen Nrms een weinig toeneemt wanneer de instelstroom toeneemt, vergeleken met de grafiek B waarbij geen antireflectiefilm is aangebracht. Daardoor doet de aanwezigheid van een antireflectie de signaal-ruisverhou-30 ding toenemen.

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

Fig. 13A toont een perspectivisch aanzicht van een 35 andere uitvoeringsvorm van de onderhavige optische kop en fig. 13B is een dwarsdoorsnede-aanzicht over lijn I-I van fig. 13A.

6702237 -14-

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 GaALAs-laag is. Nummer 104 is een actieve laag gemaakt 5 uit GaAlAs, neergeslagen op de onderste mantellaag 103. Het nummer 105 is een bovenste mantellaag gemaakt uit P-type GaAlAs 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 10 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 op-sluitlaag gemaakt uit GaAs neergeslagen op de bovenste mantellaag 105. Het nummer 108 is een elektrode bevestigd aan de 15 onderzijde van het substraat 102, 112 is een andere elektrode aangbracht 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 met de beide zijden van de 20 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 /un) voor het bereiken van het substraat 102.

De sleuf 114 wordt gemaakt bijv. door middel van een van 25 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 bijv. uit fotolak die op het oppervlak van de sleuf is gesmeerd, een SiC>2-film, Si3N4~film of 30 polyimide film.

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

35 Fig. 14 toont een modificatie van fig. 13. Het kenmerkende van fig. 14 is de vorm van de de stroom concentrerende elektrode 107. In fig. 14 is de de stroom concentre- 870 2 23 7 -15- rende 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 beslaag ongeveer 2/3 van de totale lengte 5 van de elektrode 107. Isolatiesleuf 114 is aangebracht aan de zijde van het nauwe 107B van de elektrode 107. Dezelfde nummers in fig. 14 geven dezelfde onderdelen als die in fig. 13 aan.

Fig. 15 toont de vorm van een vlek in de uitvoe-10 ringsvorm van fig. 14.

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

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

Fig. 16 toont de diameter (Volledige-Breedte-Half-Maximum) van een optische vlek voor de lengte van het voor-20 einde van de laser van de uitvoeringsvorms van fig. 14. De symbolen in fig. 16 zijn hetzelfde als die in fig. 5. De uitvoeringsvorm van fig. 14 kan eveneens de kleine optische vlek met een diameter van ongeveer 1 pm. leveren en voorts verschaft het een in hoofdzaak cirkelvormige optische vlek.

25 Fig. 17 is een andere modificatie van fig. 14 en het kenmerkende van fig. 17 ligt in de vorm van de de stroom concentrerende elektrode 107. De de stroom concentrerende elektrode 107 in fig. 17 is breder bij het middengedeelte dan bij de einddelen, zoals het geval is bij fig. 14. Het koppe-30 lingsdeel tussen het middelste brede deel en de nauwe einddelen in fig. 17 is niet stapsgewijs, maar de breedte van het koppelingsdeel verandert geleidelijk, zoals getoond in fig.

17. Het effect van de uitvoeringsvorm van fig. 17 is in hoofdzaak hetzelfde als die van fig. 14 en de uitvoeringsvorm 35 van fig. 17 kan de kleine optische vlek met een diameter van 1 /um verschaffen. Voorts heeft de uitvoeringsvorm van fig. 17 het effect dat de drempelstroom voor gestimuleerde emissie S70 2 23 7 -16- van een laser kleiner is dan die van fig. 14. De drempel-stroom in fig. 17 is ongeveer 70 mA, vanwege de geleidelijk veranderende stroom concentrerende elektroden.

Fig. 18 is een andere modificatie van fig. 17, en 5 het kenmerkende van fig. 18 is dat niet alleen een halfgelei-derlaser 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.

10 De de stroom concentrerende elektrode 107 in fig.

18 kan hetzij de geleidelijk veranderende elektrode zoals in fig. 17, hetzij de stapsgewijs veranderende elektrode zoals in fig. 14 zijn. voorts kan het eveneens de elektrode zoals in fig. 12 met uniforme breedte zijn.

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

Bij werking van de inrichting uit fig. 18, wordt de door de laser 101 geëmitteerde laserbundel B gebogen door de 20 spoorgroef op het registreermedium 120 en het gebroken licht wordt door fotodetectors 116 en 117 gedetecteerd.

De constructie van fig. 18 is toepasbaar bij de nauwkeurige sporing van een optische kop. Wanneer de optische kop nauwkeurig op een registreerspoor wordt gepositioneerd, 25 reflecteert of buigt het licht op het registreermedium symmetrisch en is het niveau bij de eerste fotodetector 116 hetzelfde als het niveau bij de tweede fotodetector 117. Anderzijds, wanneer de optische kop uit de sporende stand is verschoven, is het gereflecteerde (of gebogen) licht asymme-30 trisch 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 hetzelfde is.

35 Vervolgens wordt een andere modificatie van de on derhavige optische kop beschreven aan de hand van fig. 19 tot en met 23. De modificatie betreft de combinatie van een wis- 6702237 -17- kop (bundel), een schrijfkop (bundel) en/of een leeskop (bundel) aangebracht op een gemeenschappelijk substraat.

Fig. 19 toont het perspectivisch aanzicht van de uitvoeringsvorm van de onderhavige optische kop. In de fi-5 guur is het nummer 242 een halfgeleidersubstraat gemaakt uit N-type GaAs, 243 een onderste mantellaag gemaakt uit N-type GaAlAs, 244 een actieve laag gemaakt uit GaAlAs, 245 een bovenste mantellaag uit P-type GaAlAs, 246 een isolatielaag gemaakt uit SiC>2, 247 een elektrode voor het aanleggen van 10 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/c-m).

Het halfgeleidersubstraat 242 draagt een wiskop 225, een schijfkop 226 en een leeskop 227 en deze koppen 225, 15 226 en 227 zijn optisch en elektrisch door de sleuven 249 van elkaar gescheiden.

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 20 breedte (a) van het wiskopdeel is breder dan de breedte (b) van het schrijfkopdeel 226 en de breedte (c) van het leeskop-deel 227.

Voorts bevindt het optische uitgangseinde 241 van de drie kopdelen zich niet op een enkel vlak, maar is het 25 uitgangseinde van het wiskopdeel 225 uitgespaard of uitstekend over lengte AL, zoals getoond in de figuur.

De optische kop van fig. 19 wordt als volgt geproduceerd. Op het substraat 242 gemaakt uit N-type GaAl, worden de onderste mantellaag 243, de actieve laag 244, de bovenste 30 mantellaag 245 en een niet getoonde insluitlaag via epitaxia-le groeimethoden in vloeistof- of gasfase geproduceerd, vervolgens worden de isolatielaag 246 en de elektrodes 247 en 248 geproduceerd.

Vervolgens worden een paar parallelle sleuven 249 35 aangebracht, ten einde het wiskopdeel, het schrijfkopdeel en het leeskopdeel van elkaar te scheiden. De sleuven hebben een breedte tussen enkele /cm en 30 /cm en een diepte van enkele /*.m, opdat de sleuven het substraat 242 bereiken.

8702237 -18-

Voorts is de uitsparing AL aangebracht door één van de volgende processen: a) de focusserende ionenbundel belicht het deel waar de uitsparing is aangebracht; 5 b) een geschikt maskermateriaal (bijv. koolstof) of een ion-ent (bijv. chloor-ion) die een kleine etsverhouding voor een GaAs-halfgeleidersubstraat levert, wordt gebruikt; c) het uitgespaarde of uitgestoken deel wordt geslepen onder gebruikmaking van een slijpsel uit SiC met een 10 dikte van enkele /on - 60 /O-m en een diameter van enkele mm, in een stroom van vloeistof bevattende SiC>2.

Het effect van de uitsparing of het uitsteeksel ΔΙ» is dat de wiskop de grotere optische vlek loodrecht op de spoorgroef verschaft dan de schrijfkop en de leeskop. Fig. 20 15 toont de relatie tussen de afstand h tussen het lasereinde en het registreermedium en de diameter van een optische vlek. Bijvoorbeeld, aannemende dat h=5/«n (a), wordt de diameter van de vlek loodrecht op de actieve laag getoond door (b). Wanneer de afstand h+ΔΙι (d) bedraagt, wordt de diameter 20 van de vlek aangegeven door (c), die vergeleken met (b) ongeveer 10% groter is.

Fig. 21 toont een modificatie van de fig. 19 en het kenmerkende van fig. 21 is gelegen in een combinatie van fig. 19 en fig. 4, waarin een sleuf is opgenomen voor het 25 scheiden van een laserdeel en een fotodetectordeel. In fig.

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 30 sleuven 249 worden afgescheiden, evenals het geval is in fig. 19. voorts is de uitsparing AL aangebracht aan het uit-gangseinde van de wiskop, evenals het geval is in fig. 19. De fotodetectors 252, 252 en 253 zijn opgenomen, ten einde een wiskopdeel, een schrijfkopdeel resp. een leeskopdeel te vor-35 men, voor het voelen van het laserlicht van de wiskop, de schrijfkop en de leeskop.

Fig. 22 toont een andere modificatie van fig. 19, en het kenmerkende van fig. 22 is de afzonderlijke fotodetec- 8702237 -19- tor 222 in plaats van die op het gemeenschappelijke substraat uit fig. 21. In fig. 22 zijn de nummers 225, 226 en 227 een wiskop, een schrijfkop resp. een leeskop. De uitsparing ΔΒ is eveneens aangebracht aan het uitgangseinde van de wiskop.

5 Het nummer 242 is een halfgeleidersubstraat dat met een warmte-afvoer 262 via een onderblok 261 gekopppeld is.

De fotodetector 222 heeft drie fotosensors 251, 252 en 253, die onderling door scheidingszone 263 zijn gescheiden. De gemeenschappelijke elektrode 265 van de fotode-10 tector is op aansluiting 266 aangesloten, die eveneens op de gemeenschappelijk elektrode 248 van de lasers is aangesloten. De nummers 247-1, 247-2 en 247-3 zijn elektrode-aanslui-tingen voor de halfgeleiderlasers en 264-1, 264-2 en 264-3 zijn elektrode-aansluitingen voor fotodetectors. Bij voorkeur 15 staat het fotodetectordeel 222 schuin onder een hoek Θ, en/of is een antireflectiefilm op het oppervlak van de fotosensors bevestigd, opdat geen door de fotosensors gereflecteerd licht naar de lasers terugkeert.

De modificatie in fig. 22 die een afzonderlijk 20 fotodetectordeel heeft, heeft het voordeel dat (1) een laser met groot vermogen wordt verkregen, daar het achteruitgangs-einde 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.

25 Bij werking van de uitvoeringsvormen van fig. 19 tot en met 22 belichten drie laserbundels een registreerme-dium gelijktijdig, zoals getoond in fig. 23. Vanwege de aanwezigheid van de uitsparing AL, is de breedte van de wisbundel groter dan de breedte van de schrijfbundel en de leesbun-30 del. Dientengevolge wordt een op een spoor geregistreerd putje compleet gewist. Het nummer 231 in fig. 23 is een regis-treerspoor en 232 is een putje. De leeskop leest de data die door de schrijfkop zijn geschreven, ten einde de onderhavige schrijf werking te bevestigen. Enige modificatie en/of verbe-35 tering van de optische kop is vanzelfsprekend mogelijk voor deskundigen op dit terrein. Bijvoorbeeld, hoewel de onderhavige aanvrage slechts een halfgeleiderlaser van het richel- 6702237

’ I

-20- type beschrijft, waarin de lichtuitgangopening wordt bepaald door het vermogensinjectie-oppervlak, kunnen andere typen lasers bijv. buigingsgeleide lasers (een begraven halfgelei-derlaser) gebruikt worden.

5 Uit het voorgaande zal nu duidelijk zijn dat een nieuwe en verbeterde optische kop is gevonden. Het moge duidelijk zijn, dat vanzelfsprekend de beschreven uitvoeringsvormen slechts illustratief zijn en niet bedoeld zijn de strekking van de uitvinding te beperken. De omvang van de 10 uitvinding wordt eerder bepaald door de bijgevoegde nu volgende conclusies dan door de beschrijving.

870 2 23 7

Claims

1. Een optische kop omvattende een halfgeleiderlaser met een eerste uitgangseindvlak dichtbij een optisch registreermedium en een tweede uitgangseindvlak bij een optische detector, die de uitgangsintensiteit van de halfge- 5 leiderlaser detecteert, waarbij de uitgangsintensiteit van de halfgeleiderlaser afhankelijk is van terugkoppellicht dat gegenereerd wordt door de halfgeleiderlaser en door het optische registreermedium wordt gereflecteerd, met het kenmerk dat de halfgeleiderlaser zodanig is ingesteld, dat de instel-10 stroom van de halfgeleiderlaser lager is dan een eerste drem-pelstroom die de halfgeleiderlaser stimuleert, die het registreermedium op een eerste deel met een eerste kleine reflectief actor belicht, en de instelstroom groter is dan een tweede drempelstroom die de halfgeleiderlaser, die het registeer-15 medium op een tweede deel met een grotere reflectiefactor dan die van het eerste deel belicht, stimuleert.

2. Een optische kop volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de afstandlengte h tussen het eérste uitgangsein-de van de halfgeleiderlaser en het optisch registreermedium 20 bij benadering zodanig wordt bepaald, dat door het optische registreermedium gereflecteerde licht in fase is met inwendig licht in de halfgeleiderlaser.

3. Een optische kop volgens conclusie 1, met het kenmerk dat een antireflectiefilm op tenminste het eerste 25 uitgangseinde van de halfgeleiderlaser wordt gecoat.

4. Een optische kop volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de halfgeleiderlaser een eerste laminatielaag van een eerste mantellaag heeft, een actieve laag op de eerste mantellaag, een tweede mantellaag op de actieve laag en een 30 verlengde, de stroom concentrerende elektrode op de tweede mantellaag heeft en dat een paar sleuven aan beide zijden van de de stroom concentrerende elektrode zijn aangebracht, op zodanige wijze dat de sleuf opengaat naar de zijden van de halfgeleiderlaser en de sleuf een diepte groot genoeg voor 35 het achter de actieve laag reiken, heeft. &702 23 7 -22-

5. Een optische kop volgens conclusie 4, met het kenmerk dat de de stroom concentrerende elektrode een niet uniforme breedte heeft in een richting tussen het eerste uit-gangseinde en het tweede uitgangseinde, zodat de breedte van 5 de elektrode bij de uitgangseinde kleiner is dan bij het middendeel van de elektrode.

6. Een optische kop volgens conclusie 5, met het kenmerk dat de sleuven met dielektrisch materiaal gevuld zijn, dat een brekingsindex kleiner dan die van de opsluit- 10 laag en de actieve laag heeft.

7. Een optische kop volgens conclusie 6, waarbij de sleuven gevuld zijn met Si02, S13N4 of polyimide.

8. Een optische kop volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de halfgeleiderlaser en de fotodetector op een 15 gemeenschappelijk halfgeleidersubstraat zijn gemonteerd en door een sleuf die het substraat raakt, zijn gescheiden.

9. Een optische kop volgens conclusie 8, met het kenmerk dat drie halfgeleiderlasers zijn gemonteerd op een enkel gemeenschappelijk halfgeleidersusbtraat voor een wis- 20 kop, een schrijfkop en een leeskop, elk gescheiden door een paar sleuven, waarbij een naar het registreermedium wijzend eerste uitgangseinde van de wiskop zich in een ander vlak bevindt vergeleken met het vlak van het uitgangseinde van andere koppen. 25

10. Een optische kop volgens conclusie 1, met het kenmerk dat drie delen op een enkel gemeenschappelijk substraat, elk gescheiden door de sleuven zijn gemonteerd, en een paar buitendelen fotodetectors voor het positioneren van een middendeel op het spoor op het registreermedium vormen. 870 2 23 7