WO1989006424A1 - Optical head - Google Patents

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WO1989006424A1
WO1989006424A1 PCT/JP1988/001344 JP8801344W WO8906424A1 WO 1989006424 A1 WO1989006424 A1 WO 1989006424A1 JP 8801344 W JP8801344 W JP 8801344W WO 8906424 A1 WO8906424 A1 WO 8906424A1
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waveguide
waveguide layer
guided
layer
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Seiji Nishiwaki
Yoshinao Taketomi
Shinji Uchida
Takaaki Tomita
Takotoshi Yonezawa
Sadao Mizuno
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to an optical head device that records or reproduces information on an optical disc.
  • Figure 1 is the conventional thin-film optics this, the shown first diagram the structure of the y de device, 1 33 semiconductor laser, 1 32 Shirubehakata, 1 35 Grete fin grayed beam spray Li 'data ( GBS :), 136 is an optical grating (FGC;), 11 is an optical disk, 140 A, 140 B and 141 A, 14 IB are optical detectors .
  • the uniform wave brow 1 32 is formed by sandwiching a low-refractive-index dielectric layer on the substrate 13 1, and the laser beam emitted from the semiconductor laser 133 goes along the waveguide brow 1 32? Then, it becomes the guided light 1 3 4 of TE f — ⁇ .
  • the guided light 184 can be converted into a parallel light by the GBS 135 formed on the dedicated eyebrow 132, and a part of the guided light 184 becomes a radiation guide light 137 by the FGC 136.
  • the radiation mode light 137 is condensed at the focal point FC, reflects off the reflection surface of the optical disk 11 located at the focal point FC, returns to the FGC 136, and thereby returns to the high-frequency light. Can be converted.
  • the light is focused on the photodetectors 140 A, 140 B and 141 A, 141 B, respectively. .
  • the differential amplifier 144 obtains the ⁇ ⁇ signal by subtracting the sum signal of the photodetectors 140 A and i 40 ⁇ from the sum signal of ⁇ 41 A and 141 B, and the differential signal is obtained.
  • the F ⁇ signal is obtained by subtracting the sum signal of the 140 ⁇ and 14i 1 detectors from the amplifier 144 and the sum signal of 140 ⁇ and 141 1.
  • a sum signal of the photodetectors 140 ⁇ , 140 ⁇ , 141 1, and 141B is obtained from the addition gate width ⁇ 142, and this is used as a reproduction signal.
  • the semiconductor laser undergoes wavelength fluctuations depending on the temperature and the magnitude of the output power.At this time, the diffraction angle of the light by the GBS 135 changes, and the FGC occurs when the guided light 1S4 deviates from the parallel light. It is incident on 1 38. Therefore, light is emitted due to its non-parallelism and the difference in optical path length. An aberration (especially astigmatism) occurs at 37. In addition, since the diffraction angle of the radiated light 137 from the FGC 136 changes, the angle of incidence on the optical disk 11 changes, and the aberration of the transparent substrate covering the reflective surface of the optical disk reduces the coma. Occurs.
  • the light-collecting property of the light distribution on the reflecting surface is degraded, and the reproduction function (or recording function) is degraded.
  • the two guided lights 138, 138 and 13'9 focused on the photodetectors 140 A, 140 B and 141 A, 141 B, respectively have the focal points 1 38 F, 1 39 F of Since the diffraction angle of light at GBS 135 changes with wavelength fluctuation, it is displaced as indicated by the arrow. The deviation of the spot position on the photodetector disturbs the FE control signal, causing defocus on the reflecting surface of the optical disk, and the reproduction function (or recording function). ) Is further reduced.
  • the equivalent refractive index of the waveguide layer deviates, so that the diffraction angle of the light by GBS 135 is deviated, and the guided light 134 becomes parallel light. It is incident on the FGC 1336 in a state where it deviates from. Also, the diffraction angle of the emitted light 137 from FGC 136 is shifted. Therefore, as in the case of the wavelength fluctuation, an aberration is generated in the emitted light .. 37, so that the light condensing ability of the light distribution on the reflecting surface is deteriorated, and the reproducing function (or the recording function) is deteriorated.
  • Fig. 2 is an explanatory diagram showing the light distribution of the emitted light 14) from the FG.
  • the output coupling efficiency of the FGC 138 is "(min IB ratio) X (light amount of P1) (P 1 + P2 is represented by the light quantity i.p2 is the light quantity of the emitted light assuming that the grading is continued.
  • the distribution ratio is generally the field of the two-beam combination -r0. , 5.
  • the light distribution shown in (b) is a distribution that is more relative to the light distribution shown in (a), resulting in a substantial decrease in NA, which degrades the light-collecting property at the focal point.
  • the output coupling efficiency and the light collection are in a reciprocal relationship.
  • Fig. 3 is an explanatory diagram showing the front distribution of the outgoing light 144 from the FGC and the returning light 144 from the optical disk reflection surface, which reflects the reflection surface at the focal position.
  • the light distribution C of the reflected light is symmetric with the light distribution A of the emitted light.
  • the input coupling efficiency? ? ! (Coupling efficiency at which return light 146 is converted to guided light 147) is large, but the input coupling efficiency ⁇ is small because the light distribution of return light at C is not similar to that at A .
  • the guided light and the guided light of the inverse vector that are not emitted and pass through the grating bra are used as the pumping light.
  • the waveguide destination of this inverse vector must be small, in other words, the amount of guided light that passes through the dray-coupler without being radiated is small (that is, Is small) is a necessary condition.
  • the transmitted light diffraction efficiency of GBS 135 is low if the transmitted wave efficiency is high, and the transmitted wave efficiency is low if the diffracted wave efficiency is high. If the light intensity of the diffracted wave toward the photodetectors 140.A, 140B and 141A, 141B is small, the light intensity of the diffracted waves toward the photodetector is small. The larger the value, the smaller the amount of transmitted wave toward the FGC. In other words, it is not possible to reduce the transmission efficiency of light to the optical disk reflecting surface and the transmission efficiency to the photodetector. In addition, the transmitted transmitted light returns to the semiconductor laser 133, and is coupled back to the semiconductor laser 133 to disturb the oscillation of the laser.
  • the light condensing property (Strehl's Definition) is proportional to (the width of the FGC) / (the focal length of the FGC) 2 , but the focal length cannot be reduced due to the surface deflection of the optical disk, etc. Therefore, a sufficiently large FGC (eg, 4 raraX 4 mm) is required to ensure sufficient light collection.
  • the width of the FGC also means the aperture area of the emitted light on the FGC, and this aperture area is the distance between the semiconductor laser and the FGC and the area of the guided light 13 4 emitted from the semiconductor laser 13 3. It is determined by the divergence angle. This divergence angle is as small as about 10 to 20 degrees in the case of TE mode guided light, and in order to obtain a sufficient FGC area (opening area), the distance between the semiconductor laser and the FGC is relatively large (2 to 20 degrees). 3 cm), making it difficult to miniaturize the equipment.
  • the present invention solves such a problem and provides an extremely novel optical head device.
  • the present invention is characterized in that the periodic structure provided in the waveguide ⁇ is made concentric or spiral, and the guided light is condensed at a point outside the waveguide.
  • the laser outside the waveguide is formed by a waveguide formed on a substrate having a concentric circle or spiral periodic structure formed on the substrate or a substrate having a conical depression. It is characterized in that laser light from a light source is input into the waveguide.
  • FIG. 1 is a block diagram of the conventional thin film optical head device
  • Figs. 2 (a) and () are the light distribution diagrams of the outgoing light from the conventional FGC, etc.
  • Fig. 3 is the conventional FGC.
  • FIG. 4 is a light distribution diagram of light emitted from the optical disk and return light from the optical disk reflecting surface
  • FIG. 4 is a configuration diagram of an optical head device according to the embodiment of the present invention
  • FIG. FIG. 8 is an explanatory view of signal detection in the embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a sectional view of a guided light separating section in the embodiment
  • FIG. 10 is a cross-sectional view of the grating cover in this embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating the principle of conversion into a concentric polarized light
  • FIG. 12 is a light distribution diagram of the output light and return light from the draying cobbler in the embodiment
  • FIG. 13 is a diagram illustrating the same embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the longitudinal aberration df and sin 0 with respect to the wavelength variation and the equivalent refractive index variation in the example.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram showing the processing method of the grating cover in the embodiment.
  • FIG. ) To (e) are cross-sectional views showing another embodiment of the present invention in the form of a grating.
  • FIGS. 16 (a) to (c) and FIG. 17 show laser light of a semiconductor laser.
  • FIG. 18 is a cross-sectional explanatory view showing another embodiment of the present invention input to the waveguide eyebrows
  • FIG. 18 is a cross-sectional explanatory view of another embodiment of the present invention having a different waveguide light separating method
  • FIG. 10 is an explanatory sectional view of an optical head device according to another embodiment of the present invention.
  • optical disk units are assigned the same numbers as in the conventional example.
  • a transparent substrate 100 sandwiches a hollow substrate 1 and gratings 8 and 9 are formed on the surface thereof.
  • the transparent substrate 100 is made of, for example, a thermosetting resin, and the irregularities of the gratings 8 and 9 are formed by transferring the grating of the stamper.
  • the grating 8 is formed on a circular area centered on the axis 18 passing through the point 0 and has a concentric or spiral concave structure with respect to the center axis 18.
  • the grating 9 is formed on an annular zone centered on the axis 18, and has a concentric or spiral concavo-convex circumference with respect to the center axis 18. It is a period structure.
  • the gratings 8 and 9 do not overlap each other, and there is a ring-shaped gap between them.
  • the grating force bra 9 is divided into six regions (ie, 9A, 9A.,, 9B, 9B,, 9C, 9C,) by three straight lines passing through the center 0.
  • 9A,, 9B,, 9C are at diagonal positions of 9A, 9B, and 9C with respect to the center 0, respectively, and the diagonal gratings have the same shape (convex structure).
  • the waveguide layers 15A and i5B having a higher refractive index than the dielectric layer 14 having a low refractive index are formed with the dielectric layer 14 having a low refractive index therebetween.
  • the refractive index of the waveguide layer 15A is larger than the refractive index of the waveguide layer 15B, and the thickness of the waveguide layer 15A is greater than that of the waveguide layer 15B.
  • the waveguide layer 15A is formed on an annular zone centered on the central axis 18 and the waveguide layer 15B is formed on a circular area centered on the central axis 18.
  • the inner peripheral portion of the waveguide layer 15A and the outer peripheral portion of the waveguide layer 15B overlap with each other in such a manner that the waveguide layer 15B covers the waveguide layer 15A, and the overlapping region is a grating force. It is located in the zone between the bra 8 and the grating bra 9.
  • An annular photodetector 10 is formed on the substrate 1 at a position corresponding to the innermost periphery of the waveguide layer 15A.
  • the laser light 7 emitted from the semiconductor laser 5 becomes parallel light by the focusing lens 4. Further, the laser beam converted into concentric polarized light by the quarter-wave plate 3 and the polarizer 2 is input-coupled by the grating coupler 8 and is radiated in the waveguide layer 15B.
  • the guided light of the TE mode or TM mode that propagates to the TM mode becomes B6B.
  • the guided light 16 ⁇ changes from the waveguide layer 15 ⁇ to the guided light 18 ⁇ via the waveguide layer 15 ⁇ ⁇ , and the waveguide destination is radiated by the grating coupler 9. Then, the light at the FA, FB, and FC on the central axis 18 becomes the light 17 A, 17 B, and 17 C. However, FC is located between FA and FB.
  • the emission mode light 17A is emitted from the grating cabella 9A, 9A ', 17B is emitted from 9B, 9B, and 17C is emitted from 9C, 9C ,.
  • the reflecting surface 19 of the optical disk 11 is orthogonal to the axis 18 and almost at the position of the focal point FC, and the light reflects off the reflecting surface 19. That is, the radiation mode lights 17 A, 17 B, and 17 C become reflected lights 20 A, 20 B, and 20 C, respectively, and are input-coupled by the grating power bra 9 and guided. It is converted into guided light 21 toward the center in layer 15A.
  • the guided light 21 is radiated at the innermost end of the waveguide layer 15 A, and the amount of light is detected by the photodetector 10 on the substrate 1.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram of signal detection in the embodiment of the present invention.
  • the grating bra 9 can be divided into six regions (ie, 9A, 9A,, 9B, 9B,, 9C, 9C,) by three straight lines passing through the center 0. ing.
  • Photodetector 10 has eight lines (ie, 10 A, 10 A ', 10 B, 10 B, 10 C, IOC 1 , 10 D, 1 0 D,).
  • 10 C, 10 D and 10 C,, 10 D face the inner peripheral sides of the grating force bras 9 C and 9 C, respectively, and are equally divided by a dividing line 13.
  • 9C and 9C detect the amount of guided light that has been coupled.
  • 10A, 10B, 10A, and 10B also face the inner peripheral side of 9A, 9B, 9A, and 9B, respectively. Detects the amount of guided coupled light.
  • the dividing line 13 is the optical data in Fig. 4. It is parallel to the rotation direction 12 of the disk.
  • the sum signal of 10 C, 10 C 'and the sum signal of 10 D, 10 D, are taken by the addition amplifiers 227 A and 227 B, respectively, and the difference between them is taken by the differential amplifier 228 A. Then, the TE signal is added by the addition amplifier 227C to obtain a reproduced signal.
  • the sum signal of 10 A, i OA, and the sum signal of 10 B, 10 B '0 are respectively taken by the addition amplifiers 227 D and 227 E, and the difference between them is taken by the differential amplifier 228 B. FE signal.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a waveguide light separating portion, which is an overlapping region of the waveguide layer 15A and the waveguide layer 15B.
  • the waveguide tip 16B propagating in the outer circumferential direction through the waveguide layer 15B moves to the side of the waveguide layer 15A having a higher refractive index in the region b, and the waveguide 16B propagates in the waveguide layer 15A.
  • the light is converted to 18 A.
  • the equivalent refractive index of guided light monotonically increases with the film thickness. Therefore, while the refractive index of the waveguide layer 15B is smaller than the refractive index of the waveguide layer 15A, the thickness of the waveguide layer 15B is larger than the thickness of the waveguide layer 15A.
  • the difference in the equivalent refractive index between the guided light propagating in the waveguide layer 15B and the guided light propagating in the waveguide layer 15A is small, and the guided light propagates from the waveguide layer 15B to the waveguide layer 15A.
  • the loss associated with conversion to is small.
  • the thickness of the waveguide layer 15B gradually decreases in the region a, the discontinuity of the equivalent refractive index of the waveguide layer 15A in this region is small, and the waveguide light 18A The loss of is small.
  • the thickness of the waveguide layer ⁇ 5B is larger than the thickness of the waveguide layer 1 & A, the discontinuity of the shape of the waveguide layer 15B in the region c is small, and the loss of the guided light 16B is reduced. small. In this way, the guided light 16 B is efficiently converted to the guided light 16 A, and the guided light at the guided light separation section is converted to the .
  • the guided light 21 is radiated because the waveguide is disconnected at the end 25 of the waveguide layer 15A. Since the light radiated to the waveguide HI5B side of the radiated light is reflected by the reflection layer 109, most of the radiated light is detected by the photodetector 10. Note that dielectric layers 22 A and 22 B having a lower refractive index than the waveguide layer are recessed between the reflection layer 109 and the waveguide layers 15 A and 15 B. Is not in direct contact with the waveguide layer, and the absorption of the guided lights 16 B and 21 by the reflection layer 109 is small.
  • the reflection layer 109 blocks the stray light (scattered light) in the region c of the guided light 16B, so that the noise component is mixed into the light detector 10. Is prevented.
  • the guided light is transmitted efficiently in the direction of the outer circumference, but is radiated without passing in the direction of the inner circumference, so that the transmission efficiency of light to the optical disk reflection surface and the transmission to the photodetector are improved. Efficiency can be achieved, and guided light does not return to the semiconductor laser 5.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing a change in a return light incident angle.
  • the grating pitch at the emission position A of the emission mode light is given by the following equation as a function of the diameter r.
  • the focusing pitch ⁇ is a function of the diameter r, so that the light is focused on the focal point F.
  • S is the wavelength of the laser beam
  • N is the equivalent refractive index of the waveguide
  • f is the focal length.
  • Fig. 9 (a) is an explanatory diagram showing a change in input coupling efficiency of derogatory light with respect to a change in the position of the reflective surface, and (b) is an explanatory diagram showing a change in the FE signal output with respect to a change in the position of the reflective surface.
  • the input coupling efficiency of the return light that can be converted into guided light by the grating couplers 9A and 9B (or: 9A, 9B, 9B).
  • a and 28 B fluctuate depending on the position of the reflection surface, and the coupling efficiency 28 A has a maximum at the reflection surface at the FA position, and the coupling efficiency 28 B has a maximum at the reflection surface at the FB position.
  • the FE signal as the signal difference has an S-curve characteristic for the defocus of the reflecting surface, and it can be seen that the focus can be controlled.
  • the focal points FA, FB, and FC remain the same while maintaining their relative positions. Displace. At this time, since the relative positional relationship is maintained, there is no change in the relationship between the coupling efficiencies between the respective grating force bras. Therefore, according to the FE detection method of the present invention, as long as the FE control is performed, the wavelength fluctuation and the defocus due to the deposition error of the waveguide layer do not occur, and the reproduction function (or the recording function) is not performed. ) Does not deteriorate.
  • a periodic guide groove or pit is formed on the reflecting surface of the optical disk 11 in the radial direction along the disk rotation direction 12. Since the reflected light is diffracted in the radial direction of the disk, the trough and king errors appear as a light quantity imbalance in the radial direction of the reflected light 20C. Therefore, the light quantity of the guided light 21 is divided and detected in the disk rotation direction 12 and a TE signal is obtained by taking the difference. Therefore, a TE signal can be obtained by the differential amplifier 228A.
  • the signal (pit or dot) on the reflecting surface of the optical disk appears as a change in the light distribution or light amount of the reflected light 20C, that is, a change in the light amount of the guided light 21.
  • a reproduced signal of a pit signal / dot signal is obtained by the addition amplifier 227C.
  • the coupling efficiency 28C of the grating cover 9C when the reflecting surface is at the position of FC is maximum, and the S noise of the reproduced signal is high. N is high.
  • the grating pitch ⁇ is given by equation (1) as a function of the diameter r, and the value of the focal length f is determined by the grating force bra 9A, 9B, 9C (or 9A,, 9B ', 9C,) to separate the focal points (in other words, by making the uneven periodic structure of the grating different in each area), and focus on the focal points FA, FB, and FC. It can light up.
  • the focal length f is fixed (that is, the same irregular periodic structure is used in the gratings 9A, 9B, and 9C), and the gratings 9A, 9A The focus can be separated by changing the equivalent refractive index N at B and 9C.
  • the equivalent refractive index N increases in this order, and the focal points can be easily separated.
  • a method for providing a difference in the equivalent refractive index N there is a method of loading materials having different refractive indexes on the waveguide layer.
  • Fig. 10 is a cross-sectional view of the grating 'bra.
  • the graded shape of the boundary surface changes depending on the layer thickness, and generally, the width of the convex portion in the stacking direction increases according to the layer thickness.
  • the surface shape of the transparent substrate 100 is different from that of the dielectric layer 14 and the waveguide layer 15B (or 15A) as shown in (a).
  • the shape of the interface increases the width of the projection.
  • the conduction is as shown in (b).
  • the gap between the wave layer 15B (or 15A) and the wave layer 15B (or 15A) may be almost flat.
  • the dielectric layer 14 and the wave guide layer 15B (or 15A) The interface between the waveguide and the waveguide layer 15B (or 15A) and the air also have irregularities, and the guided light is in the emission mode in the grating region.
  • the input light is excited to become the guided light 16B, and in the grating cab 9, the guided light 16A is radiated.
  • the pitch of the grating that satisfies the light input and output conditions is given by equation (1).
  • ⁇ ⁇ ZN as f ⁇ oo in the equation (1).
  • the incident light to 8 does not need to be a parallel light, and the focusing lens 4 can be eliminated by modulating the grating pitch and y-axis according to the position based on the formula (1). It is.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram of the principle of converting linearly polarized light into concentric polarized light.
  • the laser light 34 converted into parallel light by the condensing lens 4 is linearly polarized light, and is transmitted through the quarter wave plate 3 to become circularly polarized light 35 (polarization directions 35 A, 35 B, 35 C, 35 D).
  • the polarizer 2 is composed of a homo-X-type liquid crystal element, and a homo-X-type liquid crystal 32 is provided between the transparent substrates 2A and 2B.
  • the surfaces of the transparent substrates 2A and 2.B are inclined in a direction (directions 32A, 32B, 32C, 32D) inclined at 45 degrees to the tangential direction of the concentric circle with respect to the center 0.
  • the homogeneous X yours type liquid crystal 32 is also aligned along this direction. Homoji ⁇ Nia scan type liquid crystal 3 2 * If the S-direction component of the transmitted light is designed to be delayed (or advanced) by 1/4 wavelength, the circularly polarized light 35 becomes the concentric polarized light 37 (polarization directions 37 A, 37 ⁇ ,; 37 C, 37 D).
  • the guided light 1.6B is in the TE mode, and the magnetic field is magnetic.
  • the vector is in TM mode for concentrically polarized light.
  • the grating power 9 will emit concentrically polarized light with an electric field vector, and the guided light 16A will be in the TM mode. In the case of light, polarized light whose magnetic field vector is concentric is emitted. Note that the polarizer 2 may not be provided.
  • the grating pitch of the grating coupler 8 is used for the TE mode coupling (that is, the equation (1) with respect to the equivalent refractive index of the TE mode guided light). If designed, guided light 16B will be in TE mode, and if designed for TM mode coupling, it will be TM mode.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram showing the light distribution of the emitted light and the return light from the grating cover.
  • the output coupling efficiency ratio of the amount of radiated light to the amount of guided light
  • the maximum occurs when the light distribution of the emitted light decreases in the waveguide direction and becomes zero.
  • the aperture area ie, NA
  • This light distribution has a circular shape with the opening surrounding the central axis 1.8, so the decrease in the opening area is small, and the light collection at the focal point F is deteriorated. Is small.
  • the light distribution of the emitted light can be changed by changing the radiation loss coefficient according to the position. For example, if the radiation loss coefficient is reduced from the outer periphery toward the inner periphery, the distribution 45 in which the maximum value of the intensity of the emitted light is shifted toward the outer periphery can be obtained.
  • the light distribution 45 has a substantially higher NA than the light distribution 44, and has a good light condensing property.
  • the light of the emitted light is within the grating cover region. Since the distribution decreases in the waveguide direction to zero, the output coupling efficiency is maximum, and it is easy to achieve both output coupling efficiency and light-collecting performance. Further, the fact that the amount of guided light that can pass through without being radiated from the grating power bracket is 0 does not require the guided light as boning when the return light is input-coupled to the guided light. This means that the return light has a high input coupling efficiency.
  • the light distribution of the returned light is reflected by the reflecting surface 19 at the focal position, and becomes a light distribution (44, 45 ') symmetrical to the light distribution of the emitted light with respect to the central axis 18. It has a similar shape to the light distribution of the emitted light at the position of the return light.
  • the output light distribution and the input light distribution of the grating power bra are similar, and the amount of guided light that can pass through without being radiated from the grating power bra as described above is also assumed to be 0. What can be done with the input coupling efficiency? ? i becomes the maximum, and the returned light is efficiently converted into guided light 21. Therefore, is it detected by photodetector 10?
  • the radiation loss coefficient is the shape of the grating, for example, the ratio of the width of the projection to the pitch.
  • the step of the concave in the case of the refractive index modulation, the refractive index difference of the modulation part).
  • ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ / ⁇ ⁇ (sin0 + N- ⁇ dN / dA)
  • FIG. 13 shows the relationship between the amount of longitudinal aberration df (normalized to the wavelength variation and the equivalent refractive index variation, respectively; 1 ( ⁇ / ⁇ ( ⁇ , and one df / f dN)) and sin0.
  • the angle of incidence on the reflecting surface does not change because it is along the normal direction of the surface, and the angle of incidence due to the action of the transparent substrate covering the reflecting surface of the optical disk Ma aberration does not occur. Therefore, there is little deterioration of the light-collecting property due to error factors such as wavelength fluctuation and equivalent refractive index fluctuation, and the deterioration of the reproduction function (or recording function) is small.
  • FIG. 14 is an explanatory view showing a method of processing a grating bra.
  • an energy beam 280 such as an electron beam
  • the grating can be processed.
  • the energy beam is fixed, and the machining accuracy of the grating is determined by the feed accuracy of the substrate.
  • the machining accuracy of the rotating body is generally high, and high-precision grating can be applied over a large area. Can be formed.
  • FIG. 15 shows another embodiment of the present invention in the form of a grating.
  • the unevenness of the grating need not be on the surface of the transparent substrate 100, but (a) the dielectric 46 is periodically formed on the surface of the dielectric layer 14 as shown in the figure. (B) As shown in the figure, the prominent conductor 46 may be loaded on the surface of the waveguide layers 15A and 15B. Also, the surface of the dielectric layer 14 and the surfaces of the waveguide layers 15A and 15B can be etched to form a grating. In addition to the above-mentioned so-called relief type grating, a refractive index modulation type is also conceivable.
  • (C) shows that the dielectric layer 14 has a refractive index modulation type.
  • the return light from the optical disk reflection surface is separated into guided light and radiation light on the transparent substrate side by the dripping cover 9, but the radiation light on the transparent substrate side is reflected by the reflection layer. Since part of the light is reflected by 78 and becomes part of the guided light, the efficiency with which the returned light is converted into guided light is also increased.
  • a reflective layer such as a metal layer is formed on the waveguide layer 15B with a transparent dielectric layer having a low refractive index interposed therebetween.
  • the transmitted or emitted light is reflected to the waveguide layer 15B side, and a part thereof is input-coupled to increase the amount of guided light.
  • the blazed grating is adopted as in (e)
  • the radiation mode light can be made only on one side, and the input / output efficiency can be improved without using a reflective shoulder. It can be.
  • FIG. 16 shows another embodiment of the present invention in which the laser light of a semiconductor laser is converted to guided light.
  • the semiconductor laser 5 is formed in the waveguide, and the laser beam is radiated from the bonding surface 5A and spreads along the waveguide layer 15B, and the TE mode guided light is emitted.
  • 16 B is an example in which laser light is emitted in four directions
  • ( c ) is an example in which laser light is emitted in all directions.
  • FIG. 17 shows another embodiment of the present invention in which the laser light of a semiconductor laser is used as guided light.
  • the transparent substrate 100 (refractive index n a ) has a conical depression centered on the axis 18, and a dielectric transparent layer 14 (refractive index n 3 ) is placed above the concavity.
  • the waveguide layer 15B (refractive index n) is formed. There is a relationship of ⁇ 3 ⁇ ⁇ ⁇ between these refractive indices, and the angle of the apex angle of the cone 2 or
  • the thickness of the dielectric transparent layer 14 is reduced only on the conical area, the area becomes an excited state of the guided light, and the concentric polarized light 37 is transmitted into the waveguide layer 15B. Then, the light can be coupled to the waveguide mode to form a guided light 16B in the TE mode or the TM mode.
  • FIG. 18 is an explanatory cross-sectional view of another embodiment having a different waveguide light separating method.
  • the waveguide layer is single irrespective of the inner and outer circumferences, and the guided light 16 propagates in the single waveguide layer 15.
  • the dielectric layer 14 and the waveguide layer At the position of the photodetector 10, between the dielectric layer 14 and the waveguide layer .: I5, a dielectric layer 23 having a higher refractive index than the waveguide layer 15 and a dielectric layer 22 having a lower refractive index than the waveguide layer 15 A and 22 B are sandwiched, and these dielectric layers have an annular shape concentric with the axis 18.
  • the dielectric layer 23 is separated from the waveguide layer 15 on the inner peripheral side by the dielectric layers 22A and 22B, but is in contact with the waveguide layer 15 in a region L on the outer peripheral side.
  • Okeru dielectric layer 23 in this region L Te - its thickness Therefore the headed to the outer periphery a par like Ri is Do rather small thickness of the outermost peripheral portion is t c.
  • the guided light 18 moves to the dielectric layer 23 having a higher refractive index as it propagates in the region L, but returns to the waveguide layer 15 again because the thickness of the dielectric layer 23 becomes small. Pass through the area.
  • te is smaller than the toe-off film thickness of the guided light in the dielectric layer 23, the energy loss when passing through the L region is small.
  • the guided light 21 traveling to the inner peripheral side moves to the dielectric layer 23 having a higher refractive index in the region L, and the thickness of the dielectric layer 23 increases with propagation, so
  • the light is separated from the waveguide layer 15 without returning to 15 and becomes the guided light 24.
  • the degree of this branching can be adjusted by changing the length of the region, and the entire waveguide destination 21 can be made into the guided light 24.
  • the separated guided light 24 can be radiated because the dielectric layer 23 is cut off at the end 26.
  • the light radiated to the waveguide layer 15 side is a reflection formed between the dielectric layers 22A and 22B. Most are detected by the photodetector 10.
  • the reflecting layer 109 does not directly contact the waveguide layer 15 and the dielectric layer 2: 3, and the handling of the guided lights 16 and 24 by the reflecting layer 109 is small.
  • the reflection layer 109 blocks the stray light (radiated light) of the guided light 16 to prevent noise components from being mixed into the photodetector 10.
  • the guided light is efficiently transmitted in the outer peripheral direction, but is radiated without change in the inner peripheral direction, so that the light is transmitted to the reflecting surface of the optical disk.
  • the efficiency and the transmission efficiency to the photodetector can be reduced, and the guided light does not return to the semiconductor laser 5.
  • FIG. 19 is an explanatory side view of an optical head device according to a different embodiment of the present invention.
  • the waveguide layer is single regardless of the inner and outer circumferences, and the guided light 16 in the TE mode propagates in the single waveguide layer 15.
  • the guided light 16 is radiated 17 (concentric polarization) by the grating force bra 9. Light) and pass through the polarizer 2.
  • the emitted light after passing through polarizer 2 becomes circularly polarized light
  • the reflected light 20 from the optical disk again passes through polarizer 2 and becomes polarized light in the emission direction.
  • the guided light that is input-coupled by the grating force bra 9 becomes TM mode light.
  • a ring-shaped photodetector 10 is formed on the waveguide layer 15 so as to be concentric with the grating cover 9 and facing the inner peripheral side thereof with a dielectric layer 22 having a lower refractive index than that of the annular layer. ing.
  • TM mode guided light is easily absorbed because its evanescent wave oozes out of the waveguide layer, so TE mode guided light 16 is transmitted, The light amount of the guided light 21 in the TM mode is absorbed and detected by the photodetector 10.
  • the equivalent refractive index of the TE mode guided light is small but large compared to the equivalent refractive index of the TM mode guided light. Therefore, as shown in Eq. (2), the diffraction angle of the radiation mode light differs between the TE mode guided light and the TM mode guided light, and the reflected light returned at the diffraction angle of the TE mode guided light.
  • the input coupling efficiency at which 20 can be converted into the TM mode guided light 21 decreases.
  • the grating force bra 9 was divided into several regions by radial dividing lines to obtain a plurality of converging points.
  • the division may be in the circumferential direction or a combination thereof. If the division is in the circumferential direction, the grating will be
  • each ring zone does not overlap each other and there is a gap in the shape of a quail band between them, and the photodetector is It is formed facing the inner peripheral side (that is, in the area around the annular gap).
  • the optical head device of the present invention has a high light-collecting property at the focal point because the light distribution of the emitted light is in the shape of a ring surrounding the central axis, so that even if all of the guided light is emitted. Since the light-collecting property is not easily deteriorated, it is possible to achieve both the light-collecting property and the output coupling efficiency of the grating power balance, as well as the light-collecting property and the input coupling efficiency of the return light. Since the light distribution of the light becomes similar to the light distribution of the emitted light at the position of the reflected light, it is possible to increase the input / output ratio of the returned light.
  • the amount of longitudinal aberration has an extreme value at the aperture position, deterioration of the light-collecting property due to error factors such as wavelength fluctuation and equivalent refractive index fluctuation is small, and the reproduction function-(or recording function) The drop is small.
  • the focus error signal is detected using the difference in the input coupling efficiency at the leading end, there is no center of defocus due to wavelength fluctuation, equivalent refractive index fluctuation, and the like.
  • the guided light is separated by using the difference in the refractive index of the waveguide layer, both the efficiency of transmitting light to the optical disk reflection surface and the efficiency of transmitting light to the photodetector are achieved. It can be more efficient.
  • the evanescent light propagates in all directions from the center and radiates along the waveguide, a sufficient aperture area can be obtained and the size of the device can be reduced. Also, if the grating is concentric or It's spiral, so it's easy.

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Description

明 細 害
発明の名称
光学へ ッ ド装葸
技術分野
本発明は情報を光デ ィ スクに記録または再生する光学へ ッ ド装 置に関する。
背景技術
従来よ り、 情報を光デ ィ ス ク に記録または再生する光学へ ッ ド装匿を薄臊化する技術が提案されてお り、 例えば第 46回応 用物理学会学術講潼会 2 P— L一 1 5の講演に示きれているも のがある。 第 1図はこ の従来の薄膜光学へ 、 y ド装置の構成を示 第 1図において、 1 33は半導体レーザー、 1 32は導波肩、 1 35はグレーテ ィ ン グ ビーム スプ リ ' タ （G B S：) 、 1 36 は 光グレーテ ィ ン グ力ブラ （ F G C；)、 1 1は光デ ィ ス ク、 1 40 A, 1 40 Bおよび 14 1 A, 1 4 I Bは光検出器であ る。 等波眉 1 32は基板 13 1上に低屈折率の誘電体層を挟ん で彬成きれており、 半導体レーザ 1 33から出射する レ 一ザ一 光は導波眉 1 32内に沿？て広がり、 T E f — ドの導波光 1 3 4となる。 導波光 1 84は専波眉 1 32上に形成された G B S 1 35によつて平行光に変換きれ、 F G C 1 36によりその一 部が放射 ΐー ド光 1 37となる。 放射モー ド光 1 37は焦点 F Cに集光され、 焦点 F Cに位置する光デ ィ ス ク 1 1の反射面を 反射して、 F GC 1 36上に戻り、 これに よ り再び镲波光に変 換きれる。 の導波光は G B S 1 35によ り導波光 1 38、 1 3 9に分難きれ、 それぞれ光検出器 140 A, 1 40 Bおよび 1 4 1 A, 141 B上に集光される。.
光ディ ス ク 1 1の反射面にはディ スク回転方向 12に沿った 案内溝が径方向に周期的に形成きれており、 反射光ほデ ィ ス ク 径方向に回折する。 この !折光の干渉の結杲として ト ラ . y キ ン グエラー （T E) が反射光 137のデ ィ ス ク径方向における光 萤ア ンバラ ン スとして現れるので、 導波光 138、 1 39の光 萤を検出しその差をとれば T E信号が得られる。 （いわゆるプ ッ シ ュ プル方式である。 ） また G B S 135 より導波光を分 齄する こ とで、 ナイ フ エ ツヂによ る フ ォー カ ス エ ラ一 （F E) 検出と同様の原理で光ディスク反射面のディ フ ォーカスが光検 出器 140A， 140 Bまたは 14 1 A， 14 1 B上の光暈分 布の差異として現れる。 従って、 差動増幅器 1 44によ り光検 出器 1 40A、 i 40 Βの和信号と ί 4 1 A、 14 1 Bの和信 号とを差分することで Τ Ε信号が得られ、 差動増幅器 1 43よ り先検出器 140 Α、 1 4 i Αの和信号と 140 Β、 1 4 1 Β の和信号とを差分するこ.とで F Ε信号が得られる。 一方、 加算 瑙幅篛 1 42によ り光検出器 1 40 Α、 1 40 Β、 1 4 1 Α、 1 41 Bの和信号を得て、' これを再生信号としている。
しかしながら、 このような方式の光学へ ッ ド装 において以 下の問題点があった。
第 iに、 半導体レーザー.は温度や出力パワーの大小によって波 長変動を起こすが、 この時 GB S 135による光の回折角が変 わり、 導波光 1 S 4が平行光からずれた状態で F G C 1 38に 入射する。 従って、 その非平行性と光路長の差により放射.光 1 37に収差 （と く に非点収差） が発生する。 また F G C 1 36 からの放射光 1 37の回折角が変わるので光デ ィ スク 1 1への 入射角が変化し、 光デ ィ スク の反射面を覆っている透明基板の 作用でコ マ収差が生じ る。 これら の収差で反射面における光分 布の集光性は劣化し、 再生機能 （または記録機能） は低下する。 さ らに、 それぞれ光検出器 140 A, 140 Bおよび 1 4 1 A, 1 4 1 Bに集光される二つの導波光 138、 1 3'9の集光点 1 38 F, 1 39 Fは波長変動に伴い GB S 1 35での光の回折 角が変わるので矢印のごと く 変位する。 こ の光検出器上の スポ ッ ト位置のずれが F E制御信号を乱し、 光デ ィ ス ク の反射面上 でディ フ ォ ー カスを生じ させる こ になり、 再生機能 （または記 録機能） はさ らに低下する。
第 2に、 導波層の膜厚や屈折率が設計値からずれた場合、 導 波層の等価屈折率がずれるので、 G B S 1 35による光の回折 角がずれ、 導波光 1 34が平行光からずれた状態で F G C 1 3 6に入射する。 また F G C 1 36か らの放射光 1 37の回折角 もずれる。 従って波長変動と同様に、 放射光 .!. 37に収差が生 じ るので、 反射面における光分布の集光性が劣化し、 再生機能 (または記録機能） が低下する。
第 3に、 第 2図は F G から の出射光 14 ) の光分布を示す 説明図であ り、 F G C 1 38の出力結合効率 "。は (分 IB 比） X (P 1の光量） （P 1 + P 2の光量 i で表される。 p 2はグレ ーテ ィ ン グが続いている と仮定した 合の放射光の光 量である。 分配比は一般に 2ビーム結合の場 -r 0, 5とな る。 F G Cの放射損失係数を大き く する こ とで （ ) 図の光分布は ( P 1 + P 2の光量） =一定の まま （ b ) 図の光分布にな り、 こ のとき P 1 の光量が増大するので出力結合効率？？。は增大する。 しかし、 （ b ) 図の光分布は （ a ) 図の光分布に比ペア ンパラ ン スな分布であり、 実質 に N Aの低下につながり焦点におけ る集光性が劣化する。 すなわち、 出力結合効率と集光性とは相 反的な関係にある。
第 4に、 第 3図は F G Cからの出射光 1 4 5 と光デ ィ スク反 射面から の戻り光 1 4 6 の先分布を示す説明図であ り、 焦点位 置の反射面を反射するこ とで苠り光の光分布 C は出射光の光分 布 Aと対称となる。 一般にグレーテ ィ ン グ 力ブラ の出力分布と 入力分布とが相似形の時に入力結合効率？？ ！ （戻り光 1 4 6が導 波光 1 4 7に変換される結合効率） は大き く なるが、 Cの戻り 光の光分布は Aの出射光 光分布と相似でないので入力結合効 率 τ は小さい。 さ らに苠り光を導波光に入力する結合効率を 高めるには放射されずにグレーテ ィ ング力ブラを通りすぎる導 波光と逆べク ト ルの導波光がポ ン ピ ング光と して必要であるが、 実際の入力結合時にはこの逆べク ト ルの導渎光が存在しない。 従って、 入力結合効率を高めるには この逆ベク トルの導波先が 小さいこ と、 言い替えれば放射されずにダレ -テ ィ ン グカプラ を通りすぎる導波光量が小さいこ と （すなわ Ρ 2が小さいこ と） が必要条件である。 前述のごと く集光性 上げるには ρ 2 を大き く する必要があつたが、 Ρ 2 を大き く る と入力结合効 率は低下し、 入力結合効率の向上と集光性の: ;3上とは両立が難 し く相反的な関係にある。 従って原理的に苠 光の入力結合効 率は小さ く な り、 光検出器 1 4 0 Α， 1 4 0 および 1 4 1 A, 1 4 1 Bで検出される検出光量は小き く、 制御信号、 再生信号 の品質 （ S / N ) は悪い。
第 5に、 G B S 1 35の透過光回折効率は透過波の効率が高 ければ回折波の効率は低く、 回折波の効率が高ければ透過波の 効率は低いため、 F G C 1 38に向かう透過波の光量を大き く すれば、 光検出器 1 40. A, 1 40 Bおよび 1 4 1 A, 1 4 1 Bに向か う回折波の光量は小さ く、 光検出器に向かう回折波の 光量を大き く すれば、 F G Cに向か う透過波の光量は小さ く な る。 すなわち、 光デ ィ スク反射面への光の伝達効率と光検出器 への伝達効率の雨立を図るこ とができない。 また、 戻り光の透 過波は半導体レーザ 1 3 3に戻り、 これと帰還結合してレーザ の発振が乱される。
第 6に、 集光性'（Strehl's Definition) ほ （ F G Cの広さ） / (F G Cの焦点距離） 2に比例するが、 焦点距離は光デ ィ ス ク の面振れ等で小き く でき ないので、 十分な集光性を確保するに は、 十分な広さの F G C (例えば 4 raraX 4 mm) が必要である。
F G Cの広さ といっても F G C上での放射光の開口面積を意味 しており、 こ の開口面積は半導体レーザおよび F G Cと の間隔 と半導体レーザ 1 3 3から出射する導波光 1 3 4の広がり 角と によ り決まる。 こ の広がり角は T Eモー ド導波光の場合 1 0〜 20度程度と小さ く、 十分な F G C面積 （開口面積） を得るに は半導体レーザと F G Cとの間隔が比較的大 な値 （ 2〜 3 c m) とな り、 装置の小型化が困難である。
第 7に、 F G Cのダレ テ ィ ン グは複雑な曲線 （ 4次方程式） を描く のでその加工が困難である。 電子線描画法などは複雑な 曲線の加工に適するが、 加工精度の保証された描画面積は 1 EBI
X 1 raa程度と小さ く-、 十分な広さのグレーテ ィ ン グ加工にほ適 さない。
発明の開示
本発明はかかる問題点を解消し、 極めて新規な光学へッ ド装置 を提供するも のであ る。 そして本発明は、 導波路內に設けられ た周期構造を同心円もし くはスパイ ラル状として、 導波光を導 波路外にある点に集光することを特徵とするものであり、 また 導波路内に設けられた同心円も し く はスパイ ラル状の周期搆造 の形成された導波路もし くは円錐状のく ぼみを有する基扳上に 形成された導波路により、 導波路外にあるレーザー光源からの レーザー光を導波路内に入力させることを特徵とするも のであ 図面の簡単な説明
第 1図は従来例の薄膜光学ヘッ ド装置の構成図、 第 2図 （ a ) , ( ) は従来例の F G C ^らの出射光の光分布図、第 3図は従 来例の F G Cからの出射光と光ディ スク反射面からの戻り光の 光分布図、 第 4図は本発明の同実施例における光学ヘッ ド装置 の構成図、 第 5図は本発明の同実施例における光学へ ッ ド装置 の断面説明図、 第 8図は本尧明の実施例における信号検出の説 明図、 第 7図は同実施例 .おける導波光分離部の断面図、 第 8 図ほ同実施例における苠り光入射角の変化を示す説明図、 第 9 図 （ a )、 C b ) は同実施例における反射面の位置変化に対す る戻り光の入力結合勃率変化と F E信号出力変化を示す説明図、 第 1 0図は同実施例にお.けるグレーティ ン グカブラの断面説明 図、 第 1 1 a 、
心円状の偏光に変換する原理の説明図、 第 1 2図は同実施例に おけるダレ一テ ィ ン グカブラか らの出射光と戻り光と の光分布 図、 第 1 3図は同実施例における波長変動および等価屈折率変 動に対する縦収差量 d f と si n 0 の関係図、 第 1 4図は同実施例 における グレーテ ィ ングカブラ の加工法を示す説明図、 . 第 1 5 図 （ a ) 〜 ( e ) はグレーテ ィ ン グの形式についての本発明の 他の実施例を示す断面図、 第 1 6図 （ a ：) 〜 （ c ) および第 1 7図は半導体レーザのレーザー光を導波眉に入力する本発明の 他の実施例を示す断面説明図、 第 1 8図は導波光分離方法の異 なる本発明の他の実施例に'おける断面説明図、 第 1 9図は本発 明の他の実施例における光学へ ツ ド装置の断面説明図である。 発明を実施するための最良の形態
以下に本発明.の実施例について説明する。 第 4図から第 1 4 図は本発明の実施例に関するものである。 なお、 光デ ィ ス ク部 は従来例と同一番号を付している。
第 4図および第 5図において、 透明基板 1 0 0は中空形状の 基板 1 を挟み、 その表面にはグレーテ ィ ン グ 8、 9が形成され ている。 透明基板 1 0 0は例えば熱硬化性樹脂などで構成され てお り、 グレーテ ィ ン グ 8、 9 の凹凸はス タ ンパーの グレ ーテ ィ ングを転写する こ とで形成される。 グレ ーテ ィ ング 8 は点 0 を通る軸 1 8 を中心軸にする円形領域上に形成され、 中心軸 1 8 に対し同心円も し く はスパイ ラル状の凹 ώ阔期構造である。 またグレーテ ィ ン グ 9 は;軸 1 8 を中心にする輪帯領域上に形成 きれ、 中心軸 1 8に対し同心円も し く はスパイ ラ ル状の凹凸周 期構造である。 グレ ーテ ィ ン グ 8、 9は互いに重なる こ とがな く、 その間には輪帯形状の隙間が存在する。 グレーテ ィ ン グ力 ブラ 9は中心 0を通る 3つの直線で六つの領域 （すなわち、 9 A, 9 A.， ， 9 B, 9 B ， ， 9 C, 9 C ， ） に分割されており、 9 A， ， 9 B ， ， 9 C ， は中心 0に対しそれぞれ 9 A, 9 B, 9 Cの対角位置にあ り、 対角位置にあるグレーテ ィ ングは互い に同じ形状 （ 凸構造） をなしている。 透明基板 1 0 0上には 低屈折率の誘電体層 1 4を挟んでこれよ り も高屈折率の導波層 1 5 A、 i 5 Bが形成きれている。 ただし導波層 1 5 Aの屈折 率は導波層 1 5 B の屈折率よ り も大き く、 導波層 1 5 Aの膜厚 は導波層 1 5 Bの膜厚よ:り .も小きい。 導波層 1 5 Aは中心軸 1 8 を中心にした輪帯領域上に形成され、 導波層 1 5 Bは中心軸 1 8を中心にした円形領域上に形成されている。 導波層 1 5 A の内周部と導波層 1 5 Bの外周部は導波層 1 5 Bが導波層 1 5 Aを覆い隠す形で重なり あい、 その重畳領域はグレーテ ィ ング 力ブラ 8 とグレーテ ィ ン グ力ブラ 9 との間の輪帯領域に位置す る。 基板 1上にほ導波層 1 5 Aの最内周部に相当する位置に輪 帯形状の光検出器 1 0が形成されている。
半導体レーザー 5 から出射する レーザー光 7 は集光レ ン ズ 4 によ り平行光となる。 さ らに、 1 / 4波長板 3、 偏光子 2によ つて同心円状偏光に変換きれたレーザー光は グレーテ ィ ン グカ ブラ 8により入力結合して、 導波層 1 5 B内 ¾放射方向に伝搬 する T Eモー ドもし く は. T Mモー ト' の導波光 ί 6 B となる。 導 波光 1 6 Βは導波層 1 5 Βから導波層 1 5 Α δ経て導波光 1 8 Α となり、 こ の導波先がグレ一テ ィ ングカブラ 9 によ り放射 ¾ れて中心軸 1 8上の点 F A, F B, F Cに モー ト' 光 1 7 A, 1 7 B, 1 7 Cとなる。 ただし、 F Cは F A、 F B に挟まれた位置にある。 なお放射モー ド光 1 7 Aはグレ ーテ ィ ン グカブラ 9 A, 9 A ' から、 1 7 Bは 9 B， 9 B， から、 1 7 Cは 9 C， 9 C， から放射される。 光デ ィ ス ク 1 1 の反射面 1 9は軸 1 8に直交してほぼ焦点 F Cの位置にあ り、 光は反射 面 1 9を反射する。 すなわち放射モー ド光 1 7 A, 1 7 B， 1 7 Cはそれぞれ反射光 2 0 A， 20 B, 2 0 Cとなり、 グレ ー テ ィ ン グ力ブラ 9によ り入力結合して導波層 1 5 A内の中心に 向かう導波光 2 1に変換される。 導波光 2 1は導波層 1 5 Aの 最内周端で放射され、 基板 1上の光検出器 1 0によ り その光量 が検出される。
第 6図は上記発明の実施例におけ る信号検出の説明図である。 前述のごと く グレーテ ィ ング力ブラ 9は中心 0を通る 3つの直 線で六つの領域 （すなわち、 9 A, 9 A， ， 9 B, 9 B， ， 9 C, 9 C， ） に分割きれている。 光検出器 1 0は中心 0を通る 4つの直線で八つの領域 （すなわち、 1 0 A, 1 0 A ' , 1 0 B, 1 0 B， ， 1 0 C, I O C 1 , 1 0 D, 1 0 D， ） に分割 されている。 1 0 C, 1 0 Dおよび 1 0 C， ， 1 0 D， はそれ ぞれグレーテ ィ ング力ブラ 9 Cおよび 9 C， の内周側に面し分 割線 1 3で等分割されており、 9 Cおよび 9 C， によ って入力 結合した導波光の光量を検出する。 1 0 A、 1 0 B 1 0 A， 、 1 0 B， も それぞれ 9 A、 9 B、 9 A， 、 9 B， の内周側に面 し、 それぞれのグレーテ ィ ング力ブラによ って入力結合し た導 波光の光量を検出する。 なお分割線 1 3は第 4図における光デ イ スク.の回転方向 1 2に平行である。 加算増幅器 227 A、 2 27 Bにより、 それぞれ 10 C, 1 0 C ' の和信号と 1 0 D, 1 0 D， の和信号をと り、. 差動増幅器 228 Aにより それらの 差分をとるこ とで T E信号、 加算増幅器 227 Cによ り加算し て再生信号とする。 一方、 加算増幅器 227 D、 227 Eによ つてそれぞれ 10 A， i OA， の和信号と 10 B, 1 0 B ' 0 和信号をと り、 差動増幅器 228 Bによりそれらの差分をとつ て F E信号とする。
第 7図は導波層 1 5 Aと導波層 15 Bとの重畳領域である導 波光分離部の斬面図である。 導波層 15 Bを外周方向に伝搬す る導波先 16 Bは bの領域において屈折率の高い導波層 15 A 側に移り、 導波層 1 5 A.内を外周側に伝搬する導波光 1 8 Aに 変換される。 一般に導波光の等価屈折率は膜厚に対して単調增 加する。 従って導波層 1 5 Bの屈折率が導波層 15 Aの屈折率 よ り も小さいのに対し、 導波層 1 5 Bの膜厚が導波層 1 5 Aの 膜厚よりも大きいので、 導波層 15 B内を伝搬する導波光と導 波層 1 5 A内を伝搬する導波光の等価屈折率の差異が小さ く、 導波光の導波層 15 B内から導波層 15A内への変換に伴う損 失は小さい。 さらに、 aの領域で導波層 1 5 Bの膜厚が徐々に 小さ く なつて.いるので、 この領域における導波層 15 Aの等価 屈折率の不連続性は小さ く導波光 1 8 Aの損失が小さい。 また 導波層 Γ5 Bの膜厚が導波'層 1 &Aの膜厚よりも大きいので、 cの領域における導波層 15 Bの形状の不連続性が小さ く導波 光 16 Bの損失が小さい。 このよ う に導波光 1 6 Bは効率よ く 導波光 16 Aに変換され、 導波光分離部における導波光の^擗 。
導波光 2 1は導波層 1 5 Aの端辺 25において導波路が断絶し ているので放射する。 こ の放射光の う ち導波 H I 5 B側に放射 する光は反射層 1 09を反射するので、 放射光のほと んどが光 検出器 1 0によ り検出される。 なお、 反射層 1 09と導波層 1 5 A, 1 5 Bとの間には導波層に比べて低屈折率の誘電体層 2 2 Aと 22 Bが抉まれており、 反射層 109が直接導波層と接 するこ とがな く、 反射層 1 09による導波光 1 6 B、 2 1の吸 収は小さい。 さ らに、 反射層 1 09によ っ て導波光 1 6 Bの c の領域におけるス ト リ ーク光 （散乱光） が遮られるので、 光検 出器 1 0への ノ イ ズ成分混入が防がれる。 こ のよ う に、 外周.方 向には効率よ く 導波光を通すが内周方向は通さずに放射するの で、 光ディ スク反射面への光の伝達効率と光検出器への伝達効 率の両立を図るこ とができ、 導波光が半導体レ ーザ 5へ帰還す る こ ともない。
以上のよ う に構成し た本発明の光学ヘ ッ ド装置について、 そ の信号検出原理を説明する .o
第 8図は戻り光入射角の変化を示す説明図である。 放射モー ド光の出射位置 Aでのグレーテ ィ ン グピ ヅ チ Λは径 rの関数と して次式で与えられる。
Λ = λ / (Ν + r / ( "+ r" 1 2) ( 1 ) すなわち、 グレーテ ィ ングピ ッ チ Λを径 rの関数とする こ と で焦点 Fへの集光性を持たせている。 こ こ で、 ス はレーザー光 の波長、 Nは導波路の等価屈折率、 f は焦点距離であ る （ただ し、 実際には光ディ ス グ反射面は透明扳に覆われているので、 収束光が平行平扳.を透過すると きに生じる球面収差を捕正する 必要があ り、 . （ 1 ) 式に の捕正項を加える必要がある）。 放 射モー ド光 27の回折角 0 ^次式で与えられる。
s i ιι = λ /Λ - Ν · ( 2 ) また、 0、 r、 f の間には次の関係がある。
t a n ^ = r / f ( 3 ) 反射面 1 9が焦点位置 Fにある ときは光は A F A ' の順路で反 射するが、 反射面 1 9が焦点位置 F より ε だけ近い （または遠 い） ときは A B Cの順路で S射する。 グレーテ ィ ング力ブラ上 の C点に F Cの方向で入射する光は効率よ く 導波光に変換され るが、 F Cの方向からずれるに従って変換効率 （入力結合効率） は落ちる。 F Cの方向からのずれ角度 （ 0 — 5 ， ） は近似的に 次式で与えられる。
Θ — Θ， - tan- 1 its r /( f s+ r 2 ) )♦ * ( 4 ) 従って、 ε が大き く なるにしたがって、 ずれ角度 — が増大し変換効率は落ちる。
第 9図 （ a ) は反射面の位置変化に対する蔑り光の入力結合 効率変化を示す説明図、 （ b ) は反射面の位置変化に対する F E信号出力の変化を示す説明図である。 （ 4 式から明かなよ う に、 グレーティ ングカブ-ラ 9 A， 9 B (ま：'こは 9 A， ， 9 B ， ） によ り導波光に変換ざれる戻り光の入力結合効率 2 8 A, 2 8 Bは反射面の位置によ.り変動し、 結合効率 2 8 Aは反射面 が F Aの位置で極大をな 'し、 結合効率 2 8 B は反射面が F Bの 位置で極大となる。 結合.効率はそのまま導波光の光量に比例す るので、 1 0 A, 1 0 A， の和信号と 1 0 B, ： L 0 B ， の和揮 号の差分と しての F E信号は （ b ) に示すよ う に反射面のディ フ ォーカ スにたいし S字カーブ特性をなし、 フ ォ ーカ ス制御が 可能である こ とがわかる。
半導体レーザーに波長変動や導波層の成膜誤差 （膜厚誤差、 屈折率誤差など） が生じた場合、 焦点 F A, F B, F Cがそれ ら の相対的位置関係も保ったま ま同じよ う に変位する。 こ の時、 相対的位置関係が保たれているから、 各グレ ーテ ィ ン グ力ブラ 間の結合効率の関係に変化はない。 従って本発明の F E検出方 法に依れば、 F E制御がかかっているかぎ り波長変動にや導波 層の成膜誤差よるデ ィ フ ォーカ スが発生せず、 再生機能 （また は記録機能） の劣化がない。
一方、 第 4図に示したように、 光デ ィ ス ク 1 1の反射面には デ ィ ス ク 回転方向 1 2に沿って径方向に周期的な案内溝または ピ ツ トが形成されてお り、 反射光はデ ィ ス ク径方向に回折する ので、 ト ラ ， キングエラーが反射光 2 0 Cのデ ィ ス ク径方向に おける光量ア ンパラ ン ス と .して現れる。 従って導波光 2 1 の光 量をデ ィ ス ク回転方向 1 2で分割して検出し、 その差をとれば T E信号が得られる。 よ って、 差動増幅器 2 2 8 Aに よ り T E 信号が得られる。 また、 光ディ スク反射面上の信号 （ ピ ッ ト ま たは ド ッ ト ） は反射光 20 Cの光分布変動または光量変動、 す なわち導波光 2 1の光量変動と して現れる ので、 加算増幅器 2 2 7 Cによ り ピッ ト信号ゃ ド ッ ト信号の再生信号が得られる。 なお、 第 9図 （ a ) で示.したよ う に、 反射面が F Cの位置にあ る と きのグレーテ ィ ン グカブラ 9 Cの結合効率 28 Cは極大で あ り、 再生信号の Sノ Nは高い。 次に本発明の光学へ ッ ト*装置について、 その焦点分離方法を 説明する。
グレーテ ィ ングピ ッ チ Λは径 rの関数と して （1)式で与えら れたが、 焦点距離 f の値をグレーテ ィ ング力ブラ 9 A、 9 B、 9 C (または 9 A， 、 9 B '、 9 C， ） でそれぞれ異ならせる こ とで （言い替えればグレーテ ィ ン グの凹凸周期構造を各領域 で異ならすこ とで） 焦点の分離を行い、 それぞれ焦点 FA, F B， F Cに集光させる こ とができ る。 また （ 2 ) 式によれば焦 点距離 f を固定し （すなわちグレーテ ィ ン グ力ブラ 9 A、 9 B、 9 Cで同じ凹凸周期構造を用い）、 グレーテ ィ ン グ力 ブラ 9 A、 9 B、 9 Cにおける等価屈折率 Nを変える こ とで焦点の分離を 行う こ と もできる。 例えば導波層の厚みを 9 A、 9 C、 9 Bの 頓で厚く する と等価屈折率 Nは こ の順に大き く なり、 容易に焦 点を分離させるこ とができる。 等価屈折率 Nに差異を持たせる 方法として、 屈折率の異なる材料を導波層上に装荷する方法も あ 。
次に、 本発明の光学ヘ ッ ド装置について、 その光源からの光 の入力原理を説明する。 第 1 0図はグレーティ ング力 'ブラの断 面図である。 境界面のグレーテ ィ ン グ形状は積層膜厚によ って 変わり、 一般に積層方向に凸の部分の幅は積層膜厚に応じて広 がる。 仮にグレーテ ィ ングを矩形钦と した時、 （ a ) に示すよ う に透明基板 1 0 0の表面形状に比ぺ誘電体層 1 4と導波層 1 5 B (または 1 5 A) との境界面、 さ らには導波層 1 5 B (ま たは 1 5 A) と空気との.境界面の形状はその凸部の幅が広がる。 透明基板 1 0 0の凸部の幅が広いと きは （ b ) に示すよ う に導 波層 1 5 B (または 1 5 A と との の が ま 、 ほぼ平坦な面となる こ と もある。 （ a ) では誘電体層 1 4 と導 波層 1 5 B (または 1 5 A) との境界面、 導波層 1 5 B (また は 1 5 A) と空気と の境界面と も凹凸があ り、 グレー テ ィ ン グ 領域で導波光は放射モー ドとなる。 従ってグレーテ ィ ン グカブ ラ 8では入力光は励振して導波光 1 6 Bとな り、 グレ ーテ ィ ン グカブラ 9では導波光 1 6 Aが放射される。 （ b ) でも誘電体 層 1 4と導波層 1 5 B (または 1 5 A) と の境界面に凹凸があ るため光の入出力がおこ なわれる。 なお光の入出力条件を満た すグレーテ ィ ングの ピ ッ チは （ 1 ) 式に従ってお り、 例えばグ レーテ ィ ング力ブラ 8では平行光が入射するので （ 1 ) 式にお いて f → ooと して Λ = λ Z Nと なる。 なお、 グレ ーテ ィ ン グ力 ブラ 8への入射光は平行光である必要がな く、 （ 1 ) 式に基づ き グレーテ ィ ングピ 、 y チを位置に応じて変調させれば集光レ ン ズ 4をな く すこ とも可能である。
第 1 1図は直線偏光を同心円状の偏光に変換する原理の説明 図である。 集光レ ン ズ 4によ り平行光となったレーザー光 3 4 は直線偏光であり、 1 / 4波長板 3を透過する こ とで円偏光の 光 35 (偏光方向 3 5 A, 3 5 B, 35 C, 3 5 D ) となる。 偏光子 2はホ モジ X ユアス型の液晶素子によ っ て構成され、 透 明基板 2 A, 2 Bの間にホモジ X二ァス型液晶 32が設け られ ている。 透明基板 2 A， 2. Bの表面は中心 0に対する同心円の 接線方向に対し 45度傾い.た方向 （方向 3 2 A, 32 B, 3 2 C, 32 D ) にラ ビ ン グされてお り、 ホモ ジ X ユアス型液晶 3 2も こ の方向に沿っ て配向する。 ホモジ Λ ニァ ス型液晶 3 2 * その透過光の S向方向成分が 1 / 4波長遅れる （または進む） よ うに設計すれば円偏光の光 3 5 を同心円状の偏光の光 3 7 ( 偏光方向 3 7 A， 3 7 Β,; 3 7 C， 3 7 D ) にする こ とができ る。 電界ベク トルが同心円状の偏光の光がグレーテ ィ ン グカブ ラ 8によ って導波層 1 5 B内に入力結合される と、 導波光 1 .6 Bは T Eモー ドとな り、 磁界ベ ク ト ルが同心円状の偏光の光で は T Mモー ド となる。 また導波光 1 6 Aが T E モー ド光であれ ばグレーテ ィ ング力ブラ 9 ·によ って電界べク ト ルが同心円状の 偏光の光が放射され、 導波光 1 6 Aが T Mモー ド光であれば磁 界ぺク ト ルが同心円状の偏光の光が放射される。 なお偏光子 2 はな く てもよ く、 こ の時グレーテ ィ ングカプラ 8 のグレーテ ィ ン グピ チ Λが T Eモー ド結合用に （すなわち T Eモー ド導波 光の等価屈折率に対する （ 1 ) 式の解と して） 設計されておれ ば導波光 1 6 Bは T E モード となり、 T Mモー ド結合用に設計 されておれば T Mモー となる。
次に、 導波光の出力および戻り光の入力原理を説明する。 第 1 2図はグレーティ ングカブラから の出射光と戻り光との光分 布を示す説明図である。 一般に'グレ一テ ィ ン グの放射損失係数 . が位置によらず一定のと き、. 放射光は内周から外周にむかって 搢数関数的に減少する光分布 4 4 となる。 グレーチイ ングカブ ラ領域における出力結合効率 （導波光量に対する放射光量の比） はグレーテ ィ ングの放射:損失係数を大き く する こ とで増大させ る こ とができ、 グレーテ ィ ン グの領域内で放射光の光分布が導 波方向に減少して 0 となれば最大になる。 この時放射損失係数 を大き く する ことで実質的に開口面積 （すなわち N A ) が小 * い放射光の光分布となるが、 こ の光分布はその開口が中心軸 1. 8 を取り巻く 輪帯状になっているため開口面積の減少度合が小 さ く、 焦点 Fにおける集光性の劣化が小さい。 なお、 放射損失 係数を位置に応じて変えるこ とで、 放射光の光分布を変える こ とができ る。 例えば、 外周から内周にむかって放射損失係数が 小さ く なるよ うにすれば、 放射光の強度の最大値を外周にずら した分布 4 5 にする こ とができ る。 光分布 4 5 は光分布 4 4に 比べ実質的に N Aが大き く、 光の集光性がよ く、 光分布 4 4、 4 5いずれにしても グレーテ ィ ン グカブラ領域内で放射光の光 分布が導波方向に減少して 0 となっている のでその出力結合効 率は最大であ り、 出力結合効率と集光性の両立を図る こ とが容 易である。 またグレーテ ィ ング力ブラから放射されずに通 りぬ ける導波光量が 0である こ とは戻り光を導波光に入力結合する 際にボ ン ビン グと しての導波光を必要と しない こ とを意味し、 戻り光の入力結合効率は大きい。 一方、 戻り光の光分布は焦点 位置の反射面 1 9を反射するこ とで中心軸 1 8 に関して放射光 の光分布と対称な光分布 （ 4 4 、 4 5 ' ) とな り、 これはそ のまま戻り光の位置での放射光の光分布と相似形にあ る。 すな わち、 グレーテ ィ ン グ力ブラ の出力光分布と入力光分布とが相 似であ り、 前述のごと ぐグレーテ ィ ング力ブラから放射きれず に通り ぬける導波光量も 0 とする こ とができ る こ と と あわせて、 入力結合効率？？ i は最大とな り、 戻り光は効率よ く導波光 2 1 に変換される。 従って、 光検出器 1 0で検出 ？れる光量は大き く、 良好な制御信号、 再生信号が得られる。 なお放射損失係数 はグレーテ ィ ングの形状、 .例えば凸部の幅の ピ ッ チに対する比 や凹 ώの段差 （屈折率変調によるグレーテ ィ ン グの場合は変調 部の屈折率差異〉 などにょゥて コ ン ト ロールでき る。
次に、 本発明の光学へ " ド装置について、 その収差特性を説 明する。
( 2 )、 （ 3 ) 式よ り波長が (ίλだけ変動した場合の焦点距離の 変化量 （すなわち縱収差量） d f は
ά ΐ = ΐ άλ / λ · (sin0 + N - λ dN/dA )
/slnd cos2 Θ ( 5 )
(ただし一般に dス の変動に伴う N.の変化は小さ く、 λ dN / (1λ の大き さ は （si n0 + N ) の 1 / 1 0程度となり無視できる。 ） また等価屈折率が dNだけ変動した場合の焦点距離の変化量 は
Figure imgf000020_0001
第 1 3図は波長変動、 および等価屈折率変動に対する縦収差 量 df (それぞれ標準化して； 1 (Η / ί (ίλ、 および一 d f / f dN )と sin0 の関係を示している。一 df / f dNは sin0 = 1/3】 の 時極小となる下に凸の曲線を描き、 ；i d f / f dス は sin = 0 ,5 ~1/3レ2で極小となる下に凸の曲線を描く。 従って、 グレーテ ィ ングカブラ 9が sin 0 =0·5〜 1/31 近傍の輪帯開口形状であ れば、波長変動および等価屈折率変動に伴う縦収差量ほ Sin0 ( すなわち開口位置） に依らずほぼ一定であ り、 これは収差が焦 点位置の変位に吸収されその集光性 （StreU's Definition) には影響しないこ とを示す。 また焦点の変位方向は光ディ スク 反射面の法線方向に沿つているので反射面への入射角は変わら ず、 光デ ィ ス クの反射面を覆っている透明基板の作用によるコ マ収差は生じない。 従って、. 波長変動、 等価屈折率変動な どの 誤差要因に依る集光性の劣化は小さ く、 再生機能 （または記録 機能） の低下は小さ い。
なお、 本発明の光学ヘ ッ ド装置において、 導波光は中心 0か ら導波路に沿って放射する形で全方位に伝搬するので、 中心 0 と F G Cとの間隔が小さ く と も十分大きな F G Cの広さ （すな わち放射光の開口面積） が得られ、 装置の小型化が容易である。 ま たグレ ーテ ィ ン グ力ブラ 8、 9の グレーテ ィ ン グは同心円形 状またはスパイ ラル形状であ り、 その加工は容易である。 第 1 4図はグレーテ ィ ン グ力ブラの加工法を示す説明図である。 レ ジス ト の塗布された基板 26 1を回転 · 移動し ながら電子線な どのエ ネルギービーム 280を照射する こ とで、 グレ ーテ ィ ン グを加工する こ とができ る。 エネルギービームは固定されてお り、 グレ ーテ ィ ン グの加工精度は基板の送り精度で決ま るが、 一般に回転体の加工精度は高く、 高精度のグレ ーテ ィ ン グを大 面積にわたって形成する こ とができ る。
第 1 5図はグレーテ ィ ングの形式についての本発明の他の実 施例である。 上記実施例のごと く グレーテ ィ ン グの凹凸は透明 基板 1 0 0表面上にある必要はな く、 （ a ) 図のごと く 誘電体 層 1 4表面上に周期的に誘電体 4 6を装荷しても よ く、 （ b ) 図のごと く 導波層 1 5 A、 1 5 B表面上に綉電体 46を装荷し てもよい。 また、 誘電体層 1 4表面、 導波層 1 5 A、 1 5 B表 面をエ ッ チ ン グしてグレ ーテ ィ ングを形成する こ と もでき る。 さ らに、 以上のいわゆる レ リ ー フ形グレーテ ィ ン グ以外にも屈 折率変調形が考えられ、 （ C ) 図は誘電体層 1 4が屈折率変調 きれている例であ り、 導波層 i 5 A、 ： L 5 Bそのものを屈折率 変調する方法もある。 なおグ ^ーテ ィ ング力ブラでの放射モー ド光は透明基板側と空気側とに分かれるので、 （ d ) に示すよ う に透明基板 100表面 反射層 78を設けその上に誘電体層 14、 導波層 15 Aを形成すれば、 透明基板 1 00側の放射モ ー ド光が反射層 78を反射するため空気側の放射光は反射層 7 8のない場合より大き く、 光デ ィ ス ク反射面に照射される光の 光量が増える。 同様に光デイ ス ク反射面からの戻り光も ダレ一 テ ィ ングカブラ 9によ っ て導波光と透明基板側放射モー ド光と 'に分離するが、 透明基板側放射モー ド光は反射層 78によ り反 射しその一部が導波光と ;なるので戻り光が導波光に変換される 効率も増大する。 これは、 グレーテ ィ ング力ブラ 8でも同様で あ り、 導波層 15 B上に低屈折率の透明誘電侔層を挟んで金属 層などの反射層を形成し、 - 導波光とならずに透過もし く は放射 する光を導波層 15 B側に反射させ、 その一部を入力結合させ て導波光量を増大させる ことができ る。 なお、 （ e ) のよ うに ブレーズグレーテ ィ ン グを採用すれば、 放射モー ド光を片側だ けにする こ とができ、 反射肩を用いな く ても入出力の効率を上 げる こ とができ る。
第 16図は半導体レーザーのレーザー光を導波光にする本発 明の他の実施例であ る。 （a) において、 半導体レーザー 5は 導波路内に形成きれてお,り、.. レーザー光は接合面 5 Aから放射 され導波層 1 5 B内に沿って広がり、 T Eモー ドの導波光 1 6 Bとなる。 （b) は 4方向にレーザー光を放射する例、 （ c ) は全方向に放射する例である。 第 1 7図は半導体レーザのレーザー光を導波光にする本発明 の他の実施例である。透明基板 100 (屈折率 na) は軸 1 8を 中心軸とする円錐状の く ぼみを有してお り、 その上は誘電体透 明層 1 4 (屈折率 n3) を挟んで、導波層 1 5 B (屈折率 n ) が 形成されている。 これら の屈折率の間に η 3< η < ηβの関係が あ り、 円錐の頂角の角度 2なは
η Β · s i n <¾ = N♦ ( 7) の条件を満たしている。 円錐領域上においてのみ誘電体透明層 1 4の膜厚が薄く なるように構成する と こ の領域は導波光の励 振状態とな り、 同心円状偏光の光 37を導波層 1 5 B内に入力 結合させて T Eモー ド または TMモー ドの導波光 1 6 Bとする こ とができ る。
第 1 8図は導波光分離方法の異なる他の実施例における断面 説明図である。 導波層は内外周を問わず単一であ り、 導波光 1 6はこ の単一の導波層 1 5内を伝搬する。 光検出器 1 0の位置 では誘電体層 14と導波層 .: I 5と の間に導波層 1 5よ り も高屈 折率の誘電体層 23と低屈折率の誘電体層 22 A、 22 Bが挟 まれてお り、 これらの誘電体層は軸 18に対して同心し た輪帯 形状をなす。 誘電体層 23は内周側で誘電体層 22 A、 22 B によ り導波層 15と隔てられているが、 外周側の領域 Lでは導 波層 1 5と接している。 こ の領域 Lにぉける誘電体層 23はテ —パー状であって外周にむかう にし たがっ てその膜厚が小さ く な り、その最外周部の膜厚は t cである。 導波光 1 8は領域 Lに おいて伝搬に従い屈折率のよ り高い誘電体層 23に移るが、 誘 電体層 23の膜厚が小さ.く なるので再び導波層 1 5に戻っ て L の領域を通過する。特に t eが誘電体層 2 3における導波光の力 トオフ膜厚より も小さければ Lの領域を通過する際のエ ネル ギー損失は小きい。
一方、 内周側に向かう導波光 2 1 は領域 Lにおいて屈折率の よ り高い誘電体層 2 3に移り、 伝搬にともなって誘電体層 2 3 の膜厚が大き く なるので再び導波層 1 5に戻る こ とな く 導波層 1 5 と分吱して導波光 2 4となる。 この分岐の度合は領域 の 長さを変える ことで調整でき、 導波先 2 1 の全てを導波光 2 4 にする こ ともできる。 この分歧した導波光 2 4は誘電体層 2 3 が端辺 2 6において断絶しているので放射きれる。 この放射光 の うち導波層 1 5側に放射する光は誘電体層 2 2 A、 2 2 Bの 間に形成されている反射:層 .1 0 9を反射するので、 放射光のほ とんどが光検出器 1 0に.より検出される。 反射層 1 0 9 は直接 導波層 1 5、 誘電体層 2 :3と接する こ とがな く、 反射層 1 0 9 による導波光 1 6、 2 4の扱収は小さい。
なお、 反射層 1 0 9によって導波光 1 6 のス ト リ ーク光 （放 射光） が遮られ、 光検出器 1 0への ノイ ズ成分混入が防がれる。 こ のよう に、 本発明の実施例に依れば、 外周方向には効率よ く 導波光を通すが内周方向は.違きずに放射するので、 光デ ィ スク 反射面への光の伝達効率と光検出器への伝達効率の雨立を図る こ とができ、 導波光が半導体レーザ 5へ帰還するこ と もない。 第 1 9図は本発明の異なる実施例の光学へッ ド装置の靳面説 明図である。 導波層は内外周を問わず単一であ り、 T E モー ド の導波光 1 6 はこの単一の導波層 1 5内を伝搬する。 導波光 1 6はグレ ーテ ィ ン グ力ブラ 9によ り放射光 1 7 (同心円状の偏 光） とな り、 偏光子 2を 過 る。 1 1図で説明し たよ う に 偏光子 2を透過後の放射光は円偏光とな り、 光デ ィ ス クか ら の 反射光 20はふたたび偏光子 2を透過して放 方向の偏光とな る。 従って、 グレーテ ィ ング力ブラ 9によ り入力結合する導波 光は TMモー ド光となる。 導波層 1 5上には これよ り も低屈折 率の誘電体層 22を挟んで輪帯状の光検出器 1 0がグレーテ ィ ン グカブラ 9と同心しその内周側に面して形成きれている。 T Mモー ド導波光は T Eモー ド導波光に比べ、 そのェパネ ッ セ ン ト波が導波層外ににじみでているので吸収されやす く、 T Eモ 一 ドの導波光 16は透過するが、 T Mモー ド の導波光 2 1は光 検出器 1 0によ ってその光量が吸収、 検出される。 一般に T E モー ド導波光の等価屈折率ほ TMモー ド導波光の等価屈折率に 比ぺ徼小量ではあるが大きい。 従って、 （ 2 ) 式で示したよ う に放射モー ド光の回折角は T Eモー ド導波光と TMモー ド導波 光とで異な り、 T Eモー ド導波光の回折角で戻ってき た反射光 20が TMモー ド の導波光 2 1に変換きれる入力結合効率は低 下する。 ただし この等価屈折率の差は導波眉膜厚の増大と共に 小さ く な り、 導波層膜厚を適度に大き く すれば、 TMモー ド導 波光の等価屈折率を T Eモー ド導波光の等価屈折率と ほぼ等し く させる こ とができ、 TMモー ド導波光への入力結合効率の低 下は小さい。 従って、 簡単な構成で導波光の分離が行え、 光検 出器 1 0で検出される光量も大き く、 良好な制御信号、 再生信 号が得られる。
なお、 本発明の実施例においてグレーテ ィ ン グ力ブラ 9を径 方向の分割線でい く つかの領域に分割し複数の集光点を得たが、 分割の壮方は周方向であ てもよいし、 またこれらの組合せで あってもよい。 分割を周方向にした場合、 グレ ーテ ィ ン グは軸
1 8を中心にする複数の轅帯頟域上に形成され、 各輪帯領域は 互いに重なることがなく その間に鶉帯形状の隙間が存在し、 光 検出器は各輪帯形状のグレーティ ングの内周側に面して （すな わち輪帯形状の隙間の頜域） に形成される。
産業上の利用可能性
以上説明したように、 本発明の光学ヘッ 装置は、 出射光の 光分布が中心軸を取り巻く輪帯状になっているため焦点におけ る集光性が高く、 導波光の全てを放射させても集光性は劣化し に く いので集光性とグレ テ ィ ン グ力ブラの出力結合効率、 お よび集光性と戻り光の入力結合効率との両立を図るこ とができ、 また戻り光の光分布が苠り光の位置での出射光の光分布と相似 形になるので戻り光の入力耪合勃率を大き くすることが可能と なる。 また縦収差量が翰窬開口位置で極値となる特性をもった め、 波長変動、 等価屈折率変動などの誤差要因に依る集光性の 劣化は小さ く、 再生機能 - (または記録機能） の低下は小さい。 また、 苠り先の.入力結合効率差異を用いてフ ォ ーカスヱラー信 号を検出するので波長変動、 等価屈折率変動などに伴うディ フ オーカスの心面がない。 また、 導波層の屈折率差異を利用して 導波光の分離を行うので、. 光デ ィ ス ク反射面への光の伝達効率 と光検出器への伝達効率の両立を図り、 ともに高い効率にする こ とができる。 さらに、 搴波光は中心から導波路に沿って放射 する形で全方位に伝搬するので、 十分な開口面積が得られ装置 の小型化が図れる。 また、. グレーティ ングが同心円形状または スパイ ラ ル で るので、' その 工が容易である。

Claims

請求の範画
1. レーザー光源と、 このレーザー光源からのレーザー光を導 波層内に導波させ導波光とする結合手段と、 前記導波光を前記 導波層内の一点 0より放射方向に導波させる導波路と、 点 0を 中心にして前記導波路内に設けられた同心円もし くはスパイ ラ ル状の周期構造 Aとを備え、 前記周期構造により前記導波光を 放射し、 前記導波路外にある点 Fに集光することを特徴とする 光学へッ ド装置。
2. 請求の範囲第 1項において、 中心点 0を中心とする 1 つも し くは複数倔の輪帯形状 （または輪帯を含む形状） をそれぞれ い く つかの領域に分割し、. それらの領域は点 0を中心にする前 記導波路内に設けられた同心円もし くはスパイ ラ ル状の異なる 周期構造を備え、 前記異なる周期構造から放射される光に対応 する複数の集光点を得ることを特徵とする光学へッ ド装置。
3. 請求の範囲第 2項において、 前記翰帯形状 （または輪帯を 含む形状） の少なく とも 1つを偶数個の領域に等分割し、 その 対向領域は同一周期構造で、 隣接する領域は異なる周期構造で あることを特徵とする光学へッ ド装置。
4. 請求の範囲第 2項または第 3項において、 前記輪帯形状 （ または輪帯を含む形状） 上における前記導波肩の膜厚、 または 屈折率、 または前記導波層に接する材料の屈折率を異ならすこ とで、 周期構造から放射きれる光の集光点を分離することを特 徵とする光学へッ ド装置。
5. 請求の範囲第 1項、 第 2項または第 3項において、 周期構 造から放射される光の集光点の近傍にある反射面からの反射光 を対向する周期構造上に戻して導波層内に入力して導波層を内 周側に伝搬する導波光と し、 前記周期構造の内周側に前記内周 側に伝搬する導波光を検 ώする検出手段を設けた こ と を特徴と する光学へ ッ ド装置。
6. 請求の範囲第 5項に いて、 前記周期構造と検出手段との 間の前記導波層 （屈折率 η ) 上に、 第 1 の透明層 （屈折率 n !、 ただし η , n ) を挟んで第 2 の透明層 （屈折率 n 2、 ただし n < n 2 ) を構成し、第 2の透明層がその外周側で前記導波層と直 接接する こ とで、 前記導波層を内周側に導波する光を前記第 2 の透明層内に分岐させ、 前記検出手段によ り前記分岐した導波 光の光量が検出される こ とを特徵とする光学へ ッ ド装置。
7. 請求の範囲第 5項において、 前記導波眉は第 1 の導波層 （ 屈折率 ii A ) と第 2の導波層 （屈折率 n B、 ただし n fl < n B ) と からな り、 第 1 の導波層と第 2 の導波層は前記周期構造と検出 手段との間の領域で重な りあい、 第 1 の導波層はその重畳領域 か ら外周側、 第 2の導波層は内周側に構成され、 導波層を外周 側に導波する光は第 2 の導波層から第 1 の導波層へ移るが、 導 波層を内周側に導波する光は第 1 の導波層の前記重畳領域で放 射し、 前記検出手段によ り前記放射光の光量が検出される こ と を特徴とする光学へ ッ ド装置。
8 . 請求の範囲第 5項において、 異なる周期構造の内周側に設 け られた異なる検出手段に り検出される信号の差分から フ 才 一 カ スヱ ラー信号を得る こ とを特徵とする光学へ ヅ ド装置。
9. 請求の範囲第 5項において、 前記反射面には案内溝ま たは ピ ッ トが形成きれてお り、 同一周期構造の内周側に設け られ、 かつ中心点 0を通って案内溝または ピ ッ ト に平行な直線に対し 対称な位置にある異なる検出手段によ り検出される信号の差分 から ト ラ ッ キ グェ ラー信号を得る こ とを特徵とする光学へ ッ ド装置。
1 0. 請求の範 ffi第 1項、 第 2項または第 3項において、 導波 路内に設けられた同心円もし く はスパイ ラ ル状の周期構造 Bを 前記点 0を中心にして構成 て結合手段と し、 この結合手段に よ り前記導波路外にある レーザー光源からのレーザー光を前記 導波路内に導波させる こ を特徵とする光学へ ッ ド装置。
1 1. 請求の範囲第 1項、 第 2項または第 3項において、 前記 点 0を中心とする円錐状の く ぼみを有する基板上に導波路を形 成して結合手段とし、 こ の結合手段によ り前記導波路外にある レーザー光源からのレーザ，光を前記導波路内に導波させる こ とを特徵とする光学へ ッ ド装置。'
1 2· 請求の範囲第 1 1項において、前記基板 （屈折率 n0) 上 に第 3の透明層 （屈折率： n3) を挟んで、導波層 （屈折率 n ) を 形成し、 前記 く ぼみ上に於いてのみ前記第 2の透明層の膜厚を 薄く し、 かつ n3く η < ηβを潢たすこ とを特徵とする光学へ ッ ド装置。
1 3. 讃求の範囲第 1 0項または第 1 1項において、 前記レ ー ザ一光源と結合手段の間に. ·1 Ζ 4波長扳を設け、 前記レーザー 光源からのレーザー光を前記 1 / 4波長扳によ り 円偏光と し、 前記導波路内に導波させる？： とを特徵とする光学へッ ド装置。
1 4· 請求の範圃第 1 0 ¾または第 1 1項において、 前記レ ー ザ一光源と結合手段との間に前記レーザー光源からのレーザー 光を同心円状、 または放射状の偏先とする偏光手段を設け、 前 記結合手段によって第 1 の透明層内に導波させる こ とを特徴と する光学へ ッ ド装置。
1 5. 請求の範囲第 1 項において、 前記中心点 0にレ ーザー光 源を設け、 こ のレーザー光源が導波路内に沿っ て少な く と も 2 方向、 も し く は全方向にレーザー光を放出する こ とを特徴とす る光学へ ッ ド装置。
1 6. 請求の範囲第 1 項、 第 2項または第 3項において、 前記 周期構造と集光点との間に、 前記集光点の近傍にある反射面か ら の反射光をその偏光面が前記周期構造からの放射光と 9 0度 回転した放射状、 または同心円状の偏光と して前記周期構造上 に戻す偏光手段を有する こ とを特徵とする光学へ ッ ド装置。
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