DE3027318A1

DE3027318A1 - Optisches abtastsystem

Info

Publication number: DE3027318A1
Application number: DE19803027318
Authority: DE
Inventors: Kunio Aiki; Masahiro Ojima
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-08-03
Filing date: 1980-07-18
Publication date: 1981-01-22
Also published as: NL8004159A; US4480325A; DE3027318C2

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches Abtastsystem, das zur Verwendung in einer Informations-Wiedergabevorrichtung zur optischen Wiedergabe von Information geeignet ist, insbesondere auf ein optisches Abtastsystem, bei dem ein Halbleiter-Laser als Lichtquelle verwendet wird.

Bei einem Informations-Wiedergabegerät, das optisch Information von einer optischen Videoscheibe oder einer optischen impulscodemodulierten Audioscheibe reproduziert, wird ein optisches Abtastsystem unter Verwendung eines Halbleiter-Lasers als Lichtquelle verwendet. Bei den optischen Abtastsystemen hat es bislang zwei Arten gegeben.

Der erste Typ ist so aufgebaut, daß Licht, das von einem Informations-Speichermedium reflektiert wird, zum Halb-. leiter-Laser als Lichtquelle zurückgeführt wird, woraufhin eine Schwankung der Ausgangsleistung des Halbleiter-Lasers mit einem Photodetektor abgetastet wird. Dieses optische Abtastsystem ist das sogenannte rückgekoppelte optische Abtastsystem oder SCOOP.

Fig. 1 zeigt schematisch den konstruktiven Aufbau eines Informations-Wiedergabegerätes unter Verwendung eines solchen Abtastsystems. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet einen Halbleiter-Laser, und das Bezugszeichen 2 eine Platte oder Scheibe mit einem Informationsspeichermedium. Beispielsweise ist das Medium auf einem kreisförmigen Substrat angeordnet und zeichnet Information in Form von Vertiefungen oder Grübchen oder auf der Basis der Reflexionsmodulation auf. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet

einen Photodetektor, das Bezugszeichen kl eine Linse zum Parallelmachen des von dem Halbleiter-Laser kommenden . Lichtbündels , und das Bezugszeichen k2 bezeichnet eine Kondensorlinse, um den Laserstrahl auf einen Fleck zu bündeln, dessen Durchmesser ungefähr gleich der WeI-

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lenlänge des Lichtes auf der Oberfläche der Scheibe 2 ist. Dieses Gerät zeichnet sich dadurch aus, daß die Scheibe 2 einen Teil eines Oszillators für den Halbleiter-Laser bildet. D„h. die Laser-Schwingung wird durch einen optischen Resonator hervorgerufen, der aus drei Spiegeln aufgebaut ist, welche von zwei Seitenflächen eines Halbleiterchips und der Scheibe 2 gebildet werden.

Bei diesem Gerät ändert sich das Licht-Ausgangssignal der Laser-Schwingung in Abhängigkeit von der Lichtraenge, die durch Reflexion von der Scheibe 2 zurückgeführt wird, und somit werden die auf der Scheibe aufgezeichneten Informationssignale durch Abtastung der Schwankung ausgelesen. Eine Eigenschaft dieses Gerätes besteht darin, daß eine kleine Anzahl von Bauteilen genügt, so daß es möglich ist, eine geringe Größe, ein kleines Gewicht und niedrige Kosten zu erreichen; ferner wird die Einstellung des optischen Systems erleichtert. Andererseits besteht einer der Nachteile eines derartigen Systems darin, daß der Rauschpegel des Signals hoch ist.

Der zweite Typ des optischen Abtastsystems ist so aufgebaut, daß das von der optischen Scheibe reflektierte Licht direkt vom Photodetektor empfangen wird, ohne daß es zum Halbleiter-Laser zurückgeführt wird. Der Aufbau eines derartigen optischen Abtastsystems wird nachstehend im Zusammenhang mit der Vorrichtung nach Fig. 1 näher erläutert. Ein Viertelwellenplattchen und ein Polarisationsprisma werden zwischen dem Halbleiter-Laser 1 und der Scheibe 2 eingesetzt, um zu verhindern, daß das von der optischen Scheibe 2 reflektierte Licht zum Halbleiter-Laser 1 zurückgeführt wird. Das optische Abtastsystem soll in diesem Falle nachstehend als herkömmliches optisches Abtastsystem bezeichnet werden.

Es ist auch nicht der Fall beim herkömmlichen optischen

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Abtastsystem, daß das reflektierte Licht von der Scheibe überhaupt nicht zum Laser zurückgeführt wird. Bei den impulscodemodulierten Audioscheiben und den Videoscheiben werden Abdrucke unter Verwendung von Kunstharz in Massenproduktion hergestellt. Die Abdruck-Scheiben haben eine kleine Doppelbrechung aufgrund einer Beanspruchung, die während des Abdruckes auftritt. Dementsprechend wird in dem Falle, wo Information von der Abdruck-Scheibe mit dem herkömmlichen optischen Abtastsystem reproduziert wird, ein Teil des reflektierten Lichtstrahls von der Scheibe aufgrund der Doppelbrechung der Abdruckscheibe zum Halbleiter-Laser zurückgeführt. Außerdem wird das reflektierte Licht von der Scheibe zum Halbleiter-Laser aus solchen Gründen zurückgeführt, wie geringfügige Fehljustierung des optischen Systems mit dem Viertelwellenplättchen und dem Polarisationsprisma und Abweichungen bei der Herstellung der Bauteile. Somit wird also im Falle des herkömmlichen optischen Abtastsystems ein gewisser Anteil von einigen Prozent des reflektierten Lichtes von der Scheibe zum Halbleiter-Laser zurückgeführt und sorgt für einen Rauschpegel des Lasers·

Zusammenfassend tritt somit bei der Verwendung von Halbleiter-Lasern das Problem der Erzeugung von Rauschsignalen des Halbleiter-Lasers auf, die der Rückkopplung oder Rückführung des reflektierten Lichtes zuzuschreiben sind, und zwar sowohl beim herkömmlichen optischen Abtastsystem als auch bei dem rückgekoppelten optischen Abtastsystem. Der hohe Rauschpegel des Halbleiter-Lasers führt zu einer Verschlechterung der Tonqualität bei einem impulscodemodulierten Audio-Abspielgerät und einer Verschlechterung der Bildqualität bei einem Videoscheiben-Abspielgerät.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein optisches Abtast-

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system unter Verwendung eines Halbleiter-Lasers anzugeben, das frei von der Erzeugung von Rauschsignalen ist.

Zur Erreichung dieses Zieles ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß der Halbleiter-Laser mit Multimode-Longitudinalwellen schwingt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 eine Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus

eines optischen Abtastsystems, das einen

Halbleiter-Laser mit einer Rückkopplung

des reflektierten Lichtes verwendet;

Fig. 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Abhängigkeit der Ausgangsleistung eines Halbleiter-Lasers von der Abweichung einer Scheibe;

Fig. 3 «in Diagramm zur Erläuterung der zeitlichen Schwankung eines Treiberstromeβ für einen Halbleiter-Laser;

Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des optischen Abtastsystems;

Fig. 5(a) bis 5(d) Diagramme zur Erläuterung von Longitudinalwellen- Schwingungsspektren eines Halbleiter-Lasers;

Fig. 6 bis 8 Diagramme zur Erläuterung, wie sich der Videofrequenz-Rauschpegel durch Hochfrequenz

betrieb unterdrücken läßt; und in

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Fig. 9 ein Diagramm zur Erläuterung des Aufbaus eines Meßsystems für das Rauschen eines Halbleiter-Lasers.

Nachstehend soll das Rauschen näher erläutert werden, das sich in einem optischen Abtastsystem unter Verwendung eines Halbleiter-Lasers als Lichtquelle entwickelt. In dem Falle, wo bei der Anordnung gemäß Fig. 1 die Scheibe 2 nicht vorhanden ist und dementsprechend kein reflektiertes Licht zum Halbleiter-Laser 1 zurückgeführt wird, schwingt der mit Transversalwellen gesteuerte Halbleiter-Laser mit einer einzigen Longitudinalwelle, wenn er mit Gleichstrom betrieben wird. Der Grund besteht darin, daß der Halbleiter-Laser ein im wesentlichen homogenes Verstärkungsspektrum hat, so daß sich die Laserlichtenergie auf eine bestimmte Longitudinalwelle kon- ■ zentriert, bei der der Gewinn den Verlust übertrifft, wobei die stabile Schwingung auf dem Gleichspannungsbetrieb basiert.

In dem Falle jedoch, wo die Scheibe 2 vorhanden ist und das reflektierte Licht zum Halbleiter-Laser zurückgeführt wird, führt der Antrieb des Halbleiter-Lasers durch den Gleichstrom zu einem Sprung einer Longitudinalschwingungswelle zu einer benachbarten Longitudinalwelle oder gleichzeitigen Schwingungen von mehreren Longitudinalwellen bei kleinen Bewegungen der Scheibe. Der Grund, warum der Rauschpegel des Halbleiter-Lasers bei einer Rückführung des reflektierten Lichtes hoch ist, ist eine derartige Änderung der Longitudinalschwingungswelle.

Die Änderung der Longitudinalschwingungswelle wird in der Weise verursacht, daß die Resonanzwelle eines externen optischen Resonators, der durch die Seitenfläche des Halbleiter-Lasers auf der Seite der Scheibe und die

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Scheibenoberfläche gebildet wird, mit der Resonanzwelle (Longitudinalwelle) eines optischen Resonators in Konkurrenz tritt, der von den beiden Seitenflächen des Halbleiterchips gebildet wird, und daß das Wellenspektrum des externen Resonators sich mit der Bewegung der Scheibe ändert.

Die Schwingung bei einer einzigen Longitudinalwelle und die Schwingung bei mehreren Longitudinalwellen findet abwechselnd jedesmal statt, wenn sich die Scheibe um eine halbe Wellenlänge der Laserschwingung bewegt (X/2 SN^O, 4 um)* Aus diesem Grunde wird die Resonanzbedingung des externen Resonators, der von der Scheibe und der Seitenfläche des Halbleiter-Lasers gebildet wird, für dieselbe Wellenlänge β11β"\/2 identisch.

Das Laserrauschen, das bei der Rückkopplung oder Rückführung des reflektierten Lichtes auftritt, läßt sich in zwei Gruppen einteilen_o Das erste Rauschen beruht auf der Tatsache, daß die Schwingung bei einer einzigen Longitudinalwelle und die Schwingung bei mehreren Longitudinalwellen abwechselnd in Abhängigkeit von der Bewegung der Scheibe alle\/2 auftritt. Die Ausgangsleistung während der Schwingung mit einer einzigen Lon- gitudinalwelle ist hoch, während die Ausgangsleistung während der Schwingung mit mehreren Longitudinalwellen niedrig ist₀ Dementsprechend ändert sich die Laser-Ausgangsleistung jedesmal, wenn sich die Scheibe um 7y/2 bewegt. Der Grund, aus dem sich die Ausgangsleistung in Abhängigkeit davon ändert, ob die Longitudinalschwingungswelle einfach oder mehrfach ist, besteht darin, daß der effektive Reflexionskoeffizient in dem Falle, wo der externe Resonator als ein Spiegel anzusehen ist, während der Schwingung mit einer einzigen Longitudinal welle groß und während einer Schwingung mit mehreren Longitudinalwellen klein ist. Die Schwingung mit einer einzigen Longitudinalwelle findet in der Weise statt,

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daß die Betriebsart, bei der der effektive Reflexionskoeffizient des externen Resonators maximal wird, gewählt wird. Bei der Schwingung mit mehreren Longitudinalwellen ist es unmöglich, die effektiven Reflexionskoeffizienten des externen Resonators für sämtliche der unterschiedlichen Schwingungswellen maximal zu machen. Im Durchschnitt werden sie daher kleiner als der effektive Reflexionskoeffizient während der Schwingung mit einer einzigen Longitudinalwelle. Da die Reflexions koeffizienten der den Laser-Resonator bildenden Spiegel höher sind, wird der Verlust geringer, und der Schwellwertstrom für die Schwingung wird niedriger, so daß die Ausgangsleistung unter einem festen Strom größer wird. Dementsprechend ist die Ausgangsleistung größer während der Schwingung mit einer einzigen Longitudinalwelle.

Der Frequenzbereich von Schwankungen bei der Ausgangsleistung in Abhängigkeit davon, ob die Longitudinalschwingungswelle einfach oder mehrfach ist, ist bestimmt durch die Rate, mit der sich der Abstand zwischen der Scheibe und dem Halbleiter-Laser um"\/2 ändert, und sie hängt außerdem von der Vertikalbewegung und der Rotationsfrequenz der Scheibe sowie der Ausbildung einer selbstfokussierenden Steuerung ab. Es handelt sich dabei um einen niedrigen Frequenzbereich in der

Größenordnung von einigen kHz bis zu einigen 10 kHz.

Das zweite Rauschen ist ein kontinuierliches Rauschspektrum, das sich über einen Bereich von 0 bis 2 GHz erstreckt und während der Schwingung mit Mehrfachlongi tudinalwellen auftritt· Bei der Wiedergabe von Video scheiben verschlechtert es den Rauschabstand des Videosignals. Hier sol L dieso zweite Art von Rauschen als "Videofrequenz-Rauschen" bezeichnet werden. Dieses Rauschen bildet sich nicht während der Schwingung mit einer einfachen Longitudinalwelle aus, auch wenn eine Rückkopplung des reflektierten Lichtes vorliegt. Nur wenn der Laser mit mehreren Longitudinalwellen schwingt,

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und zwar aufgrund der Rückführung oder Rückkopplung des reflektierten Lichtes, tritt das Videofrequenz-Rauschen auf. In Wirklichkeit treten die Oszillation mit einer einfachen Longitudinalwelle und die Oszillation mit mehrfachen Longitudinalwellen abwechselnd immer dann auf, wenn sich die Scheibe um \ /2 bewegt, und somit tritt das Videofrequenz-Rauschen unvermeidlicherweise auf.

Die Ausbildung des Rauschens soll nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert werden.

In dem Falle, wo der Abstand zwischen der Scheibe und dem Halbleiter-Laser sich mit der Zeit ändert, verschlechtern die Schwankungen bei der Ausgangsleistung des HaIb- leiter-Lasers in Abhängigkeit von einer Änderung der Schwingungslongitudinalwellen den Rauschabstand beim Auslesesignal der Information, einem Servo-Steuersignal für einen Lichtfleck usw. Im Falle der Informationswiedergabe von der Scheibe führt beispielsweise die Verti- kalbewegung der Scheibe in Abhängigkeit von ihrer Rotation zu einer Änderung des Abstandes zwischen der Scheibe und dem Halbleiter-Laser und führt zu Schwankungen bei der Ausgangsleistung des Halbleiter-Lasers. Fig. 2 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung dieser Situation.

In Fig. 2 gibt die Ordinatenachse die Ausgangsleistung

in mW des Halbleiter-Lasers, während die Abszissenachse die Scheibenabweichung in um aufgrund der Vertikalbewegung der Scheibe angibt. Die ausgezogene Linie gibt die Änderung der Ausgangsleistung in dem Falle an, wo der Laser mit Gleichstrom betrieben wird. Der Betrieb mit Gleichstrom erfolgt gemäß der ausgezogenen Linie in Fig. 3· In Fig. 3 bezeichnet dabei die Ordinatenachse die Stromstärke in mA, während die Abszxssenachse die

Zeit in ns angibt.

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Wenn bei der Anordnung nach Fig. 2 die Scheibe um +_ 10 um von der Fokussieretellung des Lichtfleckes abweicht, so nimmt die Leistung des Halbleiter-Lasers ab. Dies beruht auf dem Umstand, daß bei dem von der Scheibe reflektierten Licht die Lichtmenge, die zu einem lichtemittierenden Bereich auf einer Laserfläche zurückgeführt wird, abnimmt. Aufgrund der kleinen Abweichungen der Scheibe von weniger als 1 um tritt eine kleine Schwankung bei der Ausgangsleistung θ11βΛ/2 neben der großen, oben angegebenen Schwankung auf. Dies ist die erste Art des Niederfrequenzrauschens. Diese Schwankung der Ausgangsleistung beläuft sich auf 1/10 - 1/20 der Gleichstromkomponente der Ausgangsleistung. Wenn die Ausgangsleistung niedrig ist, schwingt der Laser bei mehreren Longitudinalwellen, und das Videofrequenz-Rauschen steigt zu diesem Zeitpunkt an. Man kann dafür sorgen, daß die Fokussierstellung des Lichtfleckes der Scheibenabweichung folgt, indem man eine automatisch fokussierende Steuerung für den Lichtfleck verwendet. Auch mit einer derartigen automatischen Steuerung ist es jedoch schwierig, die Scheibe und die Fokussierstellung des Lichtfleckes mit einer Genauigkeit von 1 um konstant zu halten, und es ist auch mit einer derartigen automatischen Fokussiersteuerung schwierig, die Schwankung der Ausgangsleistung aufgrund einer Änderung der Longitudinalschwingungswellen auszuräumen.

Gemäß der Erfindung wird die Schwankung der Ausgangsleistung aufgrund der Änderung der Longitudinalschwin- gungswellen dadurch unterdrückt, daß man mit einem ganz speziellen Antriebsverfahren für den Halbleiter-Laser arbeitet. Fig. 4 zeigt die Konstruktion einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Die Bezugszeichen 1, 2, 3, 4l und 42 in Fig. 4 bezeichnen die gleichen Teile wie bei der Anordnung gemäß Fig. 1. Der Halbleiter-Laser wird mit Strömen betrieben, die von zwei Strom-

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quellen geliefert werden, nämlich einer Gleichstromquelle 5 und einer Hochfrequenz-Stromquelle 6. Die Symbole R, L und C in Fig. k bezeichnen einen Widerstand, eine Spule bzw. einen Kondensator. Die Bauelemente L und C sind eingesetzt, um den Halbleiter-Laser unabhängig voneinander mit zwei Stromquellen betreiben zu können. Durch das Treiben des Halbleiter-Lasers mit einer Hochfrequenz-Stromquelle können die Schwankungen der Ausgangsleistung des Halbleiter-Lasers aufgrund der Rückkopplung oder Rückführung des reflektierten Lichtes unterdrückt werden. Das Antreiben des Halbleiter-Lasers mit Gleichstrom und Hochfrequenzstrom wird in der in Fig. 3 dargestellten Weise durchgeführt, daß der strichliert gezeichnete Hochfrequenzstrom dem mit der ausgezogenen Linie angegebenen Gleichstrom überlagert wird.

Die Arbeitsweise und die Wirkung bei der Verwendung eines derartigen erfindungsgemäßen Antriebs wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläuterto

Die Fig. 5(a) bis 5(d) zeigen die Longitudinalwellen-Schwingungsspektren des Halbleiter-Lasers, wobei die Ordinatenachsen die Lichtausgangsleistung und die Abszissenachsen die Wellenlängen angeben. In dem Falle, wo der Laser mit der Gleichstromversorgung in eine stationäre Schwingung gebracht ist und wo das reflektierte Licht nicht zurückgeführt wird, schwingt der Laser mit einer einzigen Longitudinalwelle, wie es in Fig. 5(a) dargestellt ist. Bei Vorliegen der Rückführung oder Rückkopplung des reflektierten Lichtes schwingt der Laser bei Betrachtung des Spektrums über eine durchschnittliche Zeit während der Bewegung der Scheibe mit mehreren Longitudinalwellen, wie es in Fig. 5(b) dargestellt ist.

Wenn der Halbleiter-Laser mit einem Strom betrieben wird,

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wobei eine Gleichstromkomponente und eine Hochfrequenzstromkomponente überlagert sind, wie es mit der gestrichelten Linie in Fig. 3 angedeutet ist, so ist das Schwingungsspektrum eine Schwingung mit mehreren Longitudinalwellen, wie es in Fig. 5(c) dargestellt ist. Wichtig ist hierbei, daß die Amplitude des Hochfrequenzstromes groß genug gemacht werden muß, um die Laserschwingung mit der Hochfrequenz einzuschalten bzw. auszuschalten. D.h., der Minimalwert des überlagerten Stromes, bestehend aus der Gleichstromkomponente und der Hochfrequenzstromkomponente, wird kleiner gemacht als der Schwellwertstrom für die Schwingung. Beim Anstieg der Laserschwingung schwingen einige Longitudinalwellen auch bei einem Halbleiter-Laser, der eine homogene Spektralverbreiterung hat. Wenn dementsprechend die Laserschwingung bei der hohen Frequenz ein- und ausgeschaltet wird, wird der Schwingungszustand, mit mehreren Longitudinalwellen gehalten.

Wenn der Laser mit mehreren Longitudinalwellen schwingt, indem man den Hochfrequenzstrom fliessen läßt, ändert sich die Ausgangsleistung des Halbleiter-Lasers weich gegenüber den Scheibenschwankungen, wie es strichliert in Fig. 2 angedeutet ist, und die Schwankungen der Ausgangsleistung alle /V/2 werden unterdrückt. Das bedeutet, die erste Art des Niederfrequenzrauschens, das durch das abwechselnde Auftreten der einfachen Longitudinalwellen und der mehrfachen Longitudinalwellen verursacht wird, wird vollständig unterdrückt. Dies deswegen, weil der Schwingungszustand mit mehreren Longitudinalwellen durch den Hochfrequenzantrieb stets aufrechterhalten wird und die Schwingung mit einer einfachen Longitudinalwelle nicht stattfindet.

Außerdem wird die zweite Art des Videofrequenz-Rauschens in erheblichem Ausmaß mit dem Hochfrequenzstromantrieb unterdrückt. Fig. 5(d) zeigt ein Schwingungsspektrum in dem Falle, wo der Hochfrequenzantrieb bei Vorliegen der

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Rückkopplung oder Rückführung des reflektierten Lichtes durchgeführt wird. Es liegt kein Videofrequenz-Rauschen bei den Fig. 5(a) und 5(c) vor, das Videofrequenz-Rauschen ist in Fig. 5(b) groß, und das Videofrequenz-Rauschen ist in Fig. 5(d) kleiner als in Fig. 5(b).

Fig. 6 zeigt eine Kennlinie zur Erläuterung, daß der Videofrequenz-Rauschpegel durch den Hochfrequenzantrieb unterdrückt wird. Die Ordinatenachse bezeichnet den Videofrequenz-Rauschpegel, während die Abszissenachse das Rückkopplungsverhältnis des reflektierten Lichts logarithmisch angibt* Bei dem Laser, der zur Erzielung der Kennlinie verwendet würde, handelt es sich um einen Halbleiter-Laser vom CSP-Typ, der einen Schwingungs-Schwellwertstrom von 60 mA besitzt. In der Zeichnung ist ein Fall, wo die Erfindung Anwendung findet, mit einer ausgezogenen Linie angegeben, während ein weiterer Fall, wo die Erfindung Anwendung findet, mit einer strichlierten Linie angegeben ist, und zwar ein Fall, wo der Antriebsstrom moduliert ist, indem man einen Hochfrequenzanteil von 50 mA (Spitze-Spitze) bei 120 MHz einer Gleichstromkomponente von 75 mA überlagert. Wenn das Rückkopplungsverhältnis des reflektierten Lichtes 100 % beträgt, d.h. wenn das optische Abtastsystem eines vom ersten Typ oder vom SCOOP-Typ ist, wird das Videofrequenz-Rauschen um ungefähr 10 dB unterdrückt. Auch im Falle von herkömmlichen optischen Abtastköpfen beträgt das Rückkopplungsverhältnis des reflektierten Lichtes unvermeidlicherweise bis zu einigen %. Aus Fig. 6 läßt sich entnehmen, daß auch in diesem Falle das Videofrequenz-Rauschen durch den Hochfrequenzantrieb unterdrückt werden kann.

Fig. 7 zeigt den Unterdrückungseffekt gegenüber dem Videofrequenz-Rauschen gegenüber der beim Hochfrequenzbetrieb verwendeten Frequenz. Die charakteristischen Kurven oder Kennlinien wurden in einem Falle erhalten,

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wo ein Halbleiter-Laser vom CSP-Typ mit einem Gleichstrom von 75 niA und einer Modulations-Stromamplitude von 50 «nA (Spitze-Spitze) betrieben wurde. Aus Fig. 7 läßt sich entnehmen, daß die Wirkung der Rauschunterdrückung bei Frequenzen von 50 MHz und darüber beträchtlich ist. Dies liegt daran, daß die Schwingung mit mehreren Longitudinalwellen bei oder oberhalb von 50 MHz auftritt. In Fig. 7 entspricht die ausgezogene Linie einem Fall, wo 100 % des reflektierten Lichtes zurückgeführt wird, während die strichlierte Linie einem Fall entspricht, wo 0,5 % des reflektierten Lichtes zurückgeführt wird.

Es ist selbstverständlich, daß die Frequenz des Hochfrequenz-Antriebsstromes eine Frequenz haben muß, die in ausreichendem Maße höher ist als die Frequenz der Information, die von der Scheibe wiedergegeben werden soll. Es empfiehlt sich, die Antriebsfrequenz mindestens fünfmal, vorzugsweise zehnmal höher als die Frequenz der Wiedergabeinformation zu wählen, und zwar unter Berücksichtigung der Frequenzeigenschaften eines Photodetektors. Die Frequenz der Wiedergabeinformation beträgt 1 bis 10 MHz in den Fällen einer Videoscheibe und einer pulscodemodulierten oder PCM-Audioscheibe. Andererseits muß der Halbleiter-Laser mit einem Hochfrequenzstrom bei 50 MHz oder darüber betrieben werden, damit er mit mehrfachen Longitudinalwellen schwingt. Vom Gesichtspunkt der praktischen Verwendung eines Oszillators sowie einer Detektorschaltung zum Abtasten von Licht werden oft hohe Frequenzen bis zu einigen Hundert MHz verwendet. Wenn somit der Halbleiter-Laser mit einem Hochfrequenzstrom bei 50 MHz oder darüber betrieben wird, können Schwankungen der Ausgangsleistung aufgrund der Schwingung bei mehrfachen Longitudinalwellen unterdrückt werden, und außerdem wird kein nachteiliger Einfluß auf das Wiedergabesignal ausgeübt, da die Antriebsfrequenz in ausreichendem Maße höher ist als die Frequenz

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des Wiedergabesignals. Genauer gesagt erstrecken sich die Frequenzkennlinien des Photodetektors und des Abtastschaltungssystems bis hinauf zu einem Wiedergabesignalband, und man kann verhindern, daß sie den Hochfrequenzbereich des Halbleiter-Laserantriebs erfassen.

Fig. 8 zeigt die Abhängigkeit der Wirkung der Rauschunterdrückung von der Amplitude des Hochfrequenzstromes ο Die Kennlinien in Fig. 8 wurden in der Weise erhalten, daß man einen Halbleiter-Laser vom CSP-Typ bei einem Schwellwertstrom von 6θ mA, mit einem Gleichstrom von 75 BiA und einer Modulations-Stromfrequenz von 120 MHz betrieb. Der Rauschunterdrückirngsef f ekt tritt zum ersten Mal auf, wenn die Laserschwingung ein- und ausschaltet, um die mehrfache Longitudinalwelle auszubilden. Wie sich aus Fig. 8 entnehmen läßt, ist der Rauschunterdrückungseffekt beträchtlich bei Werten von oder über:

(75 mA - 60 mA) χ 2 = 30 mA (Spitze-Spitze), 20

was die obigen Ausführungen unterstützt.

In Fig. 8 entspricht die ausgezogene Linie einem Rückkopplungsverhältnis von 100 96, während die strichlierte Linie einem Fall mit einem Rückkopplungsverhältnis von 2,7 % entspricht.

Fig. 9 zeigt eine schematische Anordnung eines Meßsystems, das verwendet wird, um die Ausbildung des Rauschens bei einem Halbleiter-Laser aufgrund der Rückkopplung des reflektierten Lichtes zu untersuchen. Das vom Halbleiter-Laser 1 austretende Licht wird in einer Kollimatorlinse 90 parallel gemacht und das Lichtbündel auf eine Scheibe 2 mit einer Kondensorlinse 91 fokussiert. Der Abstand zwischen dem Halbleiter-Laser 1 und der Scheibe 2 beträgt ungefähr 3 cm. Die Scheibe 2 kann in Richtung der Brenn-

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weite des Lichtfleckes mit einer Schwingspule 92 in Schwingung versetzt werden, wie es in Fig. 9 mit dem Doppelpfeil angedeutet ist. Als Laserleistung wird ein Laserstrahl, der auf die gegenüberliegende Seite der Scheibe 2 emittiert wird, mit einem Photodetektor 3 abgetastet. Ein Ausgangssignal vom Photodetektor 3 wird auf einer Kathodenstrahlröhre 93 zur Anzeige gebracht und einer Frequenzanalyse mit einem Spektrumanalysator 95 unterworfen, nachdem es mit einem Videoverstärker 9^ verstärkt worden ist. Als Laser-Antriebsstrom wird ein Strom verwendet, der durch Überlagerung einer Gleichstromkomponente von einer Gleichstromquelle 5 und einer Wechselstromkomponente von einem Hochfrequenzoszillator 6 erhalten worden ist.

Zusammenfassend wird somit ein optisches Abtastsystem angegeben, bei dem ein Halbleiter-Laser zum Projizieren eines Laserstrahles auf eine optische Scheibe mit einem Gleichstrom und einem überlagerten Hochfrequenzstrom betrieben wird, wobei der Laser bei mehrfachen Longitudinalwellen schwingt.

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Claims

PATENTANWÄLTE d U £. f ό [Q SCHIFF v. FÜNER STREHL SCH ÜBEL-Η O PF EBBINGHAUS FINCK MARIAHILFPLATZ 2 & 3, MÜNCHEN ΘΟ POSTADRESSE: POSTFACH 95 O1 6O, D-8OOO MÜNCHEN Θ5 HITACHI, LTD. 18. Juli 19 80 DEA-25 242 Optisches Abtastsystem Patentansprüche

1. Optisches Abtastsystem, gekennzeichnet durch mindestens einen Halbleiter-Laser, der einen Laserstrahl auf eine optische Scheibe projiziert, durch eine Einrichtung, die den Halbleiter-Laser mindestens mit einer mehrfachen Longitudinalwelle schwingen läßt, und durch eine photoelektrische Umwandlungseinrichtung, die ein Ausgangssignal vom Laser ableitet und dessen Schwankung abtastet.

2. Optisches Abtastsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung, die den Halbleiter-Laser mit mindestens einer mehrfachen Longitudinalwelle schwingen läßt, eine Einrichtung ist, welche

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zum Antrieb des Halbleiter-Lasers einen Gleichstrom und einen überlagerten Hochfrequenzstrom zuführt.

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