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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein
magnetooptisches Informationswiedergabegerät, das den
magnetooptischen Effekt zum Reproduzieren von magnetisch auf
einem Aufzeichnungsträger aufgezeichneten Informationen
benutzt.
Verwandter Stand der Technik
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In den letzten Jahren wurden optische Speicher für das
Aufzeichnen und Reproduzieren mit einem Laserstrahl
intensiv untersucht und für den praktischen Einsatz als
Speicher zur Aufzeichnung in hoher Dichte entwickelt. Von
diesen wurden für das Löschen und Neubeschriften
geeignete magneto-optische Platten als vielversprechend
angesehen, zusammen mit ausschließlich der Wiedergabe
dienenden optischen Platten, typischerweise
Kompaktplatten, und optischen Platten für das unmittelbare Lesen
nach dem Schreiben (DRAW). Magneto-optische Platten sind
derart beschaffen, daß Informationen auf magnetische
Weise durch Nutzung des durch Aufbringen eines
Laserstrahlenpunktes verursachten örtlichen
Temperaturanstiegs eines magnetischen Dünnfilmes aufgezeichnet
werden, und die Informationen durch den magneto-optischen
Effekt (insbesondere den Kerr-Effekt) reproduziert
werden. Der Kerr-Effekt ist die Erscheinung, daß bei der
Reflexion von Licht durch einen magnetischen
Aufzeichnungsträger die Polarisationsebene gedreht wird.
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Der grundlegende Aufbau eines dem Stand der Technik
entsprechenden magneto-optischen Plattengerätes ist in
Fig. 1 der beiliegenden Zeichnungen gezeigt. In Fig. 1
bezeichnen: 1 einen Halbleiterlaser, 2 eine Kollimator
linse, 11 und 20 halbdurchlässige Spiegel, 4 ein
Objektiv, 6 einen magneto-optischen Aufzeichnungsträger,
7&sub1; und 7&sub2; Analysatoren, 8 einen Kondensor und 9&sub1; und 9&sub2;
Photodetektoren. Die Richtung der P-Polarisation ist
parallel zur Zeichnungsebene und die Richtung der
S-Polarisation ist senkrecht zur Zeichnungsebene.
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Nun soll ein Fall beschrieben werden, bei dem in einem
solchen Gerät magneto-optische Informationen reproduziert
werden. Vom Halbleiterlaser 1 als in Richtung der
P-Polarisation geradlinig polarisiertes Licht
ausgesendete Lichtstrahlen werden von der Kollimatorlinse 2
parallel gerichtet und durch den halbdurchlässigen
Spiegel 11 hindurchgeleitet. Falls der
Amplitudendurchlaßgrad für die P-polarisierte Komponente tp ist und der
Amplitudendurchlaßgrad für die S-polarisierte Komponente
ts ist, gilt tp ² = ts ² = 0.5 für den
halbdurchlässigen Spiegel 11. Das Lichtstrahlenbündel wird durch
das Objektiv 4 als winzigen Punkt auf den
magnetooptischen Aufzeichnungsträger 6 abgebildet. Wenn ein
magnetischer Abschnitt (Grübchen) auf dem Träger 6
vorgeformt ist, wird gemäß Fig. 2 der beiliegenden
Zeichnungen das vom Träger 6 reflektierte Licht durch den
Kerr-Effekt einer Drehung der Polarisationsebene um ± Rk
unterworfen, je nachdem, ob die Magnetisierungsrichtung
der mit dem Lichtpunkt bestrahlten Fläche nach oben oder
nach unten zeigt. Wenn hierbei R die P-polarisierte
Komponente des Amplitudenreflexionsvermögens des
Aufzeichnungsträgers 6 ist und K die S-polarisierte
Komponente, läßt sich folgende Gleichung aufstellen:
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Das magneto-optisch modulierte reflektierte Licht wird
durch das Objektiv 4 wieder parallel gerichtet und vom
halbdurchlässigen Spiegel 11 reflektiert, worauf es durch
den Kondensor 8 zu einem konvergenten Lichtstrahlenbündel
gemacht und vom halbdurchlässigen Spiegel 20 geteilt
wird, und die Lichtstrahlen passieren nach der Teilung
jeweils die Analysatoren 7&sub1; und 7&sub2; und werden durch die
Photodetektoren 9&sub1; und 9&sub2; als hinsichtlich der Intensität
modulierte Lichtstrahlenbündel erfaßt. Das heißt, gemäß
Fig. 2 ist der Winkel zwischen der optischen Achse des
Analysators und der P-Polarisationsrichtung ± RA, je
nachdem, ob es sich um den Analysator auf der Durchlaßseite
oder der Reflexionsseite handelt, und die Lichtstrahlen
werden als reguläre Projektion der Amplitude derselben
auf die optische Achse des Analysators untersucht.
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In Anbetracht der Tatsache, daß der Kerr-Drehungswinkel
von der Größenordnung 10 ist und daß das Ausmaß der
magneto-optisch modulierten Komponente äußerst gering
ist, ist es nötig, den Azimuthwinkel RA der optischen
Achse des Analysators so in eine optimale Lage
einzustellen, daß das C/N-Verhältnis (das Verhältnis
zwischen der Trägerwelle und dem Rauschen) des erfaßten
Signals maximal wird. Beispielsweise ist in dem am
4. Februar 1986 erteilten US-Patent 4 569 035 ein
Beispiel für ein Gerät dargestellt, in dem als Photodetektor
eine Lawinen-Photodiode (APD) oder dergleichen mit
Vervielfachungsfunktion verwendet wird, wobei der Azimuth
der Durchlaßachse (der optischen Achse) des Analysators
optimiert ist. Andererseits wurde in einem Gerät, in dem
eine PIN-Photodiode oder dergleichen ohne
Vervielfachungsfunktion
als Photodetektor verwendet wird, der
Azimuthwinkel RA der optischen Achse des Analysators auf
45º eingestellt, so daß das Signallicht maximal wird. Ist
der Kerr-Drehungswinkel +Rk, dann ist, wenn die auf den
Aufzeichnungsträger auftreffende Lichtmenge I&sub0; ist, die
durch den Analysator hindurchgehende und auf den
Photodetektor treffende Lichtmenge für die Durchlaßseite
einerseits und für die Reflexionsseite andererseits
gegeben durch:
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Durchlaßseite: It = 1/4 I&sub0; ( R cos 45º) + K sin 45º)²
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Reflexionsseite: Ir = 1/4 I&sub0; ( R cos 45º) - K sin 45º)²
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Da Rk 1º, ergibt sich R ² » K ² und daher kann
Gleichung (2) folgendermaßen ausgedrückt werden:
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It = 1/8 I&sub0; ( R ² + 2 R K )
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Ir = 1/8 I&sub0; ( R ² + 2 R K )
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In Gleichung (3) ist der zweite Term in der Klammer die
magneto-optisch modulierte Komponente und der erste Term
in der Klammer ist die unmodulierte Komponente. Das Licht
wird jeweils durch die Photodetektoren 9&sub1; und 9&sub2;
photoelektrisch umgewandelt und dann durch eine nicht
gezeigte Differenzschaltung unter Differenzbildung erfaßt,
wodurch ein magneto-optisches Signal erhalten wird. Wenn
jedoch das dem Erfassungssignal überlagerte Rauschen in
Betracht gezogen wird, ist mit RA = 45º nicht immer ein
maximales C/N zu erzielen.
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Andererseits wird in dem am 24. Dezember 1985 erteilten
US-Patent 4 561 032 ein magneto-optisches Wiedergabegerät
vorgeschlagen, das an Stelle des in Fig. 1 gezeigten
halbdurchlässigen Spiegels 11 einen polarisierenden
Strahlenteiler verwendet, um das C/N-Verhältnis des
vorangehend genannten Wiedergabesignals zu verbessern.
Ferner wird in dem am 10. Dezember 1985 erteilten
US-Patent 4 558 440 ein Beispiel offenbart, bei dem die
Polarisiercharakteristik dieses polarisierenden
Strahlenteilers so eingestellt ist, daß C/N maximal ist. Jedoch
ist auch bei diesen Beispielen der Azimuthwinkel der
optischen Achse des Analysators auf 45º festgelegt und
eine Optimierung dieses Azimuthwinkels sowie ein
bestimmtes Verfahren hierfür sind mit keinem Wort
erwähnt.
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Das in Fig. 1 der vorliegenden Anmeldung gezeigte Gerät
ist, zum Beispiel, in dem US-Patent 4 451 863 offenbart.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist Aufgabe der Erfindung den vorangehend
beschriebenen Stand der Technik weiter zu verbessern und
ein magneto-optisches Informationswiedergabegerät zu
schaffen, das von einfachem Aufbau und geeignet ist,
unter Verwendung eines preisgünstigen Photodetektors, wie
einer PIN-Photodiode ohne Verstärkungsfunktion,
hinsichtlich des C/N-Verhältnisses gute Signale zu reproduzieren.
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Diese Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch Gestalten
eines magneto-optischen Informationswiedergabegeräts mit
einer Vorrichtung, die in einer vorbestimmten Richtung
polarisierte Lichtstrahlen auf einen Aufzeichnungsträger
richtet, auf dem Informationen magnetisch aufgezeichnet
sind, einer Vorrichtung zum Teilen des von dem
Aufzeichnungsträger reflektierten oder durchgelassenen
Lichtstrahlenbündels, das durch den magneto-optischen
Effekt in Übereinstimmung mit den Informationen in einen
Polarisationszustand moduliert ist, einem Paar
Analysatorvorrichtungen, deren optische Achsen gegenüber
der vorbestimmten Richtung in entgegengesetzte Richtungen
geneigt sind, zum Analysieren der aus der Teilung
hervorgegangenen Lichtstrahlenbündel, einem Paar
Photodetektoren ohne Verstärkungsfunktion zur
photoelektrischen Erfassung der von den
Analysatorvorrichtungen durchgelassenen Lichtstrahlen und einer
Signalverarbeitungseinrichtung zur Verstärkung der
Detektorsignale des Paares von Photodetektoren, zur
Subtraktion der Signale voneinander und zur Wiedergabe
der Informationen, wobei das Wiedergabegerät dadurch
charakterisiert ist, daß der von den optischen Achsen der
Analysatorvorrichtungen und der vorbestimmten Richtung
gebildete Winkel RA folgende Bedingungen erfüllt:
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wobei I&sub0; die Lichtmenge des auf den Aufzeichnungsträger
auftreffenden Lichtstrahlenbündels, R das
Amplitudenreflexionsvermögen des Aufzeichnungsträgers, ε der
Wirkungsgrad der Lichtausnutzung durch das optische System
vom Aufzeichnungsträger bis zu den Photodetektoren mit
Ausnahme der Analysatorvorrichtungen, κ der Wirkungsgrad
der photoelektrischen Umwandlung der Photodetektoren, e
die Ladungsmenge, S das Schrotrauschen der
Photodetektoren, T das thermische Rauschen der
Verstärkereinrichtung bei einer magneto-optischen
Signalaufnahmefrequenz, ΔB die Bandbreite der magneto-optischen
Signalaufnahmefrequenz, tA der Amplitudendurchlaßgrad der
Analysatorvorrichtungen und ηA das Extinktionsverhältnis
der Analysatorvorrichtungen sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 zeigt schematisch ein Beispiel für ein
magnetooptisches Informationswiedergabegerät nach dem Stand der
Technik.
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Fig. 2 veranschaulicht das Prinzip der üblichen
magnetooptischen Signalerfassung.
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Fig. 3 zeigt schematisch ein einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung entsprechendes optisches System.
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Fig. 4 zeigt schematisch ein zu dem in Fig. 3 gezeigten
Ausführungsbeispiel gehörendes Signalverarbeitungssystem.
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Fig. 5 und 6 zeigen schematisch weitere
Ausführungsbeispiele der Erfindung.
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Fig. 7 zeigt den Polarisationszustand des von einem
magneto-optischen Aufzeichnungsträger reflektierten
Lichts.
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Fig. 8 und 9 sind graphische Darstellungen, die den
Zusammenhang zwischen der Polarisiercharakteristik eines
polarisierenden Strahlenteilers der Erfindung und C/N
zeigen.
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Fig. 10A und 10B zeigen schematisch noch ein weiteres
Ausführungsbeispiel der Erfindung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Im folgenden soll die Erfindung unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen ausführlich beschrieben werden.
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Die Fig. 3 und 4 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen magneto-optischen
Informationswiedergabegerätes und etwas spezieller zeigt Fig. 3 den
Aufbau eines optischen Systems und zeigt Fig. 4
schematisch den Aufbau einer
Signalverarbeitungsschaltung. In Fig. 3 bezeichnen: 21 einen
Halbleiterlaser, 22 eine Kollimatorlinse, 12 einen polarisierenden
Strahlenteiler, 24 eine Objektivlinse, 26 einen
magnetooptischen Aufzeichnungsträger, 27&sub1; und 27&sub2; Analysatoren,
28 einen Kondensor, 29&sub1; und 29&sub2; Photodetektoren, wie zum
Beispiel PIN-Photodioden ohne Verstärkungsfunktion, und
30 einen halbdurchlässigen Spiegel. Die
P-Polarisationsrichtung ist parallel zur Zeichnungsebene und die
S-Polarisationsrichtung ist senkrecht zur
Zeichnungsebene. Die Bezugsnummern 13 und 14 bezeichnen durch die
Analysatoren 27&sub1; und 27&sub2; durchgelassene
Lichtstrahlenbündel. Die erfaßten Lichtstrahlenbündel 13 und 14
werden durch die Photodetektoren 29&sub1; und 29&sub2;
photoelektrisch umgesetzt und gemäß Fig. 4 durch
Verstärker 15&sub1; und 15&sub2; mit Lastwiderständen 16&sub1; und 16&sub2;
hinsichtlich der Spannung verstärkt, worauf sie durch einen
Differenzverstärker 18 voneinander subtrahiert werden und
das Ergebnis als Wiedergabesignal aus einem Anschluß 14
ausgegeben wird.
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In dem vorstehend beschriebenen Gerät sendet der
Halbleiterlaser 21 P-polarisierte Lichtstrahlen aus. Diese
ausgesendeten Lichtstrahlen werden durch die
Kollimatorlinse 22 parallel gerichtet, durch den polarisierenden
Strahlenteiler durchgelassen und durch die
Objektivlinse
24 in Form eines Lichtpunktes der Intensität I&sub0; auf
den Aufzeichnungsträger 26 aufgebracht. Die vom
Aufzeichnungsträger 26 reflektierten Lichtstrahlen werden in
Übereinstimmung mit den auf magnetische Weise auf dem
Aufzeichnungsträger 26 aufgezeichneten Informationen in
einen Polarisationszustand moduliert, passieren wieder
die Objektivlinse 24, werden vom polarisierenden
Strahlenteiler 12 reflektiert, durch den Kondensor 28 zu
einem konvergenten Strahlenbündel gemacht und auf den
halbdurchlässigen Spiegel 30 gerichtet. Das vom
halbdurchlässigen Spiegel 30 reflektierte Lichtstrahlenbündel
und das durch den Spiegel durchgelassene
Lichtstrahlenbündel treten durch die jeweiligen Analysatoren 27&sub1;
und 27&sub2; hindurch, wodurch sie hinsichtlich ihrer
Intensität moduliert werden, und werden durch die
Photodetektoren 29&sub1; und 29&sub2; aufgenommen. Wenn der
Amplitudendurchlaßgrad des polarisierenden Strahlenteilers für
P-polarisiertes Licht tp und für S-polarisiertes Licht ts
ist und das Amplitudenreflexionsvermögen des
polarisierenden Strahlenteilers für P-polarisiertes Licht rp
und für S-polarisiertes Licht rs ist, können die
Intensitäten It und Ir der erfaßten
Lichtstrahlenbündel 13 und 14 für den Fall eines Kerr-Drehungswinkel
von +Rk folgendermaßen ausgedrückt werden:
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Unter Beachtung von R ² » K ² läßt sich Gleichung (4)
folgendermaßen ausdrücken:
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In dem Ausdruck (5) ist der zweite Term in der Klammer
die magneto-optisch modulierte Komponente und der erste
Term in der Klammer ist die unmodulierte Komponente. Wenn
diese unter Differenzbildung durch die in Fig. 4
gezeigte Schaltung erfaßt werden, hebt sich der erste
Term auf und der nur von der magneto-optisch modulierten
Komponente herrührende Photostrom idiff ist gegeben
durch:
-
Wenn der Kerr-Drehungswinkel Rk ist, lautet Gl. (6)
-
und es wird ein magneto-optisch moduliertes Signal
erhalten. κ bedeutet hierbei den photoelektrischen
Wandlerwirkungsgrad und ist durch folgende Gleichung gegeben:
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wobei e die Ladungsmenge, h die Plancksche Konstante, φ
der Quantenwirkungsgrad der Photodetektoren und ν die
Schwingungsfrequenz der Lichtstrahlen ist. Die Intensität
der magneto-optisch modulierten Komponente IK und die
Intensität der unmodulierten Komponente IR lassen sich
wie folgt ausdrücken:
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Es ist anzumerken, daß die Ausgangsleistung des
Halbleiterlasers unabhängig vom Amplitudendurchlaßgrad tp
bzw. ts des polarisierenden Strahlenteilers eingestellt
ist, so daß die Menge des einfallenden Lichts I&sub0; eine
vorbestimmte Größe ist.
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Bei der Erfindung wurde, als Ergebnis vieler
experimenteller Untersuchungen über das dem
Erfassungssignal überlagerte Rauschen, herausgefunden, daß es die
folgenden vier Arten von Rauschen gibt und daß sie
verschiedene Abhängigkeiten vom Azimuthwinkel RA der
Analysatoren aufweisen.
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1) Das Rauschen, das der quadratischen mittleren
Intensitätsschwankung ΔIR² einer unmodulierten
Lichtkomponente IR zuzuschreiben ist;
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2) das Rauschen, das der quadratischen mittleren
Intensitätsschwankung ΔIK² einer modulierten
Lichtkomponente IK zuzuschreiben ist;
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3) das Schrotrauschen der Photodetektoren und
-
4) das thermische Rauschen durch die Verstärker.
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Von diesen wird das vorstehend unter Punkt 1) genannte
Rauschen ΔIR² durch das Erfassen mit Differenzbildung
ausgeschaltet, aber das jeweils unter den Punkten 2), 3)
und 4) genannte Rauschen bleibt und insbesondere das
thermische Rauschen verdoppelt sich wegen der Verwendung
zweier Verstärker.
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Das Rauschen ΔIK² wird durch die Oberflächenrauhigkeit
und die Ungleichmäßigkeit des Aufzeichnungsträgers und
Intensitätsschwankungen des Halbleiterlasers verursacht
und, wenn die durch diese Rauschquellen bestimmte
Konstante ξ ist und der Mittelwert der tatsächlichen
Effektivwerte der modulierten Komponente ist, läßt
sich folgende Gleichung aufstellen:
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wobei ΔB die Bandbreite des erfaßten Signals ist.
Das ΔIK² zuschreibbare Rauschen FK, das Schrotrauschen S
und das thermische Rauschen T lassen sich wie folgt
ausdrücken:
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wobei der Mittelwert der unmodulierten Komponente, k
die Boltzmann-Konstante, Te die äquivalente
Rauschtemperatur und Rf der Widerstandswert der
Lastwiderstände 16&sub1; und 16&sub2; sind. Aus den Ausdrücken (8) und (9)
ergibt sich für die Intensität IK der magneto-optisch
modulierten Komponente eine Abhängigkeit vom
Azimuthwinkel RA der optischen Achsen der Analysatoren von
sin 2RA und für die Intensität IR der unmodulierten
Komponente eine Abhängigkeit von cos²RA und deshalb
lassen sich die RA-Abhängigkeiten der jeweiligen
Rauscharten folgendermaßen ausdrücken:
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Durch Anwenden dieser Gleichungen kann C/N in Dezibel
folgendermaßen ausgedrückt werden:
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Das C/N-Verhältnis aus Gleichung (17) ist eine Funktion
des Amplitudenreflexionsvermögens rp und des
Amplitudenreflexionsvermögens rs des polarisierenden
Strahlenteilers und des Winkels RA, den die optischen Achsen der
Analysatoren jeweils mit der P-Polarisationsrichtung
einschließen, und deshalb ist die Gleichung (17) nach
rp , rs und RA abzuleiten, um den Extremwert wie folgt
zu finden:
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Der in bezug auf rp ² erhaltene Extremwert lautet
-
und der in bezug auf rs ² erhaltene Extremwert lautet
-
und der in bezug auf RA erhaltene Extremwert lautet
-
Wenn unter Verwendung eines polarisierenden
Strahlenteilers mit einer den Gleichungen (18) mit (22)
genügenden Polarisiercharakteristik die optischen Achsen
der Analysatoren im Verhältnis zur
P-Polarisationsrichtung geneigt werden, läßt sich für C/N ein
Maximalwert erreichen. Jedoch ist in Gleichung (18) das
einfallende Licht P-polarisiert und deshalb ist dieser
Ausdruck in Wirklichkeit nicht möglich und es muß ein
passender Wert bestimmt werden.
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Fig. 5 zeigt schematisch den Aufbau eines einem zweiten
Ausführungsbeispiel der Erfindung entsprechenden
optischen Systems. Dieses Ausführungsbeispiel ist eine
Abwandlung des vorstehend beschriebenen ersten
Ausführungsbeispiels, wobei die durch den polarisierenden
Strahlenteiler 12 durchgelassenen Lichtstrahlen erfaßt
werden können. In Fig. 5 haben Bauteile, die denen in
Fig. 3 gleichartig sind, gleiche Bezugsnummern erhalten
und brauchen nicht im einzelnen beschrieben werden. Die
Signalverarbeitungsschaltung kann der nach Fig. 4
gleichartig sein.
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Für die Behandlung des vorliegenden Ausführungsbeispiels
kann für die Polarisationsrichtung des
Halbleiterlasers 21 die zur Zeichnungsebene senkrechte
S-Polarisationsrichtung angesetzt werden und die bei der
Beschreibung von Fig. 3 benutzten Richtungen der
P-Polarisation und der S-Polarisation können miteinander
vertauscht werden. Jedoch müssen in den Gleichungen (4)
bis (10) rp und rs jeweils durch ts und tp ersetzt
werden. Das heißt
-
Das C/N-Verhältnis aus Gleichung (17) ist eine Funktion
des Amplitudendurchlaßgrades ts und des
Amplitudendurchlaßgrades tp des polarisierenden Strahlenteilers und der
Neigung RA der optischen Achsen der Analysatoren
gegenüber der S-Polarisationsrichtung und deshalb ist, um den
Extremwert zu finden, Gleichung (17) nach
ts , tp und
RA abzuleiten. Der in bezug auf ts ² erhaltene
Extremwert lautet
-
und der in bezug auf tp ² erhaltene Extremwert lautet
-
und der in bezug auf RA erhaltene Extremwert lautet
-
Wenn unter Verwendung eines polarisierenden
Strahlenteilers mit einer den Gleichungen (25) mit (29)
genügenden Polarisiercharakteristik die optischen Achsen
der Analysatoren im Verhältnis zur
S-Polarisationsrichtung geneigt werden, läßt sich für C/N ein
Maximalwert erreichen. Jedoch ist in Gleichung (26) das
einfallende Licht S-polarisiert und deshalb ist dieser
Ausdruck in Wirklichkeit nicht möglich und es muß ein
passender Wert bestimmt werden.
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Fig. 6 zeigt schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel
der Erfindung. In Fig. 6 haben Bauteile, die denen in
Fig. 3 gleichartig sind, gleiche Bezugsnummern erhalten
und brauchen nicht im einzelnen beschrieben werden. Auch
bei diesem Ausführungsbeispiel ist das den
Photodetektoren
29 nachgeschaltete Signalverarbeitungssystem
wie in Fig. 4 gestaltet.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird an Stelle
des polarisierenden Strahlenteilers 12 des ersten
Ausführungsbeispiels ein polarisierender Strahlenteiler 23
mit Strahlenformungsfunktion verwendet. Dadurch kann das
Lichtstrahlenbündel des Halbleiterlasers 21 mit einem
elliptischen Fernfeldbild wirkungsvoll als kreisförmiger
Punkt auf dem Aufzeichnungsträger 26 abgebildet werden.
Eine Fläche a des polarisierenden Strahlenteilers 23 ist
unter einem vorbestimmten Winkel so geneigt, daß kein
Streulicht auf die Photodetektoren 29 fällt. Auf dem
Aufzeichnungsträger 26 sind (nicht gezeigte)
Nachführrillen in einer zur Zeichnungsebene senkrechten Richtung
ausgebildet und das durch die Objektivlinse 24 auf den
Aufzeichnungsträger 26 gebündelte Licht wird durch diese
Rillen gebeugt. Die Bezugsnummer 25 bezeichnet einen
Photodetektor zum Erfassen einer durch Spurabweichung
verursachten Unausgeglichenheit von gebeugtem Licht der
Ordnung ± 1. Der Photodetektor 25 ist an dem Rand einer
Öffnung in der Objektivlinse 24 befestigt. Das hat den
Vorteil, daß hinsichtlich des Nachführfehlersignals
selbst dann keine Versetzung hervorgerufen wird, wenn die
Objektivlinse 24 in einer zu den Nachführrillen
senkrechten Richtung bewegt wird.
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Die Photodetektoren 29 sind Photodetektoren ohne
Verstärkungsfunktion, wie etwa Si-PIN-Photodioden, und
bewirken das Erfassen eines magneto-optischen Signals und
eines Fokussierfehlersignals. Für das Erfassen des
Fokussierfehlers wird ein herkömmliches Verfahren
benutzt, aber es steht in keinem direkten Zusammenhang mit
der Erfindung und braucht daher nicht ausführlich
beschrieben werden.
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Bei der Beschreibung von Fig. 3 wurde die Verringerung
des Signalpegels als nicht durch den Aufzeichnungsträger
und das optische System verursacht beschrieben, aber sie
muß bei einer genauen Vorhersage des C/N-Verhältnisses in
dem tatsächlichen optischen System in Betracht gezogen
werden. Folgende zwei Punkte lassen sich als Ursachen der
Verringerung des Signalpegels ausmachen:
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(I) Lichtmengenverlust (Verringerung der Amplitude
durch Absorption und Abdeckung) und
-
(II) die Phasendifferenz zwischen dem
P-polarisierten Licht und dem S-polarisierten Licht.
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(I) und (II) tragen zur Verringerung der Intensität der
magneto-optisch modulierten Komponente bei, und (I)
allein trägt zur Verringerung der Intensität der
unmodulierten Komponente bei. Zum Bewerten der Verringerung
der Intensität der magneto-optisch nicht modulierten
Komponente (des Lichtmengenverlustes), wird der
Lichtnutzungswirkungsgrad εR definiert. Es ist anzumerken, daß
bei der Erfindung dem Verhältnis zwischen der Lichtmenge
auf dem Aufzeichnungsträger und der die Photodetektoren
erreichenden Lichtmenge als dem Lichtnutzungswirkungsgrad
Aufmerksamkeit geschenkt wird. Bei dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel wurden beim Ermitteln von εR folgende
Punkte in Betracht gezogen:
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(A) Die Rate, mit der das von den
Nachführrillen (Teilungsabstand 1,6 um, Tiefe λ/8, λ = 835 nm)
gebeugte Licht auf die Eintrittspupille der Objektivlinse
trifft, wird als der Lichtnutzungswirkungsgrad
betrachtet; und
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(B) bei Berücksichtigung des entlang des
optischen Weges gebildeten Produkts aus den Quadraten der für
die P-Polarisationsrichtung geltenden
Amplitudendurchlaßgrade (bzw. -reflexionsgrade) von n optischen Elementen
des vom Aufzeichnungsträger bis zu den Photodetektoren
führenden optischen Weges mit Ausnahme des
polarisierenden
Strahlenteilers und der Analysatoren wird der
Lichtnutzungswirkungsgrad ε&sub1; definiert. Wenn der
Amplitudendurchlaßgrad und das -reflexionsvermögen des i-ten
optischen Elements tpi und rpi sind, läßt sich ε&sub1; wie
folgt ausdrücken:
-
In Gleichung (30) ist für diejenigen optischen Elemente,
an denen die Lichtstrahlen reflektiert werden, tpi ²
durch rpi ² zu ersetzen. Die
Polarisiercharakteristik rp ² des polarisierenden Strahlenteilers und die
Durchlässigkeit der Analysatoren werden bei der
Berechnung von C/N als variable Größen gehandhabt und
werden deshalb von ε&sub1; ausgenommen. Gemäß (A) und (B) läßt
sich der Lichtnutzungswirkungsgrad εR der magneto-optisch
nicht modulierten Komponente folgendermaßen schreiben:
-
Nun wird die Verringerung der Intensität der
magnetooptisch modulierten Komponente betrachtet. Zu diesem
Zweck muß zusätzlich zum Lichtmengenverlust die
Phasendifferenz zwischen dem P-polarisierten Licht und dem
S-polarisierten Licht berücksichtigt werden. Es ist zum
Beispiel bekannt, daß das vom Aufzeichnungsträger
reflektierte Licht gemäß Fig. 7 im allgemeinen nicht,
wie in Fig. 2 gezeigt, geradlinig polarisiertes Licht
ist, sondern auf Grund der zwischen der P-polarisierten
Komponente und der S-polarisierten Komponente erzeugten
Phasendifferenz elliptisch polarisiertes Licht ist,
dessen Hauptachse um den Kerr-Drehungswinkel Rk geneigt
ist. Das heißt, die P- und S-polarisierten Komponenten R
und K des Amplitudenreflexionsgrades des
Aufzeichnungsträgers lassen sich folgendermaßen ausdrücken:
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wobei α&sub0; und β&sub0; die Phasenkomponenten der jeweiligen
Amplitudenreflexionsgrade sind. In diesem Fall läßt sich
der Kerr-Drehungswinkel Rk wie folgt ausdrücken:
-
Für Δ&sub0; = nπ (n = ganze Zahl) ist das vom
Aufzeichnungsträger reflektierte Licht geradlinig polarisiert,
anderenfalls hingegen wird Rk vermindert, was nicht
wünschenswert ist.
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Dies gilt auch für die optischen Elemente und für das
vorliegende Ausführungsbeispiel wird zur Bewertung der
Verringerung der Intensität der magneto-optisch
modulierten Komponente der Lichtnutzungswirkungsgrad εK
definiert und bei der Ermittlung von εK wurde folgender
Punkt beachtet.
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Für die magneto-optisch modulierte Komponente wird bei
Berücksichtigung des entlang des optischen Weges
gebildeten Produkts aus den für die P- und
S-Polarisationsrichtung geltenden Amplitudendurchlaßgraden (bzw.
-reflexionsgraden) von n optischen Elementen des vom
Aufzeichnungsträger bis zu den Photodetektoren führenden
optischen Weges mit Ausnahme des polarisierenden
Strahlenteilers und der Analysatoren der
Lichtnutzungswirkungsgrad ε&sub2; definiert. Wenn der
Amplitudendurchlaßgrad des i-ten optischen Elementes für die
P-Polarisationsrichtung tpi und für die S-Polarisationsrichtung
tsi (im Falle des Reflexionsgrades rpi bzw. rsi) ist,
lassen sich folgende Gleichungen aufstellen:
-
Unter Ausnutzung von Gleichung (34) läßt sich
folgendermaßen schreiben:
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In Gleichung (35) ist für die optischen Elemente, an
denen die Lichtstrahlen reflektiert werden, tpi tsi
durch rpi rsi zu ersetzen.
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Die Polarisiercharakteristik des polarisierenden
Strahlenteilers und die Durchlässigkeit der Analysatoren
werden bei der Berechnung von C/N als variable Größen
gehandhabt und werden deshalb von ε&sub2; ausgenommen.
-
Daher wird der Lichtnutzungswirkungsgrad εK der
magnetooptisch modulierten Komponente wie folgt ausgedrückt
-
Was den polarisierenden Strahlenteiler betrifft, so gilt,
wenn der Amplitudenreflexionsgrad für die
P-Polarisationsrichtung rp und für die S-Polarisationsrichtung rs
ist, folgende Beziehung
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wobei γ und σ die Phasenkomponenten der jeweiligen
Amplitudenreflexionsgrade sind. Eine genauere Bewertung
wird auch für die Analysatoren durchgeführt. Bei einer
Betrachtung der Analysatoren ist, wenn der
Amplitudendurchlaßgrad eines jeden Analysators tA und das
Extinktionsverhältnis ηA sind, in Gleichung (4) cos RA
durch tA ·(cos RA + ηA sin RA) und sin RA durch
tA ·(sin RA + ηA cos RA) zu ersetzen. Da R ² » K ²
ist, ergibt sich die Intensität der magneto-optisch
modulierten Komponente aus dem Produkt aus εK und der
durch folgende Gleichung gegebenen Durchlässigkeit ε&sub3; des
Analysators:
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Es ist jedoch zu verstehen, daß bei den Analysatoren der
Amplitudendurchlaßgrad zwischen der Richtung der
P-polarisierten Komponente und der Richtung der
S-polarisierten Komponente gleich ist und keine
Phasendifferenz zwischen dem P-polarisierten Licht und
dem S-polarisierten Licht verursacht.
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Für die magneto-optisch nicht modulierte Komponente ist
das Produkt aus εR und der durch die folgende Gleichung
gegebenen Durchlässigkeit ε&sub4; der Analysatoren zu bilden:
-
Daher lassen sich die Intensität I der magneto-optisch
modulierten Komponente und die Intensität IR der
magnetooptisch nicht modulierten Komponente folgendermaßen
ausdrücken:
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Durch Einsetzen der Ausdrücke (40) und (41) in
Gleichung (17) lassen sich die Polarisiercharakteristik
des polarisierenden Strahlenteilers, bei der C/N maximal
wird, und der Winkel RA, den die optischen Achsen der
Analysatoren jeweils mit der P-Polarisationsrichtung
einschließen, folgendermaßen bestimmen:
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Jedoch ist in Gleichung (43) das einfallende Licht
P-polarisiert und deshalb ist diese Gleichung in
Wirklichkeit nicht möglich und für das
Ausführungsbeispiel muß ein passender Wert bestimmt werden.
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Die Bedingungen für die Berechnung sind nachstehend
aufgeführt.
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Der Halbleiterlaser 21 hat eine Wellenlänge von
λ = 835 nm und seine Ausgangsleistung ist unabhängig vom
Durchlaßgrad tp ² des polarisierenden Strahlenteilers so
eingestellt, daß die Menge -des auf den
Aufzeichnungsträger 26 fallenden Lichts I&sub0; = 2·10&supmin;³ W ist.
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Als Aufzeichnungsträger 26 wird GdTbFeCo verwendet, wofür
R ² = 0,12, Rk = 0,74º gilt, und die Phasendifferenz
zwischen den Phasenkomponenten α&sub0; und β&sub0; der
Amplitudenreflexionsgrade für die P- und S-Polarisationsrichtung
ist Δ&sub0; = 20º.
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Der Lichtnutzungswirkungsgrad ε&sub0; ist ε&sub0; = 0,6, wenn das
von den Nachführrillen (Teilungsabstand 1,6 um und Tiefe
λ/8) gebeugte Licht von einer Objektivlinse mit der
numerischen Apertur N.A. = 0,5 aufgenommen wird. Der
Lichtnutzungswirkungsgrad ε&sub1; ist ε&sub1; = 0,79, wenn das
Produkt der Durchlässigkeiten der auf dem vom
Aufzeichnungsträger bis zu den Photodetektoren führenden
optischen Weg liegenden optischen Elemente mit Ausnahme
des polarisierenden Strahlenteilers und der Analysatoren
berücksichtigt wird.
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Was den Lichtnutzungswirkungsgrad ε&sub2; anbelangt, ist das
Produkt der P- und S-Amplitudendurchlaßgrade der auf dem
vom Aufzeichnungsträger bis zu den Photodetektoren
führenden optischen Weg liegenden optischen Elemente mit
Ausnahme des polarisierenden Strahlenteilers und der
Analysatoren zu berücksichtigen. Bei dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel ist kein optisches Element vorhanden,
das eine Phasendifferenz zwischen dem P-polarisierten
Licht und dem S-polarisierten Licht erzeugt, wenn diese
zueinander äquivalent sind und deshalb gilt
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und ebenso tpi = tsi und deswegen ist ε&sub2; = 0,79.
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Der Photodetektor 25 ist eine Si-Photodiode mit einem
photoelektrischen Wandlerwirkungsgrad κ = 0,54. Die durch
die Rauschquellen, wie zum Beispiel den
Aufzeichnungsträger
und den Halbleiterlaser, bestimmten Konstanten
und sind wie folgt gegeben:
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Ebenso ergibt sich mit der Boltzmann-Konstante k, die
einen Wert von k = 1,38·10&supmin;²³ hat, der äquivalenten
Rauschtemperatur Te mit einem Wert von Te = 300 [K], dem
Lastwiderstand Rf je Verstärker mit einem Wert von
Rf = 1·10&supmin;&sup5; [Ω] und der Signalerfassungsbandbreite ΔB
mit einem Wert von ΔB = 3·10&sup4; [1/Hz] das thermische
Rauschen T für zwei Verstärker zu t = 1·10&supmin;²&sup0;. In
einigen Fällen kann das thermische Rauschen T in
Abhängigkeit von der Kapazität oder dergleichen von den
Photodetektoren nicht in so einfacher Form wie in
Gleichung (14) dargestellt werden und deshalb muß T in
solchen Fällen nicht dieser Form entsprechen.
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Durchlässigkeit tA ² und Extinktionsverhältnis ηA der
Analysatoren sind jeweils tA ² = 0,84 und ηA = 1·10&supmin;³.
Nach Gleichung (42) liefert rp ² = 1 einen Maximalwert
für C/N. Das stellt für den Fall eines optischen Systems,
bei dem die durch den Aufzeichnungsträger durchgelassenen
Lichtstrahlen erfaßt werden, kein Problem dar, während
es für den Fall eines optischen Systems wie des
vorliegenden Ausführungsbeispieles, bei dem die
reflektierten Lichtstrahlen erfaßt werden, nicht
realistisch ist. Fig. 8 zeigt die Abhängigkeit von C/N
von der Polarisiercharakteristik rp ² des
polarisierenden Strahlenteilers. C/N wurde für rs ² = 1 und
für einen durch die Ausdrücke (44), (45) und (46)
gegebenen Optimalwert des Winkels RA berechnet, den die
optischen Achsen der Analysatoren jeweils mit der
P-Polarisationsrichtung einschließen. Aus Fig. 8 ist
ersichtlich, daß für rp ² > 0,2 nur eine leichte
Verbesserung von C/N zu verzeichnen ist. Dementsprechend
ist es bei Berücksichtigung des Nutzungswirkungsgrades
der Ausgangsleistung des Halbleiterlasers nicht unbedingt
vorteilhaft, wenn rp ² annähernd 1 ist. So wurde nach
Untersuchen vieler Bedingungen neben den vorstehend
genannten Bedingungen gefunden, daß ein ausreichend gutes
C/N erzielt werden kann, wenn die
Polarisiercharakteristik des polarisierenden Strahlenteilers den
nachstehend angegebenen Wert annimmt.
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Fig. 9 zeigt einen das C/N-Verhältnis betreffenden
Vergleich des vorliegenden Ausführungsbeispiels mit einem
herkömmlichen Gerät, das einen halbdurchlässigen Spiegel
verwendet, wobei rp ² = 0,3 und rs ² = 1 gilt.
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In Fig. 9 repräsentiert die Ordinate C/N und die
Abszisse repräsentiert RA. Bei dem Ausführungsbeispiel
(durchgezogene Linie) wird C/N für RA = 61º maximal und
im Vergleich zu dem herkömmlichen Gerät
(strichpunktierte Linie), das einen halbdurchlässigen Spiegel
verwendet und bei dem die Signalerfassung bei RA = 45º
erfolgt, ist das Ausführungsbeispiel hinsichtlich C/N um
4 dB verbessert. Bei der Verwendung eines
halbdurchlässigen Spiegels ergibt sich für RA = 65º ein maximales
C/N, aber bei dem Ausführungsbeispiel ist C/N noch um
2 dB besser.
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Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel läßt sich
verglichen mit dem herkömmlichen Gerät, das einen
halbdurchlässigen Spiegel verwendet, ein gutes C/N-Verhältnis
erreichen, wenn RA zwischen 50º und 70º liegt.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel hat die vom
polarisierenden Strahlenteiler verursachte Phasendifferenz ΔPBS
zwischen der P- und der S-Polarisationsrichtung den Wert
ΔPBS = 160º und erfüllt die Beziehung
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im Hinblick auf die vom Aufzeichnungsträger verursachte
Phasendifferenz Δ&sub0;. Dadurch wird eine Verringerung der
Intensität der magneto-optisch modulierten Komponente
verhindert. Die Herstellung eines polarisierenden
Strahlenteilers mit einer solchen
Polarisiercharakteristik ist einfach.
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Fig. 10A und 10B zeigen schematisch ein viertes
Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei Fig. 10B eine
Ansicht in der Richtung des Pfeiles von Fig. 10A ist. In
den Fig. 10A und 10B haben Bauteile, die denen in
Fig. 6 gleichartig sind, gleiche Bezugsnummern erhalten
und brauchen nicht im einzelnen beschrieben werden. Auch
in diesem Ausführungsbeispiel ist das den
Photodetektoren 29 nachgeschaltete Signalverarbeitungssystem
gemäß Fig. 4 aufgebaut. Das vorliegende
Ausführungsbeispiel verwendet an Stelle des polarisierenden
Strahlenteilers 23 des dritten Ausführungsbeispiels einen
polarisierenden Strahlenteiler 10 und ist so gestaltet,
daß das durch den polarisierenden Strahlenteiler 10
durchgelassene Licht erfaßt wird. Eine Fläche b des
polarisierenden Strahlenteilers 10 ist unter einem
vorbestimmten Winkel so geneigt, daß kein Streulicht auf die
Photodetektoren 29 fällt.
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Für die Behandlung dieses Ausführungsbeispiels können die
bei der Beschreibung von Fig. 6 benutzten Richtungen der
P-Polarisation und der S-Polarisation miteinander
vertauscht werden. Jedoch müssen dann in den
Gleichungen (41) und (42) jeweils rp und rs durch ts und
tp ersetzt werden. Das heißt die Intensität IK
der
magneto-optisch modulierten Komponente und die
Intensität IR der magneto-optisch nicht modulierten
Komponente lassen sich folgendermaßen ausdrücken:
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Durch Einsetzen der Ausdrücke (49) und (50) in
Gleichung (17) ergeben sich die Polarisiercharakteristik
des Polarisierenden Strahlenteilers, bei der C/N maximal
wird, und der Winkel RA, den die optischen Achsen der
Analysatoren jeweils mit der P-Polarisationsrichtung
einschließen, wie folgt. Jedoch ergibt sich, was ts ²
anbelangt, eine Betrachtung auf die gleiche Weise wie bei
dem Ausführungsbeispiel von Fig. 6.
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Falls die gleichen Bedingungen für die Berechnung gewählt
werden, wird ein dem in Fig. 9 gezeigten Ergebnis
gleichartiges Ergebnis erhalten. Jedoch repräsentiert die
Abszisse ts ². Die Herstellung eines solchen
polarisierenden Strahlenteilers 10 mit einer
Polarisiercharakteristik, die die vom Aufzeichnungsträger
verursachte Phasendifferenz zwischen dem P-polarisierten Licht
und dem S-polarisiertem Licht kompensiert, ist einfach.
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Die Erfindung erlaubt neben den im vorangehenden
beschriebenen Ausführungsbeispielen vielfältige
Anwendungen. Zum Beispiel wird bei den dargestellten
Ausführungsbeispielen das vom magneto-optischen
Aufzeichnungsträger reflektierte Licht erfaßt, aber
alternativ dazu kann die Ausführung auch dergestalt sein, daß
das durch den magneto-optischen Aufzeichnungsträger
durchgelassene und durch den Faraday-Effekt modulierte
Lichtstrahlenbündel erfaßt wird. Die Erfindung deckt
alle derartigen Anwendungen ab, ohne von ihrem
Geltungsbereich, wie er in den anliegenden Patentansprüchen
definiert ist, abzuweichen.