DE69126097T2

DE69126097T2 - Polarisationsmesssystem

Info

Publication number: DE69126097T2
Application number: DE69126097T
Authority: DE
Inventors: Bulent Nihat Kurdi; Glenn Tavernia Sincerbox; James Matthew Zavislan
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1990-11-16
Filing date: 1991-11-12
Publication date: 1997-10-16
Anticipated expiration: 2011-11-13
Also published as: US5166989A; EP0486265A2; EP0486265B1; DE69126097D1; JPH0778457B2; JPH04274717A; EP0486265A3

Description

Diese Erfindung betrifft Polarisationsmeßsysteme und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, Speichersysteme für optische Daten, die ein solches Meßsystem umfassen.
Polarisiertes Licht wird in vielen Anwendungen eingesetzt, beispielsweise zur Dünnfilm-Tiefenmessung und zur magneto-optischen Aufzeichnung. Bei solchen Systemen muß der Polarisationszustand, also die Richtung der Polarisationsebene, bestimmt werden.
Magneto-optische Aufzeichnungssysteme ermöglichen eine löschbare Speicherung von Daten. Ein Laserstrahl wird auf einen Punkt auf einer magneto-optischen Platte gerichtet und erwärmt das Material auf eine Temperatur, bei der sich die magnetische Domäne des Mediums verändern läßt. Man legt dann in einer von zwei Richtungen ein Magnetfeld an, das die magnetische Domäne dieses Punktes entweder nach oben oder nach unten ausrichtet.
Die Platte wird gelesen, indem ein polarisierter Laserstrahl mit niedriger Leistung auf den Punkt auf der Platte gerichtet wird. Durch den Kerr-Effekt wird die Polarisationsebene des reflektierten Strahls entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn gedreht, je nachdem, welche Richtung die magnetischen Domäne des Aufzeichnungspunktes hat. Der Unterschied in der Drehung wird erfaßt und stellt die digitalen Daten dar. Durch Erwärmen der Punkte und Umschalten der Richtungen der magnetischen Domäne können auf der Platte neue Daten aufgezeichnet werden.
Bei diesen optischen Aufzeichnungssystemen ist die Erkennung der Polarisationsrichtung kritisch. Einige dieser Systeme verwenden diskrete optische Komponenten, beispielsweise Wollaston-Prismen, um den reflektierten Lichtstrahl in zwei Lichtstrahlen mit orthogonalen Polarisationskomponenten zu unterteilen. Die Intensität dieser Lichtstrahlen wird dann gemessen und miteinander verglichen. Die genaue Richtung der Polarisationsebene des ursprünglichen reflektierten Strahls kann dann festgestellt werden.
Eine andere Möglichkeit zur Trennung der orthogonalen Polansationskomponenten sind optische Gitterkoppler. Als Beispiele seien hier genannt US-A-4,868,803; "Focusing Grating Couplers for Polarization Detection" von Shogo Ura et al., Journal of Lightwave Technology, Band 6, Nr. 6, Juni 1988; und "An Integrated Optic Detection Device for Magneto-optical Disk Pickup" von Sunagawa et al., International Symposium On Optical Memory 1987, 16. - 18. September 1987, Tokio, Japan. Diese Entgegenhaltungen zeigen eine Kombination aus transversal-elektrischen (TE) und transversal-magnetischen (TM) Gitterkopplern, die nebeneinander im Strahlenweg des von einer magneto-optischen Platte reflektierten Lichtstrahls positioniert sind. Die TE- und TM-Gitter koppeln jeweils unterschiedliche orthogonale Polarisationskomponenten in einen Wellenleiter. Ein Problem dieser Methode ist, daß nur Teile des Strahls für jede Polarisationskomponente erfaßt werden. Der Stahl hat oft eine ungleichmäßige Intensität und es kann zu Meßfehlern kommen.
US-A-4,868,803 beschreibt auch einen Wellenleiter zur Koppelung des Ausgangs zweier verschiedener Gitter mit separaten optischen Meßwertaufnehmern.
EP 0 322 714 beschreibt ein Polarisationsmeßsystem mit einem Dreifachteilungs-Element, mit einem Substrat und einem ersten und zweiten Kreuzgitter zur Beugung der ersten und der zweiten Komponente eines polarisierten Lichtstrahls in erste und zweite optische Meßwertaufnehmer, entsprechend dem Inhalt des oberbegriffs von Anspruch 1.
Die vorliegende Erfindung möchte ein integriertes Polarisationsmeßsystem bereitstellen, mit einem in einen Wellenleiter integrierten Fokuselement, welches das Gitter mit dem Meßwertaufnehmer koppelt.
Entsprechend stellt die Erfindung ein Polarisationsmeßsystem bereit mit einem ersten Gitterkoppler zum Empfangen eines polarisierten Lichstrahls; einem ersten optischen Meßwertaufnehmer zum Messen eines Lichtstrahls mit einer ersten polarisierten Komponente; einem zweiten Gitterkoppler zum Empfangen eines polarisierten Lichtstrahls; einem zweiten optischen Meßwertaufnehmer zum Messen eines Lichtstrahls mit einer zweiten polarisierten Komponente. In dem Polarisationsmeßsystem sind die erste und die zweite polarisierte Komponente annähernd orthogonale Komponenten. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das System weiter einen an einer ersten Achse verlaufenden ersten Wellenleiterkanal umfaßt, der einen polarisierten Lichtstrahl von dem genannten ersten Koppler empfängt und optisch mit dem genannten ersten optischen Meß wertaufnehmer in Verbindung steht; einen an einer zweiten Achse verlaufenden zweiten Wellenleiterkanal, wobei die genannte zweite Achse zu der genannten ersten Achse annähernd senkrecht verläuft, der einen polarisierten Lichtstrahl von dem genannten zweiten Koppler empfängt und in optischer Verbindung mit dem genannten zweiten optischen Meßwertaufnehmer steht; einen ersten Strahlteiler, der in dem ersten Wellenleiterkanal angeordnet ist; einen optischen Meßwertaufnehmer mit einem ersten Fokus, der in optischer Verbindung mit dem ersten Strahlteiler steht, hinter einer ersten Linse, deren Brennpunkt hinter dem genannten optischen Meßwertaufnehmer mit dem ersten Fokus liegt; einen zweiten Strahlteiler, der in dem zweiten Wellenleiterkanal angeordnet ist; und einen optischen Meßwertaufnehmer mit einem zweiten Fokus, der in optischer Verbindung mit dem zweiten Strahlteiler steht, hinter einer zweiten Linse, deren Brennpunkt vor dem genannten optischen Meßwertaufnehmer mit dem zweiten Fokus liegt.
Andere Merkmale der Erfindung werden in den Ansprüchen im Anhang dargelegt.
Wie die Erfindung in die Praxis umgesetzt werden kann, wird im folgenden, inbesondere unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, beschrieben; es zeigt:
Fig. 1 ein Schema eines optischen Speichersystems der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ein Schema eines Teils des opto-elektronischen Kanals des Systems der Fig. 1;
Fig. 3 ein Diagramm einer Schaltung für das System der Fig. 2;
Fig. 4 ein Schema eines Teils des Systems der Fig. 1, das in einem System mit drehbarem Stellantrieb eingesetzt wird; und
Fig. 5 ein Schema des opto-elektronischen Kanals in einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Ein Datenaufzeichnungssystem 10 (Fig. 1) gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt einen Laser 12, der einen polarisierten Lichtstrahl bereitstellt. Der Laser 12 ist vorzugsweise eine Laserdiode, beispielsweise eine Halbleiterdiode, obwohl auch andere Lichtquellen eingesetzt werden können. Eine Steuerschaltung 14 zur Steuerung der Laserleistung ist mit dem Laser 12 verbunden. Eine Kollimationslinse 16 bündelt das Licht des Lasers 12 und eine Fokussierlinse 18 fokussiert das gebündelte Licht auf ein optisches Aufzeichnungsmedium 20 in Form einer Platte aus magneto-optischem Material. Die Position der Linse 18 wird von einem Fokusmotor 22 bestimmt, an dem die Linse 18 befestigt ist und der mit einer Fokussteuerschaltung 24 verbunden ist, welche die Bewegung des Motors 22 steuert. Zwischen der Linse 16 und der Linse 18 befindet sich ein opto-elektronischer Kanal 28. Der Laser 12, die Linsen 16 und 18, der opto-elektronische Kanal 28 und der Motor 22 bilden einen optischen Kopf 30.
Der opto-elektronische Kanal 28 (Fig. 2) hat ein Glassubstrat 32 mit einem aus zwei Polarisationsgitterkopplern 38 und 40 bestehenden gekreuzten Gitter 36. Die Koppler 38 und 40 sind etwa senkrecht zueinander ausgerichtet. Der Koppler 38 ist so ausgerichtet, daß er Licht einer ersten orthogonalen Polarisationskomponente entlang einer Achse 52 in einen Wellenleiter 50 koppelt. Der Koppler 40 ist so ausgerichtet, daß er Licht einer zweiten orthogonalen Polarisationskomponente entlang einer Achse 56 in einen Wellenleiter 54 koppelt. Die Achsen 52 und 56 liegen in einer zu der Ebene des Substrats 32 parallel verlaufenden Ebene. Die Koppler 38 und 40 sind Gitterkoppler des transversal-elektrischen (TE) Typs und sind auf den TE-Modus der niedrigsten Ordnung ihrer jeweiligen Wellenleiter 50 bzw. 54 nach Bragg abgestimmt. Alternativ kann es sich bei den Kopplern 38 und 40 auch um transversal-magnetische (TM) Gitterkoppler handeln, die auf den TM-Modus der niedrigsten Ordnung der Wellenleiter 50 bzw. 54 nach Bragg abgestimmt sind.
Die Wellenleiter 50 und 54 sind vorzugsweise Einmoden-Planarwellenleiter, die auf dem Substrat 32 gebildet werden und sich über die gesamte Oberfläche des Substrats 32 erstrecken. Die Grenzen der Wellenleiter 50 und 54 werden von den Kopplern 38 und 40 bestimmt. Die Achsen 52 und 56 sind etwa senkrecht zueinander ausgerichtet. Ein optischer Meßwertaufnehmer 60 mit zwei getrennten Abschnitten 62 befindet sich in oder auf dem Wellenleiter 50. Ein optischer Meßwertaufnehmer 70 mit zwei getrennten Abschnitten 72 und 74 befindet sich in oder auf dem Wellenleiter 54.
Ein Strahlteiler 80 liegt in oder auf dem Wellenleiter 50 zwischen dem Gitter 38 und dem Meßwertaufnehmer 60. Der Strahlteiler 80 lenkt einen Teil des Lichts in dem Wellenleiter 50 entlang einer Achse 81 orthogonal zur Achse 52 in eine Linse 82, die das Licht in dem Brennpunkt 84 fokussiert. Ein Strahlteiler 86 befindet sich in oder auf dem Wellenleiter 54 zwischen dem Gitter 40 und dem Meßwertaufnehmer 70. Der Strahlteiler 86 lenkt einen Teil des Lichts im Wellenleiter 54 entlang einer Achse 87 orthogonal zur Achse 56 zu einer Linse 88, die das Licht in einem Brennpunkt 90 fokussiert. Die Linsen 82 und 88 werden in oder auf dem Wellenleiter 50 bzw. 54 gebildet. Alternativ können die Strahlteiler 80 und 86 und die Linsen 82 und 88 in oder auf dem Substrat 32 gebildet werden.
Ein optischer Meßwertaufnehmer 92 ist an der Achse 81 in einem Abstand vor dem Brennpunkt 84 angeordnet. Ein optischer Meßwertaufnehmer 94 ist an einer Achse 87 hinter dem Brennpunkt 90 angeordnet. Wenn aus der Fokussierlinse 18 kommendes Licht auf dem Medium 20 im Fokus ist (Fig. 1), ist die Entfernung zwischen dem Meßwertaufnehmer 92 und dem Punkt 84 etwa genauso groß, wie die Entfernung zwischen dem Meßwertaufnehmer 94 und dem Punkt 90. Die Meßwertaufnehmer 92 und 94 sind an diesem Punkt kleiner als der Strahldurchmesser; befindet sich der Strahl im Brennpunkt, fällt das Licht über die Kante der Meßwertaufnehmer 92 und 94. Ein optischer Meßwertaufnehmer 96 befindet sich auf dem Substrat 32 auf der Achse 52 auf der gegenüberliegenden Seite des Gitters 38 zum Wellenleiter 50. Ein optischer Meßwertaufnehmer 98 befindet sich auf dem Substrat 32 auf der Achse 56 auf der gegenüberliegenden Seite des Gitters 40 zum Wellenleiter 54.
Eine Meßschaltung 100 (Fig. 3) umfaßt eine Datenmeßschaltung 102, eine Spurmeßschaltung 104, eine Fokusmeßschaltung 106 und eine Leistungsmeßschaltung 108. Die Schaltung 102 verfügt über die Summierverstärker 110, 112, 114 und 116 und einen Differentialverstärker 118. Der Summierverstärker 110 ist mit den Ausgängen der Meßwertaufnehmer 62 und 64 verbunden. Der Ausgang vom Verstärker 110 und der Ausgang vom Meßwertaufnehmer 92 sind mit dem Summierverstärker 112 verbunden. Der Summierverstärker 114 ist mit den Ausgängen der Meßwertaufnehmer 72 und 74 verbunden. Der Ausgang vom Verstärker 114 und der Ausgang vom Meßwertaufnehmer 94 sind mit dem Summierverstärker 116 verbunden. Die Ausgänge von den Verstärkern 112 und 116 sind mit dem Differentialverstärker 118 verbunden, dessen Ausgang das Datensignal ist.
Die Schaltung 104 hat die Summierverstärker 120 und 122 und einen Differentialverstärker 124. Der Summierverstärker 120 ist mit den Ausgängen der Meßwertäufnehmer 62 und 72 verbunden. Der Summierverstärker 122 ist mit den Ausgängen der Meßwertaufnehmer 64 und 74 verbunden. Die Ausgänge der Verstärker 120 und 122 sind mit dem Differentialverstärker 124 verbunden, dessen Ausgang das Spurfehlersignal ist.
Die Schaltung 106 hat einen Differentialverstärker 130, der mit den Ausgängen der Meßwertaufnehmer 92 und 94 verbunden ist und dessen Ausgang das Fokusfehlersignal ist.
Die Schaltung 108 hat einen Summierverstärker 132, der mit den Ausgängen der Meßwertaufnehmer 96 und 98 verbunden ist und dessen Ausgang das Leistungssignal ist.
Bei einem drehbaren Stellantrieb (Fig. 4) ist die Platte 20 auf einer Plattenantriebsspindel 160 montiert. Der optische Kopf 30 (von dem hier nur der opto-elektronische Kanal 28 gezeigt wird) ist am Ende eines drehbaren Zugriffsarms 162 befestigt, der um einen Drehpunkt 164 schwenkbar ist und sich unter der Platte 20 befindet. Eine Polarisationsebene 168 des vom Laser 12 kommenden einfallenden Lichts liegt annähernd radial oder senkrecht zu den konzentrischen Spuren 169 auf der Platte 20.
Die Spurmeßschaltung 104 ist mit einer Spursteuerschaltung 172 verbunden, welche die Bewegung eines an dem Arm 162 befestigten Schwingspulenmotors 170 steuert.
Die Fokusmeßschaltung 106 ist mit der Fokussteuerschaltung 24 (Fig. 1) verbunden und die Leistungsschaltung 108 ist mit der Lasersteuerschaltung 14 verbunden.
Im Betrieb wird das einfallende polarisierte Licht des Lasers 12 von der Linse 16 gebündelt und durchläuft das Gitter 36 des opto-elektronischen Kanals 28. Der Laser 12 ist so ausgerichtet, daß die Polarisationsebene 168 des einfallenden Lichts sowohl zu der Achse 52 als auch zu der Achse 56 im gleichen Winkel versetzt liegt.
Ein Teil des einfallenden Lichts wird von den Kopplern 38 und 40 auf den optischen Meßwertaufnehmer 96 beziehungsweise 98 abgelenkt. Der Koppler 38 lenkt eine erste orthogonale Komponente des ankommenden Lichts ab und der Koppler 40 lenkt eine zweite orthogonale Komponente des ankommenden Lichts ab. Weil die Polarisationsebene 168 zu den Kopplern 38 bzw. 40 im gleichen Winkel versetzt ist, ist die Intensität der ersten und der zweiten orthogonalen Komponente, die auf die Meßwertaufnehmer 96 beziehungsweise 98 auftreffen, annähernd gleich. Die Ausgänge der Meßwertaufnehmer 96 und 98 werden von dem Summierverstärker 132 addiert und von der Schaltung 108 wird ein Leistungssignal erzeugt. Dieses Leistungssignal wird dann zu der Lasersteuerschaltung 14 übertragen, die den Laser 12 auf den richtigen Leistungspegel einstellt.
Das nicht mit den Meßwertaufnehmern 96 und 98 gekoppelte einfallende Licht setzt seinen Weg durch den Koppler 36 fort und wird von der Linse 18 auf die Platte 20 fokussiert. Wenn das einfallende Licht von den auf der Platte 20 aufgezeichneten Datenpunkten reflektiert wird, wird seine Polarisationsebene entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn gedreht, je nachdem, ob eine Eins oder eine Null aufgezeichnet wird. Dieses reflektierte Licht kehrt dann durch die Linse 18 zu den Kopplern 38 und 40 zurück. Der Koppler 38 lenkt eine erste orthogonale Komponente des reflektierten Lichtes entlang der Achse 52 und in den Wellenleiter 50. Der Koppler 40 lenkt eine zweite orthogonale Komponente des reflektierten Lichts entlang der Achse 56 und in den Wellenleiter 54. Die Koppler 38 und 40 können auch zwischen dem einfallenden und dem reflektierten Licht unterscheiden, weil der Kanal 28, bezogen auf die zur Fortpflanzungsrichtung des Lichts senkrecht liegende Ebene, in einem leichten Winkel angeordnet ist (beispielsweise 10 bis 30). Um eine Koppelung des Lichts in der richtigen Richtung zu gewährleisten, müssen die Achsen 52 und 56 die Projektionen der orthogonalen Polarisationskomponenten des einfallenden Lichts auf den Kanal 28 darstellen. Die Winkel, um die die Achsen 52 und 56 zu der senkrecht zu der Richtung der Lichtpolarisation liegenden Ebene versetzt sind, sind gleich.
Das Licht der ersten Polarisationskomponente pflanzt sich entlang dem Wellenleiter 50 zum Strahlteiler 80 fort. Ein Teil des Lichts wird in die Linse 82 und dann zum Meßwertaufnehmer 92 abgelenkt. Das übrige Licht setzt seinen Weg entlang dem Wellenleiter 50 zu den Meßwertaufnehmern 62 und 64 fort. Die zweite orthogonale Polarisationskomponente pflanzt sich entlang dem Wellenleiter 54 zum Strahlteiler 86 fort.
Ein Teil des Lichts wird zur Linse 88 und zum Meßwertaufnehmer 94 abgelenkt. Das übrige Licht setzt seinen Weg entlang dem Wellenleiter 54 zu den Meßwertaufnehmern 72 und 74 fort.
Weil die Aufzeichnungspunkte auf der Platte 20 bewirken, daß sich die Polarisationsebene des reflektierten Lichts, bezogen auf die Polarisationsebene 168 des einfallenden Lichts, entweder im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn dreht, hat die erste Polarisationskomponente des Lichts im Wellenleiter 50 eine stärkere Intensität, als die zweite Polarisationskomponente im Wellenleiter 54, oder umgekehrt. Die Intensität der ersten Komponente wird bestimmt durch Summierung der Ausgänge der Meßwertaufnehmer 62, 64 und 92 in der Schaltung 102. Die Intensität der zweiten Komponente wird bestimmt durch Summierung der Ausgänge der Meßwertaufnehmer 72, 74 und 94 in der Schaltung 102. Anschließend wird die Differenz zwischen beiden festgestellt; diese stellt das Datensignal dar.
Wenn das ankommende Licht direkt auf eine Spur auf der Platte 20 fokussiert wird, wird das reflektierte Licht symmetrisch auf die Koppler 38 und 40 verteilt. Die Meßwertaufnehmer 62 und 72 empfangen dieselbe Lichtmenge, wie die Meßwertaufnehmer 64 und 74. Driftet das einfallende Licht von der Spur ab, wird die Summe der Ausgänge der Meßwertaufnehmer 62 und 72 größer als die Summe der Ausgänge der Meßwertaufnehmer 64 und 74, oder umgekehrt. Die Schaltung 104 stellt diese Differenz fest und sendet ein Spurfehlersignal an die Spursteuerschaltung 172, die ihrerseits den Motor 170 betätigt, um den Arm zu verstellen und das Licht in der Spur zu halten.
Wenn das einfallende Licht von der Linse 18 perfekt auf die Platte 20 fokussiert wird, kehrt das reflektierte Licht in den Kanal 28 in Form paralleler Lichtstrahlen zurück. Das durch die Linse 82 gehende Licht konvergiert am Brennpunkt 84 und das durch die Linse 88 gehende Licht konvergiert am Brennpunkt 90. Die Meßwertaufnehmer 92 und 94 sind auf den gegenüberliegenden Seiten des Brennpunktes 84 beziehungsweise 90 angeordnet und die Distanzen zwischen den Brennpunkten 84 und 90 beziehungsweise den Meßwertaufnehmern 92 und 94 sind annähernd gleich. Die Ausgänge der Meßwertaufnehmer 92 und 94 sind gleich, wenn die Linse 18 auf der Platte 20 fokussiert ist. Die Meßwertaufnehmer 92 und 94 sind, bezogen auf die Brennpunkte 84 und 90, so positioniert, daß die Meßwertaufnehmer etwas zuviel Licht erhalten, wenn das Licht 20 auf der Platte 20 im Fokus ist. Wenn das einfallende Licht von der Linse 18 nicht korrekt fokussiert ist, ist das reflektierte Licht nicht parallel, sondern geringfügig konvergent oder divergent. Hierdurch werden die Brennpunkte 84 und 90, bezogen auf die Linsen 82 und 88, entweder nach vorne oder nach hinten verschoben. Die auf einen der Meßwertaufnehmer 92 oder 94 fallende Lichtmenge wird größer, während die auf den anderen Meßwertaufnehmer fallende Lichtmenge abnimmt. Diese Differenz wird von der Schaltung 106 erkannt, die daraufhin ein Fokusfehlersignal an die Fokussteuerschaltung 24 sendet. Die Schaltung 24 veranlaßt den Motor 22, die Linse 18, bezogen auf die Platte 20, entweder nach oben oder nach unten zu bewegen, um das Licht wieder in den richtigen Brennpunkt zurückzuführen.
Andere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind möglich. Statt auf einer Seite des Substrats 32 kann beispielsweise der optische Kanal beziehungsweise Teile dieses Kanals auch auf verschiedenen Seiten angeordnet werden. Der Koppler 38, der Wellenleiter 50 und die zugehörigen Teile können auf einer ersten Seite des Substrats 32 angeordnet sein und der Koppler 40, der Wellenleiter 54 und die zugehörigen Teile können auf der zweiten Seite angeordnet sein. Der Koppler 38 befindet sich dann direkt über dem Koppler 40. In der Draufsicht sieht die Baugruppe dann genauso wie der Kanal 28 in Fig. 2 aus.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann anstelle des Kanals 28 des Systems 10 ein optischer Kanal 200 (Fig. 5) verwendet werden. Der Kanal 200 besteht aus einem Substratpaar 202 und 204. Das Substrat 202 hat einen Koppler 238, einen Wellenleiter 250, eine Achse 252, einen Strahlteiler 280, eine Linse 282, die Meßwertaufnehmer 292 und 296 und die Meßwertaufnehmer 262 und 264, die dem Koppler 38, dem Wellenleiter 50, der Achse 52, dem Strahlteiler 80, der Linse 82, den Meßwertaufnehmern 92 und 96 beziehungsweise 62 und 64 des Kanals 28 entsprechen.
Das Substrat 204 hat einen Koppler 240, einen Wellenleiter 254, eine Achse 256, einen Strahlteiler 286, eine Linse 288 und die Meßwertaufnehmer 294 und 298 sowie ein Paar von Meßwertaufnehmern 272 und 274, die dem Koppler 40, dem Wellenleiter 54, der Achse 56, dem Strahlteiler 86, der Linse 88 und den Meßwertaufnehmern 94 und 98 beziehungsweise 72 und 74 des Kanals 28 entsprechen.
Das Substrat 202 liegt entweder über oder unter dem Substrat 204, so daß sich der Koppler 238 entweder über oder unter dem Koppler 240 befindet. In Wirklichkeit überlappen die Koppler 238 und 240. Die Substrate werden so eingestellt, daß die Achsen 252 und 256 annähernd senkrecht zueinander liegen. Die Betriebsweise des Kanals 200 ist wie bei Kanal 28.
Es gibt mehrere Möglichkeiten, einen optischen Kanal gemäß der vorliegenden Erfindung herzustellen; die bevorzugte Methode ist die Photolithographie oder die Ionenstrahlätzung. Das Substrat kann aus Glas oder einem anderen transparenten Material bestehen. Das Muster des Gitterkopplers wird in einem photolithographischen Verfahren auf das Substrat aufgebracht. Die Kreuzkoppelung erreicht man, indem man zwei TE- Gittermuster ungefähr im rechten Winkel zueinander bildet. Das Muster wird dann durch Ionenstrahlätzung in die Oberfläche des Substrats geätzt. Das Kreuzgitter wird vorzugsweise in das Substrat geätzt bzw. im Ionenstrahlätzverfahren hergestellt, kann jedoch auch auf der Oberseite des Wellenleiters gebildet werden. Die Herstellung optischer Gitterkoppler wird ausführlich in dem Buch von H. Nishihara, M. Haruna und T. Suhara mit dem Titel Optical Integrated Circuits, McGraw Hill, New York, 1989, beschrieben.
Nachdem der Koppler gebildet wurde, wird der Wellenleiter auf dem Substrat abgeschieden. Auf dem Substrat wird ein Glasfilm abgeschieden, dessen Tiefe für einen planaren Einmoden-Wellenleiter ausreicht. Eine typische Tiefe kann zum Beispiel bei zwei Mikron liegen. Die Bildung des Wellenleiters wird in dem Buch von Nishihara, aber auch in den Artikeln von S. Dutta et al., "Extremely Low-Loss Glass Thin-Film Optical Waveguides", Journal of Applied Physics, Band 52, Seite 3873 (1981) und M. Gupta, "Laser Annealing Of Corning 7059 Glass Waveguides", Applied Optics, Band 29, Seite 2307 (1990), beschrieben.
Anschließend werden auf der Wellenleiteroberfläche durch eine Kombination aus einem photolithographischen Verfahren und einem Ionenstrahlätzverfahren die Strahlteiler und Linsen gebildet. Alternativ können die Strahlteiler und Linsen in oder auf dem Substrat gebildet werden. Die Herstellung dieser Elemente wird ebenfalls in dem Buch von Nishihara beschrieben.
Zuletzt werden die optischen Meßwertaufnehmer gebildet. Eine Schicht aus amorphem Silizium (beispielsweise hydriertes amorphes Silizium (a-Si:H)) wird als aktive Schicht abgeschieden. Der Bereich des Meßwertaufnehmers wird auf der Wellenleiteroberfläche mittels einer Kombination aus Photolithographie und Plasmaätztechnik gebildet. Die Struktur des Meßwertaufnehmers wird komplettiert durch die Bildung von interdigitierten Cr- und Au-Fingern (Metallkontakte in Form einer Shottky-Barriere), mittels Photolithographie, Ablösetechnik und Metall-Dünnschicht-Abscheidetechniken. Nachdem die elektrischen Signalleitungswege für die Meßwertaufnehmer festgelegt sind, werden sie wahlweise durch eine dielektrische Dünnfilmschicht verkapselt.
Die Bildung der optischen Meßwertaufnehmer wird beschrieben in R.G. Hunsperger, Integrated Optics: Theory and Technology, Springer-Verlag, Berlin, 1984, Seite 251-252; D. L. Rogers, "Interdigitated Metal Semiconductor Metal Detectors", OSA Proceedings On Picosecond Electronics and Optoelectronics, (1989).
Obwohl die orthogonalen Koppler, Wellenleiter und zugehörigen Komponenten vorzugsweise auf derselben Fläche des Substrats gebildet werden, können sie auch so hergestellt werden, daß jeder orthogonale Wellenleiter auf einer anderen Seite des Substrats angeordnet ist.
Die Vorteile der vorliegenden Erfindung sind nun klar erkennbar. Der gesamte opto-elektronische Kanal kann mittels Photolithographie auf einem einzigen Substrat gebildet werden. Hierdurch wird der Herstellungsprozeß stark vereinfacht und sichergestellt, daß die Komponenten korrekt ausgerichtet sind.
Die Verwendung gekreuzter oder überlappender Gitterkoppler ist ein weiterer Vorteil. Bei den Systemen nach dem Stand der Technik wurden nebeneinander angeordnete TE- und TM-Koppler verwendet, um die beiden orthogonalen Komponenten des reflektierten Lichtstrahls zu koppeln. In Wirklichkeit wurde eine Seite des Strahls für die erste Polarisationskomponente und die andere Seite des Strahls für die zweite Polarisationskomponente abgetastet. Die Hälfte des Strahls wurde durch den Koppler übertragen, ohne erfaßt zu werden. Dieses Problem ist kritisch, weil der reflektierte Lichtstrahl nicht perfekt symmetrisch ist, sondern dazu neigt, sich von einer Seite zur anderen zu verschieben. Im Gegensatz dazu erfassen die überlappenden Koppler der vorliegenden Erfindung jede Polarisationskomponente des ganzen Strahldurchmessers. Hierdurch erhält das System eine wesentlich höhere Empfindlichkeit und es wird eine zuverlässigere Datenerfassung sichergestellt.
Ein System gemäß der vorliegenden Erfindung ist außerdem unempfindlich gegenüber Veränderungen in der Wellenlänge, die bei Systemen mit Halbleiter-Laserdioden als Strahlungsquelle auftreten. In den Systemen nach dem Stand der Technik werden ein TE- und ein TM-Koppler zusammen verwendet, um die getrennten Polarisationskomponenten miteinander zu koppeln. Die Wirksamkeit dieser beiden Koppler ist jedoch bei verschiedenen Lichtfrequenzen unterschiedlich. Geringe Abweichungen der Laserfrequenz führen zu Fehlern in den Datensignalen. Bei der vorliegenden Erfindung wird dieses Problem gelöst, indem zwei senkrecht zueinander ausgerichtete Koppler desselben Typs (TE oder TM) verwendet werden. Bei Anderung der Lichtfrequenz verändert sich der Wirkungsgrad beider Koppler um dieselbe Menge und das Datensignal wird abgeschwächt, jedoch wird das differentielle Meßwertsystem nicht aus dem Gleichgewicht gebracht. Hierdurch hat die vorliegende Erfindung eine bessere Gleichtakt-Rauschunterdrückung als Systeme nach dem bisherigen Stand der Technik.
Die Erfindung kann auch noch in anderen Bereichen eingesetzt werden. Zum Beispiel könnte die Erfindung in einer Anwendung zum Einsatz kommen, wo die Ausrichtung der Ebene des polarisierten Lichts bestimmt werden muß.
Zwar wurde die Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt und beschrieben, jedoch dürfte für den Fachmann klar sein, daß verschiedene Änderungen in Form und Detail daran vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Ein Polarisations-Meßsystem, folgendes umfassend:

einen ersten Gitterkoppler (38; 238) zum Empfangen eines polarisierten Lichtstrahls;

einen ersten optischen Messwertaufnehmer (60; 262, 264) zum Messen eines Lichtstrahls mit einer ersten polarisierten Komponente;

einen zweiten Gitterkoppler (40; 240) zum Empfangen eines polarisierten Lichtstrahls;

einen zweiten optischen Messwertaufnehmer (70; 272, 274) zum Messen eines Lichtstrahls mit einer zweiten polarisierten Komponente; und

bei dem die erste und die zweite polarisierte Komponente annähernd orthogonale Komponenten sind;

dadurch gekennzeichnet, dass das System weiter folgendes umfasst:

einen ersten Wellenleiterkanal (50; 250), der an einer ersten Achse verläuft, einen polarisierten Lichtstrahl von dem genannten ersten Koppler empfängt und optisch mit dem genannten ersten optischen Messwertaufnehmer in Verbindung steht;

einen zweiten Wellenleiterkanal (54; 254), der an einer zweiten Achse liegt, wobei die genannte zweite Achse zu der genannten ersten Achse annähernd senkrecht verläuft, der einen polarisierten Lichtstrahl von dem genannten zweiten Koppler empfängt und in optischer Verbindung mit dem genannten zweiten optischen Messwertaufnehmer steht; einen ersten Strahlteiler (80; 280), der in dem ersten Wellenleiterkanal angeordnet ist;

einen optischen Messwertaufnehmer mit einem ersten Fokus (92; 292), der in optischer Verbindung mit dem ersten Strahlteiler steht, hinter einer ersten Linse (82), deren Brennpunkt hinter dem genannten optischen Messwertaufnehmer mit dem ersten Fokus (92; 292) liegt; einen zweiten Strahlteiler (86; 286), der in dem zweiten Wellenleiterkanal liegt; und

einen optischen Messwertaufnehmer mit einem zweiten Fokus (94; 294), der in optischer Verbindung mit dem zweiten Strahlteiler steht, hinter einer zweiten Linse (88), deren Brennpunkt vor dem genannten optischen Messwertaufnehmer mit dem zweiten Fokus (94; 294) liegt.

2. Ein System nach Anspruch 1, mit einer Fokus-Meßschaltung (106), die an die optischen Messwertaufnehmer mit dem ersten und dem zweiten Fokus angeschlossen ist, und die Lichtintensität an dem ersten und dem zweiten optischen Messwertaufnehmer vergleicht und daraufhin ein Fokus- Fehlersignal erzeugt.

3. Ein System nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, mit einer Meßschaltung (102; 506), die an den ersten und den zweiten optischen Messwertaufnehmer (60, 70) angeschlossen ist, und in Antwort auf den Unterschied in der Intensität der ersten und der zweiten polarisierten Komponente ein Meßsignal erzeugt.

4. Ein System nach einem jeden der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der erste und der zweite Gitterkoppler (38, 40; 238, 240) transversale elektrische (TE) Koppler sind.

5. Ein System nach einem jeden der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der erste und der zweite Gitterkoppler (38, 40; 238, 240) transversale magnetische (TM) Koppler sind.

6. Ein System nach einem jeden der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der erste und der zweite Koppler (38, 40) aus einem gekreuzten Gitterkoppler (36; 336) bestehen.

7. Ein Datenspeichersystem mit einem Polarisations-Meßsystem nach einem jeden vorangehenden Anspruch, ein Lichterzeugungsmittel (12, 16, 18) zur Erzeugung eines polarisierten Lichtstrahls; ein Datenspeichermedium (20) zum Empfangen des genannten polarisierten Lichtstrahls und Bereitstellen eines reflektierten Lichtstrahls, wobei der erste Gitterkoppler (38; 238) optisch mit dem Datenspeichermedium (20) in Verbindung steht, um den reflektierten Lichtstrahl zu empfangen, und der zweite Gitterkoppler (40; 240) mit dem Datenspeichermedium (20) in optischer Verbindung steht, um den reflektierten Lichtstrahl zu empfangen.

8. Ein System nach Anspruch 7, mit einem dritten optischen Messwertaufnehmer (96; 296), der über den ersten Gitterkoppler (38; 238; 338) mit dem Lichterzeugungsmittel in optischer Verbindung steht, um ein erstes Signal zu erzeugen, einen vierten optischen Messwertaufnehmer (98; 298; 398), der über den zweiten Gitterkoppler (40; 240) mit dem Lichterzeugungsmittel in optischer Verbindung steht, um ein zweites Signal zu erzeugen, und eine Leistungssteuerschaltung (108), die an das Lichterzeugungsmittel und den dritten und vierten optischen Messwertaufnehmer angeschlossen ist, um ein Leistungssignal in Reaktion auf das erste und das zweite Signal zu erzeugen.

9. Ein System nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, bei dem der erste und der zweite optische Messwertaufnehmer jeweils einen ersten und einen zweiten Teil (62, 64; 72, 74; 262, 264; 272, 274) aufweisen und eine Spurmeßschaltung (104) an den ersten beziehungsweise zweiten Teil des ersten und des zweiten optischen Messwertaufnehmers angeschlossen ist, um ein Spurfehlersignal zu erzeugen.

10. Ein System nach Anspruch 9, mit einer Linse (18), die zwischen dem Datenspeichermedium (20) und dem ersten und zweiten Gitterkoppler angeordnet ist, um Licht auf das Medium zu fokussieren, und ein Linsenbewegungsmittel (22, 24), das mit der Linse (18) verbunden ist, um die Linse relativ zu dem auf das Fokusfehlersignal reagierenden Medium zu bewegen.

11. Ein System nach Anspruch 9 oder 10, bei dem das Lichterzeugungsmittel, der erste und der zweite Wellenleiterkanal, der erste und der zweite Gitterkoppler sowie der erste und der zweite optische Messwertaufnehmer einen optischen Kopf (30) umfassen und ein Bewegungsmittel für den optischen Kopf (162, 170, 172), das mit dem optischen Kopf (30) verbunden ist, und das den optischen Kopf relativ zu dem auf das Spurfehlersignal reagierenden Medium bewegt.