JP3501319B2 - 波長固定装置、集光装置及び光ディスク装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、半導体レーザーの
出力光の波長を固定するための波長固定装置、波長固定
装置を用いた集光装置及びこれらを用いて光ディスクの
信号を再生する光ディスク装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、昭和６１年電子通信学会、光・
電波部門全国大会、分冊２、１９４、ｐ．２３（１９８
６）やＡｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ Ｖｏｌ．３２，
Ｎｏ．１２， ＰＰ２０３１−２０３８（１９９３）
等に記載された従来の回折格子を用いた波長固定装置に
ついて、その構成を示す断面図である図２０を参照しつ
つ説明する。図２０において、半導体レーザー１から出
射された光６は、焦点距離ｆのコリメーターレンズ２に
より平行光７となり、回折格子２４に入射する。回折格
子２４のグレーティングは紙面に直交する方向に配列さ
れている。回折格子２４のグレーティングピッチをΛ、
回折格子面の法線２５と光軸１０のなす角をθとする
と、以下の（数６）で与えられる波長の光が、回折格子
により反射され、回折されて光源１側に帰還する。

【０００３】

【数６】

【０００４】半導体レーザー１の出力端面１ａには、回
折格子２４からの帰還光が入力しやすいようにＡＲコー
ティングが施されている。光の帰還がない場合の半導体
レーザー１の波長（基準波長）をλ₀とすると、λ、λ₀
が次式の範囲にある時、帰還光により半導体レーザー１
の波長はλに固定され、半導体レーザー１の他方の端面
１ｂから放射される光２６も波長が固定される。

【０００５】

【数７】

【０００６】上記（数７）の右辺の値の大きさは、端面
１ａの反射率が小さいほど、また光源（半導体レーザ
ー）１と回折格子２４の距離が小さいほど大きくなる。
波長λの光が正確に端面１ａに帰還する場合を考える
と、波長λ＋Δの光は回折格子２４での回折角が変化す
るので、図２０における破線６Ｓで示す如く帰還し、そ
の集光点が端面１ａからずれる。半導体レーザー１の波
長がλに固定されることの強さは、端面１ａへの帰還効
率（出射光量に対する帰還光量の比）に比例し、波長選
択性における分解能は、帰還光量が最適の状態の半分と
なるΔの値により表現しうる。従来の波長固定装置にお
ける分解能は近似的に以下の（数８）で与えられる。

【０００７】

【数８】

【０００８】従って、分解能を高める（Δを小さくす
る）には、コリメーターレンズ２の焦点距離ｆが長いこ
とが必要である。例えば、０．２ｎｍ以下の分解能を得
るためには、ｆ＝６ｍｍ以上のコリメーターレンズを用
いる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の波長固定装
置において、帰還光を正確に端面１ａに入力させるため
に、コリメーターレンズ２とレーザー光源１とを３軸方
向及び２軸の回転方向に高精度に調整する必要があり、
回折格子２４を例えば紙面に対して厳密に直交させる必
要がある。さらに、上記（数６）及び（数７）を満たす
ために、回折格子２４の格子面の法線２５と光軸１０の
なす角θを精密に調整する必要がある。しかしながら、
これらの調整作業は容易でない。また、波長選択性にお
ける分解能を高めるためには、焦点距離ｆの大きなコリ
メーターレンズを用いなければならず、装置を小さくす
ることは困難であった。

【００１０】本発明は上記従来例の問題点に鑑み、調整
が容易で波長選択性における高分解能を維持したまま、
小型化が可能な波長固定装置を提供し、合わせてこの波
長固定装置を用いた集光性能の良好な集光装置及び光デ
ィスク装置を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の波長固定装置は、レーザー光源と、入射面
が前記レーザー光源から出射されたレーザー光の光軸と
直交するように設けられた透明基板と、前記透明基板上
に形成された等価屈折率Ｎの導波層と、前記導波層の上
面又は下面に形成され前記光軸を中心とするピッチΛの
同心円状の周期構造を有する光結合手段とを具備し、前
記レーザー光は前記光結合手段により前記導波層内で周
期構造の中心から外周側及び外周側から中心に伝搬する
導波光を励起し、前記導波光の一部を前記導波層の前記
入射面に略直交する方向に放射し、放射光を前記レーザ
ー光源に帰還させることにより前記レーザー光の波長λ
をλ＝ＮΛの大きさに固定するように構成されている。

【００１２】上記構成において、前記レーザー光源と前
記導波層との間に前記レーザー光を集光し及び平行光に
する集光手段を配置し、前記レーザー光を略垂直に前記
導波層の入射面に入射させることが好ましい。

【００１３】また、本発明の別の波長固定装置は、レー
ザー光源と、入射面が前記レーザー光源から出射されレ
ーザー光の光軸と直交するように設けられた透明基板
と、前記透明基板上に形成された導波層と、前記導波層
の上面又は下面に形成され前記光軸を中心とする同心円
状周期構造を有する光結合手段とを具備し、前記レーザ
ー光は前記光結合手段により前記導波層内で周期構造の
外周側から中心に伝搬する導波光を励起し、前記導波光
は中心を経て前記光結合手段により放射され、該放射光
が前記レーザー光源に帰還し、前記レーザー光の波長を
固定するように構成されている。

【００１４】上記構成において、前記導波層の等価屈折
率Ｎ₀、前記光結合手段のピッチΛ、前記光結合手段へ
の前記レーザー光の入射角をθ、前記透明基板の屈折率
をｎとして、（数１）の条件を満足することが好まし
い。

【００１５】また、 レーザー光源と、入射面が前記レ
ーザー光源から出射されレーザー光の光軸と直交するよ
うに設けられた透明基板と、前記透明基板上に形成され
た導波層と、前記導波層の上面又は下面に形成され前記
光軸を中心とする同心円状周期構造を有する光結合手段
とを具備し、前記光結合手段は、前記光軸からの半径ｒ
₀を境として外周側結合部及び内周側結合部に分割さ
れ、前記外周側結合部では周期構造の外周側から中心側
に伝搬する導波光が励起され、前記内周側結合部では周
期構造の中心側から外周側に伝搬する導波光が励起さ
れ、前記外周側結合部に入力し外周側から中心側に伝搬
する導波光は半径ｒ₀の境界線を越え前記内周側結合部
により放射され、該放射光が前記レーザー光源に帰還し
てレーザー光の波長を固定させることが好ましい。

【００１６】また、前記導波層の等価屈折率Ｎ₀、前記
光結合手段への前記レーザー光の入射角をθ、前記透明
基板の屈折率をｎとして、前記光軸からの半径ｒの点に
おける前記光結合手段の周期構造のピッチΛが（数２）
の条件を満足することが好ましい。

【００１７】また、前記外周側結合部は、前記内周側結
合部とは等価屈折率が異なり、前記内周側結合部では周
期構造の中心から外周側に伝搬する導波光が励起され、
前記外周側結合部では周期構造の外周側から中心側に伝
搬する導波光が励起され、前記外周側から中心側に伝搬
する導波光は前記内周側結合部から放射され、該放射光
が前記レーザー光源に帰還してレーザー光の波長を固定
させることが好ましい。

【００１８】また、前記外周側結合部の最内周半径をｒ
₀、最外周半径をｒ₁として、半径（ｒ₀＋ｒ₁）／２及び
半径ｒにおける前記光結合手段への前記導波光の入射角
をθ ₁及びθ₁、前記光結合手段の周期構造のピッチΛ、
半径ｒの点における前記導波層の等価屈折率Ｎ、前記透
明基板の屈折率をｎとして、（数３）の条件を満足する
ことが好ましい。

【００１９】また、前記導波層の半径ｒ₀からｒ₁におけ
る輪帯領域での厚さが他の領域の厚さに比べて薄くなっ
ていることが好ましい。

【００２０】また、本発明のさらに別の波長固定装置
は、レーザー光源と、前記レーザー光源から出射される
レーザー光の光軸と直交するように設けられた透明基板
と、前記透明基板上に形成された導波層と、前記導波層
の上面又は下面に形成され前記光軸を中心とする同心円
状周期構造を持つ第１の光結合手段と、前記導波層の上
面又は下面の前記第１の光結合手段を取り囲む領域に前
記光軸を中心とする同心円状周期構造を有する第２の光
結合手段とを具備し、前記レーザー光は前記第１の光結
合手段により周期構造の中心側から外周側に伝搬する第
１の導波光を励起し、前記第１の導波光は前記第２の光
結合手段により放射されて反射面上に集光され、前記反
射面により反射される光は前記第２の光結合手段により
周期構造の外周側から中心側に伝搬する第２の導波光を
励起し、前記第２の導波光が前記第１の光結合手段によ
り放射され、該放射光が前記レーザー光源に帰還し、前
記レーザー光の波長を固定するように構成されている。

【００２１】上記構成において、前記導波層の等価屈折
率Ｎ₀、前記第１の光結合手段のピッチΛ₀、前記第１の
光結合手段のピッチΛ₁、前記第２の光結合手段への前
記レーザー光の入射角をθ₀、前記第２の光結合手段か
らの放射光の出射角をθ₁、前記透明基板の屈折率をｎ
として、前記第１及び第２の光結合手段の周期構造のピ
ッチΛ₀及びΛ₁が（数４）の条件を満足することが好ま
しい。

【００２２】また、前記第１の光結合手段と第２の光結
合手段の間において、前記透明基板に段差構造が設けら
れ、前記段差構造により前記導波層が折り曲げられる段
差部を形成し、前記導波光が前記段差部を通過すること
により前記段差構造により導波モードが変化することが
好ましい。

【００２３】また、前記段差部を通過する前の導波光に
対する等価屈折率をＮ₀、前記段差部を通過した後の導
波光に対する等価屈折率をＮ₁、前記第１の光結合手段
への前記レーザー光の入射角をθ₀、前記第２の光結合
手段からの放射光の出射角をθ₁、前記透明基板の屈折
率をｎとして、前記第１及び第２の光結合手段のピッチ
Λ₀及びΛ₁が（数５）の条件を満足することが好まし
い。

【００２４】一方、本発明の集光装置は、レーザー光源
と、前記レーザー光源から出射されるレーザー光の光軸
と直交するように設けられた透明基板と、前記透明基板
上に形成された導波層と、前記導波層の上面又は下面に
形成され前記光軸を中心とする同心円状周期構造を持つ
第１の光結合手段と、前記導波層の上面又は下面の前記
第１の光結合手段を取り囲む領域に前記光軸を中心とす
る同心円状周期構造を有する第２の光結合手段とを具備
し、前記レーザー光は前記第１の光結合手段により周期
構造の中心側から外周側に伝搬する導波光を励起し、前
記導波光は前記第２の光結合手段により放射され、所定
の集光点に集光され、前記集光点近傍に設けられた反射
面により反射された光は前記第２の光結合手段により外
周側から中心に伝搬する第２の導波光を励起し、前記第
２の導波光は前記第１の光結合手段により放射光を励起
し、前記放射光を前記レーザー光源に帰還させることに
より前記レーザー光の波長を固定するように構成されて
いる。

【００２５】また、前記導波層の等価屈折率Ｎ₀、前記
第１の光結合手段のピッチΛ₀、前記第２の光結合手段
のピッチΛ₁、前記第２の光結合手段への前記レーザー
光の入射角をθ₀、前記第２の光結合手段からの放射光
の出射角をθ₁、前記透明基板の屈折率をｎとして、前
記第１及び第２の光結合手段の周期構造のピッチΛ₀及
びΛ₁が（数４）の条件を満足することが好ましい。

【００２６】また、前記第１の光結合手段と第２の光結
合手段の間において、前記透明基板は段差構造を有し、
前記段差構造により前記導波層が折り曲げられる段差部
を形成し、前記導波光が前記段差部を通過することによ
り導波モードが変化することが好ましい。

【００２７】また、前記段差部を通過する前の導波光に
対する等価屈折率をＮ₀、前記段差部を通過した後の導
波光に対する等価屈折率をＮ₁、前記第１の光結合手段
への前記レーザー光の入射角をθ₀、前記第２の光結合
手段からの放射光の出射角をθ₁、前記透明基板の屈折
率をｎとして、前記第１及び第２の光結合手段のピッチ
Λ₀及びΛ₁が（数５）の条件を満足することが好まし
い。

【００２８】さらに、本発明の光ディスク装置は、レー
ザー光源と、前記レーザー光源から出射されるレーザー
光の光軸と直交するように設けられた透明基板と、前記
透明基板上に形成された導波層と、前記導波層の上面又
は下面に形成され前記光軸を中心とする同心円状周期構
造を持つ第１の光結合手段と、前記導波層の上面又は下
面の前記第１の光結合手段を取り囲む領域に前記光軸を
中心とする同心円状周期構造を有する第２の光結合手段
とを具備し、前記第１の光結合手段と第２の光結合手段
の間において、前記透明基板は段差構造を有し、前記段
差構造により前記導波層が折り曲げられ段差部を形成
し、前記レーザー光は前記第１の光結合手段により周期
構造の中心側から外周側に伝搬する第１の導波光を励起
し、前記第１の導波光は前記第２の光結合手段により放
射されて光ディスクの反射面上に集光され、前記反射面
により反射される光は前記第２の光結合手段により周期
構造の外周側から中心側に伝搬する第２の導波光を励起
し、前記第１及び第２の導波光が前記段差部を通過する
ことにより導波モードの異なる導波光を励起し、前記導
波モードの異なる第１の導波光の一部が前記第１の光結
合手段により放射され、該第１の放射光が前記レーザー
光源に帰還し、前記レーザー光の波長を固定させ、前記
導波モードの異なる第２の導波光の一部が前記第１の光
結合手段により前記レーザー光源とは別の角度に放射さ
れ、該第２の放射光はその放射方向に配置された光検出
器により検出され、前記光検出器の信号により、前記反
射面の信号を再生するように構成されている。

【００２９】上記構成において、前記第２の光結合手段
の外周側に接する２個以上の中空扇状領域に形成され、
前記光軸を中心とする同心円状周期構造を有する第３の
光結合手段を具備し、前記中心側から外周側に伝搬する
第１の導波光の一部が前記第３の光結合手段から放射さ
れ、前記反射面の手前及び奥に集光され、前記反射面に
より反射された光は前記第３の光結合手段により周期構
造の外周側から中心側に伝搬する第３の導波光を励起
し、前記段差部を通過することにより導波モードが変化
した第３の導波光が前記第１の光結合手段により前記レ
ーザー光源とは別角度の方向に放射され、該第３の放射
光はその放射方向にあって第３の光結合手段に対応する
方位に配置された２個以上の光検出器により検出され、
前記光検出器の差分信号により、前記反射面のフォーカ
スエラー信号を得ることが好ましい。

【００３０】また、前記反射面上に凹凸又は濃淡信号が
形成され、前記凹凸又は濃淡信号により前記レーザー光
源側に帰還する光量が変化し、該変化により前記レーザ
ー光源の発振光量が変化し、前記発振光量の変化に基づ
いて前記反射面上の信号を読みとることが好ましい。

【００３１】

【発明の実施の形態】

【実施例１】実施例１は、本発明の波長固定装置に関す
るものであり、図１を参照しつつ説明する。図１は実施
例１における波長固定装置の構成を示す断面図である。
図１において、石英等で形成された透明基板３上には、
ＳｉＮ、ＳｉＯＮやＴａ₂Ｏ₅等の膜、若しくはＴａ₂Ｏ₅
とＳｉＯ₂の混合膜、又はこれらを積層して作製された
導波層４が形成されており、導波層４上には点Ｏを中心
とする同心円状のグレーティング５(ピッチΛ₀)が形成
され、カプラとして機能する（以下、グレーティングカ
プラ５とする）。半導体レーザー１から出射された光６
は、焦点距離ｆのコリメーターレンズ２により平行光７
となり、光軸１０に直交するように設けられた透明基板
３を通過し、導波層４に垂直入射する。半導体レーザー
１は、その光軸１０がグレーティングカプラ５の中心Ｏ
を通るように配置されている。グレーティングカプラ５
の各位置に入射する光は、中心Ｏから外周側に向かう導
波光８ａ及び外周側から中心Ｏに向かう導波光８ｂを同
時に励起し、これらの導波光８ａ及び８ｂは、いずれも
導波層４に直交する方向へ放射する光９ａ及び９ｂを励
起する。放射光９ａは、コリメーターレンズ２により半
導体レーザー１に帰還される。導波層４の等価屈折率を
Ｎ₀とすると、グレーティングカプラ５が導波光を励起
する、すなわち、半導体レーザー１へ放射光９ａを帰還
させる条件は、以下の（数９）で与えられる。

【００３２】

【数９】

【００３３】（数９）より、半導体レーザー１へ帰還す
る放射光９ａ（帰還光）は波長選択性を有することがわ
かる。この帰還光の光量が所定のレベルを越えると（一
般に、端面反射率３０％のレーザーでは１０％程度の帰
還光量で）、レーザー波長を固定させる作用をなす。す
なわち、（数９）で示された波長λと半導体レーザー１
の基準波長λ₀が（数７）の範囲にある時、半導体レー
ザー１の波長がλに固定される。

【００３４】ここで、半導体レーザー１から波長λの光
が出射され、グレーティングカプラ５での入出力を経
て、正確に半導体レーザー１の出力端面１ａに帰還する
場合を考える。半導体レーザー１から出射された光のう
ち、例えば波長λ＋Δの光は、グレーティングカプラ５
での入力が最適入力条件（数９）から乖離するので、入
力効率が劣化する。さらに、グレーティングカプラ５か
らの出力光（放射光９ａ）の出射方向が導波層４の法線
と傾きをなすので、その集光点が端面１ａから光軸方向
にそれる（図１の破線６Ｓ参照）。波長固定装置の波長
選択性における分解能はこれらの相乗効果で決まり、実
施例１における分解能は近似的に以下の（数１０）で与
えられる。

【００３５】

【数１０】

【００３６】コリメーターレンズ２は、レーザー光源１
に対し３軸方向及び２軸の回転方向に調整する。しかし
ながら、光軸１０と波長固定素子（導波層４とグレーテ
ィングカプラ５を含む透明基板３上の素子）が垂直な位
置関係にあるので、波長固定素子の調整はグレーティン
グカプラ５の中心Ｏの光軸１０に垂直な面内での位置調
整だけでよい。そのため、従来例と比較して調整が極め
て簡単になるという有利点を有する。なお、グレーティ
ングカプラ５のグレーティングを導波層４の下、すなわ
ち、透明基板３の上に形成しても同様の効果が得られ
る。また、半導体レーザー１の出力端面１ａに帰還光が
入力し易いように、ＡＲコーティングを施しても良い。

【００３７】

【実施例２】実施例２は、本発明の波長固定装置に関す
るものであり、図２及び図３を参照しつつ説明する。な
お、実施例１と同じ構成は同一番号を付す。図２は実施
例２における波長固定装置の構成を示す断面図であり、
図３は実施例２におけるグレーティングピッチΛと半径
ｒとの関係を表わす図である。図２において、石英等で
形成された透明基板３上には、点Ｏを中心とする同心円
状のグレーティングカプラ５が形成され、この上にＳｉ
Ｎ、ＳｉＯＮやＴａ₂Ｏ₅等の膜、若しくはＴａ ₂Ｏ₅とＳ
ｉＯ₂の混合膜、又はこれらを積層して作製された導波
層４が形成されている。半導体レーザー１から出射され
た光６は、光軸１０に直交するように設けられた透明基
板３を通過し、導波層４に入射する。半導体レーザー１
は、その光軸１０がグレーティングカプラ５の中心Ｏを
通るように配置されている。グレーティングカプラ５の
各位置に入射する光は、外周側から中心Ｏに向かう導波
光８を励起し、この導波光８は中心Ｏを経て導波光８Ｒ
となる。導波光８Ｒはその伝搬位置における入力導波光
の逆進波であるので、導波光８Ｒがグレーティングカプ
ラ５から放射されると、放射光６Ｒもその放射位置にお
ける入力光の逆進波となる。すなわち、放射光６Ｒは半
導体レーザー１に正確に帰還する。導波層４の等価屈折
率をＮ₀とすると、グレーティングカプラ５が外周側か
ら中心Ｏに向かう導波光を励起する、すなわち、半導体
レーザー１へ放射光６Ｒを帰還させる条件は以下の（数
１１）で与えられる。

【００３８】

【数１１】

【００３９】ただし、ｎは透明基板３の屈折率、θはグ
レーティングカプラ５への入射角であり、Λはこの入射
位置でのグレーティングピッチである。図３において、
曲線２７は（数１１）におけるグレーティングピッチΛ
と半径ｒとの関係を表しており（ｒとθとの関係は幾何
的に決定される）、Λ₀は中心Ｏの位置でのグレーティ
ングピッチである。

【００４０】（数１１）は、グレーティングカプラ５に
より帰還される放射光６Ｒが波長選択性を有することを
示す。放射光６Ｒがレーザー端面１ａに帰還することに
より、レーザー波長を固定させる作用をなす。すなわ
ち、（数１１）で示された波長λと半導体レーザー１の
基準波長λ₀が（数７）の範囲にある時、半導体レーザ
ー１の波長がλに固定される。

【００４１】ここで、実施例１と同様に、半導体レーザ
ー１から波長λの光が出射され、グレーティングカプラ
５での入出力を経て、正確に半導体レーザー１の出力端
面１ａに帰還する場合を考える。半導体レーザー１から
出射された光のうち、例えば波長λ＋Δの光はグレーテ
ィングカプラ５での入力が最適入力条件（数１１）から
乖離するので、入力効率が劣化する。さらに、放射光６
Ｒがその放射位置における入力光の逆進方向からずれ
て、図２における破線６Ｓの如く帰還し、その集光点が
半導体レーザー１の端面１ａから光軸方向にそれる。波
長固定装置の波長選択性における分解能はこれらの相乗
効果で決まり、第２の実施例における分解能は近似的に
以下の（数１２）で与えられる。

【００４２】

【数１２】

【００４３】ただし、ｆはグレーティングカプラ５の焦
点距離（すなわち、（光源である半導体レーザー１とグ
レーティングカプラ５の距離）−（透明基板３の板厚）
／（透明基板３の屈折率））であり、（０．６〜１．
２）の係数の大きさはレーザー光の広がり角に関係し、
広がり角が大きいほど小さくなる（０．６の値は全角３
５度の広がり角に相当する）。

【００４４】実施例２では、光軸１０と波長固定素子
（導波層４とグレーティングカプラ５を含む透明基板３
上の素子）が垂直な位置関係にあるので、波長固定素子
の調整は光源（半導体レーザー）１との距離調整及びグ
レーティングカプラ５の中心Ｏの光軸１０に垂直な面内
での位置調整だけでよく、従来例に比べ極めて調整が簡
単である。また、従来例や実施例１と比べてコリメータ
ーレンズ２が不要となり、構成が簡素化される。さら
に、ｆ＝２〜４ｍｍ程度の焦点距離で０．２ｎｍ以下の
分解能が得られるので、高分解能を維持したまま、従来
例に比べて装置の構成を数分の１の大きさにすることが
できる。なお、グレーティングカプラ５のグレーティン
グを導波層４の上に形成しても同様の効果が得られる。
また、半導体レーザー１の出力端面１ａに、帰還光が入
力し易いように、ＡＲコーティングを施しても良い。

【００４５】

【実施例３】実施例３は、本発明の波長固定装置に関す
るものであり、図４及び図５を参照しつつ説明する。な
お、実施例２と同じ構成は同一番号を付してその説明を
省略する。図４は実施例３の波長固定装置の構成を示す
断面図であり、グレーティングのピッチ仕様の違いを除
いて実施例２と同様の構成である。また、図５は実施例
３におけるグレーティングピッチΛと半径ｒとの関係を
表わす図である。図４において、グレーティングカプラ
５の各位置に入射する光は、半径ｒ₀の内側では中心側
から外周側に向かう導波光８を励起し、半径ｒ₀の外側
では外周側から中心Ｏに向かう導波光８Ｒを励起する。
導波層４の等価屈折率をＮ₀とすると、グレーティング
カプラ５が導波光８及び８Ｒを励起する条件は以下の
（数１３）で与えられる。

【００４６】

【数１３】

【００４７】ただし、ｎは透明基板３の屈折率、θはグ
レーティングカプラ５への入射角であり、Λは入射角θ
の位置でのグレーティングピッチである。図５におい
て、曲線２８Ａ及び２８Ｂは（数１３）におけるグレー
ティングピッチΛと半径ｒとの関係を表しており、Λ₀
は中心Ｏの位置でのグレーティングピッチである。導波
光８Ｒが半径ｒ₀を経てその内側に至り、グレーティン
グカプラ５により放射されると、放射光６Ｒはその放射
位置における入力光の逆進波となる。すなわち、放射光
６Ｒは半導体レーザー１に正確に帰還する。（数１３）
はグレーティングカプラ５からの光帰還である放射光６
Ｒが波長選択性を有することを示している。放射光６Ｒ
が半導体レーザー１の端面１ａに帰還することにより、
レーザー波長を固定させる作用をなす。すなわち、（数
１３）で示された波長λと半導体レーザー１の基準波長
λ₀が（数７）の範囲にある時、半導体レーザー１の波
長がλに固定される。

【００４８】ここで、実施例１及び２と同様に、半導体
レーザー１から波長λの光が出射され、グレーティング
カプラ５での入出力を経て、正確に半導体レーザー１の
出力端面１ａに帰還する場合を考える。半導体レーザー
１から出射された光のうち、例えば波長λ−Δの光はグ
レーティングカプラ５での入力が最適入力条件（数１
３）から乖離するので、入力効率が劣化する。さらに、
放射光６Ｒがその放射位置における入力光の逆進方向か
らずれるので、図４の破線６Ｓの如く帰還し、その集光
点が半導体レーザー１の端面１ａから光軸方向にそれ
る。波長固定装置の波長選択性における分解能はこれら
の相乗効果で決まり、実施例３における分解能は実施例
２とほぼ同じく近似的に前記（数１２）で与えられる。

【００４９】実施例３では、光軸と波長固定素子（導波
層４とグレーティングカプラ５を含む透明基板３上の素
子）が垂直な位置関係にあるので、波長固定素子の調整
は光源との距離調整とグレーティングカプラの中心Ｏの
光軸１０に垂直な面内での位置調整だけでよく、従来例
に比べ極めて調整が簡単である。また従来例や実施例１
と比較してコリメーターレンズ２が不要となり、構成が
簡素化される。さらに、ｆ＝２〜４ｍｍ程度の焦点距離
で０．２ｎｍ以下の分解能が得られるので、高分解能を
維持したまま、従来例に比べて装置の構成を数分の１の
大きさにすることができる。なお、グレーティングカプ
ラ５のグレーティングを導波層４の上に形成しても同様
の効果が得られる。また、半導体レーザー１の出力端面
１ａに、帰還光が入力し易いように、ＡＲコーティング
を施しても良い。

【００５０】

【実施例４】実施例４は、本発明の波長固定装置に関す
るものであり、図６、図７及び図８を参照しつつ説明す
る。なお、実施例２と同じ構成は同一番号を付してその
説明を省略する。図６は実施例４における波長固定装置
の構成を示す断面図であり、グレーティングのピッチ仕
様及び導波層４の膜厚仕様の違いを除いて実施例２と同
様の構成である。実施例４におけるグレーティングのピ
ッチ仕様は、図７の曲線２９に示すように、実施例３に
おける半径ｒ₀の内側における関係が全領域まで拡張さ
れた形であり、以下の（数１４）で表される。

【００５１】

【数１４】

【００５２】ただし、ｎは透明基板３の屈折率、θはグ
レーティングカプラ５への入射角であり、Λはこの入射
位置でのグレーティングピッチである。一方、導波層４
は半径ｒ₀からｒ₁の輪帯領域４Ａがエッチングされ、他
の領域に比べ薄くなっている。その結果、図８に示すよ
うに、導波層の等価屈折率Ｎが半径ｒ₀からｒ₁の領域で
他の領域に比べδだけ低くなり、以下の（数１５）で表
される。

【００５３】

【数１５】

【００５４】（数１４）及び（数１５）より、半径ｒ₀
の内側では、グレーティングカプラ５の各位置に入射す
る光は、中心側から外周側に向かう導波光８を励起す
る。一方、θ₁を半径（ｒ₀＋ｒ₁）／２の位置でのグレ
ーティングカプラ５への入射角とすると、δ＝２ｎ・ｓ
ｉｎθ₁とすることにより、半径（ｒ₀＋ｒ₁）／２の位
置では、外周側から中心Ｏに向かう導波光８Ｒを励起
し、半径がｒ₀＜ｒ＜ｒ₁の領域でも大きく位相整合条件
がずれないので、全体として外周側から中心Ｏに向かう
導波光８Ｒを励起することになる。導波光８Ｒが半径ｒ
₀を経てその内側に至り、グレーティングカプラ５によ
り放射されると、放射光６Ｒはその放射位置における入
力光の逆進波となる。すなわち、放射光６Ｒは半導体レ
ーザー１に帰還する。

【００５５】上記（数１４）は、グレーティングカプラ
５からの光帰還である放射光６Ｒが波長選択性を有する
ことを示す。放射光６Ｒが半導体レーザー１の端面１ａ
に帰還することにより、レーザー波長を固定させる作用
をなす。すなわち、（数１４）で示された波長λと半導
体レーザー１の基準波長λ₀が（数７）の範囲にある
時、半導体レーザー１の波長がλに固定される。

【００５６】ここで、上記各実施例と同様に、半導体レ
ーザー１から波長λの光が出射され、グレーティングカ
プラ５での入出力を経て、正確に半導体レーザーの出力
端面１ａに帰還する場合を考える。半導体レーザー１か
ら出射された光のうち、例えば波長λ−Δの光はグレー
ティングカプラ５での入力が最適入力条件（数１４）か
ら乖離し、入力効率が劣化する。さらに、放射光６Ｒが
その放射位置における入力光の逆進方向からずれるの
で、図６における破線６Ｓの如く帰還し、その集光点が
半導体レーザー１の端面１ａから光軸方向にそれる。波
長固定装置の波長選択性における分解能はこれらの相乗
効果で決まり、実施例４における分解能は、実施例３と
同じく近似的に前記（数１２）で与えられる。

【００５７】実施例４では、光軸と波長固定素子（導波
層４とグレーティングカプラ５を含む透明基板３上の素
子）が垂直な位置関係にあるので、波長固定素子の調整
は光源との距離調整とグレーティングカプラの中心Ｏの
光軸１０に垂直な面内での位置調整だけでよく、従来例
に比べ極めて調整が簡単である。また、従来例や実施例
１と比較してコリメーターレンズ２が不要となり、構成
が簡素化される。さらに、ｆ＝２〜４ｍｍ程度の焦点距
離で０．２ｎｍ以下の分解能が得られるので、高分解能
を維持したまま、従来例に比べて装置の構成を数分の１
の大きさにすることができる。また、実施例３における
ピッチ仕様が図５に示すように半径に対し不連続な関係
を有するのに対し、実施例４では、図７に示すようにピ
ッチが半径に対し連続な関係にある。そのため、導波層
のエッチング工程が増えるものの、グレーティング形成
は容易になる。なお、グレーティングカプラ５のグレー
ティングを導波層４の上に形成してもよい。また、導波
層４をエッチングすることにより、この領域４Ａの等価
屈折率を下げたが、導波層４の全面に装荷層（ＳｉＯ₂
等の低屈折率の透明層）を製膜し、４Ａの領域だけ装荷
層を除去することにより、等価屈折率の差別化を行う方
法を用いても同様の効果が得られる。

【００５８】

【実施例５】実施例５は、本発明の波長固定装置に関す
るものであり、図９及び図１０を参照しつつ説明する。
なお、実施例２と同じ構成は同一番号を付してその説明
を省略する。図９は実施例５における波長固定装置の構
成を示す断面図である。図９において、石英等で形成さ
れた透明基板３上の点Ｏを中心とする円形の領域及びこ
れを取り巻く輪帯の領域には、点Ｏを中心とする同心円
状のグレーティングカプラ５及び１４がそれぞれ形成さ
れ、それらの上にＳｉＮ、ＳｉＯＮ、Ｔａ₂Ｏ₅等の膜、
若しくはＴａ₂Ｏ₅とＳｉＯ₂の混合膜、又はこれらを積
層して作製された導波層４が形成されている。半導体レ
ーザー１から出射された光６は、光軸１０に直交するよ
うに設けられた透明基板３を通過し、導波層４に入射す
る。半導体レーザー１は、その光軸１０がグレーティン
グカプラ５の中心Ｏを通るように配置されている。グレ
ーティングカプラ５のピッチ仕様は、図１０における曲
線２９Ａに示すように、第４の実施例と同様に（数１
４）で表される。一方、グレーティングカプラ１４のピ
ッチ仕様は、図１０における曲線２９Ｂに示すように、
以下の（数１６）で表される。

【００５９】

【数１６】

【００６０】ただし、θはグレーティングカプラ５から
の放射角であり、Λは放射角θの位置でのグレーティン
グピッチである。（数１４）に基づいて、グレーティン
グカプラ５の各位置に入射する光は中心側から外周側に
向かう導波光８Ａを励起する。この導波光８Ａは外周側
まで伝搬し、グレーティングカプラ１４により放射され
て放射光１５となる。放射光１５は収束性の光であり、
光軸１０に直交するように設けられた反射面１７上の点
Ｆに集光する。反射面１７により反射される反射光１８
はグレーティングカプラ１４に入射し、（数１６）に基
づいて、外周側から中心側に向かう導波光１９Ｂを励起
する。グレーティングカプラ５まで伝搬した帰還導波光
１９Ａは、その伝搬位置における入力導波光の逆進波で
ある。そのため、導波光１９Ａがグレーティングカプラ
５により放射されると、放射光６Ｒもその放射位置にお
ける入力光の逆進波となる。すなわち、放射光６Ｒは半
導体レーザー１に正確に帰還する。

【００６１】（数１４）及び（数１６）は、グレーティ
ングカプラ５及びグレーティングカプラ１４における光
入出力を経た光帰還である放射光６Ｒが波長選択性を有
することを示している。放射光６Ｒが半導体レーザー１
の出力端面１ａに帰還することにより、レーザー波長を
固定させる作用をなす。すなわち、（数１４）及び（数
１６）で示された波長λと半導体レーザー１の基準波長
λ₀が（数７）の範囲にある時、半導体レーザー１の波
長がλに固定される。

【００６２】ここで、上記各実施例と同様に、半導体レ
ーザー１から波長λの光が出射され、グレーティングカ
プラ５及び１４での入出力を経て、正確に半導体レーザ
ーの出力端面１ａに帰還する場合を考える。半導体レー
ザー１から出射された光のうち、例えば波長λ−Δの光
はグレーティングカプラ５での入力が最適入力条件（数
１４）から乖離するので、入力効率が劣化する。さら
に、グレーティングカプラ１４での放射光の放射角が変
化し、その集光位置が破線１５Ｓに示す如く光軸方向に
それるので、反射面１７により反射されグレーティング
カプラ１４に入射する光の導波光への入力効率も劣化す
る。さらに、グレーティングカプラ５からの放射光６Ｒ
がその放射位置における入力光の逆進方向からずれ、破
線６Ｓの如く帰還し、その集光点がレーザー端面１ａか
ら光軸方向にそれる。波長固定装置の波長選択性におけ
る分解能はこれらの相乗効果で決まるが、実施例２と比
較して、グレーティングカプラ１４における光入出力の
効果も加わるので、実施例５における分解能は（数１
２）で表される分解能の数分の１程度の大きさとなる。

【００６３】実施例５ではコリメーターレンズ２が不要
な反面、反射面１７を必要とし、光源と波長固定素子
（導波層４とグレーティングカプラ５、１４を含む透明
基板３上の素子）との位置調整だけでなく、波長固定素
子と反射面１７との間の位置調整も必要とする。そのた
め、構造及び調整とも複雑になるが、波長選択性におけ
る分解能の点では従来例及び他の実施例よりも遥かに高
性能のものが得られる有利点を有する。なお、グレーテ
ィングカプラ５及び１４のグレーティングを導波層４の
上に形成しても同様の効果が得られる。また、半導体レ
ーザー１の出力端面１ａに、帰還光が入力し易いよう
に、ＡＲコーティングを施しても良い。

【００６４】

【実施例６】実施例６は、本発明の集光装置及びそれを
用いた光ディスク装置に関するものであり、図１１から
図１５を参照しつつ説明する。図１１は実施例６におけ
る集光装置及び光ディスク装置の構成を示す部分破断斜
視図である。図１１において、透明基板３上にはＡｌや
Ｃｒ等の金属反射層１１が成膜され、点Ｏを中心にした
円形領域１２がエッチングされている。金属反射層１１
の上には、ＳｉＯ₂等のバッファー層１３、ＳｉＮ、Ｓ
ｉＯＮ、Ｔａ₂Ｏ₅等の膜、若しくはＴａ₂Ｏ₅とＳｉＯ₂
の混合膜、又はこれらを積層して作製された導波層４が
形成されている。円形領域１２において、バッファー層
１３は透明基板３と直接接し、バッファー層１３の表面
が円形領域１２の外縁部４Ｓにおいて段差構造をなし、
この位置４Ｓで導波層４が折れ曲がっている。導波層４
上には、円形領域１２内に含まれる位置で、点Ｏを中心
とする同心円状のグレーティングカプラ５（ピッチ
Λ₀）が形成されている。また、円形領域１２の外側に
対応する輪帯状の位置において、点Ｏを中心とする同心
円状のグレーティングカプラ１４（ピッチΛ₁）が形成
されている。半導体レーザー１から出射された光６は、
コリメーターレンズ２により平行光７となり、光軸１０
に直交するように設けられた透明基板３を通過し、バッ
ファー層１３を経て、光軸１０がグレーティングカプラ
５の中心Ｏを通るように、導波層４に垂直入射する。実
施例１と同様に、グレーティングカプラ５の各位置に入
射する光は、中心Ｏから外周側に向かう１次モード導波
光と外周側から中心Ｏに向かう１次モード導波光を同時
に励起し、これらの導波光はいずれも導波層４に直交す
る方向へ放射する光を励起し、その一部はコリメーター
レンズ２により半導体レーザー１に帰還され、レーザー
波長を固定する作用をなす。

【００６５】導波層４の１次モード導波光８Ａに対する
等価屈折率をＮ₀とすると、グレーティングカプラ５が
導波光を励起する、すなわち、半導体レーザー１への光
を帰還させる条件は既に前記（数９）で与えられる。１
次モード導波光８Ａは導波層４の段差部４Ｓを通過する
ことにより、その一部が０次モード導波光８Ｂに変化す
る。この導波光８Ｂは、グレーティングカプラ１４から
放射される。この放射光１５は点Ｆへの収束光である。
導波層４の０次モード導波光８Ｂに対する等価屈折率を
Ｎ₁、放射光１５と導波層法線（すなわち入射光軸１
０）のなす角をθとして、グレーティングカプラ１４の
ピッチΛ₁は、以下の（数１７）の関係を満たしてい
る。

【００６６】

【数１７】

【００６７】放射光１５は、透明な光ディスク基板１６
を経て光ディスク反射面１７上の点Ｆに集光し、反射面
１７からの反射光１８はグレーティングカプラ１４に入
射し、０次モード導波光１９Ｂを励起する。この導波光
１９Ｂは段差部４Ｓを通過してもモード変化のない成分
が残り、この成分がグレーティングカプラ５から放射さ
れる。この放射光２０は入射光軸１０に対しｓｉｎ
^-1（Ｎ₁−Ｎ₀）に相当する角度をなして放射し、光検出
器２１により受光される。当然、１次モード導波光の状
態でグレーティングカプラ５に帰還し放射される成分も
あり、これは第５の実施例と同じく半導体レーザー１に
帰還し、レーザー波長を固定させる作用を強める。

【００６８】（数１７）に示したように、グレーティン
グカプラ１４からの放射光１５は波長変動によりその放
射角θが変化しやすく、焦点Ｆの位置も大きく変化する
（仮に１ｎｍの波長変化があれば、グレーティングカプ
ラ１４の焦点距離２ｍｍとして、１６μｍ程度の焦点変
位を示す）。従って、光源１にモードホッピングが発生
すれば集光位置も大きくホッピングするため、グレーテ
ィングカプラを用いた集光素子は、従来光ディスク用光
ヘッドとしての集光素子としては不適切であった。しか
しながら、実施例６の構成によれば、グレーティングカ
プラ５からの帰還光が半導体レーザー１のレーザー波長
を固定させる作用を行うので、モードホッピングは発生
せず、集光点位置の変位もない。また、レーザーの再生
モードと記録モードとの間（すなわち発光量の高低の
差）で発生する波長変動もないので、従来の記録用光ヘ
ッドで試みられているレンズ系の色消し（分散特性の異
なる硝材を組み合わせて波長変化に伴う集光点の変位を
キャンセルすること）の工夫を必要としない。さらに、
モードホッピングが発生しないため、従来の光ヘッドで
採用されている高周波重畳回路（モードホッピングに伴
うノイズの発生を抑えるためにレーザーの発振をマルチ
モード化して干渉性を落とすための回路）が不要とな
り、光ヘッドの低コスト化が実現できる等の有利点を有
する。

【００６９】次に、実施例６において、光ディスクの信
号を再生する場合について説明する。光ディスク等のよ
うに反射面１７に凹凸信号や濃淡信号（反射率差のある
信号）が形成されている場合、信号上を収束光が走査す
ることにより光検出器２１により検出される光量が変化
する。そのため、光検出器２１により検出される光量の
変化を再生信号とすることができるが、次のような信号
再生原理も考えられる。すなわち、信号上を収束光が走
査することにより、グレーティングカプラ５に帰還し放
射される光の光量が変化し、半導体レーザー１への帰還
光量も変化する。図１２に示すように、一般に、半導体
レーザー１への帰還光量が増大すると、レーザーのＩＬ
特性（駆動電流Ｉに対する出力光量Ｌの関係）が低電流
側（曲線３４から３５へ）にシフトする。そこで、駆動
電流をＩ₁に固定して光出力の変化（Ｌ₁からＬ₂へ）を
検出することにより、反射面１７上の信号を読みとるこ
とができる。当然、光出力が一定であるように制御され
ている場合には、反射面１７上の信号が駆動電流値の変
化として現れるので、電流値変化（又はこれを変換して
得られる電圧値変化）を再生信号とすることも可能であ
る。一般に、半導体レーザー１への帰還光量の変化を利
用した信号再生は、帰還光によるノイズの増大が問題と
なる。その原因は、異なる周波数（波長）間のモードが
ビートを起こすことが原因とされる。しかしながら、帰
還光の波長に選択性がある本実施例の場合、ビートの発
生が抑制されるので、低ノイズの信号再生が可能であ
る。

【００７０】実施例６における集光装置において、波長
固定機能に伴う縦収差特性の変化を図１４に示す。図１
３に示すように、放射光１５と導波層法線（すなわち入
射光軸１０）のなす角θは、幾何的な関係から放射位置
の半径ｒと焦点距離ｆにより以下の（数１８）で与えら
れる（図１１に示すように、集光点Ｆとの間に透明基板
１６が挟まる場合、さらに複雑な関係式になるが、ここ
では透明基板１６がない場合を想定して説明する）。

【００７１】

【数１８】

【００７２】波長ロックがかからない場合、（数１７）
及び（数１８）を連立させて、導波層４の膜厚と屈折率
誤差により発生する等価屈折率誤差（Ｎ₀、Ｎ₁に対して
ｄＮ ₀、ｄＮ₁の誤差）に伴う集光点位置の変化量ｄｆ
（焦点距離の変化量）を求めたのが次の（数１９）であ
る。

【００７３】

【数１９】

【００７４】これに対し、波長ロック時には（数９）が
成り立ち、この条件を前提に（数１７）及び（数１８）
を連立させて、変化量ｄｆを求めたのが（数２０）であ
る。

【００７５】

【数２０】

【００７６】（数２０）において、右辺の（ｓｉｎθ＋
Ｎ₁）の項と（Ｎ₀ｄＮ₁／ｄＮ₀）の項は一般に大きさが
接近しており、その差分は互いにキャンセルしあうこと
が予想できる。図１４は、波長ロックがかからない場合
（曲線２２）とかかる場合（曲線２３）の縦収差特性の
違いを比較しており、横軸に放射位置ｓｉｎθ、縦軸に
縦収差量ｄｆ／ｆｄＮ₁を置いている（曲線２２は−ｄ
ｆ／ｆｄＮ₁の値をプロット）。縦収差量ｄｆ／ｆｄＮ₁
の値はゼロである必要はなく、開口内でのばらつき（偏
差）が問題であり、偏差が小さい方（できればゼロ）が
好ましい。曲線２２と曲線２３を比較すると、波長ロッ
クがかからない場合、縦収差量の偏差が少ない開口はＮ
Ａ（＝ｓｉｎθ）＝０．４〜０．７の輪帯内に限定され
るが、波長ロックがかかる場合にはこの制限はかなり緩
和され、ＮＡ＝０．１５〜０．７といった円形に近い開
口も許容できる。このように、第６の実施例によれば、
波長ロックがかかることにより、導波層４の等価屈折率
誤差に伴う収差の影響もキャンセルすることができ、開
口に加わる制限条件も大幅に緩和されるという有利点を
有する。なお、曲線２３の計算に当たっては、導波層４
の分散特性が必要である。図１５は導波層の分散特性の
一例を示し、屈折率１．９０の導波層が屈折率１．４５
の透明媒質に挟まれている場合における、導波層厚ｔと
各モードの等価屈折率Ｎの関係を示す。ｔ＝０．４μｍ
とし、ＴＭ₁モードでグレーティングカプラ５に入力
し、ＴＭ₀モードでグレーティングカプラ１４から放
射、集光する場合を考えれば、Ｎ₀≒１．７７、Ｎ₁≒
１．４７、ｄＮ₁／ｄＮ₀≒１．０であり、曲線２３はこ
の条件下での解である。

【００７７】なお、実施例６ではグレーティングカプラ
５及び１４を導波層４上に形成した場合について説明し
たが、導波層４の下側、すなわち、透明基板３又はバッ
ファー層１３上に形成しても同様の効果が得られる。ま
た、コリメーターレンズ２によりレーザー光６を平行に
する場合について説明したが、波長固定方法が第２の実
施例から第５の実施例で示したようにコリメーターレン
ズ２を省略してもよい。また、実施例６では、グレーテ
ィングカプラ５での入力導波モード８Ａとグレーティン
グカプラ１４での放射前の導波モード８Ｂが異なる場合
について説明したが、これらが同じモードであっても同
様の効果が得られる。また、０次モードや１次モード等
の次数はそれぞれ他の次数であっても良いことは言うま
でもない。

【００７８】

【実施例７】実施例７は、本発明の集光装置及びそれを
用いた光ディスク装置に関するものであり、図１６及び
図１７を参照しつつ説明する。図１６は実施例７におけ
る集光装置及び光ディスク装置の構成を示す斜視図であ
り、図１７の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれフォ
ーカスエラー信号検出原理を示す特性図である。図１６
に示す実施例７では、グレーティングカプラ１４の外側
に、２つのグレーティングカプラ３０Ａ及び３０Ｂが設
けられている。また、光検出器２１の分割構造が変わっ
た以外は、前記実施例６と同様の構成である。

【００７９】グレーティングカプラ３０Ａ及び３０Ｂ
は、導波層４上（又は下）に点Ｏを中心として同心円状
にグレーティングが形成されたものであり、それぞれ対
角位置に位置する対称な中空扇形状をなす。グレーティ
ングカプラ３０Ａ及び３０Ｂにおけるグレーティングの
ピッチ仕様は、グレーティングカプラ１４における仕様
とは異なる。グレーティングカプラ５に入力し、グレー
ティングカプラ１４を経た導波光は、グレーティングカ
プラ３０Ａ及び３０Ｂから放射され、光軸１０上の点Ｆ
_A及びＦ_Bに集光される。一方、グレーティングカプラ１
４からの放射光はＦ_AとＦ_Bの中点Ｆに集光される。光軸
１０に直交するように設けられた反射面１７により反射
され、グレーティングカプラ３０Ａ、３０Ｂ、及び１４
に入力して帰還する導波光のうち、グレーティングカプ
ラ５における入力導波モードと異なる導波モードで帰還
した成分は、グレーティングカプラ５から放射され、輪
帯状の光検出器２１に向かう。光検出器２１は、グレー
ティングカプラ３０Ａ及び３０Ｂに対応して、それぞれ
対角位置に位置する対称な中空扇形状の領域２１Ａ及び
２１Ｂに分割されている。

【００８０】グレーティングカプラ５による入力導波光
の等価屈折率をＮ₀、グレーティングカプラ５から光検
出器側に放射される導波光の等価屈折率をＮ₁とする
と、Ｎ₁＞Ｎ₀の時、グレーティングカプラ３０Ａ及び３
０Ｂ側から伝搬した帰還導波光はそれぞれ光検出器２１
Ｂ及び２１Ａ側に、Ｎ₁＜Ｎ₀の時はそれぞれ光検出器２
１Ａ及び２１Ｂ側に放射される。後者の場合で説明する
と、反射面１７のディフォーカスにより、光検出器２１
Ａと２１Ｂの受光信号３１Ａ及び３１Ｂはそれぞれ図１
７における（ａ）及び（ｂ）に示す特性を有する。曲線
３２はグレーティングカプラ１４による入力成分であ
る。反射面１７上に存在する凹凸信号や濃淡信号により
光が散乱され、グレーティングカプラ３０Ａ及び３０Ｂ
の領域まで反射光が回折される。そのため、反射面１７
が点Ｆ_A側に近づくことにより、グレーティングカプラ
３０Ａによる入力成分が増幅され、曲線３２Ａのこぶが
発生する。同様に、反射面１７が点Ｆ_B側に近づくこと
により、グレーティングカプラ３０Ｂによる入力成分が
増幅され、曲線３２Ｂのこぶが発生する。従って、差分
回路３４により受光信号３１Ａと３１Ｂの差分信号３１
Ｃをとることにより、図１７における（ｃ）に示すよう
なＳ字曲線３３が得られ、これを反射面１７のフォーカ
スエラー信号とすることができる。フォーカスエラー信
号がゼロになるような制御がなされると、グレーティン
グカプラ１４からの放射光の集光点Ｆが反射面１７上に
位置制御され、検出器２１の和信号や帰還光量変化によ
る半導体レーザー１のＩＬ特性の変化により、反射面１
７上の信号再生が可能となる。

【００８１】

【実施例８】実施例８は、本発明の集光装置及びそれを
用いた光ディスク装置に関するものであり、図１８及び
図１９を参照しつつ説明する。図１８は実施例８におけ
る集光装置及び光ディスク装置の構成を示す斜視図であ
り、図１９の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれフォ
ーカスエラー信号検出原理を示す特性図である。実施例
８では、グレーティングカプラ１４の外側に、４つのグ
レーティングカプラ３０Ａ、３０Ｂ、３０ａ及び３０ｂ
が設けられている。また、光検出器２１の分割構造が変
わった以外は、前記実施例６と同様の構成である。な
お、実施例６及び７と同じ構成は同一番号を付す。

【００８２】グレーティングカプラ３０Ａ、３０Ｂ、３
０ａ及び３０ｂは、導波層４上（又は下）に点Ｏを中心
として同心円状にグレーティングが形成されたものであ
り、それぞれ対角位置に位置する対称な中空扇形状をな
す。グレーティングカプラ３０Ａと３０ａ、３０Ｂと３
０ｂはそれぞれ対角位置に位置する。グレーティングカ
プラ３０Ａ、３０Ｂ、３０ａ及び３０ｂにおけるグレー
ティングのピッチ仕様はグレーティングカプラ１４にお
ける仕様とは異なる。

【００８３】グレーティングカプラ５に入力し、グレー
ティングカプラ１４を経た導波光は、グレーティングカ
プラ３０Ａ、３０ａから放射され、光軸１０上の点Ｆ_A
に集光される。また、グレーティングカプラ３０Ｂ、３
０ｂからも放射され、光軸１０上の点Ｆ_Bに集光され
る。グレーティングカプラ１４からの放射光は、Ｆ_Aと
Ｆ _Bの中点Ｆに集光される。光軸１０に直交するように
設けられた反射面１７により反射され、グレーティング
カプラ３０Ａ、３０Ｂ、３０ａ、３０ｂ及び１４に入力
して帰還する導波光のうち、グレーティングカプラ５に
おける入力導波モードと異なる導波モードで帰還した成
分は、グレーティングカプラ５から放射され、輪帯状の
光検出器２１に向かう。

【００８４】光検出器２１はグレーティングカプラ３０
Ａ、３０Ｂ、３０ａ及び３０ｂに対応して、対称な中空
扇形状の領域２１Ａ、２１Ｂ、２１ａ及び２１ｂに分割
されている。領域２１Ａと２１ａ、２１Ｂと２１ｂはそ
れぞれ対角位置に位置する。グレーティングカプラ５に
よる入力導波光の等価屈折率をＮ₀、グレーティングカ
プラ５から光検出器側に放射される導波光の等価屈折率
をＮ₁とすると、Ｎ₁＞Ｎ₀の場合、グレーティングカプ
ラ３０Ａ、３０Ｂ、３０ａ及び３０ｂ側から伝搬した帰
還導波光は、それぞれ光検出器２１の領域２１ａ、２１
ｂ、２１Ａ、２１Ｂ側に放射される。一方、Ｎ₁＜Ｎ₀の
場合、それぞれ光検出器２１の領域２１Ａ、２１Ｂ、２
１ａ、２１ｂ側に放射される。

【００８５】後者の場合で説明すると、反射面１７のデ
ィフォーカスにより、光検出器２１Ａと２１ａの和信号
３１Ａ、２１Ｂと２１ｂの和信号３１Ｂは、それぞれ図
１９における（ａ）及び（ｂ）に示す特性を有する。各
図において、曲線３２はグレーティングカプラ１４によ
る入力成分である。反射面１７が点Ｆ_A側に近づくこと
により、グレーティングカプラ３０Ａ及び３０ａによる
入力成分が増幅され、曲線３２Ａのこぶが発生する。一
方、反射面１７が点Ｆ_B側に近づくことにより、グレー
ティングカプラ３０Ｂ及び３０ｂによる入力成分が増幅
され、曲線３２Ｂのこぶが発生する。従って、差分回路
３４により受光信号３１Ａと３１Ｂの差分信号３１Ｃを
とることにより、図１９における（ｃ）に示すように、
Ｓ字曲線３３が得られ、これを反射面１７のフォーカス
エラー信号とすることができる。フォーカスエラー信号
がゼロになるような制御がなされると、グレーティング
カプラ１４からの放射光の集光点Ｆが反射面１７上に位
置制御され、検出器２１の和信号や帰還光量変化による
半導体レーザー１のＩＬ特性の変化により、反射面１７
上の信号再生が可能となる。

【００８６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の波長固定
装置によれば、レーザー光源と、入射面がレーザー光源
から出射されたレーザー光の光軸と直交するように設け
られた透明基板と、透明基板上に形成された等価屈折率
Ｎの導波層と、導波層の上面又は下面に形成され、光軸
を中心とするピッチΛの同心円状の周期構造を有する光
結合手段、例えばグレーティングカプラとを具備するの
で、レーザー光は光結合手段により導波層内で周期構造
の中心から外周側及び外周側から中心に伝搬する導波光
を励起し、導波光の一部を導波層の入射面に略直交する
方向に放射し、放射光をレーザー光源に帰還させること
ができる。そのため、レーザー光の波長λをλ＝ＮΛの
大きさに固定することができる。また、光軸と少なくと
も光結合素子を含む波長固定素子とが垂直な位置関係に
あるため、波長固定素子の調整が光結合素子の中心の光
軸に垂直な面での位置調整だけよく、従来例と比較して
調整が簡単になる。

【００８７】また、レーザー光源と導波層との間にレー
ザー光を集光し及び平行光にする集光手段、例えばコリ
メーターレンズを配置することにより、レーザー光を略
垂直に導波層の入射面に入射させることができる。

【００８８】また、本発明の別の波長固定装置によれ
ば、レーザー光源と、入射面がレーザー光源から出射さ
れレーザー光の光軸と直交するように設けられた透明基
板と、透明基板上に形成された導波層と、導波層の上面
又は下面に形成され光軸を中心とする同心円状周期構造
を有する光結合手段とを具備するので、レーザー光は光
結合手段により導波層内で周期構造の外周側から中心に
伝搬する導波光を励起し、導波光は中心を経て光結合手
段により放射され、該放射光がレーザー光源に帰還す
る。そのため、レーザー光の波長を固定することができ
るとともに、コリメーターレンズ等の集光手段を省略す
ることができ、構成を簡単にすることができる。

【００８９】また、導波層の等価屈折率Ｎ₀、光結合手
段のピッチΛ、光結合手段へのレーザー光の入射角を
θ、透明基板の屈折率をｎとして、（数１）の条件を満
足させることにより、導波層への結合効率を高める一
方、光結合手段からの放射光のレーザー光源への帰還効
率を高めることができる。また、光結合手段により放射
される放射光は波長選択性を有するため、（数１）で示
された波長λとレーザー光源の基準波長λ₀が（数７）
の範囲にあるときに、レーザー光源の波長がλに固定さ
れる。

【００９０】また、光結合手段を、光軸からの半径ｒ₀
を境として外周側結合部及び内周側結合部に分割し、外
周側結合部では周期構造の外周側から中心側に伝搬する
導波光を励起し、内周側結合部では周期構造の中心側か
ら外周側に伝搬する導波光を励起させるように構成する
ことにより、外周側結合部に入力し外周側から中心側に
伝搬する導波光が半径ｒ₀の境界線を越え内周側結合部
により放射させることにより、該放射光をレーザー光源
に帰還させ、レーザー光の波長を固定させることができ
る。

【００９１】例えば、光軸からの半径ｒの点における光
結合手段の周期構造のピッチΛを（数２）の条件を満足
させることにより、外周側から中心側に伝搬する導波光
が半径ｒ₀の境界線を越え内周側結合部により放射され
た場合に、放射光を入力光の逆進波とすることができ
る。そのため、放射光をレーザー光源に正確に帰還させ
ることができる。また、（数２）の条件を満足させるこ
とにより、光結合手段により放射される放射光が波長選
択性を有する。そのため、（数２）で示された波長λと
レーザー光源の基準波長λ₀が（数７）の範囲にあると
きに、レーザー光源の波長がλに固定される。

【００９２】または、光結合手段のうち、光軸からの半
径ｒ₀からｒ₁の輪帯領域の等価屈折率を他の部分とは異
ならせることにより、輪帯結合部の内側では周期構造の
中心から外周側に伝搬する導波光が励起され、輪帯結合
部では周期構造の外周側から中心側に伝搬する導波光が
励起され、外周側から中心側に伝搬する導波光が輪帯結
合部よりも内側の領域から放射されるように構成するこ
とにより、該放射光をレーザー光源に帰還させ、レーザ
ー光の波長を固定させることができる。

【００９３】例えば、半径（ｒ₀＋ｒ₁）／２及び半径ｒ
における光結合手段への導波光の入射角をθ₁及びθ₁、
光結合手段の周期構造のピッチΛ、半径ｒの点における
導波層の等価屈折率Ｎ、透明基板の屈折率をｎとして、
（数３）の条件を満足することにより、半径（ｒ₀＋
ｒ₁）／２の位置では、外周側から中心に向かう導波光
を励起し、半径がｒ₀＜ｒ＜ｒ₁の領域でも大きく位相整
合条件がずれないので、全体として外周側から中心に向
かう導波光を励起することができる。導波光が半径ｒ₀
を経てその内側に至り、内周側での光結合手段により放
射されると、放射光はその放射位置における入力光の逆
進波となるので、放射光をレーザー光源に帰還させるこ
とができる。また、（数３）の条件を満足させることに
より、光結合手段からの光帰還である放射光が波長選択
性を有する。（数３）で示された波長λと半導体レーザ
ー１の基準波長λ₀が（数７）の範囲にあるとき、レー
ザー光源の波長がλに固定される。

【００９４】また、導波層の半径ｒ₀からｒ₁における輪
帯領域の等価屈折率を変えるには、この領域での厚さを
エッチング等により他の領域の厚さに比べて薄くするこ
とにより、容易に実現できる。

【００９５】また、本発明のさらに別の波長固定装置に
よれば、レーザー光源と、レーザー光源から出射される
レーザー光の光軸と直交するように設けられた透明基板
と、透明基板上に形成された導波層と、導波層の上面又
は下面に形成され光軸を中心とする同心円状周期構造を
有する第１の光結合手段と、導波層の上面又は下面の第
１の光結合手段を取り囲む領域に光軸を中心とする同心
円状周期構造を有する第２の光結合手段とを具備するの
で、レーザー光は第１の光結合手段により周期構造の中
心側から外周側に伝搬する第１の導波光を励起し、第１
の導波光は第２の光結合手段により放射されて反射面上
に集光され、反射面により反射される光は第２の光結合
手段により周期構造の外周側から中心側に伝搬する第２
の導波光を励起し、第２の導波光が第１の光結合手段に
より放射され、該放射光をレーザー光源に帰還させるこ
とができる。そのため、レーザー光の波長を固定するこ
とができる。

【００９６】また、導波層の等価屈折率Ｎ₀、第１の光
結合手段のピッチΛ₀、第１の光結合手段のピッチΛ₁、
第１の光結合手段へのレーザー光の入射角をθ₀、第２
の光結合手段からの放射光の出射角をθ₁、透明基板の
屈折率をｎとして、第１及び第２の光結合手段の周期構
造のピッチΛ₀及びΛ₁が（数４）の条件を満足させるこ
とにより、第１の光結合手段の各位置に入射する光は中
心側から外周側に向かう導波光を励起し、この導波光は
外周側まで伝搬し、第２の光結合手段により放射され、
収束性の放射光となり、光軸に直交するように設けられ
た反射面上の集光点に集光する。反射面により反射され
る反射光は第２の光結合手段に入射し、（数４）に基づ
いて、外周側から中心側に向かう導波光を励起する。第
１の光結合手段まで伝搬した帰還導波光は、その伝搬位
置における入力導波光の逆進波であるため、導波光が第
１の光結合手段により放射されると、放射光もその放射
位置における入力光の逆進波となり、放射光をレーザー
光源に正確に帰還させることができる。レーザー光源に
向かう放射光は、第１及び第２の光結合手段における光
入出力を経た光帰還であるため、（数４）に示す波長選
択性を有する。そのため、放射光がレーザー光源の出力
端面に帰還することにより、（数４）で示された波長λ
とレーザー光源の基準波長λ₀が（数７）の範囲にある
とき、レーザー光源の波長がλに固定される。

【００９７】また、第１の光結合手段と第２の光結合手
段の間において、透明基板に段差構造が設けられ、段差
構造により導波層を折り曲げ、段差部を形成することに
より、導波光が段差部を通過することにより導波モード
を変化させることができる。そのため、導波光のうち導
波モードが変化されなかった成分をレーザー光源に帰還
させ、レーザー光源の波長を固定させるとともに、導波
モードが変化された成分を他の用途、例えば光ディスク
信号の読みとり等に使用することができる。

【００９８】また、段差部を通過する前と後との導波光
に対する等価屈折率をＮ₀及びＮ₁、第１の光結合手段へ
のレーザー光の入射角をθ₀、第２の光結合手段からの
放射光の出射角をθ₁、透明基板の屈折率をｎとして、
第１及び第２の光結合手段のピッチΛ₀及びΛ₁が（数
５）の条件を満足することにより、導波光のうち導波モ
ードが変化されなかった成分を正確にレーザー光源に帰
還させることができる。

【００９９】一方、本発明の集光装置によれば、レーザ
ー光源と、レーザー光源から出射されるレーザー光の光
軸と直交するように設けられた透明基板と、透明基板上
に形成された導波層と、導波層の上面又は下面に形成さ
れ光軸を中心とする同心円状周期構造を持つ第１の光結
合手段と、導波層の上面又は下面の第１の光結合手段を
取り囲む領域に光軸を中心とする同心円状周期構造を有
する第２の光結合手段とを具備するので、レーザー光は
第１の光結合手段により周期構造の中心側から外周側に
伝搬する導波光を励起し、導波光は第２の光結合手段に
より放射され、所定の集光点に集光され、集光点近傍に
設けられた反射面により反射された光は第２の光結合手
段により外周側から中心に伝搬する第２の導波光を励起
し、第２の導波光は第１の光結合手段により放射光を励
起し、放射光をレーザー光源に帰還させることにより、
レーザー光の波長を固定することができる。

【０１００】また、第１及び第２の光結合手段の周期構
造のピッチΛ₀及びΛ₁が（数４）の条件を満足すること
により、第１の光結合手段の各位置に入射する光は中心
側から外周側に向かう導波光を励起し、この導波光は外
周側まで伝搬し、第２の光結合手段により放射され、収
束性の放射光となり、光軸に直交するように設けられた
反射面上の集光点に集光させることができる。

【０１０１】また、第１の光結合手段と第２の光結合手
段の間において、透明基板は段差構造を有し、段差構造
により導波層を折り曲げ、段差部を形成することによ
り、導波光が段差部を通過することにより導波モードを
変化させることができる。そのため、導波光のうち導波
モードが変化されなかった成分をレーザー光源に帰還さ
せ、レーザー光源の波長を固定させるとともに、導波モ
ードが変化された成分を他の用途、例えば光ディスク信
号の読みとり等に使用することができる。

【０１０２】また、段差部を通過する前と後との導波光
に対する等価屈折率をＮ₀及びＮ₁、第１の光結合手段へ
のレーザー光の入射角をθ₀、第２の光結合手段からの
放射光の出射角をθ₁、透明基板の屈折率をｎとして、
第１及び第２の光結合手段のピッチΛ₀及びΛ₁が（数
５）の条件を満足することにより、導波光のうち導波モ
ードが変化されなかった成分を正確にレーザー光源に帰
還させることができる。

【０１０３】さらに、本発明の光ディスク装置によれ
ば、レーザー光源と、レーザー光源から出射されるレー
ザー光の光軸と直交するように設けられた透明基板と、
透明基板上に形成された導波層と、導波層の上面又は下
面に形成され光軸を中心とする同心円状周期構造を持つ
第１の光結合手段と、導波層の上面又は下面の第１の光
結合手段を取り囲む領域に光軸を中心とする同心円状周
期構造を有する第２の光結合手段とを具備し、第１の光
結合手段と第２の光結合手段の間において、透明基板は
段差構造を有し、段差構造により導波層が折り曲げられ
る段差部を形成することにより、レーザー光は第１の光
結合手段により周期構造の中心側から外周側に伝搬する
第１の導波光を励起し、第１の導波光は第２の光結合手
段により放射されて光ディスクの反射面上に集光され、
反射面により反射された光は第２の光結合手段により周
期構造の外周側から中心側に伝搬する第２の導波光を励
起し、第１及び第２の導波光が段差部を通過することに
より導波モードの異なる導波光を励起し、導波モードの
異なる第１の導波光の一部が第１の光結合手段により放
射され、該第１の放射光がレーザー光源に帰還する。そ
のため、レーザー光の波長を固定させることができると
ともに、導波モードの異なる第２の導波光の一部が第１
の光結合手段によりレーザー光源とは別の角度に放射さ
れ、該第２の放射光はその放射方向に配置された光検出
器により検出され、光検出器の信号により、反射面の信
号を再生することができる。

【０１０４】また、第２の光結合手段の外周側に接する
２個以上の中空扇状領域に形成され、光軸を中心とする
同心円状周期構造を有する第３の光結合手段を具備する
ことにより、中心側から外周側に伝搬する第１の導波光
の一部が第３の光結合手段から放射され、反射面の手前
及び奥に集光され、反射面により反射された光は第３の
光結合手段により周期構造の外周側から中心側に伝搬す
る第３の導波光を励起し、段差部を通過することにより
導波モードが変化した第３の導波光が第１の光結合手段
によりレーザー光源とは別角度の方向に放射され、該第
３の放射光はその放射方向にあって第３の光結合手段に
対応する方位に配置された２個以上の光検出器により検
出され、これらの検出信号は反射面の信号情報を含んで
いるので、光検出器の差分信号により、反射面のフォー
カスエラー信号を得ることができる。

【０１０５】また、反射面上に凹凸又は濃淡信号を形成
することにより、凹凸又は濃淡信号によりレーザー光源
側に帰還する光量が変化し、該変化によりレーザー光源
の発振光量が変化し、発振光量の変化に基づいて反射面
上の信号を読みとることができる。

【０１０６】以上の各効果により、調整が簡単で構成が
簡素化され他波長固定装置を提供することができる。ま
た、波長選択性における高分解能を維持したまま、従来
例に比べて装置の構成を数分の１の大きさにすることが
できる。さらに、本発明の波長固定装置を用いることに
より、光源のモードホッピングが発生しないので、集光
点位置の変位がなく、レーザーの再生モードと記録モー
ドとの間で発生する波長変動による集光点位置の変位が
ない集光装置を提供することができ、従来の光ヘッドで
採用されている高周波重畳回路が不要となり、光ヘッド
の低コスト化が実現できる。さらに、導波層の等価屈折
率誤差に伴う収差の影響がキャンセルでき、開口に加わ
る制限条件も大幅に緩和される。また、半導体レーザー
への帰還光量の変化を利用した信号再生の場合、帰還光
の波長に選択性があるため低ノイズの信号再生が可能で
ある等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１における波長固定装置の構成
を示す断面図

【図２】本発明の実施例２における波長固定装置の構成
を示す断面図

【図３】実施例２におけるグレーティングピッチと半径
の関係を示す図

【図４】本発明の実施例３における波長固定装置の構成
を示す断面図

【図５】実施例３におけるグレーティングピッチと半径
の関係を示す図

【図６】本発明の実施例４における波長固定装置の構成
を示す断面図

【図７】実施例４におけるグレーティングピッチと半径
の関係を示す図

【図８】実施例４における等価屈折率と半径の関係を示
す図

【図９】本発明の実施例５における波長固定装置の構成
を示す断面図

【図１０】実施例５におけるグレーティングピッチと半
径の関係を示す図

【図１１】本発明の実施例６における集光装置及び光デ
ィスク装置の構成を示す断面図

【図１２】実施例６における光ディスク装置の信号再生
原理図

【図１３】実施例６における波長固定機能に伴う縦収差
特性の変化を示す図

【図１４】実施例６における縦収差特性の違いを比較し
た図

【図１５】実施例６における導波層の分散特性図

【図１６】本発明の実施例７における集光装置の構成及
び光ディスク装置の構成を示す斜視図

【図１７】（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）はそれぞれ実施例
７における光検出器の受光信号の特性及びフォーカスエ
ラー信号検出原理を示す説明図

【図１８】本発明の実施例８における集光装置の構成及
び光ディスク装置の構成を示す斜視図

【図１９】（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）はそれぞれ実施例
８における光検出器の受光信号の特性及びフォーカスエ
ラー信号検出原理を示す説明図

【図２０】従来の波長固定装置の構成を示す断面図

【符号の説明】

１・・・半導体レーザー、 １ａ・・・半導体レーザー出射端面、 ３・・・透明基板、 ４・・・導波層、 ５・・・同心円状グレーティングカプラ ６・・・レーザー光、 ６Ｒ、６Ｓ・・・帰還レーザー光、 ８、８Ｒ・・・導波光、 １０・・・光軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−120613（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−206580（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−241883（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−125670（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−175276（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−157585（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50

Claims (20)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザー光源と、入射面が前記レーザー
   光源から出射されたレーザー光の光軸と直交するように
   設けられた透明基板と、前記透明基板上に形成された等
   価屈折率Ｎの導波層と、前記導波層の上面又は下面に形
   成され前記光軸を中心とするピッチΛの同心円状の周期
   構造を有する光結合手段とを具備し、前記レーザー光は
   前記光結合手段により前記導波層内で周期構造の中心か
   ら外周側及び外周側から中心に伝搬する導波光を励起
   し、前記導波光の一部を前記導波層の前記入射面に略直
   交する方向に放射し、放射光を前記レーザー光源に帰還
   させることにより前記レーザー光の波長λをλ＝ＮΛの
   大きさに固定する波長固定装置。
2. 【請求項２】 前記レーザー光源と前記導波層との間に
   前記レーザー光を集光し及び平行光にする集光手段を配
   置し、前記レーザー光を略垂直に前記導波層の入射面に
   入射させる請求項１記載の波長固定装置。
3. 【請求項３】 レーザー光源と、入射面が前記レーザー
   光源から出射されレーザー光の光軸と直交するように設
   けられた透明基板と、前記透明基板上に形成された導波
   層と、前記導波層の上面又は下面に形成され前記光軸を
   中心とする同心円状周期構造を有する光結合手段とを具
   備し、前記レーザー光は前記光結合手段により前記導波
   層内で周期構造の外周側から中心に伝搬する導波光を励
   起し、前記導波光は中心を経て前記光結合手段により放
   射され、該放射光が前記レーザー光源に帰還し、前記レ
   ーザー光の波長を固定させる波長固定装置。
4. 【請求項４】 前記導波層の等価屈折率Ｎ₀、前記光結
   合手段のピッチΛ、前記光結合手段への前記レーザー光
   の入射角をθ、前記透明基板の屈折率をｎとして、 【数１】 の条件を満足する請求項３記載の波長固定装置。
5. 【請求項５】 レーザー光源と、入射面が前記レーザー
   光源から出射されレーザー光の光軸と直交するように設
   けられた透明基板と、前記透明基板上に形成された導波
   層と、前記導波層の上面又は下面に形成され前記光軸を
   中心とする同心円状周期構造を有する光結合手段とを具
   備し、前記光結合手段は、前記光軸からの半径ｒ₀を境
   として外周側結合部及び内周側結合部に分割され、前記
   外周側結合部では周期構造の外周側から中心側に伝搬す
   る導波光が励起され、前記内周側結合部では周期構造の
   中心側から外周側に伝搬する導波光が励起され、前記外
   周側結合部に入力し外周側から中心側に伝搬する導波光
   は半径ｒ₀の境界線を越え前記内周側結合部により放射
   され、該放射光が前記レーザー光源に帰還してレーザー
   光の波長を固定させる波長固定装置。
6. 【請求項６】 前記導波層の等価屈折率Ｎ₀、前記光結
   合手段への前記レーザー光の入射角をθ、前記透明基板
   の屈折率をｎとして、前記光軸からの半径ｒの点におけ
   る前記光結合手段の周期構造のピッチΛが 【数２】 の条件を満足する請求項５記載の波長固定装置。
7. 【請求項７】 前記外周側結合部は、前記内周側結合部
   とは等価屈折率が異なり、前記内周側結合部では周期構
   造の中心から外周側に伝搬する導波光が励起され、前記
   外周側結合部では周期構造の外周側から中心側に伝搬す
   る導波光が励起され、前記外周側から中心側に伝搬する
   導波光は前記内周側結合部から放射され、該放射光が前
   記レーザー光源に帰還してレーザー光の波長を固定させ
   る請求項５記載の波長固定装置。
8. 【請求項８】 前記外周側結合部の最内周半径をｒ₀、
   最外周半径をｒ₁として、半径（ｒ₀＋ｒ₁）／２及び半
   径ｒにおける前記光結合手段への前記導波光の入射角を
   θ₀及びθ₁、前記光結合手段の周期構造のピッチΛ、半
   径ｒの点における前記導波層の等価屈折率Ｎ、前記透明
   基板の屈折率をｎとして、 【数３】 の条件を満足する請求項７記載の波長固定装置。
9. 【請求項９】 前記導波層の半径ｒ₀からｒ₁における輪
   帯領域での厚さを他の領域の厚さに比べて薄くすること
   により、（数３）の条件を満足することを特徴とする請
   求項８記載の波長固定装置。
10. 【請求項１０】 レーザー光源と、前記レーザー光源か
    ら出射されるレーザー光の光軸と直交するように設けら
    れた透明基板と、前記透明基板上に形成された導波層
    と、前記導波層の上面又は下面に形成され前記光軸を中
    心とする同心円状周期構造を持つ第１の光結合手段と、
    前記導波層の上面又は下面の前記第１の光結合手段を取
    り囲む領域に前記光軸を中心とする同心円状周期構造を
    有する第２の光結合手段とを具備し、前記レーザー光は
    前記第１の光結合手段により周期構造の中心側から外周
    側に伝搬する第１の導波光を励起し、前記第１の導波光
    は前記第２の光結合手段により放射されて反射面上に集
    光され、前記反射面により反射される光は前記第２の光
    結合手段により周期構造の外周側から中心側に伝搬する
    第２の導波光を励起し、前記第２の導波光が前記第１の
    光結合手段により放射され、該放射光が前記レーザー光
    源に帰還し、前記レーザー光の波長を固定させる波長固
    定装置。
11. 【請求項１１】 前記導波層の等価屈折率Ｎ₀、前記第
    １の光結合手段のピッチΛ₀、前記第１の光結合手段の
    ピッチΛ₁、前記第２の光結合手段への前記レーザー光
    の入射角をθ₀、前記第２の光結合手段からの放射光の
    出射角をθ₁、前記透明基板の屈折率をｎとして、前記
    第１及び第２の光結合手段の周期構造のピッチΛ₀及び
    Λ₁が 【数４】 の条件を満足する請求項１０記載の波長固定装置。
12. 【請求項１２】 前記第１の光結合手段と第２の光結合
    手段の間において、前記透明基板に段差構造が設けら
    れ、前記段差構造により前記導波層が折り曲げられる段
    差部を形成し、前記導波光が前記段差部を通過すること
    により前記段差構造により導波モードが変化する請求項
    １０記載の波長固定装置。
13. 【請求項１３】 前記段差部を通過する前の導波光に対
    する等価屈折率をＮ₀、前記段差部を通過した後の導波
    光に対する等価屈折率をＮ₁、前記第１の光結合手段へ
    の前記レーザー光の入射角をθ₀、前記第２の光結合手
    段からの出射光の放射角をθ₁、前記透明基板の屈折率
    をｎとして、前記第１及び第２の光結合手段のピッチΛ
    ₀及びΛ₁が 【数５】 の条件を満足する請求項１２記載の波長固定装置。
14. 【請求項１４】 レーザー光源と、前記レーザー光源か
    ら出射されるレーザー光の光軸と直交するように設けら
    れた透明基板と、前記透明基板上に形成された導波層
    と、前記導波層の上面又は下面に形成され前記光軸を中
    心とする同心円状周期構造を持つ第１の光結合手段と、
    前記導波層の上面又は下面の前記第１の光結合手段を取
    り囲む領域に前記光軸を中心とする同心円状周期構造を
    有する第２の光結合手段とを具備し、前記レーザー光は
    前記第１の光結合手段により周期構造の中心側から外周
    側に伝搬する導波光を励起し、前記導波光は前記第２の
    光結合手段により放射され、所定の集光点に集光され、
    前記集光点近傍に設けられた反射面により反射された光
    は前記第２の光結合手段により外周側から中心に伝搬す
    る第２の導波光を励起し、前記第２の導波光は前記第１
    の光結合手段により放射光を励起し、前記放射光を前記
    レーザー光源に帰還させることにより前記レーザー光の
    波長を固定する集光装置。
15. 【請求項１５】 前記導波層の等価屈折率Ｎ₀、前記第
    １の光結合手段のピッチΛ₀、前記第２の光結合手段の
    ピッチΛ₁、前記第２の光結合手段への前記レーザー光
    の入射角をθ₀、前記第２の光結合手段からの放射光の
    出射角をθ₁、前記透明基板の屈折率をｎとして、前記
    第１及び第２の光結合手段の周期構造のピッチΛ₀及び
    Λ₁が前記（数４）の条件を満足する請求項１４記載の
    集光装置。
16. 【請求項１６】 前記第１の光結合手段と第２の光結合
    手段の間において、前記透明基板は段差構造を有し、前
    記段差構造により前記導波層が折り曲げられる段差部を
    形成し、前記導波光が前記段差部を通過することにより
    導波モードが変化する請求項１４又は１５に記載の集光
    装置。
17. 【請求項１７】 前記段差部を通過する前の導波光に対
    する等価屈折率をＮ₀、前記段差部を通過した後の導波
    光に対する等価屈折率をＮ₁、前記第１の光結合手段へ
    の前記レーザー光の入射角をθ₀、前記第２の光結合手
    段からの放射光の出射角をθ₁、前記透明基板の屈折率
    をｎとして、前記第１及び第２の光結合手段のピッチΛ
    ₀及びΛ₁が（数５）の条件を満足する請求項１６記載の
    集光装置。
18. 【請求項１８】 レーザー光源と、前記レーザー光源か
    ら出射されるレーザー光の光軸と直交するように設けら
    れた透明基板と、前記透明基板上に形成された導波層
    と、前記導波層の上面又は下面に形成され前記光軸を中
    心とする同心円状周期構造を持つ第１の光結合手段と、
    前記導波層の上面又は下面の前記第１の光結合手段を取
    り囲む領域に前記光軸を中心とする同心円状周期構造を
    有する第２の光結合手段とを具備し、前記第１の光結合
    手段と第２の光結合手段の間において、前記透明基板は
    段差構造を有し、前記段差構造により前記導波層が折り
    曲げられ段差部を形成し、前記レーザー光は前記第１の
    光結合手段により周期構造の中心側から外周側に伝搬す
    る第１の導波光を励起し、前記第１の導波光は前記第２
    の光結合手段により放射されて光ディスクの反射面上に
    集光され、前記反射面により反射される光は前記第２の
    光結合手段により周期構造の外周側から中心側に伝搬す
    る第２の導波光を励起し、前記第１及び第２の導波光が
    前記段差部を通過することにより導波モードの異なる導
    波光を励起し、前記導波モードの異なる第１の導波光の
    一部が前記第１の光結合手段により放射され、該第１の
    放射光が前記レーザー光源に帰還し、前記レーザー光の
    波長を固定させ、前記導波モードの異なる第２の導波光
    の一部が前記第１の光結合手段により前記レーザー光源
    とは別の角度に放射され、該第２の放射光はその放射方
    向に配置された光検出器により検出され、前記光検出器
    の信号により、前記反射面の信号を再生する光ディスク
    装置。
19. 【請求項１９】 前記第２の光結合手段の外周側に接す
    る２個以上の中空扇状領域に形成され、前記光軸を中心
    とする同心円状周期構造を有する第３の光結合手段を具
    備し、前記中心側から外周側に伝搬する第１の導波光の
    一部が前記第３の光結合手段から放射され、前記反射面
    の手前及び奥に集光され、前記反射面により反射された
    光は前記第３の光結合手段により周期構造の外周側から
    中心側に伝搬する第３の導波光を励起し、前記段差部を
    通過することにより導波モードが変化した第３の導波光
    が前記第１の光結合手段により前記レーザー光源とは別
    角度の方向に放射され、該第３の放射光はその放射方向
    にあって第３の光結合手段に対応する方位に配置された
    ２個以上の光検出器により検出され、前記光検出器の差
    分信号により、前記反射面のフォーカスエラー信号を得
    る請求項１８記載の光ディスク装置。
20. 【請求項２０】 前記反射面上に凹凸又は濃淡信号が形
    成され、前記凹凸又は濃淡信号により前記レーザー光源
    側に帰還する光量が変化し、該変化により前記レーザー
    光源の発振光量が変化し、前記発振光量の変化に基づい
    て前記反射面上の信号を読みとる請求項１８又は１９記
    載の光ディスク装置。