JPH0250108A - ハイブリッド型集光カップラおよびこれを用いた光情報読み出し装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、プレーナ型光導波路から外部に光を取り出し
、外部の一点に集光する素子およびこれを用いた光情報
読み出し装置に関する。

〔従来の技術〕

回折格子とバルク型レンズを利用して、光導波路から外
部に元を取り出し、かつ、−点に集光する素子について
は１例えば、テクニカル・ダイジェスト・オブ・ファー
スト・マイクロオプティクス・コンファレンスの第２０
２３ｉ１ｈｌ：ｌＥ２０５頁（Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｄ
ｉｇｅｓｔ　ｏｆ　１ｓｔ　Ｍｉｃｒｏ−ｏｐｔｉｃｓ
　Ｃｏｎｆｅ　−ｆｅｎｃｅ　ｐｐ２０２〜２０５（１
９８７））において論じられている。

その構造は、第２図に示すように、半導体、誘電体また
はガラスの基板２１上に形成された光導波層２２上に１
等間隔曲線形状の回折格子２３を形成し、これを用いて
導波光２４ｉ基板外部へ射出させ、これを対物レンズ２
５で焦点２６へ集光させる機能を持つ。

また、集光カップラを用いた光情報読み出し装置につい
ては、例えば、特開昭６１−２９６５４０号公報に述べ
られている。その例では、集光カッグラとして不等間隔
白層形状の回折格子が用いられている。

また、集光カップラと表面弾性波発振子を用いて元情報
の読み出しと光の高速偏向を同時に行なう装置について
は、例えば、特開昭６１−８５６４１号公報に述べられ
ているが、その例でも、やはり集光カッグラとして不等
間隔直線形状の回折格子が用いられている。

〔発明が解決りようとする課題〕

しかし、上記のようなハイブリッド型集光カップラは、
集積化党ピックアップ用対物レンズとして利用すると、
以下に述べるような問題があり九。

まず、上記のような集光カップラでは効率が低い。この
原因は、導波光２４が導波□層上面へ回折光として射出
すると共に、−一側へも回折光として射出するためであ
る。

これは１例えば、特開叩６０−１８８９１０号公報に記
載されているように、回折格子をブレーズ化すれば改善
される。しかし、ブレーズド回折格子は。

作襄が難しく、生産性の低下や、コストが高（なる等の
問題がある。

ま九、上記カップラは、光デイスク面上で反射された光
を導波層２２内へ再び取り込む働きを兼ねているが、こ
のような入力結合は、一般に、出力結合に依存すると共
に、□該出力結合より効率が悪い友め、全体の効率がよ
り低下する恐れがある。

また、上記のよ５な集光カップラでは、収差についても
問題がある。すなわち、光デイスクピックアップのレン
ズ収差については以下のような制限がある。

Ｉｏを、無収差のときの焦点における光強度、Φム（Ｐ
）を、焦点を集束点とする球面波と実際の波面上の任意
の点Ｐにおける位相のずれとすると・焦点付近の点Ｐに
おける規格化光強度ｉ　［Ｑは、次式で定義される。た
だし１面積分はレンズ開口面上で行なう。

ｔ（Ｑ）−１，ＩＩＩｅｘｐ（ｉφ人ＣＰ））ｄｓｌ”
　　　　　　　、、、■収差が小さいときは、次式とな
る。

１（Ｑ）　ａ−１−４π　・４Φ２　　　　　　　　・
・・■ただり、　７Φｐは次の通り。

実用上十分の対物レンズである九めには、１（Ｑ）≧α
８でなければならないとされているｉその念めには＝　
ｌａｐ≦０．０７　となるよう波面収差の発生を抑制し
なければならない。

１万、元ディスク上に高密度に記録された情報を読み出
す場合ら焦点における光のスポットサイズを小さ（する
次め、ＮＡ（レンズ直径／焦点距離）をα４５以上とす
る必要がある。

前記文献のカップラの場合、ＮＡ−０，４５とし。

かつ、ΔΦｐ〜α０７　とするには、レーザの波長ずれ
４λ、導波光の実効屈折率のすれＪＮ、レーザ光の光軸
からのずれ＃を、それぞれ以下のようたする必このうち
、ＪＮは、はぼ作蓋上問題のない値であるが、ノλ、Ｊ
に関しては、実用化レベルでなく、特にａが小さいため
、導波光と垂直に表面弾性波な伝搬させ、弾性波により
光を光軸から左右に偏向させることによって高速のナタ
毎スを実現する狙いを持つ集積化元ピックアップには便
用できない。　　　　　　　　　　　・ 以上のように、―記文献の集光カップラでは、素子効率
、収差の両面で、実用化に大きな問題がある。゛　　　
　　・　　　　　　　・本発明の目的は、高効率、かう
低収差のパイプリッド型の集光カップラを提供すること
にある。

ま念、本発明の他の目的は、導波光を表面弾性波により
光軸から左右に高速に偏向させることができて、高速ア
クセスが可能な光ピツクアップ、すなわち、光情報読み
出し装ｆｔ１Ｆ！：提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、基板と、その表面に形成された該基板よ・
り屈折率の高い導波層とよりなる光導波路から、導波光
を該光導波路外部に射出させ、かつ。

該光導波路外の一点に集束させるハイブリッド型集光カ
ップラにおいて、 前記導波層内部ま之は境界面に形成され、導波光を基板
内部方向へ射出せしめる等間隔＠線形状の回折格子と、
射出光を一点に集束させる働きを有する集光素子とを備
えることにより連取される。

上記基板上、特に、導波層上には１表面弾性波全励振す
る電極を配置することができる。これにより、導波光の
射出方向を変えることができ、集光カップラを高速光偏
向装置として用いることができる。

また、基板上に、半導体レーザから射出し之元を導波層
に結合させる不等間隔曲線形状の回折格子と、導波光を
偏向させる表面弾性波発生用電極と、光記録媒体からの
反射光を７オトダイオード等の受光素子上に集光させる
中心軸について線対称な不等間隔曲線形状の回折格子と
を、上記ハイブリッド型集光カップラと共に設けること
により、元ピックアップとして用いることができる光情
報読み出し装置を構成することができる。

〔作用Ｊ 本発明によるハイブリッド型カップラは、導波１内、ま
たは導波層上に形１ｉした等間隔直線形状の回折格子が
、導波光を基板内部方向にのみ射出せしめ、バルク型果
元レンズが前記射出光を元ディスク等の光記録媒体上へ
集光する働きを愕り。

このような構成とすることにより、導波光が基板内部方
向にのみ射出されるため、集光レンズにより効率よ（集
光することができ、出力結合の効率が高（なる。その結
果、出力結合に依存する入力結合の効率も高くなる。

また、上記のような構成によれば、射出光がほぼ平行光
となるので、収差がほとんど無視できる。

従って１本発明によれば、従来のものよシ高効率でかつ
低収差の集光カップラを構成でき、ま念、これを用いて
、高効率の光情報読み出し装置を実現することができる
。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明の第１の実施例を示すものである。

同図において、１１は誘′亀体またはガラスの基板、１
２は基板１１の第１主平面上に形成され、該基板１１よ
υ高い屈折率を有する光導波層、１３は該導波層１２上
に形成された等間隔直線形状の回折格子、１４は導波層
１２内を伝搬する導波光、１５は基板より射出されｔ元
を集光するレンズ、１６はレンズによる射出光の集束点
（以下便宜上焦点という）である。なお、導波光１４は
、コリメートされた平行光である必要がある。

ここで、光源のレーザ光の波長をλ、導波層１２の導波
光１４に対する実効屈折率ｔ−Ｎ、基板１１の屈折率を
ｎｓ、等間隔直線形状の回折格子１３の格子間隔を八と
する。回折格子１３を用い９ｍ次光を基板方向に基鈑表
面と０の角度方向へ射出せしめる之めには、 ｆ 了ｎＢｃｏｓｌ）−了Ｎ＋−；ｍ　（ｍ：整数）・・・
■とい５条件を満たす必要がある。通常、回折光として
は一１次元を用いる。

条件式■のほかに、 ２ｒ２ｇ２π 了く了Ｎ十Ｔｍ　・・・■ が満友されれば、導波光は基板方向のみに射出され、空
気中へは射出されないので、大きな効率が得られる。

格子間隔Ａは、ｍ−−１とＬ％＃−３０度とすると、次
で与えられる。

−例を挙げると、基板１１として、ｎＢｍ２．１７７の
ＬｉＮｂ０．を用い、導波層１２を、Ｔｉの熱拡散によ
り作製してＮ＝２．１８７とし、光源としてλ−１７８
（、ｌＩｍ）の半導体レーザを用いたとすると、入−２
，５９（βｍ）となり、フォトリソグラフィ技術を用い
て十分作製可能である。ま之、このとき条件■も満足さ
れるので、導波光は、基板方向のみに効率よ（射出せし
めることができる。

ｗｅ、基板１１として、ｎ５−１．４７２のパイレック
スガラスを用い、導波層１２として、ス°バッタリング
で成膜し比屈折率ｔ５４４のコーニング７０５９ガラス
を用いてＮ−１５２０とし、光源として、やは９λ−α
７ＢＣＩａｍ）の半導体レーザを用いたとすると、ＡＩ
−五１８（Ｊｍ）となり、やはりフォトリングラフィ技
術を用いて十分作製可能である。また、このとき条件■
も満足されるので、導波光を基根号向のみに効率よく射
出させることができる。

以上のように、本発明のようなハイブリッド型集光カッ
プラでは、従来のものに比して大きな効率を得ることが
できる。

−７、前記のレーザ光波長ずれノλ、実効屈折率のずれ
ΔＮ、レーザ光の光軸からのずれδが生じたときの収差
については、以下のようになる。

３３図のように、ａ−Ｏのときの光線の伝搬方向を２軸
とするような左手系の［１１１直交座標系をと９．ま九
、光の射出点を原点とし＃−〇のとき光線が射出する方
向’ｆ：ｚ’　　軸とするような左手系の直ａ直交座標
系をとる。二つの座標系の原点は。

一致させる。また、ｚ′＠およびｚ　ｌ　軸は−の角を
なしている。

まず、入射平行光が２軸から−だけずれた方向に入射し
た場合、ｘｙｚ系における位相整合条件は、 ＫＯＮＣＯ３ａ　−２ｔｔ　／Ａ−Ｐ　ｚＫｏＮｓｉｎ
ａ　　　　　−Ｐｙ　　・・・■となる。ただしに６−
２ｆ／Ｊ　、またＰｘ、Ｐｙ、Ｐｚは射出ベクトルのｘ
ｙｚ系における成分である。

ｘｙｚ系とｘ′ｙｌｚｌ系のベクトルは、変換で結ばれ
るから、射出ベクトルは、ｘ　ｌｙ　＋　ｚ　Ｊ系では
・ となる。

射出光の方向のｚ１軸となす角度をφとすると、前記１
ａｔＮｂＯ，を基板として用いる例の場合、１．Ｊ　ｌ
≦α０１　（ｒａｄ）の範囲では、はぼ１Ｊｊ−一であ
る。

さらに、基板と空気の境界面における屈折の効果により
、空気中ではφ〜２ト１　となる。すなわち、導波光は
、２゛　軸からほぼ２ａ傾いた方向へ平行光として射出
する。

集光レンズ１６として、通常の元ピックアップ用対物レ
ンズを使用すれば、射出光が平行光であるためａが上記
のように十分小さければ、収差はほとんど問題にならな
いほど小さい。

ま九、例えば、レンズの焦点距離を３■とすれば、焦点
１６は、Ｊ−（ＬＯｌのとき約５０５ｍ移動するので、
導波光１４ｔ−積極的に８ＡＷ（表面弾性波）発振子４
１で励振した８ＡＷ　＝ｉ用いてａだけ偏向させること
によって、第４図のように数トラック分のアクセスおよ
びトラッキング補正を行なうことができる。

以上のように、回折格子形状ｔ−［１１１とすることで
、導ａ元１４の光軸２からの偏向に対して強いピックア
ップ対物レンズ系を構成できる。

−万、実効屈折率のずれΔＮル−ザ光源の波長ずれが生
じ九場合、射出光方向は、ｘｚ（ｘ’ｒ’）平面で角度
ノーだけずれる。ただし、射出光は、平行光である。そ
の大きさは、はぼ と表わせる。ａＮ、Δスが単独で生じた場合、前記Ｌｉ
Ｎｂ０．を基板として用いた例の場合、である。屈折の
効果を考慮すると、１ΔＮ＜ａ、ｏｌ（ｒａｄ）となる
範囲は、 となり、これは、従来のものに比べて十分大きい値であ
る。

以上のように、本発明のノーイブリッド型集光カップラ
では、回折格子に直線形状の回折格子を用いているので
、かなり大きなｌλ、ΔＮ、δカ生シテも、射出光が平
行光でおるため、高性能のピックアップ用対物レンズを
用いれば１発生収差を小さ（させることができる。

第５図は、本発明の第２の実施例を示す。

同図において、５１は基板、５２は光導波層、５３は直
線形状の回折格子、５４は導波光、５５は射出光を全反
射させる全反射面であり５６が対物レンズ、５７は焦点
である。

本実施例の特徴は、基板面に対し５０度の角度をなす方
向に切断、研磨した面により、射出光を全反射させ、反
射光を基板上面へ取り出すことができることである。こ
れにより、本発明を含む集積化ピックアップを実装する
ことが容易となる。

第６図は、本発明を実施した集積化ピックアップの概略
図である。

同図において、６１は基板、６２は光導波層。

６３は光源となる半導体レーザ、６５はレーザ光を光導
波層６２に結合し、平行光にコリメートする定めの集光
グレーティングカップラ、６４は信号光およびトラッキ
ング信号および７オ一カシング信号を検出するための二
分割７オトダイオード、６６は信号光を得ると共に、ト
ラッキング信号およびフォーカシング信号を得る友めに
用いるフオーカシンググレーテインダスプリツタ、６７
は元°偏向器、６８は導波光を基板６１側へ射出し、か
つ、ディスクからの信号光を再び光導波層６２へ結合す
るための直線形状回折格子であり、６９は集光用対物レ
ンズである。

本実施例では、前記第２の方式を用いている。

このような集積化ピックアップを用いれば、従来のバル
ク型光部品を組み合わせたピックアップに比べ、大幅に
小型、軽量化され、かつ、微小距離のアクセスおよびト
ラッキング補正を光偏向器を用いて、電気的に冒速に行
なうことができるピックアップを得ることができる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、高効率でかつ低収差の元
ピックアップ対物レンズ用集光カップラを提供できろ。

特に、ＩＪＩの許容値が大きいため、光偏向器を用いて
導波光を偏向させて、微小距離のアクセスおよびトラッ
キング補正を行なう機能ヲ持つ集積化ピックアップｔ−
構成することができ、集積化ピックアップの実用化に大
きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるハイグリッド型集光カップラの第
１の実施例を表わす斜視図、第２図は従来のハイブリッ
ド型集光カップラの斜視図、第６図は実施例の説明に用
いる直ａｒＩＸ交座標系を示す斜視図、第４図は光偏向
器による元の偏向効果を表わす斜視図、第５図は本発明
によるハイグリッド型集光カップラの第２の実施例を聚
わす側面図、第６図は本発明によるハイグリッド型集光
カップラを搭載した集積化ピックアップの全体を示す斜
視図である。 １１・・・基板 １２・・・光導波層 １５・・・等間隔直線形状の回折格子 １５・・・対物レンズ ４１・・・光偏向用ＳＡＷ発撮子 ５１・・・基板 ５２・・・元４ｔｉ、層 ５５・・・等間隔直線形状の回折格子 ５５・・・全反射面 ５６・・・対物レンズ １・・・基板 ２・・・光導波層 ３・・・半導体レーザ ４・・・二分割フォトダイオード ５・・・集光グレーティングカップラ ６・・・フォーカシングビームスプリッタ７・・・光偏
向用８ＡＷ発振子 ８・・・等間隔直線形状の回折格子 ９・・・対物レンズ 第 図 第 ヰ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板と、その表面に形成された該基板より屈折率の
   高い導波層とよりなる光導波路から、導波光を該光導波
   路外部に射出させ、かつ、該光導波路外の一点に集束さ
   せるハイブリッド型集光カップラにおいて、 前記導波層内部または境界面に形成され、導波光を基板
   内部方向へ射出させる等間隔直線形状の回折格子と、射
   出光を一点に集束させる働きを有する集光素子とを備え
   てなることを特徴とするハイブリッド型集光カップラ。 ２、基板上に、表面弾性波を励振する電極を配置した請
   求項１記載のハイブリッド型集光カップラ。 ３、基板上に、半導体レーザから射出した光を導波層に
   結合させる不等間隔曲線形状の回折格子と、導波光を偏
   向させる表面弾性波発生用電極と、光記録媒体からの反
   射光を受光素子上へ集光させる中心軸について線対称な
   不等間隔曲線形状の回折格子と、請求項１記載のハイブ
   リッド型集光カップラとを設けたことを特徴とする光情
   報読み出し装置。 ４、高速光偏向装置として用いる請求項２記載のハイブ
   リッド型集光カップラ。