JPS632128A

JPS632128A - 光ピツクアツプ

Info

Publication number: JPS632128A
Application number: JP61145184A
Authority: JP
Inventors: Teruhiro Shiono; 照弘塩野; Kentaro Setsune; 瀬恒　謙太郎; Osamu Yamazaki; 山崎　攻
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1986-06-20
Filing date: 1986-06-20
Publication date: 1988-01-07

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、光デイスク装置の光ピックアップに関するも
のであり、特に効率がよく、性能のよい１チツプ集積化
可能な小形軽量の光ピックアップに関するものである。

従来の技術近年、コンパクトディスクや光ディスク等の光デイスク
装置が注目されている。信号を検出する光ピックアップ
は光デイスク装置の心臓部とも言える重要な構成要素で
ある。従来の光ピックアップの基本構造を第５図に示す
。（裏、栖原、西原。

小山、”光デイスクピックアップの光集積回路化、′信
学会光量子エレクトロニクス研究会費料０ＱＥ−８５−
７２（１９８６）。）同図において、光源７である半導
体レーザにより励振された導波光８は、集光グレーティ
ングカップラ１４によυ回折されて出力光９となって光
デイスク１１面上に集光する。光ディスク１１からの反
射光１０は、同じ集光グレーティングカップラ１４によ
り逆結合されて再び導波光８となり、集光ビームスプリ
ッタ１３により２分割されて光検出器ε上に集光し、そ
の出力電気信号により、再生信号、７オカス及びトラッ
キング誤差信号が検出される。

発明が解決しようとする問題点第３図に示した構造の従来の光ピックアップでは、導波
光が集光ビームスプリッタ１３を２度通過するため光利
用効率が悪かった。なぜなら、光源７で励振された導波
光８は、集光グレーティングカップラ１４により外部に
出射される前に、集光ビームスプリッタ１３に入射する
ので、導波光８のうち５０％程度が集光ビームスプリッ
タ１３により不必要な方向に回折されノイズ光となって
しまった。又、光ディスク１１に反射されて逆結合され
て励振された導波光８も、集光ビームスプリッタ１３に
２分割されて信号光となるのは５゜チ程度であり、残り
の５０チは、そのまま集光されて透過し、光源７への戻
り光となってしまった。

光源７の半導体レーザは戻り光の影響を受けて、マルチ
モード化、モードホッピングが生じ、発振状態が不安定
となり、集光スポットもマルチ化、位置飛びを起こし、
良好な動作が不可能であった。

すなわち、２度通過形の集光ビームスプリッタ１３によ
り、光利用効率はこれだけで２６９６程度と悪くなり、
同時にノイズ光、戻り光が生じ、良好な動作ができない
という問題点があった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、光利用効率
がよく、ノイズ光、戻り光が生じないため良好な動作が
可能な光ピックアップを提供するものである。

問題点を解決するための手段本発明は上記問題点を解決するため、導波光出力用と反
射光入力用の集光グレーティングカップラを設けたもの
である。

作　　用本発明は、集光グレーティングカップラを導波光出力用
と反射光入力用に分離して設けることにより、導波光が
２度通過する集光ビームスプリッタを不用にし、その結
果、光利用効率がよくなり、同時にノイズ光、戻り光が
生じないため、良好な動作が可能になる。

実施例第１図、第２図はそれぞれ本発明の第１の実施例の光ピ
ックアップの構成を示す平面図、断面図である。（第２
図は第１図Ａ−Ａにおける断面図）第１図、第２図を用
いて、本発明の光ピックアップについて説明する。同図
において、表面に例えば２μｍ厚のＳ　１０２層２′を
有するＳｔ　２の基板上に例えば０．９６μｍ厚のコー
ニング７０５９ガラス光導波路１、Ｓｉ基板２内に例え
ばＰＮ接合８１光検出器５、光導波路１上に、例えば２
１１１１Ｘ２ｇ１サイズの導波光出力用集光グレーティ
ングカップラ３、例えば各１鵡×？鵡サイズの反射光入
力用集光グレーティングカップラ４１，４２、例えば２
μｍ厚Ｔ　１０２薄膜光吸収手段６が形成されており、
光導波路１の端面に光源７として例えば波長０．７９μ
ｍの半導体レーザが設けられている。基板２としてＳｔ
　　を用いることにより、光検出器５を同じ基板内に集
積化することができる。又、３１０２層２を設けている
のは、Ｓｉ　　２が屈折率が高く、そのままでは光導波
路１として作用させにくいからである。光導波路１は、
屈折率が基板２より高ければよく、＃７０６９ガラス／
５ｉ０２／Ｓｉの組み合わせでなくてもよい。例えば、
基板２にＬｉＮｂＯ２を用いた損金光導波路１としては
、Ｔｉ　等の金属イオンを熱拡散したり、プロトン交換
したりして良好な光導波路１を形成できる。この場合に
は、光検出器６は基板内には作製できないが、光導波路
１上に、アモルファスＳｔ　又は、多結晶Ｓｉ　等を堆
積して、光検出器６を構成することができる。

この方式によれば基板の材料によらず、光検出器６を集
積化することができる。

光源７によシ励振された発散する導波光８は、導波光出
力用集光グレーティングカップラ３により回折されて出
力光９となり、光デイスク１１上のピット１２のある信
号面に集光される。信号面で反射された光１ｏは、互い
に同じ形状をした反射光入力用集光グレーティングカッ
プラ４１と４２に入力しそれぞれ、収束した導波光８１
，８２となって、２分割の２組の光検出器５１．６１と
６２゜６２′上に結合される。その４つの光検出器５１
゜５、’、６゜、５２′　の出力電気信号の簡単な演算
から、再生信号、フォーカス誤差信号、トラッキング誤
差信号が検出できる。例えば、再生信号は、４つの光検
出器５１，５１，５□、６２　の出力信号の和で得られ
る。フォーカス誤差信号は、外側の２つの光検出器５１
と５２′の出力信号の和から、内側の２つの光検出器５
１′と５゜の出力信号の和を減じたもので得られる。光
ディスク１１が焦点面にあるときは、光検出器５　と５
　又は５２と５２　に均等に結合するように配置しであ
るため、フォーカス誤差信号は０である。光ディスク１
１が焦点面より近いときは、収束導波光Ｂ１．８２　　
の焦点位置が、光検出器５の方に移動し導波光８，８の
進行角度がより外向になシ、外側の光検出器５１゜５２
に多く結合し、フォーカス誤差信号の値が正となる。逆
に光ディスク１２が焦点面より遠く離れると、収束導波
光８１，８□　の焦点位置が、反射光入力用集光グレー
ティングカップラ４の方に移動し、導波光８，８の進行
角度がより内向になり、内側の光検出器６１ｔ５２に多
く結合し、フォーカス誤差信号の値が負となって検出で
き、フォーカス制御を行うことができる。トラッキング
誤差信号は、光検出器６１と６１　　の出力信号の和か
ら、光検出器５２と５２′の出力信号の和を減じたもの
で得られる。光ディスク１１への入射光９が正常な動作
を行っておれば、光検出器５１と６２に結合する導波光
８１′と８２のパワは互いに同じであるから、トラッキ
ング誤差信号の値はＱである。トラッキングずれが生じ
ると、光検出器５１と５２に入射する導波光８１′と８
２′の光のパワが変化し、トラッキング誤差信号が正又
は負となってトラッキング制御を行うことができる。な
お、本実施例では、２分割の光検出器を２組用いたが、
多分割のものを多数並べておくと、作製時の位置合わせ
が楽になる。

光の入出力を行う集光グレーティングカップラ３．４は
周期が徐々に変わり、わん曲したグレーティングで形成
されたものであり、本実施例では効率をよくするために
断面を周期に応じた傾斜角をもつ三角形状にし、導波光
出力用のもの３では、導波光８進行方向に沿ってグレー
ティングの溝の深さを徐々に大きくし、反射光入力用の
もの４では、導波光８進行方向に沿ってグレーティング
の溝の深さを徐々に小さくした。溝の深さを変化させる
ことにより、導波光の放射損失係数を変化させ、出力光
９０強度を集光グレーティングカップラ３の場所によら
ずほぼ一定とし、しいては光ディスク１１の焦点面の光
スポットの強度も均一となり良好に絞れたものとなる。

又集光グレーティングカップラは可逆性のものであるか
ら反射光１０入力の場合も同様に効果があり、結合効率
がよくなる。集光グレーティングカップラはグレーティ
ングの断面が矩形や正弦波状のものでもよいが、最適に
三角形状を形成したものに比べると、効率は半分以下と
なる。本実施例では、集光グレーティングカップラ３，
４は電子ビーム直接描画を用いて例えば電子ピームレジ
ス）ＣＭＳで形成したものであり、グレーティングの断
面形状に応じて、電子ビームの露光量分布を与えたもの
である。

又、これは、レジストで集光グレーティングカップラ３
，４を形成し、イオンビームエツチングで光導波路１に
作製すると耐久性の優れたものができる。さらに集束イ
オンビームを用いて、光導波路１を直接エツチングしな
がら作製してもよい。

・１組の集光グレーティングカップラ３，４の間に設け
た光吸収手段６は、導波光出力用集光グレーティングカ
ップラ３により外部に出力されなかった１部の導波光を
吸収するためのものであり、この光吸収手段６を設ける
ことにより、信号光でない導波光の光検出器５１．６２
へ与える影響を防ぎＳＮ比を向上させることができる。

本実施例では、Ｔ　ｚ０２の膜を光導波路１上に例えば
２μｍ厚堆積して用い、Ｔ　ｚ０２膜の屈折率は２．５
程度と光導波路１の屈折率１．５４より大きいため、導
波光８は放射モードとなって空気中へ放出されてしまう
。又、この時用いる堆積膜は、光導波路１の屈折率より
大きい物質であれば何でもよいし、さらに金属やアモル
ファスＳｉ、多結晶Ｓｉ　　を堆積してもよい。さらに
、これは、８１０２層２′を、この部品だけエツチング
してＳｔ　　２を露出させ基盤側への放射モードとして
もよいし、光導波路１をこの部品で切断してもよい。

第３図は、本発明の第２の実施例の光ピックアップの構
成を示す平面図である。第１図、第２図に示した第１の
実施例の光ピックアップの構成と違う点について説明す
る。光源７と導波光出力用集光グレーティングカップラ
３０間の光導波路１上又は光導波路１中又は基板２上に
コリメート用導波路レンズ１５を設けて、導波光８を導
波路レンズ１５で平行光にしてから集光グレーティング
カップラ３に入射させるようにしである。このように構
成することにより、集光グレーティングカップラ３はコ
リメーシコンレンズの役割を兼ねなくてもよいので、設
計や作製条件が楽になり、性能のよいものが得られやす
い。導波路レンズはジオデシックレンズ、ルネプルグレ
ンズ等何でもよいが、本実施例のようなフレネルレンズ
やグレーティングレンズを用いると集光グレーティング
カップラ作製時に用いた同じブレーナ技術、例えば電子
ビームリングラフィと薄膜堆積の組み合わせの方法で作
製することができる。

本実施例では、反射光入力用グレーティングカップラ４
は、第１の実施例と違って１つだけで反射光１ｏを入力
して平行導波光にし、光検出器６１．５□と反射光入力
用集光グレーティングカップラ４の間の光導波路１上又
は光導波路１中又は基板２上に設けた２つの導波路レン
ズ１６１と１６２で、収束する導波光８１，８２′　　
に分割し、光検出器５１．５２にそれぞれ集光させる。

なお、導波路レンズ１６１と１６２の代わりに従来例の
ようなグレーティングタイプの集光ビームスプリッタを
用いてもよい。このときの集光ビームスプリッタは２度
通過するタイプでなく、導波光を１回、分割し、集光す
るだけであるから効率は約１００％にできる。このとき
の再生信号、フォーカス及びトラッキング誤差信号の検
出は第１の実施例の場合と同じである。

なお、第１の実施例と本実施例の構成を合わせた構成例
えば、第１の実施例においてコリメート用導波路レンズ
１６を設けた構成、あるいは本実施例において、コリメ
ート用導波路レンズなしの構成でもよいのは言うまでも
ない。

第４図は、本発明の第３の実施例の光ピックアップの構
成を示す平面図である。第１．第２の実施例と違う点は
、２つの反射光入力用集光グレーティングカップラ４１
．４２を導波光出力用集光グレーティングカップラ３の
光軸（本図ではＡＡ′）から傾けたオフアキシスの配置
とし光検出器５１゜５２に信号光を含んでいない導波光
が入射するのを防ぐ配置となっている。つまり、第１．
第２の実施例における光吸収手段６と同じ役割をさせて
いるものである。なお、第２の実施例において、導波路
レンズ１６１，１６２を本実施例と同じように光軸を傾
けたオフアキシスの配置にしても同様の効果があるのは
言うまでもない。

以上説明してきたのは、主にＳｉＯ□／　Ｓ　ｉ基板を
用いた光ピックアップであるが、Ｓｉｏ２／Ｓｉに代え
てＧａＡｓ基板を用いた実施例では、光源１を基板２上
もしくは光導波路１に、例えばＤＦＢ又はＤＢＲレーザ
として集積化し、完全モノリシックな光ピックアップが
実現でき、Ｓｉｏ２／Ｓｉ基板の光ピックアップと同様
の効果が確認できた。

発明の効果以上のように本発明によれば、導波光が２度通過する集
光ビームスプリッタが不用になって光利用効率が高く、
又、ノイズ光、戻り光が生じないため良好な安定した動
作が可能であるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はそれぞれ本発明の第１の実施例におけ
る光ピックアップの構成を示す平面図、断面図、第３図
、第４図はそれぞれ本発明の第２゜第３の実施例におけ
る光ピックアップの構成を示す平面図、第５図は従来例
の光ピックアップの構成を示す斜視図である。１・・・・・・光導波路、２・・・・・・基板、３・・
・・・・導波光出力用集光グレーティングカップラ、４
・・・・・・反射光入力用集光グレーティングカップラ
、５・・・・・・光検出器、６・・・・・・光吸収手段
、７・・・・・・光源。代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名ｆ−
丸ｌ□を７−−−荒５Ｒ１８，８’−−一勢仮丸９−　　七刃先ｆｏ−擬ｔｉ＃。第　　５　　図　　　　　　　　　　　　　　　　ｆｌ
−−−九ヂイズク１２−−−ヒ＝／ト

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基板上に形成された光導波路と、上記基板上又は
上記光導波路上に形成された導波光出力用と反射光入力
用の少なくとも１組の集光グレーティングカップラと、
上記導波光を発する光源と、上記反射光を検出する光検
出器を有し、上記反射光入力用の集光グレーティングカ
ップラは、入力された反射光を分割して少なくとも２つ
の位置に集光するように構成されたことを特徴とする光
ピックアップ。
（２）光検出器は、２分割以上のものを少なくとも２組
設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光
ピックアップ。
（３）１組の集光グレーティングカップラの間に、光吸
収手段を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の光ピックアップ。
（４）集光グレーティングカップラのグレーティングの
断面を三角形状にしたことを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の光ピックアップ。
（５）基板上又は光導波路に光源を設けたことを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の光ピックアップ。
（６）導波光出力用集光グレーティングカップラと光源
の間の基板上又は光導波路中又は光導波路上に、光導波
路レンズを設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の光ピックアップ。
（７）１組の集光グレーティングカップラをオフアキシ
スに配置したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の光ピックアップ。
（８）導波光出力用集光グレーティングカップラのグレ
ーティングの溝の深さを導波光進行方向に沿って漸次大
きくすることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
光ピックアップ。
（９）反射光入力用集光グレーティングカップラのグレ
ーティングの溝の深さを導波光進行方向に沿って漸次小
さくすることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
光ピックアップ。
（１０）光吸収手段は、光導波路より屈折率の大きい物
質又は、金属、又はアモルファスＳｉ、又は多結晶Ｓｉ
を上記光導波路上に堆積してなることを特徴とする特許
請求の範囲第３項記載の光ピックアップ。
（１１）基板はＳｉＯ＿２／Ｓｉであることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の光ピックアップ。
（１２）光吸収手段は、ＳｉＯ＿２層を削除したことを
特徴とする特許請求の範囲第１１項記載の光ピックアッ
プ。
（１３）光検出器は、光導波路上に形成したアモルファ
スＳｉ、又は多結晶Ｓｉ堆積膜からなることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の光ピックアップ。
（１４）光導波路レンズは、フレネルレンズ又はグレー
ティングレンズであることを特徴とする特許請求の範囲
第６項記載の光ピックアップ。
（１５）反射光入力用集光グレーティングカップラと光
検出器の間の基板上又は光導波路中又は光導波路上に、
少なくとも２つの導波路レンズを並べるかあるいは集光
ビームスプリッタを設けたことを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の光ピックアップ。
（１６）２つの導波路レンズあるいは集光ビームスプリ
ッタと集光グレーティングカップラをオフアキシスに配
置したことを特徴とする特許請求の範囲第１５項記載の
光ピックアップ。