WO2010038681A1 - 短パルス光源、レーザ光出射方法、光学装置、光ディスク装置及び光ピックアップ - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a short pulse light source, a laser beam emission method, an optical device, an optical disc device, and an optical pickup, and is suitable for application to an optical disc device in which information is recorded using a light beam, for example.
- an optical information recording medium a disk-shaped optical information recording medium has been widely used.
- a CD Compact Disc
- DVD Digital Versatile Disc
- Blu-ray Disc registered trademark, hereinafter referred to as BD.
- an optical disc apparatus corresponding to such an optical information recording medium, various kinds of information such as various contents such as music contents and video contents or various data for computers are recorded on the optical information recording medium. Yes.
- the amount of information has increased due to high definition of video, high quality of music, and the like, and the number of contents to be recorded on one optical information recording medium has been demanded. There is a demand for further increase in capacity.
- this two-photon absorption reaction is a phenomenon that occurs only in response to light with high light intensity
- a light source with high emission light intensity As this light source, there is a short pulse light source such as a so-called picosecond laser or femtosecond laser that outputs a laser beam in a short pulse.
- a short pulse light source such as a so-called picosecond laser or femtosecond laser that outputs a laser beam in a short pulse.
- a titanium sapphire laser or a YAG laser is known.
- a short pulse output is realized by the action of an optical component provided outside the light generator. For this reason, since a short pulse light source is generally large in size and expensive, it is impractical to mount it in an optical disc apparatus.
- laser light can be directly output from a semiconductor laser, which is a small light generator generally used in an optical disk device, there is no need to provide an optical component outside the light generator, and a short pulse can be obtained. It is considered that the light source can be greatly reduced in size. Assuming that the laser beam can be output from the semiconductor laser as a short pulse, it is necessary to control the semiconductor laser so that the laser beam outputs a desired short pulse by applying a voltage.
- the present invention has been made in consideration of the above points, and a laser beam emission method and a short pulse light source capable of freely adjusting the emission period of a semiconductor laser, and an optical device, an optical disk device and an optical device using the short pulse light source. Is to provide a pickup.
- a semiconductor laser that emits a pulsed laser beam and a laser driving voltage that is a pulsed driving voltage pulse are applied to the semiconductor laser.
- a laser controller that varies the voltage cycle, which is the interval between the drive voltage pulses.
- the drive voltage pulse is emitted.
- the voltage cycle which is the interval, was changed.
- the output period of a laser beam can be adjusted freely.
- a semiconductor laser that emits a pulsed laser beam, an irradiation unit that irradiates the optical information recording medium with the laser beam, and a laser drive composed of a pulsed drive voltage pulse When a voltage is applied to the semiconductor laser, a laser control unit that varies a voltage cycle that is an interval between drive voltage pulses is provided.
- the output period of a laser beam can be adjusted freely.
- a laser light emitting method and a short pulse light source that can vary a voltage period, which is an interval of driving voltages, and can freely adjust an emission period of a semiconductor laser, and an optical device using the short pulse light source.
- a device, an optical disk device and an optical pickup can be realized.
- FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a short pulse light source according to the first embodiment.
- FIG. 2 is a schematic diagram showing a pulse signal and a laser driving voltage.
- FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the relationship between injected carrier density and photon density.
- FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the relationship between injected carrier density and carrier density.
- FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the relationship between injected carrier density and photon density.
- FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the photon density in PT1.
- FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the photon density in PT2.
- FIG. 8 is a schematic diagram for explaining the photon density in PT3.
- FIG. 9 is a schematic diagram showing an actual light emission waveform.
- FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a short pulse light source according to the first embodiment.
- FIG. 2 is a schematic diagram showing a pulse signal and a laser driving voltage.
- FIG. 3 is a schematic
- FIG. 10 is a schematic diagram for explaining the drive current and the emitted light intensity.
- FIG. 11 is a schematic diagram illustrating the configuration of the light measurement device.
- FIG. 12 is a schematic diagram showing the shape of each pulse.
- FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a relationship between a pulse signal and a driving voltage pulse.
- FIG. 14 is a schematic diagram illustrating a voltage and a waveform of laser light.
- FIG. 15 is a schematic diagram showing laser light at 8.8 [V].
- FIG. 16 is a schematic diagram showing a laser beam at 13.2 [V].
- FIG. 17 is a schematic diagram illustrating laser light at 15.6 [V].
- FIG. 18 is a schematic diagram showing laser light at 17.8 [V].
- FIG. 19 is a schematic diagram showing laser light at 38.4 [V].
- FIG. 19 is a schematic diagram showing laser light at 38.4 [V].
- FIG. 20 is a schematic diagram for explaining the effect of BPF.
- FIG. 21 is a schematic diagram for explaining the effect of BPF.
- FIG. 22 is a schematic diagram showing the waveform of the singular output light.
- FIG. 23 is a schematic diagram for explaining the phases of the setting pulse and the laser beam.
- FIG. 24 is a schematic diagram for explaining the phase shift between the setting pulse and the laser beam.
- FIG. 25 is a schematic diagram for explaining the principle of the present invention.
- FIG. 26 is a schematic diagram showing a short pulse light source according to the second embodiment.
- FIG. 27 is a schematic diagram illustrating a configuration of a light emission interval detection unit.
- FIG. 28 is a flowchart for explaining generation of observation pulses.
- FIG. 29 is a schematic diagram for explaining generation of observation pulses.
- FIG. 30 is a schematic diagram illustrating a configuration of a pulse generator according to the second embodiment.
- FIG. 31 is a schematic diagram for explaining generation of a VCO control voltage.
- FIG. 32 is a schematic diagram showing the configuration of an optical disc.
- FIG. 33 is a schematic diagram showing the overall configuration of the optical disc apparatus.
- FIG. 34 is a schematic diagram illustrating the configuration of an optical pickup.
- FIG. 35 is a schematic diagram showing the optical path of the servo light beam.
- FIG. 36 is a schematic diagram showing the optical path of the information light beam.
- FIG. 37 is a schematic diagram illustrating a configuration of a pulse generator according to the third embodiment.
- FIG. 38 is a schematic diagram for explaining offset setting in the reproduction process.
- First Embodiment Configuration of Short Pulse Light Source
- Second embodiment control to make the light emission interval constant in the short pulse light source
- Third embodiment control for setting the light emission interval in the optical disc apparatus to an arbitrary interval
- 1 indicates the short pulse light source according to the present embodiment as a whole.
- the short pulse light source 1 includes a laser control unit 2 and a semiconductor laser 3.
- the semiconductor laser 3 is a general semiconductor laser that uses semiconductor light emission (for example, SLD3233 manufactured by Sony Corporation).
- the semiconductor laser 3 is configured to output a laser beam LL in a pulsed manner under the control of the laser control unit 2.
- the laser control unit 2 includes a pulse generator 4 and an LD (Laser Diode) driver 5.
- the pulse generator 4 generates a pulse signal SL that discretely generates a pulse-like generation signal pulse SLw, and supplies the pulse signal SL to the LD driver 5.
- the pulse generator 4 controls the signal level of the generation signal pulse SLw, for example, according to the control of the external device. As shown in FIG.
- the LD driver 5 generates a laser drive voltage DJ that generates a drive voltage pulse DJw corresponding to the generation signal pulse SLw by amplifying the pulse signal SL at a predetermined amplification factor. And supplied to the semiconductor laser 3. At this time, the voltage value of the drive voltage pulse DJw is determined according to the signal level of the generation signal pulse SLw. Then, the semiconductor laser 3 outputs a pulse of the laser beam LL according to the laser driving voltage DJ. As described above, the short pulse light source 1 directly outputs the laser beam LL from the semiconductor laser 3 under the control of the laser controller 2. (1-2) Pulse output of laser light by relaxation oscillation mode The following equation shows a so-called rate equation representing the characteristics of the laser.
- ⁇ is the confinement factor and ⁇ ph Is the photon lifetime, ⁇ s Is carrier life, C s Is the spontaneous emission coupling coefficient, d is the active layer thickness, q is the elementary charge, g max Is the maximum gain, N is the carrier density, S is the photon density, J is the injected carrier density, c is the speed of light, N 0 Is the transparent carrier density, n g Indicates the group refractive index. 3 and 4 show the relationship between the carrier density N, the injected carrier density J, and the photon density S derived from the equation (1).
- a general semiconductor laser starts to emit light at a pre-saturation point S1 where the carrier density N is slightly before the saturation state as the injected carrier density J (that is, the laser driving voltage DJ) increases. To do. As shown in FIG. 3, the semiconductor laser increases the photon density S (that is, the emitted light intensity) as the injected carrier density J increases. Further, as shown in FIG. 5 corresponding to FIG.
- the photon density S further increases as the injected carrier density J further increases.
- the photon density S is expressed with the time from the start of applying the laser driving voltage DJ (that is, the injected carrier density J) at the points PT1, PT2, and PT3 shown in FIG. It is shown as a vertical axis.
- the photon density S greatly oscillates due to relaxation oscillation, and its amplitude increases, and the period of the amplitude (that is, from the minimum value). It was confirmed that the vibration period ta that reaches the minimum value was as small as about 60 [ps].
- the amplitude of the first wave that appears immediately after the start of light emission is the largest, gradually attenuates to the second wave and the third wave, and eventually becomes stable.
- the maximum value of the first wave at the photon density S at the point PT1 is about 3 ⁇ 10. 16
- a stable value (about 1 ⁇ 10 10) that is a value when the photon density S is stable. 16 )
- the light emission start time ⁇ d can be expressed as the following equation. That is, it can be seen that the emission start time ⁇ d is inversely proportional to the injected carrier density J. At the point PT1 shown in FIG. 6, the light emission start time ⁇ d is calculated to be about 200 [ps] from the equation (3). At this point PT1, since the laser drive voltage DJ having a large voltage value is applied, the light emission start time ⁇ d is also shortened. As shown in FIG.
- a mode in which the semiconductor laser 3 outputs the laser light LL with a low voltage that does not cause relaxation oscillation is referred to as a normal mode
- the laser light LL output in the normal mode is referred to as a normal output light LNp.
- the relaxation oscillation is generated like the points PT1 and PT2, thereby increasing the maximum value of the instantaneous emitted light intensity of the laser light beyond the stable value (for example, 1.5). More than twice).
- an oscillation voltage value ⁇ a voltage value for generating relaxation oscillation
- a laser having a large emitted light intensity corresponding to the large oscillation voltage value ⁇ can be emitted. That is, by applying the laser drive voltage DJ having the oscillation voltage value ⁇ to the same semiconductor laser, it becomes possible to greatly increase the emitted light intensity of the laser light as compared with the conventional case.
- the photon density S due to the first wave of relaxation oscillation is about 3 ⁇ 10. 16 A point PT3 (about 1.2 ⁇ 10 10) indicating a case where a conventional voltage value is applied.
- FIG. 9 shows the intensity of emitted light measured when a relatively large laser drive voltage DJ is applied to a general semiconductor laser (SLD 3233VF, manufactured by Sony Corporation). From the figures, it was confirmed that the relaxation vibrations observed in the photon density S in FIGS. 6 and 7 appear in the outgoing light intensity as they are, and that the same relaxation vibrations are actually generated as the outgoing light intensity.
- FIG. 9 shows the waveform of the laser beam LL obtained when the laser drive voltage DJ is supplied to the semiconductor laser in a rectangular pulse shape.
- the portion of the laser drive voltage DJ that is supplied in a pulse form is referred to as a drive voltage pulse DJw.
- the laser control unit 2 of the short pulse light source 1 applies a laser drive voltage DJ having a vibration voltage value ⁇ 1 sufficient to cause relaxation vibration to the semiconductor laser 3 as a drive voltage.
- Supply as pulse DJw.
- the laser control unit 2 uses a rectangular pulse as a drive voltage pulse DJw over a time (hereinafter referred to as current wave supply time) obtained by adding the light emission start time ⁇ d and the vibration period ta ( ⁇ d + ta).
- a laser drive voltage DJ is applied.
- the laser control unit 2 causes the semiconductor laser 3 to emit only the first wave due to relaxation oscillation, and causes the semiconductor laser 3 to emit pulsed laser light LL ( Hereinafter, this is referred to as vibration output light LMp). Further, the laser control unit 2 can reduce the time for applying the laser driving voltage DJ having a large voltage value by supplying the pulsed driving voltage pulse DJw, which is caused by overheating of the semiconductor laser 3 or the like. The trouble of the semiconductor laser 3 is suppressed. On the other hand, as shown in FIG. 10D, the laser control unit 2 supplies the semiconductor laser 3 with a driving voltage pulse DJw having an oscillation voltage value ⁇ 2 that is sufficient to cause relaxation oscillation and is smaller than the oscillation voltage value ⁇ 1.
- the semiconductor laser 3 can emit the vibration output light LMp having a relatively low emission light intensity.
- a mode in which the semiconductor laser 3 generates relaxation oscillation and pulses the laser beam LL is referred to as relaxation oscillation mode, and is distinguished from a normal mode in which relaxation oscillation does not occur.
- the short pulse light source 1 can output the laser beam LL in the oscillation relaxation mode by controlling the voltage value of the drive voltage pulse DJw so as to cause relaxation oscillation in the laser beam LL.
- FIG. 11 shows a configuration of a light measurement device 11 that analyzes the laser light LL emitted from the short pulse light source 1.
- the laser light LL emitted from the semiconductor laser 3 was supplied to the collimator lens 12.
- the laser beam LL was converted from divergent light into parallel light by the collimator lens 12 and was incident on the condenser lens 15 via a BPF (Band Pass Filter) 13.
- the BPF 13 was installed or removed as necessary.
- a power meter 14 (manufactured by ADC Corporation, Q8230) was installed between the collimator lens 12 and the condenser lens 15, and the emitted light intensity of the laser light LL was measured.
- FIG. 12A when a rectangular set pulse SLs having a pulse width Ws of 1.5 [ns] is set for the pulse generator 4, it is actually output from the pulse generator 4.
- the waveform of the pulse signal SL is shown in FIG.
- a signal pulse half-value width SLhalf which is a half-value width of a pulse that appears corresponding to the set pulse SLs (hereinafter referred to as a generation signal pulse SLw) was about 1.5 [ns]. .
- a voltage pulse half-value width Half which is a half-value width of a pulse that appears in correspondence with the generation signal pulse SLw (that is, the drive voltage pulse DJw)
- a voltage pulse half-value width Half is about 1.V according to the signal level of the generation signal pulse SLw. It varied in the range of 5 [ns] to about 1.7 [ns].
- FIG. 13 As can be seen from FIG. 13, as the voltage value of the generated signal pulse SLw input to the LD driver 5 increases, the maximum voltage value Vmax of the drive voltage pulse DJw output from the LD driver 5 also increases. It can also be seen that the voltage pulse half-value width Half of the drive voltage pulse DJw gradually increases as the voltage value of the pulse signal SL increases. In other words, even when the setting pulse SLs having the same pulse width is set in the pulse generator 4, the maximum voltage value of the generation signal pulse SLw supplied to the LD driver 5 changes, so that the LD driver It can be seen that the pulse width and voltage value of the drive voltage pulse DJw output from 5 change.
- FIGS. 13 As can be seen from FIG. 13, as the voltage value of the generated signal pulse SLw input to the LD driver 5 increases, the maximum voltage value Vmax of the drive voltage pulse DJw output from the LD driver 5 also increases. It can also be seen that the voltage pulse half-value width Half of the drive voltage pulse DJw gradually increases as the voltage value of the pulse signal
- FIG. 14A and 14B show the results obtained by measuring the laser beam LL output according to the drive voltage pulse DJw with the optical sample oscilloscope 16.
- the horizontal axis indicating time is a relative value, and each waveform is shifted to make it easy to see the shape of the waveform.
- the BPF 13 is not installed.
- FIG. 14A when the maximum voltage value Vmax of the drive voltage pulse DJw is 8.8 [V], the waveform LT1 of the laser beam LL has a relatively wide small output peak (time 1550 [ps]). Only one neighborhood) was confirmed, and no vibration due to relaxation vibration was observed. That is, the waveform LT1 indicates that the short pulse light source 1 outputs the normal output light LNp in the normal mode.
- the waveforms LT3, LT4, LT5, and LT6 of the laser beam LL have no large peak after the first peak, and the waveform LT2 in the relaxation oscillation mode has the second wave and the third wave after the first wave (FIG. 14).
- (A)) is clearly different in shape. Since the resolution of the optical sample oscilloscope 16 used for the measurement is about 30 [ps] or more, it is not shown in each figure. ) Was confirmed to be about 10 [ps]. Along with this, the maximum emitted light intensity of the leading peak also appears lower than actual.
- the laser light LL when the maximum voltage value Vmax of the drive voltage pulse DJw is changed will be further analyzed.
- FIGS. 15A to 19A show the results of decomposition of the laser beam LL for each wavelength
- FIGS. 15B to 19B show the laser beam LL as in FIG.
- the result of decomposition in the time axis direction is shown.
- the BPF 13 is not installed.
- FIG. 15B when the maximum voltage value Vmax of the drive voltage pulse DJw is 8.8 [V], only one peak is seen in the waveform LT11 of the laser beam LL.
- the laser beam LL is the normal output light LNp in the normal mode.
- FIG. 15A in the spectrum ST11, only one peak was confirmed at about 404 [nm].
- the waveform LT11 shown in FIG. 15B is based on the laser light LL having a wavelength of about 404 [nm].
- FIG. 16B when the maximum voltage value Vmax of the drive voltage pulse DJw is 13.2 [V], a plurality of large peaks are seen in the waveform LT12 of the laser beam LL.
- the vibration output light LMp is in the relaxation vibration mode. Further, as shown in FIG.
- the waveform LT14 of the laser light LL has a peak at the head and a slope portion that gently attenuates. It was.
- FIG. 18A in the spectrum ST14, two large peaks were confirmed at about 398 [nm] and about 403 [nm]. In the spectrum ST14, the peak at about 408 [nm] was very small compared to the spectrum ST13 (FIG.
- the drive voltage pulse DJw having a singular voltage value ⁇ that is, the maximum voltage value Vmax
- the light emission start time ⁇ d did not agree with the equation (3) derived from the rate equation described above.
- the laser light LL changes to the normal output light LNp (FIG. 15) and the vibration output light LMp (FIG. 16), and further changes the wavelength from the vibration output light LMp. Specifically, as shown in FIG.
- the vibration output light LMp has the normal output light in addition to the peak of substantially the same wavelength as the normal output light LNp (within the wavelength ⁇ 2 [nm] of the normal output light LNp). It has a peak on the long wavelength side of about 3 [nm] (within 3 ⁇ 2 [nm]) from LNp.
- the laser light LL shown in FIG. 19 has a peak of substantially the same wavelength as the normal output light LNp ((within the wavelength of the normal output light LNp ⁇ 2 [nm]), and more than the normal output light LNp.
- this laser light LL is referred to as a specific output light LAp, and the mode of the semiconductor laser 3 that outputs the specific output light LAp is This is called singular mode.
- Vmax the maximum voltage value of 15.6 [V]
- Vmax the maximum voltage value of 15.6 [V]
- FIG. 18A the longer wavelength side This peak disappears, and a short wavelength peak appears instead.
- the peak on the long wavelength side gradually attenuates, and instead the peak on the short wavelength side increases.
- the laser light LL in which the peak area on the short wavelength side is equal to or larger than the peak area on the long wavelength side is referred to as the specific output light LAp, and the laser light LL in which the peak area on the short wavelength side is less than the peak area on the long wavelength side is oscillated.
- the output light is LMp. If two peaks overlap as shown in FIG.
- the wavelength on the short wavelength side of 6 [nm] from the wavelength of the normal output light LNp is the center wavelength, and the area in the range of the center wavelength ⁇ 3 [nm] is The area of the peak. Accordingly, the laser beam LL (FIG. 17) having the maximum voltage value Vmax of 15.6 [V] becomes the vibration output light LMp, and the laser beam LL (FIG. 18) having the maximum voltage value Vmax of 17.8 [V] is a singular output. It becomes light LAp. As shown in FIG. 20, waveforms LT16 and LT17 of the laser light LL in the singular mode when the BPF 13 is installed and when it is not installed are respectively shown.
- the BPF 13 is designed to reduce the light transmittance of 406 ⁇ 5 [nm]. From FIG. 20, in the waveform LT17 in which the BPF 13 is installed, there is almost no change in the emitted light intensity of the specific peak APK as compared with the waveform LT16, whereas the emitted light intensity of the specific slope ASP is greatly reduced. That is, in the singular mode, the singular slope ASP has the same wavelength of about 404 [nm] as that in the normal mode, and thus decreased by the BPF 13. On the other hand, the singular peak APK has a wavelength of about 398 [nm]. It was confirmed that it did not decrease.
- FIG. 21 shows the spectra ST16 and ST17 corresponding to the waveform LT16 and the waveform LT17.
- the spectra ST16 and ST17 are normalized according to the maximum emitted light intensity, and the emitted light intensity on the vertical axis represents a relative value.
- the light intensity at 404 [nm] is larger than the light intensity at 398 [nm] corresponding to the specific slope ASP having a large area in the waveform LT16.
- the spectrum ST17 the light intensity at 404 [nm] and the light intensity at 398 [nm] are almost the same with the decrease in the specific slope ASP.
- the wavelength of the specific slope ASP is about 404 [nm] and the wavelength of the specific peak APK is about 398 [nm] in the laser light LL in the specific mode, that is, the wavelength of the specific peak APK is specific. It was confirmed that the wavelength was shorter than that of the slope ASP.
- the laser light LL in the singular mode will be summarized.
- the semiconductor laser 3 transitions to a singular mode when a laser drive voltage DJ having a singular voltage value ⁇ larger than a voltage value that causes relaxation oscillation is applied, and as shown in FIG.
- a singular output light LAp composed of a peak APK and a singular slope ASP that subsequently appears is emitted.
- the wavelength of the specific peak APK is shifted to the shorter wavelength side by about 6 [nm] than the wavelength of the laser light LL in the normal mode.
- similar results are obtained even when semiconductor lasers having different wavelengths of the laser light LL in the normal mode are used.
- the emission light intensity of this singular peak APK is about 12 [W]
- the maximum emission light of the laser light LL in the relaxation oscillation mode It was confirmed that it was very large compared with the strength (about 1 to 2 [W]). Since the resolution of the optical sample oscilloscope 16 is low, the intensity of the emitted light is not shown in the drawing.
- the singular peak APK has a peak width of about 10 [ps], which is smaller than the peak width (about 30 [ps]) in the relaxation oscillation mode.
- the peak width is not shown in the drawing because the resolution of the optical sample oscilloscope 16 is low.
- the specific slope ASP has the same wavelength as the wavelength of the laser light LL in the normal mode, and the maximum emitted light intensity is about 1 to 2 [W].
- the laser controller 2 of the short pulse light source 1 applies a laser drive voltage DJ having a singular voltage value ⁇ higher than the oscillation voltage value ⁇ to the semiconductor laser 3 as a drive voltage pulse DJw.
- the laser control unit 2 causes the semiconductor laser 3 to transition to the singular mode, and emits the singular output light LAp having a very large singular peak APK from the semiconductor laser 3 as the laser light LL.
- the short pulse light source 1 controls the pulse generator 4 to apply the drive voltage pulse DJw having a voltage value sufficient to cause the semiconductor laser 3 to transition to the singular mode.
- the optical LAp can be output. (1-4) Operation and effect In the above configuration, the short pulse light source 1 controls the drive voltage pulse DJw in the laser drive voltage DJ so that the singular voltage value ⁇ is larger than the oscillation voltage value ⁇ .
- the short pulse light source 1 makes the semiconductor laser 3 transition to the singular mode, and can emit the singular output light LAp having the singular peak APK having a very large output light intensity. Further, the short pulse light source 1 controls the drive voltage pulse DJw so as to have the oscillation voltage value ⁇ , thereby causing the semiconductor laser 3 to transition to the relaxation oscillation mode and oscillating having a first wave peak having a relatively large output light intensity.
- the output light LMp can be emitted.
- the first point is that the laser drive voltage DJ is corrected so that the short pulse light source 51 corresponding to the short pulse light source 1 outputs the laser beam LL at a constant interval regardless of changes in the environment or the like.
- This is different from the first embodiment.
- the pulse generator 54, the LD driver 5, and the semiconductor laser 3 corresponding to the pulse generator 54 included in the short pulse light source 51 have so-called temperature characteristics that change depending on the temperature. The characteristics are changed according to environmental factors and heat generation.
- the time from the rise of the generated signal pulse SLw to the maximum value of the singular peak APK in the pulse signal SL is defined as a phase ⁇ .
- the phase ⁇ is shown larger than the actual one for easy understanding. As shown in FIG.
- the short pulse light source 51 when the pulse generator 54 generates a pulse signal SL having a generation signal pulse SLw having a constant set period TSa, the short pulse light source 51 has a constant phase ⁇ if the phase ⁇ is constant.
- the singular output light LAp can be pulsed at a constant output period TLa that is the same as the set period TSa.
- the short pulse light source 51 generates a pulse signal SL having a generation signal pulse SLw having a constant set period TSa by a pulse generator 54 when the phase ⁇ is increased by a variation ⁇ . Then, the output of the singular peak APK is delayed by the variation ⁇ , and the output cycle TL cannot be made constant.
- the set period TS of the pulse signal SL is changed so as to cancel out the change ⁇ of the phase ⁇ (FIG. 25B).
- the pulse generator 54 of the short pulse light source 51 detects the phase ⁇ , and when the phase ⁇ increases by ⁇ , the pulse generator SL advances the generation signal pulse SLw by ⁇ .
- the pulse generator 54 delays the rising of the generation signal pulse SLw by ⁇ .
- the voltage cycle TV of the drive voltage pulse DJw in the laser drive voltage DJ is changed so as to cancel out the phase ⁇ as in the case of the pulse signal SLw.
- the short pulse light source 51 can output a specific peak APK from the semiconductor laser 3 with a constant output period TLa.
- the singular output light LAp is output as a pulse has been described, but the same applies to the case where the vibration output light LMp is output.
- the singular output light LAp and the vibration output light LMp are collectively referred to as pulsed light.
- the laser drive voltage DJ is corrected by changing the voltage period TV of the drive voltage pulse DJw so as to cancel out the change in the phase ⁇ due to the environmental change or the like, thereby making it constant from the semiconductor laser 3.
- the laser beam LL can be output in a pulse with an output period TLa of. (2-2) Control of light emission interval
- the short pulse light source 51 corresponds to the pulse generator 54 in that the laser control unit 52 corresponding to the laser control unit 2 includes the light emission interval detection unit 56 and the observation pulse signal generation unit 57. It differs from the short pulse light source 51 in that the configuration of the pulse generator 54 is different.
- the short pulse light source 51 detects the light emission interval (that is, the output period TL) of the first wave peak in the specific peak APK or the vibration output light LMp from the actually output laser light LL, and the output period TL becomes constant.
- the emission interval control process for generating the pulse signal SL is executed. As shown in FIG. 27, a part of the laser beam LL emitted from the semiconductor laser 3 is made incident on the light emission interval detector 56 by a beam splitter 58 that transmits and reflects the laser beam at a predetermined ratio.
- the light emission interval detector 56 supplies the pulse signal SL supplied from the pulse generator 54 to the delay unit 66.
- the delay unit 66 delays the pulse signal SL by a predetermined time to generate a delayed pulse signal SLd, and supplies this to the streak camera 67.
- the streak camera 67 performs a streak sweep using a rising edge of the delayed pulse signal SLd as a trigger, and takes a streak image. Since the streak camera 67 cannot hold the streak image, the high-sensitivity camera 68 takes an image.
- the high sensitivity camera 68 supplies the captured image data to the image processing unit 69. As shown in FIG. 28, the image processing unit 69 starts the light emission interval detection processing procedure RT1, and in step SP1, based on the image data, the output light intensity and time of the laser light LL as shown in FIG.
- step SP2 when the image processing unit 69 extracts the maximum bright spot from the observation laser light RL, the process proceeds to step SP3, where the output cycle TL that is the bright spot interval between the previous maximum bright spot and the currently detected maximum bright spot is obtained. Is calculated and the process proceeds to the next step SP4.
- step SP4 the image processing unit 69 supplies the output cycle TL to the observation pulse signal generation unit 57, and ends the process.
- the observation pulse signal generation unit 57 generates an observation pulse train RW (FIG. 29B) that rises at each output cycle TL based on the output cycle TL, and supplies this to the pulse generator 54.
- RW observation pulse train
- the pulse generator 54 supplies an observation pulse train RW representing the output period TL of the pulse light just detected to the phase comparator 61.
- the phase comparator 61 compares the phases of the observation pulse train RW (FIG. 31A) and the voltage phase signal VA (FIG. 31B).
- the voltage phase signal VA is a signal that is the basis of the pulse signal SL. That is, the voltage phase signal VA represents the current setting cycle TS of the pulse signal SL, that is, the current voltage cycle TV of the laser driving voltage DJ.
- the observation pulse train RW represents the cycle of the pulse light that has already been output, that is, the output cycle TL of the pulse light that has actually been output.
- the phase comparator 61 generates an observation triangular wave RWt (FIG.
- the phase comparator 61 holds the value of the observation triangular wave RWt at the rising timing of the voltage phase signal VA, and supplies this to the smoothing filter 62 as a sample hold value. That is, the phase comparator 61 sets a value corresponding to the phase difference ⁇ W between the observation pulse train RW and the voltage phase signal VA as the sample hold value.
- the sample hold value is also always constant.
- the phase comparator 61 supplies the sample hold value to the smoothing filter 62.
- the smoothing filter 62 smoothes the sample hold value to generate the VCO control voltage VC and supplies it to the VCO 63.
- the VCO 63 generates a frequency signal having a frequency corresponding to the VCO control voltage VC and supplies the frequency signal to the binarization unit 64. At this time, the VCO 63 varies the frequency in the frequency signal according to the phase difference ⁇ W. This frequency is set in advance so as to cancel out the phase difference ⁇ W.
- the binarization unit 64 binarizes the frequency signal to generate a voltage phase signal VA, which is supplied to the phase comparator 61 and also supplied to the pulse width adjustment unit 65.
- the pulse width adjustment unit 65 adjusts the pulse width of the voltage phase signal VA and supplies it to the LD driver 5 as a pulse signal SL.
- the LD driver 5 generates a laser drive voltage DJ based on the pulse signal SL and supplies it to the semiconductor laser 3.
- the semiconductor laser 3 outputs a laser beam LL in accordance with the laser driving voltage DJ. That is, the VCO 63 increases the frequency in the frequency signal when the phase difference ⁇ W increases and the VCO control voltage VC has a large value due to the increase in the phase ⁇ .
- the short pulse light source 51 can set the setting period TS of the pulse signal SL small by reducing the period of the voltage phase signal VA. Accordingly, since the short pulse light source 51 can reduce the voltage period TV in the laser driving voltage DJ, the emission timing of the pulsed light can be advanced by an amount corresponding to the increase in the phase ⁇ .
- the VCO 63 reduces the frequency in the frequency signal when the phase difference ⁇ W decreases and the VCO control voltage VC becomes a large value due to the decrease in the phase ⁇ .
- the short pulse light source 51 can set the setting period TS of the pulse signal SL to be large by reducing the period in the voltage phase signal VA. Accordingly, since the short pulse light source 51 can increase the voltage period TV in the laser driving voltage DJ, it is possible to delay the emission timing of the pulsed light by the amount that the phase ⁇ is decreased. In this way, the short pulse light source 51 can emit pulsed light from the semiconductor laser 3 at a constant output period TLa by adjusting the voltage period TV in the laser drive voltage DJ so as to cancel the fluctuation of the phase ⁇ . Has been made.
- the short pulse light source 51 emits pulsed light that is pulsed laser light LL from the semiconductor laser 3, and is generated based on the pulse signal SL, and is a laser driving voltage that is formed by a pulsed driving voltage pulse DJw. DJ is applied to the semiconductor laser 3.
- the short pulse light source 51 varies the setting cycle TS that is the interval of the generation signal pulse SLw in the pulse signal SL to vary the voltage cycle TV that is the interval of the driving voltage pulse DJw.
- the short pulse light source 51 can adjust the output period TL of the pulsed light, and can cancel the fluctuation of the phase ⁇ , which is the time difference between the generated signal pulse SLw and the pulsed light, depending on the surrounding environment. it can.
- the short pulse light source 51 adjusts the setting period TS so as to cancel the fluctuation of the phase ⁇ from the rising edge of the generation signal pulse SLw to the pulsed light, so that the pulsed light is emitted after the drive voltage pulse DJw starts to be applied.
- the voltage period TV is adjusted so as to cancel the fluctuation of the phase up to.
- the short pulse light source 51 can emit pulsed light with a constant output period Ta regardless of the variation of the phase ⁇ due to environmental changes or the like.
- the short pulse light source 51 detects the output period TL of the pulsed light, and is newly generated based on the phase difference ⁇ W representing the difference between the voltage period TV of the laser drive voltage DJ generated immediately before and the output period TL.
- the voltage cycle TV of the laser driving voltage DJ is changed.
- the phase difference ⁇ W which is the difference between the voltage cycle TV of the laser drive voltage DJ actually applied and the output cycle TL of the actually output pulsed light, is constant over time between the voltage cycle TV and the output cycle TL.
- the short pulse light source 51 can cancel the phase ⁇ by changing the voltage period TV of the laser driving voltage DJ based on the phase difference ⁇ W, and can make the output period TL of the pulsed light constant.
- the short pulse light source 51 can feed back the result of the output period TL of the actually output pulsed light to the newly generated laser drive voltage DJ, the output period TL can be controlled with high accuracy. Further, the short pulse light source 51 has a streak camera, so that it can accurately detect the local maximum value of the specific output light LAp having a peak width of about 10 [ps] and accurately calculate the output period TL. Further, the short pulse light source 51 generates a VCO control voltage VC as a control voltage having a control voltage value corresponding to the phase difference ⁇ W between the voltage cycle TV and the output cycle TL of the laser drive voltage DJ generated immediately before.
- the short pulse light source 51 generates a voltage phase signal VA having a frequency corresponding to the control voltage value, and generates a laser drive voltage DJ based on the voltage phase signal VA. Thereby, the short pulse light source 51 can compare the voltage cycle TV of the laser drive voltage DJ generated immediately before with the output cycle TL of the laser beam LL actually output. In addition, the short pulse light source 51 emits a singular output light LAp composed of a pulsed singular peak APK and a singular slope ASP having a smaller emitted light intensity than the singular peak APK as pulsed light. Thereby, the short pulse light source 51 can emit the specific output light LAp having the specific peak APK having a very high output light intensity.
- the short pulse light source 51 adjusts the output cycle TL of the pulsed light by changing the voltage cycle TV, which is the interval of the drive voltage pulses DJw, by changing the set cycle TS.
- the light source 51 can freely adjust the output period TL of the pulsed light regardless of environmental changes.
- the present invention can realize a laser beam emission method and a short pulse light source capable of controlling the pulse output of a semiconductor laser, and an optical device, an optical disk device and an optical pickup using the short pulse light source.
- the short pulse light source 71 (not shown) corresponding to the short pulse light source 51 is used in the optical disc device 110, and the configuration of the pulse generator 74 corresponding to the pulse generator 54 is the first.
- (3-1) Configuration of optical disc First, the configuration of the optical disc 100 will be described. In the present embodiment, information is recorded on the optical disc 100 by irradiating the optical disc 100 with the information light beam LM as the laser light LL from the optical disc device 110, and the information reflected light beam formed by reflecting the information light beam LM. Information is read from the optical disc 100 by detecting the LMr.
- the optical disc 100 is generally formed in a substantially disc shape, and is provided with a chucking hole 100H at the center.
- the optical disc 100 has a configuration in which both surfaces of a recording layer 101 for recording information are sandwiched between substrates 102 and 103.
- the optical disk device 110 condenses the information light beam LM emitted from the light source into the recording layer 101 of the optical disk 100 by the objective lens 118.
- a recording mark RM is formed at the position of the focal point FM in the recording layer 101.
- the optical disc 100 further includes a servo layer 104 between the recording layer 101 and the substrate 102.
- the servo layer 104 is formed with servo guide grooves.
- the servo layer 104 spirals with lands and grooves similar to a general BD (Blu-ray Disc, registered trademark) -R (Recordable) disc.
- a track STR (hereinafter referred to as a servo track) STR is formed.
- This servo track STR is assigned an address consisting of a series of numbers for each predetermined recording unit, and a servo track to be irradiated with a servo light beam LS when information is recorded or reproduced (hereinafter referred to as a target).
- the servo track TSG can be specified by the address.
- the servo layer 104 (that is, the boundary surface between the recording layer 101 and the substrate 102), pits or the like may be formed instead of the guide grooves, or the guide grooves and pits may be combined.
- the tracks of the servo layer 104 may be concentric instead of spiral.
- the servo layer 104 reflects a red light beam with a wavelength of about 660 [nm] with high reflectance, and transmits a blue-violet light beam with a wavelength of about 404 [nm] with high transmittance.
- the optical disc device 110 irradiates the optical disc 100 with a servo light beam LS having a wavelength of about 660 [nm].
- the servo light beam LS is reflected by the servo layer 104 of the optical disc 100 to become a servo reflected light beam LSr.
- the optical disk device 110 receives the servo reflected light beam LSr, and controls the position of the objective lens 118 in the focus direction in which the objective lens 118 approaches or separates from the optical disk 100 based on the light reception result, thereby changing the focus FS of the servo light beam LS to the servo layer. 104.
- the optical disc device 110 makes the optical axes XL of the servo light beam LS and the information light beam LM substantially coincide with each other.
- the optical disc apparatus 110 positions the focal point FM of the information light beam LM at a position corresponding to the target servo track TSG in the recording layer 101, that is, on a normal line passing through the target servo track TSG and perpendicular to the servo layer 104.
- the recording layer 101 contains a two-photon absorption material that absorbs 404 [nm] light in two photons. This two-photon absorption material is known to cause two-photon absorption in proportion to the square of the light intensity, and causes two-photon absorption only for light having a very high light intensity.
- the two-photon absorption material a hexadiyne compound, a cyanine dye, a merocyanine dye, an oxonol dye, a phthalocyanine dye, an azo dye, or the like can be used.
- the recording layer 101 When the recording layer 101 is irradiated with an information light beam LM having a relatively strong intensity, the recording layer 101 vaporizes, for example, a two-photon absorption material by two-photon absorption to form bubbles, thereby forming a focal point FM.
- a recording mark RM is recorded at the position.
- the recording mark RM may be formed by changing the local refractive index by, for example, a chemical change.
- the two-photon absorbing material reacts in proportion to the square of the light intensity.
- the recording layer 101 absorbs only the very strong information light beam LM to cause a reaction, so that the transmittance of the recording layer 101 can be kept high.
- the recording mark RM formed in this way is arranged in a plane substantially parallel to each surface such as the first surface 100A of the optical disc 100 and the servo layer 104, and forms a mark layer Y by the recording mark RM.
- the optical disc device 110 when reproducing information from the optical disc 100, the optical disc device 110 focuses the information light beam LM on the target position PG from the first surface 100A side, for example.
- the recording mark RM is formed at the position of the focus FM (that is, the target position PG)
- the information light beam LM is reflected by the recording mark RM
- the information reflected light beam LMr is emitted from the recording mark RM.
- the optical disc device 110 generates a detection signal corresponding to the detection result of the information reflected light beam LMr, and detects whether or not the recording mark RM is formed based on the detection signal.
- a desired position PG is irradiated by irradiating the target position PG with the information light beam LM while using the servo light beam LS together. Information is recorded and reproduced.
- the optical disc apparatus 110 is configured with a control unit 111 as a center.
- the control unit 111 includes a CPU (Central Processing Unit) (not shown), a ROM (Read Only Memory) in which various programs are stored, and a RAM (Random Access Memory) used as a work memory of the CPU.
- the control unit 111 rotates the spindle motor 115 via the drive control unit 112 to rotate the optical disc 100 placed on a turntable (not shown) at a desired speed. .
- control unit 111 drives the sled motor 116 via the drive control unit 112, thereby causing the optical pickup 117 to follow the movement axis G1 and G2 in the tracking direction, that is, the direction toward the inner or outer peripheral side of the optical disc 100. It is made to move greatly to.
- the optical pickup 117 has a plurality of optical components such as an objective lens 118 attached thereto, and irradiates the optical disk 100 with the information light beam LM and the servo light beam LS under the control of the control unit 111, and the servo light beam LS is reflected. The servo reflected light beam LSr thus formed is detected.
- the optical pickup 117 generates a plurality of detection signals based on the detection result of the servo reflected light beam LSr and supplies them to the signal processing unit 113.
- the signal processing unit 113 generates a focus error signal SFE and a tracking error signal STE by performing predetermined calculation processing using the supplied detection signal, and supplies these to the drive control unit 112.
- the focus error signal SFE is a signal representing the shift amount of the servo light beam LS with respect to the servo layer 104 in the focus direction.
- the tracking error signal STE is a signal representing the amount of shift in the tracking direction with respect to the servo track STR targeted by the servo light beam LS (hereinafter referred to as the target servo track STG).
- the drive control unit 112 generates a focus drive signal and a tracking drive signal for driving the objective lens 118 based on the supplied focus error signal SFE and tracking error signal STE, and generates the focus drive signal and tracking drive signal for the biaxial actuator of the optical pickup 117. 119 is supplied.
- the biaxial actuator 119 of the optical pickup 117 performs focus control and tracking control of the objective lens 118 based on the focus drive signal and tracking drive signal, and changes the focus FS of the servo light beam LS collected by the objective lens 118.
- the target servo track STG of the target mark layer Y (hereinafter referred to as the target mark layer YG) is caused to follow.
- the control unit 111 supplies recording information supplied from the outside to the signal processing unit 113.
- the signal processing unit 113 performs predetermined modulation processing or the like on the recording information to generate recording data, and supplies the recording data to the laser control unit 121 (FIG. 34) in the short pulse light source 120.
- the laser control unit 121 can record the information by forming the recording mark RM at the target position PG (that is, the target track TG) of the target mark layer YG by modulating the laser beam LL based on the recording data. ing.
- the optical pickup 117 causes the focal point FS of the servo light beam LS to follow the target servo track STG in the same manner as in recording, and causes a relatively weak information light beam LM to be generated on the target mark layer YG.
- the information reflected light beam LMr formed by irradiating the target position PG and reflecting the information light beam LM at the location where the recording mark RM is formed is detected.
- the optical pickup 117 generates a detection signal based on the detection result of the information reflected light beam LMr and supplies it to the signal processing unit 113.
- the signal processing unit 113 can reproduce information recorded as the recording mark RM on the target track TG of the target mark layer YG by performing predetermined arithmetic processing, demodulation processing, decoding processing, and the like on the detection signal. Has been made. (3-2-2) Configuration of optical pickup Next, the configuration of the optical pickup 117 will be described. As shown in FIG.
- the optical pickup 117 includes a servo optical system 130 for servo control and an information optical system 150 for reproducing or recording information.
- the optical pickup 117 has the same servo light beam LS as the servo light emitted from the laser diode 131 and the information light beam LM as the laser light LL emitted from the semiconductor laser 3 via the servo optical system 130 and the information optical system 150, respectively.
- Servo optical system 130 for servo control
- the optical pickup 117 has the same servo light beam LS as the servo light emitted from the laser diode 131 and the information light beam LM as the laser light LL emitted from the semiconductor laser 3 via the servo optical system 130 and the information optical system 150, respectively.
- (3-2-2-1) Optical path of servo light beam As shown in FIG.
- the servo optical system 130 irradiates the optical disk 100 with the servo light beam LS via the objective lens 118 and receives the servo reflected light beam LSr reflected by the optical disk 100 by the photodetector 143. It is made like that. That is, the laser diode 131 emits a predetermined amount of servo light beam LS made of divergent light based on the control of the control unit 111 (FIG. 33) and makes it incident on the collimator lens 133.
- the collimator lens 133 converts the servo light beam LS from diverging light into parallel light and makes it incident on the polarization beam splitter 134.
- the polarization beam splitter 134 transmits almost all of the servo light beam LS composed of P-polarized light according to the polarization direction, and enters the quarter-wave plate 136.
- the quarter-wave plate 136 converts the servo light beam LS composed of P-polarized light into circularly-polarized light and enters the dichroic prism 137.
- the dichroic prism 137 reflects the servo light beam LS according to the wavelength of the light beam by the reflection / transmission surface 137 ⁇ / b> S and enters the objective lens 118.
- the objective lens 118 condenses the servo light beam LS and irradiates it toward the servo layer 104 of the optical disc 100. At this time, as shown in FIG.
- the servo light beam LS is transmitted through the substrate 102 and reflected by the servo layer 104 to become a servo reflected light beam LSr that goes in the opposite direction to the servo light beam LS. Thereafter, the servo reflected light beam LSr is converted into parallel light by the objective lens 118 and then incident on the dichroic prism 137.
- the dichroic prism 137 reflects the servo reflected light beam LSr according to the wavelength and makes it incident on the quarter-wave plate 136.
- the quarter-wave plate 136 converts the servo reflected light beam LSr made of circularly polarized light into S-polarized light and enters the polarized beam splitter 134.
- the polarization beam splitter 134 reflects the servo reflected light beam LSr composed of S-polarized light and enters the condenser lens 141.
- the condensing lens 141 converges the servo reflected light beam LSr, gives astigmatism by the cylindrical lens 142, and irradiates the photodetector 143 with the servo reflected light beam LSr.
- the relative position of the target servo track TSG with respect to the objective lens 118 may vary. For this reason, in order to cause the focus FS (FIG.
- the focus FS is in the focus direction which is the approaching direction or the separation direction with respect to the optical disc 100 and the inner peripheral side or outer periphery of the optical disc 100.
- the objective lens 118 can be driven in the biaxial direction of the focus direction and the tracking direction by the biaxial actuator 119.
- the focused state when the servo light beam LS is condensed by the objective lens 118 and applied to the servo layer 104 of the optical disk 100 is focused on the servo reflected light beam LSr by the condensing lens 141.
- the optical positions of various optical components are adjusted so as to be reflected in the in-focus state when the photo detector 143 is irradiated.
- the photodetector 143 generates a detection signal corresponding to the light amount of the servo reflected light beam LSr and sends it to the signal processing unit 113 (FIG. 33). That is, the photodetector 143 is provided with a plurality of detection regions (not shown) for receiving the servo reflected light beam LSr.
- the photodetector 143 detects a part of the servo reflected light beam LSr using the plurality of detection regions, generates detection signals according to the detected light amounts, and outputs them to the signal processing unit 113 (FIG. 33). Send it out.
- the signal processing unit 113 performs focus control by a so-called astigmatism method, calculates a focus error signal SFE that represents the amount of deviation between the focus FS of the servo light beam LS and the servo layer 104 of the optical disc 100, and This is supplied to the drive control unit 112. In addition, the signal processing unit 113 calculates a tracking error signal STE that represents a deviation amount between the focus error signal SFE and the focus FS and the target servo track TSG in the servo layer 104 of the optical disc 100, and supplies the tracking error signal STE to the drive control unit 112.
- the drive control unit 112 generates a focus drive signal based on the focus error signal SFE and supplies the focus drive signal to the biaxial actuator 119, so that the servo light beam LS is focused on the servo layer 104 of the optical disc 100.
- the objective lens 118 is feedback-controlled (that is, focus control).
- the drive control unit 112 generates a tracking drive signal based on a tracking error signal generated by a so-called push-pull method, and supplies the tracking drive signal to the biaxial actuator 119. Accordingly, the drive control unit 112 performs feedback control (that is, tracking control) on the objective lens 118 so that the servo light beam LS is focused on the target servo track TSG in the servo layer 104 of the optical disc 100.
- the servo optical system 130 irradiates the servo layer 104 of the optical disc 100 with the servo light beam LS and supplies the light reception result of the servo reflected light beam LSr, which is the reflected light, to the signal processing unit 113. .
- the drive control unit 112 performs focus control and tracking control of the objective lens 118 so that the servo light beam LS is focused on the target servo track TSG of the servo layer 104.
- the information optical system 150 as shown in FIG. 36 corresponding to FIG.
- the information light beam LM emitted from the semiconductor laser 3 through the objective lens 118 is irradiated to the optical disc 100 and reflected by the optical disc 100.
- the information reflected light beam LMr is received by the photodetector 162. That is, the semiconductor laser 3 emits an information light beam LM made of divergent light based on the control of the control unit 111 (FIG. 33) and enters the collimator lens 152.
- the collimator lens 152 converts the information light beam LM from divergent light to parallel light, and enters the polarization beam splitter 154.
- the polarization beam splitter 154 transmits the information light beam LM composed of P-polarized light according to its polarization direction, and enters the quarter-wave plate 157 via an LCP (Liquid Crystal Panel) 156 that corrects spherical aberration and the like.
- the quarter-wave plate 157 converts the information light beam LM from P-polarized light to circularly-polarized light and enters the relay lens 158.
- the relay lens 158 converts the information light beam LM from parallel light to convergent light by the movable lens 158A, converts the information light beam LM that has become divergent light after convergence into the converged light again by the fixed lens 158B, and outputs it to the mirror 159. Make it incident.
- the mirror 159 reflects the information light beam LM to deflect its traveling direction, and enters the dichroic prism 137.
- the dichroic prism 137 transmits the information light beam LM through the reflection / transmission surface 137 ⁇ / b> S, and enters the objective lens 118.
- the objective lens 118 condenses the information light beam LM and irradiates the optical disc 100 with it.
- the information light beam LM is transmitted through the substrate 102 and focused in the recording layer 101 as shown in FIG.
- the position of the focal point FM of the information light beam LM is determined by the convergence state when the information light beam LM is emitted from the fixed lens 158B of the relay lens 158.
- the focus FM moves in the focus direction in the recording layer 101 according to the position of the movable lens 158A.
- the information optical system 150 controls the depth of the focal point FM (FIG. 32) of the information light beam LM in the recording layer 101 of the optical disc 100 by controlling the position of the movable lens 158A by the control unit 111 (FIG. 33).
- the distance d (that is, the distance from the servo layer 104) is adjusted so that the focus FM matches the target position PG.
- the information optical system 150 irradiates the information light beam LM through the servo-controlled objective lens 118 by the servo optical system 130, thereby matching the tracking direction of the focal point FM of the information light beam LM with the target position PG.
- the information light beam LM is condensed at the focal point FM by the objective lens 118 so that a recording mark RM can be formed at the target position PG.
- the recording mark RM is recorded at the target position PG during the reproduction process for reading the information recorded on the optical disc 100
- the information light beam LM focused on the focal point FM is recorded. It is reflected as an information reflected light beam LMr by the mark RM and enters the objective lens 118.
- the recording mark RM is not recorded at the target position PG, the information light beam LM hardly transmits the information reflected light beam LMr because it passes through the optical disc 100.
- the objective lens 118 converges the information reflected light beam LMr to some extent, and enters the relay lens 158 via the dichroic prism 137 and the mirror 159.
- the relay lens 158 converts the information reflected light beam LMr into parallel light and enters the quarter wavelength plate 157.
- the quarter-wave plate 157 converts the information reflected light beam LMr made of circularly polarized light into S-polarized light, and enters the polarizing beam splitter 154 via the LCP 156.
- the polarization beam splitter 154 reflects the information-reflected light beam LMr made of S-polarized light by the polarization plane 154S and makes it incident on the multi-lens 160.
- the multi-lens 160 collects the information reflected light beam LMr and irradiates the photodetector 162 through the pinhole plate 161.
- the pinhole plate 161 is disposed so that the focal point of the information reflected light beam LMr collected by the multi-lens 160 is located in a hole (not shown), and allows the information reflected light beam LMr to pass through as it is.
- the photodetector 162 generates the detection signal SDb corresponding to the light amount of the information reflected light beam LMr without being affected by stray light, and supplies this to the signal processing unit 113 (FIG. 33).
- the signal processing unit 113 generates reproduction information by performing predetermined demodulation processing, decoding processing, and the like on the detection signal SDb, and supplies the reproduction information to the control unit 111.
- the information optical system 150 receives the information reflected light beam LMr incident on the objective lens 118 from the optical disc 100 and supplies the light reception result to the signal processing unit 113.
- (3-3) Control of light emission interval (3-3-1) Configuration of pulse generator As shown in FIG. 37, the pulse generator 74 corresponding to the pulse generator 54 has an offset setting unit 70.
- the offset setting unit 70 adds an offset voltage value to the VCO control voltage VC.
- the VCO 63 generates a frequency signal according to the VCO control voltage VC to which the offset voltage value is added.
- the VCO 63 increases the frequency of the frequency signal.
- the short pulse light source 71 can set the voltage period TV to be small by advancing the rising edge of the generation signal pulse SLw in the pulse signal SL, and accordingly, can reduce the output period TL of the pulsed light.
- the VCO 63 can increase the output period TL of the pulsed light when the offset voltage value is a negative value. That is, the short pulse light source 71 is configured to change the output cycle TL from the constant output cycle TLa by the offset cycle ⁇ Tr corresponding to the offset voltage value OV.
- the short pulse light source 71 can adjust the output period TL of the pulsed light to an arbitrary interval according to the setting of the offset voltage value OV. (3-3-2) Recording process
- the optical disc device 110 is configured to form a recording mark RM by two-photon absorption by emitting a specific output light LAp having a large emitted light intensity from the short pulse light source 71 as the information light beam LM.
- the short pulse light source 71 emits the singular peak APK at a constant output period TLa to form the recording marks RM at a predetermined interval. Therefore, the control unit 111 (FIG.
- the optical disc apparatus 110 sets the offset voltage value supplied from the offset setting unit 70 to “zero” during the recording process.
- the optical disc apparatus 110 can form the recording marks RM at regular intervals based on the singular peak APK output at a constant output period TLa.
- the optical disc apparatus 110 can form the recording marks RM at regular intervals on the target track TG of the recording layer 101 of the optical disc 100 by generating the singular output light LAp with the constant output period TLa.
- the laser beam LL is irradiated with a predetermined output light intensity, and the reproduction signal RF is generated based on the information reflected light beam LMr reflected by the recording mark RM.
- the light intensity is relatively small with respect to the target position PG where the recording mark RM may be formed, and the light is emitted.
- the vibration output light LMp that is comparatively long is irradiated as the information light beam LM, and similarly, the reproduction signal RF is generated based on the information reflected light beam LMr.
- the optical disc apparatus 110 records the recording marks RM on the recording layer 101 at regular intervals.
- the recording marks RM are not necessarily recorded at regular intervals on the recording layer 101 due to, for example, insufficient accuracy of the rotational speed by the spindle motor 115 or disturbance. Further, the optical disk device 110 cannot always rotate the optical disk 100 at a constant speed due to insufficient accuracy of the rotation speed during the reproduction process. Therefore, the optical disc apparatus 110 detects the period in which the recording mark RM is detected from the reproduction signal RF (FIG. 38C) as the reproduction period Tr, and the difference between the reference reproduction period TrS serving as a reference and the detected reproduction period Tr. Is used to determine the output period TL of the vibration output light LMp. In the vibration output light LMp, the interval between the peaks of the first wave is defined as an output period TL.
- the signal processing unit 113 of the optical disc apparatus 110 detects the reproduction period Tr from the reproduction signal RF, and calculates the difference between the reference reproduction period TrS serving as a reference and the detected reproduction period Tr as a period difference ⁇ Tr (FIG. 38 (D)). For example, the signal processing unit 113 selects an offset voltage value OV corresponding to the period difference ⁇ Tr from a table stored in advance, and sets the offset voltage value OV in the offset setting unit 70.
- the offset setting unit 70 can vary the frequency of the frequency signal according to the offset voltage value OV by adding an offset to the VCO control voltage VC.
- the short pulse light source 71 changes the set cycle TS of the generated signal pulse SLw in the pulse signal SL in accordance with the change in frequency (FIG. 38E), and further changes the voltage cycle TV in the laser drive voltage DJ to the offset voltage. It changes according to value OV.
- the short pulse light source 71 can cause the semiconductor laser 3 to output the vibration output light LMp in a state where the output cycle TL is shifted by the cycle difference ⁇ Tr with respect to the fixed output cycle Ta (FIG. 38F).
- the optical disc apparatus 110 can substantially match the reproduction cycle Tr and the output cycle TL, so that the vibration output light LMp can be reliably irradiated to the recording mark RM.
- the optical disc device 110 detects the interval at which the recording mark RM is detected from the recording layer 101 as the reproduction cycle Tr, and varies the output cycle TL according to the reproduction cycle Tr. Accordingly, the optical disc apparatus 110 can reliably irradiate the information mark beam LM (laser beam LL) to the recording mark RM even when the recording mark RM is not recorded at a constant interval.
- the short pulse light source 71 adjusts the voltage cycle TV so as to vary the output cycle TL of the vibration output light LMp that is pulsed laser light. Thereby, the short pulse light source 71 can change the output period TL freely according to a use.
- the short pulse light source 71 detects the output cycle TL of the vibration output light LMp, and the observation pulse train RW representing the cycle of the voltage phase signal VA representing the voltage cycle TV of the laser drive voltage DJ generated immediately before and the output cycle TL.
- a VCO control voltage VC having a control voltage value corresponding to the phase difference ⁇ W, which is a difference from the period, is generated.
- the short pulse light source 71 adds an offset voltage value OV to the VCO control voltage VC, and generates a voltage phase signal VA having a frequency corresponding to the value of the VCO control voltage VC to which the offset voltage value OV is added.
- the laser drive voltage DJ is generated based on the voltage phase signal VA.
- the short pulse light source 71 can freely adjust the output period TL of the pulsed light according to the offset voltage value OV.
- the optical disk device 110 irradiates the optical disk 100 as an optical information recording medium with pulsed light.
- the optical disc device 110 forms a recording mark RM representing information by causing refractive index modulation in the vicinity of the focal point of the specific peak APK according to the irradiation of the specific peak APK with respect to the uniform recording layer 101 in the optical disc 100.
- the optical disc device 110 outputs the singular output light LAp to the recording layer 101 containing a material exhibiting so-called nonlinear absorption such as a two-photon absorption material that simultaneously absorbs two photons with respect to the light amount of the singular peak APK.
- the optical disc apparatus 110 can quickly form the recording mark RM by irradiating the singular peak APK having a large emitted light intensity. Further, the optical disc device 110 receives the information reflected light beam LMr as return light obtained by modulating the pulse light by the optical disc 100, and responds to the presence or absence of the recording mark RM recorded on the optical disc 100 based on the information reflected light beam LMr. The reproduction signal RF that fluctuates in response is generated. The optical disc device 110 detects the reproduction cycle Tr in which the recording mark RM is detected from the reproduction signal RF, and adjusts the voltage cycle TV so that the reproduction cycle Tr and the output cycle TL are matched.
- the optical disc apparatus 110 can record the recording mark RM even when the recording mark RM is not recorded at regular intervals or the reproduction cycle Tr varies due to the low rotational accuracy of the spindle motor 115 during the reproducing process.
- Pulse light can be irradiated to the target position PG where the RM may be formed.
- the short pulse light source 71 can freely adjust the output cycle TL by changing the voltage cycle TV.
- the maximum voltage value Vmax of the drive voltage pulse DJw is adjusted by setting the height Hs of the setting pulse SLs has been described.
- the present invention is not limited to this.
- the maximum voltage value Vmax may be adjusted by changing the amplification factor in the LD driver 5.
- the case has been described in which the rising of the voltage phase signal VA in the observation triangular wave is held in the zero order.
- the present invention is not limited to this, and primary hold may be performed.
- the smoothing filter 62 is not necessary.
- the case where a rectangular pulse current is supplied as the drive voltage pulse DJw has been described. The present invention is not limited to this.
- the case where the laser light LL emitted from the semiconductor laser 3 is switched between the vibration output light LMp and the specific output light LAp has been described.
- the present invention is not limited to this, and for example, it may be switched with the normal output light LNp.
- the case where the recording layer 101 contains a two-photon absorption material exhibiting nonlinear absorption has been described.
- the present invention is not limited to this, and as a material exhibiting nonlinear absorption, for example, silver or gold nanoparticles that cause plasmon resonance may be used.
- the information light beam LM may be applied to the recording layer on which the recording mark RM is formed according to the integrated amount of light energy.
- a recording mark RM having a mark length of 2T to 11T may be formed, and “1” and “0” are set for the 1T mark.
- Information may be recorded depending on the allocation and the presence or absence of the recording mark RM.
- one recording mark RM that is, 1T
- the recording mark RM may be formed by two or more vibration output lights LMp.
- the case where servo control is executed using the servo layer 104 has been described. The present invention is not limited to this.
- servo marks for servo control may be formed in the recording layer 101 in advance, and servo control may be executed using the servo marks.
- the servo layer 104 is not required in the optical disc 100.
- the recording mark RM formed of a cavity has been described.
- the recording mark RM may be formed by locally changing the refractive index by a chemical change.
- the laser control unit 121 is provided inside the optical pickup 117 has been described.
- the present invention is not limited to this, and the laser control unit 121 may be provided outside the optical pickup 117.
- the information light beam LM is irradiated from the surface of the optical disk 100 on the substrate 102 side.
- the present invention is not limited to this, and the information light beam LM may be irradiated from either or both surfaces, for example, the information light beam LM may be irradiated from the surface on the substrate 103 side.
- a method for irradiating the information light beam LM from both sides is described in Patent Document 2, for example. JP 2008-71433 A
- the present invention is not limited to this.
- the present invention may be applied to a case where information is recorded on an optical information recording medium formed in a rectangular shape while moving the objective lens at a constant speed.
- the wavelength of the information light beam LM emitted from the semiconductor laser 3 may be other than the wavelength 404 [nm]. In short, it is only necessary that the recording mark RM can be appropriately formed in the vicinity of the target position PG in the recording layer 101.
- the case where the optical disk apparatuses 110 and 110 are optical information recording / reproducing apparatuses that record and reproduce information from the optical disk 100 has been described.
- the present invention is not limited to this, and an optical information recording apparatus in which the optical disc apparatus only records information on the optical disc 100 or an optical information reproducing apparatus in which only information is reproduced may be used.
- the case where the short pulse light source 1 is applied to the optical disc apparatus 110 has been described.
- the present invention is not limited to this, and can be applied to various devices such as various medical devices and thermal response microscopes.
- the short pulse light source 51 as the short pulse light source is configured by the semiconductor laser 3 as the semiconductor laser and the laser control unit 52 as the laser control unit. It was.
- the present invention is not limited to this, and the short pulse light source of the present invention may be configured by a semiconductor laser and a laser control unit having various other configurations.
- the optical disk device 110 as an optical disk device is configured by the semiconductor laser 3 as a semiconductor laser, the objective lens 118 as a light irradiation unit, and the laser control unit 52 as a laser control unit.
- the optical disk apparatus of the present invention may be configured by a semiconductor laser, a light irradiation unit, and a laser control unit having various other configurations.
- the present invention can also be used in, for example, an optical information recording / reproducing apparatus that records or reproduces a large amount of information such as video content or audio content on a recording medium such as an optical disc.
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Abstract
Description
一方、かかる光情報記録媒体に対応した光ディスク装置では、音楽コンテンツや映像コンテンツ等の各種コンテンツ、或いはコンピュータ用の各種データ等のような種々の情報を当該光情報記録媒体に記録するようになされている。特に近年では、映像の高精細化や音楽の高音質化等により情報量が増大し、また1枚の光情報記録媒体に記録するコンテンツ数の増加が要求されているため、当該光情報記録媒体のさらなる大容量化が求められている。
そこで、光情報記録媒体を大容量化する手法の一つとして、光に応じて2光子吸収反応を生じさせることにより記録ピットを形成する材料を用い、光情報記録媒体の厚み方向に、3次元的に情報を記録するようになされた光情報記録媒体が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
ところがこの短パルス光源では、光発生器の外部に設けられた光学部品の作用より短パルス出力を実現している。このため短パルス光源は、一般的にサイズが大きく、また価格も高価であるため、光ディスク装置に搭載することは非現実的である。
ここで光ディスク装置において一般的に使用される小型の光発生器である半導体レーザから直接的にレーザ光をパルス出力することができれば、光発生器の外部に光学部品を設ける必要がなく、短パルス光源を大幅に小型化できるものと考えられる。仮に半導体レーザからレーザ光を短パルス出力できると想定すると、電圧の印加によりレーザ光が所望の短パルス出力をするよう半導体レーザを制御する必要がある。
かかる課題を解決するため本発明の短パルス光源及び光学装置においては、パルス状のレーザ光を出射する半導体レーザと、パルス状の駆動電圧パルスでなるレーザ駆動電圧を半導体レーザに対して印加する際、駆動電圧パルスの間隔である電圧周期を変動させるレーザ制御部とを設けるようにした。
これにより本発明では、レーザ光の出力周期を自在に調整することができる。
また本発明のレーザ光出射方法においては、半導体レーザにパルス状の駆動電圧パルスでなるレーザ駆動電圧を半導体レーザに対して印加して半導体レーザにパルス状のレーザ光を出射させる際、駆動電圧パルスの間隔である電圧周期を変動させるようにした。
これにより本発明では、レーザ光の出力周期を自在に調整することができる。
さらに本発明の光ディスク装置及び光ピックアップにおいては、パルス状のレーザ光を出射する半導体レーザと、レーザ光を光情報記録媒体に対して照射する照射部と、パルス状の駆動電圧パルスでなるレーザ駆動電圧を半導体レーザに対して印加する際、駆動電圧パルスの間隔である電圧周期を変動させるレーザ制御部とを設けるようにした。
これにより本発明では、レーザ光の出力周期を自在に調整することができる。
本発明によれば、駆動電圧の間隔である電圧周期を変動することができ、半導体レーザの出射周期を自在に調整し得るレーザ光出射方法及び短パルス光源、並びに当該短パルス光源を用いた光学装置、光ディスク装置及び光ピックアップを実現できる。
図2は、パルス信号とレーザ駆動電圧を示す略線図である。
図3は、注入キャリア密度と光子密度との関係の説明に供する略線図である。
図4は、注入キャリア密度とキャリア密度との関係の説明に供する略線図である。
図5は、注入キャリア密度と光子密度との関係の説明に供する略線図である。
図6は、PT1における光子密度の説明に供する略線図である。
図7は、PT2における光子密度の説明に供する略線図である。
図8は、PT3における光子密度の説明に供する略線図である。
図9は、実際の発光波形を示す略線図である。
図10は、駆動電流と出射光強度の説明に供する略線図である。
図11は、光測定装置の構成を示す略線図である。
図12は、各パルスの形状を示す略線図である。
図13は、パルス信号と駆動電圧パルスとの関係を示す略線図である。
図14は、電圧とレーザ光の波形を示す略線図である。
図15は、8.8[V]のときのレーザ光を示す略線図である。
図16は、13.2[V]のときのレーザ光を示す略線図である。
図17は、15.6[V]のときのレーザ光を示す略線図である。
図18は、17.8[V]のときのレーザ光を示す略線図である。
図19は、38.4[V]のときのレーザ光を示す略線図である。
図20は、BPFの効果の説明に供する略線図である。
図21は、BPFの効果の説明に供する略線図である。
図22は、特異出力光の波形を示す略線図である。
図23は、設定パルスとレーザ光の位相の説明に供する略線図である。
図24は、設定パルスとレーザ光の位相ずれの説明に供する略線図である。
図25は、本発明の原理の説明に供する略線図である。
図26は、第2の実施の形態による短パルス光源を示す略線図である。
図27は、発光間隔検出部の構成を示す略線図である。
図28は、観測パルスの生成の説明に供するフローチャートである。
図29は、観測パルスの生成の説明に供する略線図である。
図30は、第2の実施の形態によるパルス生成器の構成を示す略線図である。
図31は、VCO制御電圧の生成の説明に供する略線図である。
図32は、光ディスクの構成を示す略線図である。
図33は、光ディスク装置の全体構成を示す略線図である。
図34は、光ピックアップの構成を示す略線図である。
図35は、サーボ光ビームの光路を示す略線図である。
図36は、情報光ビームの光路を示す略線図である。
図37は、第3の実施の形態によるパルス生成器の構成を示す略線図である。
図38は、再生処理におけるオフセットの設定の説明に供する略線図である。
1.第1の実施の形態(短パルス光源の構成)
2.第2の実施の形態(短パルス光源における発光間隔を一定にする制御)
3.第3の実施の形態(光ディスク装置における発光間隔を任意の間隔にする制御)
(1)第1の実施の形態
(1−1)短パルス光源の構成
図1において1は全体として本実施の形態による短パルス光源を示している。この短パルス光源1は、レーザ制御部2と半導体レーザ3とから構成されている。
半導体レーザ3は、半導体発光を用いる一般的な半導体レーザ(例えばソニー株式会社製、SLD3233)でなる。半導体レーザ3は、レーザ制御部2による制御により、レーザ光LLをパルス出力するようになされている。
レーザ制御部2は、パルス生成器4及びLD(Laser Diode)ドライバ5とから構成されている。図2(A)に示すように、パルス生成器4は、離散的にパルス状の生成信号パルスSLwを発生するパルス信号SLを生成し、LDドライバ5に供給する。このときパルス生成器4は、例えば外部機器の制御に応じて、生成信号パルスSLwの信号レベルを制御する。
図2(B)に示すように、LDドライバ5は、パルス信号SLを所定の増幅率で増幅することにより、生成信号パルスSLwに対応して駆動電圧パルスDJwを発生するレーザ駆動電圧DJを生成し、半導体レーザ3に供給する。このとき駆動電圧パルスDJwの電圧値は、生成信号パルスSLwの信号レベルに応じて決定されることになる。
そして半導体レーザ3は、レーザ駆動電圧DJに応じてレーザ光LLをパルス出力する。
このように短パルス光源1は、レーザ制御部2の制御により、半導体レーザ3からレーザ光LLを直接的にパルス出力するようになされている。
(1−2)緩和振動モードによるレーザ光のパルス出力
次式にレーザの特性を表すいわゆるレート方程式を示している。なお、Γは閉込め係数、τphは光子寿命、τsはキャリア寿命、Csは自然放出結合係数、dは活性層厚、qは電荷素量、gmaxは最大利得、Nはキャリア密度、Sは光子密度、Jは注入キャリア密度、cは光速、N0は透明化キャリア密度、ngは群屈折率を示している。
図3及び図4に、(1)式から導かれるキャリア密度Nと注入キャリア密度Jと、光子密度Sとの関係を示している。なお図3及び図4では、Γ=0.3、Ag=3e−16[cm2]、τph=1e−12[s]、τs=1e−9[s]、Cs=0.03、d=0.1[μm]、q=1.6e−19[C]として計算を行った。
図4に示すように、一般的な半導体レーザは、注入キャリア密度J(すなわちレーザ駆動電圧DJ)の増大に応じてキャリア密度Nが飽和状態の少し手前となる飽和前点S1において、発光を開始する。そして図3に示すように、半導体レーザは、注入キャリア密度Jの増大に伴って光子密度S(すなわち出射光強度)を増大させる。また図3と対応する図5に示すように、注入キャリア密度Jのさらなる増大に伴って、光子密度Sはさらに増大することがわかる。
図5、図6及び図7では、図5に示されたポイントPT1、PT2及びPT3においてレーザ駆動電圧DJ(すなわち注入キャリア密度J)を印加し始めてからの時間を横軸として、光子密度Sを縦軸として示している。
図6に示すように、最も大きなレーザ駆動電圧DJを印加した場合を表すポイントPT1において、光子密度Sは、緩和振動により大きく振動してその振幅が大きくなり、かつ振幅の周期(すなわち極小値から極小値まで)となる振動周期taが約60[ps]と小さいことが確認された。光子密度Sの値は、発光開始直後に出現する第1波の振幅が最も大きく、第2波、第3波と徐々に減衰し、やがて安定する。
このポイントPT1の光子密度Sにおける第1波の最大値は約3×1016と、光子密度Sが安定したときの値である安定値(約1×1016)の約3倍であった。
ここで(1)式に示したレート方程式から、レーザ駆動電圧DJを印加し始めてから発光を開始するまでの発光開始時間τdを算出することができる。すなわち発振以前のため光子密度S=0とすると、(1)式における上段の式を次式のように表すことができる。
ここでキャリア密度Nをスレショールド値Nthとすると、発光開始時間τdを次式のように表すことができる。
すなわち発光開始時間τdは、注入キャリア密度Jに反比例することがわかる。
図6に示したポイントPT1では、(3)式から当該発光開始時間τdが約200[ps]と算出される。このポイントPT1では、大きな電圧値でなるレーザ駆動電圧DJを印加しているため、発光開始時間τdも短くなっている。
図7に示すように、ポイントPT1よりも印加したレーザ駆動電圧DJの値が小さいポイントPT2では、明確な緩和振動を生じているものの、ポイントPT1と比して振動の振幅が小さくなり、かつ振動周期taが約100[ps]と大きくなった。またポイントPT2では、発光開始時間τdも約400[ps]とポイントPT1と比較して大きくなった。このポイントPT2の光子密度Sにおける第1波の最大値は約8×1015と、安定値(約4×1015)の約2倍であった。
図8に示すように、ポイントPT2よりも供給したレーザ駆動電圧DJの値がさらに小さいポイントPT3では、緩和振動が殆どみられず、また発光開始時間τdが約1[ns]と比較的長いことが確認された。このポイントPT3の光子密度Sにおける最大値はほぼ安定値と同一であり、約1.2×1015であった。
一般的なレーザ光源では、半導体レーザに対してポイントPT3のように緩和振動の殆どみられない条件(電圧値)となる比較的小さいレーザ駆動電圧DJを印加することにより、敢えて出射開始直後の出射光強度の差異を小さくし、レーザ光LLの出力を安定させている。以下、半導体レーザ3が緩和振動を生じさせない低電圧によるレーザ光LLを出力するモードを、通常モードと呼び、当該通常モードにおいて出力されたレーザ光LLを通常出力光LNpと呼ぶ。
しかしながら本実施の形態による短パルス光源1では、ポイントPT1及びPT2のように緩和振動を生じさせることにより、レーザ光の瞬間的な出射光強度の最大値を安定値よりも増大(例えば1.5倍以上)させるようになされている。また、緩和振動を生じさせるための電圧値(以下、これを振動電圧値αと呼ぶ)として、大きな値を選択することができるため、大きな振動電圧値αに応じた大きな出射光強度でなるレーザ光を出射させ得るようになされている。
すなわち同一の半導体レーザに対して振動電圧値αでなるレーザ駆動電圧DJを印加することにより、従来と比してレーザ光の出射光強度を大幅に増大させることが可能となる。例えばポイントPT1では、緩和振動の第1波による光子密度Sが約3×1016であり、従来の電圧値を印加した場合を示すポイントPT3(約1.2×1015)と比して、半導体レーザ3の出射光強度を20倍以上に増大させることが可能となる。
実際上、一般的な半導体レーザ(ソニー株式会社製、SLD3233VF)に対して、比較的大きなレーザ駆動電圧DJを印加した時に測定された出射光強度を、図9に示している。図から、図6及び図7で光子密度Sにみられた緩和振動が出射光強度にそのまま表われ、同様の緩和振動が出射光強度として実際に生じていることが確認された。なお図9では、レーザ駆動電圧DJを半導体レーザに対して矩形のパルス状に供給した場合に得られたレーザ光LLの波形を示している。なお以下、レーザ駆動電圧DJのうち、パルス状に供給される部分を駆動電圧パルスDJwと呼ぶ。
図10(A)は、図7に対応する図である。例えば図10(B)に示すように、短パルス光源1のレーザ制御部2は、半導体レーザ3に対し、緩和振動を生じさせるのに十分な振動電圧値α1でなるレーザ駆動電圧DJを駆動電圧パルスDJwとして供給する。このときレーザ制御部2は、駆動電圧パルスDJwとして、発光開始時間τdと振動周期taとを加算(τd+ta)した時間(以下、これを電流波供給時間と呼ぶ)に亘り、矩形状のパルスでなるレーザ駆動電圧DJを印加する。
これによりレーザ制御部2は、図10(C)に示すように、半導体レーザ3に緩和振動による第1波のみを出射させ、当該半導体レーザ3に出射光強度の大きいパルス状のレーザ光LL(以下、これを振動出力光LMpと呼ぶ)を出射させることができる。
またレーザ制御部2は、パルス状でなる駆動電圧パルスDJwを供給することにより、大きな電圧値でなるレーザ駆動電圧DJを印加する時間を短縮することができ、半導体レーザ3の過発熱などにより生じる当該半導体レーザ3の不具合を抑制するようになされている。
一方レーザ制御部2は、図10(D)に示すように、緩和振動を生じさせるのに十分でかつ振動電圧値α1よりも小さい振動電圧値α2でなる駆動電圧パルスDJwを半導体レーザ3に供給することにより、半導体レーザ3に出射光強度の比較的小さい振動出力光LMpを出射させることができる。なお以下、半導体レーザ3が緩和振動を生じさせてレーザ光LLをパルス出力するモードを緩和振動モードと呼び、緩和振動を生じない通常モードと区別する。
このように短パルス光源1は、レーザ光LLに緩和振動を生じさせるよう駆動電圧パルスDJwの電圧値を制御することにより、振動緩和モードによってレーザ光LLをパルス出力し得るようになされている。
(1−3)特異モードによるレーザ光のパルス出力
本願発明人らは、レーザ光LLに緩和振動を生じさせる振動電圧値αよりもさらに大きな特異電圧値βでなる駆動電圧パルスDJwを半導体レーザ3に供給することにより、半導体レーザ3から振動出力光LMpよりもさらに大きな出射光強度でなるレーザ光LLをパルス出力し得ることを見出した。
次に、駆動電圧パルスDJwの電圧値を変化させた場合のレーザ光LLの変化を測定した実験の結果について説明する。
図11に、短パルス光源1から出射されたレーザ光LLを分析する光測定装置11の構成を示している。
光測定装置11における短パルス光源1において、半導体レーザ3から出射されたレーザ光LLは、コリメータレンズ12に供給された。
レーザ光LLは、コリメータレンズ12によって発散光から平行光に変換され、BPF(Band Pass Filter)13を介して集光レンズ15へ入射された。なおBPF13は、必要に応じて設置又は除去された。レーザ光LLは、集光レンズ15によって集光された後、光サンプルオシロスコープ16(浜松ホトニクス株式会社製、C8188−01)及び光スペクトルアナライザ17(株式会社エーディーシー製、Q8341)により測定及び分析された。
またコリメータレンズ12及び集光レンズ15間にパワーメータ14(株式会社エーディーシー製、Q8230)が設置され、レーザ光LLの出射光強度が測定された。
図12(A)に示すように、パルス生成器4に対してパルス幅Wsが1.5[ns]でなる矩形状の設定パルスSLsを設定した場合において、実際にパルス生成器4から出力されたパルス信号SLの波形を図12(B)に示している。このパルス信号SLにおいて、設定パルスSLsに対応して出現するパルス(以下、これを生成信号パルスSLwと呼ぶ)の半値幅である信号パルス半値幅SLhalfは、約1.5[ns]であった。
図12(B)に示したパルス信号SLを入力した場合において、実際にLDドライバ5から出力されたレーザ駆動電圧DJの波形を図12(C)に示している。このレーザ駆動電圧DJにおいて、生成信号パルスSLwに対応して出現するパルス(すなわち駆動電圧パルスDJw)の半値幅である電圧パルス半値幅Thalfは、生成信号パルスSLwの信号レベルに応じて約1.5[ns]~約1.7[ns]の範囲で変化した。
このときの生成信号パルスSLwの信号レベル(最大電圧値)と駆動電圧パルスDJwにおける電圧パルス半値幅Thalfとの関係、及び生成信号パルスSLwの信号レベルと駆動電圧パルスDJwにおける最大電圧値Vmaxとの関係を図13に示している。
図13からわかるように、LDドライバ5に入力される生成信号パルスSLwの電圧値が大きくなるに従って、当該LDドライバ5から出力される駆動電圧パルスDJwの最大電圧値Vmaxも上昇する。またパルス信号SLの電圧値が大きくなるに従って、駆動電圧パルスDJwの電圧パルス半値幅Thalfも徐々に大きくなることがわかる。
言い換えると、同一パルス幅でなる設定パルスSLsをパルス生成器4に設定した場合であっても、LDドライバ5に対して供給される生成信号パルスSLwの最大電圧値が変化することにより、LDドライバ5から出力される駆動電圧パルスDJwのパルス幅及び電圧値が変化することがわかる。
このような駆動電圧パルスDJwに応じて出力されたレーザ光LLについて、光サンプルオシロスコープ16によって測定した結果を図14(A)及び(B)に示している。なおこの図14において、時間を示す横軸は相対値であり、波形の形状を見易くするために各波形をずらして示している。またこの測定において、BPF13は設置されていない。
図14(A)に示すように、駆動電圧パルスDJwの最大電圧値Vmaxが8.8[V]のとき、レーザ光LLの波形LT1には、比較的幅広い小さな出力ピーク(時間1550[ps]近傍)が1つのみ確認され、緩和振動による振動が見られなかった。すなわちこの波形LT1では、短パルス光源1が通常モードにおいて通常出力光LNpを出力していることを表している。
図14(A)に示すように、駆動電圧パルスDJwの最大電圧値Vmaxが13.2[V]のとき、レーザ光LLの波形LT2には、緩和振動による複数のピークが確認された。すなわちこの波形LT2では、短パルス光源1が緩和振動モードにおける振動出力光LMpを出力していることを表している。
図14(B)に示すように、駆動電圧パルスDJwの最大電圧値Vmaxが17.8[V]、22.0[V]、26.0[V]及び29.2[V]のとき、レーザ光LLの波形LT3、LT4、LT5及びLT6には、時間軸方向に先頭部分となるピークと、細かい振動を伴い緩やかに減衰するスロープ部分が確認された。
レーザ光LLの波形LT3、LT4、LT5及びLT6は、先頭のピークの後に大きなピークがなく、第1波に続いて第2波、第3波のピークを有する緩和振動モードによる波形LT2(図14(A))とは、その形状が明らかに異なっている。
なお測定に使用された光サンプルオシロスコープ16の解像度が約30[ps]以上であるため、各図には表われていないが、ストリークカメラを用いた実験により、先頭のピークのピーク幅(半値幅)は、約10[ps]であることが確認された。またこれに伴って、当該先頭のピークの最大出射光強度も実際より低く表われている。
ここで、駆動電圧パルスDJwの最大電圧値Vmaxを変化させたときのレーザ光LLについて、さらに分析する。
同様にして駆動電圧パルスDJwの最大電圧値Vmaxを変化させたときに得られたレーザ光LLの出射光強度について、光スペクトルアナライザ17によって測定した結果を図15~図19に示している。なお図15(A)~図19(A)では、レーザ光LLを波長ごとに分解した結果を表しており、図15(B)~図19(B)では、レーザ光LLを図14と同様時間軸方向に分解した結果を示している。またこの測定において、BPF13は設置されていない。
図15(B)に示すように、駆動電圧パルスDJwの最大電圧値Vmaxが8.8[V]のとき、レーザ光LLの波形LT11にはピークが1つのみ見られていることから、当該レーザ光LLは通常モードによる通常出力光LNpといえる。また図15(A)に示すように、そのスペクトラムST11では、約404[nm]に1つのピークのみが確認された。このことから図15(B)に示す波形LT11が約404[nm]の波長でなるレーザ光LLに基づくものであることがわかる。
図16(B)に示すように、駆動電圧パルスDJwの最大電圧値Vmaxが13.2[V]のとき、レーザ光LLの波形LT12には大きなピークが複数見られることから、当該レーザ光は緩和振動モードによる振動出力光LMpといえる。また図16(A)に示すように、そのスペクトラムST12では、約404[nm]及び約407[nm]に2つのピークが確認された。このことから図16(B)に示す波形LT2が約404[nm]及び約407[nm]の波長でなるレーザ光LLに基づくものであることがわかる。
図17(B)に示すように、駆動電圧パルスDJwの最大電圧値Vmaxが15.6[V]のとき、レーザ光LLの波形LT13には先頭部分のピーク及び緩やかに減衰するスロープ部分が見られた。このとき図17(A)に示すように、スペクトラムST13では、約404[nm]及び約408[nm]に2つのピークが確認された。スペクトラムST13では、緩和振動モードで確認された約406[nm]のピークが長波長側へ2[nm]移動している。さらに398[nm]近傍が僅かに盛り上がっていることが確認された。
図18(B)に示すように、駆動電圧パルスDJwの最大電圧値Vmaxが17.8[V]のとき、レーザ光LLの波形LT14には先頭部分のピーク及び緩やかに減衰するスロープ部分が見られた。また図18(A)に示すように、そのスペクトラムST14では、約398[nm]と約403[nm]に2つの大きなピークが確認された。スペクトラムST14では、スペクトラムST13(図17(B))と比較して、約408[nm]のピークが非常に小さくなり、その代りに約398[nm]に大きなピークが確認された。
図19(B)に示すように、駆動電圧パルスDJwの最大電圧値Vmaxが38.4[V]のとき、レーザ光LLの波形LT15には先頭部分のピーク及び緩やかに減衰するスロープ部分が明確に見られた。また図19(A)に示すように、そのスペクトラムST15では、約398[nm]及び約404[nm]に2つのピークが確認された。スペクトラムST15は、スペクトラムST14(図18(B))と比較すると、約408[nm]のピークが完全に消失し、約398[nm]に明確なピークが確認された。
これらのことから、短パルス光源1では、振動電圧値αよりも大きな特異電圧値β(すなわち最大電圧値Vmax)でなる駆動電圧パルスDJwを半導体レーザ3に供給したことにより、振動出力光LMpとはその波形及び波長の異なるレーザ光LLを出力することが確認された。また発光開始時間τdも上述したレート方程式から導かれる(3)式とは一致しなかった。
ここでレーザ光LLの波長に着目する。レーザ光LLは、最大電圧値Vmaxが大きくなるにつれて通常出力光LNp(図15)、振動出力光LMp(図16)へと変化し、さらに当該振動出力光LMpからその波長を変化させる。
具体的に、図16に示したように、振動出力光LMpは、通常出力光LNpとほぼ同じ波長(通常出力光LNpの波長±2[nm]以内)のピークに加えて、当該通常出力光LNpよりも約3[nm](3±2[nm]以内)長波長側にピークを有する。
これに対して図19に示したレーザ光LLは、通常出力光LNpとほぼ同じ波長((通常出力光LNpの波長±2[nm]以内)のピークに加えて、当該通常出力光LNpよりも約6[nm](6±2[nm]以内)短波長側にピークを有する。以下、このレーザ光LLを特異出力光LApと呼び、当該特異出力光LApを出力する半導体レーザ3のモードを特異モードと呼ぶ。
ここで最大電圧値Vmaxが15.6[V]のレーザ光LL(図17(A))と17.8[V]のレーザ光LL(図18(A))とを比較すると、長波長側のピークは消失し、代りに短波長側のピークが出現している。つまり最大電圧値Vmaxの上昇に伴いレーザ光LLが振動出力光LMpから特異出力光LApへ変化する過程において、長波長側のピークが徐々に減衰し、代りに短波長側のピークが増大していくといえる。
以下、短波長側のピーク面積が長波長側のピーク面積以上となるレーザ光LLを、特異出力光LApとし、短波長側のピーク面積が長波長側のピーク面積未満となるレーザ光LLを振動出力光LMpとする。なお図18のように2つのピークが重複する場合には、通常出力光LNpの波長から6[nm]短波長側の波長を中心波長とし、当該中心波長±3[nm]の範囲における面積を当該ピークの面積とする。
従って、最大電圧値Vmaxが15.6[V]のレーザ光LL(図17)は振動出力光LMpとなり、最大電圧値Vmaxが17.8[V]のレーザ光LL(図18)は特異出力光LApとなる。
図20に示すように、BPF13を設置したときと設置しなかったときの特異モードにおけるレーザ光LLの波形LT16及びLT17をそれぞれ示している。なおこのBPF13は、406±5[nm]の光の透過率を低下させるようになされている。
図20から、BPF13の設置された波形LT17では、波形LT16と比較して特異ピークAPKの出射光強度に殆ど変化が見られなかったのに対し、特異スロープASPの出射光強度が大きく減少した。すなわち特異モードにおいて、特異スロープASPは通常モードとほぼ同じ約404[nm]の波長でなるため、BPF13によって減少したのに対し、特異ピークAPKは約398[nm]の波長でなるため、BPF13によって減少しなかったことが確認された。
図21に、波形LT16及び波形LT17に対応するスペクトラムST16及びST17を示している。なおスペクトラムST16及びST17は、最大の出射光強度に応じて正規化されており、縦軸の出射光強度は相対値を表している。
スペクトラムST16では、波形LT16において大きな面積を有する特異スロープASPに対応して404[nm]の光強度が398[nm]の光強度に比して大きくなっている。一方スペクトラムST17では、特異スロープASPの減少に伴い、404[nm]の光強度と398[nm]の光強度とがほぼ同程度となった。
このことからも、特異モードにおけるレーザ光LLにおいて、特異スロープASPの波長が約404[nm]であり、特異ピークAPKの波長が約398[nm]であること、すなわち特異ピークAPKの波長が特異スロープASPと比して短波長であることが確認された。
以上を踏まえて、特異モードにおけるレーザ光LLについてまとめる。
半導体レーザ3は、緩和振動を生じさせる電圧値よりもさらに大きい特異電圧値βでなるレーザ駆動電圧DJが印加されると、特異モードに遷移し、図22に示すように、最初に出現する特異ピークAPKと、続いて出現する特異スロープASPとからなる特異出力光LApを出射する。
特異ピークAPKは、その波長が通常モードにおけるレーザ光LLの波長と比して、約6[nm]短波長側にシフトする。なお他の実験において、通常モードにおけるレーザ光LLの波長が異なる半導体レーザを用いた場合であっても、同様の結果が得られている。
パワーメータ14による測定(半導体レーザ3としてソニー株式会社製、SLD3233を使用)の結果、この特異ピークAPKの出射光強度は、約12[W]と緩和振動モードにおけるレーザ光LLの最大の出射光強度(約1~2[W])と比して、非常に大きいことが確認された。なお光サンプルオシロスコープ16の解像度が低いためこの出射光強度は図面には表われていない。
またストリークカメラ(図示せず)による分析の結果、特異ピークAPKは、ピーク幅が10[ps]程度であり、緩和振動モードにおけるピーク幅(約30[ps])と比して、小さくなることが確認された。なお光サンプルオシロスコープ16の解像度が低いためこのピーク幅は図面には表われていない。
また特異スロープASPは、その波長が通常モードにおけるレーザ光LLの波長と同一であり、最大の出射光強度は約1~2[W]程度であった。
実際上、短パルス光源1のレーザ制御部2は、半導体レーザ3に対し、振動電圧値αよりもさらに大きい特異電圧値βでなるレーザ駆動電圧DJを駆動電圧パルスDJwとして印加する。
これによりレーザ制御部2は、図22に示したように、半導体レーザ3を特異モードに遷移させ、レーザ光LLとして、当該半導体レーザ3から非常に大きい特異ピークAPKを有する特異出力光LApを出射させることができる。
このように短パルス光源1は、半導体レーザ3を特異モードへ遷移させるのに十分な電圧値でなる駆動電圧パルスDJwを印加するようパルス生成器4を制御することにより、半導体レーザ3から特異出力光LApを出力し得るようになされている。
(1−4)動作及び効果
以上の構成において、短パルス光源1は、レーザ駆動電圧DJにおける駆動電圧パルスDJwを振動電圧値αよりもさらに大きい特異電圧値βになるよう制御する。これにより短パルス光源1は、半導体レーザ3を特異モードに遷移させ、出力光強度の非常に大きい特異ピークAPKを有する特異出力光LApを出射し得るようになされている。
また短パルス光源1は、駆動電圧パルスDJwを振動電圧値αになるよう制御することにより、半導体レーザ3を緩和振動モードに遷移させ、出力光強度の比較的大きい第1波のピークを有する振動出力光LMpを出射し得るようになされている。
(2)第2の実施の形態
図23~図31に示す第2の実施の形態では、図1~図22に示した第1の実施の形態と対応する箇所に同一符号を附して示している。第2の実施の形態では、短パルス光源1に対応する短パルス光源51が環境などの変化に拘らず一定の間隔でレーザ光LLをパルス出力するよう、レーザ駆動電圧DJを補正する点が第1の実施の形態と異なっている。
(2−1)本発明の原理
短パルス光源51が有するパルス生成器54に対応するパルス生成器54、LDドライバ5及び半導体レーザ3は、温度に応じてその特性が変化するいわゆる温度特性などを有しており、周辺気温などの環境要因、及び発熱などに応じて特性を変化させてしまう。ここでパルス信号SLにおける生成信号パルスSLwの立ち上がりから特異ピークAPKの極大値までの時間を位相φとする。なお図では、説明をわかりやすくするため、実際よりも位相φを大きく記載している。
図23に示すように、短パルス光源51は、一定の設定周期TSaでなる生成信号パルスSLwを有するパルス信号SLをパルス生成器54によって生成した場合、位相φが一定であれば、当該一定の設定周期TSaと同一となる一定の出力周期TLaで特異出力光LApをパルス出力することができる。
しかしながら図24に示すように、短パルス光源51は、位相φが変動Δφだけ大きくなるような場合において、一定の設定周期TSaでなる生成信号パルスSLwを有するパルス信号SLをパルス生成器54によって生成すると、特異ピークAPKの出力が当該変動Δφだけ遅延し、出力周期TLを一定にすることができなくなってしまう。
そこで第2の実施の形態による短パルス光源51では、図25(C)に示すように、位相φの変動Δφ(図25(B))を相殺するようにパルス信号SLの設定周期TSを変動させる。
すなわち短パルス光源51のパルス生成器54は、位相φを検出すると共に、当該位相φがΔφだけ大きくなった場合には、パルス信号SLにおける生成信号パルスSLwの立ち上がりをΔφだけ早める。一方パルス生成器54は、位相φがΔφだけ小さくなった場合には、生成信号パルスSLwの立ち上がりをΔφだけ遅延させる。
この結果短パルス光源51では、図25(D)に示すように、パルス信号SLwと同様、位相φを相殺するようレーザ駆動電圧DJにおける駆動電圧パルスDJwの電圧周期TVを変動させることになる。そして短パルス光源51は、半導体レーザ3から一定の出力周期TLaで特異ピークAPKをパルス出力し得るようになされている。
なお図25では特異出力光LApをパルス出力する場合について述べたが、振動出力光LMpを出力する場合についても同様である。なお以下、特異出力光LAp及び振動出力光LMpをまとめてパルス光と呼ぶ。
このように短パルス光源51では、環境変化などに伴う位相φの変動を相殺するよう駆動電圧パルスDJwの電圧周期TVを変動させて当該レーザ駆動電圧DJを補正することにより、半導体レーザ3から一定の出力周期TLaでレーザ光LLをパルス出力し得るようになされている。
(2−2)発光間隔の制御
図26に示すように、短パルス光源51は、レーザ制御部2に対応するレーザ制御部52において、発光間隔検出部56及び観測パルス信号生成部57を有する点と、パルス生成器54に対応するパルス生成器54の構成が異なる点とが短パルス光源51と異なっている。
短パルス光源51では、実際に出力されたレーザ光LLから特異ピークAPK又は振動出力光LMpにおける第1波のピークの発光間隔(すなわち出力周期TL)を検出し、当該出力周期TLが一定になるようパルス信号SLを生成する発光間隔制御処理を実行するようになされている。
図27に示すように、半導体レーザ3から出射されたレーザ光LLは、当該レーザ光を所定の割合で透過及び反射させるビームスプリッタ58により、その一部が発光間隔検出部56に入射される。
発光間隔検出部56は、パルス生成器54から供給されるパルス信号SLをディレイユニット66に供給する。ディレイユニット66は、パルス信号SLを所定時間だけ遅延させて遅延パルス信号SLdを生成し、これをストリークカメラ67に供給する。
ストリークカメラ67は、遅延パルス信号SLdの立ち上がりをトリガとしてストリーク掃引を実行し、ストリーク像を撮像する。当該ストリークカメラ67ではこのストリーク像を保持できないため、高感度カメラ68によって撮像を行う。高感度カメラ68は、撮像された画像データを画像処理部69に供給する。
図28に示すように、画像処理部69は、発光間隔検出処理手順RT1を開始し、ステップSP1において、画像データに基づいて図29(A)に示すようにレーザ光LLの出力光強度と時間との関係を示す観測レーザ光RLを描写すると、次のステップSP2へ移る。
ステップSP2において、画像処理部69は、観測レーザ光RLから最大輝点を抽出すると、ステップSP3へ移り、前回の最大輝点と今回検出された最大輝点との輝点間隔となる出力周期TLを算出し、次のステップSP4へ移る。ステップSP4において、画像処理部69は、当該出力周期TLを観測パルス信号生成部57へ供給し、処理を終了する。
観測パルス信号生成部57は、出力周期TLに基づき、当該出力周期TLごとに立ち上がる観測パルス列RW(図29(B))を生成し、これをパルス生成器54に供給する。
図30に示すように、パルス生成器54は、検出されたばかりのパルス光の出力周期TLを表す観測パルス列RWを位相比較器61に供給する。位相比較器61は、図31に示すように、観測パルス列RW(図31(A))と電圧位相信号VA(図31(B))との位相とを比較する。
ここで電圧位相信号VAは、パルス信号SLの基となる信号である。すなわち電圧位相信号VAは、現在のパルス信号SLの設定周期TS、すなわち現在のレーザ駆動電圧DJの電圧周期TVを表している。また観測パルス列RWは、既に出力されたパルス光の周期、すなわち実際に出力されたパルス光の出力周期TLを表している。
位相比較器61は、観測パルス列の例えば立ち上がりをトリガとして観測三角波RWt(図31(C))を生成する。位相比較器61は、電圧位相信号VAの立ち上がりタイミングにおける観測三角波RWtの値をホールドし、これをサンプルホールド値として平滑化フィルタ62へ供給する。
すなわち位相比較器61は、観測パルス列RWと電圧位相信号VAとの位相差ΔWに応じた値をサンプルホールド値とすることになる。ここで観測パルス列RWと電圧位相信号VAは、常に所定の遅延時間だけずれた状態となるため、位相差ΔWが一定であれば、サンプルホールド値も常に一定になる。ところが観測パルス列RWにおいて想定している位相から位相φがずれると、観測パルス列RWと電圧位相信号VAとの位相差ΔWが変動するため、サンプルホールド値が変化することになる。
言い換えると、位相差ΔWが常に一定になるようにパルス信号SLの周波数を変化させることにより、観測パルス列RW(すなわちレーザ光LLの出力周期TL)をほぼ一定にすることができることになる。
従って位相比較器61は、サンプルホールド値を平滑化フィルタ62に供給する。平滑化フィルタ62は、サンプルホールド値を平滑化してVCO制御電圧VCを生成し、これをVCO63に供給する。
VCO63は、VCO制御電圧VCに応じた周波数でなる周波数信号を生成し、2値化部64に供給する。このときVCO63は、位相差ΔWに応じて周波数信号における周波数を変動させることになる。この周波数は、位相差ΔWを相殺するように予め設定されている。
2値化部64は、周波数信号を2値化して電圧位相信号VAを生成し、位相比較器61に供給すると共に、パルス幅調整部65に供給する。パルス幅調整部65は、電圧位相信号VAのパルス幅を調整し、これをパルス信号SLとしてLDドライバ5に供給する。
LDドライバ5は、パルス信号SLに基づいて、レーザ駆動電圧DJを生成し、これを半導体レーザ3に供給する。半導体レーザ3は、当該レーザ駆動電圧DJに応じてレーザ光LLをパルス出力するようになされている。
すなわちVCO63は、位相φが大きくなったことに起因して、位相差ΔWが大きくなりVCO制御電圧VCが大きな値でなる場合には、周波数信号における周波数を大きくすることになる。
この結果、短パルス光源51は、電圧位相信号VAにおける周期を小さくしてパルス信号SLの設定周期TSを小さく設定することができる。これに伴って短パルス光源51は、レーザ駆動電圧DJにおける電圧周期TVを小さくすることができるため、位相φが大きくなった分だけパルス光の出射タイミングを早めることができる。
またVCO63は、位相φが小さくなったことに起因して、位相差ΔWが小さくなりVCO制御電圧VCが大きな値でなる場合には、周波数信号における周波数を小さくすることになる。
この結果、短パルス光源51は、電圧位相信号VAにおける周期を小さくしてパルス信号SLの設定周期TSを大きく設定することができる。これに伴って短パルス光源51は、レーザ駆動電圧DJにおける電圧周期TVを大きくすることができるため、位相φが小さくなった分だけパルス光の出射タイミングを遅延させることができる。
このようにして短パルス光源51は、位相φの変動を相殺するようレーザ駆動電圧DJにおける電圧周期TVを調整することにより、半導体レーザ3から一定の出力周期TLaでパルス光を出射し得るようになされている。
(2−3)動作及び効果
以上の構成において、短パルス光源51は、半導体レーザ3からパルス状のレーザ光LLであるパルス光を出射し、パルス信号SLに基づいて生成され、パルス状の駆動電圧パルスDJwでなるレーザ駆動電圧DJを半導体レーザ3に対して印加する。このとき短パルス光源51は、パルス信号SLにおける生成信号パルスSLwの間隔である設定周期TSを変動させて駆動電圧パルスDJwの間隔である電圧周期TVを変動させる。
これにより短パルス光源51は、パルス光の出力周期TLを調整することができ、周囲の環境などに応じて生じる生成信号パルスSLwとパルス光との時間差である位相φの変動を相殺することができる。
また短パルス光源51は、生成信号パルスSLwの立ち上がりからパルス光までの位相φの変動を相殺するよう設定周期TSを調整することにより、駆動電圧パルスDJwが印加され始めてからパルス光が出射されるまでの位相の変動を相殺するよう電圧周期TVを調整する。これにより短パルス光源51は、環境変化などによる位相φの変動に拘らず、パルス光を一定の出力周期Taで出射することができる。
さらに短パルス光源51は、パルス光の出力周期TLを検出し、直前に生成されたレーザ駆動電圧DJの電圧周期TVと出力周期TLとの差分を表す位相差ΔWに基づいて新たに生成されるレーザ駆動電圧DJの電圧周期TVを変動させるようにした。
ここで実際に印加されたレーザ駆動電圧DJの電圧周期TVと実際に出力されたパルス光の出力周期TLとの差分である位相差ΔWは、電圧周期TVと出力周期TLとの時間的な一定の位相差と位相φとに応じて発生し、位相φの変動に応じてのみ変化することになる。
従って短パルス光源51は、位相差ΔWに基づいてレーザ駆動電圧DJの電圧周期TVを変動させることにより位相φを相殺し、パルス光の出力周期TLを一定にすることができる。このとき短パルス光源51は、実際に出力されたパルス光の出力周期TLの結果を新たに生成されるレーザ駆動電圧DJにフィードバックできるため、出力周期TLを高い精度で制御することが可能となる
また短パルス光源51は、ストリークカメラを有することにより、10[ps]程度のピーク幅でなる特異出力光LApの極大値を正確に検出し、出力周期TLを精度良く算出することができる。
さらに短パルス光源51は、直前に生成されたレーザ駆動電圧DJの電圧周期TVと出力周期TLとの位相差ΔWに応じた制御電圧値でなる制御電圧としてのVCO制御電圧VCを生成する。そして短パルス光源51は、制御電圧値に応じた周波数でなる電圧位相信号VAを生成し、当該電圧位相信号VAに基づいてレーザ駆動電圧DJを生成する。これにより短パルス光源51は、直前に生成されたレーザ駆動電圧DJの電圧周期TVと実際に出力されたレーザ光LLの出力周期TLとを比較することができる。
また短パルス光源51は、パルス状の特異ピークAPKと当該特異ピークAPKと比して出射光強度の小さい特異スロープASPとからなる特異出力光LApをパルス光として出射させる。
これにより短パルス光源51は、非常に大きい出射光強度でなる特異ピークAPKを有する特異出力光LApを出射することができる。
以上の構成によれば、短パルス光源51は、設定周期TSを変動させて駆動電圧パルスDJwの間隔である電圧周期TVを変動させることにより、パルス光の出力周期TLを調整するこれにより短パルス光源51は、環境の変化などに拘らず、パルス光の出力周期TLを自在に調整することができる。
かくして本発明は、半導体レーザのパルス出力を制御し得るレーザ光出射方法及び短パルス光源、並びに当該短パルス光源を用いた光学装置、光ディスク装置及び光ピックアップを実現できる。
(3)第3の実施の形態
図32~図38に示す第3の実施の形態では、図23~図31に示した第2の実施の形態と対応する箇所を同一符号で示している。第3の実施の形態では、短パルス光源51に対応する短パルス光源71(図示せず)を光ディスク装置110に用いた点と、パルス生成器54に対応するパルス生成器74の構成が第1の実施の形態とは異なっている。
(3−1)光ディスクの構成
まず光ディスク100の構成について説明する。本実施の形態では、光ディスク装置110から光ディスク100へレーザ光LLとしての情報光ビームLMを照射することにより光ディスク100に情報を記録し、また当該情報光ビームLMが反射されてなる情報反射光ビームLMrを検出することにより当該光ディスク100から情報を読み出すようになされている。
実際上光ディスク100は、全体として略円板状に構成され、中心にチャッキング用の孔部100Hが設けられている。また光ディスク100は、図32に断面図を示すように、情報を記録するための記録層101の両面を基板102及び103により挟んだような構成を有している。
光ディスク装置110は、光源から出射された情報光ビームLMを対物レンズ118により光ディスク100の記録層101内に集光する。この情報光ビームLMが比較的強い記録用の強度であった場合、記録層101内における焦点FMの位置には、記録マークRMが形成される。
また光ディスク100は、さらに記録層101と基板102との間にサーボ層104が設けられている。サーボ層104には、サーボ用の案内溝が形成されており、具体的には、一般的なBD(Blu−ray Disc、登録商標)−R(Recordable)ディスク等と同様のランド及びグルーブにより螺旋状のトラック(以下、これをサーボトラックと呼ぶ)STRを形成している。
このサーボトラックSTRには、所定の記録単位ごとに一連の番号でなるアドレスが付されており、情報を記録又は再生する際にサーボ光ビームLSが照射されるべきサーボトラック(以下、これを目標サーボトラックTSGと呼ぶ)を当該アドレスにより特定し得るようになされている。
なおサーボ層104(すなわち記録層101と基板102との境界面)には、案内溝に代えてピット等が形成され、或いは案内溝とピット等とが組み合わされていても良い。またサーボ層104のトラックは、螺旋状でなく同心円状であっても良い。
またサーボ層104は、例えば波長約660[nm]の赤色光ビームを高い反射率で反射する一方、波長約404[nm]の青紫色光ビームを高透過率で透過するようになされている。
光ディスク装置110は、光ディスク100に対して波長約660[nm]でなるサーボ光ビームLSを照射する。このときサーボ光ビームLSは、光ディスク100のサーボ層104により反射されサーボ反射光ビームLSrとなる。
光ディスク装置110は、サーボ反射光ビームLSrを受光し、その受光結果を基に対物レンズ118を光ディスク100に近接又は離隔させるフォーカス方向へ位置制御することにより、サーボ光ビームLSの焦点FSをサーボ層104に合わせるようになされている。
このとき光ディスク装置110は、サーボ光ビームLSと情報光ビームLMとの光軸XLを互いにほぼ一致させている。これにより光ディスク装置110は、情報光ビームLMの焦点FMを、記録層101内における目標サーボトラックTSGに対応した箇所に、すなわち目標サーボトラックTSGを通りサーボ層104に垂直な法線上に位置させる。
記録層101は、404[nm]の光を2光子吸収する2光子吸収材料を含有している。この2光子吸収材料は、光強度の2乗に比例して2光子吸収を生じさせることが知られており、光強度の非常に大きい光に対してのみ2光子吸収を生じさせる。なおこの2光子吸収材料としては、ヘキサジイン化合物、シアニン色素、メロシアニン色素、オキソノール色素、フタロシアニン色素及びアゾ色素などを用いることができる。
記録層101は、比較的強い強度でなる情報光ビームLMが当該記録層101内に照射されると、2光子吸収により例えば2光子吸収材料を気化させて気泡を形成することにより、焦点FMの位置に記録マークRMを記録する。なお記録層101は、例えば化学変化などによって局所的な屈折率を変化させることにより記録マークRMを形成するようにしても良い。
ここで2光子吸収材料は、光強度の2乗に比例して反応が生じることが知られている。すなわち記録層101は、非常に強度の大きい情報光ビームLMのみを吸収して反応を生じるため、当該記録層101としての透過率を高く保つことができる。
またこのようにして形成された記録マークRMは、光ディスク100の第1面100A及びサーボ層104等の各面とほぼ平行な平面状に配置され、当該記録マークRMによるマーク層Yを形成する。
一方、光ディスク装置110は、光ディスク100から情報を再生する際、例えば第1面100A側から目標位置PGに対して情報光ビームLMを集光する。ここで焦点FMの位置(すなわち目標位置PG)に記録マークRMが形成されている場合、当該情報光ビームLMが記録マークRMによって反射され、当該記録マークRMから情報反射光ビームLMrが出射される。
光ディスク装置110は、情報反射光ビームLMrの検出結果に応じた検出信号を生成し、当該検出信号を基に記録マークRMが形成されているか否かを検出する。
このように本実施の形態では、光ディスク装置110により光ディスク100に対して情報を記録及び再生する場合、サーボ光ビームLSを併用しながら情報光ビームLMを目標位置PGに照射することにより、所望の情報を記録及び再生するようになされている。
(3−2)光ディスク装置
(3−2−1)光ディスク装置の構成
次に、具体的な光ディスク装置110の構成について説明する。
図33に示すように、光ディスク装置110は制御部111を中心に構成されている。制御部111は、図示しないCPU(Central Processing Unit)と、各種プログラム等が格納されるROM(Read Only Memory)と、当該CPUのワークメモリとして用いられるRAM(Random Access Memory)とによって構成されている。
制御部111は、光ディスク100に情報を記録する場合、駆動制御部112を介してスピンドルモータ115を回転駆動させ、ターンテーブル(図示せず)に載置された光ディスク100を所望の速度で回転させる。
また制御部111は、駆動制御部112を介してスレッドモータ116を駆動させることにより、光ピックアップ117を移動軸G1及びG2に沿ってトラッキング方向、すなわち光ディスク100の内周側又は外周側へ向かう方向へ大きく移動させるようになされている。
光ピックアップ117は、対物レンズ118等の複数の光学部品が取り付けられており、制御部111の制御に基づいて光ディスク100へ情報光ビームLM及びサーボ光ビームLSを照射し、サーボ光ビームLSが反射されてなるサーボ反射光ビームLSrを検出するようになされている。
光ピックアップ117は、サーボ反射光ビームLSrの検出結果に基づいた複数の検出信号を生成し、これらを信号処理部113へ供給する。信号処理部113は、供給された検出信号を用いた所定の演算処理を行うことにより、フォーカスエラー信号SFE及びトラッキングエラー信号STEをそれぞれ生成し、これらを駆動制御部112へ供給する。
なおフォーカスエラー信号SFEは、サーボ光ビームLSのサーボ層104に対するフォーカス方向のずれ量を表す信号である。またトラッキングエラー信号STEは、サーボ光ビームLSの目標とするサーボトラックSTR(以下、これを目標サーボトラックSTGと呼ぶ)に対するトラッキング方向のずれ量を表す信号である。
駆動制御部112は、供給されたフォーカスエラー信号SFE及びトラッキングエラー信号STEを基に、対物レンズ118を駆動するためのフォーカス駆動信号及びトラッキング駆動信号を生成し、これを光ピックアップ117の2軸アクチュエータ119へ供給する。
光ピックアップ117の2軸アクチュエータ119は、このフォーカス駆動信号及びトラッキング駆動信号に基づいて対物レンズ118のフォーカス制御及びトラッキング制御を行い、当該対物レンズ118により集光されるサーボ光ビームLSの焦点FSを目標となるマーク層Y(以下、これを目標マーク層YGと呼ぶ)の目標サーボトラックSTGに追従させる。
このとき制御部111は、外部から供給される記録情報を信号処理部113に供給する。信号処理部113は、記録情報に所定の変調処理等を施して記録データを生成し、短パルス光源120におけるレーザ制御部121(図34)へ供給する。レーザ制御部121は、記録データに基づいてレーザ光LLを変調することにより目標マーク層YGの目標位置PG(すなわち目標トラックTG)に記録マークRMを形成し、当該情報を記録し得るようになされている。
また光ピックアップ117は、光ディスク100から情報を再生する場合、記録時と同様にサーボ光ビームLSの焦点FSを目標サーボトラックSTGに追従させると共に、比較的弱い情報光ビームLMを目標マーク層YGの目標位置PGへ照射し、記録マークRMが形成されている箇所において当該情報光ビームLMが反射されてなる情報反射光ビームLMrを検出する。
光ピックアップ117は、情報反射光ビームLMrの検出結果に基づいた検出信号を生成し、これを信号処理部113へ供給する。信号処理部113は、検出信号に対し所定の演算処理、復調処理及び復号化処理等を施すことにより、目標マーク層YGの目標トラックTGに記録マークRMとして記録されている情報を再生し得るようになされている。
(3−2−2)光ピックアップの構成
次に、光ピックアップ117の構成について説明する。この光ピックアップ117では、図34に示すように、サーボ制御のためのサーボ光学系130と、情報の再生又は記録のための情報光学系150を有している。
光ピックアップ117は、レーザダイオード131から出射したサーボ光としてのサーボ光ビームLS及び半導体レーザ3から出射したレーザ光LLとしての情報光ビームLMをそれぞれサーボ光学系130及び情報光学系150を介して同一の対物レンズ118へ入射し、光ディスク100にそれぞれ照射するようになされている。
(3−2−2−1)サーボ光ビームの光路
図35に示すように、サーボ光学系130では、対物レンズ118を介してサーボ光ビームLSを光ディスク100に照射すると共に、当該光ディスク100によって反射されてなるサーボ反射光ビームLSrをフォトディテクタ143で受光するようになされている。
すなわちレーザダイオード131は、制御部111(図33)の制御に基づいて発散光でなる所定光量のサーボ光ビームLSを発射し、コリメータレンズ133へ入射させる。コリメータレンズ133は、サーボ光ビームLSを発散光から平行光に変換し、偏光ビームスプリッタ134へ入射させる。
偏光ビームスプリッタ134は、P偏光でなるサーボ光ビームLSのほぼ全てをその偏光方向により透過させ、1/4波長板136へ入射する。
1/4波長板136は、P偏光でなるサーボ光ビームLSを円偏光に変換し、ダイクロイックプリズム137へ入射する。ダイクロイックプリズム137は、反射透過面137Sによって光ビームの波長に応じてサーボ光ビームLSを反射して対物レンズ118へ入射する。
対物レンズ118は、サーボ光ビームLSを集光し、光ディスク100のサーボ層104へ向けて照射する。このときサーボ光ビームLSは、図32に示したように、基板102を透過しサーボ層104において反射されて、サーボ光ビームLSと反対方向へ向かうサーボ反射光ビームLSrとなる。
この後、サーボ反射光ビームLSrは、対物レンズ118によって平行光に変換された後、ダイクロイックプリズム137へ入射される。ダイクロイックプリズム137は、サーボ反射光ビームLSrを波長に応じて反射し、これを1/4波長板136へ入射する。
1/4波長板136は、円偏光でなるサーボ反射光ビームLSrをS偏光に変換し、偏光ビームスプリッタ134へ入射する。偏光ビームスプリッタ134は、S偏光でなるサーボ反射光ビームLSrを反射させ、集光レンズ141へ入射する。
集光レンズ141は、サーボ反射光ビームLSrを収束させ、シリンドリカルレンズ142により非点収差を持たせた上で当該サーボ反射光ビームLSrをフォトディテクタ143へ照射する。
ところで光ディスク装置110では、回転する光ディスク100における面ブレ等が発生する可能性があるため、対物レンズ118に対する目標サーボトラックTSGの相対的な位置が変動する可能性がある。
このため、サーボ光ビームLSの焦点FS(図32)を目標サーボトラックTSGに追従させるには、当該焦点FSを光ディスク100に対する近接方向又は離隔方向であるフォーカス方向及び光ディスク100の内周側又は外周側であるトラッキング方向へ移動させる必要がある。
そこで対物レンズ118は、2軸アクチュエータ119により、フォーカス方向及びトラッキング方向の2軸方向へ駆動され得るようになされている。
またサーボ光学系130では、対物レンズ118によりサーボ光ビームLSが集光され光ディスク100のサーボ層104へ照射されるときの合焦状態が、集光レンズ141によりサーボ反射光ビームLSrが集光されフォトディテクタ143に照射されるときの合焦状態に反映されるよう、各種光学部品の光学的位置が調整されている。
フォトディテクタ143は、サーボ反射光ビームLSrの光量に応じた検出信号を生成し、信号処理部113(図33)へ送出する。
すなわちフォトディテクタ143は、サーボ反射光ビームLSrを受光するための複数の検出領域(図示せず)が設けられている。フォトディテクタ143は、当該複数の検出領域によりサーボ反射光ビームLSrの一部をそれぞれ検出し、このとき検出した光量に応じて検出信号をそれぞれ生成して、これらを信号処理部113(図33)へ送出する。
信号処理部113は、いわゆる非点収差法によるフォーカス制御を行うようになされており、サーボ光ビームLSの焦点FSと光ディスク100のサーボ層104とのずれ量を表すフォーカスエラー信号SFEを算出し、これを駆動制御部112へ供給する。
また信号処理部113は、フォーカスエラー信号SFE及び焦点FSと光ディスク100のサーボ層104における目標サーボトラックTSGとのずれ量を表すトラッキングエラー信号STEを算出し、これを駆動制御部112へ供給する。
駆動制御部112は、フォーカスエラー信号SFEを基にフォーカス駆動信号を生成し、当該フォーカス駆動信号を2軸アクチュエータ119へ供給することにより、サーボ光ビームLSが光ディスク100のサーボ層104に合焦するよう、対物レンズ118をフィードバック制御(すなわちフォーカス制御)する。
また駆動制御部112は、いわゆるプッシュプル法によって生成されたトラッキングエラー信号を基にトラッキング駆動信号を生成し、当該トラッキング駆動信号を2軸アクチュエータ119へ供給する。これにより駆動制御部112は、サーボ光ビームLSが光ディスク100のサーボ層104における目標サーボトラックTSGに合焦するよう、対物レンズ118をフィードバック制御(すなわちトラッキング制御)する。
このようにサーボ光学系130は、サーボ光ビームLSを光ディスク100のサーボ層104に照射し、その反射光であるサーボ反射光ビームLSrの受光結果を信号処理部113へ供給するようになされている。これに応じて駆動制御部112は、当該サーボ光ビームLSを当該サーボ層104の目標サーボトラックTSGに合焦させるよう、対物レンズ118のフォーカス制御及びトラッキング制御を行うようになされている。
(3−2−2−2)情報光ビームの光路
一方情報光学系150では、図34と対応する図36に示すように、対物レンズ118を介して半導体レーザ3から出射した情報光ビームLMを光ディスク100に照射すると共に、当該光ディスク100に反射されてなる情報反射光ビームLMrをフォトディテクタ162で受光するようになされている。
すなわち半導体レーザ3は、制御部111(図33)の制御に基づいて発散光でなる情報光ビームLMを発射し、コリメータレンズ152へ入射する。コリメータレンズ152は、情報光ビームLMを発散光から平行光に変換し、偏光ビームスプリッタ154へ入射する。
偏光ビームスプリッタ154は、P偏光でなる情報光ビームLMをその偏光方向により透過させ、球面収差などを補正するLCP(Liquid Crystal Panel)156を介して1/4波長板157へ入射する。
1/4波長板157は、情報光ビームLMをP偏光から円偏光に変換してリレーレンズ158へ入射する。
リレーレンズ158は、可動レンズ158Aにより情報光ビームLMを平行光から収束光に変換し、収束後に発散光となった当該情報光ビームLMを固定レンズ158Bにより再度収束光に変換し、ミラー159へ入射させる。
ミラー159は、情報光ビームLMを反射することによりその進行方向を偏向させ、ダイクロイックプリズム137へ入射する。ダイクロイックプリズム137は、反射透過面137Sにより当該情報光ビームLMを透過させ、これを対物レンズ118へ入射する。
対物レンズ118は、情報光ビームLMを集光し、光ディスク100へ照射する。このとき情報光ビームLMは、図32に示したように、基板102を透過し、記録層101内に合焦する。
ここで当該情報光ビームLMの焦点FMの位置は、リレーレンズ158の固定レンズ158Bから出射される際の収束状態により定められることになる。すなわち焦点FMは、可動レンズ158Aの位置に応じて記録層101内をフォーカス方向に移動することになる。
実際上、情報光学系150は、制御部111(図33)により可動レンズ158Aの位置が制御されることにより、光ディスク100の記録層101内における情報光ビームLMの焦点FM(図32)の深さd(すなわちサーボ層104からの距離)を調整し、目標位置PGに焦点FMを合致させるようになされている。
このように情報光学系150は、サーボ光学系130によるサーボ制御された対物レンズ118を介して情報光ビームLMを照射することにより、情報光ビームLMの焦点FMのトラッキング方向を目標位置PGに合致させるようになされている。
そして情報光ビームLMは、対物レンズ118によって焦点FMに集光され、目標位置PGに対して記録マークRMを形成し得るようになされている。
一方情報光ビームLMは、光ディスク100に記録された情報を読み出す再生処理の際、目標位置PGに記録マークRMが記録されていた場合には、焦点FMに集光した情報光ビームLMが当該記録マークRMによって情報反射光ビームLMrとして反射され、対物レンズ118へ入射される。
他方情報光ビームLMは、目標位置PGに記録マークRMが記録されていない場合には、光ディスク100を透過するため、情報反射光ビームLMrが殆ど生成されない。
対物レンズ118は、情報反射光ビームLMrをある程度収束させ、ダイクロイックプリズム137、ミラー159を介してリレーレンズ158へ入射する。
リレーレンズ158は、情報反射光ビームLMrを平行光に変換し、1/4波長板157へ入射する。1/4波長板157は、円偏光でなる情報反射光ビームLMrをS偏光に変換し、LCP156を介して偏光ビームスプリッタ154に入射する。
偏光ビームスプリッタ154は、S偏光でなる情報反射光ビームLMrを偏光面154Sによって反射し、マルチレンズ160へ入射させる。マルチレンズ160は、情報反射光ビームLMrを集光し、ピンホール板161を介してフォトディテクタ162へ照射させる。
ピンホール板161は、マルチレンズ160により集光される情報反射光ビームLMrの焦点を孔部(図示せず)内に位置させるよう配置されており、当該情報反射光ビームLMrをそのまま通過させる。
この結果、フォトディテクタ162は、迷光の影響を受けることなく、情報反射光ビームLMrの光量に応じた検出信号SDbを生成し、これを信号処理部113(図33)へ供給する。
信号処理部113は、検出信号SDbに対して所定の復調処理や復号化処理等を施すことにより再生情報を生成し、この再生情報を制御部111へ供給するようになされている。
このように情報光学系150は、光ディスク100から対物レンズ118へ入射される情報反射光ビームLMrを受光し、その受光結果を信号処理部113へ供給するようになされている。
(3−3)発光間隔の制御
(3−3−1)パルス生成器の構成
図37に示すように、パルス生成器54と対応するパルス生成器74は、オフセット設定部70を有している。
オフセット設定部70は、VCO制御電圧VCに対し、オフセット電圧値を付加する。VCO63は、オフセット電圧値の付加されたVCO制御電圧VCに応じて周波数信号を生成する。
例えばオフセット電圧値が正の値であった場合、VCO63は、周波数信号の周波数を大きくすることになる。この結果短パルス光源71は、パルス信号SLにおける生成信号パルスSLwの立ち上がりを早めて電圧周期TVを小さく設定し、これに伴いパルス光の出力周期TLを小さくすることができる。同様にしてVCO63は、オフセット電圧値が負の値であった場合、パルス光の出力周期TLを大きくすることができる。
すなわち短パルス光源71には、オフセット電圧値OVに応じたオフセット周期ΔTrだけ、一定の出力周期TLaから出力周期TLを変動させるようになされている。
このように短パルス光源71は、オフセット電圧値OVの設定に応じてパルス光の出力周期TLを任意の間隔に調整し得るようになされている。
(3−3−2)記録処理
次に、記録処理における発光間隔の制御処理について説明する。
光ディスク装置110は、記録処理において、情報光ビームLMとして出射光強度の大きい特異出力光LApを短パルス光源71から出射させることにより、2光子吸収による記録マークRMを形成するようになされている。
この記録処理において、短パルス光源71は、一定の出力周期TLaで特異ピークAPKを出射することにより、所定の間隔で記録マークRMを形成することが望ましい。
そこで制御部111(図33)は、記録処理時にはオフセット設定部70から供給されるオフセット電圧値を「ゼロ」に設定する。
これにより光ディスク装置110は、一定の出力周期TLaで出力される特異ピークAPKに基づいて一定の間隔で記録マークRMを形成し得るようになされている。
このように光ディスク装置110は、一定の出力周期TLaで特異出力光LApを生成することにより、光ディスク100の記録層101の目標トラックTGに一定の間隔で記録マークRMを形成し得るようになされている。
(3−3−3)再生処理
次に、再生処理における発光間隔の制御処理について説明する。
ところで従来の光ディスク装置では、所定の出力光強度でレーザ光LLを照射すると共に、記録マークRMによって反射されてなる情報反射光ビームLMrに基づいて再生信号RFを生成する。
本実施の形態による光ディスク装置110では、図38(A)及び(B)に示すように、記録マークRMが形成されている可能性のある目標位置PGに対して光強度が比較的小さく、出射する時間が比較的長い振動出力光LMpを情報光ビームLMとして照射し、同様にして情報反射光ビームLMrに基づき再生信号RFを生成する。
上述したように光ディスク装置110は、記録層101に一定の間隔で記録マークRMを記録している。しかしながら例えばスピンドルモータ115による回転速度の精度不足や外乱などの原因により、必ずしも記録層101において記録マークRMが一定間隔で記録されているとは限らない。また光ディスク装置110は、再生処理時における回転速度の精度不足により、一定の速度で光ディスク100を回転できるとは限らない。
そこで光ディスク装置110は、再生信号RF(図38(C))から記録マークRMが検出された周期を再生周期Trとして検出し、基準となる基準再生周期TrSと検出された再生周期Trとの差分に基づいて振動出力光LMpの出力周期TLを決定するようになされている。なお振動出力光LMpにおいて、第1波のピーク同士の間隔を出力周期TLとする。
実際上光ディスク装置110の信号処理部113は、再生信号RFから、再生周期Trを検出し、基準となる基準再生周期TrSと検出された再生周期Trとの差分を周期差分ΔTrとして算出する(図38(D))。
信号処理部113は、例えば予め記憶されたテーブルから周期差分ΔTrに対応するオフセット電圧値OVを選択し、当該オフセット電圧値OVをオフセット設定部70に設定する。
オフセット設定部70は、VCO制御電圧VCに対してオフセットを付加することにより、オフセット電圧値OVに応じて周波数信号の周波数を変動させることができる。この結果短パルス光源71は、この周波数の変動に応じてパルス信号SLにおける生成信号パルスSLwの設定周期TSを変化させ(図38(E))、さらにレーザ駆動電圧DJにおける電圧周期TVをオフセット電圧値OVに応じて変化させる。
この結果短パルス光源71は、一定の出力周期Taに対して周期差分ΔTrだけ出力周期TLをずらした状態(図38(F))で、半導体レーザ3に振動出力光LMpを出力させることができる。
これにより光ディスク装置110は、再生周期Trと出力周期TLとをほぼ合致させることができるため、記録マークRMに対して確実に振動出力光LMpを照射し得るようになされている。
このように光ディスク装置110は、記録層101から記録マークRMが検出される間隔を再生周期Trとして検出すると共に、当該再生周期Trに応じて出力周期TLを変動させるようにした。これにより光ディスク装置110は、記録マークRMが一定の間隔で記録されていない場合であっても、記録マークRMに対して確実に情報光ビームLM(レーザ光LL)を照射し得るようになされている。
(3−4)動作及び効果
以上の構成によれば、短パルス光源71は、パルス状のレーザ光である振動出力光LMpの出力周期TLを変動させるよう電圧周期TVを調整する。
これにより短パルス光源71は、用途に応じて自由に出力周期TLを変動させることができる。
また短パルス光源71は、振動出力光LMpの出力周期TLを検出し、直前に生成されたレーザ駆動電圧DJの電圧周期TVを表す電圧位相信号VAの周期と、出力周期TLを表す観測パルス列RWの周期との差分である位相差ΔWに応じた制御電圧値でなるVCO制御電圧VCを生成する。そして短パルス光源71は、VCO制御電圧VCに対してオフセット電圧値OVを付加し、当該オフセット電圧値OVの付加されたVCO制御電圧VCの値に応じた周波数でなる電圧位相信号VAを生成し、当該電圧位相信号VAに基づいてレーザ駆動電圧DJを生成する。
これにより短パルス光源71は、オフセット電圧値OVに応じてパルス光の出力周期TLを自在に調整することができる。
また光ディスク装置110は、パルス光を光情報記録媒体としての光ディスク100に対して照射する。光ディスク装置110は、光ディスク100における一様でなる記録層101に対する特異ピークAPKの照射に応じて当該特異ピークAPKの焦点近傍に屈折率変調を生じさせることにより、情報を表す記録マークRMを形成する。このとき光ディスク装置110は、特異ピークAPKの光量に対して2つの光子を同時に吸収する2光子吸収材料などのいわゆる非線形吸収を示す材料を含有してなる記録層101に対し、特異出力光LApを照射する。
これにより光ディスク装置110は、出射光強度の大きい特異ピークAPKの照射により迅速に記録マークRMを形成することができる。
さらに光ディスク装置110は、パルス光が光ディスク100によって変調されてなる戻り光としての情報反射光ビームLMrを受光し、当該情報反射光ビームLMrに基づき光ディスク100に記録された記録マークRMの有無に応じて変動する再生信号RFを生成する。光ディスク装置110は、再生信号RFから記録マークRMが検出される再生周期Trを検出し、再生周期Trと出力周期TLとを一致させるように電圧周期TVを調整する。
これにより光ディスク装置110は、再生処理の際、記録マークRMが一定間隔で記録されていなかったりスピンドルモータ115の回転精度が低いことにより再生周期Trが変動するような場合であっても、記録マークRMが形成されている可能性のある目標位置PGに対してパルス光を照射することができる。
以上の構成によれば、短パルス光源71は、電圧周期TVを変動させることにより、出力周期TLを自在に調整できる。
(4)他の実施の形態
なお上述した第2及び第3の実施の形態においては、位相差ΔWに基づいてレーザ駆動電圧DJの基になるパルス信号SLを生成するようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、例えば周囲の温度を測定すると共に、当該温度に応じてパルス信号SLを生成するようにしても良い。
また上述した第2及び第3の実施の形態においては、設定パルスSLsの高さHsの設定により駆動電圧パルスDJwの最大電圧値Vmaxを調整するようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、例えばLDドライバ5における増幅率を変化させることにより最大電圧値Vmaxを調整しても良い。
さらに上述した第2及び第3の実施の形態においては、観測三角波における電圧位相信号VAの立ち上がりを0次ホールドするようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、1次ホールドするようにしても良い。この場合、平滑化フィルタ62は不要となる。
さらに上述した第2及び第3の実施の形態においては、駆動電圧パルスDJwとして矩形状のパルス電流を供給するようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、要は短時間に亘って大きな振動電圧値αでなるパルス電流を供給すれば良く、例えば正弦波状でなる駆動電圧パルスDJwを供給するようにしても良い。
さらに上述した第2及び第3の実施の形態においては、半導体レーザ3として一般的な半導体レーザ(ソニー株式会社製、SLD3233など)を用いるようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、要は、p型とn型の半導体を用いてレーザ発振を行ういわゆる半導体レーザであれば良い。また敢えて緩和振動を大きく生じさせやすくした半導体レーザを用いることがさらに好ましい。
さらに上述した第2及び第3の実施の形態においては、半導体レーザ3から出射するレーザ光LLを振動出力光LMpと特異出力光LApとで切り替えるようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、例えばさらに通常出力光LNpとで切り替えるようにしても良い。
さらに上述した第3の実施の形態においては、記録層101が非線形吸収を示す2光子吸収材料を含有するようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、非線形吸収を示す材料として、例えばプラズモン共鳴を生じさせる銀や金のナノ粒子を用いるようにしても良い。また光エネルギーの積算量に応じて記録マークRMを形成する記録層に対して情報光ビームLMを照射するようにしても良い。
さらに上述した第3の実施の形態においては、特に述べていないが、2T~11Tのマーク長を有する記録マークRMを形成しても良く、また1Tマークに対して「1」と「0」を割り当て、記録マークRMの有無によって情報を記録するようにしても良い。さらに1つの記録マークRM(すなわち1T)に対して1つの振動出力光LMpである必要はなく、2以上の振動出力光LMpによって記録マークRMを形成しても良い。
さらに上述した第2及び第3の実施の形態においては、サーボ層104を用いてサーボ制御を実行するようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、例えば記録層101内に予めサーボ制御用のサーボ用マークが形成されており、当該サーボ用マークを用いてサーボ制御が実行されるようにしても良い。この場合、光ディスク100においてサーボ層104は不要となる。
さらに上述した第2及び第3の実施の形態においては、空洞でなる記録マークRMを形成するようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、例えば化学変化によって屈折率を局所的に変化させることにより記録マークRMを形成するようにしても良い。
さらに上述した第2及び第3の実施の形態においては、光ピックアップ117の内部にレーザ制御部121が設けられるようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、光ピックアップ117の外部にレーザ制御部121が設けられるようにしても良い。
さらに上述した第2及び第3の実施の形態においては、光ディスク100の基板102側の面から情報光ビームLMを照射するようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、例えば情報光ビームLMを基板103側の面から照射するようにする等、情報光ビームLMをそれぞれいずれの面、もしくは両面から照射するようにしても良い。なお情報光ビームLMを両面から照射する手法については、例えば特許文献2に記載されている。
さらに上述した第2及び第3の実施の形態においては、半導体レーザ3から出射される情報光ビームLMの波長を波長404[nm]とする以外にも、他の波長とするようにしても良く、要は記録層101内における目標位置PGの近傍に記録マークRMを適切に形成できれば良い。
さらに上述した第3の実施の形態においては、光ディスク装置110及び110が光ディスク100から情報を記録及び再生する光情報記録再生装置でなるようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、光ディスク装置が光ディスク100に対して情報の記録のみを行う光情報記録装置や、情報の再生のみを行う光情報再生装置であっても良い。
さらに上述した第3の実施の形態においては、短パルス光源1を光ディスク装置110に適用するようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、例えば各種医療用機器や熱応答顕微鏡など、種々の機器に適用することができる。
さらに上述した第2の実施の形態においては、半導体レーザとしての半導体レーザ3と、レーザ制御部としてのレーザ制御部52とによって短パルス光源としての短パルス光源51を構成するようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、その他種々の構成による半導体レーザ及びレーザ制御部によって本発明の短パルス光源を構成するようにしても良い。
さらに上述した第3の実施の形態においては、半導体レーザとしての半導体レーザ3と、光照射部としての対物レンズ118と、レーザ制御部としてのレーザ制御部52とによって光ディスク装置としての光ディスク装置110を構成するようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、その他種々の構成による半導体レーザ、光照射部及びレーザ制御部によって本発明の光ディスク装置を構成するようにしても良い。
Claims (17)
- パルス状のレーザ光を出射する半導体レーザと、
パルス状の駆動電圧パルスでなるレーザ駆動電圧を上記半導体レーザに対して印加する際、上記駆動電圧パルスの間隔である電圧周期を変動させるレーザ制御部と
を有する短パルス光源。 - 上記レーザ制御部は、
上記レーザ光の出力周期が一定になるよう上記電圧周期を調整する
請求項1に記載の短パルス光源。 - 上記レーザ制御部は、
上記駆動電圧パルスが印加され始めてから上記パルス状のレーザ光が出射されるまでの位相の変動を相殺するよう上記電圧周期を変動させる
請求項2に記載の短パルス光源 - 上記レーザ制御部は、
上記レーザ光の出力周期を検出する出力周期検出部と、
直前に生成された上記レーザ駆動電圧の電圧周期と上記出力周期との差分に基づいて新たに生成されるレーザ駆動電圧の電圧周期を変動させる電圧周期変動部と
を有する請求項3に記載の短パルス光源。 - 上記出力周期検出部は、
ストリークカメラを有する
請求項4に記載の短パルス光源。 - 上記電圧周期変動部は、
上記直前に生成された上記レーザ駆動電圧の電圧周期と上記出力周期との差分に応じた制御電圧値でなる制御電圧を生成する電圧生成部と、
上記制御電圧値に応じた周波数でなる電圧位相信号を生成する電圧位相信号生成部と、
上記電圧位相信号に基づいてレーザ駆動電圧を生成するレーザドライバと
を有する請求項4に記載の短パルス光源。 - 上記レーザ制御部は、
上記レーザ光の出力周期を変動させるよう上記電圧周期を調整する
請求項1に記載の短パルス光源。 - 上記レーザ制御部は、
上記レーザ光の出力周期を検出する出力周期検出部と、
直前に生成された上記レーザ駆動電圧の電圧周期と上記出力周期との差分に応じた制御電圧値でなる制御電圧を生成する電圧値生成部と、
上記制御電圧値に対してオフセット電圧値を付加するオフセット付加部と、
上記オフセット付加部によって上記オフセット電圧値の付加された制御電圧値に応じた周波数でなる電圧位相信号を生成する電圧位相信号生成部と、
上記電圧位相信号に基づいてレーザ駆動電圧を生成するレーザドライバと
を有する請求項7に記載の短パルス光源。 - 上記レーザ制御部は、
パルス状の特異ピークと当該特異ピークと比して出射光強度の小さい特異スロープとからなる特異出力光を上記レーザ光として出射させる
請求項1に記載の短パルス光源。 - 半導体レーザにパルス状の駆動電圧パルスでなるレーザ駆動電圧を上記半導体レーザに対して印加して上記半導体レーザにパルス状のレーザ光を出射させる際、上記駆動電圧パルスの間隔である電圧周期を変動させる
レーザ光出射方法。 - パルス状のレーザ光を出射する半導体レーザと、
パルス状の駆動電圧パルスでなるレーザ駆動電圧を上記半導体レーザに対して印加する際、上記駆動電圧パルスの間隔である電圧周期を変動させるレーザ制御部と
を有する光学装置。 - パルス状のレーザ光を出射する半導体レーザと、
上記レーザ光を光情報記録媒体に対して照射する照射部と、
パルス状の駆動電圧パルスでなるレーザ駆動電圧を上記半導体レーザに対して印加する際、上記駆動電圧パルスの間隔である電圧周期を変動させるレーザ制御部と
を有する光ディスク装置。 - 上記光照射部は、
上記レーザ光の光量に対して非線形吸収を示す材料を含有してなる上記記録層に対し、上記レーザ光を照射する
請求項12に記載の光ディスク装置。 - 上記非線形吸収を示す材料は、
上記レーザ光における2つの光子を同時に吸収する2光子吸収材料である
請求項12に記載の光ディスク装置。 - 上記光照射部は、
上記レーザ光の照射に応じて空洞を形成することにより、上記レーザ光の焦点近傍に屈折率変調を生じさせる
請求項14に記載の光ディスク装置。 - 上記レーザ光が上記光情報記録媒体によって変調されてなる戻り光を受光する受光部と、
上記戻り光に基づき、上記光情報記録媒体に記録された記録マークの有無に応じて変動する再生信号を生成する信号処理部と、
上記再生信号から上記記録マークが検出される再生周期を検出する再生周期検出部と
を有し、
上記レーザ制御部は、
上記再生周期と出力周期とを一致させるように上記電圧周期を調整する
請求項12に記載の光ディスク装置。 - パルス状のレーザ光を出射する半導体レーザと、
上記レーザ光を光情報記録媒体に対して照射する照射部と、
パルス状の駆動電圧パルスでなるレーザ駆動電圧を上記半導体レーザに対して印加する際、上記駆動電圧パルスの間隔である電圧周期を変動させるレーザ制御部と
を有する光ピックアップ。
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NENP | Non-entry into the national phase |
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