DE69801468T2

DE69801468T2 - Optische Abtastvorrichtung mit Halbleiterlaser und zugehöriges Verfahren

Info

Publication number: DE69801468T2
Application number: DE69801468T
Authority: DE
Inventors: Minoru Ohyama
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1997-06-26
Filing date: 1998-06-17
Publication date: 2002-04-18
Anticipated expiration: 2018-06-18
Also published as: EP0887898B1; DE69801468D1; CN1106705C; CN1204174A; JPH1116188A; US6122304A; EP0887898A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Abtastvorrichtung mit einem Halbleiterlaser und ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterlasers. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine optische Abtastvorrichtung mit einem Halbleiterlaser, der zum Lesen von Informationen geeignet ist, die auf einem optischen Informationsspeichermedium aufgezeichnet sind.
Bei optischen scheibenförmigen Platten, z. B. einer Compact-Disk (CD) und einer digitalen Vielseitigkeitsdisk (DVD), sowie bespielbaren Platten (photoelektro-magnetischen Platten), z. B. einer Mini-Disk (MD) und einer magnetisch-optischen Disk (MO), wird der Laserstrahl eines Halbleiterlasers auf eine Informationsaufzeichnungsschicht einer Platte gerichtet und das von dieser reflektierte Licht detektiert (demoduliert), um den Inhalt der aufgezeichneten Information zu lesen.
Fig. 1 stellt das Prinzip des geschilderten Standes der Technik dar, bei dem ein Laserstrahl eines Halbleiterlasers 10 auf einen Strahlteiler 12 trifft. Nachdem der Laserstrahl durch den Strahlteiler 12 hindurchgegangen ist, wird er durch eine Objektivlinse 14 auf eine Informationsaufzeichnungsschicht einer scheibenförmigen Platte 16 fokussiert. Ein von der Platte 16 reflektierter, durch die auf dieser aufgezeichnete Information modulierter Laserstrahl geht wieder durch die Objektivlinse 14 hindurch und trifft auf den Strahlteibler 12. Der vom Strahlteiler 12 reflektierte Laserstrahl trifft auf einen Photodetektor 18, wo er in ein elektrisches Signal umgeformt wird. Als Strahlteiler 12 wird ein Halbspiegel oder ein Polarisationsstrahlteiler benutzt. Bei einer solchen optischen Plattenvorrichtung wird das aus dem Halbleiterlaser 10 austretende Bündel von Laserstrahlen teilweise durch die auf der Platte 16 aufgezeichnete Information reflektiert und über den Strahlteiler 12 zum Halbleiterlaser 10 zurückgesandt. Durch den Rücklaufstrahl bewirkte Erscheinungen, z. B. eine Longitudinalmodenkonkurrenz oder ein Modensprung, erscheinen als eine Störung oder ein Rauschen, das sogenannte Intensitätsrauschen, das auch als "Rücksprechrauschen" bezeichnet wird.
Das Rücksprechrauschen verringert die Qualität eines gelesenen Signals und verursacht einen instabilen Betrieb. Daher ist es erforderlich, zur Verbesserung des Betriebs das Rücksprechrauschen zu verringern oder zu beseitigen. Insbesondere bei Videoplatten im LD-Format, photoelektrischen Magnetplatten, z. B. MD, MO oder dergleichen, und DVD, die eine geringe (enge) Systemtoleranz aufgrund der hohen Dichte aufweisen, wird eine Verbesserung gegen das Rücksprechrauschen für wesentlich gehalten, so daß die verschiedensten Gegenmaßnahmen getroffen wurden. Übliche Gegenmaßnahmen sind nachstehend aufgelistet. Es handelt sich um in die Praxis umgesetzte Verfahren in einem optischen Plattenspieler oder dergleichen.
(1) λ/4-Platte (λ = Wellenlänge) und Polarisationsstrahlteiler (PBS = polarization beam splitter).
(2) Strahlteiler-Abzweigungsverhältniseinstellung
(3) Hochfrequenzmodulation (Überlagerung) und
(4) Eigenschwingung (Eigenpulsation).
Die Gegenmaßnahmen (1) und (2) dienen der Verringerung der Rücksprechintensität selbst. Dagegen dienen die Gegenmaßnahmen (3) und (4) der Erhöhung einer Linienbreite eines Schwingungsspektrums, mit anderen Worten, der Verringerung der zeitkohärenz, um dadurch eine Rausch- oder Störamplitude relativ zu verringern.
Die aufgelisteten Gegenmaßnahmen haben jedoch die folgenden Nachteile.
1) λ/4-Platte und PBS: Die Kosten der λ/4-Platte nehmen zu, und es ergibt sich eine Preisdifferenz zwischen einem Polarisationsstrahlteiler und einem normalen Strahlteiler. Außerdem ergeben sich Nachteile hinsichtlich eines komplizierteren Zusammenbaus. Außerdem wird der Aufbau komplizierter und infolge der größeren Anzahl von Bauteilen größer, so daß nur eine beschränkte Miniaturisierung der Vorrichtung möglich ist.
2) Strahlteiler-Abzweigungsverhältniseinstellung: Es ergibt sich kein zufriedenstellender Effekt, die Kosten steigen dennoch, wenn auch nur geringfügig.
3) Hochfrequenzmodulation (Überlagerung): Es ist zusätzlich eine Hochfrequenzüberlagerungsschaltung (Einheit) erforderlich, was die Kosten erhöht. Ferner muß eine Hochfrequenzüberlagerungsschaltung unmittelbar auf einem Gehäuse der optischen Abtastvorrichtung angebracht werden, was zu größeren Abmessungen eines beweglichen Teils und einer größeren Masse sowie zu einer Verschlechterung des Zugriffverhaltens führt. Ferner tritt ein Nebensprechen und eine Störung anderer Schaltungen aufgrund der Einstreuung elektromagnetischer Wellen auf, so daß eine elektromagnetische Abschirmung zu deren Unterdrückung erforderlich ist, was wiederum die Kosten erhöht. Ferner arbeitet ein Laser bei einer Hochfrequenzüberlagerung prinzipiell mit intermittierender Emission. Aus diesem Grunde ist selbst bei gleicher mittlerer optischer Leistung der augenblickliche Spitzenwert der optischen Intensität etwa doppelt so hoch wie der der Schwingung, was eine Laserfacetten- (End-)Verschlechterung und eine Verschlechterung der Zuverlässigkeit ergibt, die vom augenblicklichen Spitzenwert abhängt.
4) Eigenschwingung: Es ist schwierig, die Bedingungen eines Aufbaus und eines Verfahrens zur Erzielung eines Eigenschwingungsbetriebs mit hinreichender Stärke einzustellen. Ferner ist es derzeit schwierig, ein Gleichgewicht zwischen der Eigenschwingung und der für ein System erforderlichen Verringerung des Stromschwellwerts einzuhalten.
Die Erfindung besteht in einer optischen Abtastvorrichtung zum Lesen von Informationen, die auf einem Speichermedium gespeichert sind, mittels eines Laserstrahls, der von einer reflektierenden Oberfläche des Speichermediums reflektiert wird, wobei die Abtastvorrichtung einen Laser aufweist, dessen Ausgangsstrahl im Betrieb auf einen Punkt des Speichermediums fokussiert wird,
dadurch gekennzeichnet, daß der Laser ein Longitudinal-Mehrmoden-Halbleiterlaser ist mit:
einer geometrischen inneren Resonatorlänge "L", die die Beziehung d/N< L erfüllt, wobei "N" der effektive Brechungsindex des Lasers und "d" ein relativer Verschiebungsbetrag des Abstands zwischen dem Halbleiterlaser und dem Speichermedium ist; und
einer optischen äußeren Resonatorlänge "LA", die die Beziehung mNL< LA< (m+1)NL erfüllt, wobei "m" eine natürliche Zahl und "LA" die Länge zwischen der Strahlausgangsoberfläche (SA) des Lasers und dem Punkt ist, auf den der Strahl fokussiert wird.
Ferner besteht die Erfindung in einem Verfahren zum Herstellen eines Longitudinal-Mehrmoden-Halbleiterlasers einer optischen Abtastvorrichtung zum Lesen von Informationen, die auf einem Speichermedium gespeichert sind, mittels eines Laserstrahls, der von einer reflektierenden Oberfläche (SC) des Speichermediums reflektiert wird, wobei das durch die Reflektion des Strahls erzeugte Rauschen dadurch verringert wird, daß eine optische äußere Resonatorlänge (LA), die einem ganzzahligen Vielfachen einer geometrischen inneren Resonatorlänge (L) entspricht, gelöscht wird, dadurch gekennzeichnet, daß
die geometrische innere Resonatorlänge (L) des Halbleiterlasers so eingestellt wird, daß sie die Beziehung d/N< L erfüllt, wobei "N" der effektive Brechungsindex des Halbleiterlasers und "d" ein relativer Verschiebungsbetrag des Abstands zwischen dem Halbleiterlaser und dem Speichermedium ist, und
die optische äußere Resonatorlänge (LA) des Halbleiterlasers so eingestellt wird, daß sie die weitere Beziehung mNL< LA< (m+1)NL erfüllt, wobei "m" eine natürliche Zahl und "LA" die optische äußere Resonatorlänge zwischen einer Strahlausgangsoberfläche (SA) des Halbleiterlasers und dem Punkt ist, auf den der Strahl fokussiert wird, so daß die Rauscherzeugung aufgrund einer Strahlreflektion durch die den Strahl reflektierende Oberfläche (SC) innerhalb der Verschiebung "d" verringert wird.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Darin stellen dar:
Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau einer optischen Abtastvorrichtung in einem Platten-Gerät;
Fig. 2 den Zustand eines Halbleiterlasers, wobei ein Rückstrahl auftritt;
Fig. 3A und 3B einen Schwingungszustand eines Halbleiterlasers in einer Multimode (Mehrfachschwingungsart);
Fig. 4A und 4B Phasenbeziehungen zwischen Moden von Laserausgangsstrahlen in einer Multimode;
Fig. 5 einen Phasenzustand eines Laserausgangsstrahls in einer Einfachmode;
Fig. 6A bis 6C ein Modell eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels einer optischen Abtastvorrichtung und
Fig. 7 ein Beispiel eines Einstellers zum Einstellen einer äußeren Resonatorlänge.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Nachstehend werden die Ausführungsbeispiele der Erfindung ausführlicher beschrieben. Zunächst wird, um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, der Zusammenhang zwischen dem grundsätzlichen optischen Aufbau eines optischen Platten-Systems und einem Rücksprechrauschen (einer Rücksprechstörung) ausführlicher erläutert.
Ein Halbleiterlaser-Gerät, bei dem im Betrieb der Laserstrahl von einer Informationsaufzeichnungsschicht einer Platte (Disk) zurückkehrt, so daß die Informationsaufzeichnungsschicht als äußerer reflektierender Spiegel wirkt, kann er als zusammengesetzter Resonator betrachtet werden, wie es beispielsweise in "Fundamental of Semiconductor Laser", herausgegeben von der Japan Society of Applied Physics, Seite 93 - (Ohm Ltd.) beschrieben ist.
Fig. 2 stellt einen Zustand dar, in dem der Abstand zwischen einer Strahlausgangsfacette (Stirnfläche oder Oberfläche am vorderen Ende) SA und einer Oberfläche SB am hinteren Ende eines Halbleiterlasers 10, d. h. die Resonanzlänge eines internen Resonators gleich L ist. Die Strahlausgangsoberfläche SA des Halbleiterlasers 10 und die reflektierende Oberfläche (Informationsaufzeichnungsschicht) einer Platte (Disk) 16, die der Grund für die Rückkehr des Laserstrahls ist, bilden einen äußeren Resonator (Fabry-Perot-Resonator) mit der Resonanzlänge LA.
Der äußere Resonator ist optisch über die Strahlausgangsoberfläche SA mit dem inneren Resonator gekoppelt (verbunden), um einen zusammengesetzten Resonator zu bilden. Bei einem allgemeinen Beispiel eines CD-Spielers beträgt der Rekopplungswirkungsgrad des Rückstrahls etwa 1%, die Länge L des inneren Resonators etwa 250 um und die Länge LA des äußeren Resonators etwa 25 mm bis 35 mm.
Bei der Wiedergabe werden ein Emissionspunkt des Halbleiterlasers und die reflektierende Oberfläche SC der Platte 16 durch einen Scharfeinstellungsregler stets in Scharfeinstellungslage gehalten. Mit anderen Worten, der Laser-Emissionspunkt und die reflektierende Oberfläche SC befinden sich in einer optisch konjugierten Relation (einer Relation konjugierter Punkte), und der Rekopplungswirkungsgrad wird stets maximal gehalten. Die Länge LA des äußeren Resonators entspricht einer konjugierten Länge.
Der Abstand zwischen dem Halbleiterlaser 10 und der reflektierenden Oberfläche der Platte 16 schwankt infolge der "Oberflächenauslenkung" (oder -abweichung) der Platte, während der erwähnte Zu stand beibehalten wird, so daß die Länge LA des äußeren Resonators ebenfalls schwankt.
Die Laser-Schwingung des Halbleiterlasers 10 ist nur mit einer Wellenlänge möglich, bei der eine stehende Welle innerhalb der Resonatorlänge L zwischen der vorderen und hinteren Facette (den Enden) SA und SB einer Halbleiterlaserspitze auftritt, d. h., eine Wellenlänge, die genau im ganzzahligen Verhältnis zur inneren Resonatorlänge L steht, wie es in Fig. 3A dargestellt ist.
Eine der vorstehend erwähnten Bedingung genügende Schwingung wird im allgemeinen Longitudinalmode (Longitudinalschwingungsart) genannt. Fig. 3B stellt ein Beispiel von Schwingungsspektren dar. Dabei besteht der folgende Zusammenhang:
NL = mλ&sub1; = (m+1)λ&sub2; = (m+2)λ&sub3; (1)
wobei L die innere Resonatorlänge des Halbleiterlasers 10, N ein effektiver Brechungsindex im Schwingungszustand eines Wellenleiters im Halbleiterlaser 10, m eine natürliche Zahl und λ&sub1;, λ&sub2;, λ&sub3; ... die Schwingungswellenlänge in jeder Longitudinalmode ist. Bei anderen ungeradzahligen Wellenlängen ergibt sich keine Schwindung.
Die erwähnte Longitudinalmode des Halbleiterlasers 10 wird durch die Änderung der äußeren Resonatorlänge, wie bei der erwähnten Oberflächenauslenkung, zu einem Modensprung oder einer Modenkonkurrenz. Es wird allgemein angenommen, daß infolgedessen die Lichtintensität, die gleich der Summe der Intensitäten aller Longitudinalmoden ist, sich unregelmäßig oder statistisch mit hoher Frequenz ändert und ein sogenanntes Intensitätsrauschen auftritt.
Man nimmt an, daß ein Rauschverminderungseffekt gegenüber einer Einmodenbetriebsart allein dadurch erreicht wird, daß die Schwingung des Halbleiterlasers in eine Multimodenschwingungsart eingestellt wird (siehe "Fundamental of Semiconductor Laser", herausgegeben durch die Japan Society of Applied Physics, S. 87 - (Ohm Ltd., die schon erwähnt wurde).
Dies läßt sich anhand eines Modells erklären, bei dem, da die Phasenlage eines Rückstrahls in bezug auf einen Laserstrahl in jeder Longitudinalmode unregelmäßig (statistisch) ist, sich die Intensitäten des Laserstrahls bei Longitudinalmoden mit unterschiedlichen Phasenlagen und Perioden in bezug auf die Länge LA eines äußeren Resonators ändern, was zu einer Verringerung der Änderung der Gesamtlaserstrahlgröße führt. Man nimmt an, daß es in Wirklichkeit so ist, daß eine diskontinuierliche Intensitätsänderung aufgrund des Modensprungs verschwindet oder durch die Modenkonkurrenz, d. h. eine Änderung der Intensitätsverteilungsrate jeder Longitudinalmode, ersetzt wird.
Selbst bei der Multimode sind die Rückstrahlen bei allen Longitudinalmoden unter bestimmten Bedingungen jedoch in Phase. Aus der erwähnten Gleichung (1) lassen sich offensichtlich die nachstehenden Gleichungen gleichzeitig ableiten:
2NL = 2mλ&sub1; = 2(m+1)λ&sub2; = 2(m+2)λ&sub3; ....
3NL = 3mλ&sub1; = 3(m+1)λ&sub2; = 3(m+2)λ&sub3; ....
4NL = 4mλ&sub1; = 2(m+1)λ&sub2; = 4(m+2)λ&sub3; .... (2)
Das gleiche gilt für 5NL, 6NL, ..... Dies bedeutet, daß an Stellen ganzzahliger Vielfacher des optischen Abstands in bezug auf die Resonatorlänge L des Halbleiterlasers 10 die Schwingungen der Laserstrahlen in allen Longitudinalmoden wieder die gleiche Phasenlage einnehmen.
Dieser Zustand ist in Fig. 4A dargestellt. In Abständen von NL von der Strahlausgangsoberfläche SA des Halbleiterlasers 10, d. h. in Abständen, die der inneren Resonatorlänge L optisch äquivalent sind, stimmen die Phasenlagen der Laserstrahlen λA, λB, λC, ... in allen Longitudinalmoden wieder überein. In ähnlicher Weise haben danach Einzelpunkte, in denen die Phasenlagen übereinstimmen, den Abstand NL. So beträgt der Abstand NL bei einem CD-Spieler beispielsweise etwa 1 mm, bei L = 250 um und N = 4.
Das Vorstehende wird nachstehend ausführlicher beschrieben. Zunächst wird eine Monolongitudinalmode (eine einzige Wellenform) betrachtet.
Fig. 5 stellt den Zustand eines Laserstrahls in einer Mono- oder Einmode dar. Wenn gemäß Fig. 5 eine reflektierende Oberfläche einer Platte an irgendwelchen Stellen, die durch Pfeile in Form ausgezogener Linien dargestellt sind, d. h. an Stellen, die ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge λ von der Strahlausgangsoberfläche SA des Halbleiterlasers 10 entfernt sind, bewirkt der daran reflektierte Strahl eine Verstärkung der Schwingung im Inneren des Halbleiterlasers 10.
Wenn sich die reflektierende Oberfläche der Platte dagegen an irgendeiner der Stellen befindet, die durch Pfeile in Form gestrichelter Linien dargestellt sind, dann bewirkt sie, im Gegensatz zum vorherigen Fall, eine Schwächung der Schwingung im Inneren des Halbleiterlasers 10. Wenn daher beispielsweise nur die Monolongitudinalmode bei verteilten Rückführlaserdioden (DFB-LD = distributed feedback laser diodes = verteilte Rückführ- oder Rückkopplungslaserdioden), dann bewirkt eine Verschiebung der reflektierenden Oberfläche der Platte eine Änderung der Stärke des Halbleiterlasers.
Eine räumliche Periode (ein räumlicher Zyklus) in der (in dem) die Schwingung stark oder schwach wird, ist jedoch bei einem Halbleiterlaser für CDs sehr klein, beispielsweise 780 nm oder weniger. Dagegen tritt in der Beziehung zwischen der Platte und dem Halbleiterlaser eine große Verschiebung (Vertiefungen von hunderten um) infolge der Oberflächenauslenkung der Platte oder dergleichen auf. Daher ist eine Lageregelung der Platte in bezug auf die räumliche Periode, wie sie zuvor beschrieben wurde, praktisch nicht möglich.
Als nächstes sei der Fall einer Longitudinalmultimode erläutert. Bei der Longitudinalmultimode wird die Schwingung in mehreren Moden bewirkt, in denen die Wellenlängen geringfügig voneinander abweichen (z. B. um 0,3 nm oder weniger). Deshalb treten bei den Moden Abweichungen in der relativen Phasenlage auf. Die gegenseitigen Abweichungen in der Phasenlage ändern sich mit dem Abstand von der Strahlausgangsoberfläche SA des Halbleiterlasers 10, und jede Phasenlage kann ein bestimmtes Maß der Abweichung statistisch beliebig überschreiten.
Nach Fig. 4A stimmen die Phasenlagen der Laserstrahlen in den jeweiligen Moden in der Nähe der Strahlausgangsoberfläche SA des Halbleiterlasers 10 überein, und dies ist in der Monomode ein nahezu verriegelter Zustand. Das Rauschen wird daher als verhältnismäßig groß betrachtet, wie es in Fig. 4B dargestellt ist.
Mit zunehmendem Abstand von der Strahlausgangsoberfläche SA werden dagegen die Phasenlagen der Laserstrahlen in den jeweiligen Moden unregelmäßig. Daher ist, da die Änderung der Strahlstärke die Gesamtsumme in allen Moden ist, ist der Änderungsbetrag klein und wird das Rauschen als klein betrachtet. Da in der Praxis jedoch ein Modensprung oder dergleichen auftritt, ist die relative Phasenlage weitgehend so wie zuvor beschrieben, jedoch nicht so einfach. Der Zusammenhang zwischen der Stärke und Schwäche der Strahlintensität, wie oben beschrieben, wiederholt sich mit der Periode NL.
Mit anderen Worten, die Strahlstärke ändert sich in Abhängigkeit von dem kleinsten gemeinsamen Vielfachen der Perioden der Laserstrahlen in den jeweiligen Moden, und die relative Rauschintensität bzw. Rauschstärke ist an einer der Strahlausgangsoberfläche SA des Halbleiterlasers 10 äquivalenten Stelle maximal.
Wenn daher die reflektierende Oberfläche SC der Platte 16 den Abstand NL oder ein ganzzahliges Vielfaches davon von der Strahlausgangsoberfläche aufweist, dann ist dies gleichbedeutend damit, daß die Platte 16 unmittelbar hinter der Strahlausgangsoberfläche SA liegt, und die Phasenlagen der Laserstrahlen in Longitudinalmoden stimmen überein. Aus diesem Grunde ist diese Lage ein Zustand, in dem die optische Intensität empfindlich mit einer feinen Verschiebung der reflektierenden Oberfläche SC reagieren kann, mit anderen Worten, dies ist nahezu eine Monomode.
Dagegen erfolgt, wie schon erwähnt, eine Verschiebung infolge der Oberflächenauslenkung im optischen Plattensystem. Daher erscheint insbesondere in der Nähe der Positionen (Stellen), in denen die Phasenlagen übereinstimmen, die Änderung der Strahlstärke in einem Hochfrequenzbereich als Rauschen, das das Lesen der Information beeinträchtigt.
Mit anderen Worten, wenn sich ein äußeres Reflektionsmittel, z. B. die reflektierende Plattenoberfläche, an einer Stelle befindet, an der die Phasenlagen übereinstimmen, dann wird ein extern an der reflektierenden Plattenoberfläche SC reflektierter Strahl mit gleicher Phasenlage an der Strahlausgangsoberfläche SA des Halbleiterlasers 10 zu einem intern an der am hinteren Ende liegenden Oberfläche SB reflektierten Strahl addiert.
Dies ist gleichbedeutend mit einer Zunahme des Reflektionsvermögens an der Endoberfläche des Halbleiterlasers. Wenn sich die reflektierende Oberfläche SC infolge der Oberflächenauslenkung oder dergleichen bewegt, ändert sich die Schwingung synchron mit dieser Bewegung. Dies hat eine Änderung der Gesamtgröße der Laserstrahlen zur Folge, was ebenfalls zu einem durch rücklaufende Strahlen bewirkten Intensitätsrauschen führt. So kann in einer Rauschmeßeinrichtung für einen Halbleiterlaser und einen Plattenspieler das Phänomen festgestellt werden, daß der Rauschpegel mit der Periode von NL zunimmt.
Es ist auch bekannt, daß bei der Messung einer Kohärenz (Feststellbarkeit von Interferenzstreifen) eines Halbleiterlasers eine Kohärenz rasch mit der Periode von NL zunimmt, was das erwähnte Phänomen unterstützt. Das Verhältnis der Feststellbarkeit von Interferenzringen an Differenzen der optischen Weglänge "0" und "NL" bei der Kohärenzmessung wird "γ-Wert" genannt, der einen Index der Rauschbewertung eines Rückstrahls eines Halbleiterlasers bildet.
Bei einem durch den Halbleiterlaser 10 und der Platte 16 gebildeten zusammengesetzten Resonator ist der Fall unvermeidlich, daß die äußere Resonatorlänge LA der einzelnen Stelle (einem ganzzahligen Vielfachen von NL) entspricht. Gegenmaßnahmen gegen das Rücksprechrauschen sind daher darauf gerichtet, die Kohärenz unter der schlechtesten Bedingung zu unterdrücken oder den Halbleiterlaser mit dem gleichen Ziel auszuwählen und zu bewerten.
Insbesondere ist es bekannt, als Gegenmaßnahme gegen das Rücksprechrauschen die Breite der Spektrallinien in jeder Longitudinalmode zu vergrößern, mit anderen Worten, ein Zittern oder Schwanken der Wellenlänge zu vergrößern. Dies erfordert jedoch die Entwicklung eines Eigenpulsations- Halbleiters.
Vorstehend sind zwei Maßnahmen gegen Rücksprechrauschen beschrieben worden. Die eine besteht darin, die Rückstrahlintensität selbst zu verringern, und die andere darin, die oszillierende Spektrallinienbreite zu vergrößern, um die Rauschamplitude relativ zu verringern.
Die vorliegende Erfindung berücksichtigt dagegen zum einen die Tatsache, daß das Schwingungsspektrum eines Halbleiterlasers für eine herkömmliche Platte in der Multimode liegt, und zum anderen die experimentell erwiesene Tatsache, daß sich die Rücksprechrauschpegel periodisch ebenso wie die äußere Resonatorlänge ändern.
Erfindungsgemäß wird mithin für eine Gegenmaßnahme gegen Rücksprechrauschen im Wege einer Optimierung des Zusammenhangs zwischen der externen Resonatorlänge und der Resonatorlänge des Halbleiterlasers gesorgt. Mit anderen Worten, erfindungsgemäß wird der Zusammenhang zwischen der Plattenoberflächenauslenkung und NL berücksichtigt, und die optischen Bedingungen, daß selbst dann, wenn die Oberflächenauslenkung auftritt, sie in einem Bereich mit geringem Rauschen liegt, werden durch Abmessungen sowohl des Halbleiterlasers als auch der optischen Abtastvorrichtung bestimmt.
Nachstehend werden erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele anhand der Fig. 6A bis 6C erläutert. Jede Figur stellt ein Modell einer optischen Abtastvorrichtung dar, von der nur ein Halbleiterlaser, eine Platte und eine Linse dargestellt sind. Wie man sieht, liegen die Bereiche, in denen das Rücksprechrauschen zunimmt, an Stellen, die einen Abstand entsprechend einem ganzzahligen Vielfachen von NL von der Strahlausgangsoberfläche SA des Halbleiterlasers 10 aufweisen. Mit anderen Worten, die Bereiche liegen an Stellen mit den Abständen NL, 2NL, ...., (m-1)NL, mNL, (m+1)NL, ...., wobei m eine natürliche Zahl ist. In den Figuren sind Bereiche WA mit stärkerem Rauschen an den Stellen mit den Abständen (m-1)NL, mNL und (m+1)NL durch schräge Linien markiert.
Dagegen ist die reflektierende Oberfläche SC der Platte 16 demgegenüber infolge der Oberflächenauslenkung verschoben (versetzt), wie es zuvor beschrieben wurde. Wenn mithin ein Bereich der Oberflächenauslenkung in einem Knotenbereich WB zwischen den Bereichen WA mit stärkerem Rauschen angeordnet wird, ist das Rücksprechrauschen geringer. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel liegt der Bereich der Oberflächenauslenkung zwischen mNL und (m+1)NL. Fig. 6A stellt eine obere Grenzlage der Oberflächenauslenkung, Fig. 6B eine Standardlage der Oberflächenauslenkung und Fig. 6C eine untere Grenzlage der Oberflächenauslenkung dar. Dieser Zustand wird durch folgende Gleichung ausgedrückt:
mNL < LA < (m+1)NL (3)
die angibt, daß die äußere Resonatorlänge LA (äußere Resonatorlänge zwischen der Laserstrahlausgangsoberfläche SA als Emissionspunkt und der Plattenreflektionsoberfläche SC als Brennpunkt) zwischen mNL und (m+1)NL liegt.
Ferner muß der Oberflächenreflektionsbereich in dem Knotenbereich WB zwischen den Bereichen WA mit stärkerem Rauschen angeordnet werden. Mithin gilt für den Betrag d der Oberflächenauslenkung
d < NL (4)
Diese Gleichungen können entsprechend den verschiedenen Bedingungen aufgestellt werden.
(1) Wenn die Einstellung auf seiten des Halbleiterlasers 10 erfolgt
In diesem Falle kann die innere Resonatorlänge L des Lasers so eingestellt werden, daß sie die Bedingung
LA/(m+1) N < L < LA/mN (5)
erfüllt, indem die erwähnte Gleichung (3) hinsichtlich der äußeren Resonatorlänge LA, der inneren Resonatorlänge L des Lasers, des effektiven Brechungsindex N im Laser und der natürlichen Zahl m modifiziert wird.
Wenn die Wellenlänge λ des Laserstrahls beispielsweise 780 nm, die äußere Resonatorlänge LA = 20,5 mm und der effektive Brechungsindex N im Laser 4 beträgt, hat der Laser eine innere Resonatorlänge L von 250 um. Das Einstellverfahren auf seiten des Lasers, wie beschrieben, ist für den Fall konventionell, wenn das optische Abtastsystem bereits bestimmt worden ist und Gegenmaßnahmen gegen das Rücksprechrauschen auf seiten des Lasers erforderlich sind.
(2) Wenn eine Oberflächenauslenkung der Platte vorhanden ist
In diesem Falle sollte ferner die folgende Bedingung erfüllt sein. Das heißt, die innere Resonatorlänge des Lasers wird so gewählt, daß die Beziehung
d/N < L (6)
in bezug auf den Oberflächenauslenkungsbetrag d erfüllt ist (eine relative Verschiebung des Abstands zwischen der reflektierenden Plattenoberfläche und dem Gehäuse der Abtastvorrichtung).
Wenn beispielsweise die Wellenlänge λ des Laserstrahls 780 nm, der Oberflächenauslenkungsbetrag d = 1,0 mmSS (Oberflächenauslenkung bei ± 0,5 mm von Spitze zu Spitze; mmSS = Millimeter von Spitze zu Spitze) und der effektive Brechungsindex N im Laser 4 beträgt, dann beträgt die innere Resonatorlänge L des Lasers 300 um. Dieses Einstellungsverfahren ist bei einem Plattensystem hinlänglich bekannt, bei dem eine Oberflächenauslenkung vorliegt, wobei die innere Resonatorlänge des Lasers lang gewählt wird, um die durch die Ungleichung (4) ausgedrückte Bedingung zu erfüllen.
(3) Wenn der Abstand zwischen der optischen Abtastvorrichtung und der Platte eingestellt wird
Die äußere Resonatorlänge LA kann eingestellt werden, wenn die Zusammenbaugenauigkeit des Halbleiterlasers eine Unebenheit aufweist. Diese Einstellung wird so ausgeführt, daß die äußere Resonatorlänge LA die Ungleichung (3) erfüllt.
Dies kann beispielsweise durch den Aufbau gemäß Fig. 7 erreicht werden. Danach ist an einem Ende des Gehäuses 20 der optischen Abtastvorrichtung ein Schieber 22 in der Figur auf und ab verschiebbar vorgesehen und der Halbleiterlaser 10 in dem Schieber 22 aufgenommen. In der Nähe der Mitte des Gehäuses 20 der optischen Abtastvorrichtung ist ein Strahlteiler 12 vorgesehen, und am anderen Ende des Gehäuses 20 ist eine Obtektivlinse 14 angebracht. In der einen Seite des Schiebers 22 ist ein Loch 24 ausgebildet. Ein Exzenterstiftloch 26 ist so ausgebildet, daß es mit dem Loch 24 in Verbindung steht. Ferner ist ein Fixierstiftloch 28 in dem Gehäuse 20 der optischen Abtastvorrichtung ausgebildet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der Halbleiterlaser 10 durch den Schieber 22 verschoben, um die äußere Resonatorlänge LA einzustellen. Im einzelnen wird dabei ein exzentrischer Teil am Ende eines Exzenterstifts 30 in das Loch 24 des Schiebers 22 durch das Exzenterstiftloch 26 eingeführt. Eine Drehung des Exzenterstifts 30 bewirkt eine Verschiebung des Schiebers 22, da er aufgrund der Exzentrizität auf- und abbewegt wird, um die äußere Resonatorlänge LA einzustellen. Nach der Einstellung wird der Schieber 62 durch einen Fixierstift 32 fixiert.
Für den Fall, daß der Einstellbereich S der in Fig. 7 dargestellten Einstellvorrichtung für die äußere Lichtweglänge LA die Bedingung
NL < S (7)
erfüllt, kann die Einstellung so erfolgen, daß das Rücksprechrauschen verringert ist, selbst wenn die Unebenheit oder Ungleichmäßigkeit der Zusammenbaugenauigkeit sehr groß ist, so daß der Anfangszustand nicht angenommen werden kann. Beispielsweise wenn λ = 780 nm, L = 250 um und N = 4 ist, ist der Einstellbereich S = 1,2 mm.
Nachstehend wird die Anwendung der Erfindung auf an sich bekannte CD- und DVD-Systeme erläutert.

(1) CD-System

Ein Halbleiterlaser mit einer Wellenlänge von 780 nm für CDs hat eine innere Resonatorlänge L von etwa 250 um und einen effektiven Brechungsindex N von etwa 4, so daß NL etwa 1 mm beträgt.
Mit anderen Worten, die äußere Resonatorlänge LA, die durch die optische Anordnung der optischen Abtastvorrichtung und die Platte mit einem ganzzahligen Vielfachen von NL (etwa 1 mm) bestimmt wird, entspricht einem einzelnen Punkt, bei dem die Phasenlagen der Laserstrahlen übereinstimmen, so daß ein Rücksprechrauschen möglich ist.
Wie schon erwähnt wurde, ändert sich der Abstand zwischen einer optischen Abtastvorrichtung und einer Platte mit einer Oberflächenauslenkung, so daß sich auch die äußere Resonatorlänge LA ändert. Bei einer CD kann eine Oberflächenauslenkung d von generell etwa 1 mm (± 0,5 mm) angenommen werden, wenn man eine genormte Platte und andere Faktoren in Betracht zieht.
Der Abstand NL zwischen den einzelnen Punkten ist mithin weitgehend gleich einem Änderungsbereich der äußeren Resonatorlänge LA. Wenn daher das eine Ende des Änderungsbereichs so eingestellt wird, daß es mit einem einzelnen Punkt zusammenfällt, kann sich dadurch generell eine gute Rauschverminderung ergeben.
Wenn jedoch die Ungleichmäßigkeit der Herstellungsgenauigkeit der inneren Resonanzlänge L des Halbleiterlasers 10 und die mechanische Genauigkeit der optischen Abtastvorrichtung in Betracht gezogen wird, ist die Gefahr größer, daß einzelne Punkte in den Oberflächenauslenkbereich fallen. Realistischerweise tritt das Rauschen periodisch auf, wenn die äußere Resonatorlänge LA absichtlich durch die optische Abtastvorrichtung geändert wird. Es gibt jedoch Unterschiede unter den Produkten hinsichtlich der Stelle oder Position im Oberflächenauslenkungs-Einstellbereich d (praktisch der Stellbereich eines Objektivlinsen- Aktuators), an der das Rauschen auftritt.
Die Erfindung kann daher dadurch realisiert werden, daß im kleinen Maßstab Verbesserungen angewandt werden, z. B. dadurch, daß die innere Resonatorlänge L des Halbleiterlasers 10 etwas vergrößert wird; eine Toleranz der inneren Resonatorlänge L erheblich gemacht wird; der Mittelpunkt des Aktuator-Stellbereichs in der Nähe des Mittelpunkts zwischen einzelnen Punkten, an denen Rauschen auftritt, angeordnet wird, wenn das optische System entworfen wird; oder die in Fig. 7 dargestellte Einstelleinrichtung mit der äußeren Lichtweglänge LA innerhalb der optischen Abtastvorrichtung vorgesehen wird.

(2) DVD-System

Für DVDs wird ein im Wellenlängenbereich von 630 nm bis 650 nm arbeitender Halbleiterlaser verwendet. Die innere Resonatorlänge L des Lasers beträgt im allgemeinen etwa 400 um bis 650 um, und der effektive Brechungsindex N liegt bei etwa 4, weitgehend ebenso wie bei CDs. Der Abstand NL zwischen den einzelnen Punkten wird daher groß, d. h. 1,6 mm bis 2,6 mm.
Andererseits ist der Oberflächenauslenkbereich d der Platte gleich oder kleiner als der von CDs (innerhalb 1 mm). Mithin führt eine normale Toleranzeinstellung bei der äußeren Lichtweglänge LA unter Berücksichtigung der erwähnten Bedingungen bei der Ausbildung der Optik zu einer vollständigen Vermeidung von Rauschen des Rückstrahls, das durch einzelne Punkte hervorgerufen wird.
Wie schon erwähnt, kann die Erfindung bei CD-Systemen angewandt werden, doch kann sie auch auf einfache Weise bei einem DVD-System realisiert werden, das Gegenmaßnahmen gegen Rücksprechrauschen erfordert, wobei ebenfalls ein großer Effekt erreicht wird.
Aufgrund dieser Beschreibung sind viele Ausführungsformen und Abwandlungen der Erfindung möglich. Zwar sind als Ausführungsbeispiele ein CD-System und ein DVD-System beschrieben worden, doch ist die Erfindung nicht darauf beschränkt.
Wie schon erwähnt, ist erfindungsgemäß der Zusammenhang zwischen der äußeren Resonatorlänge zwischen der optischen Abtastvorrichtung und der Platte und das Rücksprechrauschen des Halbleiterlasers beachtet worden, so daß spezielle optische Bedingungen erfüllt werden.
Erfindungsgemäß wird daher eine erhebliche Verringerung des Einflusses des Rücksprechrauschens erreicht, ohne daß die Kosten und die Abmessungen des Gerätes aufgrund der Zunahme der Anzahl der Teile zunehmen.
Ferner wird erfindungsgemäß ein stabiler Betrieb der optischen Abtastvorrichtung erreicht.
Sodann wird erfindungsgemäß das aufgezeichnete Signal mit hoher Qualität festgestellt bzw. demoduliert.

Claims

1. Optische Abtastvorrichtung zum Lesen von Informationen, die auf einem Speichermedium (16) gespeichert sind, mittels eines Laserstrahls, der von einer reflektierenden Oberfläche des Speichermediums reflektiert wird, wobei die Abtastvorrichtung einen Laser aufweist, dessen Ausgangsstrahl im Betrieb auf einen Punkt des Speichermediums fokussiert wird,

dadurch gekennzeichnet, daß der Laser (10) ein Longitudinal-Mehrmoden-Halbleiterlaser ist mit:

einer geometrischen inneren Resonatorlänge "L", die die Beziehung d/N< L erfüllt, wobei "N" der effektive Brechungsindex des Lasers (10) und "d" ein relativer Verschiebungsbetrag des Abstands zwischen dem Halbleiterlaser (10) und dem Speichermedium (16) ist; und

einer optischen äußeren Resonatorlänge "LA", die die Beziehung mNL< LA< (m+1) NL erfüllt, wobei "m" eine natürliche Zahl und "LA" die Länge zwischen der Strahlausgangsoberfläche (SA) des Lasers und dem Punkt ist, auf dem der Strahl fokussiert wird.

2. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner einen Einsteller (22) zum Einstellen der optischen äußeren Resonatorlänge (LA) innerhalb eines Einstellbereichs "S" nach der Beziehung NL< S aufweist.

3. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Einsteller (22) einen den Halbleiterlaser enthaltenden Schieber aufweist, wobei der Schieber in Richtung eines von der Strahlausgangsoberfläche des Halbleiterlasers emittierten Laserstrahls verschiebbar ist.

4. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 3, die ferner einen exzentrischen Stift (30) aufweist, der in ein Loch (24) eingeführt ist, das im Schieber ausgebildet ist, wobei der exzentrische Stift verdreht wird, um den Schieber zu versetzen, während er sich in Richtung des Laserstrahls bewegt.

5. Verfahren zum Herstellen eines Longitudinal-Mehrmoden- Halbleiterlasers (10) einer optischen Abtastvorrichtung zum Lesen von Informationen, die auf einem Speichermedium (16) gespeichert sind, mittels eines Laserstrahls, der von einer reflektierenden Oberfläche (SC) des Speichermediums (16) reflektiert wird, wobei das durch die Reflektion des Strahls erzeugte Rauschen dadurch verringert wird, daß eine optische äußere Resonatorlänge (LA), die einem ganzzahligen Vielfachen einer geometrischen inneren Resonatorlänge (L) entspricht, gelöscht wird, dadurch gekennzeichnet, daß

die geometrische innere Resonatorlänge (L) des Halbleiterlasers (10) so eingestellt wird, daß sie die Beziehung d/N < L erfüllt, wobei "N" der effektive Brechungsindex des Halbleiterlasers (10) und "d" ein relativer Verschiebungsbetrag des Abstands zwischen dem Halbleiterlaser (10) und dem Speichermedium (16) ist, und

die optische äußere Resonatorlänge (LA) des Halbleiterlasers (10) so eingestellt wird, daß sie die weitere Beziehung mNL < LA < (m+1)NL erfüllt, wobei "m" eine natürliche Zahl und "LA" die optische äußere Resonatorlänge zwischen einer Strahlausgangsoberfläche (SA) des Halbleiterlasers) 10 und dem Punkt ist, auf den der Strahl fokussiert wird, so daß die Rauscherzeugung aufgrund einer Strahlreflektion durch die den Strahl reflektierende Oberfläche (SC) innerhalb der Verschiebung "d" verringert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem ferner die optische äußere Resonatorlänge (LA) eingestellt wird und ein Einstellbereich (S) so gewählt ist, daß er die Beziehung NL < S erfüllt.