JP2000228559A

JP2000228559A - 光学装置

Info

Publication number: JP2000228559A
Application number: JP11028080A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Ukita; 昌一浮田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-02-05
Filing date: 1999-02-05
Publication date: 2000-08-15

Abstract

(57)【要約】【課題】自励共振型レーザ素子への戻り光がもたらす
雑音を効果的に抑え、再生信号の品質を向上させる。【解決手段】戻り光の影響を受けて定まる自励共振型
レーザ素子の自励発振周波数ｆｓｐが、下記（１）式を
満足すること。（ｍ−０．２５）・（ｃ／２Ｌｅｘ）≦ｆｓｐ≦ｍ・
（ｃ／２Ｌｅｘ）・・・（１）（ただし、Ｌｅｘは外部共振器長、ｍは１又は１以上の
整数、ｃは光速。）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光源として自励発
振するレーザ素子を組み込んだ光学装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ディスクなどの情報媒体では、記録情
報の再生や書き込み用の光源として、その光ピックアッ
プなどの光学系に半導体レーザ素子が組み込まれてい
る。

【０００３】このような光学式情報装置は、従来から戻
り光雑音と呼ばれる問題点が指摘されてきた。すなわ
ち、この戻り光雑音とは、半導体レーザ素子から出射さ
れた光が光ディスクで反射されたのち、その一部の反射
光が元の半導体レーザ素子自身に戻ってきてしまうとき
に、発生する現象である。

【０００４】この戻り光雑音が発生すると、レーザの発
振が不安定となるので、これを低減するため、主として
戻り光を抑制しようとする観点から、幾つかの対策が講
じられている。

【０００５】一方、特許第２６７００４６号公報に開示
された技術によると、半導体レーザ素子の材料や構造に
由来するその自励発振周波数ｆｏと、外部共振器の往復
周期の逆数ｆｅｘｔとを一致させることによって、始め
て戻り光雑音は許容値以下に抑制し得るとしている。つ
まり、自励発振の変調と外部共振器による変調とが相乗
効果を生み、自励発振の変調度が大となり、その結果、
雑音が低減できるとしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来技術による効果は未だ不十分である。なぜなら、自励
発振周波数ｆｓｐは外部共振器の性質、とりわけ外部反
射鏡の反射率Ｒｅｘと外部共振器長Ｌｅｘによって、外
部共振器のない場合の自励発振周波数ｆｏからずれて変
化するため、自励発振レーザ単体のｆｏをｆｅｘｔに一
致させても、必ずしも上記公報に記された効果（即ち、
自励発振の変調と外部共振器による変調との相乗効果に
より、自励発振の変調度が大きくなり、低ノイズとなる
効果）を得ることはできない。

【０００７】本発明は上記事情を改善するためになされ
たもので、その目的は、レーザ素子への戻り光を可及的
に抑制しようとしてかかるこれまでの既成概念とは異な
り、むしろ戻り光を積極的に利用しながら雑音（ノイ
ズ）を確実に抑えることのできる、光学装置を提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の光学
装置は、自励発振を行なうレーザ素子が組み込まれ、こ
のレーザ素子からの出射光が光学系にて反射され、この
反射光の一部が光路長Ｌｅｘを経て前記レーザ素子に戻
され、この戻された反射光の影響を受けて定まる前記レ
ーザ素子の自励発振周波数ｆｓｐが、下記（１）式を満
足する光学装置（これは、光ピックアップなどの光学系
のみならず、光源自体を指す概念である。）に係るもの
である。（ｍ−０．２５）・（ｃ／２Ｌｅｘ）≦ｆｓｐ≦ｍ・（ｃ／２Ｌｅｘ）・・・（１）（ただし、ｍは１又は１以上の整数であり、ｃは光速で
ある。）

【０００９】本発明の技術思想は、前記（１）式が半導
体レーザ素子などのレーザ素子の材料や構造に由来する
ものではなく、単体で自励発振するレーザ素子に好都合
なタイミングでパルス状の戻り光が入射し、それが引き
金になって次の、あるいはｍ個あとのパルスが発生する
という原理に基づいている〔戻り光がある場合の半導体
レーザの動作を解析するためのレート方程式は、遅延
（２Ｌｅｘ／ｃ）を含む微分差分方程式となり、これが
周期解（自励振動に対応する解）を持つ場合には、その
周期Ｔは（２Ｌｅｘ／ｃ）より少し大きくなる（ｍ＝１
の場合）ことが、本発明者の数値的解析の結果からも示
されている。〕。

【００１０】本発明においては、ｆｓｐが前記（１）式
を満足するように設定されているので、自励発振の変調
と外部共振器による変調とが非常に優れた相乗効果を生
み、（１）式を満足しない場合に比べＲＩＮ（相対雑音
強度）が小さくなり、再生信号の品質が改善される。

【００１１】また、自励発振のパルスがきれいにそろう
効果も生じ、パルス列を通信や光情報処理に利用すると
きはジッタ（パルス間隔の時間的なズレ）が減少するの
で、通信または光情報処理におけるエラーが低減し、こ
れらの品質を向上させることが可能である。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明においては、前記光学系が
光反射面を有する外部共振器を備えていることが好まし
い。そして、その光反射面は情報記録媒体の信号記録面
からなっていてよい。

【００１３】本発明の光学装置の代表的な構造として
は、半導体レーザ素子からなる光源と、信号記録面を有
する光ディスクと、これらの間の光路に設けられるビー
ムスプリッターと、このビームスプリッターからの光を
前記光ディスクに集光させる対物レンズと、前記ビーム
スプリッターを介して前記光ディスクからの反射光の一
部を受光する光検出器とを具備し、光ピックアップ用に
構成されていることが好ましい。

【００１４】また、本発明の光学装置に光源として半導
体レーザ素子を組み込む場合は、その半導体レーザ素子
は、電流注入により光学利得を生じる利得領域と、この
利得で発生する光がにじみ出ているが、光学利得がない
可飽和吸収領域とを備えたものが好ましい。

【００１５】そして、前記利得領域が活性層であり、こ
の近傍に前記可飽和吸収領域が配置されていることが好
ましい。

【００１６】以下、本発明の好ましい実施の形態を図面
を参照しながら具体的に説明する。

【００１７】図６は、本発明の第１実施形態による光ピ
ックアップを有する光ディスク再生装置を示しており、
光源としての半導体レーザ素子（ＬＤ）１は電源２に接
続され、光ディスク３との間の光路には、カップリング
レンズ４とビームスプリッター５と、対物レンズ６とが
この順に配設されている。

【００１８】さらに、ビームスプリッター５はセンサレ
ンズ７を介して光検出器（ＰＤ）８と光学的に接続さ
れ、この光検出器８に増幅器９が電気的に接続されてい
る。

【００１９】前記半導体レーザ素子１の構造としては自
励発振できるものならとくに限定はしないが、たとえば
図７に例示されたものが好ましい。同図（Ａ）に示す半
導体レーザ素子１では、電極（アノード）１ａと１ｂ
（カソード）間に基板１ｃ、下クラッド層１ｄ、活性層
１ｅ、リッジ１ｆを形成した上クラッド層１ｇ、および
電流狭窄層１ｈがこの順に積層されている。そして活性
層１ｅはリッジ１ｆに対向して利得領域１５と可飽和吸
収領域１６とで構成されている。

【００２０】また、同図（Ｂ）に示す半導体レーザ素子
１は、可飽和吸収領域１６を有する層がリッジ１ｆ内に
設けられ、利得領域１５を有する活性層１ｅとは分離さ
れている点で、（Ａ）に示したのとは異なっている。

【００２１】この第１実施形態の光ディスク再生装置に
おいて、光ディスク３は半導体レーザ素子１に対して外
部共振器を形成しており、図示するＬｅｘは外部共振器
長、つまり外部反射鏡としての光ディスク３の反射面と
半導体レーザ素子１間の光路長を示している。

【００２２】半導体レーザ素子１から出射された光はカ
ップリングレンズ４を介してビームスプリッター５に入
り、さらにそこから対物レンズ６を介して光ディスク３
の記録面（反射面）に入射する。

【００２３】この光ディスク３の記録面で情報をピック
アップした反射光は、再び対物レンズ６を介してビーム
スプリッター５に戻り、その一部はセンサレンズ７を経
て光検出器８に入射し、さらに増幅器９を経てから再生
信号として取り出される。

【００２４】一方、前記ビームスプリッター５から反射
光の一部がカップリングレンズ４を経て、戻り光とし
て、半導体レーザ素子１に入射する。

【００２５】ところで、半導体レーザ素子１の自励発振
周波数ｆｓｐは、半導体レーザ素子１が単体である場合
と、それが前記のごとく光学系に組み込まれた場合、つ
まり外部反射鏡である光ディスク３からの戻り光が存在
する場合とで異なっており、外部共振器長Ｌｅｘと外部
反射鏡の反射率Ｒｅｘによって変化する。

【００２６】そして、戻り光の雑音を相対雑音強度ＲＩ
Ｎで見ると、それはＬｅｘとＲｅｘとに応じて変化す
る。

【００２７】このＲＩＮの値は小さい方がよいので、そ
のための条件を調べたところ、ＬｅｘおよびＲｅｘによ
って定まるｆｓｐが前記（１）式を満足すればよいこと
が知見された。

【００２８】すなわち、本発明者が平均光出力およびＲ
ｅｘを種々に変えてＲＩＮとＬｅｘとの相互依存性を調
べたところ、図１〜５のグラフに示すような結果が得ら
れた。

【００２９】さらに、各々のグラフのＲＩＮ極小点近傍
におけるｆｓｐを調べると、表１に示す結果が得られ
た。

【００３０】

【００３１】この表１によると、どのＲＩＮ極小点の近
傍においても、ｍを適切な値にとることにより前記
（１）式を満足することが分かる。

【００３２】なお、注目すべきは、前述したごとく半導
体レーザ素子を外部共振器と結合すると、そのｆｓｐ
は、半導体レーザ素子単体の場合のｆｏから変化するこ
とで、ｆｓｐ＞ｆｏである。

【００３３】このようにｆｓｐを前記（１）式を満足す
るように設定すれば、自励発振の変調と外部共振器によ
る変調とによって非常に優れた相乗効果が生じ、（１）
式を満足しない場合に比べ、ＲＩＮが小さくなって、再
生信号の品質が改善される。しかも、自励発振のパルス
がきれいにそろうので、パルス列を通信や光情報処理に
利用するときは、ジッタが減少し、通信または光情報処
理におけるエラーが減少し、これらの品質を高めること
が可能である。

【００３４】次に、図８〜１２に、本発明の装置を適用
して得られる変調光出力を光通信や情報処理に適用でき
る光学装置の実施形態を示す。

【００３５】まず、図８に示される第２実施形態の光学
装置では、電源２に接続した半導体レーザ素子（ＬＤ）
１が、レンズ２１を介して反射鏡（反射率Ｒｅｘ）２０
（外部共振器）に対向しており、図示するＬｅｘは光路
長、すなわち外部共振器長（以後の実施形態も同様）を
示している。半導体レーザ素子１の後段には、レンズ２
２を介して光アイソレータ２４と、さらにレンズ２３を
介して光変調器２５とが配設されている。なお、光アイ
ソレータ２４は、光変調器２５から半導体レーザ素子１
へ反射光が入射しないように、設けられるものである。

【００３６】半導体レーザ素子１から出射された光は、
外部共振器の戻り光の作用下で自励発振され、光アイソ
レータ２４などを経て光変調器２５に入り、そこで変調
信号により変調されてから出力される。光変調器２５の
前後で光のパルス列は例えば図示のようになり、光変調
器２５の手前側では、パルス間隔のきれいにそろった、
ジッターの小さな光パルス列であったものが、光変調器
２５を経ると、図示のように変調されたパルス列となる
（図中の破線は、変調により無くなったパルスを示
す）。

【００３７】このように変調された光は、光情報システ
ムとか、あるいは図９に示すように光通信に用いること
ができる。同図（Ａ）では、光変調器２５からの光パル
ス列をカップリングレンズ２６により光ファイバ２７に
入射し、光ファイバ２７を伝播した光パルス列は光ファ
イバ２７の出射端からカップリングレンズ２９により受
光素子３０に入射する。（Ｂ）は光ファイバーを使わず
に自由空間２８に替えたものであり、いづれもレンズ２
９、受光素子３０、増幅器３１を経たのち取出される。

【００３８】次に、図１０は第３実施形態による光学装
置を示すもので、ここでは、半導体レーザ素子１の後段
にビームスプリッター５を配設し、これを挟んで反射鏡
（反射率Ｒｅｘ）２０が半導体レーザ素子１に対して外
部共振器を形成している。残りの装置構成は図８と同じ
である。

【００３９】また、図１１には第４実施形態による光学
装置を示す。前記第３実施形態と異なるのは、ビームス
プリッター５と反射鏡２０とを省き、代わりにハーフミ
ラー（反射率Ｒｅｘ）３４を光路に配設した点であり、
この場合、外部共振器はハーフミラー３４で形成され
る。

【００４０】さらに、第５実施形態の光学装置を図１２
に示す。この光学装置では、光変調器２５の入射側が反
射鏡（反射率Ｒｅｘ）に構成されており、レンズ３５を
中にして半導体レーザ素子１に対して外部共振器をより
簡単な構成で形成している点が大きな特徴となってい
る。

【００４１】以上、どの実施形態（２〜８）であれ、光
学装置の外部共振器長、つまり光路長Ｌｅｘと、半導体
レーザ素子の自励発振周波数ｆｓｐとの関係が、既述し
た（１）式を満足する限りにおいて、前述した本発明の
効果を奏することができる。

【００４２】本発明は前記実施の形態に限定されず、そ
の技術思想に基づいて前記実施の形態を種々に変形する
ことができる。

【００４３】たとえば、前記第１実施形態では情報記録
媒体として光ディスクの例を挙げたが、それ以外の情報
記録媒体、たとえば光テープを用いてもさしつかえな
い。また、光ディスク再生装置以外にも、本発明の技術
思想を情報の記録装置や消去装置に適用することも可能
である。

【００４４】さらに、光源に用いる半導体レーザ素子
は、公知のものでよい。代表例だけでもＡｌＧａＡｓ
系、ＩｎＧａＡｓＰ系、ＡｌＧａＡｓＳｂ系、ＡｌＧａ
ＩｎＰ系、ＧａＩｎＮＡｓ系、ＡｌＧａＮＡｓ系、Ａｌ
ＧａＩｎＮ系、ＺｎＣｄＳｅ／ＺｎＭｇＳＳｅ系等々と
枚挙にいとまない。また自励発振できるものならＬＤ以
外の半導体レーザ素子、更には半導体レーザ素子以外の
レーザ素子も使用可能である。その例として、レーザ素
子の共振器内の光路に可飽和色素を置いた固体レーザと
か、あるいは色素レーザ、たとえば青色の色素クリプト
シアニンのアルコール溶液を置いたルビーレーザなどを
挙げることができる。半導体レーザ素子は、上述の電流
注入利得型に限らず、屈折率導波型であってもよい。

【００４５】一方、前記図６の光ディスク再生装置にお
いて、ビームスプリッター５以下、増幅器９までの機器
類の配設を省くとともに、光ディスク３に替えてハーフ
ミラーを配設し、このハーフミラーの後段（対物レンズ
６側とは反対側）に波長変換装置を配設するようにすれ
ば、所望の波長の高調波を得ることさえ、可能である。

【００４６】

【発明の効果】以上に明らかなように、本発明の光学装
置によれば、戻り光の影響を受けて定まるレーザ素子の
自励発振周波数が、前記（１）式で表される特定条件を
満足するように設定されるので、自励発振の変調と外部
共振器による変調とが非常に優れた相乗効果を生み、相
対雑音強度が小さくなって、再生信号を効果的に改善す
ることができる。

【００４７】さらに、自励発振のパルスがきれいにそろ
い、パルス列を通信あるいは光情報処理に利用するとき
はジッタが減少するので、通信や光情報処理の品質を向
上させることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の光ディスク再生装置にお
いて、外部共振器長Ｌｅｘと相対雑音強度ＲＩＮとの関
係を示すグラフである。

【図２】同装置において、平均光出力ｍＷと反射率Ｒｅ
ｘを変えた場合の、ＬｅｘとＲＩＮの関係を示すグラフ
である。

【図３】同装置において、平均出力ｍＷと反射率Ｒｅｘ
を変えた場合の、ＬｅｘとＲＩＮの関係を示すグラフで
ある。

【図４】同装置において、平均出力ｍＷと反射率Ｒｅｘ
を変えた場合の、ＬｅｘとＲＩＮの関係を示すグラフで
ある。

【図５】同装置において、平均出力ｍＷと反射率Ｒｅｘ
を変えた場合の、ＬｅｘとＲＩＮの関係を示すグラフで
ある。

【図６】本発明の第１実施形態を示す光ディスク再生装
置の概略的模式図である。

【図７】同光ディスク再生装置に光源として用いられる
半導体レーザ素子を示すもので、（Ａ）はその断面図、
（Ｂ）は他の例の断面図である。

【図８】本発明の第２実施形態を示す光学装置の概略的
模式図である。

【図９】同光学装置の光通信系を示す概略的構成図であ
る。

【図１０】本発明の第３実施形態を示す光学装置の概略
的構成図である。

【図１１】本発明の第４実施形態を示す光学装置の概略
的構成図である。

【図１２】本発明の第５実施形態を示す光学装置の概略
的構成図である。

【符号の説明】

１…半導体レーザ素子（ＬＤ）、１ａ…電極（アノー
ド）、１ｂ…電極（カソード）、１ｃ…基板、１ｄ…下
クラッド層、１ｅ…活性層、１ｆ…リッジ、１ｇ…上ク
ラッド層、１ｈ…電流狭窄層、２…電源、３…光ディス
ク、４…カップリングレンズ、５…ビームスプリッタ
ー、６…対物レンズ、７…センサレンズ、８…光検出
器、９…増幅器、１５…利得領域、１６…可飽和吸収領
域、２０…反射鏡、２１、２２、２３、２６、２９、３
２、３３、３５…レンズ、２４…光アイソレータ、２５
…光変調器、２７…光ファイバ、２８…自由空間、３０
…受光素子、３１…増幅器、３４…ハーフミラー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】自励発振を行なうレーザ素子が組み込ま
れ、このレーザ素子からの出射光が光学系にて反射さ
れ、この反射光の一部が光路長Ｌｅｘを経て前記レーザ
素子に戻され、この戻された反射光の影響を受けて定ま
る前記レーザ素子の自励発振周波数ｆｓｐが、下記
（１）式を満足する光学装置。（ｍ−０．２５）・（ｃ／２Ｌｅｘ）≦ｆｓｐ≦ｍ・（ｃ／２Ｌｅｘ）・・・（１）（ただし、ｍは１又は１以上の整数であり、ｃは光速で
ある。）
【請求項２】前記光学系が、光反射面を有する外部共
振器を具備している、請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】前記光反射面が、情報記録媒体の信号記
録面からなる、請求項２に記載の光学装置。
【請求項４】半導体レーザ素子からなる光源と、前記
光反射面としての前記信号記録面を有する光ディスク
と、これらの間の光路に設けられるビームスプリッター
と、このビームスプリッターからの光を前記光ディスク
に集光させる対物レンズと、前記ビームスプリッターを
介して前記光ディスクからの反射光の一部を受光する光
検出器とを具備し、光ピックアップとして構成された、
請求項３に記載の光学装置。
【請求項５】自励発振を行なう電流注入型の半導体レ
ーザ素子を光源として組み込んだ光学装置であって、前
記半導体レーザ素子は、電流注入により光学利得を生じ
る利得領域と、この利得領域で発生する光がにじみ出て
いるが、光学利得がない可飽和吸収領域とを備えてい
る、請求項１に記載の光学装置。
【請求項６】前記半導体レーザ素子が前記利得領域で
ある活性層と、この近傍の前記可飽和吸収領域とを有し
ている、請求項５に記載の光学装置。