JPH0139561B2 - - Google Patents

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JPH0139561B2
JPH0139561B2 JP59190717A JP19071784A JPH0139561B2 JP H0139561 B2 JPH0139561 B2 JP H0139561B2 JP 59190717 A JP59190717 A JP 59190717A JP 19071784 A JP19071784 A JP 19071784A JP H0139561 B2 JPH0139561 B2 JP H0139561B2
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JP
Japan
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thin film
light beam
prism
light
polarized light
Prior art date
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Expired
Application number
JP59190717A
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English (en)
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JPS6088903A (ja
Inventor
Yohan Baashu Horugaa
Seimoa Gutsudoman Dagurasu
Suchiibun Ryutsuke Furanshisu
Rii Sudaasutoromu Ronarudo
Adorufu Supiraa Ebaahaado
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
International Business Machines Corp
Original Assignee
International Business Machines Corp
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Publication date
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Publication of JPS6088903A publication Critical patent/JPS6088903A/ja
Publication of JPH0139561B2 publication Critical patent/JPH0139561B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1365Separate or integrated refractive elements, e.g. wave plates
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00Optical elements other than lenses
    • G02B5/30Polarising elements
    • G02B5/3083Birefringent or phase retarding elements

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optical Head (AREA)
  • Polarising Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は光学部品、具体的には光学データ記憶
システムに用いる位相遅延素子に関する。
[従来技術] 位相遅延板は光ビームの偏光を変化させる光学
系で広く使用されている。例えば光学データ記憶
システムは偏光ビームを発生するのにレーザを使
用している。レーザ源からのビームは回転デイス
ク上に案内されている。デイスクから反射され、
もしくはデイスクを透過するビームの強度はデイ
スク上に記録されたデータに従つて変化する。位
相遅延板が光学経路中に置かれ、偏光ビーム分離
器が反射(透過)ビームを検出器がわに偏向する
のに使用されている。データ・トラツクの幅は1
ミクロン程度であので、光学素子を正確に整列さ
せるのは困難である。この目的のために、光学シ
ステムの入射ビーム及び反射ビームの経路は出来
るだけ共通にされている。コスト及び信頼性の改
善を考慮すると、システム中の素子は少なければ
少ない程よい。
最も普通に使用されている位相遅延素子は2つ
の垂直偏光ビーム間に90゜の位相差を与える複屈
折1/4波長板である。この1/4波長板は直線偏光を
円偏光に、又この逆に変調するのに使用される。
レーザ源が異なると中心波長が異なるのでGaAs
レーザ源を使用した光学データ記憶システムでは
1次の1/4波長板が必要になる。
[発明が解決しようとする問題点] 1/4波長板の動作は満足すべきものであるが、
製造コストが高い。コストを減少するために、高
価な複屈折1次1/4波長板を安い光学素子に置換
する試みがなされて来た。この様な試みの一つに
は、薄膜構造体の反射により位相シフトを得るも
のがある。この様に薄膜構造体のコストは1/4波
長板よりも安いが、他の複雑さを招来した。単一
の薄膜の外部反射から得られる最大の位相シフト
は30゜以下であるので必要な90゜位相シフトを得る
ためには少なく共4回の反射が必要である。互換
実施例として、内部気体ー空気の境界面が使用さ
れる時は、少なく共2回の内部反射が必要とされ
る。この様な次第でコストが高くなり、取付けと
整列が複雑になり、1/4波長板に比する長所が失
なわれる。さらに、この2つの偏光手段の反射率
は100%に近い事が要求されるので設計上の自由
度が著しく阻害される。
[問題点を解決するための手段] 本発明の主目的は一回の内部反射で2つの偏光
間に90゜の位相シフトを与える薄膜構造体を与え
る事にある。
本発明に従えば、90゜の位相シフトを与えるた
めに光学経路上の1つの素子の表面に薄膜が与え
られた光学データ記憶システムが与えられる。
本発明に従えば、薄膜位相シフト表面素子と他
の素子を結合する事によつて光学データ記憶シス
テム中の光学素子の数が減少される。
本発明では薄膜の界面でS偏光とP偏光との間
の入射係数、反射係数の相違を利用して90度の位
相差を実現するとともに最後の薄膜と外部空気と
の間の全反射を利用して効率よく光ビームの伝播
を行うようにしている。
[実施例] この発明の実施例の理解を助けるため、ここで
はまず従来の手法について述べる。
第2図は従来の代表的な光学データ記憶システ
ムにおける光学経路を示した図である。この様な
システムの詳細は1982年6月刊proceedings of
IEEE、第70巻、第6号、第589〜597頁のRobert
A.Bartoliniの論文“Optical Recording:High
−Density Information Storage and
Retrieral”に記載されている。半導体レーザ1
及びコリメート・レンズ2はPに偏向され、平行
にされているが楕円の断面の光ビーム3を発生す
る。光ビームが適切な角度θでプリズム4上に入
射される事によつて円形の断面の光ビームがY方
向に伝播される。偏光ビーム分離器5はP偏光さ
れた光ビームを真直ぐに1/4波長板6に通過させ
る。1/4波長板6は光ビームの偏光状態を円偏光
に変化させる。レンズ7は光ビームを光学デイス
ク8の鏡状表面に入射させる。光ビームは同一の
経路に沿つてもと来た路に反射して戻される。1/
4波長板6はここで光ビームの円偏光状態をS偏
光状態に変化させる。次にS偏光された光ビーム
は偏光ビーム分離器5の内部表面9でX方向に反
射される。プリズム4、偏光ビーム分離器5及び
1/4波長板6の表面は光ビームの入射角及び波長
に従つて選択された反射防止膜で被覆されてい
る。
第1図は本発明に従い1/4波長板6が薄膜位相
遅延素子10によつて置換されている光学システ
ムを示している。位相遅延素子10は斜辺に対応
する面11が通常の処理方法によつて適切な屈折
率及び厚さの材料の薄膜構造体によつて被覆され
入射及び出射光ビームに所望の90゜位相遅延を与
えるプリズムであり得る。プリズム10は偏光ビ
ーム分離器5に関して光学軸のまわりに45゜回転
されていて、光ビームが2つの成分に分解される
様になつている。入射ビーム3がプリズム10に
入射する時、プリズム10の面11にある薄膜構
造体で完全に反射され、その偏光が円偏光に変化
される。レンズ7が光ビームを光学デイスク8の
表面上に投射し、表面は光ビームを同じ経路に沿
う様に反射させる。戻りの反射ビームがプリズム
10中に入射する時、光ビームは面11の薄膜構
造体から完全反射され、その偏光状態が(円偏光
から)S偏光に変化される。可能性のある薄膜構
造体は、例えば誘電材料の単一の薄膜、多層薄膜
もしくは単一金属薄膜である。
第3図は第1図の偏光ビーム分離器5及びプリ
ズム10の関係を示す平面図である。
第4図は屈折率nP=1.509のプリズムの表面上
に被覆された厚さd及び屈折率nFの誘電材料の単
一の薄膜のための位相差を正規化された厚さd/
λの関係として示したグラフである。ここでλは
光ビームの波長であり、入射角αは45゜である。
グラフのパラメータnFは左方上から順器にnF
1.6,1.8,2.0,2.2,2.4である。
図面から、90゜の位相差は2.05以上の屈折率を
有する薄膜の場合に得られる事が明らかである。
例えば90゜の位相差はnF=2.05乃至2.1、d=700
Å、波長λ=0.65乃至0.9ミクロンの場合に得ら
れる。薄膜の屈折率を選択する事によつて、波長
の変化によつてどの様に位相差が変化するかを決
定する事が出来る。位相差が略1/λに比例する
1次の複屈折1/4波長板と比較して、薄膜1/4波長
素子の遅延の波長に対する依存度をはるかに低く
する事が出来る。
なお以上のように90度の位相差が実現可能にな
るのは、プリズムと薄膜の界面におけるS偏光P
偏光との間で反射率、入射率が異なるからであ
る。このことを理解するために便宜上界面に光が
ブリユースタ角で入射することを考えよう。実際
にはブリユースタ角でなくてもほぼ以下の議論が
当てはまる。この場合P偏光はすべて入射して、
反射することがない。そしてすべて次段の薄膜・
空気間の界面で全反射する。このためP偏光につ
いてはすべて膜厚および屈折率に応じた光路差分
遅延が生じる。他方S偏光は一部プリズム・薄膜
界面で反射して他の一部が薄膜に入射したのち、
薄膜・空気界面で全反射し、当該他の一部のS偏
光にのみP偏光と同様の遅延を生じる。このよう
にS偏光では一部は遅延を伴わないので全体とし
ての、すなわち合成したS偏光にはP偏光より遅
延が少ない。ブリユースタ角近傍でも同様にP偏
光のほうがより多くの遅延を伴う。そして第4図
に示すように膜厚や材料(屈折率)を調整して直
角な2つの偏光角の間に90度の位相差を実現でき
る。もちろん全反射面における位相シフトは両偏
光で異なるがこれを加味して膜厚等を調整すれば
よい。
なお特開昭55−46706号公報には金属薄膜上に
誘電体薄膜を積層してS偏光とP偏光との間の反
射率、入射率の相違を利用して位相差を調整する
ことが開示されているが、本発明とは内部反射、
外部反射という点、金属薄膜を利用する点で構成
が異なり、また実際上90度の位相差は困難となつ
ている。
プリズム上に多層薄膜を被覆する場合には、特
定の性能のものを設計する事が出来る。例えば広
範囲の波長もしくは入射角内で位相差が一定であ
る薄膜を設計する事が出来る。
第5図は波数λ/λoが0.9乃至1.2間にあり、nP
=1.509及びα=45゜の場合に位相シフト90゜を与え
る様に最適化された3層設計の性能の例(破線)
を示している。又同様に比較のために実線で最適
化されている単一薄膜に対する性能が示されてい
る。単一層の場合のd/λは0.089、nFは2.0535で
あり、3層の場合のd/λは夫々0.0447,0.111,
0.3856及びnFは夫々2.346、1.664、1.496である。
好ましい実施例においてはプリズム4の機能は
偏光ビーム分離器5の機能と組合され得る。この
場合第6図に示された如く偏光ビーム分離器5の
入射面12をプリズム4(第1図)に使用された
角度と同じ角度で単に切断して表面14を有する
プリズム13(第6図)を作り、これが適切な屈
折率を一致させる接着剤で位相遅延素子10に結
合される。第1図の内部表面9は15で示されて
いる。これによつて4つのガラスー空気境界面が
なくされ、光効率が改善される。
第7図を参照するに、プリズム16は第6図の
偏光ビーム分離器13の表面14の反射防止膜を
内部表面(境界面)15にある被膜と一緒にする
事によつて得られる他の改良を示している。この
組合せ被膜20はプリズム自体の反射率と比較し
て交互に高い及び低い反射率を有する材料の積層
体であり得る。
第8図は第7図のプリズム10及びプリズム1
6を組合してまとまつた一体構造体17に形成さ
れたプリズムを取入れた光学データ記憶装置の全
体図を示している。
レーザ1及びコリメート・レンズ2は楕円の断
面を有する平行光ビームを発生し、これが適切な
入射角でプリズム17に入射される。プリズム1
7は第1図に示されたプリズム4、偏光ビーム分
離器5及び薄膜位相遅延素子10を組合したもの
である。復帰光ビームはプリズム17から出た
後、例えばレンズ18によつて検出器19に入射
される。検出器19は光ビームからデータ、進路
及び焦点情報を抽出するために4つ以上のセクタ
より成り得る。
[発明の効果] 本発明に従い一回の内部反射で入射及び反射偏
光ビーム間に90゜の位相差が与えられる光学素子
が与えられる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の1/4波長板が本発明に従う薄膜
位相遅延素子によつて置換された光学データ記憶
システムの概略図である。第2図は従来の光学デ
ータ記憶システムの概略図である。第3図は第1
図の偏光ビーム分離器及び薄膜位相遅延素子の関
係を示す平面図である。第4図はプリズム上に被
覆された異なる誘電体材料に対する、正規化され
た厚さの関数として内部反射されたビームの2つ
の偏光成分間の位相差を示したグラフである。第
5図はプリズム上に単一薄膜及び3薄薄膜構造体
が被覆された場合における、波数の関数として内
部反射される光ビームの2つの偏光成分間の位相
差を示したグラフである。第6図は第2図の2つ
の光学素子の改善された組合せを示した概略図で
ある。第7図は第6図の2つの光学素子のさらに
改善された組合せを示した図である。第8図は第
7図の2つの光学素子の改善された組合せを示し
た図である。 1……半導体レーザ、2……コリメート・レン
ズ、3……光ビーム、4……プリズム、5……偏
光ビーム分離器、6……1/4波長板、7……レン
ズ、8……光学デイスク、10……薄膜位相遅延
素子。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 光ビームを伝播する光学的透明材料部材であ
    つて平坦面を有するものと、 上記平坦面に被着された、少なくとも1層の誘
    電体薄膜を含む誘電体薄膜構造体とを具備し、 上記光ビームを上記光学的透明部材中に案内し
    て上記誘電体の表面において一部反射させ、この
    一部反射光を上記光学的透明部材を介して外部に
    導出させるようにし、しかも外部空気と接する上
    記誘電体の表面において上記光ビームの残りを全
    反射させ、この全反射光を上記一部反射光と合成
    したのち外部に導出し、 かつ上記一部反射および全反射により、上記導
    出した光ビームの2つの垂直な偏光成分の間に90
    度の位相差が生じるように上記光学的透明部材お
    よび上記誘電体薄膜の誘電率および上記誘電体薄
    膜の膜厚を選定したことを特徴とする光学素子。
JP59190717A 1983-10-13 1984-09-13 光学素子 Granted JPS6088903A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/541,604 US4595261A (en) 1983-10-13 1983-10-13 Phase retardation element and prism for use in an optical data storage system
US541604 1983-10-13

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6088903A JPS6088903A (ja) 1985-05-18
JPH0139561B2 true JPH0139561B2 (ja) 1989-08-22

Family

ID=24160281

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP59190717A Granted JPS6088903A (ja) 1983-10-13 1984-09-13 光学素子

Country Status (3)

Country Link
US (1) US4595261A (ja)
EP (1) EP0138026A3 (ja)
JP (1) JPS6088903A (ja)

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Also Published As

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