JPH03259423A - 光導波路記憶媒体及び光再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は、複数の異なる振幅と位相遅れを持つ反射導波
光を生しる屈折率不連続部を配列し設けた光導波路記憶
媒体を用い、発光素子からの光ビームを導波し、その一
部の反射導波光とドツプラー周波数変移した光ビームと
を光ヘテロダイン検波し、記録された情報を時系列信号
波形として再生する光導波路記憶媒体及び光再生装置に
間するものである。

［従来技術］ 従来の光記憶媒体は第３図に示すように構成されている
。ここで光記憶媒体１００は、記憶媒体を基板として、
基板面に記録された光反射率の低い凹部１０１と光反射
率の高い平坦部１０２を線上に配列し、矢印１０３の方
向に記憶媒体を移動しつつ、再生を行うように構成され
ている。かかる平担部１０２と凹部１０１よりの光反射
率の比は、高々１対０．３〜０．５程度であり光強度の
信号対雑音比は決してよくなく改良も困難である。また
、このような記憶媒体１００ては、再生時には各凹部１
０１あるいは平坦部１０２毎に半導体レーザを集束照射
して、反射光を検出し、記憶媒体１００の移動によって
のみ時系列信号が再生され、記憶媒体１００の移動速度
によって再生さらには記録のアクセス時間が制限されて
、高速アクセスが困難であった。また、平坦部からの反
射光に依って再生する方式のため、面密度には限度があ
り、３次元積層は全く不可能であった。

従来の光再生装置は第４図に示すように構成されている
。ここで１１は半導体レーザ、１２〜１５はレンズ、１
６はフォーカスアクチュエータに設置された集光レンズ
、１７および１８はハーフミラ−１１９は１／２波長板
、２０は整形プリズム、２１〜２３は光検出器、２４は
記憶媒体、たとえばディスク、２５はプリズムによるビ
ームスプリッタである。

半導体レーザ１１からの光は、レンズ１２、整形プリズ
ム２０、ハーフミラ−１７および集光レンズ１６を介し
て記憶媒体２４に入射して、再生が行われる。

ここで、レーザビーム記憶媒体２４が穴あけ記録媒体や
相変態形媒体なとのように、反射率変化として情報を記
録する媒体である場合には、ディスク２４からの反射光
が光検出器２１て検出される。

他方、レーザビーム記憶媒体２４が光磁スディスクなと
のように磁化反転として情報を記録する媒体では、記録
部による反射光偏光面の回転をアナライザであるプリズ
ムビームスプリッタ２５て分離し、その分離された光を
光検出器２２および２３の差動出力て検出する。

このような再生時には、以上の装置をレーザビーム記憶
媒体２４の面振れに追随させるために、フォーカス誤差
信号に従って集光レンズ１６等を光軸方向に移動させて
合焦させている。

このような従来方式では、（１）ビットによる光反射方
式を用いているため記憶媒体の一点の記録部毎に合焦を
必要とし、光信号の信号対雑音比が悪く、振幅変調も容
易ではなく、信頼性に劣る。

（１１）平坦部に記録されたビット面からの反射に依る
再生のため、記憶情報の面密度には限度があり、３次元
積層は全く不可能である。

（１ｉｉ）　　記憶媒体の一点の記録部毎に光信号を再
生するため、記憶媒体の移動によってのみ時系列信号が
再生され、記憶媒体の移動速度によってサイクル時間が
制限されるなとの問題点があった。

［目的］ 本発明はこれらの欠点を解決し、高密度３次元メモリー
を構成でき、大量の情報を超高速で一括に、かつ大きい
信号対雑音比で読み出すことが可能な光導波路記憶媒体
及び光再生装置を提供するため、複数の異なる振幅と位
相の反射導波光が生しる微小な屈折率不連続部を、記録
すべき情報に応して光導波路に複数個配列し、発光素子
からの光ビームを２分割し、一方を該光導波路に入射し
、その一部の振幅と位相が変調されて反射した信号光と
、他方のドツプラー周波数変移を与えた光とを干渉し、
光ヘテロダイン出力を得ることにより時系列信号波形と
して記憶された情報を再生するものであり、以下図面に
ついて詳細に説明する。

［発明の構成コ 第１図は本発明を説明する原理図であって、３０は光導
波路の光結合部、３１は光導波路のコア部、３２は先導
波路のクラッド層となる基盤、３３は空気またはクラッ
ド層となる膜、３４は入射導波光に対し光結合部よりの
相対位置及び形状に基ずく複素反射率に依って複数の異
なる振幅及び位相を持つ反射導波光（即ち、振幅と位相
が変調された信号光）を生ずる微小な屈折率不連続部で
ある。屈折率不連続部の形状と位置は、記憶されるべき
情報に応して所定の複素反射率を得るよう記録される。

図では、その形状が例えば半円あるいは半楕円埋め込み
型で大きさは光波長の数分の１〜数倍てある。埋め込み
部の屈折率は空０またはクラット層の屈折率の場合であ
る。この様な屈折率不連続部は光導波路のコア部あるい
はクラット層にあっても同じ効果が実現できる。光導波
路記憶媒体はこの様に要素３０．３１．３２．３３．３
４より構成される。構成材料は例えばコア部３１には光
に透明なポリカーボネイトを用い、クラッド部にはより
屈折率の低いポリメタクリル酸メチル等の高分子材料が
用いられる。

図に示すように、該光導波路記憶媒体の光結合部３０に
対向して配置した発光素子３５よりの光ビームはレンズ
４１で概ね平行光束にし、ハーフミラ−３６により２分
割する。一方の直進する光ビームは、更にレンズ４２て
集光し光結合部３０より導波し、その一部は複数の屈折
率不連続部３４により複数の異なる振幅と位相を持った
反射導波光となり光結合部より戻る光ビームとする。図
に示すように、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、・・　　と記した各々
の屈折率不連続部の形状と相対位置が記録すべき情報（
図では、アナログ情報で説明されている）に応じて、光
導波路中に複数個配置することにより、その形状と伝搬
距離の間数として異なる振幅と位相情報を持った変調信
号光ビームを作ることが出来る。ハーフミラ−３６て反
射された他方の光ビームは、レンズ参照光ビームとする
。該音響光学変調器３７への入射角θ（回折角に等しい
）は、変調周波数と光波長に応じて決められるが、例え
ばθ＝±９０度とすることが出来、その場合はミラー３
８は不用になる。

これら両光ビームは、ハーフミラ−３６で合渡し、レン
ズ４４を経てて光検出器３９に光へテロダイン干渉人力
させる。該入力光は光電変換され、電気信号となり周波
数フィルター４０を経て、図に示すように発光素子３５
からの一定強度の光入力１．　に対して、時系列信号波
形の電気的出力１（ｔ）が得られる。

本原理を物理的に以下に説明する。発光素子３５からの
光ビームの各周波数成分が一つの屈折率不連続部で同時
に反射され一定の振幅と伝搬距離に比例した位相遅れを
受け、その位相遅れに相応するドツプラー周波数変移し
た参照光と干渉する。

その時各周波数成分が同相となり、各周波数成分の振幅
の合計のＳ幅を持った一つのパルスを形成する。さらに
位相が遅れる次の屈折率不連続部からの反射成分につい
ては、時間的に遅れてドツプラー変移周波数参照光と干
渉し、つぎのパルスを形成する。各パルス幅は屈折率不
連続部の２軸方向の長短に、各振幅は屈折率不連続部の
Ｘ軸及びｙ軸方向の大きさにそれぞれ依存する。

かくして、該光再生装置の構成により、該光導波路記憶
媒体に記録された複数の屈折不連続部（図ではａ、　　
ｂ、　ｃ、　ｄ、で示しである）が、時系列信号波形の
電気的出力に対応しく図では、ａ・、ｂ・、Ｃ・、ｄ・
、がそれぞれ対応する）、再生される。各パルスは５ｉ
ｎ（Ｆ　）／Ｆのナイキストのサンプリング形をしてお
り、信号波形はこれらの連なりである。

の屈折率不連続部の長短及び位置などの間数である。こ
れらの値を適宜選択することにより、数ＫＨ２から数十
ＭＨｚまでも、信号変調周波数を設定出来る。各パルス
幅も数十ミリ秒から数十ナノ秒まで設定可能である。発
光素子３５には、必ずしもスペクトル幅の狭い半導体レ
ーザを必要とせず、むしろスペクトル幅の広いインコヒ
ーレント光に近い半導体発光素子の方が、該変調周波数
を高く設定できる。また、光ヘテロダイン干渉法により
、これら時系列信号波形は１０２〜１０’の高い信号対
雑音比で再生できる特徴がある。

［実施例］ 第２１！ｌは本発明の実施例であって、５０は、前記要
素３０．３Ｌ３２．３３．３４で構成された光導波路記
憶媒体５１をチャネル型に多数並置してドラム状に巻い
て、積層ドラム型の立体光ディスクを形成したもの、４
２はフォーカスアクチュエータに設置された光導波路へ
の結合用集光レンズ、５２はトラッキングのために反射
ビームの一部を取り出すビームスプリッタ−５３はトラ
ッキング用光ビームを分離する凹レンズ、５４と５５は
トラッキング用光検出器である。発光素子３５からの光
ビームの楕円状断面の長軸方向両端部を、前記コア部端
面光結合部を挟んでクラット層端面に当て、その反射光
をトラッキング用光ビームとする。５４と５５の光検出
器は光ヘテロダイン検出により高感度かつ高信号対雑音
比でトラッキング用光ビームを捕捉する。さらに両者の
誤差検出に従って集光用マイクロレンズ４２等を光軸方
向に移動させて光導波路の光結合部に合焦し、かつ立体
光ディスク５０の面振れに光再生装置ヘッド５６を追従
させている。

本実施例では、断面２ｘ２μ輻で導波路長１０ｍｍの光
導波路記憶媒体５１を、２μｍ間隔て厚み３．２μ層の
クラット層に埋め込み並置し、ドラム状に巻き積層し、
　トラッキングピッチ幅３．２μ口の立体光ディスク５
０が形成されている。記録された屈折率不連続部の２軸
方向の長さは　１０〜３０μｍ、Ｘ軸方向の深さは　０
．１〜０．５μ鋼で、ｙ軸方向の幅は約０．７μ■で、
各光導波路毎に平均５００個の該不連続部が記録されて
いる。各該屈折率不連続部の光反射率は高々１０−６〜
１０−８としであるので、それらの反射損失があっても
最後の戻り光ビームの減衰率はｌＯ％程度である。図で
は立体光ディスク５０の下側の端面に各光導波路の断面
が間口し・ており光結合部となっている。光結合部の面
は厚み２ｍ＋ｗのポリカーボネイト保護膜がついており
、光導波路の屈折率と整合させ光結合度を高くしである
。また、該光導波路の終端の端面も同様に保護してあり
、同時に該光導波路中を伝搬して来た光が逃げるように
しである。この様な立体光ディスク５０は直径８インチ
で、コンパクトディスク（ＣＤ）と同様に回転しつつ記
憶情報が再生される。

再生装置は、　［発明の構成］の欄で説明したように、
構成されている。発光素子３５ｂ）らの光ビームが、該
光導波路記憶媒体５１へ導波され、その−部が振幅と位
相が変調された信号反射光ビームとなり戻り、他の光ビ
ームは音響光学変調器３７を往復し戻り、ハーフミラ−
３６で合波され、信号光のみを通過させるアイリス５８
を経て、光検出器３９で光ヘテロダイン検波し、周波数
フィルター４０を経て、ミス出力端子５７より、第１図
の１（ｔ）で示した時系列信号波形の電気的出力を得る
。　１つの光導波路記憶媒体からの再生信号は、バッフ
ァーメモリーに一時蓄積し、任意のクロックタイムで転
送する。　１つの光導波路の記憶している情報を読みだ
したのち、立体光ディスク５０の回転と光再生装置ヘッ
ド５６のトラッキングにより、次のチャネルの先導波路
の記憶情報を逐次読み出す。

本実施例の諸元は、例えば典型的には、発光中心波長１
．３μ偏で発光スペクトル幅約２　ｘ　１０Ｉ２Ｈｚの
Ｓ　Ｌ　Ｄ　（Ｓｕｐｅｒ　Ｌｕ＋ｗｉｎｅｓｃｅｎｔ
　Ｄｉｏｄｅ）　　を発光素子３５に用い、音響変調周
波数３５５ＭＨｚを用い、さらに、屈折率分散０．１４
の先導波路に屈折率不連続部の長短と相対位置を平均２
０μｍで記録した本実施例の光導波路記憶媒体の場合、
記憶再生周波数およそ３０Ｍ）ｌｚが実現できる。この
とき最小パルス幅は約３５ナノ秒である。発光素子３５
の光出力は約１ｍＶで、各該屈折率不連続部からの反射
光と参照光に基づく光ヘテロダイン干渉出力の信号対雑
音比は１０’　と大きくとれる。総記憶容量をデジタル
量で換算すると現在のコンパクトディスク（ＩＧｂｙｔ
：ギガバイト）の　５００倍で、ビット当りの機械的ア
クセスタイムは５００分の１、ビットサイクルタイムは
約１４倍が実現できる。

本実施例では、光導波路記憶媒体のメモリ一部を長短大
小の屈折率不連続部で構成し、アナログ信号を記憶再生
する例について説明したが、屈折率不連続部を同じ大き
さでかつ等間隔にそれらの屈折率不連続部の有無を記録
すれば、デジタル信号の記憶再生も可能なことは明かで
ある。また、光導波路記憶媒体を立体ディスクに形成す
る実施例を説明したが、テープに並置したり、カード型
に並置し積層したものも実現できる。さらに、本実施例
では光導波路長を１０１１１１としたが、記憶媒体であ
る光導波路長は必要なメモリー容量に応じて長くも短く
も作成できる。

［効果コ 以上説明したように、本発明の光導波路記憶媒体及び光
再生装置はスペクトル幅の広いインコヒーレントな一定
の光ビームを入射するのみて大量の情報が超高速で読み
出せる利点をもち、また３次元の高密度メモリーが実現
できる利点をもつ光メモリー及び光再生技術を発現でき
、コンピュータ一対応大容量高速光記憶媒体及び光再生
装置として、あるいは大容量３次元コンパクトディスク
として、また、ハイビジョン対応大容量高速３次元光ビ
デオディスク及び光再生装置として、さらには大容量積
層光カートと高速再生Ｈ置等として、極めて有用な光記
憶媒体及び光再生装置を提供できる特徴がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明する図、 第２図は本発明の実施例、 第３ｒ！！Ｉは従来の光記憶媒体の例、第４図は従来の
光再生装置の構成例、 ３０・ ３１　◆ ３２◆ ３３・ ３４　・ ・光導波路の結合部、 ・光導波路のコア部、 ・光導波路のクラッド部（基盤）、 ・光導波路のクラッド部、 ・屈折率不連続部、 ３５・　◆　・ ３６　・　・　・ ３７　・　・　・ ３８・　・ ３９　・　・　・ ４０・　・　・ ４１〜４４・ ５０・　・　・ ５１　・　・　◆ ５２・　・ ５３・　◆　・ 別、　　５５− ５６・　・　・ ５７◆　・　・ ５８・　・　・ ・発光素子、 ・ハーフミラ− ・音響光学変調器、 ・ミラー ・光検出器、 ・周波数フィルター ◆　・レンズ、 ・積層ドラム型の立体光ディスク、 ・光導波路記憶媒体、 ・ビームスプリッタ、 ・凹レンズ、 ・・・トラッキング用光検出器、 ・光再生装置ヘッド、 ・電気出力端子、 ・アイリス、 １００・・・・光記憶媒体、 ＋０１・・・・光反射率の低い凹部、 １０２・・・・光反射率の高い平坦部、１０３◆ ・移動方向矢印、 １１　・　・　・ １２〜１５◆ １６・　◆　・ １７、　　１８・ １９・　・　・ ２０・　・　・ ２１〜２３・ ２４　◆　・　◆ ２５・　・　・ ・半導体レーザ、 ・レンズ、 ・集光レンズ、 ・ハーフミラ− ・１／２波長板、 を整形プリズム、 ・光検出器、 ・記憶媒体、 ・ビームスプリッタ− 第 １図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光導波路の一部に光結合部を設け、微小な屈折率不
   連続部の形状と相対位置とを記録すべき情報の変数とし
   て光導波路に複数個配列し設けたことを特徴とする光導
   波路記憶媒体。 ２、特許請求の範囲第１項記載の光導波路記憶媒体を装
   填でき、前記光結合部に対向して配置した発光素子、音
   響光学変調器あるいは可動ミラー、光検出器、周波数フ
   ィルター、ハーフミラー、ミラー及び複数のレンズとそ
   れぞれを支持する部材とを具備し、該発光素子からの光
   ビームを該レンズを経て該ハーフミラーで２分割し、一
   方の光ビームは他のレンズで集光し該光結合部より前記
   光導波路へ導波し、その一部が複数の屈折率不連続部に
   より反射され振幅と位相が変調を受けた、該光結合部を
   経て戻る反射信号光ビームとなり、他方の光ビームは更
   に他のレンズと該音響光学変調器を経てミラーであるい
   は可動ミラーで反射しドップラー周波数変移し戻る参照
   光ビームとなるを、該ハーフミラーにて結合し、更に他
   のレンズで集光し光検出器に光ヘテロダイン干渉入力さ
   せ、光電変換し、周波数フィルターを経て、時系列信号
   波形の電気的出力を得ることにより、該光導波路記憶媒
   体の記録情報を再生できることを特徴とする光再生装置
   。