JPH06103542B2

JPH06103542B2 - 導波路型光ヘッド

Info

Publication number: JPH06103542B2
Application number: JP1054657A
Authority: JP
Inventors: 正武田; 保光宮崎
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 1989-03-07
Filing date: 1989-03-07
Publication date: 1994-12-14
Anticipated expiration: 2009-12-14
Also published as: JPH02235225A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、テーパ状光導波路を利用して形成され、光デ
ィスクへの信号の記録・再生を行なう光学ヘッド等に適
用可能な導波路型光ヘッドに関する。

〔従来の技術〕

基板に形成された導波層の端部がテーパ状になっている
テーパ状光導波路が知られている（例えば、特開昭60-7
8406号公報）。このようなテーパ状光導波路では、層厚
の一定な導波層を伝搬されてきた導波光をテーパ状の部
分で基板側へ取り出すのであるが、取り出された光は発
散性であることが知られている。

そこで、テーパ状光導波路から基板側へ取り出される光
を上記発散型のものから上記テーパ形状を適当に設計す
ることによって微小な焦点を結ばせることが可能となる
ならば、これを例えば光ディスクの情報記録・再生用照
明スポットとして利用することが期待される。

ところで、光ディスク信号の記録・再生用に用いられる
光学ヘッドに導波路を利用したものとしては、平板型光
導波路上に光カップリング用の回折格子を形成した構成
のものが知られている（特開昭61-236037号公報）が、
この型のヘッドは光を外部へ取り出したり、光ディスク
からの反射光を光導波路に導入するのに回折格子が用い
られているため、例えば、導波光が回折格子の両面側へ
回折されるので光ディスクへの照射に対する光利用効率
が低いこと、また、カップリング用の回折格子の作製が
困難であること等の問題がある。

これに対してテーパ状光導波路は、基板側へ取り出され
る光の放射特性が光源の波長変化に対し安定しており、
また、後述のように光を実質的に全て基板の側へ取り出
しうるので、光の利用効率も高く、また作製も容易であ
るところから、上記光学ヘッドへの高い適用性を有して
いる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、たとえ上述したようにテーパ形状を適当に設計
すことにより微小な焦点を結ばせることが可能となって
も、その焦点が、基板と導波層との境界面のごく近傍に
位置するものであるならば、実際に基板外に取り出され
た状態では発散光束となってしまい、取り出した光の焦
点を光ディスクの記録・再生用の照明等に直接的に利用
することが出来ない。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであっ
て、その目的とするところは、基板側に取り出される光
を、上記境界面から離れた位置の微小な一点の焦点に集
束させうるテーパ状導波層を利用した新規な導波路型光
ヘッドを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明による導波路型光ヘッ
ドは、導波層形成用の平面を有し、導波層より低い屈折
率をもち、導波光に対して透明な基板と、この基板の上
記平面上に形成された導波層とにより構成され、上記導
波層は層厚が均一な均一層厚導波層と、この均一層厚導
波層に連接され、連接部では均一層厚導波層と同一の層
厚を有し、上記連接部を離れるに従って層厚が漸次減少
し、上記均一層厚導波層を伝播されてくる導波光を基板
側へ放射するテーパ状導波層とからなり、且つ、上記導
波層は該導波層の幅方向に集光作用を有するレンズを備
え、上記テーパ状導波層によって基板側に放射された放
射光を光ディスク上にスポット状に集束させるように構
成されたことを特徴とする。

また、上記導波路型光ヘッドにおいて、基板は導波層形
成用の平面を共有する伝搬基板と放射基板とを導波層に
おける導波方向へ連接してなり、上記放射基板は上記伝
搬基板よりも大きい屈折率を有し、上記伝搬基板と放射
基板の連接部が、上記伝搬基板と導波層の屈折率、テー
パ状導波層の形状により定まる放射開始位置に近く、且
つこの放射開始位置を上記導波方向において越えないよ
うに設定されたことを特徴とする。

また、上記目的を達成するための別の構成として、本発
明による導波路型光ヘッドは、導波層形成用の平面を有
し、導波層より低い屈折率をもち、導波光に対して透明
な基板と、この基板の上記平面上に形成された導波層
と、上記基板の上記平面に埋設されたクラッド層とを有
し、上記導波層は層厚が均一な均一層厚導波層と、この
均一層厚導波層に連接され、連接部では均一層厚導波層
と同一の層厚を有し、上記連接部を離れるに従って層厚
が漸次減少し、上記均一層厚導波層を伝搬されてくる導
波光を基板側へ放射するテーパ状導波層とからなり、上
記クラッド層は上記基板よりも低屈折率で、上記テーパ
状導波層の形状と導波層，基板の屈折率で定まる基板側
への放射開始位置を含むように設けられると共に、上記
導波層は該導波層の幅方向に集光作用を有するレンズを
備え、上記テーパ状導波層によって基板側に放射された
放射光を光ディスク上にスポット状に集束させるように
構成されたことを特徴とする。

〔作用〕

本発明の導波路型光ヘッドでは、導波層に形成されたレ
ンズが導波光を導波層の幅方向に集光するように作成
し、且つ、テーパ状導波層は導波層内を伝搬された導波
光を基板側に放射し、この基板側に放射された放射光を
光ディスク上にスポット状に集束させるように作用す
る。

〔実施例〕

以下、本発明を図面を参照して詳細に説明する。

先ず、本発明の導波路型光ヘッドに適用されるテーパ状
光導波路に関し説明する。

第６図は本発明に適用されるテーパ状光導波路の一例を
説明図的に示している。

同図において、符号10は基板、符号20は導波層を示して
いる。

導波層20は均一な層厚の均一層厚導波層21と、テーパ状
導波層22とにより構成されている。

基板10は伝搬基板11と放射基板12とを連接して構成され
るが、これら伝搬基板11,放射基板12は、ともに導波光
に対して透明であって、導波層形成用の平面を共有し、
均一層厚導波層21とテーパ状導波層22からなる導波層20
は上記平面上に形成されている。

以下の説明のために、図の如く、X,Z方向を定める。Ｚ
方向は基板10の上記平面に一致し、導波光の伝搬方向に
対応する。即ち、導波光は均一層厚導波層21を第６図の
右方へ導波伝搬される。Ｘ軸は上記平面に直交するが、
このＸ軸の位置は均一層厚導波層21とテーパ状導波層22
の連接部を表している。従って、テーパ状導波層22は、
第６図でＸ軸の右側の部分である。

このテーパ状導波層22の形成された領域TRをテーパ領域
と呼ぶ。

導波層20の上の領域は、空気により占められた空気領域
である。屈折率の関係は、例えばこの例では、基板10の
屈折率は伝搬基板11が1.51、放射基板12が1.515、導波
層20の屈折率が1.52、空気の屈折率は１である。従っ
て、空気領域、伝搬基板11、放射基板12、導波層20の順
に屈折率が高くなっている。また、均一導波層21の厚さ
は2.63μｍ、テーパ領域TRの長さは6000μｍであり、伝
搬される光の波長は0.6328μｍ（He-Neレーザー光）を
想定している。

テーパ状導波層22の自由表面（空気領域との境界面）の
形状は、図の如く均一層厚導波層21との連接部では均一
層厚導波層21と一の層厚を持ち、この連接部から離れる
に従って層厚が小さくなることによりテーパを構成して
いる。

もっとも、上述のようにテーパ領域の長さに比して均一
層厚導波層の厚さは極めて小さいので、テーパとは言っ
てもその傾きは極めて小さい。

テーパ領域TRの形成においては、シャドウマスクスパッ
タリング法でマスクをＺ方向へ移動させつつスパッタリ
ングを行ないマスクの移動速度を制御することで種々の
テーパ形状を容易に実現できる。

次に、上記テーパ導波路の作用について説明する。

第６図において、均一層厚導波層21をＺ方向へ導波伝搬
する光波は波長0.6328μｍ、導波モードは基本波である
TE₀モードである。均一層厚導波層21の層厚を2.63μｍ
としているから、このモードにおける実効屈折率はＮ＝
1.5107となる。また、伝搬モードを平面波の重ね合わせ
として捉え、その素波について漸近界として準幾何光学
的考察を行なう。即ち、素波である平面波をその波面の
法線方向へ伝搬する光線の集合として取り扱う。上記実
効屈折率を用いると、入射TE₀モードは伝搬角θｉが86.
42度の光線群として表される。なお、以下の説明で角度
は、特に断らないかぎりＸ軸となす角で表すものとす
る。

さて、均一層厚導波層21を伝搬される光線は基板10との
境界面及び空気領域との境界面で全反射を繰り返しなが
ら、ジグザグに伝搬する。

このような伝搬光がテーパ状導波層22に入射すると、第
７図に示すようにテーパ状導波層22の自由表面、即ち空
気領域との境界面の接線2AがＺ方向に対し傾いているた
めに、上記自由表面で全反射されて基板10との境界面に
再入射するときは、その入射角θは、均一層厚導波層21
における伝搬角θｉよりも小さくなる。このように、テ
ーパ状導波層22では、テーパ領域TR内での反射が繰り返
されるにつれて伝搬角が次第に小さくなる。

一方、図示の例において、テーパ状導波層22と基板10と
の境界面での全反射の臨界角は伝搬基板11に対して83.4
2度、放射基板12に対して83.35度、テーパ状導波層22と
空気領域の境界面での全反射の臨界角は41.14度であ
る。

ここで、簡単のために基板全体が伝搬基板11で構成され
ているものとすると、テーパ状導波層22に入射した光
は、反射を繰り返しつつジグザグに伝搬する内に、基板
10及び空気領域側境界面、即ち自由表面への入射角が次
第に小さくなるが、先ず基板10側への入射角が上記臨界
角83.42度を越えて小さくなり、こうなると光のパワー
の一部は、基板10の側へ漏れ出て行く。このときの漏出
パワーの割合は、導波層20の屈折率、基板10の屈折率な
らびに反射点への光線の入射角に依存し、フレネルのパ
ワー透過係数として知られる関係式により算出すること
ができる。上記の如くパワーの漏れ出しが開始される位
置が放射開始位置である。

さらに反射が繰り返されて、空気領域側境界面への入射
角が上記臨界角41.14度よりも小さくなると空気領域へ
も光が漏れ出ていくが、実際的見地からすると、上記両
境界面における全反射の臨界角の差が大きいので上記基
板側への光の漏れ出しが始まってから、空気領域での漏
れ出しが始まる前に、実質的に殆どの光は基板の側に漏
れ出してしまう。従って、空気領域側への漏れ出しを考
慮する必要はない。

尚、基板10の側へ漏れ出す光の方向αは屈折に関するス
ネルの法則により知ることができる。

さて、上記の如く基板全体が伝搬基板でできているもの
と考えて基板の側に上記の如く漏れ出す光、即ち放射光
線の振る舞いを以下の如くして調べた。

再び第６図を参照すると、均一層厚導波層21を伝搬する
光は、上述の如く一様に86.42度の伝搬角θｉをもって
伝搬する。したがって、かかる光が連接部Ｘ軸でテーパ
状導波層22に入射するとき、入射光線は何れもＸ軸に対
してθｉの角度を持つ。そこで先ず、連接部を斜め右上
向きに横切って直接にテーパ状の表面に入射する光を考
えると、この光の総体は、基板10との境界において、第
６図のＯ点（連接部）とＰ点との間で反射してテーパ状
導波層22に入射する光であり、Ｏ点とＰ点との距離は、
層厚2.63を用いると、 2.63tan（86.42度）＝42.04μｍとなる。

同様に、連接部を斜め右下向きに横切って入射し、基板
10との境界面で一度反射したのちテーパ領域の自由表面
に入射する光線の総体は、第６図のＯ点とＱ点との間に
入射する光である。尚、Ｏ点とＱ点との距離も上記と同
じ42.04μｍである。

従って、連接部を通って、テーパ状導波層22に入射する
光線としては、第６図の領域IPから右上がりにθｉの角
で反射するものを考えれば、全ての導波光を考慮したこ
とになる。

そこで、この領域IPから右上がりにθｉの角度で全反射
する多数の光線に付いて追跡を行なった。

先ず、テーパ状導波層の自由表面形状が上記振る舞いに
及ぼす効果を見るために、自由表面の形成として第８図
に示す様な凹面形状4-1、直線形状4-2、凸面形状4-3を
想定した。これらの形状は、ａ＝2.63μm,b＝1/6000と
し、パラメータをｃとすると、Ｘ＝ａ｛1-（ｂ・Ｚ）^Ｃ｝・・・・（１）と表すことができ、凹面形状4-1、直線形状4-2、凸面形
状4-3に対して、パラメータｃは、それぞれ0.5,1,2であ
る。また、先の例で述べた様に均一層厚導波層の厚さは
2.63μｍであり、テーパ領域の長さは6000μｍである。

基板側へ漏れ出した放射光線の振る舞いを調べるにあた
って、放射光線の基板内における光線の集中度を調べ
る。この集中度は光線密度として以下の様に定義され
る。即ち、第９図のようにＺ軸に直交する平面Zobsを考
え、この平面ZobsをＸ方向に２μｍづつの区間に分割
し、各区間を通る放射光線数ｍをカウントし、全放射光
線数ｍとの比（m/m）≡Ｄとして、光線密度Ｄを定義す
るのである。また、最大の光線密度を持つ区間を最大光
線密度位置と呼び、この最大光線密度位置が基板中のど
の位置にあるかは、上記平面Zobsの位置をＺ方向へ１μ
ｍステップで走査させてこれを見出す。

尚、放射光線の振る舞いを調べるにあたっては、放射に
伴う導波層、基板間のパワーの収支は考慮せず、導波層
内における反射光線および基板内の放射光線をパワーを
捨象して追跡し、またＺ軸のプラス方向、即ち、第９図
右方への伝搬のみを考慮することとし、上記反射光線の
基板側境界面への入射角が≦０となった時点をもって追
跡を終了する。

第６図の領域IPのＸ＝Ｚ＝０の位置で全反射された１光
線を上記の如き方法で追跡し、この１光線から基板側へ
次々に漏れ出した多数の放射光線の、基板10内における
伝搬の様子を調べた結果を第10図に示す。この図は、テ
ーパ状導波層の自由表面の形状が第８図の凸面4-3（ｃ
＝２）の場合について、上記最大光線密度位置を通過す
る放射光線群（第10図（II））と通過しない放射光線群
（同図（Ｉ），（III））とに分けて示したものである
が、テーパ状導波層の自由表面形状が凸面か、凹面か或
は直線状であるかによらず、定性的には同様の振る舞い
で有ることが分かった。即ち、自由表面の形状に拘らず
一般に、最大光線密度位置を通過する光線群を放射する
放射領域（第10図ではAB間領域）を挟んで、最大光線密
度位置を通過しない光線を放射する放射領域が存在す
る。

しかし、テーパ状導波層22への入射位置を領域IP内で移
動させたとき、上述の最大光線密度位置がどのように変
動するかを第８図に示す３種の表面形状、即ち、凹面
（ｃ＝0.5）、直線状（ｃ＝１）、凸面（ｃ＝２）につ
いて調べたところ、上記自由表面の形状が凹面、直線状
の場合は、追跡光線の起点位置が領域IP内で変動するこ
とにより最大光線密度位置はX,Z両方向において変動す
るが、自由表面の形状が凸面の時は全く変動せず、光線
の集束性が極めて安定していることが分かった。

第11図は追跡光線の起点位置の変動に伴う最大光線密度
位置の変動の様子を示す。同図（Ｉ），（II）におい
て、縦軸Ziは上記起点のＺ座標、横軸はそれぞれ最大光
線密度位置のＺ方向及びＸ方向の変動量を表す。破線
は、自由表面が凹面（ｃ＝0.5）の場合、実線は直線形
状（ｃ＝１）の場合である。

自由表面形状が凸面（ｃ＝２）の場合は、最大光線密度
位置は、追跡光線の起点の変動に対し全く変動しない。
即ち、放射光線の振る舞いは追跡光線の起点位置の変動
に対し極めて安定している。調べてみると、この傾向は
上記ｃ＝２の場合に限らず、ｃ＝3,4・・・等の場合や
三角関数等で表される凸面の場合にも当てはまることが
分かった。

ところで、上の説明は、前述したように追跡光線におけ
るパワー収支を考慮していない。しかし実際の放射にお
いては勿論パワーの収支が考慮されなければ成らない。
このパワーの収支を考慮すると次の如き問題がある。

即ち、第10図で符号Ａで示す位置の左側には、先に説明
した放射開始位置がある。この放射開始位置は、基板1
0、導波層20の屈折率、テーパ領域の形状により定まる
が、もし基板10全体が伝搬基板11で構成されているもの
とすれば、上記放射開始位置から基板側への光の漏れ出
しが始まるが、この漏れ出し量は基板への入射角と反射
率とによって定まる。そこで、この漏れ出しにより各放
射光線毎にそのパワー即ち光強度をフレネルのパワー透
過係数により計算してみると、均一層導波層を伝搬して
来てテーパ状導波層から基板側へ放射される光のパワー
は、放射開始位置から僅かに10回程度の反射と放出とが
繰り返される間にその全てが基板側へ放出されてしまう
のである。その結果、かかる場合には、第６図のIPの範
囲から入射した各光線に就いての各光線毎の導波層内の
パワーは高々10本程度の上記放射光線により放射される
が、これら光線は、比較的狭い空間部分に集束する。第
12図は、この状態を略示している。

しかし、同図に示す様に放射開始位置近傍からの放射光
線の屈折角、即ち放射角は90度に近く、従って、放射光
線の集束に伴うパワーの集中は基板10の内側の導波層20
との境界面に極めて近い位置において起きることにな
る。従って、このような場合、パワーの集中位置を基板
外に設定することは著しく困難となり、結局、基板外に
取り出しうるのは発散性の光束であることになる。

そこで、本発明では、基板10を伝搬基板11とこれより屈
折率の大きい放射基板12とで構成し、その連接部の位置
を、放射開始位置に近く、且つこの放射開始位置を上記
導波方向において越えないように設定することにより放
射光線のパワー集中位置を基板、導波層の境界面から離
れた位置に設定することを可能にした。

再び、第６図を参照すると、この例でテーパ状導波層22
の自由表面形状は第８図の凸面4-3と同一形状である。
導波層20に波長0.6328μｍのレーザー光をTE₀導波モー
ドで導波させた時の、基板側への放射開始位置Ｒは、Ｚ
＝０の位置から4058μｍの位置にある。

また、上記例では、伝搬基板11と放射基板12との連接部
は放射開始位置Ｒよりも若干Ｘ軸側にずれた位置に設定
されているが、連接部の設定位置は上記の如く、放射開
始位置に近く且つこの放射開始位置を上記導波方向にお
いて越えないことが条件であるから、連接部の位置は放
射開始位置Ｒの位置を限界として放射開始位置Ｒ近傍に
設定できる。

放射基板12の屈折率は伝搬基板の屈折率より大きいので
伝搬光はテーパ状導波層22内を反射して放射基板12に入
射すると放射基板12内へと放射が開始される。

もし、基板全体が伝搬基板で構成されているならば、放
射開始位置で放射される放射光線の方向は前述の如く基
板と導波層の境界面に近く沿ったものとなりパワーの集
中は上記境界面のごく近傍に生じるが（第12図（Ｉ）参
照）、放射基板12は伝搬基板よりも大きい屈折率を持
ち、従って導波層20との屈折率の差が小さい。このた
め、放射基板12内に漏れ出す放射光線の屈折角即ち放射
角は、放射開始位置で伝搬基板内に放射される放射光線
に比べて小さく、第12図（II）に示すように、上記境界
面に対し立ち上がった方向となり、放射光線の交差によ
りパワーが集中する位置は、上記境界面から離れた位置
に位置することになり、従って、放射光線のパワーを実
際に基板外で集中させることも可能になる。尚、放射基
板12内への放射は放射開始位置の近傍で始まるため、こ
の状態では互いに隣接する放射光線の放射位置の間隔が
比較的広く、従って比較的広い領域からの放射光線を集
束させることができる。

以上のように、本発明に適用されるテーパ状光導波路
は、第13図に示す様に、領域Ｉで伝搬角を変化させ、領
域IIで放射を開始させ、その際、放射角を小さくするた
めに導波層との屈折率差の小さい放射基板を領域IIに用
い、基板表面に対し立ち上がった放射光線によりパワー
を取り出すことによりパワー集中の位置を基板表面から
遠ざける点にある。

尚、上述の例では、テーパ状導波層の自由表面の形状を
凸面形状としたが、これに限るものではない。しかし、
凸面状の自由表面を用いると、パワーの集中位置の安定
性が良くなる。

さて、以上において説明したテーパ状光導波路は、基板
が伝搬基板と、これより屈折率の大きい放射基板で構成
され、放射角の小さい放射光線を放射基板内に取りだす
ので、導波光のパワーを基板と導波層との境界面から離
れた位置に位置させることができ、また、テーパ状導波
層の自由表面形状を凸面とすることにより、パワー集中
の安定性を高めることが可能となる。したがって、光デ
ィスクの情報記録・再生用光学ヘッド等への適用可能な
導波路型光ヘッドへの適用性が向上する。

次に、上述したテーパ状光導波路と同様の機能を有し、
本発明による導波路型光ヘッドに適用可能なテーパ状光
導波路の別の例を示す。

第15図（Ｉ），（II）はテーパ状光導波路の別の一実施
例を説明図的に示している。

第15図（Ｉ），（II）において、このテーパ状光導波路
は基板10と導波層20とクラッド層30とを有しており、上
記基板10は導波層形成用の平面を有し、導波層20より低
い屈折率を持ち、導波光に対して透明である。

上記導波層20は、この基板10上に形成され、クラッド層
30は上記基板10の導波層形成用の平面に埋設される。ま
た、上記導波層20は均一層厚の均一層厚導波層21と、こ
の均一層厚導波層21に連接され、連接部では均一層厚導
波層21と同一の層厚を有し、上記連接部を離れるに従っ
て層厚が漸次減少し、上記均一層厚導波層21を伝搬され
てくる導波光を基板側へ放射するテーパ状導波層22とか
らなっている。

上記クラッド層30は、上記テーパ状導波層22の形状と導
波層20、基板10の屈折率で定まる基板側への放射開始位
置Ｒを含むように設けられる。

また、クラッド層30は、このクラッド層部分でテーパ状
導波層22からの光の漏れ出しを全反射により防止するた
めに設けられており、その屈折率は基板10の屈折率に比
べて低い。

また、導波層20のテーパ状導波層22の自由表面は、上記
基板10から突出するような凸面形状となすことができ
る。

さて、以上のように構成されたテーパ状光導波路におい
ては、導波層20の構成は先の第６図乃至第13図に示した
テーパ状光導波路と同様の構成のため、その作用効果も
同様のものである。ここで、先のテーパ状光導波路との
違いは、放射光線の放射開始位置を制限する手段として
基板10にクラッド層30を設けた点に有る。

即ち、もしこの部分にクラッド層が無ければ、光の漏れ
出しは放射開始位置Ｒから始まる。しかるに、放射開始
位置Ｒを含むように基板10よりも低屈折率のクラッド層
30が設けられたため、クラッド層30がなければ位置Ｒか
ら放射を開始する光線もクラッド層部分ではなお全反射
を繰り返し、実質的な放射開始点は、第15図（II）に示
す様にクラッド層30の右端部まで移動することになる。
従って、この位置で実際に放射が開始されるときは、テ
ーパ状導波層内部で基板へ入射する光線の入射角を十分
に小さくでき、その結果、放射角も小さくなり、各放射
光線は基板10と導波層20との境界面に対し立ち上がった
ものとなり、且つ放射光線相互が互いに平行に近くなる
ため、パワーの集中する位置は上記境界面から離れた位
置に位置することになり、従って、放射光線のパワーを
実際に基板外で集中させることも可能になる。

したがって、このテーパ状光導波路の本質は、第15図
（Ｉ），（II）に示す様に、テーパ導波層22の領域Ｉで
は、伝搬角を変化させ、クラッド層30の設置された領域
IIでは基板表面に近く沿った放射光線の放射を有効に制
限し、領域IIIで基板表面に対して立ち上がった放射光
線によりパワーを取り出すことによりパワー集中の位置
を基板表面から遠ざける点にある。

このように、第15図（Ｉ），（II）に示すテーパ状光導
波路は、クラッド層30を持ち、このクラッド層30により
放射光線の放射開始位置を調整できるので、導波光のパ
ワーを基板10と導波層20との境界面から離れた位置に位
置させることができ、また、テーパ状導波層22の自由表
面形状を凸面とすることによりパワー集中の安定性を高
めることが可能となる。従って、光ディスク情報の記録
・再生用光学ヘッド等に適用可能な導波路型光ヘッドへ
の適用性が向上する。

次に、第14図は、第６図乃至第13図を参照して説明した
テーパ状光導波路を導波路型光ヘッドに利用する場合の
１例を示しており、また、第16図は第15図を参照して説
明したテーパ状光導波路を導波路型光ヘッドに利用する
場合の１例を示している。

第14図、第16図に示すように、何れのテーパ状光導波路
を用いた場合においても、基板10側へ取り出される光に
は、導波層20の幅方向への集束性はないので、基板側に
取り出された光を光ディスク50上にスポット状に集束さ
せるためには、例えば、シリンドリカルレンズ40をアナ
モフィックな光学系として使用し、このシリンドリカル
レンズ40によって導波層の幅方向への集束性を持たせる
ことができる。

尚、前述の第６図乃至第14図を参照して説明したテーパ
状光導波路については、本願発明者らによる、「武田・
宮崎；集積形光ディスクヘッド用テーパ導波路の集光特
性：電子情報通信学会論文誌Vol.J71-C,No.11,P.1552〜
1558,1988年11月」に詳細な説明がある。

ところで、導波路の外部に上述のようなレンズを取付け
るには、複雑な光軸合わせや、基板とレンズ間のギャッ
プの管理など不便な点が多く好ましくない。

そこで、本発明においては、先に示したテーパ状光導波
路の導波層に該導波層の幅方向に集光作用を有するレン
ズ部（導波路レンズ）を設け、該レンズ部とテーパ状導
波層とによって導波層から基板側に放射された放射光を
基板外で集束させ、光ディスク上等にスポット状に集束
させるようにする。

以下、図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明による導波路型光ヘッドの一実施例を示
すテーパ状光導波路の概略的斜視構成図を示している。

同図において、符号１は導波層を示し、この導波層は第
６図乃至第13図を参照して説明したテーパ状光導波路と
同様の均一層厚導波層とテーパ状導波層とによって構成
されている。尚、均一層厚導波層の層厚は２μｍ前後で
ある。

また、符号2,3は基板を示しており、この基板は上記導
波層１形成用の平面を共有する伝搬基板２と放射基板３
とを上記導波層１における導波方向へ上記順序に連接し
てなり、上記放射基板３は伝搬基板２よりも大きい屈折
率を有する。ここで、上記導波層１の屈折率をnf、伝搬
基板２の屈折率をns、放射基板３の屈折率をncとする
と、nf＞nc＞nsの関係となる。

また、上記伝搬基板２と放射基板３との連接部は、上記
伝搬基板２と導波層１の屈折率、テーパ状導波層の形状
により定まる放射開始位置に近く、且つこの放射開始位
置を上記導波方向において越えないように設定されてい
る。

また、第１図において符号７は本発明の特徴をなす導波
路レンズを示しており、この導波路レンズ７は導波層
（均一導波層又は放射位置より手前のテーパ状導波層の
何れでも可）１に形成され、該導波層１の幅方向（図中
ｙ方向）に集束作用を有するように構成されている。
尚、この導波路レンズ７としては、第２図（ａ）及び第
３図（ａ），（ｂ）に示すモードインデックスレンズ、
第２図（ｂ）に示すルネブルグレンズ、第２図（ｃ）に
示すジオデシックレンズ、あるいは第４図に示すグレー
ティングレンズ（図示の例ではフレネルレンズ）等の導
波路レンズを用いることができる。

さて、以上の構成からなるテーパ状光導波路は、導波路
レンズ７を除いて、先の第６図乃至第13図を参照して説
明したテーパ状光導波路と同様に構成されているため、
同様の機能を有する。したがって、本発明の特徴は、テ
ーパ状光導波路を光ヘッドに適用するに際し、シリンド
リカルレンズ等の外部レンズと同等な機能を有するレン
ズを導波層１上に一体に形成することによって導波層１
の幅方向にも集束性を持たせたことにある。

次に、第１図に示すテーパ状光導波路の機能について説
明する。

第１図において、Butt結合（半導体レーザーを直接導波
層１端面に密着させる方法）等によりレーザー光が導波
層１に入射されると、導波層１内を伝搬する導波光６は
導波路の基本波であるTE₀モードとなり、このTE₀モード
の導波光６は、導波層１内を図中Ｚ方向に伝搬するに従
って、ビーム幅を徐々に広げつつ導波路レンズ７に到達
する。尚、コリメートレンズを付加した場合は、平行光
が到達する。

導波路レンズ７に到達した導波光６は、導波路レンズ７
の集束作用により、導波層１の幅方向に集束する集束光
となり、空気中の焦点８に集束されるビームとなる。
尚、導波路レンズ７の集束作用は導波層の幅方向即ち図
中ｙ方向の成分のみである。

さて、導波路レンズ７を通過した導波光は、除々にビー
ム幅を狭めつつテーパ状導波層のテーパ部４に到達し、
このテーパ部４の作用により、基板2,3への漏洩波とし
て放射され、放射基板３の端面５から基板外に放射され
る。この放射光９は、上記テーパ部４の作用ならびに基
板２、基板３の作用により、今度は図中ｘ方向の成分の
集束性を持ち、焦点８に集束するビームとなる。したが
って、本発明によるテーパ状光導波路を用いた場合に
は、導波路レンズ７及びテーパ状導波層と基板の作用に
より、外部に放射される放射光９は、図中x,y方向に集
束される放射光となり、空気中の焦点８に微小な光スポ
ットを形成することができる。

したがって、第１図に示すテーパ状光導波路を光ヘッド
として利用する場合には、焦点８の位置に光ディスクを
配置すればよく、放射光９をこの光ディスク上にスポッ
ト状に集束させることができる。また、光ディスクから
反射される信号光は上述の経路を逆にたどり、再び導波
層１を逆方向に伝搬され、信号検出される。尚、信号光
を検出する光検知器等を導波層内に形成することもでき
る。

ところで、第１図に示すテーパ状光導波路では、先の第
６図乃至第13図で説明したテーパ状光導波路の導波層に
導波路レンズを設けた例を示したが、第15図に示したク
ラッド層を有するテーパ状光導波路の導波層に導波路レ
ンズを設けても、同様の作用効果を得ることができ、同
様に導波路型光ヘッドに適用することができる。

第５図はその一実施例を示す導波路型光ヘッドの概略的
斜視構成図であって、この導波路型光ヘッドは、導波層
形成用の平面を有し導波層より低い屈折率を持ち導波光
に対して透明な基板２と、この基板２の上記平面上に形
成された導波層１と、上記基板２の上記平面に埋設され
たクラッド層30とを有し、上記導波層１は層厚が均一な
均一層厚導波層と、この均一層厚導波層に連接され、連
接部では均一層厚導波層と同一の層厚を有し、上記連接
部を離れるに従って層厚が漸次減少し、上記均一層厚導
波層を伝搬されてくる導波光６を基板２側へ放射するテ
ーパ状導波層とからなり、上記クラッド層30は上記基板
２よりも低屈折率で、上記テーパ状導波層の形状と導波
層1,基板２の屈折率で定まる基板２側への放射開始位置
を含むように設けられると共に、上記導波層１は、導波
層１の幅方向に集光作用を有する導波路レンズ７を備
え、上記テーパ状導波層４によって基板２側に放射され
た放射光を基板外の光ディスク面上にスポット状に集束
させるように構成されている。

即ち、第５図に示す構成の導波路型光ヘッドは、先の第
15図を参照して説明したテーパ状光導波路の導波層１内
に、先の第２図乃至第４図に示した導波路レンズ７を付
加することにより、導波層１の幅方向にも集束性を持た
せたものであり、第１図に示した導波路型光ヘッドと同
様の作用効果を得ることができるものである。

〔発明の効果〕

以上、本発明によれば、光ヘッドの主要部を構成するテ
ーパ状光導波路に集束性を持たせることができるため、
シリンドリカルレンズ等の外部レンズを用いずに、光デ
ィスク上に微小な光スポットを形成することができる。

したがって、本発明による導波路型光ヘッドでは集光光
学系をテーパ状光導波路のみによって構成することがで
き、光軸合わせはテーパ状光導波路形成時にフォトリソ
グラフィ等の薄膜プロセスで行なえるため、組み付け、
調整の手間が大幅に低減される。また、シリンドリカル
レンズ等の光学部品点数も大幅に減少されるため、安価
な光ヘッドを提供することができる。

また、本発明による導波路型光ヘッドでは集光光学系を
テーパ状光導波路のみによって構成することができるた
め、小型化、軽量化が容易に図れ、且つ、導波路型光ヘ
ッドの高安定化及び信頼性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による導波路型光ヘッドを構成するテー
パ状光導波路の一実施例を示す概略的斜視構成図、第２
図乃至第４図は同上テーパ状光導波路の導波層に形成さ
れる導波路レンズの例を夫々示す図、第５図は本発明に
よる導波路型光ヘッドを構成するテーパ状光導波路の別
の実施例を示す概略的斜視構成図、第６図は本発明の導
波路型光ヘッドに適用し得るテーパ状光導波路の一例を
説明図的に示す図、第７図乃至第13図は同上テーパ状光
導波路による作用を説明するための図、第14図は第６図
に示すテーパ状光導波路を利用した光ヘッドの一例を示
す図、第15図は本発明の導波路型光ヘッドに適用し得る
テーパ状光導波路の別の例を説明図的に示す図、第16図
は第15図に示すテーパ状光導波路を利用した光ヘッドの
一例を示す図である。 1,20……導波層、2,11……伝搬基板、3,12……放射基
板、４……テーパ部、５……出射端面、６……導波光、
７……導波路レンズ、８……集光焦点、９……放射光、
10……基板、21……均一層厚導波層、22……テーパ状導
波層、30……クラッド層、50……光ディスク。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導波層形成用の平面を有し、導波層より低
い屈折率をもち、導波光に対して透明な基板と、この基
板の上記平面上に形成された導波層とにより構成され、
上記導波層は層厚が均一な均一層厚導波層と、この均一
層厚導波層に連接され、連接部では均一層厚導波層と同
一の層厚を有し、上記連接部を離れるに従って層厚が漸
次減少し、上記均一層厚導波層を伝播されてくる導波光
を基板側へ放射するテーパ状導波層とからなり、且つ、
上記導波層は該導波層の幅方向に集光作用を有するレン
ズを備え、上記テーパ状導波層によって基板側に放射さ
れた放射光を光ディスク上にスポット状に集束させるよ
うに構成されたことを特徴とする導波路型光ヘッド。
【請求項２】請求項１記載の導波路型光ヘッドにおい
て、基板は導波層形成用の平面を共有する伝搬基板と放
射基板とを導波層における導波方向へ連接してなり、上
記放射基板は上記伝搬基板よりも大きい屈折率を有し、
上記伝搬基板と放射基板の連接部が、上記伝搬基板と導
波層の屈折率、テーパ状導波層の形状により定まる放射
開始位置に近く、且つこの放射開始位置を上記導波方向
において越えないように設定されたことを特徴とする導
波路型光ヘッド。
【請求項３】導波層形成用の平面を有し、導波層より低
い屈折率をもち、導波光に対して透明な基板と、この基
板の上記平面上に形成された導波層と、上記基板の上記
平面に埋設されたクラッド層とを有し、上記導波層は層
厚が均一な均一層厚導波層と、この均一層厚導波層に連
接され、連接部では均一層厚導波層と同一の層厚を有
し、上記連接部を離れるに従って層厚が漸次減少し、上
記均一層厚導波層を伝搬されてくる導波光を基板側へ放
射するテーパ状導波層とからなり、上記クラッド層は上
記基板よりも低屈折率で、上記テーパ状導波層の形状と
導波層，基板の屈折率で定まる基板側への放射開始位置
を含むように設けられると共に、上記導波層は該導波層
の幅方向に集光作用を有するレンズを備え、上記テーパ
状導波層によって基板側に放射された放射光を光ディス
ク上にスポット状に集束させるように構成されたことを
特徴とする導波路型光ヘッド。