WO2003060893A1 - Optical pickup - Google Patents

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    • G02B6/4208Packages, e.g. shape, construction, internal or external details the coupling comprising intermediate optical elements, e.g. lenses, holograms with optical elements reducing the sensitivity to optical feedback using non-reciprocal elements or birefringent plates, i.e. quasi-isolators

Definitions

  • the present invention relates to an optical pickup using an optical fiber module.
  • an optical fiber is useful and utilized as an optical wiring for separating an optical head from a semiconductor laser and for guiding a light beam from the semiconductor laser to the optical head. I have.
  • the semiconductor laser since the shape of the core at one end of the optical fiber coupled to the semiconductor laser is circular, the semiconductor laser must be used to increase the efficiency of coupling from the semiconductor laser to the optical fiber.
  • An optical system such as an anamorphic prism that converts the laser light with an elliptical cross section emitted from the laser into a circular cross section was required. Incorporating such an optical system such as an anamorphic prism makes it difficult to reduce the size of the optical pickup.
  • the shape of the laser beam at one end of the optical fiber is made elliptical in cross section in accordance with the laser beam of the semiconductor laser, so that the coupling efficiency is increased.
  • An optical fiber having a configuration capable of converting a light beam having a circular cross section into a sinal mode has been proposed.
  • the optical axis is Z, and the refractive index of the core in the X and Y directions of three orthogonal X, ⁇ , and Z axes that are orthogonal to each other.
  • the first optical fiber has a distribution shape of a square distribution, and the gradients of the refractive index distributions in the X and Y directions are different from each other, and is attached to one end of the first optical fiber.
  • An optical fiber comprising a single-mode optical fiber and a second optical fiber formed by covering the core with a cladding.
  • this optical fiber also has a single-mode optical fiber constituting the second optical fiber because it is polarization-independent.
  • an optical fiber module equipped with an optical fiber to reduce the size and to use the light from the light source with high efficiency.
  • An optical pickup device provides a semiconductor laser and an optical fiber formed by covering the periphery of a core with a clad, and having an optical axis.
  • the refractive index distribution of the core in the X and Y directions of the three axes X, ⁇ , and Z orthogonal to each other is assumed to be a square distribution, and the gradients of the refractive index distribution in the X and Y directions are mutually A different value
  • An optical fiber formed by covering the periphery of a core with a clad, and a second optical fiber having a birefringent core, the ends of which are connected to each other.
  • a semiconductor laser and an optical head having at least an objective lens and a photodetector, such that laser light emitted from the semiconductor laser is incident on the other end of the first optical fiber; Fibers are arranged to form an optical fiber module, and the optical fibers are used as optical wiring for guiding laser light emitted from a semiconductor laser to a light head.
  • the optical axis is defined as the Z axis, and the refractive index distribution shapes of the cores in the X and Y directions of the three orthogonal axes X, ⁇ , and Z are all squared.
  • the first optical fiber which has a distribution shape and gradients of the refractive index distribution in the X and Y directions different from each other, converts the field distribution (electromagnetic field distribution) of incident light.
  • a fiber for example, that converts incident light with an elliptical field distribution to light with a circular field distribution.
  • the second optical fiber whose core has birefringence acts as a polarizing fiber or a polarization maintaining fiber and emits linearly polarized light.
  • the first and second optical fibers have one ends connected to each other, the first optical fiber converts, for example, incident light having an elliptical field distribution into light having a circular field distribution. As a result, it is possible to efficiently propagate the light to the second optical It is possible to emit linearly polarized light that is suitable for use in an optical pickup (light can be used efficiently) from the fiber.
  • the semiconductor laser and the optical fiber are provided so that the optical fiber and the semiconductor laser having the above configuration are provided, and the laser light emitted from the semiconductor laser is incident on the other end of the first optical fiber.
  • the first optical fiber is the field distribution conversion fiber described above, and the elliptical field distribution light emitted from the semiconductor laser is converted to the first optical fiber.
  • the efficiency at the time of entering the other end of the optical fiber can be increased.
  • the coupling efficiency between the semiconductor laser and the optical fiber can be increased, and the laser light emitted from the semiconductor laser can be used efficiently.
  • the coupling efficiency between the semiconductor laser and the optical fiber can be increased, and the light can be efficiently used in the optical pickup. Since polarized light can be emitted,
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of an optical fiber according to the present invention
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram of an optical fiber module including a semiconductor laser and the optical fiber of FIG.
  • FIG. 3 shows an embodiment of the optical pickup of the present invention to which the configurations shown in FIGS. 1 and 2 are applied. It is a schematic structure figure of a state. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • the present invention relates to a semiconductor laser and an optical fiber formed by covering a core around a core with a cladding, wherein the optical axis is Z and the optical axes are orthogonal to each other.
  • the refractive index distribution of the core in the X and Y directions of the three axes orthogonal to X, ,, and Z were all square distribution shapes, and the gradients of the refractive index distribution in the X and Y directions were different values.
  • a first optical fiber and an optical fiber formed by covering the core with a clad, wherein the second optical fiber having a birefringent core is connected at one end to each other.
  • An optical fiber module is configured by arranging an optical fiber and an optical fiber, and the optical fiber is an optical pickup used as an optical wiring for guiding laser light emitted from a semiconductor laser to an optical head.
  • the present invention also provides the optical pickup described above, wherein a polarization splitting element and a quarter-wave plate are arranged between the optical fiber and the objective lens.
  • the present invention also provides the optical pickup, wherein the cross-sectional shape of the core of the first optical fiber is substantially elliptical, elliptical, or substantially rectangular, and the polarization direction of light emitted from the semiconductor laser depends on the polarization direction of the light.
  • the configuration is such that the major axis direction of the cross-sectional shape of the core of the optical fiber 1 is substantially the same.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of an optical fiber according to the present invention.
  • This optical fiber 110 is composed of the first optical fiber 110 and the second Optical fibers 12 are connected to each other at one end.
  • the first optical fiber 111 has an optical axis Z in an optical fiber 111 formed by covering a core 11A around a core 11A with a cladding 11B, and X, ⁇ , and Z orthogonal to each other.
  • the refractive index distribution shape of the core 11A in the X and Y directions of the three orthogonal axes is a square distribution shape, and the gradients of the refractive index distributions in the X direction and the Y direction are different values.
  • Such an optical fiber is called a GIO fiber or a GIF (graded index fiber).
  • the value of the gradient of the refractive index distribution of the core is different in the X direction and the Y direction, and the refractive index distribution of the core is
  • the core looks elliptical in cross-section because it differs in the X and Y directions.
  • the field distribution (electromagnetic field distribution) of the light beam passing through the optical fiber can be changed from elliptical to circular by the difference between the refractive index distributions in the X and Y directions of the core. It is the so-called field distribution conversion fiber. -That is, it has the same action as anamorphic prism.
  • this field distribution conversion fiber can be manufactured by the same manufacturing method as a normal optical fiber, it can be manufactured at low cost.
  • the second optical fiber 112 is formed by covering the core 12A with the cladding 12B and forming the core 12 (with respect to the propagating light beam).
  • A is configured to have birefringence o
  • the second optical fiber 112 has a special direction called the fast axis (fas-axis) 'slow axis (slow-axis) because the core 12A has birefringence.
  • the fast axis is the axis with the lower refractive index
  • the slow axis is the axis with the higher index. That is, the light propagation speed differs between the high-speed axis and the low-speed axis.
  • the light beam polarized in the direction of the fast axis is -Has the lowest effective refractive index.
  • a light beam polarized in the direction of the slow axis feels the highest effective refractive index of the optical fiber.
  • the propagation speed of the light beam varies depending on the polarization direction of the input light beam.
  • the relationship between the wavelength of the light beam and the propagation state of the light beam in the optical fiber changes from the long wavelength side to the short wavelength side, ie, does not propagate—single mode> multi mode.
  • the wavelength at which the propagation state changes is different between the direction of the high-speed axis and the direction of the low-speed axis, and the propagation state changes at a longer wavelength on the low-speed axis.
  • the second optical fiber 12 operates as a polarization fiber through which only a light beam polarized to one side can propagate.
  • light polarized in the low-speed axis direction is output in the wavelength range that operates as a polarizing fiber, and the polarization maintaining fiber is In the wavelength range that operates as, the light is polarized in the diagonal direction with respect to the fast axis and the slow axis because the directions of both axes are maintained (the amount of polarized light is not maintained, so the ratio of each axis, that is, the angle to the axis) Is output).
  • the second optical fiber 112 when light of a wavelength range operating as a polarizing fiber or a polarization maintaining fiber is input to the second optical fiber 112, linearly polarized light is output.
  • the core 12A of the second optical fiber 112 has birefringence, the cross-sectional shape of the core 12A is substantially circular as in the case of a normal single-mode fiber.
  • the first optical fiber 11 and the second optical fiber 12 can be connected by using a conventionally known optical fiber connection method.
  • the first optical fiber 11 composed of a field distribution conversion fiber and the second optical fiber 12 having a core 12 A having birefringence are formed.
  • the elliptical field distribution is converted into a circular field distribution by the field distribution converting action of the first optical fiber 11, and the second optical fiber 11 2 is formed.
  • Input can be performed efficiently.
  • the core 12A of the second optical fiber 12 has birefringence, it can be operated as a polarization fiber or a polarization maintaining fiber to output linearly polarized light. Become.
  • FIG. Figure 2 shows a schematic diagram of the coupled optical fiber module.
  • This optical fiber module 20 includes a semiconductor laser 1, a lens (condensing lens) 2, and an optical fiber 10 shown in FIG.
  • the light beam L from the semiconductor laser 1 is focused on one end of the first optical fiber 1 (field distribution conversion fiber) 1 1 by the condenser lens 2. O
  • the output beam of semiconductor laser 1 is generally elliptical in cross section.
  • the polarization direction is the same as the minor axis direction of the elliptical cross section in the field. This is parallel to, for example, the plane of the active layer in the semiconductor laser chip.
  • the light beam L imaged on one end of the first optical fiber 111 generally has an elliptical cross section according to the beam shape of the semiconductor laser 1.
  • the light beam L having an elliptical cross section is converted into a circular cross section, and the first optical fiber (field distribution conversion fiber 1) is converted.
  • the conversion fiber is focused on the core 12A of the second optical fiber connected to the conversion fiber.
  • the light propagates through the second optical fiber (which operates as a polarizing fiber or a polarization maintaining fiber) 12 and is output as a linearly polarized light beam.
  • the second optical fiber which operates as a polarizing fiber or a polarization maintaining fiber
  • the direction of the polarization plane of the incident light and the long axis direction of the core shape of the field distribution conversion fiber (see FIG. In the configuration of 2, it is desirable to match with (X-axis direction).
  • the direction of the polarization of the laser beam L emitted from the semiconductor laser 1 and the major axis direction of the elliptical core 11 A of the first optical fiber 11 (field distribution conversion fiber) 11 are determined. Substantially match. That is, the direction is the same or a direction in the vicinity.
  • the shape of the semiconductor laser 1 (the direction of the active layer, etc.) and the cross-sectional elliptical core of the first optical fiber 11 (field distribution conversion fiber) 11 1 It will match the direction.
  • the semiconductor laser 1 and the first optical fiber (field distribution conversion fiber) 11 can be efficiently coupled. Further, the direction of the polarization of the laser light L emitted from the above-described semiconductor laser 1 and the direction of the high-speed axis or the low-speed axis of the birefringent core 12A of the second optical fiber 112 are determined. It is desirable that they substantially match. In particular, when the second optical fiber 112 acts as a polarization fiber at the wavelength of the laser light L, the direction of polarization of the laser light L emitted from the semiconductor laser 1 and the second optical fiber It is desirable that the direction of the low-speed axis of the core of the core is approximately the same as that of the core of the core.
  • the first optical fiber 11 1 to the second optical fiber 1 2 The loss when the laser beam propagates can be reduced and the laser beam can be propagated efficiently.
  • the first optical fiber 11 and the second optical fiber 12 have almost the same length, but the lengths and lengths of the optical fibers 11 and 12 are almost the same.
  • the ratio is not particularly limited.
  • FIGS. 1 and 2 the core 11 of the first optical fiber 11 is shown.
  • the cross-sectional shape of A is elliptical
  • the cross-sectional shape of the core 11 A of the first optical fiber 11 may be substantially elliptical, oval, or substantially rectangular.
  • the direction of the polarization of the laser beam L emitted from the semiconductor laser 1 may be substantially matched in the long axis direction (longitudinal direction) of the core 11A.
  • the shape conversion function (field distribution conversion function) of the light beam from an elliptical cross section to a circular cross section is sufficiently exhibited. be able to. '
  • the second optical fiber 112 can be extended as long as necessary.
  • the provision of the semiconductor laser 1 and the optical fiber 110 shown in FIG. Light beam By converting L in the optical fiber 10, it becomes possible to output light of linearly polarized light suitable for use in an optical pickup.
  • the direction of the polarization of the laser beam L emitted from the semiconductor laser 1 is substantially coincident with the major axis direction of the core 11A having an elliptical cross section, so that the semiconductor laser 1 and the first optical fiber The coupling efficiency with the substrate 11 is improved, and the laser light can be efficiently propagated from the semiconductor laser 1 to the optical fiber 10.
  • FIG. 3 shows a schematic configuration diagram of an embodiment of the optical pickup of the present invention using the optical fiber 10 shown in FIG. 1 and the optical fiber module 20 shown in FIG. '
  • This optical pickup is composed of a semiconductor laser 1 and a lens 2, and an optical fiber 10 having a first optical fiber 11 and a second optical fiber 12 connected to each other at one end as described above.
  • the optical fiber module 20 is used as optical wiring, and a lens 21, a polarizing beam splitter (PBS) 22, and a 274 plate are provided on the other end of the optical fiber 10.
  • a quarter-wave plate) 23, an objective lens 24 are arranged, and a photodetector 25 is provided beside the polarizing beam splitter 22.
  • optical recording medium for example, an optical disk 30.
  • the polarizing beam splitter (PBS) 22 transmits the light beam L 1 from the optical fiber 110, reflects the light beam L 2 from the optical disk 30, and returns the light beam L 2. Set.
  • the light beam L 0 from the semiconductor laser 1 is a lens (condensing lens)
  • the optical fiber 110 has the configuration shown in FIGS. 1 and 2, namely, the first optical fiber (field distribution conversion fiber) 11 and the second optical fiber (core 12 A). Is connected to an optical fiber having birefringence, so that the light beam L 0 having an elliptical cross section is converted into a circular cross section in the optical fiber 10, and further a straight line is formed.
  • the polarized light beam L 1 is emitted from the optical fiber 110.
  • the light beam L 1 emitted from the optical fiber 100 passes through a polarizing beam splitter (PBS) 22, is converted into a circularly polarized light beam by a quarter-wave plate 23, and is converted into a light beam by an objective lens 24. It is focused on the recording surface of disc 30. As a result, the recording and reproduction of the optical disc 30 'is performed overnight.
  • PBS polarizing beam splitter
  • the reflected light from the optical disk 30 passes through the objective lens 24 and
  • the light is converted from circularly polarized light into a linearly polarized light beam L 2 by the four plates 23.
  • the polarization direction of the linearly polarized light beam L2 is substantially perpendicular to the polarization direction of the linearly polarized light beam L1 emitted from the optical fiber 10. Therefore, the light beam L 2 is reflected by the polarization beam splitter (PBS) 22, and is received and detected by the photodetector 25.
  • PBS polarization beam splitter
  • the optical fiber from which the linearly polarized light beam L 1 is output—10 and the combination of the I ⁇ 4 plate 23 and the polarization beam splitter 22 allows the optical fiber 110 to be output. All of the output light beam L1 can be guided to the optical disk 30, and all the reflected light from the optical disk 30 can be guided to the photodetector 25.
  • the light beam L0 from the semiconductor laser 1 can be effectively used without loss.
  • appropriate reflectance and transmittance can be set by selecting, for example, the manufacturing conditions of a multilayer film as a component of the polarizing beam splitter 22.
  • the output power of the semiconductor laser can be controlled by reflecting a small part of the incoming light beam with the polarization beam splitter 22 and monitoring it. -You can
  • the shape of the light beam L1 output from the optical fiber 110 is substantially circular, and the coupling efficiency with the lens 21 is good.
  • the spot shape of the light beam focused on the optical disc 30 is also substantially circular, good recording / reproducing characteristics can be obtained.
  • the optical pickup of the present embodiment by including the optical fiber 110 and the optical fiber module 20 of the above-described configuration, the semiconductor laser; The coupling efficiency increases, and the light L0 from the semiconductor laser 1 can be efficiently used without waste.
  • the shape of the light-collecting spot on the optical disk 30 is excellent. For this reason, the recording / reproducing characteristics of the optical disc are improved.
  • the lens (condensing lens) 2 between the semiconductor laser 1 and the optical fiber 10 is constituted by one lens.
  • the optical pickup according to the embodiment shown in FIG. 3 may include a polarization separating element between the optical fiber 10 and the objective lens 24.
  • As polarized bee A splitter (PBS) 22 and a ⁇ ⁇ 4 plate 23 for converting linearly polarized light and circularly polarized light are arranged.
  • the polarization beam splitter (PBS) 22 causes the laser beam L 1 to exit from the optical fiber 10 and travel to the optical disk 30, and is reflected by the optical disk 30 and returned.
  • Laser beam L 2
  • the optical pickup of the present invention is not limited to the polarization beam splitter, and may have a configuration in which these laser beams are separated by a polarization splitting element having another configuration.
  • a laser beam directed to an irradiated portion of a recording medium or the like and a laser beam reflected and returned from the irradiated portion are separated from each other by a combination other than the combination of the four plates 23 and the polarizing beam splitter (PBS) 22. Separated by configuration. There is also an optical pickup.
  • PBS polarizing beam splitter
  • the present invention is also applied to the optical pickup having such a configuration, and the optical fiber and the optical fiber module of the present invention are used as the optical wiring between the semiconductor laser and the optical head. This makes it possible to improve the use efficiency of laser light and reduce the size of the optical pickup.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can take various other configurations without departing from the gist of the present invention.
  • the light emitted from the optical fiber becomes linearly polarized light, and can be efficiently used for an optical pickup.
  • the shape of the light collecting spot formed on a portion to be illuminated, for example, an optical disk by the objective lens, is excellent.
  • optical components such as an anamorphic prism and a lens are not required to improve the coupling efficiency with the optical fiber, the size of the optical pickup can be easily reduced.

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Description

明 細 書
光学ピックアップ 技術分野
本発明は、 光ファイバ一モジュールを用いた光学ピックアップ に係わる。 背景技術
従来、 光学ピックアップを小型化するためには、 光源の半導体 レーザやその周辺回路から発せられる熱や電磁波の不要輻射の問 題を回避する必要があることから、 半導体レーザと光へッ ドとを 分離することがなされている。
上述のように光へッ ドと半導体レーザとを分離し、 かつ光へッ ドに半導体レ一ザからの光ビームを導く ための光配線としては、 光ファイバ一が有用であり、 利用されている。
近年、 半導体レーザと光フアイバ一との力ップリ ング効率を高 めたり、 カ ツプリ ング部におけるァライメ ン ト精度を緩くするた めの工夫がなされてきた。
例えば、 半導体レーザと結合する光フアイバー端のコア径を大 き く して、 他端に向けて徐々にコア径を小さ く し、 光ファイバ一 本来のコア径に狭める方法があった。 この方法によって、 半導体 レーザと光ファイバ一とのァライメ ン ト精度を緩くすることがで きるため、 ァライメ ン トが容易になった。
しかしながら、 この方法では、 半導体レーザと結合する光ファ ィバ一端のコアの形状が円形であるため、 半導体レ一ザから光フ アイバーへのカツプリ ング効率を大き くするためには、 半導体レ
—ザから出射する断面楕円形のレーザ光を断面円形に変換するァ ナモルフィ ックプリズム等の光学系が必要であつた。 このようなアナモルフィ ックプリズム等の光学系を組み込むと 、 光学ピックァップの小型化が困難になつてしまう。
また、 通常の光ファイバ一は偏波面無依存型であるため、 光学 ピックアップと しての光の利用効率を高めることが困難であった o
このような問題を解決するために、 半導体レーザのレーザビ一 ムに合わせて光ファイバ一端におけるレーザビームの形状を断面 楕円形と してカツプリ ング効率を大きく して、 かつ断面楕円形の レーザビームを断面円形のシンダルモ一 ドの光ビームに変換する ことを可能にする構成の光フアイバーが提案されている。
即ちコアの周りをクラ ッ ドで覆って形成される光ファイバ一に おいて、 光軸を Zとし、 互いに直交する X, Υ , Zの直交 3軸の X方向と Y方向におけるコアの屈折率分布形状をいずれも二乗分 布形状と し、 X方向と Y方向の屈折率分布の勾配を互いに異なる 値とする第 1の光ファイバ一と、 この第 1の光ファイバ一の一端 に装着された、 コアの周りをクラッ ドで覆って形成されるシング ルモ一 ド光ファイバ一から成る第 2の光ファイバ一とから成る光 フアイバ—を構成する。
しかしながら、 この光ファイバ一も、 第 2の光ファイバ一を構 成するシングルモ一 ド光ファィバーが偏光面無依存型であるため
、 依然と して光学ピックアップとしての光の利用効率を充分に高 めることは困難であつた。
上述した問題の解決のために、 本発明においては、 光ファイバ —を備えた光ファイバ一モジュールを用いて、 小型化を図ると共 に光源からの光を高い効率で利用することができる光学ピックァ ップを提供するものである。 発明の開示 本発明の光学ピックアップ装置は、 半導体レーザと、 コアの周 りをクラ ッ ドで覆って形成される光ファイバ一において、 光軸を
Zとし、 互いに直交する X , Υ , Zの直交 3軸の X方向と Y方向 におけるコアの屈折率分布形状がいずれも二乗分布形状とされ、 X方向と Y方向の屈折率分布の勾配を互いに異なる値とされた第
1 の光ファイバ一と、 コアの周りをクラ ッ ドで覆って形成される 光ファイバ一において、 コアが複屈折を有する第 2の光ファイバ 一とが、 それぞれ一端を互いに接続されて成る光ファイバ一と、 対物レンズを少なく とも有する光へッ ドと、 光検出器とを有し、 半導体レーザから出射される レーザ光が第 1の光フアイバーの他 端に入射するように、 半導体レーザ及び光フアイバーが配置され て光フアイバ一モジユールが構成され、 光フアイバーが半導体レ —ザから出射されるレーザ光を光へッ ドへ導く光配線として用い られるものである。
上述の本発明の光学ピックアップの構成によれば、 光軸を Z軸 とし、 互いに直交する X, Υ , Zの直交 3軸の X方向と Y方向に おけるコアの屈折率分布形状がいずれも二乗分布形状とされ、 X 方向と Y方向の屈折率分布の勾配を互いに異なる値とされた第 1 の光ファイバ一は、 入射した光の界分布 (電磁界分布) を変換す る、 界分布変換ファイバ—であり、 例えば楕円形の界分布の入射 光を、 円形の界分布の光に変換する。
コアが複屈折を有する第 2 の光ファイバ一は、 偏光ファイバ一 又は偏波面保持フアイバーとして作用し、 直線偏光の光を出射す る
そして、 これら第 1 の第 2 の光ファイバ一が一端を互いに接続 されていることにより、 第 1の光ファイバ一.により例えば楕円形 の界分布の入射光を円形の界分布の光に変換して、 第 2の光ファ イノく一に効率よく伝播させることが可能になると共に、 第 2の光 ファイバ一から光学ピックァップに用いて好適な (効率よく光を 利用することができる) 直線偏光の光を出射させることが可能に なる。
さ らに、 この構成の光ファイバ一と半導体レーザとを備え、 半 導体レーザから出射されるレーザ光が第 1の光ファイバ一の他端 に入射するように、 半導体レーザ及び光ファィバーが配置されて 光ファイバ一モジュールが構成されたことにより、 第 1の光ファ ィバーが上述した界分布変換フアイバ一となっていて、 半導体レ —ザから出射される楕円形の界分布の光を、 第 1の光ファイバ一 の他端に入射させる際の効率を高くすることができる。 これによ り、 半導体レーザと光ファイバ一とのカツプリ ング効率を高く し て、 半導体レ一ザから出射されるレーザ光を効率よく利用するこ とができる。
また、 第 2の光ファイバ一から光学ピックァップに用いて好適 な (効率よ く光を利用することができる) 直線偏光の光を出射さ せることが可能になる。
さ らに、 上述の構成の光ファィバを光配線として用いたことに より、 半導体レーザと光ファイバ一とのカツプリ ング効率を高く して、 かつ光学ピックァップにおいて効率よく光を利用すること ができる直線偏光の光を出射させることができるため、 半導体レ
—ザから出射される光を効率よく光へッ ドに使用することが可能 になる。 図面の簡単な説明
図 1 は、 本発明に係る光ファイバ一の一実施の形態の概略構成 図であり、 図 2 は、 半導体レーザ及び図 1の光ファイバ一を備え た光ファイバ一モジュールの概略構成図であり、 図 3は、 図 1及 び図 2 の構成を適用した本発明の光学ピックアツプの一実施の形 態の概略構成図である。 発明を実施するための最良形態
本発明は、 半導体レーザと、 コアの周りをクラッ ドで覆って形 成される光ファイバ一において、 光軸を Zとし、 互いに直交する
X , Υ , Zの直交 3軸の X方向と Y方向におけるコアの屈折率分 布形状がいずれも二乗分布形状とされ、 X方向と Y方向の屈折率 分布の勾配を互いに異なる値とされた第 1の光ファイバ一と、 コ ァの周りをクラ ッ ドで覆つて形成される光ファィバ一において、 コアが複屈折を有する第 2 の光ファイバ一とが、 それぞれ一端を 互いに接続されて成る光フアイバーと、 対物レンズを少なく とも 有する光へッ ドと、 光検出器とを有し、 半導体レーザから出射さ れるレーザ光が第 1の光ファィバーの他端に入射するように、 半 導体レーザ及び光フアイバーが配置されて光フアイバーモジュ一 ルが構成され、 光ファイバ一が半導体レ一ザから出射されるレー ザ光を光へッ ドへ導く光配線として用いられる光学ピックアップ である。
•また本発明は、 上記光学ピックアップにおいて、 光ファイバ一 と対物レンズの間に、 偏光分離素子及び 1 / 4波長板が配置され た構成とする。
また本発明は、 上記光学ピックアップにおいて、 第 1の光ファ ィバーのコアの横断面形状が略楕円状又は長円形状又は略矩形形 状とされ、 半導体レーザから出射される光の偏光方向と第 1の光 フアイバーのコアの横断面形状の長軸方向とが略一致する構成と す 。
本発明に係る光フアイバーの一実施の形態の概略構成図を図 1 に す。
この光ファイバ一 1 0 は、 第 1の光ファイバ一 1 1及び第 2の 光フアイバ一 1 2が、 その一端で互いに接続されて成る。
第 1 の光ファイバ一 1 1 は、 コア 1 1 Aの周りをクラッ ド 1 1 Bで覆つて形成される光フアイバ一 1 1において、 光軸を Zとし 、 互いに直交する X, Υ , Zの直交 3軸の X方向と Y方向におけ るコア 1 1 Aの屈折率分布形状をいずれも二乗分布形状とし、 X 方向と Y方向の屈折率分布の勾配を互いに異なる値とするもので ある。
このような光ファイバ一は、 G I 0ファイバ一又は G I F ( Gr aded Index Fiber) と称されている。 上述のようにコアの屈折率 分布の勾配の値が X方向と Y方向で異なり、 コアの屈折率分布が
X方向と Y方向で異なるため、 コアが断面楕円形に見える。
そして、 このコアの X方向と Y方向の各屈折率分布の違いによ つて、 光ファイバ一を透過する光ビームの界分布 (電磁界分布) を楕円形から円形に変換するこ とができ、 いわゆる界分布変換フ アイバ一となっているものである。 - 即ちアナモルフィ ックプリ ズムと同じ作用を有する。
この界分布変換フアイバ一は、 通常の光ファイバ一と同じ製法 で製造することができるため、 安価に製造することができる。
また、 第 2 の光ファイバ一 1 2 は、 コア 1 2 Aの周りをクラ ッ ド 1 2 Bで覆って形成される光ファイバ一 1 2において、 (伝播 する光ビームに対して) コア 1 2 Aが複屈折を有する構成とする o
第 2 の光ファイバ一 1 2 は、 コア 1 2 Aが複屈折を有している ので、 高速軸 ( f a s t - a x i s ) '低速軸 ( s l o w— a x i s ) と呼ばれる特別の方向がある。
高速軸は屈折率が低い軸であり、 低速軸は屈折率が高い軸であ る。 即ちこれら高速軸と低速軸では光の伝播速度が異なる。
そして、 高速軸の方向に偏光した光ビームは、 その光ファイバ —が有する最も低い有効屈折率を感じる。 一方、.低速軸の方向に '偏光した光ビームは、 その光フアイバーが有する最も高い有効屈 折率を感じる。
従って、 入力される光ビームの偏光方向によって、 光ビームの 伝播速度が異なつてく る。
また、 光ビームの波長と、 光ファイバ一内の光ビームの伝播状 態との関係は、 長波長側から短波長側へ、 伝播しない—シングル モ一 ドー >マルチモー ドと変化する。 そして、 この伝播状態が変化 する波長は、 高速軸の方向と低速軸の方向とでは異なる値となり 、 低速軸の方が長い波長で伝播状態が変化する。
従って、 ある波長範囲内の光は、 高速軸方向では伝播せず、 低 速軸方向ではシングルモー ドで伝播する。 この場合は、 第 2の光 フアイバー 1 2 は、 一方に偏光した光ビームのみが伝播できる偏 光フアイバーと して動作する。
また、 上述の波長範囲の短波長側のある波長範囲内の光は、 高 速轴方向でも低速軸方向でも共にシンダルモ一 ドで伝播する。 こ の場合は、 両軸方向の偏波が保持され伝播するため偏波面保持フ アイバーと して動作する。
ここで、 例えば高速軸及び低速軸に対していずれも斜め方向に 偏光した光を入力させると、 偏光ファイバ一として動作する波長 範囲では低速軸方向に偏光した光が出力され、 偏波面保持フアイ バーとして動作する波長範囲では両軸方向が保持されるため高速 軸及び低速軸に対して斜め方向に偏光した光 (偏光の量が保持さ れるのではないので各軸の比率即ち軸との角度が変わることがあ る) が出力される。
従って、 第 2 の光ファイバ一 1 2に、 偏光ファイバ—又は偏波 面保持フアイバーとして動作する波長範囲の光を入力すると、 直 線偏光した光が出力'される。 尚、 第 2 の光ファイバ一 1 2 のコア 1 2 Aは、 複屈折を有する が、 コア 1 2 Aの断面形状は通常のシングルモ一 ドフアイバ―と 同様に略円形となっている。
このため、 例えば断面円形の光を第 2の光ファイバ一 1 2に入 射させた場合には、 断面円形の光が出力され、 偏光方向が変化し ても断面形状は円形となる。
第 1の光フアイバ一 1 1及び第 2の光フアイバー 1 2 は、 従来 公知の光ファィバーの接続方法を用いることにより接続すること ができる。
上述した図 1 の光ファイバ一 1 0 の構成によれば、 界分布変換 ファイバーから成る第 1の光フアイバー 1 1 と、 コア 1 2 Aが複 屈折を有する第 2 の光ファイバ一 1 2 とが一端を互いに接続され ていることにより、 第 1 の光ファイバ一 1 1の界分布変換作用に より楕円形の界分布を円形の界分布に変換して、 第 2の光フアイ ノ 一 1 2 に効率よく入力させることができる。 さ らに、 第 2の光 フ ァイバ一 1 2 のコア 1 2 Aが複屈折を有することにより、 偏光 フアイバー又は偏波面保持フアイバーとして動作させて、 直線偏 光の光を出力させることが可能になる。
これにより、 光学ピックアップの半導体レーザと光へッ ドの間 の光配線に用いた場合に、 光の利用効率を高めることが可能にな また、 半導体レーザと図 1の光ファイバ一 1 0 とを結合した光 ファイバ—モジユールの概略構成図を図 2 に示す。
この光ファイバ一モジュール 2 0 は、 半導体レーザ 1 と、 レン ズ (集光レンズ) 2 と、 図 1に示した光ファィバ一 1 0 とを備え て成る。
半導体レーザ 1からの光ビーム Lは、 集光レンズ 2により第 1 の光ファイバ一 (界分布変換ファイバー) 1 1の一端に結像され る o
半導体レーザ 1 の出力ビームは、 一般的には断面楕円形であり
、 その偏光方向はファ一フィ ール ドでの断面楕円形ビームにおけ る短軸方向と一致している。 これは、 半導体レ一ザチップにおけ る例えば活性層の面と平行である。
そして、 第 1 の光ファイバ一 1 1 の一端に結像された光ビーム L は、 半導体レーザ 1 のビーム形状に従って、 一般には断面楕円形 となっている。
さ らに、 第 1 の光ファイバ一 (界分布変換ファイバ一) 1 1を 伝播していく うちに断面楕円形の光ビーム Lが断面円形に変換さ れ、 第 1 の光ファイバ一 (界分布変換フアイバ一) 1 1に接続さ れた第 2の光ファイバ一 1 2 のコア 1 2 Aに集光される。
そして、 第 2の光ファイバ一 (偏光ファイバ一又は偏波面保持 フ ァイバ一として動作する) 1 2を伝播して直線偏光の光ビーム と して出力される。
ここで、 第 1 の光ファイバ一 1 1 を構成する界分布変換フアイ バーに効率よく結合するためには、 入射光の偏波面の方向と界分 布変換フアイバーのコァ形状の長軸方向 (図 2の構成では X軸方 向) とを一致させることが望ま しい。
そこで、 半導体レーザ 1から出射される レーザ光 Lの偏波の方 向と、 第 1 の光ファイバ一 (界分布変換フ ァイバ一) 1 1 の楕円 形状のコア 1 1 Aの長軸方向とを略一致させる。 即ち同一方向又 はその近傍の方向とする。
このことは、 結果的には、 半導体レーザ 1の形状 (活性層の方 向等) と第 1の光ファイバ一 (界分布変換ファイバー) 1 1の断 面楕円形のコア 1 1 Aの長軸方向とを合わせることになる。
これにより、 半導体レーザ 1 と第 1 の光ファイバ— (界分布変 換フ ァイバー) 1 1 とを効率よく結合することができる。 さ らに、 上述の半導体レーザ 1から出射されるレーザ光 Lの偏 波の方向と、 第 2の光ファイバ一 1 2の複屈折を有するコア 1 2 Aの高速軸又は低速軸の方向とを略一致させることが'望ましい。 特にレーザ光 Lの波長において第 2の光ファイバ一 1 2が偏光フ アイバーと して作用する場合には、 半導体レーザ 1から出射され る レーザ光 Lの偏波の方向と、 第 2の光ファイバ一 1 2のコア 1 2 Aの低速軸の方向と略一致させることが望ま'しい。
このよう に第 2 の光ファイバ一 1 2 'のコア 1 2 Aの高速軸又は 低速軸の方向と略一致させることにより、 第 1.の光ファイバ一 1 1から第 2 の光ファイバ一 1 2ヘレ一ザ光が伝播する際の損失を 少なく して効率よく伝播させることができる。
尚、 図 1及び図 2では、 第 1 の光ファイバ一 1 1及び第 2の光 ファイバ一 1 2がほぼ.同じ長さとなっているが、 各光ファイバ一 1 1及び 1 2 の長さ及びその比率は特に限定されない。
また、 図 1及び図 2では、 第 1の光ファイバ一 1 1のコア 1 1
Aの断面形状が楕円形となっているが、 第 1 の光ファイバ一 1 1 のコア 1 1 Aの断面形状を略楕円形、 長円形、 略矩形としてもよ い。 いずれの場合もコア 1 1 Aの長軸方向 (長手方向) に半導体 レーザ 1から出射される レーザ光 Lの偏波の方向を略一致させれ ばよい。
第 1の光ファイ ノく一 1 1 は、 その長さが 2 0 0 〃 m程度あれば 、 光ビームの断面楕円形から断面円形への形状変換機能 (界分布 変換機能) を充分に発揮させることができる。 '
また、 第 2 の光ファイバ一 1 2 は、 必要に応じて長く延長する ことが可能である。
上述した図 2に示す光ファィバ一モジュ一ル 2 0の構成によれ ば、 半導体レーザ 1 と図 1に示した光ファイバ一 1 0 とを備えた ことにより、 半導体レーザから出射される断面楕円形の光ビーム Lを光フアイバ一 1 0内で変換させて、 光学ピックァップに用い て好適な直線偏光の光を出力させることが可能になる。
また、 断面楕円形のコア 1 1 Aの長軸方向に半導体レーザ 1か ら出射されるレーザ光 Lの偏波の方向を略一致させていることに より、 半導体レーザ 1 と第 1 の光ファイバ一 1 1 とのカップリ ン グ効率が良好となり、 半導体レーザ 1から光ファイバ— 1 0へ効 率よく レーザ光を伝播させることができる。
続いて、 図 1 に示した光ファイバ一 1 0及び図 2 に示した光フ アイバ一モジュール 2 0を用いた本発明の光学ピックアップの一 実施の形態の概略構成図を図 3 に示す。 '
この光学ピックアップは、 半導体レーザ 1及びレンズ 2、 並び に前述したように第 1の光ファイバ一 1 1及び第 2の光ファイバ ― 1 2がその一端で互いに接続された光フアイバー 1 0から構成 きれた光ファイバ一モジュール 2 0を光配線として用いて構成さ れ、 光ファイバ一 1 0 の他端側に、 レンズ 2 1、 偏光ビ一ムスプ リ ツ夕 ( P B S ) 2 2、 ス 7 4板 ( 1 / 4波長板) 2 3、 対物レ ンズ 2 4が配置され、 偏光ビームスプリ ッタ 2 2 の側方に光検出 器 2 5が設けられて成る。
そして、 光記録媒体例えば光ディ スク 3 0に対して、 情報の記 録ゃ再生を行う構成とされる。
偏光ビ一ムスプリ ッタ ( P B S ) 2 2 は、 光ファイバ一 1 0か らの光ビーム L 1 は透過して、 光ディ スク 3 0で反射して戻る光 ビーム L 2 は反射されるように設定する。
次に、 この光学ピックアップの動作を説明する。
半導体レ一ザ 1からの光ビーム L 0 は、 レンズ (集光レンズ)
2 を介して光ファイバ一 1 0 に導入される。 そして、 光ファイバ 一 1 0が図 1及び図 2 に示した構成即ち第 1の光ファイバ一 (界 分布変換ファイバ一) 1 1及び第 2 の光ファイバ一 (コア 1 2 A が複屈折を有する光ファイバ一) 1 2が接続された構成となって いるため、 光ファイバ一 1 0中で、 断面楕円形の光ビーム L 0か ら断面円形に変換され、 さ らに直線偏光の光ビーム L 1 とされて 、 光ファイバ一 1 0から出射される。
光ファイバ一 ί 0から出射された光ビーム L 1 は、 偏光ビーム スプリ ツタ ( P B S ) 2 2 を透過し、 ス / 4板 2 3で円偏光の光 ビームに変換され、 対物レンズ 2 4 により光ディ スク 3 0 の記録 面上に集光される。 これにより、 光ディ スク 3 0 'のデ一夕の記録 再生がなされる。
光ディ スク 3 0からの反射光は、 対物レンズ 2 4を通って、 ス
Ζ 4板 2 3で円偏光から直線偏光の光ビーム L 2 に変換される。
この光ビーム L 2の直線偏光の偏光方向は、 光ファイバ— 1 0 から出射される直線偏光の光ビーム L 1 の偏光方向に対して略垂 直の方向である。 このため、 この光ビーム L 2 は偏光ビームスプ リ ツ夕 ( P B S ) 2 2 によって反射され、 光検出器 2 5において 受光検出される。
このよ うに、 直線偏光の光ビーム L 1が出力される光ファイバ — 1 0 と ; I Ζ 4板 2 3 と偏光ビームスプリ ツ夕 2 2を組み合わせ て利用することにより、 光ファイバ一 1 0から出力される光ビ一 ム L 1の全てを光ディ スク 3 0 に導く ことができ、 また、 光ディ スク 3 0からの反射光を全て光検出器 2 5に導く ことができる。
このため、 半導体レーザ 1からの光ビーム L 0をロスすること なく、 有効に利用することが可能となる。
もちろん、 必要に応じて偏光ビームスプリ ッタ 2 2 の例えば構 成要素である多層膜の作製条件等を選ぶことにより適当な反射率 と透過率に設定することも可能である。 こうすることにより、 例 えば、 往きの光ビームのごく一部を偏光ビ一ムスプリ ッタ 2 2で 反射させモニタ一することで半導体レーザ出力パワーをコン トロ —ルすることができる。
そして、 光ファイバ一 1 0から出力される光ビーム L 1の形状 は略円形をしており、 レンズ 2 1 とのカップリ ング効率は良好で ある。
また、 光ディ スク 3 0 に集光される光ビームのスポッ ト形状も 略円形をしているため、 良好な記録再生特性が得られる。
上述の本実施の形態の光学ピックァップによれば、 前述した構 成の光ファイバ一 1 0及び光ファイバ一モジュール 2 0を有して 成ることにより、 半導体レーザ; L と光ファイバ一 1 0 とのカップ リ ング効率が高く なり、 半導体レーザ 1からの光 L 0を無駄なく 効率的に利用することが可能となる。
また、 光ファイバ一 1 0からの出射光 L 1が略円形となるため 、 光ディ スク 3 0 における集光スポッ ト形状が優れている。 この ため、 光ディ スクの記録再生特性が向上する。
また、 光ファイバ一との結合効率を向上させるために、 アナモ フィ ックプリズム或いは軸対称でないレンズ等の特別なレンズを 設ける必要がないため、 光学ピックァップの小型化を図ることが 容 7よ な 。
そして、 本実施の形態の光学ピックアップを用いて、 光記録再 生装置や光ディ スク装置を構成することにより、 小型で良好な記 録再生特性を有する装置を実現することができる。
尚、 図 2の光ファイノく一モジュール 2 0及び図 3の光学ピック アップにおいて、 半導体レーザ 1 と光ファイバ一 1 0 との間のレ ンズ (集光レンズ) 2 は、 1個のレンズによって構成されていて もよく、 また複数のレンズを組み合わせて構成されていてもよい 図 3に示した実施の形態の光学ピックアップでは、 光フアイバ ― 1 0 と対物レンズ 2 4 との間に、 偏光分離素子として偏光ビー ムスプリ ッタ ( P B S ) 2 2 と、 直線偏光の光と円偏光の光との 変換を行う λ Ζ 4板 2 3 とを配置している。 . そして、 偏光ビ一ムスプリ ッタ (P B S ) 2 2 により、 光ファ ィバ一 1 0から出射して光ディ スク 3 0 に向かう レーザ光 L 1 と 、 光ディ スク 3 0で反射して戻ったレーザ光 L 2 とを分離してい る
本発明の光学ピックアップでは、 偏光ビ一ムスプリ ッタに限ら ず、 その他の構成の偏光分離素子により これらのレーザ光を分離 する構成としてもよい。
また、 従来から、 記録媒体等の被照射部に向かう レーザ光と、 被照射部から反射して戻るレーザ光とを、 4板 2 3及び偏光 ビームスプリ ッタ (P B S ) 2 2の組み合わせ以外の構成により 分離する.光学ピックアップもある。
この.ような構成の光学ピックァップに対しても、 本発明を適用 して、 半導体レーザと光へッ ドの間の光配線として本発明の光フ ァィバー及び光フアイバ一モジュ一ルの構成を用いることにより 、 レーザ光の利用効率の向上と光学ピックアツプの小型化を図る ことが可能である。
本発明は、 上述の実施の形態に限定されるものではなく、 本発 明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
上述の本発明によれば、 光源の半導体レーザからの光を無駄な く効率的に利用することが可能となる。
また、 光ファイバ一から出射される光が直線偏光となり、 光学 ピックアップに効率よく利用することができる。
さ らに、 光ファイバ一からの出射光の断面が略円形となるため
、 対物レンズにより被照射部例えば光ディ スク上に形成される集 光スポッ ト形状が優れている。
このため、 光ディ スク用の光学ピックアップにおいて、 光ディ スクの記録再生特性を向上することができる。
また、 光ファイバ一との結合効率を向上するために、 アナモル フィ ックプリ ズムやレンズ等の光学部品を必要としないため、 容 易に光学ピッ クァップの小型化を図ることができる。
従って、 本発明の光学ピッ クアツプを用いて、 光記録再生装置 や光ディ スク装置を構成することにより、 小型で良好な記録再生 特性を有する装置を実現することができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 半導体レーザと、
コアの周りをクラ ッ ドで覆って形成される光ファイバ一におい て、 光軸を Z と し、 互いに直交する X, Υ , Zの直交 3軸の X方 向と Y方向におけるコアの屈折率分布形状がいずれも二乗分布形 状とされ、 X方向と Y方向の屈折率分布の勾配を互いに.異なる値 とされた第 1 の光ファイバ一と、 コアの周りをクラッ ドで覆って 形成される光フアイバ一において、 コアが複屈折を有する第 2 の 光ファイバ一とが、 それぞれ一端を互いに接続されて成る光ファ ィバ一と、
対物レンズを少なく とも有する光へッ ドと、
光検出器とを有し、
上記半導体レ一ザから出射されるレーザ光が上記第 1 の光ファ ィバーの他端に入射するように、 上記半導体レーザ及び上記光フ アイバーが配置されて光ファイバ一モジュ一ルが構成され、 上記光フアイバーが、 上記半導体レーザから出射されるレーザ 光を上記光へッ ドへ導く光配線として用いられる
ことを特徵とする光学ピックァップ。
2 . 上記光フアイバーと上記対物レンズの間に、 偏光分離素子及 び 1 Z 4波長板が配置されたことを特徴とする請求の範囲第 1項 に記載の光学ピックァップ。
3 . 上言己第 1 の光フアイバーのコアの横断面形状が略楕円状又は 長円形状又は略矩形形状とされ、 上記半導体レ一ザから出射され る光の偏光方向と上記第 1 の光フアイバーのコアの横断面形状の 長軸方向とが略一致することを特徴とする請求の範囲第 1項に記 載の光学ピックァップ。
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