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JP2864702B2 - Optical integrated pickup - Google Patents
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JP2864702B2 - Optical integrated pickup - Google Patents

Optical integrated pickup

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JP2864702B2
JP2864702B2 JP2241868A JP24186890A JP2864702B2 JP 2864702 B2 JP2864702 B2 JP 2864702B2 JP 2241868 A JP2241868 A JP 2241868A JP 24186890 A JP24186890 A JP 24186890A JP 2864702 B2 JP2864702 B2 JP 2864702B2
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waveguide
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、レーザ光により光記録媒体に対し情報の再
生を行なう光ピックアップ、さらに詳細には、光導波路
を用いて構成した干渉光学系を備えた光集積型ピックア
ップに関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to an optical pickup for reproducing information from an optical recording medium by using a laser beam, and more specifically, to an interference optical system configured using an optical waveguide. The present invention relates to an integrated optical pickup provided.

[従来の技術] 従来、レーザ光により情報の記録、再生を行う光記録
媒体では、ピットの長さによって情報を記録していた。
さらに高密度の光記録媒体を実現するためには、ピット
の長さだけでなくピットの深さによっても情報を記録、
再生することが必要となる。このような高密度光記録媒
体において、ピットの深さを検出するには、レーザ光の
干渉を利用したヘテロダイン干渉計が用いられる。従
来、高精度の位置、変位および速度を計測するためのヘ
テロダイン干渉計は第13図のように光源であるHe−Neレ
ーザ100、ハーフミラー102、λ/2板104、ミラー105、ブ
ラッグセル106、ハーフミラー107、偏光ビームスプリッ
タ108、λ/4板109、光検出器110とから構成されてい
る。He−Neレーザ100から発せられたレーザ光は紙面に
平行方向に偏光した直線偏光であり、ハーフミラー102
により2つのビームに分けられる。2つに分けられたビ
ームのうちの第1のビームは、偏光ビームスプリッタ10
8、λ/4板109を通して、光記録媒体112の表面に照射さ
れる。この光記録媒体112のレーザ照射部分のピット113
の深さの変化によるドップラーシフトfSを受けた反射光
すなわち信号光は、再びλ/4板109を通過することによ
り偏光面が90゜回転し、紙面に垂直方向に偏光したビー
ムとなり偏光ビームスプリッタ108により反射される。
これに対し、2つに分けられたビームのうちの第2のビ
ームはλ/2板104により偏光面が90゜回転し紙面に垂直
方向となり、ミラー105で反射し、ブラッグセル106に入
射する。ブラッグセル106は音響光学効果を用いた光変
調器であり、駆動回路114により励振される周波数fR
弾性波により回折された1次光はfRだけ周波数シフトが
与えられ参照光となる。信号光と参照光とをハーフミラ
ー107により合波し干渉させることによりヘテロダイン
検波をすると、光検出器110にはドップラービート周波
数fR±fSで振動する信号が検出される。この信号を増幅
器116で増幅し、スペクトラムアナライザー118でドップ
ラービート周波数fR±fSを測定することにより、光記録
媒体112の回転にともなうピット113の深さの変化の方向
と同時にその速度が検出できる。すなわち、ピット113
の深さの変化すなわち速度vは、レーザ光の波長をλと
すると、ドップラーシフトfSを用いて、 v=fSλ/2 (1) で求めることができる。また、速度を時間積分するこ
とにより光記録媒体112のピットの深さを検出すること
ができる。すなわち、ピットの深さΔzは、 Δz=λ/2・∫fSdt =λ/(4π)・∫(δφ/δt)dt =λ/(4π)・(φ−φ) (2) で与えられる。ただし、φは位相を表わし、φは検
出した位相、φは初期位相を示す。
[Prior Art] Conventionally, in an optical recording medium on which information is recorded and reproduced by a laser beam, information is recorded by the length of a pit.
In order to realize a higher density optical recording medium, information is recorded not only by the pit length but also by the pit depth.
It is necessary to regenerate. In such a high-density optical recording medium, a heterodyne interferometer using laser light interference is used to detect the depth of a pit. Conventionally, a heterodyne interferometer for measuring position, displacement and velocity with high accuracy is a light source He-Ne laser 100, a half mirror 102, a λ / 2 plate 104, a mirror 105, a Bragg cell 106, as shown in FIG. It comprises a half mirror 107, a polarizing beam splitter 108, a λ / 4 plate 109, and a photodetector 110. The laser light emitted from the He-Ne laser 100 is linearly polarized light polarized in a direction parallel to the paper surface,
Into two beams. The first of the two split beams is a polarizing beam splitter 10.
8, the surface of the optical recording medium 112 is irradiated through the λ / 4 plate 109. Pits 113 of the laser-irradiated portion of this optical recording medium 112
The depth reflected light or signal light received Doppler shift f S due to a change in polarization plane is rotated 90 ° by passing through the lambda / 4 plate 109 again, polarized become beam polarized in a direction perpendicular to the paper surface beam The light is reflected by the splitter 108.
On the other hand, the second beam of the two divided beams is rotated by 90 ° by the λ / 2 plate 104 to be in a direction perpendicular to the paper surface, reflected by the mirror 105, and incident on the Bragg cell 106. Bragg cell 106 is an optical modulator using an acousto-optic effect, first-order light diffracted by an acoustic wave of a frequency f R, which is excited by the drive circuit 114 as a reference beam is given by the frequency shift f R. When heterodyne detection is performed by multiplexing and interfering the signal light and the reference light with the half mirror 107, a signal oscillating at the Doppler beat frequency f R ± f S is detected by the photodetector 110. This signal is amplified by an amplifier 116, and the Doppler beat frequency f R ± f S is measured by a spectrum analyzer 118 to detect the speed of the pit 113 simultaneously with the direction of the change in the depth of the pit 113 due to the rotation of the optical recording medium 112. it can. That is, pit 113
Change or velocity v of the depth, when the wavelength of the laser light is lambda, using Doppler shift f S, can be determined by v = f S λ / 2 ( 1). Further, the pit depth of the optical recording medium 112 can be detected by integrating the speed with time. That is, the pit depth Δz is as follows: Δz = λ / 2 · λf S dt = λ / (4π) · ∫ (δφ / δt) dt = λ / (4π) · (φ D −φ O ) (2) Given by However, phi represents the phase, phi D is the detected phase, phi O represents the initial phase.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、このヘテロダイン干渉光学系は、通常
光学ベンチ等の防振台の上に必要な光学部品を配置固定
して構成されており、部品間の微妙な光軸調整が必要で
あり信頼性および生産性が低く、また、光学系が大型で
重いため、光記録装置における光ピックアップに用いる
には実用性に欠けるという問題点があった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, this heterodyne interference optical system is usually configured by arranging and fixing necessary optical components on an anti-vibration table such as an optical bench, and a delicate optical axis between the components. There is a problem that adjustment is necessary, reliability and productivity are low, and the optical system is large and heavy, so that it is not practical for use in an optical pickup in an optical recording apparatus.

本発明は、上述した問題点を解決するためになされた
ものであり、その目的とするところは、薄膜波技術を用
いて干渉光学系の主要部を一つの基板上に集積化するこ
とにより、光軸調整が不要でかつ、小型、安定で信頼性
が高い光集積型ピックアップを提供することにある。
The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to integrate a main part of an interference optical system on a single substrate by using a thin film wave technique, An object of the present invention is to provide a compact, stable and highly reliable optical integrated type pickup that does not require optical axis adjustment.

[課題を解決するための手段] この目的を達成するために、本発明の光集積型ピック
アップは複数の光源と、第1の光源からの光を第1およ
び第2の光に分波する第1の分波用光導波路と、分波さ
れた第1の光の偏光面を略90゜回転させるモード変換器
と、偏光面が略90゜回転した第1の光に一定の周波数シ
フトを与える周波数シフタと、光導波路の屈折率が光の
伝搬方向に対し非直線的に変化しており、光を光導波路
外へ放射した被測定物に照射すると共に被測定物からの
反射光を光導波路中に導く複数の屈折率分布型光導波路
と、前記第2の光を第1の屈折率分布型光導波路に伝送
する手段と、第1の屈折率分布型光導波路から伝送され
る光記録媒体からの反射光と周波数シフタからの出力光
とを合波、干渉させる合波用光導波路と、合波用光導波
路からの出力光を検出する光検出器と、第2の光源から
の光を第3および第4の光に分波する第2の分波用光導
波路と、第3の光を第2の屈折率分布型光導波路に伝送
する手段と、第4の光を第3の屈折率分布型光導波路に
伝送する手段と、第2および第3の屈折率分布型光導波
路から伝送される光記録媒体からの反射光をそれぞれ検
出する複数の光検出器とから構成されている。
[Means for Solving the Problems] To achieve this object, an integrated optical pickup according to the present invention includes a plurality of light sources and a light source for splitting light from the first light source into first and second lights. 1 optical waveguide for demultiplexing, a mode converter for rotating the polarization plane of the demultiplexed first light by approximately 90 °, and applying a constant frequency shift to the first light whose polarization plane is rotated by approximately 90 °. The frequency shifter and the refractive index of the optical waveguide change non-linearly with respect to the propagation direction of the light, irradiating the device under test with the light radiated out of the optical waveguide, and reflecting the light from the device under test on the optical waveguide. A plurality of graded-index optical waveguides, means for transmitting the second light to the first graded-index optical waveguide, and an optical recording medium transmitted from the first graded-index optical waveguide A multiplexing optical waveguide for multiplexing and interfering reflected light from the optical disc with output light from the frequency shifter; A photodetector for detecting output light from the optical waveguide, a second optical waveguide for demultiplexing light from the second light source into third and fourth light, and a second optical waveguide for demultiplexing the third light. Means for transmitting the second graded-index optical waveguide, means for transmitting the fourth light to the third graded-index optical waveguide, and means for transmitting the fourth light from the second and third graded-index optical waveguides. And a plurality of photodetectors that respectively detect reflected light from the optical recording medium.

また、周波数シフタが、磁気光学効果を有する光導波
路と、この光導波路に鋸歯状に変化する磁界を印加する
手段から成るとよい。
Preferably, the frequency shifter comprises an optical waveguide having a magneto-optical effect, and means for applying a sawtooth-shaped magnetic field to the optical waveguide.

さらに、光源と屈折率分布型光導波路との間に光源の
偏光面と略90゜偏光面が回転している光を分離し、光検
出器へ導くモードスプリッタと、モード変換効率が略50
%であるモード変換器とを、あるいは光源と屈折率分布
型光導波路との間に光源の偏光面と略90゜偏光面が回転
している光を減衰させるモードフィルタとモード変換効
率が略50%であるモード変換器とを備えているとよい。
Furthermore, a mode splitter that separates the light whose polarization plane and the rotation plane of the light source rotate by approximately 90 ° between the light source and the gradient index optical waveguide and guides the light to the photodetector, and a mode conversion efficiency of approximately 50
%, A mode filter that attenuates the light whose polarization plane and the polarization plane of the light source are rotated by approximately 90 ° between the light source and the refractive index distribution type optical waveguide, and a mode conversion efficiency of approximately 50%. % Mode converter.

また、単一の光源を用い、この光源からの光を2つに
分波し、前記第1および第2の分波用光導波路に伝送す
る手段を備えていてもよく、また、複数の光源を用い、
前記光源からの光をそれぞれ第1、第2および第3の屈
折率分布型光導波路に伝送する手段を備えていてもよ
い。
In addition, a single light source may be used, and the light from the light source may be split into two and transmitted to the first and second demultiplexing optical waveguides. Using
Means may be provided for transmitting light from the light source to the first, second and third graded index optical waveguides, respectively.

[作用] 上記の構成を有する本発明の光集積型ピックアップで
は第1の光源である半導体レーザから発せられた周波数
fOのレーザ光は電界の振動方向が薄膜面に平行なTEモー
ドとなり光導波路を伝搬し、分波用光導波路によって2
つの光に分波される。分波された第1の光をモード変換
器によりTMモードに変換し、磁気光学効果による位相シ
フトを利用した変調器すなわち周波数シフタにより変調
することにより、その周波数を一定量fRだけシフトさ
せ、周波数がfO+fRの参照光とする。分波された第2の
光は、光導波路の屈折率が光の伝搬方向に対し非直線的
に変化している屈折率分布型光導波路により光導波路外
へ放射され光記録媒体の表面に照射される。光記録媒体
から反射し、fSだけドップラーシフトを受けて周波数が
fO+fSとなった信号光は屈折率分布型光導波路により再
び光導波路中へ導かれ、周波数シフタからの出力光であ
る参照光と共に光合波用光導波路により合波される。こ
れを光検出器により検出すると、光検出器には信号光と
参照光の干渉によりドップラービート周波数fR−fSで振
動する測定信号が検出される。この測定信号と周波数シ
フタからの参照信号とを比較することにより、ドップラ
ーシフトfSが求められ、光記録媒体の回転にともなうピ
ットの深さの変化の方向および変化する速度が検出で
き、この速度を時間積分することによりピットの深さが
検出される。このとき、屈折率分布型光導波路の手前に
設けられたモード変換効率が50%のモード変換器を第2
の光は往復するため、TEモードは光源とは偏光面が90゜
異なるTMモードに略100%変換される。このTMモードは
モードフィルタにより減衰、あるいは、モードスプリッ
タにより分離され光検出器へ導かれるため、光源には達
しない。また、第2の光源から発せられた光は第2の分
波用光導波路により、第3、第4の光に分波され、それ
ぞれ第2、第3の屈折率分布型光導波路に伝送され、光
記録媒体に照射される。そして、光記録媒体からの反射
光をそれぞれ光検出器により検出することにより、よく
知られている3ビーム法と同様のトラッキング制御を行
うことができる。
[Operation] In the integrated optical pickup of the present invention having the above configuration, the frequency emitted from the semiconductor laser as the first light source is used.
The laser light of f O becomes TE mode in which the direction of the electric field oscillation is parallel to the thin film surface, and propagates through the optical waveguide.
Split into two lights. The demultiplexed first light is converted into a TM mode by a mode converter and modulated by a modulator using a phase shift due to a magneto-optical effect, that is, by a frequency shifter, so that the frequency is shifted by a fixed amount f R , The reference light has a frequency of f O + f R. The demultiplexed second light is radiated out of the optical waveguide by the gradient index optical waveguide in which the refractive index of the optical waveguide changes nonlinearly with respect to the propagation direction of the light, and irradiates the surface of the optical recording medium. Is done. Reflected from the optical recording medium, the frequency receiving only the Doppler shift f S
The signal light of f O + f S is guided again into the optical waveguide by the gradient index optical waveguide, and is multiplexed by the optical multiplexing optical waveguide together with the reference light which is the output light from the frequency shifter. When this is detected by the light detector, the light detector measurement signal that oscillates at a Doppler beat frequency f R -f S by the interference of the reference light and the signal light is detected. By comparing the reference signal from the measurement signal and the frequency shifter, the Doppler shift f S is determined, the direction and varying the rate of change in the depth of the pits caused by the rotation of the optical recording medium can be detected, the speed Is integrated over time to detect the depth of the pit. At this time, a mode converter having a mode conversion efficiency of 50% provided in front of the gradient index optical waveguide is used as the second mode converter.
Since the light travels back and forth, the TE mode is almost 100% converted to the TM mode whose polarization plane differs from that of the light source by 90 °. Since the TM mode is attenuated by the mode filter or separated by the mode splitter and guided to the photodetector, it does not reach the light source. Further, the light emitted from the second light source is split into third and fourth lights by the second splitting optical waveguide, and transmitted to the second and third refractive index distribution type optical waveguides, respectively. Irradiates the optical recording medium. Then, by detecting the reflected light from the optical recording medium with the photodetector, tracking control similar to the well-known three-beam method can be performed.

[実施例] 以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して
説明する。
[Embodiment] An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

光集積型ピックアップは例えば第1図のように、GGG
(Gd3Ga5O12)等の基板11上に形成されたBi:YIG(BixY
3-xFe5O12)、Bi:GdIG(BIxGd3-xFe5O12)等の磁気光学
効果を有する磁性薄膜12、半導体レーザ13および14、Si
フォトダイオード等の光検出器16、17、18とから構成さ
れている。
The integrated optical pickup is, for example, as shown in FIG.
Bi: YIG (Bix x Y) formed on a substrate 11 such as (Gd 3 Ga 5 O 12 )
3-x Fe 5 O 12 ), magnetic thin film 12 having a magneto-optical effect such as Bi: GdIG (BI x Gd 3-x Fe 5 O 12 ), semiconductor lasers 13 and 14, Si
It comprises photodetectors 16, 17, 18 such as photodiodes.

磁性薄膜12には、膜厚が他の部分に対して厚くなった
リッジ部分21が設けられており、リッジ型導波路21を形
成している。レーザ光はこのリッジ型導波路21に沿って
伝搬する。このリッジ型導波路21はよく知られたフォト
リソグラフィーを用いて作製される。すなわち、基板11
上に磁性薄膜12を液相成長法、スパッタ法等の薄膜形成
手段で作製し、その上にフォトレジストを塗布する。そ
して、所定の導波路形状にパターニングした後、プラズ
マエッチング、スパッタエッチングあるいは、熱燐酸を
用いたウェットエッチング等によりリッジ21となる部分
以外の部分を所定の厚さだけエッチングする。最後に、
フォトレジストを取り除くことにより、リッジ型導波路
21が形成される。
The magnetic thin film 12 is provided with a ridge portion 21 whose film thickness is larger than other portions, forming a ridge-type waveguide 21. The laser light propagates along the ridge waveguide 21. The ridge-type waveguide 21 is manufactured using well-known photolithography. That is, the substrate 11
A magnetic thin film 12 is formed thereon by a thin film forming means such as a liquid phase growth method or a sputtering method, and a photoresist is applied thereon. Then, after patterning into a predetermined waveguide shape, portions other than the portion to be the ridge 21 are etched by a predetermined thickness by plasma etching, sputter etching, wet etching using hot phosphoric acid, or the like. Finally,
Ridge type waveguide by removing photoresist
21 is formed.

半導体レーザ13から発せられたレーザ光は、リッジ型
導波路21に入射する。このとき、リッジ型導波路21を伝
搬するレーザ光が、電界の振動方向が薄膜面に平行なTE
モードとなるように、半導体レーザ13は取り付けられて
いる。リッジ型導波路21を伝搬したレーザ光は、一端が
2つの分岐導波路に分かれたリッジ型導波路から成るY
分岐23により2つに分波され、それぞれ分岐導波路24、
25を伝搬する。
The laser light emitted from the semiconductor laser 13 enters the ridge waveguide 21. At this time, the laser light propagating through the ridge-type waveguide 21 emits TE light whose vibration direction of the electric field is parallel to the film surface.
The semiconductor laser 13 is mounted so as to be in the mode. The laser light that has propagated through the ridge-type waveguide 21 is composed of a ridge-type waveguide having one end divided into two branch waveguides.
The light is split into two by the branch 23, and the branch waveguide 24,
Propagate 25.

分岐導波路24の上には、SiO2等から成るバッファ層27
および、Al等の金属から成る電極28および30が設けら
れ、それぞれモード変換器32および周波数シフタ33を構
成している。
On the branch waveguide 24, a buffer layer 27 made of SiO 2 or the like is provided.
Further, electrodes 28 and 30 made of a metal such as Al are provided, and constitute a mode converter 32 and a frequency shifter 33, respectively.

電極28にレーザ光の伝搬方向に対し垂直方向に直流電
流を流すことにより、レーザ光の伝搬方向に平行な磁界
が生じ、この磁界により電極28直下の分岐導波路24が磁
化されるためファラデー効果によるモード変換が生じ
る。このモード変換によりTEモードは磁界の振動方向が
薄膜面に平行なTMモードに変換される。ここで、分岐導
波路24は磁性薄膜12に生じる複屈折を利用してTEおよび
TMモードの伝搬定数が等しくなるように作製されている
ため、一定方向の磁界を印加した状態で100%のモード
変換が得られる。
When a direct current is applied to the electrode 28 in a direction perpendicular to the propagation direction of the laser light, a magnetic field parallel to the propagation direction of the laser light is generated, and the magnetic field magnetizes the branch waveguide 24 immediately below the electrode 28, so that the Faraday effect is generated. Causes mode conversion. By this mode conversion, the TE mode is converted into a TM mode in which the vibration direction of the magnetic field is parallel to the thin film surface. Here, the branch waveguide 24 uses the birefringence generated in the magnetic thin film 12 to generate TE and TE.
Since the TM mode is made to have the same propagation constant, 100% mode conversion can be obtained with a magnetic field applied in a certain direction.

周波数シフタ33の電極30に図示されない発振器から電
流を流すことにより、電極30直下の分岐導波路24には、
レーザ光の伝搬方向に垂直で薄膜面に平行な磁界が印加
される。この磁界により、分岐導波路24が磁化され、磁
気光学効果による位相シフトがTMモードに対して生じ
る。すなわち、磁界が印加されないときのTMモードの伝
搬定数をβ、磁界を印加したときの伝搬定数をβとす
ると、 β=β+γ (3) で表わされる。ここで、γが磁気光学効果による位相
シフト量である。第1図に示すように、レーザ光の伝搬
方向にz軸、薄膜面に垂直方向にx軸をとるとγは、 γ=2ωε∫Re[εxzez ez]dx (4) で与えられる。ただし、ωはレーザ光の角周波数、
εは真空の誘電率、exおよびezはTMモードの電界のx
成分およびz成分、εxzは磁性薄膜12の比誘電率テンソ
ルの非対角成分の1つ、*は複素共役、Reは複素数の実
数部を表わす。εxzはファラデー回転係数θと、 εxz=j(2n1/k)θ (5) という関係がある。ただし、n1は磁性薄膜12の屈折
率、kは真空中でのレーザ光の波数で、レーザ光の波長
をλとすると k=2π/λ (6) で与えられる。さらに、磁性薄膜12の磁化が飽和しな
い範囲では、磁性薄膜12の磁化は印加磁界H、すなわ
ち、電極30に流す電流Iに比例するので、この比例定数
をVとすると、 θ=VI (7) となる。
By flowing a current from an oscillator (not shown) to the electrode 30 of the frequency shifter 33, the branch waveguide 24 immediately below the electrode 30 has:
A magnetic field perpendicular to the propagation direction of the laser light and parallel to the thin film surface is applied. This magnetic field magnetizes the branch waveguide 24 and causes a phase shift due to the magneto-optical effect in the TM mode. That is, assuming that the propagation constant of the TM mode when no magnetic field is applied is β O and the propagation constant when a magnetic field is applied is β, β = β O + γ (3) Here, γ is the amount of phase shift due to the magneto-optical effect. As shown in FIG. 1, the z-axis in the propagation direction of the laser light, taking the x-axis in the direction perpendicular to the thin film plane γ, γ = 2ω O ε O ∫Re [ε xz e z * e z] dx ( 4) given by Where ω O is the angular frequency of the laser light,
epsilon O is the vacuum permittivity, e x and e z are the electric field of the TM mode x
Component and z component, ε xz is one of the off-diagonal components of the relative permittivity tensor of the magnetic thin film 12, * is a complex conjugate, and Re is a real part of a complex number. ε xz has a relationship with the Faraday rotation coefficient θ F and ε xz = j (2n 1 / k) θ F (5). Here, n 1 is the refractive index of the magnetic thin film 12, k is the wave number of the laser light in a vacuum, and is given by k = 2π / λ (6) where λ is the wavelength of the laser light. Further, in a range in which the magnetization of the magnetic thin film 12 is not saturated, the magnetization of the magnetic thin film 12 is proportional to the applied magnetic field H, that is, the current I flowing through the electrode 30. Therefore, when this proportionality constant is V, θ F = VI (7 ).

(5)式を(4)式に代入すると、 γ=2ωε(2n1/k)θ∫Re[jex ez]dx =Aθ (8) となる。ただし、Aは定数である。(5) Substituting expression (4) below, γ = 2ω O ε O become (2n 1 / k) θ F ∫Re [je x * e z] dx = Aθ F (8). Here, A is a constant.

分岐導波路24において電極30によって磁界が印加され
ている部分の長さをlとすると、位相シフトを受けたTM
モードの電界は、 ex=Exsin[ωOt+(β+γ)1] =Exsin[ωOt+AθF1+βO1] (9) となる。ここで、 θ=ωRt/(A1) (10) すなわち、(7)式より、 I=ωRt/(AlV) (11) となるように電極30に電流Iを流すと ex=Exsin[(ω+ω)t+β1] (12) となり、レーザ光の角周波数はω=2πfOからω
ω=2π(fO+fR)へ、すなわち、レーザ光の周波数
はfOからfRだけシフトし、fO+fRとなる。ただし、電極
30に流す参照信号の電流は第2図のように振幅2π/
(A1V)、周期2π/ωの鋸歯状波としても同様の周
波数シフトが得られる。このようにして分岐導波路24に
入射した第3図(a)のように周波数fOをもつレーザ光
は周波数シフタ33により第3図(b)のように周波数が
fRだけシフトし、周波数がfO+fRの参照光となる。
Assuming that the length of the portion where the magnetic field is applied by the electrode 30 in the branch waveguide 24 is l, the phase-shifted TM
Field mode, e x = E x sin [ ω O t + (β O + γ) 1] = E x sin [ω O t + Aθ F 1 + β O 1] becomes (9). Here, θ F = ω R t / (A1) (10) i.e., (7) than, I = ω R t / ( AlV) (11) become as when the electrode 30 supplying a current I e x = E x sin [(ω O + ω R) t + β1] (12) , and the angular frequency of the laser light ω O = 2πf O from omega O +
to ω R = 2π (f O + f R), i.e., the frequency of the laser light is shifted from f O by f R, a f O + f R. However, the electrode
The current of the reference signal flowing through 30 has an amplitude of 2π / as shown in FIG.
(A1V), similar frequency shift can be obtained as a sawtooth wave of period 2π / ω R. The laser beam having the frequency f O as shown in FIG. 3A incident on the branch waveguide 24 in this manner has a frequency as shown in FIG.
shifted by f R, the frequency becomes the reference light of f O + f R.

一方、分岐導波路25を伝搬したレーザ光は、モードス
プリッタ34aを伝送され、モード変換器36aにより50%だ
けTEモードがTMモードに変換される。このモード変換器
36aはモード変換器32と同様に、リッジ型導波路37aの上
に設けられたバッファ層38および電極39aとから成る。
ただし、その長さはモード変換器32の半分であるため、
モード変換効率も半分の50%となっている。モード変換
器36aから屈折率分布型光導波路41aへ入射した光は、屈
折率分布型光導波路41aから適当なビーム径に集光され
たレーザビーム42aとなりピット43の形成された光記録
媒体44に照射される。
On the other hand, the laser light propagating in the branch waveguide 25 is transmitted through the mode splitter 34a, and the TE mode is converted into the TM mode by 50% by the mode converter 36a. This mode converter
Like the mode converter 32, the buffer layer 36a includes a buffer layer 38 and an electrode 39a provided on the ridge waveguide 37a.
However, since the length is half of the mode converter 32,
The mode conversion efficiency is also 50%, which is half. The light incident on the gradient index optical waveguide 41a from the mode converter 36a becomes a laser beam 42a condensed to an appropriate beam diameter from the gradient index optical waveguide 41a to the optical recording medium 44 on which the pits 43 are formed. Irradiated.

屈折率分布型光導波路41aはよく知られている薄膜形
成手段、フォトリソグラフィー、熱拡散等を用い、Y3Fe
5O12(YIG)等にBi等の屈折率を増加させる元素、ある
いはA1等の屈折率を減少させる元素を表面から拡散させ
ることにより形成することができる。このときの屈折率
分布は深さ方向および横方向はほぼガウス分布をしてお
り、レーザ光の伝搬方向には第4図に示すように、表面
屈折率がほぼ一定の領域と非直線的に減少している領域
とに分かれる。表面屈折率がほぼ一定の領域では、リッ
ジ型導波路37aから回折により広がって出射したレーザ
光がほぼ平行光になる。さらに表面屈折率が非直線的に
減少している領域では、鈴木、宮崎、電子情報通信学会
春季全国大会予稿集、SC−6−6(1989年)に述べられ
ているようにレーザ光は基板方向に放射すると同時にあ
る一点に集束する。
The graded index optical waveguide 41a is made of Y 3 Fe using well-known thin film forming means, photolithography, heat diffusion, or the like.
It can be formed by diffusing an element that increases the refractive index such as Bi or an element that decreases the refractive index such as A1 from the surface into 5 O 12 (YIG) or the like. At this time, the refractive index distribution has a substantially Gaussian distribution in the depth direction and the lateral direction, and in the propagation direction of the laser light, as shown in FIG. It is divided into a decreasing area. In a region where the surface refractive index is substantially constant, the laser light that has been diffused and emitted from the ridge waveguide 37a by diffraction becomes substantially parallel light. Further, in the region where the surface refractive index decreases in a non-linear manner, as described in Suzuki, Miyazaki, Proceedings of the IEICE Spring National Convention, SC-6-6 (1989), laser light is applied to the substrate. It radiates in one direction and at the same time focuses on one point.

光記録媒体44から反射したレーザ光は、光記録媒体44
の表面におけるレーザ光の照射部分のピット43の深さの
変化速度に応じて周波数fSだけドップラーシフトを受
け、周波数が第3図(c)のようにfO+fSとなる。この
ドップラーシフトを受けた反射光である信号光は、屈折
率分布型光導波路41aによりリッジ型導波路37a中に導か
れ、再びモード変換器36aを通過することで、さらに50
%のモード変換が生じ、残りのTEモードも完全にTMモー
ドに変換される。
The laser light reflected from the optical recording medium 44 is
Receiving only the Doppler shift frequency f S in accordance with the rate of change of depth of the pits 43 of the irradiated portion of the laser light on the surface of, the frequency becomes f O + f S as of FIG. 3 (c). The signal light, which is the reflected light that has undergone the Doppler shift, is guided into the ridge-type waveguide 37a by the gradient index optical waveguide 41a, and passes through the mode converter 36a again.
% Mode conversion occurs, and the remaining TE mode is also completely converted to TM mode.

モードスプリッタ34aは2つの平行な光導波路45aおよ
び46aと、SiO2等から成るバッファ層47、A1等の金属か
らなる金属クラッド48aとから構成されている。ただ
し、バッファ層47は他のバッファ層27および38よりも薄
く作製されている。2つの光導波路45aおよび46aは互い
にTEモードの伝搬定数がほぼ等しくなるように作製され
ており方向性結合器として動作する。ここで、金属クラ
ッド48aはTEモードの伝搬定数にほとんど影響を与えな
いため、光導波路45aに入射したTEモードは光導波路46a
へ移行し、モード変換器36aに入射する。バッファ層47
が薄いため、金属クラッド48aはTMモードの伝搬定数に
大きな影響を与え、金属クラッド48aの装荷された光導
波路45aにおけるTMモードの伝搬定数は、光導波路46aに
おけるTMモードの伝搬定数よりも小さくなる。すなわ
ち、TMモードの伝搬定数が光導波路45aおよび46aにおい
て互いに異なるため、TMモードについては光波の移行が
生じず、結果的に方向性結合器として動作しない。この
ため、モード変換器36aから光導波路46aへ入射したTMモ
ードは光導波路45aへ移行せず、光導波路46aおよび分岐
導波路49を伝搬する。この結果、ドップラーシフトを受
けた信号光は光源である半導体レーザ13には戻らないた
め、半導体レーザ13には戻り光によって誘起される雑音
が生じず、S/Nのよい再生を行うことができる。
The mode splitter 34a includes two parallel optical waveguides 45a and 46a, and a buffer layer 47 made of SiO 2 or the like and a metal clad 48a made of a metal such as A1. However, the buffer layer 47 is made thinner than the other buffer layers 27 and 38. The two optical waveguides 45a and 46a are manufactured so that the TE mode propagation constants are substantially equal to each other, and operate as a directional coupler. Here, since the metal cladding 48a hardly affects the propagation constant of the TE mode, the TE mode incident on the optical waveguide 45a is
Then, the light enters the mode converter 36a. Buffer layer 47
Is thin, the metal cladding 48a has a large effect on the TM mode propagation constant, and the TM mode propagation constant in the optical waveguide 45a loaded with the metal cladding 48a is smaller than the TM mode propagation constant in the optical waveguide 46a. . That is, since the propagation constants of the TM mode are different from each other in the optical waveguides 45a and 46a, no light wave transition occurs in the TM mode, and as a result, the TM mode does not operate as a directional coupler. Therefore, the TM mode incident on the optical waveguide 46a from the mode converter 36a does not shift to the optical waveguide 45a, but propagates through the optical waveguide 46a and the branch waveguide 49. As a result, the signal light that has undergone the Doppler shift does not return to the semiconductor laser 13 that is the light source, so that the semiconductor laser 13 does not generate noise induced by the return light, and can perform good S / N reproduction. .

また、周波数シフタ33でfRだけ周波数シフトを受け、
分岐導波路24を伝搬してきた参照光はY分岐50によっ
て、分岐導波路49を伝搬してきた信号光と合波される。
この合波されたレーザ光は、干渉によりその振幅がドッ
プラービート周波数fR−fSで振動しており、これを光検
出器16で検出することによりヘテロダイン検波が行わ
れ、第3図(d)のようにドップラービート周波数fR
fSで振動する信号が得られる。
Further, the frequency shifter 33 receives a frequency shift by f R ,
The reference light propagating through the branch waveguide 24 is combined with the signal light propagating through the branch waveguide 49 by the Y branch 50.
The combined laser beam, the amplitude due to interference has vibrated in Doppler beat frequency f R -f S, heterodyne detection is performed by detecting this by the photodetector 16, Figure 3 (d ) As in the Doppler beat frequency f R
A signal oscillating at f S is obtained.

光検出器16の出力信号を周波数シフタ33の電極30に印
加する電流の基本周波数fRと比較してドップラーシフト
fSを求めることにより、光記録媒体44のピット43の深さ
の変化の方向と同時にその変化速度を検出することがで
きる。なお、光記録媒体44のピット43の深さの変位の方
向が逆になると第3図(e)のように参照光の周波数シ
フトfRに対し、fR+fSの位置にドップラービートが生じ
る。さらに、ドップラーシフトfSから求めた光記録媒体
44のピット43の深さの変化速度を時間積分することによ
りピット43の深さを検出することができる。
The output signal of the photodetector 16 is compared with the fundamental frequency f R of the current applied to the electrode 30 of the frequency shifter 33, and the Doppler shift is performed.
By obtaining fS , it is possible to detect the direction of the change in the depth of the pit 43 of the optical recording medium 44 and the speed of the change at the same time. When the direction of the displacement of the depth of the pit 43 of the optical recording medium 44 is reversed, a Doppler beat occurs at a position of f R + f S with respect to the frequency shift f R of the reference light as shown in FIG. . Furthermore, the optical recording medium obtained from the Doppler shift f S
The depth of the pit 43 can be detected by integrating the change speed of the depth of the 44 pits 43 with time.

半導体レーザ14から発せられたレーザ光は、リッジ型
導波路52を伝搬し、Y分岐53で2つの分岐導波路54、55
を伝搬するレーザ光に2分される。分岐導波路54および
55を伝搬したレーザ光は、それぞれ、モードスプリッタ
34bおよび34c、モード変換器36bおよび36c、を伝搬し、
屈折率分布型光導波路41bおよび41cにより光記録媒体44
へレーザビーム42bおよび42cとして照射される。このと
き、モードスプリッタ34bおよび34cはそれぞれ、2つの
光導波路45b、46bおよび45c、46c、バッファ層47、金属
クラッド48bおよび48cとから成り、前述のモードスプリ
ッタ34aと同じ働きをする。モード変換器36bおよび36c
はリッジ型導波路37bおよび37c、バッファ層38、電極39
bおよび39cとから成り、前述のモード変換器36aと同じ
働きをする。屈折率分布型光導波路41bおよび41cも前述
の屈折率分布型光導波路41aと同じ働きをする。従っ
て、光記録媒体43から反射したレーザ光は、それぞれ屈
折率分布型光導波路41bおよび41cにより光導波路37b、3
7cへ導かれ、モード変換器36bおよび36cによりTMモード
に変換される。そして、モードスプリッタ34bおよび34c
を介してリッジ型導波路56および57へ導かれ、光検出器
17および18でそれぞれ検出される。
The laser light emitted from the semiconductor laser 14 propagates through the ridge-shaped waveguide 52, and the two branch waveguides 54 and 55
Is divided into two parts. Branch waveguide 54 and
The laser light that has propagated through 55
Propagate through 34b and 34c, mode converters 36b and 36c,
The optical recording medium 44 is provided by the gradient index optical waveguides 41b and 41c.
Are irradiated as laser beams 42b and 42c. At this time, each of the mode splitters 34b and 34c includes two optical waveguides 45b, 46b and 45c, 46c, a buffer layer 47, and metal clads 48b and 48c, and has the same function as the above-described mode splitter 34a. Mode converters 36b and 36c
Are ridge-type waveguides 37b and 37c, buffer layer 38, electrode 39
b and 39c, and has the same function as the mode converter 36a described above. The gradient index optical waveguides 41b and 41c also have the same function as the above-described gradient index optical waveguide 41a. Accordingly, the laser light reflected from the optical recording medium 43 is transmitted through the optical waveguides 37b and 3c by the gradient index optical waveguides 41b and 41c, respectively.
It is led to 7c, and is converted to the TM mode by the mode converters 36b and 36c. And the mode splitters 34b and 34c
Guided to the ridge waveguides 56 and 57 through the photodetector
Detected at 17 and 18, respectively.

ここで、光記録媒体44に照射されるレーザビーム42
a、42b、42cは第5図の上面図に示すように、情報の再
生を行うレーザビーム42aはピット43の中央に配置され
る。トラッキング制御を行うためのレーザビーム42b、4
2cはビームの中心がピット43の互いに反対の側面にくる
ように配置されており、レーザビーム42b、42cの半分が
ピット内に存在するようになっている。一般に、ピット
43にレーザビーム42b、42cが照射されるとピットとピッ
ト以外からの反射光の干渉により反射光量が減少する。
第5図において、レーザビーム42a、42b、42cが全体に
紙面の下方にずれたときは、レーザビーム42bはピット
に照射される部分が大きくなるためその反射光量は減少
し、レーザビーム42cはピット外に照射される部分が大
きくなるためその反射光量は増大する。紙面の上方にず
れたときはその逆になる。従って、レーザビーム42bお
よび42cの反射光量すなわち光検出器17および18の出力
の差が常に0となるように光集積型ピックアップを動か
すことによりよく知られている3ビーム法と同様にして
トラッキング制御を行うことができる。なお、第6図の
断面図に示すように、光記録媒体44にはピット43の長さ
だけではなく、ピット43に深さによっても情報が記録さ
れているため、ピット43の深さをレーザビーム42aによ
るヘテロダイン干渉法で精度よく検出することにより光
記録媒体44に高密度記録された情報を再生することがで
きる。また、ピット43の深さの平均が光記録媒体におい
て一定となるように符号化を行うことにより、ピットの
深さの変化の影響を受けない安定したトラッキングを行
うことができる。
Here, the laser beam 42 applied to the optical recording medium 44
As shown in the top view of FIG. 5, a, 42b and 42c are provided with a laser beam 42a for reproducing information is arranged at the center of the pit 43. Laser beams 42b and 4 for performing tracking control
2c is arranged such that the center of the beam is on the opposite side of the pit 43, and half of the laser beams 42b and 42c are present in the pit. Generally, the pit
When the laser beams 42b and 42c are irradiated to 43, the amount of reflected light decreases due to interference between reflected light from pits and other than pits.
In FIG. 5, when the laser beams 42a, 42b, and 42c are entirely shifted downward from the plane of the drawing, the portion of the laser beam 42b that irradiates the pit becomes large, so that the amount of reflected light decreases, and the laser beam 42c Since the portion irradiated to the outside increases, the amount of reflected light increases. The reverse is true when the paper is shifted above the plane of the paper. Therefore, the tracking control is performed in the same manner as the well-known three-beam method by moving the integrated optical pickup so that the reflected light amounts of the laser beams 42b and 42c, that is, the difference between the outputs of the photodetectors 17 and 18 are always zero. It can be performed. As shown in the cross-sectional view of FIG. 6, information is recorded not only on the length of the pit 43 but also on the pit 43 on the optical recording medium 44. The information recorded at high density on the optical recording medium 44 can be reproduced by performing accurate detection by the heterodyne interference method using the beam 42a. In addition, by performing encoding so that the average of the depths of the pits 43 is constant in the optical recording medium, it is possible to perform stable tracking without being affected by a change in the depth of the pits.

以上、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明
したが、本発明はこの実施例に限定されず種々の変更が
可能である。
As described above, one embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to this embodiment, and various modifications can be made.

すなわち、基板、磁性薄膜、バッファ層、電極の材料
については、特に限定しない。例えば、基板にサファイ
ア、ガラス等を、磁性薄膜に希土類鉄ガーネットの他
に、CdMnTe等の希薄磁性半導体や、ファラデー回転ガラ
ス、TAG(Tb3Al5O12)等の常磁性体等を、バッファー層
にZnO、AlN等の酸化物、窒化物等を、電極に金等を用い
てもよい。また、磁性薄膜の上に全面にわたってバッフ
ァ層を設けてもよい。
That is, the materials of the substrate, the magnetic thin film, the buffer layer, and the electrode are not particularly limited. For example, sapphire, glass, etc. are used for the substrate, rare-earth iron garnet is used for the magnetic thin film, a dilute magnetic semiconductor such as CdMnTe, a paramagnetic material such as Faraday rotating glass, and TAG (Tb 3 Al 5 O 12 ) are buffered. An oxide or a nitride such as ZnO or AlN may be used for the layer, and gold or the like may be used for the electrode. Further, a buffer layer may be provided on the entire surface of the magnetic thin film.

また、光導波路はリッジ型である必要はなく、例え
ば、矩形型導波路、埋め込み型導波路、あるいは誘電体
装荷型導波路、拡散型導波路等でもよく、レーザ光が厚
さ方向だけでなく横方向にも閉じこめることができれば
その形状については特に限定しない。
Further, the optical waveguide does not need to be of a ridge type, and may be, for example, a rectangular waveguide, a buried waveguide, a dielectric loaded waveguide, a diffusion waveguide, or the like. The shape is not particularly limited as long as it can be confined in the lateral direction.

また、周波数シフタおよびモード変換器のみ磁性薄膜
を用い、他の部分は磁気光学効果を有しない誘電体を用
いてもよい。また、周波数シフタおよびモード変換器に
磁界を印加するための電極の形状についても特に限定し
ない。さらに、外部に電磁石、コイル等を設けて磁界を
印加してもよい。さらに、分岐導波路24およびリッジ型
導波路37a、b、cが、TEおよびTMモードの伝搬定数が
互いに異なるように形成されている場合は、一定方向の
磁界を印加した状態では100%のモード変換は得られな
い。しかし、周期的に磁界の印加方向を反転させること
によりモード変換を加え合わせることができるため、例
えば第7図のように電極60により、適当な周期で反転す
る磁界を印加することにより、モード変換器32において
100%のモード変換、およびモード変換器36a、b、cに
おいて50%のモード変換が得られる。
Alternatively, a magnetic thin film may be used only for the frequency shifter and the mode converter, and a dielectric material having no magneto-optical effect may be used for other portions. Further, the shape of the electrode for applying a magnetic field to the frequency shifter and the mode converter is not particularly limited. Furthermore, a magnetic field may be applied by providing an external electromagnet, coil, or the like. Further, when the branch waveguide 24 and the ridge-type waveguides 37a, 37b, 37c are formed so that the propagation constants of the TE mode and the TM mode are different from each other, 100% mode is applied when a magnetic field in a certain direction is applied. No conversion is available. However, since the mode conversion can be added by periodically inverting the direction of application of the magnetic field, for example, as shown in FIG. In vessel 32
A 100% mode conversion and a 50% mode conversion are obtained in the mode converters 36a, b, c.

また、レーザ光の分波をY分岐導波路ではなく、第8
図の上面図に示すように、2つの光導波路を平行に形成
した方向性結合器62、63によって行ってもよい。このと
き、2つの光導波路の平行部分の長さを調整することに
より、分波比を変化させることができる。さらに、同図
に示すように、周波数シフタによりfRだけ周波数シフト
を受けた参照光と光源からのレーザ光とを合波、干渉さ
せ参照信号の周波数fRを検出してもよい。すなわち、半
導体レーザ13から発せられ、光導波路64を伝搬するTEモ
ードの一部を方向性結合器62によって光導波路65へ分波
する。光導波路65を伝搬したレーザ光は既に詳細に説明
したようにモードスプリッタ34a、モード変換器36aを介
し屈折率分布型光導波路41aに入射し、光記録媒体44へ
照射される。光記録媒体44の表面のピット43の深さの変
化の速度に応じて周波数fSだけドップラーシフトを受
け、周波数がfO+fSとなった光記録媒体44からの反射光
は、屈折率分布型光導波路41aによってリッジ型光導波
路37aへ導かれ、モード変換器36aによりTMモードに変換
された後、モードスプリッタ34aにより光導波路46aへ導
かれ、分岐導波路49を伝搬する。光導波路64を伝搬する
TEモードはさらに、方向性結合器63によって光導波路67
へ分波される。光導波路64を伝搬する残りのTEモードは
既に詳細に説明したようにモード変換器32によりTMモー
ドに変換され、さらに周波数シフタ33により周波数がfR
だけシフトされ、周波数がfO+fRの参照光となる。この
参照光はY分岐68で2つに分波され、それぞれ分岐導波
路69、70を伝搬する。分岐導波路70を伝搬してきた参照
光と、分岐導波路49を伝搬してきた信号光とがY分岐71
により合波される。この合波されたレーザ光は、干渉に
よりその振幅がドップラービート周波数fR−fSで振動し
ており、これを光検出器72で検出することによりヘテロ
ダイン検波が行われ、ドップラービート周波数fR−fS
振動する信号が得られる。一方、分岐導波路69を伝搬し
た参照光と、光導波路67を伝搬した周波数シフトを受け
ていないレーザ光とをY分岐74により合波すると、合波
されたレーザ光の振幅は干渉によりその振幅が周波数fR
で振動しており、これを光検出器76で検出することによ
り周波数fRで振動する信号が得られる。光検出器72およ
び76の出力信号を比較してドップラーシフトfSを求める
ことにより、光記録媒体44のピットの深さの変化の方向
と同時にその速度を検出することができる。このとき、
周波数シフタ33の温度等の変動により参照光の周波数シ
フトfRが変動しても、光検出器72の出力のドップラービ
ート周波数fR−fSと光検出器76の出力の参照信号の周波
数fRとの差fSは一定となり、ドップラーシフトfSを精度
よく求めることができる。
Further, the splitting of the laser light is performed not by the Y-branch waveguide but by the eighth
As shown in the top view of the figure, this may be performed by directional couplers 62 and 63 in which two optical waveguides are formed in parallel. At this time, the wavelength division ratio can be changed by adjusting the length of the parallel portion of the two optical waveguides. Furthermore, as shown in the figure, a laser beam from the reference light and the light source subjected to frequency shift by f R by the frequency shifter multiplexing may detect the frequency f R of the reference signals to interfere. That is, a part of the TE mode emitted from the semiconductor laser 13 and propagating through the optical waveguide 64 is split by the directional coupler 62 into the optical waveguide 65. The laser light that has propagated through the optical waveguide 65 enters the gradient index optical waveguide 41a via the mode splitter 34a and the mode converter 36a as described above in detail, and is irradiated on the optical recording medium 44. Receiving only the Doppler shift frequency f S according to the speed of the depth of the change in the pit 43 of the surface of the optical recording medium 44, the reflected light from the optical recording medium 44 the frequency becomes f O + f S is the refractive index distribution After being guided to the ridge-type optical waveguide 37a by the type optical waveguide 41a and converted into the TM mode by the mode converter 36a, it is guided to the optical waveguide 46a by the mode splitter 34a and propagates through the branch waveguide 49. Propagating through the optical waveguide 64
The TE mode is further provided by an optical waveguide 67
Is demultiplexed. The remaining TE mode propagating through the optical waveguide 64 is converted to the TM mode by the mode converter 32 as described above in detail, and the frequency is shifted to f R by the frequency shifter 33.
And the reference light has a frequency of f O + f R. The reference light is split into two by the Y branch 68 and propagates through the branch waveguides 69 and 70, respectively. The reference light propagating in the branch waveguide 70 and the signal light propagating in the branch waveguide 49 are Y-branched 71
Are combined. The combined laser beam, the amplitude due to interference has vibrated in Doppler beat frequency f R -f S, heterodyne detection is carried out by this is detected by the photodetector 72, the Doppler beat frequency f R A signal oscillating at −f S is obtained. On the other hand, when the reference light that has propagated through the branch waveguide 69 and the laser light that has not undergone the frequency shift that has propagated through the optical waveguide 67 are multiplexed by the Y-branch 74, the amplitude of the multiplexed laser light becomes larger due to interference. Is the frequency f R
In which oscillates a signal that oscillates at a frequency f R is obtained by detecting this in the photodetector 76. By determining the Doppler shift f S by comparing the output signal of the photodetector 72 and 76, it is possible to detect the direction and the speed at the same time the depth of the change in the pit of the optical recording medium 44. At this time,
Even if the frequency shift f R of the reference light fluctuates due to fluctuations in the temperature or the like of the frequency shifter 33, the Doppler beat frequency f R −f S of the output of the photodetector 72 and the frequency f f of the reference signal of the output of the photo detector 76 the difference f S and R is constant, it is possible to accurately obtain the Doppler shift f S.

また、第9図のように半導体レーザ13から発せられリ
ッジ型導波路21を伝搬したレーザ光をY分岐80により2
つの分岐導波路81および82を伝搬するレーザ光に分け、
分岐導波路81を伝搬するレーザ光を再生用、分岐導波路
82を伝搬するレーザ光をトラッキング用に用いてもよ
い。すなわち、分岐導波路81を伝搬したレーザ光はY分
岐23でさらに2つのレーザ光に分けられ、すでに詳細に
説明したように干渉によるピット深さの検出に用いられ
る。分岐導波路82を伝搬したレーザ光はY分岐84でさら
に2つに分けられ、分岐導波路54および55へ導かれ、す
でに詳細に説明したようにトラッキング制御用に用いら
れる。これにより、光源として1つの半導体レーザを用
いるだけでよく、光集積型ピックアップのコストを低く
することができる。
Also, as shown in FIG. 9, the laser beam emitted from the semiconductor laser 13 and propagated through the ridge-type waveguide 21 is
Laser light propagating through the two branch waveguides 81 and 82,
For reproducing the laser beam propagating through the branch waveguide 81, the branch waveguide
The laser light propagating through 82 may be used for tracking. That is, the laser light that has propagated through the branch waveguide 81 is further divided into two laser lights by the Y branch 23, and is used for detecting the pit depth due to interference as described in detail. The laser light propagating through the branch waveguide 82 is further divided into two by a Y branch 84, guided to the branch waveguides 54 and 55, and used for tracking control as described in detail above. Accordingly, only one semiconductor laser needs to be used as the light source, and the cost of the optical integrated pickup can be reduced.

また、第10図のようにモードスプリッタ34aの代わり
にY分岐86を用い、Y分岐86と光源である半導体レーザ
13との間、例えばリッジ型導波路21の上にバッファ層88
および金属クラッド90から成るモードフィルタ92を設け
てもよい。このモードフィルタ92は金属クラッド90の働
きによりTEモードのみを通し、TMモードを減衰させる。
すなわち、光記録媒体44から反射したレーザ光はモード
変換器36aによりTMモードとなってY分岐86により分波
され、分岐導波路25および49を伝搬する。ここで、分岐
導波路25を通りリッジ型導波路21を伝搬するTMモードは
モードフィルタ92によって減衰するため、半導体レーザ
13には達しない。従って、戻り光の影響を受けず、S/N
のよい再生を行うことができる。一方、半導体レーザ13
から発せられたTEモードは金属クラッド90の影響を受け
ず、リッジ導波路型21を減衰せずに伝搬する。
As shown in FIG. 10, a Y-branch 86 is used instead of the mode splitter 34a, and the Y-branch 86 and a semiconductor laser as a light source are used.
13, for example, a buffer layer 88 on the ridge waveguide 21.
And a mode filter 92 comprising a metal clad 90. The mode filter 92 allows only the TE mode to pass by the function of the metal clad 90 and attenuates the TM mode.
In other words, the laser light reflected from the optical recording medium 44 enters the TM mode by the mode converter 36a, is branched by the Y branch 86, and propagates through the branch waveguides 25 and 49. Here, since the TM mode propagating through the ridge-shaped waveguide 21 through the branch waveguide 25 is attenuated by the mode filter 92, the semiconductor laser
Does not reach 13. Therefore, S / N is not affected by return light.
Good reproduction can be performed. On the other hand, the semiconductor laser 13
The TE mode emitted from the ridge waveguide is not affected by the metal cladding 90 and propagates through the ridge waveguide 21 without attenuation.

また、第10図のようにトラッキング用に2つの半導体
レーザ94および95を用いてもよい。すなわち、半導体レ
ーザ94および95から発せられたレーザ光はそれぞれリッ
ジ型導波路96および97を伝搬し、モードスプリッタ34b
および34cへ導かれ、すでに詳細に説明したようにトラ
ッキング制御が行われる。ただし、光記録媒体44におけ
るレーザビーム42a、42b,42cの配置は第11図に示すよう
によく知られている3ビーム法によるトラッキング制御
と同じでよい。
As shown in FIG. 10, two semiconductor lasers 94 and 95 may be used for tracking. That is, the laser beams emitted from the semiconductor lasers 94 and 95 propagate through the ridge waveguides 96 and 97, respectively, and the mode splitter 34b
And 34c, and the tracking control is performed as already described in detail. However, the arrangement of the laser beams 42a, 42b and 42c on the optical recording medium 44 may be the same as the tracking control by the well-known three-beam method as shown in FIG.

また、屈折率分布型光導波路における屈折率が非直線
的に減少する領域は、斜め研磨を利用して作製してもよ
い。まず、第12図(a)のように、液相成長法等の薄膜
形成手段により深さ方向の屈折率が変化している磁性薄
膜12を作製する。このとき、液相成長時における成長温
度を変化させることにより磁性薄膜12の組成が変化し、
これに伴い屈折率も変化する。従って、成長温度を徐々
に変化させながら磁性薄膜12を成長させ、深さ方向に屈
折率が減少するようにすればよい。次に、同図(b)の
ように表面を斜め研磨する。これにより、研磨した表面
の屈折率が非直線的に減少する光導波路を作製すること
ができる。また、屈折率分布型光導波路における屈折率
分布の形状についても特に限定しない。この屈折率の分
布により被測定物に照射される光のスポットの大きさを
制御することができる。
A region where the refractive index in the refractive index distribution type optical waveguide decreases nonlinearly may be manufactured by using oblique polishing. First, as shown in FIG. 12 (a), a magnetic thin film 12 whose refractive index in the depth direction is changed is manufactured by a thin film forming means such as a liquid phase growth method. At this time, by changing the growth temperature during liquid phase growth, the composition of the magnetic thin film 12 changes,
Accordingly, the refractive index also changes. Therefore, the magnetic thin film 12 may be grown while gradually changing the growth temperature so that the refractive index decreases in the depth direction. Next, the surface is obliquely polished as shown in FIG. This makes it possible to produce an optical waveguide in which the refractive index of the polished surface decreases nonlinearly. Further, the shape of the refractive index distribution in the refractive index distribution type optical waveguide is not particularly limited. The size of the light spot irradiated on the object to be measured can be controlled by the distribution of the refractive index.

[発明の効果] 以上詳述したことから明らかなように、本発明によれ
ば、薄膜導波技術を用いて、レーザ光の分波器、合波
器、周波数シフタ等の干渉光学系の主要部を一つの基板
上に集積化しているため、光軸調整が不要、かつ、小
型、安定で信頼性の高い光集積型ピックアップを生産性
よく製造することができる。また、モード変換器とモー
ドスプリッタとを、あるいはY分岐導波路とモードフィ
ルタとを組み合わせて、光記録媒体からの反射光が光源
に戻るのを防止しているため、戻り光によって誘起され
る雑音が生じず、S/Nのよい再生を行うことができる。
[Effects of the Invention] As is clear from the above description, according to the present invention, the main components of the interference optical system such as a laser beam splitter, a multiplexer, and a frequency shifter using the thin-film waveguide technology. Since the units are integrated on one substrate, optical axis adjustment is unnecessary, and a small, stable, and highly reliable optical integrated pickup can be manufactured with high productivity. In addition, the mode converter and the mode splitter, or the Y-branch waveguide and the mode filter are combined to prevent the reflected light from the optical recording medium from returning to the light source. And reproduction with good S / N can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図から第12図までは本発明を具体化した実施例を示
すもので、第1図は、本発明の一実施例である光集積型
ピックアップの構成図であり、第2図は周波数シフタの
電極に印加される電流の波形を示す図であり、第3図
は、本発明の一実施例である光集積型ピックアップにお
けるレーザ光の周波数の関係を示す説明図であり、第4
図は屈折率分布型光導波路における伝搬方向に対する表
面屈折率の関係を示す説明図であり、第5図は光記録媒
体上でのレーザビームの配置を示す説明図であり、第6
図は光記録媒体の要部断面図であり、第7図は光集積型
ピックアップにおけるモード変換器の他の実施例を示す
部分図であり、第8図から第10図までは光集積型ピック
アップの他の実施例を示す上面図であり、第11図は光記
録媒体上でのレーザビームの他の配置例を示す説明図で
あり、第12図は屈折率分布型光導波路の作製方法を説明
する要部断面図であり、第13図は、従来のヘテロダイン
ピックアップの光学系を示すブロック図である。 図中11は基板、12は磁性薄膜、13、14は半導体レーザ、
16、17、18は光検出器、21、56、57はリッジ型導波路、
23、50、53、68はY分岐、24、25、49、54、55は分岐導
波路、32はモード変換器、33は周波数シフタ、34a、34
b、34cはモードスプリッタ、36a、36b、36cはモード変
換器、41a、41b、41cは屈折率分布型光導波路、92はモ
ードフィルタである。
FIGS. 1 to 12 show an embodiment embodying the present invention. FIG. 1 is a configuration diagram of an optical integrated pickup according to an embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 3 is a diagram showing a waveform of a current applied to an electrode of a shifter. FIG. 3 is an explanatory diagram showing a relationship between frequencies of laser light in an optical integrated pickup according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between the surface refractive index and the propagation direction in the gradient index optical waveguide. FIG. 5 is an explanatory diagram showing the arrangement of laser beams on the optical recording medium.
FIG. 7 is a sectional view of an essential part of an optical recording medium, FIG. 7 is a partial view showing another embodiment of a mode converter in an optical integrated pickup, and FIGS. 8 to 10 are optical integrated pickups. FIG. 11 is a top view showing another embodiment of the present invention, FIG. 11 is an explanatory view showing another example of the arrangement of the laser beam on the optical recording medium, and FIG. 12 shows a method for producing a gradient index optical waveguide. FIG. 13 is a cross-sectional view of an essential part to be described, and FIG. 13 is a block diagram showing an optical system of a conventional heterodyne pickup. In the figure, 11 is a substrate, 12 is a magnetic thin film, 13 and 14 are semiconductor lasers,
16, 17, 18 are photodetectors, 21, 56, 57 are ridged waveguides,
23, 50, 53, 68 are Y-branches, 24, 25, 49, 54, 55 are branch waveguides, 32 is a mode converter, 33 is a frequency shifter, 34a, 34
b and 34c are mode splitters, 36a, 36b and 36c are mode converters, 41a, 41b and 41c are gradient index optical waveguides, and 92 is a mode filter.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G11B 7/135──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G11B 7/135

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】複数の光源と、前記第1の光源からの光を
第1および第2の光に分波する第1の分波用光導波路
と、分波された前記第1の光の偏光面を略90゜回転させ
るモード変換器と、偏光面が略90゜回転した前記第1の
光に一定の周波数シフトを与える周波数シフタと、光導
波路の屈折率が光の伝搬方向に対し非直線的に変化して
おり、光を前記光導波路外へ放射し光記録媒体に照射す
ると共に前記光記録媒体からの反射光を前記光導波路中
に導く複数の屈折率分布型光導波路と、前記第2の光を
前記第1の屈折率分布型光導波路に伝送する手段と、前
記第1の屈折率分布型光導波路から伝送される前記光記
録媒体からの反射光と前記周波数シフタからの出力光と
を合波、干渉させる合波用光導波路と、前記合波用光導
波路からの出力光を検出する光検出器と、前記第2の光
源からの光を第3および第4の光に分波する第2の分波
用光導波路と、前記第3の光を前記第2の屈折率分布型
光導波路に伝送する手段と、前記第4の光を前記第3の
屈折率分布型光導波路に伝送する手段と、前記第2およ
び第3の屈折率分布型光導波路から伝送される前記光記
録媒体からの反射光をそれぞれ検出する複数の光検出器
とから成ることを特徴とする光集積型ピックアップ。
A plurality of light sources; a first optical waveguide for demultiplexing light from the first light source into first and second light; and a first light waveguide for demultiplexing the first light. A mode converter for rotating the polarization plane by approximately 90 °, a frequency shifter for giving a constant frequency shift to the first light whose polarization plane is rotated by approximately 90 °, and a refractive index of the optical waveguide that is not relative to the light propagation direction. A plurality of refractive index distribution type optical waveguides that change linearly, radiate light out of the optical waveguide, irradiate the optical recording medium, and guide reflected light from the optical recording medium into the optical waveguide; Means for transmitting the second light to the first graded-index optical waveguide, reflected light from the optical recording medium transmitted from the first graded-index optical waveguide, and output from the frequency shifter A multiplexing optical waveguide for multiplexing and interfering with light and an output light from the multiplexing optical waveguide are detected. An output light detector, a second optical waveguide for splitting light from the second light source into third and fourth lights, and a second refractive index distribution for converting the third light into the second refractive index distribution. Means for transmitting the fourth light to the third graded-index optical waveguide, and means for transmitting the fourth light to the third graded-index optical waveguide. An integrated optical pickup, comprising: a plurality of photodetectors for respectively detecting reflected light from a recording medium.
【請求項2】請求項1に記載の光集積型ピックアップに
おいて、前記周波数シフタが磁気光学効果を有する光導
波路と、前記磁気光学効果を有する光導波路に振幅が鋸
歯状に変化する磁界を印加する手段とから成ることを特
徴とする光集積型ピックアップ。
2. The optical integrated pickup according to claim 1, wherein the frequency shifter applies an optical waveguide having a magneto-optical effect and a magnetic field whose amplitude changes in a sawtooth shape to the optical waveguide having the magneto-optical effect. And an integrated optical pickup.
【請求項3】請求項1に記載の光集積型ピックアップに
おいて、前記光源と前記屈折率分布型光導波路との間に
前記光源の偏光面と略90゜偏光面が回転している光を分
離し、前記光検出器へ導くモードスプリッタと、モード
変換効率が略50%であるモード変換器とを備えているこ
とを特徴とする光集積型ピックアップ。
3. The integrated optical pickup according to claim 1, wherein the light whose polarization plane and substantially 90 ° polarization plane are rotated between the light source and the refractive index distribution type optical waveguide is separated. An integrated optical pickup comprising: a mode splitter for leading to the photodetector; and a mode converter having a mode conversion efficiency of about 50%.
【請求項4】請求項1に記載の光集積型ピックアップに
おいて、前記光源と前記光照射手段との間に前記光源の
偏光面と略90゜偏光面が回転している光を減衰させるモ
ードフィルタとモード変換効率が略50%であるモード変
換器とを備えていることを特徴とする光集積型ピックア
ップ。
4. The integrated optical pickup according to claim 1, wherein the mode filter attenuates the light whose polarization plane and the polarization plane of the light source are rotated by about 90 ° between the light source and the light irradiation means. An integrated optical pickup comprising: a mode converter having a mode conversion efficiency of about 50%.
【請求項5】請求項1に記載の光集積型ピックアップに
おいて、単一の光源と、前記光源からの光を2つに分波
し、前記第1および第2の分波用光導波路に伝送する手
段を備えていることを特徴とする光集積型ピックアッ
プ。
5. The integrated optical pickup according to claim 1, wherein a single light source and light from said light source are split into two and transmitted to said first and second splitting optical waveguides. 1. An optical integrated pickup, comprising:
【請求項6】請求項1に記載の光集積型ピックアップに
おいて、複数の光源と、前記光源からの光をそれぞれ前
記第1、第2および第3の屈折率分布型光導波路に伝送
する手段を備えていることを特徴とする光集積型ピック
アップ。
6. An integrated optical pickup according to claim 1, further comprising: a plurality of light sources; and means for transmitting light from said light sources to said first, second and third graded index optical waveguides, respectively. An integrated optical pickup, comprising:
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