(57)【要約】【課題】２光子吸収記録媒体に対して高速、かつ安定に情報記録が可能な、実用的な記録再生装置を得る。【解決手段】記録再生装置として、２光子吸収記録媒体１０２に同時２光子吸収を誘起して、該２光子吸収記録媒体１０２に情報を記録するための記録光Ｌｗとして、繰り返し周波数１ＧＨｚ以上、波長３８０ｎｍ〜５５０ｎｍ、ピークパワー１００Ｗ以上、パルス幅１ｐsec以下の超短パルスレーザ光を出力する超短パルスレーザ光源１０３と、２光子吸収記録媒体１０２から情報を読み出すための読出光Ｌｒとして、４４０ｎｍ〜６６０ｎｍの波長域の連続発振光を出力する読出用レーザ光源１０４と、読出光Ｌｒが照射された２光子吸収記録媒体１０２からの反射光もしくは蛍光を検出する検出手段１０５とを備える。【選択図】図２
2010211844.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２光子吸収記録媒体に対して、情報の記録および読出しを行う記録再生装置であって、
前記２光子吸収記録媒体に同時２光子吸収を誘起して、該２光子吸収記録媒体に情報を記録するための記録光として、繰り返し周波数１ＧＨｚ以上、波長３８０ｎｍ〜５５０ｎｍ、ピークパワー１００Ｗ以上、パルス幅１ｐsec以下の超短パルスレーザ光を出力する超短パルスレーザ光源と、
前記２光子吸収記録媒体から情報を読み出すための読出光として、４４０ｎｍ〜６６０ｎｍの波長域の連続発振光を出力する読出用レーザ光源と、
前記読出光が照射された前記２光子吸収記録媒体からの反射光もしくは蛍光を検出する検出手段とを備えていることを特徴とする２光子吸収記録媒体記録再生装置。
【請求項２】
前記超短パルスレーザ光源が、一端が半導体可飽和吸収ミラーにより構成されてなる共振器と、該共振器内に備えられた、希土類もしくは遷移金属が添加されている固体レーザ媒質と、該共振器内における群速度分散を制御するための負群速度分散補償素子と、前記固体レーザ媒質を励起する励起光を出力する励起光学系とを備え、ソリトンパルスレーザ光を発振するソリトンモード同期固体レーザと、該ソリトンモード同期固体レーザから発振された前記ソリトンパルスレーザ光を第２高調波に変換する非線形光学素子とを有してなるものであることを特徴とする請求項１記載の２光子吸収記録媒体記録再生装置。
【請求項３】
前記超短パルスレーザ光源において、前記共振器の共振器長が１５０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２記載の２光子吸収記録媒体記録再生装置。
【請求項４】
前記超短パルスレーザ光源において、前記共振器の共振器長が７５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２記載の２光子吸収記録媒体記録再生装置。
【請求項５】
前記超短パルスレーザ光源において、前記非線形光学素子が、周期分極反転ＬｉＮｂＯ３素子、周期分極反転ＬｉＴａＯ３素子および、周期分極反転ＫＴｉＯＰＯ４のうちのいずれかからなることを特徴とする請求項２から４いずれか１項記載の２光子吸収記録媒体記録再生装置。
【請求項６】
前記超短パルスレーザ光源において、前記負群速度分散補償素子が、負分散ミラーであって、負分散量が−３０００ｆｓ２以上かつ０ｆｓ２以下であり、透過率が０．１％以上かつ３％以下であることを特徴とする請求項２から５いずれか１項記載の２光子吸収記録媒体記録再生装置。
【請求項７】
前記超短パルスレーザ光源において、前記負群速度分散補償素子が、負分散ミラーであって、該負分散ミラーが前記共振器の他端を構成するものであり、
前記超短パルスレーザ光源が、前記共振器の一端を構成する前記半導体可飽和吸収ミラーと、該共振器の他端を構成する負分散ミラーとを直線上に保持する直線型共振器ホルダーを備えていることを特徴とする請求項２から６いずれか１項記載の２光子吸収記録媒体記録再生装置。
【請求項８】
前記超短パルスレーザ光による前記２光子吸収記録媒体への情報の記録時に、該超短パルスレーザ光の前記２光子吸収記録媒体からの反射光を受光してサーボ信号を取得する記録時サーボ信号取得手段と、
前記連続発振光による前記２光子吸収記録媒体からの情報の読出し時に、該連続発振光の前記２光子吸収記録媒体からの反射光もしくは蛍光を受光してサーボ信号を取得する読取り時サーボ信号取得手段とを備えていることを特徴とする請求項１から７いずれか１項記載の２光子吸収記録媒体記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非共鳴同時２光子吸収を利用して情報を記録することが可能な２光子吸収材料記録媒体への情報記録および情報読出しを行うための記録再生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機化合物の非線形光学特性の中でも３次の非線形光学効果が注目されており、その中でも特に、非共鳴同時２光子吸収が注目を集めている。同時２光子吸収とは、化合物が２つの光子を同時に吸収して励起される現象であり、そのうち、化合物の（線形）吸収帯が存在しないエネルギー領域で２光子の吸収が起こる場合を非共鳴同時２光子吸収という。なお、本明細書においては、以下の記述において特に明記しなくても「２光子吸収」とは「非共鳴同時２光子吸収」を指すものとする。
ある種の高分子は、２光子吸収で励起した後に、分子構造を変化させたり、蛍光を発するようになったりする。現在、こうした高分子を記録材料に用いることで、記録層の総数が数十〜百にもなる多層光ディスクを実現する研究が進んでいる。
【０００３】
２光子吸収の効率は印加する光電場の２乗に比例する（２光子吸収の２乗特性）。このため、２次元平面にレーザを照射した場合においては、レーザスポットの中心部の電界強度の高い位置のみで２光子吸収が起こり、周辺部の電界強度の弱い部分では２光子吸収は全く起こらない。同様に、３次元空間においては、レーザ光をレンズで集光した焦点の電界強度の大きな領域でのみ２光子吸収が起こり、焦点から外れた領域では電界強度が弱いために２光子吸収が全く起こらない。印加された光電場の強度に比例してすべての位置で励起が起こる線形吸収に比べて、非共鳴２光子吸収では、この２乗特性に由来して空間内部の１点のみで励起が起こるため、空間分解能が著しく向上する。すなわち、２光子吸収材料は、２光子吸収を生じさせる範囲を、レーザ光の焦点の狭い範囲に限定できる。
【０００４】
従って、２光子吸収材料を用いた記録媒体においては、上下の記録層の間で干渉が起こりにくくなるため、層と層との間隔を狭めやすく、数十〜百の多層化が見込まれる。
【０００５】
しかしながら、現状の２光子吸収材料の多くは２光子吸収効率が極めて低いため、従来の報告例では、情報書き込みを行うためのレーザ光源にはピークパワーの極めて高いTi：Sapphireレーザのような大型のモード同期超短パルス固体レーザが用いられており、これが実用の障害となっていた。
【０００６】
一方、上述のような２光子吸収材料を用いた記録媒体に対する情報記録および情報再生を行うための光記録再生装置が、特許文献１から４等に提案されている。
【０００７】
特許文献１には、多層光ディスクの記録再生装置として、情報の読出しおよびサーボ取得のために使用する第１のレーザ光を出力する第１の光源と、書込みに使用するための第２のレーザ光を出力する第２の光源とを備え、読出しと書込みで異なる波長のレーザ光を用いることが提案されている。
【０００８】
なお、多層光ディスクのトラッキングサーボ方法としては、非特許文献１に、２光子吸収記録において、記録用光源とは別にサーボ用光源を設け、多層化された記録層の最深層に反射面が設けられた記録媒体を用い、サーボ用光源からのサーボ用レーザ光でエラー信号を取得する手法が記載されている。
【０００９】
一方、特許文献２には、多光子吸収材料との組合せにおいて、情報記録を行うための光源として、１ｐｓ以下のパルス幅および１ｋＨｚ以上の周波数のパルスレーザを発振する光源を備えた光記録再生装置が提案されており、特に、パルスレーザの波長は、多光子吸収材料の光吸収スペクトルの中心波長λａのｎ倍とすることについて開示されている。
【００１０】
さらに、特許文献３は、記録しきい値エネルギーが10ｎＪ以下の記録材料（多光子吸収材料）を有する記録媒体に対して、１ｐｓ以下のパルス幅のレーザ光を用い、レーザ光を記録媒体に集光する対物レンズとして開口数ＮＡが０．６以上のものを用いることが提案されている。
【００１１】
特許文献２および３では、具体的には中心波長８００ｎｍ、パルス幅約１００ｆｓ、繰り返し周波数８０ＭＨｚのTi:Sapphire Laserであるスペクトラ・フィジックス社製のＭａｉＴａｉ（登録商標）を用いる例が挙げられている。
【００１２】
さて、既述のとおり、現状の２光子吸収材料の多くは２光子吸収効率が極めて低いため、極めて高いピークパワーのレーザ光を用いる必要がある。ピークパワーは、パルスエネルギーをパルス幅で除した値であり、パルスエネルギー一定の条件下では、パルス幅を短縮することでピークパワーを高めることが出来る。
【００１３】
一方、２光子吸収材料を用いた記録媒体に情報を記録する際の転送レート（書込み速度）はパルスレーザの繰り返し周波数およびピークパワーに依存する。すなわち、繰り返し周波数を高めることにより、１ビットを書き込むのに必要なレーザパルス数を、より短い時間内に材料に投入することが出来るため、転送レートを向上させるためには、より高い繰り返し周波数とすることが望まれる。しかしながら、同じ平均出力を維持したまま、繰り返し周波数を高めた場合、パルスエネルギーやピークパワーは低下するために、１ビットを書き込むのに必要なレーザパルス数が増えてしまい、転送レートの向上が十分に行えない恐れがある。従って、２光子吸収記録に十分なピークパワーを確保しつつ、より高い繰り返し周波数とすることが必要となる。
【００１４】
現在開発されている２光子吸収材料の多くは、その吸収能力の指標である２光子吸収断面積が１〜１００ＧＭ（Ｇｏｅｐｐｅｒｔ Ｍａｙｅｒ：１ＧＭ＝１×１０−５０ｃｍ４・ｓ・ｍｏｌｅｃｕｌｅ-1・ｐｈｏｔｏｎ-1）程度であり、実用的な時間範囲（実用的な転送レート）でデータ記録を行うためには、ピークパワーが少なくとも１００Ｗ以上、望ましくは１ｋＷ以上、繰り返し周波数が１ＧＨｚ以上の超短パルスレーザ光が必要である。
【００１５】
前述の通り、特許文献２、３等で例示されている光源では繰り返し周波数が８０ＭＨｚ程度であり、転送レートが十分でなく、またサイズ的にも十分に小型化できているとは言えない。さらに、非常に高価であることから、記録再生装置に実装するのは適さない。
【００１６】
ここで、超短パルスレーザ光を出力させる超短パルスレーザ光源の現状について説明する。まず、超短パルスレーザの動作を説明する。
【００１７】
超短パルスレーザは、モード同期と呼ばれる動作により超短パルスを発生している。モード同期は、簡単に言えば、レーザ発振の際、周波数領域で見ると多数の縦モードの位相が全て同期しており（相対位相差＝０）、このため、縦モード間のマルチモード干渉により、時間領域では極めて短いパルスとなる現象である。
【００１８】
一般に、レーザ共振器を構成するミラーの一つに半導体可飽和吸収ミラー（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｓａｔｕｒａｂｌｅ  Ａｂｓｏｒｂｉｎｇ  Ｍｉｒｒｏｒ：ＳＥＳＡＭ）を用い、そのＳＥＳＡＭにおけるパルス急峻化の効果によりモード同期動作させることが行われている。さらに、フェムト秒領域では、パルスの持つスペクトル帯域が広いため、共振器内の光学部品（固体レーザ媒質、共振器ミラー等）を通過する際に被る正の群速度分散を補償することが必要である。
【００１９】
ＳＥＳＡＭを共振器ミラーとして配置しモード同期を始動させ、共振器内を周回する光パルスによる自己位相変調効果と群速度分散の補償を共振器内で行うことで、フェムト秒領域のパルスを得る方法を特にソリトンモード同期と言う。この手法が、自己開始可能で、他の手法（Ｋｅｒｒレンズモード同期等）に比べアライメントずれに強い優れた実用手法として、広く採用されてきている。
【００２０】
ソリトンモード同期に限らず広くモード同期固体レーザとしては、従来、繰り返し周波数は８０ＭＨｚに相当する共振器長２ｍクラスの大型のものが報告されてきた（例えば非特許文献２参照）。
【００２１】
繰り返し周波数ＰＲＦは、光速をＣ、共振器長をＬｃａｖとした場合にＰＲＦ＝Ｃ／２Ｌｃａｖで表わされ、Ｌｃａｖが２ｍの場合、ＰＲＦは７５ＭＨｚに相当する。大型の超短パルスレーザは、適度な繰返し周波数（５０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚ）と比較的高いピークパワー（１００ｋＷ〜１ＭＷ）を提供可能である。その反面、共振器の折り返しのためのミラー等が必要な上に共振器構造が複雑であるため、部品点数の増大、製造コストアップなど高コストになりがちである。さらに、大型なレーザでは一般的に出力の安定度が低いという問題がある。これは、装置が大型化すればするほど、共振器ミラーの僅かな機械的変動（位置ずれ）が、大きなビーム位置変動、ひいては出力変動を来すためである。従って、このような大型の超短パルスレーザは、定期的なミラーアライメントが前提の運用がなされており、例えば、毎日の運用時にミラーの最適調整が必要である。そこで、部品点数を少なくし小型化した、低コストかつ安定性の高いモード同期固体レーザが望まれる。
【００２２】
一方、直線型で小型の超短パルスレーザが特許文献４〜６において提案されている。具体的には、特許文献４には、固体レーザ媒質の一端面を曲率ミラーとし、この曲率ミラーと、固体レーザ媒質の他端面に配置されたSESAMとから共振器を構成することにより小型化したモード同期固体レーザが提案されており、特許文献５には、固体レーザ媒質に可飽和吸収ミラーをコーティング形成すると共に、負分散ミラーが出力ミラーを兼ねる構成とすることで光学部品を低減し小型化したモード同期固体レーザが提案されている。また、特許文献６には、負分散ミラーと、レーザ媒質に近接して配置されたSESAMとにより構成された直線型のモード同期固体レーザが提案されている。それぞれ、モード同期に必要な半導体可飽和吸収ミラー（ＳＥＳＡＭ）を共振器ミラーの一端として備えており、いずれも、ＳＥＳＡＭとレーザ結晶を近接あるいは密着させ、ＳＥＳＡＭ上に共振器ウエストを持たせることで、ＳＥＳＡＭとレーザ結晶の双方に別々に共振器スポットを形成する従来の場合に比べ、直線型で小型化が可能な構成例が挙げられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】特開２００６−９２６５７号公報
【特許文献２】特開２００６−１６４４５１号公報
【特許文献３】特開２００６−１９６０８４号公報
【特許文献４】米国特許第７１０６７６４号明細書（第１５図）
【特許文献５】特開平１１−１６８２５２号公報（第３図）
【特許文献６】特開２００８−２８３７９号公報（第１図）
【非特許文献】
【００２４】
【非特許文献１】レーザ顕微鏡研究会講演論文集  vol.21  p.12-16、1998年、「有機フォトクロミック材料を用いた高密度光メモリ」
【非特許文献２】Honninger et al., Journal of Optical Society of America vol.16, p.46, 1999；（図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
特許文献４〜６においては、小型化したモード同期型固体レーザが提案されているが、特許文献４、５については、アイデアレベルに過ぎず、高い繰り返し周波数が得られるとされているが、平均出力やピークパワーについては何ら記載されておらず、２光子吸収記録再生装置において望ましい要件を十分に満たしているとは言えず、またいずれの文献においても、具体的な共振器ホルダーの構成や構造についての開示は無く、具体的にどのように実装すれば、小型・低コストで安定な超短パルスレーザが実現できるかについては十分に開示されていない。
【００２６】
現在、市販されている小型なモード同期固体レーザとして、繰り返し周波数１ＧＨｚ（共振器長１５０ｍｍ）を超えるものとしては、GigaOptics社、Gigajetシリーズがあるが、Ti:Sapphireベースであるために、グリーンレーザを励起光とする必要があり、励起光源として固体レーザ光源を必要とすることから、励起光源が大きく、結果として全体の構成が複雑になり、全体としては十分に小型であるとはいえず、また高価である。従って、２光子吸収記録媒体の記録再生装置に組み込むのに適するとは言えない。
【００２７】
すなわち、現状では、光源性能（ピークパワー、繰り返し周波数、波長、パルス幅）に加え、サイズ・コスト・安定性について２光子吸収記録装置に組み込むに実用的と言える光源が開発されているとは言えない。
【００２８】
本願発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、２光子吸収記録媒体に対して高速、かつ安定に情報記録が可能な、実用的な記録再生装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本発明の２光子吸収記録媒体記録再生装置は、２光子吸収記録媒体に対して、情報の記録および読出しを行う記録再生装置であって、
前記２光子吸収記録媒体に同時２光子吸収を誘起して、該２光子吸収記録媒体に情報を記録するための記録光として、繰り返し周波数１ＧＨｚ以上、波長３８０ｎｍ〜５５０ｎｍ、ピークパワー１００Ｗ以上、パルス幅１ｐsec以下の超短パルスレーザ光を出力する超短パルスレーザ光源と、
前記２光子吸収記録媒体から情報を読み出すための読出光として、４４０ｎｍ〜６６０ｎｍの波長域の連続発振光を出力する読出用レーザ光源と、
前記読出光が照射された前記２光子吸収記録媒体からの反射光もしくは蛍光を検出する検出手段とを備えていることを特徴とするものである。
【００３０】
特に、超短パルスレーザ光源が、一端が半導体可飽和吸収ミラーにより構成されてなる共振器と、該共振器内に備えられた、希土類もしくは遷移金属が添加されている固体レーザ媒質と、該共振器内における群速度分散を制御するための負群速度分散補償素子と、前記固体レーザ媒質を励起する励起光を出力する励起光学系とを備え、ソリトンパルスレーザ光を発振するソリトンモード同期固体レーザと、該ソリトンモード同期固体レーザから発振された前記ソリトンパルスレーザ光を第２高調波に変換する非線形光学素子とを有してなるものであることが望ましい。
【００３１】
前記超短パルスレーザ光源においては、共振器の共振器長が１５０ｍｍ以下であることが望ましく、さらには、７５ｍｍ以下であることがより望ましい。
【００３２】
前記超短パルスレーザ光源において、前記非線形光学素子としては、周期分極反転ＬｉＮｂＯ３素子、周期分極反転ＬｉＴａＯ３素子および、周期分極反転ＫＴｉＯＰＯ４のうちのいずれが特に好適である。
【００３３】
前記超短パルスレーザ光源において、前記負群速度分散補償素子が、負分散ミラーであって、負分散量が−３０００ｆｓ２以上かつ０ｆｓ２以下であり、透過率が０．１％以上かつ３％以下であることが望ましい。
【００３４】
前記超短パルスレーザ光源において、前記負群速度分散補償素子が、負分散ミラーであって、該負分散ミラーが前記共振器の他端を構成するものであり、該超短パルスレーザ光源が、前記共振器の一端を構成する前記半導体可飽和吸収ミラーと、該共振器の他端を構成する負分散ミラーとを直線上に保持する直線型共振器ホルダーを備えていることが望ましい。
【００３５】
本発明の２光子吸収記録媒体記録再生装置においては、さらに、前記超短パルスレーザ光による前記２光子吸収記録媒体への情報の記録時に、該超短パルスレーザ光の前記２光子吸収記録媒体からの反射光を受光してサーボ信号を取得する記録時サーボ信号取得手段と、前記連続発振光による前記２光子吸収記録媒体からの情報の読出し時に、該連続発振光の前記２光子吸収記録媒体からの反射光もしくは蛍光を受光してサーボ信号を取得する読取り時サーボ信号取得手段とを備えていることが望ましい。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の２光子吸収記録媒体記録再生装置は、記録光の光源として、繰り返し周波数１ＧＨｚ以上、波長３８０ｎｍ〜５５０ｎｍ、ピークパワー１００Ｗ以上、パルス幅１ｐsec以下の超短パルスレーザ光を出力する超短パルスレーザ光源を備えており、この波長域であれば、４０５ｎｍで記録再生を行うBlu-rayディスク相当の面記録密度を実現できる。なお、記録光の波長は短いほど記録ビットが小さく出来るため、一面あたりのデータ量は高密度化できるため、この波長域よりもさらに短波長化することにより、高密度化出来る可能性はあるが、一方で、光学系が紫外対応を迫られ、一般的には石英ガラスでの構成になり、安価な光学部品が使用不可となるという問題があり好ましくない。
【００３７】
また、繰り返し周波数１ＧＨｚ以上、ピークパワー１００Ｗ以上、パルス幅１ｐsec以超短パルスレーザ光を用いれば、極めて実用的な高い転送レートでの情報記録を実現することができる。
【００３８】
超短パルスレーザ光源が、ソリトンパルスレーザ光を発振するソリトンモード同期固体レーザと、該ソリトンモード同期固体レーザから発振されたソリトンパルスレーザ光を第２高調波に変換する非線形光学素子とを有してなるものであれば、超短パルスレーザ光源を小型に構成することができ、安定かつコストを抑制した実用的な記録再生装置を構成することができる。なお、ソリトンモード同期固体レーザの共振器長がおよそ１５０ｍｍ以下、望ましくは７５ｍｍ以下であれば、一体型共振器構造を採用でき、より安定度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１Ａ】本実施形態の記録再生装置に備えられているモード同期固体レーザの概略平面図
【図１Ｂ】本実施形態の記録再生装置に備えられているモード同期固体レーザの概略側断面図
【図２】本発明の実施形態に係る２光吸収記録媒体の記録再生装置の概略構成図
【図３】情報記録時のサーボのための記録パルスの模式図
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、図面を参照して本発明の２光子吸収記録媒体の記録再生装置の実施形態について説明する。
【００４１】
まず、本実施形態の記録再生装置１の超短パルスレーザ光源１０３に備えられているソリトンモード同期固体レーザ１０の一実施形態を詳細に説明する。
【００４２】
図１Ａは、本実施形態におけるソリトンモード同期固体レーザ１０の概略平面図、図１Ｂは、図１Ａのモード同期固体レーザ１０の１Ｂ−１Ｂ断面図を示すものである。図示の通り、本実施形態のソリトンモード同期固体レーザ１０は、励起光Ｌ０を共振器光軸に対して斜め方向から入力させる励起光学系１３と、共振器光軸に対してブリュースタ角になるように共振器内に配置され、励起光学系１３により入射された励起光Ｌ０を、固体レーザ媒質１６に向けて反射すると共に、共振器内で共振する発振光Ｌを透過する、共振器内に配されたダイクロイックミラー１８と、共振器の一端を構成するＳＥＳＡＭ（半導体可飽和吸収ミラー）１４と、共振器の他端を構成する出力ミラーを兼ねた負分散ミラー２０と、このＳＥＳＡＭ１４および負分散ミラー２０で構成される共振器の内部に配置された固体レーザ媒質１６とから構成されている。
【００４３】
ここで、励起光学系１３は励起光Ｌ０を射出する半導体レーザ２６と励起光Ｌ０を固体レーザ媒質上で収束させるためのセルフォックレンズ２８を備えている。
【００４４】
以上の構成においては、励起光学系１３により共振器光軸に対して斜めに入射された励起光Ｌ０がダイクロイックミラー１８により反射されて固体レーザ媒質１６に入力され、これによって固体レーザ媒質１６が励起されて発生した光が共振器の作用で発振する。レーザ発振光（パルスレーザ光）Ｌは出力ミラー（負分散ミラー）２０を一部透過し外部に出力される。本構成の装置においては、共振器内で共振するレーザ発振光ＬのビームウェストがＳＥＳＡＭ１４上にのみ形成されている。なお、固体レーザ媒質１６とＳＥＳＡＭ１４とは、固体レーザ媒質１６に発振光Ｌのビームウェストが形成されていなくても十分な発振を行うことができる程度に近接配置されている。
【００４５】
固体レーザ媒質１６としては、７６０ｎｍ〜１１００ｎｍ程度の範囲で発振波長を実現できる固体レーザ結晶のうち、対象とする記録媒体の特性に応じた発振波長を実現できる固体レーザ結晶を適宜選択して使用すればよい。具体的には、Ｙｂ：ＫＧＷ（ＫＧｄ（ＷＯ４）２）、Ｙｂ：ＫＹＷ（ＫＹ（ＷＯ４）２）、Ｙｂ：ＹＡＧ（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）、Ｙｂ：Ｙ２Ｏ３、Ｙｂ：Ｓｃ２Ｏ３、Ｙｂ：Ｌｕ２Ｏ３、Ｙｂ：ＧｄＣＯＢ（Ｃａ４ＧｄＯ（ＢＯ３）３）、Ｙｂ：ＳＹＳ（ＳｒＹ４（ＳｉＯ４）３）、Ｙｂ：ＢＯＹＳ（Ｓｒ３Ｙ（ＢＯ３）３）、Ｙｂ：ＹＶＯ４、Ｙｂ：ＧｄＶＯ４、Ａｌｅｘａｎｄｒｉｔｅ（Ｃｒ：ＢｅＡｌ２Ｏ４）、Ｃｒ：ＬｉＳＡＦ（ＬｉＳｒＡｌＦ６）、Ｃｒ：ＬｉＳＧＡＦ（ＬｉＳｒＧａＦ６）、Ｃｒ：ＬｉＣＡＦ（ＬｉＣａＡｌＦ６）、Ｃｒ：ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅ（Ｍｇ２ＳｉＯ４）、Ｃｒ：ＹＡＧ（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）、Ｃｒ：Ｃａ２ＧｅＯ４、Ｔｉ：Ａｌ２Ｏ３、Ｎｄ：Ｇｌａｓｓ、及びＥｒ：Ｙｂ：Ｇｌａｓｓなどが挙げられる。なお、例えば、Ｙｂ：ＫＹＷにより１０４５ｎｍ、Ｙｂ:ＹＡＧにより１０３０ｎｍ〜１１００ｎｍ、Ｙｂ:ＫＧＷにより１０００ｎｍあるいは１０４５ｎｍ、Ｙｂ：Ｙ2Ｏ3により１０７５ｎｍ、Ｙｂ:Ｓｃ2Ｏ3により、１０４１ｎｍ、Ｎｄ：Ｇｌａｓｓにより１０６０ｎｍのそれぞれ発振波長を得ることができる。またＣｒ:ＬｉＳＡＦ、Ｃｒ:ＬｉＣＡＦ、アレキサンドライトなどを用いれば、７６０ｎｍ〜１０００ｎｍの発振波長を得ることができる。
【００４６】
また、固体レーザ媒質１６の厚みと希土類の添加濃度は、励起光を十分に、例えば９０％の効率で吸収することが出来るように設定する。
【００４７】
負分散ミラー２０は、共振器内の群速度分散を補償し、かつ、共振器内の光パルスの高いピークパワーにより固体レーザ媒質１６において生ずる自己位相変調による正のチャープも補償する役割を担う。分散量は動作条件にも依存するが、０〜−３０００ｆsec２程度の範囲内の分散量であることが好ましい。なお、分散量は、共振器内の全体の群速度分散が０以下となるように設定する。また、負分散ミラー２０の透過率Ｔは、ミラー設計により、例えば出力結合率をおよそ０．５〜３％程度の範囲内に設定することで、最適な出力取り出しが可能である。
【００４８】
負分散ミラー２０の曲率半径は、共振器のガウスビーム伝搬設計により算出決定されるが、共振器スポット径（発振光のビームウェスト）を出来るだけ小さくするため、おおよそ共振器長と同程度の曲率半径を持たせ、ヘミスフェリカル型とすることが好適である。これにより、共振器スポットをおよそ５０μｍ直径程度に抑えることができ、短共振器長化に伴うＱスイッチ現象を回避することが出来る。また、これと同時に、励起光のスポット径との空間的な整合を良好に取ることが出来、高効率化が図れる。
【００４９】
ダイクロイックミラー１８は、励起光Ｌoの波長に対して高反射で、発振光Ｌの波長に対して低反射のコーティングが施されており、これにより高効率な励起及び低内部損失が実現される。
【００５０】
本実施形態のモード同期固体レーザ１０は、パワー一定制御手段として、負分散ミラー２０から出力された発振光Ｌの一部を反射するビームスプリッタ４０、ビームスプリッタ４０により反射された発振光Ｌの一部を受光するフォトダイオード４２およびフォトダイオード４２で検出される光強度が略一定となるように半導体レーザ２６の出力を制御する制御部４４とを備えている。
【００５１】
フォトダイオード４２は、ビームスプリッタ４０によって反射された光の強度を検出し、電気信号に変換して制御部４４へ出力し、制御部４４は、フォトダイオード４２で検出される光強度が略一定となるように半導体レーザ２６を制御するパワー一定制御を行う。これにより、モード同期固体レーザ１０の平均出力を略一定に維持することができる。
【００５２】
半導体レーザ２６およびセルフォックレンズ２８からなる励起光学系１３は、例えば銅から成る部材により構成された励起光学系ホルダー３０上に例えば接着により固定されている。ダイクロイックミラー１８は、ダイクロイックミラーホルダー３２に固定され、このダイクロイックミラーホルダー３２、ＳＥＳＡＭ１４、負分散ミラー２０および固体レーザ媒質１６は、共振器ホルダー３４に固定されている。また、ビームスプリッタ４０およびフォトダイオード４２は、制御系ホルダー３５に固定されている。そして、これらのホルダー３０、３４、３５は銅板３６上に固定されており、この銅板３６は、基板４６上に配置されたペルチェ素子２２上に固定されている。
【００５３】
基板４６は、該基板４６に対して、上記ホルダー３０、３４、３５およびそれらに固定された各部品を内包するように封止固定される蓋部材４８と共に筐体を構成する。蓋部材４８には、パルスレーザ光Ｌを外部に出力するための透過窓４８Ａが設けられている。筐体内部は、密閉されており、外界と遮断されている。蓋部材４８の基板４６への固定方法としては、例えばレーザ溶接や電気溶接等の溶接やシーム接合、半田付け、接着剤による接着等の種々公知の手法を用いることができる。
【００５４】
ペルチェ素子２２はペルチェ駆動部２４と共に温度調整手段を構成し、ペルチェ素子２２がペルチェ駆動部２４により駆動され、共振器ホルダー３４及び励起光学系ホルダー３０を温度調整するよう構成されている。
【００５５】
このように温度調整手段により、共振器ホルダー３４を温度調整可能なため、外部環境の温度が変動したとしても、共振器は一定の温度に保たれ、共振器長の変動、ミラー等の各部材の位置変動を最小に抑制することができる。これにより、極めて出力の安定な超短パルスレーザ光を出力することができる。
【００５６】
また、同様に、温度調整手段により励起光学系ホルダー３０を温度調整可能なため、半導体レーザ２６の温度変動による波長変動や励起光学系１３と共振器との相対位置の変動等を抑制することができる。
【００５７】
次に、共振器ホルダー３４に対するレーザ構成部品の取り付け構造について説明する。図１Ｂに示すように、共振器ホルダー３４は、基体部分３４Ｃと、基体部分３４Ｃ上に共振器軸方向に互いに離間して配設された固定部分３４Ａおよび３４Ｂとを有し、それらの部分３４Ａ、３４Ｂおよび３４Ｃが一体的に形成され、全体として略Ｕ字型に形成されている。共振器ホルダー３４は、熱伝導性と剛性の高い金属を使用することが好ましく、銅が好適である。さらに切削性を考慮すると、Ｔｅが添加された銅がより好ましい。
【００５８】
共振器ホルダー３４の固定部分３４Ａおよび３８Ｂの外側面はそれぞれ共振器端を構成するＳＥＳＡＭ１４および負分散ミラー２０が固定される取り付け面であり、この面は共振器軸に対して垂直である。この取り付け面間の距離は所望とする共振器長に応じて設定される。共振器長は、ホルダーが十分な精度で加工できる範囲でより短いことが好ましく、具体的には、温度変動による部材の機械的変動を考慮すると、共振器長は１５０ｍｍ以下、さらには７５ｍｍ以下であることが好ましい。また、共振器長１５０ｍｍ以下とすることにより繰り返し周波数を１ＧＨｚ以上、７５ｍｍ以下とすることにより繰り返し周波数２ＧＨｚ以上が実現できる。
【００５９】
また、ホルダー３４の固定部分３４Ａおよび３４Ｂには、共振器内部で共振する光を通過させるための孔３８Ａ、３８Ｂが形成されている。
【００６０】
ＳＥＳＡＭ１４および負分散ミラー２０は、取り付け面にそれぞれ接着により固定される。ＳＥＳＡＭ１４および負分散ミラー２０は、図１Ａに示すように、光が入射する光入射面のうち、光が入射する領域以外の部位に接着剤が塗布されて共振器ホルダー３４の一方の端面および他方の端面に接着される。このようにＳＥＳＡＭ１４の光入射面が共振器ホルダー３４の一端側に接着された構成とすることにより、ＳＥＳＡＭ１４に生じる熱を効率よく排熱し、熱による歪みに伴う動作の不安定性を極力取り除くことができる。ＳＥＳＡＭ１４および負分散ミラー２０を共振器ホルダー３４に接着する際の接着剤は、層厚が２μｍ以下で、かつ硬化率変化及び応力による層厚変化が１％以下である接着剤を用いることが好ましい。
【００６１】
固体レーザ媒質１６は固定部分３４ＡのＳＥＳＡＭ取り付け面と対向する面に、その一面が接着により固定されている。固体レーザ媒質１６は、光透過領域以外の部位に接着剤が塗布されて面に固定されている。ＳＥＳＡＭ１４および負分散ミラー２０と同様に、共振器ホルダー３４に接着する際の接着剤は、層厚が２μｍ以下で、かつ硬化率変化及び応力による層厚変化が１％以下である接着剤を用いることが好ましい。なお、レーザ構成部品の共振器ホルダーへの接着による固定方法としては、特許第３３７８１０９号公報に記載されている方法を適用することが好ましい。
【００６２】
このように、一つの共振器ホルダー３４にＳＥＳＡＭ１４、固体レーザ媒質１６、負分散ミラー２０、及びダイクロイックミラーホルダー３２などのレーザ構成部品が固定されているので、各部品用のホルダーを各々用意する必要がなく、簡単かつ小型な構成とすることができ、装置を低コストで作製することができる。
【００６３】
なお、本実施形態では、固体レーザ媒質１６は、その光入射面及び光出射面が共振器軸に対して直交するように配置されている（図１Ａ参照）が、共振器軸と直交する方向に対して数度（例えば２度〜５度）傾けて配置するようにしてもよい。これにより、共振器を周回している光パルスが、各光学部品の境界において残留反射する成分（サテライト成分）を抑制することが出来る。なお、これ以上傾けると、非点収差によりビーム形状が歪みを生じると同時に、結晶に施された無反射コートの反射率の角度依存性から、内部損失を被る場合がある。
【００６４】
次に、上記一実施形態のモード同期固体レーザ１０のレーザ構成部品についての具体的な構成例を説明する。
【００６５】
励起光学系１３の半導体レーザ２６としては、例えば波長９８０ｎｍ、エミッタ幅５０μｍ、出力２Ｗの励起光を出力する半導体レーザを用いる。セルフォックレンズ２８は、半導体レーザ２６から出射された励起光を集光スポット径が略５０μｍφとなるように固体レーザに集光させるものである。
【００６６】
固体レーザ媒質１６として、厚みが１．５ｍｍ、Ｙｂの添加濃度が５ａｔ％のＹｂ:ＫＹＷを用いる。固体レーザ媒質１６の両面は光学研磨され、発振光の波長１０４５ｎｍおよび励起光の波長９８０ｎｍに対し反射率が０．５％以下の反射防止コーティングが施されている。
【００６７】
ＳＥＳＡＭ１４としては、変調深さ（ΔＲ）が０．６％、飽和フルーエンスが７０μＪ／ｃｍ２のものを用いる。
【００６８】
負分散ミラー２０は、分散量が−８００ｆsec２、発振光の透過率が１．８％のものを用いる。また、ミラー面（凹面）の曲率半径は５０ｍｍである。
負分散ミラー２０とＳＥＳＡＭとの距離、すなわち共振器長は５０ｍｍとする。すなわち、共振器長が５０ｍｍとなるように取り付け面間の距離が設定された共振器用ホルダーを用いる。
【００６９】
ダイクロイックミラー１８は、励起光の波長に対して反射率が９５％以上で、発振光の波長に対して反射率が０．２％以下のコーティングが施されており、これにより高効率な励起及び低内部損失が実現される。
【００７０】
本発明者は、上記構成例のモード同期固体レーザ１０により、平均出力６００ｍＷ、パルス幅２００ｆsec、繰り返し周波数２．９ＧＨｚ、ピークパワー１ｋＷの超短パルスレーザ光を出力できることを確認した。
【００７１】
また、このモード同期固体レーザ１０について以下の試験を行った。
【００７２】
パワー一定制御をせず、外気温度を１０℃〜４５℃の範囲で変化させる温度サイクル試験を行った。温度制御手段による共振器の温度調整は行っている。この温度サイクル試験における出力変動は１０％以下であった。
【００７３】
長期ランニング試験として、パワー一定制御をせず、３０００ｈ以上の経時試験を行った。この経時試験における出力変動は１０％以下であった。なお、長期ランニング試験においては、温度制御手段による共振器の温度調整は行ったが、外気温度については温度調整をしていない。温度変動の幅は１５℃程度であった。
また、同様に、長期ランニング試験として、パワー一定制御を行い、１０００ｈの経時試験を行った。この経時試験における出力変動は±０．５％であった。パワー一定制御を行わない長期ランニング試験と比較して、出力の安定性が大きく向上することが確認できた。
【００７４】
この試験結果から、パワー一定制御をしない状態での温度サイクル試験、および経時試験において１０％以下という出力変動は、使用の度にアライメント調整を必要とする従来の大型のモード同期固体レーザと比較して、十分安定していると言える。さらにパワー一定制御を行うことにより、格段に高い安定性を達成することができることが明らかになった。
【００７５】
後記の本実施形態の記録再生装置の記録光源である超短パルスレーザ光源は、上記モード同期固体レーザ１０と、非線形光学素子および集光レンズとを組合せて構成され、固体レーザ１０から出力されたパルスレーザＬの第２高調波を出力する。
【００７６】
上記構成例のモード同期固体レーザと組み合わせる非線形光学素子としては１０４５ｎｍの基本波に対し分極反転周期が最適な値に設定された周期分極反転素子を用いる。具体的には、ＰＰＫＴＰ(周期分極反転ＫＴｉＯＰＯ４)、ＰＰＬＮ（周期分極反転ＬｉＮｂＯ３）、ＰＰＬＴ(周期分極反転ＬｉＴａＯ３)が好適であり、これらを用いた場合、超短パルスレーザ光源の出力として、平均出力１２０ｍＷ（変換効率２０％）、ピークパワー１００Ｗ以上の第２高調波（５２２ｎｍ）を実現できた。このときパルス幅は３００〜５００ｆsec程度であった。なお、素子の分極反転周期は、１０４５ｎｍの基本波に対し最適な値に設定した。具体的には、ＰＰＫＴＰでおよそ８μｍ、ＰＰＬＮで６μｍ、ＰＰＬＴで７μｍとした。素子長は３ｍｍから５ｍｍとし、モード同期固体レーザ１０から出力された基本波を集光レンズにより素子端面に集光スポット２０μｍ直径程度に基本波を絞り込んだ。
【００７７】
このような超短パルスレーザ光源を用いることにより極めて実用的な２光子吸収記録が実現可能となる。
【００７８】
上記構成例では固体レーザ媒質として、Ｙｂ：ＫＹＷを用いたが、固体レーザ媒質のレーザ結晶および添加物（希土類あるいは遷移金属）との組合せを適宜選択することにより、７６０ｎｍ〜１１００ｎｍの発振波長を達成可能であり、ＳＨＧ素子と組み合わせることにより、第２高調波としては、３８０ｎｍ〜５５０ｎｍの波長のレーザ光を出力可能である。
【００７９】
次に、上述の超短パルスレーザ光源を備えた、本発明の２光子吸収記録媒体の記録再生装置の実施形態について説明する。
【００８０】
図２は、本実施形態の２光子吸収記録媒体の記録再生装置１００の概略構成図を示すものである。本実施形態の記録再生装置１００において記録および再生に供される記録媒体１０２の記録層には２光子吸収材料が備えられており、波長３８０〜５５０ｎｍの記録光の照射により２光子吸収を生じて情報記録が可能で、かつ、波長４００〜６６０ｎｍの読出し光の照射により、信号光を生じるものである。記録層は、読出し光の屈折率を変化させた反射光（波長は読出し光と同一）を信号光として生じるものであってもよいし、読出し光の照射により信号光として波長４２０〜７００ｎｍの蛍光を生じるものであってもよいが、本実施形態においては、信号光として蛍光を生じるものを用いている場合について説明する。なお、特開２００６-１６４４５１号公報には、線形吸収波長２００ｎｍ、２光子吸収波長４００〜５００ｎｍ、蛍光波長６００ｎｍの化合物の開示例がある。
【００８１】
本実施形態の２光子吸収記録媒体記録再生装置１００は、２光子吸収記録媒体１０２に対して、２光子吸収を誘起して情報を記録するための記録光Ｌｗとして、繰り返し周波数１ＧＨｚ以上、波長３８０ｎｍ〜５５０ｎｍ、ピークパワー１００Ｗ以上、パルス幅１ｐsec以下の超短パルスレーザ光を出力する超短パルスレーザ光源１０３と、２光子吸収記録媒体１０２から情報を読み出すための読出光Ｌｒとして、４４０ｎｍ〜６６０ｎｍの波長域の連続発振光を出力する読出用レーザ光源１０４と、読出光Ｌｒが照射された２光子吸収記録媒体１０２からの信号光（ここでは、蛍光）Ｌｓを検出する検出器１０５とを備えている。
【００８２】
記録再生装置１００は、トラッキングサーボ手段として、４分割検出器１０６、および記録媒体１０２からの光の一部を４分割検出器１０６に向けて反射するビームスプリッタ１０７を備えている。また、超短パルスレーザ光源１０３から出力された記録光（以下、超短パルスレーザ光）Ｌｗを記録すべき情報に応じて強度変調する強度変調器１０８と、超短パルスレーザ光Ｌｗの所定の偏光光を記録媒体１０２に向けて反射する偏光ビームスプリッタ１０９を備え、偏光ビームスプリッタ１０９と記録媒体１０２との間に、広帯域λ／４波長板１１０、集光光学系１１１および対物レンズ１１２を備えている。また、読出用レーザ光源１０４から出力された読出光Ｌｒの一部を記録媒体１０２に向けて反射するビームスプリッタ１１３を備えており、読出光Ｌｒは、記録光の光軸と同軸に調整され、ビームスプリッタ１１３で反射され、ビームスプリッタ１０７、偏光ビームスプリッタ１０９、広帯域λ／４波長板１１０、光学系１１１、および対物レンズ１１２を経て記録媒体１０２に照射される。なお、対物レンズ１１２は収差補正機能を有している。読出光Ｌｒが照射されて記録媒体１０２から生じる信号光Ｌｓは、対物レンズ１１２、光学系１１１等を介して検出器１０５で検出されるよう構成されている。記録媒体１０２と検出器１０５との間には、読出光カットフィルタ１１５と、集光レンズ１１６および、共焦点光学系を構成するために共焦点に配置されたピンホール１１７とを備えている。ピンホール１１７は、集光スポット外からの信号光Ｌｓを除去し、空間分解能を高める機能を有するものである。
【００８３】
さらに、対物レンズ１１２には、４分割検出器１０６からの誤差信号（サーボ信号）を受け、フォーカシングとトラッキングを維持する駆動機構１１９が設けられている。
【００８４】
超短パルスレーザ光源１０３は、先に説明した、ソリトンパルスレーザ光Ｌを発振するソリトンモード同期固体レーザ１０と、該ソリトンモード同期固体レーザ１０から発振されたソリトンパルスレーザ光Ｌを第２高調波に変換する非線形光学素子（ＳＨＧ素子）１１と、固体レーザ１０から発振されたソリトンパルスレーザ光Ｌを非線形光学素子１１の端面に集光させるレンズ１２とを有しており、超短パルスレーザ光源１０３からは、固体レーザ１０から出力されるソリトンパルスレーザ光（基本波）Ｌの第２高調波が記録光（超短パルスレーザ）Ｌｗとして出力される。非線形光学素子１１としては、ＰＰＫＴＰ、ＰＰＬＮ、ＰＰＬＴが好適である。
【００８５】
強度変調器１０８としては、例えば、電気光学変調素子を用いることができ、具体的には、導波路型マッハツエンダー干渉計構成の高速電気光学変調素子を用いることができる。本実施形態においては、第２高調波に対して強度変調をするよう構成しているが、強度変調器をＳＨＧ素子１１と固体レーザ１０との間に挿入して、固体レーザ１０から出力された基本波を強度変調した後、ＳＨＧ素子１１に通して第２高調波に変換するよう構成してもよい。
【００８６】
読出用レーザ光源は、４４０ｎｍ〜６６０ｎｍの波長域の連続発振光を出力するものであれば特に限定されるものではない。４４０ｎｍ〜６６０ｎｍの範囲内の波長のレーザ光を出力する光源としては、例えば、波長４８８ｎｍのアルゴン・イオン・レーザ、６３２．８ｎｍのＨｅ−Ｎｅレーザが挙げられる。なお、読出光の波長は、２光子吸収材料が蛍光を生じるものであるとき、その蛍光励起可能な波長範囲で適宜選択すればよく、２光子吸収材料に応じてその光源を選択する必要がある。
【００８７】
読出光カットフィルタ１１５は、読出光Ｌｒをカットし、蛍光のみを通過させる光フィルタであり、これにより読出し時のＳＮ低減を防いでいる。ただし、読出光と蛍光が近接している場合、このフィルタにより、蛍光も同時にカットされる。
【００８８】
ＳＮ向上と記録密度向上の観点からは、読出光と信号光は出来るだけ離れてかつ、より短波長であることが望ましい。例えば、信号光である蛍光波長が６７０ｎｍであり、読出光が６３０ｎｍである場合、読出光と信号光との波長が近く（両光の波長差が小さく）、読出光とのクロストークを避けるため、読出光を十分カットしようとすると、蛍光量が半分程度同時にカットされてしまい、逆にＳＮが低下する。一方、蛍光波長が６００ｎｍであり、読出光が４８８ｎｍである場合、両者の波長差は１００ｎｍあることから、フィルタによる蛍光の透過損失をほぼゼロとすることができ、ＳＮを向上させることができる。
【００８９】
なお、２光子吸収により屈折率が変調されるタイプの２光子吸収材料では、読出し光は反射変調を受けるので、信号光と同一波長であり、波長差で分離するのではなく、屈折率差により分離するため、上記のような問題はない。ただし屈折率差を取る材料設計が難しい面もある。
【００９０】
上記構成の２光子吸収記録媒体の記録再生装置１００においては、情報の記録時には、超短パルスレーザ光源１０３からの超短パルスレーザ光Ｌｗを記録すべき情報に応じて強度変調器により変調させつつ、記録媒体１０２に対して照射させることにより、記録媒体１０２の記録層への情報の書き込みを行う。光源１０３から出力されたパルスレーザ光Ｌｗは、強度変調器により変調され、強度変調されたレーザ光は偏光ビームスプリッタで所定の偏光光のみが記録媒体に向けて反射され、この偏光光はλ／４波長板、光学系、および対物レンズを経て記録媒体に照射される。このとき、対物レンズが駆動系により駆動され、所望の深さ方向位置にレーザ光を集光させる。このレーザ光の集光領域のみで２光子吸収が生じ、集光領域の材料物性が変化し、読出し光の照射により蛍光を生じる化合物となる。
【００９１】
一方、読出し時には、読出用レーザ光源１０４からの読出光Ｌｒはビームスプリッタで反射され、記録用のパルスレーザ光Ｌｗの光軸と同軸上を進行し、記録媒体の記録層に照射される。この照射により、記録領域からは蛍光が信号光Ｌｓとして発生する。この信号光Ｌｓが、読出光Ｌｒの光軸上を逆向きに進行し、ビームスプリッタを透過して、レンズ、ピンホールを介して検出器により検出されることにより情報の読出しがなされる。
【００９２】
一般に、記録媒体への情報の記録および読出しの際には、高速回転する記録媒体（ディスク）に対し、常にフォーカスとトラッキングを維持するためにサーボを掛ける必要がある。本実施形態におけるトラッキングサーボの方法について説明する。
【００９３】
本実施形態の記録再生装置１においては、情報記録を行う時には、記録光でサーボ信号取得を行い、情報読出しを行う時には、読出しを行う読出光でサーボ信号取得を行うよう構成されている。すなわち、記録光用の光源である超短パルスレーザ光源１０３および４分割フォトダイオード１０６を含む記録時サーボ取得手段と、読出光用の光源である読出用レーザ光源１０４および４分割フォトダイオード１０６を含む読出し時サーボ取得手段とを備えることにより、常に正確なトラッキングサーボが可能となる。なお、多層化された記録媒体としては、記録層と、記録層間に設けられる中間層との間に僅かな屈折率差のあるものを用いる。
【００９４】
記録時のサーボは、具体的には、図３に示すように、データ記録する際に、記録ピット（１）に対しては、２光子吸収が生じる程度のピークパワーＰ１を維持するが、非記録ピット（０）に対しては、完全に零までピークパワーを下げるのではなく、２光子吸収は起こらないが、サーボ信号取得に十分なピークパワーＰ０を維持するように、強度変調器により記録光のパワーを制御する。サーボ時のピークパワーＰｏが、記録時のピークパワーＰ１の１／１０程度となるように制御すればよい。これにより、記録時に途切れることなく、サーボ取得が可能である。
【００９５】
一方、読出し時のサーボは、従来のＣＤ、ＤＶＤなどの読出しと同様に読出光の一部を用いて行う。このように、本実施形態においては、記録時と読出し時とでサーボ信号取得のための光（光源）を切り替えて用いることにより、精度の高いサーボを実現することができる。
【００９６】
先に述べたとおり、通常のＣＤやＤＶＤでは、読出光自体でサーボ信号を取得している。また、追記型（ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−Ｒなど）の場合、記録光と読出光には、同一波長の光すなわち同一光源からの光が用いられており、サーボ信号取得は、記録時と読出し時とで同一波長の光が用いられている。
【００９７】
しかし、本発明の２光子記録材料記録再生装置においては、記録光と読出光とは互いに異なる波長を有する光が用いられていることから、サーボ信号取得をどのように行うかが問題となる。従来の光記録媒体と同様に、記録時と読出し時とで同一波長の光を用いることが考えられる。具体的には、既述の特許文献１に記載のように、常に読出光をサーボ信号取得用に用いることが考えられる。しかしながら、記録光と読出光との波長が異なり、両者はわずかながら焦点位置ずれ、光学系の色収差等が生じることから、記録時に読出光でサーボを行うと、位置ずれが生じて記録光により記録されたピットに正確に追随することが困難となる。また、既述の非特許文献１に記載されているように、サーボ信号取得用に記録光および読出光用とは異なる別の光源を備えることも考えられるが、やはり、記録光と読出光との波長差による位置ズレが生じると共に、装置部品数が増えるという問題がある。
【００９８】
一方、本実施形態のように、記録時と、読出し時とで、サーボ取得用の光源を切り替え、記録時には記録光を利用し、読出し時には読出光を利用してサーボ信号を取得することにより、記録時にも、正確に記録した位置を追跡することが出来る。
【００９９】
なお、本発明の２光子吸収記録再生装置において、情報の記録および再生に供される記録媒体１０２の記録層に備えられている２光子吸収材料としては、例えば、特開2005-195922号公報、特開2005-29726号公報、特開2005-25152号公報、特開2004-352770号公報、特開2004-341425号公報、特開2004-339435号公報、特開2004-279795号公報、特開2004-279794号公報、特開2004-279674号公報、特開2004-250545号公報、特開2004-224864号公報、特開2004-149517号公報、特開2004-126441号公報、特開2004-126440号公報、特開2004-123668号公報、特開2003-183213号公報、特開2002-172864等に開示された２光子吸収材料を用いることができる。また、記録媒体１０２は、２光子吸収３次元記録材料として、例えば、特開2007-262155号公報、特開2007-87532号公報、特開2007-59025号公報、特開2007-17887号公報、特開2007-17886号公報、特開2007-17885号公報、特開2006-289613号公報、特開2005-320502号公報、特開2005-164817号公報、特開2005-100606号公報、特開2005-100599号公報、特開2005-92074号公報、特開2005-85350号公報、特開2005-71570号公報、特開2005-55875号公報、特開2005-37658号公報、特開2003-75961号公報、特開2003-29376号公報等に開示された２光子吸収３次元記録材料を備えたものを用いることができる。
【０１００】
その他、具体的な記録媒体として、２光子吸収材料として化合物Ｄ-231を備えた記録媒体の作製方法について説明する。
<化合物D-231の合成法>
化合物D-231の合成は下記化学式に従って行う。
【化１】
2010211844.tif 000003
【０１０１】
原料化合物１の合成（実施例）
４−ベンゾイルフェニルボロン酸2.7ｇ（12mmol）と１−ブロモ−４−ヨードベンゼン2.8ｇ（10mmol）をジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）50mlに溶解させた後、テトラキス（トリフェニルホスフィン）白金0.6ｇ（0.5mmol）と炭酸セシウム6.5ｇ（20mmol）を加えて窒素気流下で８時間加熱した。
反応溶液を放冷後、蒸留水と酢酸エチル約600ｍｌを加えて抽出し、水層を除いて有機層を分離した後、硫酸マグネシウムで乾燥させる。硫酸マグネシウムをろ別したろ液をロータリーエバポレーターで蒸発乾固させて、シリカゲルカラム（酢酸エチル：ヘキサン＝１：10）で精製して無色の原料化合物１を1.6ｇ（収率48％）得ることができた。
【０１０２】
原料化合物２の合成（実施例）
原料化合物１を0.68ｇ（２mmol）、ビス（ピナコラト）ジボロン0.63ｇ（2.5mmol）、酢酸カリウム0.59ｇ（6 mmol）および[１、１‘−ビス（ジフェニルフォスフィノ）フェロセン]ジクロロパラジウム 100mg (0.12 mmol)をDMF 50mlに懸濁させ、窒素気流下、８０℃で９時間加熱した。反応溶液を放冷後、蒸留水と酢酸エチルを加えて抽出し、水層を除いて有機層を分離した後、硫酸マグネシウムで乾燥させた。硫酸マグネシウムをろ別したろ液をロータリーエバポレーターで蒸発乾固させて、シリカゲルカラム（酢酸エチル：ヘキサン＝１：２0）で精製して無色の原料化合物２を 0.65ｇ（収率85％）得ることができた。
【０１０３】
原料化合物３の合成（実施例）
４−シアノベンゼンボロン酸 1.76ｇ（12mmol）、１−ブロモ−4−ヨードベンゼン2.8ｇ（10mmol）をDMF60mlに溶解させた後、テトラキス（トリフェニルホスフィン）白金0.6ｇ（0.5mmol）と炭酸セシウム6.5ｇ（20mmol）を加えて窒素気流下で120℃で８時間加熱する。反応溶液を放冷後、蒸留水と酢酸エチル約600ｍｌを加えて抽出し、水層を除いて有機層を分離した後、硫酸マグネシウムで乾燥させた。硫酸マグネシウムをろ別したろ液をロータリーエバポレーターで蒸発乾固させて、シリカゲルカラム（酢酸エチル：ヘキサン＝１：10）で精製して無色の原料化合物３を 0.53ｇ（収率21％）得ることができた。
【０１０４】
化合物D-231の合成（実施例）
原料化合物２を0.5ｇ（1.3mmol）と原料化合物３を0.33ｇ（1.3mmol）とを蒸留水20ｍｌとエチレングリコールジメチルエーテル 14mlの混合溶媒に溶解させ、酢酸パラジウム 14.6ｍｇ（0.065mmol）、トリフェニルホスフィン34 mg(0.13mmol)および炭酸カリウム0.97g(7 mmol)を加えて２時間加熱還流した。反応溶液を放冷後、蒸留水とジクロロメタンを加えて抽出し、水層を除いて有機層を分離した後、硫酸マグネシウムで乾燥させた。硫酸マグネシウムをろ別したろ液をロータリーエバポレーターで蒸発乾固させて粗生成物を得る。得られた粗生成物は昇華精製をおこなって目的化合物D-231を0.11ｇ（収率19％）得ることができた。
【０１０５】
D-231を備えた２光子吸収記録材料の調製例を挙げる。
（２光子吸収記録材料の調製例１）
２光子吸収化合物：D-231                              １．０質量部
色素前駆体：DP-1                                     ３．３質量部
酸発生剤：PAG-1                                      ５．０質量部
バインダ：ポリビニルアセテート                       １００質量部
塗布溶剤：ジクロロメタン                             ２８００質量部
【０１０６】
（２光子吸収記録材料の調製例２）
２光子吸収化合物：D-231                                  １．０質量部
色素前駆体：Lo-11                                      ３．３質量部
バインダ：ポリ（メチルメタクリレート−co−エチルアクリレート）
（アルドリッチ社製、Mw＝101,000 ）        ６６．７質量部
塗布溶剤：ジクロロメタン                              １４００質量部
【０１０７】
（２光子吸収記録材料の調製例３）
２光子吸収化合物：D-231                                   １．０質量部
モノマー：M-１                                            ９２質量部
重合開始剤：I-1                                           ２．０質量部
バインダ：セルロースアセテートブチレート                  １００質量部
塗布溶剤：ジクロロメタン                                  ２９００質量部
【０１０８】
なお、使用する色素前駆体：DP-1、酸発生剤：PAG-1、モノマー：M-１、重合開始剤：I-1は、以下の通りのものである。
【化２】
2010211844.tif 000004
【０１０９】
<２光子吸収記録媒体の作製>
２光子吸収記録媒体は、調製例１〜３で挙げた２光子吸収記録材料を、それぞれ、スライドグラス上にスピンコートすることで薄膜状フィルムとして作製することができる。
なお、調製例１〜３で挙げた２光子吸収記録材料を塗布して薄膜状フィルムとした２光子吸収記録媒体は、いずれも上記実施形態の記録再生装置における超短パルスレーザ光源から得られる５２２ｎｍの波長で非共鳴２光子吸収による情報の記録が可能であった。また、そのようにして記録された情報の再生には、調製例１および２から得られた記録媒体では６３３ｎｍのヘリウムネオンレーザ光の光照射により発生する蛍光シグナルを、調製例３から得られた記録媒体では、４０５ｎｍまたは４５０ｎｍの半導体レーザ光の照射で得られる反射光シグナルを用いることができた。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
２光子吸収により重合反応を生じる２光子重合組成物に対し、重合反応を生じさせ、２光子微細３次元光造形を行うための光源として、本発明の２光子吸収記録再生装置において用いられる記録用光源を好適に用いることができる。すなわち、３次元光造形装置の光源として、繰り返し周波数１ＧＨｚ以上、波長３８０ｎｍ〜５５０ｎｍ、ピークパワー１００Ｗ以上、パルス幅１ｐsec以下の超短パルスレーザ光を出力する超短パルスレーザ光源、特には、一端が半導体可飽和吸収ミラー１４により構成されてなる共振器と、該共振器内に備えられた、希土類もしくは遷移金属が添加されている固体レーザ媒質１６と、該共振器内における群速度分散を制御するための負群速度分散補償素子２０と、固体レーザ媒質１６を励起する励起光を出力する励起光学系１３とを備え、ソリトンパルスレーザ光を発振するソリトンモード同期固体レーザ１０と、該ソリトンモード同期固体レーザ１０から発振されたソリトンパルスレーザ光を第２高調波に変換する非線形光学素子１１とを有してなる超短パルスレーザ光源１０３を適用することにより、小型で安定な３次元光造形装置を得ることができる。
【０１１１】
なお、２光子重合組成物に用いられる２光子重合材料としては、特開2006-78876号公報、特開2005-97538号公報、特開2005-29725号公報、特開2005-23126号公報、特開2005-15699号公報、特開2004-346238号公報、特開2004-292476号公報、特開2004-292475号公報等に開示された２光子重合材料が挙げられる。
【符号の説明】
【０１１２】
１０    ソリトンモード同期固体レーザ
１１    非線形光学素子
１２    レンズ
１３    励起光学系
１４    ＳＥＳＡＭ
１６    固体レーザ媒質
１８    ダイクロイックミラー
２０    負分散ミラー
２２    ペルチェ素子
２４    ペルチェ駆動部
２６    半導体レーザ
２８    セルフォックレンズ
３０    励起光学系ホルダー
３２    ダイクロイックミラーホルダー
３４    共振器ホルダー
３５    制御系ホルダー
３６    銅板
４０    ビームスプリッタ
４２    フォトダイオード
４４    制御部
４６    基板
４８    蓋部材
４８Ａ  透過窓
１００  ２光子吸収記録媒体記録再生装置
１０２  ２光子吸収記録媒体
１０３  超短パルスレーザ光源
１０４  読出用レーザ光源
１０５  検出器
１０６  ４分割検出器
１０７  ビームスプリッタ
１０８  強度変調器
１０９  偏光ビームスプリッタ
１１０  波長板
１１１  集光光学系
１１２  対物レンズ
１１３  ビームスプリッタ
１１５  読出光カットフィルタ
１１６  集光レンズ
１１７  ピンホール
１１９  駆動機構
Ｌ      ソリトンパルスレーザ光
Ｌｒ    読出光
Ｌｓ    信号光
Ｌｗ    記録光（超短パルスレーザ光）
【図１Ａ】
2010211844.tif 000005
【図１Ｂ】
2010211844.tif 000006
【図２】
2010211844.tif 000007
【図３】
2010211844.tif 000008