(57)【要約】  【課題】  小型化が可能な光ヘッドを提供する。  【解決手段】  本発明の光ヘッド２０は、２次元フォトニック結晶２１を有する。２次元フォトニック結晶２１は、スラブ状の本体３１と、本体３１に周期的に配列された空孔３２と、空孔３２の欠陥を線状に設けて成る導波路３３及び空孔３２の欠陥を点状に設けて成る共振器３４を有する。導波路３３の端部に光源２２を設ける。光源２２が発する光は、導波路３３及び共振器３４を通って光ディスク１９の記録面に照射される。この光により、光ディスク１９に情報を記録し、又は光ディスク１９から情報を再生する。この光ヘッド２０は、２次元フォトニック結晶２１を用いることにより、従来の光学素子を用いた光ヘッドよりも小型化することができる。【選択図】  図２
2006079706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光記録媒体に所定の波長の光を照射して情報を記録又は再生する光ヘッドにおいて、
a)スラブ状の本体に周期的な屈折率分布を設けて成る２次元フォトニック結晶と、
b)前記周期的屈折率分布の欠陥を線状に設けて成り、前記所定波長の光が伝播する導波路と、
c)前記導波路の近傍に前記周期的屈折率分布の欠陥を点状に設けて成り、前記所定波長の光に共振する共振器と、
d)前記所定波長の光を含む光を前記導波路に導入する光源と、
を備えることを特徴とする光ヘッド。
【請求項２】
前記共振器に関して光記録媒体とは反対側に、共振器からの少なくとも一部の光を反射する反射部を備えることを特徴とする請求項１に記載の光ヘッド。
【請求項３】
前記共振器が本体の厚み方向の中央面に関して非対称な形状を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光ヘッド。
【請求項４】
前記共振器から放射され光記録媒体により反射される反射光の光路上であって該共振器を挟んで光記録媒体とは反対の側に受光器を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光ヘッド。
【請求項５】
共振器に関して光源とは反対側の導波路上に、光源からの光を反射する導波路内反射部を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光ヘッド。
【請求項６】
前記本体が２個の禁制帯領域を有し、前記導波路が該２個の禁制帯領域を通過し、前記共振器が光源に近い方の禁制帯領域に位置し、光源から遠い方の禁制帯領域の導波路の透過波長帯域が前記共振器の共振波長を含まないように前記近い方の禁制帯領域の周期を設定することにより、両禁制帯領域の境界から成る導波路内反射部が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の光ヘッド。
【請求項７】
前記本体に、共振波長の異なる複数の共振器を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光ヘッド。
【請求項８】
前記本体が複数個の禁制帯領域を有し、前記導波路が該複数個の禁制帯領域を通過し、前記複数の共振器がそれぞれ異なる禁制帯領域に位置し、各禁制帯領域の共振器の共振波長が、光源から遠い方の隣接禁制帯領域の導波路の透過波長帯域に含まれないように設定されていることを特徴とする請求項７に記載の光ヘッド。
【請求項９】
前記２次元フォトニック結晶を複数個備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の光ヘッド。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の光ヘッドを有することを特徴とする光記録／再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光記録媒体に情報を記録（書き込み）し、又は光記録媒体に記録された情報を再生（読み取り）するための光ヘッド及び光記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大容量の電子情報を記録し媒介するために、光記録媒体は欠かせない存在となっている。光記録媒体にはCD-ROMやDVD-ROM等の再生専用のものと、CD-R、CD-RW、DVD-RやDVD-RAM、MO等の記録・再生の双方が可能なものがある。後者には更に書き換えができるものとできないものとがある。
【０００３】
書き換え型光記録媒体では、光磁気方式と相変化方式が実用化されている。光磁気方式は、"0"又は"1"に対応する情報を、レーザ光と磁界により光記録媒体の記録層に磁化の方向で記録し、磁気光学効果による偏光面の違いにより読み取るものである。相変化方式は、光記録媒体の記録層にアモルファス相と結晶相の違いにより情報を記録し、これらに照射される光の反射率の違いにより情報を読み取るものである。記録の際には、アモルファス相は高い出力のレーザ光を照射してから急冷することにより形成し、結晶相はそれよりも低い出力のレーザ光を照射することにより形成する。なお、本願において「光記録媒体」は、情報の読み取り・書き込みの際に光を用いる記録媒体全般を指し、光と共に磁界を用いるものも含む。
【０００４】
光記録媒体への情報の記録・再生を行う装置においては、記録・再生用の光を光記録媒体に照射するための光ヘッドが重要な構成要素となる。図１に相変化方式の書き込み可能な光ヘッドの一例を示す。この光ヘッド１０は、レーザダイオード(LD)から成る光源１１と、光源１１からの光を集光して平行光にするレンズ１２と、レンズ１２からの平行光を光ディスク１９の所定の位置に集光するレンズ１３と、レンズ１２とレンズ１３の間に配置され光ディスク１９において反射した光の一部を取り出すビームスプリッタ１４と、ビームスプリッタ１４により取り出された光を受光するフォトダイオード(PD)から成る受光器１５と、を備える。再生の際には、光源１１から発せられた光が光ディスク１９において反射され、ビームスプリッタ１４により受光器１５に送られてそこで検出される。検出された光の強度により、"0"又は"1"の情報が読み取られる。記録の際には、再生の場合よりも強い光が光源１１から発せられ、光ディスク１９に照射される。この光の強弱により光ディスク１９の光記録層にアモルファス相又は結晶相を形成する。アモルファス相及び結晶相の一方が"0"、他方が"1"に対応する。
【０００５】
近年、より大容量の情報を記録することのできる記録媒体が求められている。例えば、従来よりも波長の短い光を用い、且つ開口度（Numerical Aperture: NA）の大きいレンズを用いてビームの径を小さくすることにより、記録密度を大きくすることが検討されている。
【０００６】
記録媒体の大容量化のための他の方法として、近接場光を用いることが検討されている。近接場光は、物体に光が入射した時にその入射位置のごく近傍に生成される光である。この近接場光が存在する範囲は光の波長よりも小さい。そのため、この近接場光を用いることにより、従来よりも高密度に情報を記録・再生することができるようになると期待されている。例えば、特許文献１には、光の出射端に開口を設けた光導波路と薄膜磁気トランスデューサを有し、開口から近接場光を生成すると共に薄膜磁気トランスデューサから磁界を生成することにより、磁気記録媒体の磁気記録層に情報を記録する光アシスト磁気ヘッドが記載されている。この光アシスト磁気ヘッドでは、近接場光が照射されたごく狭い領域のみに磁化による情報が記録される。
【０００７】
また、現在、光記録媒体の記録・再生装置の小型化と低コスト化が求められ、そのために光ヘッドの小型化と低コスト化が求められている。現在、光ヘッドに用いられている種々の光学素子のサイズは数mm〜数cmであり、それらの素子を組み合わせた光ヘッドは数cmの大きさになっている。
【０００８】
これら光学素子の小型化に寄与することができると期待される新しい光デバイスに、フォトニック結晶がある。フォトニック結晶は誘電体に周期構造を人工的に形成したものである。その周期構造により、結晶中に光のエネルギーに関してバンド構造が形成され、光の伝播が不可能となるエネルギー領域が形成される。このようなエネルギー領域を「フォトニックバンドギャップ」(Photonic Band Gap: PBG)と呼ぶ。PBGが形成されるエネルギー領域（波長帯）は、誘電体の屈折率や周期構造の周期により定まる。
【０００９】
このフォトニック結晶中に適切な欠陥を導入することにより、PBG中にエネルギー準位(欠陥準位)が形成され、その欠陥準位に対応する波長の光のみがその欠陥の近傍に存在できるようになる。欠陥を線状に設けることにより、その線状欠陥は欠陥準位に対応する波長帯の光を伝播することのできる導波路となる。
【００１０】
特許文献２には、このようなフォトニック結晶を光記録媒体の記録・再生装置に用いることが記載されている。この構成では、特許文献３に記載された３次元フォトニック結晶を光ピックアップの光導波路として用いている。この３次元フォトニック結晶は、誘電体のロッドを周期的に並べて構成されるストライプ層を積層して成り、ロッドの欠陥を線状に設けることにより光導波路が形成されている。
【００１１】
特許文献２に記載の発明では、波長が異なるCD用の光とDVD用の光を１つの導波路に導入して同一の発光点から出射することを目的としている。そのため、これらの異なる２波長の光を１つの導波路に導入するための導波路の構成については具体的に記載されているが、光を光記録媒体に照射するための構成については具体的な記載がない。
【００１２】
【特許文献１】特開2003-045004号公報（[0015]〜[0018], 図1）
【特許文献２】特開2003-224322号公報（[0017]〜[0027], 図1,図3）
【特許文献３】特開2001-074955号公報（[0010]〜[0014], 図1）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明が解決しようとする課題は、２次元フォトニック結晶を用いることにより、従来のものよりも小型化が可能な光ヘッド、及びその光ヘッドを用いた光記録再生装置の具体的な構成を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために成された本発明に係る光ヘッドは、光記録媒体に所定の波長の光を照射して情報を記録又は再生する光ヘッドにおいて、
a)スラブ状の本体に周期的な屈折率分布を設けて成る２次元フォトニック結晶と、
b)前記周期的屈折率分布の欠陥を線状に設けて成り、前記所定波長の光が伝播する導波路と、
c)前記導波路の近傍に前記周期的屈折率分布の欠陥を点状に設けて成り、前記所定波長の光に共振する共振器と、
d)前記所定波長の光を含む光を前記導波路に導入する光源と、
を備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明の光ヘッドでは、光源からの光が導波路を通過してゆく。その間、共振器において、その中の共振波長の光のみが共振し、導波路から取り出されて２次元フォトニック結晶の面に垂直な方向に放射される。この光の放射方向に光記録媒体の記録領域を位置させておくことにより、そこに情報を書き込むことができ、また、そこからの反射光により情報を読み出すことができる。
【００１６】
本発明の光ヘッドは、前記共振器に関して光記録媒体とは反対側に、共振器からの少なくとも一部の光を反射する反射部を備えることができる。
【００１７】
また、前記共振器は本体の厚み方向の中央面に関して非対称な形状を有するようにすることができる。
【００１８】
本発明の光ヘッドは、前記共振器から放射され光記録媒体により反射される反射光の光路上であって該共振器を挟んで光記録媒体とは反対の側に受光器を備えることができる。
【００１９】
本発明の光ヘッドは、共振器に関して光源とは反対側の導波路上に、光源からの光を反射する導波路内反射部を備えることができる。
【００２０】
前記本体に２個の禁制帯領域を設け、前記導波路が該２個の禁制帯領域を通過し、前記共振器が光源に近い方の禁制帯領域に位置し、光源から遠い方の禁制帯領域の導波路の透過波長帯域が前記共振器の共振波長を含まないように前記近い方の禁制帯領域の周期を設定することにより、両禁制帯領域の境界から成る導波路内反射部を形成することができる。
【００２１】
前記本体には、共振波長の異なる複数の共振器を設けることができる。
【００２２】
この場合、本体に複数個の禁制帯領域を設け、前記導波路が該複数個の禁制帯領域を通過し、前記複数の共振器がそれぞれ異なる禁制帯領域に位置し、各禁制帯領域の共振器の共振波長が、光源から遠い方の隣接禁制帯領域の導波路の透過波長帯域に含まれないように設定することができる。
【００２３】
本発明の光ヘッドにおいては、前記２次元フォトニック結晶を複数個備えるようにすることができる。
【発明の実施の形態及び効果】
【００２４】
本発明の光ヘッドでは、記録・再生光を光記録媒体の表面に照射するために、２次元フォトニック結晶を用いる。この２次元フォトニック結晶の屈折率分布の周期構造を適宜設定することにより、光記録媒体の記録・再生光の波長（所定波長）がフォトニックバンドギャップに含まれるようにしておく。そして、２次元フォトニック結晶内に導波路を設け、所定波長の光がその導波路を伝播することができるようにしておく。更に、その導波路の近傍に点状欠陥を設け、所定波長の光がそこで共振するようにしておく。これにより、所定波長の光をそこから２次元フォトニック結晶の外部に取り出すことができる。この光を前記のように光記録媒体の記録・再生箇所に照射することにより、記録・再生を行うことができる。
【００２５】
２次元フォトニック結晶の本体には、例えばSiやInGaAsP等を用いることができる。屈折率分布は、本体にそれとは屈折率の異なる物質を周期的に埋め込むことによっても形成することはできるが、本体に周期的に空孔を設けることにより屈折率分布を形成する方が、本体と空孔との屈折率の差を大きく取ることができるうえ、製造も簡単であるため望ましい。導波路は、空孔を設けない領域を線状に設けることにより形成することができ、共振器は、１個又は隣接する複数の空孔を設けなかったり、それらの空孔の径を他の空孔とは異なるものとすることにより形成することができる。２次元フォトニック結晶にこのような共振器を設けること、及びその共振器の共振波長を所望の値に設定することについては、特開2001-272555号公報及び特開2003-279764号公報に詳しく記載されている。
【００２６】
本発明の光ヘッドで用いる２次元フォトニック結晶の大きさは、光記録媒体が用いる記録・再生光（紫外線及び赤外線を含む）の波長の数十倍程度で十分であるため、せいぜい数十〜数百μm角程度となる。これは、従来の光学素子の大きさ数mm〜数cm角よりも遙かに小さいため、光ヘッド全体を従来のものよりも大幅に小型化することができる。
また、従来の記録・再生用の光ヘッドの場合、反射光を光路から取り出すためのビームスプリッタが必要であったが、これが比較的大きな体積を占めていた。それに対し本発明に係る光ヘッドでは、光記録媒体からの反射光は２次元フォトニック結晶の共振器を通過した後に検出することができるため、ビームスプリッタを使用する必要がない。これによっても、光ヘッドの大幅な小型化を達成することができる。
【００２７】
従来のCDやDVD等の光記録媒体に記録及び／又は再生を行う場合、この光ヘッドと光記録媒体の間には従来と同様の集光レンズ等の光学系を配置する。一方、近接場光を用いて記録及び／再生を行う場合は、光記録媒体を２次元フォトニック結晶のごく近傍に配置し、共振器からの光を直接光記録媒体に投入して書き込みを行い、その箇所における光記録媒体の物性に応じて変化する光記録媒体の材料と近接場光との相互作用を検出することにより、情報を読み出す。
【００２８】
２次元フォトニック結晶の共振器は面の上下に光を出射する。そのため、光の利用効率の観点からは、光記録媒体が置かれている側とは反対側の面から出射される光を利用し、又は抑制することが望ましい。その一つの方法として、共振器の光記録媒体とは反対側に反射部を設けるという方法を挙げることができる。光記録媒体とは反対側の面から出射される光は、この反射部により反射され、共振器を通過して光記録媒体の記録面に入射する。他の方法として、共振器を本体の厚さ方向中央面に関して非対称に形成するようにしてもよい。このような非対称性を導入することにより、共振器の上下面から出射される光の強度比を変化させることができ、光記録媒体の反対側に出射される光を抑制することができる。
【００２９】
記録のみを行う光ヘッドの場合、受光器は無くてもよいが、記録及び再生を行う光ヘッドの場合、記録面で反射された光を受光し、検出する受光器を設けなければならない。本発明に係る光ヘッドでは、光記録媒体からの反射光は２次元フォトニック結晶の共振器を通過した後であっても検出することができるため、受光器は、共振器を挟んで光記録媒体とは反対の側に設けることができる。このため、従来の光ヘッドで用いられていたビームスプリッタを使用する必要がなく、これにより光ヘッドの大幅な小型化を達成することができる。
【００３０】
このような構成において、共振器と受光器の間に、光記録媒体への記録時には共振器からの光を反射し、再生時には共振器からの光を反射しない可変反射部を設けることが望ましい。これにより、記録時には光記録媒体の記録領域に入射する光の強度を強くすることができると共に、再生時には記録領域からの反射光を受光部に導入することができるようになる。可変反射部には、例えば可動式の反射鏡を用いることができる。
【００３１】
本発明に係る光ヘッドは、共振器から出射される光が光記録媒体に対して角度をもって入射するように配置することもできる。この場合、反射光も同じ角度をもって光記録媒体から出射するため、受光器は２次元フォトニック結晶と干渉することのない位置に置くことができる。これにより、受光効率を上げることができ、光源の強度を小さくすることができるほか、情報読み取りの信頼性を上げることができる。
【００３２】
導波路を伝播する共振波長の光は共振器において必ずしも100%捕獲されず、一部は共振器を通過してしまう。そのため、共振器から見て光源とは反対側の導波路上に反射部（導波路内反射部）を設けることが望ましい。このような反射部として金属ミラー等を用いることもできるが、２次元フォトニック結晶を以下に述べるヘテロ構造とすることにより反射部を形成してもよい。なお、「ヘテロ構造」により反射部を形成することができることについては特開2004-233941号公報に詳しく記載されている。ヘテロ構造は、本体中に屈折率分布の周期の異なる領域を複数設けた構造のことをいう。これら複数の領域の各々には、周期の違いに対応してエネルギー範囲の異なるフォトニックバンドギャップが形成される。本願ではこれらの領域を「禁制帯領域」と呼ぶ。そして、複数の禁制帯領域を貫通して通過するように導波路を形成し、禁制帯領域毎に、その導波路を伝播することのできる光の波長帯域を、一部共通し、一部異なるものとする。この異なる部分の波長帯の光は、或る禁制帯領域の導波路を伝播することができるが、それに隣接する禁制帯領域の導波路を伝播することができない。すなわち、この波長帯の光は、これら２つの禁制帯領域の境界において反射される。これを利用して、この禁制帯領域の境界を前記の導波路反射部として用いることができる。
【００３３】
１個の２次元フォトニック結晶の本体に、共振波長の異なる共振器を複数設けてもよい。例えば、CDの記録・再生に用いる光（波長780nm帯の光）を導波路から取り出す共振器と、DVDの記録・再生に用いる光（波長650nm帯の光）を導波路から取り出す共振器をそれぞれ設けることができる。あるいは、このように複数の共振器を設けることにより、複数の情報を同時に記録又は再生したり、記録と再生を同時に行うようにしてもよい。このように複数の共振器を設ける場合、２次元フォトニック結晶は前記のヘテロ構造とすることが望ましい。この場合、複数の共振器をそれぞれ異なる禁制帯領域に配置し、各共振器毎に、光源とは反対側の隣接禁制帯領域の導波路透過波長帯域が共振器の共振波長を含まないように設定すればよい。これにより、各共振器毎に導波路反射部が形成される。
【００３４】
また、複数の波長の光で複数の情報を記録又は再生するために、１個の光ヘッドの中に、導波路及び共振器を有する独立の２次元フォトニック結晶を複数個設けてもよい。個々の２次元フォトニック結晶は従来の光ヘッドにおいて用いられる光学素子よりも小さいため、それら複数の２次元フォトニック結晶を設けても、なお従来の光ヘッドよりも小型化することができる。
【実施例】
【００３５】
(1)本発明に係る光ヘッドの第１の実施例
本発明に係る光ヘッドの第１の実施例を図２を用いて説明する。図２(a)に、本実施例の光ヘッド２０の概略構成図を示す。この光ヘッドは、２次元フォトニック結晶２１と、光源２２と、集光レンズ２３と、受光器２４と、を有する。２次元フォトニック結晶２１には、光ディスク１９の記録・再生用の光が共振する共振器３４を設けておく。
【００３６】
２次元フォトニック結晶２１の構成を説明する。図２(b)に、２次元フォトニック結晶２１を図２(a)中の矢印Aの方向から見た平面図を示す。２次元フォトニック結晶２１は、例えばSiから成る板状の本体３１に、三角格子状に周期的に空孔３２を設けることにより形成する。ここで、本体３１を２つの領域３５及び３６に分け、一方の領域３６内の空孔３２の周期が他方の領域３５のそれよりも小さくなるようにする。両領域３５、３６において、空孔３２を１列分欠損させることにより導波路３３を形成する。上記のように、空孔３２の周期は領域３５と領域３６とで異なるため、領域３５内の導波路３３の透過波長帯と領域３６内の導波路３３の透過波長帯は、一部において共通し、一部において異なる。このため、その異なる波長帯域の光は、一方の領域３５の導波路は伝播するものの、他方の領域３６の導波路は伝播することができない。すなわち、その光は領域３５を伝播した後、領域３６との境界３７において反射される。従って、この領域３５と領域３６の境界３７は、導波路内反射部となる。
【００３７】
共振器３４は、領域３５内の導波路３３から空孔列を３列挟んで離れた位置に、直線状に並んだ３個の空孔３２を欠損させることにより形成する。この共振器３４の共振波長が光ディスク１９の記録・再生用波長と一致するように、２次元フォトニック結晶２１の空孔３２の周期、空孔３２の大きさ、結晶本体の材質（誘電率）等を適宜設定する。また、その記録・再生用波長の光が両領域３５、３６の境界３７において反射されるように、隣接領域３６の空孔周期等を適宜設定する。
【００３８】
図２(a)に示すように、２次元フォトニック結晶２１は、その表面が光ディスク１９の記録面に対向するように配置する。そして、共振器３４と光ディスク１９の表面とを結ぶ垂線上に集光レンズ２３を設ける。また、光ディスク１９とは反対側に、フォトダイオード（PD）から成る受光器２４を設ける。
【００３９】
光ディスク１９から情報を読み取る際の光ヘッド２０の動作を説明する。レーザダイオード（LD）から成る光源２２は、再生用の光を発振する。この光は２次元フォトニック結晶２１の導波路３３に導入され、そこを伝播する間、共振器３４においてその共振波長の光のみが共振し、導波路３３から抽出される。抽出された光は、２次元フォトニック結晶２１の面に垂直な方向に出射される。なお、共振波長の光であっても、一部は共振器３４を通過してしまうが、上記の通り、境界３７はそのような光を反射するように設定されているため、そこで反射され、共振器３４側に戻される。これにより、共振波長の光（すなわち、再生光）は高い効率で共振器３４から外部に出射される。
共振器３４から出射された光は集光レンズ２３により光ディスク１９の記録面に入射する。この光は記録面で反射され、集光レンズ２３及び共振器３４を通過して受光器２４により検出される。検出された光の強度から、入射光の入射位置における情報"0"又は"1"を読み取る。
【００４０】
図３に、図２の光ヘッド２０において受光器２４により検出される光の強度Dをモード結合理論に基づき計算した結果を示す。ここで、導波路３３を伝播する光のうち、境界３７に達することなく直接共振器３４から抽出される光と、境界３７で反射されてから共振器３４から抽出される光の位相差をθ1とする。また、共振器３４から出射して光ディスク１９の記録面で反射される光と、共振器３４から直接受光器２４に向けて出射する光の位相差をθ2とする。位相差θ1は共振器３４と境界３７の間の距離により、位相差θ2は共振器３４と光ディスク１９の記録面の間の距離により、それぞれ定まる。これらの位相差が(i)θ1=θ2=0°、(ii)θ1=θ2=90°、(iii)θ1=90°, θ2=270°の場合における強度Dを、光ディスク１９の記録面の振幅反射率rの値を変えながら計算した。相変化型の光ディスクの場合、記録される"0"、"1"情報に応じて振幅反射率rは0.15と0.85の間で変化する。なお、図３では、強度Dは、光源２２が発振する光の強度を1として、それに対する比で表した。
【００４１】
この計算の結果、(i)〜(iii)のいずれの場合にも、振幅反射率rが0.15〜0.85の間で変化することによる強度Dの変化の幅は0.2〜0.3であった。このような強度差は従来用いられている受光器により十分検出することができることから、この計算結果は、図２の光ヘッド２０が光ディスクの記録面に反射率の違いにより記録された情報を受光器２４で読みとることが可能であることを示している。
【００４２】
次に、光ディスク１９に情報を書き込む際の光ヘッド２０の動作を説明する。光源２２は、後述のコントローラ及びレーザ発振回路による制御により、書き込もうとする"0"又は"1"のデータに対応した強度の光を発振する。この光は上記再生の場合と同様に導波路３３、共振器３４及び集光レンズ２３を通って光ディスク１９の記録面に入射する。これにより、記録面には光の強度に対応した"0"又は"1"のデータが記録される。
【００４３】
上記２次元フォトニック結晶２１の具体的な構成例を、光ディスク１９への記録・再生に波長405nmの青色レーザを用いる場合について示す。本体３１には、厚さが106nmで屈折率が2.0の高屈折率ガラスを用いる。領域３５における空孔３２の径は102nm、周期は177nmとする。これにより、領域３５では波長385nm〜420nmのフォトニックバンドギャップが形成される。また、領域３５内の導波路３３は波長395nm〜410nmの光を伝播し、共振器３４は波長405nmの光（記録・再生に用いる光）を共振する。一方、領域３６における空孔３２の径は101nm、周期は175nmとする。この場合、領域３６内の導波路３３を伝播する光の波長は388nm〜400nmとなる。これにより、領域３５内の導波路３３を伝播する波長405nmの光は領域３６内の導波路３３を伝播することができず、境界３７において反射される。以上のように２次元フォトニック結晶２１のパラメータを設定することにより、光源２２から発振される波長405nmの光を高効率で光ディスク１９の記録面に照射することができる。
【００４４】
この光ヘッド２０の大きさは、２次元フォトニック結晶２１を用いることにより、0.5mm×0.5mm×0.2mm程度に抑えることができる。この光ヘッド２０の体積は、従来のビームスプリッタを用いた光ヘッドの体積の1/10程度である。
【００４５】
この光ヘッド２０は、例えば図４に示す光記録・再生装置において用いることができる。この光記録・再生装置は、上記光ヘッド２０と、光ディスク１９を回転させるスピンドルモータ４１と、光ヘッド２０を光ディスク１９の径方向に移動させる粗動モータ４２と、光ヘッド２０の径方向の位置及び光ディスク１９との距離を微調整するためのアクチュエータ４３を有する。"0"又は"1"のデータの読み取り、又はデータの書き込みを行う記録面の位置はこれらスピンドルモータ４１、粗動モータ４２及びアクチュエータ４３により定められる。そして、この光記録・再生装置は、スピンドルモータ４１、粗動モータ４２、アクチュエータ４３をそれぞれ駆動するためのスピンドルモータ駆動回路４４、粗動モータ駆動回路４５、アクチュエータ駆動回路４６を有する。更に、光ヘッド２０の光源２２を制御するレーザ駆動回路４７、及び、再生の際に受光器２４が受光した光の強度から得られるデータを求める信号演算部４８を有する。レーザ駆動回路４７は、記録時には記録する"0"又は"1"のデータに対応した強度の光を、再生時には再生に適した強度の光を、それぞれ出力するように光源２２を制御する。これらの各部は、コントローラ４９により制御される。
【００４６】
(2)本発明に係る光ヘッドの第２の実施例
本発明に係る光ヘッドの第２の実施例を図５を用いて説明する。この光ヘッド５０は、図２の光ヘッドに、更に可動式全反射ミラー５１及びこのミラーに集光するための集光レンズ５２を設ける。２次元フォトニック結晶２１、光源２２、集光レンズ２３及び受光器２４は図２のものと同様である。可動式全反射ミラー５１は、アクチュエータ５３により、共振器３４と受光器２４の間に挿入し（図５(a)）、又はそこから抜き取る（図５(b)）ことができる。
【００４７】
光ディスク１９に情報を記録する際には、可動式全反射ミラー５１は共振器３４と受光器２４の間に挿入する。このときの光ヘッド５０の動作を説明する。第１の実施例の場合と同様に、光源２２は光ディスク１９に書き込もうとする"0"又は"1"のデータに対応した強度の光を発振する。この光は２次元フォトニック結晶２１の導波路３３を伝播し、共振器３４により抽出される。そしてこの光は共振器３４から光ディスク１９側に放射されるが、その一部は受光器２４側に出射される。この受光器２４側に出射された光は、可動式全反射ミラー５１により反射され、共振器３４を通過して光ディスク１９の記録面に入射する。これにより、第１実施例よりも光ディスク１９に入射する光を強くすることができる。
【００４８】
光ディスク１９から情報を再生する際には、可動式全反射ミラー５１は共振器３４と受光器２４の間から抜き取られる。再生時の光ヘッド５０の動作は上記第１実施例の場合と同様である。
【００４９】
(3)本発明に係る光ヘッドの第３の実施例
本発明に係る光ヘッドの第３の実施例を図６を用いて説明する。この光ヘッド５５は、第１実施例と同様の構成を有する２次元フォトニック結晶２１を光ディスク１９に対して角度をもって配置することにより、共振器３４から出射される光が光ディスク１９に対して角度をもって入射するようにしたものである。入射角を調整することにより、光ディスク１９からの反射光が２次元フォトニック結晶２１の外縁の基板５８上に戻るようにしておくと、受光器５７を２次元フォトニック結晶２１と同じ基板５８上に配置することができ、両者をユニット化することができるため、生産上及びコスト上有利である。その他の構成は第１実施例と同様である。この光ヘッド５５の動作は、光が光ディスク１９の記録面に入射するまでは第１実施例と同様である。光ディスク１９の記録面において、入射光は角度を持って反射される。この反射光は２次元フォトニック結晶を通過することなく直接受光器５７に入射する。そのため、受光効率を上げることができる。
【００５０】
(4)本発明に係る光ヘッドの第４の実施例
本発明に係る光ヘッドの第４の実施例を図７を用いて説明する。図７は、本実施例において用いられる２次元フォトニック結晶６０の平面図である。本体６１は空孔６２の周期の異なる３個の禁制帯領域６５ａ、６５ｂ、６５ｃを有する。そのうち禁制帯領域６５ａは共振器６４ａを、禁制帯領域６５ｂは共振器６４ｂを、それぞれ有する。導波路６３は禁制帯領域６５ａ、６５ｂ、６５ｃを通過する。光源６６は、共振器６４ａの共振波長と共振器６４ｂの共振波長を含む光を発振する。また、集光レンズ及び受光器は、それぞれ、共振器６４ａと共振器６４ｂに共通のものを１個設ける。
【００５１】
各禁制帯領域内の空孔６２の周期の違いにより、共振器６４ａの共振波長の光は禁制帯領域６５ｂ内の導波路を伝播することができず、共振器６４ｂの共振波長の光は禁制帯領域６５ｃ内の導波路を伝播することができない。そのため、光源６６から発振される共振器６４ａの共振波長の光のうち、共振器６４ａに抽出されずに通過する光は禁制帯領域６５ａと６５ｂの境界において反射され、共振器６４ａに流入する。共振器６４ｂについても同様である。このように、光源６６から発振される光のうち、共振器６４ａの共振波長の光は共振器６４ａから、共振器６４ｂの共振波長の光は共振器６４ｂから光ディスクの記録面に向けて出射される。
【００５２】
この構成により、本実施例の光ヘッドは、記録・再生する光ディスクの種類等に応じて異なる波長の光を光ディスクの記録面に照射することができる。
【００５３】
(5)本発明に係る光ヘッドの第５の実施例
本発明に係る光ヘッドの第５の実施例を図８を用いて説明する。図８は、本実施例における２次元フォトニック結晶の平面図である。本実施例では、空孔７２の周期の異なる２個の２次元フォトニック結晶７０ａ及び７０ｂを並列に設ける。各２次元フォトニック結晶７０ａ及び７０ｂはそれぞれ、空孔７２の周期を除いて、第１実施例の２次元フォトニック結晶２１と同様の構造を有する。２次元フォトニック結晶７０ａ及び７０ｂはそれぞれ導波路７３ａ及び７３ｂ、及び共振器７４ａ及び７４ｂを有する。また、導波路７３ａ及び７３ｂの端部に、それぞれ共振器７４ａ及び７４ｂの共振波長の光を導入するための光源７５ａ及び７５ｂを設ける。共振器７４ａ及び７４ｂの間の距離は10μm程度であって十分に小さいため、集光レンズ及び受光器は、第４実施例の場合と同様に共用することができる。
【００５４】
この構成により、本実施例の光ヘッドは、第４実施例の場合と同様に、記録・再生する光ディスクの種類等に応じて異なる波長の光を光ディスクの記録面に照射することができる。ここで、２個の２次元フォトニック結晶７０ａ及び７０ｂは独立に、それぞれ第１実施例の光ヘッドと同様に動作する。この実施例では、２個の２次元フォトニック結晶７０ａ及び７０ｂを独立に設けるため、共振器７４ａ及び７４ｂの共振波長も独立して選択することができる。
【００５５】
(6)その他
上記第１〜４の各実施例において、光源及び受光器を２次元フォトニック結晶及びそれを支える基板にマウントして集積化することにより、更に光ヘッドを小型化することができる。
【００５６】
点状欠陥は、上記の直線状に並んだ３個の空孔を欠損させた点状欠陥には限られない。本発明における共振器には、例えば、図９(a)に示すように、正三角形状に並んだ３個の空孔を欠損させた点状欠陥３４ａや、他の空孔とは径の異なる空孔から成る点状欠陥３４ｂ等を用いることができる。
【００５７】
２次元フォトニック結晶の本体に垂直な面での共振器（点状欠陥）の断面は非対称な形状にするとよい。例えば、点状欠陥３４ｂのように他の空孔とは径の異なる空孔から成る共振器の場合、本体に垂直な面での断面図である図１０(a)及び(b)に示す共振器８１ａ及び８１ｂのように、光ディスク（図の上側に配置。図示せず。）に近い程、空孔の径が大きくなるようにするとよい。これにより、共振器８１ａ及び８１ｂから出射される光は、光ディスク１９側の方がその反対側よりも強くなる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】従来の光ヘッドの一例を示す図。
【図２】本発明に係る光ヘッドの第１の実施例を示す概略構成図及びこの光ヘッドにおいて用いられる２次元フォトニック結晶の平面図。
【図３】図２の光ヘッドにおいて、受光器により検出される光の強度を計算した結果を示すグラフ。
【図４】本実施例の光ヘッドを用いた光記録・再生装置の一例を示す概略構成図。
【図５】本発明に係る光ヘッドの第２の実施例を示す概略構成図。
【図６】本発明に係る光ヘッドの第３の実施例において用いられる２次元フォトニッ
【図７】本発明に係る光ヘッドの第４の実施例を示す概略構成図。ク結晶の平面図。
【図８】本発明に係る光ヘッドの第５の実施例において用いられる２次元フォトニック結晶の平面図。
【図９】本発明に係る光ヘッドにおける共振器の他の例を示す平面図。
【図１０】本発明に係る光ヘッドにおける共振器の他の例を示す断面図。
【符号の説明】
【００５９】
１０、２０、５０…光ヘッド
１１、２２、６６、７５ａ、７５ｂ…光源
１２、１３…レンズ
１４…ビームスプリッタ
１５、２４…受光器
１９…光ディスク
２０…光ヘッド
２１、６０、７０ａ、７０ｂ…２次元フォトニック結晶
２３、５２…集光レンズ
３１、６１…２次元フォトニック結晶の本体
３２、６２、７２…空孔
３３、６３、７３ａ、７３ｂ…導波路
３４、６４ａ、６４ｂ、７４ａ、７４ｂ…共振器
３５、３６、６５ａ、６５ｂ、６５ｃ…禁制帯領域
３７…禁制帯領域の境界
４１…スピンドルモータ
４２…粗動モータ
４３…アクチュエータ
４４…スピンドルモータ駆動回路
４５…粗動モータ駆動回路
４６…アクチュエータ駆動回路
４７…レーザ駆動回路
４８…信号演算部
４９…コントローラ
５１…可動式全反射ミラー
５３…アクチュエータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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