(57)【要約】  光情報担体から情報を読み出すための配置について示した。システムは、VCSELを有し、情報担体からの反射光および情報担体による変調光の信号対ノイズ比が向上する。VCSELは、該VCSELの活性領域からの放射光を透過する基板を有する。このため、装置の検出経路にビーム分割器を設置する必要がなくなる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光情報担体から情報を読み出すための配置であって、
前記情報担体を照射する光源と、前記情報担体からの反射光を受光し、該反射光を垂直キャビティ面発光レーザー（VCSEL）に入射する光学系とを有し、
前記VCSELは、前記反射光を受光する前側と、該前側の反対側の背面とを有し、
前記VCSELは、前記背面から光を放射するように構成され、前記背面に隣接して光検出器が設置され、前記VCSELの前記背面を通って放射された光が検出されることを特徴とする配置。
【請求項２】
さらに、前記VCSELの前記背面と前記光検出器の間に配置され、所定の偏向の光のみを前記光検出器に到達させる偏光器を有することを特徴とする請求項1に記載の配置。
【請求項３】
前記VCSELは、該VCSELの基板に設置された開口によって、光が前記VCSELの背面を通って放射されるように構成されることを特徴とする請求項1または2に記載の配置。
【請求項４】
前記VCSELは、前記放射された波長に対して透明な前記VCSELの基板によって、光が前記VCSELの背面を通って放射されるように構成されることを特徴とする請求項1または2に記載の配置。
【請求項５】
前記請求項のいずれか一つに記載の読み出すための配置を有する光ドライブ。
【請求項６】
光情報担体からの情報の読み出しを改善するための、第1の側からの入射光を受光し、第2の側から光を放射することができる垂直キャビティ面発光レーザー（VCSEL）の使用であって、
前記情報担体は、光源からの光により照射され、前記情報担体から反射された光は、前記第1の側から前記VCSELに入射され、前記VCSELの前記第1の側とは反対側の前記第2の側から放射された光を監視することによって、読み出しが行われることを特徴とするVCSELの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直キャビティ表面発光レーザー（VCSEL）の形態の非線形素子によって光読み出しが改良された、光情報担体から情報を読み出すための配置に関する。また、本発明は、そのような配置を有する光ドライブ、および情報の読み出しを改善するVCSELの使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、光情報担体からの読み出し信号は、各種理由により、多くのノイズを含んでいる。例えば、通常、情報担体の照射に使用される光源は、低出力であり、そのような装置は、ノイズに対して特に敏感になる。また、情報担体の反射率は不均一なため、反射光の量は、突発的に変化する。さらに検出器のノイズも、光読み出しの品質に対する重要な制限因子となる。
【０００３】
そこで、情報担体から反射される光読み出し信号の出力および／または信号対ノイズ比を向上させるため、多くの対処法が提案されている。そのような方策の一つに、マスターレーザーからの光が情報担体の表面から反射され、さらに変調された後に、マスターレーザーからスレーブレーザーへの光の注入を利用する方法がある。これにより、ダイオードレーザーの注入同期として知られる現象が生じる結果、大きな光読み出し信号が得られる。
【０００４】
ブルーレイディスクおよびSFFOディスク（小型ファクター光ディスク）のような別の高密度光ディスクドライブでは、検出器ノイズは、情報の読み出しを著しく妨害する。実際、検出器ノイズは、これらの装置の主要ノイズ源である。この問題に対処するため、ある非線形光素子（NOE）を用いて、検出器に入射する光を増幅することが提案されている。NOEを用いたこの目的を達成するための一例は、垂直キャビティ面発光レーザー（VCSEL）を使用することである。しかしながら、注入同期を得るため光をVCSELに入射させた際に、VCSELから放射される光は、入射光とは反対の方向に進行する。この対処法はあるものの、その場合、装置の光路がより複雑になってしまう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、光情報担体から情報を読み出す従来のVCSELをベースとする光学系を、より簡略化されたシステムにすることに対する要望がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
通常VCSELは、不透明基板上に形成される。これは、VCSELに入射する光線と、VCSELから放射される光線とが逆向きに進行することを意味する。従って、読み出し信号の質を高めるためにVCSELを組み入れた読み出し装置は、極めて複雑である。これは、設計上の根本的な問題であり、特にSFFOディスクにおいて問題となる。
【０００７】
従って、本発明の課題は、光読み出し信号の信号対ノイズ比を向上させる非線形光素子として、VCSELを用いた光学系を提供することであり、このVCSELは、従来に比べて複雑性が抑制された状態で構成される。
【０００８】
従来、光ディスクからの反射光は、VCSELに入射され、VCSELは、入射時の出力よりも高出力の直線偏向された光を放射する。このようにして、ディスクからの反射光が増幅される。（そのような出力および偏向の）VCSELによって放射される光は、ディスクからの反射光に含まれる情報を検索するために検出される。
【０００９】
しかしながら前述のように、通常VCSELは、放射光を吸収または反射する基板上に形成されるため、光は、実質的にVCSELから一つの方向にのみ放射される。この種のVCSELが、光読み出し装置内の光路の検出路に設置されると、VCSELに入射した光線と、VCSELから放射される光線とは、逆向きに進行することになる。従ってこれは、装置の光学配置の複雑性を増す要因となる。すなわち、これらの光線は、逆向きに進行するため、いくつかの追加の識別手段を設置することが必要となる。この場合、例えばVCSELの前段のビーム経路に、ダイクロイックミラーまたは偏光ビーム分割器等のビーム分割器を配置することになる。通常そのようなビーム分割器は、入射に使用される光（すなわち、光ディスクから反射される光）を透過し、VCSELから放射される光を反射するように設計されている。
【００１０】
光路に必要な複雑性を抑制するため、本発明では、光を2方向に放射することが可能なVCSELを使用することが提案される。この目的のため、本発明では、VCSELから2方向に放射が生じるように、透明基板を有するVCSELを使用することが提案される。これにより、前述のビーム分割器等の識別手段を使用する必要がなくなり、読み出し装置の複雑性が抑制される。
【００１１】
本発明の第1の態様では、請求項1に記載の、光情報担体から情報を読み出すための配置が提供される。
【００１２】
本発明の第2の態様では、請求項5に記載の光ドライブが提供される。
【００１３】
本発明の第3の態様では、請求項6に記載の、光情報担体からの情報の読み出しを改善するための、第1の側からの入射光を受光し、第2の反対側からの光を放射する垂直キャビティ面発光レーザー（VCSEL）の使用が提供される。
【００１４】
本発明の第1の実施例では、VCSELの基板は、例えばドリル加工またはエッチング処理によって、単に基板を貫通する孔を提供することによって透明にされる。この場合、VCSELから生じる光は、2つの対向する方向に放射される。
【００１５】
本発明の第2の実施例では、VCSELの基板は、VCSELによって放射される光の波長に対して透明な材料から選定される。そのような材料は、例えば、ガリウムリン（GaP）またはサファイヤ（Al2O3）である。ただし、多くの他の材料を使用することも可能である。VCSELは、透明基板上に直接形成され、またはVCSELが形成されてから、これが透明基板に設置される。
【００１６】
このように、本発明の基本的な概念は、光情報担体から情報を読み出すための配置に、VCSELを導入することであり、前記VCSELは、第1の側からの入射光を受光し、第1の側と反対側の第2の側からの光を放射することができる。情報担体は、光源によって照射され、情報担体からの反射光（さらに情報担体によって変調された光）は、第1の側からVCSELに入射される。このVCSELへの光の入射によって、VCSELから第2の光が放射され、該光の少なくとも一部は、前記VCSELの第2の側を通って放射され、読み出しのため監視される。この方法では、入射光と、VCSELから放射される第2の光は、実質的に同方向に進行するため、入射光と、VCSELから放射される第2の光を分離するビーム分割器等が不要となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の他の特徴および利点は、添付図面を参照した以下の好適実施例についての記載から、より理解することができる。
【００１８】
本発明の実施例の記載を明確にするため、添付の図1および2を参照して、従来の配置を示す。
【００１９】
図1には、通常の垂直キャビティ面発光レーザー（VCSEL）10の断面図を示す。VCSELは、複数の量子井戸および障壁を有する活性領域11を有し、この活性領域は、該領域に光フィードバックを提供する第1および第2の分布型ブラッグ反射体（DBR）12および13によって、取り囲まれている。通常の場合、VCSELの活性領域に隣接して、レーザーのモードを定めるための酸化層14が設置される。また、VCSELとの電気的接続のため、金属接続部15が提供される。VCSELは、通常はガリウム砒素（GaAs）からなる半導体基板16上に形成される。通常VCSELから放射される光は、半導体基板に吸収される波長を有する。従って、レーザーからの光の放射は、図の矢印に示すように一方向においてのみ生じる。
【００２０】
図2には、光ディスク等の光情報担体（図示されていない）から、VCSELを用いて読み出しを行う構成を示す。光ディスクからの反射光は、ビーム分割器21を通過した後、VCSEL10に入射する。実用上の理由により、通常VCSELの放射波長は、入射光の波長よりも実質的に長くなるように選定される。VCSELの放射波長よりも短い波長の光は、容易にキャビティに結合されるため、この入射によって、VCSELの活性領域に電子−ホール対が形成され、これによりレーザーの利得が向上する。VCSELの活性領域に十分な量の光が入射されると、VCSELの利得は、レーザー閾値よりも高くなり、放射が始まる。入射光は、VCSELの自由進行（すなわち入射のない）偏光とは異なる偏向を有することが好ましく、この場合、十分な入射によって、VCSELから放射される光の偏向が切り替えられる。この入射光とは逆向きの方向に生じた放射光は、ビーム分割器21に衝突した後、その波長が入射光の波長よりも長いため、あるいはその放射光が入射光と直交する偏向のため、偏光器22および検出器23に向かって反射する。ビーム分割器は、状況に応じて、ダイクロイックミラーまたは偏光ビーム分割器とすることができる。
【００２１】
VCSEL10を用いる第1の方法は、本願において、偏光切り替え法と呼ばれる。この方法は、入射光を利用して、VCSELの自由進行（すなわち入射のない）モードと直交する偏光モードの利得を向上させることに基づくものであり、入射光が十分に高出力の場合、VCSELの偏光モードが切り替わる。VCSELからの放射を偏光器（偏光器22等）を介して通過させることにより、そのような偏光切り替えが生じたか否かが直接検出される。
【００２２】
VCSEL10を用いる第2の方法は、本願において、閾値切り替え法と呼ばれる。この場合、VCSELは、レーザー閾値よりも僅かに低い状態で駆動される。十分な量の光がVCSELに入射されると、利得が向上してレーザー閾値を超え、VCSELにおいて放射が開始される。
【００２３】
VCSELを使用して光読み出しを改善する上記両方法に共通なことは、VCSELの切り替えを行うために、ある程度の入射光が必要となることである。
【００２４】
入射光の量が少ない場合、VCSEL10は、光の影響を受けない。偏光切り替え法を用いた場合、VCSELは、そのまま自由進行偏光モードの光を放射する。閾値切り替え法を用いた場合、VCSELの利得は、まだレーザー閾値よりも低いままである。従って、VCSEL10からの光は、実質的に検出器23には到達しない。
【００２５】
入射光の量が実質的に十分な量になると、VCSEL10には、直ちに前述のような切り替えが生じる。この切り替えを検出することにより、入射光に含まれる情報を抽出することができる。この方式の極めて有意な特徴の一つは、通常の場合、VCSELによって放射される出力は、入射光の出力に比べて十分に大きいことである。従って、読み出しが改善され、読み出しの信号対ノイズ比が向上する。
【００２６】
しかしながらこの方式を用いるためには、図2に示すようなビーム分割器21と、ジュアルビーム経路とを有する構成を使用する必要がある。
【００２７】
本発明の実施例では、2方向に放射するVCSELが使用される。従って、ビーム分割器を使用する必要がなくなり、装置構造がより小型化される。
【００２８】
図3には、本発明によるこの簡略化された構成を概略的に示す。2方向放射式VCSEL30は、偏光器31および光検出器32の前段に設置される。VCSEL30が自由進行状態の場合、VCSEL30からの光は、偏光器31によって遮断される偏向状態を有する。従って、十分な光がVCSELに入射されなければ、光は検出器32には到達しない。十分な量の光がVCSELに入射されると、放射光が別の偏向状態に切り替えられ、放射光が偏光器31を通過するようになる。その後そのような光は、光検出器32によって速やかに検出される。
【００２９】
別の実施例では、閾値切り替え法が用いられる。この場合、VCSELは、十分な入射出力がなければいかなる光も照射しないため、偏光器31の設置は任意である。その後、入射光を受けたVCSELによって何らかのレーザー光が放射され、放射光が検出器32によって検出される。
【００３０】
通常VCSELに入射される光は、VCSELから放射される光の波長とは異なる波長を有することに留意する必要がある。従って、VCSELからの放射は、情報の読み出しを妨害しない。前述のように、通常の場合、入射光は、VCSELからの放射光の波長に比べて短い波長を有する。
【００３１】
本発明では、VCSELは、2方向に光を放射することが可能であるが、VCSELの後方から放射される光のみを使用して、情報の読み出しを行っても良い。この目的では、前方に放射される光は、使用されない。すなわち、VCSELは、一つの側から入射される光を受光し、別の側から第2の光を放射し、放射された第2の光は、入射光と同じ方向に進行する。VCSELの第1の側を介しての光の入射も可能であるが、通常、この側からは、第2の光の一部が放射されてしまう。
【００３２】
VCSELの基板から光を透過させることが可能となる、多くの異なる方法を以下に示す。
【００３３】
VCSELの基板から光を透過させる直接的な第1の方法は、図4に概略的に示されている。図に示すように、この場合、基板16には開口が設置され、VCSELで生じた光は、前記VCSELの背面から放射される。エッチング処理またはドリル加工等により、VCSELの基板を貫通する開口を設置する方法は、当業者には公知であり、ここではこれ以上説明しないことを指摘しておく。
【００３４】
底部放射型VCSELを提供する別の方法は、図5に概略的に示されている。この場合、VCSELの製造に使用した最初の半導体基板が除去され、レーザーの放射波長に対して透明な基板16’に置換される。例えば、VCSELの放射波長が、約850nmの場合、透明基板は、ガリウムリン（GaP）またはサファイヤ（Al2O3）を含む。基板を除去し、置換する技術は、半導体製造の従来技術であり、一例を挙げると、ウェハ結合技術がある。
【００３５】
また、最初から透明基板16’上にVCSELを形成させることも可能である。この場合、VCSELを形成後に、基板を置換する必要がなくなる。
【００３６】
基板に開口を設けることによって、または基板を透明にすることによって、VCSEL30の基板を透明にすることとは独立に、VCSELからの出力を監視するため、基板に隣接して、検出器32を配置することが好ましい。VCSELおよび検出器は、単一のパッケージとして組み立てられることが好ましく、この場合、VCSELは、検出器と一体化される。
【００３７】
このように、本発明によって、垂直キャビティ面発光レーザー（VCSEL）を備える極めて小型の読み出し配置が提供され、情報担体から反射される読み出し信号の質が向上する。VCSELは、VCSELの活性領域からの放射光を透過する基板を有する。従って、装置の検出経路にビーム分割器を設置する必要がなくなり、装置の複雑性が抑制される。本発明は、将来の高密度光ディスクドライブ、特にSFFOディスクドライブに有効に適用することができると予想される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】通常のVCSELの断面概略図である。
【図２】読み出し信号の改良のためにVCSELが使用された、従来の光読み出しシステムの検出経路を概略的に示した図である。
【図３】本発明による光読み出しシステムの検出経路を概略的に示した図である。
【図４】本発明の第1の実施例によるVCSELを概略的に示した図である。
【図５】本発明の第2の実施例によるVCSELを概略的に示した図である。
【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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【国際調査報告】
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