(57)【要約】光情報処理装置は、２つ以上の異なる波長の光を出射する多波長光源と、前記多波長光源から出射された光を、波長に応じて分離するフィルタ部と、前記フィルタ部によって分離された複数の光を、多波長記録を行うために同一点に集光する集光レンズとを備えている。
2004019333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つ以上の異なる波長の光を出射する多波長光源と、
前記多波長光源から出射された光を、波長に応じて分離するフィルタ部と、
前記フィルタ部によって分離された複数の光を、多波長記録を行うために同一点に集光する集光レンズとを備えたことを特徴とする光情報処理装置。
【請求項２】
前記集光レンズは、前記フィルタ部によって分離された複数の光を、それぞれ異なる光路を経由させて同一点に集光させる、請求の範囲１に記載の光情報処理装置。
【請求項３】
前記異なる波長の光を、それぞれ異なる偏光に制御する偏光フィルタをさらに備えた、請求の範囲１に記載の光情報処理装置。
【請求項４】
前記多波長光源は、基本波を出射するコヒーレント光源と、該コヒーレント光源から出射された基本波の一部を高調波に変換する光波長変換素子とを備え、前記基本波と前記高調波との２つの異なる波長の光を出射する、請求の範囲１に記載の光情報処理装置。
【請求項５】
前記多波長光源は、半導体レーザによって構成されている、請求の範囲１に記載の光情報処理装置。
【請求項６】
前記コヒーレント光源は出射する基本波の波長可変機能を有し、
前記コヒーレント光源から出射される基本波の波長を変化させることで、前記光波長変換素子の、前記高調波の変換効率を変化させ、
前記多波長光源から出射される基本波と高調波との出力比を制御する、請求の範囲４に記載の光情報処理装置。
【請求項７】
前記フィルタ部は、透過率、回折効率および偏光の少なくとも一つが、光の波長に応じて異なる透過特性を有する光学フィルタであって、かつ、前記特性は、前記光学フィルタの面内において不均一である、請求の範囲１に記載の光情報処理装置。
【請求項８】
前記フィルタ部は輪帯開口フィルタであり、
前記輪帯開口フィルタの輪帯開口部とそれ以外の部分とにおいて、光の透過特性が異なっている、請求の範囲１に記載の光情報処理装置。
【請求項９】
前記フィルタ部は輪帯開口フィルタであり、
前記輪帯開口フィルタの前記輪帯開口部は、前記基本波のみを透過し、前記フィルタの輪帯開口部以外の部分は、前記高調波のみを透過する、請求の範囲４に記載の光情報処理装置。
【請求項１０】
前記フィルタ部によって分離された複数の光が、記録媒体中の同一点に集光され、
前記記録媒体は、前記フィルタ部によって分離された複数の光が集光することで、屈折率、吸収係数および蛍光特性の少なくともいずれかが変化する材料を含み、
前記記録媒体中の前記同一点に、集光されることで情報が記録される、請求の範囲１に記載の光情報処理装置。
【請求項１１】
前記記録媒体は、複数の記録層から構成されている、請求の範囲１０に記載の光情報処理装置。
【請求項１２】
前記記録媒体は、単一層で構成され、前記情報が記録される箇所が、厚さ方向に分布している、請求項１０に記載の光情報処理装置。
【請求項１３】
前記記録媒体がフォトクロミック材料を含む、請求の範囲１０に記載の光情報処理装置。
【請求項１４】
前記基本波と前記高調波とが記録媒体中の同一点に集光され、
前記記録媒体は、前記基本波および前記高調波に対してはほぼ透明で、前記基本波と前記高調波との和周波に対しては吸収特性を有し、
和周波の波長は、前記基本波の波長がλ１で、前記高調波の波長が、λ２とした場合に、λ１×λ２／（λ１＋λ２）で表わされ、
前記記録媒体中の前記同一点に、集光されることで情報が記録される、請求の範囲４に記載の光情報処理装置。
【請求項１５】
前記記録媒体は、複数の記録層から構成されている請求の範囲１４に記載の光情報処理装置。
【請求項１６】
前記記録媒体は、単一層で構成され、前記情報が記録される箇所が、厚さ方向に分布している、請求項１４に記載の光情報処理装置。
【請求項１７】
前記記録媒体がフォトクロミック材料を含む、請求の範囲１４に記載の光情報処理装置。
【請求項１８】
光により情報が記録される記録媒体において、
異なる波長の２つの光に対してはほぼ透明で、
前記２つの光が同一点に集光された場合にのみ光学特性が変化して、情報が記録され、
前記２つの光のうち一方の光の波長は、他方の光の波長の１／２であることを特徴とする記録媒体。
【請求項１９】
前記記録媒体は、フォトクロミック材料を含む、請求の範囲１８に記載の記録媒体。
【請求項２０】
前記記録媒体は、多層構造になっている、請求の範囲１８に記載の記録媒体。
【請求項２１】
光により情報が記録される記録媒体において、
異なる波長の２つの光に対してはほぼ透明で、
前記２つの光が同一点に集光された場合にのみ光学特性が変化して、情報が記録され、
前記２つの光の和周波に対しては吸収特性を有し、
和周波の波長は、一方の光の波長がλ１で、他方の光の波長がλ２とした場合に、λ１×λ２／（λ１＋λ２）で表わされることを特徴とする記録媒体。
【請求項２２】
前記記録媒体は、フォトクロミック材料を含む、請求の範囲２１に記載の記録媒体。
【請求項２３】
前記記録媒体は、多層構造になっている、請求の範囲２１に記載の記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、光記録および光通信分野で利用される光情報処理装置および記録媒体に関するものである。
【背景技術】  従来の光情報処理装置は、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷおよびＤＶＤ−ＲＡＭ等の光記録媒体を用いて、記録再生を行う。これらの記録媒体は、単一波長の光により記録されるもので、記録媒体の、例えば相変化等の屈折率変化を利用して記録を行う。記録方式としては、単層または２層記録方式であり、記録容量は記録媒体の面積に制限される。
記録媒体から再生を行うには、記録媒体に外部からレーザ光を集光して、透明な記録媒体に形成された微細な凹凸または屈折率変化部分での反射率の変化を読み取り、それにより記録された情報を読み取る。
一方、記録媒体への記録は、記録媒体に光を集光させ、集光部分に熱による相変化、昇華、穴明け等の変化を生じさせることで、書き込みを行う。以上は、１光子、１波長のレーザ光源による記録再生方法である。
また、記録媒体の容量向上のために、記録媒体を体積方向に利用（体積記録）する検討が行われている。例えば、バルク状の記録媒体の面内および深さ（厚さ）方向に体積的に情報を記録する方式や記録層が多層である構造の光ディスク等の提案および試作が行われている。しかし、記録層が多層構造である場合、各層の屈折率が異なる場合には、レーザ光の多重干渉が起こりやすく層間での記録干渉が発生しやすくなる。また記録層の数が増えると、光源から離れた層からの反射光が小さくなるので、十分なＳ／Ｎ比を得るのが困難になる。
さらに、１光子吸収を利用した記録を行う場合、記録層は、記録させるための波長領域に属するレーザ光を吸収するため、記録層が多層化することで、光源から離れた層に記録する場合には光の記録パワーを非常に大きくする必要が生じる。記録用のレーザ光源のパワーが増大すると、光源から離れた記録層に情報を記録する際に、光源から近い記録層に記録された情報を消してしまうクロスイレーズといった問題も生じる。
これらの問題を解決する方法として、２光子吸収による記録方式が提案されている。従来の２光子吸収による記録方法としては、例えば、Ｙ．Ｋａｗａｔａ，Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．２３，Ｎｏ．１０，ｐｐ．７５６−７５８，１９９８に開示されている。この記録方法は、書き込み用のレーザ光として、波長が７６２ｎｍで１３０ｆｓ程度のパルス光を用い、ＬｉＮｂＯ３結晶からなる記録媒体に情報を記録する。波長７６２ｎｍの光の２光子吸収で、波長３８１ｎｍの光の吸収を利用して結晶内に屈折率分布を形成している。ＬｉＮｂＯ３は波長７６２ｎｍの光に対しては透明で、波長３８１ｎｍの光に対して吸収をもつ。光の集光スポットにおいて非線形光学効果による２光子吸収が発生し、これを吸収して記録される。２光子吸収が発生する集光スポット近傍の光パワーが高密度状態に達するまで、記録媒体は光を吸収しないため、光は記録部分でのみ吸収される。このため体積記録で問題となる吸収およびクロスイレーズといった問題が生じず、高密度の体積記録が可能となる。
従来の１波長、１光子を利用する光記録方式は、記録密度が光源の波長および集光レンズ等の記録集光光学系のＮＡによる限界値があるため、さらなる大容量化は難しい。また、多層構造の記録媒体への記録を実現するには、層間の記録干渉、クロスイレーズといった問題があり、記録層の多層化および体積記録が制限されるという問題がある。
また、１波長の２光子吸収を利用した方式は記録光として波長の長い光（従来例では波長７６２ｎｍの光）を利用し２光子吸収により波長３８１ｎｍで記録している。しかし、記録したビット（情報）を読み出す際に、記録用のレーザ光の波長以外の波長を持つ光が必要である。これは、記録用のレーザ光を用いて読み出すと、波長が長いため、記録密度が低下するためである。
また、異なる２波長の光を利用して記録する方式もある。異なる２波長の光源を用いて記録する場合、異なる出射口から発生した２波長の光を同一点に集光しなければならない。そのため、波長分散の補正、集光点の制御および光源の波長変動による集光点の制御等を解決するため複雑な集光光学系が必要となるという問題がある。また、２光子吸収を利用するためには、ピークパワーが数１００Ｗといった高出力のフェムト秒レーザが必要となる。このため大型光源が必要となり、民生品への応用が難しいという問題があった。
【発明の開示】
本発明は、上述の問題に鑑みなされたものであり、複雑な制御なしに多波長記録を行うことができる光情報処理装置および情報が光記録される記録媒体を提供することを目的とする。
本発明の光情報処理装置は、２つ以上の異なる波長の光を出射する多波長光源と、前記多波長光源から出射された光を、波長に応じて分離するフィルタ部と、前記フィルタ部によって分離された複数の光を、多波長記録を行うために同一点に集光する集光レンズとを備えたことを特徴とする。
また、本発明の記録媒体は、光により情報が記録される記録媒体において、異なる波長の２つの光に対してはほぼ透明で、前記２つの光が同一点に集光された場合にのみ光学特性が変化して、情報が記録され、前記２つの光のうち一方の光の波長は、他方の光の波長の１／２であることを特徴とする。
また、本発明の他の記録媒体は、光により情報が記録される記録媒体において、異なる波長の２つの光に対してはほぼ透明で、前記２つの光が同一点に集光された場合にのみ光学特性が変化して、情報が記録され、前記２つの光の和周波に対しては吸収特性を有し、和周波の波長は、一方の光の波長がλ１で、他方の光の波長がλ２とした場合に、λ１×λ２／（λ１＋λ２）で表わされることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】  図１は、実施の形態１に係る光情報処理装置の構成を示す側面図である。
図２Ａは、実施の形態１に係る光情報処理装置のフィルタ部における基本波の透過特性を示すグラフである。
図２Ｂは、実施の形態１に係る光情報処理装置のフィルタ部における高調波の透過特性を示すグラフである。
図３は、実施の形態１に係る他の光情報処理装置の構成を示す側面図である。
図４Ａは、実施の形態１に係る他の光情報処理装置のフィルタ部における基本波の透過特性を示すグラフである。
図４Ｂは、実施の形態１に係る他の光情報処理装置のフィルタ部における高調波の透過特性を示すグラフである。
図５は、実施の形態１に係るさらに他の光情報処理装置の構成を示す側面図である。
図６Ａは、実施の形態１に係るさらに他の光情報処理装置のフィルタ部における基本波の透過特性を示すグラフである。
図６Ｂは、実施の形態１に係るさらに他の光情報処理装置のフィルタ部における高調波の透過特性を示すグラフである。
図７は、実施の形態２に係る光情報処理装置の構成を示す側面図である。
図８Ａは、実施の形態２に係る光情報処理装置のフィルタ部における基本波の透過特性を示すグラフである。
図８Ｂは、実施の形態２に係る光情報処理装置のフィルタ部における高調波の透過特性を示すグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】  本実施の形態の光情報処理装置によれば、同一の光源から出射された複数の光を用いて多波長記録を行うので、複雑な制御等を行う必要なく、複数の光を容易に同一点に集光することができる。それにより、多層記録媒体への記録および記録媒体の体積方向への記録において、記録干渉がなく記録を行うことができる。
また、好ましくは、前記集光レンズは、前記フィルタ部によって分離された複数の光を、それぞれ異なる光路を経由させて同一点に集光させる。それにより、多層記録媒体への記録および記録媒体の体積方向への記録において、記録干渉がなく記録を行うことができる。
また、好ましくは、前記異なる波長の光を、それぞれ異なる偏光に制御する偏光フィルタをさらに備えている。それにより、用いる光の偏光方向により、記録がなされるような記録媒体においても、記録を行うことができる。
また、好ましくは、前記多波長光源は、基本波を出射するコヒーレント光源と、該コヒーレント光源から出射された基本波の一部を高調波に変換する光波長変換素子とを備え、前記基本波と前記高調波との２つの異なる波長の光を出射する。それにより、多波長記録において、基本波とその高調波とを用いて記録を行うことができ、基本波および高調波を同一の位置から出射することができる。
また、前記多波長光源は、半導体レーザによって構成されていてもよい。
また、好ましくは、前記コヒーレント光源は出射する基本波の波長可変機能を有し、前記コヒーレント光源から出射される基本波の波長を変化させることで、前記光波長変換素子の、前記高調波の変換効率を変化させ、前記多波長光源から出射される基本波と高調波との出力比を制御する。それにより、容易に、基本波と高調波との出力比を制御することができる。
また、好ましくは、前記フィルタ部は、透過率、回折効率および偏光の少なくとも一つが、光の波長に応じて異なる透過特性を有する光学フィルタであって、かつ、前記特性は、前記光学フィルタの面内において不均一である。それにより、多波長光源から出射される複数の光の各光路が重ならないようにして、同一点に集光させることができる。
また、好ましくは、前記フィルタ部は輪帯開口フィルタであり、前記輪帯開口フィルタの輪帯開口部とそれ以外の部分とにおいて、光の透過特性が異なっている。それにより、輪帯開口部を透過した光のスポット径を超解像により、さらに小さくすることができる。そのため、各光のスポット径が異なる場合に、それらのスポット径を合わせることができる。
また、好ましくは、前記フィルタ部は輪帯開口フィルタであり、前記輪帯開口フィルタの前記輪帯開口部は、前記基本波のみを透過し、前記フィルタの輪帯開口部以外の部分は、前記高調波のみを透過する。それにより、高調波に比べて大きい基本波の集光スポットを小さくして、高調波と基本波との集光スポットの大きさを容易に一致させることができる。
また、好ましくは、前記フィルタ部によって分離された複数の光が、記録媒体中の同一点に集光され、前記記録媒体は、前記フィルタ部によって分離された複数の光が集光することで、屈折率、吸収係数および蛍光特性の少なくともいずれかが変化する材料を含み、前記記録媒体中の前記同一点に、集光されることで情報が記録される。それにより、記録媒体に情報を記録させることができる。
また、前記記録媒体は、複数の記録層から構成されていることが好ましい。
また、好ましくは、前記記録媒体は、単一層で構成され、前記情報が記録される箇所が、厚さ方向に分布している。それにより、記録媒体が、低コストで作製することができる。
また、前記記録媒体がフォトクロミック材料を含むことが好ましい。
また、好ましくは、前記基本波と前記高調波とが記録媒体中の同一点に集光され、前記記録媒体は、前記基本波および前記高調波に対してはほぼ透明で、前記基本波と前記高調波との和周波に対しては吸収特性を有し、和周波の波長は、一方の光の波長がλ１で、他方の光の波長がλ２とした場合に、λ１×λ２／（λ１＋λ２）で表わされ、前記記録媒体中の前記同一点に、集光されることで情報が記録される。それにより、基本波と、その高調波とによる２光子吸収により、記録媒体に情報を記録させることができる。
また、前記記録媒体は、複数の記録層から構成されていることが好ましい。
また、好ましくは、前記記録媒体は、単一層で構成され、前記情報が記録される箇所が、厚さ方向に分布している。それにより、記録媒体が、低コストで作製することができる。
また、前記記録媒体がフォトクロミック材料を含むことが好ましい。
また、本実施の形態の記録媒体によれば、２波長吸収により、記録を行うことができる。また、本実施の形態の他の記録媒体によれば、２光子吸収を用いて、記録を行うことができる。
また、前記記録媒体はフォトクロミック材料を含むことが好ましい。
また、前記記録媒体は、多層構造になっていることが好ましい。
本発明の具体的な実施形態について説明する。
本実施の形態の光情報処理装置は光波長変換素子を用いることで、基本波と高調波とを同一発光点から出射し、集光光学系としての集光レンズによる同一点集光を容易にする。さらに基本波と高調波とに対し異なる透過特性を有する光学フィルタを用いることで基本波と高調波とを個別に制御し、基本波と高調波との２波長記録を高機能化することを特徴とする。
光記録方式としては、異なる２波長を用いた光記録で、非線形光学効果を利用した２光子吸収による光記録、フォトクロミック効果を利用した２波長の反応による光記録、体積ホログラム等の多層記録または体積記録を目的としている。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る光情報処理装置について図を用いて説明する。本実施の形態１の光情報処理装置によれば、記録層が多層である記録媒体への情報の記録において、各記録層の層間の記録干渉が生じない２波長の光記録が可能である。
２波長を記録媒体に照射することにより、情報を記録することが可能な記録媒体への記録方式はいくつかある。例えば１つの波長の光を照射することで記録媒体の分子構造を変化させ、この状態で異なる波長の光を照射して情報を記録する方法がある。また、記録と定着とを２波長の光で行う方法がある。また、２波長の２光子吸収および２波長で励起した順位を利用して情報の記録を行うといった方法がある。このような２波長記録の場合、２つの光が同一の光路を通ると多層記録が難しくなる。多層構造の記録媒体に記録を行う場合、２波長の光が同一光路を通過すると、記録しようとする層以外の記録層へも２波長の光が照射される。このため、記録しようとする層以外の層への露光が生じ、層間の記録干渉が発生する。そこで、光源と波長変換素子とを用いることで、２波長の光（高調波および基本波）を同じ発光点から出射させ、基本波と高調波とが異なる光路を通って記録しようとする層に集光することが可能な光情報処理装置について説明する。
図１は実施の形態１に係る光情報処理装置の構成を示す側面図である。実施の形態１の光情報処理装置は、多波長光源１０と、多波長光源から出射された光を平行光とするコリメートレンズ３と、多波長光源１０から出射された、波長の異なる光を、波長に応じて分離するフィルタである輪帯開口フィルタ４ａと、輪帯開口フィルタ４ａによって分離された複数の光を、多波長記録を行うために記録媒体中の同一点に集光する集光レンズ５とを備えている。
多波長光源１０は、例えば、コヒーレント光源であるＤＢＲ半導体レーザ１と、ＤＢＲ半導体レーザ１から出射された光の波長を変換するための光波長変換素子２とを備えている。例えば、ＤＢＲ半導体レーザ１から出射された波長８２０ｎｍの基本波は、例えば導波路型の光波長変換素子２により波長４１０ｎｍの高調波に波長変換される。
なお、導波路型の光波長変換素子２は、例えば、光導波路と光導波路内に形成された周期状の分極反転構造からなる。この光導波路を伝搬する光は、周期状の分極反転構造からなる非線形グレーティングによって波長変換され、高調波を発生する。発生した高調波は、入射した光（基本波）の波長の１／２または１／３の波長を有する。導波路型の光波長変換素子２の代表的な例として、Ｍｇドープのニオブ酸リチウムを用いて構成されたものがある。Ｍｇドープのニオブ酸リチウムの単結晶に周期状の分極反転構造が形成されている。この場合に、周期が２．８μｍ程度のとき、波長８２０ｎｍの基本波を波長４２０ｎｍの高調波に変換することができる。
また、光波長変換素子２の変換効率は例えば５０％程度である。つまり、ＤＢＲ半導体レーザ１から出射された基本波の約半分が、高調波８に変換され、光波長変換素子２から基本波７と同時に出射される。出射される基本波７および高調波８の導波モードはともにＴＥ００の基本モードである。
フィルタ部である輪帯開口フィルタ４ａは、その面内において透過特性が異なるフィルタであって、具体的には、輪帯開口部分１４ａとその内側の円とで透過特性が異なっている。図２Ａおよび図２Ｂは、輪帯開口フィルタ４ａの面方向に沿った位置を横軸にとり、縦軸に透過率を示している。図２Ａは、輪帯開口フィルタ４ａにおける基本波７（波長８２０ｎｍの光）の透過特性を示すグラフであり、図２Ｂは、輪帯開口フィルタ４ａにおける高調波８（波長４１０ｎｍの光）の透過特性を示すグラフである。
図２Ａおよび図２Ｂからわかるように、基本波７は輪帯開口部１４ａを透過しているが、高調波８は透過していない。また、輪帯開口部１４ａの内側の部分はその逆で、高調波８は透過しているが、基本波７は透過していない。このため、図１に示すように、多波長光源１０から出射された基本波７と高調波８とはコリメートレンズ３を介して、輪帯開口フィルタ４ａに入射し、それぞれ異なる光路をとるように、分離されて出射される。輪帯開口フィルタ４ａから出射された基本波７と高調波８とは、異なる光路をとり、重ならずに、集光レンズ５に入射する。基本波７は、輪帯開口部１４ａを通るため、超解像現象をおこし回折限界以下のスポットに集光可能となる。そのため、集光スポット径が低減され、より高密度な記録が可能となる。
集光レンズ５は基本波７と高調波８の波長との違いを補正する色補正機能を有している。さらに、基本波７と高調波８とは集光レンズ５を通ることで、記録媒体６における同一の集光点９に集光される。この際、基本波７と高調波８とは記録媒体６中の集光点９までは、異なる光路を通るので互いに、重ならず、ともに集光点９に集光され一致する。それにより、集光点９において、２波長記録を行う。なお、記録媒体６は、記録層６ａと中間層６ｂとが交互に積層された構成である。
このような構成は、２波長の光を用いた多層記録媒体の記録再生を行う光学系として有効であり、このような光情報処理装置を実現することができる。実施の形態１の光情報処理装置は、基本波７と高調波８との２つの異なる波長を有する光が、集光点９まで互いに異なる光路を通るようにするので、記録媒体６の層間の記録干渉を防止することができる。記録媒体の層数の増大が可能となり、高密度記録が実現する。また、１つの光を基本波７と高調波８とに分け、同一の多波長光源１０から出射するので、これら基本波７と高調波８とを容易に制御することができる。
実施の形態１の光情報処理装置を用いて、アゾベンゼンポリマーによって構成される記録媒体に情報の書き込み（記録）を行った。アゾベンゼンポリマーの一種に２波長により記録可能な材料がある。
多波長光源１０は、基本波７として波長８２０ｎｍの光を出射し、波長変換される高調波８として波長４１０ｎｍの光を出射している。記録媒体６を構成するアゾベンゼンポリマーは４４０ｎｍ近傍の波長の光に対し吸収がある。青色領域の光（波長４４０ｎｍ近傍）を照射すると、アゾベンゼンポリマーは、シス−トランス−シスの誘導体への変化を繰り返す。このような変化を繰り返すアゾベンゼンポリマーに青色領域の光の偏光と直交する偏光を有する基本波を照射することで、トランスに固定され、かつ分子方向が一方向にそろう。この際、記録媒体６の屈折率が変化して記録可能となる。
このため、輪帯開口フィルタ４ａに加えて、基本波７と高調波８との偏光方向が直交する光学フィルタ（偏光フィルタ）を設けておくことが望ましい。この光学フィルタ（偏光フィルタ）は、輪帯開口フィルタ４ａと集光レンズ５との間に挿入されていればよい。なお、記録媒体の記録特性に応じて、基本波と高調波の偏光方向が直交する光学フィルタ（偏光フィルタ）等を追加することが望ましい。
このようにして、基本波７と高調波８とが記録媒体６における集光点９に集光することで記録が可能であった。また、記録媒体６を多層構造にすることで記録密度が向上し、記録媒体６の各層間における記録干渉が発生せず、２０層以上の記録層６ａに情報を記録することが可能であった。また、実施の形態１の光情報処理装置を用いることで、フォトクロミック材料を含む多層構造を有する記録媒体への記録が可能になった。この理由を以下に示す。
記録媒体６に形成されたの各層間において生じる記録干渉は特に、光化学反応により記録を行うフォトクロミック材料の場合に顕著である。熱的な記録の場合一定以上の温度にならないと記録されないため、繰り返し低パワーの光が照射されても記録されることはない。しかし、フォトクロミック材料のように光化学反応を示す場合は、フォトクロミック材料に光の照射が蓄積されていく。そのため、低パワーの光に対しても繰り返し照射されることで、照射量の積分値が増大し記録媒体６が感光してしまう。したがって、実施の形態１の光情報処理装置はフォトクロミック材料を含む多層構造の記録媒体６を用いる場合に特に有効である。
実施の形態１の光情報処理装置は、以下の効果を奏する。
実施の形態１の光情報処理装置は、２波長の光が同一点から出射される構造である。従来は、発光点の異なる２波長の光を輪帯開口フィルタにより分離し、かつ、これらの光を同一点に集光していた。しかし、これでは光学系の設計がかなり複雑になり、かつ、安定性に欠ける。さらにフォーカスおよびトラッキングといった光学系の微調整も複雑になる。
これに対して図１に示す実施の形態１に係る光情報処理装置は、導波路型の波長変換素子２を設けることで、波長の異なる基本波７と高調波８とを同一の発光点より出射することができる。したがって、同一の点光源から出射される波長の異なる２つの光を同一点に集光するように構成すればよい。また、集光レンズ５は、色補正を行うだけで波長の異なる基本波７と高調波８とを容易に同一点に集光できる。また光学系の波長変動や発光点位置ずれ等の外乱に対しても、共焦点光学系を構成しているため、安定な光学系を容易に構成することができるという効果も奏する。
図１に示している、実施の形態１の光情報処理装置は、輪帯開口フィルタ４ａを備えている。多波長光源１０から出射される光のうち、輪帯開口部１４ａを透過するのは、基本波７であるため、基本波７に対して超解像による集光が可能になる。基本波７と高調波８とを同一点に集光する場合、基本波７の波長が高調波８の波長に対して長いため、基本波７の集光スポットが大きくなる。光記録は基本波７と高調波８との集光スポットが一致した点で行われる。そのため、高調波８の集光スポットより外側に広がっていて、高調波８の集光スポットと重なっていない基本波７の集光スポットは、光記録には関与しないため、その箇所の基本波７は無駄になる。
実施の形態１の光情報処理装置では、基本波７は輪帯開口部１４ａを通るため、超解像により集光される。そのため通常の集光スポット径に比べて、１／１．２の集光スポット径に集光可能となる。このように、基本波７の集光スポット径が小さくなり、高調波８の集光スポット径とほぼ同一の大きさとなる。それにより、基本波７が集光されている箇所には、高調波８が重なっていることとなり、基本波７のパワーを無駄にすることなく光記録が行えるという利点を有する。
また、記録媒体６において、記録されるのは２波長が重なった部分であり、２波長が集光させられる。集光特性が特に必要とされるのは、波長の短い高調波８である。そのため輪帯開口フィルタ４ａの透過特性としては、基本波７の透過領域は輪帯開口フィルタ４ａの中心近傍からはずれた領域に設定し、中央近傍は高調波８の透過領域に設定するのが望ましい。
なお、実施の形態１では、透過特性が輪帯開口の形で分布を持つ輪帯開口フィルタ４ａを用いたが、回折効率をフィルタの輪帯開口部分に分布を持たせることで同様の効果が得られる。
なお、多波長光源１０は、コヒーレント光源１と光波長変換素子２とを備え、基本波７と高調波８とを出射することとしたが、替わりに、異なる波長の光を発生する半導体レーザを用いてもよい。異なる波長の光を発生する２波長または３波長レーザは、異なるレーザ媒質を同一基板に成長させることにより形成された半導体レーザで実現される。半導体レーザの、異なる波長の光を発生する各活性層位置は１０μｍ以下に近づけられている。また、コヒーレント光源１と光波長変換素子２とを備え多波長光源１０の場合と同様に、色収差を利用した光学系（集光レンズ５）を利用して、同一集光点９に集光可能となる。特に、２波長レーザを多波長光源として用いれば、光源の小型化が実現できて有効である。
図１に示す光情報処理装置では、輪帯開口フィルタ４ａを用いているが、本発明はこれに限定されるわけではない。基本波７と高調波８とを分離できる光学フィルタであればよい。それにより、記録媒体の層間の記録干渉を防止でき、多層構造の記録媒体への記録が容易になる。また、フォトンモード記録による多層化が実現できる。
図３は、実施の形態１の他の光情報処理装置の構成を示す側面図である。図３の情報処理装置は、輪帯開口フィルタ４ａのかわりに光学フィルタ４ｂが設けられていて、それ以外は、図１の光情報処理装置と同様の構成である。
図３の光学フィルタ４ｂの透過特性は、図４Ａおよび図４Ｂに示されている。図４Ａおよび図４Ｂは、光学フィルタ４ｂの面方向に沿った位置を横軸にとり、縦軸に透過率を示している。図４Ａは、光学フィルタ４ｂにおける基本波（波長８２０ｎｍの光）の透過特性を示すグラフであり、図４Ｂは、光学フィルタ４ｂにおける高調波（波長４１０ｎｍの光）の透過特性を示すグラフである。図４Ａおよび図４Ｂからわかるように、基本波７は光学フィルタ４ｂの左側半分を透過しているが、高調波は透過していない。また、光学フィルタ４ｂの右側半分は、高調波は透過しているが、基本波７は透過していない。
このため、図３に示すように、多波長光源１０から出射された基本波７と高調波８とはコリメートレンズ３を介して、光学フィルタ４ｂに入射し、左右にそれぞれ異なる光路をとるように分離されて出射される。光学フィルタ４ｂで分離された基本波７と高調波８とは、集光レンズ５に入射して、互いに異なる光路を通って記録媒体６内の記録箇所である同一の集光点９に集光される。
また、基本波と高調波とを分離するためには、周期的に分離するフィルタを用いて、グレーティング作用を起こして分離することも可能である。また、２次元的にランダム領域に分離するフィルタ、いくつかの領域に分離したフィルタ等も利用可能である。
また、図５に示すように、多層構造の記録媒体の替わりに、単層構造の記録媒体であって、記録媒体の面内および深さ（厚さ）方向に記録を行う体積記録による記録媒体を用いてもよい。図５は、実施の形態１のさらに他の光情報処理装置の構成を示す側面図である。図５に示す光情報処理装置と図１に示す光情報処理装置との相違点は、多層構造の記録媒体６（図１）の替わりに単層構造の記録媒体１６（図５）を用いている点である。それ以外は、図１と図５とは同様の構成である。図６Ａおよび図６Ｂは、輪帯開口フィルタ４ａの面内の位置を横軸にとり、縦軸に透過する光の透過率を示している。図６Ａは図２Ａと等しく、図６Ｂは図２Ａと等しい。
単層構造の記録媒体１６であっても、記録したい集光点９で、基本波７および高調波８が集光されるように制御すればよく、多層構造の記録媒体と同様に集光点９に情報を記録することができる。単層構造の記録媒体１６は、製造コストが低いという効果を奏している。
なお、多波長光源１０は、２つの異なる波長の光を出射することとしたが、３つ以上の波長の異なる光を出射することとしてもよい。また、多波長光源１０から出射される複数の光を分離するフィルタ部は、透過率、回折効率および偏光の少なくとも一つが、光の波長に応じて異なる透過特性を有する光学フィルタであって、かつ、その透過特性は、光学フィルタの面内において不均一であるとすればよい。
また、記録媒体６は、フィルタ部によって分離された、複数の光が集光することで、屈折率、吸収係数および蛍光特性の少なくともいずれかが変化する材料を含むこととすればよい。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る光情報処理装置について、図を用いて説明する。
実施の形態２の光情報処理装置は、２つの波長の異なる光による非線形光学効果を利用した２光子吸収による光記録を目的としている。実施の形態２に係る光情報処理装置の構成について図７を用いて説明する。
図７に示す光情報処理装置は、図１に示している光情報処理装置の輪帯開口フィルタ４ａの替わりに、光学フィルタ４ｃが設けられた構成である。また、図７に示す記録媒体２６は、図１に示す記録媒体６とは異なり、２光子吸収により光記録が可能な材料より構成されていて、記録層２６ａと中間層２６ｂとが交互に積層されて構成されている。それ以外は、図１の光情報処理装置と同様の構成である。
図７の光学フィルタ４ｃの透過特性は、図８Ａおよび図８Ｂに示されている。図８Ａおよび図８Ｂは、光学フィルタ４ｃの面方向に沿った位置を横軸にとり、縦軸に透過率を示している。図８Ａは、光学フィルタ４ｃにおける基本波７（波長８２０ｎｍの光）の透過特性を示すグラフであり、図８Ｂは、光学フィルタ４ｃにおける高調波８（波長４１０ｎｍの光）の透過特性を示すグラフである。図８Ａおよび図８Ｂからわかるように、光学フィルタ４ｃは基本波７に対してグレーティッド型の透過率分布を有している。具体的には、基本波７は光学フィルタ４ｃの中心部において透過率が高く、中心から離れるにしたがって、透過率が低くなっていく。また、高調波８において、光学フィルタ４ｃは全面において透明である。
基本波７と高調波８とは同一の光導波路型の波長変換素子２から出射されるが、波長が大きく異なるため、光導波路内での閉じ込めが異なる。このため、光導波路からの広がり角が大きく異なり、高調波８の広がり角に対し基本波７の広がり角が大きい。したがって、光波長変換素子２からの出射光をコリメートレンズ３によってコリメートすると、高調波８に対して基本波７の面積がかなり大きくなり、基本波７と高調波８との集光特性が異なるおそれがある。
基本波７と高調波８との集光特性を一致させるには、基本波７の周辺部をカットする光学フィルタを挿入する方法があり、これは容易に行うことができる。さらに基本波７のパワーを有効に利用するためには、基本波７のビームの断面積を補正する必要があるが、このとき高調波８への影響を与えないようにすることが望ましい。そこで、上述した図８Ａおよび図８Ｂに透過率分布を示した光学フィルタ４ｃのように、基本波７と高調波８とが面内で透過特性の異なる光学フィルタを用いることが望ましい。
図７において、コヒーレント光源としてＤＢＲ半導体レーザ１から出射された波長８２０ｎｍの基本波の一部は、導波路型の光波長変換素子２により波長４１０ｎｍの高調波に波長変換される。それにより、光波長変換素子２に設けられた導波路からは基本波７と高調波８とが同時に出射される。導波モードはともにＴＥ００の基本モードで出射される。
基本波７と高調波８とはコリメートレンズ３を介して、光学フィルタ４ｃに入射する。光学フィルタ４ｃによって広がり角が抑制された基本波７と高調波８とが、集光レンズ５に入射される。集光レンズ５は、基本波７と高調波８との波長の違いを補正する色補正機能を有しており、基本波７と高調波８とは記録媒体２６内の同一点に集光される。光学フィルタ４ｃによって、基本波７と高調波８との集光特性が一致させられているので、これらは、記録媒体２６中の同一点に集光される。
基本波を出力するＤＢＲ半導体レーザ１をパルス駆動することで高出力のパルス光を得ることができる。例えば、過飽和吸収体を有する半導体レーザを用いることで２０〜３０ピコ秒以下のパルス幅を発生することができる。これを波長変換することで、非線形光学効果によりさらにパルス幅を小さくすることが可能となる。また、ＤＢＲ半導体レーザ１をパルス駆動することで先頭値が数１００ｍＷの高出力のレーザ出力が可能となり、これを波長変換素子２により波長変換することで高効率のＳＨＧ（第２高調波）出力が得られる。このようにして、波長変換素子２から出射された基本波７と高調波８とは記録媒体２６中で同一点である集光点９に集光され、集光点９において、基本波７および高調波８のパワー密度が高まる。それにより、非線形光学効果により２光子吸収が発生する。
基本波７の波長をλ１、高調波８の波長をλ２とすると、２光子吸収が起こるのは、基本波７と高調波８との和周波に対してである。和周波の波長λ３は、λ３＝λ１×λ２／（λ１＋λ２）となる。高調波８が第二高調波の場合λ２＝λ１／２となるので、λ３＝λ１／３となる。例えば、波長８２０ｎｍの基本波７と波長４１０ｎｍの高調波８との２光子により波長２７３ｎｍの２光子吸収が発生する。このような２光子吸収において、多波長光源１０での出力はそれほど大きくなくてもよい。
記録媒体２６には、２光子吸収による２７３ｎｍの波長の光により光記録が行われる。記録媒体２６としては、波長が８２０ｎｍの光（基本波）および波長が４１０ｎｍの光（高調波）に対してはほとんど光を吸収せず、波長が２７３ｎｍの光に対しては吸収し、かつ屈折率または吸収係数が変化する材料を用いればよい。それにより、基本波７および高調波８は記録媒体２６の集光点９以外では吸収されることなく、集光点９の存在する記録層２６ａに到達できる。
なお、２波長が基本波と高周波との関係がない場合であっても、２波長がそれぞれλ４およびλ５とした場合に、２光子吸収が起こるのは、これら２つの光の和周波であって、その波長λ６は、λ６＝λ４×λ５／（λ４＋λ５）となる。
集光点９においては、パワー密度が大きくなるため２光子吸収が生じる。しかし、集光点９とは異なる記録層２６ａでは基本波７および高調波８（記録光）の透過特性が確保されているため、記録干渉が生じることはない。すなわち、記録媒体２６の表面から厚さ方向に向かって離れた位置の記録層２６ａであっても、基本波７および高調波８（記録光）のパワー密度が大きくなることで、光記録を行うことができる。光記録を行わない記録層２６ａに対しては、高い透過特性を有したままである。それにより、記録媒体２６において、記録層２６ａの層数が増大しても光記録を行うことができる。
実施の形態２の光情報処理装置において、基本波７と高調波８とは同一の多波長光源１０から出射された基本モードであるため、同一の発光点から出射される。このため集光レンズ５としては基本波７と高調波８との色収差を補正するだけで容易に同一点に集光することができる。
また基本波７と高調波８とは常に、λ２＝λ１／２の関係を維持する。環境温度の変動や光源の波長変動が発生した場合もこの関係は常に維持されるため、色収差補正の設計も容易になり、安定に２波長を同一点に集光できるという効果も奏する。またそれぞれ各部品の作製および調整も高い許容度を持つため、作製歩留まり、組立歩留まりが高いという効果も奏する。
記録媒体２６に記録された情報を、再生する場合には、例えば、波長４１０ｎｍの高調波を用いればよい。非線形光学効果を利用した記録は２７３ｎｍの波長相当で記録できるため記録密度の向上が可能である。また、読み出しは４１０ｎｍの高調波で行うため、クロストーク等を考慮して４１０ｎｍの波長相当の記録密度が可能となる。非常に高密度の記録が行える。
また、オーバライトの記録を行う場合には、記録と再生を繰り返し、記録情報を確認しながら消去と記録とを繰り返すので、同一の集光点９に、記録光および再生光を集光し、かつ高速で記録再生を切り替えることが必要不可欠となる。
実施の形態２の光情報処理装置では、基本波７と高調波８とが同一点から出射される。また、記録光には基本波７および高調波８を用い、再生光には高調波８を用いている。このため、容易に、記録光と再生光との切り替えを行うことができる。そのため、オーバライト記録は可能である。しかし、従来の光情報処理装置のように、異なる光源を用いて記録光または再生光をそれぞれ同一点に集光する光学系では、高速な切り替えにおいて、それぞれの光源の同期をとる必要がある。またそれぞれの光源での波長変動およびパワー変動の修正を行い、フォーカスを修正するために複雑な制御および光学系が必要となる。
実施の形態２の光情報処理装置においては、記録および再生に必要な、基本波７と高調波８とのパワーおよびその比の制御が容易に行える。光波長変換素子２によって供給される基本波７と高調波８との比率は変換効率に依存し、変換効率は基本波７の波長に依存する。例えばコヒーレント光源であるＤＢＲ半導体レーザ１は、ＤＢＲ部に設けた電極により出力波長を制御できる。このためＤＢＲ半導体レーザ１のＤＢＲ波長を制御することで基本波から高調波への変換効率、すなわち基本波と高調波との出力比率を制御できる。２光子吸収を用いた記録では、２つの光波の出力を正確に制御する必要があり、実施の形態２の光情報処理装置においてはこれを容易に実現できる。
２光子吸収による記録媒体としては、低パワーでの記録を可能にするために、非線形光学定数を増大して、２光子吸収の効率向上を図ることが望ましい。そのために、記録層２６ａと中間層２６ｂとの多層構造からなる記録媒体２６において、中間層２６ｂに高非線形材料を用いることが望ましい。記録層２６ａの厚みはサブμｍ以下であり、記録光のビームウエストから考えると記録層２６ａ以外の中間層２６ｂで、非線形光学効果による高調波を発生させ、これを記録層２６ａに吸収させれば高効率化を図ることができる。
また中間層２６ｂと記録層２６ａとは別々に設計できるため、中間層２６ｂには非線形性の高い材料を用い、記録層２６ａには高調波に対して記録感度の高い材料を用いることができる。それにより、低パワーでの記録が可能となる。例えば、中間層２６ｂにフォトクロミック材料を用いて感度を上げることで低パワーの記録が可能となる。
また、中間層２６ｂは多層膜構造としてもよい。記録層２６ａの表面側（光源側）近傍（ビームウエスト近傍）においては波長変換されるため高非線形性の材料が必要となるがそれ以外は、特に非線形性は必要ではない。したがって、中間層２６ｂを多層構造とし、記録層２６ａの上面には非線形性の高い層が、記録層２６ａの下面には熱伝導の高い層が形成されていると、高速の記録が可能となる。
非線形性の高い中間層２６ｂとしては、例えば、ＬｉＮｂＯ３、ＬｉＴａＯ３、ＫＴＰおよびＫＮｂＯ３等の無機非線形材料、有機非線形材料のアモルファス層、またはこれらの微結晶材料を用いればよい。さらにガラス材料にこれらの非線形材料を混入したもの、半導体高非線形材料をガラス材にドーピングしたもの等を用いればよい。透明な高非線形材料を用いることで低パワーでの多層記録が可能となる。
なお、実施の形態２の光情報処理装置においては、光波長変換素子２で生じる高調波８として第２高調波を用いたが、第３高調波、和周波、差周波およびパラメトリック等の光を用いることとしてもよい。
なお、実施の形態２の光情報処理装置において、記録媒体２６として多層構造の記録媒体２６について説明したが、同様に体積記録による記録媒体も利用できる。体積記録による記録媒体の場合、多層構造を形成するための成膜処理が不要になるため、記録媒体のコスト低減が可能となり有効である。また、体積記録としては、ボリュームホログラムやビットバイビット記録等の記録へ適用できる。
また、光学フィルタ４ｃの替わりに、実施の形態１で用いた輪帯開口フィルタ４ａを用いてもよい。また、それ以外の透過特性を有する光学フィルタを用いてもよい。例えば、偏光、透過率、吸収および回折等の光学特性やこれらの光学特性の面内分布を基本波７と高調波８とで異なる特性にすることで、各種光学系に利用できる。例えば、光記録のみならず、読み出しの場合の信号取り出し、フォーカス、トラッキングおよび参照等に応用できる。
例えば、ホログラム記録材料に記録を行う光情報処理装置の場合は、記録媒体には有機感光材料が使用される。有機感光材料は短波長に感度を持ち、高い露光感度を有する。記録位置のトラッキングやフォーカスを調整するための位置検出に、記録光を用いると、感光が始まり記録ができなくなるという問題が生じる。そこで、基本波で位置検出をして高調波で記録するという構造にすることでこれらの問題が解決できる。基本波と高調波とが同一点から発生しているので、集光点を一致させることが容易にできるため、位置検出が容易になる。基本波で位置検出するため、例えば、基本波の光のみ回折する回折格子をフィルタ部に用いればよい。
以上のように、基本波７と高調波８とを同一箇所から出射する光源からの光を２光子吸収に適用することで記録層２６ａの層間の記録干渉が小さくなり、記録層の間隔を狭めることが可能となり、記録密度の向上が図れる。また、記録媒体は、多層構造でなくとも、単層構造とすることも可能である。
実施の形態１および２において、記録媒体６、２６には、基本波７および高調波８に対してはほぼ透明で、これら２つの光が同一点に集光された場合にのみ光学特性が変化するような材料を用いることが好ましい。なお、高調波８の波長は、基本波７の波長の２倍である。
また、記録媒体には、異なる波長の２つの光に対してはほぼ透明で、これら２つの光が同一点に集光された場合にのみ光学特性が変化するような材料を用いることが好ましい。これら２つの光の波長をそれぞれλ１およびλ２とした場合に、吸収特性を有する光の波長は、λ１×λ２／（λ１＋λ２）で表わすことができる。
また、記録媒体は、フォトクロミック材料を含んでいてもよく、多層構造になっていてもよい。
【産業上の利用可能性】  本発明の光情報処理装置は、多波長光の制御が容易であり、光記録装置等として有用である。
また、本発明の記録媒体は、光記録用の記録媒体として有用である。
【図１】
2004019333.tif 000003
2004019333.tif 000004
【図３】
2004019333.tif 000005
2004019333.tif 000006
【図５】
2004019333.tif 000007
2004019333.tif 000008
【図７】
2004019333.tif 000009
2004019333.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成16年12月20日(2004.12.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つ以上の異なる波長の光を出射する多波長光源と、
前記多波長光源から出射された光を、波長に応じて分離するフィルタ部と、
前記フィルタ部によって分離された複数の光を、多波長記録を行うために同一点に集光する集光レンズとを備えたことを特徴とする光情報処理装置。
【請求項２】
前記集光レンズは、前記フィルタ部によって分離された複数の光を、それぞれ異なる光路を経由させて同一点に集光させる、請求項１に記載の光情報処理装置。
【請求項３】
前記異なる波長の光を、それぞれ異なる偏光に制御する偏光フィルタをさらに備えた、請求項１に記載の光情報処理装置。
【請求項４】
前記多波長光源は、基本波を出射するコヒーレント光源と、該コヒーレント光源から出射された基本波の一部を高調波に変換する光波長変換素子とを備え、前記基本波と前記高調波との２つの異なる波長の光を出射する、請求項１に記載の光情報処理装置。
【請求項５】
前記多波長光源は、半導体レーザによって構成されている、請求項１に記載の光情報処理装置。
【請求項６】
前記コヒーレント光源は出射する基本波の波長可変機能を有し、
前記コヒーレント光源から出射される基本波の波長を変化させることで、前記光波長変換素子の、前記高調波の変換効率を変化させ、
前記多波長光源から出射される基本波と高調波との出力比を制御する、請求項４に記載の光情報処理装置。
【請求項７】
前記フィルタ部は、透過率、回折効率および偏光の少なくとも一つが、光の波長に応じて異なる透過特性を有する光学フィルタであって、かつ、前記特性は、前記光学フィルタの面内において不均一である、請求項１に記載の光情報処理装置。
【請求項８】
前記フィルタ部は輪帯開口フィルタであり、
前記輪帯開口フィルタの輪帯開口部とそれ以外の部分とにおいて、光の透過特性が異なっている、請求項１に記載の光情報処理装置。
【請求項９】
前記フィルタ部は輪帯開口フィルタであり、
前記輪帯開口フィルタの前記輪帯開口部は、前記基本波のみを透過し、前記フィルタの輪帯開口部以外の部分は、前記高調波のみを透過する、請求項４に記載の光情報処理装置。
【請求項１０】
前記フィルタ部によって分離された複数の光が、記録媒体中の同一点に集光され、
前記記録媒体は、前記フィルタ部によって分離された複数の光が集光することで、屈折率、吸収係数および蛍光特性の少なくともいずれかが変化する材料を含み、
前記記録媒体中の前記同一点に、集光されることで情報が記録される、請求項１に記載の光情報処理装置。
【請求項１１】
前記記録媒体は、複数の記録層から構成されている、請求項１０に記載の光情報処理装置。
【請求項１２】
前記記録媒体は、単一層で構成され、前記情報が記録される箇所が、厚さ方向に分布している、請求項１０に記載の光情報処理装置。
【請求項１３】
前記記録媒体がフォトクロミック材料を含む、請求項１０に記載の光情報処理装置。
【請求項１４】
前記基本波と前記高調波とが記録媒体中の同一点に集光され、
前記記録媒体は、前記基本波および前記高調波に対してはほぼ透明で、前記基本波と前記高調波との和周波に対しては吸収特性を有し、
和周波の波長は、前記基本波の波長がλ１で、前記高調波の波長が、λ２とした場合に、λ１×λ２／（λ１＋λ２）で表わされ、
前記記録媒体中の前記同一点に、集光されることで情報が記録される、請求項４に記載の光情報処理装置。
【請求項１５】
前記記録媒体は、複数の記録層から構成されている請求項１４に記載の光情報処理装置。
【請求項１６】
前記記録媒体は、単一層で構成され、前記情報が記録される箇所が、厚さ方向に分布している、請求項１４に記載の光情報処理装置。
【請求項１７】
前記記録媒体がフォトクロミック材料を含む、請求項１４に記載の光情報処理装置。
【請求項１８】
光により情報が記録される記録媒体において、
異なる波長の２つの光に対してはほぼ透明で、
前記２つの光が同一点に集光された場合にのみ光学特性が変化して、情報が記録され、
前記２つの光のうち一方の光の波長は、他方の光の波長の１／２であることを特徴とする記録媒体。
【請求項１９】
前記記録媒体は、フォトクロミック材料を含む、請求項１８に記載の記録媒体。
【請求項２０】
前記記録媒体は、多層構造になっている、請求項１８に記載の記録媒体。
【請求項２１】
光により情報が記録される記録媒体において、
異なる波長の２つの光に対してはほぼ透明で、
前記２つの光が同一点に集光された場合にのみ光学特性が変化して、情報が記録され、
前記２つの光の和周波に対しては吸収特性を有し、
和周波の波長は、一方の光の波長がλ１で、他方の光の波長がλ２とした場合に、λ１×λ２／（λ１＋λ２）で表わされることを特徴とする記録媒体。
【請求項２２】
前記記録媒体は、フォトクロミック材料を含む、請求項２１に記載の記録媒体。
【請求項２３】
前記記録媒体は、多層構造になっている、請求項２１に記載の記録媒体。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光記録および光通信分野で利用される光情報処理装置および記録媒体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の光情報処理装置は、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷおよびＤＶＤ−ＲＡＭ等の光記録媒体を用いて、記録再生を行う。これらの記録媒体は、単一波長の光により記録されるもので、記録媒体の、例えば相変化等の屈折率変化を利用して記録を行う。記録方式としては、単層または２層記録方式であり、記録容量は記録媒体の面積に制限される。
【０００３】
記録媒体から再生を行うには、記録媒体に外部からレーザ光を集光して、透明な記録媒体に形成された微細な凹凸または屈折率変化部分での反射率の変化を読み取り、それにより記録された情報を読み取る。
【０００４】
一方、記録媒体への記録は、記録媒体に光を集光させ、集光部分に熱による相変化、昇華、穴明け等の変化を生じさせることで、書き込みを行う。以上は、１光子、１波長のレーザ光源による記録再生方法である。
【０００５】
また、記録媒体の容量向上のために、記録媒体を体積方向に利用（体積記録）する検討が行われている。例えば、バルク状の記録媒体の面内および深さ（厚さ）方向に体積的に情報を記録する方式や記録層が多層である構造の光ディスク等の提案および試作が行われている。しかし、記録層が多層構造である場合、各層の屈折率が異なる場合には、レーザ光の多重干渉が起こりやすく層間での記録干渉が発生しやすくなる。また記録層の数が増えると、光源から離れた層からの反射光が小さくなるので、十分なＳ／Ｎ比を得るのが困難になる。
【０００６】
さらに、１光子吸収を利用した記録を行う場合、記録層は、記録させるための波長領域に属するレーザ光を吸収するため、記録層が多層化することで、光源から離れた層に記録する場合には光の記録パワーを非常に大きくする必要が生じる。記録用のレーザ光源のパワーが増大すると、光源から離れた記録層に情報を記録する際に、光源から近い記録層に記録された情報を消してしまうクロスイレーズといった問題も生じる。
【０００７】
これらの問題を解決する方法として、２光子吸収による記録方式が提案されている。従来の２光子吸収による記録方法としては、例えば、非特許文献１に開示されている。この記録方法は、書き込み用のレーザ光として、波長が７６２ｎｍで１３０ｆｓ程度のパルス光を用い、ＬｉＮｂＯ3結晶からなる記録媒体に情報を記録する。波長７６２ｎｍの光の２光子吸収で、波長３８１ｎｍの光の吸収を利用して結晶内に屈折率分布を形成している。ＬｉＮｂＯ3は波長７６２ｎｍの光に対しては透明で、波長３８１ｎｍの光に対して吸収をもつ。光の集光スポットにおいて非線形光学効果による２光子吸収が発生し、これを吸収して記録される。２光子吸収が発生する集光スポット近傍の光パワーが高密度状態に達するまで、記録媒体は光を吸収しないため、光は記録部分でのみ吸収される。このため体積記録で問題となる吸収およびクロスイレーズといった問題が生じず、高密度の体積記録が可能となる。
【０００８】
従来の１波長、１光子を利用する光記録方式は、記録密度が光源の波長および集光レンズ等の記録集光光学系のＮＡによる限界値があるため、さらなる大容量化は難しい。また、多層構造の記録媒体への記録を実現するには、層間の記録干渉、クロスイレーズといった問題があり、記録層の多層化および体積記録が制限されるという問題がある。
【０００９】
また、１波長の２光子吸収を利用した方式は記録光として波長の長い光（従来例では波長７６２ｎｍの光）を利用し２光子吸収により波長３８１ｎｍで記録している。しかし、記録したビット（情報）を読み出す際に、記録用のレーザ光の波長以外の波長を持つ光が必要である。これは、記録用のレーザ光を用いて読み出すと、波長が長いため、記録密度が低下するためである。
【００１０】
また、異なる２波長の光を利用して記録する方式もある。異なる２波長の光源を用いて記録する場合、異なる出射口から発生した２波長の光を同一点に集光しなければならない。そのため、波長分散の補正、集光点の制御および光源の波長変動による集光点の制御等を解決するため複雑な集光光学系が必要となるという問題がある。また、２光子吸収を利用するためには、ピークパワーが数１００Ｗといった高出力のフェムト秒レーザが必要となる。このため大型光源が必要となり、民生品への応用が難しいという問題があった。
【非特許文献１】Y.Kawata, Optics Letters, 1998, vol.23, No.10, pp.756-758
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上述の問題に鑑みなされたものであり、複雑な制御なしに多波長記録を行うことができる光情報処理装置および情報が光記録される記録媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の光情報処理装置は、２つ以上の異なる波長の光を出射する多波長光源と、前記多波長光源から出射された光を、波長に応じて分離するフィルタ部と、前記フィルタ部によって分離された複数の光を、多波長記録を行うために同一点に集光する集光レンズとを備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の記録媒体は、光により情報が記録される記録媒体において、異なる波長の２つの光に対してはほぼ透明で、前記２つの光が同一点に集光された場合にのみ光学特性が変化して、情報が記録され、前記２つの光のうち一方の光の波長は、他方の光の波長の１／２であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の他の記録媒体は、光により情報が記録される記録媒体において、異なる波長の２つの光に対してはほぼ透明で、前記２つの光が同一点に集光された場合にのみ光学特性が変化して、情報が記録され、前記２つの光の和周波に対しては吸収特性を有し、和周波の波長は、一方の光の波長がλ１で、他方の光の波長がλ２とした場合に、λ１×λ２／（λ１＋λ２）で表わされることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の光情報処理装置によれば、同一の光源から出射された複数の光を用いて多波長記録を行うので、複雑な制御等を行う必要なく、複数の光を容易に同一点に集光することができる。それにより、多層記録媒体への記録および記録媒体の体積方向への記録において、記録干渉がなく記録を行うことができる。
【００１６】
また、本発明の記録媒体によれば、２波長吸収または２光子吸収を用いて、記録を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本実施の形態の光情報処理装置によれば、同一の光源から出射された複数の光を用いて多波長記録を行うので、複雑な制御等を行う必要なく、複数の光を容易に同一点に集光することができる。それにより、多層記録媒体への記録および記録媒体の体積方向への記録において、記録干渉がなく記録を行うことができる。
【００１８】
また、好ましくは、前記集光レンズは、前記フィルタ部によって分離された複数の光を、それぞれ異なる光路を経由させて同一点に集光させる。それにより、多層記録媒体への記録および記録媒体の体積方向への記録において、記録干渉がなく記録を行うことができる。
【００１９】
また、好ましくは、前記異なる波長の光を、それぞれ異なる偏光に制御する偏光フィルタをさらに備えている。それにより、用いる光の偏光方向により、記録がなされるような記録媒体においても、記録を行うことができる。
【００２０】
また、好ましくは、前記多波長光源は、基本波を出射するコヒーレント光源と、該コヒーレント光源から出射された基本波の一部を高調波に変換する光波長変換素子とを備え、前記基本波と前記高調波との２つの異なる波長の光を出射する。それにより、多波長記録において、基本波とその高調波とを用いて記録を行うことができ、基本波および高調波を同一の位置から出射することができる。
【００２１】
また、前記多波長光源は、半導体レーザによって構成されていてもよい。
【００２２】
また、好ましくは、前記コヒーレント光源は出射する基本波の波長可変機能を有し、前記コヒーレント光源から出射される基本波の波長を変化させることで、前記光波長変換素子の、前記高調波の変換効率を変化させ、前記多波長光源から出射される基本波と高調波との出力比を制御する。それにより、容易に、基本波と高調波との出力比を制御することができる。
【００２３】
また、好ましくは、前記フィルタ部は、透過率、回折効率および偏光の少なくとも一つが、光の波長に応じて異なる透過特性を有する光学フィルタであって、かつ、前記特性は、前記光学フィルタの面内において不均一である。それにより、多波長光源から出射される複数の光の各光路が重ならないようにして、同一点に集光させることができる。
【００２４】
また、好ましくは、前記フィルタ部は輪帯開口フィルタであり、前記輪帯開口フィルタの輪帯開口部とそれ以外の部分とにおいて、光の透過特性が異なっている。それにより、輪帯開口部を透過した光のスポット径を超解像により、さらに小さくすることができる。そのため、各光のスポット径が異なる場合に、それらのスポット径を合わせることができる。
【００２５】
また、好ましくは、前記フィルタ部は輪帯開口フィルタであり、前記輪帯開口フィルタの前記輪帯開口部は、前記基本波のみを透過し、前記フィルタの輪帯開口部以外の部分は、前記高調波のみを透過する。それにより、高調波に比べて大きい基本波の集光スポットを小さくして、高調波と基本波との集光スポットの大きさを容易に一致させることができる。
【００２６】
また、好ましくは、前記フィルタ部によって分離された複数の光が、記録媒体中の同一点に集光され、前記記録媒体は、前記フィルタ部によって分離された複数の光が集光することで、屈折率、吸収係数および蛍光特性の少なくともいずれかが変化する材料を含み、前記記録媒体中の前記同一点に、集光されることで情報が記録される。それにより、記録媒体に情報を記録させることができる。
【００２７】
また、前記記録媒体は、複数の記録層から構成されていることが好ましい。
【００２８】
また、好ましくは、前記記録媒体は、単一層で構成され、前記情報が記録される箇所が、厚さ方向に分布している。それにより、記録媒体が、低コストで作製することができる。
【００２９】
また、前記記録媒体がフォトクロミック材料を含むことが好ましい。
【００３０】
また、好ましくは、前記基本波と前記高調波とが記録媒体中の同一点に集光され、前記記録媒体は、前記基本波および前記高調波に対してはほぼ透明で、前記基本波と前記高調波との和周波に対しては吸収特性を有し、和周波の波長は、一方の光の波長がλ１で、他方の光の波長がλ２とした場合に、λ１×λ２／（λ１＋λ２）で表わされ、前記記録媒体中の前記同一点に、集光されることで情報が記録される。それにより、基本波と、その高調波とによる２光子吸収により、記録媒体に情報を記録させることができる。
【００３１】
また、前記記録媒体は、複数の記録層から構成されていることが好ましい。
【００３２】
また、好ましくは、前記記録媒体は、単一層で構成され、前記情報が記録される箇所が、厚さ方向に分布している。それにより、記録媒体が、低コストで作製することができる。
【００３３】
また、前記記録媒体がフォトクロミック材料を含むことが好ましい。
【００３４】
また、本実施の形態の記録媒体によれば、２波長吸収により、記録を行うことができる。また、本実施の形態の他の記録媒体によれば、２光子吸収を用いて、記録を行うことができる。
【００３５】
また、前記記録媒体はフォトクロミック材料を含むことが好ましい。
【００３６】
また、前記記録媒体は、多層構造になっていることが好ましい。
【００３７】
本発明の具体的な実施形態について説明する。
【００３８】
本実施の形態の光情報処理装置は光波長変換素子を用いることで、基本波と高調波とを同一発光点から出射し、集光光学系としての集光レンズによる同一点集光を容易にする。さらに基本波と高調波とに対し異なる透過特性を有する光学フィルタを用いることで基本波と高調波とを個別に制御し、基本波と高調波との２波長記録を高機能化することを特徴とする。
【００３９】
光記録方式としては、異なる２波長を用いた光記録で、非線形光学効果を利用した２光子吸収による光記録、フォトクロミック効果を利用した２波長の反応による光記録、体積ホログラム等の多層記録または体積記録を目的としている。
【００４０】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る光情報処理装置について図を用いて説明する。本実施の形態１の光情報処理装置によれば、記録層が多層である記録媒体への情報の記録において、各記録層の層間の記録干渉が生じない２波長の光記録が可能である。
【００４１】
２波長を記録媒体に照射することにより、情報を記録することが可能な記録媒体への記録方式はいくつかある。例えば１つの波長の光を照射することで記録媒体の分子構造を変化させ、この状態で異なる波長の光を照射して情報を記録する方法がある。また、記録と定着とを２波長の光で行う方法がある。また、２波長の２光子吸収および２波長で励起した順位を利用して情報の記録を行うといった方法がある。このような２波長記録の場合、２つの光が同一の光路を通ると多層記録が難しくなる。多層構造の記録媒体に記録を行う場合、２波長の光が同一光路を通過すると、記録しようとする層以外の記録層へも２波長の光が照射される。このため、記録しようとする層以外の層への露光が生じ、層間の記録干渉が発生する。そこで、光源と波長変換素子とを用いることで、２波長の光（高調波および基本波）を同じ発光点から出射させ、基本波と高調波とが異なる光路を通って記録しようとする層に集光することが可能な光情報処理装置について説明する。
【００４２】
図１は実施の形態１に係る光情報処理装置の構成を示す側面図である。実施の形態１の光情報処理装置は、多波長光源１０と、多波長光源から出射された光を平行光とするコリメートレンズ３と、多波長光源１０から出射された、波長の異なる光を、波長に応じて分離するフィルタである輪帯開口フィルタ４ａと、輪帯開口フィルタ４ａによって分離された複数の光を、多波長記録を行うために記録媒体中の同一点に集光する集光レンズ５とを備えている。
【００４３】
多波長光源１０は、例えば、コヒーレント光源であるＤＢＲ半導体レーザ１と、ＤＢＲ半導体レーザ１から出射された光の波長を変換するための光波長変換素子２とを備えている。例えば、ＤＢＲ半導体レーザ１から出射された波長８２０ｎｍの基本波は、例えば導波路型の光波長変換素子２により波長４１０ｎｍの高調波に波長変換される。
【００４４】
なお、導波路型の光波長変換素子２は、例えば、光導波路と光導波路内に形成された周期状の分極反転構造からなる。この光導波路を伝搬する光は、周期状の分極反転構造からなる非線形グレーティングによって波長変換され、高調波を発生する。発生した高調波は、入射した光（基本波）の波長の１／２または１／３の波長を有する。導波路型の光波長変換素子２の代表的な例として、Ｍｇドープのニオブ酸リチウムを用いて構成されたものがある。Ｍｇドープのニオブ酸リチウムの単結晶に周期状の分極反転構造が形成されている。この場合に、周期が２．８μｍ程度のとき、波長８２０ｎｍの基本波を波長４２０ｎｍの高調波に変換することができる。
【００４５】
また、光波長変換素子２の変換効率は例えば５０％程度である。つまり、ＤＢＲ半導体レーザ１から出射された基本波の約半分が、高調波８に変換され、光波長変換素子２から基本波７と同時に出射される。出射される基本波７および高調波８の導波モードはともにＴＥ００の基本モードである。
【００４６】
フィルタ部である輪帯開口フィルタ４ａは、その面内において透過特性が異なるフィルタであって、具体的には、輪帯開口部分１４ａとその内側の円とで透過特性が異なっている。図２Ａおよび図２Ｂは、輪帯開口フィルタ４ａの面方向に沿った位置を横軸にとり、縦軸に透過率を示している。図２Ａは、輪帯開口フィルタ４ａにおける基本波７（波長８２０ｎｍの光）の透過特性を示すグラフであり、図２Ｂは、輪帯開口フィルタ４ａにおける高調波８（波長４１０ｎｍの光）の透過特性を示すグラフである。
【００４７】
図２Ａおよび図２Ｂからわかるように、基本波７は輪帯開口部１４ａを透過しているが、高調波８は透過していない。また、輪帯開口部１４ａの内側の部分はその逆で、高調波８は透過しているが、基本波7は透過していない。このため、図１に示すように、多波長光源１０から出射された基本波７と高調波８とはコリメートレンズ３を介して、輪帯開口フィルタ４ａに入射し、それぞれ異なる光路をとるように、分離されて出射される。輪帯開口フィルタ４ａから出射された基本波７と高調波８とは、異なる光路をとり、重ならずに、集光レンズ５に入射する。基本波７は、輪帯開口部１４ａを通るため、超解像現象をおこし回折限界以下のスポットに集光可能となる。そのため、集光スポット径が低減され、より高密度な記録が可能となる。
【００４８】
集光レンズ５は基本波７と高調波８の波長との違いを補正する色補正機能を有している。さらに、基本波７と高調波８とは集光レンズ５を通ることで、記録媒体６における同一の集光点９に集光される。この際、基本波７と高調波８とは記録媒体６中の集光点９までは、異なる光路を通るので互いに、重ならず、ともに集光点９に集光され一致する。それにより、集光点９において、２波長記録を行う。なお、記録媒体６は、記録層６ａと中間層６ｂとが交互に積層された構成である。
【００４９】
このような構成は、２波長の光を用いた多層記録媒体の記録再生を行う光学系として有効であり、このような光情報処理装置を実現することができる。実施の形態１の光情報処理装置は、基本波７と高調波８との２つの異なる波長を有する光が、集光点９まで互いに異なる光路を通るようにするので、記録媒体６の層間の記録干渉を防止することができる。記録媒体の層数の増大が可能となり、高密度記録が実現する。また、１つの光を基本波７と高調波８とに分け、同一の多波長光源１０から出射するので、これら基本波７と高調波８とを容易に制御することができる。
【００５０】
実施の形態１の光情報処理装置を用いて、アゾベンゼンポリマーによって構成される記録媒体に情報の書き込み（記録）を行った。アゾベンゼンポリマーの一種に２波長により記録可能な材料がある。
【００５１】
多波長光源１０は、基本波７として波長８２０ｎｍの光を出射し、波長変換される高調波８として波長４１０ｎｍの光を出射している。記録媒体６を構成するアゾベンゼンポリマーは４４０ｎｍ近傍の波長の光に対し吸収がある。青色領域の光（波長４４０ｎｍ近傍）を照射すると、アゾベンゼンポリマーは、シス−トランス−シスの誘導体への変化を繰り返す。このような変化を繰り返すアゾベンゼンポリマーに青色領域の光の偏光と直交する偏光を有する基本波を照射することで、トランスに固定され、かつ分子方向が一方向にそろう。この際、記録媒体６の屈折率が変化して記録可能となる。
【００５２】
このため、輪帯開口フィルタ４ａに加えて、基本波７と高調波８との偏光方向が直交する光学フィルタ（偏光フィルタ）を設けておくことが望ましい。この光学フィルタ（偏光フィルタ）は、輪帯開口フィルタ４ａと集光レンズ５との間に挿入されていればよい。なお、記録媒体の記録特性に応じて、基本波と高調波の偏光方向が直交する光学フィルタ（偏光フィルタ）等を追加することが望ましい。
【００５３】
このようにして、基本波７と高調波８とが記録媒体６における集光点９に集光することで記録が可能であった。また、記録媒体６を多層構造にすることで記録密度が向上し、記録媒体６の各層間における記録干渉が発生せず、２０層以上の記録層６ａに情報を記録することが可能であった。また、実施の形態１の光情報処理装置を用いることで、フォトクロミック材料を含む多層構造を有する記録媒体への記録が可能になった。この理由を以下に示す。
【００５４】
記録媒体６に形成されたの各層間において生じる記録干渉は特に、光化学反応により記録を行うフォトクロミック材料の場合に顕著である。熱的な記録の場合一定以上の温度にならないと記録されないため、繰り返し低パワーの光が照射されても記録されることはない。しかし、フォトクロミック材料のように光化学反応を示す場合は、フォトクロミック材料に光の照射が蓄積されていく。そのため、低パワーの光に対しても繰り返し照射されることで、照射量の積分値が増大し記録媒体６が感光してしまう。したがって、実施の形態１の光情報処理装置はフォトクロミック材料を含む多層構造の記録媒体６を用いる場合に特に有効である。
【００５５】
実施の形態１の光情報処理装置は、以下の効果を奏する。
【００５６】
実施の形態１の光情報処理装置は、２波長の光が同一点から出射される構造である。従来は、発光点の異なる２波長の光を輪帯開口フィルタにより分離し、かつ、これらの光を同一点に集光していた。しかし、これでは光学系の設計がかなり複雑になり、かつ、安定性に欠ける。さらにフォーカスおよびトラッキングといった光学系の微調整も複雑になる。
【００５７】
これに対して図１に示す実施の形態１に係る光情報処理装置は、導波路型の波長変換素子２を設けることで、波長の異なる基本波７と高調波８とを同一の発光点より出射することができる。したがって、同一の点光源から出射される波長の異なる２つの光を同一点に集光するように構成すればよい。また、集光レンズ５は、色補正を行うだけで波長の異なる基本波７と高調波８とを容易に同一点に集光できる。また光学系の波長変動や発光点位置ずれ等の外乱に対しても、共焦点光学系を構成しているため、安定な光学系を容易に構成することができるという効果も奏する。
【００５８】
図１に示している、実施の形態１の光情報処理装置は、輪帯開口フィルタ４ａを備えている。多波長光源１０から出射される光のうち、輪帯開口部１４ａを透過するのは、基本波７であるため、基本波７に対して超解像による集光が可能になる。基本波７と高調波８とを同一点に集光する場合、基本波７の波長が高調波８の波長に対して長いため、基本波７の集光スポットが大きくなる。光記録は基本波７と高調波８との集光スポットが一致した点で行われる。そのため、高調波８の集光スポットより外側に広がっていて、高調波８の集光スポットと重なっていない基本波７の集光スポットは、光記録には関与しないため、その箇所の基本波7は無駄になる。
【００５９】
実施の形態１の光情報処理装置では、基本波７は輪帯開口部１４ａを通るため、超解像により集光される。そのため通常の集光スポット径に比べて、１／１．２の集光スポット径に集光可能となる。このように、基本波７の集光スポット径が小さくなり、高調波８の集光スポット径とほぼ同一の大きさとなる。それにより、基本波７が集光されている箇所には、高調波８が重なっていることとなり、基本波７のパワーを無駄にすることなく光記録が行えるという利点を有する。
【００６０】
また、記録媒体６において、記録されるのは２波長が重なった部分であり、２波長が集光させられる。集光特性が特に必要とされるのは、波長の短い高調波８である。そのため輪帯開口フィルタ４ａの透過特性としては、基本波７の透過領域は輪帯開口フィルタ４ａの中心近傍からはずれた領域に設定し、中央近傍は高調波８の透過領域に設定するのが望ましい。
【００６１】
なお、実施の形態１では、透過特性が輪帯開口の形で分布を持つ輪帯開口フィルタ４ａを用いたが、回折効率をフィルタの輪帯開口部分に分布を持たせることで同様の効果が得られる。
【００６２】
なお、多波長光源１０は、コヒーレント光源１と光波長変換素子２とを備え、基本波７と高調波８とを出射することとしたが、替わりに、異なる波長の光を発生する半導体レーザを用いてもよい。異なる波長の光を発生する２波長または３波長レーザは、異なるレーザ媒質を同一基板に成長させることにより形成された半導体レーザで実現される。半導体レーザの、異なる波長の光を発生する各活性層位置は１０μｍ以下に近づけられている。また、コヒーレント光源１と光波長変換素子２とを備え多波長光源１０の場合と同様に、色収差を利用した光学系（集光レンズ５）を利用して、同一集光点９に集光可能となる。特に、２波長レーザを多波長光源として用いれば、光源の小型化が実現できて有効である。
【００６３】
図１に示す光情報処理装置では、輪帯開口フィルタ４ａを用いているが、本発明はこれに限定されるわけではない。基本波７と高調波８とを分離できる光学フィルタであればよい。それにより、記録媒体の層間の記録干渉を防止でき、多層構造の記録媒体への記録が容易になる。また、フォトンモード記録による多層化が実現できる。
【００６４】
図３は、実施の形態１の他の光情報処理装置の構成を示す側面図である。図３の情報処理装置は、輪帯開口フィルタ４ａのかわりに光学フィルタ４ｂが設けられていて、それ以外は、図１の光情報処理装置と同様の構成である。
【００６５】
図３の光学フィルタ４ｂの透過特性は、図４Ａおよび図４Ｂに示されている。図４Ａおよび図４Ｂは、光学フィルタ４ｂの面方向に沿った位置を横軸にとり、縦軸に透過率を示している。図４Ａは、光学フィルタ４ｂにおける基本波（波長８２０ｎｍの光）の透過特性を示すグラフであり、図４Ｂは、光学フィルタ４ｂにおける高調波（波長４１０ｎｍの光）の透過特性を示すグラフである。図４Ａおよび図４Ｂからわかるように、基本波７は光学フィルタ４ｂの左側半分を透過しているが、高調波は透過していない。また、光学フィルタ４ｂの右側半分は、高調波は透過しているが、基本波７は透過していない。
【００６６】
このため、図３に示すように、多波長光源１０から出射された基本波７と高調波８とはコリメートレンズ３を介して、光学フィルタ４ｂに入射し、左右にそれぞれ異なる光路をとるように分離されて出射される。光学フィルタ４ｂで分離された基本波７と高調波８とは、集光レンズ５に入射して、互いに異なる光路を通って記録媒体６内の記録箇所である同一の集光点９に集光される。
【００６７】
また、基本波と高調波とを分離するためには、周期的に分離するフィルタを用いて、グレーティング作用を起こして分離することも可能である。また、２次元的にランダム領域に分離するフィルタ、いくつかの領域に分離したフィルタ等も利用可能である。
【００６８】
また、図５に示すように、多層構造の記録媒体の替わりに、単層構造の記録媒体であって、記録媒体の面内および深さ（厚さ）方向に記録を行う体積記録による記録媒体を用いてもよい。図５は、実施の形態１のさらに他の光情報処理装置の構成を示す側面図である。図５に示す光情報処理装置と図１に示す光情報処理装置との相違点は、多層構造の記録媒体６（図１）の替わりに単層構造の記録媒体１６（図５）を用いている点である。それ以外は、図１と図５とは同様の構成である。図６Ａおよび図６Ｂは、輪帯開口フィルタ４ａの面内の位置を横軸にとり、縦軸に透過する光の透過率を示している。図６Ａは図２Ａと等しく、図６Ｂは図２Ａと等しい。
【００６９】
単層構造の記録媒体１６であっても、記録したい集光点９で、基本波７および高調波８が集光されるように制御すればよく、多層構造の記録媒体と同様に集光点９に情報を記録することができる。単層構造の記録媒体１６は、製造コストが低いという効果を奏している。
【００７０】
なお、多波長光源１０は、２つの異なる波長の光を出射することとしたが、３つ以上の波長の異なる光を出射することとしてもよい。また、多波長光源１０から出射される複数の光を分離するフィルタ部は、透過率、回折効率および偏光の少なくとも一つが、光の波長に応じて異なる透過特性を有する光学フィルタであって、かつ、その透過特性は、光学フィルタの面内において不均一であるとすればよい。
【００７１】
また、記録媒体６は、フィルタ部によって分離された、複数の光が集光することで、屈折率、吸収係数および蛍光特性の少なくともいずれかが変化する材料を含むこととすればよい。
【００７２】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る光情報処理装置について、図を用いて説明する。
【００７３】
実施の形態２の光情報処理装置は、２つの波長の異なる光による非線形光学効果を利用した２光子吸収による光記録を目的としている。実施の形態２に係る光情報処理装置の構成について図７を用いて説明する。
【００７４】
図７に示す光情報処理装置は、図１に示している光情報処理装置の輪帯開口フィルタ４ａの替わりに、光学フィルタ４ｃが設けられた構成である。また、図７に示す記録媒体２６は、図１に示す記録媒体６とは異なり、２光子吸収により光記録が可能な材料より構成されていて、記録層２６ａと中間層２６ｂとが交互に積層されて構成されている。それ以外は、図１の光情報処理装置と同様の構成である。
【００７５】
図７の光学フィルタ４ｃの透過特性は、図８Ａおよび図８Ｂに示されている。図８Ａおよび図８Ｂは、光学フィルタ４ｃの面方向に沿った位置を横軸にとり、縦軸に透過率を示している。図８Ａは、光学フィルタ４ｃにおける基本波７（波長８２０ｎｍの光）の透過特性を示すグラフであり、図８Ｂは、光学フィルタ４ｃにおける高調波８（波長４１０ｎｍの光）の透過特性を示すグラフである。図８Ａおよび図８Ｂからわかるように、光学フィルタ４ｃは基本波７に対してグレーティッド型の透過率分布を有している。具体的には、基本波７は光学フィルタ４ｃの中心部において透過率が高く、中心から離れるにしたがって、透過率が低くなっていく。また、高調波８において、光学フィルタ４ｃは全面において透明である。
【００７６】
基本波７と高調波８とは同一の光導波路型の波長変換素子２から出射されるが、波長が大きく異なるため、光導波路内での閉じ込めが異なる。このため、光導波路からの広がり角が大きく異なり、高調波８の広がり角に対し基本波７の広がり角が大きい。したがって、光波長変換素子２からの出射光をコリメートレンズ３によってコリメートすると、高調波８に対して基本波７の面積がかなり大きくなり、基本波７と高調波８との集光特性が異なるおそれがある。
【００７７】
基本波７と高調波８との集光特性を一致させるには、基本波７の周辺部をカットする光学フィルタを挿入する方法があり、これは容易に行うことができる。さらに基本波７のパワーを有効に利用するためには、基本波７のビームの断面積を補正する必要があるが、このとき高調波８への影響を与えないようにすることが望ましい。そこで、上述した図８Ａおよび図８Ｂに透過率分布を示した光学フィルタ４ｃのように、基本波７と高調波８とが面内で透過特性の異なる光学フィルタを用いることが望ましい。
【００７８】
図７において、コヒーレント光源としてＤＢＲ半導体レーザ１から出射された波長８２０ｎｍの基本波の一部は、導波路型の光波長変換素子２により波長４１０ｎｍの高調波に波長変換される。それにより、光波長変換素子２に設けられた導波路からは基本波７と高調波８とが同時に出射される。導波モードはともにＴＥ００の基本モードで出射される。
【００７９】
基本波７と高調波８とはコリメートレンズ３を介して、光学フィルタ４ｃに入射する。光学フィルタ４ｃによって広がり角が抑制された基本波７と高調波８とが、集光レンズ５に入射される。集光レンズ５は、基本波７と高調波８との波長の違いを補正する色補正機能を有しており、基本波７と高調波８とは記録媒体２６内の同一点に集光される。光学フィルタ４ｃによって、基本波７と高調波８との集光特性が一致させられているので、これらは、記録媒体２６中の同一点に集光される。
【００８０】
基本波を出力するＤＢＲ半導体レーザ１をパルス駆動することで高出力のパルス光を得ることができる。例えば、過飽和吸収体を有する半導体レーザを用いることで２０〜３０ピコ秒以下のパルス幅を発生することができる。これを波長変換することで、非線形光学効果によりさらにパルス幅を小さくすることが可能となる。また、ＤＢＲ半導体レーザ１をパルス駆動することで先頭値が数１００ｍＷの高出力のレーザ出力が可能となり、これを波長変換素子２により波長変換することで高効率のＳＨＧ（第２高調波）出力が得られる。このようにして、波長変換素子２から出射された基本波７と高調波８とは記録媒体２６中で同一点である集光点９に集光され、集光点９において、基本波７および高調波８のパワー密度が高まる。それにより、非線形光学効果により２光子吸収が発生する。
【００８１】
基本波７の波長をλ１、高調波８の波長をλ２とすると、２光子吸収が起こるのは、基本波７と高調波８との和周波に対してである。和周波の波長λ３は、λ３＝λ１×λ２／（λ１＋λ２）となる。高調波８が第二高調波の場合λ２＝λ１／２となるので、λ３＝λ１／３となる。例えば、波長８２０ｎｍの基本波７と波長４１０ｎｍの高調波８との２光子により波長２７３ｎｍの２光子吸収が発生する。このような２光子吸収において、多波長光源１０での出力はそれほど大きくなくてもよい。
【００８２】
記録媒体２６には、２光子吸収による２７３ｎｍの波長の光により光記録が行われる。記録媒体２６としては、波長が８２０ｎｍの光（基本波）および波長が４１０ｎｍの光（高調波）に対してはほとんど光を吸収せず、波長が２７３ｎｍの光に対しては吸収し、かつ屈折率または吸収係数が変化する材料を用いればよい。それにより、基本波７および高調波８は記録媒体２６の集光点９以外では吸収されることなく、集光点９の存在する記録層２６ａに到達できる。
【００８３】
なお、２波長が基本波と高周波との関係がない場合であっても、２波長がそれぞれλ４およびλ５とした場合に、２光子吸収が起こるのは、これら２つの光の和周波であって、その波長λ６は、λ６＝λ４×λ５／（λ４＋λ５）となる。
【００８４】
集光点９においては、パワー密度が大きくなるため２光子吸収が生じる。しかし、集光点９とは異なる記録層２６ａでは基本波７および高調波８（記録光）の透過特性が確保されているため、記録干渉が生じることはない。すなわち、記録媒体２６の表面から厚さ方向に向かって離れた位置の記録層２６ａであっても、基本波７および高調波８（記録光）のパワー密度が大きくなることで、光記録を行うことができる。光記録を行わない記録層２６ａに対しては、高い透過特性を有したままである。それにより、記録媒体２６において、記録層２６ａの層数が増大しても光記録を行うことができる。
【００８５】
実施の形態２の光情報処理装置において、基本波７と高調波８とは同一の多波長光源１０から出射された基本モードであるため、同一の発光点から出射される。このため集光レンズ５としては基本波７と高調波８との色収差を補正するだけで容易に同一点に集光することができる。
【００８６】
また基本波７と高調波８とは常に、λ２＝λ１／２の関係を維持する。環境温度の変動や光源の波長変動が発生した場合もこの関係は常に維持されるため、色収差補正の設計も容易になり、安定に２波長を同一点に集光できるという効果も奏する。またそれぞれ各部品の作製および調整も高い許容度を持つため、作製歩留まり、組立歩留まりが高いという効果も奏する。
【００８７】
記録媒体２６に記録された情報を、再生する場合には、例えば、波長４１０ｎｍの高調波を用いればよい。非線形光学効果を利用した記録は２７３ｎｍの波長相当で記録できるため記録密度の向上が可能である。また、読み出しは４１０ｎｍの高調波で行うため、クロストーク等を考慮して４１０ｎｍの波長相当の記録密度が可能となる。非常に高密度の記録が行える。
【００８８】
また、オーバライトの記録を行う場合には、記録と再生を繰り返し、記録情報を確認しながら消去と記録とを繰り返すので、同一の集光点９に、記録光および再生光を集光し、かつ高速で記録再生を切り替えることが必要不可欠となる。
【００８９】
実施の形態２の光情報処理装置では、基本波７と高調波８とが同一点から出射される。また、記録光には基本波７および高調波８を用い、再生光には高調波８を用いている。このため、容易に、記録光と再生光との切り替えを行うことができる。そのため、オーバライト記録は可能である。しかし、従来の光情報処理装置のように、異なる光源を用いて記録光または再生光をそれぞれ同一点に集光する光学系では、高速な切り替えにおいて、それぞれの光源の同期をとる必要がある。またそれぞれの光源での波長変動およびパワー変動の修正を行い、フォーカスを修正するために複雑な制御および光学系が必要となる。
【００９０】
実施の形態２の光情報処理装置においては、記録および再生に必要な、基本波７と高調波８とのパワーおよびその比の制御が容易に行える。光波長変換素子２によって供給される基本波７と高調波８との比率は変換効率に依存し、変換効率は基本波７の波長に依存する。例えばコヒーレント光源であるＤＢＲ半導体レーザ１は、ＤＢＲ部に設けた電極により出力波長を制御できる。このためＤＢＲ半導体レーザ１のＤＢＲ波長を制御することで基本波から高調波への変換効率、すなわち基本波と高調波との出力比率を制御できる。２光子吸収を用いた記録では、２つの光波の出力を正確に制御する必要があり、実施の形態２の光情報処理装置においてはこれを容易に実現できる。
【００９１】
２光子吸収による記録媒体としては、低パワーでの記録を可能にするために、非線形光学定数を増大して、２光子吸収の効率向上を図ることが望ましい。そのために、記録層２６ａと中間層２６ｂとの多層構造からなる記録媒体２６において、中間層２６ｂに高非線形材料を用いることが望ましい。記録層２６ａの厚みはサブμｍ以下であり、記録光のビームウエストから考えると記録層２６ａ以外の中間層２６ｂで、非線形光学効果による高調波を発生させ、これを記録層２６ａに吸収させれば高効率化を図ることができる。
【００９２】
また中間層２６ｂと記録層２６ａとは別々に設計できるため、中間層２６ｂには非線形性の高い材料を用い、記録層２６ａには高調波に対して記録感度の高い材料を用いることができる。それにより、低パワーでの記録が可能となる。例えば、中間層２６ｂにフォトクロミック材料を用いて感度を上げることで低パワーの記録が可能となる。
【００９３】
また、中間層２６ｂは多層膜構造としてもよい。記録層２６ａの表面側（光源側）近傍（ビームウエスト近傍）においては波長変換されるため高非線形性の材料が必要となるがそれ以外は、特に非線形性は必要ではない。したがって、中間層２６ｂを多層構造とし、記録層２６ａの上面には非線形性の高い層が、記録層２６ａの下面には熱伝導の高い層が形成されていると、高速の記録が可能となる。
【００９４】
非線形性の高い中間層２６ｂとしては、例えば、ＬｉＮｂＯ3、ＬｉＴａＯ3、ＫＴＰおよびＫＮｂＯ3等の無機非線形材料、有機非線形材料のアモルファス層、またはこれらの微結晶材料を用いればよい。さらにガラス材料にこれらの非線形材料を混入したもの、半導体高非線形材料をガラス材にドーピングしたもの等を用いればよい。透明な高非線形材料を用いることで低パワーでの多層記録が可能となる。
【００９５】
なお、実施の形態２の光情報処理装置においては、光波長変換素子２で生じる高調波８として第２高調波を用いたが、第３高調波、和周波、差周波およびパラメトリック等の光を用いることとしてもよい。
【００９６】
なお、実施の形態２の光情報処理装置において、記録媒体２６として多層構造の記録媒体２６について説明したが、同様に体積記録による記録媒体も利用できる。体積記録による記録媒体の場合、多層構造を形成するための成膜処理が不要になるため、記録媒体のコスト低減が可能となり有効である。また、体積記録としては、ボリュームホログラムやビットバイビット記録等の記録へ適用できる。
【００９７】
また、光学フィルタ４ｃの替わりに、実施の形態１で用いた輪帯開口フィルタ４ａを用いてもよい。また、それ以外の透過特性を有する光学フィルタを用いてもよい。例えば、偏光、透過率、吸収および回折等の光学特性やこれらの光学特性の面内分布を基本波７と高調波８とで異なる特性にすることで、各種光学系に利用できる。例えば、光記録のみならず、読み出しの場合の信号取り出し、フォーカス、トラッキングおよび参照等に応用できる。
【００９８】
例えば、ホログラム記録材料に記録を行う光情報処理装置の場合は、記録媒体には有機感光材料が使用される。有機感光材料は短波長に感度を持ち、高い露光感度を有する。記録位置のトラッキングやフォーカスを調整するための位置検出に、記録光を用いると、感光が始まり記録ができなくなるという問題が生じる。そこで、基本波で位置検出をして高調波で記録するという構造にすることでこれらの問題が解決できる。基本波と高調波とが同一点から発生しているので、集光点を一致させることが容易にできるため、位置検出が容易になる。基本波で位置検出するため、例えば、基本波の光のみ回折する回折格子をフィルタ部に用いればよい。
【００９９】
以上のように、基本波７と高調波８とを同一箇所から出射する光源からの光を２光子吸収に適用することで記録層２６ａの層間の記録干渉が小さくなり、記録層の間隔を狭めることが可能となり、記録密度の向上が図れる。また、記録媒体は、多層構造でなくとも、単層構造とすることも可能である。
【０１００】
実施の形態１および２において、記録媒体６、２６には、基本波７および高調波８に対してはほぼ透明で、これら２つの光が同一点に集光された場合にのみ光学特性が変化するような材料を用いることが好ましい。なお、高調波８の波長は、基本波７の波長の２倍である。
【０１０１】
また、記録媒体には、異なる波長の２つの光に対してはほぼ透明で、これら２つの光が同一点に集光された場合にのみ光学特性が変化するような材料を用いることが好ましい。これら２つの光の波長をそれぞれλ１およびλ２とした場合に、吸収特性を有する光の波長は、λ１×λ２／（λ１＋λ２）で表わすことができる。
【０１０２】
また、記録媒体は、フォトクロミック材料を含んでいてもよく、多層構造になっていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明の光情報処理装置は、多波長光の制御が容易であり、光記録装置等として有用である。
【０１０４】
また、本発明の記録媒体は、光記録用の記録媒体として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】図１は、実施の形態１に係る光情報処理装置の構成を示す側面図である。
【図２】図２Ａは、実施の形態１に係る光情報処理装置のフィルタ部における基本波の透過特性を示すグラフである。図２Ｂは、実施の形態１に係る光情報処理装置のフィルタ部における高調波の透過特性を示すグラフである。
【図３】図３は、実施の形態１に係る他の光情報処理装置の構成を示す側面図である。
【図４】図４Ａは、実施の形態１に係る他の光情報処理装置のフィルタ部における基本波の透過特性を示すグラフである。図４Ｂは、実施の形態１に係る他の光情報処理装置のフィルタ部における高調波の透過特性を示すグラフである。
【図５】図５は、実施の形態１に係るさらに他の光情報処理装置の構成を示す側面図である。
【図６】図６Ａは、実施の形態１に係るさらに他の光情報処理装置のフィルタ部における基本波の透過特性を示すグラフである。図６Ｂは、実施の形態１に係るさらに他の光情報処理装置のフィルタ部における高調波の透過特性を示すグラフである。
【図７】図７は、実施の形態２に係る光情報処理装置の構成を示す側面図である。
【図８】図８Ａは、実施の形態２に係る光情報処理装置のフィルタ部における基本波の透過特性を示すグラフである。図８Ｂは、実施の形態２に係る光情報処理装置のフィルタ部における高調波の透過特性を示すグラフである。
【国際調査報告】
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