(57)【要約】【課題】簡易な構成で所望のパルス光周波数が容易に得られる光発振装置、記録装置を提供することを目的とする。【解決手段】ＧａＩｎＮ／ＧａＮ／ＡｌＧａＮ材料による二重量子井戸分離閉じ込めヘテロ構造を有し、負のバイアス電圧を印加する過飽和吸収体部２と、ゲイン電流を注入するゲイン部３を含む自励発振半導体レーザ１と、自励発振半導体レーザ１から出射した発振光の位相とマスタークロック信号との位相差に基づいて、自励発振半導体レーザ１の過飽和吸収体部２に印加する負のバイアス電圧を制御する制御部４５を含んで光発振装置及び記録装置を構成する。そして、発振期間では、負のバイアス電圧として所望の周期で変動する周期電圧を過飽和吸収体部２に印加する。【選択図】図１
2013025836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二重量子井戸分離閉じ込めヘテロ構造を有し、負のバイアス電圧を印加する過飽和吸収体部と、ゲイン電流を注入するゲイン部を含む自励発振半導体レーザと、
前記自励発振半導体レーザからの発振光を二つに分離する光分離部と、
前記分離された一方の前記発振光を光記録媒体上に集光する対物レンズと、
前記光分離部によって分離されたもう一方の発振光を受光する受光素子と、
前記受光素子が受光した発振光のパルスを検出するパルス検出部と、
マスタークロック信号を生成する基準信号生成部と、
前記マスタークロック信号と前記パルスとの位相差を算出する位相比較部と、
前記マスタークロック信号のタイミングに合わせて負の電圧による記録信号を生成する記録信号生成部と、
前記記録信号に基づき、過飽和吸収体部に印加する前記負のバイアス電圧を制御する制御部であって、前記自励発振半導体レーザの非発振期間においては直流電圧を出力し、前記自励発振半導体レーザの発振期間においては所望の周期で変動する周期電圧を出力する制御部と、
を含む記録装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記位相差に基づいて前記自励発振半導体レーザの前記ゲイン部に注入する前記ゲイン電流を制御し、前記発振期間内におけるパルスの間隔を調整する
請求項１に記載の記録装置。
【請求項３】
前記自励発振半導体レーザは、活性層、ＧａＩｎＮガイド層、ｐ型ＡｌＧａＮ障壁層、ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子第一クラッド層及びｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子第二クラッド層を備え、
前記活性層の一方の表面上に、前記ＧａＩｎＮガイド層、前記ｐ型ＡｌＧａＮ障壁層、前記ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子第一クラッド層及び前記ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子第二クラッド層がこの順に積層された
請求項２に記載の記録装置。
【請求項４】
前記自励発振半導体レーザは、活性層の他方の表面上に順に積層されたｎ型ＧａＮガイド層、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｎ型ＧａＮ層を備える
請求項３に記載の記録装置。
【請求項５】
二重量子井戸分離閉じ込めヘテロ構造を有し、負のバイアス電圧を印加する過飽和吸収体部と、ゲイン電流を注入するゲイン部を含む自励発振半導体レーザと、
前記自励発振半導体レーザからの発振光を分離する光分離部と、
前記光分離部によって分離された一方の発振光を受光する受光素子と、
前記受光素子が受光した発振光のパルスを検出するパルス検出部と、
マスタークロック信号を生成する基準信号生成部と、
前記マスタークロック信号と前記パルスとの位相差を算出する位相比較部と、
前記マスタークロック信号のタイミングに合わせて負の電圧による所定の信号を生成する信号生成部と、
前記信号に基づき、過飽和吸収体部に印加する前記負のバイアス電圧を制御する制御部であって、前記自励発振半導体レーザの非発振期間においては直流電圧を出力し、前記自励発振半導体レーザの発振期間においては所望の周期で変動する周期電圧を出力する制御部と、
を含む光発振装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記位相差に基づいて前記自励発振半導体レーザの前記ゲイン部に注入する前記ゲイン電流を制御し、前記発振期間内におけるパルスの振幅を調整する
請求項５に記載の光発振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、レーザ光を出射する光発振装置、及びこの光発振装置を用いた記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、社会のＩＴ化が進むにつれ、大容量化、高速化がより要求されるようになっている。このため、情報を伝播する媒体としては、無線通信のような例えば２．４ＧＨｚ帯、５ＧＨｚ帯の電磁波だけでなく、例えば波長が１．５μｍ帯の光から、周波数が数百ＴＨｚ領域の光が用いられるようになり、光通信技術が急速に普及している。
【０００３】
また、光による情報の伝播は、例えば光ファイバのような光通信だけでなく、記録媒体への情報の記録、再生手段としても用いられるなど、光情報技術は、今後の情報化社会の発展を支える重要な基盤となっている。
【０００４】
このような光による情報の伝送、記録には、特定のパルスを発振する光源が必要とされる。特に通信、記録・再生の大容量化、高速化には、高出力かつ短パルスの光源が不可欠であり、これらを満たす光源として様々な半導体レーザが研究・開発されている。
【０００５】
例えば、シングルモードレーザを用いて光ディスクに記録された情報の再生を行う場合には、光学系の干渉によるノイズが生じるだけでなく、温度変化によっても発振波長が変化し、出力変動やノイズが発生する。
このため、外部から高周波重畳回路による変調を行うことで、レーザをマルチモード化し、温度変化や光ディスクからの戻り光による出力変動を抑制することが行われている。ところが、この方法では、高周波重畳回路を付加する分だけ装置が大きくなり、またコストも増大する。
【０００６】
これに対して、自励発振半導体レーザでは、高周波で点滅しながら直接マルチモード発振するため、高周波重畳回路が無くても、出力変動を抑えることができる。
【０００７】
例えば、自励発振のＧａＮ青紫色半導体レーザによって、１ＧＨｚの周波数においてパルス幅１５ｐｓ、１０Ｗの発振出力が可能な光源を実現している（非特許文献１を参照）。
この半導体レーザは、過飽和吸収体部（Saturable absorber section）と、過飽和吸収大部を挟むように設けられる二つのゲイン部（Gain section）と、によって構成されるTriple-Sectional型の自励発振半導体レーザである。
【０００８】
この半導体レーザでは、過飽和吸収体部に逆バイアスの電圧を加える。そしてこの時、二つのゲイン部に対して電流を注入することにより、例えば波長４０７ｎｍのレーザ光が出射される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Hideki Watanabe, Takao Miyajima, Masaru Kuramoto, Masao Ikeda, and Hiroyuki Yokoyama、Applied Physics Express 3,(2010)052701
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
こうした高出力かつパルス幅の短い光源は、例えば二光子吸収記録媒体への記録光源や、非線形光学生体イメージング、マイクロマシニング等、様々な分野への応用が期待される。
【００１１】
他にも近年においては、信号転送の高速化のために、シリコン電子デバイス間を光配線で接続し、光で信号転送を行う光回路も提案されている。将来、光回路による演算処理を可能とするためには、電子回路のマスタークロックとして光発振子が必要となる。
こうした光発振子として自励発振型のレーザを用いる場合には、用途に応じて特定の周波数のものを用意しなければならない。
また、記録再生装置においては、光記録媒体から読み取ったウォルブ信号や、光記録媒体を回転させるスピンドルモータからの回転同期信号に同期させた記録信号を光源から出射させる必要がある。
【００１２】
しかし、自励発振型のレーザは、一般的にその構造によって特有のパルス光周波数に決まってしまう。このため、用途毎にそれぞれ製造する必要がある上に、非常に高い製造精度も必要とする。したがって、コストは高くなる。
【００１３】
上述の点を鑑みて、本技術は、簡易な構成で所望のパルス光周波数が容易に得られる光発振装置、記録装置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】
【００１４】
上記課題を解決するため、本技術の光発振装置は二重量子井戸分離閉じ込めヘテロ構造を有し、負のバイアス電圧を印加する過飽和吸収体部と、ゲイン電流を注入するゲイン部を含む自励発振半導体レーザを含む。また、自励発振半導体レーザからの発振光を二つに分離する光分離部と、分離された一方の発振光を光記録媒体上に集光する対物レンズとを含む。また、光分離部によって分離されたもう一方の発振光を受光する受光素子と、受光素子が受光した発振光のパルスを検出するパルス検出部とを含む。また、マスタークロック信号を生成する基準信号生成部と、マスタークロック信号とパルスとの位相差を算出する位相比較部とを含む。
【００１５】
さらに、本技術の光発振装置は、マスタークロック信号のタイミングに合わせて負の電圧による記録信号を生成する記録信号生成部を含む。また、記録信号に基づき、過飽和吸収体部に印加する負のバイアス電圧を制御する制御部であって、自励発振半導体レーザの非発振期間においては直流電圧を出力し、自励発振半導体レーザの発振期間においては所望の周期電圧を出力する制御部を含む。ここで、周期電圧とは、所望の周期で変動する電圧と定義する。
【００１６】
また、本技術による記録装置は、上述の光発振装置において、信号生成部の代わりに記録信号を生成する記録信号生成部を設け、さらに、上述の光分離部によって分離されたもう一方の発振光を光記録媒体上に集光する対物レンズを配置したものである。
【００１７】
本技術の光発振装置及び記録装置によれば、自励発振半導体レーザの過飽和吸収体部に印加する周期電圧を制御することにより、発振光の発振周波数を制御することができる。
このため、任意の発振周波数で、容易に自励発振半導体レーザを発光させることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本技術の光発振装置及び記録装置によれば、任意の発振周波数の発振光を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】自励発振半導体レーザを示す概略構成図である。
【図２】自励発振半導体レーザに注入したゲイン電流と、この自励発振半導体レーザから出射した発振光の発振周波数の関係を示す図である。
【図３】自励発振半導体レーザに印加した逆バイアス電圧と、この自励発振半導体レーザから出射した発振光の発振周波数の関係を示す図である。
【図４】自励発振半導体レーザに印加した逆バイアス電圧と、この自励発振半導体レーザから出射した発振光のピークパワーの関係を示す図である。
【図５】自励発振半導体レーザに印加した逆バイアス電圧と、この自励発振半導体レーザから出射した発振光のピークパワーの関係を示す図である。
【図６】自励発振半導体レーザに注入したゲイン電流と、この自励発振半導体レーザから出射した発振光のピークパワーの関係を示す図である。
【図７】図７Ａは、自励発振半導体レーザに注入したゲイン電流と、電荷密度と、発光閾値の関係を示す図であり、図７Ｂは、このときに自励発振半導体レーザ１から出射するパルス光の波形を示す図である。
【図８】図８Ａは、二値信号を示す図であり、図８Ｂは、このときに自励発振半導体レーザに注入したゲイン電流と、電荷密度と、発光閾値の関係を示す図であり、図８Ｃは、このときに自励発振半導体レーザ１から出射するパルス光の波形を示す図である。
【図９】図９Ａは、自励発振半導体レーザから出射した発振光の波形を示す図であり、図９Ｂは、自励発振半導体レーザに印加した逆バイアス電圧を示す図である。
【図１０】図１０Ａは、二値信号を示す図であり、図１０Ｂは、このときに自励発振半導体レーザに注入したゲイン電流と、電荷密度と、発光閾値の関係を示す図であり、図１０Ｃは、このときに自励発振半導体レーザ１から出射するパルス光の波形を示す図である。
【図１１】本技術の一実施形態に係る記録装置を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本技術の実施形態に係る記録装置、及びその記録装置に用いる自励発振半導体レーザの一例を、図を参照しながら説明する。本技術の実施形態は以下の順で説明する。なお、本技術は以下の例に限定されるものではない。
１．自励発振半導体レーザの構成
２．記録装置の構成
【００２１】
〈１．自励発振半導体レーザの構成〉
まず、本技術の記録装置に用いる自励発振半導体レーザ１の構成について説明する。
図１は、本技術における自励発振半導体レーザ１を示す概略構成図である。この自励発振半導体レーザ１は、上述の非特許文献１において示されている自励発振半導体レーザである。
【００２２】
自励発振半導体レーザ１は、過飽和吸収体部（Saturable absorber section）２と、第１のゲイン部（Gain section）３と、第２のゲイン部４とによって構成されるTriple-Sectional型の自励発振半導体レーザである。
図１に示すように、過飽和吸収体部２は、第１のゲイン部３と、第２のゲイン部４に挟まれるように位置する。
過飽和吸収体部２を設けると、吸収体に入射する光の強度が大きくなるにつれて吸収体の吸収率が低下し、強度の大きいパルスしか吸収体を透過できないため、より狭いパルスが得られる。
また、第１のゲイン部３及び第２のゲイン部４にはゲイン電流が注入される。
【００２３】
ｎ型ＧａＮ基板６の（０００１）面上には、ＧａＩｎＮ／ＧａＮ／ＡｌＧａＮ材料による二重量子井戸分離閉じ込めヘテロ構造が形成されている。
すなわち、ｎ型ＧａＮ基板６上に、下層から順に、ｎ型ＧａＮ層７、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層８、ｎ型ＧａＮガイド層９、二重量子井戸活性層１０が形成される。さらに、二重量子井戸活性層１０上に、下層から順に、ＧａＩｎＮガイド層１１、ｐ型ＡｌＧａＮ層１２、ｐ型ＡｌＧａＮ障壁層１３、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子第一クラッド層１４が形成される。
【００２４】
このヘテロ構造は、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法によって形成することができる。
【００２５】
このｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子第一クラッド層１４の中央部には、図１に示すようにリッジ構造が形成され、リッジ上面には、ｐ型ＧａＮコンタクト層１６が形成される。また、リッジ側面や、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子第一クラッド層１４のリッジが形成されていない部分の上には、ＳｉＯ２／Ｓｉ絶縁層１５が形成される。
【００２６】
ｐ型ＧａＮコンタクト層１６及びＳｉＯ２／Ｓｉ絶縁層１５上には、ｐ型電極である第１の主電極１７、第２の主電極１８並びに副電極１９がオーミックコンタクトにより形成される。
すなわち、第１のゲイン部３上には第１の主電極１７が形成され、過飽和吸収体部２上には副電極１９が形成される。また、第２のゲイン部４上には、第２の主電極１８が形成される。これらの電極は、溝状の分離部２０によって分離されており、互いに電気的に分離される。
また、ｎ型ＧａＮ基板６のｎ型ＧａＮ層とは反対側の面には、ｎ型の下部電極５がオーミックコンタクトにより形成される。
【００２７】
図１に示すように、この自励発振半導体レーザ１では、副電極１９によって、過飽和吸収体部２に負のバイアス電圧（以下、逆バイアス電圧）を加える。そしてこの時、第１のゲイン部３及び第２のゲイン部４に対して第１の主電極１７及び第２の主電極１８から電流（ゲイン電流）を注入することにより、レーザ光が出射される。
【００２８】
本提案者らは、この自励発振半導体レーザ１に対し、上述の逆バイアス電圧の変化よって発振光を変調し、かつ、自励発振半導体レーザ１の発振期間における逆バイアス電圧の値、及び周期を変化させることにより発振周波数を制御できることを見出した。また、ゲイン電流の値を変化させることで、発振期間内の発振周波数をパルス毎に制御できることを見出した。
すなわち、本技術において、発振光の変調と発振周波数の制御は、逆バイアス電圧を制御することで行う。また、発振期間内に発振されるパルス光の間隔の調整は、ゲイン電流の値を変化させることで行う。
【００２９】
以下に、本技術の自励発振半導体レーザ１の特性を調べた実験結果を示す。
図２は、本技術による自励発振半導体レーザ１において、発振時の逆バイアス電圧（直流電圧）を一定にし、ゲイン電流を変化させたときにおける発振光の発振周波数の測定結果である。図２の横軸はゲイン電流（Ｉｇａｉｎ）であり、縦軸は、発振周波数である。ここでは、逆バイアス電圧（Ｖｓａ）は、０Ｖから−６．０Ｖまで、１．０Ｖ刻みで変化させ、それぞれの電圧値における発振周波数の変化を調べた。
【００３０】
図２に示すように、逆バイアス電圧（Ｖｓａ）が一定であるとき、ゲイン電流（Ｉｇａｉｎ）を大きくすると、自励発振半導体レーザ１から出射する発振光の発振周波数は大きくなることがわかる。したがって、自励発振半導体レーザ１の発振時において、ゲイン電流（直流電流）の値を変化させることで、発振周波数を制御することが可能である。
【００３１】
図３は、ゲイン電流（Ｉｇａｉｎ）を一定にし、自励発振半導体レーザ１の発振時における逆バイアス電圧（発振時において直流電圧）の変化に対する発振周波数の変化を調べたものである。図３の横軸は逆バイアス電圧（Ｖｓａ）であり、縦軸は、発振周波数である。ここでは、ゲイン電流は、８０ｍＡから２００ｍＡまで、２０ｍＡ刻みでそれぞれの電流値における発振周波数の変化を調べた。
【００３２】
図３に示すように、ゲイン電流（Ｉｇａｉｎ）が一定であるとき、逆バイアス電圧（Ｖｓａ）を負の方向に大きくすると、自励発振半導体レーザ１から出射する発振光の発振周波数は小さくなることがわかる。すなわち、自励発振半導体レーザ１の発振時（発振期間）において、逆バイアス電圧（直流電圧）の値を変化させることで、発振周波数を制御することが可能である。
【００３３】
図４は、自励発振半導体レーザ１に印加した逆バイアス電圧（Ｖｓａ）と、自励発振半導体レーザ１からの発振光のピークパワーとの関係を示す図である。図４の横軸は逆バイアス電圧（Ｖｓａ）であり、縦軸は、ピークパワーである。
図４からわかるように、逆バイアス電圧（Ｖｓａ）をゼロから負の方向に大きくすると、ピークパワーが大きくなる。さらに、逆バイアス電圧（Ｖｓａ）を、所定の電圧よりも負の方向に大きくすると、ピークパワーは小さくなっていき、最終的には発振が停止する。このように、逆バイアス電圧によって、ピークパワーの値が変化するので、逆バイアス電圧によりピークパワーを制御することが可能である。
【００３４】
また、図５は、自励発振半導体レーザ１に印加した逆バイアス電圧（Ｖｓａ）と、自励発振半導体レーザ１からの発振光のピークパワーとの関係において、ゲイン電流（Ｉｇａｉｎ）が２００ｍＡ以上の場合を調べたものである。図５の横軸は逆バイアス電圧（Ｖｓａ）であり、縦軸はピークパワーである。ゲイン電流（Ｉｇａｉｎ）は、２００ｍＡから２３５ｍＡまで、５ｍＡ刻みでそれぞれの電流値におけるピークパワーの変化を調べた。
【００３５】
図５に示すように、このゲイン電流（Ｉｇａｉｎ）の範囲では、逆バイアス電圧（Ｖｓａ）が約−７Ｖよりも負の方向に大きくなると、自励発振半導体レーザ１の発振が停止する。したがって、例えば、図５の線Ｌ１に示す逆バイアス電圧（Ｖｓａ）が−５．５Ｖの時を自励発振半導体レーザ１のオン（発振）状態とし、線Ｌ２に示す逆バイアス電圧（Ｖｓａ）が−７．５Ｖの時を自励発振半導体レーザ１のオフ（非発振）状態とすることができる。すなわち、例えば逆バイアス電圧（Ｖｓａ）を、−５．５Ｖと−７．５Ｖとで切り替えを行うことにより、自励発振半導体レーザ１のオン（発振）とオフ（非発振）を制御することができる。
【００３６】
このように、逆バイアス電圧の制御を行うことで、自励発振半導体レーザ１から出射する発振光の変調を行うことが可能である。また、逆バイアス電圧を最大値が−７．５Ｖ、最小値が−５Ｖの周期電圧とすることにより、自励発振半導体レーザから出射する発振光の周波数を制御することができる。
【００３７】
また、図６は、自励発振半導体レーザ１に注入するゲイン電流（Ｉｇａｉｎ）と、自励発振半導体レーザ１からの発振光のピークパワーとの関係を示す図である。図６の横軸はゲイン電流（Ｉｇａｉｎ）であり、縦軸は、ピークパワーである。
図６からわかるように、ゲイン電流を大きくする程、発振光のピークパワーが大きくなることがわかる。したがって、ゲイン電流）によって自励発振半導体レーザ１の発振光のピークパワーを制御することが可能である。
なお、この図４，５，６で示すピークパワー値は光出力の平均パワーモニター値と高速フォトディテクタ（４０ＧＨｚ）で測定したパルス幅から換算している。ディテクタの帯域不足で実際の最小パルス幅１５ｐｓに対して４０ｐｓ程度までしか検出できていないため、ピーク値が低めに表示されている。 
【００３８】
自励発振半導体レーザ１の上述した特性は、図７Ａ、図７Ｂを用いて以下のように説明できる。
図７Ａは、自励発振半導体レーザ１に注入したゲイン電流と、電流の注入により自励発振半導体レーザ１内に蓄積された電荷の密度の関係を示す図であり、図７Ｂは、このときに自励発振半導体レーザ１から出射される光の波形を示す図である。なお、このとき、逆バイアス電圧は一定の値としている。
【００３９】
図７Ａにおいて、特性Ｌ３は、自励発振半導体レーザ１に注入した電流値であり、特性Ｌ４は、そのときに自励発振半導体レーザ１内に蓄積された電荷の密度である。また、特性Ｌ５は、逆バイアス電圧Ｖｓａで決まる発光閾値である。
【００４０】
矢印Ａ１に示すように、ゲイン電流を大きくしていくと、自励発振半導体レーザ１内に蓄積された電荷の密度が高くなる。そして、この電荷密度が特性Ｌ５に示す発光閾値に到達すると、図７Ｂに示すパルス光Ｐｕ１が放出される。このとき、パルス光の放出により電荷が消費され、矢印Ａ２に示すように、自励発振半導体レーザ１内の電荷密度は低下する。
そして再びゲイン電流によって自励発振半導体レーザ１内に電荷が蓄積され、電荷密度が特性Ｌ５の発光閾値に到達するとパルス光を放出する。こうした過程を繰り返すことによって、自励発振半導体レーザ１はパルス光の連続発振を行う。
【００４１】
また、特性Ｌ５に示す電荷密度に対する発光閾値は、自励発振半導体レーザ１に印加するバイアス電圧の値によって変化する。
例えば、バイアス電圧を負の方向に大きくすると、特性Ｌ５に示す電荷密度に対する発光閾値は、矢印Ａ３に示すように大きくなる。このため、電荷密度が発光閾値に到達するまでの時間が長くなるので、パルス光が放出される間隔は長くなり、自励発振半導体レーザ１の発振周波数は小さくなる。
すなわち、この原理により、自励発振半導体レーザ１の発振周波数を逆バイアス電圧によって制御することができる。
【００４２】
また、バイアス電圧を負の方向に大きくすることにより発光閾値が大きくなると、レーザ光の発振に必要とされる電荷密度が大きくなり、発振時に消費される電荷量も大きくなるので、放出されるパルス光のエネルギーも大きくなる。このため、バイアス電圧によって、自励発振半導体レーザ１の発振光のピークパワーを制御することができる。
【００４３】
また一方で、自励発振半導体レーザ１に蓄積された電荷は、パルス光の放出によって消費される以外に、自励発振半導体レーザ１から自然に流出する（消費される）ことでも失われる。このため、自励発振半導体レーザ１に蓄積させることのできる電荷量（電荷密度）には限界がある。
したがって、バイアス電圧Ｖｓａの値を負の方向に大きくし過ぎると、蓄積可能な電荷密度に対して発光閾値が大きくなり過ぎ、発光閾値にまで、電荷密度を高めることができなくなる。このため、図４に示したように、バイアス電圧Ｖｓａを負の方向に所定の値にまで大きくすると、自励発振半導体レーザ１は発振しなくなる。
【００４４】
このように、バイアス電圧Ｖｓａには、負の値の領域において、自励発振半導体レーザ１が発振しなくなる閾値が存在する。したがって、自励発振半導体レーザ１のオン・オフの切り替えを行う際には、オフ時のバイアス電圧を、この閾値よりも負の方向に大きい値に設定することが好ましい。言い換えると、こうした設定を行った自励発振半導体レーザ１では、レーザ光の発振が停止された非発振期間におけるバイアス電圧が、レーザ光の発振が行われる発振期間におけるバイアス電圧よりも負の方向に大きくなる。
このような設定を行うことにより、精度良く、自励発振半導体レーザ１のオン・オフの切り替えを行うことができる。
【００４５】
また、バイアス電圧の制御によって、自励発振半導体レーザ１から出射する発振光の変調と発振周波数の制御が可能となる原理について、図８Ａ〜図８Ｃをもとに以下に説明する。
【００４６】
図８Ａに示すように、例えば自励発振半導体レーザ１の発振光に対して、０、１、１、０、０の順に二値信号を載せる場合を考える。図８Ｂは、このときに印加する逆バイアス電圧（特性Ｌ６）、それに対応した発光閾値（特性Ｌ７）、自励発振半導体レーザに注入したゲイン電流の波形（特性Ｌ８）、自励発振半導体レーザ１に蓄えられる電荷密度（特性Ｌ９）を示す図である。また、図８Ｃは、このときに自励発振半導体レーザ１から出射する発振光の波形（特性Ｌ１０）を示す図である。
なお、図８Ｃに示すように、自励発振半導体レーザ１から出射するパルス光２個分が、二値信号の‘１’に対応するものとする。また、ゲイン電流は全期間にわたって一定値とする。
【００４７】
まず、二値信号の‘０’を自励発振半導体レーザ１によって表現するときには、図８Ｂに示す期間Ｔ１において、特性Ｌ９に示す電荷密度が、特性Ｌ７に示す発光閾値を超えないように発光閾値の値を設定する。したがって、期間Ｔ１においては、自励発振半導体レーザ１は発振しない（非発振期間）。
【００４８】
一方、二値信号の‘１’を自励発振半導体レーザ１によって表現するときには、図８Ｂに示す期間Ｔ２において、特性Ｌ６に示す逆バイアス電圧を、その電圧の大きさが負の範囲内において周期的に正の方向に大きくなるような周期電圧とする。これにより、特性Ｌ７に示す発光閾値が期間Ｔ２において周期的に低下し、特性Ｌ９に示す電荷密度が発光閾値に到達するようになる。その結果、図８Ｃに示すパルス光Ｐｕ２が放出される。
【００４９】
パルス光Ｐｕ２の一回の放出により電荷が消費されることで、図８Ｂの矢印Ａ４に示すように、電荷密度は低下する。一方、特性Ｌ８に示すゲイン電流は、期間Ｔ１（非発振期間）及び期間Ｔ２（発振期間）の両方において値が一定である直流電流なので、再び自励発振半導体レーザ１には電荷が蓄えられ、矢印Ａ５に示すように電荷密度が上昇する。このとき、期間Ｔ２における特性Ｌ６に示す逆バイアス電圧は、負の範囲内において周期的に正の方向に大きくなるような周期電圧とされる。このため、特性Ｌ７に示す発光閾値も周期的に変化しており、周期的に発光閾値が低下する。この周期的に変化する発光閾値に、自励発振半導体レーザ内で再び増加している電荷密度が到達したときに、図８Ｃに示すパルス光Ｐｕ３が放出される。そして、このパルス光Ｐｕ３が放出されたときに、二値信号の‘１’が表現される。
【００５０】
また、二値信号の‘１’から‘０’へ切り替わるときには、図８Ｂの期間Ｔ３（非発振期間）に示すように、特性Ｌ６の逆バイアス電圧を負の方向に大きくし、その値で一定にする。これにより、期間Ｔ３において、特性Ｌ７に示す発光閾値が上昇し、特性Ｌ９に示す電荷密度が発光閾値に到達しなくなる。このため、自励発振半導体レーザは発振せずに停止状態となり、二値信号の‘０’が表現される。
【００５１】
このように、発振期間である期間Ｔ２において、逆バイアス電圧を周期的に変化する周期電圧とすることで発光閾値を周期的に変化させ、周期的に変化する閾値に応じてパルス光を発光させることができる。すなわち、逆バイアス電圧の周期に応じてパルス光を発光させることができるため、逆バイアス電圧の周期で発振周波数を制御することができると共に、逆バイアス電圧の周期で発光されるパルス光の個数を制御することができる。
【００５２】
図９Ａ〜図９Ｃに、図８Ａ〜図８Ｃに示した変動動作の確認実験を行った結果を示す。図９Ａは、自励発振半導体レーザ１から出射した発振光の波形を示す図であり、図９Ｂは、自励発振半導体レーザ１に印加した逆バイアス電圧を示す図である。また、図９Ｃは、ゲイン電流を１６５ｍＡ、又は１７０ｍＡと一定にした場合の、逆バイアス電圧に対する出力パワーを示した図である。
【００５３】
確認実験では、逆バイアス電圧は、−５．５Ｖから−７Ｖに周期的に変化する周期２ｎｓｅｃの周期電圧とした。また、ゲイン電流は、１７０ｍＡの一定の電流値とした。図９Ｂでは、周期電圧とした逆バイアス電圧の波形が矩形パルスとなっていないが、これは信号の反射等に起因するものであり、実際には、矩形パルスが印加されている。また、図９Ｂにおいて、逆バイアス電圧が−７Ｖでほぼ一定となる期間Ｔ４は、図９Ａのパルス光が発光していない期間Ｔ４に相当する。図９Ａと図９Ｂとの時間軸のずれは、検出器によって発生する遅延によるものであり、パルス光を光検出した後、そのパルス光を電気変換して出力するまでに要する時間等に起因するものである。実際には、図９Ａの期間Ｔ４と図９Ｂの期間Ｔ４はほぼ同時刻であり、また、図９Ａに示すパルス光の発光は、逆バイアス電圧が−５．５Ｖとされた時刻に対応して発振されている。
【００５４】
図９Ａ及び図９Ｂからわかるように、逆バイアス電圧が−７Ｖである期間に自励発振半導体レーザ１は発振せず、逆バイアス電圧が−５．５Ｖになるとほぼ同時に自励発振半導体レーザ１が発振していることがわかる。図９Ｃより、ゲイン電流１７０ｍＡ、逆バイアス電圧−５．５Ｖのときのパルス光のピークパワーは５Ｗ程度であることがわかる。また、逆バイアス電圧が−７Ｖで一定とされた期間Ｔ４では、パルス光は発振せず、図９Ｃより、逆バイアス電圧が−７Ｖのときはパルス光のピークパワーはほぼゼロであることがわかる。
【００５５】
このことから、自励発振半導体レーザ１では、逆バイアス電圧によりパルス光の変調が可能であり、発振期間において逆バイアス電圧を−５．５Ｖと−７Ｖとで切り替える周期電圧とすることにより、パルス光を強制的に発振させることが可能であることがわかる。そして、発振期間における発振周波数及び発振するパルス光の個数は、周期電圧の周期によって制御することが可能であることがわかる。
【００５６】
ここで、パルス光の発振後、電荷密度が発光閾値となるまでの時間よりも、逆バイアス電圧の周期が短い場合、電荷の蓄積が追いつかず、発振期間における逆バイアス電圧の一周期分の期間にパルス光が発光されなくなってしまう。このため、図９Ａに示したように、逆バイアス電圧の周期に合わせてパルス光を発生させるためには、発振期間における逆バイアス電圧の周期が、電荷密度が発光閾値となるまでの時間よりも長く設定される必要がある。
【００５７】
したがって、発振期間における逆バイアス電圧の一周期分の期間において一回のパルス光を強制的に発生させるため、逆バイアス電圧の周期を電荷密度が発光閾値となるまでの時間よりも長く設定することが好ましい。その他、発光閾値の値をより低い値に設定したり、ゲイン電流の値を調整して電荷密度の発光閾値に到達するまでの時間を早くしたりすることで、逆バイアス電圧の周期毎に一回のパルス光が強制的に発光されるように調整することができる。このような発振期間における逆バイアス電圧の周期や電荷密度の増加特性の調整は、発振周波数や出力パワーとの関係で最適な値を決定することが好ましい。
【００５８】
ところで、ゲイン電流の値が大きくなると、電荷密度が発光閾値に到達するまでの時間が短くなる。そうすると、図７Ａに示すように閾値電圧が一定の場合、パルス光が放出される間隔は短くなり、自励発振半導体レーザ１の発振周波数は大きくなる。
この原理を利用して、図８Ａ〜図８Ｃに示した特性を有する自励発振半導体レーザ１において、発振期間内で発振されるパルス光の間隔を調整することができる。
【００５９】
逆バイアス電圧を周期的に変動する周期電圧とし、その周期に合わせてパルス光を発振させる自励発振半導体レーザ１において、発振期間内で発振されるパルス光の間隔の調整が可能となる原理について、図１０Ａ〜図１０Ｃをもとに以下に説明する。図１０Ａ〜図１０Ｃにおいて、図８Ａ〜図８Ｃに対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
【００６０】
図１０Ａに示すように、例えば自励発振半導体レーザ１の発振光に対して、０、１、１、０、０の順に二値信号を載せる場合を考える。図１０Ｂは、このときに印加する逆バイアス電圧（特性Ｌ６）、それに対応した発光閾値（特性Ｌ７）、自励発振半導体レーザに注入したゲイン電流の波形（特性Ｌ１１）、自励発振半導体レーザ１に蓄えられる電荷密度（特性Ｌ１２）を示す図である。また、図１０Ｃは、このときに自励発振半導体レーザ１から出射する発振光の波形（特性Ｌ１３）を示す図である。
なお、図１０Ｃに示すように、自励発振半導体レーザ１から出射するパルス光２個分が、二値信号の‘１’に対応するものとする。
【００６１】
ここでは、図１０Ｃに示すパルス光の間隔、すなわちパルス光の振幅を調整するため、ゲイン電流の特性Ｌ１１を、一定期間だけその値が大きくなるようなプロファイルとしている。ゲイン電流の値が大きくされた期間では、パルス光の発振後、再度電荷密度が発光閾値に到達するまでに蓄積される電荷量が増える。
【００６２】
例えば、図１０Ｂでは、図８Ｂに示した図に比較して、２番目のパルス光Ｐｕ４と３番目のパルス光Ｐｕ５が発光する期間で、ゲイン電流の値を大きくしている。これにより、２番目のパルス光Ｐｕ４と３番目のパルス光Ｐｕ５の振幅が高くなる。このように、発振期間内においてゲイン電流の値を変えることにより、発振期間内に発振されるパルス光の振幅をパルス光毎に微調整することが可能となる。
【００６３】
このように、パルス光の発振期間において逆バイアス電圧を周期電圧とし、この周期電圧に同期させてパルス光の発振を行う場合において、ゲイン電流のプロファイルを制御することにより、発振期間内におけるパルス光の振幅を調整することができる。このような構成により、記録媒体に合わせた記録補償処理のための振幅の微調整が可能となる。
【００６４】
〈２．記録装置の構成）
上述の特性を有する自励発振半導体レーザ１を用いて構成した記録装置について、以下に説明する。
図１１は、本技術の一実施形態に係る記録装置１００を示す概略構成図である。本実施形態の記録装置１００は、光発振装置である光発振部２１０と、光発振部２１０から出射した発振光を光記録媒体４３上に集光する対物レンズ４１と、を有する。
【００６５】
光発振部２１０は、光源として上述の自励発振半導体レーザ１と、自励発振半導体レーザ１からの光をコリメートするコリメータレンズ３１と、コリメータレンズ３１を透過した光を分離する光分離部３２を備える。
また、光発振部２１０は、光分離部３２によって分離された一方の光を集光する集光レンズ３３と、集光レンズ３３によって集光された光を受光する受光素子３４を備える。
【００６６】
さらに、光発振部２１０は、受光素子３４によって受光された光を検出するパルス検出部３５と、マスタークロック信号を生成する基準信号生成部３６を備える。また、パルス検出部３５によって検出された光の位相とマスタークロック信号の位相とを比較する位相比較部３７を備える。
【００６７】
また、本実施形態の光発振部２１０は、自励発振半導体レーザ１に注入する逆バイアス電圧及びゲイン電流を制御する制御部４５を備える。
また、本実施形態の光発振部２１０は、マスタークロック信号にタイミングを合わせて、記録信号を生成する記録信号生成部３９を備える。
【００６８】
まず、記録信号生成部３９は、基準信号生成部３６によって生成されるマスタークロックのタイミングに合わせて、例えば光ディスク等の光記録媒体に記録する記録信号（二値信号）を生成する。
【００６９】
制御部４５は、記録信号生成部３９で生成された記録信号に基づいて、自励発振半導体レーザ１に印加する逆バイアス電圧を制御する。このとき、既述のように、自励発振半導体レーザ１の非発振期間（二値信号の‘０’）における逆バイアス電圧は、負の値で一定に保持される。また、発振期間（二値信号の‘１’）における逆バイアス電圧は、非発振期間における逆バイアス電圧の値から、負の範囲内において周期的に正の方向に大きくなるような周期電圧とする。これにより、発振期間においては、自励発振半導体レーザ１から逆バイアス電圧の周期に応じたパルス光が発光される。これにより、発振期間における逆バイアス電圧の周期を記録信号に応じて制御し、自励発振半導体レーザから出射する発振光を、記録信号に応じて変調することができる（図８Ａ〜図８Ｃ参照）。
【００７０】
記録信号に応じて変調された自励発振半導体レーザ１からの発振光は、コリメータレンズ３１によってコリメートされた後、光分離部３２に入射する。
光分離部３２は、例えばビームスプリッタ等によって構成され、自励発振半導体レーザ１から出射した光を二つの光束に分離する。二つに分離された光束のうち、例えば、光分離部３２によって反射された光束は、集光レンズ３３によって受光素子３４上に集光される。この受光素子３４には、例えばフォトダイオード等が用いられる。
また、パルス検出部３５は、コンデンサ４４を介して受光素子３４に接続され、受光素子３４によって受光された光のパルスを検出する。
【００７１】
位相比較部３７は、基準信号生成部３６において生成されたマスタークロックと、パルス検出部３５において検出されたパルスの位相とを比較し、両者の位相差を算出する。そして、位相比較部３７において求められた位相差に基づいて、制御部４５により自励発振半導体レーザ１に注入するゲイン電流のプロファイルを制御し、自励発振半導体レーザ１から発振するパルス光の周波数をパルス光毎に調整する。これにより、発振期間内におけるパルス光の間隔を微調整する（図１０Ａ〜図１０Ｃ）。
【００７２】
一方で、光分離部３２を透過した自励発振半導体レーザ１からの発振光は、ミラー４０に入射する。そして、この発振光はミラー４０によって反射されて光路を変え、対物レンズ４１に入射する。
対物レンズ４１に入射した発振光は、光記録媒体４３上に集光される。光記録媒体４３は、スピンドルモータ４２によって光記録面の面内方向に回転する。また、レーザ光の集光スポットは、図示しないスレッドモータ等によって光記録媒体４３の径方向に随時移動する。これにより、自励発振半導体レーザ１からの発振光は、光記録媒体４３の光記録面に対して渦巻き状、もしくは同心円状に照射され、発振光に載せられた記録情報が、光記録媒体４３に順次記録される。
【００７３】
このように、本実施形態の記録装置１００では、自励発振半導体レーザ１から出射する発振光を、自励発振半導体レーザ１に印加する逆バイアス電圧によって変調し、かつ、逆バイアス電圧の周期によって発振光の周波数を任意に設定することができる。この逆バイアス電圧は、記録信号に対応して自励発振半導体レーザ１に印加されるので、自励発振半導体レーザ１から出射する発振光に対して、記録情報を載せることができる。
【００７４】
また、本実施形態の記録装置１００では、発振期間内における発振光のパルス間隔の微調整を、自励発振半導体レーザ１に注入するゲイン電流によって制御することができる。このため、光記録媒体への情報の記録を精度良く行うことが可能である。
【００７５】
また、自励発振半導体レーザ１からの発振光に載せる信号は、記録信号に限らず任意の信号であってよい。すなわち、記録信号生成部３９の代わりに、任意の信号を生成する信号生成部を設けることにより、任意の信号が載った発振光を出射する光発振装置として光発振部２１０を構成することも可能である。
また、ここでは自励発振半導体レーザ１には、二つのゲイン部を有するTriple-Sectional型の自励発振半導体レーザを用いたが、ゲイン部が一つであるbi-Sectional型の自励発振半導体レーザを用いても、同様の作用、効果を得ることができる。
【００７６】
以上、本技術による光発振装置及び記録装置について説明した。本技術は上記実施の形態にとらわれることなく、特許請求の範囲に記載した本技術の要旨を逸脱しない限りにおいて、なお考えられる種々の形態を含むものであることは言うまでもない。
【００７７】
また、本技術は以下の構成をとることができる。
（１）
二重量子井戸分離閉じ込めヘテロ構造を有し、負のバイアス電圧を印加する過飽和吸収体部と、ゲイン電流を注入するゲイン部を含む自励発振半導体レーザと、
前記自励発振半導体レーザからの発振光を二つに分離する光分離部と、
前記分離された一方の前記発振光を光記録媒体上に集光する対物レンズと、
前記光分離部によって分離されたもう一方の発振光を受光する受光素子と、
前記受光素子が受光した発振光のパルスを検出するパルス検出部と、
マスタークロック信号を生成する基準信号生成部と、
前記マスタークロック信号と前記パルスとの位相差を算出する位相比較部と、
前記マスタークロック信号のタイミングに合わせて負の電圧による記録信号を生成する記録信号生成部と、
前記記録信号に基づき、過飽和吸収体部に印加する前記負のバイアス電圧を制御する制御部であって、前記自励発振半導体レーザの非発振期間においては直流電圧を出力し、前記自励発振半導体レーザの発振期間においては所望の周期で変動する周期電圧を出力する制御部と、
を含む記録装置。
（２）
前記制御部は、前記位相差に基づいて、前記自励発振半導体レーザの前記ゲイン部に注入する前記ゲイン電流を制御し、前記発振期間内におけるパルスの間隔を調整する
（１）に記載の記録装置。
（３）
前記自励発振半導体レーザは、活性層、ＧａＩｎＮガイド層、ｐ型ＡｌＧａＮ障壁層、ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子第一クラッド層及びｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子第二クラッド層を備え、
前記活性層の一方の表面上に、前記ＧａＩｎＮガイド層、前記ｐ型ＡｌＧａＮ障壁層、前記ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子第一クラッド層及び前記ｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子第二クラッド層がこの順に積層された
（１）又は（２）に記載の記録装置。
（４）
前記自励発振半導体レーザは、活性層の他方の表面上に順に積層されたｎ型ＧａＮガイド層、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｎ型ＧａＮ層を備える
（１）〜（３）のいずれかに記載の記録装置。
（５）
二重量子井戸分離閉じ込めヘテロ構造を有し、負のバイアス電圧を印加する過飽和吸収体部と、ゲイン電流を注入するゲイン部を含む自励発振半導体レーザと、
前記自励発振半導体レーザからの発振光を分離する光分離部と、
前記光分離部によって分離された一方の発振光を受光する受光素子と、
前記受光素子が受光した発振光のパルスを検出するパルス検出部と、
マスタークロック信号を生成する基準信号生成部と、
前記マスタークロック信号と前記パルスとの位相差を算出する位相比較部と、
前記マスタークロック信号のタイミングに合わせて負の電圧による所定の信号を生成する信号生成部と、
前記信号に基づき、過飽和吸収体部に印加する前記負のバイアス電圧を制御する制御部であって、前記自励発振半導体レーザの非発振期間においては直流電圧を出力し、前記自励発振半導体レーザの発振期間においては所望の周期で変動する周期電圧を出力する制御部と、
を含む光発振装置。
（６）
前記制御部は、前記位相差に基づいて、前記自励発振半導体レーザの前記ゲイン部に注入する前記ゲイン電流を制御し、前記発振期間内におけるパルスの振幅を調整する
（５）に記載の光発振装置。
【符号の説明】
【００７８】
１・・・自励発振半導体レーザ、２・・・過飽和吸収体部、３・・・第１のゲイン部、４・・・第２のゲイン部、５・・・下部電極、６・・・ｎ型ＧａＮ基板、７・・・ｎ型ＧａＮ層、８・・・ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、９・・・ｎ型ＧａＮガイド層、１０・・・二重量子井戸活性層、１１・・・ＧａＩｎＮガイド層、１２・・・ｐ型ＡｌＧａＮ層、１３・・・ｐ型ＡｌＧａＮ障壁層、１４・・・ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子第一クラッド層、１５・・・ＳｉＯ２／Ｓｉ絶縁層、１５ｐｓ・・・パルス幅、１６・・・ｐ型ＧａＮコンタクト層、１７・・・第１の主電極、１８・・・第２の主電極、１９・・・副電極、２０・・・分離部、３１・・・コリメータレンズ、３２・・・光分離部、３３・・・集光レンズ、３４・・・受光素子、３５・・・パルス検出部、３６・・・基準信号生成部、３７・・・位相比較部、３９・・・記録信号生成部、４０・・・ミラー、４１・・・対物レンズ、４２・・・スピンドルモータ、４３・・・光記録媒体、４４・・・コンデンサ、４５・・・制御部、１００・・・記録装置、２１０・・・光発振部
【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１１】
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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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