(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コヒーレント光源と、
前記コヒーレント光源から出射される光を分割して生成した信号光及び参照光をホログラム記録媒体に集光してホログラムを記録するホログラム記録光学系とを備え、
前記ホログラム記録媒体にホログラムの記録又は再生を行う際に、前記コヒ−レント光源の発振波長半値幅Δλは、前記ホログラム記録光学系の光路長をｔ、前記コヒーレント光源の発振波長をλとしたとき、
Δλ＞λ２／２ｔなる関係を満たすことを特徴とする記録再生装置。
【請求項２】
前記発振波長半値幅Δλは、前記ホログラム記録媒体の実質的なホログラムのサイズをＳ、前記ホログラム記録光学系から前記ホログラム記録媒体に照射される参照光と信号光との実質的な交差角をθ、前記コヒーレント光源の発振波長をλとしたとき、さらに、
Δλ＜λ２／（Ｓ×２ｓｉｎθ）なる関係を満たすことを特徴とする請求項１記載の記録再生装置。
【請求項３】
前記コヒーレント光源の発振波長は、５３２．１ｎｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の記録再生装置。
【請求項４】
前記コヒーレント光源は、Ｑスイッチにより波長幅を制御することを特徴とする請求項３記載の記録再生装置。
【請求項５】
前記コヒーレント光源は、ＳＨＧにより波長幅を制御することを特徴とする請求項３記載の記録再生装置。
【請求項６】
前記コヒーレント光源は、発振波長が４０３ｎｍ以上かつ４１５ｎｍ以下で波長ロックされた半導体レーザを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の記録再生装置。
【請求項７】
前記コヒーレント光源は、ＲＦ重畳により波長幅を制御することを特徴とする請求項６記載の記録再生装置。
【請求項８】
前記半導体レーザは、ＤＢＲ半導体レーザであることを特徴とする請求項６に記載の記録再生装置。
【請求項９】
前記コヒーレント光源の平均出力は、１０ｍＷ以上かつ２００ｍＷ以下であることを特徴とする請求項３または６に記載の記録再生装置。
【請求項１０】
前記コヒーレント光源のパルス出力時のピーク出力は、１０Ｗ以上かつ２００Ｗ以下であることを特徴とする請求項３または６に記載の記録再生装置。
【請求項１１】
前記コヒーレント光源のパルス出力時の繰り返し周波数は、１００Ｈｚ以上かつ１０ｋＨｚ以下であることを特徴とする請求項３または６に記載の記録再生装置。
【請求項１２】
前記コヒーレント光源は、Ｑスイッチにより波長幅を制御し、
前記コヒーレント光源のパルス出力時の繰り返し周波数は、１．５ｋＨｚ以上かつ５ｋＨｚ以下であることを特徴とする請求項３に記載の記録再生装置。
【請求項１３】
前記コヒーレント光源のパルス出力のパルス幅は、０．１μｓ以上かつ１０μｓ以下であることを特徴とする請求項３または６に記載の記録再生装置。
【請求項１４】
前記コヒーレント光源は、パルス光を出力し、
前記コヒーレント光源から出力される複数個のパルス光により独立した１つのホログラムを記録することを特徴とする請求項１または２に記載の記録再生装置。
【請求項１５】
前記コヒーレント光源は、ホログラムとホログラムとの間で出射光を停止させる場合、０を越える所定の値に光出力を保持することを特徴とする請求項１または２に記載の記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コヒーレント光を利用するホログラム記録を行う光情報分野への利用に好適な装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ディスクの高密度化、及び光計測の高精度化を実現するためには、小型の短波長光源が必要とされる。中でも、ホログラムを利用した記録再生方式は、１００Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ２クラスの記録密度を期待できるため、次世代の高密度光ディスクとして注目を集めている。図１０に、従来より提案されているホログラフィック光情報記録再生装置の概略構成を示す。この記録再生装置は、シフト多重記録方式の光ディスク光学系を用いる。
【０００３】
コヒーレント光源としてのレーザ光源（図示省略）から出射されたレーザビームは、２つに分割後、一方のビームは、空間光変調器（以下、「ＳＬＭ」と記す）１１３を通過した後、フーリエ変換レンズ１１６によってホログラム記録媒体１１５中に集光され、信号光１１０となる。分割された他方のビームは、集光レンズ１１７によって適当なビーム径に変換された後、ホログラム記録媒体１１５中の信号光１１０と同じ位置に参照光１１１として照射される。ホログラム記録媒体１１５は、２枚のガラス基板間にフォトポリマーなどのホログラム媒体が封止された構造を有しており、信号光１１０と参照光１１１との干渉縞が記録される。記録された信号を再生する際には、ホログラム記録媒体１１５に参照光１１１のみを照射し、ホログラムからの回折された再生光１１２は、フーリエ変換レンズ１１８を通過後、ＣＣＤ素子１１４で受光される。
【０００４】
ホログラムを用いた記録再生装置においては、ホログラム記録媒体１１５の厚みが約１ｍｍ程度と厚く、干渉縞が厚いグレーティング、いわゆるブラッググレーティングとして記録されるため、角度多重記録を行うことが可能となる。図１０の記録再生装置においては、シフト多重記録するために、参照光１１１の入射角を変化させる代わりに、球面波参照光１１１の照射位置をシフトすることにより、角度多重が実現されている。すなわち、ホログラム記録媒体１１５を面内でわずかに回転させ、記録位置をシフトした際にホログラム媒体の各部が感じる参照光１１１の入射角がわずかに変化することにより、多重記録される。
【０００５】
ホログラム媒体の厚みが１ｍｍの場合、再生信号強度によって規定される角度選択性は、半値全幅が０．０１４度となり、参照光のＮＡが０．５のとき、約２０μｍ間隔でホログラムの多重が可能となる。このとき実現される記録密度は、２００Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ２、１２ｃｍディスク容量に換算して３００ＧＢである。
【０００６】
ブラッググレーティングは角度選択性と共に波長選択性を有するため、記録・再生時の光源波長の制御が必要となる。このホログラム媒体でグレーティングにおける波長選択性は、０．２ｎｍである。
【０００７】
上記のような高密度光情報記録再生装置を実現するためには、小型で安定なレーザ光源と、多重記録を可能にする記録媒体とが重要な技術となる。
【０００８】
図１１に、安定光源の典型例である光導波路型ＱＰＭ―ＳＨＧデバイスを用いたＳＨＧ青色光源の概略構成を示す（例えば、特許文献１参照）。図１１に示すように、半導体レーザ１０１としては、分布ブラッグ反射器（以下、「ＤＢＲ」と記す）領域を有する波長可変のＤＢＲ半導体レーザが用いられている。波長可変ＤＢＲ半導体レーザ１０１は、波長８５０ｎｍの１００ｍＷ級ＡｌＧａＡｓ系波長可変ＤＢＲ半導体レーザであり、活性層領域と、位相調整領域と、ＤＢＲ領域とにより構成されている。そして、位相調整領域と、ＤＢＲ領域とへの注入電流を同時に変化させることにより、連続的に発振波長を変化させることができる。
【０００９】
半導体レーザ１０１からの基本波Ｐ１は、波長変換が可能なＳＨＧデバイス１０２中で半分の波長に変換され、高調波Ｐ２として出力される。半導体レーザ１０１およびＳＨＧデバイス１０２は、サブマウント１６０上に固定され、全体がパッケージ１５０内に搭載される。波長４２５ｎｍの高調波Ｐ２は、パッケージ１５０の窓１５１を通過し、外部に取り出される。
【特許文献１】特開平２００２−２０４０２３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記したように、ホログラムを用いた記録再生装置においては、光の入射方向や波長によって記録される回折パターンが変化する。そのため、記録時の光の波長と、再生時の光の波長とが異なると、クロストーク信号の増加や信号光強度の低下を引き起こす。
【００１１】
また、ホログラム記録媒体１１５の情報は、記録された干渉縞からのブラッグ回折光として再生される。ホログラム記録媒体１１５の情報が十分な光量で再生されるためには、ブラッグ条件を満たす必要がある。すなわち、ホログラム媒体に対する参照光ビームの入射角度及び参照光ビームの波長がそれぞれ最適値に調整されなければならない。
【００１２】
例えば、ホログラム媒体の厚みが１ｍｍ、光源の波長が５１５ｎｍ、干渉縞の周期が０．５μｍのシステムを仮定すると、回折効率が半減する波長の値で定義される参照光ビームの波長に対するブラッグ条件の許容幅は、５１５ｎｍ±０．２ｎｍとなる。
【００１３】
また、ホログラムを用いた記録再生装置では、信号光と参照光との干渉によりホログラムが記録されるため、光学系内に不要な反射光となる迷光が発生した場合、この迷光による不要な干渉縞を生じ、ホログラムを安定に記録又は再生することができない。この場合、防振台等の上に精緻な光学系を配置して上記の迷光をなくすことも可能であるが、記録再生装置が大型化し、小型の記録再生装置を実現することができない。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の目的は、迷光が発生した場合でも、この迷光による不要な干渉縞の発生を抑制してホログラムを安定に記録及び再生することができる小型の記録再生装置を提供することである。
【００１５】
本発明の一局面に従う記録再生装置は、コヒーレント光源と、前記コヒーレント光源から出射される光を分割して生成した信号光及び参照光をホログラム記録媒体に集光してホログラムを記録するホログラム記録光学系とを備え、前記ホログラム記録媒体にホログラムの記録又は再生を行う際に、前記コヒ−レント光源の発振波長半値幅Δλは、前記ホログラム記録光学系の参照光の光路長をｔ、前記コヒーレント光源の発振波長をλとしたとき、Δλ＞λ２／２ｔなる関係を満たすものである。
【００１６】
本発明の他の局面に従う記録再生装置は、コヒーレント光源と、前記コヒーレント光源から出射される光を分割して生成した信号光及び参照光をホログラム記録媒体に集光してホログラムを記録するホログラム記録光学系とを備え、前記ホログラム記録媒体にホログラムの記録又は再生を行う際に、前記コヒ−レント光源の発振波長半値幅Δλは、前記ホログラム記録媒体の実質的なホログラムのサイズをＳ、前記ホログラム記録光学系から前記ホログラム記録媒体に照射される参照光と信号光との実質的な交差角をθ、前記コヒーレント光源の発振波長をλとしたとき、Δλ＜λ２／（Ｓ×２ｓｉｎθ）となる関係を満たすものである。
【発明の効果】
【００１７】
上記の構成により、迷光が発生した場合でも、この迷光による不要な干渉縞の発生を抑制してホログラムを安定に記録及び再生することができ、小型の記録再生装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態の記録再生装置に用いられるコヒーレント光源の構成を示す模式図である。図１に示すように、コヒーレント光源２１では、出力１Ｗ、波長８１０ｎｍのＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ１を励起用光源とし、基本波発生用光源として用いられる固体レーザ３は、Ｎｄ添加ＹＡＧ（Ｎｄ：ＹＡＧ）を用いている。この半導体励起の固体レーザ光をＳＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ  Ｈａｒｍｏｎｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）デバイス２により波長変換して光源とする。
【００１９】
波長変換機能を有するＳＨＧデバイスとして、擬似位相整合（以下、「ＱＰＭ」と記す）方式のバルク型ＳＨＧデバイス２が用いられている。ＳＨＧデバイス２は、擬似位相整合により、大きな非線形光学定数を利用することができる。また、ＳＨＧデバイス２は、光導波路であり、長い相互作用長を可能とするため、高い変換効率を実現することができる。ＳＨＧデバイス２は、ＭｇＯドープＬｉＮｂＯ３基板上に形成された周期的な分極反転領域により構成されている。周期的な分極反転領域は、櫛形の電極をＺ板ＭｇＯドープ上に形成し、電界を印加することによって作製される。
【００２０】
半導体レーザ１は、固体レーザ３に結合され、ＳＨＧデバイス２は、固体レーザ３による共振器内部に配置される。この共振器は、固体レーザ３に蒸着された反射膜６と、ミラー５とにより形成されている。ミラー５は、ＳＨＧ出力９に対しては無反射コートされている。また、共振器内にはＣｒ：ＹＡＧによる過飽和吸収体４が挿入されている。この過飽和吸収体４によりＱスイッチ動作が自動的に生じ、このＱスイッチ動作により波長幅を制御している。上記の各光源は、パッケージ５０内に一体化され、ペルチエ素子によって温度コントロールされている。１Ｗの半導体レーザ１の出力に対して共振器内で固体レーザ発振し、平均１５０ｍＷのＳＨＧ光が取り出される。
【００２１】
固体レーザの発振波長は一定であり、ＳＨＧデバイス２の位相整合波長５３２．１ｎｍに固定される。このコヒーレント光源２１を用いることにより、波長５３２．１ｎｍの緑色光が、平均出力で１５０ｍＷ程度得られた。このパルス出力時の繰り返し周波数は１．５ｋＨｚ、ピーク出力は７５Ｗであった。また、固体レーザの発振線１０６４．２ｎｍを選ぶことにより、波長を１０６４．２ｎｍに安定化することができた。このとき、発振波長を、波長変換素子であるＳＨＧデバイス２の位相整合波長許容幅内で、所望の波長に固定することができ、高調波光の波長も５３２．１ｎｍと完全一定化された。
【００２２】
図２に示すように、ＳＨＧ出力９のパルス幅ＰＷは半値全幅で定義され、０．７μｓであり、パルスピーク出力ＰＯは７５Ｗであり、繰り返し周波数（１／繰り返し時間Ｔ）は１．５ｋＨｚであり、発振波長半値幅Δλは０．０５ｎｍであった。このときのＳＨＧ出力９のパワーは７０μＪとなり、光学系からなる光学ヘッド通過後、１０μＪでレーザビームをホログラム記録媒体に照射できる。
【００２３】
図３に、本発明の第１の実施の形態による記録再生装置を示す。本記録再生装置は、図１に示すコヒーレント光源２１をレーザ光源として用い、シフト多重記録方式の光ディスク光学系を用いている。コヒーレント光源２１から出射されたレーザビームは、ビームエキスパンダ２２によってビーム径が拡大された後、ハーフミラー２３によって分割される。分割された一方のビームは、ミラー２４によって反射され、空間光変調器（ＳＬＭ）１３を通過した後、フーリエ変換レンズ１６によってホログラム記録媒体１５中に集光され、信号光１０となる。分割された他方のビームは、集光レンズ１７によって適当なビーム径に変換された後、ホログラム記録媒体１５中の信号光１０と同じ位置に参照光１１として照射される。ホログラム記録媒体１５は、２枚のガラス基板間にフォトポリマーなどのホログラム媒体が封止された構造を有しており、信号光１０と参照光１１との干渉縞が記録される。上記の各部分等からホログラム記録光学系が構成される。
【００２４】
ＳＬＭ１３は、２次元的に配列された光スイッチ列からなり、記録される入力信号に対応してそれぞれの光スイッチが独立にオン・オフされる。例えば、１０２４セル×１０２４セルのＳＬＭを用いた場合には、１Ｍビットの情報を同時に表示することができる。信号光１０がＳＬＭ１３を通過する際にＳＬＭ１３に表示される１Ｍビットの情報は、２次元の光ビーム列に変換され、ホログラム記録媒体１５上に干渉縞として記録される。記録された信号を再生する際には、ホログラム記録媒体１５に参照光１１のみを照射し、ホログラムからの回折光を再生光１２としてＣＣＤ素子１４によって受光する。上記の各部分等から光ヘッドとなる光学系が構成される。
【００２５】
ホログラムを用いた光記録システムにおいては、ホログラム記録媒体１５の厚みが約１ｍｍ程度と厚く、干渉縞が厚いグレーティング、いわゆるブラッググレーティングとして記録されるため、角度多重記録を行うことが可能となる。図３の記録再生装置においては、参照光１１の入射角を変化させる代わりに、球面波参照光１１の照射位置をシフトすることにより、角度多重記録が実現されている。すなわち、ホログラム記録媒体１５をわずかに回転させ、記録位置をシフトした際にホログラム媒体の各部が感じる参照光１１の入射角がわずかに変化することにより、多重記録される。
【００２６】
ホログラム媒体の厚みが１ｍｍの場合、再生信号強度によって規定される角度選択性は、半値全幅が０．０１４度となり、参照光１１のＮＡが０．５のとき、約２０μｍ間隔でホログラムの多重が可能となる。このとき実現される記録密度は、２００Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ２となり、１２ｃｍディスク容量に換算して３００ＧＢである。
【００２７】
ホログラム記録再生を行う際に、コヒ−レント光源２１の発振波長半値幅Δλが、実質的なホログラムサイズＳと、実質的な参照光１１と信号光１０との交差角θと、コヒーレント光源２１の発振波長λとを用いて、Δλ＜λ２／（Ｓ×２ｓｉｎθ）となる関係にあることが望ましい。この理由について以下説明する。
【００２８】
実質的なホログラムサイズＳと、実質的な参照光と信号光との交差角θと、波長λとを用いて、干渉縞周期ΛはΛ＝λ／２ｓｉｎθとなり、光路差ｄはｄ＝Ｓ／Λ×λとなる。ここで、コヒーレント光源のコヒーレント長Ｌは、光路差ｄより大きいことが望ましく、Ｌはλ２／Δλであるため、Ｓ/Λ×λ＜λ２／Δλであり、結局、Δλ＜λ２／（Ｓ×２ｓｉｎθ）となる関係にあることが望ましい。この場合、信号光と参照光とによる干渉縞を安定に記録することができ、ホログラムを確実に記録することができる。本実施の形態では、ホログラムサイズＳは３ｍｍ、波長λは５３２ｎｍ、交差角θは３０度であるので、発振波長半値幅Δλは０．１ｎｍ以下であることが必要となる。
【００２９】
上記の実質的なホログラムサイズＳとしては、所定の透過孔が形成された遮光板を介して参照光及び信号光がホログラム記録媒体１５に照射される場合は、透過孔の直径が該当する。また、図４に示すように、ホログラム媒体１５ａが２枚のガラス基板１５ｂ、１５ｃに封止された構造を有するホログラム記録媒体１５に、参照光１１及び信号光１０が照射され、ホログラム１５ｄが記録される場合は、ホログラム１５ｄのガラス基板１５ｂ、１５ｃ側の長さＳ１が、実質的なホログラムサイズＳとなる。なお、実質的なホログラムサイズＳは、上記の例に特に限定されず、ホログラム１５ｄの中心部の長さＳ２を実質的なホログラムサイズＳとしたり、Ｓ１とＳ２の中間的な長さである（Ｓ１＋Ｓ２）／２を実質的なホログラムサイズＳとしたりしてもよい。
【００３０】
一方、ホログラム記録光学系の光路長をｔとすると、Δλ＞λ２／２ｔなる関係にあるコヒーレント光源が有効である。この理由は、再生の際、Ｂｒａｇｇ幅が十分小さくなる条件として、コヒーレンス長Ｌが光路長ｔの２倍以下であることが望ましいからである。この場合、不要反射光による不要な干渉縞を生じさせず、ノイズが少ない信号再生ができるとともに、防振台等の特殊な大型機器を用いる必要がなくなり、小型の記録再生装置を実現することができる。また、上記条件を満たすレーザビームをキュアするビームに使っても、干渉縞を生じない。
【００３１】
上記の条件は、Ｌ＜２ｔ、つまり、Δλ＞λ２／２ｔなる関係にあることを特徴とする光源となる。本実施の形態では、ホログラム記録光学系の光路長ｔが１５ｍｍであるので、発振波長半値幅Δλは０．０１ｎｍ以上となる。なお、ホログラム記録光学系の光路長ｔの意味は、各レンズ部分におけるレーザ光の入射位置とレーザ光の出射位置との間の長さを、内部の屈折率で補正した値のことである。
【００３２】
上記２つの条件から、発振波長半値幅Δλは、λ２／２ｔ＜Δλ＜λ２／（Ｓ×２ｓｉｎθ）の関係を満たすことが好ましい。この場合、信号光と参照光との干渉縞を安定に記録することができるとともに、不要反射光による不要な干渉縞を生じさせないため、ホログラムを安定に記録及び再生することができる。本実施の形態では、発振波長半値幅Δλの範囲は、０．０１ｎｍ以上でかつ０．１ｎｍ以下となり、Ｑスイッチすることにより、発振波長半値幅Δλが０．０５ｎｍまで広がり、上記の条件を満たしている。
【００３３】
また、コヒーレント光源２１のパルス出力時の繰り返し周波数は、１００Ｈｚ以上でかつ１０ｋＨｚ以下であることが記録再生装置としては望ましい。１００Ｈｚ未満の周波数では、転送速度が遅くなり、実用的ではなく、一方、１０ｋＨｚを越えると、記録出力が不足してしまうためである。本実施の形態では、コヒーレント光源２１のパルス出力時の繰り返し周波数として、１．５ｋＨｚを用いた。この場合、２０μｍのステップ記録を２０ｍｍ／ｓの速度で行うことができる。
【００３４】
また、過飽和吸収体４による受動Ｑスイッチの周波数は、１．５ｋＨｚ以上かつ５ｋＨｚ以下であることが好ましい。これは、固体レーザの緩和振動周波数によりＱスイッチが不安定になる問題があるが、上記範囲では、最も安定に受動Ｑスイッチを行うことができるからである。
【００３５】
また、コヒーレント光源２１のパルス出力のパルス幅は、０．１μs以上でかつ１０μs以下であることが好ましい。１０μs以下では、ホログラム記録媒体１５の回転中に、あたかも静止しているごとく、瞬時にホログラムを記録することができ、一方、０．１μs未満では、総エネルギーが足りず、ホログラムを記録できなかったためである。
【００３６】
また、コヒーレント光源２１のパルス出力時の平均出力は、１０ｍＷ以上でかつ２００ｍＷ以下であることが好ましい。１０ｍＷ未満では、ホログラム記録媒体１５への記録レートが低速になり、実用的ではなく、一方、２００ｍＷを越えると、放熱のための部分が巨大になり、光ヘッド部分にコヒーレント光源２１を搭載できなくなるからである。
【００３７】
また、コヒーレント光源２１のパルス出力時のピーク出力は、１０Ｗ以上でかつ２００Ｗ以下であることが好ましい。１０Ｗ未満では、感度的に使用できるホログラム記録材料がなくなり、一方、２００Ｗを越えると、半導体レーザ１の平均出力が３Ｗにも達して投入電力が６Ｗになり、その差３Ｗが熱に変わって発熱するため、コヒーレント光源２１が放熱部を含めて巨大になり、小型の記録再生装置を実現できないためである。
【００３８】
本実施の形態においては、モジュール温度、すなわち、半導体レーザ１とＳＨＧデバイス２との温度がペルチエ素子によって安定化されているため、位相整合波長の変化もほとんどなく、光出力も安定に得られた。
【００３９】
このように、本実施の形態では、基本波の波長をあらかじめ決めておけば、Ｎｄ添加ＹＡＧの発振線を選ぶことにより、基本波の波長を異なる記録再生装置間で同一にすることが可能である。その結果、ホログラムメモリなどの絶対波長を必要とするものの光源として用いた場合、波長を固定することができる。
【００４０】
また、Ｑスイッチ化することにより、スペクトル揺らぎを持たせることができるので、コヒーレント光源の発振波長幅も、光学系での余分な干渉によるノイズを受けることなく、ホログラム媒体中でのコヒーレンス性が保持されている領域に設定することが可能である。
【００４１】
この結果、ある記録再生装置で記録したホログラム記録媒体に対し、他の記録再生装置での再生が可能となり、その実用的効果は大きい。また、本実施の形態では、１ホログラムへの記録エネルギーが同一となるだけでなく、パルス幅およびピーク出力が異なる記録再生装置間で同一となり、非線形性を有するホログラム記録媒体においても、装置間互換性を保つことができる。
【００４２】
なお、本実施の形態では、過飽和吸収体としてＣｒ：ＹＡＧを用いたが、これに限ることなく、半導体材料も有効である。また、受動Ｑスイッチではなく、ＥＯ変調器挿入による外部Ｑスイッチでもかまわない。
【００４３】
また、本実施の形態では、Ｑスイッチにより波長幅を制御したが、この例に特に限定されず、ＳＨＧにより波長幅を制御してもよい。図５に示すように、固体レーザの基本波スペクトル（波長）Ｓ１は、ＳＨＧデバイスを通ると、波長変換許容幅Ｗにより基本波スペクトル（波長）Ｓ２に変換され、波長幅を任意に制御することができる。ＳＨＧデバイスとしては、例えば、擬似位相整合方式のバルク型ＳＨＧデバイスを用いることができる。この擬似位相整合方式では、発生するＳＨＧが進行方向で打ち消されることを防止するために、周期的な分極反転領域を用いている。このため、入射する固定レーザの波長に対して波長変換許容幅を有する。この波長変換許容幅は、ＳＨＧデバイスの長さに反比例し、ＳＨＧデバイスの長さを調整することにより波長幅を変化させることができる。
【００４４】
具体的には、バルク型ＳＨＧデバイスの波長変換許容幅は、長さ１０ｍｍの結晶では０．２１ｎｍとなるが、長さ３０ｍｍの結晶では０．０７ｎｍとなる。したがって、１ｎｍに広がった固定レーザの発振波長は、０．０７ｎｍの波長変換許容幅を有するＳＨＧデバイスを通ると、０．０７ｎｍの波長幅を有する発振波長に変換され、０．０７ｎｍの波長幅を有するコヒーレント光源を実現することができる。このように、特定の波長変換許容幅を有するＳＨＧデバイスにより、目的とする波長幅を有するコヒーレント光源を実現することができる。
【００４５】
また、本実施の形態では、ホログラムを連続して記録する際、ホログラムとホログラムとの間で、コヒーレント光源２１から出射されるレーザ光を停止させて光出力を０としているが、この例に特に限定されず、コヒーレント光源２１の光出力を、０を越える所定の値に保持することが好ましい。この場合、コヒーレント光源２１のレーザスペクトルを安定化することができ、ホログラムをより確実に記録することができる。
【００４６】
図６は、図１に示す半導体レーザ１の光出力と駆動電流との関係を示す図である。図６に示すように、半導体レーザ１の光出力は、駆動電流が閾値Ｌｔｈを越えると、急峻に増加する特性を有し、ホログラムの記録時には、半導体レーザ１は動作電流Ｌｏｐで駆動される。このような特性を有する半導体レーザ１では、ホログラムとホログラムとの間でレーザ光の出射を停止する場合に、半導体レーザ１の駆動電流を０にすることなく、Ｌｏｐ／１０００以上でかつＬｔｈ又はその近傍までの範囲内の駆動電流で半導体レーザ１を駆動することが好ましく、閾値Ｌｔｈの近傍に保持することがより好ましい。この場合、半導体レーザ１のレーザスペクトルが安定化するので、コヒーレント光源２１のレーザスペクトルが安定化し、ホログラムを連続して確実に記録することができる。
【００４７】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態として、パルス列記録を行う記録再生装置について説明する。本実施の形態による記録再生装置は、コヒーレント光源と、コヒーレント光源から出射されるパルス列を変調する変調器と、変調器から出射されるパルス光をホログラム記録媒体に集光する光学系とを備え、変調器以外の構成は第１の実施の形態と同様であるので、図示及びその説明を省略し、第１の実施の形態と異なる点についてのみ以下詳細に説明する。
【００４８】
本記録再生装置は、多数個のパルス光により、独立した１つのホログラムを記録し、例えば、４パルスで１ホログラムを記録し、その後の多重記録でパルス数を変える。固体レーザを基本としたＳＨＧでは、レーザビームの出力を向上させることは難しいが、レーザビームを単一変調してＡＯ変調器で切り替えると、容易に記録エネルギーを変化させることができる。
【００４９】
図７は、本発明の第２の実施の形態における記録再生装置のパルス記録を説明する模式図である。図７に示すように、変調器８としてＡＯ変調器を用い、変調器８を図１に示すミラー５の後段に配置する。変調器８は、ミラー５を透過したパルス列ＰＬを変調して図３に示すビームエキスパンダ２２へ出力する。変調器８は、２００ＭＨｚまでの高速変調が可能なため、パルス数を自由に選択可能となる。本実施の形態では、消光比の良い回折光側を使用することとした。変調器８は、パルス列ＰＬのうち４個のパスルを１組とする１ホログラム用パルス列ＰＵを選択して１ホログラムに照射し、角度を変更した後、次の４個のパルスからなる１ホログラム用パルス列ＰＵを選択する。当然、位置を変更した後、パルス列を選択することも可能である。
【００５０】
一般に、ホログラム記録媒体は、多重度を増していくと、エネルギー増加が必要なため、パルス数を増加させることが重要である。その際、パルス列は繰り返し時間が一定な単一パルス列であるため、ホログラム記録媒体の回転速度も連動して変化させることが効果的である。特に、シフト多重記録の場合は、多重度が変化している書き込み初期では、速度を可変し、多重度が一定の領域では、一定速度にすることも、効果が大きい。
【００５１】
上記のように、本実施の形態では、複数個のパルスで１ホログラムを記録しているので、コヒーレント光源のパワーが小さい場合でも、１ホログラムに対する記録エネルギーを増加させることができ、ホログラムを確実に多重記録することができる。また、変調器８は、任意の個数のパルスを１ホログラム用パルス列として選択して出力することができるので、パルス数を変更することによりパワーを変更することができ、感度の異なる種々のホログラム記録媒体にホログラムを確実に記録することができる。
【００５２】
［第３の実施の形態］
上記第１および第２の実施の形態においては、コヒーレント光源をパルス動作させたが、本実施の形態では、コヒーレント光源を連続発振（ＣＷ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ  Ｏｓｃｉlｌａｔｉｏｎ）動作させる構成について説明する。本実施の形態による記録再生装置の構成は、第１の実施の形態と同様であるので、図示及びその説明を省略し、第１の実施の形態と異なる点についてのみ以下詳細に説明する。
【００５３】
本実施の形態に用いられるコヒーレント光源は、固体レーザとしてＮｄ：ＹＶ０４を、波長変換素子としてＫＴＰ結晶を用いた。コヒーレント光源の波長は、５３２．１ｎｍであり、スペックル多重方式で記録を行い、５００ＧＢの記録に成功した。この結果、本実施の形態でも、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができた。
【００５４】
また、本実施の形態では、コヒーレント光源の出力として、２００ｍＷを用いた。このコヒーレント光源の出力は、１０ｍＷ以上でかつ２００ｍＷ以下であれば良い。２００ｍＷを越えると、放熱のための部分が巨大になり、光ヘッド部分にコヒーレント光源を搭載できず、一方、１０ｍＷ未満では、ホログラム記録媒体への記録レートが低速になり、実用的ではないからである。
【００５５】
［第４の実施の形態］
次に、第４の実施の形態として、半導体レーザを用いたホログラム記録再生を行うための構成について説明する。図８は、本発明の第４の実施の形態の記録再生装置に用いられるコヒーレント光源の構成を示す模式図である。
【００５６】
図８に示すコヒーレント光源４１では、半導体レーザ５５としては、活性層領域と、ＤＢＲ領域と、位相調整領域とを有する出力１００ｍＷ、波長４０７ｎｍのＧａＮ系波長可変ＤＢＲ半導体レーザが用いられる。そして、ＤＢＲ領域と位相調整領域とに一定の比率で電流を注入することにより、基本波光の波長を変化させることができる。
【００５７】
１００ｍＷのレーザ出力の半導体レーザ（波長可変ＤＢＲ半導体レーザ）５５のＤＢＲ領域及び位相調整領域への注入電流量を制御することにより、発振波長が可変でき、波長が４０７ｎｍに固定される。４０７ｎｍの波長はディテクタ５３で検知されている。ディテクタ５３には、回折格子とフォトダイオードとが装備され、特定の波長を検出できる構成となっている。
【００５８】
また、半導体レーザ５５は、ＲＦ重畳モジュール５７により高周波信号が印加されてＲＦ重畳されており、図９に示すように、ＣＷ時のレーザスペクトル（波長）Ｓ３の波長幅が拡大されてＲＦ重畳時のレーザスペクトル（波長）Ｓ４となり、発振のスペクトルが広げられている。本実施の形態では、発振レーザ光の波長半値幅は０．０５ｎｍであった。
【００５９】
半導体レーザ５５およびディテクタ５３は、サブマウント６０上に固定され、全体がパッケージ５０内に搭載される。波長４０７ｎｍのレーザ光５６は、パッケージ５０の窓５１を通過し、外部に取り出される。
【００６０】
次に、本実施の形態の記録再生装置について説明する。本記録再生装置は、図８に示すコヒーレント光源４１をレーザ光源として用い、角度多重記録方式の光ディスク光学系を用いている。本記録再生装置の構成は、基本的には第１の実施の形態と類似構成であるが、光学系を傾けて角度多重を行う点が異なり、その他の点は、第１の実施の形態と同様であるので、図示及びその説明を省略し、第１の実施の形態と異なる点についてのみ以下詳細に説明する。
【００６１】
本実施の形態では、厚みが約１．５ｍｍ程度のホログラム記録媒体を用いた。参照光のＮＡが０．６のとき、約１５μｍ間隔でホログラムの多重が可能となる。このとき実現される記録密度は、３００Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ２となり、１２ｃｍディスク容量に換算して４００ＧＢである。
【００６２】
ホログラム記録再生を行う際に、コヒ−レント光源４１の発振波長半値幅Δλが、実質的なホログラムサイズＳと、実質的な参照光と信号光との交差角θと、コヒーレント光源４１の発振波長λとを用いて、Δλ＜λ２／（Ｓ×２ｓｉｎθ）となる関係にあることが望ましい。本実施の形態では、ホログラムサイズＳは３ｍｍ、波長λは４０７ｎｍ、交差角θは３０度であるので、発振波長半値幅Δλは０．０６ｎｍ以下であることが必要となる。
【００６３】
一方、ホログラム記録光学系の光路長をｔとすると、Δλ＞λ２／２ｔなる関係にあるコヒーレント光源が有効である。この場合、不要反射光による不要な干渉縞を生じさせず、ノイズが少ない信号再生ができるとともに、防振台等の特殊な大型機器を用いることなく、小型の記録再生装置を実現することができる。本実施の形態では、ホログラム記録光学系の光路長ｔが５ｍｍであるので、発振波長半値幅Δλは０．０３ｎｍ以上となる。
【００６４】
上記２つの条件から、本実施の形態では、発振波長半値幅Δλの範囲は、０．０３ｎｍ以上でかつ０．０６ｎｍ以下となり、半導体レーザ５５にＲＦ重畳することにより、発振波長半値幅Δλが０．０５ｎｍとなり、上記の条件を満たしている。
【００６５】
なお、本実施の形態では、発振波長として４０７ｎｍを用いたが、この例に特に限定されず、コヒーレント光源として、発振波長が４０３ｎｍ以上かつ４１５ｎｍ以下で波長ロックされた半導体レーザを用いることが好ましい。特に、ＧａＮ半導体レーザでは、Ｉｎを入れて発振波長を長くした場合、結晶性が悪くなって発振の閾値が大きくなり、特性が悪化するが、４１５ｎｍ以下の波長であれば、信頼性も良く、特性も良好である。一方、４０３ｎｍ未満では、エネルギーが大きくなってしまい、ホログラム記録再生に使用する光学部品の劣化及び有機物付着が発生し、好ましくない。
【００６６】
また、本実施形態では、コヒーレント光源４１の出力として１００ｍＷを用いたが、この例に特に限定されず、１０ｍＷ以上かつ２００ｍＷ以下であれば良い。２００ｍＷを超えると、シングルモード発振のレーザではＧａＮ活性層の短面の劣化が発生し、寿命が確保できない。一方、１０ｍＷ未満では、ホログラム記録媒体への記録レートが低速になり、実用的ではない。
【００６７】
上記の各コヒーレント光源では、基本波の波長をあらかじめ決めておくことにより、コヒーレント光源を操作して基本波の波長を異なる記録再生装置間で同一にすることが可能である。したがって、ホログラムメモリなどの絶対波長を必要とするものの光源として用いた場合、波長を完全に固定することができる。また、ＳＨＧ、Ｑスイッチ、ＲＦ重畳等することにより、コヒーレント光源の発振波長幅も、光学系での余分な干渉によるノイズを受けることなく、かつホログラム媒体中でのコヒーレンス性が保持されている領域に設定することが可能である。
【００６８】
この結果、上記各実施の形態では、ある記録再生装置で記録したホログラム記録媒体に対し、他の記録再生装置での再生が可能であり、その実用的効果は大きい。このように、１ホログラムへの記録エネルギーが同一だけでなく、パルス幅およびピーク出力が異なる記録再生装置間で同一であるため、非線形性を有するホログラム記録媒体においても、装置間互換性を保つことができる。
【００６９】
本発明の一局面に従う記録再生装置は、コヒーレント光源と、前記コヒーレント光源から出射される光を分割して生成した信号光及び参照光をホログラム記録媒体に集光してホログラムを記録するホログラム記録光学系とを備え、前記ホログラム記録媒体にホログラムの記録又は再生を行う際に、前記コヒ−レント光源の発振波長半値幅Δλは、前記ホログラム記録光学系の参照光の光路長をｔ、前記コヒーレント光源の発振波長をλとしたとき、Δλ＞λ２／２ｔなる関係を満たすものである。
【００７０】
この記録再生装置においては、迷光が発生した場合でも、この迷光による不要な干渉縞の発生を抑制してホログラムを安定に記録及び再生することができる。
【００７１】
前記発振波長半値幅Δλは、前記ホログラム記録媒体の実質的なホログラムのサイズをＳ、前記ホログラム記録光学系から前記ホログラム記録媒体に照射される参照光と信号光との実質的な交差角をθ、前記コヒーレント光源の発振波長をλとしたとき、さらに、Δλ＜λ２／（Ｓ×２ｓｉｎθ）なる関係を満たすことが好ましい。
【００７２】
この場合、信号光と参照光との干渉縞を安定に記録することができるとともに、不要反射光による不要な干渉縞を生じさせないため、ホログラムを安定に記録及び再生することができる。
【００７３】
本発明の他の局面に従う記録再生装置は、コヒーレント光源と、前記コヒーレント光源から出射される光を分割して生成した信号光及び参照光をホログラム記録媒体に集光してホログラムを記録するホログラム記録光学系とを備え、前記ホログラム記録媒体にホログラムの記録又は再生を行う際に、前記コヒ−レント光源の発振波長半値幅Δλは、前記ホログラム記録媒体の実質的なホログラムのサイズをＳ、前記ホログラム記録光学系から前記ホログラム記録媒体に照射される参照光と信号光との実質的な交差角をθ、前記コヒーレント光源の発振波長をλとしたとき、Δλ＜λ２／（Ｓ×２ｓｉｎθ）となる関係を満たすものである。
【００７４】
この記録再生装置においては、信号光と参照光とによる干渉縞を安定に記録することができ、ホログラムを確実に記録することができる。
【００７５】
また、上記の記録再生装置においては、不要反射光による不要な干渉縞を生じさせず、ノイズが少ない信号再生ができるとともに、防振台等の特殊な大型機器を用いることなく、小型の記録再生装置を実現することができる。
【００７６】
前記コヒーレント光源の発振波長は、５３２．１ｎｍであることが好ましい。この場合、発振波長を異なる記録再生装置間で同一にすることができるので、非線形性を有するホログラム記録媒体においても、装置間互換性を保つことができる。
【００７７】
前記コヒーレント光源は、Ｑスイッチにより波長幅を制御することが好ましい。この場合、Ｑスイッチにより波長幅を制御しているので、コヒーレント光源の発振波長幅を、光学系での余分な干渉によるノイズを受けることなく、かつホログラム媒体中でのコヒーレンス性が保持されている領域に設定することができ、非線形性を有するホログラム記録媒体においても、装置間互換性を保つことができる。
【００７８】
前記コヒーレント光源は、ＳＨＧにより波長幅を制御するようにしてもよい。この場合、ＳＨＧにより波長幅を制御しているので、コヒーレント光源の発振波長幅を、光学系での余分な干渉によるノイズを受けることなく、かつホログラム媒体中でのコヒーレンス性が保持されている領域に設定することができ、非線形性を有するホログラム記録媒体においても、装置間互換性を保つことができる。
【００７９】
前記コヒーレント光源は、発振波長が４０３ｎｍ以上かつ４１５ｎｍ以下で波長ロックされた半導体レーザを含むことが好ましい。この場合、発振波長を異なる記録再生装置間で同一にすることができるので、非線形性を有するホログラム記録媒体においても、装置間互換性を保つことができる。
【００８０】
前記コヒーレント光源は、ＲＦ重畳により波長幅を制御することが好ましい。この場合、ＲＦ重畳により波長幅を制御しているので、コヒーレント光源の発振波長幅を、光学系での余分な干渉によるノイズを受けることなく、かつホログラム媒体中でのコヒーレンス性が保持されている領域に設定することができ、非線形性を有するホログラム記録媒体においても、装置間互換性を保つことができる。
【００８１】
前記半導体レーザは、ＤＢＲ半導体レーザであることが好ましい。この場合、位相調整領域とＤＢＲ領域とへの注入電流を同時に変化させることにより、連続的に発振波長を変化させることができるので、発振波長を所望の波長に設定することができる。
【００８２】
前記コヒーレント光源の平均出力は、１０ｍＷ以上かつ２００ｍＷ以下であることが好ましい。１０ｍＷ未満では、ホログラム記録媒体への記録レートが低速になり、実用的ではなく、一方、２００ｍＷを越えると、放熱のための部分が巨大になり、光ヘッド部分にコヒーレント光源２１を搭載できなくなるからである。
【００８３】
前記コヒーレント光源のパルス出力時のピーク出力は、１０Ｗ以上かつ２００Ｗ以下であることが好ましい。１０Ｗ未満では、感度的に使用できるホログラム記録材料がなくなり、一方、２００Ｗを越えると、コヒーレント光源が放熱部を含めて巨大になり、小型の記録再生装置を実現できないためである。
【００８４】
前記コヒーレント光源のパルス出力時の繰り返し周波数は、１００Ｈｚ以上かつ１０ｋＨｚ以下であることが好ましい。１００Ｈｚ未満の周波数では、転送速度が遅くなり、実用的ではなく、一方、１０ｋＨｚを越えると、記録出力が不足してしまうためである。
【００８５】
前記コヒーレント光源は、Ｑスイッチにより波長幅を制御し、前記コヒーレント光源のパルス出力時の繰り返し周波数は、１．５ｋＨｚ以上かつ５ｋＨｚ以下であることが好ましい。この場合、安定に受動Ｑスイッチすることができる。
【００８６】
前記コヒーレント光源のパルス出力のパルス幅は、０．１μs以上かつ１０μs以下であることが好ましい。１０μs以下では、ホログラム記録媒体の回転中に、あたかも静止しているごとく、瞬時にホログラムを記録することができ、一方、０．１μs未満では、総エネルギーが足りず、ホログラムを記録できないためである。
【００８７】
前記コヒーレント光源は、パルス光を出力し、前記コヒーレント光源から出力される複数個のパルス光により独立した１つのホログラムを記録することが好ましい。この場合、コヒーレント光源のパワーが小さい場合でも、１ホログラムに対する記録エネルギーを増加させることができ、ホログラムを確実に多重記録することができる。
【００８８】
前記コヒーレント光源は、ホログラムとホログラムとの間で出射光を停止させる場合、０を越える所定の値に光出力を保持することが好ましい。この場合、コヒーレント光源のスペクトルを安定させることができ、ホログラムをより確実に記録することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明は、光源波長が一定であり、また波長幅も最適な短波長コヒーレント光源を用いた互換可能な記録再生装置を提供するものであり、産業上有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の第１の実施の形態の記録再生装置に用いられるコヒーレント光源の構成を示す模式図である。
【図２】図１に示すコヒーレント光源から発生されるパルスを示す模式図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における記録再生装置の構成を示す模式図である。
【図４】実質的なホログラムサイズを説明するための模式図である。
【図５】ＳＨＧによる波長幅制御を説明するための模式図である。
【図６】図１に示す半導体レーザの光出力と駆動電流との関係を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態における記録再生装置のパルス記録を説明する模式図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態の記録再生装置に用いられるコヒーレント光源の構成を示す断面図である。
【図９】ＲＦ重畳による波長幅制御を説明するための模式図である。
【図１０】従来技術におけるホログラム記録再生装置の概略構成図である。
【図１１】従来技術におけるＳＨＧデバイスを用いたＳＨＧ青色光源の概略構成図である。
【図１】
0005107028.tif 000002
【図２】
0005107028.tif 000003
【図３】
0005107028.tif 000004
【図４】
0005107028.tif 000005
【図５】
0005107028.tif 000006
【図６】
0005107028.tif 000007
【図７】
0005107028.tif 000008
【図８】
0005107028.tif 000009
【図９】
0005107028.tif 000010
【図１０】
0005107028.tif 000011
【図１１】
0005107028.tif 000012