專利名稱：相干光源及使用了該相干光源的記錄再生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用相干光進行全息記錄的適用于光信息領(lǐng)域的裝置。
背景技術(shù)：
為了實現(xiàn)光盤的高密度化及光測量的高精度化，需要小型的短波長光源。尤其是，利用全息的記錄再生方式，由于可以達到100Gbit/inch2級的記錄密度，作為新一代的高密度光盤而倍受矚目。圖10表示了以往提出的全息光信息記錄再生裝置的概略結(jié)構(gòu)。該記錄再生裝置，使用移位多重(shift-multiplexed)記錄方式的光盤光學系統(tǒng)。
從作為相干光源的激光光源(圖示省略)發(fā)射出的激光射束被分為2束后，其中之一的射束，通過空間光調(diào)制器(以下記為“SLM”)113后，由傅立葉變換透鏡116聚光在全息記錄媒體115中，成為信號光110。分出的另一射束，經(jīng)聚光透鏡117被轉(zhuǎn)換為適當?shù)纳涫睆胶螅鳛閰⒄展?11照射在全息記錄媒體115中與信號光110相同的位置上。全息記錄媒體115，具有在2片玻璃基板間封裝光敏聚合物(photopolymer)等全息媒體的結(jié)構(gòu)，記錄信息光110和參照光111的干涉條紋。再生所記錄的信號時，僅將參照光111照射到全息記錄媒體115上，由全息衍射的再生光112，通過傅立葉變換透鏡118后，由CCD元件114受光。
在使用了全息的記錄再生裝置中，由于全息記錄媒體115的厚度約為1mm左右厚，干涉條紋作為厚光柵、即布拉格光柵(bragg grating)被記錄，因此可以進行角度多重記錄。在圖10的記錄再生裝置中，為進行移位多重記錄，可通過替代改變參照光111的入射角而移動球面波參照光111的照射位置，來實現(xiàn)角度多重。即，在使全息記錄媒體115在其面內(nèi)稍微轉(zhuǎn)動，移動記錄位置時，通過全息媒體各部分所感知的參照光111的入射角的微小變化，來進行多重記錄。
全息媒體的厚度為1mm的情況下，由再生信號強度規(guī)定的角度選擇性為，半值全幅(FWHM(full width at half maximum))為0.014度，參照光的NA為0.5時，可以約20μm的間隔進行全息的多重。此時實現(xiàn)的記錄密度為200Gbit/inch2，換算成12cm盤的容量則為300GB。
由于布拉格光柵即具有角度選擇性又具有波長選擇性，因此需要控制記錄·再生時的光源波長。該全息媒體上光柵的波長選擇性為0.2nm。
為實現(xiàn)如上所述的高密度光信息記錄再生裝置，小型穩(wěn)定的激光光源和可進行多重記錄的記錄媒體成為重要的技術(shù)。
圖11表示作為穩(wěn)定光源的典型例的使用了光波導管(optical waveguide)型QPM-SHG裝置的SHG藍色光源的概略結(jié)構(gòu)(例如，參照專利文獻1)。如圖11所示，作為半導體激光器101，使用的是具有分布布拉格反射器(以下記為“DBR”)區(qū)域的波長可變的DBR半導體激光器。波長可變DBR半導體激光器101，是波長為850nm的100mW級AlGaAs系列的波長可變DBR半導體激光器，包括活性層區(qū)域、相位調(diào)整區(qū)域和DBR區(qū)域。通過使相位調(diào)整區(qū)域和DBR區(qū)域的注入電流同時變化，可以連續(xù)地改變振蕩波長。
從半導體激光器101發(fā)出的基本波P1，在可變換波長的SHG(二次諧波產(chǎn)生(SecondHarmonic Generation))裝置102中被變換為半波長，作為高次諧波P2輸出。半導體激光器101和SHG裝置102，被固定在基座(submount)160上，全體裝載在殼體(package)150內(nèi)。波長為425nm的高次諧波P2通過殼體150的窗口151，到達外部。
如上所述、在使用了全息的記錄再生裝置中，所記錄的衍射圖案(diffraction pattern)隨著光的入射方向及波長而變化。為此，記錄時的光的波長和再生時的光的波長若有不同，會引起串擾(crosstalk)信號的增加及信號光強度的下降。
此外、全息記錄媒體115的信息，作為來自所記錄的干涉條紋的布拉格衍射光而被再生。為了以足夠的光量再生全息記錄媒體115的信息，必須滿足布拉格條件。即、必須將參照光射束對全息媒體的入射角度和參照光射束的波長分別調(diào)整為最佳值。
例如、若假定是全息媒體的厚度為1mm，光源的波長為515nm，干涉條紋的周期為0.5μm的系統(tǒng)，則對于以衍射效率減半時的波長值定義的參照光射束的波長，布拉格條件的允許范圍是515nm±0.2nm。
此外、在使用了全息的記錄再生裝置中，由于通過信號光和參照光的干涉來記錄全息，因此在光學系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生不需要的反射光即雜散光(stray light)時，會產(chǎn)生該雜散光引起的不需要的干涉條紋，從而無法穩(wěn)定地記錄或再生全息。在此情況下，雖然可以在防震臺上等配置精密的光學系統(tǒng)來消除上述雜散光，但會使記錄再生裝置大型化，無法實現(xiàn)小型的記錄再生裝置。
專利文獻1日本專利公開公報特開2002-204023號

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種即使在產(chǎn)生雜散光時，也可以抑制由該雜散光所引起的不需要的干涉條紋的產(chǎn)生，穩(wěn)定地記錄和再生全息的相干光源以及使用了該光源的小型的記錄再生裝置。
本發(fā)明所提供的相干光源，在進行全息的記錄或再生時，相干光源的振蕩波長半值幅Δλ，當設(shè)全息記錄光學系統(tǒng)的光路長為t、上述相干光源的振蕩波長為λ時，滿足Δλ＞λ2/2t的關(guān)系。
本發(fā)明所提供的記錄再生裝置，包括上述的相干光源，和將由上述相干光源射出的光聚光在全息記錄媒體上的光學系統(tǒng)。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，即使在產(chǎn)生了雜散光時，亦可抑制該雜散光所引起的不需要的干涉條紋的產(chǎn)生，穩(wěn)定地記錄和再生全息，從而實現(xiàn)小型化的記錄再生裝置。


圖1是在本發(fā)明第1實施例的記錄再生裝置中所使用的相干光源的結(jié)構(gòu)模式圖。
圖2是圖1所示的相干光源產(chǎn)生的脈沖的模式圖。
圖3是本發(fā)明第1實施例的記錄再生裝置的結(jié)構(gòu)模式圖。
圖4是用于說明實質(zhì)的全息尺寸的模式圖。
圖5是用于說明SHG的波長幅度控制的模式圖。
圖6是圖1所示的半導體激光器的光輸出和驅(qū)動電流的關(guān)系示意圖。
圖7是說明本發(fā)明第2實施例的記錄再生裝置的脈沖記錄的模式圖。
圖8是在本發(fā)明第4實施例的記錄再生裝置中所使用的相干光源的結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖9是用于說明由RF疊加控制波長幅度的的模式圖。
圖10是以往技術(shù)中的全息記錄再生裝置的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖11是以往技術(shù)中使用了SHG裝置的SHG藍色光源的概略結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
(第1實施例)圖1是在本發(fā)明第1實施例的記錄再生裝置中所使用的相干光源的結(jié)構(gòu)模式圖。如圖1所示，相干光源21中，以輸出為1W、波長為810nm的AlGaAs系列半導體激光器1作為激勵用光源(excitation light source)；作為基本波產(chǎn)生用光源而使用的固體激光器3，則使用添加Nd的YAG(Nd:YAG)(摻釹釔鋁石榴石)。該半導體激勵的固體激光經(jīng)SHG(Second Harmonic Generation)裝置2變換波長后作為光源。
作為具有波長變換功能的SHG裝置，使用準相位匹配(quasi phase matching)(以下記為“QPM”)方式的體類型(bulk type)SHG裝置2。SHG裝置2可通過準相位匹配，利用較大的非線性光學常數(shù)。此外，SHG裝置2由于是光波導管，可以有較長的相互作用長度，故可實現(xiàn)較高的轉(zhuǎn)換效率。SHG裝置2，包含在摻入MgO的LiNbO3(摻鎂鈮酸鋰)(MgO-doped LiNbO3)的基板上形成的周期性的極化反轉(zhuǎn)區(qū)域。周期性的極化反轉(zhuǎn)區(qū)域，通過在Z板的MgO涂層上形成梳狀電極，并施加電場而制成。
半導體激光器1與固體激光器3結(jié)合，SHG裝置2配置在固體激光器3的諧振器內(nèi)部。該諧振器，由蒸鍍在固體激光器3上的反射膜6和透鏡5而形成。透鏡5，相對SHG輸出9被涂有無反射涂層。此外，諧振器內(nèi)插入有Cr:YAG的過飽和吸收體4?；谠撨^飽和吸收體4自動產(chǎn)生Q開關(guān)(Q switch)動作，通過該Q開關(guān)的動作來控制波長幅度。上述的各光源，被一體地集成在外殼50內(nèi)，由珀爾帖(Peltier)元件進行溫度控制。相對于1W的半導體激光器1的輸出，固體激光在諧振器內(nèi)振蕩，平均為150mW的SHG光被抽出。
固體激光器的振蕩波長是固定的，被固定為SHG裝置2的相位匹配波長532.1nm。通過使用該相干光源21，可獲得平均輸出為150mW左右的波長為532.1nm的綠色光。該脈沖輸出時的重復頻率為1.5kHz，峰值輸出為75W。此外，通過選擇固體激光器的1064.2nm振蕩線(oscillation line)，可使波長穩(wěn)定在1064.2nm。此時，在作為波長變換元件的SHG裝置2的相位匹配波長允許幅度內(nèi)，可將振蕩波長固定于所希望的波長上，高次諧波的波長也完全固定在532.1nm。
如圖2所示、SHG輸出9的脈沖寬度PW用半值全幅定義、為0.7μs，脈沖峰值輸出PO為75W，重復頻率(1/重復時間T)為1.5kHz，振蕩波長半值幅(half value width)Δλ為0.05nm。此時的SHG輸出9的功率為70μJ，在經(jīng)過由光學系統(tǒng)構(gòu)成的光學頭后，以10μJ將激光射束照射到全息記錄媒體上。
圖3表示本發(fā)明第1實施例的記錄再生裝置。本記錄再生裝置，使用圖1所示的相干光源21作為激光光源，并使用移位多重記錄方式的光盤光學系統(tǒng)。從相干光源21射出的激光射束，經(jīng)擴束鏡(beam expander)22被擴大了射束直徑后，由半反射鏡(half mirror)23分割。被分出的一束射束，經(jīng)反射鏡24反射，通過空間光調(diào)制器(SLM)13后，由傅立葉變換透鏡16聚光在全息記錄媒體15上，成為信號光10。分出的另一束射束，經(jīng)聚光透鏡17被轉(zhuǎn)換成適當?shù)纳涫睆胶?，作為參照?1照射在全息記錄媒體15中與信號光10相同的位置上。全息記錄媒體15，具有在2片玻璃基板間封裝光敏聚合物等全息媒體的結(jié)構(gòu)，信息光10和參照光11的干涉條紋被記錄。全息記錄光學系統(tǒng)可包括上述的各部分等。
SLM13包括2維排列的光開關(guān)陣列，相應于被記錄的輸入信號，各光開關(guān)可獨立地開·關(guān)。例如，使用1024單元(cell)×1024單元的SLM時，可同時顯示1Mb的信息。信號光10通過SLM13時，在SLM13上顯示的1Mb信息被變換為2維光束陣列，作為干涉條紋而被記錄在全息記錄媒體15上。再生所記錄的信號時，僅將參照光11照射在全息記錄媒體15上，來自全息的衍射光作為再生光12由CCD元件114受光。作為光頭的光學系統(tǒng)可包括上述的各部分等。
在使用了全息的光記錄系統(tǒng)中，由于全息記錄媒體15的厚度約為1mm左右、干涉條紋作為厚光柵、即布拉格光柵被記錄，故可進行角度多重記錄。在圖3的記錄再生裝置中，作為替代改變參照光11的入射角，通過移動球面波參照光11的照射位置，可實現(xiàn)角度多重記錄。即、通過使全息記錄媒體15稍微轉(zhuǎn)動，在記錄位置移動時讓全息媒體各部分所感知的參照光11的入射角稍微變化，來進行多重記錄。
全息媒體的厚度為1mm的情況下，由再生信號強度規(guī)定的角度選擇性為，半值全幅為0.014度、參照光11的NA為0.5時，可以約20μm的間隔進行全息的多重。此時實現(xiàn)的記錄密度為200Gbit/inch2，換算成12cm盤的容量則為300GB。
在進行全息記錄再生時，比較理想的是相干光源21的振蕩波長半值幅Δλ，在使用實質(zhì)的全息尺寸S、參照光11與信號光10之間的實質(zhì)的交角θ、和相干光源21的振蕩波長λ時，滿足Δλ＜λ2/(S×2sinθ)的關(guān)系。其理由如下所述。
使用實質(zhì)的全息尺寸S、參照光和信號光的實質(zhì)的交角θ和波長λ，干涉條紋的周期Δ則為Δ＝λ/2sinθ，光路差d為d＝S/Δ×λ。在此，比較理想的是相干光源的相干長度L大于光路差d，由于L為λ2/Δλ，故S/Λ×λ＜λ2/Δλ，最終、比較理想的是滿足Δλ＜λ2/(S×2sinθ)的關(guān)系。在此情況下，可以穩(wěn)定地記錄信號光和參照光的干涉條紋，從而可以可靠地記錄全息。在本實施例中，由于全息尺寸S為3mm，波長λ為532nm，交角θ為30度，因此振蕩波長半值幅Δλ須在0.1nm以下。
作為上述實質(zhì)的全息尺寸S，在參照光和信號光通過設(shè)有規(guī)定的透過孔的遮光板照射在全息記錄媒體15上時，相當于透過孔的直徑。此外，如圖4所示，在具有全息媒體15a被封裝在2片玻璃基板15b、15c之間的結(jié)構(gòu)的全息記錄媒體15上，照射參照光11和信號光10，記錄全息15d時，全息15d的玻璃基板15b、15c側(cè)的長度S1為實質(zhì)的全息尺寸S。另外，實質(zhì)的全息尺寸S并不限于上述之例，亦可取全息15d中心部的長度S2作為實質(zhì)的全息尺寸S，或取S1和S2的中間長度(S1+S2)/2作為實質(zhì)的全息尺寸S。
另一方面，若設(shè)全息記錄光學系統(tǒng)的光路長為t時，滿足Δλ＞λ2/2t關(guān)系的相干光源較為有效。其理由是，再生時，作為布拉格(Bragg)寬度變得足夠小的條件，希望相干長度L在光路長t的2倍以下。在此情況下，既不會產(chǎn)生不需要的反射光所引起的不需要的干涉條紋，可進行噪聲低的信號再生，又無需使用防震臺等特殊的大型機構(gòu)，可實現(xiàn)小型的記錄再生裝置。另外，將滿足上述條件的激光射束用于治療用(cure)射束時，也不會產(chǎn)生干涉條紋。
上述條件可導致以滿足L＜2t、即Δλ＞λ2/2t的關(guān)系為特征的光源。在本實施例中，由于全息記錄光學系統(tǒng)的光路長t為15mm，故振蕩波長半值幅Δλ為0.01nm以上。此外，全息記錄光學系統(tǒng)的光路長t是指，將各透鏡部分中激光的射入位置和激光的射出位置之間的長度，用內(nèi)部折射率修正后的值。
根據(jù)上述2個條件，比較理想的是振蕩波長半值幅Δλ滿足λ2/2t＜Δλ＜λ2(S×2sinθ)的關(guān)系。在此情況下，由于既可以穩(wěn)定地記錄信號光和參照光的干涉條紋，又不會產(chǎn)生不需要的反射光所引起的不需要的干涉條紋，因此可以穩(wěn)定地記錄和再生全息。在本實施例中，振蕩波長半值幅Δλ的范圍在0.01nm以上且0.1nm以下，通過Q開關(guān)，振蕩波長半值幅Δλ擴大到0.05nm，滿足上述條件。
此外，作為記錄再生裝置，比較理想的是，相干光源21的脈沖輸出時的重復頻率在100Hz以上且10kHz以下。因為不到100Hz的頻率時，傳送速度慢而不實用，另一方面，超過10kHz時，則記錄輸出不足。在本實施例中，作為相干光源21的脈沖輸出時的重復頻率，使用了1.5kHz。此時，可以20mm/s的速度進行20μm的逐步記錄(step recording)。
此外、過飽和吸收體4的被動Q開關(guān)的頻率，較為理想的是在1.5kHz以上且5kHz以下。這是由于，固體激光器的緩和振動頻率會引起Q開關(guān)不穩(wěn)定的問題，但在上述范圍中，可以最穩(wěn)定地進行被動Q開關(guān)。
此外、相干光源21的脈沖輸出的脈沖寬度，較為理想的是在0.1μs以上且10μs以下。因為10μs以下時，在全息記錄媒體15的轉(zhuǎn)動中，如同靜止一樣，可以瞬時記錄全息，另一方面，不到0.1μs時，總能量則不夠，無法記錄全息。
此外、相干光源21的脈沖輸出時的平均輸出，較為理想的是在10mW以上且200mW以下。因為不到10mW時，對全息記錄媒體15的記錄速率變低，不實用，另一方面，超過200mW時，用于散熱的部分則變大，無法在光學頭部分裝載相干光源21。
此外、相干光源21的脈沖輸出時的峰值輸出，較為理想的是在10W以上且200W以下。因為不到10W時，就靈敏度而言沒有可以使用的全息記錄材料，另一方面，超過200W時，由于半導體激光器1的平均輸出達到3W，投入電力則達到6W，其差值的3W轉(zhuǎn)變?yōu)闊岫M行發(fā)熱，因此相干光源21要包含散熱部而變得巨大，無法實現(xiàn)小型的記錄再生裝置。
在本實施例中，由于模塊溫度(module temperature)即半導體激光器1和SHG裝置2的溫度是通過珀爾帖元件而被穩(wěn)定化的，因此不僅基本上沒有相位匹配波長的變化，還可以穩(wěn)定地獲得光輸出。
如此、在本實施例中，只要預先決定基本波的波長，通過選擇添加Nd的YAG的振蕩線，就可以使基本波的波長在不同的記錄再生裝置間保持一致。其結(jié)果、在作為象全息存儲器(hologram memory)等那樣的需要絕對波長的裝置的光源來使用時，可以固定波長。
此外、由于通過Q開關(guān)可使用頻譜波動(spectrum fluctuation)，因此相干光源的振蕩波長幅度也可以設(shè)定在不受光學系統(tǒng)中多余干涉引起的噪聲影響、可保持全息媒體中的相干性的區(qū)域內(nèi)。
其結(jié)果、對于用某記錄再生裝置記錄的全息記錄媒體，可以用其它記錄再生裝置進行再生，其實用價值很大。此外，在本實施例中，因為不僅僅對1個全息的記錄能量是相同的，而且在脈沖寬度及峰值輸出不同的記錄再生裝置間也是相同的，這樣即使是具有非線型性的全息記錄媒體，亦可保持裝置間的兼容性。
另外、在本實施例中，雖使用Cr:YAG作為過飽和吸收體，但并不限定于此，半導體材料也同樣有效。此外，不使用被動Q開關(guān)，而使用插入EO調(diào)制器的外部Q開關(guān)亦無不可。
此外、在本實施例中，是由Q開關(guān)來控制波長幅度的，但并不特別限定于此例，亦可由SHG來控制波長幅度。如圖5所示，固體激光器的基本波頻譜(波長)S1，通過SHG裝置時，可以根據(jù)波長變換允許幅度W變換為基本波頻譜(波長)S2，任意控制波長幅度。SHG裝置，例如可以使用準相位匹配方式的體類型SHG裝置。在該準相位匹配方式中，為防止所產(chǎn)生的SHG在行進方向上被抵消，使用周期性的極化反轉(zhuǎn)區(qū)域。因此，相對于入射的固定激光器的波長具有波長變換允許幅度。該波長變換允許幅度，與SHG裝置的長度成反比，可以通過調(diào)整SHG裝置的長度來改變波長幅度。
具體而言、體類型SHG裝置的波長變換允許幅度，在長度為10mm的晶體時為0.21nm，而在長度為30mm的晶體時為0.07nm。由此，擴大至1nm的固定激光器的振蕩波長，在通過具有0.07nm波長變換允許幅度的SHG裝置時，變換為具有0.07nm波長幅度的振蕩波長，可實現(xiàn)具有0.07nm波長幅度的相干光源。如此、通過具有指定的波長變換允許范圍的SHG裝置，可實現(xiàn)具有目標波長幅度的相干光源。
此外、在本實施例中，連續(xù)記錄全息時，在全息與全息之間，雖然是通過停止從相干光源21射出的激光而使光輸出為0的，但并不局限于此，較為理想的是，讓相干光源21的光輸出保持在超過0的規(guī)定值上。此時，可使相干光源21的激光頻譜穩(wěn)定化，可以更加準確地記錄全息。
圖6是圖1所示的半導體激光器1的光輸出和驅(qū)動電流的關(guān)系示意圖。如圖6所示，半導體激光器1的光輸出，具有在驅(qū)動電流超過閥值Lth后急劇增加的特性，在記錄全息時，半導體激光器1通過工作電流Lop而受驅(qū)動。在具有如上特性的半導體激光器1中，較為理想的是，在全息與全息之間停止激光的射出時，不使半導體激光器1的驅(qū)動電流為0，而以Lop/1000以上且至Lth或其附近為止的范圍內(nèi)的驅(qū)動電流來驅(qū)動半導體激光器1，更為理想的是，保持在閥值Lth的附近。在此情況下、由于半導體激光器1的激光頻譜的穩(wěn)定化，因此相干光源21的激光頻譜穩(wěn)定化，從而可以連續(xù)可靠地記錄全息。
(第2實施例)以下、作為本發(fā)明的第2實施例，對進行脈沖列記錄的記錄再生裝置進行說明。本實施例的記錄再生裝置，包括相干光源，對相干光源射出的脈沖列進行調(diào)制的調(diào)制器，和將調(diào)制器射出的脈沖光聚光在全息記錄媒體上的光學系統(tǒng)，因調(diào)制器以外的結(jié)構(gòu)與第1實施例相同，故省略圖示及其說明，以下僅對與第1實施例的不同點進行詳細說明。
本記錄再生裝置，以多個脈沖光記錄1個獨立的全息，例如，用4個脈沖記錄1個全息，在其后的多重記錄再改變脈沖數(shù)。以固體激光器為基礎(chǔ)的SHG，雖然難以提高激光射束的輸出，但如果對激光射束進行單一調(diào)制并用AO調(diào)制器進行切換，則可以容易地改變記錄能量。
圖7是說明本發(fā)明第2實施例的記錄再生裝置的脈沖記錄的模式圖。如圖7所示，使用AO調(diào)制器作為調(diào)制器8，將調(diào)制器8配置在圖1所示的透鏡5之后。調(diào)制器8，對透過透鏡5的脈沖列PL進行調(diào)制，向圖3所示的擴束器22輸出。調(diào)制器8，由于可以進行至200MHz為止的高速調(diào)制，因此可以自由地選擇脈沖數(shù)。在本實施例中，使用了消光比良好的衍射光一側(cè)。調(diào)制器8，從脈沖列PL中選擇以4個脈沖為1組的1個全息用脈沖列PU照射在1個全息上，在改變角度后，選擇下4個脈沖組成的1個全息用脈沖列PU。當然，在改變位置后，也可以選擇脈沖列。
一般而言、全息記錄媒體如要增加多重度則須增加能量，因此使脈沖數(shù)增加非常重要。此時，由于脈沖列的重復時間為一定的單一脈沖列，因此使全息記錄媒體的轉(zhuǎn)速也相應地變化是很有效的。特別是移位多重記錄時，在多重度變化的刻錄初期，使速度可變、在多重度為一定的區(qū)域，保持一定的速度也非常有效。
如上所述、在本實施例中，由于用數(shù)個脈沖記錄1個全息，因此即使相干光源的功率較小時，也能夠增加對1個全息的記錄能量，從而能夠可靠地對全息進行多重記錄。此外，由于調(diào)制器8，可以選擇任意個數(shù)的脈沖作為1個全息用脈沖列進行輸出，故可通過改變脈沖數(shù)來改變功率，從而能夠在靈敏度不同的各種全息記錄媒體上可靠地記錄全息。
(第3實施例)在上述第1和第2實施例中，是使相干光源進行脈沖動作，而在本實施例中，則是使相干光源進行連續(xù)振蕩(CWContinuous Wave Oscillation)動作，下面對其結(jié)構(gòu)進行說明。本實施例的記錄再生裝置的結(jié)構(gòu)，因與第1實施例相同，故省略圖示及其說明，以下僅對與第1實施例不同之處進行詳細說明。
本實施例中使用的相干光源，用Nd:YVO4作為固體激光器、用KTP晶體作為波長變換元件。相干光源的波長為532.1nm，以散斑多重(Speckle-Multiplexed)方式進行記錄，成功實現(xiàn)了500GB的記錄。其結(jié)果，本實施例也可以取得與第1實施例相同的效果。
此外，本實施例中，作為相干光源的輸出使用了200mW。該相干光源的輸出，最好在10mW以上200mW以下。因為超過200mW時，用于散熱的部分變大，無法在光學頭部分裝載相干光源，另一方面，不到10mW時，對全息記錄媒體的記錄速率變低，則不實用。
(第4實施例)以下、作為第4實施例，對使用半導體激光器進行全息記錄再生的結(jié)構(gòu)進行說明。圖8是本發(fā)明第4實施例的記錄再生裝置中所使用的相干光源的結(jié)構(gòu)模式圖。
在圖8所示的相干光源41中，作為半導體激光器55，使用具有活性層區(qū)域、DBR區(qū)域和相位調(diào)整區(qū)域的、輸出為100mW、波長為407nm的GaN系列波長可變DBR半導體激光器。通過在DBR區(qū)域和相位調(diào)整區(qū)域中以一定的比例注入電流，可以改變基本波光的波長。
通過控制向100mW的激光輸出的半導體激光器(波長可變DBR半導體激光器)55的DBR區(qū)域和相位調(diào)整區(qū)域的注入電流，可以改變振蕩波長，將波長固定在407nm。407nm的波長由檢測器53檢測。檢測器53中裝備衍射光柵和光敏二極管，構(gòu)成能檢測出指定波長的結(jié)構(gòu)。
此外、半導體激光器55，由RF疊加模塊57施加高頻信號來進行RF疊加，如圖9所示，CW時的激光頻譜(波長)S3的波長幅度被擴大而成為RW疊加時的激光頻譜(波長)S4，振蕩的頻譜被擴大。在本實施例中，振蕩激光的波長半值幅為0.05nm。
半導體激光器55和檢測器53，固定在基座60上，全體裝載在外殼50內(nèi)。波長為407nm的激光56通過外殼50的窗口51，到達外部。
以下、對本實施例的記錄再生裝置進行說明。本記錄再生裝置，使用圖8所示的相干光源41作為激光光源，并使用角度多重記錄方式的光盤光學系統(tǒng)。本記錄再生裝置的結(jié)構(gòu)，基本上與第1實施例的結(jié)構(gòu)類似，但斜置光學系統(tǒng)以進行角度多重這點則不同，其它與第1實施例相同，故省略圖示及其說明，以下僅對與第1實施例不同之處進行詳細說明。
在本實施例中，使用厚度約1.5mm左右的全息記錄媒體。參照光的NA為0.6時，可以約15μm的間隔進行全息的多重。此時實現(xiàn)的記錄密度為300Gbit/inch2，換算成12cm盤的容量則為400GB。
在進行全息記錄再生時，比較理想的是相干光源41的振蕩波長半值幅Δλ，使用實質(zhì)的全息尺寸S、參照光11與信號光10的實質(zhì)的交角θ和相干光源41的振蕩波長λ，滿足Δλ＜λ2/(S×2sinθ)的關(guān)系。在本實施例中，由于全息尺寸S為3mm，波長λ為407nm，交角θ為30度，因此振蕩波長半值幅Δλ必須在0.06nm以下。
另一方面、若設(shè)全息記錄光學系統(tǒng)的光路長為t時，滿足Δλ＞λ2/2t關(guān)系的相干光源較為有效。在此情況下、既不會產(chǎn)生由不需要的反射光所引起的不需要的干涉條紋，可以進行噪聲低的信號再生，又無需使用防震臺等特殊的大型機構(gòu)，可實現(xiàn)小型的記錄再生裝置。在本實施例中，由于全息記錄光學系統(tǒng)的光路長t為5mm，因此振蕩波長半值幅Δλ在0.03nm以上。
根據(jù)上述2個條件，在本實施例中，振蕩波長半值幅Δλ的范圍是在0.03nm以上且0.06nm以下，通過對半導體激光器55進行RF疊加，振蕩波長半值幅Δλ為0.05nm，滿足上述條件。
另外、在本實施例中，作為振蕩波長，使用了407nm，但并不特別限定于此例，較為理想的是，作為相干光源，使用振蕩波長被波長鎖定在403nm以上且415nm以下的半導體激光器。特別是GaN半導體激光器，在加入銦(In)增大振蕩波長時，結(jié)晶性惡化、振蕩的閥值增大，特性亦發(fā)生惡化，但若是415nm以下的波長，則可靠性良好，特性亦佳。另一方面，不到403nm時，能量增大，會造成全息記錄再生時所使用的光學元件的劣化及有機物的附著，不甚理想。
此外、在本實施例中，作為相干光源41的輸出，使用了100mW，但并不特別限定于此例，在10mW以上且200mW以下即可。若超過200mW時，單模(single mode)振蕩的激光器會發(fā)生GaN活性層短邊一面的劣化，無法確保壽命。另一方面，不到10mW時，對全息記錄媒體的記錄速率變低，則不實用。
上述各相干光源，通過預先設(shè)定基本波的波長，可以操作相干光源使基本波的波長在不同的記錄再生裝置之間保持一致。由此，作為全息存儲器等的需要絕對波長的裝置的光源來使用時，可以完全固定波長。此外，通過SHG、Q開關(guān)和RF疊加等，相干光源的振蕩波長幅度也可以設(shè)定在不受光學系統(tǒng)中多余干涉的噪聲影響、可保持全息媒體中的相干性的區(qū)域內(nèi)。
其結(jié)果、在上述各實施例中，對于用某記錄再生裝置記錄的全息記錄媒體，可以用其它記錄再生裝置進行再生，其實用價值很大。如此、由于不僅僅對1個全息的記錄能量是相同，而且在脈沖寬度和峰值輸出不同的記錄再生裝置間也是相同的，因此即使是具有非線型性的全息記錄媒體，也可以保持裝置間的兼容性。
本發(fā)明所提供的一種相干光源，在進行全息的記錄或再生時，相干光源的振蕩波長半值幅Δλ，當設(shè)全息記錄光學系統(tǒng)的光路長為t、上述相干光源的振蕩波長為λ時，滿足Δλ＞λ2/2t的關(guān)系。
在此相干光源中，即使有雜散光產(chǎn)生時，也可以抑制該雜散光所引起的不需要的干涉條紋的產(chǎn)生，穩(wěn)定地記錄及再生全息。
上述的相干光源較為理想的是，上述振蕩波長半值幅Δλ，當設(shè)實質(zhì)的全息尺寸為S、參照光與信號光的實質(zhì)的交角為θ、上述相干光源的振蕩波長為λ時，進一步滿足Δλ＜λ2/(S×2sinθ)的關(guān)系。
在此情況下，由于既可以穩(wěn)定地記錄信號光和參照光的干涉條紋，又不會產(chǎn)生不需要的反射光引起的不需要的干涉條紋，因此可以穩(wěn)定地記錄及再生全息。
本發(fā)明還提供另一種相干光源，在進行全息的記錄或再生時，相干光源的振蕩波長半值幅Δλ，當設(shè)實質(zhì)的全息尺寸為S、參照光與信號光的實質(zhì)的交角為θ、上述相干光源的振蕩波長為λ時，滿足Δλ＜λ2/(S×2sinθ)的關(guān)系。
在此相干光源中，可以穩(wěn)定地記錄信號光和參照光的干涉條紋，從而可靠地記錄全息。
本發(fā)明還提供一種記錄再生裝置，包括上述的任何之一的相干光源，和將由上述相干光源射出的光聚光在全息記錄媒體上的光學系統(tǒng)。
該記錄再生裝置中，既不會產(chǎn)生不需要的反射光引起的不需要的干涉條紋，可進行噪聲低的信號再生，又無需使用防震臺等特殊的大型機構(gòu)，可實現(xiàn)小型的記錄再生裝置。
上述的記錄再生裝置較為理想的是，上述相干光源的振蕩波長，為532.1nm。在此情況下、由于能使振蕩波長在不同的記錄再生裝置間保持一致，因此即使是具有非線型性的全息記錄媒體，也可以保持裝置間的兼容性。
上述的記錄再生裝置較為理想的是，上述相干光源，通過Q開關(guān)控制波長幅度。在此情況下、由于通過Q開關(guān)控制波長幅度，因此相干光源的振蕩波長幅度可以設(shè)定在不受光學系統(tǒng)中多余干涉的噪聲影響、可保持全息媒體中的相干性的區(qū)域內(nèi)，即使是具有非線型性的全息記錄媒體，也可以保持裝置間的兼容性。
上述相干光源，亦可通過SHG控制波長幅度。在此情況下，由于通過SHG控制波長幅度，因此相干光源的振蕩波長幅度可以設(shè)定在不受光學系統(tǒng)中多余干涉的噪聲影響、可保持全息媒體中的相干性的區(qū)域內(nèi)，即使是具有非線型性的全息記錄媒體，也可以保持裝置間的兼容性。
上述的記錄再生裝置較為理想的是，上述相干光源，包含振蕩波長被波長鎖定在403nm以上且415nm以下的半導體激光器。在此情況下、由于振蕩波長能在不同的記錄再生裝置間保持一致，因此即使是具有非線型性的全息記錄媒體，也可以保持裝置間的兼容性。
上述的記錄再生裝置較為理想的是，上述相干光源，通過RF疊加控制波長幅度。在此情況下、由于通過RF疊加控制波長幅度，因此相干光源的振蕩波長幅度可以設(shè)定在，不受光學系統(tǒng)中多余干涉的噪聲影響、可保持全息媒體中的相干性的區(qū)域內(nèi)，即使是具有非線型性的全息記錄媒體，也可以保持裝置間的兼容性。
上述的記錄再生裝置較為理想的是，上述半導體激光器，是DBR半導體激光器。在此情況下、由于通過使相位調(diào)整區(qū)域和DBR區(qū)域的注入電流同時改變，可以連續(xù)地改變振蕩波長，因此可將振蕩波長設(shè)定為所希望的波長。
上述的記錄再生裝置較為理想的是，上述相干光源的平均輸出為10mW以上且200mW以下。因為不到10mW時，對全息記錄媒體的記錄速率變低，不實用，另一方面，超過200mW時，用于散熱的部分則變大，無法在光學頭部分裝載相干光源21。
上述的記錄再生裝置較為理想的是，上述相干光源脈沖輸出時的峰值輸出為10W以上且200W以下。因為不到10W時，就靈敏度而言沒有可用的全息記錄材料，另一方面，超過200W時，包含散熱部的相干光源則變得巨大，無法實現(xiàn)小型的記錄再生裝置。
上述的記錄再生裝置較為理想的是，上述相干光源脈沖輸出時的重復頻率為100Hz以上且10kHz以下。因為不到100Hz頻率時，傳送速度慢，不實用，另一方面，超過10kHz時，記錄輸出則不足。
上述的記錄再生裝置較為理想的是，上述相干光源，通過Q開關(guān)控制波長幅度，上述相干光源脈沖輸出時的重復頻率為1.5kHz以上且5kHz以下。在此情況下、可以穩(wěn)定地進行被動Q開關(guān)。
上述的記錄再生裝置較為理想的是，上述相干光源脈沖輸出的脈沖寬度為0.1μs以上且10μs以下。因為10μs以下時，在全息記錄媒體15轉(zhuǎn)動中如同靜止一樣，可以瞬時記錄全息，另一方面，不到0.1μs時，總能量則不夠，無法記錄全息。
上述的記錄再生裝置較為理想的是，上述相干光源輸出脈沖光，由上述相干光源輸出的多個脈沖光記錄1個獨立的全息。在此情況下、即使相干光源的功率較小時，也能夠增加對1個全息的記錄能量，可以可靠地對全息進行多重記錄。
上述的記錄再生裝置較為理想的是，上述相干光源，在全息和全息之間停止射出光時，將光輸出保持在超過0的規(guī)定值。在此情況下、可穩(wěn)定相干光源的頻譜，可以更為可靠地記錄全息。
產(chǎn)業(yè)上的利用可能性本發(fā)明提供一種光源波長固定、并且波長幅度亦為最佳的短波長相干光源，以及使用了該相干光源的具有兼容性的記錄再生裝置，在產(chǎn)業(yè)上具有實用價值。
權(quán)利要求
1.一種相干光源，其特征在于在進行全息的記錄或再生時，相干光源的振蕩波長半值幅Δλ，當設(shè)全息記錄光學系統(tǒng)的光路長為t、上述相干光源的振蕩波長為λ時，滿足Δλ＞λ2/2t的關(guān)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相干光源，其特征在于上述振蕩波長半值幅Δλ，當設(shè)實質(zhì)的全息尺寸為S、參照光與信號光的實質(zhì)的交角為θ、上述相干光源的振蕩波長為λ時，還滿足Δλ＜λ2/(S×2sinθ)的關(guān)系。
3.一種相干光源，其特征在于在進行全息的記錄或再生時，相干光源的振蕩波長半值幅Δλ，當設(shè)實質(zhì)的全息尺寸為S、參照光與信號光的實質(zhì)的交角為θ、上述相干光源的振蕩波長為λ時，滿足Δλ＜λ2/(S×2sinθ)的關(guān)系。
4.一種記錄再生裝置，其特征在于包括相干光源，如權(quán)利要求1至3中任一項所述；光學系統(tǒng)，將由上述相干光源射出的光聚光在全息記錄媒體上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的記錄再生裝置，其特征在于上述相干光源的振蕩波長為532.1nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的記錄再生裝置，其特征在于上述相干光源，通過Q開關(guān)控制波長幅度。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的記錄再生裝置，其特征在于上述相干光源，通過SHG控制波長幅度。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的記錄再生裝置，其特征在于上述相干光源，包括振蕩波長被波長鎖定在403nm以上且415nm以下的半導體激光器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的記錄再生裝置，其特征在于上述相干光源，通過RF疊加控制波長幅度。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的記錄再生裝置，其特征在于上述半導體激光器為DBR半導體激光器。
11.根據(jù)權(quán)利要求5或8所述的記錄再生裝置，其特征在于上述相干光源的平均輸出為10mW以上且200mW以下。
12.根據(jù)權(quán)利要求5或8所述的記錄再生裝置，其特征在于上述相干光源在脈沖輸出時的峰值輸出為10W以上且200W以下。
13.根據(jù)權(quán)利要求5或8所述的記錄再生裝置，其特征在于上述相干光源在脈沖輸出時的重復頻率為100Hz以上且10kHz以下。
14.根據(jù)權(quán)利要求5所述的記錄再生裝置，其特征在于上述相干光源，通過Q開關(guān)控制波長幅度；上述相干光源在脈沖輸出時的重復頻率為1.5kHz以上且5kHz以下。
15.根據(jù)權(quán)利要求5或8所述的記錄再生裝置，其特征在于上述相干光源在脈沖輸出的脈沖寬度為0.1μs以上且10μs以下。
16.根據(jù)權(quán)利要求4所述的記錄再生裝置，其特征在于上述相干光源，輸出脈沖光；用上述相干光源輸出的數(shù)個脈沖光記錄1個獨立的全息。
17.根據(jù)權(quán)利要求4所述的記錄再生裝置，其特征在于上述相干光源，在全息和全息之間停止射出光時，將光輸出保持在超過0的規(guī)定值。
全文摘要
本發(fā)明公開一種相干光源及使用了該相干光源的記錄再生裝置，在進行全息記錄再生時，相干光源(21)的振蕩波長半值幅Δλ，當設(shè)實質(zhì)的全息尺寸為S、參照光與信號光的實質(zhì)的交角為θ、振蕩波長為λ時，滿足Δλ＜λ
文檔編號G11B7/125GK101040225SQ200680001008
公開日2007年9月19日 申請日期2006年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月2日
發(fā)明者山本和久, 笠澄研一, 杉田知也, 水島哲郎, 門脅慎一 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社