CN1258251C - 半导体激光装置和光学读写装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供半导体激光装置和光学读写装置。半导体激光装置(1)具有半导体激光器(8)和布置在半导体激光器(8)前面的偏振衍射光栅(15)。根据反射光的偏振方向，来自光记录介质(6)的反射光被偏振衍射光栅(15)衍射。因此，反射光偏离朝向半导体激光器(8)的方向以防止反射光返回到半导体激光器(8)。构造偏振衍射光栅(15)，使得对于具有第一偏振方向的光来说，除了零阶衍射光以外的衍射光线的衍射效率为百分之零，而对于具有垂直于第一偏振方向的第二偏振方向的光来说，零阶衍射光的衍射光的衍射效率为百分之零。

Description

半导体激光装置和光学读写装置

技术领域

本发明涉及一种半导体激光装置和一种光学读写(optical pickup)装置，尤其是涉及一种用于在信息记录介质上光学记录或者再现信息的设备中使用的光学读写装置。本发明还涉及一种半导体激光装置和一种具有全息(hologram)装置的光学读写装置，尤其是涉及用于在光学记录介质上读写信号的半导体激光装置和光学读写装置。

背景技术

通常已经存在如图5所示的光学读写装置。位于光学读写装置的半导体激光装置101中的激光芯片(laser chip)108发射激光束L，该激光束L入射在衍射光栅102上。该激光束L被衍射光栅102分成一个主束L0和两个副束L+1和L-1。这三个光束(主束L0以及副束L+1和L-1)穿过分束器103并穿过准直透镜104。该三个光束通过准直透镜104变换成平行光束，随后入射在物镜105上。物镜105将该光束在光盘106表面上聚焦成为一个点。然后，该三个光束在光盘106表面被反射。所述光束相继穿过物镜105和准直透镜104。分束器103反射所述光束使得所述光束入射在光电探测器107上。因此，该三个光束作为信息被光电探测器107检测。

对于另一个实例，图11示出一个红色光束系统的全息集成型半导体激光装置180。图12示出一个具有半导体激光装置180的光学读写装置。

在该光学读写装置中，半导体激光器157发射的光通过一个信号全息器155。该光通过该信号全息器155被衍射成为零阶衍射光，正一阶衍射光和负一阶衍射光。在这些衍射光线中，只有该零阶衍射光通过图12所示的准直透镜181，并通过该准直透镜181变换成平行光。该平行光通过四分之一波片182。此时，四分之一波片182在偏振方向相互垂直的光线之间产生45°的相位差。由此，线性偏振光被变换成圆偏振光。然后使该光入射在抬升的(raising)反光镜183上。该抬升的反光镜183允许该光弯曲90度角并导向光盘185。该光通过物镜184会聚到光盘185上。

然后，该光被光盘185反射以返回上述的光路。也就是，该光通过物镜184，被抬升反光镜183弯曲90度角并入射在四分之一波片182上。四分之一波片182进一步将该光的偏振方向旋转45度，使得产生红光186，其偏振方向通过光的正向通路和返回通路总共被旋转90度角。返回光186通过准直透镜181，并被全息装置154的信号全息器155衍射。信号全息器155允许正一阶衍射光159会聚到光接收装置158上。

本发明的其他相关技术被公开在日本专利公开的出版物昭和第61-250844号及昭和第2002-148436号中。

因为在光盘表面上反射的光束作为光学杂波部分地返回到该半导体激光器或者它的周围，所以如图5和12所示的光学读写装置具有这些缺点以致于恶化了该光学读写装置的信号检测特性和伺服特性。另外，这些光学读写装置具有一个缺点，即返回到半导体激光器的返回光产生了对原有激光束的振荡状态施加有害影响的SCOOP(自耦合光学读写)现象。

具体而言，在图5所示的光学读写装置中，在光盘106表面上反射的三个光束部分Lm、Ls1、Ls2返回到半导体激光装置101，如图6所示。因此，返回光束Lm、Ls1和Ls2被半导体激光装置101中的激光芯片108及其周围部件111反射，以再次回到位于半导体激光装置101和光盘106之间的光学系统。这导致反射的返回光束作为光学杂波将不利地干扰原光束L，这导致该光学读写装置的伺服特性和信号检测特性严重恶化。

就SCOOP现象来说，激光束L的增益由于入射在激光芯片108的发光端面上的反射主束Lm而增加，使得激光芯片108发射的激光束L的功率被不希望有地增加。另外，由于反射的主束Lm根据光盘6的表面状态而波动，所以激光束L的功率也根据上述的波动产生不利地波动。

作为一种消除光学杂波的方法，日本专利第2565185号公开了在半导体激光装置的头部的光束入射部分上提供一倾斜表面或者在光束发射端面上的提供一反射涂层。

另外，如图7所示，倾斜表面212被提供在端面211a上以沿箭头R方向反射副束Ls2，使得反射的副束Ls2被限制再次返回到位于半导体激光装置101和光盘106之间的光学系统。

此外，如图8所示，反射镜113被安装于杆110的头部111的端面111a，以便通过反射镜113沿箭头R方向反射光束Ls2。

然而，所有上述方法在反射镜的形成等方面存在困难，这导致了半导体激光装置的低生产率。

具体而言，头部111通常通过压模与杆110整体地形成。即，头部111通过利用金属模701来压制如图9A所示的环形(拉长的薄板形状)铁材料100形成。因为成为头部111的一突出部分在原始平板铁材料100上形成，所以它需要施加很大的压力到金属模701。特别地，为了压平如图9B所示的头部111的端面111a，最大压力将被施加到金属模701中相对于端面111a的部分702。在这种情况下，为了在头部111的端面111a上形成倾斜表面212(见图7)，还要求为金属模701提供由相应于倾斜表面212结构的突出部(projection)或凹槽构成的倾斜表面形成部分。然而，设置在上述的施加最大压力的部分702处的倾斜表面形成部分非常不利地很容易被压力毁坏。因此，在倾斜表面212设置在部分111a上的情况下，导致非常低的生产率。另外，在最坏情况下这有时导致金属模701本身损坏。因此，存在一个问题，即实际上不可能进行杆210的大规模生产，该杆210具有直接在上述倾斜表面形成的头部211。

此外，用于安装反射镜113到头部111的端面111a的方法存在下列问题。

反射镜113需要被非常准确地安装到头部111的端面111a。视光学读写装置的光学系统设计而定，还可能考虑反射的副束Ls2被入射在激光芯片108和头部111之间的边界的附近区域上。考虑到反射副束Ls2的入射，在边界的附近区域中的端面111a需要利用反射镜113覆盖。然而，安装反射镜113非常困难以至于不能使反射镜113和激光芯片108接触。此外，当反射镜113从头部111的末端突出时，如图10所示，激光芯片108的激光束L部分地被反射镜113阻挡，这导致激光芯片108光发射特性恶化的问题。也就是，通过安装反射镜113到端面111a，本应出现的远场图像(虚线D1部分)不利地消失了。

另一方面，与克服上述的SCOOP现象的措施一样，存在一种增加激光芯片108的发光端面108a反射(reflectance)的方法，以便减少返回到激光芯片108内部的反射主束Lm的数量。然而，发光端面108a反射的增加不利地导致激光芯片108的激光束L的微分效率(differential efficiency)ηd的降低，这种降低不适合于增加输出功率或者减少激光芯片108中的电流。

此外，在图11和12所示的半导体激光装置和光学读写装置中，信号全息器155产生零阶衍射光和负一阶衍射光以及正一阶衍射光159。该零阶衍射光作为返回的光学杂波入射在半导体激光器157的发光点上。然后，该零阶衍射光对半导体激光器157施加这样一种有害影响以致给激光束带来不稳定的振荡。

另外，经过信号全息器155的负一阶衍射光被杆152的顶表面和罩153的内表面反射，该光可能作为不必要的散射光线入射在光接收装置158上，因此导致了信号漂移的增加并恶化了该光学读写装置的信号处理能力。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种半导体激光装置和一种光学读写装置，其能够以低成本减少该半导体激光装置的返回光。

为了达到上述目的，本发明提供一种半导体激光装置，包括：半导体激光器，用于向需照射的物体发射激光；衍射部分，用于根据被反射的激光的偏振方向来衍射在所述物体上反射的激光以使所述被反射的激光偏离朝向半导体激光器的方向。其中所述衍射部分由偏振衍射光栅组成，构造偏振衍射光栅，使得对于具有第一偏振方向的光来说，除了零阶衍射光以外的衍射光线的衍射效率为百分之零，而对于具有垂直于第一偏振方向的第二偏振方向的光来说，零阶衍射光的衍射光的衍射效率为百分之零。

在本发明中，该衍射部分根据被反射的激光的偏振方向来衍射在所述物体上反射的激光以使所述被反射的激光偏离朝向半导体激光器的方向，使得该反射光不能返回到该半导体激光器。因此，根据本发明，能够减少回到该半导体激光器的反射光。

在本发明的一实施例中，该半导体激光装置还包括：具有信号全息器的全息装置；和光接收装置，其中从该半导体激光器发射的激光通过信号全息器提供到需照射的物体上，在该物体上反射的激光通过该全息装置衍射，以及该衍射激光被光接收装置接收。

在本实施例中，该衍射部分是偏振衍射光栅，作为一个实例其具有根据入射光的偏振方向而变化的衍射效率，并通过旋转该反射光使反射光偏离朝向该半导体激光器的方向。也就是，通过利用衍射效率，零阶衍射光的衍射效率被设置成接近百分之零，来抑制半导体激光器靠近光发射点上的入射，该偏振衍射光栅可以减少由于反射光导致的杂波。应当注意的是，该零阶衍射光是作为未被衍射的光而传播的。

在本发明的一实施例中，该衍射部分由一个偏振衍射光栅组成，构造该偏振衍射光栅使得除了零阶衍射光之外的衍射光的衍射效率相对于具有第一偏振方向的光接近百分之零，而且使得相对于具有与第一偏振方向垂直的第二偏振方向的光，该零阶衍射光的衍射光的衍射效率接近百分之零。

根据本实施例，第一偏振方向上的光未经该偏振衍射光栅衍射而传播，而在第二偏振方向的光被衍射使得不产生零阶衍射光。因此，通过使该半导体激光器发射至需照射的物体的发射光的偏振方向为第一偏振方向，该激光可以从该半导体激光器引导到被照射物体而不会由于偏振衍射光栅的存在而减少光的数量。此外，通过将由半导体激光器发射、在所照射物体上反射并入射到偏振衍射光栅上的光的偏振方向设置为第二偏振方向，在半导体激光器上入射的零阶衍射光没有在偏振衍射光栅中产生，并且能够抑制由反射光而产生的杂波。应该注意的是，衍射效率被定义为衍射光强度和入射光强度的比值。

在本发明的一实施例中，该半导体激光装置还包括：四分之一波片，其中该衍射部分和该四分之一波片依次朝向半导体激光器设置。

在本实施例中，作为一个实例，该衍射部分为偏振衍射光栅，并沿第一偏振方向传播半导体激光器发射的第一偏振光，而不衍射该第一偏振光。所传播的未被衍射的激光通过四分之一波片，并在照射的物体上反射，再次通过四分之一波片，并在垂直于第一偏振方向的第二偏振方向上以第二偏振光的形式返回到偏振衍射光栅。已成为第二偏振光的反射光(返回光)被偏振衍射光栅衍射因而不返回到半导体激光器。

因此，能够防止由于从被照射物体返回的返回光入射到半导体激光器的前端表面而产生的激光输出波动(SCOOP现象)。另外，与现有情况不同的是，这可以通过不增加半导体激光器的反射而实现，所以，没有减少半导体激光器所发射的激光的微分效率。

另外，本实施例能够抑制返回光与正向通路中的非返回光的激光产生干扰。因此，在构造光学读写装置中的由于返回光而严重恶化信号检测特性和伺服特性的这种光学杂波得以解决。此外，与现有的情况不同，本实施例的实现不会由于对位于安装有半导体激光器的基座上的倾斜表面的加工可能引起金属模的损坏而造成大规模生产率的降低，也不会由于在基座上安装反射镜而引起半导体激光器的光发射特性的恶化。

在本发明的一实施例中，该半导体激光装置还包括：基座，半导体激光器被安装在其上；和罩，具有激光束可穿过并安装于基座的窗口，其中该衍射部分由偏振衍射光栅组成，并且该偏振衍射光栅安装于该窗口。

在本实施例中，从半导体激光器的前端表面发射的激光穿过安装于基座的罩的窗口，以便覆盖该半导体激光器。在本实施例中，偏振衍射光栅被安装于该罩的窗口，因此该偏振衍射光栅可以被处理成与半导体激光器、基座和罩集成的物体。因此，可以减少部件的数量，并且可以改进装配工作的可操作性，并允许减少生产成本。

在本发明的一实施例中，半导体激光装置还包括安装于该窗口的四分之一波片，以便叠加在偏振衍射光栅上。

在本实施例中，四分之一波片可以被处理成与除了偏振衍射光栅之外的半导体激光器、基座和罩集成的物体。因此，该可以减少部件的数量，并且可以改进装配工作的可操作性，并允许减少生产成本。

在本发明的一实施例中，该衍射部分由一个偏振衍射光栅组成，并且信号全息器和偏振衍射光栅被布置在朝向半导体激光器的发光点的反射激光的光路的光轴上。

在本实施例中，光源的半导体激光器发射的并且在被照射物体(光记录介质等)上反射的反射光被衍射，以便在返回到大致符合半导体激光器发光点的点之前不会因偏振衍射光栅而造成零阶衍射光。因此，可能在半导体激光器上入射的零阶衍射光没有在偏振衍射光栅上产生，并且可以抑制返回的光学杂波。

在本发明的一实施例中，该衍射部分由利用具有大致等栅距的直线光栅形成的偏振衍射光栅组成。

在本实施例中，从半导体激光器发射并且在被照射物体(光记录介质等)上反射的反射光被该偏振衍射光栅衍射，并且衍射的正一阶衍射光和负一阶衍射光可以被等距离并且稳定地会聚。因此，由返回光引起的散射光可以容易地通过在光会聚位置提供一无反射涂层或者将光的会聚位置定位在没有产生散射光的地方来消除。

在本发明的一实施例中，该衍射部分由偏振衍射光栅组成，并且被信号全息器衍射的衍射光不能穿过该偏振衍射光栅。

在本实施例中，该衍射光栅被设置在被信号全息器衍射的负一阶衍射光和正一阶衍射光不通过的地方。因此，可以避免偏振衍射光栅衍射从信号全息器指向光接收装置的衍射光的现象。因此，可以防止成为该信号光的衍射光经受有害的影响而被偏振衍射光栅改变其通路。此外，作为通过偏振衍射光栅衍射反射光的结果，正一阶衍射光和负一阶衍射光可以被稳定地会聚在希望的地方。

在本发明一实施例中，衍射部分由偏振衍射光栅组成，而四分之一波片被设置在全息装置中。

在本实施例中，依靠具有改变全息装置内部偏振方向功能的四分之一波片，可以用紧凑结构获得例如衍射效率根据该入射光的偏振方向而不同的偏振衍射光栅的效果，并且可以减小光学读写装置的尺寸。

在本发明的一实施例中，衍射部分由偏振衍射光栅组成，并且该全息装置是一个光学构件，其集成有信号全息器和偏振衍射光栅。

在本实施例中，信号全息器和偏振衍射光栅被整体地提供在例如全息装置的前后表面上，并且可实现小型化。因此，光学读写装置可以被整体地减小尺寸。

在本发明的一实施例中，衍射部分由偏振衍射光栅组成，并且该信号全息器和偏振衍射光栅被设置成独立的光学构件。

在本实施例中，该信号全息器和偏振衍射光栅通过独立的光构件来提供。因此，例如可以安装信号全息器到全息装置，并可以在位于容纳有半导体激光器的外壳的侧面上的罩的窗口部分中或者类似部分中提供偏振衍射光栅。因此这便于调整信号全息器和偏振衍射光栅相对位置。

在本发明的一实施例中，衍射部分由偏振衍射光栅组成，并且半导体激光器、信号全息器、偏振衍射光栅和光接收装置被集成在一个外壳(package)内。

在本实施例中，半导体激光器、信号全息器、偏振衍射光栅和光接收装置被集成在一个外壳内，因此这能够减少部件的数量，并且减小半导体激光装置的尺寸。如果在垂直于半导体激光器光轴的平面内外壳的横截面形状具有椭圆形，那么与采用一个圆形横截面的外壳相比，其在垂直于光轴方向的厚度可以降低，并且光学读写装置的厚度也可以降低。

在本发明的一实施例中，衍射部分由偏振衍射光栅组成，并且偏振衍射光栅具有一种透镜特性以致被反射的激光在反射光行进方向上在不同于半导体激光器发光端面以及该发光端面的扩展表面的表面上形成一个镜像，或者具有一种透镜特性以致被反射的激光形成为平行光。

在本实施例中，偏振衍射光栅具有一种透镜特性，使得被反射的激光在反射光行进方向上在不同于半导体激光器发光端面以及该发光端面的扩展表面的表面上形成一个镜像，或者反射光形成为平行光。因此，防止了反射光返回到半导体激光器的发光端面，从而避免产生SCOOP杂波。

在本发明的一实施例中，光学读写装置包括：上述的半导体激光装置，其中衍射部分由偏振衍射光栅组成；光学系统，引导半导体激光器发射的激光到作为被照射物体的光记录介质，和引导从光记录介质反射的光到偏振衍射光栅；其中该光学系统具有相位差片(phase difference plate)，用于将半导体激光器发射光的偏振态从线性偏振光变成为圆偏振光或者从圆偏振光变成为线性偏振光。

在本实施例中，通过至光记录介质的正向通路以及从光记录介质指向偏振衍射光栅的返回通路，半导体激光器发射的光的偏振方向被光学系统所拥有的相位差片改变。结果，偏振衍射光栅衍射来自光记录介质的反射光，以便使光偏离朝向半导体激光器的方向。这能够提供非常可靠的光学读写装置，其中通过防止反射光产生的不必要的光成为散射光并入射在作为光源的半导体激光器上来抑制返回的光学杂波。

在本发明的一实施例中，光学读写装置包括上述的半导体激光装置和用于检测被照射的物体反射的激光的光电探测器。

根据本实施例，提供了一种以低成本实现减少返回到半导体激光器的反射光的光学读写装置。

附图说明

从下文给出的详细说明中和仅仅通过示例方式给出的附图中，本发明将变得更明白，并且没有因此限定本发明，其中：

图1为示出根据本发明第一实施例中包括半导体激光装置的光学读写装置的光学系统的结构的视图；

图2为示出第一实施例的半导体激光装置的修改的实例的视图；

图3为示出根据本发明第二实施例的半导体激光装置的结构的视图；

图4为示出第二实施例提供的光学读写装置的结构的视图；

图5为示出现有的光学读写装置的视图；

图6为示出上述现有的光学读写装置具有的半导体激光装置的视图；

图7为示出上述现有的半导体激光装置的修改的实例的视图；

图8为示出上述现有的半导体激光装置的另一个修改的实例的视图；

图9A和图9B为依序示出形成上述现有的半导体激光装置的杆的状态的视图；

图10为示出上述现有的半导体激光装置的操作状态的示意图；

图11为示出另一个现有的半导体激光装置的结构的视图；

图12为示出提供有图11的半导体激光装置的光学读写装置的视图；和

图13为示出根据本发明第三实施例的半导体激光装置的结构的视图。

附图标记说明

1，60，80：半导体激光装置

2：三光束生成衍射光栅

3：分束器

4，61：准直透镜

5，64：物镜

5，65：光盘

7：光电探测器

8，37，83：半导体激光器

8a，37a，83a：发光端面

10，81：杆

11，82：头部

16，62：四分之一波片

17，33，84：罩

14：主体

15，36，86：偏振衍射光栅

L：激光束

L0：主束

L+1，L-1：副束

34，85：全息装置

35：信号全息器

38：光接收装置

具体实施方式

在下面基于实施例并参考附图，对本发明的半导体激光装置和提供有该半导体激光装置的光学读写装置进行详细描述。

第一实施例

图1示出了根据本发明第一实施例的光学读写装置的示意性结构。该光学读写装置包括半导体激光装置1、三光束生成衍射光栅2、分束器3、准直透镜4，物镜5和光电探测器7。

半导体激光装置1由主体14和偏振衍射光栅15构成。三光束生成衍射光栅2被设置，以便半导体激光装置1的主体14发射的光穿过三光束生成衍射光栅2。准直透镜4将穿过三光束生成衍射光栅2的光改变成平行光。物镜5会聚平行光到作为被照射的物体的光盘6表面上，即光记录介质。在三光束生成衍射光栅2和准直透镜4之间布置分束器3以反射光盘6反射的光。提供光电探测器7以便接收和检测分束器3反射的光。在准直透镜4和物镜5之间，布置四分之一波片16。

光盘6通常表示利用光在其上面进行再现或者记录的光记录介质，诸如特别用于再现的凹坑光盘(pit disk)，能够记录、擦除和再现的相变(phasechange)磁盘和磁光盘，和能够记录和再现的一次写入型磁盘。

在下文中给出半导体激光装置的更详细说明。偏振衍射光栅15被布置在半导体激光装置1的主体14和三光束生成衍射光栅2之间。主体14具有作为基座的杆10和安装在杆10部分的头部11上并作为光源的半导体激光器8。杆10由圆盘形的基座部分10a和从基座部分10a的接近中心部分突出的头部11构成。杆10的基座部分10a安装有覆盖半导体激光器8和头部11的罩17。半导体激光器8发射激光束L，该光束包括来自发光端面8a即来自半导体激光器8前端表面的P-偏振光和S-偏振光。

当激光束L在偏振衍射光栅15上入射时，偏振衍射光栅15使得激光束L的全部P-偏振光直接通过以成为零阶光线，并且使得激光束L的全部S-偏振光衍射以成为正和负一阶光线。应当注意的是，偏振衍射光栅15的衍射角不同于三光束生成衍射光栅2的衍射角。

布置四分之一波片16，使得直接通过偏振衍射光栅15的P-偏振光入射在四分之一波片16上。四分之一波片16对于偏振方向彼此垂直的激光束L的光产生90度相位差。换句话说，四分之一波片16作为将P-偏振光改变成圆偏振光和将圆偏振光改变成S-偏振光的相位差片来操作。

当检测光盘6上记录的信息时，光学读写装置按如下操作。

半导体激光器8发射的激光束L通过罩17入射在偏振衍射光栅15上。偏振衍射光栅15使得激光束L的全部P-偏振光直接通过以变成零阶光线，并且使得激光束L的S-偏振光衍射以成为正和负一阶光线。结果，仅仅激光束L的P-偏振光从三光束生成衍射光栅2入射在所述光学系统上，所述光学系统包括分束器3、准直透镜4、四分之一波片16和物镜5。

更具体地，激光束L的P-偏振光入射在三光束生成衍射光栅2上，并被该三光束生成衍射光栅2分离成主束L0和两个副束L+1和L-1。接着，主束L0和副束L+1、L-1穿过分束器3并随后穿过准直透镜4变成平行光，然后入射在四分之一波片16上。每一主束L0和副束L+1和L-1被四分之一波片16变成圆偏振光；此后穿过物镜5并以会聚的点形式施加到光盘6的表面。

然后，上述的三个光束在光盘的表面上反射，并再次穿过物镜5进而入射在四分之一波片16上。然后该三个光束被四分之一波片16变换成S-偏振光。此后该些光束穿过准直透镜4，并且被分束器3反射以入射在光电探测器7上。光电探测器7检测S-偏振光以再现光盘6上记录的信息。根据所检测的S-偏振光，磁道错误信息也被获得。

入射在分束器3上的部分S-偏振光穿过分束器3。上述部分S-偏振光作为零阶光进一步穿过三光束生成衍射光栅2，并入射在偏振衍射光栅15上。该偏振衍射光栅15衍射S-偏振光以使其偏离朝向半导体激光器8的方向。

也就是说，在从半导体激光器8发射到光盘6的激光束L的正向通路中，激光束L的P-偏振光穿过偏振衍射光栅15，并通过四分之一波片16变换成圆偏振光。在从光盘6返回的返回通路中，圆偏振光通过四分之一波片16变换成S-偏振光，并且入射在偏振衍射光栅15上。偏振衍射光栅15衍射该S-偏振光，从而该S-偏振光不能到达半导体激光器8。

这样，可以防止由该S-偏振光构成的返回光入射在半导体激光器8的发光端面8a上。因此，SCOOP现象的产生可以被抑制，而不需要增加半导体激光器8的发光端面的反射，并且可以防止激光束L的输出波动。结果，防止激光芯片8发射的激光束L的微分效率降低。

即使通过偏振衍射光栅15衍射的S-偏振光入射在头部11的端面11a上，并在端面11a上被反射且再次入射在偏振衍射光栅15上，那么该S-偏振光被偏振衍射光栅15衍射以偏离朝向光盘6的方向。

因此，防止该S-偏振光构成的反射光返回到位于偏振衍射光栅15之后的光学系统，并且防止干扰正向通路中的激光。这可以消除由于该反射光而显著降低光学读写装置的信号检测特性和/或伺服特性的光学杂波。

此外，以上光学读写装置的实现，不会由于对设置在半导体激光器8的杆10的头部11上的倾斜表面进行机械处理而造成大规模生产率的降低，也不会由于安装在杆10的头部11上的反射镜而造成半导体激光器的光发射特性的恶化。

即使从光盘6返回的由S-偏振光构成的反射光在头部11的端面11a上被反射，并通过偏振衍射光栅15衍射进而回到偏振衍射光栅15之后的光学系统，仍然可以防止来自分束器3的反射光入射在光电探测器7上。这是因为偏振衍射光栅15的衍射角不同于三光束生成衍射光栅2的衍射角。因此，即使在这种情况下，可以防止对记录在光盘6上的信息的检测施加不利的影响，并且可以可靠地防止信号检测特性和伺服特性的恶化。

在上述的实施例中，玻璃制成的罩17独立于偏振衍射光栅15。然而，与偏振衍射光栅15结合的玻璃罩可以代替罩17使用。从而，可以减少部件的数目。

可替换地，如图2所示，通过在安装于玻璃罩17的窗口17a的偏振衍射光栅15的前表面上叠加四分之一波片16，偏振衍射光栅15和四分之一波片16可以与玻璃杯罩17集成在一起。在这种情况下，部件的数目被进一步减少。在图2中，Lm代表相应于主束L0的反射光。而Ls1和ls2代表相应于副束L+1和L-1的反射光。此外，四分之一波片16通常是由聚碳酸酯、聚乙烯醇等树脂材料制成的透明膜层(film)。

图2所示的实施例同样避免了由于返回光的干扰而引起的带来问题的SCOOP现象、信号检测特性的恶化和伺服特性的恶化。

在图1或者图2示出的实施例中，头部11和杆10彼此结合。然而头部11可以独立于杆10。

在上述的实施例中，偏振衍射光栅15被使用，其使得激光束L的P-偏振光直接通过而衍射激光束L的S-偏振光。然而，可以使用反向操作的偏振衍射光栅来代替该偏振衍射光栅15。也就是，使用所述偏振衍射光栅以使激光束L的S-偏振光直接通过而衍射激光束L的P-偏振光。

此外，由曲线(curved)光栅构成的衍射光栅可以代替由直线光栅构成的衍射光栅15使用。

在图1示出的第一实施例中，四分之一波片16、三光束生成衍射光栅2和偏振衍射光栅15朝向半导体激光器8而依序布置。然而，偏振衍射光栅15可以安装在半导体激光器14的罩17的激光发射部分处提供的窗口玻璃的表面上。在上述情况下，四分之一波片16可以提供在三光束生成衍射光栅2和窗口玻璃之间。在这种情况下，三光束生成衍射光栅2、四分之一波片16和偏振衍射光栅15将朝向半导体激光器8而依序布置。

第二实施例

图3示出了根据本发明第二实施例的一半导体激光装置的透视图。图4示出一具有图3所示的半导体激光装置的光学读写装置的示意剖面图。

图3所示的半导体激光装置60具有半导体激光器37、全息装置34和光接收装置38。如图4所示，半导体激光器37是一个用于向作为光记录介质的光盘65发射光的光源。全息装置34具有信号全息器35和偏振衍射光栅36。

信号全息器35引导在光盘65上反射的光朝向光接收装置38以用于信号检测。光接收装置38接收信号全息器35引导的光39。偏振衍射光栅36衍射被信号全息器35衍射的零阶衍射光。

半导体激光器37发射大约650nm波长的红光，例如当数字化多用途光盘(缩写为DVD)被用作光盘65时使用该光。

光接收装置38例如是一个光电二极管。光接收装置38接收从光盘65反射的光，转换该反射光成为对应于反射光光强的电流，并输出该反射光的检测信号。

半导体激光器37和光接收装置38被布置在外壳50内。该外壳50由一个罩33和一个基座32构成，该基座的顶面32A大致是椭圆的并垂直于半导体激光器37的光轴J。半导体激光器37和光接收装置38被安装在一个热辐射器基座上(未示出)。该热辐射器基座被安装在诸如钢等金属制成的基座32上。此外，诸如钢等金属制成的罩33被连接到基座32以便覆盖半导体激光器37和光接收装置38。

半导体激光器37的发光端面37A的连接表面(未示出)与顶面32A平行布置。半导体激光器37和光接收装置38通过金线(未示出)被电连接到导线管脚31。该引线管脚31延伸至外壳50外。

该全息装置34由直角平行六面体形状的透明材料组成。信号全息器在全息装置34的顶面上形成，而偏振衍射光栅36在它的底面上形成。

偏振衍射光栅36被这样布置以便平行于垂直于从半导体激光器37发射的光的光轴J平坦表面，并与该光轴J相交。同样，这样布置偏振衍射栅板36以便面对在罩33的顶板上形成的窗口33A。

信号全息器35被布置在光路40和66的光轴J上。当半导体激光器37发射的光在光盘65上反射，并且反射光穿过偏振衍射光栅36时，该光路40和66是光行进的通路。

第二实施例的信号全息器35将来自光盘65的返回光衍射成为负一阶衍射光(未示出)、零阶衍射光(未示出)和正一阶衍射光39。为了信号处理，信号全息器35仅仅会聚正一阶衍射光39到光接收装置38的光接收表面38A上。零阶衍射光和负一阶衍射光没有用于信号处理。应该注意到零阶衍射光是未被衍射的透射光。

对于具有第一偏振方向的光(例如P-偏振光)，偏振衍射光栅36具有除零阶衍射光以外的大致百分之零的衍射光的衍射效率。同样，对于具有与第一偏振方向垂直的第二偏振方向的光(S-偏振光)，偏振衍射光栅36大致具有百分之零的零阶衍射光的衍射效率。

因此，具有第一偏振方向的光(P-偏振光)如同零阶衍射光一样传播，没有被偏振衍射光栅36衍射。因此，具有第二偏振方向的光(S-偏振光)被偏振衍射光栅36被衍射而不产生零阶衍射光。

如果具有第一偏振方向的光是P-偏振光，那么具有第二偏振方向光是S-偏振光。如果具有第一偏振方向的光可以是S-偏振光，那么具有第二偏振方向的光是P-偏振光。

在第二实施例的光学读写装置中，全息装置34分裂从光盘65反射和返回的光，以便从跟踪(tracking)信息信号中分离出记录信号以准确读写记录信号，因此这些信号被引导到光接收装置38以获得各个输出信号。

在提供有半导体激光装置60的光学读写装置70中，半导体激光器37发射的光入射在偏振衍射光栅36上。第一偏振方向光保持原样地穿过偏振衍射光栅36，然后入射在信号全息器35上。

另一方面，在第二偏振方向的光被偏振衍射光栅36衍射并偏离朝向信号全息器35的方向。因此，穿过偏振衍射光栅36并入射在信号全息器35上的光基本上由第一偏振方向的光构成。

信号全息器35衍射在信号全息器35上入射的光中的除了零阶衍射光以外的光线。因此，仅仅零阶衍射光入射在准直透镜61上，并通过准直透镜61变换成平行光。该平行光穿过四分之一波片62，这在偏振方向彼此垂直于的光之间产生45度相位差。此后，该光在抬升的反光镜63上被反射，并通过物镜64会聚到光盘65上。

接着，该光在光盘65上反射，并且该反射光通过物镜64变换成平行光。然后，该平行光被抬升的反光镜63反射并穿过四分之一波片62。四分之一波片62进一步在偏振方向彼此垂直的光中产生45度相位差。具体而言，在这些偏振方向相互垂直的光中，四分之一波片62在朝向光盘65的正向通路上的光和从光盘65返回的返回通路上的光之间总共产生90度的相位差。此后，通过准直透镜61，将该光朝全息装置34的方向会聚。

如果第一偏振方向的光例如是P-偏振光，那么提供有90度相位差的光是作为第二偏振方向光的S-偏振光。

然后，经由准直透镜61穿过信号全息器35的光被衍射成为负一阶衍射光、零阶衍射光和正一阶衍射光。只有这些衍射光线中的正一阶衍射光39被会聚到光接收装置38以用于信号处理。

在经由准直透镜61穿过信号全息器35的光线中，零阶衍射光和负一阶衍射光没有被用于信号处理。然后，来自信号全息器35的负一阶衍射光没有入射在偏振衍射光栅36上，而来自信号全息器35的零阶衍射光(即未被衍射而传播的沿第二偏振方向的光)入射在偏振衍射光栅36上。作为沿第二偏振方向的光的零阶衍射光通过穿过偏振衍射光栅36被衍射成为负一阶衍射光40A和正一阶衍射光40B，并偏离通向半导体激光器37的光路。因此，没有产生朝向半导体激光器37的返回光。此外，在偏振衍射光栅36中，沿第二偏振方向的光的零阶衍射效率大致是百分之零。因此基本上不产生从信号全息器35出发、穿过偏振衍射光栅36并且入射在半导体激光器37上的反射光。

因此，根据第二实施例的半导体激光装置60，在半导体激光器37的发光端面37A上的入射光(反回光)通过提供偏振衍射光栅36而被抑制，并有可能提供消除激光的反射光的措施。

此外，根据第二实施例，通过将半导体激光器37发射的激光中作为不必要的光而返回的光会聚到位于除半导体激光器37的发光端面37A和光接收装置38的光接收表面38A以外的区域中的焦点P21和P22上，会聚在焦点P21和P22的不必要的光可以被抑制再次被反射并被抑制其变为散射光，进而可以提供高可靠性的半导体激光装置60和光学读写装置70。

另外，在第二实施例中，信号全息器35和偏振衍射光栅36被布置在光路40的光轴J上，通过其从半导体激光器37发射的并在光盘65上反射的反射光返回到与半导体激光器37的发光点P0大致重合的位置上。在第二实施例中，采用这种安排，半导体激光器发射的并在光盘65上反射的反射光被衍射以便在该光返回到与半导体激光器37的发光点P0大致重合的位置之前不产生由偏振衍射光栅36衍射的零阶衍射光。因此，在偏振衍射光栅36中，没有产生可以入射在半导体激光器37上的零阶衍射光，进而可以抑制由于返回光引起的杂波。

此外，在第二实施例中，偏振衍射光栅36的栅距是大致相同的栅距。通过这样的安排，从半导体激光器37发射并在光盘65上反射的反射光可以被偏振衍射光栅36衍射，同时所衍射的正一阶衍射光40B和负一阶衍射光40A可以被等距离并稳定地会聚。因此，由于返回光引起的散射光可以通过在光的会聚位置P22和P21上提供无反射涂层或者将光的会聚位置P22和P21定位在不产生散射光的区域而轻易地消除。

此外，在第二实施例中，偏振衍射光栅36布置在被信号全息器35衍射的正一阶衍射光39不能通过的位置上。通过这样安排，可以避免偏振衍射光栅36衍射从信号全息器35指向光接收装置38的正一阶衍射光39的现象。因此，可以防止成为信号光的正一阶衍射光39级遭受不利的影响以致其通路被偏振衍射光栅36改变。此外，通过偏振衍射光栅36衍射自光盘65反射的反射光而获得的正一阶衍射光和负一阶衍射光可以被稳定地会聚在所希望的位置。

此外，第二实施例被提供有独立于全息装置34的四分之一波片62，但是该四分之一波片可以布置在全息装置34内(例如，在信号全息器35和偏振衍射光栅36之间)。在这种情况下，通过提供具有改变全息装置34内部偏振方向功能的四分之一波片，根据偏振衍射光栅36产生的入射光的偏振方向而衍射效率不同的效应可以利用紧凑的结构获得，进而可以减小光学读写装置的尺寸。

此外，在第二实施例的半导体激光装置60中，信号全息器35和偏振衍射光栅36被提供给同样的光学构件的全息装置34，因此这允许实现部件数量、尺寸、厚度和生产成本方面的减小。此外，如图4所示的由半导体激光装置60、准直透镜61、四分之一波片62、抬升的反光镜63和物镜64构成的光学读写装置70可以减小尺寸。

此外，在第二实施例的半导体激光装置60中，半导体激光器37、信号全息器35、偏振衍射光栅36和光接收装置38被集成在外壳50中。采用这样的安排，可以实现半导体激光装置60的部件数量和尺寸的减少。外壳50在垂直于半导体激光器60的光轴J的平坦表面上具有椭圆形的横截面形状。因此，与采用圆形横截面形状的外壳相比，这允许实现减小在垂直于光轴方向的方向上的厚度，并进一步允许实现减小光学读写装置的厚度。

在第二实施例中，如果信号全息器35和偏振衍射光栅36由独立的光学构件构成，那么可以安装例如信号全息器35到全息装置34上以及在位于外壳50侧面上并容纳半导体激光器37的罩33中形成的窗口33A等上提供偏振衍射光栅36。在这种情况下，易于调整信号全息器35和偏振衍射光栅36彼此的相对位置。

第三实施例

图13示出了根据本发明第三实施例的半导体激光装置。

第三实施例的半导体激光装置80具有作为基座的杆81和作为光源的半导体激光器83。半导体激光器83被安装在作为杆81的一部分的头部82上。杆81由基座部分81a和从基座部分81a突出的头部82构成。覆盖半导体激光器83和头部82的罩84安装于杆81的基座部分81a。半导体激光器83从发光端面83a发射激光束L，该发光端面83a是半导体激光器83的前端表面。激光束L由包括P-偏振光和S-偏振光的激光构成。

全息装置85被安装于罩84的顶板84a以便覆盖在顶板84a中形成的窗口(未示出)。全息装置85包括位于其顶面部分中的偏振衍射光栅86。

偏振衍射光栅86是对于包括在半导体激光器83发射的发射光中的在所述偏振方向上没有衍射效应的偏振衍射光栅。因此，偏振衍射光栅86对发射光包括的所述的偏振方向上的光没有透镜作用。因此，对于比偏振衍射光栅86布置得更靠近激光束L的光学系统，偏振衍射光栅86没有对所述偏振方向上的光的光学作用施加影响。

光学系统例如由图1所示的三光束生成衍射光栅2、分束器3、光电探测器7、准直透镜4、四分之一波片16、物镜5和光盘6构成。此外，假定该光学系统在偏振衍射光栅86和光盘6之间具有四分之一波片16。

因此，通过将激光穿过四分之一波片16两次使得在彼此垂直的激光光线之间产生90度的相位差，而半导体激光器83发射的激光在光盘6上反射之后被返回到偏振衍射光栅86。结果，例如，如果所发射的激光是线性偏振光，那么返回到偏振衍射光栅86的反射光变成圆偏振光。

此外，偏振衍射光栅86对从光盘6返回的光具有凹透镜作用。因此，它的合成聚焦位置位于如图13所示的曲面H′上，该合成聚焦位置通过位于光盘一侧的偏振衍射光栅86和光学系统形成。

因此，如图13所示，偏振衍射光栅86衍射反射光L10以引导它到头部82的端面82a。该反射光L10来自于正一阶衍射光，该正一阶衍射光通过三光束生成衍射光栅2在从半导体激光器83到光盘6的正向通路中产生，并在光盘6上反射且返回到偏振衍射光栅86。

同样，如图13所示，偏振衍射光栅86衍射一个反射光L20并使其入射在不同于发光端面83a的一个曲面H′上，且使得该反射光不入射在发光端面83a上。反射光L20来自于负一阶衍射光，该负一阶衍射光通过三光束生成衍射光栅2在正向通路中产生，并在光盘6上反射且返回到偏振衍射光栅86。

因此，偏振衍射光栅86防止反射光L10和L20返回到半导体激光器83的发光端面83a，使得避免了SCOOP杂波的产生。

反射光L10的镜像形成在不同于包括发光端面83a的平坦表面H′的曲面H′上。因此，即使反射光L10在头部82的端面82a上入射和反射，该反射光不能在例图1所示的外部光电探测器7上形成镜像，这消除了降低检测强度的发生。

作为一个实例，反射光L20没有对位于在罩84中的基座部分81a上的特定的光接收单元(未示出)施加影响，而且因此对检测信号上几乎没有施加任何有害的影响。

如图13所示，偏振衍射光栅86不是使反射光L00在发光端面83a上形成镜像，而是位于半导体激光器83之后的曲面H′上形成镜像。反射光L00来自于零阶衍射光，该零阶衍射光通过三光束生成衍射光栅2在激光束L从半导体激光器83到光盘6的正向通路中产生，并在光盘6上反射且返回到偏振衍射光栅86。

通过偏振衍射光栅86，反射光L00传播且没有会聚在包括发光端面83a的平坦表面H上。这抑制了在半导体激光器83中SCOOP杂波的产生。

偏振衍射光栅86不是由直线而是曲线构成的，以使偏振衍射光栅具有如上所述的凹透镜作用。偏振衍射光栅86的光栅曲线具有接近于直线的大曲率半径。这是因为它仅仅需要通过将反射光L00、L10和L20的聚焦位置移动小的距离从平坦表面H到曲面H′。

如果偏振衍射光栅86不产生零阶衍射光，那么没有返回到半导体激光器元件83的端面83a的光，因此可以完全地避免SCOOP杂波。然而，为了消除零阶衍射光的产生，需要去提升偏振衍射光栅86的偏振选择性。也就是说，需要去加深光栅的槽深，这使得制造偏振衍射光栅86变得有些困难。

偏振衍射光栅86可以具有透镜特性，使得反射光线L00、L10和L20被变换成平行光线。在这种情况下，因为反射光线L00、L10和L20是平行的而且不在发光端面83a上形成任何镜像，所以反射光线L00、L10和L20几乎不进入半导体激光器83。因此，可以避免SCOOP杂波。

本发明被如此描述，很明显本发明可以以许多方式加以变化。这些变化被认为没有脱离本发明的精神和范围，对本领域的技术人员来说很明显这些改变应包括在所附权利要求书的范围内。

Claims (15)

1.一种半导体激光装置，包括：

半导体激光器，用于向被照射的物体发射激光；以及

衍射部分，用于根据被反射的激光的偏振方向衍射在物体上反射的激光以使被反射的激光偏离朝向所述半导体激光器的方向，其中

所述衍射部分由偏振衍射光栅组成，

构造偏振衍射光栅，使得对于具有第一偏振方向的光来说，除了零阶衍射光以外的衍射光线的衍射效率为百分之零，而对于具有垂直于第一偏振方向的第二偏振方向的光来说，零阶衍射光的衍射光的衍射效率为百分之零。

2.如权利要求1所述的半导体激光装置，还包括：

具有信号全息器的全息装置；以及

光接收装置，其中

从所述半导体激光器发射的激光通过所述信号全息器被施加到所述被照射的物体，

在所述物体上反射的激光通过所述全息装置被衍射，以及

所述被衍射激光由所述光接收装置接收。

3.如权利要求1所述的半导体激光装置，还包括：

四分之一波片，其中

所述衍射部分和所述四分之一波片朝着所述半导体激光器依序布置。

4.如权利要求1所述的半导体激光装置，还包括：

基座，在该基座上安装有所述半导体激光器；以及

罩，具有所述激光束穿过的窗口并且安装于基座上，其中

所述偏振衍射光栅安装于所述窗口上。

5.如权利要求4所述的半导体激光装置，还包括：

四分之一波片，安装于所述窗口以便叠加在所述偏振衍射光栅上。

6.如权利要求2所述的半导体激光装置，其中

所述信号全息器和所述偏振衍射光栅被设置在朝向所述半导体激光器的发光点的反射激光光路的光轴上。

7.如权利要求1所述的半导体激光装置，其中

所述衍射部分由利用具有相等栅距的直线光栅形成的偏振衍射光栅组成。

8.如权利要求2所述的半导体激光装置，其中

被所述信号全息器衍射的衍射光没有穿过所述偏振衍射光栅。

9.如权利要求2所述的半导体激光装置，其中

四分之一波片被提供在所述全息装置中。

10.如权利要求2所述的半导体激光装置，其中

所述全息装置为整体上具有所述信号全息器和所述偏振衍射光栅的光学构件。

11.如权利要求2所述的半导体激光装置，其中

所述信号全息器和所述偏振衍射光栅被提供作为独立的光学构件。

12.如权利要求2所述的半导体激光装置，其中

所述半导体激光器、所述信号全息器、所述偏振衍射光栅和所述光接收装置被集成在一个外壳内。

13.如权利要求1所述的半导体激光装置，其中

所述偏振衍射光栅具有一透镜特性，使得在反射光行进方向上所述反射激光在不同于所述半导体激光器的发光端面的表面上和所述发光端面的扩展表面上形成镜像，或者具有一透镜特性使得反射激光被形成为平行光。

14.一种光学读写装置，包括：

如权利要求1所述的半导体激光装置；

光学系统，引导所述半导体激光器发射的激光到用作所述被照射物体的光记录介质上，并引导所述光记录介质反射的光到所述偏振衍射光栅，其中

所述光学系统具有相位差片，该相位差片用于将所述半导体激光器发射的光的偏振态从线性偏振光转变为圆偏振光或者从圆偏振光转变成为线性偏振光。

15.一种光学读写装置，包括：

如权利要求2所述的半导体激光装置；以及

光电探测器，该光电探测器用于检测所述被照射物体反射的激光。

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