JPH0711875B2 - 磁気媒体上の情報を読みとるための集積化光読み取りヘッド - Google Patents
磁気媒体上の情報を読みとるための集積化光読み取りヘッドInfo
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- JPH0711875B2 JPH0711875B2 JP62287593A JP28759387A JPH0711875B2 JP H0711875 B2 JPH0711875 B2 JP H0711875B2 JP 62287593 A JP62287593 A JP 62287593A JP 28759387 A JP28759387 A JP 28759387A JP H0711875 B2 JPH0711875 B2 JP H0711875B2
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- G11B11/10541—Heads for reproducing
- G11B11/10543—Heads for reproducing using optical beam of radiation
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、磁気下地に書き込まれた情報の読み取りのた
めの、一体化された光回路による読み取りヘッドを対象
とする。
めの、一体化された光回路による読み取りヘッドを対象
とする。
磁気書き込みとは、磁気下地（ディスク、テープ、等）
に磁化が一定の方向を示すゾーンを作り出すことから成
る技術である。第１図（ａ）には磁気層10が見られる
が、そこにおいて、12,14,16等のドメインの磁化は、下
地の面に平行であるが、方向は右向きであったり、左向
きであったりする。このような場合を平行書き込みと言
う。第１図（ｂ）では同じ磁気層10が部分12,14,16を持
つが、その磁化は下地の面に垂直であり、方向は上向き
であったり、下向きであったりする。このような場合を
垂直書き込みと言う。
に磁化が一定の方向を示すゾーンを作り出すことから成
る技術である。第１図（ａ）には磁気層10が見られる
が、そこにおいて、12,14,16等のドメインの磁化は、下
地の面に平行であるが、方向は右向きであったり、左向
きであったりする。このような場合を平行書き込みと言
う。第１図（ｂ）では同じ磁気層10が部分12,14,16を持
つが、その磁化は下地の面に垂直であり、方向は上向き
であったり、下向きであったりする。このような場合を
垂直書き込みと言う。
このそれぞれの場合において、磁化の一つの方向に論理
状態１を、反対の方向に論理状態０を割り当てることが
できる。すると、下地全体は、１と０からなる２進法情
報を含むことになる。
状態１を、反対の方向に論理状態０を割り当てることが
できる。すると、下地全体は、１と０からなる２進法情
報を含むことになる。
情報の密度は垂直書き込みの場合の方が大きい。従っ
て、今日展開されるのはこの型の書き込みであり、以下
で例にとるのはこの型であるが、しかし、平行書き込み
も本発明の適用から除外される訳ではない。
て、今日展開されるのはこの型の書き込みであり、以下
で例にとるのはこの型であるが、しかし、平行書き込み
も本発明の適用から除外される訳ではない。
磁気下地の読み取りは、下地の磁化の方向を検出できる
読み取りヘッドを用いて行われる。このためには、磁化
検出コイルを持つ装置を使うことができる。磁気下地を
この磁化検出コイルの下を通過させると、コイルに電流
が誘電され、この電流の方向が下地の磁化の方向と等し
い。
読み取りヘッドを用いて行われる。このためには、磁化
検出コイルを持つ装置を使うことができる。磁気下地を
この磁化検出コイルの下を通過させると、コイルに電流
が誘電され、この電流の方向が下地の磁化の方向と等し
い。
しかしながら、磁気読み取りヘッドの技術に関する理由
のために、垂直書き込みから与えられる可能性を最大限
に利用することは殆ど不可能である。これが、この種の
下地の光学読み出し機構の実現を試みる理由である。光
学装置はこのような制約を受けないからである。磁気下
地の光学読み出しの原理は既に知られており、第２図及
び第３図に載せられている。
のために、垂直書き込みから与えられる可能性を最大限
に利用することは殆ど不可能である。これが、この種の
下地の光学読み出し機構の実現を試みる理由である。光
学装置はこのような制約を受けないからである。磁気下
地の光学読み出しの原理は既に知られており、第２図及
び第３図に載せられている。
磁気媒質は、線型偏光を持つ光ビームを楕円偏光を持つ
光ビームに変える特性を持つ。反射においては、この現
象をカー〔KERR〕効果と呼ぶ。透過の分野では、ファラ
デー〔FARADAY〕効果と言う。
光ビームに変える特性を持つ。反射においては、この現
象をカー〔KERR〕効果と呼ぶ。透過の分野では、ファラ
デー〔FARADAY〕効果と言う。
線型偏光Piの入射ビームFiの磁気下地Ｓに送ると、反射
されたビームFr（第２図）は楕円偏光Prを示すが、これ
は、入射ビームの偏光の方向に垂直な方向の小さな成分
が現れたためである。入射ビームの偏光の成分Piと磁場
効果に起因する成分＋Pm或いは−Pmの組み合わせが、ベ
クトルPr↑或いはPr↓を生み、これらのベクトルがPiと
作る角度は、光ビームと相互作用した磁場の方向に応じ
て、＋ａ或いは−ａである。
されたビームFr（第２図）は楕円偏光Prを示すが、これ
は、入射ビームの偏光の方向に垂直な方向の小さな成分
が現れたためである。入射ビームの偏光の成分Piと磁場
効果に起因する成分＋Pm或いは−Pmの組み合わせが、ベ
クトルPr↑或いはPr↓を生み、これらのベクトルがPiと
作る角度は、光ビームと相互作用した磁場の方向に応じ
て、＋ａ或いは−ａである。
回転の方向を検出するためには、その方向が入射ビーム
の偏光Piの方向には垂直でないが、方向Pr↑或いはPr↓
のどちらか一方に垂直である検光器を使う。これが第３
図に表されているものであり、第３図の線Ａは検光器か
ら伝えられる偏光の方向を表す。
の偏光Piの方向には垂直でないが、方向Pr↑或いはPr↓
のどちらか一方に垂直である検光器を使う。これが第３
図に表されているものであり、第３図の線Ａは検光器か
ら伝えられる偏光の方向を表す。
この種の構成では、検光器の後方で、０か或いはA2sin2
2aに等しい光度が得られる。第３図の図の場合、検光器
はPr↓に垂直に組み込まれているが、これは、この検光
器から伝えられるビームの光度が、読み取られた磁気誘
導が、下向き（↓）であれば零に等しく、読み取られた
磁気誘導が上向き（↑）であればA2sin22a（ここでＡは
振幅である）に等しいことを意味する。
2aに等しい光度が得られる。第３図の図の場合、検光器
はPr↓に垂直に組み込まれているが、これは、この検光
器から伝えられるビームの光度が、読み取られた磁気誘
導が、下向き（↓）であれば零に等しく、読み取られた
磁気誘導が上向き（↑）であればA2sin22a（ここでＡは
振幅である）に等しいことを意味する。
この種の技術は幾つかの点では満足がいくが、一体化さ
れた光回路を実現できないという不都合な点がある。こ
れが不可能なことを理解するには、一体化された光回路
で実現される伝送構造が何から構成されるかを簡単に思
い出す必要がある。
れた光回路を実現できないという不都合な点がある。こ
れが不可能なことを理解するには、一体化された光回路
で実現される伝送構造が何から構成されるかを簡単に思
い出す必要がある。
この種の構造は、一般に、屈折率の小さい２つの層の間
に挟れた屈折率の大きい１つの薄い伝送層を持つ。光ビ
ームはこの伝送層の中を伝播され、その一部は上下の層
のそれぞれの中で漸消する。ところで、この種の構造で
は、２つの伝播モードが可能である、即ち、トランスバ
ース・エレクトリック（以下、TEと記す）と呼ばれるモ
ードでは、電磁波に伴う電界が伝送層と同じ平面にあ
り、トランスバース・マグネチック（以下、TMと記す）
と呼ばれるモードでは、伝送層と同じ平面にあるのは磁
場である。この２つのモードに対して傾きのある全ての
電磁波は、必然的に、２つの成分、TEとTMに分解され
る。
に挟れた屈折率の大きい１つの薄い伝送層を持つ。光ビ
ームはこの伝送層の中を伝播され、その一部は上下の層
のそれぞれの中で漸消する。ところで、この種の構造で
は、２つの伝播モードが可能である、即ち、トランスバ
ース・エレクトリック（以下、TEと記す）と呼ばれるモ
ードでは、電磁波に伴う電界が伝送層と同じ平面にあ
り、トランスバース・マグネチック（以下、TMと記す）
と呼ばれるモードでは、伝送層と同じ平面にあるのは磁
場である。この２つのモードに対して傾きのある全ての
電磁波は、必然的に、２つの成分、TEとTMに分解され
る。
このような制約があるために、直交しないような（即
ち、偏光の方向が互いに90゜をなさないような）偏光器
と検光器を、一体化された光回路の形で実現するのは不
可能である。従って、第３図に示されているような構成
を、一体化された光回路で実現することはできない。こ
の構成には、交差しない偏光器と検光器を使用するから
である。
ち、偏光の方向が互いに90゜をなさないような）偏光器
と検光器を、一体化された光回路の形で実現するのは不
可能である。従って、第３図に示されているような構成
を、一体化された光回路で実現することはできない。こ
の構成には、交差しない偏光器と検光器を使用するから
である。
磁気層によって反射されるビームを、Piに垂直な方向で
検光すると、成分＋Pm或いは−Pmが検出されるであろ
う。残念ながら、測定される電気信号はどちらの場合も
同じで、A2sin22aであろう。この２つの偏光を区別でき
るのは、位相の測定だけである。
検光すると、成分＋Pm或いは−Pmが検出されるであろ
う。残念ながら、測定される電気信号はどちらの場合も
同じで、A2sin22aであろう。この２つの偏光を区別でき
るのは、位相の測定だけである。
従って、磁気下地の読み取りに一体化された光回路を使
用することは、原理的に問題外な訳である。しかし、一
体化された光回路構造には多くの利点（小型、安定性、
製造が容易、等）があるので、このように拒否されるの
は残念である。この種の技術で実現される読み取りヘッ
ドがあれば、非常に有利であろう。
用することは、原理的に問題外な訳である。しかし、一
体化された光回路構造には多くの利点（小型、安定性、
製造が容易、等）があるので、このように拒否されるの
は残念である。この種の技術で実現される読み取りヘッ
ドがあれば、非常に有利であろう。
本発明は、正にこの困難を避けることを目的とする。こ
のために、本発明では、磁場の作用で起きる偏光の成分
の検出に検光器を用いず、この反射された成分の位相を
検出できる干渉計測光回路を用いる。
のために、本発明では、磁場の作用で起きる偏光の成分
の検出に検光器を用いず、この反射された成分の位相を
検出できる干渉計測光回路を用いる。
本発明の第二の特徴では、入射光ビームはTEモードで伝
播するが、干渉計測光回路はTMモードで機能する。この
ために、モード変換用の（TE→TM）回折格子がビームの
帰路に置かれ、このビームの、磁気下地で反射した後も
常にTEモードである部分が部分的にTMモードに変換され
るようになっている。変換ビームは参照ビームとなり、
この参照ビームで、光−磁気相互作用で起きる測定ビー
ムを干渉させる。この参照ビームは、測定ビームと同じ
効果を受けるであろうから、特に有用である。特に、こ
の２本のビームは、ヘッドのクリアランス（即ち、ピッ
クアップと磁気下地の間の距離）の変化から起きる同じ
変動を受けるであろう。
播するが、干渉計測光回路はTMモードで機能する。この
ために、モード変換用の（TE→TM）回折格子がビームの
帰路に置かれ、このビームの、磁気下地で反射した後も
常にTEモードである部分が部分的にTMモードに変換され
るようになっている。変換ビームは参照ビームとなり、
この参照ビームで、光−磁気相互作用で起きる測定ビー
ムを干渉させる。この参照ビームは、測定ビームと同じ
効果を受けるであろうから、特に有用である。特に、こ
の２本のビームは、ヘッドのクリアランス（即ち、ピッ
クアップと磁気下地の間の距離）の変化から起きる同じ
変動を受けるであろう。
帰りのビームからこの参照ビームを作れるおかげで、干
渉計測によって、磁気下地で反射されたTMモードがどち
らの位相を持つかを知ることができ、また、この位相の
検出にパラサイト効果が全く影響していないことを知る
ことができる。
渉計測によって、磁気下地で反射されたTMモードがどち
らの位相を持つかを知ることができ、また、この位相の
検出にパラサイト効果が全く影響していないことを知る
ことができる。
最後に、干渉計測光回路はTMモードで機能するので、万
一入射ビームからくるパラサイトビームがあっても、こ
れはTEモードなので、反応しないであろう。
一入射ビームからくるパラサイトビームがあっても、こ
れはTEモードなので、反応しないであろう。
より詳しく述べると、本発明は、２つの反対の方向のど
ちらか一方の向きの磁化を示す磁気下地に書き込まれた
情報を読み取るための、一体化された光回路による読み
取りヘッドを対象とし、このヘッドは以下を含むことを
特徴とする： −ビームを放射する光源。
ちらか一方の向きの磁化を示す磁気下地に書き込まれた
情報を読み取るための、一体化された光回路による読み
取りヘッドを対象とし、このヘッドは以下を含むことを
特徴とする： −ビームを放射する光源。
−このビームの光伝送構造。この構造は、基盤、及び、
第一、第二、第三の透明な層を重ねたものを持ち、第二
の層はそれを上下から挟んでいる第一及び第三の層より
も屈折率が高く、光源から放射された光ビームは、この
構造のこの第二の層の中に浸透する。
第一、第二、第三の透明な層を重ねたものを持ち、第二
の層はそれを上下から挟んでいる第一及び第三の層より
も屈折率が高く、光源から放射された光ビームは、この
構造のこの第二の層の中に浸透する。
−この構造に一体化された、第三の層に蒸着された金属
層から成る偏光器。この偏光器は、トランスバース・マ
グネチックの伝播モードを減衰するので、トランスバー
ス・エレクトリックの伝播モードにとって都合が良くな
る。
層から成る偏光器。この偏光器は、トランスバース・マ
グネチックの伝播モードを減衰するので、トランスバー
ス・エレクトリックの伝播モードにとって都合が良くな
る。
−この機構に一体化され、偏光器の出口に置かれ、TEモ
ードの平行な光ビームを送るコリメータの光学機構。
ードの平行な光ビームを送るコリメータの光学機構。
−層の面に垂直な放物面を呈し、層のエッチングによっ
て得られる鏡。この鏡はコリメータの光学機構から来る
平行な光ビームを受け、読み取るべき磁気下地に焦点を
合わされたTEモードのビームを送る。このビームはこの
下地で反射し、これによって、常にTEモードの第一の部
分とTMモードの第二の部分を含む帰りのビームが生まれ
る。この第二の部分は下地の磁化の方向に依存する位相
を持つ。この帰りのビームが放物面鏡にあたりに来て、
放物面鏡で反射し、平行な帰りのビームを生む。
て得られる鏡。この鏡はコリメータの光学機構から来る
平行な光ビームを受け、読み取るべき磁気下地に焦点を
合わされたTEモードのビームを送る。このビームはこの
下地で反射し、これによって、常にTEモードの第一の部
分とTMモードの第二の部分を含む帰りのビームが生まれ
る。この第二の部分は下地の磁化の方向に依存する位相
を持つ。この帰りのビームが放物面鏡にあたりに来て、
放物面鏡で反射し、平行な帰りのビームを生む。
−平行な帰りのビームの軌跡上に置かれ、この構造に一
体化された、偏光変換回折格子。この回折格子は帰りの
ビームの方向に対して或る傾きを持ち、また、帰りのビ
ームのTEモードの部分がBragg回折により部分的にTMモ
ードに変換されるような格子定数を持つ。この同じ帰り
のビームのTMモードの部分はこの回折格子を減衰しない
で通過する。
体化された、偏光変換回折格子。この回折格子は帰りの
ビームの方向に対して或る傾きを持ち、また、帰りのビ
ームのTEモードの部分がBragg回折により部分的にTMモ
ードに変換されるような格子定数を持つ。この同じ帰り
のビームのTMモードの部分はこの回折格子を減衰しない
で通過する。
−TMモードで機能する干渉計測光回路。この回路は回折
格子で回折されたTMモードのビームとこの回折格子を通
過したTMモードを干渉させることができる。
格子で回折されたTMモードのビームとこの回折格子を通
過したTMモードを干渉させることができる。
−干渉計測光回路の出口に置かれた光検出器。この光検
出器は電気信号を発信し、その成分は、最終的に、下地
上で読み取られた磁化の方向に依存する。
出器は電気信号を発信し、その成分は、最終的に、下地
上で読み取られた磁化の方向に依存する。
第４図に表されている装置は光源Ｓと伝送構造20を持つ
が、第５図を説明した後の方が、その構成をより良く理
解できるであろう。この構造には、様々な要素が集積さ
れている。即ち、偏光器P;コリメータの光学機構、これ
は図示された例では放物面を持つ円筒形の鏡MP1から構
成されているが、平面鏡とレンズＬ（点線）で構成する
こともできるであろう；装置は更に、放物面を持つ円筒
形の鏡MP2を持ち、この鏡は、それが受ける光を一点Ｆ
に焦点を合わせる；偏光変換回折格子RCP;回折格子RCP
により回折された光の軌跡の上に置かれた鏡M;及び、半
透明の四分の一波長板LSであり、この四分の一波長板
は、それが反射する一部のビームを、鏡Ｍから来るビー
ムと再び組み合わせる。装置は、更に、光検出器Ｄを持
つが、これは伝送構造に一体化されても、されなくても
よい。
が、第５図を説明した後の方が、その構成をより良く理
解できるであろう。この構造には、様々な要素が集積さ
れている。即ち、偏光器P;コリメータの光学機構、これ
は図示された例では放物面を持つ円筒形の鏡MP1から構
成されているが、平面鏡とレンズＬ（点線）で構成する
こともできるであろう；装置は更に、放物面を持つ円筒
形の鏡MP2を持ち、この鏡は、それが受ける光を一点Ｆ
に焦点を合わせる；偏光変換回折格子RCP;回折格子RCP
により回折された光の軌跡の上に置かれた鏡M;及び、半
透明の四分の一波長板LSであり、この四分の一波長板
は、それが反射する一部のビームを、鏡Ｍから来るビー
ムと再び組み合わせる。装置は、更に、光検出器Ｄを持
つが、これは伝送構造に一体化されても、されなくても
よい。
この装置の動作は以上の通りである。偏光器Ｐは光源Ｓ
から送られるビームの中に存在するTMモードを減衰さ
せ、TEモードだけから成るビームを送り出す（これは、
第６図の説明を読むと一層よく理解できるであろう）。
これは、電界Ｅが図と同一の平面にあることを意味す
る。コリメータの光学機構は、この発散するビームか
ら、平行なビームを作り、それが放物面鏡MP2にあたり
に来る。反射されたビームは、読み取りたい磁気下地10
の近くでＦに集中する。
から送られるビームの中に存在するTMモードを減衰さ
せ、TEモードだけから成るビームを送り出す（これは、
第６図の説明を読むと一層よく理解できるであろう）。
これは、電界Ｅが図と同一の平面にあることを意味す
る。コリメータの光学機構は、この発散するビームか
ら、平行なビームを作り、それが放物面鏡MP2にあたり
に来る。反射されたビームは、読み取りたい磁気下地10
の近くでＦに集中する。
この下地上で反射した後、伝送構造に戻るビームは、一
部はTEモードで（これが最も重要な部分である）、一部
は、下地から引き起こされた光−磁気効果が生まれたTM
モードである。TMモードの部分は、図と同じ平面に磁場
Ｍを持つ（従って、この同じ図の平面に垂直な電界を持
つことになる）。
部はTEモードで（これが最も重要な部分である）、一部
は、下地から引き起こされた光−磁気効果が生まれたTM
モードである。TMモードの部分は、図と同じ平面に磁場
Ｍを持つ（従って、この同じ図の平面に垂直な電界を持
つことになる）。
TEモードの光度はA2（１−sin2a）で、TMモードのそれ
はA2sin2aであるが、振幅は、出会う磁化の方向によっ
てA sina或いは−A sinaである。
はA2sin2aであるが、振幅は、出会う磁化の方向によっ
てA sina或いは−A sinaである。
ひとたび放物面鏡MP2によって反射された帰りのビーム
は、回折格子RCPに出会う。後でもっと良く理解できる
であろうが、TEモードとTMモードは正確には同じ有効波
長を持つ訳ではない。これらのモードを特徴づける有効
屈折率が同じではないからである。入射ビームに対する
回折格子の傾き（或いは、回折格子への垂直方向に対す
る入射角θと言ってもよい）と回折格子の格子定数ｐ
は、良く知られたブラッグ〔Bragg〕の条件、即ち、2p.
cosθλTEを満たすように調節される。この条件はTEモ
ードについてしか満足されない。ここにおいて、λTEは
TEモードに対応する波長、即ち、λ０を入射ビームの真
空中での波長、NeffTEをTEモードの有効屈折率とした時
の、λ0/NeffTEである。
は、回折格子RCPに出会う。後でもっと良く理解できる
であろうが、TEモードとTMモードは正確には同じ有効波
長を持つ訳ではない。これらのモードを特徴づける有効
屈折率が同じではないからである。入射ビームに対する
回折格子の傾き（或いは、回折格子への垂直方向に対す
る入射角θと言ってもよい）と回折格子の格子定数ｐ
は、良く知られたブラッグ〔Bragg〕の条件、即ち、2p.
cosθλTEを満たすように調節される。この条件はTEモ
ードについてしか満足されない。ここにおいて、λTEは
TEモードに対応する波長、即ち、λ０を入射ビームの真
空中での波長、NeffTEをTEモードの有効屈折率とした時
の、λ0/NeffTEである。
このような条件のもとで、入射ビームのTEモードである
部分は、回折によって一部がTMモードに交換されるであ
ろう（約50％）。従って、回折されたビームはTMモード
である。他方、TMモードのビームの回折格子にあたる部
分は、その波長λTMが上に定義されたブラッグの条件を
満たさないために、回折されないであろう。
部分は、回折によって一部がTMモードに交換されるであ
ろう（約50％）。従って、回折されたビームはTMモード
である。他方、TMモードのビームの回折格子にあたる部
分は、その波長λTMが上に定義されたブラッグの条件を
満たさないために、回折されないであろう。
鏡Ｍは、回折されたビームを、これもまた回折格子で作
ることができる半透明の四分の一波長板LSの方へ反射す
る。この四分の一波長板はTMモードの入射ビームを部分
的に反射する。
ることができる半透明の四分の一波長板LSの方へ反射す
る。この四分の一波長板はTMモードの入射ビームを部分
的に反射する。
従って、要素RCP,M及びLSが干渉計測光回路を構成す
る。勿論、菱形、２本の平行なアームを持つもの、等、
他の型を考えることもできる。
る。勿論、菱形、２本の平行なアームを持つもの、等、
他の型を考えることもできる。
TMモードの２本のビームが干渉現象を起こし、干渉の結
果が検出器Ｄにより検出される。
果が検出器Ｄにより検出される。
回折格子RCPにより回折されたビームは、TEモードから
来る参照ビームとなり、このビームは、磁気下地での反
射から生じたTMモードが受けてきた全ての変動を受けて
いる。
来る参照ビームとなり、このビームは、磁気下地での反
射から生じたTMモードが受けてきた全ての変動を受けて
いる。
参照ビームの振幅をｒ、測定ビームの振幅をｍとする
と、干渉は以上のような形の光度を出現させるであろ
う： r2＋m2＋2rmcosψ ここで、角度ψは、下地の磁化の方向に応じて、０また
はπに正確に等しい。従って、以下に等しい信号が検出
されるであろう： r2＋m2＋2rmまたはr2＋m2−2rm r2＋m2という量は固定された成分を表す。
と、干渉は以上のような形の光度を出現させるであろ
う： r2＋m2＋2rmcosψ ここで、角度ψは、下地の磁化の方向に応じて、０また
はπに正確に等しい。従って、以下に等しい信号が検出
されるであろう： r2＋m2＋2rmまたはr2＋m2−2rm r2＋m2という量は固定された成分を表す。
磁化の方向による信号の差は4rmに等しい。この差はｒ
に比例する。信号雑音比も同様にrmに比例する。参照ビ
ームの振幅（ｒ）が測定ビームの振幅（ｍ）に比べて大
きいことは、従って、場合によっては、感度に関して
も、信号雑音比に関しても有利な因子となる。
に比例する。信号雑音比も同様にrmに比例する。参照ビ
ームの振幅（ｒ）が測定ビームの振幅（ｍ）に比べて大
きいことは、従って、場合によっては、感度に関して
も、信号雑音比に関しても有利な因子となる。
第５図は、伝送構造20の断面を示す。この種の構造は、
既知のごとく、例えばケイ素でできた基盤22、例えば屈
折率1.45のシリカSiO2でできた第一の層24、例えば屈折
率２のSi3N4でできた第二の層26、及び例えば屈折率1.4
5のSiO2でできた第三の層28を持つ。第一及び第三の層
の厚さは、1.5から３μｍのオーダーである。挿入され
る層の厚さは、0.1から0.2μｍである。光波は層26によ
って伝送される、実際には、隣接する層のそれぞれの中
にも、漸消波の形で光波は存在する。しかし、ビームの
発散はTE伝播モードとTM伝播モードでは同じではない。
TMモードの方がTEモードよりも発散が大きい。
既知のごとく、例えばケイ素でできた基盤22、例えば屈
折率1.45のシリカSiO2でできた第一の層24、例えば屈折
率２のSi3N4でできた第二の層26、及び例えば屈折率1.4
5のSiO2でできた第三の層28を持つ。第一及び第三の層
の厚さは、1.5から３μｍのオーダーである。挿入され
る層の厚さは、0.1から0.2μｍである。光波は層26によ
って伝送される、実際には、隣接する層のそれぞれの中
にも、漸消波の形で光波は存在する。しかし、ビームの
発散はTE伝播モードとTM伝播モードでは同じではない。
TMモードの方がTEモードよりも発散が大きい。
この種の構造の中を伝播される光ビームの有効屈折率
は、通過する層の実際の屈折率はかりでなく、これらの
層の大きさやモードの種類にも左右される。TEモードと
TMモードの空間的分布は同じではないので、これらは同
じ有効屈折率は持たないだろうと考えられる。使用され
る光の真空中での波長をλ０、TEモードとTMモードでの
有効屈折率をそれぞれNeffTEとNeffTMとすると、これら
のモードは２つの異なる波長λTEとλTMを示すであろ
う： 波長の差Δλは、以下の公式に基づいて、有効屈折率の
差ΔNeffに依存する： 差ΔNeffは約0.1、Neffは1.6程度である。従って、差Δ
λは約500オングストロームである。
は、通過する層の実際の屈折率はかりでなく、これらの
層の大きさやモードの種類にも左右される。TEモードと
TMモードの空間的分布は同じではないので、これらは同
じ有効屈折率は持たないだろうと考えられる。使用され
る光の真空中での波長をλ０、TEモードとTMモードでの
有効屈折率をそれぞれNeffTEとNeffTMとすると、これら
のモードは２つの異なる波長λTEとλTMを示すであろ
う： 波長の差Δλは、以下の公式に基づいて、有効屈折率の
差ΔNeffに依存する： 差ΔNeffは約0.1、Neffは1.6程度である。従って、差Δ
λは約500オングストロームである。
第４図の装置に現れる様々な要素は、このTEモードとTM
モードの波長の差に基づいている。
モードの波長の差に基づいている。
この差を出来る限り大きくするには、挿入される層26を
薄く、例えば、0.1から0.2μｍ程度にすればよい。
薄く、例えば、0.1から0.2μｍ程度にすればよい。
入射するビームに働きかけるコリメータの光学機構は、
反射屈折の形でも、屈折光学の形でも（即ち、鏡を用い
ても、レンズを用いても）実現できるが、帰りのビーム
に働きかけるコリメータの光学機構に関しては、この機
構は必ず光学屈折の形で実現しなければならないことに
注意する必要がある。入射するビームは唯一のモードTE
しか含まず、唯一の波長を持つのに対し、帰りのビーム
の波長の異なるTE及びTMの２つのモードを含んでいるか
らである。
反射屈折の形でも、屈折光学の形でも（即ち、鏡を用い
ても、レンズを用いても）実現できるが、帰りのビーム
に働きかけるコリメータの光学機構に関しては、この機
構は必ず光学屈折の形で実現しなければならないことに
注意する必要がある。入射するビームは唯一のモードTE
しか含まず、唯一の波長を持つのに対し、帰りのビーム
の波長の異なるTE及びTMの２つのモードを含んでいるか
らである。
今度は、第４図の装置に使われる要素がもっと詳細に説
明される。
明される。
先ず最初に、第６図に表された装置は、第４図の偏光器
Ｐに対応する偏光器である。上側の層28は部分的にエッ
チングが施され、エッチングされた部分は金属の層30で
覆われる。TMモードは、発散が大きいために、この種の
層によって強く吸収されるであろうが、TEモードは影響
を受けないであろう。従って、この種の装置は入射ビー
ムに含まれるTMモードの部分を排除し、TEモードだけの
ビームを送り出す。
Ｐに対応する偏光器である。上側の層28は部分的にエッ
チングが施され、エッチングされた部分は金属の層30で
覆われる。TMモードは、発散が大きいために、この種の
層によって強く吸収されるであろうが、TEモードは影響
を受けないであろう。従って、この種の装置は入射ビー
ムに含まれるTMモードの部分を排除し、TEモードだけの
ビームを送り出す。
第７図は鏡を表す。層24,26,28が基盤22までエッチング
されている。金属の層32がエッチングされた層の腹に蒸
着されている（但し、この金属の層は不可欠という訳で
はない、層−空気のジオプトリーが、場合によっては、
全反射ジオプトリーになることもある）。
されている。金属の層32がエッチングされた層の腹に蒸
着されている（但し、この金属の層は不可欠という訳で
はない、層−空気のジオプトリーが、場合によっては、
全反射ジオプトリーになることもある）。
第８図は回折格子を表す。上側の層28は層26までエッチ
ングされ、エッチングされた場所全体に誘電体34が蒸着
される。従って、伝送層の中で伝播条件が周期的に変わ
るので、これが回折現象につながる（「屈折の」と呼ば
れる回折格子）。
ングされ、エッチングされた場所全体に誘電体34が蒸着
される。従って、伝送層の中で伝播条件が周期的に変わ
るので、これが回折現象につながる（「屈折の」と呼ば
れる回折格子）。
回折格子RCPは、Δλ＝｜λTE−λTM|だけ隔たりのある
２つの波長を区別できなければならない。先に挙げた例
で、Δλは約500オングストロームであることを見た。
しかし、回折格子の選択性は、様々なパラサイト効果か
ら生じうる波長の変動、特に光源の波長の変動を上回ら
なければならない。この曖味さは約100オングストロー
ムである。従って、回折格子の波長の選択性は、大体10
0から500オングストロームの間になければならない。
２つの波長を区別できなければならない。先に挙げた例
で、Δλは約500オングストロームであることを見た。
しかし、回折格子の選択性は、様々なパラサイト効果か
ら生じうる波長の変動、特に光源の波長の変動を上回ら
なければならない。この曖味さは約100オングストロー
ムである。従って、回折格子の波長の選択性は、大体10
0から500オングストロームの間になければならない。
第４図の装置は、実のところ、原理図である。実際に
は、読み取りヘッドは、第９図に表されるような、付属
部品ではあるが有用な様々な部品によって補足されるで
あろう。
は、読み取りヘッドは、第９図に表されるような、付属
部品ではあるが有用な様々な部品によって補足されるで
あろう。
この図において、読み取りヘッドは、第４図に既に表さ
れた要素の他に、第二の検出器Ｄ′と組み合わされた第
二の半透明の四分の一波長板LS′、主検出器Ｄの前に置
かれた補助回折格子Ｒ′、回折格子RCPにより回折され
たビームの軌跡上に置かれた位相器PDH、様々な減衰
器、AT1,AT2,AT3及び装置の出口の伝送ガイドＧを持
つ。
れた要素の他に、第二の検出器Ｄ′と組み合わされた第
二の半透明の四分の一波長板LS′、主検出器Ｄの前に置
かれた補助回折格子Ｒ′、回折格子RCPにより回折され
たビームの軌跡上に置かれた位相器PDH、様々な減衰
器、AT1,AT2,AT3及び装置の出口の伝送ガイドＧを持
つ。
検出器Ｄ′で、帰りのビームの光度を検出でき、光源の
自動調節が可能である。
自動調節が可能である。
回折格子Ｒ′は、TMモードを反射し、測定するビームに
TEモードが残っていれば、これを減衰なしに通過させ
る。つまり、この鏡は干渉計測光回路の選択性を補完す
るのに役立つ。
TEモードが残っていれば、これを減衰なしに通過させ
る。つまり、この鏡は干渉計測光回路の選択性を補完す
るのに役立つ。
移送器PDHは以下の理由で重要である。干渉現象を起こ
すビーム、即ち、回折格子RCPにより回折される参照ビ
ームとこのビームを横切った測定ビームは、出会う磁場
の方向に応じて、厳密にはπまたは０に等しくない位相
を互いに示す。この位相は（ψＭ＋ψ０）に等しく、こ
こで、Ｍは０或いはπに等しく、ψ０は２本のビームが
辿る光学経路の違いに起因する移送である。この検出器
Ｄは、従って、以下の２つの信号のうちのどちらかを検
出する： r2＋m2＋2rm cosψ０ r2＋m2−2rm cosψ０ たまたま具合の悪いことに、構成のためにψ０がπ/2
か、或いはもっと一般的に（2k＋１）π/2に等しいと、
検出される２つの値の差は零になるであろう。このよう
な不利な状況を避けるために、移相ψ１を導入する移送
器PDHを付け加える。従って、検出された信号におい
て、移送に感じる項はcos（ψ０＋ψ１）の形になるで
あろう。もしψ０が（2k＋１）π/2に近いというような
ことになれば、位相全体が（Ｋ＋Ｋ′＋２）πに近づく
ためには、ψ１に（2k′＋１）π/2に近い値を与えれば
よく、これが最大感度につながる。
すビーム、即ち、回折格子RCPにより回折される参照ビ
ームとこのビームを横切った測定ビームは、出会う磁場
の方向に応じて、厳密にはπまたは０に等しくない位相
を互いに示す。この位相は（ψＭ＋ψ０）に等しく、こ
こで、Ｍは０或いはπに等しく、ψ０は２本のビームが
辿る光学経路の違いに起因する移送である。この検出器
Ｄは、従って、以下の２つの信号のうちのどちらかを検
出する： r2＋m2＋2rm cosψ０ r2＋m2−2rm cosψ０ たまたま具合の悪いことに、構成のためにψ０がπ/2
か、或いはもっと一般的に（2k＋１）π/2に等しいと、
検出される２つの値の差は零になるであろう。このよう
な不利な状況を避けるために、移相ψ１を導入する移送
器PDHを付け加える。従って、検出された信号におい
て、移送に感じる項はcos（ψ０＋ψ１）の形になるで
あろう。もしψ０が（2k＋１）π/2に近いというような
ことになれば、位相全体が（Ｋ＋Ｋ′＋２）πに近づく
ためには、ψ１に（2k′＋１）π/2に近い値を与えれば
よく、これが最大感度につながる。
この種の移送器の可能な実施方法が第10図に表される。
上側の層28は部分的にエッチングされ、エッチングされ
た部分は誘電体36で覆われる。この誘導体は伝送層26の
中の伝播定数を変え、誘電体の長さに比例した移送を導
入する。
上側の層28は部分的にエッチングされ、エッチングされ
た部分は誘電体36で覆われる。この誘導体は伝送層26の
中の伝播定数を変え、誘電体の長さに比例した移送を導
入する。
出口のガイドＧについては、これがあると、読み取りヘ
ッドの出口の面に置かれる焦点Ｆがなくてすむ。この種
のガイトを使えば、これの入口を焦点Ｆに置き、出口の
面へ向けて伝送ガイドを実現すれば十分である。その
上、このガイドは必ずしも真っ直ぐでなくてもよい。
ッドの出口の面に置かれる焦点Ｆがなくてすむ。この種
のガイトを使えば、これの入口を焦点Ｆに置き、出口の
面へ向けて伝送ガイドを実現すれば十分である。その
上、このガイドは必ずしも真っ直ぐでなくてもよい。
第11図はこの種のガイドの実施例を示す。上側の層28
は、幅１μｍ程度の真っ直ぐな、或いは曲がった棒が１
本だけ残るようにエッチングされる。すると、光ビーム
は伝送層の中で、この上部構造を辿ることがわかる。
は、幅１μｍ程度の真っ直ぐな、或いは曲がった棒が１
本だけ残るようにエッチングされる。すると、光ビーム
は伝送層の中で、この上部構造を辿ることがわかる。
その上、平行或いは扇形に配置された数本のこの型の伝
送ガイドを使うこともできる。
送ガイドを使うこともできる。
検出器Ｄはヘッドに一体化することができる。一体化さ
れた光回路の検出器は、本特許の申請者の名で申請され
た欧州特許出願0 198 735に記述されている。第12図に
表されているように、この検出器は、ケイ素の基盤22の
中に形成された参照番号40の接続PNと、伝送層26の中を
伝播されるビームを接続40の方へ送り返すことができる
回折格子42を持つ。
れた光回路の検出器は、本特許の申請者の名で申請され
た欧州特許出願0 198 735に記述されている。第12図に
表されているように、この検出器は、ケイ素の基盤22の
中に形成された参照番号40の接続PNと、伝送層26の中を
伝播されるビームを接続40の方へ送り返すことができる
回折格子42を持つ。
この種の検出器は、本来、伝播モードに対する選択性が
ある。TMモードにしか反応しないように設計することが
でき、これが、干渉計測光回路の選択性を一層高める。
ある。TMモードにしか反応しないように設計することが
でき、これが、干渉計測光回路の選択性を一層高める。
光源Ｓは光ファイバーで伝送構造に接続できる。しか
し、第13図に示されるように、光源を伝送構造に一体化
することもできる。この場合、光源Ｓは基盤22上に固定
され、その能動層46が伝送層26と同じ高さになるように
組み込まれる。
し、第13図に示されるように、光源を伝送構造に一体化
することもできる。この場合、光源Ｓは基盤22上に固定
され、その能動層46が伝送層26と同じ高さになるように
組み込まれる。
記述された装置で用いられる回折格子は、ホログラフィ
ー或いは電子マスクで得ることができる。
ー或いは電子マスクで得ることができる。
入射角として63゜43を選ぶことができる（これはarc tg
2に対応し、電子マスクで容易に得られる値である）。
すると、回折格子の格子定数はΔ0/2Neff cosθに等し
い。
2に対応し、電子マスクで容易に得られる値である）。
すると、回折格子の格子定数はΔ0/2Neff cosθに等し
い。
すると、0.8μｍの波長と1.6の屈折率についての格子定
数は0.56μｍになる。
数は0.56μｍになる。
回折格子は約100本程度の線があればよい。従って、幅
は約40μｍになるであろう。これは小さい。要素は殆ど
場所をとらない。
は約40μｍになるであろう。これは小さい。要素は殆ど
場所をとらない。
今まで説明してきた読み取りヘッドは1mm×1mm、或いは
それ以下の板の上に支持することができる。このヘッド
は古典的なピックアップに組み込むことができ、ピック
アップは書き込みの磁気ヘッドも含むことができる。ヘ
ッドのクリアランスの変動は重要ではない。既に見たよ
うに、干渉現象を起こす２本のビームは同じ変動を受け
るからである。従って、変動の効果は測定の最終結果に
は影響を及ぼさない。
それ以下の板の上に支持することができる。このヘッド
は古典的なピックアップに組み込むことができ、ピック
アップは書き込みの磁気ヘッドも含むことができる。ヘ
ッドのクリアランスの変動は重要ではない。既に見たよ
うに、干渉現象を起こす２本のビームは同じ変動を受け
るからである。従って、変動の効果は測定の最終結果に
は影響を及ぼさない。
第１図は、既に述べた通り、磁気書き込みの原理を示
す、 第２図は、既に述べた通り、磁気下地の光学読み出しの
原理を示す、 第３図は、既に述べた通り、光学読出し技術に関わる様
々な要素を示す、 第４図は、本発明による、一体化された光回路による読
み取りヘッドを上から見たところである、 第５図は、伝送構造の断面図である、 第６図は、偏光器の実施例である、 第７図は、鏡の実施例である、 第８図は、回折格子の実施例である、 第９図は、本発明による読み取りヘッドに様々な付属部
品を付けたところである、 第10図は、移送器の実施方法である、 第11図は、出口の光ガイドの実施方法である、 第12図は、一体化された検出器の実施方法である、 第13図は、光源が伝送構造に一体化されている別法を示
す。
す、 第２図は、既に述べた通り、磁気下地の光学読み出しの
原理を示す、 第３図は、既に述べた通り、光学読出し技術に関わる様
々な要素を示す、 第４図は、本発明による、一体化された光回路による読
み取りヘッドを上から見たところである、 第５図は、伝送構造の断面図である、 第６図は、偏光器の実施例である、 第７図は、鏡の実施例である、 第８図は、回折格子の実施例である、 第９図は、本発明による読み取りヘッドに様々な付属部
品を付けたところである、 第10図は、移送器の実施方法である、 第11図は、出口の光ガイドの実施方法である、 第12図は、一体化された検出器の実施方法である、 第13図は、光源が伝送構造に一体化されている別法を示
す。
Claims (9)
- 【請求項１】２つの反対の方向のどちらか一方の向きの
酸化を示す磁気下地（10）に書き込まれた情報を読み取
るためのものであり、以下のもの、即ち、 −光ビームを放射する光源（５）、 −ビームの光伝送構造で、この構造は、基盤（22）、及
び、第一、第二、第三の透明な層（24,26,28）を重ねた
ものを持ち、第二の層（26）はそれを上下から挟んでい
る第一及び第三の層（24,28）よりも屈折率が高く、光
源から放射された光ビームは、この構造のこの第二の層
（26）の中に浸透し、 −この構造に一体化された、第三の層（28）に蒸着され
た金属層（30）から成る偏光器（Ｐ）で、この偏光器
は、トランスバース・マグネチック（TM）伝播モードを
減衰するので、トランスバース・エレクトリック（TE）
伝播モードを助成し、 −この機構に一体化され、偏光器の出口に置かれ、（T
E）モードの平行な光ビームを送るコリメータの光学機
構（MP1）、 −層の面に垂直な放物面に呈し、層のエッチングによっ
て得られる鏡（MP2）でこの鏡はコリメータの光学機構
から来る平行な光ビームを受け、読み取るべき磁気下地
に焦点を合わされた（TE）モードのビームを送り、この
ビームはこの下地で反射し、これによって、常に（TE）
モードの第一の部分と（TM）モードの第二の部分を含む
帰りのビームが生まれ、この第二の部分は下地の磁化の
方向に依存する位相を持ち、この帰りのビームが放物面
鏡（MP2）にあたりに来て、放物面鏡で反射し、平行な
帰りのビームを生み、 −平行な帰りのビームの軌跡上に置かれ、この構造に一
体化された、偏光変換回折格子（RCP）で、この回折格
子（RCP）は帰りのビームの方向に対して傾き（θ）を
持ち、また帰りのビームの（TE）モードの部分がブラッ
グ回折により部分的に（TM）モードに変換されるような
格子定数を持ち、この同じ帰りのビームの（TM）モード
の部分はこの回折格子（RCP）を減衰しないで通過し、 −（TM）モードで機能する干渉計測光回路M,LS）で、こ
の干渉計測光回路は回折格子で回折された（TM）モード
のビームとこの回路格子を通過した（TM）モードのビー
ムを干渉させることができ、 −干渉計測光回路の出口に置かれた光検出器（Ｄ）で、
この光検出器は電気信号を発信し、電気信号の成分は、
最終的に、下地上で読み取られた磁化の方向に依存する ことを特徴とする、一体化された光回路による読み取り
ヘッド。 - 【請求項２】干渉計測光回路が、偏光変換回折格子（RC
P）により回折されたビームの軌跡上に置かれた反射器
（Ｍ）、及び、この変換回折格子により伝えられる帰り
のビームの軌跡上に置かれた四分の一波長板（LS）を持
ち、 反射器（Ｍ）により平行に反射されたビームと四分の一
波長板（LS）により平行に反射されたビームは合流して
干渉現象を起こし、 光検出器（Ｄ）がこの２本のビームの共通の軌跡上に置
かれる ことを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の読み
取りヘッド。 - 【請求項３】その他に、偏光変換回折格子（RCP）によ
り回折されたビームの軌跡上に置かれた移相器（PDH）
を持つ ことを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の読み
取りヘッド。 - 【請求項４】光伝送構造が、その他に、 一方の端が放物面鏡（MP2）の焦点を合わされた点
（Ｆ）に置かれ、他方の端が、読み取るべき磁気下地
（10）の近くの、ヘッドの出口の面に通じる光マイクロ
ガイド（Ｇ）を持つ ことを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の読み
取りヘッド。 - 【請求項５】コリメータの光学機構が、 層の面に垂直な放物面を持ち、この層のエッチングによ
り得られる鏡（MP1）から構成される ことを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の読み
取りヘッド。 - 【請求項６】光検出器（Ｄ）が、 伝送構造に一体化され、かつ、 基盤（22）に一体化された接続PN（40）、及び、層を重
ねたものに一体化され、第二の層により伝送されるビー
ムを接続PNの方へ回折できる回折格子（42）を持つ ことを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の読み
取りヘッド。 - 【請求項７】光源（Ｓ）が、 光ファイバーによって伝送層に結合される ことを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の読み
取りヘッド。 - 【請求項８】光源（Ｓ）が、 基盤に一体化されている ことを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の読み
取りヘッド。 - 【請求項９】伝送構造が、その他に、 第一の四分の一波長板を通過した光の軌跡上に置かれた
第二の四分の一波長板（LS′）、及び、この第二の四分
の一波長板（LS′）により反射されたビームの軌跡上に
置かれた第二の光検出器（Ｄ′）を持つ ことを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の読み
取りヘッド。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8616002 | 1986-11-18 | ||
| FR8616002A FR2606921B1 (fr) | 1986-11-18 | 1986-11-18 | Tete de lecture en optique integree pour la lecture d'informations enregistrees sur un support magnetique |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63153753A JPS63153753A (ja) | 1988-06-27 |
| JPH0711875B2 true JPH0711875B2 (ja) | 1995-02-08 |
Family
ID=9340914
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62287593A Expired - Lifetime JPH0711875B2 (ja) | 1986-11-18 | 1987-11-16 | 磁気媒体上の情報を読みとるための集積化光読み取りヘッド |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4796226A (ja) |
| EP (1) | EP0270429B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0711875B2 (ja) |
| DE (1) | DE3767846D1 (ja) |
| FR (1) | FR2606921B1 (ja) |
Families Citing this family (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4991160A (en) * | 1988-05-31 | 1991-02-05 | Nikon Precision Inc. | Integrated optical device for magneto-optical recording and reading head |
| US5115340A (en) * | 1988-09-30 | 1992-05-19 | Amoco Corporation | High average power Faraday isolator |
| GB8916764D0 (en) * | 1989-07-21 | 1989-09-06 | Sambles John R | Surface plasmon optical sensor |
| US5166989A (en) * | 1990-11-16 | 1992-11-24 | International Business Machines Corporation | Integrated polarization detection system |
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