專利名稱：光學(xué)振蕩裝置和記錄設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)射激光的光學(xué)振蕩裝置以及使用該光學(xué)振蕩裝置的記錄設(shè)備。
背景技術(shù)：
近年來，隨著社會上IT的發(fā)展，更大容量和更高速的通信是必要的。因此，關(guān)于用于傳播信息的媒體，不僅使用如同無線電通信中的頻率為例如2. 4GHz頻帶和5GHz頻帶的無線電波的光通信技術(shù)、而且還使用波長為例如I. 5 μ m頻帶(高達(dá)幾百THz頻率)的光的光通信技術(shù)，已經(jīng)迅速進(jìn)入廣泛使用。例如，通過光來傳輸信息的方法不僅用于諸如光纖通信的光通信，還用于在/從記錄媒體記錄和再生信息。因此，光信息技術(shù)將成為用于支持未來信息社會的發(fā)展的重要 基礎(chǔ)。當(dāng)通過光傳輸或記錄信息時，振蕩特定脈沖的光源是必要的。特別地，在通信中以及對于記錄和再生信息的大容量和高速而言，高輸出和短脈沖光源不可缺少，因此，已經(jīng)研究并開發(fā)了各種半導(dǎo)體激光作為滿足信息的大容量和高速的光源。例如，當(dāng)使用單模式激光從光盤執(zhí)行再生時，可能會由于光學(xué)系統(tǒng)的干擾而出現(xiàn)噪聲，并且可能由于溫度改變而引起振蕩波長的改變，因此，可能發(fā)生輸出變化或噪聲。因此，高頻疊加電路從外部執(zhí)行將激光模式改變?yōu)槎嗄Ｊ降恼{(diào)制過程，以抑制由于溫度變化或者由于從光盤返回的光引起的輸出變化。然而，該方法可導(dǎo)致設(shè)備尺寸與添加的高頻疊加電路成比例的增大，從而可能導(dǎo)致成本增加。然而，在自激振蕩半導(dǎo)體激光器中，由于可以通過高頻閃爍光源來直接實現(xiàn)多模式振蕩，因此，即使不使用高頻疊加電路，也能抑制輸出變化。例如，已經(jīng)使用自激振蕩GaN藍(lán)紫色半導(dǎo)體激光器實現(xiàn)了能夠以IGHz的頻率實現(xiàn)IOW的振蕩輸出和15psec的脈沖寬度的光源(例如，見Hideki ffatanabe, TakaoMiyajima, Masaru Kuramoto, Masao Ikeda,和 Hiroyuki Yokoyama 的 Applied PhysicsExpress 3, (2010)052701)0該半導(dǎo)體激光器是三段自激振蕩半導(dǎo)體激光器，其包括飽和吸收體部以及兩個增益部，該飽和吸收體部分夾置于兩個增益部之間。該半導(dǎo)體激光向飽和吸收體部施加反向偏壓。此時，通過向兩個增益部注入電流來發(fā)出波長為例如407nm的激光。

發(fā)明內(nèi)容
期望將實現(xiàn)了高輸出和短脈沖寬度的光源應(yīng)用到例如用于雙光子吸收記錄介質(zhì)的記錄光源或諸如非線性光學(xué)生物體內(nèi)成像或微細(xì)加工的各個領(lǐng)域。近年來，已經(jīng)提議了其中硅電子裝置通過光配線相互連接并且用光執(zhí)行信號傳輸以實現(xiàn)高速信號傳輸?shù)墓怆娐?。將來，為了使光電路能夠?zhí)行計算過程，生成電子電路的主時鐘的光學(xué)振蕩器是必要的。
當(dāng)使用自激振蕩型激光作為光學(xué)振蕩器時，需要根據(jù)用途準(zhǔn)備具體頻率。對于記錄和再生設(shè)備而言，從光源輸出從光學(xué)記錄介質(zhì)讀取的Worb信號或與來自旋轉(zhuǎn)光學(xué)記錄介質(zhì)的主軸電機的旋轉(zhuǎn)同步信號同步的記錄信號，是必要的。然而，根據(jù)自激振蕩型激光器的構(gòu)造，一般可以將具體脈沖光頻率確定為自激振蕩型激光器的頻率。為此，有必要根據(jù)用途來制造激光器，并且有必要實現(xiàn)相當(dāng)高的制造精度。因此，制造成本可能增加。鑒于以上內(nèi)容，期望提供一種能夠用簡單的構(gòu)造容易地獲得所需的脈沖光頻率的光學(xué)振蕩裝置和記錄設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明實施方式，提供了一種光學(xué)振蕩裝置，包括自激振蕩半導(dǎo)體激光，具有雙量子阱分離限制異質(zhì)結(jié)構(gòu)，并包括被施加負(fù)偏壓的飽和吸收體部和被注入增益電流的增益部。光學(xué)振蕩裝置還包括光學(xué)分離單元，將來自自激振蕩半導(dǎo)體激光的振蕩光束分成兩個振蕩光束；以及物鏡，將分離的所述振蕩光束中的一個匯聚到光學(xué)記錄介質(zhì)上。光學(xué)振 蕩裝置還包括光接收元件，接收由光學(xué)分離單元分離的振蕩光束中的另一個，以及脈沖檢測單元，檢測由光接收元件接收的振蕩光束的脈沖。光學(xué)振蕩裝置還包括基準(zhǔn)信號生成單元，生成主時鐘信號；以及相位比較單元，計算主時鐘信號和脈沖之間的相位差。根據(jù)本發(fā)明實施方式的光學(xué)振蕩裝置還包括記錄信號生成單元，使用負(fù)電壓以主時鐘信號的時序生成記錄信號。光學(xué)振蕩裝置還包括控制單元，基于記錄信號控制要施加到飽和吸收體部的負(fù)偏壓，并且在自激振蕩半導(dǎo)體激光器的非振蕩期間輸出直流電壓，在自激振蕩半導(dǎo)體激光的振蕩期間輸出所期望的周期電壓。這里，周期電壓被限定為以所期望的周期變化的電壓。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，提供了一種記錄設(shè)備，包括生成記錄信號的記錄信號生成單元，而不是光學(xué)振蕩裝置的上述信號生成單元；以及物鏡，將由上述光學(xué)分離單元分離的振蕩光束中的一個匯聚在光學(xué)記錄介質(zhì)上。在根據(jù)本發(fā)明實施方式的光學(xué)振蕩裝置和記錄設(shè)備中，通過控制要施加到自激振蕩半導(dǎo)體激光的飽和吸收體部的周期電壓，可以控制振蕩光束的振蕩頻率。因此，自激振蕩半導(dǎo)體激光可以容易地以任何振蕩頻率發(fā)光。在根據(jù)本發(fā)明實施方式的光學(xué)振蕩裝置和記錄設(shè)備中，可以容易地獲得任意振蕩頻率的振蕩光束。


圖I是示出自激振蕩半導(dǎo)體激光器的構(gòu)造的示意圖；圖2是示出被注入自激振蕩半導(dǎo)體激光器的增益電流和從自激振蕩半導(dǎo)體激光器發(fā)出的振蕩光束的振蕩頻率之間的關(guān)系的圖示；圖3是示出施加到自激振蕩半導(dǎo)體激光器的反向偏壓和從自激振蕩半導(dǎo)體激光器發(fā)出的振蕩光束的振蕩頻率之間的關(guān)系的圖示；圖4是示出施加到自激振蕩半導(dǎo)體激光器的反向偏壓和從自激振蕩半導(dǎo)體激光器發(fā)出的振蕩光束的峰值功率之間的關(guān)系的圖示；圖5是示出施加到自激振蕩半導(dǎo)體激光器的反向偏壓和從自激振蕩半導(dǎo)體激光器發(fā)出的振蕩光束的峰值功率之間的關(guān)系的圖示；
圖6是示出注入自激振蕩半導(dǎo)體激光器的增益電流和從自激振蕩半導(dǎo)體激光器發(fā)出的振蕩光束的峰值功率之間的關(guān)系的圖示；圖7A是示出注入自激振蕩半導(dǎo)體激光器的增益電流、電荷密度以及發(fā)光閾值之間的關(guān)系的圖不;圖7B是示出從自激振蕩半導(dǎo)體激光器發(fā)出的脈沖光的波形的圖示； 圖8A是示出二進(jìn)制信號的圖示；圖SB是示出注入自激振蕩半導(dǎo)體激光器的增益電流、電荷密度以及發(fā)光閾值之間的關(guān)系的圖不; 圖SC是示出從自激振蕩半導(dǎo)體激光器發(fā)出的脈沖光的波形的圖示；圖9A是示出從自激振蕩半導(dǎo)體激光器發(fā)出的振蕩光束的波形的圖示；圖9B是示出施加到自激振蕩半導(dǎo)體激光器的反向偏壓的圖示；圖9C是示出當(dāng)增益電流恒定在165mA或170mA時相對于反向偏壓的輸出功率的圖示；圖IOA是示出二進(jìn)制信號的圖示；圖IOB是示出注入自激振蕩半導(dǎo)體激光器的增益電流、電荷密度以及發(fā)光閾值之間的關(guān)系的圖不;圖IOC是示出從自激振蕩半導(dǎo)體激光器發(fā)出的脈沖光的波形的圖示；圖11是示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的記錄設(shè)備的構(gòu)造的示意圖示。
具體實施例方式以下，將參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明實施方式的記錄設(shè)備以及在該記錄設(shè)備中使用的自激振蕩半導(dǎo)體激光器的實例。將按以下順序描述本發(fā)明的實施方式。本發(fā)明不限于以下描述的實例。I.自激振蕩半導(dǎo)體激光器的構(gòu)造2.記錄設(shè)備的構(gòu)造I.自激振蕩半導(dǎo)體激光器的構(gòu)造首先，將描述根據(jù)本發(fā)明實施方式的自激振蕩半導(dǎo)體激光器I的構(gòu)造。圖I是示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的自激振蕩半導(dǎo)體激光器I的構(gòu)造的示意圖。自激振蕩半導(dǎo)體激光器 I 是在 Hideki ffatanabe, Takao Miyajima, Masaru Kuramoto, MasaoIkeda,和 Hiroyuki Yokoyama 的 Applied Physics Express 3, (2010)中披露的自激振蕩半導(dǎo)體激光器。自激振蕩半導(dǎo)體激光器I是三段式自激振蕩半導(dǎo)體激光器，其包括飽和吸收體部
2、第一增益部3以及第二增益部4。如圖I所示，飽和吸收體部2夾置于第一增益部3和第二增益部4之間。當(dāng)設(shè)置了飽和吸收體部2時，吸收體的吸收率隨著吸收體上入射光強度的增大而減小。因此，由于只有高強度的脈沖穿過吸收體，因此可以獲得較窄的脈沖。此外，增益電流被注入第一增益部3和第二增益部4。由GalnN/GaN/AlGaN材料形成的雙量子阱分離限制異質(zhì)結(jié)構(gòu)形成在η型GaN襯底6 (0001)的(0001)表面上。
S卩，η型GaN層7、η型AlGaN包覆層8、η型GaN引導(dǎo)層9、以及雙量子阱有源層10從下側(cè)起順序?qū)訅涸讦切虶aN襯底6上。此外，GaInN引導(dǎo)層11、ρ型AlGaN層12、ρ型AlGaN阻擋層13以及ρ型AlGaN/GaN超晶格第一包覆層14從下側(cè)起順序?qū)訅涸陔p量子阱有源層10上。例如，雙量子阱分離限制異質(zhì)結(jié)構(gòu)可以通過金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)方法來形成。如圖I所示，在ρ型AlGaN/GaN超晶格第一包覆層 14的中央部分形成有橋結(jié)構(gòu)，并且P型GaN接觸層16形成在橋結(jié)構(gòu)的上表面上。此外，Si02/Si絕緣層15形成在橋結(jié)構(gòu)的側(cè)表面上，或者形成在P型AlGaN/GaN超晶格第一包覆層14的沒有形成橋結(jié)構(gòu)的部分上。均為ρ型電極的第一主電極17、第二主電極18以及子電極19通過歐姆接觸形成在P型GaN接觸層16和Si02/Si絕緣層15上。具體地，第一主電極17形成在第一增益部3上，子電極19形成在飽和吸收體部2上。此外，第二主電極18形成在第二增益部4上。這些電極通過槽狀隔離部分20彼此電隔離。η型下電極5通過歐姆接觸形成在與η型GaN層7相對的η型GaN襯底6的表面上。如圖I所示，在自激振蕩半導(dǎo)體激光器I中，子電極19向飽和吸收體部2是假負(fù)偏壓(以下稱為反向偏壓)。此時，當(dāng)從第一主電極17和第二主電極18分別向第一增益部3和第二增益部4注入電流(增益電流)時，發(fā)射激光。本發(fā)明的提出者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在自激振蕩半導(dǎo)體激光器I的振蕩期間，可以通過改變上述反向偏壓來調(diào)控振蕩光束，并且可以通過改變反向偏壓的值和周期來控制振蕩頻率。此外，本發(fā)明的提出者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過改變增益電流的值，可以控制每個脈沖的振蕩期內(nèi)的振蕩頻率。S卩，在本發(fā)明的實施方式中，通過控制反向偏壓來執(zhí)行振蕩光束的調(diào)制以及振蕩頻率的控制。此外，通過改變增益電流的值來調(diào)節(jié)振蕩期間內(nèi)振蕩的脈沖光的間隔。以下，將描述根據(jù)本發(fā)明實施例的自激振蕩半導(dǎo)體激光器I的檢查的特征的實驗結(jié)果。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施方式的當(dāng)在自激振蕩半導(dǎo)體激光器I中使得振蕩時的反向偏壓(直流電壓)恒定并且增益電流改變時振蕩光束的振蕩頻率的測量結(jié)果。在圖2中，橫軸表示增益電流(Igain)，縱軸表示振蕩頻率。這里，在以I. OV的間隔將反向偏壓(Vsa)從OV改變到-6. OV的同時，檢查每個電壓值處的振蕩頻率變化。如圖2所示，可以明白，當(dāng)反向偏壓(Vsa)恒定并且增益電流(Igain)增大時，從自激振蕩半導(dǎo)體激光器I發(fā)出的振蕩光束的振蕩頻率增大。因此,通過改變自激振蕩半導(dǎo)體激光器I的振蕩中的增益電流(直流電流)的值，可以控制振蕩頻率。在圖3中，當(dāng)增益電流(直流電流)恒定時，相對于自激振蕩半導(dǎo)體激光器I的振蕩中的反向偏壓(振蕩中的直流電壓)的變化來檢查振蕩頻率。在圖3中，橫軸表示反向偏壓(Vsa)，縱軸表示振蕩頻率。此外，在以20mA的間隔將增益電流從80mA增大到200mA的同時，檢查每個電流值處的振動頻率變化。
如圖3所示，可以明白，當(dāng)增益電流(Igain)恒定并且反向偏壓(Vsa)在負(fù)向增大時,從自激振蕩半導(dǎo)體激光器I發(fā)出的振蕩光束的振蕩頻率減小。即,通過改變自激振蕩半導(dǎo)體激光器I的振蕩(在振蕩期間內(nèi))中的反向偏壓(直流電壓)的值，可以控制振蕩頻率。圖4是示出施加到自激振蕩半導(dǎo)體激光器I的反向偏壓(Vsa)和從自激振蕩半導(dǎo)體激光器I發(fā)出的振蕩光束的峰值功率之間的關(guān)系的圖示。在圖4中，橫軸表示反向偏壓(Vsa),并且縱軸表示峰值功率。從圖4中可以明白，當(dāng)反向偏壓(Vsa)從零在負(fù)方向上增大時，峰值功率增大。此夕卜，當(dāng)反向偏壓(Vsa)大于負(fù)方向上的預(yù)定電壓時，峰值功率減小，并且振蕩最終停止。因此，由于峰值功率的值通過反向偏壓(Vsa)改變，因此，可以使用反向偏壓(Vsa)來控制峰值功率。圖5是示出當(dāng)增益電流(Igain)為200mA以上時，施加到自激振蕩半導(dǎo)體激光器I 的反向偏壓(Vsa)和從自激振蕩半導(dǎo)體激光器I發(fā)出的振蕩光束的峰值功率之間的關(guān)系的圖不。在圖5中，橫軸表不反向偏壓(Vsa),縱軸表不峰值功率。在以5mA的間隔將增益電流從200mA增大到235mA的同時，測量每個電流值處的峰值功率變化。如圖5所示，當(dāng)反向偏壓(Vsa)在增益電流(Igain)的范圍內(nèi)從大約-7V在負(fù)方向上增大時，自激振蕩半導(dǎo)體激光器I的振蕩停止。因此，例如，當(dāng)由圖5中的線LI表示的反向偏壓為-5. 5V時，自激振蕩半導(dǎo)體激光器I處于ON (振蕩)狀態(tài)。當(dāng)由線L2表不的反向偏壓為5V時，自激振蕩半導(dǎo)體激光器I處于OFF (非振蕩)狀態(tài)。因此,例如,可以通過將反向偏壓改變到-5. 5V和-7. 5V來控制自激振蕩半導(dǎo)體激光器I的ON (振蕩)狀態(tài)和OFF (非振蕩)狀態(tài)。因此，通過控制反向偏壓，可以調(diào)制從自激振蕩半導(dǎo)體激光器I發(fā)出的振蕩光束。此外，通過將反向偏壓設(shè)置為具有-7. 5V的最大值和-5V的最小值的周期電壓，可以控制從自激振蕩半導(dǎo)體激光器I發(fā)出的振蕩光束的頻率。圖6是示出注入自激振蕩半導(dǎo)體激光器I的增益電流(Igain)和從自激振蕩半導(dǎo)體激光器I發(fā)出的振蕩光束的峰值功率之間的關(guān)系的圖示。在圖6中，橫軸表示增益電流，縱軸表示峰值功率。從圖6可以明白，增益電流(Igain)越大，振蕩光束的峰值功率越大。因此，可以使用增益電流(Igain)來控制來自自激振蕩半導(dǎo)體激光器I的振蕩光束的峰值功率?；谟筛咚俟怆姍z測器(40GHz )測量的脈沖寬度和光輸出的平均功率監(jiān)測值來計算圖4、5、和6中示出的峰值功率的值。由于因為光電檢測器的帶寬不足，相對于15ps的實際最小脈沖寬度僅檢測到大約40ps，因此顯示了低峰值。以下將參照圖7A和7B來描述自激振蕩半導(dǎo)體激光器I的上述特征。圖7A是示出被注入自激振蕩半導(dǎo)體激光器I的增益電流以及通過電流注入在自激振蕩半導(dǎo)體激光器I中累積的電荷密度之間的關(guān)系的圖示。圖7B是示出從自激振蕩半導(dǎo)體激光器I發(fā)出的光的波長的圖示。此外，將反向偏壓設(shè)置為具有恒定值。在圖7A中，特征L3是被注入自激振蕩半導(dǎo)體激光器I的電流值，特征L4是當(dāng)注入電流時在自激振蕩半導(dǎo)體激光器I中累積的電荷密度。此外，特征L5是確定為反向偏壓Vsa的發(fā)光閾值。如箭頭Al所示，增益電流越大，在自激振蕩半導(dǎo)體激光器I中累積的電荷的電荷密度越大。當(dāng)電荷密度達(dá)到由特征L5表示的發(fā)光閾值時，發(fā)出圖7B中示出的脈沖光Pul。此時，在發(fā)出脈沖光時，消耗電荷。因此，如箭頭A2所示，自激振蕩半導(dǎo)體激光器I中的電荷密度降低。然后，通過增益電流再次在自激振蕩半導(dǎo)體激光器I中累積電荷。當(dāng)電荷密度達(dá)到由特征L5表示的發(fā)光閾值時，發(fā)出脈沖光。自激振蕩半導(dǎo)體激光器I通過重復(fù)該過程執(zhí)行脈沖光的連續(xù)振蕩。由特征L5表不的電荷密度的發(fā)光閾值被施加到自激振蕩半導(dǎo)體激光器I的反向偏壓的值改變。例如，當(dāng)反向偏壓在負(fù)方向上改變時，由特征L5表示的電荷密度的發(fā)光閾值如箭頭A3所示增大。因此，由于電荷密度達(dá)到發(fā)光閾值的時間較長，脈沖光的發(fā)射間隔較長，因 此自激振蕩半導(dǎo)體激光器I的振蕩頻率減小。S卩，根據(jù)該原理，可以使用反向偏壓來控制自激振蕩半導(dǎo)體激光器I的振蕩頻率。此外，當(dāng)通過在負(fù)方向上增大反向偏壓來增大發(fā)光閾值時，振蕩激光所需的電荷密度也增大。因此，由于在振蕩中消耗的電荷量增大，因此發(fā)出的脈沖光的能量也增大。因此，可以使用反向偏壓來控制自激振蕩半導(dǎo)體激光器I的振蕩光束的峰值功率。另一方面，除了在發(fā)出脈沖光時的脈沖光消耗，在自激振蕩半導(dǎo)體激光器I中累積的電荷不會自發(fā)地從自激振蕩半導(dǎo)體激光器I流出(消耗)。因此，對于可以在自激振蕩半導(dǎo)體激光器中累積的電荷量(電荷密度)有限制。因此，當(dāng)反向偏壓Vsa的值在負(fù)方向上過度增大時，可以累積的電荷密度的發(fā)光閾值極大地增大。因此，難以將電荷密度增大至發(fā)光閾值。為此，如圖4所示，當(dāng)反向偏壓Vsa增大到負(fù)方向上的預(yù)定值時，自激振蕩半導(dǎo)體激光器I不振蕩。在反向偏壓Vsa中，自激振蕩半導(dǎo)體激光器I不振蕩的閾值存在于負(fù)值區(qū)中。因此，為了在自激振蕩半導(dǎo)體激光器I的ON和OFF狀態(tài)之間切換，優(yōu)選地將OFF狀態(tài)的反向偏壓設(shè)置為大于負(fù)方向上的閾值的值。換句話說，在反向偏壓被設(shè)置為大于負(fù)方向上的閾值的值的自激振蕩半導(dǎo)體激光器I中，激光的振蕩停止的非振蕩期間的偏壓大于激光學(xué)振蕩的振蕩期間的負(fù)方向上的反向偏壓。通過這樣設(shè)置反向偏壓，可以切換自激振蕩半導(dǎo)體激光器I的ON和OFF狀態(tài)。以下將參照圖8A至SC描述通過控制反向偏壓對振蕩頻率的控制以及從自激振蕩半導(dǎo)體激光器I發(fā)出的振蕩光束的調(diào)制的原理。如圖8A所示，例如，考慮了以0，1，1，0，和O的順序在自激振蕩半導(dǎo)體激光器I的振蕩光束上加載二進(jìn)制信號的情況。圖8B是示出施加到該情況的反向偏壓(特征L6)、與該反向偏壓對應(yīng)的發(fā)光閾值(特征L7)、注入自激振蕩半導(dǎo)體激光器I的增益電流的波形(特征L8)、以及在自激振蕩半導(dǎo)體激光器I中累積的電荷的電荷密度(特征L9)的圖示。圖SC是示出此時從自激振蕩半導(dǎo)體激光器I發(fā)出的振蕩光束的波形(特征L10)的圖示。如圖SC所示，假設(shè)從自激振蕩半導(dǎo)體激光器I發(fā)出的兩個脈沖光束對應(yīng)于二進(jìn)制信號的“ I ”。此外，假設(shè)增益電流在整個期間恒定。首先，當(dāng)用自激振蕩半導(dǎo)體激光器I表示二進(jìn)制信號的“O”時，將發(fā)光閾值的值設(shè)置為使得在圖8B示出的Tl期間中，由特征L9表示的電荷密度不超過由特征L7表示的發(fā)光閾值。因此，自激振蕩半導(dǎo)體激光器I在Tl期間(非振蕩期間)不振蕩。
另一方面，當(dāng)用自激振蕩半導(dǎo)體激光器I表示二進(jìn)制信號的“I”時，將由特征L6表示的反向偏壓設(shè)置在圖8B示出的T2期間在負(fù)值的范圍內(nèi)在正向增大的周期電壓。因此，在T2期間，由特征L7表示的發(fā)光閾值周期性減小，并且由特征L9表示的電荷密度因此達(dá)到發(fā)光閾值。結(jié)果是，發(fā)出了圖8C中示出的脈沖光Pu2。在一旦發(fā)出了脈沖光Pu2并因此消耗了電荷時，如圖8B的箭頭A4所示，電荷密度降低。另一方面，由于由特征L8表示的增益電流是在Tl (非振蕩期間)和T2 (振蕩期間)期間具有恒定值的直流電流，則可以再次在自激振蕩半導(dǎo)體激光器I中累積電荷。因此，如箭頭A5所示，電荷密度增大。此時，在T2期間中由特征L6表示的反向偏壓被認(rèn)為是在負(fù)范圍內(nèi)在正方向上周期性增大的周期電壓。因此，由特征L7表示的發(fā)光閾值也周期性變化，因此，發(fā)光閾值周期性減小。當(dāng)再次在自激振蕩半導(dǎo)體激光器I中增大的電荷密度達(dá)到周期性變化的發(fā)光閾值時，發(fā)出圖8C中示出的脈沖光Pu3。因此，發(fā)出了圖SC中示出的脈沖光Pu3，表示二進(jìn)制信號的“ I ”。
當(dāng)二進(jìn)制信號的“I”改變?yōu)椤癘”時，如圖SB的T3期間(非振蕩期間)所示，由特征L6表示的反向偏壓在負(fù)方向上增大。因此，在T3期間，由特征L7表示的發(fā)光閾值增大，并且由特征L9表示的電荷密度沒達(dá)到發(fā)光閾值。因此，自激振蕩半導(dǎo)體激光器I不振蕩并進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)，表示二進(jìn)制信號的“ O ”。因此，通過將反向偏壓設(shè)置為在作為振蕩周期的T2期間周期性改變的周期電壓，發(fā)光閾值周期性地改變，因此可以根據(jù)周期性改變的閾值發(fā)出脈沖光。即，由于可以根據(jù)反向偏壓的周期發(fā)出脈沖光，因此可以在反向偏壓的周期控制振蕩頻率，并可以控制在反向電壓周期發(fā)出的脈沖束的數(shù)量。圖9A至9C示出了圖8A至8C中示出的改變操作的驗證實驗的結(jié)果。圖9A是示出從自激振蕩半導(dǎo)體激光器I發(fā)出的振蕩光束的波形的圖示。圖9B是示出施加到自激振蕩半導(dǎo)體激光器I的反向偏壓的圖示。圖9C是示出當(dāng)增益電流恒定在165mA或170mA時相對于反向偏壓的輸出功率的圖不。在驗證試驗中，將反向偏壓設(shè)置為以2nsec的周期從_5. 5V周期性地變?yōu)開7V的周期電壓。此外，增益電流設(shè)置為具有170mA的恒定電流值。在圖9B中，被設(shè)置成周期電壓的反向偏壓的波形并不是矩形脈沖，而是通過信號的反射等生成。實際上，施加矩形脈沖。在圖9B中，反向偏壓幾乎恒定在-7V的T4期間對應(yīng)于圖9A中示出的脈沖光不振蕩的T4期間。圖9A和9B的時間軸之間的偏壓是由于檢測器而發(fā)生的延遲造成的。該偏差是由在檢測脈沖光之后轉(zhuǎn)換和輸出脈沖光所需的時間造成的。實際上，圖9A中示出的T4期間和圖9B中示出的T4期間大致是同一時間。圖9A中不出的脈沖光在反向偏壓為-5. 5V時振蕩。從圖9A和9B可以明白，在反向偏壓為-7V的期間，自激振蕩半導(dǎo)體激光器I不振蕩脈沖光。當(dāng)反向偏壓為-5. 5V時，自激振蕩半導(dǎo)體激光器I幾乎同時振蕩脈沖光。從圖9C可以明白，當(dāng)增益電流為170mA并且反向偏壓為-5. 5V時，脈沖光的峰值功率大約為5W。此外，在反向偏壓恒定為-7V的T4期間，脈沖光不振蕩。從圖9C可以明白，當(dāng)反向偏壓為-7V時，脈沖光的峰值功率幾乎為零。因此，可以明白，可以使用自激振蕩半導(dǎo)體激光器I中的反向偏壓來調(diào)制脈沖光，并且通過將反向偏壓設(shè)置為在振蕩期間在-5. 5V和-7V之間變化的周期電壓，可以強行振蕩脈沖光。此外，可以明白，通過周期電壓的周期，可以控制將在振蕩期間內(nèi)振蕩的脈沖光的數(shù)量和振蕩頻率。這里，當(dāng)反向偏壓的周期短于電荷密度達(dá)到脈沖光振蕩后的發(fā)光閾值的時間時，電荷累計可能不夠，并且在振蕩期間，在反向偏壓的一個周期中可能因此不發(fā)出脈沖光。因此，為了在反向偏壓的周期生成脈沖光，如圖9A所示，振蕩期間反向偏壓的周期應(yīng)當(dāng)被設(shè)置為比電荷密度達(dá)到發(fā)光閾值的時間長。因此，為了強行在與振蕩期間的反向偏壓的一個周期 對應(yīng)的時間生成一個周期(one-round)的脈沖光，反向偏壓的周期優(yōu)選地被設(shè)置為比電荷密度達(dá)到發(fā)光閾值的時間長?？蛇x地，通過將發(fā)光閾值設(shè)置為較小，或者調(diào)整增益電流的值使得電荷密度達(dá)到發(fā)光閾值的時間提前，可以調(diào)節(jié)一個周期的脈沖光，使得在反向偏壓的每個周期強行發(fā)出脈沖光?？紤]到振蕩頻率和輸出功率之間的關(guān)系，優(yōu)選地將反向偏壓的周期或者電荷密度的增大特性的調(diào)節(jié)確定為最佳。增益電流的值越大，電荷密度達(dá)到發(fā)光閾值的時間越短。然后，如圖7A所示，當(dāng)閾值電壓恒定時，脈沖光的發(fā)射間隔減小，自激振蕩半導(dǎo)體激光器I的振蕩頻率因此增大。根據(jù)該原理，在具有圖8A至SC示出的特征的自激振蕩半導(dǎo)體激光器I中，可以調(diào)節(jié)振蕩期間振蕩脈沖光的間隔。以下將參照圖IOA至IOC描述該原理其中，在自激振蕩半導(dǎo)體激光器I中調(diào)節(jié)在振蕩期間振蕩脈沖光的間隔，該自激振蕩半導(dǎo)體激光器I將反向偏壓設(shè)置為周期性改變的周期電壓并以該周期電壓的周期振蕩脈沖光。在圖IOA至IOC中，相同的參考標(biāo)號表示與圖8A至8C中的相對應(yīng)的部分，并將省略其描述。如圖IOA所示，例如，考慮其中0，1，1，0，和O順序設(shè)置在自激振蕩半導(dǎo)體激光器I的振蕩光束中的二進(jìn)制信號。圖IOB是示出此時時間的反向偏壓(特征L6)、與反向偏壓對應(yīng)的發(fā)光閾值(特征L7)、注入自激振蕩半導(dǎo)體激光器I的增益電流的波形(特征LU)、以及在自激振蕩半導(dǎo)體激光器I中累積的電荷的電荷密度(特征L12)的圖。圖IOC是示出此時從自激振蕩半導(dǎo)體激光器I中發(fā)出的振蕩光束的波形(特征L13)的圖示。如圖IOC所示，假設(shè)從自激振蕩半導(dǎo)體激光器I發(fā)出的兩個脈沖光束對應(yīng)于二進(jìn)制信號的“I”。這里，為了調(diào)整圖IOC中示出的脈沖光的間隔，S卩，脈沖光的振幅，假設(shè)增益電流的特征Lll具有增益電流的值僅在給定的期間增大的配置。在增益電流的值增大的期間，在電荷密度在脈沖光振蕩后再次達(dá)到發(fā)光閾值之前累積的電荷量增大。相比于圖8B，例如，在圖IOB中，增益電流的值在第二脈沖光Pu4和第三脈沖光Pu5的發(fā)射期間增大。因此，第二脈沖光Pu4和第三脈沖光Pu5的振幅增大。因此，通過改變振蕩期間中增益電流的值，可以輕微地調(diào)整振蕩期間內(nèi)振蕩的每個脈沖光的振幅。當(dāng)反向偏壓被設(shè)置為脈沖光的振蕩期間的周期電壓并且脈沖光與周期電壓同步的振蕩時，通過控制增益電流的配置，可以輕微地調(diào)整振蕩期間內(nèi)的脈沖光的振幅。因此，可以根據(jù)記錄介質(zhì)輕微地調(diào)整為記錄補償過程設(shè)計的脈沖光的振幅。2.記錄設(shè)備的配置以下將描述包括具有上述特征的自激振蕩半導(dǎo)體激光器I的記錄設(shè)備。圖11是示出根據(jù)本發(fā)明實施方式的記錄設(shè)備100的構(gòu)造的示意圖。根據(jù)該實施方式的記錄設(shè)備100包括作為光學(xué)振蕩器件的光學(xué)振蕩單元210以及將從光學(xué)振蕩單元210發(fā)出的振蕩光束匯聚到光學(xué)記錄介質(zhì)43上的物鏡41。光學(xué)振蕩單元210包括用作光源的上述自激振蕩半導(dǎo)體激光器I、校準(zhǔn)來自自激振蕩半導(dǎo)體激光器I的光的準(zhǔn)直透鏡31、以及將已經(jīng)穿過準(zhǔn)直透鏡31的光分成束的光學(xué)分離單元32。光學(xué)振蕩單元210進(jìn)一步包括會聚由光學(xué)分離單元32分離的一個光束的聚光透鏡33以及接收由聚光透鏡33會聚的光的光接收兀件34。光學(xué)振蕩單元210進(jìn)一步包括檢測由光接收元件34接收的光的脈沖檢測單元35和生成主時鐘信號的基準(zhǔn)信號生成單元36。光學(xué)振蕩單元210進(jìn)一步包括相位比較單元37，該相位比較單元37比較由脈沖檢測單元35檢側(cè)的光的相位與主時鐘信號的相位。
根據(jù)該實施方式的光學(xué)振蕩單元210進(jìn)一步包括控制單元45，控制單元45用于控制要施加到自激振蕩半導(dǎo)體激光器I的反向偏壓和要注入自激振蕩半導(dǎo)體激光器I的增益電流。根據(jù)該實施方式的光學(xué)振蕩單元210進(jìn)一步包括記錄信號生成單元39，記錄信號生成單元39以主時鐘信號的時序生成記錄信號。首先，記錄信號生成單元39以由基準(zhǔn)信號生成單元36生成的主時鐘信號的時序生成要記錄在諸如光盤的光學(xué)記錄介質(zhì)中的記錄信號(二進(jìn)制信號)?？刂茊卧?5基于由記錄信號生成單元39生成的記錄信號控制要施加到自激振蕩半導(dǎo)體激光器I的反向偏壓。在該情況下，如上所述，自激振蕩半導(dǎo)體激光器I的非振蕩(二進(jìn)制信號的“O”)期間的反向偏壓保持在恒定負(fù)值。此外，振蕩(二進(jìn)制信號的“I”)期間的反向偏壓設(shè)置為在負(fù)范圍內(nèi)從非振蕩期間內(nèi)的反向偏壓的值在正方向上周期性增大的周期電壓。因此，在振蕩期間，從自激振蕩半導(dǎo)體激光器I發(fā)出反向偏壓周期的脈沖光。因此，可以根據(jù)記錄信號控制振蕩期間的反向偏壓的周期，并且可以根據(jù)記錄信號修改從自激振蕩半導(dǎo)體激光器I發(fā)出的振蕩光束(見圖8A至8C)。根據(jù)記錄信號調(diào)制的來自自激振蕩半導(dǎo)體激光器I的振蕩光束被準(zhǔn)直透鏡31校準(zhǔn)，然后入射在光學(xué)分離單元32上。例如由分束器構(gòu)造的光學(xué)分離單元32將從自激振蕩半導(dǎo)體激光器I發(fā)出的光分成兩個光束。例如，在這兩個分離的光束中，通過聚光透鏡33在光接收元件34上會聚了從光學(xué)分離單元32反射的光束。例如，在光接收元件34中使用光電二極管。脈沖檢測單元35經(jīng)由電容器44連接光接收元件34，并檢測由光接收元件34接收的光的脈沖。相位比較單元37比較由基準(zhǔn)信號生成單元36生成的主時鐘信號的相位和由脈沖檢測單元35檢測的脈沖的相位，以計算主時鐘信號的相位和脈沖的相位之間的相位差?？刂茊卧?5基于由相位比較單元37計算的相位差來控制要注入自激振蕩半導(dǎo)體激光器I的增益電流的配置，并為每個脈沖光調(diào)整從自激振蕩半導(dǎo)體激光器I振蕩的脈沖光的頻率。因此，控制單元45輕微地調(diào)整振蕩期間脈沖光的間隔(圖IOA至10C)。另一方面，已經(jīng)從自激振蕩半導(dǎo)體激光器I發(fā)出并已經(jīng)穿過光學(xué)分離單元32的振蕩光束入射在鏡子40上。然后，振蕩光束從鏡子40被反射，并且振蕩光束的光路因此發(fā)生改變，然后，振蕩光束入射在物鏡41上。
在光學(xué)記錄介質(zhì)43上會聚物鏡41上入射的振蕩光束。光學(xué)記錄介質(zhì)43通過主軸電機42在光學(xué)記錄表面的平面內(nèi)方向旋轉(zhuǎn)。激光的會聚光點通過線程電機(未示出)等在光學(xué)記錄介質(zhì)43的徑向頻繁移動。因此，來自自激振蕩半導(dǎo)體激光器I的振蕩光束以螺旋形或同心形被發(fā)射到光學(xué)記錄介質(zhì)43的光學(xué)記錄表面，因此振蕩光束上加載的記錄信息順序記錄在光學(xué)記錄介質(zhì)43上。在根據(jù)本實施方式的記錄設(shè)備100中，使用要施加到自激振蕩半導(dǎo)體激光器I的反向偏壓來調(diào)制從自激振蕩半導(dǎo)體激光器I發(fā)出的振蕩光束，并且可以以反向偏壓的周期適當(dāng)?shù)卦O(shè)置振蕩光束的頻率。由于反向偏壓根據(jù)記錄信號被施加到自激振蕩半導(dǎo)體激光器1，因此記錄信息可以加載在從自激振蕩半導(dǎo)體激光器I發(fā)出的振蕩光束上。在根據(jù)該實施方式的記錄設(shè)備100中，可以使用要注入自激振蕩半導(dǎo)體激光器I的增益電流來控制振蕩光束的脈沖間隔。因此，可以以良好的精確度將信息記錄在光學(xué)記錄介質(zhì)上。
加載在來自自激振蕩半導(dǎo)體激光器I的振蕩光束上的信號不限于記錄信號，而可以是任何信號。即，通過提供生成任意給定信號的信號生成單元，而不是記錄信號生成單元39，光學(xué)振蕩單元210可以配置為發(fā)射加載任何給定信號的振蕩光束的光學(xué)振蕩裝置。這里，已經(jīng)將包括兩個增益部的三段式自激振蕩半導(dǎo)體激光器用作自激振蕩半導(dǎo)體激光器I。然而，即使使用包括一個增益部的兩段式自激振蕩半導(dǎo)體激光器，也能獲得相同的操作和優(yōu)點。上面已經(jīng)描述了根據(jù)本發(fā)明實施方式的光學(xué)振蕩裝置和記錄設(shè)備。本發(fā)明不限于上述實施方式，而是當(dāng)然可以在不背離權(quán)利要求范圍的發(fā)明精神和實質(zhì)的情況下包括各種實施方式。本發(fā)明還可以如下配置(I) 一種記錄設(shè)備，包括自激振蕩半導(dǎo)體激光器，具有雙量子阱分離限制異質(zhì)結(jié)構(gòu)，并包括被施加負(fù)偏壓的飽和吸收體部和被注入增益電流的增益部；光學(xué)分離單兀，將來自自激振蕩半導(dǎo)體激光器的振蕩光束分成兩個振蕩光束；物鏡，將分離的振蕩光束中的一個匯聚到光學(xué)記錄介質(zhì)上；光接收元件，接收由光學(xué)分離單元分離的振蕩光束中的另一個；脈沖檢測單元，檢測由光接收元件接收的振蕩光束的脈沖；基準(zhǔn)信號生成單元，生成主時鐘信號；相位比較單元，計算主時鐘信號和脈沖之間的相位差；記錄信號生成單元，使用負(fù)電壓以主時鐘信號的時序生成記錄信號；以及控制單元，基于記錄信號控制要施加到飽和吸收體部的負(fù)偏壓，并且在自激振蕩半導(dǎo)體激光器的非振蕩期間輸出直流電壓，在自激振蕩半導(dǎo)體激光器的振蕩期間輸出以所需周期變化的周期電壓。(2)根據(jù)(I)的記錄設(shè)備，其中，控制單元基于相位差控制要注入到自激振蕩半導(dǎo)體激光器的增益部中的增益電流，并調(diào)整在振蕩期間內(nèi)的脈沖的間隔。(3)根據(jù)(I)或(2)的記錄設(shè)備，其中，自激振蕩半導(dǎo)體激光器包括活性層、GaInN引導(dǎo)層、ρ型AlGaN阻擋層、ρ型GaN/AlGaN超晶格第一包覆層、p型GaN/AlGaN超晶格第二包覆層，以及GaInN引導(dǎo)層、ρ型AlGaN阻擋層、P型GaN/AlGaN超晶格第一包覆層以及ρ型GaN/AlGaN超晶格第二包覆層順序?qū)訅涸诨钚詫拥囊粋€表面上。(4)根據(jù)(I)至(3)的記錄設(shè)備，其中，自激振蕩半導(dǎo)體激光器包括順序形成在活性層的另一表面上的η型GaN引導(dǎo)層、η型AlGaN包覆層、η型GaN層。(5) 一種光學(xué)振蕩裝置,包括自激振蕩半導(dǎo)體激光器，具有雙量子阱分離限制異質(zhì)結(jié)構(gòu)，并包括被施加負(fù)偏壓的飽和吸收體部和被注入增益電流的增益部；光學(xué)分離單兀，分離來自自激振蕩半導(dǎo)體激光器的振蕩光束；
光接收元件，接收由光學(xué)分離單元分離的振蕩光束中的一個；脈沖檢測單元，檢測由光接收元件接收的振蕩光束的脈沖；基準(zhǔn)信號生成單元，生成主時鐘信號；相位比較單元，計算主時鐘信號和脈沖之間的相位差；信號生成單元，使用負(fù)電壓以主時鐘信號的時序生成預(yù)定信號；以及控制單元，基于所述預(yù)定信號控制要施加到飽和吸收體部的負(fù)偏壓，并且在自激振蕩半導(dǎo)體激光器的非振蕩期間輸出直流電壓，在自激振蕩半導(dǎo)體激光器的振蕩期間輸出以所期望的周期變化的周期電壓。( 6 )根據(jù)(5 )的光學(xué)振蕩裝置，其中，控制單元基于相位差控制要注入到自激振蕩半導(dǎo)體激光器的增益部中的增益電流，并調(diào)整振蕩期間內(nèi)的脈沖的振幅。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在所附權(quán)利要求或其等同物的范圍內(nèi)，根據(jù)設(shè)計需求和其他因素，可以進(jìn)行各種修改、合并、子合并、以及替換。本申請包含與在2011年7月19日在日本專利局提交的日本優(yōu)先權(quán)專利申請JP2011-158323的公開相關(guān)的主題，其全部內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。
權(quán)利要求
1.一種記錄設(shè)備，包括 自激振蕩半導(dǎo)體激光器，具有雙量子阱分離限制異質(zhì)結(jié)構(gòu)，并包括被施加負(fù)偏壓的飽和吸收體部和被注入增益電流的增益部； 光學(xué)分離單兀，將來自所述自激振蕩半導(dǎo)體激光器的振蕩光束分成兩個振蕩光束； 物鏡，將分離的所述振蕩光束中的一個匯聚到光學(xué)記錄介質(zhì)上； 光接收元件，接收由所述光學(xué)分離單元分離的所述振蕩光束中的另一個； 脈沖檢測單元，檢測由所述光接收元件接收的所述振蕩光束的脈沖； 基準(zhǔn)信號生成單元，生成主時鐘信號； 相位比較單元，計算所述主時鐘信號和所述脈沖之間的相位差； 記錄信號生成單元，使用負(fù)電壓以所述主時鐘信號的時序生成記錄信號；以及控制單元，基于所述記錄信號控制要施加到所述飽和吸收體部的所述負(fù)偏壓，并且在所述自激振蕩半導(dǎo)體激光器的非振蕩期間輸出直流電壓，在所述自激振蕩半導(dǎo)體激光器的振蕩期間輸出以所期望的周期變化的周期電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的記錄設(shè)備，其中，所述控制單元基于所述相位差控制要注入到所述自激振蕩半導(dǎo)體激光器的所述增益部中的所述增益電流，并調(diào)整所述振蕩期間內(nèi)的所述脈沖的間隔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的記錄設(shè)備， 其中，所述自激振蕩半導(dǎo)體激光器包括活性層、GaInN引導(dǎo)層、p型AlGaN阻擋層、p型GaN/AlGaN超晶格第一包覆層、P型GaN/AlGaN超晶格第二包覆層，以及 所述GaInN引導(dǎo)層、所述P型AlGaN阻擋層、所述p型GaN/AlGaN超晶格第一包覆層以及所述P型GaN/AlGaN超晶格第二包覆層順序?qū)訅涸谒龌钚詫拥囊粋€表面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的記錄設(shè)備，其中，所述自激振蕩半導(dǎo)體激光器包括順序形成在所述活性層的另一表面上的η型GaN引導(dǎo)層、η型AlGaN包覆層、η型GaN層。
5.一種光學(xué)振蕩裝置，包括 自激振蕩半導(dǎo)體激光器，具有雙量子阱分離限制異質(zhì)結(jié)構(gòu)，并包括被施加負(fù)偏壓的飽和吸收體部和被注入增益電流的增益部；光學(xué)分離單元，分離來自所述自激振蕩半導(dǎo)體激光器的振蕩光束； 光接收元件，接收由所述光學(xué)分離單元分離的所述振蕩光束中的一個； 脈沖檢測單元，檢測由所述光接收元件接收的所述振蕩光束的脈沖； 基準(zhǔn)信號生成單元，生成主時鐘信號； 相位比較單元，計算所述主時鐘信號和所述脈沖之間的相位差； 信號生成單元，使用負(fù)電壓以所述主時鐘信號的時序生成預(yù)定信號；以及控制單元，基于所述預(yù)定信號控制要施加到所述飽和吸收體部的所述負(fù)偏壓，并且在所述自激振蕩半導(dǎo)體激光器的非振蕩期間輸出直流電壓，在所述自激振蕩半導(dǎo)體激光器的振蕩期間輸出以所期望的周期變化的周期電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)振蕩裝置，其中，所述控制單元基于所述相位差控制要注入到所述自激振蕩半導(dǎo)體激光器的所述增益部中的所述增益電流，并調(diào)整所述振蕩期間內(nèi)的所述脈沖的振幅。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種光學(xué)振蕩裝置和記錄設(shè)備，該記錄設(shè)備包括自激振蕩半導(dǎo)體激光器，具有雙量子阱分離限制異質(zhì)結(jié)構(gòu)，并包括被施加負(fù)偏壓的飽和吸收體部和被注入增益電流的增益部；光學(xué)分離單元、物鏡、光接收元件、脈沖檢測單元、基準(zhǔn)信號生成單元、相位比較單元、記錄信號生成單元以及控制單元。
文檔編號H01S5/00GK102890942SQ20121024180
公開日2013年1月23日 申請日期2012年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月19日
發(fā)明者藤田五郎, 丸山務(wù) 申請人:索尼公司