专利名称：光振荡装置和记录装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及发射激光的光振荡装置和利用光振荡装置的记录装置。
背景技术：
近年来，随着社会中IT的发展，存在对大容量和高速化的进一步需求。由于这个原因，作为传送信息的介质，像使用(例如)2. 4GHz或5GHz频带的电磁波的无线通信、使用 (例如)1. 5 μ m波带(至几百THz频带)的光的光通信已经迅速地普及。此外，由于利用光的信息的传送被应用于利用(例如)光纤的光通信，并进一步被应用于记录和再生到达和来自记录介质的信息，所以光信息技术是支撑未来信息社会发展的重要基础。振荡特定脉冲的光源被用来传送和记录利用光的信息。特别地，对于通信、记录以及再生的大容量和高速化，具有高输出和短脉冲的光源是必需的，并且作为满足它们的光源，已经研究和开发了各种半导体激光器。例如，当光盘的记录装置在使用单模激光器期间执行再生时，由于光学系统的干扰而产生噪音，并且由于温度的变化而导致振荡波长和输出改变或产生噪音。由于这个原因，已经执行了一种方法，其中激光通过利用外部高频模(high frequency module)的调制而具有多种模式，从而抑制了由于温度或返回光盘的光的变化而导致的输出变化。然而，在这种方法中，随着高频模的加入，装置变得很大且成本增大。相反，自激振荡半导体激光器以高频闪烁，并且以多种模式直接振荡，可以抑制输出变化而无需高频模。例如，本发明的发明人使用自激振荡GaN蓝紫色半导体激光器实现了能够在 0. 9GHz的频率处实现30ps的脉冲宽度和2. 4W的振荡输出的光源(参考Takao Miyajima, Hideki ffatanabe, Masao Ikeda and Hiroyuki Yokoyama, Applied Physics Letters 94, 161103(2009))ο半导体激光器是包括增益部和可饱和吸收体部(saturable absorber section) 的BS(bisecti0nal，交叉的)型自激振荡半导体激光器。在该半导体激光器中，对可饱和吸收体部施加反向偏压。这时，电流被注入到增益部，从而发射波长为407nm的激光。
发明内容
期望可以将这种具有高输出和短脉宽的光源应用于各种领域，例如用于对两光子吸收记录介质(two-photon absorption recording medium)执行记录的光源、非线性光学生物显像(bioimaging)、微加工等。此外，最近，对于高速信号传输，已经提出了一种光学电路，其中硅电子设备通过光学互连彼此连接，并且利用光来执行信号传输。将来，为了利用光学电路执行操作处理， 光学振荡器作为电子电路的主时钟(master clock)是必不可少的。
在使用自激振荡激光器作为光振荡器的情况下，根据其用途制备具有特定频率的激光。例如，在记录和再生装置中，光源有必要发出与从光学记录介质读取的摆动信号同步的记录信号或与来自主轴电机(其使得光学记录介质旋转)的旋转同步信号同步的记录信号。然而，自激振荡激光器通常根据其结构而被设定为唯一的脉冲光频率。从而，由于必需为各个用途来制造激光器，所以要以非常高的精度来制造激光器。这样，增加了成本。此外，在光源中，由于脉冲光频率因为诸如温度的外部因素而改变，所以高稳定性是必要的。当将自激振荡半导体激光器或模同步半导体激光器用作光源时，脉冲光持续地被振荡，因此通过使脉冲光通过光学开关而形成携带记录信号的光信号。例如，假设如图IlA所示，在与从摆动信号等提取的主时钟同步时，光学开关在图 IlB所示的时间段内导通，并且输出携带了对应于6T记录的记录数据的光信号。如图IlC所示，如果发射的脉冲光与图IlA的主时钟同步，则通过光学开关产生了对应于如图IlD所示的6T记录的脉冲信号。然而，如图IlE所示，如果发射的脉冲光不与图IlA的主时钟同步，则通过光学开关的脉冲变为对应于如图IlF所示的5T记录的信号。由于这个原因，不能产生精确的信号。此外，在通过外部调制振荡连续光作为脉冲的情况下，可以通过利用能够执行高速调制的诸如EA(电吸收)调制器的元件基本上调制脉冲光频率。然而，存在如下的问题， 即，外部调制器的使用会使成本增加，并且在EA调制器的情况下脉冲的通过和截止切换比 (on and off switching ratio)降低。期望提供光振荡装置和记录装置，使得能够以简单的构造获得所期望的脉冲光频率。根据本发明实施方式的光振荡装置具有自激振荡半导体激光器，该自激振荡半导体激光器具有由fe^nN/GaN/AWaN材料制成的双量子阱分别限制异质结构，并且包括施加有负偏压的可饱和吸收体部和增益电流被注入其中的增益部。根据本发明实施方式的光振荡装置包括用于从自激振荡半导体激光器中分离部分激光束的光分离装置，以及感测通过光分离装置分离的激光束的光感测元件。根据本发明实施方式的光振荡装置包括电流控制电路，该电流控制电路基于通过光感测元件感测的激光束的量来控制注入到自激振荡半导体激光器的增益部中的电流。在根据本发明实施方式的光振荡装置中，作为光源，使用自激振荡半导体激光器， 其具有由fe^nN/GaN/AWaN材料制成的双量子阱分别限制异质结构，并且包括施加有负偏压的可饱和吸收体部和增益电流被注入其中的增益部。由于这个原因，可以通过施加到可饱和吸收体部的电压来改变振荡激光的脉冲光频率。根据本发明实施方式，提供了一种记录装置，包括上述的光振荡装置、用于调制从光振荡装置发射的激光的光调制装置以及将通过光调制装置调制的激光会聚在记录介质上的物镜。根据本发明实施方式的记录装置包括基准信号生成单元，生成主时钟信号；记录信号生成单元，基于主时钟信号生成记录信号；以及驱动电路，基于记录信号驱动光调制
直ο根据本发明实施方式的记录装置包括脉冲检测装置，用来检测通过光感测元件感测的激光的脉冲光；以及相位比较装置，用来检测脉冲光与主时钟信号之间的相位差。根据本发明实施方式的记录装置包括补偿装置，用来基于通过相位检测单元检测的相位差来控制施加到自激振荡半导体激光器的可饱和吸收体部的电压。在根据本发明实施方式的记录装置中，检测从光振荡装置产生的激光的脉冲光与主时钟信号之间的相位差。基于该相位差来控制施加到自激振荡半导体激光器的可饱和吸收体部的电压。由于这个原因，可以使从光振荡装置产生的激光的脉冲光频率与主时钟信号同步ο根据本发明另一实施方式的记录装置包括电流检测单元，连接至自激振荡半导体激光器的可饱和吸收体部；以及光调制装置，用来调制从光振荡装置发射的激光。根据本发明另一实施方式的记录装置包括物镜，将通过光调制装置调制的激光会聚在记录介质上；基准信号生成单元，生成主时钟信号；记录信号生成单元，基于主时钟信号生成记录信号。根据本发明另一实施方式的记录装置包括驱动电路，基于记录信号驱动光调制装置；以及频率检测装置，用来检测通过电流检测单元检测的信号的频率。根据本发明另一实施方式的记录装置包括频率比较装置，用来检测通过频率检测装置检测的频率与主时钟信号的频率之间的频差。根据本发明另一实施方式的记录装置包括补偿装置，用来基于通过频率比较装置检测的频差来控制施加到自激振荡半导体激光器的可饱和吸收体部的电压。在根据本发明另一实施方式的记录装置中，连接至可饱和吸收体部的电流检测单元检测自激振荡半导体激光器的脉冲光频率。由于这个原因，可以精确检测甚至具有非常高的频率的脉冲光。此外，在该记录装置中，基于检测的脉冲光频率与主时钟信号之间的频差或相位差或基于二者来控制施加到自激振荡半导体激光器的可饱和吸收体部的偏压。由于这个原因，可以使从光振荡装置产生的激光的脉冲光频率与主时钟信号同步。在根据本发明实施方式的光振荡装置中，振荡激光的脉冲光频率能够因为施加到可饱和吸收体部的电压而改变。因此，可以提供一种能够自由改变并容易控制振荡激光的脉冲光频率的光振荡装置。在根据本发明实施方式的记录装置中，可以使从光振荡装置产生的激光的脉冲光频率与主时钟信号同步。因此，可以通过利用根据本发明实施方式的记录装置可以执行更精确的记录。此外，在根据本发明另一实施方式的记录装置中，可以使具有非常高的脉冲光频率的激光与主时钟信号同步。因此，在根据本发明另一实施方式的记录装置中，可以精确地实现高密度和高速记录。
7
图1是示出根据第一实施方式的光振荡装置的示意性构造图。图2A是示出自激振荡半导体激光器的构造的示意图。图2B是示出从自激振荡半导体激光器发射激光的一种形式的示意图。图3A是示出自激振荡半导体激光器的增益电流与振荡激光的脉冲光频率之间的关系的曲线图。图3B是示出自激振荡半导体激光器的增益电流与振荡激光的平均功率之间的关系的曲线图。图4是示出从自激振荡半导体激光器振荡的激光的平均功率与脉冲光频率之间的关系的曲线图。图5是示出根据第二实施方式的记录装置的示意性构造图。图6是示出半导体光学放大器的示意性构造图。图7A 7C示出激光等的波形，其中图7A示出从自激振荡半导体激光器发射的激光的波形，图7B示出用于驱动光调制单元的调制信号或记录信号的波形，以及图7C示出通过光调制单元的激光的波形。图8是示出根据第三实施方式的记录装置的示意性构造图。图9A是示出用于自激振荡半导体激光器的光电流的漏电流的检测测试的示意图。图9B是示出通过测试获得的检测波形的示图。图10是示出根据第四实施方式的记录装置的示意性构造图。图IlA IlF是示出主机时钟与光脉冲之间同步的示图，其中图IlA示出主机时钟；图IlB示出对应于6T的记录数据；图IlC示出从激光器发射的脉冲；图IlD示出图IlC 中示出的脉冲通过图IlB中的开关之后的脉冲状态；图IlE示出从激光器发射的激光；以及图IlF示出图IlE中示出的脉冲通过图IlB中的开关之后的脉冲状态。
具体实施例方式下文，将描述本发明实施方式，但是本发明不限于下列实例。将按照下列顺序进行描述。1.第一实施方式(光振荡装置)2.第二实施方式(将光振荡装置应用于记录装置的第一实例)3.第三实施方式(将光振荡装置应用于记录装置的第二实例)4.第四实施方式(将光振荡装置应用于记录装置的第三实例)1.第一实施方式图1是示出根据第一实施方式的光振荡装置100的示意性构造图。根据该实施方式的光振荡装置100包括发射激光的自激振荡半导体激光器1、使来自自激振荡半导体激光器1的光平行的准直透镜2以及将通过准直透镜2的光分离的光分离单元3。此外，该实施方式中的光振荡装置100包括会聚通过光分离单元3分离的光的会聚透镜4，以及感测通过会聚透镜4会聚的光的光感测元件5。此外，光振荡装置100包括基于光感测元件5的感测量控制注入到自激振荡半导体激光器1中的电流的电流控制电路6、以及向自激振荡半导体激光器1施加反向偏压的可变电压源7。
作为自激振荡半导体激光器1，可以使用在Takao Miyajima, Hideki Watanabe, Masao Ikeda and Hiroyuki Yokoyama,Applied Physics Letters 94,161103(2009)
开的自激振荡半导体激光器。在图2Α和2Β中示出了该自激振荡半导体激光器1的结构。如图2Α所示，自激振荡半导体激光器1是包括增益部116和可饱和吸收体部(a saturable absorber section) 117 的 BS(bisectional，交叉的)型自激振荡半导体激光 由于可饱和吸收体部117，吸收比随着进入吸收体的光的强度的增加而减小，因此仅具有大强度的脉冲通过，从而获得更窄的脉冲。增益电流注入到增益部116中。在η型GaN基板102的(0001)面上形成由fe^nN/GaN/AWaN材料制成的双量子阱分另1J限制异质结构(A double quantum well separated confinement heterostructure)。这个异质结构例如可以由MOCVD (金属有机化学气相沉积)方法形成。如图2A所示，背脊结构形成在ρ型GaN/AWaN超晶格第二覆盖层(clad layer) 110的中心部位，并且ρ型GaN层112形成在背脊上。此外，在背脊的侧面上，或在ρ 型GaN/AWaN超晶格第二覆盖层110上没有形成背脊的部分上形成Si02/Si绝缘层111。在ρ型GaN层112和Si02/Si绝缘层111上，通过欧姆接触形成ρ型电极113和 114。换句话说，在增益部116上形成主电极113，而在可饱和吸收体部117上形成辅助电极114。这些电极由宽为20 μ m且具有槽状的分离部115隔开，从而彼此电绝缘。主电极 113和辅助电极114的长度例如分别是520μπι和60 μ m。此外，在η型GaN基板102的下表面上通过欧姆接触形成η型下部电极101。增益部116的前开口壁面涂有反射率为10%的抗反射层，可饱和吸收体部117的后开口壁面涂有反射率为95%的高反射膜。如图2Β所示，辅助电极114向自激振荡半导体激光器1中的可饱和吸收体部117 施加反向偏压。此时，当电流从主电极113被注入到增益部116中时，在以箭头Al标记的方向上发射激光。本发明的发明人已经发现，可以通过改变施加到自激振荡半导体激光器1中的可饱和吸收体部117的偏压来控制激光的脉冲光频率。图3Α是示出当注入到增益部116中的电流以相对于可饱和吸收体部117的恒定偏压变化时振荡的激光的脉冲光频率的曲线图。横轴表示注入增益部116的电流量i (mA)， 以及纵轴表示振荡激光的脉冲光频率(GHz)。此外，符号a表示偏压为-IV的情况，符号b表示偏压为-2V的情况。同样，符号 c表示偏压为-3V的情况，符号d表示偏压为-4V的情况。从图3A可以看出，随着注入到增益部116中的电流量的增加，激光的脉冲光频率同样增大。此外，如果电流恒定，激光的脉冲光频率则根据偏压的变化而改变，可以看出，随着偏压值在负方向上增大，脉冲光频率减小。图;3B是示出在自激振荡半导体激光器1中当施加给增益部116的电流以施加到可饱和吸收体部117的恒定偏压改变时振荡激光的平均功率的曲线图。横轴表示注入增益部116的电流量，纵轴表示振荡激光的平均功率。
此外，符号a表示偏压为-IV的情况，符号b表示偏压为-2V的情况。同样，符号 c表示偏压为-3V的情况，符号d表示偏压为-4V的情况。从图:3B可以看出，随着注入增益部116的电流量的增加，激光的平均功率同样增加。此外，如果电流恒定，那么激光的平均功率随着偏压值在负方向上增大而减小。图4是示出振荡激光的平均功率与脉冲光频率之间的关系的曲线图，其从图3A和 :3B示出的结果获得。横轴表示振荡激光的平均功率，而纵轴表示脉冲光频率。此外，符号a表示偏压为-IV的情况，符号b表示偏压为-2V的情况。同样，符号 c表示偏压为-3V的情况，符号d表示偏压为-4V的情况。由此，可以看出，如箭头A2所标记的，脉冲光频率在激光的平均功率恒定时可以通过偏压的改变而变化。如图IBB所示，偏压的变化改变了激光的平均功率。然而，激光的平均功率可以通过注入增益部116的电流量的变化而改变。换句话说，通过调节注入的电流量，可以消除由偏压变化引起的激光的平均功率的变化。因此，执行控制使得激光的平均功率恒定而脉冲光频率改变。同样地，如果根据每单位时间内由频率变化引起的脉冲数量的增加来校正平均功率的控制目标值，那么峰值功率可以恒定。该实施方式实现了自激振荡半导体激光器1的这种操作。再次参考图1，在根据该实施方式的光振荡装置100中，可变电压源7连接到自激振荡半导体激光器1的可饱和吸收体部117，并对可饱和吸收体部117施加负偏压。此外， 自激振荡半导体激光器1的下部电极接地。自激振荡半导体激光器1的增益部116连接到诸如APC(自动功率控制)电路的电流控制电路6，并且被施加来自电流控制电路6的电流。在负偏压被施加到自激振荡半导体激光器1的可饱和吸收体部117的状态下，通过向自激振荡半导体激光器1的增益部116注入电流而发射激光。在根据该实施方式的光振荡装置100中，可以通过来自可变电压源7的电压的变化来控制发射的激光的频率。从自激振荡半导体激光器1发射的激光例如通过准直透镜2变平行，并且入射在光分离单元3上。入射的激光束部分在光分离单元3中被分离，并且通过光感测元件5感测分离的光束。如果必要，可以经由会聚透镜4将激光会聚在光感测元件5上。光分离单元3例如可以使用光束分裂器。此外，光感测元件5例如可以使用光电
二极管等。APC电路6基于通过光感测元件5感测的光量控制注入自激振荡半导体激光器1 的增益部116的正向电流量。从而，可以将从自激振荡半导体激光器1发射的激光的强度控制为恒量。以这种方式，在根据该实施方式的光振荡装置100中，可以通过施加的电压来控制振荡的激光的脉冲光频率。换句话说，可以实现作为光VCO的功能。因此，没有必要设计和制造用于各脉冲光频率(根据其用途是必要的)的半导体激光器。此外，与现有技术不同，外部调制器是不必要的，因此，可以大大降低成本。此外，由于可以通过电压信号控制脉冲光频率，所以，可以通过在电子电路中嵌入光振荡装置而使用光振荡装置来产生光学电路中的主时钟。因此，可以进一步实现光学电路的实际应用。2.第二实施方式这里，将描述对记录装置应用在第一实施方式中描述的光振荡装置(图1)作为使用实例的情况。同样，在下文中，对应于图1中的元件的元件给出相同的参考数字，并且将省略重复部分的描述。图5是示出根据第二实施方式的记录装置200的示意性构造图。根据该实施方式的记录装置200包括利用施加的电压来控制激光的脉冲光频率的光振荡装置210以及会聚从光振荡装置210发射的激光的会聚透镜8。根据该实施方式的记录装置200还包括调制由会聚透镜8会聚的激光的光调制单元9以及使由光调制单元9调制的激光平行的准直透镜10。此外，根据该实施方式的记录装置200包括改变由准直透镜10而变为平行的激光的光路的反射镜11以及将激光(其由于反射镜11而改变了路径)会聚在光学记录介质上的物镜12。此外，根据该实施方式的记录装置200包括控制光振荡装置210和光调制单元9 以及控制激光的调制的控制单元220。光振荡装置210包括发射激光的自激振荡半导体激光器1、使来自自激振荡半导体激光器1的光平行的准直透镜2以及分离通过准直透镜2的光的光分离单元3。此外，该实施方式中的光振荡装置210包括会聚由光分离单元3分离的光的会聚透镜4以及感测由会聚透镜4会聚的光的光感测元件5。此外，光振荡装置210包括基于光感测元件5的感测量控制注入自激振荡半导体激光器1的电流的电流控制电路6、以及向自激振荡半导体激光器1施加反向偏压的可变电压源7。该光振荡装置210可以使用在第一实施方式中描述的光振荡装置100。因此，可变电压源7连接到自激振荡半导体激光器1的可饱和吸收体部117，并将负偏压施加到可饱和吸收体部117。此外，自激振荡半导体激光器1的下部电极接地，并且电流控制电路6将电流注入到增益部116。在将负偏压施加到自激振荡半导体激光器1的可饱和吸收体部117的状态下，通过将电流注入到增益部116中，自激振荡半导体激光器1连续发射脉冲光。此时，可以通过从可变电压源7施加到可饱和吸收体部117的电压的变化来控制发射的激光的脉冲光频率。从自激振荡半导体激光器1发射的激光例如通过准直透镜2变平行，并且入射在诸如光束分裂器的光分离单元3上。大部分激光束通过光分离单元3，然后从光振荡装置 210发射。同样，部分入射激光束由光分离单元3分离，然后经由会聚透镜4进入光感测元件 5。诸如APC电路的电流控制电路6基于通过光感测元件5感测的激光量来控制注入自激振荡半导体激光器1的增益部116的电流量。从而，可以将从自激振荡半导体激光器 1发射的激光的强度控制为恒量。
在该实施方式的光振荡装置210中，可以通过控制施加的电压来使得发射的激光的功率保持为恒量并改变脉冲光频率。从光振荡装置210发射的激光通过会聚透镜8会聚在光调制单元9上。光调制单元9例如可以使用半导体光学放大器(SOA)。半导体光学放大器是一种小尺寸、低成本的光学放大器，并且适宜用作切换光通过或截止的光闸或光学开关。在该实施方式中，通过切换光学放大器的导通和断开，调制来自自激振荡半导体激光器1的激光且在激光上加载记录数据。图6是示出半导体光学放大器的结构的示意图。在典型的半导体激光器中，光被限制在包括位于两端面的反射镜的共振腔中，并通过由能带之间的跃迁而产生的光学增益来振荡激光。相反，在该半导体光学放大器中，通过在两端面上设置抗反射膜25代替反射镜来抑制激光振荡。换句话说，半导体光学放大器用作单程放大器(one pass amplifier) 0从电流源沈将驱动电流注入在上电极22与下电极23之间。在这种状态下，如果激光进入设置在抗反射膜25上的入射端面，则激光在通过活性层M传播时由于受激发射而被放大。此外，可以通过控制注入半导体光学放大器中的驱动电流的量来控制将被放大的激光的量。然而，没有必要放大入射光，并且在可以获得足够的激光功率的情况下，半导体放大器的增益可以为1。在该半导体光学放大器中，载流子的寿命很短，从而表现出对电流变化或光强度的高速响应。因此，对于如图7A所示的来自自激振荡半导体激光器1的连续脉冲，如果从半导体放大器的电极输入具有图7B示出的波形的驱动电流，则从半导体放大器输出具有图7C示出的波形的脉冲光。换句话说，可以将半导体放大器用作高速光学开关，其由于驱动电流的信号而能够控制切换激光的通过和截止，并且可以处理自激振荡半导体激光器1的脉冲光频率。在该实施方式中，自激振荡半导体激光器1发射波长例如为407nm的激光。因此， 用作光调制单元9的半导体光学放大器的活性层、引导层、覆盖层等优选地由与所谓的蓝紫色半导体激光器(其发射具有相同波长的的光束)中的相同的材料制成。再次参照图5，由光调制单元9调制的激光通过准直透镜10变为平行并且进入反射镜11。激光由反射镜11反射，改变其光路，并进入物镜12。已经进入物镜12的激光被会聚在光学记录介质21上。通过主轴电机20旋转光学记录介质21。在光学记录介质21的直径方向上通过线程电机(未示出)随意移动激光的聚焦点。从而，通过光调制单元9而携带在激光上的记录信息被记录在光学记录介质21 上。在该实施方式中，控制单元220可以使从自激振荡半导体激光器1发射的激光与用于切换光调制单元9导通和断开的驱动电流(即，调制信号)同步。控制单元220包括产生主时钟信号的基准时钟生成单元18、以及检测从自激振荡半导体激光器1发射的激光的脉冲光的脉冲光检测单元13。此外，控制单元220包括相位比较单元14，该相位比较单元获得通过基准时钟生成单元18产生的主时钟信号与通过脉冲光检测单元13检测的脉冲光之间的相位差。此外，控制单元220包括相位补偿单元15，该相位补偿单元基于通过相位比较单元14获得的相位差来控制从可变电压源7输出的电压。控制单元220还包括与来自基准时钟生成单元18的主时钟同步地生成记录信号的记录信号生成单元16、以及与记录信号同步地驱动光调制单元9的驱动电路17。记录信号生成单元16通过与通过基准时钟生成单元18产生的主时钟信号同步地携带记录数据而产生记录信号。此外，驱动电路17基于产生的记录信号向光调制单元9输入诸如驱动光调制单元 9的电流信号的调制信号。从而，在光调制单元9中，执行了与主时钟信号完全同步的导通与断开切换，记录信号被加载在来自自激振荡半导体激光器1的激光上。此外，脉冲光检测单元13经由电容器9等被连接至光感测元件5，并且检测通过光感测元件5感测的激光的脉冲光。相位比较单元14获得通过脉冲光检测单元13检测的脉冲光与通过基准时钟生成单元18产生的主时钟信号之间的相位差。相位补偿单元15基于通过相位比较单元14获得的相位差来控制从可变电压源7 输出的电压。从而，可以改变从自激振荡半导体激光器1发射的激光的脉冲光频率。在该实施方式中，相位补偿单元15控制从可变电压源7输出的电压，使得通过相位比较单元14检测的相位差变为0或接近0。换句话说，对来自自激振荡半导体激光器1的激光的脉冲光频率执行了环路控制 (loop control)，使得从自激振荡半导体激光器1发射的脉冲光与用于光调制单元9的导通和断开切换的调制信号之间的相位差减小。例如，如果相位差比较小，那么可以根据相位差的大小值设定从可变电压源7输出的电压的大小。从而，可以使从自激振荡半导体激光器1发射的脉冲光与用于切换光调制单元9 导通和断开的调制信号或记录信号同步，并且进一步与主时钟信号同步。以这种方式，在根据该实施方式的记录装置200中，通过利用在第一实施方式中描述的自激振荡半导体激光器1(图1)可以控制由于电压而产生的振荡脉冲光的频率。由于这个原因，可以使主时钟信号(电信号)或基于主时钟信号而产生的记录信号或调制信号与从自激振荡半导体激光器1发射的脉冲光同步。因此，根据该实施方式的记录装置200可以执行精确的数据记录。此外，这里，描述了利用检测的脉冲光频率与主时钟信号之间的相位差来控制施加给自激振荡半导体激光器1的可饱和吸收体部117的偏压的实例。此外，可以基于脉冲光频率与主时钟信号之间的频差或基于频差与相位差两者来控制偏压。3.第三实施方式在第二实施方式中，脉冲光检测单元13检测来自自激振荡半导体激光器1的由光感测元件5感测的脉冲光。然而，从自激振荡半导体激光器1发射的脉冲光频率例如为IGHz (非常高)，因此， 在某些情况下，对于光感测元件5(诸如光电二极管)和脉冲光检测单元13来说，很难检测脉冲光。因此，在第三实施方式中，采用了这样一种方法，即，其中，检测与自激振荡半导体激光器1中的振荡同步地流动的光电流的漏电流，从而检测频率。下面将参照图8描述第
三实施方式。图8是示出根据第三实施方式的记录装置300的示意性构造图。在下文中，对应于第一实施方式(图1)和第二实施方式(图5)的元件采用相同的参考标号，并且将省略重复部分的描述。根据该实施方式的记录装置300包括利用施加的电压来控制激光的脉冲光频率的光振荡装置310以及会聚从光振荡装置310发射的激光的会聚透镜8。根据该实施方式的记录装置300还包括调制由会聚透镜8会聚的激光的光调制单元9以及使由光调制单元9调制的激光平行的准直透镜10。此外，根据该实施方式的记录装置300包括改变通过准直透镜10而变为平行的激光的光路的反射镜11以及将激光(其路径由于反射镜11而改变)会聚在光学记录介质上的物镜12。此外，根据该实施方式的记录装置300包括控制光振荡装置310和光调制单元9 以及控制激光的调制的控制单元320。光振荡装置310包括基于光感测元件5的感测量发射激光的自激振荡半导体激光器1、使来自自激振荡半导体激光器1的光平行的准直透镜2以及分离通过准直透镜2的部分光的光分离单元3。此外，该实施方式中的光振荡装置310包括会聚通过光分离单元3分离的光的会聚透镜4以及感测由会聚透镜4会聚的光的光感测元件5。此外，光振荡装置310包括控制注入自激振荡半导体激光器1的电流的电流控制电路6以及向自激振荡半导体激光器1施加反向偏压的可变电压源7。同样，在该实施方式中，该光振荡装置310可以使用在第一实施方式中描述的光振荡装置100 (图1)。因此，可变电压源7连接到自激振荡半导体激光器1的可饱和吸收体部117，并且向可饱和吸收体部117施加负偏压。此外，自激振荡半导体激光器1的下部电极接地，电流控制电路6将电流注入到增益部116中。在向自激振荡半导体激光器1的可饱和吸收体部117施加负偏压的状态下，通过将电流注入到增益部116中，自激振荡半导体激光器1连续地发射脉冲光。此时，可以通过从可变电压源7施加到可饱和吸收体部117的偏压的变化来控制发射的激光的脉冲光频率。从自激振荡半导体激光器1发射的激光例如通过准直透镜2变平行，并且入射在诸如光束分裂器的光分离单元3上。但是，大部分激光束通过光分离单元3，然后从光振荡装置310发射。此外，部分入射激光束通过光分离单元3分离，然后经由会聚透镜4进入诸如光电二极管的光感测元件5。诸如APC电路的电流控制电路6基于通过光感测元件5感测的激光的量控制注入自激振荡半导体激光器1的增益部116的电流的量。从而，可以将从自激振荡半导体激光器1发射的激光的强度控制为恒量。同样，在该实施方式中的光振荡装置310中，可以通过控制施加的电压来保持发射激光的功率恒定并改变脉冲光频率。从光振荡装置310发射的激光通过会聚透镜8被会聚在光调制单元9上。光调制单元9例如可以使用半导体光学放大器(SOA)。同样，在该实施方式中，通过切换光学放大器的导通和断开，调制来自自激振荡半导体激光器1的激光并将记录信息加载在激光上。然而，没有必要放大入射激光，并且在可以获得足够的激光功率的情况下，半导体放大器的增益可以是1。此外，用作光调制单元9的半导体光学放大器的活性层、引导层、覆盖层等优选地由与所谓的蓝紫色半导体激光器(发射具有相同波长的光束)中的相同的材料制成。通过光调制单元9调制的激光通过准直透镜10变为平行，并进入反射镜11。激光被反射镜11反射，改变其光路，并进入物镜12。已经进入物镜12的激光会聚在光学记录介质21上。通过主轴电机20旋转光学记录介质21。在光学记录介质21的直径方向中通过线程电机(未示出)随意移动激光的聚焦点。从而，在通过光调制单元9调制的激光上携带的记录信息被记录在光学介质21上。在该实施方式中，频率分离终段(frequency separation end stage) 27 (诸如LC 电路)连接在光振荡装置310的自激振荡半导体激光器1与向自激振荡半导体激光器1的可饱和吸收体部117施加电压的可变电压源7之间。可变电压源7向自激振荡半导体激光器1的可饱和吸收体部117施加负偏压，但是电流与自激振荡半导体激光器1的振荡同步地稍微流动。如果可以检测光电流的漏电流的AC分量，则可以直接获得自激振荡半导体激光器1的脉冲光频率作为电信号。在使用LC电路的情况下，利用电容器27b提取根据流入线圈27a的电流而产生的 AC分量，从而可以检测脉冲光。图9A和9B示出检测脉冲光的测试的结果。如图9A所示，自激振荡半导体激光器1的可饱和吸收体部117经由LC电路31连接至可变电压源33，并且被施加有反向偏压。自激振荡半导体激光器1的增益部116连接到可变AC电压源34，并且将正向电流注入到自激振荡半导体激光器1的增益部116中。此外，示波器35连接至LC电路31的电压输出端，并且测量检测电压的波形。此外，通过高速光电二极管(1004，由Newport公司制造)32检测的自激振荡半导体激光器1 的光发射波形被输出至示波器35。图9B示出通过示波器35检测的2个波形。横轴表示时间，纵轴表示电压。线Ll 表示根据施加到自激振荡半导体激光器1的可饱和吸收体部117的偏压通过LC电路31检测的光电流的漏电流的AC分量。此外，线L2表示通过高速光电二极管32检测并经过光电转换的自激振荡半导体激光器1的光发射波形。如由线L2表示的光发射波形所示，可以确定的是，由于可以看到峰值周期性地排列，所示可以通过高速光电二极管32检测来自自激振荡半导体激光器1的脉冲光。此外， 如线Ll所示，通过LC电路31检测的AC分量与通过线L2表示的峰值同步。由此，可以确定的是，可以通过LC电路31可靠地检测来自自激振荡半导体激光器1的脉冲光。此外，通过以这种方式检测光电流的漏电流，可以检测其脉冲光频率看起来超过诸如光电二极管的光感测元件5的灵敏度的各脉冲激光。控制单元320包括产生主时钟信号的基准时钟生成单元18以及检测从自激振荡半导体激光器1发射的激光的脉冲光频率的频率检测单元观。控制单元320包括频率比较单元四，该频率比较单元获得通过基准时钟生成单元 18生成的主时钟信号的频率与通过频率检测单元28检测的脉冲光频率的频率之间的频差。控制单元320包括补偿单元15，该补偿单元基于通过频率比较单元四获得的频差控制从可变电压源7输出的电压。控制单元320还包括与来自基准时钟生成单元18的主时钟同步地产生记录信号的记录信号生成单元16以及与记录信号同步地驱动光调制单元9的驱动电路17。记录信号生成单元16基于由基准时钟生成单元18产生的主时钟信号产生记录信号。此外，驱动电路17基于产生的记录信号向光调制单元9输入诸如驱动光调制单元 9的电流信号的调制信号。从而，在光调制单元9中，执行了与主时钟信号和记录信号完全同步的导通与断开的切换。频率检测单元观通过检测从电流检测单元27输出的信号的频率获得自激振荡半导体激光器1的脉冲光频率。频率比较单元四获得通过频率检测单元观检测的自激振荡半导体激光器1的频率与通过基准时钟生成单元18产生的主时钟信号的频率之间的频差。补偿单元15基于通过频率比较单元四获得的频差来控制可变电压源7，并且控制施加到自激振荡半导体激光器1的可饱和吸收体部117的偏压。因此，可以控制从自激振荡半导体激光器1发射的激光的脉冲光频率。在该实施方式中，补偿单元15执行对从可变电压源7输出的电压的环路控制，使得频差减小或变为0。从而，可以使从自激振荡半导体激光器1发射的激光的脉冲光频率与驱动光调制单元9的调制信号或记录信号以及主时钟信号的频率同步。因此，可以可靠地使从自激振荡半导体激光器1发射的脉冲光与光调制单元9的切换同步。因此，根据该实施方式的记录装置可以执行精确的数据记录。4.第四实施方式在第三实施方式中，通过参照主时钟信号校正脉冲光频率，脉冲光与主时钟信号彼此同步。为了进一步执行可靠的同步，优选地，通过执行一半相位校正和一半频率校正来执行相位和频率的校正。这里，将参照图10描述该情况。图10是示出根据第四实施方式的记录装置的示意性构造图。根据该实施方式的记录装置400包括利用施加的电压来控制激光的脉冲光频率的光振荡装置410以及会聚从光振荡装置410发射的激光的会聚透镜8。根据该实施方式的记录装置400还包括调制由会聚透镜8会聚的激光的光调制单元9以及使通过光调制单元9调制的激光平行的准直透镜10。此外，根据该实施方式的记录装置400包括改变通过准直透镜10而变为平行的激光的光路的反射镜11以及将激光(其路径由于反射镜11而改变)会聚在光学记录介质上的物镜12。此外，根据该实施方式的记录装置400包括控制光振荡装置410和光调制单元9 以及控制激光的调制的控制单元420。光振荡装置410包括发射激光的自激振荡半导体激光器1、使来自自激振荡半导体激光器1的光平行的准直透镜2以及分离通过准直透镜2的部分光的光分离单元3。此外，该实施方式中的光振荡装置410包括会聚通过光分离单元3分离的光的会聚透镜4以及感测通过会聚透镜4会聚的光的光感测元件5。此外，光振荡装置410包括控制注入自激振荡半导体激光器1的电流的电流控制电路6以及向自激振荡半导体激光器1施加反向偏压的可变电压源7。同样，在该实施方式中，该光振荡装置410可以使用在第一实施方式中描述的光振荡装置100 (图1)。因此，可变电压源7连接到自激振荡半导体激光器1的可饱和吸收体部117，并且向可饱和吸收体部117施加负偏压。此外，自激振荡半导体激光器1的下部电极接地，电流控制电路6将电流注入到增益部116中。在向自激振荡半导体激光器1的可饱和吸收体部117施加负偏压的状态下，通过将电流注入到增益部116中，自激振荡半导体激光器1连续地发射脉冲光。此时，可以通过向可饱和吸收体部117施加的来自可变电压源7的偏压的变化来控制发射的激光的脉冲光频率。从自激振荡半导体激光器1发射的激光通过例如准直透镜2变平行，并在入射诸如光束分裂器的光分离单元3上。但是，大部分激光束通过光分离单元3，然后从光振荡装置410发射。同样，部分入射激光束被光分离单元3分离，然后经由会聚透镜4进入诸如光电二极管的光感测元件5。诸如APC电路的电流控制电路6基于由光感测元件5感测的激光的量来控制注入自激振荡半导体激光器1的增益部116的电流的量。从而，可以将从自激振荡半导体激光器1发射的激光的强度控制为恒量。同样，在该实施方式中的光振荡装置410中，可以通过控制施加的电压来保持发射激光的功率恒定并改变脉冲光频率。从光振荡装置410发射的激光通过会聚透镜8会聚在光调制单元9上。光调制单元9可以使用例如半导体光学放大器(SOA)。同样，在该实施方式中，通过切换光学放大器的导通和断开，调制来自自激振荡半导体激光器1的激光并将记录信息加载在激光上。然而，没有必要放大入射激光，并且在可以获得足够的激光功率的情况下，半导体放大器的增益可以为1。此外，用作光调制单元9的半导体光学放大器的活性层、引导层、覆盖层等优选地由与所谓的蓝紫色半导体激光器(发射具有相同波长的光束)中的相同的材料制成。由光调制单元9调制的激光通过准直透镜10变为平行并进入反射镜11。激光被反射镜11反射，改变其光路，并进入物镜12。已经进入物镜12的激光会聚在光学记录介质21上。通过主轴电机20旋转光学记录介质21。在光学记录介质21的直径方向上通过线程电机(未示出)滑动光学振荡装置410来随意移动激光的聚焦点。从而，通过光调制单元9而在激光上携带的记录信息被记录在光学介质21上。同样，在该实施方式中，诸如LC电路的电流检测单元27连接在光振荡装置410的自激振荡半导体激光器1与向自激振荡半导体激光器1的可饱和吸收体部117施加电压的可变电压源7之间。可以通过利用电流检测单元27根据自激振荡半导体激光器1的振荡检测光电流的漏电流来检测来自自激振荡半导体激光器1的脉冲光。此外，可以检测超过诸如光电二极管的光感测元件5的灵敏度的每个脉冲光频率的脉冲激光。控制单元420包括产生主时钟信号的基准时钟生成单元18以及检测从自激振荡半导体激光器1发射的激光的脉冲光的脉冲检测单元13。此外，控制单元420包括频率检测单元观，该频率检测单元检测从自激振荡半导体激光器1发射的激光的脉冲光频率。控制单元420包括频率比较单元四，该频率比较单元获得由基准时钟生成单元18 产生的主时钟信号的频率与由频率检测单元洲检测的脉冲光频率的频率之间的频差。此外，控制单元420包括相位比较单元14，该相位比较单元检测由基准时钟生成单元18产生的主时钟信号与由脉冲检测单元13检测的脉冲光之间的相位差。此外，控制单元420包括补偿单元15，该补偿单元基于通过相位比较单元14获得的相位差和通过频率比较单元四获得的频差来控制从可变电压源7输出的电压。控制单元420还包括与来自基准时钟生成单元18的主时钟同步地产生记录信号的记录信号生成单元16以及与记录信号同步地驱动光调制单元9的驱动电路17。记录信号生成单元16基于由基准时钟生成单元18产生的主时钟产生记录信号。此外，驱动电路17基于产生的记录信号向光调制单元9输入诸如驱动光调制单元 9的电流信号的调制信号。从而，在光调制单元9中，执行了与主时钟信号和记录信号完全同步的导通与断开切换。频率检测单元观通过检测从电流检测单元27输出的电压信号的频率来获得自激振荡半导体激光器1的脉冲光频率。频率比较单元四获得通过频率检测单元观检测的自激振荡半导体激光器1的频率与通过基准时钟生成单元18产生的主时钟信号的频率之间的频差。脉冲检测单元13经由电容器19等连接至光感测元件5，并且检测由光感测元件5 感测的自激振荡半导体激光器1的脉冲光。相位比较单元14获得通过脉冲检测单元13检测的脉冲光与通过基准时钟生成单元18产生的主时钟信号之间的相位差。在该实施方式中，补偿单元15通过利用由相位比较单元14获得的相位差和由频率比较单元四获得的频差来控制可变电压源7。换句话说，对从可变电压源7输出的电压执行环路控制，使得相位差和频差减小或变为0，从自激振荡半导体激光器1发射的激光的脉冲光频率发生变化。从而，可以使从自激振荡半导体激光器1发射的激光的脉冲光频率与调制信号、驱动光调制单元9的记录信号以及主时钟信号的频率同步。因此，可以可靠地使从自激振荡半导体激光器1发射的脉冲光与光调制单元9的切换同步。因此，根据该实施方式的记录装置可以执行精确的数据记录。由此，已经描述了根据本发明实施方式的光振荡装置和记录装置。本发明包含于2010年3月25日向日本专利局提交的日本专利申请JP 2010-070924中公开的主题，其全部内容结合于此作为参考。本领域技术人员应当理解的是，根据设计要求和其它因素，可以在所附权利要求书的范围内或其等同替换的范围内进行各种变形、组合、再组合和修改。
权利要求
1.一种光振荡装置，包括自激振荡半导体激光器，其具有由GalnN/GaN/AlGaN材料制成的双量子阱分别限制异质结构，并且包括施加有负偏压的可饱和吸收体部和增益电流被注入其中的增益部； 光分离装置，用来从所述自激振荡半导体激光器中分离部分激光束； 光感测元件，感测通过所述光分离装置分离的所述激光束；以及电流控制电路，基于通过所述光感测元件感测的所述激光束的量来控制注入到所述自激振荡半导体激光器的所述增益部中的电流。
2.根据权利要求1所述的光振荡装置，其中，从下层开始，GaInN引导层、ρ型AlGaN阻挡层、P型GaN/AlGaN超晶格第一覆盖层以及ρ型GaN/AlGaN超晶格第二覆盖层顺序形成在所述自激振荡半导体激光器的活性层的上表面上。
3.根据权利要求2所述的光振荡装置，其中从上层开始，η型GaN引导层、η型AlGaN覆盖层以及η型GaN层顺序形成在所述自激振荡半导体激光器的所述活性层下方。
4.一种记录装置，包括光振荡装置，具有自激振荡半导体激光器，其具有由GalnN/GaN/AlGaN材料制成的双量子阱分别限制异质结构，并且包括施加有负偏压的可饱和吸收体部和增益电流被注入其中的增益部；光分离装置，用于从所述自激振荡半导体激光器中分离部分激光束；光感测元件，感测通过所述光分离装置分离的所述激光束；以及电流控制电路，基于通过所述光感测元件感测的所述激光束的量来控制注入到所述自激振荡半导体激光器的所述增益部中的电流；光调制装置，用来调制从所述光振荡装置发射的激光； 物镜，将通过所述光调制装置调制的所述激光会聚在记录介质上； 基准信号生成单元，产生主时钟信号； 记录信号生成单元，基于所述主时钟信号产生记录信号； 驱动电路，基于所述记录信号驱动所述光调制装置； 脉冲检测装置，用来检测通过所述光感测元件感测的激光的脉冲光； 相位比较装置，用来检测所述脉冲光与所述主时钟信号之间的相位差；以及补偿装置，用来基于通过所述相位比较装置检测的相位差来控制施加到所述自激振荡半导体激光器的所述可饱和吸收体部的电压。
5.根据权利要求4所述的记录装置，其中，所述补偿装置控制施加到所述自激振荡半导体激光器的所述可饱和吸收体部的电压，使得所述相位差减小。
6.根据权利要求5所述的记录装置，其中，所述光调制装置是半导体光学放大器。
7.一种记录装置，包括光振荡装置，具有自激振荡半导体激光器，其具有由GalnN/GaN/AlGaN材料制成的双量子阱分别限制异质结构，并且包括施加有负偏压的可饱和吸收体部和增益电流被注入其中的增益部；光分离装置，用来从所述自激振荡半导体激光器中分离部分激光束；光感测元件，感测通过所述光分离装置分离的激光束；以及电流控制电路，基于通过所述光感测元件感测的所述激光束的量来控制注入到所述自激振荡半导体激光器的所述增益部中的电流；频率分离装置，连接至所述自激振荡半导体激光器的所述可饱和吸收体部； 光调制装置，用来调制从所述光振荡装置发射的激光； 物镜，将通过所述光调制装置调制的激光会聚在记录介质上； 基准信号生成单元，产生主时钟信号； 记录信号生成单元，基于所述主时钟信号产生记录信号； 驱动电路，基于所述记录信号驱动所述光调制装置； 频率检测装置，用来检测通过所述频率分离装置检测的信号的频率； 频率比较装置，用来检测通过所述频率检测装置检测的频率与所述主时钟信号的频率之间的频差；以及补偿装置，用来基于通过所述频率比较装置检测的频差来控制施加到所述自激振荡半导体激光器的所述可饱和吸收体部的电压。
8.根据权利要求7所述的记录装置，其中，所述频率分离装置根据所述自激振荡半导体激光器中的振荡来检测光电流的漏电流。
9.根据权利要求8所述的记录装置，其中，所述频率分离装置是LC电路。
10.根据权利要求9所述的记录装置，进一步包括脉冲检测装置，用来检测通过所述光感测元件感测的激光的脉冲光；以及相位比较装置，用来检测所述脉冲光与所述主时钟信号之间的相位差， 其中，所述补偿装置控制施加到所述自激振荡半导体激光器的所述可饱和吸收体部的电压，使得所述相位差与所述频差减小。
11.一种光振荡装置，包括自激振荡半导体激光器，其具有由GalnN/GaN/AlGaN材料制成的双量子阱分别限制异质结构，并且包括施加有负偏压的可饱和吸收体部和增益电流被注入其中的增益部； 光分离单元，从所述自激振荡半导体激光器中分离部分激光束； 光感测元件，感测通过所述光分离单元分离的所述激光束；以及电流控制电路，基于通过所述光感测元件感测的所述激光束的量来控制注入到所述自激振荡半导体激光器的所述增益部中的电流。
12.—种记录装置，包括光振荡装置，具有自激振荡半导体激光器，其具有由GalnN/GaN/AlGaN材料制成的双量子阱分别限制异质结构，并且包括施加有负偏压的可饱和吸收体部和增益电流被注入其中的增益部；光分离单元，从所述自激振荡半导体激光器分离部分激光束；光感测元件， 感测通过所述光分离单元分离的所述激光束；以及电流控制电路，基于通过所述光感测元件感测的所述激光束的量来控制注入到所述自激振荡半导体激光器的所述增益部中的电流；光调制单元，调制从所述光振荡装置发射的激光；物镜，将通过所述光调制单元调制的激光会聚在记录介质上；基准信号生成单元，产生主时钟信号；记录信号生成单元，基于所述主时钟信号产生记录信号；驱动电路，基于所述记录信号驱动所述光调制单元；脉冲检测单元，检测通过所述光感测元件感测的激光的脉冲光；相位比较单元，检测所述脉冲光与所述主时钟信号之间的相位差；以及补偿单元，基于通过所述相位比较单元检测的所述相位差来控制施加到所述自激振荡半导体激光器的所述可饱和吸收体部的电压。
13. 一种记录装置，包括光振荡装置，具有自激振荡半导体激光器，其具有由fe^nN/GaN/AKiaN材料制成的双量子阱分别限制异质结构，并且包括施加有负偏压的可饱和吸收体部和增益电流被注入其中的增益部；光分离单元，从所述自激振荡半导体激光器分离部分激光束；光感测元件， 感测通过所述光分离单元分离的所述激光束；以及电流控制电路，基于通过所述光感测元件感测的所述激光束的量来控制注入到所述自激振荡半导体激光器的所述增益部中的电流；频率分离单元，连接至所述自激振荡半导体激光器的所述可饱和吸收体部； 光调制单元，调制从所述光振荡装置发射的激光； 物镜，将通过所述光调制单元调制的所述激光会聚在记录介质上； 基准信号生成单元，产生主时钟信号； 记录信号生成单元，基于所述主时钟信号产生记录信号； 驱动电路，基于所述记录信号驱动所述光调制单元； 频率检测单元，检测通过所述频率分离单元检测的信号的频率； 频率比较单元，检测通过所述频率检测单元检测的频率与所述主时钟信号的频率之间的频差；以及补偿单元，基于通过所述频率比较单元检测的频差来控制施加到所述自激振荡半导体激光器的所述可饱和吸收体部的电压。
全文摘要
本发明涉及光振荡装置和记录装置。光振荡装置具有自激振荡半导体激光器，该自激振荡半导体激光器具有由GaInN/GaN/AlGaN材料制成的双量子阱分别限制异质结构，并且包括施加有负偏压的可饱和吸收体部和增益电流被注入其中的增益部；光分离单元，从自激振荡半导体激光器分离部分激光束；光感测元件，感测通过光分离单元分离的激光束；以及电流控制电路，基于通过光感测元件感测的激光束的量来控制注入到自激振荡半导体激光器的增益部中的电流。
文档编号G11B7/08GK102201646SQ20111006692
公开日2011年9月28日 申请日期2011年3月18日 优先权日2010年3月25日
发明者宫岛孝夫, 渡边秀辉, 藤田五郎 申请人:索尼公司