專利名稱：改進(jìn)的光學(xué)讀出的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于從光學(xué)信息載體讀出信息的裝置，其中光學(xué)讀出通過具有垂直腔體表面發(fā)射激光器(VCSEL)的形式的非線性元件而得到改進(jìn)。本發(fā)明還涉及包括這樣的裝置的光學(xué)驅(qū)動器，和涉及使用VCSEL以增強(qiáng)信息讀出。
背景技術(shù)：
來自光信息載體的讀出信號由于各種原因一般都具有噪聲。例如，用于照明信息載體的光源典型地是低功率的，使得設(shè)備對于噪聲特別敏感。而且，反射光的量由于信息載體的非均勻的反射率而非預(yù)期地變化。另外，檢測器噪聲可能是對于光學(xué)讀出的質(zhì)量的重要的限制因素。
所以，提出了許多增加功率和/或從信息載體反射的光讀出信號的信號噪聲比的措施。一個這樣的建議是在來自主激光器的光從信息載體的表面被反射和由此被該表面調(diào)制后，把來自主激光器的光注入到從屬激光器。因此，由于已知的二極管激光器的注入鎖定現(xiàn)象的結(jié)果，可以得到大幅度光讀出信號。
在將來的高密度光盤驅(qū)動器中，諸如用于藍(lán)光盤和SFFO盤(小形式因子光盤)，檢測器噪聲嚴(yán)重地妨礙信息讀出。事實(shí)上，檢測器噪聲是這些器件中占主要的噪聲源。為了克服這個問題，提出了通過使用某些非線性光元件(NOE)來放大入射到檢測器上的光。用于這個目的的NOE的看來有希望的一個實(shí)施方案是垂直腔體表面發(fā)射激光器(VCSEL)的使用。然而，當(dāng)光被注入到VCSEL以便達(dá)到注入鎖定時，自VCSEL的發(fā)射的光對注入的光是反向傳播的。雖然這是可以對付的，但它導(dǎo)致裝置的光路徑的增大的復(fù)雜性。
因此，在技術(shù)上需要一種用于從光信息載體讀出信息的基于VCSEL的光系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有減小的復(fù)雜性。
發(fā)明概要傳統(tǒng)上，VCSEL在非透明的基片上生長，這意味著，注入到VCSEL的光的射線和由VCSEL發(fā)射的光的射線是反向傳播的。因此，包含有用于增強(qiáng)讀出信號質(zhì)量的VCSEL的讀出裝置的復(fù)雜性相當(dāng)大。這對于SFFO盤特別成問題，并且是設(shè)計(jì)上的總體上的缺點(diǎn)。
所以，本發(fā)明的目的是提供一種光學(xué)系統(tǒng)，其中VCSEL被用作為用于改進(jìn)光學(xué)讀出信號的信號噪聲比的非線性光學(xué)元件，在這里VCSEL以比現(xiàn)有技術(shù)減小的復(fù)雜性而被集成。
以前，從光盤反射的光被注入到VCSEL，它進(jìn)而又發(fā)射具有比起注入功率大得多的功率的線性極化光。這樣，從光盤反射的光被放大。由VCSEL發(fā)射的光(諸如它的功率和極化)被檢測，以便恢復(fù)被包含在從光盤反射的光中的信息。
然而，如上所述，VCSEL典型地是在一個吸收或反射被發(fā)射的光的基片上生長的，這樣，光只在一個方向上從VCSEL有效地發(fā)射。當(dāng)這種VCSEL被集成到光讀出裝置中的光路徑的檢測支路時，被注入到VCSEL的光線和由VCSEL發(fā)射的光線是反向傳播的。因此，這是裝置的光路安排的巨大復(fù)雜性的根源。即，由于這些射線是反向傳播的，必須引入某些附加的區(qū)分裝置。例如，這可以通過在VCSEL前面的光束路徑中安排光束分離器(諸如二色反射鏡、或極化光束分離器)而完成。這樣的光束分離器典型地被設(shè)計(jì)成發(fā)射用于注入的光(即，從光盤反射的光)和反射來自VCSEL的發(fā)射。
為了減小光學(xué)路徑所需的復(fù)雜性，按照本發(fā)明提出了使用具有在兩個方向上發(fā)射光的能力的VCSEL。為此，本發(fā)明建議使用一種具有發(fā)射基片的VCSEL，使得VCSEL可以在兩個方向上發(fā)射。所以，就完全消除了需要具有光束分離器形式的上述區(qū)分裝置，并減小了讀出裝置的復(fù)雜性。
按照本發(fā)明的第一方面，提供如權(quán)利要求1闡述的用于從光信息載體讀出信息的裝置。
按照本發(fā)明的第二方面，提供如權(quán)利要求5闡述的光驅(qū)動器。
按照本發(fā)明的第三方面，提供如權(quán)利要求6闡述的使用一種能夠從第一面接收注入的光和從第二相反面發(fā)送光的垂直空腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)，以便增強(qiáng)從光信息載體的信息讀出。
在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，VCSEL的基片只要通過例如鉆孔或蝕刻以提供穿過基片的孔，就可做成發(fā)射的。這樣，由VCSEL生成的光就能以兩個相反的傳播方向發(fā)出。
本發(fā)明的第二實(shí)施例中，VCSEL的基片被選擇為對由VCSEL發(fā)射的波長是透明的材料制成。例如，這樣的材料可以是磷化鎵(GaP)或藍(lán)寶石(Al2O3)。然而，其它各種材料也是可以設(shè)想的。VCSEL可以直接生長在透明的基片上，或可以在VCSEL生長后提供以透明的基片。
因此，本發(fā)明的基本概念是把VCSEL合并到一個用于從光信息載體讀出信息的裝置中，其中所述VCSEL能夠從第一面接收注入的光而從與所述第一面相對的第二面發(fā)射的光。信息載體由光源照射，以及從信息載體反射(因而被調(diào)制)的光從第一面注入到VCSEL。這種注入到VCSEL的光使得二次光從VCSEL發(fā)射，該光至少部分地通過所述VCSEL的第二面被發(fā)射和被監(jiān)測以用于讀出。這樣，由于注入的光和由VCSEL發(fā)射的二次光以基本上相同的方向傳播，所以消除了需要用光束分離器或類似器件來分離開注入的光與由VCSEL發(fā)射的二次光。
附圖簡述從參照附圖作出的以下的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明，將更好地了解本發(fā)明的不同的特性和優(yōu)點(diǎn)，其中

圖1示意地顯示典型的VCSEL的截面圖；圖2示意地顯示在其中采用了VCSEL以便改進(jìn)讀出信號的現(xiàn)有技術(shù)光學(xué)讀出系統(tǒng)中的檢測支路；圖3示意地顯示在按照本發(fā)明的讀出系統(tǒng)中的檢測支路；圖4示意地顯示按照本發(fā)明的第一實(shí)施例的VCSEL；以及圖5示意地顯示按照本發(fā)明的第二實(shí)施例的VCSEL。
優(yōu)選實(shí)施例說明為了給出本發(fā)明的實(shí)施例的清晰的說明，作為引言和參照附圖的圖1和2描述按照現(xiàn)有技術(shù)的裝置。
圖1顯示典型的垂直腔體表面發(fā)射激光器(VCSEL)10。VCSEL包括具有多個量子阱和壁壘的工作區(qū)域11，該工作區(qū)域被第一和第二分布的布拉格反射器(DBR)12和13包圍，以便提供光反饋到工作區(qū)域。與VCSEL的工作區(qū)域相鄰，典型地提供氧化物層14，以用于規(guī)定激光器的模式。而且，金屬觸點(diǎn)15被提供來用于電連接到VCSEL。VCSEL生長在半導(dǎo)體基片16上，它典型地是砷化鎵(GaAs)。從VCSEL的發(fā)射具有通常是在半導(dǎo)體基片上被吸收的波長。所以，從激光器的光發(fā)射只在一個方向上進(jìn)行，如圖的箭頭所示。
圖2顯示對于從諸如光盤的光信息載體(未示出)的VCSEL輔助讀出的安排。從光盤反射的光傳送通過光束分離器21，然后注入到VCSEL10。為了實(shí)際的原因，用于VCSEL的發(fā)射波長典型地被選擇為明顯地長于注入光的波長。比VCSEL發(fā)射波長更短波長的光能容易耦合進(jìn)入腔體，使得這種注入在VCSEL的工作區(qū)域中產(chǎn)生電子-空穴對，由此提高激光器的增益。如果有足夠的光量被注入到VCSEL的工作區(qū)域，則VCSEL的增益將變?yōu)楦哂诋a(chǎn)生激光的閾值并將開始發(fā)射。優(yōu)選地，注入的光的極化與VCSEL的自由振蕩(即，沒有注入)的極化不同，這樣，足夠的注入成為從VCSEL發(fā)射的光的極化開關(guān)。在與入射光反向傳播的方向上出現(xiàn)的這種發(fā)射將投射到光束分離器21，以及由于它的波長大于注入光的波長或它的極化是正交的，從而會反射到極化器22和檢測器23。取決于環(huán)境，光束分離器可以是二色反射鏡或極化光束分離器。
采用VCSEL10的第一個方法是我們在這里稱為極化切換的方法。這是基于使用注入光來增加用于與VCSEL的自由振蕩(即，沒有注入)模式正交的極化模式的增益，這樣，當(dāng)注入光的功率足夠高時，得到用于VCSEL的極化模式的開關(guān)。通過把來自VCSEL的發(fā)射傳送到極化器(諸如極化器22)，可以直截了當(dāng)?shù)貦z測是否發(fā)生這樣的極化切換。
采用VCSEL10的第二個方法是我們在這里稱為閾值切換的方法。在這種情形下，VCSEL被驅(qū)動成剛好低于它的產(chǎn)生激光的閾值。當(dāng)足夠的光量注入到VCSEL時，增益增加到超過產(chǎn)生激光的閾值，以及VCSEL開始發(fā)射光。
使用VCSEL以便改進(jìn)光讀出的以上兩種方法的共同點(diǎn)是為了達(dá)到VCSEL的切換需要一定級別的注入光量。
如果注入光的量是低的，則VCSEL10不受影響。如果采用極化切換，則VCSEL仍舊以它的自由振蕩極化模式發(fā)射。如果采用閾值切換，則VCSEL的增益仍舊低于激光閾值。因此，基本上沒有來自VCSEL10的光到達(dá)檢測器23。
一旦注入光的量足夠高，VCSEL10就如上所述地切換。這種切換被檢測，以及被包含在注入光中的信息能被提取。這種方案的一個非常有益的特性是由VCSEL發(fā)射的功率典型地比起注入光的功率高得多。因此，讀出得以改進(jìn)，并且提高了讀出信號的信號噪聲比。
然而，如圖2所示，為了使用這個方案，必須實(shí)施包括光束分離器21和雙光束路徑的裝置。
按照本發(fā)明的實(shí)施例，利用了在兩個方向上發(fā)射的VCSEL。因此完全消除使用光束分離器的需要，并且設(shè)備的設(shè)計(jì)可以做得更緊湊。
圖3示意地顯示這個按照本發(fā)明的簡化裝置。雙向發(fā)射VCSEL30被放置在極化器31和光檢測器32的前面。在它的自由振蕩狀態(tài)下，來自VCSEL30的光具有一種被極化器31阻擋的極化。所以，在沒有足夠的光量注入到VCSEL時，就沒有光到達(dá)檢測器32。當(dāng)有足夠的光量注入到VCSEL時，發(fā)射將切換到另一種極化狀態(tài)，這樣，發(fā)射的光傳送通過極化器31。這樣的光然后立即被光檢測器32所檢測。
在替換實(shí)施例中，采用閾值切換。在這種情形下，極化器31是任選的，因?yàn)閂CSEL不發(fā)射任何光，除非存在足夠的注入功率。這樣，來自VCSEL的任何產(chǎn)生激光的發(fā)射從注入發(fā)出，以及發(fā)射的光可以藉助于檢測器32而被檢測。
應(yīng)當(dāng)指出，被注入到VCSEL的光的波長通常與由VCSEL發(fā)射的光不同。所以，來自VCSEL的發(fā)射不會干擾信息讀出。如上所述，注入的光的波長典型地比起VCSEL的發(fā)射波長更短。
雖然按照本發(fā)明，VCSEL能夠在兩個方向上發(fā)射光，但只有通過其背面發(fā)射的光用于讀出信息。通過它的正面所發(fā)射的光并不被用于讀出信息。所以，VCSEL應(yīng)當(dāng)能夠從一個面接收注入的光，而從另一個面發(fā)射二次光，這樣，發(fā)射的二次光與注入的光以相同的方向傳播。由于光的注入應(yīng)當(dāng)有可能通過VCSEL的第一面，一般從這個面也有某些二次光的發(fā)射。
下面將描述提供通過VCSEL基片傳輸?shù)亩鄠€不同方法。
通過VCSEL的基片發(fā)送光的第一種和非常直接的方法示意地顯示于圖4。在所顯示的情形下，在基片16上提供一個孔，這樣，在VCSEL中生成的光可被發(fā)送通過所述VCSEL的背面。應(yīng)當(dāng)指出，用于通過蝕刻或鉆孔提供穿過VCSEL的基片孔的方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，因此這里不作更詳細(xì)的說明。
提供底部發(fā)射的VCSEL的另一個方法示意地顯示于圖5。在這種情形下，原先用于制造VCSEL的半導(dǎo)體基片已被去除并用一個對激光器的發(fā)射波長是透明的基片16’來替代。例如，當(dāng)VCSEL的發(fā)射波長是約850nm時，透明的基片可包括磷化鎵(GaP)或藍(lán)寶石(Al2O3)。用于去除和替代基片的技術(shù)在半導(dǎo)體制造技術(shù)上是已知的，一個例子是晶片粘接技術(shù)。
而且，有可能原先就把VCSEL生長在透明的基片16’上。在這種情形下，消除了在生長VCSEL后替換基片的需要。
不管是用什么方法把VCSEL30的基片做成發(fā)射的，不論是在基片上提供孔或是使得基片是透明的，都可以方便地把檢測器32安排成與基片相鄰，以便監(jiān)測來自VCSEL的輸出。有利地，VCSEL和檢測器可被組裝到單個封裝中，其中VCSEL與檢測器集成在一起。
所以，本發(fā)明提供了一種非常緊湊的讀出裝置，它包括一個用于改進(jìn)從信息載體反射的讀出信號的質(zhì)量的垂直腔體表面發(fā)射激光器(VCSEL)。該VCSEL具有發(fā)送來自VCSEL的工作區(qū)域的輻射的基片。由此，完全消除了需要在設(shè)備的檢測支路中有光束分離器，并降低了設(shè)備的復(fù)雜性?？梢栽O(shè)想，本發(fā)明在將來的高密度光盤驅(qū)動器，特別是在SFFO盤驅(qū)動器中具有寶貴的可應(yīng)用性。
權(quán)利要求
1.一種用于從光信息載體讀出信息的裝置，包括用于照射所述信息載體的光源，和用于接收從信息載體反射的光和用于把這個反射的光注入到一個垂直腔體表面發(fā)射激光器(VCSEL)(30)的光學(xué)系統(tǒng)，所述VCSEL具有用于接收所述反射光的正面，和與所述正面相對的背面，其中VCSEL被配置成把光發(fā)射通過它的背面，以及其中在所述背面旁邊設(shè)置一個光的檢測器(32)，以用于檢測發(fā)射通過VCSEL的背面的光。
2.如在權(quán)利要求1中要求的裝置，還包括一個被安排在VCSEL(30)的所述背面與所述光檢測器(32)之間的極化器(31)，用于只允許一種預(yù)定極化的光到達(dá)光檢測器。
3.如在權(quán)利要求1和2中要求的裝置，其中VCSEL被配置成藉助于被設(shè)置在VCSEL的基片上的孔來把光發(fā)射通過它的背面。
4.如在權(quán)利要求1和2中要求的裝置，其中VCSEL被配置成藉助于對于發(fā)射的波長是透明的VCSEL的基片而把光發(fā)射通過它的背面。
5.一種包括按照前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)的用于讀出信息的裝置的光盤驅(qū)動器。
6.使用一種能夠從第一面接收注入的光和從第二面發(fā)射光的垂直腔體表面發(fā)射激光器(VCSEL)，以便增強(qiáng)從光信息載體讀出信息，其中所述信息載體被來自光源的光所照射，以及因而從信息載體反射的光從第一面被注入到VCSEL，讀出則是通過監(jiān)測由所述VCSEL從與所述第一面相對的第二面發(fā)射的光而實(shí)現(xiàn)的。
全文摘要
公開了一種用于從光學(xué)信息載體讀出信息的裝置。該系統(tǒng)包括用于改進(jìn)從信息載體反射的和由信息載體調(diào)制的光的信號噪聲比的VCSEL。VCSEL具有一個基片，它傳送來自VCSEL的工作區(qū)域的發(fā)射。由此，完全消除了在該裝置的檢測支路中需要的光束分離器。
文檔編號G11B7/135GK1898732SQ200480038848
公開日2007年1月17日 申請日期2004年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月24日
發(fā)明者O·K·安德森, R·F·M·亨德里克斯, A·M·范德李, J·E·范德維爾夫 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司