專利名稱：光學(xué)頭和光記錄和/或再現(xiàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)頭和光記錄和/或再現(xiàn)裝置，尤其涉及適合于使用來(lái)自相對(duì)記錄媒體配置之整體浸沒(méi)透鏡端面的隱失光的光學(xué)頭，用于在和/從記錄媒體上寫(xiě)和/或讀信號(hào)，以及涉及使用該光學(xué)頭的光記錄和/或再現(xiàn)裝置。
現(xiàn)參考

圖1，其示意地表示了作為記錄媒體的磁光盤(pán)(此后將稱為“MO盤(pán)”)的結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)在和/或從該磁光盤(pán)上磁光地寫(xiě)和/或讀。MO盤(pán)常用標(biāo)號(hào)100表示。如所示，MO盤(pán)100包括基片101，由SiN或類似材料制造的在基片101上形成的第一介質(zhì)層102，由TbFeCo或類似材料制造的在第一介質(zhì)層102上形成的磁性層103，由SiN或類似材料制造的在磁性層103上形成的第二介質(zhì)層104，以及由Al或類似材料制造的在第二介質(zhì)層104上形成的光反射層105。第一介質(zhì)層102、磁性層103、第二介質(zhì)層104和光反射層105共同形成磁光記錄多層106(以后將稱為“MO多層”)。MO多層薄膜106已形成在紫外可恢復(fù)樹(shù)脂或類似材料的保護(hù)層107上。
MO盤(pán)100依照磁性層103的磁化方向其上已經(jīng)寫(xiě)入了信號(hào)。對(duì)于在和/或從MO盤(pán)100上寫(xiě)和/或讀信號(hào)，激光是從基片101輻射到MO多層106上的，如圖1所示。
現(xiàn)在參考圖2，其示意地表示了用于在上述MO盤(pán)100上寫(xiě)和/讀信號(hào)的傳統(tǒng)光學(xué)頭的例子。注意，為了簡(jiǎn)化光學(xué)頭的說(shuō)明和解釋，圖2中沒(méi)有示出用于聚焦伺服和跟蹤伺服的光學(xué)系統(tǒng)。光學(xué)頭通常用標(biāo)號(hào)120表示。
為了借助圖2所示光學(xué)頭120來(lái)讀MO盤(pán)100中記錄的信號(hào)，激光從激光源121發(fā)射。其被引入準(zhǔn)直透鏡122和束分離器123，用以入射到物鏡124。入射到物鏡124上的激光已如圖3所示被線性地極化。入射到物鏡124上的激光通過(guò)物鏡124被聚焦到MO盤(pán)100的MO多層106上。
聚焦在MO盤(pán)100的MO多層106上的光由MO多層106反射。此時(shí)，反射光在磁性層103的極化Kerr效應(yīng)下的極化狀態(tài)改變，正如圖4和5所示。
注意，磁性層103的磁化方向由介質(zhì)張量的非對(duì)角分量εxy表示。圖4A表示磁性層103的介質(zhì)張量，由下式(1-1)給出。圖4B表示反射光的極化方向。ϵxxϵxy0-ϵxyϵxx000ϵxx…………………………………(1-1)]]>圖5A表示磁性層103的介質(zhì)張量，其磁化方向與圖4A所示的相反，由下式(1-2)給出。圖5B表示反射光的極化方向。ϵxx-ϵxy0ϵxyϵxx000ϵxx……………………………(1-2)]]>正如圖4和5所示，從MO多層106到物鏡124返回光的極化方向依賴于磁性層103磁化方向而改變。正如圖2所示，返回光穿過(guò)物鏡124增益并入射到束分離器123，該束分離器反射因此將被去除的返回光。
由束分離器123反射和去除的返回光首先入射到半波長(zhǎng)板125，通過(guò)它，返回光的極化方向旋轉(zhuǎn)45度，如圖6所示。注意，圖6表示在圖5所示磁性層103之極化Kerr效應(yīng)下已經(jīng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的極化方向。
接著，返回光入射到極化束分離器126上，其將返回光分離成二個(gè)極化分量，它們的極化方向是相互正交的。已經(jīng)透過(guò)極化束分離器126的極化分量將由第一光檢測(cè)器127檢測(cè)，同時(shí)已經(jīng)由極化束分離器126反射的極化分量將由第二光檢測(cè)器128檢測(cè)。
現(xiàn)在參考圖7，其示出了極化光是如何由極化束分離器126分離的。入射到極化束分離器126上的光的極化狀態(tài)是處于兩種。一個(gè)是情況A，在極化方向按照磁性層103磁化方向逆時(shí)針如圖7所示旋轉(zhuǎn)過(guò)角度θK之后，該極化光返回；另一個(gè)是情況B，在極化方向按照磁性層103磁化方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度θK之后，該極化光返回。注意，在圖7中，I-軸對(duì)應(yīng)于透過(guò)極化束分離器126傳送的極化分量，而J-軸對(duì)應(yīng)于由極化束分離器126反射的極化分量。
特別是，透過(guò)極化束分離器126傳送的光(即由第一光檢測(cè)器127檢測(cè)的光)是分別用標(biāo)號(hào)A和B表示的在圖7的I-軸上極化光束的投影，由極化束分離器126反射的光(即由第二光檢測(cè)器128檢測(cè)的光)是分別用標(biāo)號(hào)A和B表示的在圖7的J-軸上極化光束的投影。因此，在極化光束A的情況下，J＞I，而在極化光束B(niǎo)的情況下，J＜I。表示磁性層103之磁化方向的磁光信號(hào)(此后將稱為“MO信號(hào)”)是以在由第一光檢測(cè)器127檢測(cè)的極化光強(qiáng)度和由第二光檢測(cè)器128檢測(cè)的極化光強(qiáng)度之間的差值(|I|2-|J|2)檢測(cè)的。
在磁光盤(pán)系統(tǒng)中，通過(guò)聚焦激光束能夠有效地增加記錄密度，該激光束通過(guò)物鏡用于寫(xiě)和/或讀信號(hào)，物鏡具有較大的數(shù)值孔徑(NA)，使得由物鏡聚焦的光點(diǎn)有較小的直徑，并因此有較高的分辨率。
由物鏡聚焦的光點(diǎn)直徑通常表達(dá)為λ/NA，λ是用于寫(xiě)和/或讀的激光波長(zhǎng)，NA是物鏡的數(shù)值孔徑。而且，物鏡的數(shù)值孔徑(NA)表達(dá)為n·sin θ，n是媒質(zhì)的折射率，θ是入射到物鏡上周邊光的角度。因此，當(dāng)媒質(zhì)是空氣(即n＝1)時(shí)，物鏡的NA不能超過(guò)1。
對(duì)于大于1的NA，已經(jīng)提出了其中整體浸沒(méi)透鏡(此后稱作“SIL”)用作為物鏡的光學(xué)頭。SIL相對(duì)MO盤(pán)在它們之間具有空間支撐，該空間小于用于在和/或從MO盤(pán)上讀和/或?qū)懶盘?hào)的光波長(zhǎng)。適用使用SIL的光學(xué)頭，使得準(zhǔn)直光束入射到SIL上并且入射光束的大部分全部在SIL的端面處反射。從SIL端面泄漏的損耗光用作在和/或從MO盤(pán)上寫(xiě)和/或讀信號(hào)。如果這里SIL使用了其折射率是n＞1的媒質(zhì)，則NA能夠做成大于1。
注意，在使用SIL的光學(xué)頭中，準(zhǔn)直光束入射到SIL上，使得入射光束的大部分全部在正如上述的SIL端面處反射和從SIL端面泄漏的損耗光到達(dá)MO盤(pán)。因此，入射到SIL上之準(zhǔn)直光束的中心光和周邊光將以不同角度分別入射到MO盤(pán)。在MO盤(pán)上中心光線的角度與周邊光的角度是極大的不同。
當(dāng)SIL用于光學(xué)頭時(shí)，光學(xué)上希望SIL和MO盤(pán)之間不應(yīng)存在沒(méi)有空間。然而，由于在MO盤(pán)上寫(xiě)和/或讀信號(hào)期間MO盤(pán)要被驅(qū)動(dòng)以極高速度旋轉(zhuǎn)，因此在SIL和MO盤(pán)之間應(yīng)有一定的空間。但是，從SIL端面泄漏的損耗光隨著其遠(yuǎn)離SIL端面將指數(shù)地衰減。因此，為了使損耗光充分地到達(dá)MO盤(pán)，SIL和MO盤(pán)之間的空間不得不比用于在和/或從MO盤(pán)上寫(xiě)和/或讀信號(hào)的光波長(zhǎng)要充分地窄。
由于前述原因，在SIL用于光學(xué)頭中的情況下，在SIL和盤(pán)之間不可避免地提供有空氣層，其厚度小于用于在和/或從MO盤(pán)上寫(xiě)和/或讀信號(hào)的光的波長(zhǎng)。因此，可以認(rèn)為相對(duì)SIL有多層光學(xué)薄膜，其包括空氣層和MO多層。即在SIL上的入射光由包括MO多層和空氣層的多層光學(xué)薄膜反射。
通常，當(dāng)入射光由包括空氣層的多層光學(xué)薄膜反射時(shí)，反射光的相差和反射率將依賴于入射光的極化方向、入射角等變化。因此，在使用SIL作為物鏡的光學(xué)頭中，從包括空氣層的多層光學(xué)薄膜通過(guò)反射返回的光在極化時(shí)將不均勻地分布。極化束的不均勻分布將引起信噪比(SNR)變壞，尤其當(dāng)對(duì)于MO信號(hào)是通過(guò)返回光極化方向的檢測(cè)來(lái)檢測(cè)情況下MO信號(hào)是從多層光學(xué)薄膜通過(guò)反射檢測(cè)時(shí)更是如此。
正如前述，盡管采用的SIL允許在光學(xué)頭中使用具有較大NA的物鏡，但產(chǎn)生了新的問(wèn)題，即從包括空氣層的多層光學(xué)薄膜上由反射返回的光當(dāng)極化時(shí)將不均勻地分布。
因此，本發(fā)明目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供了使用整體(solid)浸沒(méi)透鏡作為物鏡的光學(xué)頭，其能夠通過(guò)補(bǔ)償極化光的上述不均勻分布而檢測(cè)來(lái)自從記錄媒體因反射返回之光的優(yōu)質(zhì)信號(hào)。本發(fā)明另一目的是提供使用該光學(xué)頭的光記錄和/或再現(xiàn)裝置。
上述目的是通過(guò)提供包括根據(jù)本發(fā)明之光學(xué)頭實(shí)現(xiàn)的整體浸沒(méi)透鏡相對(duì)記錄媒體并在它們之間有一空間放置支撐，該空間小于用于在和/或從記錄媒體進(jìn)行寫(xiě)和/或讀信號(hào)之光的波長(zhǎng)，來(lái)自整體浸沒(méi)透鏡端面的耗散光用于在和/或從記錄媒體上寫(xiě)和/或讀信號(hào)；和光學(xué)上各向異性的光學(xué)元件在至少其一個(gè)側(cè)面上形成為不平展的并放置在用于在和/或從記錄媒體進(jìn)行寫(xiě)和/或讀信號(hào)的光的光通路上。
其它目的能夠通過(guò)提供使用在和/或從記錄媒體上寫(xiě)和/或讀信號(hào)的光學(xué)頭的光記錄和/或再現(xiàn)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，該光學(xué)頭包括根據(jù)本發(fā)明整體浸沒(méi)透鏡相對(duì)記錄媒體并在它們之間有一空間放置支撐，該空間小于用于在和/或從記錄媒體上寫(xiě)和/或讀信號(hào)之光的波長(zhǎng)，來(lái)自整體浸沒(méi)透鏡端面的耗散光用于在和/或從記錄媒體寫(xiě)和/或讀信號(hào)；和光學(xué)上各向異性的光學(xué)元件在其至少一個(gè)側(cè)面上形成為不平展的且布置在用于在和/或從記錄媒體上寫(xiě)和/或讀信號(hào)的光的光通路上。
在根據(jù)本發(fā)明的上述光學(xué)頭和記錄和/或再現(xiàn)裝置中，在和/或從記錄媒體上寫(xiě)和/或讀信號(hào)期間，包括在從記錄媒體由反射返回光中之極化光的不均勻分布能夠由該光學(xué)元件補(bǔ)償。因此，根據(jù)本發(fā)明，采用整體浸沒(méi)透鏡并且通過(guò)補(bǔ)償極化光的不均勻分布從來(lái)自記錄媒體的返回光中能夠檢測(cè)優(yōu)質(zhì)信號(hào)。
從下面結(jié)合附圖并對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明中將更清楚本發(fā)明的上述和其它目的、特征及優(yōu)點(diǎn)。
圖1表示傳統(tǒng)磁光盤(pán)的例子；圖2表示傳統(tǒng)光學(xué)頭的例子；圖3表示在圖2所示光學(xué)頭的物鏡上入射光的極化方向；圖4表示來(lái)自磁光盤(pán)MO多層之反射光極化狀態(tài)是如何根據(jù)磁性層極化Kerr效應(yīng)變化的，圖5表示來(lái)自磁光盤(pán)MO多層之反射光極化狀態(tài)是如何根據(jù)磁性層極化Kerr效應(yīng)變化的；圖6表示返回光的極化方向，當(dāng)該返回光通過(guò)圖2光學(xué)頭中半波長(zhǎng)片時(shí)其極化方向已經(jīng)旋轉(zhuǎn)了45度；圖7表示檢測(cè)磁光信號(hào)的原理；圖8表示整體浸沒(méi)透鏡的例子，以及磁光盤(pán)的例子；圖9表示使用整體浸沒(méi)透鏡之傳統(tǒng)光學(xué)頭例子的結(jié)構(gòu)；圖10表示以一角度傾斜入射到包括空氣層和MO多層之多層光學(xué)薄膜上的光，以及來(lái)自多層光學(xué)薄膜的反射光；圖11定義了第一透鏡上的坐標(biāo)；圖12示意地表示了入射激光的極化狀態(tài)；圖13表示在多層光學(xué)薄膜上入射的入射激光之S極化分量的極化方向；圖14表示了在多層光學(xué)薄膜上入射的入射激光之P極化分量的極化方向；圖15表示了在多層光學(xué)薄膜上入射的且已進(jìn)行Kerr旋轉(zhuǎn)之激光的S極化分量返回光的極化方向；圖16表示了在多層光學(xué)薄膜上入射的且已進(jìn)行Kerr旋轉(zhuǎn)之激光的P極化分量返回光的極化方向；圖17表示在多層光學(xué)薄膜上入射的且已進(jìn)行Kerr旋轉(zhuǎn)之激光返回光的極化方向；圖18通過(guò)例子表示整體浸沒(méi)透鏡和多層光學(xué)薄膜所要求的規(guī)格；圖19表示當(dāng)整體浸沒(méi)透鏡和多層光學(xué)薄膜構(gòu)造成滿足圖18限定的要求時(shí)返回光束中光的MO檢測(cè)量在X和Y軸上的分布；圖20表示當(dāng)整體浸沒(méi)透鏡和多層光學(xué)薄膜構(gòu)造成滿足圖18限定的要求時(shí)返回光束中光的MO檢測(cè)量的所有返回光束中的分布；圖21表示當(dāng)整體浸沒(méi)透鏡和MO多層光學(xué)薄膜相互接觸時(shí)返回光束中光的MO檢測(cè)量在X和Y軸上的分布；圖22表示當(dāng)整體浸沒(méi)透鏡和MO多層光學(xué)薄膜相互接觸時(shí)返回光束中光的MO檢測(cè)量的所有返回光束中的分布；圖23表示當(dāng)整體浸沒(méi)透鏡和多層光學(xué)薄膜構(gòu)造成滿足圖18限定的要求時(shí)返回光束中相差在X和Y軸上的分布；圖24表示在圖23所示使用二次曲面(quadric)之相差補(bǔ)償?shù)睦?；圖25表示當(dāng)相差已按圖24補(bǔ)償時(shí)返回光束中光的MO檢測(cè)量在X和Y軸的分布；圖26表示當(dāng)相差已按圖24補(bǔ)償時(shí)返回光束中光的MO檢測(cè)量的全部返回光束中的分布；圖27表示根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)頭實(shí)施例的構(gòu)造；圖28表示用在圖27所示光學(xué)頭中的光學(xué)上各向異性之光學(xué)元件的例子；圖29表示傾斜穿過(guò)平行板的光學(xué)上各向異性光學(xué)元件之光的相差；圖30還解釋傾斜穿過(guò)平行板的光學(xué)上各向異性光學(xué)元件之光的相差；圖31表示穿過(guò)平行板的光學(xué)上各向異性光學(xué)元件之光的相差在X和Y軸上的分布；圖32表示返回光總相差在X和Y軸上的分布，該返回光已經(jīng)具有圖23所示相差并穿過(guò)光學(xué)上各向異性光學(xué)元件，因而具有圖31所示的相差；圖33解釋傾斜地穿過(guò)其光入射面形成為球面的光學(xué)上各向異性光學(xué)元件之光的相差；圖34還解釋傾斜地穿過(guò)其光入射面形成為球面的光學(xué)上各向異性光學(xué)元件之光的相差；圖35表示穿過(guò)其光入射面形成為球面的光學(xué)上各向異性光學(xué)元件之光的相差在X軸和Y軸上的分布；圖36表示其光入射面和光出射面都形成為球面之光學(xué)上各向異性光學(xué)元件的例子；
圖37表示其光入射面形成為球面的光學(xué)上各向異性光學(xué)元件的例子；圖38表示分別沿X和Y軸由點(diǎn)畫(huà)形成的曲線，其為圖37所示光學(xué)上各向異性光學(xué)元件的光入射面的形狀；圖39表示根據(jù)本發(fā)明之光學(xué)頭另一實(shí)施例的構(gòu)造；圖40通過(guò)例子表示整體浸沒(méi)透鏡和多層光學(xué)薄膜所要求的規(guī)格；圖41表示當(dāng)整體浸沒(méi)透鏡和多層光學(xué)薄膜構(gòu)造成滿足圖40限定的要求但不使用光學(xué)上各向異性光學(xué)元件時(shí)返回光中相差在X和Y軸上的分布；圖42表示當(dāng)整體浸沒(méi)透鏡和多層光學(xué)薄膜構(gòu)造成滿足圖40限定的要求但不使用光學(xué)上各向異性光學(xué)元件時(shí)返回光束中光的MO檢測(cè)量在X和Y軸上的分布；圖43表示當(dāng)整體浸沒(méi)透鏡和多層光學(xué)薄膜構(gòu)造成滿足圖40限定的要求又使用光學(xué)上各向異性光學(xué)元件時(shí)返回光束中相差在X和Y軸上的分布；圖44表示當(dāng)整體浸沒(méi)透鏡和多層光學(xué)薄膜構(gòu)造成滿足圖40限定的要求又使用光學(xué)上各向異性光學(xué)元件時(shí)返回光束中光的MO檢測(cè)量在X和Y軸上的分布；圖45表示根據(jù)本發(fā)明之光學(xué)頭另一實(shí)施例的構(gòu)造；圖46表示根據(jù)本發(fā)明之光記錄和/或再現(xiàn)裝置實(shí)施例的構(gòu)造。
在說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例之前，下面先解釋其中使用了整體浸沒(méi)透鏡用以在和/或從磁光盤(pán)上寫(xiě)和/或讀信號(hào)但其并非根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的光學(xué)頭。
現(xiàn)在參考圖8，其放大地表示了用在光學(xué)頭的整體浸沒(méi)透鏡，用于在和/或從磁光盤(pán)上讀和/或?qū)懶盘?hào)。整體浸沒(méi)透鏡和磁光盤(pán)通常分別用標(biāo)號(hào)1和2表示。在整體浸沒(méi)透鏡(下面稱作“SIL”)1用在光學(xué)頭中的情況下，其設(shè)置在磁光盤(pán)(此后稱作“MO盤(pán)”)的對(duì)面，它們之間有窄的空隙，如圖8所示。該空隙小于用于在和/或從MO盤(pán)2上寫(xiě)和/或讀信號(hào)的光波長(zhǎng)。如圖8所示，MO盤(pán)2包括基片8，以及包括在基片8上由Al或類似材料形成的光反射層3的磁光多層7，在光反射層3上由SiN或類似材料形成的第一介質(zhì)層4，在第一介質(zhì)層4上由TbFeCo或類似材料形成的磁性層5，和在磁性層5上由SiN或類似材料形成的第二介質(zhì)層6。在圖8所示的MO盤(pán)2中，磁光多層(以后稱作“MO多層”)7在其上沒(méi)有形成保護(hù)層以使MO多層7和SIL1之間的空間最小化，并且光將從MO多層7入射到MO盤(pán)2上。
如圖8所示，在SIL用于光學(xué)頭中的情況下，在SIL1和MO盤(pán)2之間將不可避免地提供有空氣層9，其厚度小于用于在和/或從MO盤(pán)2上寫(xiě)和/或讀信號(hào)的光波長(zhǎng)。因此，可以認(rèn)為MO盤(pán)2具有對(duì)著SIL1的多層光學(xué)薄膜，并且其包括空氣層9和MO多層7。因此，在下述說(shuō)明中，空氣層9和MO多層7將整體地稱作為“多層光學(xué)薄膜”。
SIL1具有通常形成為球面的光入射表面10。因此，以一角度通過(guò)空氣入射到SIL1上的光以相同角方向透過(guò)SIL1。如果SIL1具有n＞1的折射率，則能夠具有大于1的數(shù)值孔徑NA(＝n·sinθ)，即使邊緣光以小于90度的θ角入射在SIL1上也是如此。
現(xiàn)在參考圖9，其示意地表示了使用SIL1作為物鏡之常規(guī)光學(xué)頭的例子。注意，為了簡(jiǎn)化對(duì)光學(xué)頭的說(shuō)明和解釋，圖9沒(méi)有示出用于聚焦伺服和跟蹤伺服的光學(xué)系統(tǒng)。光學(xué)頭一般用標(biāo)號(hào)20表示。
除了使用二塊SIL1作為物鏡之外，光學(xué)頭20的構(gòu)成類似于圖2所示的光學(xué)頭120。為了利用光學(xué)頭20讀記錄在MO盤(pán)2的信號(hào)，激光從激光源22發(fā)射并通過(guò)準(zhǔn)直透鏡23和束分離器24引導(dǎo)到入射在物鏡25上。
物鏡25包括會(huì)聚已經(jīng)透過(guò)束分離器24之激光的第一透鏡26和相對(duì)MO盤(pán)2配置的SIL1。因此，入射在物鏡25上的激光首先由第一透鏡26會(huì)聚然后入射到SIL1上，因此聚焦在或者近似地在SIL1的端面。
在SIL1端面上或接近該端面聚焦的入射激光由多層光學(xué)薄膜反射。確切地說(shuō)，大部分入射激光全部在SIL1端面處反射，而一部分入射激光到達(dá)MO盤(pán)2的MO多層7作為來(lái)自SIL1端面的耗散光。該部分入射激光因此由MO多層7反射。
從多層光學(xué)薄膜經(jīng)反射返回的光在極化狀態(tài)上發(fā)生變化，其依賴于在形成一部分MO多層7之磁性層5極化Kerr效應(yīng)下磁性層5的磁化方向。返回光穿過(guò)SIL1和第一透鏡26并入射到束分離器24，在這里其將被反射和取出。
由束分離器24反射并因此取出的返回光通過(guò)半波長(zhǎng)片27被引導(dǎo)入射到極化束分離器28，在這里它將被分成其極化方向相互正交的二束極化分量。
對(duì)于由極化束分離器28分離的極化分量，已經(jīng)透過(guò)極化束分離器28的極化分量由第一光檢測(cè)器29檢測(cè)，而由極化束分離器28反射的另一極化分量由第二光檢測(cè)器30檢測(cè)。代表磁性層5之磁化方向的磁光信號(hào)是以由第一光檢測(cè)器29檢測(cè)的極化光強(qiáng)度和由第二光檢測(cè)器30檢測(cè)的極化光強(qiáng)度之間的差(|I|2-|J|2)來(lái)檢測(cè)的。
接著，從多層光學(xué)薄膜到第一透鏡26由反射返回的光光學(xué)地分布在前述光學(xué)頭20中，正如下面將要說(shuō)明的。
為了確定返回光的光學(xué)分布，必須首先計(jì)算由傾斜一角度入射在多層光學(xué)薄膜上的光所導(dǎo)致的反射光。多層光學(xué)薄膜包括磁性層5，其磁化強(qiáng)度由具有下式(2-1)或(2-2)給出之非對(duì)角分量的介質(zhì)張量表示ϵxxϵxy0-ϵxyϵxx000ϵxx………………………………(2-1)]]>ϵxx-ϵxy0ϵxyϵxx000ϵxx………………………………(2-2)]]>現(xiàn)在參考圖10，其表示了以一角度傾斜入射在由空氣層和MO多層構(gòu)成的多層光學(xué)薄膜上的光和來(lái)自多層光學(xué)薄膜的反射光。如圖10所示，由以一角度傾斜入射在多層光學(xué)薄膜的光產(chǎn)生的反射光不僅包括來(lái)自P極化入射分量由反射產(chǎn)生的P極化反射光和來(lái)自S極化入射分量由反射產(chǎn)生的S極化反射光，而且包括來(lái)自P極化入射分量由反射產(chǎn)生的S極化反射光和來(lái)自S極化入射分量由反射產(chǎn)生的P極化反射光。
這里假設(shè)，當(dāng)反射P極化入射分量時(shí)，P極化入射分量的反射率是rPP，S極化反射分量的反射率是rPS。還假設(shè)，當(dāng)反射S極化入射分量時(shí)，P極化反射分量的反射率是rSP，S極化反射分量的反射率是rSS?？紤]到上述種類的反射率，多層光學(xué)薄膜的反射率能由下式(2-3)給出的矩陣表示。注意該矩陣適用于使用SIL1的光學(xué)系統(tǒng)。在這種情況下，rSP≈rPS。rssrsprpsrpp……………………………(2-3)]]>
注意計(jì)算這類反射率的方法可詳細(xì)參考例如M.Mansuripur的文章“Analysis of Multilayer thin-film structures containing magneto-optic and anisotropicmedium at oblique incidence using 2*2 matrices”，J.Appl.Phys.67，(1990)。
接著，計(jì)算在第一透鏡26上的返回光的分布。圖11定義了在第一透鏡26上的坐標(biāo)。計(jì)算圖11表示的x-y坐標(biāo)上返回光的分布。
圖12示意地表示入射激光的極化狀態(tài)。假設(shè)在多層光學(xué)薄膜上的入射激光在圖12所示的光束中是均勻線性極化光，該入射激光由下式給出ExiEyi=01………………………………(2-4)]]>這里Exi是X軸方向入射激光的電場(chǎng)分量，Eyi是y軸方向入射激光的電場(chǎng)分量。
圖13表示在多層光學(xué)薄膜上入射的入射激光S極化分量的極化方向，圖14表示在多層光學(xué)薄膜上入射的入射激光P極化分量的極化方向。而且，圖15表示入射在多層光學(xué)薄膜上并已進(jìn)行Kerr旋轉(zhuǎn)之激光S極化分量返回光的極化方向，圖16表示入射在多層光學(xué)薄膜上并已進(jìn)行Kerr旋轉(zhuǎn)之激光P極化分量返回光的極化方向。而且，圖17表示來(lái)源于圖15和16所示極化方向之合成的極化方向(即入射在多層光學(xué)薄膜和已進(jìn)行Kerr旋轉(zhuǎn)之激光返回光的極化方向)。正如這些圖中所示，當(dāng)入射激光由多層光學(xué)薄膜反射時(shí)，極化狀態(tài)改變。
為確定極化狀態(tài)因此已經(jīng)改變之返回光x-y坐標(biāo)上的分布，入射激光應(yīng)當(dāng)關(guān)于多層光學(xué)薄膜被分離成S極化分量和P極化分量，它們應(yīng)由式(2-3)給出的反射率相乘，然后再表示在x-y軸上。這能由下述數(shù)學(xué)式(2-5)給出。ExoEyo=cosφsinφ-sinφcosφrSS-rSPrPSrPPcosφ-sinφsinφcosφExiEyi……………(2-5)]]>這里Exo是X軸方向返回光的電場(chǎng)分量，Eyo是y軸方向返回光的電場(chǎng)分量。
因此，從多層光學(xué)薄膜到第一透鏡26由反射返回的光分布由下式(2-6)給出ExoEyo=cosφsinφ·(rpp-rss)cos2φ·rps-sin2φ·rspcos2φ·rss+sin2φ·rpp+cosφsinφ·(rsp+rps)…………(2-6)]]>
正如前述，返回光由束分離器24反射并取出，然后通過(guò)半波片27入射到極化束分離器28上。然后，返回光由極化束分離器28分離成二個(gè)極化分量，其極化方向?yàn)橄嗷フ?。一個(gè)極化分量由第一光檢測(cè)器29檢測(cè)，另一個(gè)由第二光檢測(cè)器30檢測(cè)。表示磁性層5之磁化方向的磁光信號(hào)(下面稱作“MO信號(hào)”)是檢測(cè)由第一光檢測(cè)器29檢測(cè)的極化分量強(qiáng)度和由第二光檢測(cè)器30檢測(cè)的極化分量強(qiáng)度之間的差值(下面稱作“光的MO檢測(cè)量”)。
當(dāng)光的MO檢測(cè)量表達(dá)為“MO”時(shí)，其由下式(2-7)給出。MO＝4·Re((cos2φ·rss+sin2φ·rpp)*(cosφ·sinφ·(rpp-rss)+rps))........(2-7)這里Re是實(shí)部分，*表示復(fù)共軛。這里假設(shè)rps等于-rPS。
注意，磁性層5的磁化方向是以在當(dāng)磁性層5向上磁化時(shí)獲得的光的MO檢測(cè)量和當(dāng)磁性層5向下磁化時(shí)獲得的光的MO檢測(cè)量之間的差值為基礎(chǔ)檢測(cè)的。在其中磁性層5被磁化的方向是以光的MO檢測(cè)量為基礎(chǔ)檢測(cè)的情況下，希望光的MO檢測(cè)量應(yīng)當(dāng)大些并且光的MO檢測(cè)量應(yīng)當(dāng)均勻地分布在整個(gè)返回光束中。接著，說(shuō)明光的MO檢測(cè)量的分布。
首先，在假設(shè)SIL的數(shù)值孔徑NA為1.5且SIL1和MO多層7之間空氣層9是100nm厚下說(shuō)明返回光束中光的MO檢測(cè)量之分布的計(jì)算結(jié)果。
現(xiàn)在參考圖18，通過(guò)例子其表示了SIL1和MO多層7的要求規(guī)格。正如所示，這里假設(shè)SIL1具有n＝2.0的折射率，SIL1和MO多層7之間的空氣層9為前述的100nm厚度，第二介質(zhì)層6由折射率n＝2.0的SiN形成并具有60nm的厚度，磁性層5為20nm厚，介質(zhì)張量分量分別為εxx＝-4.063+15.44i及εxy＝0.2337-0.08722i，第一介質(zhì)層4由折射率n＝2.0的SiN形成并具有30nm的厚度，光反射層3由復(fù)折射率n＝1.1+3.4i的Al形成并具有140nm的厚度，以及基片8具有n＝1.5的折射率并且與光波長(zhǎng)相比具有足夠大的厚度。
圖19表示當(dāng)SIL1和多層光學(xué)薄膜構(gòu)成滿足上述和圖18中的要求時(shí)，返回光束中光的MO檢測(cè)量之圖11中x和y軸上分布的計(jì)算結(jié)果。圖20表示當(dāng)SIL1和多層光學(xué)薄膜構(gòu)造成滿足上述和圖18中的要求時(shí)，返回光中光的MO檢測(cè)量之整個(gè)返回光束中分布的計(jì)算結(jié)果。
注意在后面要涉及的圖19和圖21，23，24，25，31，32，35，41，42，43和44中，水平軸表示角度，在此會(huì)聚在SIL1內(nèi)部的光入射到多層光學(xué)薄膜上(此后稱作“SIL內(nèi)入射角”)。即沿著水平軸的0度值對(duì)應(yīng)于SIL1光軸上的光，沿著水平軸的大值對(duì)應(yīng)于遠(yuǎn)離光軸的周邊光。在這些圖中還應(yīng)注意，標(biāo)號(hào)“口”表示沿圖11X軸分布的計(jì)算結(jié)果，“O”表示沿圖11y軸分布的計(jì)算結(jié)果。
正如從圖19和20可見(jiàn)的，SIL1和MO多層7之間的空氣層9引起光的MO檢測(cè)量以極大的不均勻性來(lái)分布。在返回光的中心，光的MO檢測(cè)量接近為零。為了與圖19和20所示光的MO檢測(cè)量的分布相比較，圖21和22表示了當(dāng)SIL1和MO多層7相互接觸(沒(méi)有提供空氣層9)時(shí)返回光束中光的MO檢測(cè)量之x和y軸上分布的計(jì)算結(jié)果。正如從圖21和22所見(jiàn)，當(dāng)沒(méi)有提供空氣層9時(shí)，光的MO檢測(cè)量總的大些并通常均勻的分布。
從圖19和20與圖21和22的比較中可見(jiàn)，SIL1和MO多層7之間的空氣層9引起光的MO檢測(cè)量較小和具有較大不均勻性分布。SIL1和MO多層7之間的空氣層9的存在變壞了SNR，借助它，從MO盤(pán)2檢測(cè)MO信號(hào)。
由于光的MO檢測(cè)量由式(2-7)給出，當(dāng)φ＝0度時(shí)MO＝Re(rss*·rsp)，當(dāng)φ＝90度時(shí)MO＝Re(rpp*·rps)。因此，光的MO檢測(cè)量分別依賴于rss*·rsp和rpp*·rps的相差，并根據(jù)cosφ而變壞。因此，當(dāng)rss*·rsp和rpp*·rps之間的相差較大時(shí)，光的MO檢測(cè)量較小。如果rss*·rsp和rpp*·rps的相差分別依賴于SIL內(nèi)入射角變化，則光的MO檢測(cè)量的分布將變得不均勻。
當(dāng)φ＝0度時(shí)，rss*·rsp的相差是x軸上的相差。因此，該rss*·rsp的相差以后將稱作“Ψx”。另外，當(dāng)φ＝90度時(shí)，rpp*·rps的相差是y軸上的相差。因此，該rpp*·rps的相差以后將稱作“Ψy”。
圖23表示相差Ψx和Ψy與SIL內(nèi)入射角之間的關(guān)系，其是在圖18所示的條件下計(jì)算的。正如圖23所示，相差Ψx和Ψy極大地依賴于SIL內(nèi)入射角而變化。光的MO檢測(cè)量的不均勻性是由相差Ψx和Ψy極大地依賴于SIL內(nèi)入射角而變化的事實(shí)引起的。因此，通過(guò)補(bǔ)償相差Ψx和Ψy以使其不發(fā)生大的變化，有可能減小光的MO檢測(cè)量之分布的不均勻性。
圖24表示已經(jīng)被補(bǔ)償二次曲面之相差Ψx和Ψy補(bǔ)償?shù)睦印D25表示當(dāng)相差已被補(bǔ)償為圖24中時(shí)返回光束中光的MO檢測(cè)量之圖11中x和y軸上分布的計(jì)算結(jié)果。圖26表示當(dāng)相差已被補(bǔ)償為圖24中時(shí)返回光束中光的MO檢測(cè)量之整個(gè)返回光束中分布的計(jì)算結(jié)果。
正如從圖24到26中可見(jiàn)，接近常數(shù)與SIL內(nèi)入射角無(wú)關(guān)的相差Ψx和Ψy的補(bǔ)償允許增加光的MO檢測(cè)量和減少光的MO檢測(cè)量之分布的不均勻性。
為了實(shí)現(xiàn)上述補(bǔ)償，光學(xué)上各向異性光學(xué)元件配置在根據(jù)本發(fā)明之光學(xué)頭的光路中。其中通過(guò)布置在根據(jù)本發(fā)明之光路中的光學(xué)元件能夠進(jìn)行上述補(bǔ)償?shù)墓鈱W(xué)頭將在下面進(jìn)一步說(shuō)明。注意，光學(xué)上各向異性光學(xué)元件可以是光學(xué)晶體片。
現(xiàn)在參考圖27，其示意地表示了根據(jù)本發(fā)明之光學(xué)頭的實(shí)施例。注意，為了簡(jiǎn)化對(duì)光學(xué)頭的說(shuō)明和解釋，圖27中沒(méi)有示出用于聚焦伺服和跟蹤伺服的光學(xué)系統(tǒng)。光學(xué)頭通常用標(biāo)號(hào)40表示。
除了在光學(xué)頭40的光路中設(shè)置光學(xué)上各向異性光學(xué)元件41用于實(shí)現(xiàn)前述補(bǔ)償之外，光學(xué)頭40構(gòu)造成類似于圖9所示的光學(xué)頭20。為了利用光學(xué)頭40讀記錄在MO盤(pán)2中的信號(hào)，線性極化的激光從激光源42中發(fā)射出并通過(guò)第一準(zhǔn)直透鏡43和束分離器44被引導(dǎo)入射到物鏡45。物鏡45由會(huì)聚透過(guò)束分離器44之激光束的第一透鏡46和相對(duì)MO盤(pán)2配置的整體浸沒(méi)透鏡(以后也稱作“SIL”)構(gòu)成。因此，在物鏡45上入射的激光由第一透鏡46會(huì)聚，然后入射到SIL47上，通過(guò)它，入射激光被聚焦在SIL47端面上或在其附近。
在SIL47端面上或附近聚焦的入射激光被多層光學(xué)薄膜反射。確切地說(shuō)，大部分入射激光全部被SIL47端面反射，一部分入射激光作為從SIL47端面泄漏的耗散光到達(dá)MO盤(pán)2的MO多層7。該部分入射激光被MO多層7反射。
來(lái)自多層光學(xué)薄膜由反射返回的光在極化狀態(tài)中發(fā)生變化，其依賴于在磁性層5的極化Kerr效應(yīng)下形成MO多層7的磁性層5之磁化方向。返回光由SIL47和第一透鏡46引導(dǎo)入射到束分離器44，然后由束分離器44反射。因此取出了返回光。
由束分離器44反射和取出的返回光由第二準(zhǔn)直透鏡48會(huì)聚，并由光學(xué)元件41和半波片49引導(dǎo)入射到極化束分離器50上，該極化束分離器50將返回光分離成二個(gè)極化分量，基極化方向相互正交。
由極化束分離器50分離的極化分量中，已由束分離器50透射的一個(gè)極化分量通過(guò)第一光檢測(cè)器51檢測(cè)，而由束分離器50反射的另一個(gè)通過(guò)第二光檢測(cè)器52檢測(cè)。表示磁性層5之磁化方向的磁光信號(hào)(此后稱作“MO信號(hào))是以由第一光檢測(cè)器51檢測(cè)的極化光分量的強(qiáng)度和由第二光檢測(cè)器52檢測(cè)的極化光分量的強(qiáng)度之間的差值(|I|2-|J|2)來(lái)檢測(cè)的。
在光學(xué)頭40中，前述補(bǔ)償是通過(guò)布置在返回光之光路中的光學(xué)上各向異性光學(xué)元件41完成的。圖28表示用作圖27所示光學(xué)頭40中之例子的光學(xué)上各向異性光學(xué)元件41。正如所示，光學(xué)元件41具有光入射其上的球形表面41和入射光從此射出的平坦表面41b。與入射在光學(xué)元件41上之返回光的波長(zhǎng)λ相比，光學(xué)元件41足夠厚，使得不會(huì)發(fā)生因在光學(xué)元件41中多個(gè)反射導(dǎo)致的干擾。
象圖28中那樣定義x，y和z軸。x和y軸對(duì)應(yīng)于圖11中的x和y軸。z軸對(duì)應(yīng)于返回光的光學(xué)軸。還假設(shè)光學(xué)元件41的x軸折射系數(shù)是nx，y軸折射系數(shù)是ny，及z軸折射系數(shù)是nz。光學(xué)元件41是單軸類型，并且其配置在返回光的光路中，配置方式使得nx不等于ny和任何一個(gè)nx和ny等于nz。入射在光學(xué)元件41上的返回光將作為沿著z軸的光束透過(guò)光學(xué)元件41。
下面將說(shuō)明當(dāng)返回光穿過(guò)光學(xué)元件41時(shí)發(fā)生的作用。第一，將說(shuō)明由于入射在光學(xué)元件41上的返回光是會(huì)聚光的事實(shí)導(dǎo)致產(chǎn)生的作用，然后將說(shuō)明由于光學(xué)元件41的光入射表面41a形成為球面的事實(shí)導(dǎo)致發(fā)生的作用。在下面的說(shuō)明中，假設(shè)在光學(xué)元件41上入射光的波長(zhǎng)是λ且光學(xué)元件41的中心厚度是t。光學(xué)元件41布置在返回光的光路中使得ny＝nz。
首先說(shuō)明由于入射在光學(xué)元件41上之返回光是會(huì)聚的事實(shí)導(dǎo)致產(chǎn)生的作用。注意，盡管返回光是作為會(huì)聚光入射在光學(xué)元件41上，其可以作為發(fā)散光入射在光學(xué)元件41上。當(dāng)然在后者情況下，當(dāng)然將發(fā)生類似的作用。
圖29和30表示由平行平坦光學(xué)晶體片做成的光學(xué)元件41A。現(xiàn)將考慮傾斜穿過(guò)光學(xué)元件41A的光要經(jīng)過(guò)的相差。隨著光進(jìn)入光學(xué)元件41A內(nèi)，其將以兩個(gè)固有方向極化和以兩個(gè)固有系數(shù)折射。當(dāng)光以相對(duì)于圖29所示的z軸在z-y平面上形成的θ角穿過(guò)光學(xué)元件41A時(shí)，極化的兩個(gè)固有方向?qū)⑹莤和y軸方向。y軸固有折射系數(shù)是ny(＝nz)，而X軸固有折射系數(shù)Ne由下式(2-8)給出ne=1cos2θnx2+sin2θny2…………………(2-8)]]>
因此，當(dāng)光以相對(duì)于圖29所示的z軸在z-y平面上的θ角穿過(guò)光學(xué)元件41A時(shí)，在x軸極化光和y軸極化光之間由下式(2-9)給出的相差將為
另一方面，當(dāng)光以相對(duì)于圖30所示的z軸在z-x平面上的θ角穿過(guò)光學(xué)元件41A時(shí)，極化的兩個(gè)固有方向是x軸方向和y軸方向。y軸固有折射系數(shù)是ny，x軸固有折射系數(shù)是nx。
因此，當(dāng)光以相對(duì)于圖30所示的z軸在z-x平面上的θ角穿過(guò)光學(xué)元件41A時(shí)，在x軸極化光和y軸極化光之間將發(fā)生由下式(2-10)給出的相差Ψx。
如果角θ足夠小，相差Ψy能夠近似到下式(2-11)，而相差Ψx能夠近似為下式(2-12)。注意在式(2-11)和(2-12)，nx-ny＝△n。
現(xiàn)在參考圖31，通過(guò)例子，其表示相差在x和y軸上分布的計(jì)算結(jié)果，該相差屬于穿過(guò)光學(xué)元件的光，當(dāng)該光穿過(guò)光學(xué)元件41A時(shí)假設(shè)例如最大θ角為θmax＝14.5度，t＝332μm，λ＝633nm和Δn＝-0.01。注意，沿著圖31水平軸表示的SIL內(nèi)入射角正比于角度θ，并且當(dāng)SIL內(nèi)入射角約為50度時(shí)獲得14.5度的最大角θmax。
當(dāng)穿過(guò)光學(xué)元件41A時(shí)，返回光將經(jīng)過(guò)圖31所示的相差。因此，如圖23所示返回光的相差Ψx和Ψy將按圖32所示變化。
而且，在光學(xué)頭40中使用的光學(xué)元件41中，返回光要經(jīng)過(guò)由于在光學(xué)元件41上入射光是會(huì)聚光的事實(shí)所導(dǎo)致產(chǎn)生的作用，還要經(jīng)過(guò)由于光學(xué)元件41的光入射表面41a是球面的事實(shí)所導(dǎo)致的另一作用。下面將考慮相差，該光傾斜穿過(guò)其光入射表面41a是球面的光學(xué)元件41，要經(jīng)過(guò)如同圖33和34所示的相差。
當(dāng)球形光入射表面41a的曲率半徑大時(shí)，圖33和34中所示的點(diǎn)b和c之間的距離db，c近似正比于sin2θ。因此，點(diǎn)b和c之間的距離db，c可由下式(2-13)給出db，c＝d·sin2θ..........................................................(2-13)這里d是因數(shù)。
使用上述因數(shù)d，能夠表示光傾斜穿過(guò)光學(xué)元件41的相差。即，由式(2-11)給出的當(dāng)光相對(duì)于圖33所示z軸在z-y平面上以角θ穿過(guò)光學(xué)元件41時(shí)產(chǎn)生的相差Ψy將經(jīng)過(guò)由于光學(xué)元件41的光入射表面41a形成為球形的事實(shí)導(dǎo)致發(fā)生的作用，并且其由下式(2-14)給出
而且，由式(2-12)給出的當(dāng)光以相對(duì)于如圖34所示z軸在z-x平面以θ角穿過(guò)光學(xué)元件41時(shí)產(chǎn)生的相差Ψx將經(jīng)過(guò)由于光學(xué)元件41的光入射表面41a形成為球形的事實(shí)導(dǎo)致發(fā)生的作用，并且其由下式(2-15)給出
現(xiàn)在參考圖35，通過(guò)例子，其表示相差在x和y軸上分布的計(jì)算結(jié)果，其是當(dāng)例如假設(shè)當(dāng)光穿過(guò)光學(xué)元件41時(shí)的最大角度θ為θmax＝14.5度t＝332μm，λ＝633nm，Δn=0.01和d＝5.61μm時(shí)穿過(guò)光學(xué)元件的光。注意，沿圖35中水平軸表示的SIL內(nèi)入射角正比于角θ，并且當(dāng)SIL內(nèi)入射角約為50度時(shí)獲得14.5度的最大角θmax。
當(dāng)穿過(guò)光學(xué)元件41時(shí)，返回光將經(jīng)過(guò)如圖35中所示的相差。因此，返回光如圖23中所示的相差Ψx和Ψy將類似于圖24中所示的。因此，返回光光路中光學(xué)元件41的配置允許將整個(gè)返回光的相差Ψx和Ψy減小到接近于零。
由于整個(gè)返回光相差Ψx和Ψy因此將接近于零，光的MO檢測(cè)量具有如圖25和26中的高量級(jí)并均勻分布。即，即使在SIL47和MO盤(pán)2的MO多層7之間提供了空氣層，光學(xué)頭40將保證光的MO檢測(cè)量等于沒(méi)有提供空氣層時(shí)的檢測(cè)量，這歸功于光學(xué)元件41。
正如前述，由于返回光光路中的光學(xué)元件41，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)頭40能夠保證即使在SIL47和MO盤(pán)2的MO多層7之間存在空氣層時(shí)有檢測(cè)自MO盤(pán)2的高質(zhì)量和較好SNR(信噪比)的MO信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明，對(duì)返回光中產(chǎn)生之相差的SIL內(nèi)入射角的相關(guān)依賴性是由改善所檢測(cè)信號(hào)質(zhì)量的光學(xué)上各向異性光學(xué)元件來(lái)補(bǔ)償?shù)?。但是，光學(xué)元件變化的最優(yōu)規(guī)格并不限于前述例子，但也依賴于多層光學(xué)薄膜的構(gòu)成。
也就是說(shuō)，光學(xué)上各向異性光學(xué)元件的光入射表面和光出射表面可形成為球面或者非球面，或者它們中之一個(gè)可以形成為非球面。光學(xué)元件的非平坦表面可以是凹的或凸的。而且，非平坦表面可以相對(duì)于光軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱地或非對(duì)稱地成曲面。也就是說(shuō)，光學(xué)元件的表面可以按希望自由地形成，只要它們形成為補(bǔ)償返回光中產(chǎn)生的相差即可。
現(xiàn)在參考圖36，其表示了光入射面和光出射面都形成為球面的光學(xué)上各向異性光學(xué)元件的例子。該光學(xué)元件通常用標(biāo)號(hào)41B表示。正如所示，如果當(dāng)光入射到點(diǎn)b上和從點(diǎn)a射出時(shí)光穿過(guò)光學(xué)元件41B的角度θ足夠小的話，則點(diǎn)b和a之間的距離能近似為由從光學(xué)元件41B中心厚度減去點(diǎn)b和c之間距離與點(diǎn)a和點(diǎn)d之間距離的余下部分，如圖36中所示。
而且，圖37表示了其光入射面形成為非球面的光學(xué)上各向異性光學(xué)元件的例子。該光學(xué)元件通常用標(biāo)號(hào)41c表示。光學(xué)元件41c具有形成非球面的光入射面。當(dāng)x，y和z軸按圖37中定義時(shí)，表面形狀由下式(2-16)的函數(shù)f(x，y)給出f(x，y)＝52.22x2+66.27x4-64.88x6-83.37y2+155.6y4-68.55y6......................... (2-16)這里每個(gè)因數(shù)都為μm。
圖38表示分別沿x和y軸由點(diǎn)形成的曲線，其是圖37中示出的光學(xué)上各向異性光學(xué)元件41c之光入射面的形狀。圖38中的坐標(biāo)系是歸一化的，使得光學(xué)元件41c之光入射面的中心位在(x，y，z)＝(0，0，0)，并且x和y兩者將是在光學(xué)元件41c之光入射面上入射光束末端處的位置。
圖39表示使用根據(jù)本發(fā)明之光學(xué)元件41c的光學(xué)頭另一實(shí)例的結(jié)構(gòu)。注意，圖27中光學(xué)頭40的相同元件用與圖27中相同的標(biāo)號(hào)來(lái)表示。圖39中，光學(xué)頭通常用標(biāo)號(hào)60表示。
正如圖39，除了不提供第二準(zhǔn)直透鏡48和光學(xué)元件41c具有非球面光入射面之外，光學(xué)頭60的構(gòu)成類似于圖27所示的光學(xué)頭40。由于在該光學(xué)頭60中省略了第二準(zhǔn)直透鏡48，由束分離器44反射和取出的返回光作為平行光入射到光學(xué)元件41c上。
通過(guò)例子，圖40表示了整體浸沒(méi)透鏡(SIL)47和多層光學(xué)薄膜的要求規(guī)格。正如圖40所表示的，SIL47具有n＝2.0的折射系數(shù)。SIL47和MO多層7之間的空氣層9是100nm厚，并且第二介質(zhì)層6由折射系數(shù)n＝2.0的SiN形成，厚度為100nm。磁性層5為30nm厚，并具有εxx＝-4.063+15.44i和εxy＝0.2337-0.08722i的介質(zhì)張量分量。第一介質(zhì)層4由折射系數(shù)n＝2.0的SiN形成，厚度為60nm。光反射層3由復(fù)數(shù)折射系數(shù)n＝1.1+3.4i的Al形成，厚度為140nm?；?具有n＝1.5的折射系數(shù)，并且與光波長(zhǎng)相比具有足夠大的厚度。另外，在光學(xué)元件41c中，中心厚度t＝323μm，λ＝633nm和Δn＝0.01。
圖41和42表示當(dāng)光學(xué)頭60沒(méi)有使用光學(xué)元件41c時(shí)相差和光的MO檢測(cè)量的分布。圖43和44表示當(dāng)使用了光學(xué)元件41c時(shí)光的相差和MO檢測(cè)量的分布。圖41表示當(dāng)不使用光學(xué)元件41c時(shí)X軸上的相差Ψx和y軸上的相差Ψy。圖42表示當(dāng)不使用光學(xué)元件41c時(shí)x軸上光的MO檢測(cè)量和y軸上光的MO檢測(cè)量。圖43表示當(dāng)使用光學(xué)元件41c時(shí)x軸上相差Ψx和y軸上相差Ψy。圖44表示當(dāng)使用了光學(xué)元件41c時(shí)x軸上光的MO檢測(cè)量和y軸上光的MO檢測(cè)量。
在不使用光學(xué)元件41c的情況下，相差Ψx和Ψy的變化極大地依賴于如圖41所示SIL內(nèi)入射角。因此，光的MO檢測(cè)量的變化極大地依賴于SIL內(nèi)入射角并且以極大的不均勻性分布，如圖42所示。
相反，在使用光學(xué)元件41c的情況下，相差Ψx和Ψy接近于零，不依賴于SIL內(nèi)入射角，如圖43中所示。結(jié)果，光的MO檢測(cè)量具有高的水平并且均勻地分布，不依賴于SIL內(nèi)入射角，如圖44中所示。
在光學(xué)頭40和60中，在返回光被反射和取出的束分離器之光路下方中分別設(shè)置了光學(xué)元件41和41c。即，在光學(xué)頭40和60中，光學(xué)元件41和41c做成僅對(duì)用于返回光的光學(xué)系統(tǒng)起作用。但是，根據(jù)本發(fā)明，光學(xué)元件可以配置在入射光和返回光兩者公用的光路上。
圖45表示光學(xué)頭又一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，其具有配置在用于入射光和返回光的公用光路中的光學(xué)上各向異性光學(xué)元件。圖45中，與圖27中相同的元件用圖27光學(xué)頭40中相同標(biāo)號(hào)來(lái)表示。光學(xué)頭通常用標(biāo)號(hào)80表示。
正如圖45所示，除了不提供第一和第二準(zhǔn)直透鏡43和48并且光學(xué)上各向異性光學(xué)元件41D被配置在束分離器44和物鏡45之間之外，光學(xué)頭80的構(gòu)成類似于圖27中的光學(xué)頭40。
為了利用光學(xué)頭80讀出記錄在MO盤(pán)2中的信號(hào)，線性極化激光從激光源42發(fā)射出并由束分離器44和光學(xué)元件41D引導(dǎo)入射到物鏡45上。物鏡45由會(huì)聚已經(jīng)透過(guò)束分離器44之激光的第一透鏡44和相對(duì)MO盤(pán)2配置的整體浸沒(méi)透鏡(SIL)47構(gòu)成。入射到物鏡45的激光首先由第一透鏡46會(huì)聚然后入射到SIL47上。之后其聚焦在SIL的端面上或者其附近。
聚焦在SIL47端面上或其附近的入射激光由多層光學(xué)薄膜反射。尤其是，大部分入射激光在SIL47端面上全部被反射，同時(shí)一部分入射激光作為從SIL47端面泄漏的損耗光到達(dá)MO盤(pán)2的MO多層7并由MO多層7反射。
因此從多層光學(xué)薄膜經(jīng)反射返回的光在極化狀態(tài)上變化，其依賴于在磁性層5極化Kerr效應(yīng)下形成MO多層7之磁性層5的磁化方向。然后，返回光被引過(guò)SIL47和第一透鏡46以入射到光學(xué)元件41D。入射在光學(xué)元件41D上的返回光由第一透鏡46會(huì)聚。光學(xué)元件41D補(bǔ)償返回光相差對(duì)SIL內(nèi)入射角的相關(guān)性。
具有依賴于SIL內(nèi)入射角由光學(xué)元件41D補(bǔ)償之相差的返回光入射到將反射返回光的束分離器44。取出反射的返回光。由束分離器44反射和取出的返回光由半波片49引導(dǎo)入射到極化束分離器50，其將返回光分離成極化方向相互正交的兩個(gè)極化分量。
對(duì)于由極化束分離器50分離的極化光分量，已經(jīng)透過(guò)極化束分離器50的一個(gè)極化光分量由第一光檢測(cè)器51檢測(cè)，而另一分量由第二光檢測(cè)器52檢測(cè)。表示MO盤(pán)2磁性層5之磁化方向的磁光信號(hào)(此后稱作“MO信號(hào))是以由第一光檢測(cè)器51檢測(cè)的極化光強(qiáng)度和由第二光檢測(cè)器52檢測(cè)的極化光強(qiáng)度之間的差值(|I|2-|J|2)來(lái)檢測(cè)。
在光學(xué)頭80中，光學(xué)元件41D具有光學(xué)軸，其垂直于入射光和返回光光軸并平行于入射光極化方向配置。因此，光學(xué)元件41D的光學(xué)軸將平行于至少其平坦側(cè)面配置。由于相差是二個(gè)相互正交的極化束之間相位上的差別，當(dāng)光學(xué)元件41D之光軸如此設(shè)置時(shí)光學(xué)元件41D將不作用于入射激光。因此，當(dāng)光學(xué)元件41D的光軸如此設(shè)置時(shí)光學(xué)元件41D將僅作用于入射光，結(jié)果返回光相差對(duì)SIL內(nèi)入射角的相關(guān)性能補(bǔ)償成在光學(xué)頭40和60中。
現(xiàn)在參考圖46，其示意地表示出根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)記錄和/或再現(xiàn)裝置的實(shí)施例。光學(xué)記錄和/或再現(xiàn)裝置通常用標(biāo)號(hào)90表示。
正如所示，光學(xué)記錄和/或再現(xiàn)裝置90包括根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)頭91，驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)MO盤(pán)2的主軸馬達(dá)92，移動(dòng)光學(xué)頭91的供給馬達(dá)93，以預(yù)定方式分別調(diào)制和解調(diào)信號(hào)的調(diào)制解調(diào)電路94，用于光學(xué)頭91伺服控制的伺服控制電路95，以及用于整個(gè)系統(tǒng)控制的系統(tǒng)控制器96。
主軸馬達(dá)92由伺服控制電路95控制以預(yù)定速度旋轉(zhuǎn)。具體地，在和/或從其上寫(xiě)和/或讀信號(hào)的MO盤(pán)2固定在主軸馬達(dá)92上，并以預(yù)定速度通過(guò)由伺服控制電路95控制的主軸馬達(dá)92驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。
為了寫(xiě)和/或讀信息信號(hào)，光學(xué)頭91輻射激光到被驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的MO盤(pán)2上并檢測(cè)來(lái)自MO盤(pán)2的返回光。按照前述根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)頭91的構(gòu)成(例如為光學(xué)頭40，60和80之一)使得返回光相差對(duì)SIL內(nèi)入射角的相關(guān)性由光學(xué)元件補(bǔ)償。
光學(xué)頭91連接到調(diào)制解調(diào)器電路94。為了從MO盤(pán)2讀出信息信號(hào)，光學(xué)頭91輻射激光到旋轉(zhuǎn)的MO盤(pán)2，從來(lái)自MO盤(pán)2返回光中檢測(cè)磁光信號(hào)(以后將稱作“MO信號(hào)”)，并將其供給調(diào)制解調(diào)器電路94。
為了將信息信號(hào)寫(xiě)到MO盤(pán)2，信號(hào)從外部電路97進(jìn)入，以預(yù)定方式在調(diào)制解調(diào)器電路94中調(diào)制，并供給光學(xué)頭91?；谡{(diào)制解調(diào)器電路94供給的信號(hào)，光學(xué)頭91輻射激光到MO盤(pán)2。注意，光學(xué)記錄和/或再現(xiàn)裝置90還包括用于施加磁場(chǎng)用于MO寫(xiě)入(未示出)的裝置。為了寫(xiě)入信息信號(hào)，基于在調(diào)制解調(diào)器電路94中以預(yù)定方式調(diào)制的信號(hào)，磁場(chǎng)還施加到MO盤(pán)2。
光學(xué)頭91還連接到伺服控制電路95。為了在或從MO盤(pán)2上寫(xiě)或讀信息信號(hào)，從來(lái)自旋轉(zhuǎn)MO盤(pán)2通過(guò)反射返回的光中產(chǎn)生聚焦伺服信號(hào)和跟蹤伺服信號(hào)并將其施加到伺服控制電路95。
調(diào)制解調(diào)器電路94連接到系統(tǒng)控制器96和外部電路97。為了將信息信號(hào)寫(xiě)到MO盤(pán)2，調(diào)制解調(diào)器電路94由系統(tǒng)控制器96控制以便以預(yù)定方式從外部電路97和調(diào)制接收用于寫(xiě)入MO盤(pán)2的信號(hào)。由調(diào)制解調(diào)器電路94調(diào)制的信號(hào)供給光學(xué)頭91。
因此，為了從MO盤(pán)2讀信息信號(hào)，調(diào)制解調(diào)器電路94由系統(tǒng)控制器96控制以便以預(yù)定方式從光學(xué)頭91接收解調(diào)讀自MO盤(pán)2的MO信號(hào)。從調(diào)制解調(diào)器電路94解調(diào)的信號(hào)從調(diào)制解調(diào)器電路94傳遞到外部電路97。
當(dāng)在或從MO盤(pán)2寫(xiě)或讀信息信號(hào)時(shí)，提供供給馬達(dá)93將光學(xué)頭91移動(dòng)到MO盤(pán)2上預(yù)定的徑向位置。其驅(qū)動(dòng)是基于來(lái)自伺服控制電路95的控制信號(hào)。即，供給馬達(dá)93連接到和通過(guò)伺服控制電路95連接。
伺服控制電路95由系統(tǒng)控制器96控制并以這種方式控制供給馬達(dá)93，即光學(xué)頭91被移到相對(duì)MO盤(pán)2的預(yù)定位置。伺服控制電路95還連接到主軸馬達(dá)92，并通過(guò)系統(tǒng)控制器96連接以控制主軸馬達(dá)92的操作。也就是說(shuō)，為了在或從MO盤(pán)2寫(xiě)或讀信息信號(hào)，伺服控制電路95控制主軸馬達(dá)92以使MO盤(pán)2以預(yù)定速度旋轉(zhuǎn)。
伺服控制電路95還連接到光學(xué)頭91。為了在或從MO盤(pán)2寫(xiě)或讀信息信號(hào)，伺服控制電路95從光學(xué)頭91接收伺服信號(hào)并基于該伺服信號(hào)控制光學(xué)頭91的聚焦伺服和跟蹤伺服。注意，光學(xué)頭91的聚焦伺服和跟蹤伺服的控制是借助例如其上裝有物鏡的雙軸調(diào)節(jié)器來(lái)精密移動(dòng)光學(xué)頭91的物鏡實(shí)現(xiàn)的。
由于前述光學(xué)記錄和/或再現(xiàn)裝置90用作為光學(xué)頭91，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)頭，整體浸沒(méi)透鏡的使用允許使用具有大NA的物鏡和保證從MO盤(pán)2寫(xiě)或讀信號(hào)的高質(zhì)量。因此，MO盤(pán)2能被形成為具有較高軌道密度和軌道記錄密度。
前述中，磁光盤(pán)稱作為記錄媒體，但是在返回光相差對(duì)SIL內(nèi)入射角相關(guān)性是一問(wèn)題的地方，本發(fā)明有寬的適應(yīng)性。本發(fā)明適用的記錄媒體并不局限于磁光盤(pán)。
正如前面已述，本發(fā)明提供了一種光學(xué)頭，其采用了補(bǔ)償返回光極化光不均勻分布的整體浸沒(méi)透鏡并能夠從來(lái)自記錄媒體通過(guò)反射返回的光中檢測(cè)質(zhì)量信號(hào)。
換言之，使用整體浸沒(méi)透鏡的傳統(tǒng)光學(xué)頭允許使用具有較大NA的物鏡但不能夠檢測(cè)質(zhì)量信號(hào)。盡管根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)頭使用整體浸沒(méi)透鏡，其能夠檢測(cè)具有實(shí)際滿意質(zhì)量的信號(hào)。
因此，本發(fā)明提供了使用整體浸沒(méi)透鏡的光學(xué)頭，其允許使用具有較大NA的物鏡，使得在記錄媒體上能有較高的軌道密度和軌道記錄密度。結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)頭能夠建立較高密度較大容量光學(xué)記錄和/或再現(xiàn)系統(tǒng)。
而且，根據(jù)本發(fā)明，信號(hào)能以較高質(zhì)量寫(xiě)入或讀出。因此，光學(xué)頭和使用根據(jù)本發(fā)明之光學(xué)頭的光學(xué)記錄和/或再現(xiàn)裝置具有較大的余量。因此，光學(xué)頭和記錄和/或再現(xiàn)裝置能以廉價(jià)部件和較低調(diào)節(jié)精度進(jìn)行制造。所以，根據(jù)本發(fā)明能夠提供更廉價(jià)的光學(xué)頭和記錄和/或再現(xiàn)裝置。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)頭，包括整體浸沒(méi)透鏡，其支撐在相對(duì)著記錄媒體，在它們之間具有空間，該空間小于用于在和/或從記錄媒體上寫(xiě)和/或讀信號(hào)的光的波長(zhǎng)，來(lái)自整體浸沒(méi)透鏡端面的損耗光用于在和/或從記錄媒體上寫(xiě)和/或讀信號(hào)；和光學(xué)上各向異性光學(xué)元件，其在它的至少一個(gè)側(cè)面上形成為不平坦的并且其布置在用于在和/或從記錄媒體寫(xiě)和/或讀信號(hào)之光的光路中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)頭，其特征是光學(xué)元件在它的至少一個(gè)側(cè)面上形成為球面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)頭，其特征是光學(xué)元件的光軸正對(duì)著光學(xué)元件的內(nèi)平面方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)頭，其特征是在光學(xué)元件上的入射光是會(huì)聚的或發(fā)散的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的光學(xué)頭，其特征是光學(xué)元件布置在用于在和/或從記錄媒體上寫(xiě)和/或讀信號(hào)的并且從記錄媒體上通過(guò)反射返回的光的光路中。
6.一種使用用于在和/或從記錄媒體上寫(xiě)和/或讀信號(hào)之光學(xué)頭的光學(xué)記錄和/或再現(xiàn)裝置，光學(xué)頭包括整體浸沒(méi)透鏡，其支撐在相對(duì)著記錄媒體，在它們之間具有空間，該空間小于用于在和/或從記錄媒體上寫(xiě)和/或讀信號(hào)的光的波長(zhǎng)，來(lái)自整體浸沒(méi)透鏡端面的損耗光用于在和/或從記錄媒體上寫(xiě)和/或讀信號(hào)；和光學(xué)上各向異性光學(xué)元件，其在它的至少一個(gè)側(cè)面上形成為不平坦的且布置在用于在和/或從記錄媒體上寫(xiě)和/或讀信號(hào)的光的光路中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，其特征是光學(xué)元件在它的至少一個(gè)側(cè)面上形成為球面。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，其特征是光學(xué)元件的光軸正對(duì)著光學(xué)元件的內(nèi)平面方向。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，其特征是在光學(xué)元件上的入射光是會(huì)聚的或發(fā)散的。
10.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，其特征是光學(xué)元件布置在用于在和/或從記錄媒體上寫(xiě)和/或讀信號(hào)且從記錄媒體通過(guò)反射返回的光的光路中。
全文摘要
在使用整體浸沒(méi)透鏡作為物鏡的光學(xué)頭中,在返回光的光路中布置有其至少一個(gè)側(cè)面形成為不平坦的光學(xué)上各向異性光學(xué)元件。提供該光學(xué)元件用于補(bǔ)償包括在來(lái)自記錄媒體之返回光中的極化光不均勻分布。
文檔編號(hào)G11B11/10GK1266261SQ9912297
公開(kāi)日2000年9月13日 申請(qǐng)日期1999年12月9日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月9日
發(fā)明者齊藤公博 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社