專(zhuān)利名稱(chēng)：一種垂直腔表面發(fā)射激光器光學(xué)數(shù)據(jù)讀寫(xiě)頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和恢復(fù)設(shè)備。
具體地說(shuō)，本發(fā)明是涉及光學(xué)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和恢復(fù)設(shè)備。
更進(jìn)一步講，本發(fā)明與采用激光對(duì)光學(xué)數(shù)據(jù)的讀/寫(xiě)有關(guān)。
用來(lái)讀取存儲(chǔ)在一定介質(zhì)，如激光唱片(CD)，上信號(hào)的光學(xué)再現(xiàn)拾取頭(pick-up head)已廣為人知，但它們只適于讀出數(shù)據(jù)，而不能將數(shù)據(jù)寫(xiě)入存儲(chǔ)體。
最近關(guān)于相變材料研究的進(jìn)展為光學(xué)讀寫(xiě)裝置提供了可能。這些材料可在兩相之間轉(zhuǎn)變，其中一相比另一相具有更高的反射率。這一事實(shí)使得將數(shù)據(jù)以類(lèi)似于目前常規(guī)的掃描凸凹面的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)字形式的存儲(chǔ)與讀出成為可能。
在傳統(tǒng)的讀出系統(tǒng)中，光被導(dǎo)向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體的凸凹的表面，通過(guò)光接收組件的傳導(dǎo)機(jī)制而產(chǎn)生的光強(qiáng)度的變化通知系統(tǒng)一個(gè)由凹陷向平坦的過(guò)渡或反之。工作時(shí)，凹陷的地方將光散射，而平坦的地方則將光反射。這些變化由光學(xué)裝置檢測(cè)并以數(shù)字形式記錄下來(lái)。采用相變材料，信息可以通過(guò)改變相的方法記錄到材料上。與凸凹方式相類(lèi)似，相變材料在一種相態(tài)下散射光，而在另一種相態(tài)下反射光。人們對(duì)制造光寫(xiě)裝置的嘗試包括提供受熱相變材料，熱是由邊發(fā)射激光器束的光束能量提供的。盡管多空間模邊發(fā)射二極管激光器可以提供足夠強(qiáng)度的激光束，但是，由于存在著嚴(yán)重的象散、模間差及模跳變?cè)肼?，使它不適于用于光學(xué)寫(xiě)入。嚴(yán)重的象散難以將激光束聚到適當(dāng)大小的斑點(diǎn)，也難以為實(shí)現(xiàn)材料相變提供均勻的能量分布。模間差及模跳變?cè)肼曔M(jìn)一步影響到數(shù)據(jù)記錄的質(zhì)量。
因此，解決前面提到的及其它現(xiàn)有技術(shù)中固有的缺陷，是非常有益的。
據(jù)此，本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供新的、進(jìn)一步改進(jìn)的光學(xué)數(shù)據(jù)讀/寫(xiě)裝置。
本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)是提供一個(gè)結(jié)構(gòu)緊湊的光學(xué)數(shù)據(jù)讀/寫(xiě)裝置。
本發(fā)明還有一個(gè)目標(biāo)是提供一個(gè)采用相對(duì)高功率VCSEL(垂直腔表面發(fā)射激光器)的光學(xué)數(shù)據(jù)讀/寫(xiě)設(shè)備。
本發(fā)明還有一個(gè)目標(biāo)是提供一個(gè)可以產(chǎn)生更有效相變的光學(xué)數(shù)據(jù)讀/寫(xiě)裝置。
本發(fā)明還有一個(gè)目標(biāo)是通過(guò)簡(jiǎn)化生產(chǎn)過(guò)程提供一個(gè)低成本的光學(xué)數(shù)據(jù)讀/寫(xiě)裝置。
簡(jiǎn)要地說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，為達(dá)到上述目標(biāo)，提供一個(gè)用于使光學(xué)存儲(chǔ)體相變的裝置，它包括一個(gè)準(zhǔn)多模垂直腔表面發(fā)射激光器，用來(lái)產(chǎn)生一個(gè)方形或環(huán)形激光束，該激光束被導(dǎo)向存儲(chǔ)體。
此外，本發(fā)明還提供一個(gè)采用一個(gè)準(zhǔn)多模垂直腔表面發(fā)射激光器的實(shí)施例，該激光器包括多于一個(gè)少于五個(gè)的模，其輸出功率大于10毫瓦，輸出面積為直徑為10～20微米的區(qū)域。
在另一個(gè)實(shí)施例中安置一個(gè)將激光束聚焦成為1微米的斑點(diǎn)并導(dǎo)向存儲(chǔ)體的聚焦裝置。
另一個(gè)實(shí)施例提供一個(gè)光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)讀/寫(xiě)系統(tǒng)，包括一個(gè)可以在反射相與散射相之間變化的存儲(chǔ)體，一個(gè)準(zhǔn)多模垂直腔表面發(fā)射激光器陣列，用以提供導(dǎo)向到存儲(chǔ)體不同道上的平行激光束，以使存儲(chǔ)體在反射相與散射相之間變化。
同時(shí)還提供一種光學(xué)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的方法，包括以下步驟提供一個(gè)可以在反射相與散射相之間變化的存儲(chǔ)體；提供一個(gè)準(zhǔn)多模垂直腔表面發(fā)射激光器；由該準(zhǔn)多模垂直腔表面發(fā)射激光器產(chǎn)生激光束；并將該激光束導(dǎo)向存儲(chǔ)體，使之產(chǎn)生相變。
對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，通過(guò)下面結(jié)合附圖對(duì)一優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的進(jìn)一步的諸多目的和優(yōu)點(diǎn)會(huì)更顯而易見(jiàn)。其中

圖1是準(zhǔn)多模垂直腔表面發(fā)射激光器的截面圖；圖2是說(shuō)明空間模形狀的示意圖；圖3是由本發(fā)明構(gòu)成的一個(gè)光學(xué)數(shù)據(jù)讀/寫(xiě)系統(tǒng)的示意圖；以及圖4是一個(gè)平行光學(xué)數(shù)據(jù)讀/寫(xiě)系統(tǒng)的示意圖。
現(xiàn)在我們參考附圖，在這些圖中由一相同的標(biāo)記表示相應(yīng)的元件。首先參見(jiàn)圖1，它表示一個(gè)具有準(zhǔn)多模垂直腔表面發(fā)射激光器，由10來(lái)表示。準(zhǔn)多模VCSEL10包括一個(gè)基片13，在它上面淀積鏡面反射層11、激發(fā)區(qū)12和第二個(gè)鏡面反射層17，激發(fā)區(qū)可包括諸如覆層和量子阱等層。第二個(gè)鏡面反射層17經(jīng)過(guò)蝕刻，或局部淀積，以形成臺(tái)狀結(jié)構(gòu)。電接觸點(diǎn)20至少與第二個(gè)鏡面反射層17的頂端接觸。電接觸點(diǎn)20提供了一個(gè)窗口22，當(dāng)準(zhǔn)多模VCSEL10中的光通過(guò)第二個(gè)鏡面反射層后將由此射出。第二個(gè)電接觸點(diǎn)24被置于基片13的底面。
在電接觸點(diǎn)20與24之間加上的工作電壓產(chǎn)生一個(gè)穿過(guò)準(zhǔn)多模VCSEL的電流使激光器工作，這是眾所周知的。通常，由于電接觸點(diǎn)20位于第二鏡面反射層17的表面，電流會(huì)通過(guò)第二鏡面反射層17的臺(tái)狀結(jié)構(gòu)并在電流通過(guò)的區(qū)域維持光的激發(fā)。在許多應(yīng)用中，要求單一的模式。要實(shí)現(xiàn)單模，電流需要被限制在虛線(xiàn)30所表示的區(qū)域內(nèi)以嚴(yán)格匹配單模工作條件。在單模光區(qū)30以外的電流會(huì)產(chǎn)生附加的模式。典型情況下，臺(tái)的直徑大小取決于垂直腔表面發(fā)射激光器的工作模式，臺(tái)的直徑要嚴(yán)格與工作模式匹配。以這種方式，電流通常被限定在單模工作方式下。
本發(fā)明中的VCSEL10是一個(gè)準(zhǔn)多模VCSEL，即它射出的光多于一個(gè)而少于五個(gè)模。因此，如圖所示，這里的臺(tái)狀結(jié)構(gòu)比單模光區(qū)30大一些。臺(tái)面的大尺寸也允許有相應(yīng)較大的窗口22，使準(zhǔn)多模激光束具有直徑在大約10微米～20微米之間的輸出面積。
參照?qǐng)D2，輸出光的空間分布是方形的，或在方形的中央略有凹陷，類(lèi)似于圖示的環(huán)形。為了便于闡述，方形及帶有凹陷的方形將都被稱(chēng)作方形模式。單模VCSEL輸出的光強(qiáng)為一單一的高斯分布，光能量向中央梯度遞增。而準(zhǔn)多模VCSEL可以產(chǎn)生方形的輸出并提供均勻的能量分布。另一方面，準(zhǔn)多模VCSEL可以產(chǎn)生比單模垂直腔表面發(fā)射激光器更強(qiáng)的光束，因?yàn)樗休^大的尺寸，較大的通過(guò)電流的能力以及較大的輸出面積。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3，它表示一個(gè)光學(xué)數(shù)據(jù)寫(xiě)入系統(tǒng)40。系統(tǒng)40包括準(zhǔn)多模VCSEL10，它產(chǎn)生一個(gè)激光束41，通過(guò)一定路徑被導(dǎo)向存儲(chǔ)體42的表面。存儲(chǔ)體42由相變材料構(gòu)成，根據(jù)受熱情況，它可以在非晶態(tài)與晶態(tài)之間變化。這個(gè)非晶態(tài)，也稱(chēng)作散射相，具有較晶態(tài)低的反射率，同樣，晶態(tài)也被稱(chēng)為反射相。在現(xiàn)已開(kāi)發(fā)出的相變材料中，根據(jù)激光能量大小，非晶態(tài)的反射率大約為10％～35％，晶態(tài)的反射率大約為20％～60％。通常要使材料達(dá)到足夠的相變，要求提供大于10毫瓦的能量，最好是大于20毫瓦。
可以預(yù)見(jiàn)，在更低能量下，如1～5毫瓦，可以產(chǎn)生足夠相變的材料，將在不久的將來(lái)出現(xiàn)。準(zhǔn)多模VCSEL可以近乎完美地應(yīng)用于這樣的材料。因?yàn)樗词乖谝筝敵?～5毫瓦這樣低的電流下，仍然有效地工作，而且輸出仍然保持為方形。
為達(dá)到足夠的存儲(chǔ)能力和出于靈敏度的考慮，人們發(fā)現(xiàn)應(yīng)將射到存儲(chǔ)體42的激光束41聚焦成1微米的斑點(diǎn)。光束被聚焦的同時(shí)也集中了能量，因而提供了足夠的能量來(lái)改變相變材料上1微米斑點(diǎn)的相態(tài)。這里描述的VCSEL實(shí)際上發(fā)出的是完美的圓光束，它沒(méi)有象散，因此很容易被聚到1微米的斑點(diǎn)。為將光束聚焦，在準(zhǔn)多模垂直腔表面發(fā)射激光器10與存儲(chǔ)體42之間的光路上，設(shè)置了一個(gè)透鏡聚焦系統(tǒng)(在這里用一個(gè)聚焦透鏡43表示)?；跍?zhǔn)多模VCSEL10自身的特性，激光束的能量均勻地分布在1微米的光斑上，使該材料有效地和均勻地產(chǎn)生相變。
由于數(shù)據(jù)的讀取過(guò)程已在共同未決專(zhuān)利申請(qǐng)中介紹，這里沒(méi)有做特別說(shuō)明。但是，可以理解，在某些應(yīng)用中，當(dāng)需要讀存儲(chǔ)體時(shí)，準(zhǔn)多模VCSEL10的功率會(huì)被降低，作為光源使用。另外，在一個(gè)光學(xué)讀/寫(xiě)頭中使用準(zhǔn)多模VCSEL10可以構(gòu)成一個(gè)讀取和擦除系統(tǒng)。
在另一個(gè)實(shí)施例(沒(méi)有圖示)中，采用一個(gè)準(zhǔn)多模VCSEL10的陣列，它們發(fā)出的光束經(jīng)過(guò)光學(xué)匯聚，或者采用一個(gè)相移陣列形成一個(gè)單束。這樣的準(zhǔn)多模VCSEL10陣列提供具有足夠能量的光束，可在相變材料反射區(qū)的較高端產(chǎn)生有效相變。
圖4說(shuō)明了一個(gè)平行讀/寫(xiě)光學(xué)數(shù)據(jù)系統(tǒng)50。系統(tǒng)50包括一個(gè)平行讀/寫(xiě)頭52和前面描述過(guò)的由相變材料構(gòu)成的存儲(chǔ)體53。讀/寫(xiě)頭52包括一個(gè)準(zhǔn)多模VCSEL陣列54，它與前面描述過(guò)的準(zhǔn)多模VCSEL10基本上是一樣的，每個(gè)激光器射出光束55，它們的輸出面直徑約為10～20微米。光束55是相互平行的，每條光束被聚焦成直徑為1微米的光斑投射到存儲(chǔ)體53的不同道上。為聚焦光束55，在光束55通過(guò)的準(zhǔn)多模VCSEL54與存儲(chǔ)體53之間的每條光路上，設(shè)置了一個(gè)聚集系統(tǒng)(圖中表示為一個(gè)單透鏡56)。聚集后的光束將根據(jù)要求去改變存儲(chǔ)體53的相變材料。光束55可以經(jīng)過(guò)自由空間直接通過(guò)透鏡56，也可以經(jīng)過(guò)如圖所示的波導(dǎo)57。
將本申請(qǐng)中為說(shuō)明起見(jiàn)列舉的各實(shí)施例加以變動(dòng)和修改，對(duì)于熟悉本技術(shù)的人來(lái)說(shuō)是非常容易的。在這個(gè)意義上，這些變動(dòng)和修改沒(méi)有脫離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)，它們包含在只有對(duì)下列權(quán)利要求的公平解釋后而確定的范圍內(nèi)。
經(jīng)過(guò)全面的描述，本發(fā)明已是如此的清晰和簡(jiǎn)要，足可以使熟悉該技術(shù)的人們理解和實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一個(gè)用于使光學(xué)存儲(chǔ)體相變的裝置，其特征為，一個(gè)準(zhǔn)多模垂直腔表面發(fā)射激光器，它產(chǎn)生導(dǎo)向存儲(chǔ)體的呈方形光強(qiáng)分布的激光束。
2.權(quán)利要求1所述的裝置，其中準(zhǔn)多模垂直腔表面發(fā)射激光器的進(jìn)一步特征為輸出功率大于10毫瓦，輸出面積的直徑在10～20微米的范圍內(nèi)，這個(gè)準(zhǔn)多模垂直腔表面發(fā)射激光器工作在多于一個(gè)而少于五個(gè)模式下。
3.權(quán)利要求1所述的裝置，進(jìn)一步特征為，將投射到存儲(chǔ)體的光束聚焦成大小為1微米的斑點(diǎn)的聚焦裝置。
4.光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)讀/寫(xiě)系統(tǒng)，其特征為一個(gè)可以在反射相與散射相之間變化的存儲(chǔ)體；以及一個(gè)準(zhǔn)多模垂直腔表面發(fā)射激光器，它產(chǎn)生的激光被導(dǎo)向存儲(chǔ)體以使存儲(chǔ)體在反射相與散射相之間變化。
5.權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中準(zhǔn)多模垂直腔表面發(fā)射激光器的進(jìn)一步特征為包括一個(gè)準(zhǔn)多模垂直腔表面發(fā)射激光器的陣列，以產(chǎn)生一組平行光束，這些光束被導(dǎo)向存儲(chǔ)體的不同道，以使存儲(chǔ)體在反射相與散射相之間變化。
6.權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中陣列中每一個(gè)準(zhǔn)多模垂直腔表面發(fā)射激光器的進(jìn)一步的特征為輸出功率大于10毫瓦，輸出面積的直徑在10～20微米的范圍內(nèi)，這個(gè)準(zhǔn)多模垂直腔表面發(fā)射激光器包括多于一個(gè)而少于五個(gè)模式。
7.在光學(xué)存儲(chǔ)體上存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的方法，包括步驟提供一個(gè)可以在反射相與散射相之間變化的光學(xué)存儲(chǔ)體；提供一個(gè)準(zhǔn)多模垂直腔表面發(fā)射激光器；從準(zhǔn)多模垂直腔表面發(fā)射激光器產(chǎn)生激光束；和將激光束導(dǎo)向光學(xué)存儲(chǔ)體使之從一相轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪幌唷?br> 8.權(quán)利要求7所述的方法，其中激光束產(chǎn)生的步驟的特征為產(chǎn)生大于10毫瓦的激光束，輸出面積的直徑在10～20微米的范圍內(nèi)，并且包括多于一個(gè)而少于五個(gè)模式。
9.權(quán)利要求7所述的方法，其中引導(dǎo)激光束的步驟的特征為將導(dǎo)向存儲(chǔ)體的激光束聚焦成1微米的斑點(diǎn)。
全文摘要
一個(gè)用來(lái)使光學(xué)存儲(chǔ)體在反射相與散射相之間進(jìn)行相變的裝置。這個(gè)裝置包括一個(gè)準(zhǔn)多模垂直腔表面發(fā)射激光器，用來(lái)提供一個(gè)光強(qiáng)方形分布的激光束，并導(dǎo)向存儲(chǔ)體。
文檔編號(hào)G11B7/125GK1162172SQ9611794
公開(kāi)日1997年10月15日 申請(qǐng)日期1996年12月25日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月25日
發(fā)明者江文斌(音澤), 邁克爾·S·萊比 申請(qǐng)人:摩托羅拉公司