一种垂直腔表面发射激光器光学数据读写头 本发明涉及数据的存储和恢复设备。
具体地说，本发明是涉及光学数据的存储和恢复设备。
更进一步讲，本发明与采用激光对光学数据的读/写有关。
用来读取存储在一定介质，如激光唱片(CD)，上信号的光学再现拾取头(pick-up head)已广为人知，但它们只适于读出数据，而不能将数据写入存储体。
最近关于相变材料研究的进展为光学读写装置提供了可能。这些材料可在两相之间转变，其中一相比另一相具有更高的反射率。这一事实使得将数据以类似于目前常规的扫描凸凹面的方式实现数字形式的存储与读出成为可能。
在传统的读出系统中，光被导向数据存储体的凸凹的表面，通过光接收组件的传导机制而产生的光强度的变化通知系统一个由凹陷向平坦的过渡或反之。工作时，凹陷的地方将光散射，而平坦的地方则将光反射。这些变化由光学装置检测并以数字形式记录下来。采用相变材料，信息可以通过改变相的方法记录到材料上。与凸凹方式相类似，相变材料在一种相态下散射光，而在另一种相态下反射光。人们对制造光写装置的尝试包括提供受热相变材料，热是由边发射激光器束的光束能量提供的。尽管多空间模边发射二极管激光器可以提供足够强度的激光束，但是，由于存在着严重地象散、模间差及模跳变噪声，使它不适于用于光学写入。严重的象散难以将激光束聚到适当大小的斑点，也难以为实现材料相变提供均匀的能量分布。模间差及模跳变噪声进一步影响到数据记录的质量。
因此，解决前面提到的及其它现有技术中固有的缺陷，是非常有益的。
据此，本发明的一个目标是提供新的、进一步改进的光学数据读/写装置。
本发明的另一个目标是提供一个结构紧凑的光学数据读/写装置。
本发明还有一个目标是提供一个采用相对高功率VCSEL(垂直腔表面发射激光器)的光学数据读/写设备。
本发明还有一个目标是提供一个可以产生更有效相变的光学数据读/写装置。
本发明还有一个目标是通过简化生产过程提供一个低成本的光学数据读/写装置。
简要地说，根据本发明的一个优选实施例，为达到上述目标，提供一个用于使光学存储体相变的装置，它包括一个准多模垂直腔表面发射激光器，用来产生一个方形或环形激光束，该激光束被导向存储体。
此外，本发明还提供一个采用一个准多模垂直腔表面发射激光器的实施例，该激光器包括多于一个少于五个的模，其输出功率大于10毫瓦，输出面积为直径为10～20微米的区域。
在另一个实施例中安置一个将激光束聚焦成为1微米的斑点并导向存储体的聚焦装置。
另一个实施例提供一个光学数据存储读/写系统，包括一个可以在反射相与散射相之间变化的存储体，一个准多模垂直腔表面发射激光器阵列，用以提供导向到存储体不同道上的平行激光束，以使存储体在反射相与散射相之间变化。
同时还提供一种光学存储器数据存储的方法，包括以下步骤：提供一个可以在反射相与散射相之间变化的存储体；提供一个准多模垂直腔表面发射激光器；由该准多模垂直腔表面发射激光器产生激光束；并将该激光束导向存储体，使之产生相变。
对于本领域的技术人员来说，通过下面结合附图对一优选实施例的详细描述，本发明的进一步的诸多目的和优点会更显而易见。其中：
图1是准多模垂直腔表面发射激光器的截面图；
图2是说明空间模形状的示意图；
图3是由本发明构成的一个光学数据读/写系统的示意图；以及
图4是一个平行光学数据读/写系统的示意图。
现在我们参考附图，在这些图中由一相同的标记表示相应的元件。首先参见图1，它表示一个具有准多模垂直腔表面发射激光器，由10来表示。准多模VCSEL10包括一个基片13，在它上面淀积镜面反射层11、激发区12和第二个镜面反射层17，激发区可包括诸如覆层和量子阱等层。第二个镜面反射层17经过蚀刻，或局部淀积，以形成台状结构。电接触点20至少与第二个镜面反射层17的顶端接触。电接触点20提供了一个窗口22，当准多模VCSEL10中的光通过第二个镜面反射层后将由此射出。第二个电接触点24被置于基片13的底面。
在电接触点20与24之间加上的工作电压产生一个穿过准多模VCSEL的电流使激光器工作，这是众所周知的。通常，由于电接触点20位于第二镜面反射层17的表面，电流会通过第二镜面反射层17的台状结构并在电流通过的区域维持光的激发。在许多应用中，要求单一的模式。要实现单模，电流需要被限制在虚线30所表示的区域内以严格匹配单模工作条件。在单模光区30以外的电流会产生附加的模式。典型情况下，台的直径大小取决于垂直腔表面发射激光器的工作模式，台的直径要严格与工作模式匹配。以这种方式，电流通常被限定在单模工作方式下。
本发明中的VCSEL10是一个准多模VCSEL，即它射出的光多于一个而少于五个模。因此，如图所示，这里的台状结构比单模光区30大一些。台面的大尺寸也允许有相应较大的窗口22，使准多模激光束具有直径在大约10微米～20微米之间的输出面积。
参照图2，输出光的空间分布是方形的，或在方形的中央略有凹陷，类似于图示的环形。为了便于阐述，方形及带有凹陷的方形将都被称作方形模式。单模VCSEL输出的光强为一单一的高斯分布，光能量向中央梯度递增。而准多模VCSEL可以产生方形的输出并提供均匀的能量分布。另一方面，准多模VCSEL可以产生比单模垂直腔表面发射激光器更强的光束，因为它有较大的尺寸，较大的通过电流的能力以及较大的输出面积。
现在参照图3，它表示一个光学数据写入系统40。系统40包括准多模VCSEL10，它产生一个激光束41，通过一定路径被导向存储体42的表面。存储体42由相变材料构成，根据受热情况，它可以在非晶态与晶态之间变化。这个非晶态，也称作散射相，具有较晶态低的反射率，同样，晶态也被称为反射相。在现已开发出的相变材料中，根据激光能量大小，非晶态的反射率大约为10％～35％，晶态的反射率大约为20％～60％。通常要使材料达到足够的相变，要求提供大于10毫瓦的能量，最好是大于20毫瓦。
可以预见，在更低能量下，如1～5毫瓦，可以产生足够相变的材料，将在不久的将来出现。准多模VCSEL可以近乎完美地应用于这样的材料。因为它即使在要求输出1～5毫瓦这样低的电流下，仍然有效地工作，而且输出仍然保持为方形。
为达到足够的存储能力和出于灵敏度的考虑，人们发现应将射到存储体42的激光束41聚焦成1微米的斑点。光束被聚焦的同时也集中了能量，因而提供了足够的能量来改变相变材料上1微米斑点的相态。这里描述的VCSEL实际上发出的是完美的圆光束，它没有象散，因此很容易被聚到1微米的斑点。为将光束聚焦，在准多模垂直腔表面发射激光器10与存储体42之间的光路上，设置了一个透镜聚焦系统(在这里用一个聚焦透镜43表示)。基于准多模VCSEL10自身的特性，激光束的能量均匀地分布在1微米的光斑上，使该材料有效地和均匀地产生相变。
由于数据的读取过程已在共同未决专利申请中介绍，这里没有做特别说明。但是，可以理解，在某些应用中，当需要读存储体时，准多模VCSEL10的功率会被降低，作为光源使用。另外，在一个光学读/写头中使用准多模VCSEL10可以构成一个读取和擦除系统。
在另一个实施例(没有图示)中，采用一个准多模VCSEL10的阵列，它们发出的光束经过光学汇聚，或者采用一个相移阵列形成一个单束。这样的准多模VCSEL10阵列提供具有足够能量的光束，可在相变材料反射区的较高端产生有效相变。
图4说明了一个平行读/写光学数据系统50。系统50包括一个平行读/写头52和前面描述过的由相变材料构成的存储体53。读/写头52包括一个准多模VCSEL阵列54，它与前面描述过的准多模VCSEL10基本上是一样的，每个激光器射出光束55，它们的输出面直径约为10～20微米。光束55是相互平行的，每条光束被聚焦成直径为1微米的光斑投射到存储体53的不同道上。为聚焦光束55，在光束55通过的准多模VCSEL54与存储体53之间的每条光路上，设置了一个聚集系统(图中表示为一个单透镜56)。聚集后的光束将根据要求去改变存储体53的相变材料。光束55可以经过自由空间直接通过透镜56，也可以经过如图所示的波导57。
将本申请中为说明起见列举的各实施例加以变动和修改，对于熟悉本技术的人来说是非常容易的。在这个意义上，这些变动和修改没有脱离本发明的精神实质，它们包含在只有对下列权利要求的公平解释后而确定的范围内。
经过全面的描述，本发明已是如此的清晰和简要，足可以使熟悉该技术的人们理解和实施。