CN1744218A - 发光头、信息存储设备和复合头制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种发光头、具有这种发光头提供对信息高速卷访问的信息存储设备和适于制造这种发光头的复合头的复合头制造方法，该发光头具有高的光利用效率并且便于与其他头的对准并便于制造。该发光头包括：第一结构部分，其包括：第一良好传播部分，其由光衰减基本上低到可以忽略程度的第一低消光材料组成，第二良好传播部分，其由光衰减基本上低到可以忽略程度的另一种低消光材料组成，其折射率比第一良好传播部分的大，以及由比第二良好传播部分更差的传播特性材料组成的较差传播部分；以及将光汇聚到第一结构部分的第二结构部分。

Description

发光头、信息存储设备和复合头制造方法
技术领域
本发明涉及辐射光的发光头，使用该发光头访问在预定记录介质上的信息的信息存储设备，以及用于制造具有该发光头的复合头的制造方法。
背景技术
随着信息社会的发展，信息量持续增长。响应于信息量的增长，已经需要开发一种信息记录系统或者具有非常高记录密度的信息存储设备。
在光盘设备中，其通过光斑将信息记录到记录介质(光盘)上并且从其上复制信息，减小射到记录介质上的光斑尺寸已经提供了高密度。但是，通过透镜汇聚的斑点尺寸近来已经接近极限，因为理论上其可以减小到入射光波长一样的尺寸。因此，关于能够使斑点尺寸进一步减小以提供更高密度记录的记录系统，注意力已经被吸引到近场光记录系统上，该系统使用从比入射光波长更小的微孔发出的近场光来形成比波长更小的斑点尺寸。该近场光记录系统使用包括这种微孔、并将光传播到微孔以产生近场光的近场光头作为发光头。
对于近场光头中的微孔，例如，公知的有设置在锐化(sharpened)光纤的尖端上的孔，如日本专利公开No.10-206660中所述。孔如下制成：通过加热并拉伸光纤或者用缓冲氢氟酸进行选择性化学刻蚀来锐化光纤使其具有尖端，然后用金属膜涂覆光纤，并使用例如聚焦离子束(FIB)等的粒子束去除被涂覆和锐化的尖端的部分。还公知通过改变光纤尖端的形状来提高光传播效率或斑点尺寸的技术(例如，参见Opt.Rev.vol.5，No.6(1998)369-373和Appl.Phis.lett.，vol.73，No.15)。
在美国专利No.5689480中公开了用于制造近场光头中的微孔的另一种技术，其中，在平板上形成漏斗形孔。在该技术中，使用光刻技术来图案化Si衬底以在衬底上提供矩形图案，然后利用衬底的晶体取向对该图案进行各向异性刻蚀以形成倒金字塔形的凹口，并且通过在Si衬底背面进行抛光或刻蚀，使代表衬底最深点的倒金字塔形的顶点穿透衬底背面。
日本专利公开No.2004-30840公开了一种具有简单的二维几何形状的发光头(近场光头)，其可以通过例如使用步进曝光(stepper exposure)装置的光刻技术来生产。在日本专利公开No.2004-30840公开的技术中，在衬底上形成透明电介质层，在图案化后用金属覆盖该电介质，并且通过FIB等方法切掉出口部分以形成小孔来产生近场光。
但是，在传统的近场光记录系统中，存在光的利用率比在透镜光学系统中的要低几个数量级的问题。另一个问题在于生成金属膜来形成微孔，所以除了在孔中产生的主要斑点外，在孔和膜之间的边界会产生不能忽略的漏光。
在制造微孔的传统方法中，还存在所形成的孔的直径会变化的问题，这是由于微孔的被钻位置、金属膜的膜厚以及传播光的介质本身长度的误差而导致的。因此不能获得期望的传播效率或电磁场。此外，在例如多个头的情况中，当对每一个近场光头重复工艺以使直径达到期望尺寸时，就会出现关于到其他头的相对位置的问题；在这种情况下，头到记录介质的距离由于被钻位置的变化而随头改变，即使每个头都具有相同的直径。因此，传统的近场光头在制造过程中会遭遇这些问题。
此外，可以想到近场光头不是单独使用，而需要例如在磁光(MO)盘设备和光辅助磁记录/复制设备中的磁头。光辅助磁记录/复制设备尤其有希望提供1Tb以上的记录容量。在光辅助磁记录/复制设备中，在写信息时从发光头发出的光辐射到磁记录介质上，使得磁记录介质的温度升高，并且紧接着，由记录磁头产生的磁场写信息。在读信息时使用复制磁头来读信息。光辅助磁记录/复制设备的优点包括如下事实：信息可以通过低磁场强度而被写在磁记录介质上，并且可以避免热波动问题，因为一旦温度下降记录就被固定。但是，需要这些设备在光辐射区域附近产生磁。实际上，不可能以相对于记录介质的磁道间距的精度将磁头安装在使用光纤和透镜的近场光头上。虽然在日本专利公开No.2004-30840中公开的近场光头中，可以使用光刻技术将磁头集成到其中，但是该近场光头具有几百个纳米的孔直径，并且在孔中心形成光斑，这导致光斑与磁头至少间隔半个孔直径的距离。假设对于1Tb的记录密度，磁道间距约为20nm，如果光斑与磁头间隔100nm或更多，那么在这两个头都被臂等移动而相对于磁道倾斜时，就会出现光和磁被辐射产生在不同磁道上的问题。因此，传统的近场光头还存在关于其对准的问题。
发明内容
本发明是由于上述情况而做出的，提供了一种发光头、具有这种发光头的信息存储设备和复合头制造方法，该发光头具有高的光利用效率，与其他头的对准方便，制造方便，该信息存储设备可以对信息进行高速卷访问，该复合头制造方法适于制造具有这种发光头的复合头。
根据本发明的第一发光头，其特征在于，在接收来自入射光原点的光、传播光并将光聚焦到出射光目的地的发光头中，它包括：
第一结构部分，其包括，
第一良好传播部分，其由光衰减基本上低到可以忽略程度的第一低消光材料组成，所述第一良好传播部分沿着从入射光原点到出射光目的地的光轴定位，
第二良好传播部分，其由光衰减基本上低到可以忽略程度的第二低消光材料组成，就主体材料而言其折射率比所述第一良好传播部分的折射率大，一对该第二良好传播部分在至少一个与光轴相交的轴相交方向上将所述第一良好传播部分夹在其间，以及
较差传播部分，其由具有可以是非传播性的、就主体材料而言比所述第二良好传播部分更差的任何传播特性的材料组成，一对该较差传播部分进一步在轴相交方向上从所述第二良好传播部分外将所述第一和第二良好传播部分夹在其间；以及
第二结构部分，其位于在轴相交方向上夹住所述第一结构部分的两侧中的一侧，所述第二结构部分在从所述入射光原点到所述出射光目的地的范围内将光汇聚到第一结构部分上。
为了获得比光波长更小的微斑，有效的是使用在高折射材料中汇聚光的装置和利用其中电磁波在沿材料边界的表面上传播的表面传播波的装置。为了这一目的，重要的是可以如何有效地产生表面传播波并将其汇聚到所需的尺寸。在表面的折射率差别越大，就越能够有效地产生表面传播波。例如，在透明的、低折射率材料SiO2(n＝1.48)和高折射率材料Si(n＝4.380，k＝2.02)之间的界面上，表面传播波主要产生在低折射率材料一侧。如这里所使用的，材料的复数折射率表示为n-j*k，其中n是折射率的实数部分，k是虚数部分，j是虚数单位。
但是，具有高折射率的材料例如Si是吸光的，因为它们也具有大的对应于衰减因子的k值，在传播时会衰减表面传播波。因此，根据本发明的第一发光头设置有第一结构部分，其中，由透明的具有中间折射率的材料(例如TiO2；n＝2.6，ZnS；n＝2.4，等)组成的第二良好传播部分存在于由透明的低折射率材料(例如SiO2；n＝1.48，MgF2；n＝1.384，等)组成的第一良好传播部分与由吸光的高折射率材料(例如Si)组成的较差传播部分之间。在这种情况下，第一和第二良好传播部分之间的折射率差优选为1.0或更多。
根据具有这种第一结构部分的发光头，在第一和第二良好传播部分之间的边界产生传播波，并且小的k值保证更少的衰减。邻近第二良好传播部分的较差传播部分的高折射率增加了第二良好传播部分的有效折射率，从而使得传播波的产生比只使用第一和第二良好传播部分时具有更高的效率。此外，因为较差传播部分使得传播波在膜厚方向上传递而在平面方向上衰减，所以减小了例如近场光的电磁波局部泄漏到其他层内，从而减小了在光斑轮廓(强度分布)中旁瓣的强度。
同样，根据该第一结构部分，光斑轮廓取决于第一良好传播部分的厚度。第一良好传播部分的厚度的可重复性可以由膜形成装置的埃级精度来确保，从而也可以保证轮廓的精确重复。
此外，假设根据本发明的第一发光头在第一结构部分的一侧设置有上述第二结构部分，即使在需要将例如磁头的另一个头靠近具有发光头的光辐射区域时，在第一结构部分与第二结构部分相对的一侧制造另一个头能够使光辐射区偏向另一个头这侧。
在这种方式下，根据本发明的第一发光头，光的利用效率可以提高，并且方便了与其他头的对准。
根据本发明的第一发光头可以具有如下形式；
其中，所述第二结构部分具有相对于所述光轴倾斜的反射表面并向所述第一结构部分反射光；
其中，所述第二结构部分具有顺序的或连续的折射率分布，其中，所述折射率向所述第一结构部分增加；或者
其中，所述第二结构部分具有层结构，其中，一组彼此折射率不同的多种层沿着光轴延伸，并且该组以大于所述第一结构部分宽度的重复间隔在轴相交方向上重复多次。
在其中第二结构部分具有这里的折射率分布的形式下，为了将光汇聚在第一结构部分上，在折射率分布中折射率的上限优选地低于第一结构部分中的总有效折射率。
在第二结构部分具有一组重复多次的层的层结构的情况下，优选地具有如下形式；
其中，所述组包括光衰减基本上低到可以忽略程度的第一种层，以及有光衰减的第二种层；或者
其中，所述第二结构部分被布置成使得构成组的多种层的厚度比例彼此相等，并且每一组的层的总厚度彼此不同。
第一种层的厚度优选地小于所谓的截止尺寸λ/2n，其被确定为折射率n和传播光波长λ的函数。
这些层结构将光有效地汇聚到第一结构部分上。
根据本发明的第二发光头，其特征在于，它包括：
传播光的传播体，所述传播体具有相对于预定对称轴对称的尖锥形二维形状；以及
盖体，其覆盖所述传播体使得所述对称轴被围住，所述盖体将光限制在所述传播体内，所述发光头从所述传播体的尖端辐射传播通过所述传播体的光，
其中，所述传播体具有二维形状，其具有与所述对称轴相交的底边，将所述对称轴夹在其间并且从底边侧往后窄化其间距离的一对反射边，以及从所述反射边对的较窄端沿所述对称轴延伸的一对延伸边。
这种二维形状可以使用光刻技术容易而精确地形成。它还提供了在二维形状的尺寸、角度等方面的高自由度，因为它不受衬底材料的晶向的限制。通过一对延伸边，由反射边汇聚的光在该对延伸边之间传播，使得能够在通过延伸边中途的任何位置打开微孔。在这种方式下，根据本发明的第二发光头便于其制造。
根据本发明的第二发光头优选地如下；
所述传播体具有层结构，所述层结构由具有二维形状的多层组成，并且层结构包括：
第一结构部分，其具有，
第一良好传播层，其由光衰减基本上低到可以忽略程度的第一低消光材料组成，
第二良好传播层，其由光衰减基本上低到可以忽略程度的第二低消光材料组成，其折射率比所述第一良好传播部分的折射率大，一对该第二良好传播层将所述第一良好传播层夹在其间，以及
较差传播层，其由具有可以是非传播性的、比所述第二良好传播层更差的任何传播特性的材料组成，一对该较差传播层进一步从所述第二良好传播层外将所述第一和第二良好传播层夹在其间；以及
第二结构部分，其位于所述第一结构部分的两侧中的一侧，所述第二结构部分将传播光汇聚到所述第一结构部分上。
通过这种层结构，根据本发明的第二发光头提高了光的利用效率，并方便了与其他头的对准。
根据本发明的第二发光头优选地是这样的，使得所述盖体具有比所述传播体的折射率更低的折射率，或者具有负的相对介电常数。
根据设置有这种盖体的发光头，光由上述反射边有效地反射并汇聚。
根据本发明的第二发光头优选地具有如下的形式；
其中，相对于所述传播体的折射率n以及传播光的波长λ，在所述传播体中，所述延伸边之间的间距d被表示为d≤λ/2n，并且
所述盖体至少在由所述延伸边界定的传播体区域中具有比所述传播体的折射率低1.0或更多的折射率。
根据具有这种优选形式的发光头，光被有效地传播通过小于所谓的截止尺寸λ/2n的间距。
根据本发明的第一信息存储设备，其特征在于，其将光辐射到预定信息存储介质上，并使用辐射光用于信息复制和信息记录中的至少一个，包括：
发光头，包括，
第一结构部分，其包括，
第一良好传播部分，其由复数折射率的虚数部分基本上低到可以忽略程度的第一低消光材料组成，所述第一良好传播部分沿着从入射光原点到出射光目的地的光轴定位，
第二良好传播部分，其由复数折射率的虚数部分基本上低到可以忽略程度的第二低消光材料组成，其复合折射率的实数部分比所述第一良好传播部分的大，一对该第二良好传播部分在至少一个与光轴相交的轴相交方向上将所述第一良好传播部分夹在其间，以及
较差传播部分，其由具有可以是非传播性的，比所述第二良好传播部分更差的任何传播特性的材料组成，一对该较差传播部分进一步在轴相交方向上从所述第二良好传播部分外部将所述第一和第二良好传播部分夹在其间；以及
第二结构部分，其位于在轴相交方向上夹住所述第一结构部分的两侧中的一侧，所述第二结构部分将光汇聚到所述第一结构部分上；
发光的光源；以及
光引导部分，其使从所述光源发出的光从所述发光头的入射光原点进入所述发光头。
根据本发明的第一信息存储设备，具有高的光利用效率并便于与其他头对准以及便于制造的发光头，提供了对记录介质的信息的高速卷访问。
根据本发明的第一信息存储设备优选地包括在与所述第二结构部分相对的一侧邻近所述发光头的、将所述第一结构部分夹在其间的磁头。
设置有这种磁头，根据本发明的第一信息存储设备可以在光辐射区域的附近位置中产生磁场。
在所谓的光辅助磁记录/复制设备的情况下，该设备使用光作为在介质表面上产生热的源，尺寸比光斑尺寸更小的磁头可以进一步增加记录密度，因为信息记录密度取决于磁头的尺寸。当该光辅助磁记录/复制设备被用于写信息时，从发光头发出的光被辐射到磁记录介质上以增加磁记录介质的温度，并且紧接着，由线圈产生的磁场写信息，使得可以以低磁场强度写信息。
对于1Tb的记录密度，磁头的写磁芯的尺寸达到几十个纳米。通常很难将发光头与这种尺寸的结构对准。但是，根据优选实施例的上述信息存储设备，因为通过在与第二结构部分相对的一侧邻近发光头、并且使第一结构部分位于其间来形成磁头而集成制造磁头和发光头，所以使用类似于精确制造磁头的光刻技术而实现了对准。
根据本发明的第二信息存储设备，其特征在于，其将光辐射到预定信息存储介质上，并使用辐射光用于信息复制和信息记录中的至少一个，包括：
发光头，其包括传播光的传播体以及覆盖所述传播体使得所述对称轴被围住的盖体，所述传播体具有相对于预定对称轴对称的尖锥形二维形状，所述盖体将光限制在所述传播体内，所述发光头从所述传播体的尖端辐射传播通过所述传播体的光；
发光的光源；以及
光引导部分，其使从所述光源发出的光从所述发光头的入射光原点进入所述发光头，
其中，所述发光头的所述传播体具有二维形状，其具有与所述对称轴相交的底边，将所述对称轴夹在其间并且从底边侧往后窄化其间距离的一对反射边，以及从所述反射边对的较窄端沿所述对称轴延伸的一对延伸边。
根据本发明的第二信息存储设备，便于发光头的制造，从而将可以容易地获得提供对信息的高速卷访问的设备。
如这里所使用的，仅以基本形式描述本发明的信息存储设备。但是，这仅仅是为了避免重复，因此本发明的信息存储设备包含与上述发光头对应的各种形式以及该基本形式。
根据本发明的一种用于制造复合头的方法，所述复合头安装在滑动触头上，具有记录发光头、记录磁头和复制磁头，其特征在于它包括：
形成磁头的步骤，其中在牺牲衬底上以堆叠形式顺序地形成复制磁头和记录磁头；
形成发光头的步骤，其中在所述记录磁头上形成所述记录发光头；
将所述记录发光头连结到滑动触头体上的连结步骤；以及
去除所述牺牲衬底的步骤。
如这里所使用的，“滑动触头体”不限于所制造的滑动触头形的，而可以是将来被用作滑动触头体的未处理的衬底等。
为了使信息存储设备头靠近记录介质，有一种传统已知的技术，其使其上安装有头的滑动触头在记录介质上浮动。
考虑到浮动的稳定性，头通常被安装到滑动触头在记录介质移动方向的下游侧的一端。此外，当使用光辐射和磁作用来记录信息时，一般地，光必须被发射到在记录介质移动方向的上游侧，而磁必须作用在下游侧。因此，从滑动触头侧看，记录发光头和记录磁头优选地以此顺序以堆叠形式形成。
但是，在记录发光头形成在将用作滑动触头体的衬底上，并且记录磁头或复制磁头形成在记录发光头上的情况下，如果记录磁头或复制磁头小于记录发光头，那么就会出现问题，即记录发光头也被用来加工记录磁头或复制磁头的FIB或离子研磨加工并毁坏。或者，在设置一定厚度的缓冲层来避免毁坏的情况下，出现如下问题，即记录发光头和记录磁头被分开得太远以至不能记录信息，因为需要具有几个微米厚的缓冲层。
相反，根据本发明的复合头制造方法，在形成记录磁头或复制磁头之后才形成记录发光头，所以避免了对记录发光头的毁坏，并且记录发光头和记录磁头可以形成为彼此足够靠近。此外，还具有的优点是，记录发光头和记录磁头的形状可以单独地设计。
如上所述，本发明提供了一种发光头、具有这种发光头的信息存储设备和适于制造具有这种发光头的复合头的复合头制造方法，所述发光头具有高的光利用效率，便于它与其他头的对准并便于它的制造，所述信息存储设备可以对信息进行高速卷访问。
附图说明
图1示出了本发明的一个实施例；
图2是安装在滑动触头上的复合头的放大视图；
图3是发光头的放大透视图；
图4是表示发光头层结构的折射率分布的图解表示；
图5示出了使用由具有高折射率的氧化物材料组成的第二层的层结构；
图6是图示根据该实施例的电场强度分布的仿真结果的正视图；
图7是图示根据该实施例的电场强度分布的仿真结果的侧视图；
图8是图示在光斑X方向上的轮廓(profile)(强度分布)的图解表示；
图9是图示在光斑Y方向上的轮廓(强度分布)的图解表示；
图10示出了根据本发明的发光头的第二实施例；
图11示出了根据本发明的发光头的第三实施例；
图12示出了根据本发明的发光头的第四实施例；
图13示出了根据本发明的发光头的第五实施例；
图14示出了根据本发明的发光头的第六实施例；
图15示出了根据第六实施例的发光头的层结构；
图16是图示根据第六实施例的发光头的电场强度分布的仿真结果的正视图；
图17是图示根据第六实施例的发光头的电场强度分布的仿真结果的侧视图；以及
图18示出了复合头的制造流程。
具体实施方式
下面将参照附图描述本发明的实施例。
图1示出了本发明的一个实施例。
在图1中示出的光辅助磁记录/复制设备1代表根据本发明的信息存储设备的第一实施例，并且包含根据本发明的发光头的第一实施例。在图1中，所示光辅助磁记录/复制设备1显露出壳体的内部，该光辅助磁记录/复制设备1包括沿箭头R所示方向旋转的磁盘2，具有下述安装在其上、用于将信息记录到磁盘2上并从磁盘2复制信息的复合头的滑动触头5，夹持滑动触头5并沿磁盘2表面绕臂轴3a转动的支架臂3，以及驱动支架臂3的臂致动器4。壳体的内部空间由未示出的盖封闭。
在向磁盘2写信息和从磁盘2复制信息时，支架臂3被由磁路组成的臂致动器4驱动，并且使用样本伺服系统，复合头被准确定位在旋转磁盘2的所期望磁道上。在磁盘2旋转时，安装在滑动触头5上的复合头依次靠近设置在磁盘2每一个磁道上的每一个微区域。
当图1中示出的磁盘2旋转时，在磁盘2上所期望的信息被记录在其上(或从其上被复制)的微区域依次经过发光头10、记录磁头20和复制磁感头30。
图2是安装在滑动触头5上的复合头的放大视图。
在图2所示的复合头中，使用光刻技术将发光头10、记录磁头20和复制磁感头30集成在一起，并且从滑动触头5的侧面，发光头10、记录磁头20和复制磁感头30以此顺序形成在图1所示滑动触头5的尖端上，并且被设置在磁盘2邻近。
发光头10代表根据本发明的发光头的第一实施例，并且被连接到引导来自激光二极管16的激光束的光波导管15。光波导管15代表本发明光引导部分的实例，并且例如以端部射入方式被耦合到来自激光二极管16的激光束。
发光头10将经光波导管15导向的光辐射到磁盘2上。但是，因为发光头10是一种如上述的近场光头，所以光不以行进波射出，而是作为靠近(光波长的十分之一或更少)发光头10的振荡电场而部分地存在，使得在发光头10足够接近磁盘2时，振荡电场与作为波的光类似地起作用。
记录磁头20由上芯21、用于产生磁场的线圈22和也作为磁屏蔽的下芯23组成，并且在上芯21和下芯23之间的间隙中产生磁。记录磁头20的上芯21被设置在邻近发光头10的光出口，并通过使用光刻技术的集成而被精确对准，记录磁头20在靠近发光头10的光辐射区域的区域中产生磁场。如在下面描述的，这些区域之间的距离是几十个纳米或更小的小距离，使得光和磁场被产生并辐射到从磁盘外缘到内缘的相同磁道上。
复制磁头30具有所谓的GMR(巨磁阻)膜，并且可以精确地感测磁场。
在记录信息时，发光头10辐射光来加热磁盘2上的期望区域，并且紧接着，根据电记录信号，由记录磁头20施加磁场。以这种方式，可以以小的磁场强度来记录信息。
在复制信息时，根据由微区域中每个磁化产生的磁场，以每个微区域的磁化方向形式记录的信息被复制磁感头30获取作为电复制信号。
现在将描述发光头10的结构细节。
图3是发光头10的放大透视图。
发光头10具有由ZnS组成的、连接到图2中示出的用于引导光的光波导管15的芯130，由MgF2组成的、将光限制在芯130内的包层140，由多层介电材料形成的、传播和汇聚被引入芯130中的光以将其从尖端辐射的尖锥形传播体110，以及由Al组成的、覆盖传播体110以将光限制在传播体内的盖体120。
发光头10的尖端被定位在具有由传播体110汇聚的最高电磁场强度的区域中。传播体110和芯130彼此光学连接。芯130和传播体110具有彼此不同的折射率，并且来自芯130的光被向芯130突起的底边折射，并朝向传播体110的中心而进入其中，从而提高了在传播体110内的汇聚效率。
盖体120将传播光反射到传播体110内，以汇聚光并防止传播光从除尖端之外的任何地方射出。如果使用金属作为盖体120的材料，那么即使在传播体110尖锥形部分的侧表面上以小的入射角，也可以获得足够的反射，使得即使尖锥形部分的顶角较大，也可以获得足够汇聚光的能力。这种大顶角使得光在传播体110内的传播距离能够更短，从而在传播体110中内部损耗小和传播效率高。在实施例中，使用Al(n＝0.49，k＝4.86)作为示例性的金属。
传播体110具有由电介质组成的层结构。虽然下面将描述细节，但是层结构主要可以归类为光被汇聚到其的第一结构部分150，和使传播光偏向第一结构部分150的第二结构部分160。第二结构部分160只设置在第一结构部分150的一侧。
这种发光头10的示例性制造流程开始于在衬底表面上涂覆与传播体110相同的层结构。然后，用于传播体110的图案通过使用光刻曝光技术在光刻胶中形成，并且被刻蚀以形成传播体110。然后，连接到传播体110的芯130通过使用剥离(lift-off)等工艺来形成。类似地，通过用光刻胶等遮掩芯130并用铝涂覆传播体110的锥形部分等，使用剥离等工艺形成盖体120。然后，施加包层140，使其覆盖传播体110和芯130。最后，通过FIB、离子研磨等去除传播体110的尖端，以形成发光孔。
图4是表示就主体材料而言发光头10的层结构相对于真空波长为400nm的光的折射率分布的图解表示。
该图的横轴表示原点定义在发光头出射光中心的膜分布距离，纵轴表示每层膜的折射率。
在图4中，第一结构部分150被示为由如下层组成：厚30nm、由SiO2(n＝1.48)组成的第一层151，每个厚20nm、由ZnS(n＝2.437)组成、将第一层151夹在其间的一对第二层152，以及每个厚20nm、由Si(n＝4.380，k＝2.02)组成、将第一层151和第二层152夹在其间的一对第三层153。这里，Si是具有高的相对介电常数、不透明的介电材料，SiO2是透明的介电材料，ZnS是折射率比SiO2约大1.0的透明介电材料。在可以接受不对称轮廓光斑的情况下，可以不使用根据该实施例设置的一对第二层152，而使用仅在邻近第一层151一侧具有第二层152的层结构。
如图4的图所示的，因为由具有中间折射率的ZnS组成的第二层152被设置在由具有低折射率的SiO2组成的第一层151与由具有高折射率的Si组成的第三层153之间，所以防止了第一层151衰减地接触第三层153，并且由于第二层152的有效折射率被第三层153的更高折射率所影响并提高，所以传播波被有效地传播通过在第一层151与第二层152之间的边界。
在图4的图中，第二结构部分160也被示为由如下层组成：厚100nm、由SiO2组成的低折射率层161a，厚30nm、由Si组成的高折射率层162a，厚140nm、由SiO2组成的低折射率层161b，以及厚42nm、由Si组成的高折射率层162b。因此，第二结构部分160具有折射率彼此间变化0.1或更多的一组低折射率层和高折射率层重复的结构。在每组中低折射率层和高折射率层的厚度例不变，每组中层的总厚度彼此不同。由于第二结构部分160的层结构，沿着层传播的光在层间干涉，使得传播光偏向第一结构部分150，并最终汇聚到第一结构部分150内。在图4示出的层结构中，虽然靠近第一结构部分150的一组具有更薄的层总厚度，但是优选地，如果这些层组重复三次或更多次，那么靠近第一结构部分150的组具有更厚的层总厚度。低折射率层161a、161b的厚度小于所谓的截止尺寸λ/2n(λ是波长，n是有效折射率)，并且低折射率层161a、161b的这一小厚度使传播光被有效地偏向第一结构部分150侧。第二结构部分160必须具有足够的传播距离以实现充分地汇聚光，因此，在图3中示出的传播体110具有1400nm的足够长度。
期望的是将由第一结构部分150和第二结构部分160的层结构组成的每层厚度设计成使得可以提高传播效率和汇聚光的能力。但是，因为传播光将在每一个层上被多重反射，所以采取如下的设计方案是实际可行的：通过使用用于设计的电磁场仿真器来确认光的传播状态。上述每一层的厚度是使用这种方案设计的厚度实例，并且例如，虽然第一结构部分150的第一层151被示为30nm，但是如果需要比本实施例的轮廓更大的光斑，那么第一层151可以被设计为更厚。
在图4的图中，上芯21(见图2)也被示为在与第二结构部分160相对侧邻近第一结构部分150，并且从第一结构部分150的中心到上芯21的距离被示为几十个纳米那么短。虽然在该图中上芯21被示为由MgF2(n＝1.384)组成，但是根据方便上述仿真器中的计算来选择该材料，并且上芯21一般由用于磁头的材料组成。
图4的图还示出了由Al组成的、邻近第二结构部分160的盖体120，以及由MgF2组成的、邻近盖体120的包层140。
在图4的图中，示出了由ZnS组成的第二层152，并且可以想到用于第二层152的材料可以是具有高折射率的氧化物材料。但是，因为具有高折射率的氧化物材料将邻近由Si组成的第三层153，所以当应用它时，有必要尽可能减小第三层153被氧化的可能性。在图4中所示层厚度的情况下，除非第三层153的氧化约为3nm或更小，否则光斑轮廓的形状可能劣化。
图5示出了使用由具有高折射率的氧化物材料组成的第二层的层结构。
在图5中，示出了使用Ta2O5作为具有高折射率氧化物材料的第二层152’，并且设置了将第二层152’夹在其间的由SiO2组成的第一层151和由Si组成的第三层153。第三层153还具有邻近它的由SiO2组成的低折射率层161a。
这里示出的第二层152’由约20nm的主体部分152a和由TaXOY(X＝1或2，Y＝0，1，2，3，4或5)组成的、约5nm的抗氧化剂膜152b组成，并且抗氧化剂膜152b防止第三层153的氧化。用于抗氧化剂膜152b的材料优选地可以是电介质，而不是劣化传播效率的金属。抗氧化剂膜152b的厚度取决于膜形成装置的性能，并且可以更薄。
图6是图示根据该实施例的电磁场强度分布仿真结果的正视图，图7是图示该结果的侧视图。
波长λ为400nm的光从芯130进入传播体110，并且通过在传播体110与盖体120之间界面上的反射或者通过第二结构部分160将其汇聚到第一结构部分150内，在传播体110的尖端上形成强烈的光斑。光斑形成在位于发光头10端部的第一结构部分150的尖端上，这样，光斑与记录磁头20之间的距离很短。因此，由记录磁头20产生的磁和光斑之间的距离也很短，从而提供了对信息的高速卷访问。
就在第一结构部分150尖端处的光斑中光的量与入射光的量的比例而言，根据本发明的传播体110的传播效率约为4％。根据目的，通过最优化第一结构部分150的厚度等，可以改变光斑轮廓或传播效率。例如，如果仅使得第一结构部分150的第一层(SiO2层)更薄，同时其他性能都不变，那么光斑轮廓会减小，即使传播效率降低。
图8和图9是图示光斑轮廓(强度分布)的图解表示。
图8的横轴表示沿发光头层结构的层的方向(X方向)上的位置，图9的横轴表示沿发光头层结构的膜厚度方向(Y方向)上的位置。图8和图9的纵轴表示在将光斑中心强度规定为1.0时被标准化的光强。
图8和图9的图示出了离出射表面约15nm的近场中的光斑轮廓。
在该实施例中，提供了在X方向上半高全宽为96nm、在Y方向上为86nm的小光斑。轮廓中所不期望的旁瓣也被抑制在相对于中心强度的几个百分比以下。虽然所获得的这些轮廓离出射表面15nm，但是因为与出射表面的距离变得更小，即浮动水平变得更低，所以在Y方向上的轮廓接近第一层151的厚度。
因为这种小光斑只加热用于磁记录的磁盘上的最小所需区域，所以根据本发明的光辅助磁记录/复制设备使得能够以1Tb水平的高记录密度来记录和复制信息。
已描述了本发明的第一实施例，现在将描述其他实施例。在下面描述的每一个实施例中，因为光辅助磁记录/复制设备的基本形状都是共同的，只有发光头部分不同，所以下面将只描述发光头。实施例的共同部件将具有所需的相同标号，并且将省略重复描述。
图10示出了根据本发明的发光头的第二实施例。
图10中示出的发光头40设置有第一结构部分150和第二结构部分170，并且第二结构部分170具有折射率彼此不同、顺序堆叠的10个介电层170_1、…、170_10。每一个介电层170_1、…、170_10的折射率从靠近第一结构部分150的那一层开始依次为n＝2.4、2.3、…、1.6、1.5。并且每一层的厚度是30nm。这些介电层170_1、…、170_10中的每一个例如是以薄到足以在光学上被认为是均匀介质的多层膜形式的ZnS(n＝2.437)和SiO2(n＝1.48)的叠加，并且调节组成比例以形成具有中间折射率的层。
根据第二实施例进入第二结构部分170的光由于介电层170_1、…、170_10之间的差别而偏向具有更高折射率的一侧(即第一结构部分150一侧)，并最终被汇聚到第一结构部分150内。
图11示出了根据本发明的发光头的第三实施例。
图11中示出的发光头50设置有从n＝2.1到n＝1.6具有连续而均匀的折射率分布的第二结构部分180，并且该折射率分布向第一结构部分具有更高的折射率。根据第二结构部分180，光被汇聚到第一结构部分150，因为传播光偏向更高折射率区域传播。此外，根据第二结构部分180，在彼此具有不同折射率的材料之间的边界上产生的反射被抑制，产生高的传播效率。
在第二结构部分180中的连续折射率分布可以通过混合两种或多种彼此具有不同折射率的材料来提供。例如，通过在溅射装置RAS(激化辅助溅射)混合并涂覆SiO2和Nb2O5，并随着膜生长来逐步改变组成比例，可以将第二结构部分180的折射率控制在1.6到2.1。
在具有这种折射率分布的第二结构部分180中，因为第二结构部分180的厚度超过截止尺寸，所以传播光将如图11所示的在第二结构部分180内被反射的同时进行传播。因此，期望形成一定长度的第二结构部分180，使得考虑到反射，在最靠近第一结构部分150侧时，光可以到达尖端，以防止在第二结构部分180尖端侧出现不期望的峰。
图12示出了根据本发明的发光头的第四实施例。
图12中示出的发光头60设置有由具有相同折射率的均质材料组成的第二结构部分190。因为具有相同折射率的材料本身不能够将光汇聚到第一结构部分150上，所以第二结构部分190的尖端侧通过FIB或研磨而被斜向去除，并被盖体120覆盖，使得被斜向去除的区域作为反射表面。在第二结构部分190中，光通过该发射表面而被反射并汇聚到第一结构部分150上。
图13示出了根据本发明的发光头的第五实施例。
类似于根据第一实施例的发光头，在图13中示出的发光头200设置有由ZnS组成的芯230和由MgF2组成的、将光限制在芯230内的包层240。它还设置有传播体210，其具有伸出部分211，该部分具有与图2所示发光头20的上芯21尖端相同的宽度，例如24nm，并且该传播体210被包层240覆盖。这意味着第五实施例没有在第一实施例中提供的盖体120，因此便于简化制造流程。但是，期望的是传播体210倾斜侧的倾斜角构成的角度满足用于足够传播效率的传播光的全反射角。在图13示出的实例中，倾斜侧的顶角与上芯的角度相同，例如为90度。
这里，传播体210还设置有第一结构部分250和第二结构部分260，它们具有与根据第一实施例的传播体层结构相似的层结构。
这种发光头200的示例性制造流程开始于在衬底表面上涂覆与传播体210相同的层结构。然后，用于传播体210的图案通过使用光刻曝光工艺在光刻胶中形成，并且被刻蚀以形成传播体210。这时，通过对准记录磁头20(见图2)的上芯21的位置形成伸出部分211，可以提供精确的对准。然后，连接到传播体210的芯230通过使用剥离等工艺来形成。然后，形成包层240，使其覆盖传播体210和芯230的全部。最后，通过FIB、离子研磨等同时去除伸出部分211的尖端和磁头20的上芯，以形成发光孔。
发光头200的传播体210具有伸出部分211，其提供了用于形成发光孔的位置的高自由度，并且发光头200提供优异的加工性。
图14示出了根据本发明的发光头的第六实施例。
与根据第五实施例的发光头200类似，在图14中示出的发光头300设置有芯230、包层240和具有伸出部分311的传播体310。传播体310设置有第一结构部分350和第二结构部分360，它们具有与上述根据第四实施例的传播体层结构相似的层结构。
图15示出了根据第六实施例的发光头的层结构。
图15示出了从图14中示出的伸出部分311的尖端侧看到的层结构，该结构具有叠层，每一层具有等于或小于截止尺寸的宽度24nm。与上述实施例类似，根据第六实施例的发光头设置有由第一SiO2层、ZnS层和Si层组成的第一结构部分350，以及邻近第一结构部分350、由均匀ZnS组成的、厚度大于截止尺寸、为400nm的第二结构部分360。第二结构部分360在图14所示的尖端区域被斜向切掉，并且切割表面反射并汇聚光到第一结构部分350。
邻近第二结构部分360对侧的上芯21将第一结构部分350夹在它与第二结构部分360之间，并且第一结构部分350和上芯21在涂覆工艺中被精确对准。
MgF2，其具有比伸出部分的折射率足够小的折射率，用作包层240的材料，因为光必须传播通过所形成宽度为24nm的第一结构部分350或第二结构部分360。
图16是图示根据第六实施例的发光头的电磁场强度分布的仿真结果的正视图，图17是图示该结果的侧视图。
波长λ为400nm的光从芯230进入传播体310，并且在伸出部分311的底部上形成电磁场的强峰。强电磁场被有效地传播通过具有24nm宽度的狭窄伸出部分311，并且在伸出部分311的尖端上形成足够强度的光斑。
在图16中伸出部分311中产生的强度结是由于向尖端的传播波和在尖端上被反射的波之间的干涉引起的，并且仅有向尖端的传播波的强度分布在伸出部分311内逐渐衰减。
在根据第六实施例的发光头中，斑在平面方向上的尺寸取决于伸出部分311的宽度，并且比根据第一实施例的斑尺寸小很多。
根据上述的实施例，光通过第一结构部分而被有效地传播通过发光头的尖端，产生高的光利用效率。因为第二结构部分被设置在第一结构部分的一侧，从而在发光头尖端上偏向第一结构部分侧的区域中形成光斑，所以提供了其中光斑被定位为足够靠近记录磁头的结构。此外，对于具有伸出部分的实施例，在通过去除发光头尖端来制造发光孔时，为形成发光孔的位置提供了某个余量，从而提供了优异的可加工性。
最后，现在将描述用于制造发光头和如图2中所述复合头的其他头的制造流程。虽然所描述的流程可以应用于上述所有实施例的发光头，但是这里将描述为适用于第一实施例的典型发光头。
图18示出了复合头的制造流程。
首先提供牺牲衬底6(步骤A)，并且在牺牲衬底6上顺序地形成复制感头30和记录磁头20(步骤B)。步骤B表示根据本发明的磁头形成步骤的实例。如果在记录磁头20上不能提供用于形成发光头的足够区域的平面，那么通过形成使用Al材料的膜或包层并对其表面进行抛光来平坦化记录磁头20的上表面。
然后，在记录磁头20上形成发光头10，使上芯和微孔对准(步骤C)。步骤C表示根据本发明的发光头形成步骤的实例。
在发光头10的表面上形成SiO2膜，并在发光头10上涂覆对发光头10具有良好粘附性的可熔材料7(例如Pyrex(R)玻璃)(步骤D)。将要用作滑动触头5的材料，例如Si，装配到可熔材料7上，并在发光头10和滑动触头5之间施加高温和高压(步骤E)，以使可熔材料7通过阳极粘合将发光头10和滑动触头5连结在一起。这些步骤D和E表示根据本发明的连结步骤的实例。
最后，通过刻蚀等工艺去除牺牲衬底6，以提供从滑动触头5侧顺序布置有发光头10、记录磁头20和复制磁感头30的复合头(步骤F)。步骤F表示根据本发明的去除步骤的实例。
不使用上述的阳极粘结，而可以使用直接粘结或者使用例如Ag或Au的钎焊材料的粘结。
在上面的描述中，虽然光辅助磁记录/复制设备被图示为根据本发明的信息存储设备的一个实施例，但是信息存储设备可以是相变光盘设备或者磁光盘设备。
此外，虽然根据本发明的发光头适合于信息存储设备的发光头，但是本发明也可以用于例如形成用于除信息存储设备之外的设备的小光斑。

Claims (14)

1.一种发光头，其接收来自入射光原点的光、传播光并将光聚焦到出射光目的地，该发光头包括：
第一结构部分，其包括，
第一良好传播部分，其由光衰减基本上低到可以忽略程度的第一低消光材料组成，所述第一良好传播部分沿着从入射光原点到出射光目的地的光轴定位，
第二良好传播部分，其由光衰减基本上低到可以忽略程度的第二低消光材料组成，就主体材料而言其折射率比所述第一良好传播部分的更大，一对该第二良好传播部分在至少一个与光轴相交的轴相交方向上将所述第一良好传播部分夹在其间，以及
较差传播部分，其由具有可以是非传播性的、就主体材料而言比所述第二良好传播部分的更差的任何传播特性的材料组成，一对该较差传播部分进一步在所述轴相交方向上从所述第二良好传播部分的外部将所述第一和第二良好传播部分夹在其间；以及
第二结构部分，其位于在所述轴相交方向上夹住所述第一结构部分的两侧中的一侧，所述第二结构部分在从所述入射光原点到所述出射光目的地的范围内将光汇聚到第一结构部分。
2.根据权利要求1所述的发光头，其中，所述第二结构部分具有相对于所述光轴倾斜的反射表面，并向所述第一结构部分反射光。
3.根据权利要求1所述的发光头，其中，所述第二结构部分具有顺序的或连续的折射率分布，其中，所述折射率向所述第一结构部分增加。
4.根据权利要求1所述的发光头，其中，所述第二结构部分具有层结构，其中，一组折射率彼此不同的多种层沿着光轴延伸，并且该组以大于所述第一结构部分宽度的重复间隔在所述轴相交方向上重复多次。
5.根据权利要求4所述的发光头，其中，所述组包括光衰减基本上低到可以忽略程度的第一种层，以及有光衰减的第二种层。
6.根据权利要求4所述的发光头，其中，所述第二结构部分被布置成使得构成组的多种层的厚度比例彼此相等，并且每一组的层的总厚度彼此不同。
7.一种发光头，包括：
传播光的传播体，所述传播体具有相对于预定对称轴对称的尖锥形二维形状；以及
盖体，其覆盖所述传播体使得所述对称轴被围住，所述盖体将光限制在所述传播体内，所述发光头从所述传播体的尖端辐射传播通过所述传播体的光，
其中，所述传播体具有这样的二维形状：具有与所述对称轴相交的底边，将所述对称轴夹在其间并且从底边侧往后窄化其间距离的一对反射边，以及从所述反射边对的较窄端沿所述对称轴延伸的一对延伸边。
8.根据权利要求7所述的发光头，其中，所述传播体具有由具有所述二维形状的多层组成的层结构，其中所述发光头包括：
第一结构部分，其具有，
第一良好传播层，其由光衰减基本上低到可以忽略程度的第一低消光材料组成，
第二良好传播层，其由光衰减基本上低到可以忽略程度的第二低消光材料组成，其折射率比所述第一良好传播层的折射率大，一对该第二良好传播层将所述第一良好传播层夹在其间，以及
较差传播层，其由具有可以是非传播性的、比所述第二良好传播层更差的任何传播特性的材料组成，一对该较差传播层进一步从所述第二良好传播层外将所述第一和第二良好传播层夹在其间；以及
第二结构部分，其位于所述第一结构部分的两侧中的一侧，所述第二结构部分将传播光汇聚到所述第一结构部分上。
9.根据权利要求7所述的发光头，其中，所述盖体具有比所述传播体的折射率低的折射率，或者具有负的相对介电常数。
10.根据权利要求7所述的发光头，其中，相对于所述传播体的折射率n以及光的波长λ，在所述传播体中，在所述延伸边之间的间距d被表示为d≤λ/2n，并且
所述盖体至少在由所述延伸边界定的传播体的区域中具有比所述传播体的折射率低1.0或更多的折射率。
11.一种信息存储设备，其将光辐射到预定信息存储介质上，并使用辐射光用于信息复制和信息记录中的至少一个，包括：
发光头，包括，
第一结构部分，其包括，
第一良好传播部分，其由复数折射率的虚数部分基本上低到可忽略程度的第一低消光材料组成，所述第一良好传播部分沿着从入射光原点到出射光目的地的光轴定位，
第二良好传播部分，其由复数折射率的虚数部分基本上低到可忽略程度的第二低消光材料组成，其复数折射率的实数部分比所述第一良好传播部分的大，一对该第二良好传播部分在至少一个与光轴相交的轴相交方向上将所述第一良好传播部分夹在其间，以及
较差传播部分，其由具有可以是非传播性的、比所述第二良好传播部分的更差的任何传播特性的材料组成，一对该较差传播部分进一步在所述轴相交方向上从所述第二良好传播部分的外部将所述第一和第二良好传播部分夹在其间；以及
第二结构部分，其位于在所述轴相交方向上夹住所述第一结构部分的两侧中的一侧，所述第二结构部分将光汇聚到所述第一结构部分上；
发光的光源；以及
光引导部分，其使从所述光源发出的光从所述发光头的入射光原点进入所述发光头。
12.根据权利要求11所述的信息存储设备，包括在与所述第二结构部分相对的一侧邻近所述发光头、并将所述第一结构部分夹在其间的磁头。
13.一种信息存储设备，其将光辐射到预定信息存储介质上，并使用辐射光用于信息复制和信息记录中的至少一个，包括：
发光头，其包括传播光的传播体以及覆盖所述传播体使得对称轴被围住的盖体，所述传播体具有相对于预定对称轴对称的尖锥形二维形状，所述盖体将光限制在所述传播体内，所述发光头从所述传播体的尖端辐射传播通过所述传播体的光；
发光的光源；以及
光引导部分，其使得从所述光源发出的光从所述发光头的入射光原点进入所述发光头，
其中，所述发光头的传播体具有这样的二维形状：具有与所述对称轴相交的底边，将所述对称轴夹在其间并且随着从底边侧往后窄化其间距离的一对反射边，以及从所述反射边对的较窄端沿所述对称轴延伸的一对延伸边。
14.一种用于制造安装在滑动触头上的复合头的方法，所述复合头具有记录发光头、记录磁头和复制磁头，该方法包括如下步骤：
形成磁头，其中在牺牲衬底上以堆叠形式顺序地形成复制磁头和记录磁头；
形成发光头，其中在所述记录磁头上形成所述记录发光头；
将所述记录发光头连结到滑动触头体上；以及
去除所述牺牲衬底。
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Date Code Title Description
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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