JP2000187877A - 光導波路素子および導波路型光ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学系を一体小型化した光導波路素子および
導波路型光ヘッドを提供する。 【解決手段】 光導波路素子７は、光源１と、光源から
出射した光を近接場光発生部に向けて導波させるととも
に前記近接場光発生部からの反射光および近接場光によ
る記録媒体からの反射光を導波させる光導波路２と、前
記反射光を受光する光電変換素子４と、記録媒体に対し
て磁界を印加するヨーク５およびコイル６とが同一素子
上に形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスク等の記
録媒体に情報を記録または再生を行う光学的情報記録再
生装置の光ピックアップにおける光ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】大容量の情報を記録再生する手段として
は例えば光ディスク装置が知られている。

【０００３】近年、この記録容量をさらに高密度化する
ための方式が多数提案されている。

【０００４】その中で近接場光を応用した方式につい
て、例えば特開平９−１９８８３０号公報に開示された
高密度記録装置がある。

【０００５】この装置は、図７（ａ）、（ｂ）に示すよ
うに、板ばね２７で支えられたスライダー２１には円錐
形の穴２２が貫通して形成されており、記録媒体と対向
する部分の微小開口２３の径は２００ｎｍ以下、その反
対側の外部の光学系（レーザー２５およびレンズ２６）
から光が照射される部分の開口の径は１μｍとなってい
る。

【０００６】この円錐形の大きな開口の部分から外部の
光学系より光を入射することにより、微小開口２３の近
傍で近接場光を発生させることができる。

【０００７】これらの構成により、記録媒体に照射され
る光はその径が微小開口の径程度の大きさになり、この
光による記録検出では、その分解能を２００ｎｍ以下に
することができる。

【０００８】このヘッドによる記録は、上記の光学系か
らの光の強度を変化させることにより行う。

【０００９】これにより記録媒体に与えるエネルギーを
変化させ、情報の記録を行うことができる。

【００１０】一方、情報の検出は、記録媒体２４のスラ
イダー２１と対向していない反対側に設置された光検出
器２８を用いて行う。

【００１１】微小開口２３で発生した近接場光は記録媒
体２４に接することにより伝搬光を発生し、その伝搬光
を検出することで情報を検出することができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記の構成で
は、外部に設置された光学系のため一体小型化ができ
ず、高速アクセスの妨げとなっていた。

【００１３】本発明は、光学系を一体小型化した光導波
路素子および導波路型光ヘッドを提供することを目的と
する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の光導波
路素子は、光源と、光源から出射した光を近接場光発生
部に向けて導波させるとともに前記近接場光発生部から
の反射光および近接場光による記録媒体からの反射光を
導波させる光導波路と、前記反射光を受光する光電変換
素子と、記録媒体に対して磁界を印加するヨークおよび
コイルと、が同一素子上に形成されていることを特徴と
する。

【００１５】請求項２に記載の光導波路素子は、請求項
１に記載の光導波路素子において、前記光導波路の一端
が、伝搬する光の波長以下に細く加工されていることを
特徴とする。

【００１６】請求項３に記載の光導波路素子は、請求項
１または２に記載の光導波路素子において、前記光源と
前記光導波路と前記光電変換素子で構成される導波路型
受光発光素子が、前記ヨークおよび前記コイルと積層構
造により集積一体化されていることを特徴とする。

【００１７】請求項４に記載の光導波路素子は、請求項
１乃至３のいずれかに記載の光導波路素子において、前
記光導波路の光出射端近傍において、先鋭化された光導
波路に前記ヨークが近接していることを特徴とする。

【００１８】請求項５に記載の光導波路素子は、請求項
４に記載の光導波路素子において、前記ヨークが、前記
光導波路の光出射端近傍で、記録媒体の情報記録マーク
と同程度の大きさの開口をもつ円錐形様、あるいは前記
記録マークと同程度の大きさのスリットをもつ楔形様に
配置されていることを特徴とする。

【００１９】請求項６に記載の光導波路素子は、請求項
４または５に記載の光導波路素子において、前記ヨーク
が金属製であることを特徴とする。

【００２０】請求項７に記載の導波路型光ヘッドは、請
求項１乃至６のいずれかに記載の光導波路素子を浮上型
スライダーに備えたことを特徴とする。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の実施例について、図を用
いて説明する。

【００２２】図１は、本発明の光導波路素子を表す平面
図である。

【００２３】構成を分かりやすくするため、積層されて
いる一部の膜は省略してある。

【００２４】光源１から出射された光は端面結合などで
光導波路２へ結合し、導波していく。

【００２５】この光導波路２は、光出射端に近づくにつ
れて徐々に細くなるよう加工されており、光出射端では
光源１の波長以下となる導波路プローブ２’を構成して
いる。

【００２６】光はこの中を伝わりながら、一部がその先
端から近接場光として記録媒体３に照射される。

【００２７】厚み方向にも徐々に薄くなるような導波路
プローブを構成してもよい。

【００２８】そして光源１、光導波路２、光電変換素子
４からなる導波路型受光発光素子を囲むようにヨーク５
が配置され、これにコイル６が形成されているため、こ
の光導波路素子７は磁気ヘッドとしても機能する。

【００２９】ヨーク５は、金属製であり、光導波路２の
側面に対向する部分５’はミラーとして作用するため、
光導波路２からの光の漏れが抑えられ、近接場光を効率
よく発生することができる。

【００３０】コイル６は、薄膜のパターニングにより形
成される積層コイルであり、光導波路２やヨーク５と同
じく成膜やエッチングにより作製できる。

【００３１】図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図１にお
ける破線Ａ、Ｂ、Ｃでの断面図をそれぞれ表している。

【００３２】図２（ａ）のＡ断面に示すように、光源１
から出射された光は端面結合により光導波路２へ導かれ
る。

【００３３】光源１の後ろには、半導体基板１０に光電
変換素子４が形成されており、光源１の出力を一定に保
つためにその出力をモニターするようになっている。

【００３４】図２（ｂ）のＢ断面に示すように、導波路
プローブ２’からの戻り光は、バッファ層１１がテーパ
状に加工されているテーパ導波路領域Ｔを経て光電変換
素子４に結合する。

【００３５】この部分は、光導波路端面で導波光を半導
体基板側へ反射する端面ミラーとしてもよく、その場
合、端面ミラーは、全反射を利用したものでも、あるい
は、積層金属膜での反射を利用したものでもよい。

【００３６】図２（ｃ）のＣ断面に示すように、コイル
６とヨーク５からなる電磁石を薄膜で形成している。

【００３７】光導波路２の先端の大きさは、記録媒体３
における情報の記録マークと同程度の大きさとしてあ
り、記録媒体３との間隔も、同じく記録マークと同程度
の大きさとしてある。

【００３８】これは、記録マークと導波路プローブ２’
の両者の近接場の波動関数が同程度に局在化していて、
しかも重なりが大きいときに近接場光による記録再生の
効率が向上し、Ｓ／Ｎが高くなるからである。

【００３９】これについては、１９９２．１１，光学
第２１巻第１１号「フォトンＳＴＭの実験と理論」（７
８０〜７８７頁）に詳しく記述されている。

【００４０】もし、導波路プローブ２’が記録マークよ
りも大きいと、より大きな対象物（例えば記録媒体３表
面のうねり形状など）も検出するようになり、導波路プ
ローブ２’が記録マークよりも小さいと、より小さな対
象物（例えば記録媒体３上のゴミやキズなど）も検出す
るようになる。

【００４１】ここで、図３（ａ）〜（ｆ）を用いて、光
導波路素子の作製方法について説明する。

【００４２】図３（ａ）に示すように、半導体基板１０
には予め光電変換素子４が形成されている。

【００４３】この光電変換素子４は複数の領域に分割さ
れている。

【００４４】例えば図に示した例では４箇所に分割され
ており、外側の２箇所４ａ、４ｂは信号検出に用いられ
る。

【００４５】中央４ｃの部分は、光源の出力モニターに
用いる。

【００４６】また、中央４ｄの上の領域には、光源用の
電極１’が形成されており、特に光検出には用いていな
い。

【００４７】これに図３（ｂ）に示すように先端部を先
鋭化した形状で光導波路２を形成する。

【００４８】この工程には、スパッタリング、エッチン
グ、またはリフトオフなどのＩＣのプロセスがそのまま
適用できる。

【００４９】次に図３（ｃ）に示すように、導電性材料
からなる下層コイル６ａを形成する。

【００５０】図には示されていないが、このコイルは絶
縁層を挟んで多層構造とすることもできる。

【００５１】多層コイルとした場合、後の上層コイル形
成のときに導通させる必要があるので、上層コイルと接
触させる部分の絶縁層は除去しておかなくてはならな
い。

【００５２】続いて、図３（ｄ）に示すように、金属製
のヨーク５を光導波路２を挟むようにして下層コイル６
ａに重ねて形成する。

【００５３】光導波路２の先端は、図５に例示されるよ
うな形状に加工されており、この部分から近接場光が照
射されるが、一方で光導波路２が細くなるにつれて外部
へ漏れ出てくる光もある。

【００５４】また、記録媒体３上のゴミやキズなどで散
乱された光が電変換素子４へ導かれノイズとなることも
ある。

【００５５】これらの影響を避けるため、図６（ａ）、
（ｂ）に示すように、光導波路２の先端の周囲にヨーク
５を円錐形様または楔形様の形状の配置とすることで、
ピンホールやスリットを構成している。

【００５６】ヨーク５の部分で光が遮断されるので、図
６（ａ）ではヨーク５は間隔Ｔのスリットとして機能
し、図６（ｂ）では直径Ｄの開口として機能する。

【００５７】Ｔ、Ｄは、記録媒体の情報の記録マークと
同程度の大きさで、例えばそれは５０ｎｍとしてある。

【００５８】このような構成であれば、光導波路２の先
端を記録マークと同等の大きさにまで先鋭化しなくて
も、近接場光を発生するプローブとして機能させること
ができる。

【００５９】そして、図３（ｅ）に示すように、ヨーク
５を巻く形で上層コイル６ｂを形成する。

【００６０】上層コイル６ｂは、絶縁層を挟んで多層構
造とすることもできる。

【００６１】最後に、図３（ｆ）に示すように、電極
１’の上に光源１を固定して光導波路素子７が作製され
る。

【００６２】図４は、上記で説明した光導波路素子を備
えた導波路型光ヘッド１２を示す斜視図である。

【００６３】板ばね９で支えられたスライダー８は、空
気浮上により、運動する記録媒体３に対して数十ｎｍの
間隔を保つことができる。

【００６４】矢印は記録媒体の運動方向である。

【００６５】このスライダー８の側面には光導波路素子
７が固定されており、近接場光が記録媒体３へ向けて照
射されるようになっている。

【００６６】図示されていないが、板ばね９には光源
１、光電変換素子４、コイル６などに接続される配線が
配置されている。

【００６７】記録媒体３には、情報が反射率や屈折率の
変化あるいは凹凸などで記録されている。

【００６８】導波路プローブ２’からの近接場光の一部
は、これらの変化により記録媒体３へ伝搬光として放出
されていく。

【００６９】導波路プローブ２’まで導かれた光のう
ち、伝搬光として記録媒体３へ放出されなかった分は、
再び光導波路２へ戻り光電変換素子４へ結合して、この
光の強弱によって記録媒体３の情報を検出することがで
きる。

【００７０】例えば、記録媒体３に記録マークが屈折率
の高い領域（Ｎｈ）として形成されているとする。

【００７１】この場合、近接場光が伝搬光として記録媒
体３へ放射されはじめる距離Ｘｎは、記録マーク以外の
屈折率の低い領域（Ｎｌ）で伝搬光放射の始まる距離Ｘ
ｆよりも小さい。

【００７２】つまり記録媒体３と光導波路素子７との間
隔を狭くしていくと、距離Ｘｆでまず屈折率の低い領域
への伝搬光の放射が起こり、さらに狭くしていくと距離
Ｘｎで屈折率の高い領域への伝搬光の放射も起こってく
る。

【００７３】そこで、記録媒体３と光導波路素子７との
間隔を、ＸｆとＸｎの間の距離Ｘに制御しておけば、記
録マーク以外の部分で伝搬光が放出し、記録マークの部
分で伝搬光の放射がなくなるように設定することができ
る。

【００７４】伝搬光の放射がなくなれば、光電変換素子
４の領域のうち外側の２箇所への戻り光量の和は大きく
なるので、結果として光電変換素子４の両側での検出光
強度の和が大きいときが記録マークの部分をビームがス
キャンしたことになる。

【００７５】記録媒体３と光導波路素子７との間隔は、
スライダーの形状と速度で決まる浮上量で制御すること
ができる。

【００７６】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、光源、
光導波路、光電変換素子、ヨーク、コイルを集積化する
ことにより、磁気ヘッドとしても機能する小型の光導波
路素子を構成することができるので、ヘッドの機能向上
と高速アクセスが可能になる。

【００７７】また、請求項２に記載の発明によれば、上
記の光導波路素子において、光導波路の一端を、伝搬す
る光の波長以下に細く加工し、近接場光を発生するマイ
クロプローブとすることで、高密度情報の近接場記録再
生が可能となる。

【００７８】また、請求項３に記載の発明によれば、上
記の効果に加えて、光源、光導波路、および光電変換素
子で構成される導波路型受光発光素子を、ヨークおよび
コイルと積層構造により集積一体化することにより、半
導体プロセスによるモノリシック化が可能となるので、
小型化とコストダウンが図られる。

【００７９】また、請求項４に記載の発明によれば、上
記の効果に加えて、光導波路の光出射端近傍において、
先鋭化された光導波路にヨークが近接した構造とするこ
とで、ミラーの効果によりマイクロプローブの光透過率
が向上するので、光導波路素子の性能が向上する。

【００８０】また、請求項５に記載の発明によれば、上
記の効果に加えて、ヨークを光導波路の光出射端近傍
で、記録媒体の情報の記録マークと同程度の大きさの開
口をもつ円錐形様、あるいは記録マークと同程度の大き
さのスリットをもつ楔形様に配置することで、光導波路
先端の大きさによらず、発生する近接場光スポットを最
適な大きさにすることができるので、導波路型光ヘッド
の性能が安定する。

【００８１】また、請求項６に記載の発明によれば、上
記の効果に加えて、ヨークを金属製とすることで、上記
ミラーの反射率が増加しマイクロプローブの光透過率が
向上するので、光導波路素子の性能が向上する。

【００８２】さらに、請求項７に記載の発明によれば、
上記の構成の光導波路素子を浮上型スライダーに搭載し
て導波路型光ヘッドとすることにより、ヘッドを小型・
軽量化することができるので、導波路型光ヘッドの性能
が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光導波路素子を示す平面図である。

【図２】（ａ）〜（ｃ）は、図１の光導波路素子の断面
図である。

【図３】（ａ）〜（ｆ）は、図１の光導波路素子の作製
方法を示す平面図である。

【図４】本発明の導波路型光ヘッドを示す斜視図であ
る。

【図５】（ａ）、（ｂ）は、光導波路先端の形状を示す
斜視図である。

【図６】（ａ）、（ｂ）は、ヨークの形状を示す斜視図
である。

【図７】（ａ）、（ｂ）は、従来例を示す図である。

【符号の説明】

１ 光源 １’ 電極 ２ 光導波路 ２’ 導波路プローブ ３ 記録媒体 ４ 光電変換素子 ５ ヨーク ５’ ミラー ６ コイル ７ 光導波路素子 ８ スライダー ９ 板ばね １０ 半導体基板 １１ バッファ層 １２ 導波路型光ヘッド

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源と、光源から出射した光を近接場光
   発生部に向けて導波させるとともに前記近接場光発生部
   からの反射光および近接場光による記録媒体からの反射
   光を導波させる光導波路と、前記反射光を受光する光電
   変換素子と、記録媒体に対して磁界を印加するヨークお
   よびコイルと、が同一素子上に形成されていることを特
   徴とする、光導波路素子。
2. 【請求項２】 前記光導波路の一端が、伝搬する光の波
   長以下に細く加工されていることを特徴とする、請求項
   １に記載の光導波路素子。
3. 【請求項３】 前記光源と前記光導波路と前記光電変換
   素子で構成される導波路型受光発光素子が、前記ヨーク
   および前記コイルと積層構造により集積一体化されてい
   ることを特徴とする、請求項１または２に記載の光導波
   路素子。
4. 【請求項４】 前記光導波路の光出射端近傍において、
   先鋭化された光導波路に前記ヨークが近接していること
   を特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の光導
   波路素子。
5. 【請求項５】 前記ヨークが、前記光導波路の光出射端
   近傍で、記録媒体の情報記録マークと同程度の大きさの
   開口をもつ円錐形様、あるいは前記記録マークと同程度
   の大きさのスリットをもつ楔形様に配置されていること
   を特徴とする、請求項４に記載の光導波路素子。
6. 【請求項６】 前記ヨークが金属製であることを特徴と
   する、請求項４または５に記載の光導波路素子。
7. 【請求項７】 請求項１乃至６のいずれかに記載の光導
   波路素子を、浮上型スライダーに備えた導波路型光ヘッ
   ド。