JP2004127389A

JP2004127389A - 記録／再生ヘッド及び記録／再生装置

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Publication number: JP2004127389A
Application number: JP2002288010A
Authority: JP
Inventors: Satoru Kikitsu; 喜々津　哲; Kenji Todori; 都鳥　顕司; Katsutaro Ichihara; 市原　勝太郎
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2022-09-30
Also published as: JP3682280B2

Abstract

【課題】入射光と出力光との分離が容易な表面プラズモン増幅を利用した記録／再生ヘッド及び記録／再生装置を提供する。
【解決手段】記録／再生ヘッド２０ａは、第１主面と第１主面に対向する第２主面とを有するヘッド基板１２と、第１主面に配置された第１金属膜１１、第２主面に配置された第２金属膜１３を有する。そして、第１主面の上に周期的表面構造１４ａ，１４ｂ，１４ｃを有する。この周期的表面構造は、第１焦点１６ａ及び第２焦点１６ｂを持つ。第１焦点１６ａの位置に開口部１５を有する。第１主面に入射光１７が照射される。第２焦点１６ｂの位置の第１金属膜１１上には伝播光変換素子１８が配置されている。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報の記録及び再生の少なくとも一方を行う記録／再生ヘッド及び記録／再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高密度の光記録或いは光磁気記録或いは熱アシスト磁気記録を可能にする記録ヘッドの技術として、表面プラズモン増幅効果を利用した素子が考案されている（特許文献１参照。）。この技術は、金属表面に周期的構造とその中心部に微小な開口部を形成し、そこに光を照射する構成になっている。照射された光は周期構造により表面プラズモン増幅を引き起こし、そのエネルギーは微小な開口部を通して裏面に伝わり、そこで、開口部程度の大きさの加熱スポットを作る。これによって高効率で微小な加熱ができるようになり、光記録或いは光磁気記録の記録密度を飛躍的に高めることが可能である。
【０００３】
しかし、微小な開口部には強力な入射光が存在するので、媒体との相互作用によって引き起こされる表面プラズモン励起状態の変化を検出する、即ち、記録情報を同じ微小な開口部を用いて再生することは困難である。又、この記録素子を熱アシスト磁気記録に応用する場合、記録磁極のそばに加熱スポットを配置する必要があるが、微小な開口部近傍には入射光が存在するので物理的に配置が困難である。又、入射光による素子の加熱が磁極の磁気特性の劣化を引き起こし、磁気記録能力が低下する問題もある。
【０００４】
なお、表面プラズモン増幅効果に関する基礎的な実験や理論的裏付けについては、非特許文献１に記載されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２９１２６５号公報
【０００６】
【非特許文献１】
Ｌ．Ｍ．モレロら（Ｍｏｒｅｎｏ　ｅｔ　ａｌ．）：フィジカル・レビュー・レターズ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｒｅｖｉｅｗ　Ｌｅｔｔｅｒｓ）第８６巻、第１１１４頁（２００１年）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来の表面プラズモン増幅を利用した記録／再生ヘッドによる光記録或いは光磁気記録では同じ開口を利用した再生が困難であるという問題点があった。特に、表面プラズモン増幅を利用した熱アシスト磁気記録は、加熱スポットと磁極を近くに配置するのが困難であるという問題点があった。
【０００８】
上記問題点を鑑み、本発明の目的は、入射光と出力光との分離が容易な表面プラズモン増幅を利用した記録／再生ヘッド及びこの記録／再生ヘッドを用いた記録／再生装置を提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、表面プラズモン増幅を利用した有効な熱アシスト磁気記録を可能にする記録／再生ヘッド及びこの記録／再生ヘッドを用いた記録／再生装置を提供することである。
【００１０】
本発明の更に他の目的は、光記憶媒体のピット長の寸法を短縮し、高いデータ密度の情報を記録及び再生できる記録／再生ヘッド及びこの記録／再生ヘッドを用いた記録／再生装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１の特徴は、記録若しくは再生用の光を記録媒体に照射するための照射光学系に面した第１主面と、この第１主面に対向し且つ記録媒体に近接して面する第２主面とを有する記録／再生ヘッドに関する。即ち、この記録／再生ヘッドの第１主面に第１金属膜が設けられ、この第１金属膜は、周期的な表面トポグラフィーの領域を第１の周期的表面構造として有し、この第１の周期的表面構造は、周期的な表面トポグラフィーの領域が規定する閉じた図形の内部における波の干渉による表面プラズモン強度の極大値として定義される複数の焦点を有し、複数の焦点の内の第１焦点が入射光の入射位置に割り当てられ、第２焦点が出力光の取り出し位置に割り当てられ、第１焦点及び第２焦点の少なくとも一方に第１金属膜を貫通する開口部を有することを要旨とする。
【００１２】
開口部を介して、表面プラズモンが第１主面から第２主面へ伝搬される。ここで「開口部」は、光学的な開口部の意味であり、誘電体等の透明材料を埋め込んでも良く、空気からなる、いわゆるエヤーギャップの形態でも構わない。「第１焦点及び第２焦点の少なくとも一方に開口部を有する」のであるから、開口部は第１焦点及び第２焦点の両方でも、いずれか片方でも良い。開口部の寸法は、入射光の波長以下にすることができる。
【００１３】
本発明の第１の特徴に係る周期的表面構造は、第１金属膜１１の表面の形状に、例えば、直径１００ｎｍの微細な突起構造等の変化（凹凸）をつけたものである。凸部の間隔は入射光の波長の３倍〜１倍程度である。周期的表面構造の形状は表面プラズモン増幅作用の効率に影響を与えるが用いるシステムによって設計すべき事項であるので種々の表面トポグラフィーが採用可能である。周期的表面構造の凹凸のサイズについては、干渉による増幅作用が起こる範囲に設定すればいい。即ち、周期的な表面トポグラフィーにおける表面特徴の周期性は、表面プラズモンの分散と周期的な表面トポグラフィーへの格子結合に応じて、入射光の波長に適合するように選択される。具体的には表面プラズモンの波長よりも大きくないといけない。但し、数μｍを越える凹凸は製造コストがかかるので好ましくない。製造の容易性の観点では、周期的表面構造は、小さな窪み（ディンプル）、半球形の突出部等からなるドットマトリクスや同心環（リング）等が採用できる。同心環（リング）は、窪んだ環でも突起した環でも良い。
【００１４】
本発明の第１の特徴に係る表面プラズモンの干渉による増幅作用が起こるためには、表面トポグラフィーは、周期的でないといけない。複数の楕円が重ねられた同心楕円形状の周期的構造では、幾何学上で定まる楕円の焦点に表面プラズモンの干渉の極大が現れる。図５及び図６に示すより一般的な閉じた図形では、表面プラズモンの干渉の極大値は３箇所以上になりうる。本明細書では、表面プラズモンの干渉による極大点のことを「焦点」と呼ぶ。
【００１５】
表面プラズモンの干渉は通常の波の干渉と同じと考えて良いので、平面波が表面構造から進行するシミュレーションを行えば良い。具体的には表面トポグラフィーが点状（ドットマトリクス）の場合には各点から同心円状に波が進行するモデルで干渉を見積もれる。更に、表面トポグラフィーが溝状（線状）の閉じた図形の場合には溝に垂直に平行波が進行するモデルで代用できる。シミュレーションは具体的な波の進行をシミュレーションするものでも良い。溝状構造の表面トポグラフィーの場合には、溝に鉛直に線を引く作図によっても見積もることができる。
【００１６】
表面プラズモンの干渉の極大値としての焦点は同心円では、同心円の中心であるが、同心円から歪むに従い、焦点は複数個発生する。本明細書では、「焦点」は共鳴が強く起こる点を意味することになる。即ち、最も強い波の干渉が起こる位置、或いは最も強い干渉位置から所望の数だけ選んだものが、本明細書で定義する「焦点」位置となる。
【００１７】
周期的表面構造の間隔は、発生させたい表面プラズモンの波長によって設計される。厳密には上記の表面プラズモン共鳴のシミュレーションが必要であるが、４００ｎｍ以上２μｍ以下であれば、磁気／光記録に用いることができる実用的な波長の入射光を共鳴させることができる。又、表面トポグラフィーにおける周期的表面構造の繰り返し数は、数が多いほど干渉が強くなるので好ましい。しかし、数が多くなれば製造コストが増加し、又、素子のサイズが大きくなるので、工業的観点からは、周期的表面構造の繰り返し数は、２〜２０が好ましい。
【００１８】
図６から明らかなように、基本的には同心円を相互関係を保ったまま変形させることで、複数の焦点を持つ表面トポグラフィーを形成することができる。閉じた図形が鏡映対象となる対称軸を有する場合は複数の焦点は対称軸上に配置される。又、閉じた図形が鏡映対象となる複数の対称軸を有する場合は、複数の焦点は複数の対称軸のいずれかの上に配置される。
【００１９】
本発明の第１の特徴に係る発明によれば、表面プラズモンの干渉の極大値として定義される複数の焦点を用いて、入射光と出力光との分離が簡単にできる。このため、加熱スポットと磁極を近くに配置でき、表面プラズモン増幅を利用した有効な熱アシスト磁気記録が可能になる。
【００２０】
本発明の第２の特徴に係る発明は、（イ）記録媒体を回転させるためのスピンドルモータと、（ロ）第１及び第２主面とを有し、第１主面に第１金属膜が設けられ、この第１金属膜は、周期的な表面トポグラフィーの領域を第１の周期的表面構造として有し、この第１の周期的表面構造は、周期的な表面トポグラフィーの領域が規定する閉じた図形の内部における波の干渉による表面プラズモン強度の極大値として定義される複数の焦点を有し、複数の焦点の内の第１焦点が入射光の入射位置に割り当てられ、第２焦点が出力光の取り出し位置に割り当てられ、第１焦点及び第２焦点の少なくとも一方に第１金属膜を貫通する開口部を有する記録／再生ヘッドと、（ハ）第１焦点に入射光を照射する照射光学系と、（ニ）出力光を検出する検出素子と、（ホ）記録／再生ヘッドを支持するアームと、（ヘ）このアームの駆動装置と、（ト）検出素子からの信号を用い、スピンドルモータ及び駆動装置を制御し、且つ記録媒体に記録された情報を再生する信号処理回路とを備える記録／再生装置であることを要旨とする。
【００２１】
本発明の第２の特徴に係る発明によれば、入射光と出力光との分離が容易な表面プラズモン増幅を利用した記録／再生ヘッドが用いられているので、加熱スポットと磁極を近くに配置でき、表面プラズモン増幅を利用した有効な熱アシスト磁気記録が可能な記録／再生装置を提供できる。このため、光記憶媒体のピット長の寸法を短縮し、高いデータ密度の情報を記録及び再生できる記録／再生装置を提供できる。
【００２２】
更に、本発明の第２の特徴に係る記録／再生装置は、記録のみ又は再生のみに用いることが可能である。記録のみに用いる場合は第１焦点に記録光を照射し、第２焦点からトラッキング等のサーボ情報を得るようにすれば、サーボ情報が記録光の照射光学系に邪魔されないような構成が可能である。同様に、再生のみに用いる場合は第１焦点に再生光を照射し、第２焦点からトラッキング等のサーボ情報を得るようにすれば、サーボ情報が再生光の照射光学系に邪魔されないような構成が可能である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して、本発明の第１〜第６の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。又、以下に示す第１〜第６の実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００２４】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る記録／再生ヘッド２０ａとこの記録／再生ヘッド２０ａが対象とする記録媒体２と関係を示す模式的な断面図である。筐体１の底蓋にスピンドルモータ３の中心軸が固定設置され、記録媒体２は、スピンドルモータ３の回転子上に例えば、押圧板４によって加圧固定されている。記録媒体２は、例えば、ゲルマニウム・アンチモン・テルル（Ｇｅ−Ｓｂ−Ｔｅ）合金膜等の相変化媒体（ガラス基板／ＺｎＳ−ＳｉＯ_２８００ｎｍ／ＧｅＳｂＴｅ３０ｎｍ／ＳｉＯ_２５ｎｍ）を記録層とするＤＶＤ−ＲＡＭ（書換形）である。記録媒体２の記録層は、ガラス基板の一方の主面に複数の凸部（ランド）と、これらのランドの間の凹部（グルーブ）を用いて構成している。記録媒体２の記録ピットは、ランドとグルーブの両方に設けている。
【００２５】
図１に示すように、ピックアップ１０のアーム５の端部に反射部材７が設けられている。記録媒体２の回転時に面上を滑空するスライダ（エアスライダ）２０ａが弾性部材等（図示省略）を介してサスペンション１９によって支持されている。本発明の第１の実施の形態においては、スライダ２０ａが記録／再生ヘッド２０ａとして機能する。図１では、スライダ２０ａの全体が、記録／再生ヘッドの構造になっているが、図１の構造に限定されるものではなく、スライダ２０ａの一部のみが、記録／再生ヘッドの構造を有していても良い。
【００２６】
スライダ２０ａを指示しているサスペンション１９は、アーム５に固定されている。そして、対物レンズ８がスライダ（記録／再生ヘッド）２０ａ上に設けられている。アーム５の内部に光ファイバ６が設けられ、光ファイバ６を通過した入射光１７が、反射部材７で反射され、対物レンズ８に導かれる。入射光１７は、対物レンズ８及びプラズモン多焦点素子としてのスライダ２０ａを通って記録媒体２の記録層に収束する。なお、対物レンズ８を用いず光ファイバ６の端部から直接入射光１７がプラズモン多焦点素子（スライダ）２０ａに導入され、記録媒体２の記録層に収束する構造でも良い。
【００２７】
スライダ（記録／再生ヘッド）２０ａとサスペンション１９とを接続する弾性部材は、バネ性を有する金属板、金属ワイヤー、プラスチック板、プラスチックワイヤー等により実現される。スライダ２０ａは、弾性部材等によって、回転軸方向のランアウトなどの光ディスク面の動的なぶれに対しても所定の浮上量を維持できる機械的な自由度を与えられ、サスペンション１９によって、光ディスク面に対して一定の押圧力とともに支持される。プラズモン多焦点素子（記録／再生ヘッド）２０ａと記録媒体２表面との距離の制御は、磁気記録装置と同様に、スライダ２０ａの形状で行うことができる。即ち、スライダ２０ａに流入する空気流による圧力とスライダ２０ａの押し付け力とのつりあいで一定の浮上量を得ることができる。微細制御を必要とするスライダ２０ａは、駆動方向以外の上下左右方向に動かないよう圧縮空気の噴射を用いて確実に固定する高剛性エアスライダ機構が採用されている。より精密な浮上高制御を行うためには、近接場光の検出強度をモニターする、或いはスライダ２０ａ上に電極を設けて、記録媒体２との距離の変動による静電容量の変化をモニターする回路を新たに設けて、その信号を基にスライダ２０ａの浮上高を制御すれば良い。スライダ２０ａの浮上高の制御を行うためには、例えば圧電素子をスライダ２０ａに設置すれば良い。
【００２８】
プラズモン多焦点素子としてのスライダ（記録／再生ヘッド）２０ａは、図２に示すように、第１主面とこの第１主面に対向する第２主面とを有するヘッド基板１２と、第１主面に配置された第１金属膜１１、第２主面に配置された第２金属膜１３を有する。そして、第１の実施の形態に係るスライダ（記録／再生ヘッド）２０ａは、第１主面の上に周期的表面構造１４ａ，１４ｂ，１４ｃを有する。この周期的表面構造は、図３に示すように第１焦点１６ａ及び第２焦点１６ｂを持つ、同心楕円構造の周期構造である。図２においては、第１焦点１６ａの位置に開口部１５を有する。第１主面に入射光１７が照射される。第２焦点１６ｂの位置の第１金属膜１１上には伝播光変換素子１８が配置されている。
【００２９】
第１主面に配置された第１金属膜１１、或いは第２主面に配置された第２金属膜１３が満たすべき条件は、表面プラズモンが誘起されればいいことなので、金属であれば何でも良い。具体的には入射光１７の波長や記録に用いる加熱スポットを形成する波長等の条件によって選択することができるが、それはこのヘッドを用いた情報記録／再生のシステム構成によって決められるものであり、本発明の限定するところではない。
【００３０】
例えば、第１金属膜１１及び第２金属膜１３としては、銀（Ａｇ）やクロム（Ｃｒ）が使用可能である。或いは酸化膜（ＳｉＯ_２膜）を含んだＡｇ／ＳｉＯ_２／Ａｇ／ＳｉＯ_２のような多層膜でも良い。具体的には、スパッタ法を用いてＡｇ膜２００ｎｍ，ＳｉＯ_２膜５０ｎｍ，Ａｇ膜２００ｎｍ、ＳｉＯ_２膜１０ｎｍの順に堆積すれば良い。第１金属膜１１及び第２金属膜１３の表面やヘッド基板１２との界面は、周期的表面構造による表面プラズモン増幅作用を阻害しない範囲において多少の荒れがあっても良い。又、表面プラズモンの特性を制御するために、異種金属との合金・混合物としても良い。
【００３１】
ヘッド基板１２は図２では石英ガラスからなるが、表面プラズモン増幅作用に対しては特に影響を及ぼさないので、無くても構わない。ヘッド基板１２の無い構造は、例えば塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）基板を用いれば実現できる。例えば、ＮａＣｌ基板１２上に、第１金属膜１１として、Ｓｉ_３Ｎ_４１００ｎｍ／Ａｇ２００ｎｍ／Ｓｉ_３Ｎ_４４００ｎｍ／Ａｇ１００ｎｍ／Ｓｉ_３Ｎ_４１０ｎｍを成膜し、その後アニールして歪みを取り除く。この後、潮解によってＮａＣｌヘッド基板１２を取り除き、第１金属膜１１のみが自立した構造とすれば良い。ヘッド基板１２が無い場合は、再生効率が向上し、変調度が２倍程度向上する。但し、ヘッド基板１２がある方がスパッタ法や蒸着法で第１金属膜１１及び第２金属膜１３を形成しやすいので好ましい。又、検出素子９をスライダ２０ａ等に設置する際に保持材となって好ましい。
【００３２】
周期的表面構造１４ａ，１４ｂ，１４ｃは第１金属膜１１の表面の形状に、変化（凹凸）をつけたものである。図２では直径１００ｎｍの微細な突起構造１４ａ，１４ｂ，１４ｃであるが、逆に微細な窪みでも良い。微細な突起構造１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、収束イオンビーム（ＦＩＢ）加工で、ヘッド基板１２上の第１金属膜１１を加工すれば良い。図５（ａ）に示す凸部８１の間隔は７００ｎｍである。周期的表面構造１４ａ，１４ｂ，１４ｃの形状は表面プラズモン増幅作用の効率に影響を与えるが、用いるシステムによって設計すべき事項である。周期的表面構造１４ａ，１４ｂ，１４ｃの凹凸のサイズについては、干渉による増幅作用が起こる範囲に設定すればいい。即ち、周期的な表面トポグラフィーにおける表面特徴の周期性は、表面プラズモンの分散と周期的な表面トポグラフィーへの格子結合に応じて、入射光１７の波長に適合するように選択される。具体的には表面プラズモンの波長よりも大きくないといけない。又、数μｍを越える凹凸は製造コストがかかるので好ましくない。製造の容易性の観点では、周期的表面構造１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、小さな窪み（ディンプル）、半球形の突出部、溝、突起（リブ）、同心の窪んだ環、及び同心の突起した環からなる群から選択されることが好ましい。
【００３３】
いずれにせよ、表面プラズモンの干渉による増幅作用が起こるためには、周期的表面構造１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、周期的でないといけない。一般的には同心円にした場合に、中心部に干渉の極大が現れて、入射光１７のエネルギーの透過効率が増大することが知られている。第１の実施の形態に係る記録／再生ヘッド２０ａでは、同心楕円形状の周期的構造とすることによって、干渉の極大が現れる位置を第１焦点１６ａ及び第２焦点１６ｂに発生させることができる。図２では、対物レンズ（照射光学系）８で直径２μｍに絞った波長λ＝６６０ｎｍの入射光１７を周期的表面構造１４ａ，１４ｂ，１４ｃに照射し、表面プラズモンの共鳴状態をＳＮＯＭで調べる。その結果、２つの焦点位置１６ａ，１６ｂに共鳴の極大が現れることが分かる。
【００３４】
第１の実施の形態に係る第１焦点１６ａ及び第２焦点１６ｂの位置は、表面プラズモン干渉の極大点のことを意味する。したがって、所望の位置に第１焦点１６ａ及び第２焦点１６ｂを発生させる表面構造の形状を設計する際には、表面プラズモンの発生のシミュレーションを行い、事前に検討するのが好ましい。しかしながら、表面プラズモンの発生及び干渉のシミュレーションは労力を要するので、次のような簡便な方法で見積もり、確認実験を行って調整していく方法によっても良い。
【００３５】
表面プラズモンの干渉は通常の波の干渉と同じと考えて良いので、平面波が表面構造から進行するシミュレーションを行えば良い。具体的には表面トポグラフィーが点状（ドットマトリクス）の場合には各点から同心円状に波が進行するモデルで干渉を見積もれる。更に、表面トポグラフィーが溝状（線状）の場合には溝に垂直に平行波が進行するモデルで代用できる。シミュレーションは具体的な波の進行をシミュレーションするものでも良い。溝状構造の表面トポグラフィーの場合には、溝に鉛直に線を引く作図によっても見積もることができる。厳密には、同心円でない場合、焦点１６ａ，１６ｂ，・・・・・は多く発生するが、第１の実施の形態に係る表面トポグラフィーにおいて、第１焦点１６ａ及び第２焦点１６ｂの位置というのは共鳴が強く起こる点を意味する。即ち、最も強い波の干渉が起こる位置、或いは最も強い干渉位置から所望の数だけ選んだものが第１の実施の形態に係る表面トポグラフィーにおける第１焦点１６ａ及び第２焦点１６ｂの位置となる。
【００３６】
周期的表面構造１４ａ，１４ｂ，１４ｃの間隔は、発生させたい表面プラズモンの波長によって設計する。厳密には上記の表面プラズモン共鳴のシミュレーションが必要であるが、４００ｎｍ以上２μｍ以下であれば、磁気／光記録に用いることができる実用的な波長の入射光１７を共鳴させることができる。又、図２では、周期的表面構造１４ａ，１４ｂ，１４ｃの繰り返し数が３であるが、周期的表面構造１４ａ，１４ｂ，１４ｃの繰り返し数については数が多いほど干渉が強くなるので好ましい。しかし、製造コストが増加し、又、素子のサイズが大きくなるので、実用的には周期的表面構造１４ａ，１４ｂ，１４ｃの繰り返し数は、２〜２０が好ましい。
【００３７】
基本的には同心円を相互関係を保ったまま変形させることで、複数の焦点１６ａ，１６ｂ，・・・・・を持つ表面トポグラフィーを形成することができる。例えば図６に示すように、円Ａ２１を左右に伸ばす形で変形させると楕円Ａ２２となり、黒点で示した焦点１６の位置は１つから２つの焦点１６ａ，１６ｂへ増える。同様に３方向に伸ばす変形を行うと三角形状となり焦点１６の位置は３つ１６ａ，１６ｂ，１６ｃになる。更に、４方向に伸ばす変形を行うと四角形状となり焦点１６の位置は４つ１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄになる。但し、焦点１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，・・・・・の数を増やすと、各点での表面プラズモン干渉が小さくなるので、開口部１５の透過率や検出効率の点からは、２個であるのが好ましい。勿論、他の機能を付与するために２個以上の焦点１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，・・・・・を形成しても構わない。
【００３８】
開口部１５は第１主面と第２主面とを貫通させる構造を持つ。このことで第１主面に発生した表面プラズモンを第２主面へ伝えることが可能となる。例えば、第１焦点１６ａにＦＩＢで１００ｎｍ角の開口部１５を開ける。貫通孔であれば、形状は特に限定されない。第２主面上にはこの開口部１５の大きさでエバネッセント光が発生し、それを介してエネルギーが伝達されるので、開口部１５の大きさはシステムが要求する加熱スポットの大きさ程度にする必要がある。第２主面に近づくにつれて小さくなる開口部１５でも構わない。又、表面プラズモンが伝達する範囲において不連続であっても構わない。表面プラズモンの波長程度以下であれば分断があっても構わない。
【００３９】
開口部１５の形状は、記録時には加熱スポットサイズやエネルギー伝達効率、又、再生時には再生信号品質に影響を与えると思われる。そこで、図１の構造の記録／再生ヘッド２０ａにおいて開口部１５が記録媒体２側の第２主面に行くにしたがって小さくなるように加工して、その効果を調べる。即ち、光入射面（第１主面）側では開口部１５面積はＳ_ｉであり、第２主面側ではＳ_ｍとしたときに、Ｓ_ｉ＞Ｓ_ｍの関係になるようにする。その結果、加熱スポットサイズは、第１主面から第２主面までＳ_ｍの大きさで加工した場合のスポットサイズに近いことが分かる。又、相変化記録媒体２のマーク形成の閾値となる入射−パワーからエネルギー伝達効率を調べると、第１主面から第２主面までＳ_ｉの大きさで加工した場合のエネルギー伝達効率に近いことが分かる。即ち、小さな開口部１５と大きな伝達効率の両立ができる。但し、この手法は、開口部１５の形成プロセスが複雑になるので、製造コストがかかるという欠点がある。
【００４０】
伝播光変換素子１８は、表面プラズモンを検出素子９で検出できるような伝播光に変換するためのものである。記録媒体２の情報は開口部１５を通して表面プラズモンの共鳴状態の変化を引き起こすが、その変化は微弱なので開口部１５上で検出することは困難である。しかし、共鳴状態の変化は開口部１５が設置されていない側の第２焦点１６ｂでも大きく起こるので、この位置で記録媒体２の情報を検出するのが第１の実施の形態に係る記録／再生ヘッド２０ａの骨子である。伝播光変換素子１８の構造は、単純には、図２のように第２焦点１６ｂの位置において第１主面と接して設置されたプリズムであれば良い。記録媒体２の記録層で反射した光は、プラズモン多焦点素子（スライダ）２０により伝播光変換素子１８を経由して図１に示す検出素子９に入力する。このとき、プリズム１８の下の表面プラズモンはプリズム１８の中へ伝播光となって進行し、それが内面で反射されて、プリズム１８の右側へ放射される。プリズム１８から放射される出力光を図１に示した検出素子９で検出する。
【００４１】
直角三角形タイプのプリズム１８から図１の右側に放射される光強度を検出素子９で検出すると、プリズム１８が無い場合に比し、変調度が５倍になる。プリズム１８を使って変調度が増加する理由は、伝播光となった光の回収効率が増加するためであると思われる。
【００４２】
本発明の第１の実施の形態の変形例（第１の変形例）に係る記録／再生ヘッド２０ｂでは、伝播光変換素子１８の代わりに、図７に示すような光ファイバ３１の端部を先鋭化している。通常の近接場顕微鏡（ＳＮＯＭ）の探針（プローブ）と同じ製法で作った、先端曲率半径１００ｎｍの針を用いて、開口部１５の無い部分の第２焦点１６ｂの位置の強度変化を、相変化記録媒体２を再生して調べる。図７に示すように、散乱光を探針に近接配置した受光素子３２で検出すると、光ファイバ３１が無い場合に比べて変調度が３倍となる。この場合、出力光の検出はプローブで散乱された光を受光素子３２で検出するのでも良いし、光ファイバ内で伝播光に変換された出力光をファイバのもう一方の端面で検出するのでも良い。
【００４３】
図８は、本発明の第１の実施の形態の他の変形例（第２の変形例）に係る記録／再生ヘッド２０ｃの構造を示す。光の回収効率がもっと良い形状は、楕円体、双曲線、放物線を回転して得られる構造を第１切断面３３ａ及び第２切断面３３ｂで切断した誘電体の伝播光変換素子３３を用いて、図８に模式的に示すような配置で使う方法である。第１切断面３３ａを第１主面に接し、第２切断面３３ｂを検出素子９に向ける。このとき、伝播光に変換された表面プラズモンは伝播光変換素子３３の曲面で反射されて右側の端面（第２切断面）３３ｂから出射される。プリズム１８の場合に比べて１．７倍増加する。この方法は光の回収効率が向上して好ましいが、伝播光変換素子３３の作成がやや困難であり、又、加工精度が出しにくいという欠点がある。光の回収効率を更に良くするには、プリズム１８、或いは楕円形、双曲線、放物線を回転して得られる構造の伝播光変換素子３３の出射端となる第２切断面３３ｂ以外の面を光を透過しない膜で覆えば良い。例えば、各伝播光変換素子の表面を１００ｎｍのアルミニウム（Ａｌ）膜で被覆する。楕円形、双曲線、放物線を回転して得られる構造の場合、平面部分をマスクして、伝播光変換素子を回転しながらＡｌ膜を堆積させて反射コートを被覆する。その結果、反射コートを用いない場合に比べて伝播光変換素子の変調度が２倍になる。
【００４４】
表面プラズモンと伝播光変換素子１８、３３とのカップリング効率を上げるために、伝播光変換素子１８、３３と第１金属膜１１の表面との間に、伝播光変換素子１８、３３に近い屈折率ｎの値を持つ顕微鏡用油浸液を挿入することが好ましい。油浸液を用いない場合に比べて変調度が１．６倍になるからである。
【００４５】
入射光１７は第１主面上に照射され、開口部１５を通して、加熱スポットを形成するエネルギーを供給する。表面プラズモンを発生させればいいので、用いる波長は、システムの要求や採用した表面周期的表面構造１４ａ，１４ｂ，１４ｃによって選択するものであり、第１の実施の形態に係る記録／再生ヘッド２０ａ、２０ｂ、２０ｃを限定するものではない。
【００４６】
入射光１７の照射位置は、発生した表面プラズモンが減衰せずに周期的表面構造１４ａ，１４ｂ，１４ｃに伝わる範囲内において、第１主面上であればどこでも構わない。表面プラズモン発生の効率の上では、入射光１７の少なくとも一部は周期的表面構造１４ａ，１４ｂ，１４ｃ上にあることが好ましい。
【００４７】
図２の例では、入射光１７はレンズで絞った光のように描いてあるが、平行光であっても構わない。又、図７に示すように光ファイバ３１や導波路を用いて導入し、その端面から第１主面の第１金属膜１１に入射光１７を直接供給する形式でも構わない。近接場光の状態でエネルギーを供給する形態でも構わない。レンズやミラー等で入射光１７を導入する形式は記録／再生ヘッド２０ａ、２０ｂ、２０ｃの設計の自由度が大きい利点があり、光ファイバ３１や導波路を使う方式は記録／再生ヘッド２０ａ、２０ｂ、２０ｃをモノリシックに作ることができて、コストや精度の面で好ましい。いずれの方法で入射したとしても第１の実施の形態に係る記録／再生ヘッド２０ａ、２０ｂ、２０ｃの効果は変わらない。
【００４８】
図４には、第１の実施の形態に係る記録／再生ヘッドに用いられる信号処理回路の回路図を示す。図４において、信号処理回路の動作をわかりやすくするために必要な部位のみを示す。信号品質を向上させる、或いは高速動作を行うために、更に制御部等の回路を追加しても良い。検出素子９により検出された信号はプリアンプ１１１で増幅され、可変利得アンプ１１２で所望の強度に更に増幅される。その後Ａ−Ｄ変換器１１３及び波形等化回路１１４を通って、データ検出部１１５で二値のデータ（デジタル信号）となる。これをデコーダ１１６で複号して具体的な再生情報を得る。駆動制御回路１２１はスピンドルモータ３と駆動装置２１を制御するものであり、記録／再生ヘッド（プラズモン多焦点素子）２０ａ、２０ｂ、２０ｃの位置を決定し、情報が保存されている記録媒体２上の位置を決定する。駆動制御回路１２１はドライブコントローラ１１７により制御されている。複号された信号とドライブコントローラ１１７における情報位置を合わせて、ＰＣ等で処理可能な再生情報とし、インターフェース１１８を介して他の信号処理系へと送信される。
【００４９】
一方、他の処理系（ＣＰＵ等）から送信されてくる記録情報は、このインターフェース１１８を介して変調回路１０４へと転送される。変調回路１０４で、記録に適した符合化がなされ、記録ヘッドドライバ１０３へ送られる。増大された表面プラズモンの変調を伴う場合には、更に光源ドライバ１０２を介して、検出素子９へ情報が送られる。この情報を基にプラズモン多焦点素子２０ａによって記録媒体２上に記録が行われる。
【００５０】
プラズモン多焦点素子２０と記録媒体２表面との距離の制御は、磁気記録装置と同様に、スライダとしてのプラズモン多焦点素子２０ａの形状で行うことができる。即ち、スライダ（プラズモン多焦点素子）２０ａに流入する空気流による圧力とスライダ２０ａの押し付け力とのつりあいで一定の浮上量を得ることができる。より精密な浮上高制御を行うためには、近接場光の検出強度をモニターする、或いはスライダ（プラズモン多焦点素子）２０ａ上に電極を設けて、記録媒体２との距離の変動による静電容量の変化をモニターする回路を新たに設けて、その信号を基にスライダ２０ａの浮上高を制御すれば良い。スライダ（プラズモン多焦点素子）２０ａの浮上高の制御を行うためには、例えば圧電素子をスライダ２０ａに設置すれば良い。
【００５１】
記録媒体２上の情報列に対する記録／再生ヘッド２０ａ、２０ｂ、２０ｃのトラッキングは従来の光記録装置と同様な処理で行うことができる。即ち、記録媒体２上にあらかじめ設けられた凸部（ランド）と、これらのランドの間の凹部（グルーブ）を用いて、再生光の大きさが一定になるように記録／再生ヘッド２０ａ、２０ｂ、２０ｃの位置を制御する。例えば、検出素子９によって、記録媒体２のランド／グルーブから読み出された信号は、プリアンプ１１１で増幅される。そして、プリアンプ１１１からトラッキングエラー信号ＴＥ、フォーカスエラー信号ＦＥが出力される。トラッキングエラー信号ＴＥは図示を省略したトラッキングサーボ制御回路に入力される。トラッキングサーボ制御回路では、ゲインと位相が補償されると共に、シーク制御等も行われる。このトラッキングサーボ制御回路の出力は、送りモータ制御回路及び加算器に入力される。送りモータ制御回路は、駆動制御回路１２１を介して駆動装置２１を制御する。加算器においては、レンズ駆動信号発生回路の出力が、トラッキングサーボ制御回路の出力と加算される。加算器の出力はアクチュエータドライバを介して駆動装置２１に入力される。フォーカスエラー信号ＦＥはフォーカスサーボ制御回路に入力される。フォーカスサーボ制御回路の出力は加算器において、フォーカスサーチ時にレンズを駆動するためのレンズ駆動信号発生回路の出力と加算される。そしてアクチュエータドライバを通じて検出素子９の内部のフォーカスアクチュエータを駆動する。或いは、磁気記録のように、トラッキング制御のための信号を情報信号とは異なる周波数で記録しても良い。
【００５２】
光入射面を基板面として、ＧｅＳｂＴｅからなる記録層を有する記録媒体２上に第２金属膜１３側を向けて接し、第１金属膜１１面で直径が２μｍとなるように対物レンズ（照射光学系）８で調整したレーザ（入射光）１７を、ヘッド基板１２の面からパルス状に記録層に照射する。入射光１７のパワーは４０ｍＷ程度で良い（別の実験から、この条件で相変化記録媒体２上にアモルファスマークが形成されることが分かっている。）記録媒体２の記録層は、あらかじめ全面を結晶状態に初期化してある。次に入射光１７のパワーを４ｍＷに落として連続照射とし、ヘッド基板１２側に散乱される光を積分球と検出素子９を用いて測定する。その結果、ノイズレベルに近い値であるが、記録マークに相当する信号が得られる。なお、入射光１７を照射する領域をずらすと、周期的表面構造１４ａ，１４ｂ，１４ｃに入射光１７が一部でもあたると再生信号が増加することが分かる。特に開口部１５を含むと信号強度（変調度）は２倍になる。
【００５３】
次に保護膜（ＳｉＯ_２１０ｎｍ）の無い膜構造で同様の記録／再生ヘッド２０ａ、２０ｂ、２０ｃを作製し、記録／再生を行う。保護膜が無い場合に比べて信号強度（変調度）が更に１．５倍になったが、記録／再生ヘッド２０ａ、２０ｂ、２０ｃはすぐに損傷してしまう。
【００５４】
相変化記録媒体２を図４に示した信号処理回路を有するＲ／Ｗ装置で評価すると、線速度１０ｍ／ｓ、記録周波数１０ＭＨｚの孤立波に対して、ＣＮＲでそれぞれ４８ｄＢｍが得られる。
【００５５】
周期的表面構造１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、図５（ａ）に示すようなドット８１の構造でも、図５（ｂ）に示すような線状の閉じた形状でも良い。又、窪んだ溝からなる周期的表面構造１４ａ，１４ｂでも突起からなる周期的表面構造１４ａ，１４ｂでも良い。図５（ｂ）に示すような線状の閉じた形状の場合も、プラズモン増大の極大が、同様に楕円の第１焦点１６ａ及び第２焦点１６ｂの位置に現れる。ＳＮＯＭ上の強度を調べてみると、第１の実施の形態のドット８１の場合よりも２倍大きくなる。
【００５６】
図６に示すように、同心円パターンを変形し、楕円形にすると、２つの第１焦点１６ａ及び第２焦点１６ｂの位置でプラズモン増大の極大が見られる。入射光１７を第１焦点１６ａの位置と溝１４ａ，１４ｂの一部に最低限あたるように設定し、ＳＮＯＭ上の強度を調べると、ドット８１の場合よりも１０倍大きい強度が得られる。このことから、２つの第１焦点１６ａ及び第２焦点１６ｂを共有する同心の楕円の場合にプラズモン増大の効率が良いことが分かる。楕円は加工制御がしやすいという利点があるので、記録／再生ヘッド２０ａ、２０ｂ、２０ｃとして好ましいパターンである。
【００５７】
又、同心円を変形して、図５（ｃ）、図５（ｄ）に模式的に示すようなパターンでも良い。図では四角形、三角形で示したが、実際には角頂点は丸く、又、辺の部分は外側に凸の曲線である。四角形の場合のプラズモン増大の極大は焦点１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄに示す位置に４個現れる。一方、三角形の場合のプラズモン増大の極大は焦点１６ａ，１６ｂ，１６ｃに示す位置に３個現れる。
【００５８】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態に係る記録／再生ヘッド２０ａ、２０ｂ、２０ｃの表面プラズモンと伝播光変換素子１８、３３とのカップリング効率を上げるために、本発明の第２の実施の形態に係る記録／再生ヘッド２０ｄでは、図９に示すように、開口部１５が無い方の第２焦点１６ｂの位置に第１金属膜１１に突起部（又は凹部）１１ｐを設けている。第２の実施の形態に係る記録／再生ヘッド２０ｄの他の構造は、図２に示す第１の実施の形態に係る記録／再生ヘッド２０ａと同様な構造である。この構造では、２０μｍ厚のガラス製のヘッド基板１２の片側の表面を、ＦＩＢを用いて幅１００ｎｍ、間隔６００ｎｍの同心楕円形の溝加工をしている。片側の第１焦点１６ａの位置には、ＦＩＢを用いて形成した開口部１５が設けられている。ヘッド基板１２の両側には、Ａｇ膜がそれぞれ２００ｎｍ堆積され、第１金属膜１１及び第２金属膜１３を形成している。更に保護膜としてＳｉＯ_２膜が５ｎｍ積層されている。そして、図９では直径１００ｎｍの酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_３）のドットが、ＦＩＢを用いて、第２焦点１６ｂの位置に形成されている。又、プリズムに反射コートをした伝播光変換素子１８を、図９に示すような配置で用いる。
【００５９】
表面プラズモンは、表面のトポロジーが局所的に変化する部分（突起部又は凹部）１１ｐに集中する（強度が大きくなる）性質を持つので、表面プラズモン増幅効果も同様な集中効果がある。図９に示すように開口部１５が無い側の第２焦点１６ｂの位置に突起部１１ｐがあると、そこでの表面プラズモン増大効果は更に大きくなる。これに加え、表面プラズモンとのカップリングも領域が突起部１１ｐに限定されるのでノイズの混入が少なくなる効果もある。検出信号強度は、何も構造を作らなかった場合に比べて、凹構造にした場合１．８倍、図９のように、凸構造にした場合３．２倍になる。
【００６０】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態に係る記録／再生ヘッドは、光磁気記録媒体２を用いる。光磁気記録媒体２の構成は、ガラス基板／Ｓｉ−Ｎ４００ｎｍ／ＴｂＦｅＣｏ２５ｎｍ／ＳｉＯ_２５ｎｍである。記録／再生ヘッドの構成は第１の実施の形態と同様にし、プリズム１８には反射コートをしている。
【００６１】
第３の実施の形態においては、光磁気記録媒体２の記録／再生ヘッドが接している面と反対側から電磁石によって３９．８ｋＡ／ｍの磁界を、光磁気記録媒体２の記録層に印加する。光磁気記録媒体２の記録層は補償組成なので室温では電磁石によって記録磁区が形成されることは無い。
【００６２】
この光磁気記録媒体２に対して、磁界を連続的に与えた状況下で、パルス状に入射光１７を記録／再生ヘッドから入射する。その後、光強度を下げて連続照射とし、光磁気記録媒体２をピエゾ素子で微動させて再生する。
【００６３】
光磁気記録媒体２の記録層の誘電率テンソルが変化し、表面プラズモン共鳴の状態の変化が変化し、それが検出できる。この後、電磁石の印加磁界の極性を逆転させ、記録強度の入射光１７で連続照射しながら記録を行った領域を何度かスキャンさせた。その後再生動作を行ったところ信号は検出できなかった。このことにより、記録磁区が消去されていることが確認できる。
【００６４】
通常の光磁気記録のように、入射光１７を直線偏光とし、再生光の偏光面の回転角から信号を得ることも可能である。偏光度の劣化により信号強度は微弱であるが、記録周波数に応じた周期の変調度を持つ再生信号が得られる。又、消去も確認できる。
【００６５】
この光磁気記録媒体２を図４に示した信号処理回路を有するＲ／Ｗ装置で評価すると、線速度１０ｍ／ｓ、記録周波数１０ＭＨｚの孤立波に対して、ＣＮＲで４０ｄＢｍが得られる。
【００６６】
（第４の実施の形態）
上述のように、焦点１６ａ，１６ｂ，・・・・・を複数設けることで表面プラズモンの共鳴が極大になる点を複数得ることができる。これを利用して入射光１７を開口部１５と分離する構造が実現できる。
【００６７】
本発明の第４の実施の形態に係る記録／再生ヘッド２０ｅは、図１０に示すように、第１焦点１６ａの位置に入射光１７が照射され、それとは異なる第２焦点１６ｂの位置に開口部１５が設置されている。即ち、入射光１７の入射位置には微小な開口部１５が無い。したがって開口部１５によって入射光１７が散乱されて外乱を引き起こすことがなくなる。しかしながら、第１焦点１６ａの位置に入射光１７は照射されているので、表面プラズモンの励起とその共鳴による増大は図２に示した場合と同じである。この構成をとることにより、入射系と記録系を離すことができ、記録／再生ヘッド２０ｅの設計の自由度が増して好ましい。
【００６８】
この構成の記録／再生ヘッド２０ｅに再生機能を付与することも可能である。開口部１５の上部、或いは近接した部位に伝播光変換素子１８を設置すれば良い。開口部１５を介して起こる表面プラズモンの共鳴状態の変調の減衰が小さいので、再生強度の変調度を大きくできる効果がある。
【００６９】
開口部１５の位置を除けば、図１０に示す記録／再生ヘッド２０ｅの基本的な構成は第１の実施の形態に係る記録／再生ヘッド２０ａと同様である。記録／再生ヘッド２０ｅに対して光を入射して表面プラズモン共鳴状態を形成し、そのときの記録媒体２面の開口部１５近傍をＳＮＯＭを使って観測すれば、第１の実施の形態に係る記録／再生ヘッド２０ａの構成の場合と同様な光の放射が得られる。
【００７０】
第４の実施の形態に係る記録／再生ヘッド２０ｅにより相変化記録媒体２に対して記録を行うときのエネルギー伝達効率は、図２に示す第１の実施の形態の記録／再生ヘッド２０ａの構成の場合に比べて０．９倍とわずかに小さい。しかし、記録／再生ヘッド２０ｅ周辺の散乱光は明らかに減少していた。この記録／再生ヘッド２０ｅを用いれば、光の入射系と加熱スポットの位置関係を任意にとることができるので、記録／再生ヘッド２０ｅの設計の自由度が増す。システムによっては、エネルギー伝達効率の低下を補うだけの効果があると思われる。
【００７１】
図１１に第４の実施の形態の変形例に係る記録／再生ヘッド２０ｆを示す。第４の実施の形態の変形例に係る記録／再生ヘッド２０ｆでは、開口部１５に反射コートを施したプリズム１８からなる伝播光変換素子１８があり、再生ヘッド素子の機能を持つ。このプラズモン多焦点素子を用いた記録／再生ヘッド２０ｆは、図２に示した記録／再生ヘッド２０ａの場合に比べて再生信号の変調度が４倍になる。特にノイズの低減が著しく、ＲＭＳ評価で見積もったノイズパワーは、１／３になっていた。
【００７２】
なお、図６の黒点の位置１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄが焦点位置となるので、その内の１つを光入射点とし、残りの３つの位置に開口部１５を作成し、プラズモン共鳴効果を用いて記録媒体２上の情報を再生できるようにしても良い。こうすることにより、１つの開口部１５で情報の再生を行い、もう１つの開口部１５でトラッキング制御を行い、残りの開口部１５で浮上高制御を行うことができる。このように、複数の焦点位置１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄを用いて記録／再生とトラッキング制御と浮上高制御を機能分担することができる。又、２つの開口部１５でトラッキングを行うことでよりトラッキング精度を上げることができる。又、２つの開口部１５でトラッキング制御とクロストーク（クロスイレーズ）キャンセルを行うこともできる。
【００７３】
（第５の実施の形態）
本発明の第５の実施の形態に係る記録／再生ヘッド２０ｇは、図１２に示すように、スライダ２０ｇの第１主面側の第１の周期的表面構造１４ａ，１４ｂ，１４ｃに加え、第２の周期的表面構造４１ａ，４１ｂ，４１ｃが第２主面上にもある。図１２に示すように第１主面と第２主面と同じ構造であるが、開口部１５からの近接場光の利用効率を上げるために凹凸は逆にしてある。
【００７４】
第２主面の開口部１５では第１主面から伝達されたエネルギーが近接場として局所的に存在している。ここに近接場を形成している入射光１７の波長よりも短い距離で記録媒体２を接すると、この近接場を介して記録媒体２にエネルギーを伝達することができる。入射光１７の強度を強くすると、伝達されるエネルギーは大きいので、記録媒体２はその熱によって記録ができる。即ち、相変化記録媒体２を用いる場合には結晶構造が変化し、光磁気記録媒体２を用いる場合には保磁力が低下して別に設けた磁石から供給される外部磁界によって磁化反転を起こす（磁壁を形成する）。
【００７５】
第２主面の開口部１５の近接場は記録媒体２と相互作用をする。例えば相変化記録媒体２の場合には、結晶相とアモルファス相の違いによる誘電率（ｎ，ｋ）の違いによって近接場と記録媒体２との結合状態（近接場の状態そのものといっても良い）が変化する。又、光磁気記録媒体２の場合には、記録媒体２の磁化の向きによって誘電率テンソルの非対角成分が変わるので、同様に近接場の状態が変化する。この近接場の状態の変化は開口部１５を通して第１主面へと伝わり、その影響は第１主面上で起こっている表面プラズモンの共鳴状態の変化を引き起こす。したがって、入射光１７の強度を記録媒体２の記録過程が起こらない程度に弱くして第１主面上の表面プラズモンの共鳴状態の変化を検出することで、記録媒体２の情報を読み取れる。
【００７６】
このとき、第２主面の開口部１５の近接場の状態の変調の大きさが大きいほど、検出する信号強度は大きくなる。そこで、本発明の第５の実施の形態に係る記録／再生ヘッド２０ｇは第２主面にも第１の周期的表面構造１４ａ，１４ｂ，１４ｃと同様な第２の周期的表面構造４１ａ，４１ｂ，４１ｃを持たせている。このことによって、第２主面でも表面プラズモンの共鳴現象が起こり、開口部１５の近接場の強度は増大する。このことは近接場の状態の変化量が大きくなることを意味し、再生信号の変調度が大きくなって好ましい。
【００７７】
第５の実施の形態に係る記録／再生ヘッド２０ｇによれば、第２主面に第２の周期的表面構造４１ａ，４１ｂ，４１ｃが無い場合に比べて約３０％特性の向上する。再生時の変調度は、第２の周期的表面構造４１ａ，４１ｂ，４１ｃが無い場合に比べて２．３倍になる。
【００７８】
図１３は、第５の実施の形態の変形例に係る記録／再生ヘッド２０ｈの構造を示す。図１３に示すように、第２主面上の第２の周期的表面構造４１ａ，４１ｂ，４１ｃが開口部１５を中心とする同心構造であり、開口部１５の近接場の強度増大効果が更に大きくなっている。図１３に示す記録／再生ヘッド２０ｈが、図１２に示す記録／再生ヘッド２０ｇと異なるところは、記録媒体２に対向する裏面（第２主面）側の第２の周期的表面構造４１ａ，４１ｂ，４１ｃが開口部１５を中心とした同心円となっていることである。このことにより、記録媒体２に対向する裏面側の表面プラズモンの増大効果が大きくなる。記録時のエネルギー伝達効率は、第２主面に第２の周期的表面構造４１ａ，４１ｂ，４１ｃが無い場合に比べて１．６倍となる。又、再生時の変調度は５倍になる。このように、この構造の素子を用いることで記録・再生特性が向上する。
【００７９】
但し、裏（第２主面）と表（第１主面）とで異なるパターンを作らなければならず、素子作製コストが高くなる欠点がある。したがって、図１２に示すように、第１主面の第１の周期的表面構造１４ａ，１４ｂ，１４ｃと第２主面の第２の周期的表面構造４１ａ，４１ｂ，４１ｃとが同じパターンである方が製造が簡単である。
【００８０】
（第６の実施の形態）
本発明の第６の実施の形態に係る記録／再生ヘッド２０ｉは、第４の実施の形態で説明した第１焦点１６ａの位置に入射光１７が照射され、それとは異なる第２焦点１６ｂの位置に開口部１５が設置されている構成で、図１４に示すように、更に開口部１５に近接して記録磁極７１が設置されている。
【００８１】
記録磁極７１は垂直記録用のいわゆる単磁極型のもので、先端部は記録磁区程度の大きさになっている。ここを開口部１５に近接させて設置する。開口部１５と記録磁極７１との距離は熱アシスト記録を行う光磁気記録媒体２のシステムによって決まるパラメータであり、第６の実施の形態で限定するものではない。記録磁極７１は図１４では周期的表面構造１４ａ，１４ｂ，１４ｃの内側に設置されているが、システムが許すのであれば周期的表面構造１４ａ，１４ｂ，１４ｃの外側でも構わない。記録磁極７１を周期的表面構造１４ａ，１４ｂ，１４ｃの内側に設置する場合には記録磁界と加熱スポットを極限まで近づけることができるので高密度の熱アシスト記録ができる効果がある。一方、周期的表面構造１４ａ，１４ｂ，１４ｃの外側に設置する場合は表面プラズモンの共鳴に影響を与えないという点で好ましい。又、記録磁極７１を長手磁気記録媒体２で用いられているようなリングヘッドとしても、第６の実施の形態に係る光磁気記録ヘッドの効果は得られる。
【００８２】
従来の光（熱）アシスト磁気記録のヘッドは加熱源と記録磁極７１とが近接することが問題であった。即ち、高パワーの入射光１７が記録磁極７１のすぐ傍を通ったり、開口部１５等の光学素子に照射されるために入射光１７のロス分が記録磁極７１を加熱し、磁気特性を劣化させてしまう問題があった。又、導波路や光ファイバを使って入射光１７を導入する場合、光ファイバや導波路の側面は入射光１７の染み出しを防ぐために入射光１７の波長程度の厚さの多層膜が必用である。このために、加熱源と記録磁極７１とを入射光１７の波長よりも近くに近接させることは困難である。
【００８３】
第６の実施の形態に係る記録／再生ヘッド２０ｉはこの問題を根本から解決するものである。即ち、記録磁極７１に近接しているのは、光照射部から離れている開口部１５であるから、入射光１７の染み出しは抑制できるからである。このことにより、記録／再生ヘッド２０ｉの設計の自由度は増加し、又、光利用効率や磁束の利用効率も飛躍的に増加する効果がある。
【００８４】
図１５に示す記録／再生ヘッド２０ｊの基本的な構成は、図１０に示す第４の実施の形態に係る記録／再生ヘッド２０ｅと同様である。しかし、第１主面の周期的表面構造１４ａ，１４ｂ，１４ｃの表面にアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）からなる誘電体層７３を堆積されている。開口部１５はＦＩＢで開口すれば良い。又、開口部１５から５０ｎｍ離れた位置にもＦＩＢで、誘電体層７３を貫通する他の開口部を設けている。この他の開口部に記録磁極７１が挿入されている。更にこの記録磁極７１を磁気記録ヘッド７２に接着している。但し、熱による影響が無い程度に離して光入射ができるようにする。記録磁極７１のトラック幅は５００ｎｍで開口部１５の幅は２００ｎｍである。
【００８５】
この記録／再生ヘッド２０ｊを用いて熱アシスト磁気記録を行う。光磁気記録媒体２は、第３の実施の形態で述べたと同じガラス基板／Ｓｉ−Ｎ４００ｎｍ／ＴｂＦｅＣｏ２５ｎｍ／ＳｉＯ_２５ｎｍの光磁気記録媒体２を用いた。記録／再生ヘッドとしてのスライダ２０ｊは、光磁気記録媒体２の表面にサスペンション１９を用いて軽く接触させる。
【００８６】
光磁気記録媒体２は補償組成であるので、磁気記録ヘッド７２だけでは記録は不可能である。次に２００Ｗの入射光１７を連続的に照射しながら磁気記録を行う。記録後の状態をＭＦＭを用いて観察すると、幅約２００ｎｍの記録磁区が形成されていることが分かる。即ち、開口部１５を通して加熱された部分のみが磁極によって磁化反転していることが確認できる。第６の実施の形態に係る記録／再生ヘッド２０ｊを用いれば熱アシスト磁気記録が可能となる。
【００８７】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１〜第６の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【００８８】
【発明の効果】
本発明によれば、入射光と出力光との分離が容易な表面プラズモン増幅を利用した記録／再生ヘッド及びこの記録／再生ヘッドを用いた記録／再生装置を提供できる。
【００８９】
又、本発明によれば、加熱スポットと磁極を近くに配置できるので、表面プラズモン増幅を利用した有効な熱アシスト磁気記録を可能にする記録／再生ヘッド及びこの記録／再生ヘッドを用いた記録／再生装置を提供できる。
【００９０】
更に、本発明によれば、光記憶媒体のピット長の寸法を短縮し、高いデータ密度の情報を記録及び再生できる記録／再生ヘッド及びこの記録／再生ヘッドを用いた記録／再生装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る記録／再生ヘッドと記録媒体との関係を説明する模式図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る記録／再生ヘッドの構造を示す模式的断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る記録／再生ヘッドの周期的表面構造による焦点を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る記録／再生ヘッドに用いられる信号処理回路を示す回路図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る記録／再生ヘッドの周期的表面構造による焦点の発生を説明する図である。
【図６】閉じた図形の内部に複数の焦点が発生することを説明する図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態の変形例（第１の変形例）に係る記録／再生ヘッドの構造を示す模式的断面図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態の他の変形例（第１の変形例）に係る記録／再生ヘッドの構造を示す模式的断面図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る記録／再生ヘッドの構造を示す模式的断面図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態に係る記録／再生ヘッドの構造を示す模式的断面図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態の変形例に係る記録／再生ヘッドの構造を示す模式的断面図である。
【図１２】本発明の第５の実施の形態に係る記録／再生ヘッドの構造を示す模式的断面図である。
【図１３】本発明の第５の実施の形態の変形例に係る記録／再生ヘッドの構造を示す模式的断面図である。
【図１４】本発明の第６の実施の形態に係る記録／再生ヘッドの構造を示す模式的断面図である。
【図１５】本発明の第６の実施の形態の変形例に係る記録／再生ヘッドの構造を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
１　　筐体
２　記録媒体
３　スピンドルモータ
４　押圧板
５　アーム
６　光ファイバ
７　反射部材
８　対物レンズ（照射光学系）
９　検出素子
１０　ピックアップ
１１　第１金属膜
１１ｐ　突起部
１２　ヘッド基板
１３　第２金属膜
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ　周期的表面構造（第１の周期的表面構造）
１５　開口部
１６，１６ｃ，１６ｄ　焦点
１６ａ　第１焦点
１６ｂ　第２焦点
１７　入射光
１８　プリズム
１８　伝播光変換素子
１９　サスペンション
２０ａ〜２０ｊ　スライダ（記録／再生ヘッド：プラズモン多焦点素子）
２１　駆動装置
３１　光ファイバ
３２　受光素子
３３　伝播光変換素子
３３ａ　第１切断面
３３ｂ　第２切断面
４１ａ　第２の周期的表面構造
７１　記録磁極
７２　記録／再生ヘッド２０ｉ
７２　磁気記録ヘッド
７３　誘電体層
８１　ドット（凸部）
１０２　光源ドライバ
１０３　記録ヘッドドライバ
１０４　変調回路
１１１　プリアンプ
１１２　可変利得アンプ
１１３　Ｄ変換器
１１４　波形等化回路
１１５　データ検出部
１１６　デコーダ
１１７　ドライブコントローラ
１１８　インターフェース
１２１　駆動制御回路

Claims

記録若しくは再生用の光を記録媒体に照射するための照射光学系に面した第１主面と、該第１主面に対向し且つ前記記録媒体に近接して面する第２主面とを有する記録／再生ヘッドであって、
前記第１主面に第１金属膜が設けられ、
該第１金属膜は、周期的な表面トポグラフィーの領域を第１の周期的表面構造として有し、
該第１の周期的表面構造は、前記周期的な表面トポグラフィーの領域が規定する閉じた図形の内部における波の干渉による表面プラズモン強度の極大値として定義される複数の焦点を有し、
前記複数の焦点の内の第１焦点が入射光の入射位置に割り当てられ、第２焦点が出力光の取り出し位置に割り当てられ、前記第１焦点及び前記第２焦点の少なくとも一方に前記第１金属膜を貫通する開口部を有することを特徴とする記録／再生ヘッド。
前記第２主面に設けられた第２金属膜と、
前記第１金属膜と前記第２金属膜に挟まれたヘッド基板
とを更に備え、前記第１焦点又は前記第２焦点に前記第１金属膜、前記ヘッド基板及び前記第２金属膜を貫通する開口部を有することを特徴とする請求項１に記載の記録／再生ヘッド。
前記閉じた図形が鏡映対象となる対称軸を有し、前記複数の焦点は前記対称軸上に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の記録／再生ヘッド。
前記閉じた図形が鏡映対象となる複数の対称軸を有し、前記複数の焦点は前記複数の対称軸のいずれかの上に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の記録／再生ヘッド。
前記閉じた図形は楕円であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の記録／再生ヘッド。
前記第１焦点に前記第１金属膜を貫通する開口部を有し、前記第２焦点の前記第１金属膜に突起部を更に有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の記録／再生ヘッド。
前記第２焦点において、前記第１金属膜の上部に表面プラズモンを光に変換する伝搬光変換素子を更に有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の記録／再生ヘッド。
前記２金属膜は、前記第１の周期的表面構造と同一の表面トポグラフィーの第２の周期的表面構造を有することを特徴とする請求項２に記載の記録／再生ヘッド。
前記２金属膜は、前記第１の周期的表面構造とは、異なる周期的な表面トポグラフィーの領域を第２の周期的表面構造として有することを特徴とする請求項２に記載の記録／再生ヘッド。
前記第２焦点に前記第１金属膜を貫通する開口部を有し、且つ該開口部の近傍に記録磁極を設けたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の記録／再生ヘッド。
記録媒体を回転させるためのスピンドルモータと、
第１及び第２主面とを有し、前記第１主面に第１金属膜が設けられ、該第１金属膜は、周期的な表面トポグラフィーの領域を第１の周期的表面構造として有し、該第１の周期的表面構造は、前記周期的な表面トポグラフィーの領域が規定する閉じた図形の内部における波の干渉による表面プラズモン強度の極大値として定義される複数の焦点を有し、前記複数の焦点の内の第１焦点が前記記録媒体に入射させる入射光の入射位置に割り当てられ、第２焦点が前記記録媒体からの出力光の取り出し位置に割り当てられ、前記第１焦点及び前記第２焦点の少なくとも一方に前記第１金属膜を貫通する開口部を有する記録／再生ヘッドと、
前記第１焦点に前記入射光を照射する照射光学系と、
前記出力光を検出する検出素子と、
前記記録／再生ヘッドを支持するアームと、
該アームの駆動装置と、
前記検出素子からの信号を用い、前記スピンドルモータ及び前記駆動装置を制御し、且つ前記記録媒体に記録された情報を再生する信号処理回路
とを備えることを特徴とする記録／再生装置。