JP2007334936A - 近接場光発生器及び記録再生装置 - Google Patents

近接場光発生器及び記録再生装置 Download PDF

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Abstract

【課題】近接場光記録再生装置において、近接場光強度及び散乱体周辺のスライダ底面、及び媒体表面で反射され光源側に戻る光の量を調整する。
【解決手段】近接場光発生を発生する構造体上部に反射層３を形成し、この反射層と媒体８の表面間において、光の多重干渉を生じさせる。このとき、反射層と媒体表面の距離ｔ2を調整することにより、近接場光発生素子上部に戻る光の量を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、近接場光発生器及びヘッドに近接場光発生器を搭載した記録再生装置に関する。
近年、１Ｔｂ／ｉｎ2以上の記録密度を実現する記録方式として、熱アシスト記録方式が提案されている。従来の磁気記録装置では、記録密度が１Ｔｂ／ｉｎ2以上になると、熱揺らぎによる記録情報の消失が問題となる。これを防ぐためには、磁気記録媒体の保磁力を上げる必要があるが、記録ヘッドから発生させることができる磁界の大きさには限りがあるため、保磁力を上げすぎると媒体に記録ビットを形成することが不可能となる。これを解決するために、熱アシスト記録方式では、記録の瞬間、媒体を光で加熱し保磁力を低下させる。これにより、高保磁力媒体への記録が可能となり、１Ｔｂ／ｉｎ2以上の記録密度実現が可能となる。
この熱アシスト記録装置において、照射する光のスポット径は、記録ビットと同程度の大きさ（数１０ｎｍ）にする必要がある。なぜなら、光スポット径がそれよりも大きいと、隣接トラックの情報を消去してしまうからである。このような微小な領域を加熱するためには、近接場光を用いる。近接場光は、光波長以下の微小物体近傍に存在する局在した電磁場（波数が虚数成分を持つ光）であり、径が光波長以下の微小開口や金属の散乱体を用いて発生させる。例えば、Technical Digest of 6th international conference on near field optics and related techniques, the Netherlands, Aug. 27-31, 2000, p55では、高効率な近接場光発生器として三角形の形状をした金属散乱体を用いた近接場光発生器が提案されている。金属散乱体に光を入射させると、金属散乱体中にプラズモン共鳴が励起され、三角形の頂点に強い近接場光が発生する。この近接場光発生器を用いることにより、光を数１０ｎｍ以下の領域に高効率に集めることが可能になる。
上記熱アシスト記録装置では、記録情報の再生手段として、Giant Magneto Resistive（ＧＭＲ）素子やTunneling Magneto Resistive（ＴＭＲ）素子などの磁気再生素子が用いられる（H. Saga, H. Nemoto, H. Sukeda, and M. Takahashi, Jpn. J. Appl. Phys. 38, Part 1, 1839 (1999)）。しかし、磁気再生素子に替え、再生手段として近接場光を利用することも可能である。例えば、磁気媒体に記録したマークを、偏光の回転をモニタすることにより再生した実験が報告されている（E. Betzig, J. K. Trautman, R. Wolfe, E. M. Gyorgy, P. L. Finn, M. H. Kryder and C. -H. Chang, Appl. Phys. Lett. 61, 142 (1992)）。また、相変化媒体に記録したマークを、反射光強度の変化をモニタすることにより再生した実験が報告されている（S. Hosaka, T. Shintani, M. Miyamoto, A. Kikukawa, A. Hirtsune, M. Terao, M. Yoshida, K. Fujita, S. Krammer, J. Appl. Phys. 79, 8082 (1996)）。
Jpn. J. Appl. Phys. 38, Part 1, 1839 (1999) Technical Digest of 6th international conference on near field optics and related techniques, the Netherlands, Aug. 27-31, 2000, p55 Appl. Phys. Lett. 61, 142 (1992) J. Appl. Phys. 79, 8082 (1996)
上記のように散乱体を用いて近接場光を発生させる場合、散乱体に入射する光の一部は、散乱体周辺のスライダ底面、又は媒体表面で反射され、光源（半導体レーザ）側に戻る。この反射光が光源に入射すると、レーザの出力が不安定になる（ノイズが大きくなる）。その結果、均一な記録マークを形成することが不可能になる。また、記録情報を近接場光を利用して再生する場合、戻り光によるレーザノイズ、及び反射光がバックグランド光として検出器で検出されことによるノイズにより、信号のＳ／Ｎ比が低下してしまう。
本発明は、高い近接場光発生効率を実現すると同時に、上記問題を解決する手段を提供することを目的とする。
本発明では、近接場光を発生する散乱体の上部に反射層を形成し、その反射層と媒体表面間において、光の多重干渉が生じるようにする。このとき、反射層からの反射光と媒体表面からの反射光が互いに打ち消すように、散乱体周辺の層の厚さを調整すると、光源側に戻る光の量を小さくすることが出来る。また、光源側に戻る光の量が最小となるように近接場光発生素子周辺の層の厚さを調整したとき、光は散乱体上部の反射層と媒体表面の間を往復することになる（散乱体周辺の層の中に閉じ込められる）。これは、近接場光を発生させるための散乱体に入射する光の量が多くなることに相当し、散乱体近傍に発生する近接場光強度を増加させることが出来る。
上記反射層は、金属層であっても良いし、屈折率が互いに異なる２層の界面又は誘電体多層膜であっても良い。また、媒体における反射率を上げるために、媒体記録層の下部に、反射用の金属層を挿入しても良い。散乱体周辺の層の厚さは、多重干渉を起こすために０より大きくすると同時に、近接場光利用効率の低下を防ぐために、層の中を伝播する光の波長の３倍以下にするのが好ましい。層の厚さが大きいと、層の中を光が伝播することにより、光スポットの増大及び波面の曲がりが生じ、その結果、近接場光利用効率が低下するからである。なお、効率を最大にするためには、層の厚さが干渉条件を満たす厚さ（光源側に戻る光の量が最小となる厚さ）の最小値に実質的に等しくなるようにするのが好ましい。散乱体及び反射層は、導波路端面又は集光レンズ底面に形成しても良い。
上記散乱体上部に反射層が形成された構造は、ヘッド（スライダ）の浮上量モニタ用に用いても良い。ヘッドの浮上量が変化すると、散乱体上部の反射層と媒体の距離が変化するため、反射層で反射した光と媒体表面で反射した光の間の位相差が変化する。その結果、それら光の干渉条件が変化し、光源側に戻る光の強度が変化する。したがって、この反射光の変化量をモニタすることにより浮上量をモニタすることが出来る。このように浮上量をモニタすることにより、浮上量を制御することが可能になる。
上記浮上量のモニタを行う場合、浮上量ｔと反射率Ｒの関係がＲ＝ｆ(ｔ)で表され、目標とする浮上量をｔ0とするとき、反射率Ｒのｔに対する微分量の絶対値
Figure 2007334936
 が実質的に最大となるように散乱体周辺の層の厚さを設定すると、浮上量を最も感度良く検出することが出来る。また、反射率Ｒのｔに対する微分量がマイナスとなるようにｔを設定すると、ヘッドの浮上量変動による近接場光強度の変動を小さくすることが出来る。
近接場光強度を最も強くし、かつ光源側への戻り光を最小にし、かつ浮上量の変動を最も感度良く検出するために、波長の異なる２つの光を利用しても良い。近接場光素子周辺の層の厚さは、近接場光を発生させるための光に対し、光源側へ戻る光の量が最小となるように設定する。このとき、波長のわずかに異なる光を入射させ、その戻り光を浮上量モニタ用に検出する。
本発明によると、近接場光記録再生装置において、散乱体周辺のスライダ底面、又は媒体表面で反射される光の量及び近接場光強度を調整することが出来る。また、ヘッドの浮上量をモニタすることができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
［実施例１］
図１に、本発明の近接場光発生器の構造例を示す。ヘッドの母体となるスライダ５の底面に、近接場光を発生させるための散乱体１を形成した。図２に示すように、散乱体１の形状は平面状の三角形とし、材質は金、長さＳｘは１００ｎｍ、厚さＳｈは５０ｎｍ、近接場光が発生する頂点１１の頂角は６０度とした。散乱体１周辺の材料はＳｉＯ2とした。散乱体上部には、光を反射させるための反射層３を形成した。ここで上部とは、媒体と反対方向を言う。反射層３の材質は金とし、反射層３の厚さｔ1は２０ｎｍとした。反射層３の上部の材質は、Ｔａ2Ｏ5（屈折率ｎ2＝２．１８）とした。磁気記録媒体８は、厚さ２ｎｍの保護膜１２（材質はＳｉＮ）、厚さ６ｎｍの磁気記録層１３（材質はＦｅＰｔ）、その下に形成された厚さ３０ｎｍの金属層１４（材質は金）より構成される。ここで金属層１４は、熱拡散による記録マークサイズの増大を防ぐためのヒートシンク層の役割を持つと同時に、近接場光強度を増強させる働きも持つ（散乱体中の電荷の鏡像が金属層１４中に励起され、その電荷と散乱体中の電荷が相互作用することにより、近接場光強度が増大する）。また、後述の多重干渉の効果を大きくするため媒体表面における反射光の量を大きくする働きもする。スライダと媒体間のエアーギャップ９の厚さｔ3は８ｎｍ、媒体基板１５はガラスとした。
上記構造において、光を矢印６の方向に入射させると、反射層３により一部が反射され（図１中Ｌ1）、一部が透過する。反射層３を透過した光は、媒体８表面で反射され光源側に戻る。この戻り光の一部は、反射層３を透過し（図１中Ｌ2）、残りの光の一部は反射層３により反射され再び下方向に進行する。そして、再び媒体８表面で反射され、光源側に戻る。この戻り光の一部は、反射層３を透過し（図１中Ｌ3）、残りの光の一部は反射層３により反射され再び下方向に進行する。このように、反射は反射層３と媒体８表面の間で繰り返される。上記、反射層からの反射光Ｌ1、及び媒体表面で反射した光Ｌ2、Ｌ3は互いに干渉する（多重干渉が起こる）。このとき、散乱体周辺の層２の厚さｔ2を調整して、反射光Ｌ1、及び媒体表面で反射した光Ｌ2、Ｌ3の間の位相差を調整すると、これらの光が互いに打ち消される。すなわち、光源側に戻る光７の量を少なくすることが出来る。
上記光源側に戻る光７の量を見積もる際、厳密には、反射層３の厚さｔ1、スライダ表面の反射、媒体８の内部構造などを考慮する必要がある。すなわち、反射層３の上側にある基板５、反射層３（Layer A）、散乱体周辺の層２（Layer B）、エアーギャップ９、媒体保護膜１２、磁気記録層１３、媒体下地層１４、媒体基板１５の厚さ、屈折率（複素数）を表１のように表し、真空中の誘電率、透磁率、波数をそれぞれε0、μ0、ｋ0とした場合、上方向に戻る光７の強度と入射光６の強度の比（反射率）Ｒは、下記の式により表される。
Figure 2007334936
Figure 2007334936
 とした（ｉは虚数単位）。上記Ｍiは、特性マトリックスと呼ばれる行列であり、各層の特性を表す。本実施例は、表１に示す層構造にしたが、スライダ中又は媒体中に層を追加した場合は、その層に対応する特性マトリックスを追加すれば良い。
図３に、上記式を用いて計算した、散乱体周辺の層２の厚さｔ2と反射率Ｒの関係を示す（点線）。この図に示すように、散乱体周辺の層２の厚さｔ2を調整することにより、反射率の大きさを調整することが出来る。レーザノイズ及び光再生時のバックグランド光の影響を小さくするには、反射率を最小にすることが好ましく、この場合、厚さｔ2が実質的に２００ｎｍとなるようにすると良いことが分かる。
上記構造を用いれば、反射率の調整と同時に近接場光強度の調整を行うことも可能である。図３の実線は、Finite Difference Time Domain（ＦＤＴＤ）法を用いて計算した、近接場光強度と散乱体周辺の層２の厚さｔ2の関係を示す。ここでは、入射光の波長は７８０ｎｍとした。この図に示すように、ｔ2の厚さが、反射率が最小となる厚さ２００ｎｍに実質的に等しくなるとき、近接場光強度が最大となる。このような条件下では、光は上部反射層３と媒体表面の間を往復することになる（散乱体周辺の層２の中に閉じ込められる）。これは、散乱体１に入射する光の量が多くなることに相当し、散乱体近傍に発生する近接場光強度を増加させる。このように近接場光強度を強くすることで、記録に必要な光強度を低減させることが出来、記録装置の消費電力を小さくすることが可能になる。
図４に、反射層３を設けた場合と設けない場合の媒体表面における近接場光強度分布を示す。この図において、近接場光強度は入射光強度との比を表す。図４（ａ）は、反射層を設けない場合、図４（ｂ）は、反射層を設けた場合の分布を表す。反射層を設けた場合の散乱体周辺の層２の厚さｔ2は２００ｎｍとした。この図に示すように、反射層３を設けることにより、近接場光強度は約３倍増強することが分かる。
上記のように、散乱体１上部に反射層３を形成し、散乱体周辺の層２の厚さｔ2を調整することにより、近接場光強度を増強させると同時に、光源側に戻る光７の量を低減させることが出来る。
なお、散乱体周辺の層２の厚さｔ2の厚さは、多重干渉を起こすために０より大きくする必要があるが（０になると、反射層３の下面とスライダ底面が一致するため、それら２つの面の間で多重干渉が生じなくなる）、逆に散乱体周辺の層２の厚さｔ2が大きすぎると、次の理由により、近接場光強度の低下を招く。（１）散乱体周辺の層２の厚さｔ2が大きすぎると、散乱体周辺の層２の内部で光スポット径が広がってしまう。このように光スポット径が広がってしまうと、散乱体に入射せずに通り抜けてしまう光の量が多くなるため近接場光発生効率が低下する（近接場光発生効率は入射光スポット径の２乗に反比例する）、（２）散乱体周辺の層２中を伝播する光の波面の形状が反射面において球状になるため、多重干渉しにくくなる。その結果、近接場光強度が低下すると同時に、反射光７の量が多くなる。
以下、スポット径の大きさを元に、散乱体周辺の層２の厚さｔ2の最適値を求める。図５（ａ）に、反射層３に入射する光のスポット径Φ（図２中のΦ）を1μｍとしたときの、散乱体周辺の層２の厚さｔ2と近接場光発生効率の関係を示す。この図に示すように、散乱体周辺の層２の厚さｔ2が、上記実施例に記載された干渉条件を満たすとき（光源側に戻る光の量が最小となるとき）、近接場光発生効率が強くなる。例えば、上記実施例の構造において、干渉条件を満たす厚さの最小値ｔminは２００nmである。干渉条件を満たす厚さはｔmin以外にも存在するが、図５（ａ）に示すように、そのときの近接場光発生効率は、ｔ2=ｔminのときに比べ小さくなる。なぜなら、散乱体周辺の層２の厚さｔ2が大きくなると、散乱体周辺の層２の中で光が広がってしまい、散乱体１に入射する光のスポット径が大きくなるからである。以上より、散乱体周辺の層２の厚さｔ2は、干渉条件を満たす厚さ（光源側に戻る光の量が最小となる厚さ）の最小値ｔminに実質的に等しくなるようにするのが好ましいことが分かる。なお、散乱体周辺の層２の厚さｔ2は、必要な効率さえ満たされれば、干渉条件を満たす厚さの最小値ｔminより大きくしても良い。記録装置に応用する際、消費電力を抑えるために、近接場光発生効率は１０％以上であることが好ましい。上記実施例において、厚さがt2=tminであるとき、光利用効率は約30％であった。したがって、効率が１０％以上となるためには、散乱体１に入射する光のスポット径は、ｔ2=ｔminのときのスポット径に比べ√（３０％／１０％）＝√３倍以下である必要がある。図５（ｂ）は、散乱体周辺の層２の厚さｔ2と散乱体１に入射する光の光スポット径の関係を示す。この図より、１０％以上の効率を実現するためには、散乱体周辺の層２の厚さｔ2は３λ以下にする必要があることが分かる。
上記では、散乱体の形状は平面状の三角形としたが、平面状の円、楕円、直方体、球などにしても良い。また、特開２００４−１５１０４６号公報に示されるように、散乱体の表面の一部を削っても良い。散乱体の材質は、導電性を有するものであれば良く、銀、銅、アルミ、鉄、ニッケルなどの金属又は合金、又はＳｉなどの半導体にしても良い。また、上記散乱体１周辺の層の材質はＳｉＯ2としたが、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＦ2などの誘電体にしても良い。また、上記では、反射層３の上側と下側の材料が異なるようにしたが、上側と下側で同じになるようにしても良い。
上記では、散乱体上部に金属の反射層３を設けることにより、媒体８表面及びスライダ５底面からの反射光を、媒体側へ戻したが、図６に示すように、散乱体２周辺の層の材質と、その上部基板５側の材質の屈折率が互いに異なるようにして、それら層の界面５０で光を反射させても良い。図６では、散乱体２周辺の材質をＳｉＯ2（屈折率ｎ0＝１．４５）とし、その上部の材質をＴａ2Ｏ5（屈折率ｎ2＝２．１８）とした。散乱体１の材質、寸法、媒体構造などは図１及び図２と同じとした。このときの上方向に戻る反射光７の強度と入射光６の強度の比（反射率）Ｒは、各層の屈折率、厚さを表２のように表したとき、上記した式(1)により表される。ただし、行列Ｍ1に対する層がこの場合存在しないため、Ｍ1は単位行列とする。
Figure 2007334936
図７に、図６の構造の場合の、散乱体周辺の層の厚さｔ2と反射率（Ｒ）及び近接場光強度の関係を示す。ここでは、入射光の波長は７８０ｎｍとした。この図に示すように、散乱体周辺の層の厚さｔ2が実質的に２４０ｎｍとなるときに、反射率が最小になり、近接場光強度が最大となる。即ち、散乱体周辺の層の厚さｔ2をこの値に設定することにより、近接場光強度を大きくし、光源側に戻る光７の量を小さくすることが出来る。なお、図６では、屈折率が両側で異なる層５０は１面としたが、屈折率の異なる材質を何層かに積層することにより光を反射させても良い（誘電体多層膜による反射層を形成する）。このようにすることにより、散乱体上部における反射層の反射率を向上させ、光源側に戻る光７の量をさらに小さくすることが出来る。
上記光を反射させるための反射層３又は屈折率が両側で異なる層５０は、導波路の端面に形成しても良い。図８に、導波路端面に反射層を形成した場合の実施例を示す。ヘッドの母体となるスライダ５の中に、近接場光発生素子に光を導くためのコア６６及びクラッド６７から構成される導波路を形成し、その下部に、近接場光を発生させるための散乱体１及び反射層３を形成した。導波路のコア６６の材質はＴａ2Ｏ5（屈折率＝２．１８）とし、クラッド６７の材質はＳｉＯ2とした。導波路の断面形状は正方形とし、コア幅は５００ｎｍ×５００ｎｍとした。クラッドの断面形状も正方形とし、１．０μｍ×１．０μｍとした。散乱体１の材質、寸法、媒体構造などは上記の例と同じとした。反射層３の材質は金、厚さは２０ｎｍとした。散乱体周辺の層の厚さｔ2は、光源側への戻り光７の量が最小になるように、実質的に２４０ｎｍとなるようにした。
上記導波路に替えて、光を導入する素子として、レンズを用い、散乱体及び反射層３又は屈折率が両側で異なる層５０をレンズ底面に形成しても良い。図９に、レンズを用いた場合の実施例を示す。本実施例では、レンズとして材質がＢｉ4Ｇｅ3Ｏ12（屈折率＝２．２３）である半球レンズを用いた。このレンズ１６をスライダ５底面に形成し、この半球レンズの底面で光が集光するように入射光６を入射させた。このレンズの中心に散乱体１を形成した。散乱体の形状、材質は上記の例と同じとした。散乱体１周辺の層２の材質はＳｉＯ2とした。散乱体周辺の層の厚さｔ2は、光源側への戻り光７の量が最小になるように、実質的に２４０ｎｍとなるようにした。なお、本実施例では、レンズにより集光された入射光の焦点は、レンズと層２の界面に位置するようにしたが、層２の間（レンズと層２の界面とスライダ底面の間）もしくは、スライダ底面に位置するようにしても良い。
図１０に、近接場光発生器として、図１に示下構造を用いた場合の光学系（再生用光学系を含む）を示す。散乱体１及び反射層３をスライダ５底面に形成し、その上部に集光用レンズ２５を形成した。散乱体１は、レンズ２５により集光される光（図１０中破線）の焦点に置いた。散乱体１、反射層３、媒体８の構造は図１の場合と同じとした。光源としては、波長７８０ｎｍの半導体レーザを用い、コリメートレンズ５３により平行光にした後、集光レンズ２５に導入した。散乱体１により発生した近接場光が媒体と相互作用することにより発生した散乱光（信号光）６２は、ビームスプリッタ５４で分離した。記録情報は、信号光６２の偏光の回転（カー効果により引き起こされる）を検出することで読み取った。偏光の回転を検出するために、信号光６２を１／２波長板５８に導入後、偏光ビームスプリッタ６３で２つの偏光成分に分離した。分離後の光は、それぞれフォトダイオード５５で検出した。２つのフォトダイオードからの信号は、差動増幅器５６で差分を取り、増幅した。
［実施例２］
上記反射層を形成した構造を用いれば、光源への戻り光の量、近接場光強度を調整することに加え、スライダの浮上量（スライダ底面と媒体８表面の距離）をモニタすることが出来る。近接場光を利用した記録装置において、浮上量ｔ3が変化すると、媒体表面における近接場光の強度が変動してしまい、均一な記録マーク形成が難しくなる。したがって、浮上量は一定になるように制御した方が良い。そのためには、浮上量を精度良くモニタする機構が必要であり、上記反射層を形成した構造は、その浮上量モニタに利用することが出来る。以下、スライダの浮上量モニタの機能を持たせた記録再生装置の実施例を示す。
図１の反射層３を形成した構造において、浮上量ｔ3が変化すると、反射層と媒体の距離が変化するため、反射光Ｌ1と媒体表面で反射した光Ｌ2、Ｌ3の間の位相差が変化する。その結果、それら光の干渉条件が変化し、光源側に戻る光７の強度が変化する。したがって、この反射光の変化量をモニタすることにより浮上量をモニタすることが出来る。
上記光源側に戻る光７の量を見積もる際、厳密には、反射層３の厚さｔ1、スライダ表面の反射、媒体８の内部構造などを考慮する必要がある。すなわち、上記式(1)により求める。図１１に、図１の構造において浮上量を変化させたときの、浮上量と戻り光７の強度の関係を示す。ここでは、近接場光発生用の散乱体１、反射層３及び媒体の材質、寸法は図１の場合と同じにした。散乱体周辺の層２の材質はＳｉＯ2にした。入射光の波長は７８０ｎｍとした。図１１に示すように、浮上量が変化すると、戻り光７の強度が変化する。浮上量の変化量に対する、戻り光７の変化量の大きさを大きくするためには、散乱体周辺の層２の厚さｔ2は、図３において、反射率Ｒが最小になる厚さからわずかにずらすと良い。特に、浮上量ｔ3と反射率Ｒの関係がＲ＝ｆ(ｔ3)で表され、目標とする浮上量をｔfとするとき、反射率Ｒのｔ3に対する微分量の絶対値
Figure 2007334936
 が実質的に最大となるように散乱体周辺の層２の厚さｔ2を設定すると、浮上量を最も感度良く検出することが出来る。本実施例では、ｔ2の厚さは１９０ｎｍとした。
上記浮上量モニタに最適な散乱体周辺の層２の厚さｔ2は、反射率Ｒのｔ3に対する微分量がプラスになる場合と、マイナスになる場合の２点存在する。この２点いずれにしても良いが、反射率Ｒのｔ3に対する微分量がマイナスになるように散乱体周辺の層２の厚さｔ2を設定した方が良い。一般に、浮上量ｔ3が大きくなると、媒体記録層における近接場光強度が低下してしまう。これに対し、反射率Ｒのｔ3に対する微分量がマイナスになるように厚さｔ2を設定すると、浮上量ｔ3が大きくなったとき、近接場光強度は大きくなるように変化する。（浮上量ｔ3が大きくなることは、散乱体周辺の層２の厚さが大きくなることに等しい。したがって図３に示されるように近接場光強度が大きくなるように変化する）。すなわち、図１２に示されるように、反射層３を入れることにより、浮上量変動による媒体記録層における近接場光強度の変動を小さくすることが出来る。
図１３に、上記浮上量モニタ方法を利用した、浮上量制御機構の実施例を示す。近接場光を発生させるための散乱体１及び反射層３は、導波路６１下部に形成し、それらを可動部６０上に形成した。半導体レーザ５２で発生した光を、スライダ上部に形成したマイクロレンズ２５に導入し、そのレンズで集光された光（図１３中破線）の焦点に、導波路６１のコアの中心が来るようにした。光源側への戻り光７は、ビームスプリッタ５４を用いて、入射光６と分離し、それをフォトダイオード６４を用いて検出した。このフォトダイオードの出力の大小が、浮上量の大小に相当する。このフォトダイオードの出力を増幅器７１で増幅した後、ＰＩ制御回路５７に導入する。ＰＩ制御回路５７内部においては、フォトダイオードからの出力と基準電圧を比較し、フォトダイオードからの出力と基準電圧の差に比例する電圧を出力させた。その出力を増幅器７１で増幅後、浮上量を変化させるための素子に導入した。本実施例では、浮上量を変化させるための素子としては、ピエゾ素子５１を用いた。ピエゾ素子を可動部６０上部に取り付け、増幅器７１の出力をピエゾ素子に印加した。なお、本実施例では浮上量を変化させる方法としてピエゾ素子を用いたが、スライダ中にヒータを設置し、ヒータで加熱することにより近接場光発生素子付近を膨張させることにより、浮上量ｔ3を変化させても良い。また、浮上量自体を変化させるのではなく、半導体レーザ５２の光量を変化させることにより、浮上量変動による、近接場光強度の変動を抑制しても良い。すなわち、浮上量が変化すると、媒体記録層における近接場光強度が変動する。このとき浮上量の変化量に応じて、半導体レーザ５２の出力強度を変化させ、記録層における近接場光が一定になるようにしても良い。
図１４は、浮上量のモニタと記録情報の再生を同時に行うための光学系の実施例を示す。光源方向への戻り光７を１／２波長板５８に導入後、偏光ビームスプリッタ６３で２つの偏光成分に分離した。分離後の光は、それぞれフォトダイオード５５で検出した。偏光ビームスプリッタに入射する光の偏光方向は、偏光ビームスプリッタを透過する光の偏光方向に対し、４５度傾いた方向になるように１／２波長板５８を調整した。記録情報を再生するためには、図１０の実施例と同様、２つのフォトダイオードからの信号強度の差を検出した。一方、浮上量モニタ用には、２つのフォトダイオードからの信号強度の和を検出した。
反射率Ｒの微分量の絶対値が最大となるように厚さｔ2を設定したとき、反射率Ｒが最小になるように厚さｔ2を設定したときに比べ、光源側に戻る光７の強度が大きくなり、また近接場光強度も小さくなってしまう。これを防ぐため、反射率Ｒの浮上量ｔ3に対する微分量の絶対値が最大となる厚さと反射率Ｒが最小になる厚さの間にｔ2を設定しても良い。また、別の方法として、浮上量モニタ用に、近接場光発生用の光とは別の波長を持つ第２の光を導入しても良い。すなわち、散乱体１周辺の層２の厚さｔ2は、近接場光を発生させるための光に対し反射率Ｒが最小になるように設定する。このとき、別の波長を持つ第２の光を入射させると、この波長の光に対する反射率Ｒは大きくなる。
図１５は、近接場光を発生させる光として波長７８０ｎｍの光を利用し、浮上量モニタ用の第２の光として波長８３０ｎｍの光を利用した場合の、散乱体１周辺の層２の厚さｔ2と反射率の関係を表す。ここでは、近接場光発生用の散乱体１、反射層３及び媒体の材質、寸法は図１の場合と同じにした。散乱体周辺の層２の材質はＳｉＯ2にした。破線が波長７８０ｎｍの光に対する反射率、実線が波長８３０ｎｍの光に対する反射率を表す。この図に示すように、波長７８０ｎｍの光に対しては、散乱体周辺の層２の厚さｔ2が２００ｎｍのとき反射率が最小となる。このとき波長８３０ｎｍの光に対しては、反射率Ｒのｔ2に対する微分量（ｄＲ／ｄｔ2）の絶対値は大きくなる。反射率Ｒのｔ2に対する微分量（ｄＲ／ｄｔ2）が大きくなるとき、反射率Ｒのｔ3に対する微分量（ｄＲ／ｄｔ3）も同時に大きくなる。したがって、散乱体周辺の層２の厚さｔ2が２００ｎｍになるようにして、散乱体の波長８３０ｎｍの光をモニタすることにより、浮上量を感度良く測定することが出来る。
図１６に、２波長の光を用いた場合の光学系の実施例を示す。近接場光発生用の光源として波長７８０ｎｍの半導体レーザ５２を用い、浮上量モニタ用光源として、波長８３０ｎｍの半導体レーザ６５を用いた。２つのレーザからの光は、ビームスプリッタ７３を用いて互いに重なるようにした。光源側への戻り光７は、ビームスプリッタ５４で分離した後、波長８３０ｎｍの光は反射し、波長７８０ｎｍの光は透過するダイクロイックミラー７２で、浮上量モニタ用の光と光再生用の光に分離した。波長８３０ｎｍの光はフォトダイオード６４で検出した。このフォトダイオードの出力の変動が、浮上量の変動に相当する。波長７８０ｎｍの光は、図１０の実施例の場合と同じように、偏光ビームスプリッタで２つの偏光成分に分けた後、フォトダイオード５５で検出した。差動増幅器５６で２つのフォトダイオードの信号の差をとり、再生信号用の信号処理回路に導入した。
［実施例３］
次に、本発明の近接場光発生器を磁気ディスク装置に用いられる単磁極ヘッドと組み合わせた場合の実施例について説明する。
図１７は、単磁極ヘッドと散乱体を組み合わせた記録ヘッドの断面図を示す。スライダ５の表面に近接場光を発生させるための散乱体１を形成し、その上部に反射層３及び導波路６１を形成した。導波路コアの材質はＴａ2Ｏ5、散乱体周辺部の材質はＳｉＯ2にした。近接場光発生素子、導波路の材質、形状は図８の実施例と同じとした。光は波長７８０ｎｍの半導体レーザを用いて発生させ、半導体レーザから発生する光を導波路２２を用いてスライダまで導いた。導波路２２から出射した光は、コリメートレンズ２３および集光レンズ２５を通過させた後、ミラー２４で折り返し、近接場光発生素子につながる導波路６１にカップリングさせた。ここで、集光レンズ２５は、導波路６１の端面で光が集光するように配置した。磁界は、薄膜コイル１７を用いて発生させ、発生した磁界を主磁極１８によって散乱体１の近くに導いた。薄膜コイル１７の反対側には、閉磁路を形成するための補助磁極１９を形成した。導波路の横には、記録マークを再生するための、磁気再生素子（Giant Magneto Resistive (GMR)素子又はTunneling Magneto Resistive (TMR)素子）２０を形成した。磁気再生素子２０の周辺には、周りからの磁界を遮蔽するためのシールド２１を形成した。
図１８に、上記記録ヘッドを用いた記録装置全体図を示す。本発明の記録ヘッドが搭載されたスライダ２６はサスペンション２７に固定し、ボイスコイルモータ２８で位置を動かした。ヘッド表面には浮上用パッドを形成し、記録ディスク２９の上を浮上量１０ｎｍ以下で浮上させた。記録ディスク２９としては、磁気記録媒体を用いた。記録ディスク２９は、モータによって回転駆動されるスピンドル３０に固定し回転させた。記録の瞬間、記録ヘッド中に設けたコイルにより磁界を発生すると同時に、半導体レーザを発光させ、記録マークを形成した。図１０及び図１３などの、光再生や浮上量モニタ用の光学系は、薄型光モジュール３２にし、サスペンションの根元に配置した。薄型光モジュール３２からの光は導波路２２を用いてスライダ２６中の記録ヘッドに導いた。記録波形生成及び再生信号の信号処理は信号処理回路３１により行った。
上記実施例では、記録媒体として磁気媒体を利用したが、相変化媒体、フォトクロミック媒体などを用いて記録装置を構成しても良い。この場合、再生素子としては磁気再生素子２０に替えて、近接場光を発生させる散乱体１から発生する散乱光の強度変化を検出することにより行えば良い。
本発明の近接場光発生器を示す側断面図。 本発明の近接場光発生器を示す斜視図。 散乱体周辺部の層の厚さｔ2と反射率、近接場光強度の関係を示す図。 近接場光強度分布を示す図で、（ａ）は反射層を設けない場合、（ｂ）は反射層を設けた場合の図。 散乱体周辺の層の厚さと近接場光発生効率および散乱体に入射する光のスポット径の関係を表す図で、（ａ）は近接場光発生効率との関係を示す図、（ｂ）は光スポット径との関係を示す図。 反射層として、屈折率の異なる２層の界面を用いた場合の例を示す図。 反射層として、屈折率の異なる２層の界面を用いた場合の、散乱体周辺部の層の厚さｔ2と反射率、近接場光強度の関係を示す図。 散乱体及び反射層を導波路端部に設置した場合の例を示す図。 散乱体及び反射層を集光レンズ底面に設置した場合の例を示す図。 再生用光学系の例を示す図。 浮上量と反射率の関係を示す図。 媒体表面における近接場光強度と浮上量の関係を示す図で、反射層がある場合と、ない場合の関係を示す図。 浮上量モニタ用光学系の例を示す図。 記録信号再生と浮上量モニタを同時に行うための光学系の例を示す図。 散乱体周辺部の層の厚さｔ2と反射率の関係を示す図で、波長が７８０ｎｍの場合と、８３０ｎｍの場合の関係を示す図。 波長の異なる２つの光を用いた場合の例を示す図。 磁気記録装置用単磁極ヘッドと組み合わせた場合の例を示す図。 記録再生装置の構成例を示す図。
符号の説明
１ 散乱体
２ 散乱体周辺の層
３ 反射層
５ スライダ
６ 入射光
７ 光源側への戻り光
８ 媒体
９ エアーギャップ
１０ 遮光膜
１１ 近接場光が発生する頂点
１２ 保護膜
１３ 磁気記録層
１４ 下地層
１５ 基板
１６ レンズ
１７ コイル
１８ 主磁極
１９ 補助磁極
２０ 磁気再生素子
２１ シールド
２２ 導波路
２３ コリメートレンズ
２４ ミラー
２５ 集光レンズ
２６ スライダ
２７ サスペンション
２８ ボイスコイルモータ
２９ 記録ディスク
３０ スピンドル
３１ 信号処理用ＬＳＩ
５０ 両側で屈折率が異なる面
５１ ピエゾ素子
５２ 半導体レーザ
５３ コリメートレンズ
５４ ビームスプリッタ
５５ フォトダイオード
５６ 差動増幅器
５７ フィードバック回路
５８ １／２波長板
５９ 引き算及び和算回路
６０ 可動部分
６１ 導波路
６２ 信号光
６３ 偏光ビームスプリッタ
６４ 浮上量モニタ用フォトダイオード
６５ 浮上量モニタ用半導体レーザ
６６ 導波路コア
６７ 導波路クラッド
７１ 増幅器
７２ ダイクロイックミラー
７３ ビームスプリッタ

Claims (10)

  1. 光源と、
    前記光源からの光を受けて被照射体に近接場光を照射する散乱体と、
    前記散乱体の側方及び上方を取り囲む膜と、
    前記膜の上に設けられた反射層とを有し、
    前記膜の厚さが、０より大きく、かつ当該膜を伝播する前記光源からの光の波長の３倍以下であることを特徴とする近接場光発生器。
  2. 請求項１記載の近接場光発生器において、前記反射層は金属層又は屈折率が互いに異なる２層の界面又は誘電体多層膜であることを特徴とする近接場光発生器。
  3. 請求項１記載の近接場光発生器において、前記反射層と被照射体表面の間で光の多重干渉が生じることを特徴とする近接場光発生器。
  4. 光源と、
    前記光源からの光を受けて被照射体に近接場光を照射する散乱体と、
    前記散乱体の側方及び上方を取り囲む膜と、
    前記膜の上に設けられた反射層とを有し、
    前記膜の厚さが、前記反射層の上部に進行する戻り光の強度を最小とする厚さ又は前記散乱体が発生する近接場光の強度を最大にする厚さであることを特徴とする近接場光発生器。
  5. 請求項４記載の近接場光発生器において、前記反射層は金属層又は屈折率が互いに異なる２層の界面又は誘電体多層膜であることを特徴とする近接場光発生器。
  6. 請求項４記載の近接場光発生器において、前記反射層と被照射体表面の間で光の多重干渉が生じることを特徴とする近接場光発生器。
  7. 記録媒体と、
    前記記録媒体を駆動する媒体駆動部と、
    前記記録媒体に対して記録再生動作を行うヘッドと、
    前記記録媒体に対する前記ヘッドの位置を制御するヘッド駆動部とを備え、
    前記ヘッドは、光源、前記光源からの光を受けて前記記録媒体に近接場光を照射する散乱体、前記散乱体の側方及び上方を取り囲む膜、前記膜の上に設けられた反射層及び前記反射層の上部に進行する反射光の強度を検出する光検出器を有し、
    前記光検出器の出力により前記記録媒体表面に対する前記ヘッドの浮上量を検出することを特徴とする記録再生装置。
  8. 請求項７記載の記録再生装置において、前記浮上量ｔと、前記反射層への入射光と前記反射光の強度比Ｒの関係をＲ＝ｆ(ｔ)とし、目標とする浮上量をｔ0とするとき、強度比Ｒのｔに対する微分量の絶対値
    Figure 2007334936
     が実質的に最大となるように前記散乱体の側方及び上方を取り囲む膜の厚さが設定されていることを特徴とする記録再生装置。
  9. 請求項７記載の記録再生装置において、前記ヘッド本体に対して、前記散乱体、前記散乱体の側方及び上方を取り囲む膜及び前記膜の上に設けられた反射層を含む構造体を前記浮上量が増減する方向に駆動する駆動手段を有し、前記光検出器の出力を用いて前記駆動手段による駆動量を制御することを特徴とする記録再生装置。
  10. 請求項７記載の記録再生装置において、前記反射層の上部に進行する前記近接場光を発生させるための光の戻り光の強度が最小となるように前記散乱体の側方及び上方を取り囲む膜の厚さが設定され、前記近接場光を発生させるための光と波長の異なる第２の光を前記ヘッドに入射させ、前記第２の光の戻り光を前記光検出器で検出することにより、前記浮上量を検出することを特徴とする記録再生装置。

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