JP2008117509A - 曲げ導波路、その製造方法、曲げ導波路を利用した光伝送モジュール及び曲げ導波路を採用した熱補助磁気記録ヘッド - Google Patents

曲げ導波路、その製造方法、曲げ導波路を利用した光伝送モジュール及び曲げ導波路を採用した熱補助磁気記録ヘッド Download PDF

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Abstract

【課題】曲げ導波路、その製造方法、曲げ導波路を利用した光伝送モジュール及び曲げ導波路を採用した熱補助磁気記録ヘッド
【解決手段】入射される光のエネルギー分布を変えて、強化された近接場光を放出する近接場光強化開口構造の出力端を有するコアと、コアを取り囲む金属クラッドと、を備え、コアは、曲線に曲がっており、曲線の曲率半径は、入射される光の波長に対する透光度がピークとなる共振半径であることを特徴とする曲げ導波路である。これにより、別途の光学要素なしに、既存の近接場光強化開口が有するフィールド強化特性をそのまま維持しつつ、入射された光を所定角度に方向転換しうる。
【選択図】図８Ａ

Description

本発明は、曲げ導波路、その製造方法、曲げ導波路を利用した光伝送モジュール、及び曲げ導波路を採用した熱補助磁気記録ヘッドに係り、さらに詳細には、強化された近接場光を具現可能であり、かつ集積型に製作可能な曲げ導波路、その製造方法、曲げ導波路を利用した光伝送モジュール、及び曲げ導波路を採用した熱補助磁気記録ヘッドに関する。
磁気記録ヘッド分野において、磁気記録の高密度化のための熱補助磁気記録（Ｈｅａｔ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ、以下‘ＨＡＭＲ’という）方式が研究されている。ＨＡＭＲ方式とは、記録媒体の局所部位をキュリー温度近くに加熱して、該当位置の保磁力を一時的に減少させて記録を行う方式である。ＨＡＭＲ方式を利用すれば、既存の磁気記録方式に比べて、記録のために必要な磁場のサイズを縮小しうる。このとき、データの記録される領域は、キュリー温度近くに加熱された部分であるため、記録密度は、ギャップ間の磁場を発生させる磁極のサイズではなく、加熱される部分の幅によって決定される。例えば、加熱手段がレーザダイオードである場合、レーザダイオードから照射されるレーザ光のスポットサイズによってデータ記録密度が決定される。
これにより、ＨＡＭＲヘッドは、記録媒体にレーザ光を照射するための光伝送モジュールが要求される。光伝送モジュールは、メインポールに隣接した位置まで光を伝達し、記録媒体に結ばれる光スポットのサイズを小さくしつつ、高い光度を有させる。このような光伝送モジュールは、光源、導波路及び小型開口を備え、メインポールに隣接した小さい空間に集積される。ところが、従来の磁気ヘッドの構造を大きく変えないためには、光伝送モジュールの配置位置が制限される。例えば、光源から小型開口まで光を伝達する導波路は、メインポールに垂直（図１９で、ｘ方向）して配置されることが容易であるが、この場合、導波路の方向は、メインポールの端部に隣接して配置される小型開口の方向と９０°の差がある。したがって、この場合には、導波路と小型開口との間には、９０°の方向転換をさせる光学要素が必要である。このような光学要素としてミラーを採用しうるが、薄膜に製造される従来の磁気ヘッド上に、このような体積を有する構造の光学要素を集積するのは、現実的に難しいという問題点がある。
さらに、光伝送モジュールは、既存の磁気ヘッド工程のような一括工程内で製作されることが望ましい。このためには、例えば、１７５℃以下の低温工程で製作が可能であり、プラナー工程によって製作可能な導波路及び小型開口が要求される。
一方、小型開口は、導波路を通じて伝送された光を記録媒体の記録層に伝達する。このとき、高記録密度を達成するためには、記録層に伝えられる光は、近接場スポットサイズを有すると同時に、記録層をキュリー温度近くに加熱できる高い強度を有さねばならない。一般的に、最小スポットサイズは、小型開口のサイズによって決定される。開口のサイズが小さいほど、さらに高い記録密度の向上が期待される。しかし、開口のサイズが入射光の波長よりはるかに小さくなれば、開口のパワー効率が大きく低下する。すなわち、小型開口を小さくすれば、高空間分解能は実現可能であるが、パワー効率が過度に低いため、小型開口の適用に限界がある。このような低い透過効率の問題を克服するために、色々な形態の近接場光強化開口が提案されて研究されてきた。しかし、設置される位置がＨＡＭＲヘッドのように、制限的な装置に容易に設置される近接場光強化開口は製作し難い。
本発明が解決しようとする課題は、ＨＡＭＲヘッドの光伝送モジュールに要求される、設置される位置が容易に方向を転換して近接場光を放出できる導波路、その製造方法、曲げ導波路を利用した光伝送モジュール、及び曲げ導波路を採用したＨＡＭＲヘッドを提供することである。
前記課題を解決するために、本発明の一実施形態による曲げ導波路は、入射される光のエネルギー分布を変えて、強化された近接場光を放出する近接場光強化開口構造の出力端を有するコアと、前記コアを取り囲む金属クラッドと、を備え、前記コアは、曲線に曲がっており、前記曲線の曲率半径は、前記入射される光の波長に対する透光度がピークとなる共振半径であることを特徴とする。
前記課題を解決するために、本発明の一実施形態による導波路の製造方法は、基板上に金属を積層して下部クラッド層を形成する工程と、前記下部クラッド層上に所定の曲率半径を有する曲線にパターンされたコア層を積層するが、前記コア層の幅及び厚さは、入射される光の波長より小さいか、または同じであり、前記曲率半径は、入射される光の波長に対する透光度がピークとなるように形成する工程と、前記コア層上に金属を積層して上部クラッド層を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
前記課題を解決するために、本発明の一実施形態による曲げ導波路を利用した光伝送モジュールは、入射される光のエネルギー分布を変えて、強化された近接場光を放出する近接場光強化開口構造の出力端を有するコアと、前記コアを取り囲む金属クラッドとを備える第１導波路を備え、前記第１導波路は、前記コアが曲線に曲がっており、前記曲線の曲率半径は、前記入射される光の波長に対する透光度がピークとなる共振半径となる曲げ導波路であることを特徴とする。
前記課題を解決するために、本発明の一実施形態による曲げ導波路を採用したＨＡＭＲヘッドは、磁気記録媒体に情報を記録するための磁場を形成する磁気記録部と、前記磁気記録媒体の記録予定領域を加熱するために光を照射する光伝送モジュールとを備えるＨＡＭＲヘッドであって、前記光伝送モジュールは、入射される光のエネルギー分布を変えて、強化された近接場光を放出する近接場光強化開口構造の出力端を有するコアと、前記コアを取り囲む金属クラッドとを備える第１導波路と；前記第１導波路に光を伝送する第２導波路とを備え、前記第１導波路は、前記コアが曲線に曲がっており、前記コアの曲率半径は、前記入射される光の波長に対する透光度がピークとなる共振半径となる曲げ導波路であることを特徴とする。
本発明による曲げ導波路、その製造方法、曲げ導波路を採用した光伝送モジュール及び曲げ導波路を採用したＨＡＭＲヘッドは、次のような効果を有する。
第一に、別途の光学要素なしに既存の近接場光強化開口が有するフィールド強化特性をそのまま維持しつつ、入射された光を所定角度に方向転換しうる。
第二に、Ｃ型開口のような近接場光強化開口構造によって、小さいスポットサイズと光度とが得られる。
第三に、曲げ導波路は、低温のプラナープロセスを通じて製造可能であるので、従来の磁気記録ヘッドと共に一括製造される。
以下、添付された図面を参照して、本発明の望ましい実施形態による曲げ導波路、その製造方法、曲げ導波路を利用した光伝送モジュール、及び曲げ導波路を採用したＨＡＭＲヘッドを詳細に説明する。
まず、本発明の曲げ導波路の原理について説明する。
図１Ａ及び図１Ｂは、フィールド強化メカニズムを示す。
図１Ａは、近接場光強化開口１１が設けられた薄い金属プレート１０に光Ｌが入射されるところを図式的に示す。このとき、近接場光強化開口１１とは、強化された近接場光を放出する開口であって、例えば、図２で示されるＣ型開口がある。図面を参照すれば、薄い金属プレート１０の場合、近接場光強化開口１１を通じて入射される光Ｌが開口を通過するためには、透過共振条件を満足せねばならない。透過共振は、近接場光強化開口１１の入力端側及び出力端側から発生する金属プレート１０の電荷及び電流の集合的な表面共振に起因する。このように透過共振条件を満足する入射光は、近接場光強化開口１１でフィールド強化されることによって、透過率の急減なしに後方散乱される。
一方、図１Ｂを参照すれば、厚い金属プレート１５の場合には、近接場光強化開口１６の内部でも追加的な電荷及び電流の振動があり、他の様相の厚さ共振が存在する。したがって、近接場光強化開口１６での全体透過及びフィールド強化は、表面共振だけでなく、厚さ共振の相互作用によって決定される。このような厚さ共振は、後述するように、近接場光強化開口１６の厚さ方向に透過される光Ｌが定常波をなす時になされる。すなわち、金属プレート１５が一定厚さ以上を有する場合に、近接場光強化開口１６に入射される光Ｌが円滑に透過されるためには、金属プレート１５と入射される光Ｌとは、所定の厚さ共振条件を満足せねばならない。
次いで、図２ないし図７Ｃを参照して、金属プレートの厚さによる共振特性を説明する。
図２は、近接場光強化開口構造の一例であって、金属プレート１８に設けられたＣ型開口１９を示し、図３は、このような金属プレート１８の厚さによる共振特性をグラフで示す。ここで、金属プレート１８は、導電性に優れた金（Ａｕ）で形成され、その厚さは、数ｎｍから１２００ｎｍまで変化する。また、Ｃ型開口１９は、縦方向の長さａが２７０ｎｍであり、横方向の長さｂが１８０ｎｍであり、ギャップＧが９０ｎｍであるサイズを有する。
まず、金属プレート１８が数ｎｍないし数十ｎｍの厚さの薄膜である時のＣ型開口１９の共振特性を説明すれば、６５０ＴＨｚ付近（図４を参照すれば、６５１.４６４ＴＨｚ）で表面共振周波数が現れる。この表面共振周波数は、金属プレート１８の厚さが数ｎｍないし５００ｎｍの範囲内にある場合に、厚さ変化に関係なしに一定に維持され、金属プレート１８の厚さが５００ｎｍ以上になれば、消える。図４は、薄膜の金属プレート１８における開口共振特性を示す周波数応答関数（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ｆｕｃｔｉｏｎ：ＦＲＦ）のグラフである。このＦＲＦは、薄膜の金属プレート１８に設けられたＣ型開口１９にインパルスを入力し、出力反応を求めて得られる。ピーク地点の開口共振は、Ｃ型開口１９の入力端側と出力端側とで発生する金属プレート１８の電荷及び電流の集合的な表面共振に起因すると解析される。すなわち、Ｃ型開口１９の入力端側と出力端側とで電子及び電流は、カップリングされつつ表面共振されて、入射された光は、消滅波状に透過できる。
一方、金属プレート１８の厚さが５００ｎｍを超えれば、Ｃ型開口１９の入力端側と出力端側とで電子及び電流の表面共振がカップリングされないことによって、表面共振による透過がそれ以上期待できなくなる。しかし、図３のグラフに示されたように、金属プレート１８の厚さ増大によって、最初の共振周波数、すなわち、表面共振周波数以外にも、相継いで残りの共振周波数は新たに現れる。例えば、金属プレート１８の厚さが１００ｎｍに若干及ばない付近で厚さ共振が生じ、これに該当する１次厚さ共振周波数が厚さ増大につれて徐々に増加する。そして、金属プレート１８の厚さが１００ｎｍとなる付近で、さらに他の厚さ共振が生じ、これに該当する２次厚さ共振周波数は、厚さ増加につれて徐々に減少する。前記１次及び２次厚さ共振周波数は、厚さ８５０ｎｍの付近で重なる現象を示す。
入射光の周波数が７８０ｎｍ（３８４.６ＴＨｚ）である場合に、厚さ共振は、図面から分かるように、厚さ３００ｎｍ、７２０ｎｍ、１１３０ｎｍで期待できる。図５は、このような厚さ共振を金属プレート１８の厚さに対する透過される電場の強度（すなわち、光度）のグラフとして示す。図５によれば、１次厚さ共振における光度が最も大きく、以後の２次及び３次厚さ共振における光度は、徐々に低下する様相を示すが、金属プレート１８の厚さが増加しても、Ｃ型開口１９のフィールド強化特性が依然として存在するということが分かる。
図６Ａないし図６Ｃは、Ｃ型開口１９の内部で伝播される光の強度分布を示す。図面から分かるように、金属プレート１８の厚さが増加するにつれて、Ｃ型開口１９の内部で伝播される光の強度分布が１次、２次及び３次の定常波パターンを示すということが分かる。すなわち、Ｃ型開口１９の内部に伝播される光が定常波をなす時に、透過出力の急激な減少なしに透過され、このとき、金属プレート１８の厚さは、定常波の節間隔に該当するということが分かる。
図７Ａないし図７Ｃは、図６Ａないし図６Ｃに示されたＣ型開口１９を通過した光の開口透過後４０ｎｍでのスポット形態をそれぞれ示す。前記スポットは、そのサイズ及び形態がほとんど類似しており、単に、ピークの光度で差を示す。このように、スポットのサイズ及び形態が類似しているのは、Ｃ型開口１９の出力端では、開口断面の形態がほとんどＣ型になって同一であるためであると解析される。
以下、前述した原理を利用した本発明の実施形態を説明する。
図８Ａは、本発明の一実施形態による曲げ導波路の斜視図であり、図８Ｂは、図８ＡのＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線による断面図である。
図面を参照すれば、本実施形態の導波路２０は、曲線に曲がったコア２２と、前記コア２２を取り囲む金属クラッド２１とを有する。
前記金属クラッド２１は、導電性の良好な金属材質で形成される。図示された金属クラッド２１の外郭形状は、コア２２の曲げ形状と類似しているが、このような形状に限定されない。例えば、図１３Ａ及び図１３Ｂに示したように、金属クラッド３１の外郭形状は、曲げコア２２が置かれた面上から見た時に、正四角形のような形状であってもよい。
コア２２は、透光される透明材質で形成される。前記コア２２は、所定の曲率半径Ｒを有する曲線で９０°曲がっている。前記コア２２の横断面は、コア２２の全領域にわたって金属クラッド２１の一部が前記コア２２の中心部側に突出して形成されたリッジ部２３を有するＣ型開口構造を有する。これにより、前記コア２２の入力端２２ａと出力端２２ｂとは、Ｃ型開口構造を有する。このとき、Ｃ型開口は、入射される光の波長とその大きさとが同じであるか、または小さいスポットサイズの近接場光を放出できるように設計される。
前記Ｃ型開口は、近接場光強化開口構造の一例であって、入射される光のエネルギー分布を変えて、強化された近接場光を放出する。近接場光強化開口は、例えば、Ｃ型開口、Ｌ型開口、Ｘ型開口、蝶ネクタイ型アンテナ探針など当該技術分野において公知とされており、これについては、ここで詳細な説明を省略する。
前記コアの曲率半径Ｒは、後述するように、前記入射される光の波長に対する透光度がピークとなる共振半径でなければならない。
以下、本実施形態の導波路２０における共振半径について説明する。
金属プレートが厚くなれば、開口の入力端と出力端との距離が遠くなるので、観点を変えて見れば、開口は、一種の導波路コアと解釈される。すなわち、図２ないし図７Ｃを参照して述べたＣ型開口１９は、一種の直線Ｃ型導波路と見なせる。これと同様に、本実施形態の導波路２０は、曲線Ｃ型導波路と見なせる
図２ないし図７Ｃを参照して説明されたところによれば、厚い金属プレート１８に設けられたＣ型開口１９を入射光が通過するためには、厚さ共振条件を満足せねばならない。これと同様に、本実施形態のコア２２は、入射光が大きい損失なしに通過するために、所定の共振条件を満足せねばならない。
図９及び図１０は、本実施形態の導波路２０における入力周波数についてのＦＲＦを示すグラフであって、導波路２０の半径共振特性を示す。図面を参照すれば、導波路２０の曲率半径Ｒが３００ｎｍ、４００ｎｍ、５００ｎｍ、６００ｎｍ、７００ｎｍ、及び８００ｎｍと異なるようにする時に、異なる半径共振周波数が現れるということが見られる。曲率半径Ｒが３００ｎｍである時に、２００ＴＨｚ〜８００ＴＨｚの区間に３個のピーク（３８０ＴＨｚ、４９４ＴＨｚ、７５０ＴＨｚ）が存在する。最初の周波数ピーク（すなわち、１次半径共振周波数）は、曲率半径Ｒが増大すれば、右側に少しずつ移動し、そのサイズは、大きくなるということが分かる。残りの周波数ピーク（すなわち、２次以上の半径共振周波数）は、曲率半径Ｒが増大するにつれて最初の周波数ピークに向けて速く移動し、そのサイズは、徐々に縮小する。また、曲率半径Ｒの増大によって、８００ＴＨｚの区間内に新たなピークが出現し続け、その挙動は類似している。
図１１は、図９及び図１０の結果に基づいて、曲率半径の変化によって変化する共振周波数の変化を示すグラフである。共振周波数の変化の様相は、前で導出されたように、１次半径共振周波数のみが曲率半径の増大につれて徐々に増加し、残りの周波数は、曲率半径の増大につれて指数関数的に減少するようになる。このような様相は、図３を参照して説明されたＣ型開口、すなわち直線Ｃ型導波路の様相とほとんど類似している。但し、直線Ｃ型導波路と異なる点は、厚さ増大につれてほとんど共振周波数値が変わらなかった表面共振が観察されないという点である。これは、次のように理解される。直線Ｃ型導波路の場合には、入力端と出力端とが同じ方向に位置している。したがって、二面の間に存在する電荷間のカップリングが存在し、これにより、入力端と出力端とをつなぐ消滅波が存在する。この場合にも、厚さが所定の限界値以上増大して、それ以上のカップリングが難しくなれば、消滅波が存在しなくなり、それ以上の厚さ共鳴周波数は、現れない。一方、本実施形態の導波路２０のような曲線Ｃ型導波路の場合には、入力端と出力端とが９０°の角をなすので、入力端と出力端との間に存在する電荷間のカップリングが不可能であり、表面共振周波数も存在しなくなると考えられる。入射光の周波数を４６１.５ＴＨｚ（６５０ｎｍ）とすれば、曲率半径Ｒが３５０ｎｍと８００ｎｍとである導波路２０で共振現象が発生する。したがって、入射光の周波数を４６１.５ＴＨｚとする時に、Ｃ型開口構造のコアを有する導波路２０の曲率半径Ｒを３５０ｎｍまたは８００ｎｍに設計すれば、電場の強度が大きく低下せずにフィールド強化特性を維持しうる。
図１２は、曲率半径変化による電場強度の変化を計算したグラフである。グラフでの電場強度は、入射光の周波数が４６１.５ＴＨｚである時に、曲げ導波路２０の出力端から１０ｎｍほど離れた地点に分布された電場で最大値である。図面を参照すれば、曲率半径Ｒが３５０ｎｍと８００ｎｍとである曲げ導波路で電場強度が最大となる。これは、図１１の解釈と一致し、入射光の周波数が４６１.５ＴＨｚに対して、共振半径は、３５０ｎｍと８００ｎｍとであることを再確認できる。
図１３Ａ及び図１３Ｂは、共振半径を有する導波路の内部で伝播される光の強度分布を示す。図面に示された曲げ導波路は、金属クラッド３１の形状を除いては、図８Ａ及び図８Ｂに示された曲げ導波路２０と実質的に同一である。図面を参照すれば、曲げ導波路における共振次数は、コア３２の曲率半径Ｒの増大につれて増加し、これにより、導波路の内部での光度のパターン様相も変化することが見られる。
図９ないし図１３Ｂを参照すれば、導波路が曲がっている場合にも、直線導波路での厚さ共振に対応する共振特性が現れることが分かり、このような共振は、図１１に示されるように、入射される光の波長と曲げ導波路の曲率半径とが所定関係を満足する時になされる。すなわち、本実施形態の共振半径は、入射される光の波長に対する透光度がピークとなる曲率半径、すなわち、入射される光の波長に対して共振が起きる曲率半径である。
前述したように、本実施形態の導波路（図８Ａの２０）によれば、入力端２２ａの方向と出力端２２ｂの方向とが９０°の差が出ても、半径共振条件を満足する場合には、伝送される光を９０°に方向転換しうる。それと共に、本実施形態の導波路２０は、方向転換だけでなく、出力端がＣ型開口構造を有するので、入射される波長以下の小さいスポットサイズと強い光度とを有する近接場光を放出しうる。
本実施形態の導波路２０は、光を９０°に方向転換する場合であるが、これに限定されるものではない。
図１４Ａ及び図１４Ｂは、伝送される光を任意のθ（０＜θ＜１８０°）ほど方向転換する場合に、前述した実施形態の一変形例を示す。金属クラッドの外郭形状には、別途の限定が要求されないので、図面では、曲げ導波路のコア７１のみを示す。図１４Ｂは、図１４Ａのコア７１をＡ方向及びＢ方向に見た形状であって、Ｃ型開口の構造を示す。本変形例の導波路２０は、入力端７１ａと出力端７１ｂとの角度がθであり、入力端７１ａと出力端７１ｂとの距離は、角度θに比例する。入力端７１ａと出力端７１ｂとの距離は、半径共振条件の変数となるので、本変形例のコア７１の共振半径は、入射される光の波長だけでなく、角度θによって変わりうる。
図１５は、図８Ａ及び図８Ｂを参照して説明した実施形態の他の変形例を示す。本変形例のコア７３の任意の地点での横断面形状や、入力端７３ａ及び出力端７３ｂの形状は、図１４Ｂと実質的に同一である。本変形例は、図１４Ａで角度θが１８０°である場合であって、伝送される光を１８０°に方向転換する場合を示す。このように、図１４Ａでの角度θは、任意の値が可能である。
図１６は、本発明の第２実施形態を示す。
図面を参照すれば、本実施形態の曲げ導波路は、Ｓ型に曲がったコア７５を備える。本実施形態もやはり、金属クラッドの外郭形状には、別途の限定が要求されないので、図面では、曲げ導波路のコア７５のみを示す。また、本実施形態のコア７５の任意の地点での横断面形状と、入力端７５ａ及び出力端７５ｂの形状とは、図１４Ｂと実質的に同じＣ型開口構造である。
前記コア７５は、図８Ａを参照して説明されたコア２２が２個連結された形態と理解される。すなわち、Ｓ型曲線は、２個の方向が相互逆である２個の曲率半径Ｒ１,Ｒ２と定義され、それぞれの曲率半径Ｒ１,Ｒ２は、図９ないし図１３Ｃを参照して説明された所定の半径共振条件を満足せねばならない。このように、２個の曲率半径Ｒ１,Ｒ２がそれぞれ共振半径に該当する場合、入射された光は、それぞれの曲率半径Ｒ１,Ｒ２が定義される区間で最大の透過効率を有して貫通して出射される。
このように、９０°の方向転換が可能なコア２２を逆方向に接合することによって、方向転換はなく、光路を平行に移動させる構造が可能である。
図１７Ａないし図１７Ｃは、本発明の第３実施形態による曲げ導波路を示す。本実施形態もやはり、金属クラッドの外郭形状には、別途の限定が要求されないので、図１７Ａでは、曲げ導波路のコアのみを示す。図１７Ｂは、図１７Ａに示されたコアで入力端をＡ方向から見た形態であって、幅の広いＣ型開口の構造を示す。図１７Ｃは、図１７Ａに示されたコア８１で出力端８１ｂをＢ方向から見た形態であって、幅の狭いＣ型開口の構造を示す。
図面を参照すれば、コア８１の全体幅及び厚さは、コア８１の任意の横断面で一定であるが、コア８１の中心部側に金属クラッド（図示せず）が突出して形成されたリッジ部８２の幅が入力端８１ａから出力端８１ｂに行くほど狭くなる。このようなテーパ構造は、外部の光源ないしさらに他の導波路とのカップリング効率を高めつつ、放出される近接場光のスポットサイズの縮小に有利である。すなわち、外部の光源とのカップリング効率を高めるために、コア８１の全体幅及び厚さは、十分に大きくし、入力端８１ａ側のリッジ部８２ａの幅も十分に広くする。放出される近接場光のスポットサイズは、出力端８１ｂ側のリッジ部８２ｂの幅と比例するので、出力端８１ｂ側のリッジ部８２ｂの幅を入射される波長より十分に狭くする。
前述したテーパ構造は、一例であり、これに限定されない。例えば、リッジ部の幅だけでなく、コア８１の横断面自体が入射された光の伝送方向に行くほど小さくなるテーパ構造も可能である。一方、本実施形態の曲げ導波路は、厚さが一定した平板型導波路であってもよく、この場合、コア８１の厚さは、一定しつつ、コア８１の幅が入射された光の伝送方向に行くほど小さくなるテーパ構造も可能である。このようなテーパ構造でも、前記図９ないし図１３Ｃを参照して説明された半径共振のような共振現象が発生し、前記コア８１の曲率半径は、入射される光の波長に対して、かかる共振が起きる共振半径でなければならない。
前述した実施形態で、コアの横断面は、Ｃ型開口構造であるが、これに限定されるものではない。前記コアの横断面は、入射される光の共振が発生するように適切に設計される。但し、少なくとも前記コアの出力端側の断面は、近接場光を放出するために、近接場光強化開口構造を有さねばならない。
以下、図１８Ａないし図１８Ｊを参照して、図８Ａ及び図８Ｂを参照して説明した導波路の製造方法の一実施形態について説明する。
まず、図１８Ａを参照すれば、基板５０上に金属層５２を積層する。このような積層は、スパッタリングを利用してなされうる。
次いで、図１８Ｂのように、金属層５２上にレジスト５３をマスキングし、金属層５２の一部を反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ−Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ：ＲＩＥ）工程を利用してエッチングした後、レジスト５３を除去し、図１８Ｃのように、リッジ構造の下部クラッド層５４を形成する。図１８Ｄは、このような下部クラッド層５４のみを別途に示した斜視図である。図１８Ｄに示したように、下部クラッド層５４のリッジ部が所定の曲率半径を満足する曲線形状となるように、レジスト５３のパターンを形成する。
次いで、図１８Ｅのように、下部クラッド層５４上にレジン５５をスピンコーティングを利用して塗布する。前記レジン５５は、紫外線硬化物質で形成する。前記レジン５５の厚さは、入射される光の波長より小さいか、または同じサイズである。
次いで、図１８Ｆのように、レジン５５上にパターン５７,５８を転写し、隠されていない部分５８を通じてレジン５５に紫外線（ＵＶ）を照射する。このように紫外線を照射された部分は、硬化してコア層５６をなす。前記転写されるパターン５７,５８で隠されていない部分５８の幅は、入射される光の波長より小さいか、または同一にする。さらに、前記レジン５５に形成するパターン５７,５８もやはり、所定の曲率半径を満足する曲線形状にして、製造される曲げ導波路が半径共振条件を満足するようにする。
次いで、図１８Ｇに示したように、硬化されていないレジン５５とその上に転写されたパターンとを除去する。図１８Ｈは、下部クラッド層５４及びその上に形成されたコア層５６のみを別途に示した斜視図である。
次いで、図１８Ｉのように、コア層５６上に上部クラッド層５９を積層する。このような上部クラッド層５９は、金属をスパッタリングを利用して積層することによって形成しうる。
図１８Ｊは、完成された曲げ導波路の斜視図を示す。
前述したように、曲げ導波路の製造は、通常的な磁気ヘッドの製造工程のようなプラナープロセス方式でなされる。これにより、後述するような曲げ導波路を利用した近接場光発生装置及び曲げ導波路を採用したＨＡＭＲヘッドのような装置を一括製造工程上で製造しうる。
図１９及び図２０を参照して、本発明の一実施形態による光伝送モジュール及びＨＡＭＲヘッドについて説明する。
図１９は、本発明の一実施形態によるＨＡＭＲヘッドの斜視図であり、図２０は、前記ＨＡＭＲヘッドで採用される光伝送モジュールを別途に示す。
図面を参照すれば、本実施形態のＨＡＭＲヘッド１００は、磁気記録媒体（図示せず）に情報を記録するための磁場を形成する磁気記録部と、磁気記録媒体の記録予定領域を加熱するために光Ｌを照射する光伝送モジュール１６０とを備える。さらに、前記ＨＡＭＲヘッド１００は、記録された情報を読み取るための再生素子１８０と共に集積される。１９０及び１９５は、漂遊フィールドを遮蔽する遮蔽層を表す。
前記磁気記録部は、メインポール１１０と、リターンポール１２０と、誘導コイル１３０と、サブヨーク１４０と、を備える。前記メインポール１１０は、磁気記録媒体を磁化させる磁場を形成する。前記リターンポール１２０は、メインポール１１０の一面から所定距離ほど離隔されて配置されて、メインポール１００と磁気的に連結されて磁路を形成する。前記誘導コイル１３０は、メインポール１１０に磁場を誘導する。一方、サブヨーク１４０は、メインポール１１０の他面に設けられて、メインポール１１０の端部に磁束を集束するのを補助する。
本実施形態の光伝送モジュール１６０は、磁気記録媒体の記録予定領域を加熱するための手段である。光伝送モジュール１６０は、開口１６７ａを通じて磁気記録媒体に光Ｌを照射する第１導波路１６７と、外部の光源１５９から供給された光Ｌを第１導波路１６７に伝送する第２導波路１６５とを備える。
前記光伝送モジュール１６０は、磁気記録媒体に情報が記録される直前に光を照射できるように、メインポール１１０に隣接するように配置されることが望ましい。サブヨーク１４０の端部は、メインポール１１０の端部に及ばないように位置するので、光伝送モジュール１６０は、前記サブヨーク１４０の端部、メインポール１１０の他面及び遮蔽層１９０で取り囲まれた所定空間に配置される。このような空間は、従来の磁気記録ヘッドの構造でも容易に確保されるので、従来の磁気記録ヘッドの薄膜製造工程を大きく変更せずとも、本実施形態のＨＡＭＲヘッドの製造が可能である。第１及び第２導波路１６７,１６５は、サブヨーク１４０と同じ層に積層されて形成されるように平板型構造を有する。１７０は、前記光伝送モジュール１６０とサブヨーク１４０との厚さ差を補正する補助マウントを表す。
磁気記録媒体と対面するＨＡＭＲヘッド１００の一面を底面とすれば、第２導波路１６５の入力端は、前記ＨＡＭＲヘッド１００の側面に設けられる。一方、前記第２導波路１６５の入力端が位置するＨＡＭＲヘッド１００の側面には、外部の光源１５９から伝送される光Ｌをガイドする光ファイバ１５０が配置される。１５５は、光ファイバ１５０を支持するサスペンションである。前記光源１５９は、例えば、レーザを放出するレーザダイオード（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）でありうる。
光ファイバ１５０は、円形の断面を有する一方、第２導波路１６５は、平板型導波路であって、その入力端は、直方形断面を有するので、このような断面形状の差によって、カップリング効率が低下しうる。これにより、光源１５９と第２導波路１６５との接触部位を増やしてカップリング効率を向上させるために、第２導波路１６５の入力端の直方形断面をその幅方向（すなわち、ｚ方向）に十分に長くする。また、前記光ファイバ１５０として傾斜型屈折率単一モードの光ファイバを採用して、カップリング効率をさらに向上させうる。光ファイバ１５０と第２導波路１６５との結合部位にボールレンズないし屈折率分布型レンズを介在させて、カップリング効率を高める方法が利用される。
前記第２導波路１６５は、ＨＡＭＲヘッド１００の側面で光Ｌを伝送されて、メインポール１１０の端部側に位置する第１導波路１６７に光Ｌをガイドする。第２導波路１６５の出力端は、第１導波路１６７とのカップリング効率を高めるために、その幅が第１導波路１６７の入力端のサイズとほぼ同じであることが望ましい。このように、第２導波路１６５の光ファイバ１５０及び第１導波路１６７とのカップリング効率を高めるために、第２導波路１６５においては、入力端の幅が出力端の幅より広い。すなわち、第２導波路１６５は、そのコアの幅が光伝送方向に行くほど徐々に狭くなるテーパ状でありうる。
前記第１導波路１６７としては、前述した本発明の曲げ導波路が採用される。
第１導波路１６７の入力端は、前記第２導波路１６５の出力端とカップリングされる。このようなカップリングとしては、例えば、密着して接触するバットカップリング方式が採用される。第１導波路１６７のコアと第２導波路１６５のコアとは、一体に形成することもできる。
第１導波路１６７の出力端は、磁気記録媒体に光を照射するために、ＨＡＭＲヘッド１００の底面に向かう。一方、第２導波路１６５の入力端は、ＨＡＭＲヘッド１００の側面に配置されるので、図面に示したように、第２導波路１６５は、ｘ方向に光を伝送し、第２導波路１６５の出力端は、ｘ方向に向かう。したがって、第１導波路１６７の入力端は、−ｘ方向に向かい、その出力端は、−ｚ方向に向かうので、第１導波路１６７の入力端と出力端との角度が９０°となる。第１導波路１６７で光損失を最小限にするために、前記第１導波路１６７の曲率半径は、前述したように、光源１５９から出射される光の波長と前記角度とによって決定さえる共振半径とによって設計される。例えば、前記第１導波路１６７として、図８Ａ及び図８Ｂを参照して説明された９０°に曲がったＣ型導波路が採用される。さらに、前記第１導波路１６７の出力端のサイズは、放出する近接場光のスポットサイズを小さくするために、可能なかぎり、小さくすることが望ましいが、その入力端のサイズは、第２導波路１６７の出力端のサイズと類似にすることが望ましいので、第１導波路１６７のコアは、入射された光の伝送方向に行くほどその幅が狭くなるテーパ構造を有しうる。
前記第１導波路１６７は、第２導波路１６５から光Ｌを伝送されて、光のエネルギーの分布を変えて、強化された近接場光を磁気記録媒体に照射する。照射された光によって、磁気記録媒体は局所的に加熱され、磁気記録媒体の記録層の保磁力は低下するので、磁気記録媒体は、たとえメインポール１１０で発生する磁場の強度が高くないとしても、容易に磁気記録され、保磁力の大きい材料を磁気記録媒体に使用できるので、記録密度を向上させうる。
前記説明で多くの事項が具体的に記載されているが、それらは、発明の範囲を限定するものではなく、望ましい実施形態の例示として解釈されねばならない。例えば、当業者ならば、ＨＡＭＲヘッド１００における構成要素の位置を異なるようにし、構成要素の種類をさらに多様化しうる。
さらに、図１９及び図２０を参照して説明した導波路及び光伝送モジュールは、ＨＡＭＲヘッドに採用された場合を例として説明したが、これに限定されるものではない。本発明の曲げ導波路及びそれを利用する光伝送モジュールは、小さい光スポット及び高い光度を有する光学手段であって、ＨＡＭＲだけでなく、単分子検出、分光学、ナノ粒子操作とシングル量子ドット、ナノ粒子やナノワイヤのようなナノ物質の研究分野及び超高密度記録装置分野など多様な応用分野を有している。
例えば、生化学分野の場合、分子レベルの研究のためのマイクロスコピー、分光学及び光操作分野に高空間分解能を有する近接場探針を使用するが、近接場探針の設置場所が制限される場合にも、容易に本発明の曲げ導波路及びそれを利用する光伝送モジュールを近接場探針として採用することによって、容易に設置しうる。
他の例として、光記録装置において、半導体レーザの前端に小型開口を有する超小型開口レーザ（Ｖｅｒｙ Ｓｍａｌｌ Ａｐｅｒｔｕｒｅ Ｌａｓｅｒ：ＶＳＡＬ）装置にも、曲げ導波路とそれを利用する光伝送モジュールとが適用されて、光記録装置の記録密度及び再生速度を大きく向上させうる。
このような本願発明である曲げ導波路、その製造方法、曲げ導波路を採用した光伝送モジュール及び曲げ導波路を採用したＨＡＭＲヘッドは、理解を助けるために、図面に示された実施形態を参照して説明されたが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるということが分かるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲によって決定されねばならない。
本発明は、磁気記録ヘッド関連の技術分野に適用可能である。
フィールド強化メカニズムを示す図面である。 フィールド強化メカニズムを示す図面である。 通常的なＣ型開口の正面図である。 図２のＣ型開口の厚さによる共振周波数を示すグラフである。 図２のＣ型開口の厚さが１０ｎｍである時の周波数による共振周波数を示すグラフである。 図２のＣ型開口の厚さによる光度を示すグラフである。 Ｃ型開口の厚さによる伝播モードを視覚化した図面である。 Ｃ型開口の厚さによる伝播モードを視覚化した図面である。 Ｃ型開口の厚さによる伝播モードを視覚化した図面である。 図６ＡのＣ型開口の開口通過後に、４０ｎｍでの電場の強度を視覚化した図面である。 図６ＢのＣ型開口の開口通過後に、４０ｎｍでの電場の強度を視覚化した図面である。 図６ＣのＣ型開口の開口通過後に、４０ｎｍでの電場の強度を視覚化した図面である。 本発明の第１実施形態による曲げ導波路の斜視図である。 本発明の第１実施形態による曲げ導波路の断面図である。 図８Ａの曲げ導波路の周波数による半径共振周波数を示すグラフである。 図８Ａの曲げ導波路の周波数による半径共振周波数を示すグラフである。 図８Ａの曲げ導波路の半径による半径共振周波数を示すグラフである。 図８Ａの曲げ導波路の半径による開口通過後に、１０ｎｍでの電場の強度を示すグラフである。 曲げ導波路における電場の強度を視覚化した図面である。 曲げ導波路における電場の強度を視覚化した図面である。 本発明の第１実施形態による曲げ導波路の変形例である。 本発明の第１実施形態による曲げ導波路の変形例である。 本発明の第１実施形態による曲げ導波路の他の変形例である。 本発明の第２実施形態による曲げ導波路の断面図である。 本発明の第３実施形態による曲げ導波路の断面図である。 本発明の第３実施形態による曲げ導波路の断面図である。 本発明の第３実施形態による曲げ導波路の断面図である。 本発明の第１実施形態による導波路の製造方法を示す図面である。 本発明の第１実施形態による導波路の製造方法を示す図面である。 本発明の第１実施形態による導波路の製造方法を示す図面である。 本発明の第１実施形態による導波路の製造方法を示す図面である。 本発明の第１実施形態による導波路の製造方法を示す図面である。 本発明の第１実施形態による導波路の製造方法を示す図面である。 本発明の第１実施形態による導波路の製造方法を示す図面である。 本発明の第１実施形態による導波路の製造方法を示す図面である。 本発明の第１実施形態による導波路の製造方法を示す図面である。 本発明の第１実施形態による導波路の製造方法を示す図面である。 本発明の一実施形態によるＨＡＭＲヘッドの斜視図である。 図１９の光伝送モジュールを示す図面である。
符号の説明
２０ 曲げ導波路
２１ 金属クラッド
２２ 曲げコア
２２ａ 入力端
２２ｂ 出力端
２３ リッジ部

Claims (31)

  1. 光が入射される入力端と、入射される光のエネルギー分布を変えて、強化された近接場光を放出する近接場光強化開口構造の出力端とを有するコアと、
    前記コアを取り囲む金属クラッドと、を備え、
    前記コアは、曲線に曲がっており、前記曲線の曲率半径は、前記入射される光の波長に対する透光度がピークとなる共振半径であることを特徴とする導波路。
  2. 前記コアの出力端は、前記金属クラッドの一部が前記コアの中心部側に突出して形成されたリッジ部を有するＣ型開口構造であることを特徴とする請求項１に記載の導波路。
  3. 前記コアの横断面は、前記コアの全領域にわたってＣ型開口構造であることを特徴とする請求項２に記載の導波路。
  4. 前記リッジ部の幅は、前記入力端から前記出力端に行くほど狭くなることを特徴とする請求項３に記載の導波路。
  5. 前記コアは、前記コアの全領域にわたって同じ横断面サイズを有することを特徴とする請求項１に記載の導波路。
  6. 前記コアは、前記入力端側の横断面サイズと前記出力端側の横断面サイズとが異なることを特徴とする請求項１に記載の導波路。
  7. 前記コアは、その横断面のサイズが前記入力端から前記出力端に行くほど小さくなるテーパ状であることを特徴とする請求項６に記載の導波路。
  8. 前記コアの厚さは、一定であり、前記コアの幅は、前記入力端から前記出力端に行くほど狭くなることを特徴とする請求項７に記載の導波路。
  9. 前記コアは、曲率半径の原点を基準に、前記入力端と前記出力端との角度がθ（０＜θ＜１８０°）である円形の曲線に曲がっていることを特徴とする請求項１に記載の導波路。
  10. 前記コアは、曲線に曲がった構造であり、前記曲線は、一つ以上の曲率半径で定義されることを特徴とする請求項１に記載の導波路。
  11. 基板上に金属を積層して下部クラッド層を形成する工程と、
    前記下部クラッド層上に所定の曲率半径を有する曲線にパターン化されたコア層を積層するが、前記コア層の幅及び厚さは、入射される光の波長より小さいか、または同一であり、前記曲率半径は、入射される光の波長に対する透光度がピークとなるように形成する工程と、
    前記コア層上に金属を積層して上部クラッド層を形成する工程と、を含むことを特徴とする導波路の製造方法。
  12. 前記下部クラッド層を積層する工程は、
    基板上に金属を積層し、前記積層された金属の一部をエッチングしてリッジ部を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１１に記載の導波路の製造方法。
  13. 前記コア層を積層する工程は、
    前記下部クラッド層上にレジンを積層する工程と、
    前記レジンにパターンを転写する工程と、
    前記レジンに紫外線を照射して前記パターンのオープンされた領域を硬化させる工程と、
    前記硬化した領域を除外した残りのレジンを除去する工程と、を含むことを特徴とする請求項１１に記載の導波路の製造方法。
  14. 光が入射される入力端と、入射される光のエネルギー分布を変えて、強化された近接場光を放出する近接場光強化開口構造の出力端とを有するコアと；前記コアを取り囲む金属クラッドとを含む第１導波路を備え、
    前記第１導波路は、前記コアが曲線に曲がっており、前記曲線の曲率半径は、前記入射される光の波長に対する透光度がピークとなる共振半径となる曲げ導波路であることを特徴とする光伝送モジュール。
  15. 前記第１導波路に光を伝送する第２導波路をさらに備えることを特徴とする請求項１４に記載の光伝送モジュール。
  16. 前記第１導波路と第２導波路とは、バットカップリングされていることを特徴とする請求項１５に記載の光伝送モジュール。
  17. 前記第１導波路のコアの出力端は、前記金属クラッドの一部が前記コアの中心部側に突出して形成されたリッジ部を有するＣ型開口構造であることを特徴とする請求項１４に記載の光伝送モジュール。
  18. 前記第１導波路のコアの横断面は、前記コアの全領域にわたってＣ型開口構造であることを特徴とする請求項１７に記載の光伝送モジュール。
  19. 前記リッジ部の幅は、前記入力端から前記出力端に行くほど狭くなるテーパ状であることを特徴とする請求項１８に記載の光伝送モジュール。
  20. 前記第１導波路のコアは、その横断面のサイズが前記入力端から前記出力端に行くほど小さくなるテーパ状であることを特徴とする請求項１５に記載の光伝送モジュール。
  21. 前記第１導波路のコアは、曲率半径の原点を基準に、前記入力端と前記出力端との角度がθ（０＜θ＜１８０°）である円形の曲線に曲がっていることを特徴とする請求項１４に記載の光伝送モジュール。
  22. 前記第１導波路のコアは、曲線に曲がった構造であり、前記曲線は、一つ以上の曲率半径で定義されることを特徴とする請求項１４に記載の光伝送モジュール。
  23. 磁気記録媒体に情報を記録するための磁場を形成する磁気記録部と、前記磁気記録媒体の記録予定領域を加熱するために光を照射する光伝送モジュールとを備える熱補助磁気記録ヘッドにおいて、
    前記光伝送モジュールは、
    光が入射される入力端と、入射される光のエネルギー分布を変えて、強化された近接場光を放出する近接場光強化開口構造の出力端とを有するコアと；前記コアを取り囲む金属クラッドとを含む第１導波路と、
    前記第１導波路に光を伝送する第２導波路と、を備え、
    前記第１導波路は、前記コアが曲線に曲がっており、前記コアの曲率半径が、前記入射される光の波長に対する透光度がピークとなるような共振半径となる曲げ導波路であることを特徴とする熱補助磁気記録ヘッド。
  24. 前記磁気記録媒体と対面する熱補助磁気記録ヘッドの一面を底面とすれば、前記第２導波路の入力端は、前記熱補助磁気記録ヘッドの側面に設けられることを特徴とする請求項２３に記載の熱補助磁気記録ヘッド。
  25. 前記第１導波路は、その入力端が前記第２導波路の出力端とカップリングされ、その出力端は、前記熱補助磁気記録ヘッドの底面に向けて曲がっていることを特徴とする請求項２４に記載の熱補助磁気記録ヘッド。
  26. 前記第１導波路のコアの出力端は、前記金属クラッドの一部が前記コアの中心部側に突出して形成されたリッジ部を有するＣ型開口構造であることを特徴とする請求項２３に記載の熱補助磁気記録ヘッド。
  27. 前記第１導波路のコアの横断面は、前記コアの全領域にわたって同じ形状であることを特徴とする請求項２６に記載の磁気記録ヘッド。
  28. 前記リッジ部の幅は、前記第１導波路の入力端から出力端に行くほど狭くなるテーパ状であることを特徴とする請求項２７に記載の光伝送モジュール。
  29. 前記第１導波路のコアは、その横断面のサイズが前記第１導波路の入力端から出力端に行くほど小さくなるテーパ状であることを特徴とする請求項２３に記載の熱補助磁気記録ヘッド。
  30. 前記曲率半径は、それぞれ共振半径に対応することを特徴とする請求項１０に記載の導波路。
  31. 前記曲率半径は、それぞれ共振半径に対応することを特徴とする請求項２２に記載の光伝送モジュール。
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