JP2009283051A - Optical element, optical recording head and optical recording device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学素子、光記録ヘッド及び光記録装置に関する。 The present invention relates to an optical element, an optical recording head, and an optical recording apparatus.
磁気記録方式では、記録密度が高くなると磁気ビットが外部温度等の影響を顕著に受けるようになる。このため高い保磁力を有する記録媒体が必要になるが、そのような記録媒体を使用すると記録時に必要な磁界も大きくなる。記録ヘッドによって発生する磁界は飽和磁束密度によって上限が決まるが、その値は材料限界に近づいており飛躍的な増大は望めない。そこで、記録時に局所的に加熱して磁気軟化を生じさせ、保磁力が小さくなった状態で記録し、その後に加熱を止めて自然冷却することにより、記録した磁気ビットの安定性を保証する方式が提案されている。この方式は熱アシスト磁気記録方式と呼ばれている。 In the magnetic recording method, when the recording density increases, the magnetic bit is significantly affected by the external temperature and the like. For this reason, a recording medium having a high coercive force is required. However, when such a recording medium is used, the magnetic field required for recording also increases. The upper limit of the magnetic field generated by the recording head is determined by the saturation magnetic flux density, but its value approaches the material limit and cannot be expected to increase dramatically. Therefore, a method of guaranteeing the stability of the recorded magnetic bit by locally heating at the time of recording, causing magnetic softening, recording with a reduced coercive force, and then stopping the heating and naturally cooling Has been proposed. This method is called a heat-assisted magnetic recording method.
熱アシスト磁気記録方式では、記録媒体の加熱を瞬間的に行うことが望ましい。また、加熱する機構と記録媒体とが接触することは許されない。このため、加熱は光の吸収を利用して行われるのが一般的であり、加熱に光を用いる方式は光アシスト式と呼ばれている。光アシスト式で超高密度記録を行う場合、必要なスポット径は20nm程度になるが、通常の光学系では回折限界があるため、光をそこまで集光することはできない。そこで、非伝搬光である近接場光を用いて加熱する方式がいくつか提案されている(例えば、特許文献1、2)。 In the heat-assisted magnetic recording method, it is desirable to instantaneously heat the recording medium. Further, the heating mechanism and the recording medium are not allowed to contact each other. For this reason, heating is generally performed using absorption of light, and a method using light for heating is called a light assist method. When ultra-high-density recording is performed by the optical assist method, the required spot diameter is about 20 nm. However, since a normal optical system has a diffraction limit, the light cannot be condensed to that extent. Thus, several methods of heating using near-field light that is non-propagating light have been proposed (for example, Patent Documents 1 and 2).
特許文献1に記載の光トランスジューサでは、電磁放射線、例えばレーザ光を金属ナノ構造体(プラズモンプローブとも呼ばれる)に照射して近接場光(局在プラズモン)を発生させてその近接場光を加熱手段としている。具体的には、光トランスジューサは、光ファイバ等で導いた光を2つのグレーティング(回折格子)で薄膜プレーナー状光波ガイドに結合し、光波ガイドに結合された光は、金属ナノ構造体である金属ピンを露光するように集光される。2つのグレーティングは、結合された光に位相差を持たせ、集光時に2つのビームが合成されている。 In the optical transducer described in Patent Document 1, electromagnetic near-field light (localized plasmon) is generated by irradiating a metal nanostructure (also called a plasmon probe) with electromagnetic radiation, for example, laser light, and the near-field light is heated. It is said. Specifically, an optical transducer couples light guided by an optical fiber or the like to a thin film planar light guide with two gratings (diffraction gratings), and the light coupled to the light guide is a metal nanostructure. Focused to expose the pins. The two gratings give a phase difference to the combined light, and the two beams are combined at the time of focusing.
一般にレーザ光源や光ファイバやポリマー等の導波路から出力される光ビームは、そのビームプロファイルが単峰の円又は楕円形状である。このような単峰の光ビームを上記の2つのグレーティングに照射する場合、光エネルギーの高い中心部が2つのグレーティングの何れも形成されていない中央部分を照射することになり、十分に光結合できないため効率が良くない。これに対応する方法として、特許文献2において、互いに傾斜させた第1の回折格子と第2の回折格子を互い違いに斜めに配置して、2つの回折格子の中間部分の間隙を無くした平面導波路が示されている。
しかしながら、特許文献2に記載の平面導波に配置された回折格子は、特許文献1に記載のグレーティングと同じく、回折格子の入射面に対して所定の角度に傾けて入力する必要がある。この所定の角度を設定するための光学素子としては、プリズムや回折格子やミラーが挙げられるが、こうした光学素子を要するために構成が複雑になり、製造コストが上昇し、容易に組み立てができないといった問題がある。また、構成部品の増加と記録媒体面に対して垂直方向に角度を持つ入射角度を確保するために光学系が大きくなってしまうという問題があった。
However, like the grating described in Patent Document 1, the diffraction grating arranged in the planar waveguide described in
また、単峰のプロファイルを持つビームが回折格子に入射する場合、2つのグレーティングに均等にエネルギーを分配するためにはビームの中心を2つの回折格子が隣接する側の端部に位置合わせする必要がある。この端部は回折構造が不連続であるため連続している場合と比較して回折効率が低く、この部分に照射する光ビームの最もエネルギーが大きい位置を合わせることになるため、光エネルギーを有効利用できないという問題があった。更に、2つの光路の位相差を生じさせるためにグレーティングの構成が複雑となり容易に作製できないという問題もあった。 In addition, when a beam having a unimodal profile is incident on the diffraction grating, it is necessary to align the center of the beam with the end of the adjacent side of the two diffraction gratings in order to distribute energy evenly to the two gratings. There is. Since the diffraction structure is discontinuous at this end, the diffraction efficiency is lower than when it is continuous, and the position where the most energy of the light beam that irradiates this part is aligned. There was a problem that it could not be used. In addition, since the phase difference between the two optical paths is generated, the structure of the grating is complicated and cannot be easily manufactured.
本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、小型で簡単な構成でありながら光を効率良く集光し射出することができる光学素子、この光学素子を用いた光記録ヘッド及び光記録装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an optical element that can efficiently collect and emit light while having a small and simple configuration, and the optical element. It is an object to provide an optical recording head and an optical recording apparatus using the above.
上記の課題は、以下の構成により解決される。 Said subject is solved by the following structures.
1. 一部の輪郭形状が放物線であり、先端部が平面であるコア層と、該コア層と接するクラッド層と、を有し、前記コア層に結合された光が前記放物線の焦点に収束され、前記先端部から光が射出される光学素子であって、
前記コア層には、
該コア層に光が照射される位置に、照射される光を前記コア層の内部に導入し、導入した光を前記放物線の軸に対して垂直な方向に進む光として結合させる回折格子と、
前記回折格子により結合され、前記放物線の軸に垂直な方向に進む光を該放物線の軸に平行な方向に偏向する偏向部と、が形成され、
前記回折格子は、前記放物線の軸に対して平行に複数の溝が所定の周期で形成されていることを特徴とする光学素子。
1. A part of the contour shape is a parabola, a core layer having a flat tip portion, and a clad layer in contact with the core layer, the light coupled to the core layer is focused on the focal point of the parabola, An optical element from which light is emitted from the tip,
In the core layer,
A diffraction grating that introduces irradiated light into the core layer at a position where the core layer is irradiated with light, and couples the introduced light as light traveling in a direction perpendicular to the parabola axis;
A deflection unit coupled by the diffraction grating and deflecting light traveling in a direction perpendicular to the parabola axis in a direction parallel to the parabola axis;
The optical element, wherein the diffraction grating has a plurality of grooves formed in parallel with the parabolic axis at a predetermined period.
2. 光照射により近接場光を生じるプラズモンプローブが前記放物線の焦点に設けられていることを特徴とする1に記載の光学素子。 2. 2. The optical element according to 1, wherein a plasmon probe that generates near-field light by light irradiation is provided at a focal point of the parabola.
3. 1又は2に記載の光学素子と、
前記光学素子の前記回折格子に光を照射する光源と、を備えていることを特徴とする光記録ヘッド。
3. The optical element according to 1 or 2;
An optical recording head comprising: a light source that irradiates light to the diffraction grating of the optical element.
4. 磁気記録媒体に磁気記録を行う磁気記録部を備えていることを特徴とする3に記載の光記録ヘッド。 4). 4. The optical recording head according to item 3, further comprising a magnetic recording unit that performs magnetic recording on the magnetic recording medium.
5. 4に記載の光記録ヘッドと、
磁気記録媒体と、
前記光記録ヘッドにより前記磁気記録媒体に磁気記録を行う制御をする制御部と、を備えていることを特徴とする光記録装置。
5. 4. An optical recording head according to 4,
A magnetic recording medium;
An optical recording apparatus comprising: a control unit configured to perform magnetic recording on the magnetic recording medium by the optical recording head.
本発明の光学素子によれば、コア層に回折格子と偏向部を備える小型で簡単な構成でありながら回折格子に照射された光を効率良く集光しコア層の先端部より射出できる。また、本発明の光記録ヘッド及び光記録装置によれば、上記の効果を奏する光学素子を備えることができる。 According to the optical element of the present invention, the light irradiated to the diffraction grating can be efficiently collected and emitted from the tip of the core layer, while having a small and simple configuration including the diffraction grating and the deflection unit in the core layer. In addition, according to the optical recording head and the optical recording apparatus of the present invention, it is possible to provide an optical element that exhibits the above-described effects.
本発明は、小さな光スポットを発生することに使用することができる光学素子に関するものであって、例えば光磁気記録媒体又は光記録媒体に記録するために使用する光記録ヘッドに使用できる。 The present invention relates to an optical element that can be used to generate a small light spot, and can be used for, for example, a magneto-optical recording medium or an optical recording head used for recording on an optical recording medium.
以下、本発明を図示の実施の形態である光記録ヘッドに磁気記録部を有する光アシスト式磁気記録ヘッドとそれを備えた光記録装置に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。尚、各実施の形態の相互で同一の部分や相当する部分には同一の符号を付して重複の説明を適宜省略する。 Hereinafter, the present invention will be described on the basis of an optically assisted magnetic recording head having a magnetic recording unit in the optical recording head according to the illustrated embodiment and an optical recording apparatus including the same. Not limited. Note that the same or corresponding parts in the respective embodiments are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted as appropriate.
図1に光アシスト式磁気記録ヘッドを搭載した光記録装置(例えばハードディスク装置)の概略構成例を示す。この光記録装置100は、以下(1)〜(6)を筐体1の中に備えている。
(1)記録用のディスク(記録媒体)2
(2)支軸6を支点として矢印Aの方向(トラッキング方向)に回転可能に設けられたアーム5に支持されたサスペンション4
(3)アーム5に取り付けられたトラッキング用アクチュエータ7
(4)サスペンション4の先端に取り付けられた光アシスト式磁気記録ヘッド(以下、光記録ヘッド3と称する。)
(5)ディスク2を矢印Bの方向に回転させるモータ(図示しない)
(6)トラッキング用アクチュエータ6、モータ及びディスク2に記録するために書き込み情報に応じて照射する光、磁界の発生等の光記録ヘッド3の制御を行う制御部8
こうした光記録装置100は、光記録ヘッド3がディスク2上で浮上しながら相対的に移動しうるように構成されている。
FIG. 1 shows a schematic configuration example of an optical recording apparatus (for example, a hard disk apparatus) equipped with an optically assisted magnetic recording head. The
(1) Recording disk (recording medium) 2
(2) Suspension 4 supported by an arm 5 provided so as to be rotatable in the direction of arrow A (tracking direction) with a
(3) Tracking actuator 7 attached to arm 5
(4) Optically assisted magnetic recording head attached to the tip of the suspension 4 (hereinafter referred to as the optical recording head 3)
(5) Motor for rotating the
(6)
Such an
図2は、光記録ヘッド3の一例の記録書き込み周辺部の断面を概念的に示している。光記録ヘッド3は、ディスク2に対する情報記録に光を利用する光記録ヘッドであって、スライダ30、光学素子20、磁気記録部40等を備えている。
FIG. 2 conceptually shows a cross section of the recording / writing peripheral portion of an example of the optical recording head 3. The optical recording head 3 is an optical recording head that uses light for information recording on the
スライダ30は、磁気記録媒体であるディスク2の上を浮上しながらディスク2に対して相対的に移動するため、スライダ30のディスク2と対向する面には、浮上特性向上のためのABS面32(Air Bearing Surface:空気ベアリング面)を有している。
Since the
光源50は、例えばDFBレーザ素子、面発光レーザ素子、光ファイバ射出端部、ポリマー導波路出力端部等とこれらから射出する光を後述する光学素子20に設けてある回折格子に集光させる複数枚のレンズを備えた光学系を組み合わせたものが挙げられる。光源50は、光学素子20に設けてある回折格子に光を照射できればよく、上記の構成に限定されず、他の例として面発光レーザ素子の光射出面にマイクロレンズ等の光学素子を集積したもの、フォトニック結晶端面発光レーザとしてもよい。
The
光源50から射出された光52は、光学素子20を照射する。光52は、後述するように、光学素子20の照射面に対して垂直方向に入射する。このため、光学素子20への入射角(>0)を持たせるためのミラー等の光学部品が不要となり、これらの光学部品の配置空間や光路を確保が不要となり、光記録ヘッド3の厚み(ディスク2の記録面に対して垂直方向)を薄くすることができる。また、光記録ヘッド3を構成する光学部品を少なくすることにより、光損失を抑えることもできる。光源50を固定する位置は、図2のようにサスペンション4としているが、アーム5に固定してもよい。光源50を光記録ヘッド3より離して配置することは、光記録ヘッド3が光源50の発熱の影響を受け難くする点、および光源50の重さや光源によって生じる付加的な応力によってスライダ30の浮上が妨げられない点で好ましい。
The light 52 emitted from the
光学素子20は、光を入力する回折格子と、入力された光を導波して射出するコア層とクラッド層からなる導波路とを備えている。光52は、回折格子を介して導波路、詳しくはコア層に結合される。コア層に結合された光は、回折格子の両側に配置されている偏向部に進み、略90度偏向された後コア層の先端部24に進み集光される。
The
先端部24の集光位置には、光照射により近接場光を生じる金、銀、アルミニウム等の金属からなるピン形状のプラズモンプローブ25(以降、プローブと称する。)が設けてあり、プローブ25によって生じた近接場光60によってプローブ先端近傍の記録媒体が加熱される。近接場光による光スポットの大きさはピン形状先端の細さによって決まり、例えばピン先端の曲率半径が数十ナノメートルの場合は光スポットのサイズも数十ナノメートルであり、エネルギーはプローブ先端の周辺数十ナノメートルに集中する。
A pin-shaped plasmon probe 25 (hereinafter referred to as a probe) made of a metal such as gold, silver, or aluminum that generates near-field light when irradiated with light is provided at the condensing position of the
またプローブ25の形状は円柱のピン形状ではなくてもよく、例えばディスク2の記録面に向かって縦長の三角錐形状や円錐であってもよい。また、スライダ30のディスク2に対する浮上量は例えば10ナノメートル以下であるので近接場光のエネルギーが強い領域を利用できる。光学素子20に関しては、以降で詳しく説明する。
The shape of the
近接場光60が微小な光スポットとしてディスク2に照射されると、ディスク2の照射された部分の温度が一時的に上昇してディスク2の保磁力が低下する。その保磁力の低下した状態の照射された部分に対して、磁気記録部40により磁気情報が書き込まれる。
When the near-
尚、図2ではディスク2の記録領域の進入側から退出側(図の矢印2a方向)にかけて、光学素子20、磁気記録部40の順に配置されている。このように、光学素子20の退出側直後に磁気記録部40が位置すると加熱された記録領域の冷却が進みすぎない内に書き込みができるので好ましい。また、磁気記録部40の退出側又は光学素子20の流入側にディスク2に書き込まれた磁気記録情報を読み出す磁気再生部41を設けてもよい。
In FIG. 2, the
光学素子20に関して説明する。光学素子20の正面図(光52が入射する側)を図3、側面図を図4、斜視図を図5にそれぞれ模式的に示す。光学素子20は、導波路を構成するコア層21とクラッド層22を有し、コア層21には、光が入力される回折格子29が形成されている。導波路は、屈折率が異なる物質による複数層で構成することができ、コア層21の屈折率は、クラッド層22の屈折率より大きい。この屈折率差により導波路が構成され、コア層21内の光はコア層21内部に閉じ込められて効率良く進み、先端部24に到達する。
The
コア層21の屈折率は、1.9から4.0程度とし、クラッド層22の屈折率は、1.0から2.0程度としてもよい。クラッド層22の屈折率より大きな値の屈折率を持つコア層21を形成することにより、コア層21は、内面反射によりより効率良く光を導波することができる。クラッド層22の屈折率に対するコア層21の屈折率の比を大きくするに従って、コア層21は、より多くの光をコア層21の内部に閉じ込めることができる。尚、コア層21のクラッド層22と接する反対面には空気があり、この空気は、クラッド層として作用する。
The refractive index of the
コア層21は、Ta2O5、TiO2、ZnSe等で形成され、厚みは約20nmから500nmの範囲としてよく、またクラッド層22は、SiO2、空気、Al2O3等で形成され、厚みは約200nmから2000nmの範囲としてよい。
The
コア層21は、図3に示すように、回折格子29と、反射面211、212と、側面215、216を備えている。反射面211、212は、後述の回折格子29により結合された光を後述の放物線の軸C方向に偏向する偏向部であり、側面215、216は、偏向された光を反射により焦点Fに向かって集光するように形成されている。
As shown in FIG. 3, the
側面215、216の形状は、放物線であって、図3に示すように左右対称の中心軸を軸C(準線(図示しない)に垂直で焦点Fを通る線)で示し、放物線の焦点を焦点Fとして示している。側面215、216には、例えば金、銀、アルミニウム等の反射物質を設けて、光反射損失をより少なくする助けとしてもよく、同様に反射面211、212にも上記の反射物質を設けてもよい。
The shape of the side surfaces 215 and 216 is a parabola, and as shown in FIG. 3, the center axis of symmetry is indicated by an axis C (a line perpendicular to the quasi-line (not shown) and passing through the focal point F). This is shown as a focal point F. The side surfaces 215 and 216 may be provided with a reflective material such as gold, silver, and aluminum to help reduce light reflection loss. Similarly, the
また、導波路のコア層21は、ディスク2に隣接する放物線の先端が切断されたような平面形状の先端部24を備えている。焦点Fから放射される光は急に広がるため、先端部24の形状を平面とすることにより、ディスク2に焦点Fをより近くに配置することができるので好ましく、また、先端部24に焦点Fを形成してもよい。
In addition, the
先端部24の近傍にプローブ25を設けるのが好ましい。焦点Fに集光される光がプローブ25に照射されることにより、微小な光スポットとして近接場光を生じディスク2を照射することができる。
It is preferable to provide the
コア層21に設けてある回折格子29は、コア層21に設けてある側面215、216の形状である放物線の軸Cに対して平行で、軸Cに対して垂直方向に所定の周期を備えている複数の溝で構成されている。例えば球面レンズ等で構成される光学系(図示しない)を用いて光源50から射出し集光する光52は、回折格子29に垂直(回折格子29への入射角がゼロとする)に入射し回折格子29を照射する。
The
図3において、光52により回折格子29を照射する光を光スポット55で示している。光スポット55は、回折格子29を介してコア層21に結合される。回折格子29は、上述の通り単純な構成であるため公知のフォトリソグラフィー技術やエッチング処理を用いて容易に製造できる。また、光スポット55が照射される領域に回折格子の不連続部分がないため照射される光エネルギーを効率良くコア層21に結合することができる。
In FIG. 3, light that irradiates the
放物線の軸Cに対して垂直な面による回折格子29の断面を図6に模式的に示す。図6において、回折格子29は、放物線の軸C(紙面に対して垂直方向)に平行で、軸Cに対して垂直方向に周期Λを持つ溝で構成されている。図6に示すように、周期Λを適切に設定し、回折格子29が形成されている面に対して垂直に光を入射(光52)させると、回折格子29で回折された+1次光523、−1次光524はコア層21に結合され、左右対称に進むようにすることができる。±1次光の両者をコア層21に結合できるため、入射光52を効率良く利用することができる。又、後述するプローブ25に電界ベクトルを揃えて強めあう集光を実現する上で有効となる。尚、521は、照射光52が回折格子29を含むコア層21を透過した透過光を示し、522は、照射光52が回折格子29を含むコア層21で反射した反射光を示している。
A cross section of the
光源50から射出する光52に対して、回折格子29への入射が垂直となるように調整する場合、回折格子29の軸Cに沿う方向の設定より、軸Cに垂直な方向の設定の方がより精度が必要である。このより高精度を要する調整方向は、光記録ヘッド3のスライダ30の浮上特性に影響を与えない方向、すなわちディスク2の記録面に対して平行方向であるため、回折格子29に入射光52が効率良く垂直に入射できるようにする調整を容易に行うことができる。
When adjustment is made so that the incident light on the
尚、比較として、回折格子が形成されている面に対して所定の入射角θ(θ>0)でもって光を回折格子に入射させ、コア層に光を結合させる場合について図7を用いて説明する。所定の周期Λ1を備えた回折格子89に所定の角度θ1で入射する光がコア層81に結合するようにした場合、+1次光923は、図6に示す+1次光523と比較して、より多くの光量とすることができるが、−1次光924は、進行方向が+1次光923と対称方向とならないでコア層81内を進むことができず、導波路に結合されないため損失となる。回折格子を照射する光の入射角とコア層への光結合との関係に関しては、後で更に説明する。
For comparison, FIG. 7 shows a case where light is incident on the diffraction grating with a predetermined incident angle θ (θ> 0) with respect to the surface on which the diffraction grating is formed, and the light is coupled to the core layer. explain. When light incident on the
図3、4、5に戻って、回折格子29を照射した光は、図6に示したように+1次光523、−1次光524となって、軸Cに対して垂直な方向にコア層21に結合して進み、光路を偏向する偏向部である反射面211、212に入射する。この入射光は、入射角を45度とする反射面211、212により、軸Cに平行な方向に偏向される。偏向されコア層21内を進む光は、側面215、216に入射、反射して焦点Fに集束させることができる。
3, 4, and 5, the light irradiated on the
図8において、矢印E10からE22は、回折格子29によりコア層21に結合した光の電界の瞬時値を模式的に表している(但し、反射面211、212での位相ずれ、光路による位相ずれは軸Cを挟んで対称であるとして同じとしている)。また回折格子29に入射する光の偏波はTE波を仮定している。図8において、光照射位置Pから焦点Fまでの光路p1とp2の物理長差はないものとする。回折格子29に垂直に入力された光スポット55は、軸Cに垂直な方向である±Y軸方向へ伝搬するモードに均等に結合する。±Y軸方向へ伝搬する±1次光は反射面211、212で、90度偏向されて進み側面215、216入射、反射されて焦点Fに集光される。
In FIG. 8, arrows E10 to E22 schematically represent instantaneous values of the electric field of light coupled to the
図8に示した通り、±Y軸方向に伝搬する光の初期の電界ベクトルE10、E20が反射面211、212や側面215、216の折り曲げ方向に対して対称なために、集光位置である焦点Fにおいて電界ベクトルを揃えることができる。すなわち、プローブ25の長軸方向に電界ベクトルを揃えることができる。従って、光路p1とp2の位相差を調整することなく一つの回折格子29を用いた簡単な構成で、プローブ25の長軸方向に電界ベクトルを揃えて強めあう集光を実現でき、効率良く近接場光を発生させることができる。
As shown in FIG. 8, the initial electric field vectors E10 and E20 of the light propagating in the ± Y-axis directions are symmetrical with respect to the bending directions of the reflecting
反射部は、図3に反射面211、212として示すミラーに代えて、図9に模式的に示すフォトニックバンドギャップを利用した反射構造21A、21Bや周期的な屈折率差をつけた導波路グレーティングを用いた反射構造21E、21Fとしても実現できる。図9に示した反射構造21A、21B、21E、21Fは、それぞれ周期的な空孔や溝によって構成する方法があり、空孔や溝の作製は公知のフォトリソグラフィー技術やエッチング処理などを用いて行うことができる。
Instead of the mirrors shown as the reflecting
また、回折格子29は、その溝の断面形状を矩形としているが、これに限定されず、台形、鋸歯(ブレーズ)、正弦波としてもよい。
In addition, the
回折格子を照射する光の入射角とコア層への光結合との関係に関して説明する。図10(a)は、図6、図7と同様に、コア層110に備えた回折格子115に入射する入射光102がコア層115に光結合する様子を模式的に断面図で示している。図10(b)は、図10(a)のJで示す回折格子の一部を拡大して示す図である。回折格子115は、周期Λとする凹凸形状の格子が形成されている。回折格子115を照射する光は、入射角θqの入射光とし、コア層110に結合してコア層110に沿ったY方向に進む光は、回折次数がqのq次光103とする。
The relationship between the incident angle of the light that irradiates the diffraction grating and the optical coupling to the core layer will be described. FIG. 10A schematically shows, in a cross-sectional view, how incident light 102 incident on the
入射光の波長λoが1.5μmを例にすると、ncは例えば空気の屈折率(1.0)、nfはコア層(Si)の屈折率(3.5)、nsはクラッド層(SiO2)の屈折率(1.44)が挙げられる。入射光が可視光帯において、コア材料のSiは大きな損失を持つため、Siに代わってTa2O5などが好ましい。また前述した通り、導波路に効率良く光を閉じこめるためには、コア層をなす材料の屈折率をクラッド層をなす材料の屈折率よりも大きくすることが必要である。導波路の後述する等価屈折率をneffとすると、導波路内の等価波長λeffは、λeff=λo/neffである。ここでλoは真空中の波長である。上記で説明したことより、回折格子115に入射する光がコア層110に結合されうる際、光の入射角θqは、ブラッグの回折条件の以下の式(1)を満たす必要がある。ここでnc<neffであるのでq=0の角度では結合することができない。
neff×ko=nc×ko×sinθq+q×K (q=0、±1、±2、・・) (1)
但し、
K=2×π/Λ
ko(真空中の波数)=2×π/λo
qは回折格子の回折次数であり、q=±1が主な回折成分である。qの値が+1より大きい、またはqの値が−1より小さい場合の回折効率はq=±1次の回折効率よりも小さい。結合効率を上げるためには、回折効率の良いq=±1次光をコア層110内に結合できるように回折格子の周期Λを設定する場合がある。この場合、回折格子115の周期Λは、0.1×λeff〜10×λeff程度の範囲が用いられる。式(1)から垂直入射時は、θq=0であるので、
neff×ko=q×K (q=0、±1、±2、・・)
従って、
Λ=q×(λo/neff) (q=0、±1、±2、・・) (2)
となり周期Λをλo/neffに一致させれば1次光をコア層110内に結合させることが可能となる。
When the wavelength lambda o of the incident light is an example 1.5 [mu] m, n c, for example the refractive index of air (1.0), n f is the refractive index of the core layer (Si) (3.5), n s is clad refractive index of the layer (SiO 2) (1.44) can be mentioned. When incident light is in the visible light band, the core material Si has a large loss, so Ta 2 O 5 or the like is preferable in place of Si. As described above, in order to efficiently confine light in the waveguide, it is necessary to make the refractive index of the material forming the core layer larger than the refractive index of the material forming the cladding layer. If an equivalent refractive index to be described later of the waveguide is n eff , the equivalent wavelength λ eff in the waveguide is λ eff = λ o / n eff . Here, λ o is the wavelength in vacuum. As described above, when the light incident on the
n eff × k o = n c × k o × sin θ q + q × K (q = 0, ± 1, ± 2,...) (1)
However,
K = 2 × π / Λ
k o (wave number in vacuum) = 2 × π / λ o
q is the diffraction order of the diffraction grating, and q = ± 1 is the main diffraction component. The diffraction efficiency when the value of q is larger than +1 or when the value of q is smaller than −1 is smaller than q = ± 1st-order diffraction efficiency. In order to increase the coupling efficiency, the diffraction grating period Λ may be set so that q = ± first-order light with good diffraction efficiency can be coupled into the
n eff × k o = q × K (q = 0, ± 1, ± 2,...)
Therefore,
Λ = q × (λ o / n eff ) (q = 0, ± 1, ± 2,...) (2)
If the period Λ is made equal to λ o / n eff , the primary light can be coupled into the
また、水平入射の場合は入射角θq=90(°)であるので、
neff×ko−nc×ko=q×K (q=0、±1、±2、・・)
従って、
Λ=q×(λo/(neff−nc)) (q=0、±1、±2、・・) (3)
となり、周期Λをλo/(neff−nc)とすれば1次光をコア層110内に結合させることができる。
In the case of horizontal incidence, the incident angle θ q = 90 (°), so
n eff × k o −n c × k o = q × K (q = 0, ± 1, ± 2,...)
Therefore,
Λ = q × (λ o / (n eff −n c )) (q = 0, ± 1, ± 2,...) (3)
Thus, if the period Λ is λ o / (n eff −n c ), the primary light can be coupled into the
ここで、q=1として、具体例を挙げて、回折格子115への入射角θ1と回折格子の周期Λとの関係に関して説明する。図10において、入射光102の波長λoを633nm、ncは空気の屈折率(1.0)、nfはコア層110(Ta2O5)の屈折率(2.09)、nsはクラッド層(SiO2)の屈折率(1.47)とし、コア層110の厚みt=0.1μmとする。回折格子115は、図10に示すように、断面形状が矩形状で周期Λ、深さΔ=20nmの凹形状を備え、凹凸のデューティ比を50%としている。
Here, with q = 1, a specific example will be given to explain the relationship between the incident angle θ 1 to the
このときコア層110である導波路をなす面に平行な偏波であるTE0次モードにおける等価屈折率neffは、モード解析により1.61と求めることができる。モード解析については文献(K.Ogawa et al, “A Theoretical Analysis of Etched Grating Couplers for Integrated Optics,” IEEE J. Quantum Electron., vol. QE−9, No.1, pp. 29−42, 1973.)を参考にした。
At this time, the equivalent refractive index n eff in the TE0th-order mode, which is polarized in parallel to the plane forming the waveguide that is the
図10の構成において式(1)で示した入射角θ1と周期Λの関係を図11に示す。図11に示したように周期Λをλo/neffからλo/(neff−nc)の間で変化させることで0から90度の範囲で入射角度θ1を設定することができる。図11において、周期Λは0.6×λoから1.6×λoの範囲で変化させてあり、周期Λを0.6×λoとすると、回折格子115に光を垂直入射(入射角θ1=0)としてコア層110に±1次光を光結合できることを示しており、図6を用いて上記で説明したように、コア層110の+Y、−Y方向の伝搬モードにそれぞれ均等に結合された光を伝搬させることができる。
FIG. 11 shows the relationship between the incident angle θ 1 and the period Λ shown in the equation (1) in the configuration of FIG. As shown in FIG. 11, the incident angle θ 1 can be set in the range of 0 to 90 degrees by changing the period Λ between λ o / n eff and λ o / (n eff −n c ). . In FIG. 11, the period Λ is changed in the range of 0.6 × λ o to 1.6 × λ o , and when the period Λ is 0.6 × λ o , light enters the
これまで説明したように、回折格子29に垂直に照射された光は、±1次光として導波路のコア層21に光結合し、結合した光が放物線の軸Cに対して垂直方向に対称に進み、反射面で偏向された後、放物線の軸Cに平行に進み、放物線形状の側面に入射、反射してコア層21の先端部24の焦点Fに集光することができる。また、上記の通り簡単な構成でありながら、電界ベクトルを揃えてプローブ25を照射することができ、効率良く近接場光を生じさせることができる。このため、光学素子20は、小型で簡単な構成でありながら、先端部24より効率良く光を射出することができ、この光学素子20を用いることにより光効率の良い光記録ヘッド3、光記録装置100を得ることができる。
As described above, the light irradiated perpendicularly to the
また、これまで説明した光記録ヘッド3は、ディスク2に対する情報記録に光を利用する光アシスト式磁気記録ヘッドであるが、記録媒体に対する情報記録に光を利用し、磁気記録部40や磁気再生部41を有しない、例えば、近接場光記録、相変化記録等の記録を行う光記録ヘッドとしてもよい。
The optical recording head 3 described so far is an optically assisted magnetic recording head that uses light for information recording on the
1 筐体
2 ディスク
3 光記録ヘッド
4 サスペンション
5 アーム
20 光学素子
21 コア層
211、212 反射面
215、216 側面
22 クラッド層
24 先端部
25 プラズモンプローブ
29 回折格子
30 スライダ
32 ABS面
40 磁気記録部
41 磁気再生部
50 光源
52 光
523 +1次光
524 −1次光
55 光スポット
60 近接場光
C 軸
F 焦点
P 位置
p1、p2 光路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
前記コア層には、
該コア層に光が照射される位置に、照射される光を前記コア層の内部に導入し、導入した光を前記放物線の軸に対して垂直な方向に進む光として結合させる回折格子と、
前記回折格子により結合され、前記放物線の軸に垂直な方向に進む光を該放物線の軸に平行な方向に偏向する偏向部と、が形成され、
前記回折格子は、前記放物線の軸に対して平行に複数の溝が所定の周期で形成されていることを特徴とする光学素子。 A part of the contour shape is a parabola, a core layer having a flat tip portion, and a clad layer in contact with the core layer, the light coupled to the core layer is focused on the focal point of the parabola, An optical element from which light is emitted from the tip,
In the core layer,
A diffraction grating that introduces irradiated light into the core layer at a position where the core layer is irradiated with light, and couples the introduced light as light traveling in a direction perpendicular to the parabola axis;
A deflection unit coupled by the diffraction grating and deflecting light traveling in a direction perpendicular to the parabola axis in a direction parallel to the parabola axis;
The optical element, wherein the diffraction grating has a plurality of grooves formed in parallel with the parabolic axis at a predetermined period.
前記光学素子の前記回折格子に光を照射する光源と、を備えていることを特徴とする光記録ヘッド。 The optical element according to claim 1 or 2,
An optical recording head comprising: a light source that irradiates light to the diffraction grating of the optical element.
磁気記録媒体と、
前記光記録ヘッドにより前記磁気記録媒体に磁気記録を行う制御をする制御部と、を備えていることを特徴とする光記録装置。 An optical recording head according to claim 4,
A magnetic recording medium;
An optical recording apparatus comprising: a control unit configured to perform magnetic recording on the magnetic recording medium by the optical recording head.
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