JP2011100535A

JP2011100535A - 導波路および光源からの光を方向付ける方法

Info

Publication number: JP2011100535A
Application number: JP2010246420A
Authority: JP
Inventors: Chubing Peng; チュビン・ペン; Edward Charles Gage; エドワード・チャールズ・ゲイジ; Kalman Pelhos; カルマン・ペリョス
Original assignee: Seagate Technology LLC
Current assignee: Seagate Technology LLC
Priority date: 2009-11-05
Filing date: 2010-11-02
Publication date: 2011-05-19
Anticipated expiration: 2030-11-02
Also published as: US20110103201A1; CN102074250A; JP5695885B2; US8730780B2; US20130230279A1; MY152221A; US8385183B2; CN102074250B

Abstract

【課題】光源および導波路が記録ヘッドスライダ上に搭載される。
【解決手段】光源から導波路内へ光線が放射される。導波路は、光線の透過のための２つのコア層を含んでもよい。第１のコア層は、光源から第２のコア層までの光結合効率を向上させる。第２のコア層は光のプロファイルを変換する。導波路は、光源の近傍に狭い開口部を有するとともにテーパ部出口の近傍に広い開口部を有するテーパ部を含んでもよい。導波路を通過する光線は、コリメーティングミラーに向かうよう方向付けされてもよい。コリメーティングミラーは、光線を平行またはほぼ平行にし、集束ミラーに向かうよう光線の向きを変える。集束ミラーは、磁気媒体ディスク上のスポットに平行光線を集束させる。
【選択図】図２

Description

背景
「熱アシスト磁気記録（Heat assisted magnetic recording）」、光アシスト記録（optical assisted recording）、またはサーマルアシスト記録（thermal assisted recording)（これらをまとめて以下ＨＡＭＲと呼ぶ）は、記録媒体を局所的に加熱して、この局所的な加熱によって引起される記録媒体の一時的な磁気軟化の間に、加えられる記録磁界が記録媒体の磁化に影響をより容易に与え得るように記録媒体の保磁力を低減するという考えを概して指す。ＨＡＭＲでは、微小粒界媒体の使用が可能である。微小粒界媒体は、高い面密度での記録に望ましく、より大きな磁気異方性を有し、室温にて十分な熱安定性を保証する。ＨＡＭＲは、たとえば、傾斜媒体、長手媒体、垂直媒体、および／またはパターン媒体を含む任意のタイプの記憶媒体に適用可能である。

熱または光源を磁気媒体に適用する際、記録が行なわれているトラックに熱または光を閉じ込め、かつ磁気媒体が加熱されているところに近接して記録磁界を生成して高い面密度記録を実現することが望ましい。さらに、十分に小さい光スポットに閉じ込められる多量の光パワーを記録媒体に供給する効率的な技術を提供することが、超えるべき技術的なハードルの１つとなっている。

閉じ込められた小さな熱スポットを達成する１つの方法は、プラズモン光学アンテナまたはアパーチャといった、導波路に統合される近接場トランスデューサを用いることである。当該導波路において伝搬する光は、平面固体液浸ミラーのような集束要素によって、近接場トランスデューサの中へ集束される。しかしながら、低コスト、良好な位置合わせ許容度、かつ高い光供給効率で、磁気記録ヘッドに関連するスライダにおいて導波路内に光を方向付けることは困難なことの１つである。本願明細書では、レーザを内部に備えるスライダによる光の供給を達成するためのシステムおよび方法が開示される。

概要
一実現例では、導波路は、光源からの光を受入れ、光源に関連する第１のモードプロファイルで光を透過するよう構成される第１のコア層を有する。導波路はさらに第１のコア層からの光を受入れ、より閉じ込められた第２のモードプロファイルに光を変換するよう構成される第２のコア層のテーパ部を有する。

この概要は、以下の詳細な説明においてさらに記載される概念を簡素化した形で提供するよう与えられる。この概要は、特許請求される主題の主な特徴または必須の特徴を特定するよう意図されておらず、また特許請求される主題の範囲を限定するよう用いられるように意図されていない。これらの特徴および利点ならびに他のさまざまな特徴および利点は、以下の詳細な説明を読むことにより明確になるであろう。

添付の図面と関連して、さまざまな実現例を記載する以下の詳細な説明から当該技術が最もよく理解される。

例示的なディスクドライブの平面図を示す図である。磁気媒体ディスクに近接して飛行するよう構成され、クラッド層、コア層、レーザダイオード、導波路、およびミラーが搭載されるトランスデューサヘッドスライダの後面の例示的な部分等角図を示す図である。レーザダイオードと、クラッド層と、コア層とを含み、それぞれのコア層上に重畳される第１のモードプロファイルおよび第２のモードプロファイルを有する、レーザを内部に備えるスライダによる光供給システムの例示的な断面図である。１つの第１のコア層と２つの第２のコア層とを有する、レーザを内部に備えるスライダによる光供給システムの例示的な断面図である。第１のコア層と第２のコア層との間に位置する第３のクラッド層を有する、レーザを内部に備えるスライダによる光供給システムの例示的な断面図である。第１のコア層の下に第２のコア層を有する、レーザを内部に備えるスライダによる光供給システムの例示的な断面図である。レーザダイオードからある距離での、導波路を通る光を示す例示的なモードプロファイルを示す図である。レーザダイオードからある距離での、導波路を通る光を示す例示的なモードプロファイルを示す図である。レーザダイオードからある距離での、導波路を通る光を示す例示的なモードプロファイルを示す図である。レーザダイオードからある距離での、導波路を通る光を示す例示的なモードプロファイルを示す図である。レーザダイオードからある距離での、導波路を通る光を示す例示的なモードプロファイルを示す図である。レーザダイオードからある距離での、導波路を通る光を示す例示的なモードプロファイルを示す図である。図５Ａ−図５Ｆの導波路に対する、レーザダイオードの例示的な位置許容度を示す図である。図５Ａ−図５Ｆの導波路に対する、レーザダイオードの例示的な位置許容度を示す図である。導波路を通り、例示的なコリメーティングミラーに反射する光を示す図である。例示的な集束ミラーに反射され、集束点に集束する平行光を示す図である。コリメーティングミラーから反射される光線が、角度付けされる両側集束ミラーに向かって伝搬するようにコリメーティングミラーが方向付けされる、レーザを内部に備えるスライダによる例示的な光供給システムを示す図である。コリメーティングミラーから反射される光線が、角度付けされる片側集束ミラーに向かって伝搬するようにコリメーティングミラーが方向付けされる、レーザを内部に備えるスライダによる例示的な光供給システムを示す図である。コリメーティングミラーから反射される光線をシフトするよう２つのストレートミラーが用いられる、レーザを内部に備えるスライダによる例示的な光供給システムを示す図である。ストレートミラーとスプリットストレートミラーとが、コリメーティングミラーから反射される光線をシフトするよう用いられる、レーザを内部に備えるスライダによる例示的な光供給システムを示す図である。光源から導波路を通る光を方向付けるとともに、熱アシスト磁気記録のために磁気媒体上に光を集束させるための例示的な動作を示すフローチャートの図である。

詳細な説明
図１は、例示的なディスクドライブ１００の平面図を示す。ディスクドライブ１００は、ディスクドライブ１００のさまざまな構成要素が搭載されるベース１０２を含む。部分的に切取られたように示す上部カバー１０４は当該ベース１０２と協働して、従来の態様でディスクドライブのためのクリーンな内部環境を形成する。ディスクドライブ１００の構成要素は、一定の高速度で１つ以上の記憶媒体ディスク１０８を回転するスピンドルモータ１０６を含む。アクチュエータアセンブリ１１０の使用により、ディスク１０８のトラックに情報が記録され、当該トラックから読出される。アクチュエータアセンブリ１１０は、シーク動作の間、ディスク１０８の近傍に位置決めされる軸受シャフトアセンブリ１１２の周りを回転する。アクチュエータアセンブリ１１０は、ディスク１０８に向かって延在する複数のアクチュエータアーム１１４を含む。アクチュエータアーム１１４は、アクチュエータアーム１１４の各々から延在する１つ以上のフレクシャ１１６を有する。フレクシャ１１６の各々の遠位端には、ヘッド１１８が搭載される。ヘッド１１８は、関連するディスク１０８の対応する表面の上を近接して飛行することを可能にする空気軸受スライダを含む。飛行の間のヘッド１１８と記憶媒体との間の距離は、飛行高さと呼ばれる。

シーク動作の間、アクチュエータアセンブリ１１０は軸受シャフトアセンブリ１１２の周りを旋回し、トランスデューサヘッド１１８はディスク１０８の表面を横断するよう動かされる。フレックスアセンブリ１３０が、動作の間、アクチュエータアセンブリ１１０の旋回移動を可能にしつつ、アクチュエータアセンブリ１１０のための必要な電気接続路を提供する。フレックスアセンブリ１３０はさらに、スライダ上のレーザ光源に電力を供給する。

一実現例では、レーザ光源１１９（たとえばレーザダイオード）または他の光源（たとえば発光ダイオード（ＬＥＤ））が、ヘッド１１８のスライダの後面に搭載される。レーザ光源１１９からの光は、ヘッド１１８のスライダの後面上に同じくある導波路を通って、１つ以上のコア層の中に方向付けられる。この光は次いで、ミラーによって、ヘッド１１８上の記録磁極に近接して、ディスク１０８上の点へと向きを変えられる、および／または集束される。ディスク１０８の当該点上に光をさらに集中させるよう、近接場トランスデューサ（near field transducer；ＮＦＴ）がさらにヘッド１１８のスライダ上に搭載されてもよい。別の実現例では、レーザ光源１１９、コア層、導波路、ミラー、および／またはＮＦＴの１つ以上が、スライダから離れたヘッド１１８の領域上、または後面以外のヘッド１１８のスライダ表面上に搭載される。

図２は、磁気媒体ディスク２０４に近接して飛行するよう構成され、クラッド層２０６，２０８、コア層２１０，２１２、レーザダイオード２１４、導波路２１６、およびミラー２１８，２２０を搭載するトランスデューサヘッドスライダ２０２の後面の例示的な部分等角図を示す。クラッド層２０６，２０８、コア層２１０，２１２、レーザダイオード２１４、導波路２１６、およびミラー２１８，２２０はともに、レーザを内部に備えるスライダによる光供給システム２００の一実現例を形成する。

スライダ２０２は、アクチュエータアームの一端に位置し、場合によってはフレクシャとも呼ばれるサスペンション２２２により磁気媒体ディスク２０４の上に浮いた状態にある。サスペンション２２２は、動作の間にディスク２０４が回転する際に、ディスク２０４の上に近接してスライダ２０２が飛行するのを可能にする。レーザを内部に備えるスライダによる光供給システム２００は、スライダ２０２の後面に取付けられるよう示されるが、別の実現例では、システム２００はスライダ２０２の他の表面および／またはトランスデューサヘッドに取付けられてもよい。

レーザ光源（たとえばレーザダイオード２１４）または他の光源（たとえば発光ダイオード（ＬＥＤ））が、スライダ２０２の後面上に搭載されるのが示される。レーザダイオード２１４のすぐ傍には、スライダ２０２からコア層２１０，２１２を分離する第１のクラッド層２０６が存在する。コア層２１０は、第１のクラッド層２０６の上部（Ｘ方向）上に実質的に堆積される。第２のコア層２１２は同様に、第１のコア層２１０の上部（Ｘ方向）上に堆積される。

例示的な製造プロセスでは、第１のクラッド層２０６がまずスライダ２０２上に堆積される。第１のコア層２１０が、第１のクラッド層２０６の上部に堆積される。次いで、第１のコア層２１０の上部に第２のコア層２１２が堆積される。次いで、テーパ部２１７の近傍の第２のコア層２１２の領域を第１のコア層２１０までエッチングすることにより、レーザダイオード２１４の近傍の導波路２１６のテーパ部２１７が導波路２１６上に形成される。いくつかの実現例では、このエッチングはフォトリソグラフィによって達成される。第２のクラッド層２０８が次いで、第２のコア層２１２の上部上に堆積される。

（図２において小さな矢印で示される）光線２３４は、レーザダイオード２１４（いくつかの実現例では端面発光レーザダイオード２１４）から放射され、実質的にＺ方向において導波路２１６内に結合される。導波路２１６は、光線２３４の透過のために第１のコア層２１０および第２のコア層２１２を含み、第１のコア層２１０および第２のコア層２１２に光線２３４を閉じ込めるよう第１のクラッド層２０６および第２のクラッド層２０８を含む。したがって、クラッド層２０６，２０８は、誘電性であり、かつ屈折率が低い材料を含む（たとえば、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、およびＭｇＦ_２）。

コア層２１０，２１２は誘電性であるが、クラッド層２０６，２０８よりも屈折率が高い。第１のコア層２１０は、レーザダイオード２１４から第２のコア層２１２までの光結合効率を向上させるよう機能する。第２のコア層２１２上の導波路２１６のテーパ部２１７は、第１のコア層２１０において伝搬する光を第２のコア層２１２内に結合させるよう機能し、第２のコア層２１２において、当該光はより密なモードプロファイルに閉じ込められる。光のモードプロファイルとは、光の強度を関数として、光のＸＹ面断面の寸法サイズおよび形状を指す（図５Ａ−図５Ｆを参照）。したがって、第１のコア層２１０は、第２のコア層２１２よりも低い屈折率を有するが、クラッド層２０６，２０８よりも若干高い屈折率を有する材料を含む（たとえば、ＳｉＯＮ、ＺｎＳ、およびＳｉＯ_２）。第２のコア層は、高い屈折率を有する誘電性材料を用いる（たとえば、Ｔａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_Ｘ、ＳｉＮ_Ｘ、ＳｉＣ、およびＺｎＳ）。

図２に示される実現例では、第１のコア層２１０および第２のコア層２１２は、ミラー２１８，２２０によって占有される領域においてはそのままの状態である。第２のコア層２１２の一部は、導波路２１６内においてエッチングされ、第２のコア層２１２にテーパ部２１７を形成する。他の実現例では、第１のコア層２１０または第１のコア層２１０および第２のコア層２１２の両方が導波路２１６においてエッチングされてテーパ部２１７を形成する。図２の導波路２１６のテーパ部２１７は、Ｚ方向において線形のテーパを有し、レーザダイオード２１４の近傍に狭い開口部を有する。当該開口部において、光が導波路２１６に入る（すなわち、導波路の入口）。テーパ部２１７はさらに、導波路２１６のテーパ部２１７から光が出る幅のより広い開口部を有する。しかしながら他の実現例では、テーパ部２１７は非線形であってもよく、第１のコア層２１０から第２のコア層２１２までに速いモード変換を達成するよう最適化されるさまざまな形状を含んでもよい。

テーパ部２１７の出口における導波路２１６のテーパ部２１７の幅は、テーパ部２１７を出る光線２３４の発散量が最小であるが、それでも光線２３４がＸＹ面においてガウシアン（Gausian）のような空間プロファイルを有するシングルモードになるように選択される。いくつかの実現例では、テーパ部２１７を出る光線２３４は、基本モードにある。テーパ部２１７の出口の幅は、ある製造公差を達成する低開口数の面内を有するコリメーティングミラー２１８で光線２３４が平行にされ得るように、可能な限り幅が広くなるよう選択され得る。テーパ部２１７から、近接場トランスデューサが配置され得る空気軸受表面または空気軸受表面の近傍まで光線２３４をガイドするチャネル導波路を用いる実現例では、テーパ部２１７の出口の幅および導波路のテーパは、当該チャネル導波路内を伝搬する光線２３４が密に閉じ込められるように最適化される。

テーパ部２１７を出る光線２３４は、オフアクシス型で単一側壁の放物面ミラーであるコリメーティングミラー２１８に向かうよう方向付けされる。コリメーティングミラー２１８は、導波路２１６のテーパ部２１７から出る発散した光線２３４を平行またはほぼ平行にし、これらの平行光線２３４を集束ミラー２２０に向かうように方向を変える。これらの平行光線２３４は、Ｚ方向またはＸ方向にはほとんど発散せず、負のＹ方向において集束ミラー２２０に向かう。集束ミラー２２０は、二側壁の放物面ミラーであり、回折限界光学スポット２２４に平行光線２３４を集束させる。いくつかの実現例では、回折限界光学スポット２２４は、磁気媒体ディスク２０４上の位置に集束される。別の実現例では、回折限界光学スポット２２４は近接場トランスデューサ上に集束する。この近接場トランスデューサは、磁気媒体ディスク２０４上の位置にさらに光線２３４を集中させるよう機能する。

図２は、コリメーティングミラー２１８および集束ミラー２２０の１方位を示す。しかしながら、他の実現例では、コリメーティングミラー２１８および集束ミラー２２０のサイズ、形状、および／または方位が異なってもよい（たとえば図８Ａ−図９Ｂ参照）。さらに、いくつかの実現例では、ストレートミラーを用いて、光線２３４の方向を変えるおよび／または当該光のモードプロファイルにおいて位相シフトを導入してもよい。

第２のクラッド層２０８（図２では取外した状態が示される）は、レーザダイオード２１４の近傍において、実質的に第２のコア層２１４の上部（Ｘ方向）上に堆積される。第２のクラッド層２０８は、第２のコア層２１２をエッチングして作られるテーパ部２１７の周りの空間を充填するよう、導波路２１６の領域においてより太くなり得る。記録磁極２２６は、第２のクラッド層２０８の中に統合されてもよく、または第２のクラッド層２０８に近接して搭載されてもよい。完全に組立てられると、システム２００は、記録磁極２２６に近接して、磁気媒体ディスク上に回折限界光学スポットを作り出す。これにより、磁気媒体ディスク２０４に対する熱アシスト磁気記録が達成される。

図３は、レーザダイオード３１４と、クラッド層３０６，３０８と、コア層３１０，３１２とを含み、それぞれのコア層３１０，３１２上に重畳される第１のモードプロファイル３２８および第２のモードプロファイル３３０を有する、レーザを内部に備えるスライダによる光供給システム３３０の例示的な断面図である。レーザダイオード３１４および第１のクラッド層３０６は、トランスデューサヘッドスライダ３０２の表面上に搭載される。他の実現例では、レーザダイオード３１４は第２のクラッド層３０８に搭載される。第１のコア層３１０、第２のコア層２１２、および第２のクラッド層３０８は、第１のクラッド層３０６の上部（Ｘ方向）に堆積される。クラッド層３０６，３０８およびコア層３１０，３１２の組合せにより導波路３１６が作り出される。レーザを内部に備えるスライダによる光供給システム３００の１つの例示的な断面は、図２の俯瞰図によって示される。

Ｘ方向における第１のコア層３１０の厚みは、導波路３１６の第１のコア層３１０内の光の第１のモードプロファイル３２８がレーザダイオード３１４の光出力のモードプロファイルに最もよく合致するよう選択される。Ｘ方向における第２のコア層３１２の厚みは、密に閉じ込められたモードプロファイルを作り出すよう選択される。レーザダイオード３１４から放射される光線（矢印で示される）はまず第１のコア層３１０に入り、次いでＺ方向において、導波路３１６のテーパ部の長さに沿って断熱モード変換（adiabatic mode transformation）を通じて第２のコア層３１２に伝達される。第２のコア層３１２上に作製されたテーパ部は、当該光が第１のコア層３１０から第２のコア層３１２までに効率よく変換されるように最適化される。

図３の実現例では、レーザダイオード３１４はトランスデューサヘッドスライダ３０２において形成されるキャビティ内に搭載されるのが示される。しかしながら、他の実現例（たとえば図４Ａ−図４Ｃを参照）では、レーザダイオード３１４は、キャビティを用いることなくトランスデューサヘッドスライダ３０２の平面上に直接搭載されるのが示される。さらに、図２では、レーザダイオードのＸ方向の厚みが、Ｘ方向に組合されたクラッド層３０６，３０８およびコア層３１０の厚みよりも大きいことが示される。しかしながら、他の実現例では、上記の厚みは同じであるか、またはレーザダイオードの厚みがクラッド層３０６，３０８およびコア層３１０の組合せの厚みよりも小さくてもよい。

図４Ａは、２つの第１のコアサブ層４１０と１つの第２のコア層４１２とを有する、レーザを内部に備えるスライダによる光供給システム４００の例示的な断面図である。ここで、レーザダイオード４１４から放射される光線（矢印で示される）は、第２のコア層４１２を挟む第１のコア層の２つのサブ層４１０を通って導波路４１６に入る。第２のコア層４１２は、テーパ部を有する導波路４１６を含む。導波路４１６を光線が通る際、当該光線は第１のコアサブ層４１０の各々から、第２のコア層４１２上に形成されたテーパ部を通じて徐々に伝達される。光線は、導波路４１６のテーパ部を出る。

図４Ｂは、第１のコア層４１０と第２のコア層４１２との間に位置する第３のクラッド層４３２を有する、レーザを内部に備えるスライダによる光供給システム４０５の例示的な断面図である。ここで、レーザダイオード４１４から放射される光線（矢印で示される）は、第１のコア層４１０を通って導波路４１７に入る。第２のコア層４１２は、テーパ部を有する導波路４１７を含む。光線が導波路４１７を通る際、当該光線は共鳴トンネルにより、第１のコア層４１０から第３のクラッド層４３２を通って、第２のコア層４１２上に形成されたテーパ部へと徐々に伝達される。光線は、導波路４１７のテーパ部を出る。

図４Ｃは、第１のコア層４１０の下に第２のコア層４１２を有する、レーザを内部に備えるスライダによる光供給システム４１５の例示的な断面図である。ここで、レーザダイオード４１４から放射される光線（矢印で示される）は、第１のコア層４１０を通って導波路４１９に入る。第２のコア層４１２は、テーパ部を有する導波路４１９を含む。導波路４１９を当該光線が通る際、光線は第１のコア層４１０から第２のコア層４１２上に形成されるテーパ部を通って徐々に伝達される。光線は導波路４１９のテーパ部を出る。第１のコア層４１０の下に第２のコア層４１２を位置決めすることにより、レーザダイオード４１４を配置するためのスライダ上へのエッチングを低減することが可能になる。これは、第１のコア層４１０が第２のコア層４１２の下に位置決めされる実現例においてよりも、Ｘ方向において第１のコア層４１０がスライダからさらに離れて配置されているので生じる。

図５Ａ−図５Ｆは、レーザダイオードからさまざまな距離での、導波路を通る光を示す例示的な一連のモードプロファイルを示す。各モードプロファイルは、Ｘ方向およびＹ方向（図２を参照）において、モードプロファイルのサイズにより変動する光の強度レベルを示す。

図５Ａ−図５Ｆに示されるモードプロファイルを生成する例示的な導波路を以下に示す。２．１５に等しい屈折率（ｎ）を有する、厚みが１２０ｎｍのＴａ_２Ｏ₅の第２のコア層が用いられる。さらに、１．７０に等しい屈折率（ｎ）を有する、厚みが８００ｎｍのＳｉＯＮの第１のコア層が用いられる。クラッド層はＡｌ_２Ｏ_３であり、１．６５に等しい屈折率（ｎ）を有する。導波路のテーパ部は線形であり、１００μｍの長さを有し、１００ｎｍに等しい導波路入口幅を有し、６００ｎｍに等しいテーパ部出口幅を有する。レーザダイオードは、導波路面（図２のＹＺ面）に平行であるとともに第１のコア層にて中心に位置する端面結合部により端面発光する。レーザダイオードから放射される光の最大発散角は半値幅にて、端面結合部に対して平行に７．７４°であり、端面結合部に対して垂直に２６°である。

図５Ａは、Ｚ方向における導波路入口から１μｍでのモードプロファイルを示す。対応する半値幅強度（ＦＷＨＭ）は、Ｘ方向に沿って０．８６８μｍであり、Ｙ方向に沿って２．２７０μｍである（図２のシステム２００を参照）。導波路（図５Ｂに示される）を通る光の２１μｍの伝搬の後、示されるモードプロファイルは急速に収縮し、光の中心が第１のコア層から第２のコア層にシフトする（図示せず）。図５Ｃは、導波路で光が４１μｍ伝搬した後のモードプロファイルを示す。４１μｍでは、光はほとんど完全に第２のコア層に伝達され（図示せず）、示されるモードプロファイルは最小のＹ方向寸法（〜３０５ｎｍ）に到達する。Ｚ方向に光がさらに伝搬すると（図５Ｄ−図５Ｆ）、モードプロファイルは、導波路のテーパの幅の増加によって若干Ｙ方向に沿って拡大する。この実現例では、光供給効率は８７％であると推定される。

光供給効率は、部分的に第１のコア層のＸ方向（図２を参照）における厚みに依存する。最大の光供給効率を達成する理想的な第１のコア層の厚みは、第１のコア層のモードプロファイルが、レーザダイオードからの光のモードプロファイルに非常に合致する場合である。図５Ａ−図５Ｆに示される実現例では、理想的な第１のコア層の厚みは約７００ｎｍである。しかしながら、この厚みは異なる屈折率を有する材料の場合は変動することになる。

図６Ａ−図６Ｂは、図５Ａ−図５Ｆの導波路に対する、レーザダイオードの例示的な位置許容度を示す。ここで開示される技術は、導波路に対してレーザダイオードを位置決めする際に良好な許容度を可能にする。図６Ａを参照して、９０％から７５％への光供給効率（または結合効率）の低下が受け入れ可能であるとすると、Ｘ方向における位置許容度は約５５０ｎｍである。図６Ｂを参照して、９０％から７５％への光供給効率の低下が許容可能であるとすると、Ｙ方向における位置許容度は約１２００ｎｍである。

ファブリペロー共振器を有する端面発光ダイオードの発光波長は典型的には、摂氏１℃ごとに０．１ｎｍ〜０．２ｎｍだけ変動する。予測される温度の変動（すなわち１００℃未満）に基づくと、発光波長の変動は２０ｎｍ以内となる。モデリングによれば、波長の変動が約３０ｎｍ以内である場合、結合効率の変動は５％より低くなる。

図７Ａは、導波路を通り、例示的なコリメーティングミラーに反射する光を示す。図２のコリメーティングミラーのＹＺ断面では、導波路を通る光は平行にされ、９０°曲げられる。Ｚ軸からの最大の光線角度は、θ_ｍであり、平行化の後のビームサイズはＤである。コリメーティングミラーはＹＺ面において放物面であり、テーパ部の出口からｚ_０だけ離れて配置される。テーパ部出口として座標（ｚ，ｙ）＝（０，０）が規定されると、コリメーティングミラーの放物面形状は以下のように規定され得る。

式中、ｚ_０は、ｙ＝０の場合、ｚ軸上のコリメーティングミラーの位置である。ビームサイズ（Ｄ）は、次いで以下の式に従って既知のθ_ｍおよびｚ_０に基づき計算され得る。

式中、ｚ_１は、ｚ方向における平行ビームの第１の限界値であり、
ｚ_２は、ｚ方向における平行ビームの第２の限界値であり、
θ_ｍは、１／ｅ²強度点でのｚ軸からの、導波路を通る光の発散角である。

図７Ｂは、例示的な集束ミラーに反射され、集束点に集束する平行光を示す。集束ミラーは、開口幅（Ｗ）および高さ（Ｈ）を有する２つの放物面側壁を有する。図２の集束ミラーのＹＺ断面において、平行光は当該側壁に反射され、空間中の特定の点（たとえば回折限界光学スポット）に集束される。図７Ｂの実現例では、この集束点は（ｚ，ｙ）＝（０，０）として規定される。ミラーの形状は、以下の式に従って、ｚの関数としてｙについて解くことにより計算され得る。

さらに、パラメータ（β）は以下の式を用いて計算され得る。

図７Ｂでは、集束ミラーは、２つの相補的な側壁を有する。集束ミラー上への入射ビームの位相波面が均一である場合、集束点の電界は、ＴＥ_０モードの場合はＺ方向に沿うことになり、ＴＭ_０モードの場合は、Ｘ方向に沿うことになる。しかしながら、いくつかの近接場トランスデューサは、長手方向に偏光された集束スポットによる励起を必要とする。すなわち、当該集束点における電界はＹ方向に沿う。長手方向に集束されるスポットを達成するには、異なる形状を有する２つの側壁を用いることが１つの方法である。β_Ｌを左側の側壁についての形状パラメータとすると、右側の側壁についての形状パラメータβ_Ｒは以下の式により計算され得る。

式中、λは、自由空間における光線の波長であり、
ｎ_effは、集束ミラーが配置される導波路の実効モードインデックスである。

図２を再び参照して、いくつかの実現例では、トランスデューサヘッドスライダ２０２は特にＺ方向において狭く、および／またはレーザダイオード２１４はＺ方向において特に長い。これらの実現例では、図２のコリメーティングミラー２１８および集束ミラー２２０の向きが、記録磁極２２６が位置する、Ｚ方向におけるスライダ２０２の中心の近くの集束点２２４（または回折限界光学スポット）を作り出さない。図８Ａ−図９Ｂは、Ｚ方向において記録磁極２２６と集束点２２４とを位置合わせするよう負のＺ方向に集束点２２４を移動させるミラーおよびミラーの向きを示す。

図８Ａは、コリメーティングミラー８１８から反射される光線８３４が、角度付けされる両側集束ミラー８２０に向かって伝搬するようにコリメーティングミラー８１８が方向付けされる、レーザを内部に備えるスライダによる例示的な光供給システム８００を示す。図８Ａのシステム８００は、レーザダイオード８１４、導波路８１６、コリメーティングミラー８１８、および集束ミラー８２０を、図２について記載したように含む。しかしながら、コリメーティングミラー８１８および集束ミラー８２０の形状および／または向きは、負のＺ方向に集束点８２４が移動するように変更される（図２を参照）。

より詳細には、導波路８１６を通る光線８３４が平行にされ、コリメーティングミラー８１８に反射される。コリメーティングミラー８１８は負のＺ方向および負のＹ方向に光線８３４を反射する。角度が付けられた平行光線８３４を捉えるよう、集束ミラー８２０は同様に角度付けされ、集束した光線８３４を、図２の集束点２２４と比較してマイナスＺ方向にシフトした集束点８２４に方向付けする。

図８Ｂは、コリメーティングミラー８２１から反射される光線８３４が、角度付けされる片側集束ミラー８２３に向かって伝搬するようにコリメーティングミラー８２１が方向付けされる、レーザを内部に備えるスライダによる例示的な光供給システム８００を示す。図８Ｂの実現例は図８Ａの実現例に類似するが、集束ミラー８２３は、両側ではなく片側である。片側集束ミラーは、設計および／または製造するのにあまり複雑ではないという潜在的な利点を有し、均等な両側集束ミラーよりも占有するスペースが少ない。しかしながら、片側集束ミラーは両側集束ミラーよりも、より大きく、あまり閉じ込められない集束点８２４を作り出す可能性がある。

図９Ａは、コリメーティングミラー９１８から反射される光線９３４をシフトするよう２つのストレートミラー９３６が用いられる、レーザを内部に備えるスライダによる例示的な光供給システム９００を示す。図９Ａのシステム９００は、図２について述べたように、レーザダイオード９１４、導波路９１６、コリメーティングミラー９１８、および集束ミラー９２０を含む。しかしながら、２つの付加的なストレートミラー９３６は、負のＺ方向に集束点９２４をシフトするよう統合される（図２参照）。

より詳細には、導波路９１６を通る光線９３４が平行にされ、コリメーティングミラー９１８に反射される。しかしながら、図９Ａの実現例では、平行光線９３４は直接的に集束ミラー９２０に向かわない。その代わり、平行光線９３４はまずストレートミラー９３６に負のＺ方向に反射され、次いで別のストレートミラー９３６によって負のＹ方向に反射される。次いで、平行光線９３４は、図２について記載したように、集束ミラー９２０によって集束点９２４に方向付けされる。２つのストレートミラー９３６の正味の効果は、図２の実現例と比較して、集束点９２４が負のＺ方向にシフトされるということである。

図９Ｂは、ストレートミラー９３６とスプリットストレートミラーとが、コリメーティングミラー９１８から反射される光線９３４をシフトするよう用いられる、レーザを内部に備えるスライダによる例示的な光供給システム９０５を示す。図９Ｂは、図９Ａの実現例に類似しているが、半分がＺ方向において横にシフトされるスプリットストレートミラー９３８を示す（Δｚ）。図９Ａおよび図９Ｂの実現例における付加的なストレートミラー９３６および／またはスプリットストレートミラー９３８は、フレネル反射損失（Fresnel reflection loss）により、システム９０５の光供給効率を減少させる。

スプリットストレートミラー９３８は、光線９３４を集束点９２４に効果的に反射しない部分である集束ミラー９２０の底部の部分に向けられる光線９３４を低減または除去するよう用いられる。これは、本願明細書において、集束ミラー９２０におけるオブスキュレーション（obscuration）の低減または除去と言う。さらに、スプリットストレートミラー９３８は、集束ミラーに向けられる光線９３４において位相シフトを導入するよう用いられてもよい。

一実現例では、スプリットストレートミラー９３８のシフト量（Δｚ）が以下の式に従って計算され得る。

式中、ｍは上記の不等式を満たす１、２、３…を示す正の整数である。λは、自由空間における光線９３４の波長である。ｎ_effは、集束ミラー９２０が配置される導波路９１６の実効モードインデックスである。βは、集束ミラー９２０の形状を表わすパラメータである。

スプリットストレートミラー９３８は、図７Ｂについて論じたように、長手方向に集束されるスポットを達成するよう用いられてもよい。さらに、コリメーティングミラー９１８および／または集束ミラー９２０はさらに、長手方向に集束したスポットを達成するよう分けられてもよい。図９Ｂの実現例では、πだけ位相シフトされた波面を達成する距離（Δｚ）は以下の式で与えられる。

コリメータ９１８の後の平行ビームが特に小さく、かつコリメータ９１８から集束ミラー９２０の距離がレイリー距離（Rayleigh distance）

よりもはるかに長い実現例では、コリメータ９１８からの平行ビームは、集束ミラー９２０に光が向かって伝搬すると発散し得る。これは光のビームの回折による。不完全な平行化を補償するよう、ストレートミラー９３６を凹面ミラーに置き換えることによって、集束ミラー９２０上に入射する最終ビームサイズは調節され得るとともに、位相の波面は修正され得る。

図１０は、光源から導波路を通る光を方向付けるとともに、熱アシスト磁気記録のために磁気媒体上に光を集束させるための例示的な動作１０００を示すフローチャートである。光源からの光は、動作１００５において、記録ヘッド上の導波路の第１のコア層の中に受入れられる。この光は、光源に関連する第１のモードプロファイルを有する（たとえば光源に固有）。光は、動作１０１０において、導波路の長さにわたって導波路の第２の層に緩やかに伝達される。光が第２の層に伝達されると、モードプロファイルは第２のモードプロファイルに次第に変化する。

第２のモードプロファイルを有する光は次いで、動作１０１５においてコリメーティングミラーに出力される。次いで、コリメーティングミラーは導波路を通る発散した光線を平行にし、動作１０２０において集束ミラーに向かうように光の向きを変える。集束ミラーは、動作１０２５において、データが記録されることになる磁気記録媒体のスポットに近接して、磁気記録媒体上のスポット上に光を集束させる。代替的な実現例では、集束ミラーは、磁気記録媒体上のスポットではなく、近接場トランスデューサ上に光を集束させる。次いで、近接場トランスデューサはさらに磁気記録媒体上のスポットに光を集中させる。

本願明細書において開示される導波路、コリメーティングミラー、および／または集束ミラーの実現例は具体的に熱アシスト磁気記録技術適用例について論じたが、ここで開示される技術は低い損失で正確な光供給が望まれる任意の光学システム（たとえば光集積回路）に等しく適用可能である。たとえば、ここで開示される技術は、光ファイバ通信システム、生物医学装置、および光コンピューティング装置に適用されてもよい。

本願明細書および上記の例は、熱アシスト磁気記録のための光供給のために用いられてもよい方法および装置の例示的な実現例の構造を完全に記載した。当該方法および装置のさまざまな実現例が、ある程度の特定性をもって、または１つ以上の個々の実現例を参照して記載されたが、当業者ならば、ここで開示される技術の精神および範囲から逸脱することがなければ、開示される実現例に対する多くの代替例を作成することが可能である。上記の記載および図面に示されるすべての事柄は、特定の実現例を例示するのみであり、限定的ではないと解釈されるべきであると意図される。上記の実現例および他の実現例は特許請求の範囲内にある。

２１６，３１６，４１６，４１９，８１６，９１６導波路、２１０，３１０，４１０第１のコア層、２１２，３１２，４１２第２のコア層、１１９レーザ光源、３２８第１のモードプロファイル、３３０第２のモードプロファイル、２１７テーパ部

Claims

光源からの光を受入れ、前記光源に関連する第１のモードプロファイルで前記光を透過するよう構成される第１のコア層と、
前記光を前記第１のコア層から受入れ、より閉じ込められた第２のモードプロファイルに前記光を変換するよう構成される第２のコア層のテーパ部とを含む、導波路。
前記第２のモードプロファイルに合致するモードプロファイルを有するコリメーティングミラーをさらに含む、請求項１に記載の導波路。
前記第１のコア層は、第１の屈折率を有する材料を含み、前記第２のコア層は、前記第１の屈折率よりも大きい第２の屈折率を有する材料を含む、請求項１に記載の導波路。
前記光は、前記導波路の前記第２のコア層の前記テーパ部の長さに沿って前記第１のコア層から前記第２のコア層に伝達する、請求項１に記載の導波路。
前記第１のコア層および前記第２のコア層内に前記光を閉じ込めるようにされる１つ以上のクラッド層をさらに含む、請求項１に記載の導波路。
前記第１のコア層は２つ以上のサブ層を含む、請求項１に記載の導波路。
熱アシスト磁気記録ヘッドに組み込まれる、請求項１に記載の導波路。
記録ヘッドスライダ上に搭載される、請求項１に記載の導波路。
記録ヘッドスライダの後端面に搭載される、請求項１に記載の導波路。
光源からの光を方向付ける方法であって、
第１のモードプロファイルで光を導波路の第１のコア層の中に受入れるステップと、
前記光を前記第１のコア層から前記導波路の第２のコア層のテーパ部に伝達するステップと、
より閉じ込められた第２のモードプロファイルで、前記光を前記導波路の前記第２のコア層の前記テーパ部から出力するステップとを含む、方法。
前記光を磁気媒体上に集束させて前記磁気媒体上のスポットを加熱するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
集束動作は、集束ミラーおよび近接場トランスデューサの一方または両方を用いて達成される、請求項１１に記載の方法。
前記導波路の前記テーパ部から出力される前記光を用いて、コリメーティングミラーからの、所望の幅を有する光の平行ビームを反射するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
前記光は、前記第１のコア層から前記第２のコア層まで前記導波路の前記テーパ部の長さに沿って伝達する、請求項１０に記載の方法。
光源からの光を方向付ける方法であって、
前記光源に関連する第１のモードプロファイルで、光を導波路内に受入れるステップと、
前記第１のモードプロファイルよりも閉じ込められる第２のモードプロファイルで前記光を出力するステップと、
出力された前記光を用いて、コリメーティングミラーからの所望の幅を有する光の平行ビームを反射するステップと含む、方法。
前記光の平行ビームを磁気媒体に集束させて前記磁気媒体上のスポットを加熱するステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
集束動作は、集束ミラーおよび近接場トランスデューサの一方または両方を用いて達成される、請求項１６に記載の方法。
前記コリメーティングミラーの形状は、以下の式を用いて、ｚの関数としてｙについて書くことが可能であり、
式中、ｚ_０はｙが０に等しい場合のｚ軸上の前記コリメーティングミラーの位置である、請求項１５に記載の方法。
前記平行ビームの所望の幅Ｄは以下の式を用いて計算することが可能であり、
式中、ｚ_０は、ｙ＝０の場合のｚ軸上の前記コリメーティングミラーの位置であり、
ｚ_１は、ｚ方向における前記平行ビームの第１の限界値であり、
ｚ_２は、ｚ方向における前記平行ビームの第２の限界値であり、
θ_ｍは、前記導波路を通る前記光の発散角の１／２である、請求項１５に記載の方法。
２つ以上のストレートミラーからの前記光の平行ビームを反射して、前記光の平行ビームを横方向にシフトするステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。