JP2014112452A - 光アシスト磁気ヘッド及び光アシスト磁気記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源からの光をプラズモンプローブに導く工程の精度を大幅に緩和し、製造時間の短縮と歩留まりの改善を図ることで量産性を向上させると共に、環境変化や経時変化にも強い光アシスト磁気ヘッド及び光アシスト磁気記録装置を提供する。
【解決手段】光源と、前記光源からの光が結合され出射端にプラズモンプローブが配置された光導波路を備える光アシスト磁気ヘッドであって、
前記光源から前記光導波路への光路中に、複数のミラー面を備え前記光源から出射した光の方向を所定角度折り曲げる光学素子を有することを特徴とする光アシスト磁気ヘッド、及びかかる光アシスト磁気ヘッドを有することを特徴とする光アシスト磁気記録装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、光アシスト磁気記録ヘッド及び光アシスト磁気記録装置に関し、より詳細には、光照射により磁気記録媒体を加熱昇温して磁気記録を行うことにより極めて高密度な磁気的記録を可能とした光アシスト磁気記録ヘッド及び光アシスト磁気記録装置に関する。

ハードディスク装置の磁気記録密度を上げる方式として、光アシスト磁気記録方式が活発に研究されている。メディアを加熱するための光スポットを如何に微小に形成するかが記録密度を向上させる上で重要なポイントとなる。この点に関しては、近接場光を用いて数十ｎｍのスポットサイズを実現する方向に固まってきた。

近接場光を発生させる手法としては、微小な形状に作製したプラズモンプローブに光源からの光を導き、このプラズモンプローブが近接場を発生させる方式が主流となっている。

プラズモンプローブは非常に微小であるため、光源からの光を如何なる手段を用いてプラズモンプローブに効率よく導くかが課題となっている。光源からの光をプラズモンプローブに導く手段としては、光ファイバを用いる手段（例えば特許文献１参照）や、レンズ光学系を用いる手段（例えば特許文献２参照）が提案されている。

光ファイバを用いる手段は、光源からの光が結合された光ファイバの光出射端から出射する光を、反射機能を備えるプリズムを介してプラズモンプローブに照射する、というものである。

また、レンズ光学系を用いる手段は、光源からの光をレンズで平行化し、収束機能を有する反射手段である透明集光用媒体を用いてプラズモンプローブに集光照射する、というものである。

特開２００２−２９８３０２号公報 特開２００４−３６２７７１号公報

特許文献１に開示されている光源からの光をプラズモンプローブに導く手段においては、プリズムにおいて反射された光がプラズモンプローブに照射されるので、該プリズムが理想位置から少しでもずれるとプラズモンプローブに照射される光の強度が落ちてしまう虞がある。

従って、該プリズムの組付時には非常に厳しい位置調整精度が要求され、製造時間の長時間化や歩留まり悪化が懸念される。

そのため、光源からの光をプラズモンプローブに導くかかる手段を用いた光アシスト磁気ヘッドの量産化の現実性は高くない。

また、特許文献２に開示されている光源からの光をプラズモンプローブに導く手段においては、集光された光のスポット径が数μｍと非常に小さいので、透明集光用媒体の角度がわずかでもずれるとスポットの位置はプラズモンプローブの位置からずれてしまい、近接場光の強度が小さくなってしまう。

従って、透明集光用媒体の組付時には非常に厳しい角度調整精度が要求され、特許文献１の場合と同様に、製造時間の長時間化や歩留まり悪化が懸念される。

そのため、光源からの光をプラズモンプローブに導くかかる手段を用いた光アシスト磁気ヘッドの量産化の現実性は高くない。

本発明は、光源からの光をプラズモンプローブに導く工程の精度を大幅に緩和し、製造時間の短縮と歩留まりの改善を図ることで量産性を向上させると共に、環境変化や経時変化にも強い光アシスト磁気ヘッド及び光アシスト磁気記録装置を提供することを目的とする。

前述の目的は、下記に記載する発明により達成される。

１．光源と、前記光源からの光が結合され出射端にプラズモンプローブが配置された光導波路を備える光アシスト磁気ヘッドであって、
前記光源から前記光導波路への光路中に、複数のミラー面を備え前記光源から出射した光の方向を所定角度折り曲げる光学素子を有することを特徴とする光アシスト磁気ヘッド。

２．前記ミラー面は偶数個備えられていることを特徴とする前記１に記載の光アシスト磁気ヘッド。

３．前記光源からの光を前記光導波路に結合させる回折機能素子を備えていることを特徴とする前記１または２に記載の光アシスト磁気ヘッド。

４．前記光源からの光は直接前記光導波路に結合させることを特徴とする前記１または２に記載の光アシスト磁気ヘッド。

５．前記光源からの光を前記光導波路に結合させる角度は直角であることを特徴とする前記４に記載の光アシスト磁気ヘッド。

６．前記光学素子は第１ミラー面と第２ミラー面とを備え、
前記光源からの光は前記第１ミラー面と前記第２ミラー面とをこの順番に反射することを特徴とする前記１から５の何れか一項に記載の光アシスト磁気ヘッド。

７．前記光学素子はプリズムであり、各々の前記ミラー面は前記プリズムの内面であることを特徴とする前記１から６の何れか一項に記載の光アシスト磁気ヘッド。

８．前記光学素子はプリズムであり、各々の前記ミラー面は前記プリズムの外面であることを特徴とする前記１から６の何れか一項に記載の光アシスト磁気ヘッド。

９．前記光学素子は複数のミラーを備え、
前記ミラー面は、前記複数のミラーの各々のミラー面であることを特徴とする前記１から６の何れか一項に記載の光アシスト磁気ヘッド。

１０．前記光学素子は第１ミラー面と第２ミラー面とを内面に備えるプリズムであり、
前記光源からの光は前記第１ミラー面と前記第２ミラー面とをこの順番に反射し、
前記所定角度をθとしたときに、前記プリズムに光が入射する面と、前記プリズムから光が出射する面とが成す角度は、１８０°−θであって、前記第１ミラー面と前記第２ミラー面とか成す角度の２倍の大きさであることを特徴とする前記１に記載の光アシスト磁気ヘッド。

１１．前記所定角度は９０度であることを特徴とする前記１から１０の何れか一項に記載の光アシスト磁気ヘッド。

１２．前記１から１１の何れか一項に記載の光アシスト磁気ヘッドを有することを特徴とする光アシスト磁気記録装置。

光源からの光をプラズモンプローブに導く工程の精度を大幅に緩和し、製造時間の短縮と歩留まりの改善を図ることで量産性を向上させると共に、環境変化や経時変化にも強い光アシスト磁気ヘッド及び光アシスト磁気記録装置を提供できる。

光アシスト磁気ヘッド３を搭載した光アシスト磁気記録装置の概略構成図である。 光アシスト磁気ヘッド３及びヘッド支持部４の分解斜視図である。 図２の光アシスト磁気ヘッド３をＩ−Ｉ線を含む面で切断して矢印方向に見た断面図である。 光学素子３１の斜視図である。 プレーナ導波路３２ａの概要図である。 光学素子３１の光路図の例である。 例としてプリズム３１１の一面に回折格子Ｇ１を形成した場合のプレーナ導波路３２ａへの光路図である。 光学素子３１の光路図の他の例である。 レンズ群５０の機能の説明図である。 異方性エッチングを用いたプリズム３１２の作製方法の説明図である。 第２の実施形態に係る光アシスト磁気ヘッド８を図２のＩ−Ｉ線を含む面で切断して矢印方向に見た断面図である。 プレーナ導波路３２ｂの概要図である。 プレーナ導波路３２ｂの入射端の概要図である。 実施例に係るプリズム３１１の断面図である。 比較例に係るミラー８０の断面図である。 図３及び図９（ａ）に示した光アシスト磁気ヘッド３からレンズ２９あるいはレンズ群５０を省いた状態を示す。

（第１の実施形態）
以下、図面を参照して第１の実施形態について説明する。

図１に、光アシスト磁気ヘッド３を搭載した光アシスト磁気記録装置（例えばハードディスク装置）１の概略構成を示す。

光アシスト磁気記録装置１は、記録用の複数枚の回転可能なディスク（磁気記録媒体）２と、ヘッド支持部４と、トラッキング用アクチュエータ６と、光アシスト磁気ヘッド３と、図示しない駆動装置と、を筐体１Ａ内に備えている。ヘッド支持部４は、支軸５を支点として矢印Ａの方向（トラッキング方向）に回動可能に設けられている。

光アシスト磁気ヘッド３は、ディスク２に対する情報記録に光を利用する光ヘッドである。

トラッキング用アクチュエータ６は、ヘッド支持部４に取り付けられている。光アシスト磁気ヘッド３は、ヘッド支持部４の先端に取り付けられている。図示しない駆動装置は、ディスク２を矢印Ｂの方向に回転させる。この光アシスト磁気記録装置１は、光アシスト磁気ヘッド３がディスク２の上面（または下面）に対して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。

図２は、光アシスト磁気ヘッド３及びヘッド支持部４の分解斜視図である。

図３は、図２の光アシスト磁気ヘッド３をＩ−Ｉ線を含む面で切断して矢印方向に見た断面図である。

図２において、ヘッド支持部４は、支軸５に一端を取り付けたサスペンションアーム４１と、フレクシャ（板ばね）４４とを備えている。サスペンションアーム４１とフレクシャ４４とは、溶接などによって固定されている。

サスペンションアーム４１の先端部には、矩形状の開口部４２が形成されている。この開口部４２の一辺には、開口部４２の内側に向かって突出するピボット（突出部）４３が設けられている。一方、フレクシャ４４の先端部には矩形状の開口部４５が形成されている。この開口部４５の一辺から、その内部に張り出すようにして、平坦な面を有する舌片部４６が突出している。この舌片部４６は、開口部４２に対して傾いて突出した後、略水平になるよう折り曲げられた接合面４６ａを有する。

光アシスト磁気ヘッド３は、スライダ３２と、スライダ３２に配置されている矩形板状のＬＤ３３とレンズ２９とプレーナ導波路３２ａ（光導波路）と本発明にかかる光学素子３１とを備える。

光アシスト磁気ヘッド３は、フレクシャ４４の接合面４６ａの下面がＬＤ３３の上面に接着されて、サスペンションアーム４１の先端部に光アシスト磁気ヘッド３が固定されるようになっているが、これに限られない。

プレーナ導波路３２ａは、光学素子３１の下方であってスライダ３２の側面に備えられている。プレーナ導波路３２ａの近傍には、図示しない磁気記録部と磁気再生部とが設けられている。

ＬＤ３３はディスク２に対する情報記録に用いる光を出射する。ＬＤ３３はレーザ光の出射口３３ａを光学素子３１の第１ミラー面Ｍ１に対向させられて配置されている。

ＬＤ３３から出射される光の波長は可視光から近赤外の波長が好ましい。具体的な波長帯としては、０．６μｍから２μｍ程度であり、より具体的な波長としては、６５０ｎｍ、８３０ｎｍ、１３１０ｎｍ、１５５０ｎｍなどが挙げられる。

なお、レンズ２９は、ＬＤ３３からの光を同光軸垂直面において少なくとも１方向において集光する機能を有し、ＬＤ３３からの光の発散角を小さくする、平行光とする、収れん光とするなどの機能を有す。

図４は、光学素子３１の斜視図である。図４において、光学素子３１は、光を反射する第１ミラー面Ｍ１と第２ミラー面Ｍ２とを備える反射光学系である。第１ミラー面Ｍ１と第２ミラー面Ｍ２とを備えていれば、図４に示すようなペンタプリズムに限らない。光学素子３１の詳細については後述する。

スライダ３２のディスク２と対向する面（図３で下面）は、浮上特性向上のための空気ベアリング面（ＡＢＳ：Ａｉｒ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｓｕｒｆａｃｅ）であり、浮上エア捕獲用の溝３２ｇを形成している。

図５は、プレーナ導波路３２ａの概要図であり、図５（ａ）は、ｙ方向から見たプレーナ導波路３２ａの概要図であり、図５（ｂ）は、ｘ方向から見たプレーナ導波路３２ａの概要図である。

プレーナ導波路３２ａは、略楕円面の一部形状から成る曲面反射面による集光機能を有する導波路Ｗと、導波路Ｗへ光を結合させる結合部ｄ１とを備える。

結合部ｄ１は回折光を発生させる回折機能素子である。回折機能素子は回折光を発生させる光学素子であり、例えば回折格子（グレーティング）が好適に用いられる。結合部ｄ１に光が入射すると、入射した光は回折光となり、導波路Ｗの導波モードとなるよう進行方向を偏向させられる。結合部ｄ１上において、プレーナ導波路３２ａのｘ方向の幅以下の大きさにした状態で光を結合させてやればよいので、ＬＤ３３からの光をプレーナ導波路３２ａへ大まかな組付調整精度で容易に結合させることができる。

導波路Ｗは、基板上に積層された高屈折率層ＨＬと、その周りに積層された低屈折率層ＬＬとから構成される。高屈折率層ＨＬと低屈折率層ＬＬとの境界面は、略楕円面の一部形状を成している。導波光は、高屈折率層ＨＬと低屈折率層ＬＬとの境界面での反射作用により集光される。

高屈折率層ＨＬと低屈折率層ＬＬとの境界面では、その屈折率差によって全反射を生じさせる構成としている。境界面は略楕円面の一部形状を成しているので、プレーナ導波路３２ａに発散光が入射すると、略楕円面の焦点位置で光源像が形成されることになる。つまり、プレーナ導波路３２ａでは全反射を利用したミラー効果によりレーザ光を１方向に集光して、微小な光スポットを形成することができる。なお、高屈折率層ＨＬと低屈折率層ＬＬには、材料の屈折率によって屈折率差を付与する構造を用いてもよいし、等価屈折率に差を付与された構造を用いてもよい。そのため、高屈折率層ＨＬと低屈折率層ＬＬの材料の屈折率が同じであっても、導波層の厚みを変化させることで、等価屈折率に差を付与し、導波光を反射させることも可能である。

次いで、光学素子３１について詳細に説明する。図６は、光学素子３１の光路図の例である。図６（ａ）は、光入射角を変化させた際の光路図であり、図６（ｂ）は、光学素子３１を回転させた際の光路図であり、図６（ｃ）は、光学素子３１が内面反射のプリズム３１１の場合の光路図である。図６（ｄ）は、光学素子３１が外面反射のプリズム３１２の場合の光路図である。

光学素子３１は２面以上のミラー面を備え光源から出射した光の方向を所定角度折り曲げる反射光学系である。

光学素子３１は、入射する光を順に２回反射する機能を有している。かかる機能を実現するために、図６（ａ）に示されているように、光学素子３１はミラーＭ１１とミラーＭ２２との二つのミラーを備えている。

同図では、ミラーＭ１１とミラーＭ２２とを平面として描いたが曲面であってもよい。

ミラーＭ１１とミラーＭ２２とは、同図の座標系におけるｙｚ面にて、角度θ_２なるミラーの交叉角を成すように配置されている。光学素子３１に図示しない光源から出射した光Ｌ１が入射すると、光Ｌ１は順にミラーＭ１１、ミラーＭ２２で反射し、光Ｌ３となる。

光Ｌ１と光Ｌ３とが成す角度、すなわち折り曲げ角の角度θ_１と、角度θ_２とは次の関係式（１）の関係を有する。

θ_１＝１８０°−２θ_２ （１）
関係式１から、角度θ_１は、光Ｌ１が光学素子３１に入射する角度に依存せず、専らミラーＭ１１とミラーＭ２２とが成す角度θ_２に依存することが分かる。

この関係から、光Ｌ１に対して光学素子３１をどのような角度で設置しても、光学素子３１を出射する光Ｌ３と光Ｌ１とは同じ角度を有すると言える。

すなわち、図６（ｂ）に示すように、ミラーＭ１１が回転軸（図示せず）を中心に回転してミラーＭ１１′の位置に配置され、ミラーＭ２２が該回転軸を中心に回転してミラーＭ２２′の位置に配置されたとしても、光Ｌ１と、光Ｌ１ミラーがＭ１１′とミラーＭ２２′とを順に反射した光Ｌ３との成す角度は一定であるといえる。

例えば、角度θ_１を８０°にしたい場合、関係式（１）から、角度θ_２は、５０°となる。また、θ_２＝４５°のとき、θ_１＝９０°となる。

このような機能を有する光学素子３１によれば、ｙｚ面内で光学素子３１に回転が生じても光の折り曲げ角に変化が生じず、光のプレーナ導波路３２ａに対する位置ずれもほとんど生じない。

この結果、光アシスト磁気ヘッド３への光学素子３１の組立精度が大幅に緩和され、作業時間が短縮され、歩留まりが向上する。また、組立後の環境変化に伴う光学素子３１の角度ズレが生じても、光のプレーナ導波路３２ａ到達位置に対する位置ズレがほとんど発生しないため、環境経時変化に強い信頼性の高い光アシスト磁気ヘッド３を得ることができる。

なお、かかる効果は、ミラーＭ１１、ミラーＭ２２が曲面であっても同様に生じる。例えば、各ミラーが収発散機能を有するものである場合、主光線の周辺の光線は主光線に対して傾くが、主光線およびその周辺の光についても上記と実質的に同等もしくはこれに近い効果が生じるためミラーＭ１１、ミラーＭ２２はそれぞれ平面に限るものではない。

このような機能を有する光学素子３１は、図６（ａ）に示した二枚のミラーＭ１１とミラーＭ２２とを図示しない保持構造で一体化したものを用いてもよいし、プリズム形状としても良い。プリズム形状の光学素子３１は、以下に説明する二つの形状のどちらかを採用することが好ましい。

一つ目のプリズム３１１は、図４に示すものであり、入射光を内面反射させるタイプである。図６（ｃ）の光路図において、プリズム３１１はかかるミラーＭ１１とミラーＭ２２に各々対応する第１ミラー面Ｍ１，第２ミラー面Ｍ２を内面に備えている。

光Ｌ１がプリズム３１１に入射する面をＳ１、光Ｌ３がプリズム３１１を出射する面をＳ２とし、光Ｌ１が面Ｓ１に入射する角度をθ_３、光Ｌ３が面Ｓ２を出射する角度をθ_４とする。θ_３は９０°になるように光学素子と光源との位置関係を設定することが望ましく、同じくθ_４も９０°になるように、プリズム３１１の形状を設定することが望ましい。

このように、θ_３とθ_４とを９０°に設定することで、プリズム３１１がｙｚ面内で回転した時でも、光Ｌ３の出射方向の変化を小さく抑えることが可能となる。

また、光源からの光の波長は環境温度変化や駆動電流変化などによって変動する場合がある。従って、プリズム３１１においても、入射する光Ｌ１に波長変動が生じた場合に、プリズム３１１を出射する光Ｌ３の出射方向が変化しないよう考慮する必要がある。

この点、光Ｌ１の波長が変化しても、θ_３、θ_４が９０°であれば、θ_３、θ_４は変化しない。そのため、プリズム３１１を用いてプレーナ導波路３２ａに結合する光の位置が変化せず、安定する。これに対し、θ_３、θ_４が９０°でないと、屈折角であるθ_３、θ_４は変化してしまい、プリズム３１１を用いてプレーナ導波路３２ａに結合する光の位置が変化してしまう。

このように、θ_３、θ_４が９０°になるようにするには、面Ｓ１と面Ｓ２とで挟まれた角Ｋ１の角度を１８０°−θ_１とすればよい。

この時、θ_５＝２×θ_２となる。

なお、θ_３、θ_４が９０°でないときに、光Ｌ１の波長が変化したことにより、θ_３、θ_４が変化した場合でも、θ_３、θ_４の変化の方向が逆になるようにθ_３、θ_４を設定してもよい。こうすることによっても、プレーナ導波路３２ａに結合する光の位置が安定するので望ましい。

また、プリズム３１１は入射光を２回内面反射させるタイプであるが、図６（ｅ）で示したようなダハミラー（ルーフミラー）ＤＭを備えたプリズム３１１’でもよい。

ダハミラーＤＭは第１ミラー面Ｍ１，第２ミラー面Ｍ２の何れに用いても良い。図６（ｅ）では、第２ミラー面Ｍ２の代わりにダハミラーＤＭを用いている。

ダハミラーＤＭは、２面のミラーＤＭ１，ＤＭ２を備える屋根型のミラーである。かかるダハミラーＤＭを備えたプリズム３１１’がｙｚ面で回転する場合に、プリズム３１１’のｙｚ面への射影の光路図を図６（ｆ）に示す。かかる光路図から理解されるように、ｙｚ面内では、ダハミラーＤＭにおいては、光の反射の機能は１回と看做せる。そのため、かかるダハミラーＤＭを備えるプリズム３１１’においては、光の反射は、第１ミラー面Ｍ１で１回、ダハミラーＤＭでｙｚ面内において１回、計２回反射したものと看做せる。

二つ目のプリズム３１２は、入射光を外面反射させるタイプである。

図６（ｃ）のプリズム３１１は、ミラーＭ１１とミラーＭ２２に各々相当する第１ミラー面Ｍ１，第２ミラー面Ｍ２を内面に備えたプリズムであったが、プリズム３１２は、図６（ｄ）のように、ミラーＭ１１とミラーＭ２２に各々相当する第１ミラー面Ｍ１，第２ミラー面Ｍ２を外面に備えたプリズムである。

かかるプリズムを用いれば、別個にミラーを２枚用意する必要はなく、一つのプリズムを作製するだけでよいので、低コストとなる。また、光をプリズム３１２の内部に入射させないので、光の吸収損失もない。

また、かかるプリズム３１１、３１２を用いれば、ミラーが一体化されているので、ミラーの交叉角の角度θ_２も環境変化や経年変化によって変化することも少なく、安定している。

なお、プリズム３１１、プリズム３１２に共通する技術として、一つのミラーに回折格子を形成することも好ましい。

図７は、例としてプリズム３１１の一面に回折格子Ｇ１を形成した場合のプレーナ導波路３２ａへの光路図である。

上記のように、ＬＤなどの光源からの光の波長は、環境温度変化や駆動電流変化などによって変化する場合がある。プレーナ導波路３２ａの結合部ｄ１に回折格子を用いると、回折格子から導波路Ｗへの入射角が波長に依存するので、光源の波長変化は、導波路Ｗへの結合効率の変化に通じ、不具合となってしまう。そこで、プリズム３１１の一面に回折格子Ｇ１を形成することで、波長変化時の回折格子Ｇ１における回折角変化と、結合部ｄ１における導波路Ｗへの入射角の変化とを相殺させることが可能となる。

具体的には、図７に示すように、回折格子Ｇ１において、回折角α２が、入射角α１により大きくなるように回折格子Ｇ１を設定する。すると、例えば、波長が大きくなった場合、α２は大きくなり、プレーナ導波路３２ａの結合部ｄ１に対する光Ｌ３の入射角φは小さくなる。しかし、波長が小さくなっているので、光Ｌ３の導波路Ｗ内に入射する角度は大きくなる。その結果、光Ｌ３は、導波路Ｗ内で放射モードにならずに導波モードのまま結合し、結合効率は一定に保たれることとなる。

次いで、光学素子３１の他の例について説明する。図８は、光学素子３１の光路図の他の例である。

図８（ａ）は、ミラーＭ１１とミラーＭ２２との配置の他の例である。

図６（ａ）で説明したミラーＭ１１とミラーＭ２２の配置は、光学素子３１を出射する光Ｌ３が、光学素子３１に入射する光Ｌ１の方角へ反射するものであった。これに対し、図８（ａ）で示したミラーＭ１１とミラーＭ２２の配置によれば、光学素子３１を出射する光Ｌ３は、光学素子３１に入射する光Ｌ１の方角へ出射するものである。かかるミラーの配置によれば、折り曲げ角の角度θ_１と、角度θ_２とは次の関係式（２）の関係を有する。

θ_１＝２θ_２ （２）
関係式２によっても、角度θ_１は、光Ｌ１が光学素子３１に入射する角度に依存せず、専らミラーＭ１１とミラーＭ２２とが成す角度θ_２に依存することが分かる。数値例としては、θ_２＝４５°のとき、θ_１＝９０°となる。

ところで、上記のように、入射する光を順に２回反射する機能を実現することで、光学素子３１が回転した際に、光学素子３１を出射する光の出射方向が変化しないようにすることができた。これは、光学素子３１を出射する光を、さらに二つ目の光学素子３１に入射させた時に、二つ目の光学素子３１を回転させたとしても、二つ目の光学素子３１を出射する光の出射方向が変化しないことを表す。つまり、入射する光を順に偶数回反射する機能を有する光学素子が回転した時にも、かかる光学素子を出射した光の出射方向は変化しないことを表す。図８（ｂ）は、入射する光を順に４回反射する機能を有する光学素子３１の光学系の例である。光Ｌ３と光Ｌ１との成す角度が９０度になるように、ミラーＭ１１，Ｍ２２，Ｍ３，Ｍ４を配置することができる。

なお、レンズ２９については、次に説明するように、複数のレンズからなるレンズ群５０を採用してもよい。

図９は、レンズ群５０の機能の説明図である。図９（ａ）は、レンズ群５０を用いた場合に図２の光アシスト磁気ヘッド３をＩ−Ｉ線を含む面で切断して矢印方向に見た断面図である。図９（ｂ）は、ＬＤ３３の光路図である。図９（ｃ）は、レンズ群５０をｚ方向から見た光路図である。図９（ｄ）は、レンズ群５０をｘ方向から見た光路図である。

レンズ群５０は、コリメートレンズ５２と、ビームエキスパンダ光学系５１とからなる。ビームエキスパンダ光学系５１は、凹のシリンドリカルレンズであるレンズ５１ａと凸のシリンドリカルレンズであるレンズ５１ｂとからなり、入射光の光軸断面内形状の一方向のみビームエキスパンドする光学系である。

ＬＤ３３は、図９（ｂ）に示すように、断面が楕円形状の光を出射するタイプが多く市販されている。これは、ＬＤ３３の導波層の厚みが方向によって異なるためである。かかる楕円形状の断面の光を球面レンズで集光すると、ＮＡが方向によって異なるので楕円形状に集光される。一方、プレーナ導波路３２ａは、結合入射端面の形状が長方形である。さらに、ＬＤ３３からの光は、プレーナ導波路３２ａの結合部ｄ１へは斜入射するので、結合部ｄ１上での光の断面は斜影された形状となる。従って、プレーナ導波路３２ａに結合させる光の利用効率を最適化させるには、ビーム整形を行う必要がある。そこで、かかる目的のビーム整形を行うことが可能なレンズ群５０の採用が望ましい。

図９（ｃ）に示すように、ＬＤ３３の出射口３３ａからの光はコリメートレンズ５２によってコリメートされ、レンズ５１ａによってｘｙ面内で発散され、レンズ５１ｂによってｘｙ面内でコリメートされる。

また、図９（ｄ）に示すように、ＬＤ３３の出射口３３ａからの光はコリメートレンズ５２によってコリメートされ、レンズ５１ａとレンズ５１ｂとは、ｘｙ面内にはパワーを有しないので、コリメート光はそのまま出射する。このように機能により、ＬＤ３３からの光については、ｘｙ面内の光径とｙｚ面内の光径とを所望の大きさに整形することが可能となる。従って、プレーナ導波路３２ａに結合させる光の利用効率を最適化させることができる。

なお、ここまでＬＤ３３と光学素子３１との間にレンズ２９あるいはレンズ群５０を用いた例を示してきたが、図１６のように必ずしもレンズ２９あるいはレンズ群５０を用いなくともよい。

図１６は、図３及び図９（ａ）に示した光アシスト磁気ヘッド３からレンズ２９あるいはレンズ群５０を省いた状態を示す。レンズ２９を用いない光アシスト磁気ヘッド３の場合も、ＬＤ２９から出射して光学素子３１に入射するすべての光線に関して、例えば図２（ａ）〜（ｄ）を例にとれば、互いに固定されたミラーＭ１１、Ｍ２２にｙｚ面内での回転が生じても光の折り曲げ角θ１に変化が生じないという効果が得られる。

次いで、光アシスト磁気ヘッド３を搭載した光アシスト磁気記録装置の動作について説明する。

ＬＤ３３から出射した光は光学素子３１にて前述のように２回反射され、ｙｚ面内で所定角折り返されてｚ方向に偏向されると共にレンズ群５０によって集光され、結合部ｄ１に到達しプレーナ導波路３２ａに入射される。

プレーナ導波路３２ａの出射端ではｘ方向、ｙ方向ともに十分光が絞られた状態となり、導波路出射端面に形成された図示しないプラズモンプローブを照射し、プラズモンプローブから近接場光が発生する。この近接場光によりディスク２が加熱され、保磁力が低下し、不図示の磁気記録部にて磁気情報が記録される。ディスク２が光アシスト磁気ヘッド３から移動し、冷却されると保磁力が回復し、磁気情報が保持される。

次いで、プリズム３１１、プリズム３１２の作製方法について説明する。

光学素子３１の素材は、プラスチックまたはガラスなどの透明な素材である。光学素子３１は、例えば、射出成形、インプリント製法、押出し成形、またはガラスモールド法などによって作製される。射出成形用の樹脂としては、熱可塑性樹脂であるポリカーボネイト（例えばＡＤ５５０３、帝人化成株式会社）やＺＥＯＮＥＸ ４８０Ｒ（日本ゼオン株式会社）などが挙げられる。また、インプリント製法用の樹脂としては、光硬化性樹脂であるＰＡＫ−０２（東洋合成工業株式会社）などが挙げられる。

かかる作製方法によれば、大量生産によって低コストで作製可能となる。また、作製精度が高いことから、ミラーＭ１１，Ｍ２２の交叉角の角度θ_２も正確に実現できるので、精度の高い光アシスト磁気ヘッドを作製することが可能となる。

図１０は、異方性エッチングを用いたプリズム３１２の作製方法の説明図である。異方性エッチングとは、結晶における結晶方位面毎にエッチング速度が異なることを利用して、所定の角度で交わる２面を作製する方法である。

本作製方法においては、単結晶シリコンを用いて約７０．５°のプリズム角を備える光学素子３１を作製する作製方法を例として取上げる。

＜１００＞と＜１１１＞のエッチング速度の比は４００：１である。この速度の比により、相対的に７０．５°傾斜した２平面を得ることができる。

ステップ１では、最初に、＜１００＞の結晶方位を備える単結晶シリコンの板６０を用意する。次いで、エッチング面以外に、エッチングマスクとして、例えば窒化シリコンのマスク６１を施す。窒化シリコンのマスク６１を作製するには、窒素雰囲気中の高温下に所定時間単結晶シリコンの板６０を配置して、一面全面に窒化シリコンを成長させ、その後、フォトリソグラフィーにより、所定形状をエッチングする。

ステップ２では、ステップ１で作製した中間物を図示しない水酸化カリウムのエッチング浴槽に浸漬させ、窒化シリコンのマスク６１から露出されている単結晶シリコンを異方性エッチングする。

ステップ３では、ステップ２で得られた中間物から、窒化シリコンのマスク６１をエッチングにより除去した後に、ダイシングソーなどを用いて所定の大きさにカットする。以上の工程により、所定の形状の光学素子３１を得ることができる。

本説明では、約７０．５°のプリズム角を備える光学素子３１の作製方法を例として取上げたが、プリズム角は、単結晶シリコンの方位によって様々に設定できるので、用いる光アシスト磁気ヘッド３に必要なプリズム角に合わせた単結晶シリコンを採用すればよい。

また、結晶方位によってエッチング速度の異なるような、単結晶シリコン以外の材料を用いてもよいことは言うまでもない。
（第２の実施形態）
次いで、かかる光学素子３１を用いた光アシスト磁気ヘッド８の第２の実施形態について説明する。

第１の実施例との相違は、導波路への光の結合として直接結合を行う点である。第１の実施形態におけるプレーナ導波路３２ａの結合部ｄ１は回折機能素子を備えていた。結合部ｄ１に回折機能素子を用いれば、ＬＤ３３からの光をプレーナ導波路３２ａへ大まかな組付調整精度で容易に結合させることができた。第２の実施形態においては、結合部ｄ１は回折機能素子を用いず、プレーナ導波路３２ａに直接結合させるので、調整精度は要するが、回折機能素子を用いないので、回折機能素子を作製する必要がなくなり、低コストで光アシスト磁気ヘッドを作製できる。また、回折機能素子を用いた場合より、結合効率を向上させることができる。

図１１は、第２の実施形態に係る光アシスト磁気ヘッド８を図２のＩ−Ｉ線を含む面で切断して矢印方向に見た断面図である。

図１２は、プレーナ導波路３２ｂの概要図である。

図１３は、プレーナ導波路３２ｂの入射端の概要図である。

光アシスト磁気ヘッド８と光アシスト磁気ヘッド３との相違点は、光アシスト磁気ヘッド８がプレーナ導波路３２ａの代わりにプレーナ導波路３２ｂを備える点と、光学素子３１がスライダ３２上に直接配置されている点である。

プレーナ導波路３２ｂ（光導波路）は、プレーナ導波路３２ａと同様に、基板上に積層された高屈折率層ＨＬと低屈折率層ＬＬとを備える。導波構造と光を集光する機能はプレーナ導波路３２ａと同様である。一方、プレーナ導波路３２ｂはプレーナ導波路３２ｂのような結合部ｄ１を持たず、代わりに直接結合を行う入射端７０を備える。

光アシスト磁気ヘッド８においては、プレーナ導波路３２ｂへの光の結合は入射端７０へ垂直に入射させるので、光学素子３１は、スライダ３２上に直接配置されている。そして、ＬＤ３３からの光は光学素子３１によって所定角度９０°として折り曲げられる。

このように、光アシスト磁気ヘッド８においては、プレーナ導波路３２ｂへの光の結合は入射端７０へ垂直に入射させるので、第１の実施例の場合と比べて、より扁平な断面を備えるスポットを形成するようにビーム整形を行う。

具体的には、ＬＤ３３を出射した光はレンズ群５０、光学素子３１を経て、図１３に示すように扁平な形状を備える入射端７０上に集光されるので、入射端７０上では、ＬＤからの光は入射端７０への結合効率が高まるように、レンズ群５０によってビーム整形される。

次いで、光アシスト磁気ヘッド８を搭載した光アシスト磁気記録装置の動作について説明する。

ＬＤ３３から出射した光は光学素子３１にて前述のように２回反射され、ｙｚ面内で所定角折り返されてｚ方向に偏向されると共にレンズ群５０によって集光され、プレーナ導波路３２ｂに入射される。

プレーナ導波路３２ｂの出射端ではｘ方向、ｙ方向ともに十分光が絞られた状態となり、導波路出射端面に形成された図示しないプラズモンプローブを照射し、プラズモンプローブから近接場光が発生する。この近接場光によりディスク２が加熱され、保磁力が低下し、不図示の磁気記録部にて磁気情報が記録される。ディスク２が光アシスト磁気ヘッド８から移動し、冷却されると保磁力が回復し、磁気情報が保持される。

以下に本発明の光アシスト磁気ヘッド３，８における光学素子３１の実施例を示す。

図１４は、実施例に係るプリズム３１１の断面図であり、図１５は比較例に係るミラー８０の断面図である。

光学素子３１にペンタプリズムであるプリズム３１１を採用し、プリズム３１１が組付時に回転軸を中心に回転した場合に、プレーナ導波路の入射端に対する光のシフト量と光の傾斜量を算出した。比較例として、光源からの光を反射してプレーナ導波路へ入射させる一面のミラー８０について同様の計算を行った。

図１４，１５における長さの単位はμｍである。光アシスト磁気ヘッド３，８は非常に小型であり、プリズム３１１やミラー８０についてもμｍオーダーの大きさとなる。

実施例、比較例共に各々プリズム３１１とミラー８０とがｙｚ面内にて１度の取り付け角度ずれを起こした時の、反射光のチルト角とシフト量の値の計算結果を表１に示す。

図１４のプリズム３１１の回転軸Ｏ１は、光の光軸と光が入射する面Ｓ１の交点であるとする。図１５のミラー８０の回転軸Ｏ２は、光の光軸とミラー８０の反射面との交点であるとする。

比較例のミラー８０では１度あたりの取り付け角度ずれに対してプレーナ導波路の入射端において０．８７μｍのシフト量が発生する。

これに対し実施例では、１度あたりの取り付け角度ずれに対してプレーナ導波路の入射端において０．５７μｍのシフト量にとどまる。

かかる光軸のシフトがプレーナ導波路３２ｂの入射端面上に生じた場合を検討する。プレーナ導波路３２ｂの導波層の厚みは、導波層のクラッドの屈折率差にも依存するが、使用波長の数倍となる。例えば、波長が８３０ｎｍの光を使用すると、導波層の厚みは数μｍとなる。導波層へ光を結合させる際に高い結合効率を得るには、導波層の光軸に対する光の光軸の位置ずれの許容値は、１μｍ程度以内に抑えておく必要がある。よって、本実施例のプリズム３１１を採用することで、この位置ずれの許容値を達成することが可能となる。

次いで、かかる光軸のチルトやシフトがプレーナ導波路３２ａの入射端面上に生じた場合を検討する。

回折格子が備えられた結合部ｄ１のエリアは、その一辺が特開２０１０−１８２３９４号の段落〔００４６〕に開示されているように、数１０μｍ〜１００μｍ程度と広い。そのため、結合部ｄ１における光束のシフトの影響は大きくはないが、それにしても、本実施例はミラー８０に較べ、光の結合効率を悪化させるシフトを少なくできるという点で好適である。

ところで、回折格子を備える結合部ｄ１にとっては、シフトの影響よりもチルトの影響が大きい。

例えば、国際公開第２００９／１３９２５８号には、入射角５２．４度の回折格子を結合部とする導波路に結合効率は、最適入射角から０．５度ずれると結合効率は５０％低下してしまうという結果が開示されている。

これは、回折格子から導波層への出射角が少しでもずれると、結合されようとする光は導波モードとならずに容易に放射モードとなって導波路からの洩れ光となってしまうからである。

そのため、チルト角の大きい比較例のミラー８０では、０．２５度の取り付け角度ずれで、入射角は最適入射角から０．５度ずれることとなり、結合効率は５０％も低下することになる。

これに対し、本実施例ではプリズム３１１の取り付け角ずれに依存せずに、導波路に光束を所定の入射角で導くことができるので、結合効率に変化がなく、製造時の組付調整が非常に実施しやすくなる。

１ 光アシスト磁気記録装置
１Ａ 筐体
２ ディスク
３ 光アシスト磁気ヘッド
４ ヘッド支持部
５ 支軸
６ トラッキング用アクチュエータ
８ 光アシスト磁気ヘッド
１１，２２ ミラー
２９ レンズ
３１ 光学素子
３２ スライダ
３２ａ，３２ｂ プレーナ導波路
３２ｇ 溝
３３ａ 出射口
４１ サスペンションアーム
４２ 開口部
４３ ピボット（突出部）
４４ フレクシャ
４５ 開口部
４６ａ 接合面
５０ レンズ群
５１ ビームエキスパンダ光学系
５１ａ，５１ｂ レンズ
５２ コリメートレンズ
６０ 板
６１ マスク
７０ 入射端
３１１，３１２ プリズム
ＨＬ 高屈折率層
ＬＬ 低屈折率層
Ｍ１ 第１ミラー面
Ｍ２ 第２ミラー面
Ｗ 導波路

Claims (12)

1. 光源と、前記光源からの光が結合され出射端にプラズモンプローブが配置された光導波路を備える光アシスト磁気ヘッドであって、
   前記光源から前記光導波路への光路中に、複数のミラー面を備え前記光源から出射した光の方向を所定角度折り曲げる光学素子を有することを特徴とする光アシスト磁気ヘッド。
2. 前記ミラー面は偶数個備えられていることを特徴とする請求項１に記載の光アシスト磁気ヘッド。
3. 前記光源からの光を前記光導波路に結合させる回折機能素子を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の光アシスト磁気ヘッド。
4. 前記光源からの光は直接前記光導波路に結合させることを特徴とする請求項１または２に記載の光アシスト磁気ヘッド。
5. 前記光源からの光を前記光導波路に結合させる角度は直角であることを特徴とする請求項４に記載の光アシスト磁気ヘッド。
6. 前記光学素子は第１ミラー面と第２ミラー面とを備え、
   前記光源からの光は前記第１ミラー面と前記第２ミラー面とをこの順番に反射することを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の光アシスト磁気ヘッド。
7. 前記光学素子はプリズムであり、各々の前記ミラー面は前記プリズムの内面であることを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載の光アシスト磁気ヘッド。
8. 前記光学素子はプリズムであり、各々の前記ミラー面は前記プリズムの外面であることを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載の光アシスト磁気ヘッド。
9. 前記光学素子は複数のミラーを備え、
   前記ミラー面は、前記複数のミラーの各々のミラー面であることを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載の光アシスト磁気ヘッド。
10. 前記光学素子は第１ミラー面と第２ミラー面とを内面に備えるプリズムであり、
    前記光源からの光は前記第１ミラー面と前記第２ミラー面とをこの順番に反射し、
    前記所定角度をθとしたときに、前記プリズムに光が入射する面と、前記プリズムから光が出射する面とが成す角度は、１８０°−θであって、前記第１ミラー面と前記第２ミラー面とか成す角度の２倍の大きさであることを特徴とする請求項１に記載の光アシスト磁気ヘッド。
11. 前記所定角度は９０度であることを特徴とする請求項１から１０の何れか一項に記載の光アシスト磁気ヘッド。
12. 請求項１から１１の何れか一項に記載の光アシスト磁気ヘッドを有することを特徴とする光アシスト磁気記録装置。

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