JP2728103B2 - 高密度ディジタルデータの光磁気記録及び読み出しの方法及び装置 - Google Patents

高密度ディジタルデータの光磁気記録及び読み出しの方法及び装置

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Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 この発明は、記憶装置にデータを光磁気的に記録し、
記憶装置からこれを読み出す方法及び装置に関するもの
である。
B.従来の技術 データを記憶するには、適宜の記録媒体が記録媒体の
材質の磁気特性を変えるための外部磁界の存在中でレー
ザ光によって局部的に加熱され、冷却される。データの
読み取りのために、記録媒体を通過する別のレーザ光を
用いて、データの記録によって生じたレーザ光の偏光の
回転をモニタすることにより、この変化が検出される。
現在、データ処理では、情報の記憶装置が重要な課題
である。データの処理速度はこの10年の間に著しく高速
化されたが、益々大量のデータ処理能力が求められてい
る。しかしながら、大量のデータを扱う際に２つの関連
する問題がある。その第１の問題はサイズの問題であ
る。即ち、大量のデータのための記憶装置は必然的に大
型となり、これが第２の問題である速度の問題を招くこ
とになる。記憶装置が大きいほど、所望の情報の位置を
アドレス指定する時間が長くなり、情報がその記憶位置
から処理装置へ移動するパスが長くなる。明らかに、記
憶装置の設計ができるだけメモリのスペースの縮小、換
言すれば、記憶密度の増大を企てる必要がある。
これまでに知られている最も高い記憶密度は光磁気技
術で達成されている。この技術は、垂直磁区を固定化す
るのに十分に大きい垂直異方性を有する稀土類／遷移金
属薄膜の固有の性質に基づいている。上記磁区の磁化方
向を選択的に配列させることによって情報が記憶され、
選択された位置での磁化の配列をモニタすることによっ
て情報が読み出される。
情報ビットの書き込みは、外部磁界の存在中で、良く
収束された、強い強度のレーザビームを利用して、記録
媒体の微小スポットを記録媒体の材料のキューリ（また
は補償）温度Tc以上に加熱することにより行われる。キ
ューリ温度で、記録媒体材料が初期或いはこれまで有し
ていた磁化を失い、その磁気双極子が外部磁界の方向と
され、レーザビーム、即ち熱源がオフされた後も維持さ
れる。
従来の光磁気記憶装置においては、アドレス指定され
た記憶位置に弱い強度のレーザビームを照射し、光磁気
カー効果によって誘起された反射光の偏光の回転を分析
することによって、情報が読み出される（カー効果と
は、磁気材料から反射された直線偏光が僅かに楕円偏光
され、偏光方向の回転角が磁化に比例する現象を言
う）。
米国特許第4,823,220号は、光磁気記憶媒体によって
反射された光のｐ及びｓ成分を検出する検出器について
言及している。ここでは、ｐ及びｓ成分が円偏光から単
一の強度に応じた変調ビームに変換され、これは更に、
ビームの情報内容を示すために強度変調検出される。こ
の場合、最初にｐ又はｓ成分がｓ又はｐ偏光面に夫々回
転され、そして、回転された他の光が干渉計技術を利用
して処理され、強度変調された明または暗が得られる。
光磁気記憶媒体から受けた光、即ち、記憶媒体によっ
て生じた回転された偏光を有する反射光を特に検出する
ように設計された干渉計も米国特許第4,823,220号によ
り知られている。これは、ｐ及びｓ偏光成分からなる媒
体からの反射光を受光して、これらの成分を第１及び第
２の垂直の光路上に向けるための第１の面を有する偏光
ビーム分割プリズムを含んでも良い。第１の光路が第１
の最小遅延で一方の成分を伝達し、第２の光路が等しい
か、より大きい第２の遅延で第２の成分を伝達する。両
光路が干渉縞を形成するように結合され、そこから、第
１及び第２の成分間の光学的関係が決定でき、また、記
憶情報の表示を搬送する変調電気信号にこの光学的関係
が変換される。
従来の光磁気記憶装置では、光ディスクへの高密度の
記録を可能にするためには、高出力のレーザパワーが要
求されており、そのようなレーザとしては、約800nmの
比較的長い波長のものしかなかった。記録速度を増すた
めに、あるものは40mWの注入レーザを用いていたが、こ
れは寿命が短いことが判明した。より短い波長を生成す
る半導体レーザ装置も開発されているが、400nmで入射
パワーが1mWより少ないように低効率である。しかしな
がら、より短い波長は、ビット径を半分に小さくできる
ことを意味し、これにより密度を４倍に増加することが
できる。
以上のことを利用した代表的な従来の装置は、IBM Te
chnical Disclosure Bulletin Vol.31,No.11（1989）第
157−159頁に掲載された“High−Density Opical Disk
Recording System"と題する論文に紹介されている。こ
れに記載された技術によれば、データの高密度記録は、
400nmの波長の1mWのレーザと800nmの波長の5mWのレーザ
とを含む記録ヘッドを利用することにより得られる。両
レーザからの光は、読み出すべき記録媒体からの反射光
を集光するようにも設計された共通のレンズ系を通過す
る。情報の書き込みのために、両レーザが記憶媒体上に
設けられた光伝導層と選択的な、共働状態にされる。
C.発明が解決しようとする課題 ガウシアン分布のビームの中心部のみが記録媒体を局
部的にキュリー温度または補償温度Tc以上に加熱して磁
区を反転させるようにレーザ強度が選ばれているので、
従来報告されてきた光磁気記録技術は、波長λより十分
小さい径（現状は＜200nm）を有する磁区を書き込むこ
とができる。この技術は、レーザ強度の小さな変化で、
温度の小さな変化、例えば、Tc付近では磁気異方性を大
きく変化させるのに十分な温度変化が得られ、これが磁
区反転特性を決定するので、実際に極めて効率的であ
る。しかし、従来のシステムでは、検出に遠視野におけ
るカー効果を利用していたので、光磁気的読み出しがλ
/2に限定されていた。実際上、レーザダイオード及び光
学系の不完全さに起因するレーザビームの広がりのため
に、可能な分解能は＞１μｍがそれよりも悪い。
この発明の目的は、従来の分解能の限界を越えるよう
に改良された光磁気データ記憶装置を提供することであ
る。
D.課題を解決するための手段 この発明は上記目的を達成するために、回転自在な記
録媒体と、外部磁界が存在する中で、この記録媒体の記
録材料層のスポットを局部的にその材料のTc以上に加熱
することにより、記録媒体の選択された記憶位置に情報
を書き込むためと、記録媒体に結合された光ビーム手段
によってその記録媒体の上記記憶位置に記憶されたデー
タを読み出すために、この記録媒体に対しての偏光ビー
ムを向けるための手段とからなる高密度光磁気データ記
憶装置におけるデータの記録及び読み出しのための方法
を提案するものである。
この発明の方法によれば、外部磁界が加えられている
間に、記録媒体の選択された位置に鋭くとがった透光性
先端部を介して光ビーム（偏光又は非偏光）を当てるこ
とにより、データの記録が行われ、記憶された情報の読
み出しは、記録媒体の情報搬送層を支持する透光性構造
に結合され、情報搬送層を介して伝達され、これによ
り、偏光面の回転を受け、上記鋭い先端部の頂点を通じ
て受け取られる読み出し光を用いて行われる。
この発明による装置によれば、情報書き込みのため
に、光ビーム（偏光又は非偏光）を導くための前記手段
がビーム分割プリズムと、このプリズムと光学的に整列
された鋭くとがった透光性先端部とからなり、この先端
部の頂点が記録媒体の情報搬送層からほぼ一定距離の位
置に保持され、記憶された情報を読み出すために光ビー
ムを上記記憶位置に結合するための上記手段が情報搬送
層と並列に配置された透光性構造に光学的に接続され、
上記先端部が情報搬送層を介して伝達された光を受光す
るために、記録手段の上記記憶位置上に位置可能であ
る。
E.実施例 第１図は、この発明の第１の実施例の概略的構造を示
し、入射レーザビーム１（又はレーザビーム２）が、偏
光ビームスプリッタまたはプリズム３を介して光ファイ
バ先端部５の背面４に照射される。ファイバ先端部５は
レーザ光に対して透光性であり、数十ナノメータ程度の
径を有する頂点６に向かってとがっている。ファイバ先
端部に代えて、透光性の結晶で形成され、遮光性の被膜
を有する先端部を用いても良い。このような先端部を製
造するのに適した方法は、欧州特許公開公報0112402号
に記載されている。偏光レーザビームが先端部５の頂点
６から出て、記録媒体７上に当たる。
記録媒体７は、基板８と、この基板８の先端部５に対
向する面上に設けられた磁化可能な記録材料層９と、そ
の表面を覆う保護膜10とからなる。基板８と保護膜10
は、使用されるレーザビームに対して透光性のものであ
る。従って、先端部５の頂点６から出るレーザビームが
保護膜10を通過して磁化可能な材料層９上に当たる。レ
ーザビームのエネルギーの少なくとも一部は、頂点６か
ら出たビームの径と層９から頂点６のまでの距離とによ
って規定される１μｍ程度と思われる径を有するスポッ
トにおいて層９により吸収される。
層９中のエネルギーの吸収により、磁化可能材料が局
部的にTc以上に加熱され、これによって、その記憶位置
におけるこれまでの磁化と方向が失われる。外部磁界が
無い場合、レーザビームが当たった位置における磁気双
極子は、再現可能にデジタル値に割り当てることができ
ない種々の可能な方向を有している。従って、すべての
記憶位置を“0"に設定するために、全ての記憶位置がキ
ュリー温度以上に加熱されている間に、外部磁界を加え
ても良い。記憶材料が冷却される間、双極子の磁化方向
が維持される。この発明では、磁化方向が記録媒体７の
面に関して垂直に選ばれる。
情報を書き込む場合、選択された記憶位置が加熱のた
めのレーザビームによりアドレスされている間に、記憶
の消去に用いたものと反対の外部磁界が加えられる。こ
のアドレスされた位置でのみ、磁化方向が反転され、レ
ーザビームがオフされた後も維持される。この新たな方
向をここでは“1"方向とする。
媒体７の記憶位置に記憶された情報を読み出すため
に、ｓまたはｐ偏光レーザビーム11が消失波，即ちエバ
ネセント波（evanescent wave）として、光結合プリズ
ム12の手段によって、記録媒体７へ結合される。消失
波、即ち、エバネセント波は、レーザビーム11がプリズ
ム12で内部全反射するように入射された時に、プリズム
12から外部に漏れ出て、短い距離で消失する光成分であ
り、後述するように、記録媒体７がプリズム12から１μ
ｍよりも短い距離、例えば、約300nmの距離で配置され
た場合、このエバネセント波は消失する前に記録媒体７
に結合される。結合プリズム12は、入射光が一端の入射
面から他端の吸収体または出射面まで伝播する導波体と
して機能する。入射レーザビームは、記録媒体７の各記
憶位置の磁化と比例した直交するｐ（又はｓ）偏光成分
を得る。そして、光子とその偏光状態は先端部５で調べ
られる。先端部５の頂点６の径が数十ナノメータ程度の
事実の点から、実現可能な分解能が極めて良好であり、
従って、頗る高密度の記録／読み出しが可能となる。
従来の装置のように偏光状態を「反射光」によりモニ
タするカー効果の応用に対して、この発明は、ファラデ
ー効果を利用した「通過光」による偏光状態のモニタに
基づいている（ファラデー効果によれば、磁性材料を通
過して伝播する直線偏光された光が僅かに楕円偏光さ
れ、偏光方向の回転角が材料を通過するパスの長さと磁
化とに比例する）。
記録媒体７の上面から出る光子の偏光状態のモニタ
は、先端部５の頂点６と記録材料層９の面との距離に依
存する極めて高い空間的分解能でなされる。λ/30の分
解能が既に実験によって達成されている。ここで得られ
る分解能の正確な値はこの発明による記憶装置の方式に
とってあまり重要でない。３倍（従来の１μｍから0.3
μｍへ）の分解能の増加でさえも10倍もの記憶容量の増
加を意味する。
入射レーザビーム11を偏光する必要はない。フレネル
理論によれば、内部の全反射は主にｐ偏光されたエバネ
セント液を生成する。
第２図を見ると、この発明による光磁気記憶装置は、
軸13を中心として回転可能なディスクである記録媒体７
を用い、その下方に、上記結合プリズム12が近接して取
付けられている。レーザビーム11を供給するためにレー
ザ14が設けられ、箱15及び16がレーザビーム１及び２用
の光検出ダイオード（読み出し用）を夫々表している。
先端部５は記録媒体７の上方に一定距離で交換可能に取
り付けられている。先端部／面間距離を一定に保つため
に帰還ループに供給される強度信号を形成するためにｐ
偏光ビーム２を使用しても良い。
記録媒体７及び結合プリズム12間の典型的な距離が約
300nmで、44゜の角度（石英の内部全反射の角度は43.34
゜）で入射するレーザビーム11を用いた場合、記録媒体
７に結合される光強度が入射レーザの全強度の約40％程
度である。
ファラデー効果による光磁気記録媒体７内の偏光の回
転角は、先端部５を用い保護膜10上のエバネセント波を
探査し、従来のビーム分割装置を用いてｓ及びｐ偏光成
分に分割する事によって検出される。高い水平方向分解
能のためには、先端部５の形状及び記録媒体７からの距
離が重要なパラメータである。この発明による記憶装置
では、先端部５の浮上高さが約300nm、即ち、従来の
（長手方向）記録におけるのと同様に容易に一定に保つ
ことができる距離である。ここで提案する構成では、浮
上高さが検出光の強度を一定に保つことにより一定に維
持される。300nmの浮上高さの場合、マイクロメータの1
/10（100ナノメータ）程度の水平方向分解能が期待でき
る。
光磁気データ記憶装置の別の構成が第３図に示されて
いる。記録媒体又はディスクが基板８を備え、この基板
８は、レーザビーム19を基板８に結合するための傾斜側
面18を有するハブ17を有している。入射レーザビーム
は、導波体として機能する基板８に沿って伝播する。不
要の反射を防止するために、導波体を適切に終端させな
ければならないことは、当業者にとって、容易に理解で
きるであろう。
更に別の構成が第４図に示されている。同図におい
て、レーザビーム20が光導波体として機能する界面フィ
ルムに直接的に結合する。フィルム21が基板８の上で、
且つ、記録層９の下に設けられている。その結果、フィ
ルム21に沿って伝播する光の波は記録層９に結合され
る。記録層９を通過する光は、その偏光面が回転され、
これが先端部５とこれに関連する分析手段とによって検
出される。
第３図及び第４図の構成は、より多くの光が記録媒体
７に結合され、従ってエバネセント波が必要ないので、
第１図の構成と比較して、信号対雑音比がより良好であ
るという利点を有する。また、第１図の構成は、記録媒
体７と結合プリズム12との距離を＜１μｍの一定の値に
維持しなければならないという問題に当面することもあ
る。
カー効果を利用した従来の装置（λ/2の制限がある）
に対して、ファラデー効果を利用したこの発明による構
成の有利な分解能特性（λ/30）が得られることから、
これらのシステムの他のパラメータを考慮することは、
意味がある。検出される回転の角度の大きさは反射光に
関して、θｋ0.3であり、透過光の場合はｄ50nmの
膜厚でθｋOF＊ｄ0.5゜であり、何れの場合も角度
は同じ様なものである。これは物理的な見地から予想さ
れなければならない。即ち、光磁気記録に使用されてい
るアモルファス磁化可能材料は、薄く、例えば50nmにす
ることができるので、基板８及び保護層10との界面での
避け難い反射が記録層９の厚みに比してより重要な役割
を演じ始めている。
どの場合でも、50nmの厚みのフィルムが良い選択であ
る。これは、個々の部材間の知られている分離にかかわ
らず完全な飽和磁化に対応するのに十分に厚く（分解領
域厚み10nm）、更に、偏光回転が生じる間で、水平方
向の磁化分解能がフィルムの厚みを超える平均化効果に
よって影響されないことを保証するのに十分に薄い。
この発明による光磁気記憶装置に使用される材料は、
例えば、基板８としてのサファイアと、情報記憶層９と
しての磁性遷移金属／稀土類合金と、保護膜10としての
二酸化シリコンとを含むことができる。適当な遷移金属
／稀土類合金は、例えば0.1＜ｘ＜0.4、0.35＜ｙ＜0.
5、0.15＜ｚ＜0.3のとき、GdxCo1-x、TbxFe1-x、FexCoy
Tbxなどである。正確な化学量論的組成は、所望の光磁
気特性（Tc、異方性、磁化、ファラデー回転の大きさ）
に依存する。良好な結果を生じさせる材料の具体例は、
Gd0.2Co0.8、Tb0.15Fe0.85及びFe0.36Co0.42Tb0.22であ
る。
この発明による情報の記録及び読み出しのためには、
原理的には、同一の光学的配置を使用することができる
が、記録用光路と読み出し用光路とを分離することは、
有利である。この分離は、共通のスポットに指向される
２つの本質的に平行な光路を有する先端部を使用するこ
とにより容易に達成することができる。このような先端
部は欧州特許公開公報第0185782号に開示されている。
F.発明の効果 この発明によれば、従来の分解能の限界を越える改良
された光磁気データ記憶装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の第１の実施例に使用される構成要素
の略線図、第２図はこの発明による光磁気記憶装置の略
線図、第３図はこの発明による光磁気記憶装置の第２の
実施例を示す略線図、第４図はこの発明の第３の実施例
を示す略線図である。 １……入射レーザビーム、 ３……偏光ビームスプリッタ、 ５……先端部、７……記録媒体、 ８……基板、９……磁化可能な記録層、 10……保護膜、12……結合プリズム。

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】光磁気記録層（９）を含む記録媒体（７）
    から記録データを読み出すための方法において、 光ビーム（11）を発生し、 上記記録媒体（７）に近接して配置されたプリズム（1
    2）に上記光ビームを入射させて上記プリズム（12）内
    を伝播する光ビームを上記記録層に結合し、 上記記録層（９）を通過した光ビームを、鋭くとがった
    透光性の先端部（５）の頂点（６）を通して受光し、 上記先端部（５）を介して受光した光ビームの、上記記
    録層による偏光方向の回転を検出することを含む 光磁気記録データの読み出し方法。
  2. 【請求項２】光磁気記録層（９）を含む記録媒体（７）
    から記録データを読み出すための方法において、 光ビーム（11）を発生し、 上記記録層（９）を支持する透光性基板（８）のハブ
    （17）の傾斜側面（18）に上記光ビームを入射させて上
    記基板（８）内を伝播する光ビームを上記記録層に結合
    し、 上記記録層（９）を通過した光ビームを、鋭くとがった
    透光性の先端部（５）の頂点（６）を通して受光し、 上記先端部（５）を介して受光した光ビームの、上記記
    録層による偏光方向の回転を検出することを含む 光磁気記録データの読み出し方法。
  3. 【請求項３】光磁気記録層（９）を含む記録媒体（７）
    から記録データを読み出すための方法において、 光ビーム（11）を発生し、 上記記録層（９）を支持する光導波層（21）に上記光ビ
    ームを入射させて上記導波層（21）内を伝播する光ビー
    ムを上記記録層（９）に結合し、 上記記録層（９）を通過した光ビームを、鋭くとがった
    透光性の先端部（５）の頂点（６）を通して受光し、 上記先端部（５）を介して受光した光ビームの、上記記
    録層による偏光方向の回転を検出することを含む 光磁気記録データの読み出し方法。
  4. 【請求項４】光磁気記録層（９）を含む記録媒体（７）
    から記録データを読み出すための装置において、 光ビームを発生する手段（14）と、 上記記録媒体（７）に近接して配置され、上記光ビーム
    を受け取って内部伝播させ、伝播する光ビームを上記記
    録層（９）に結合するプリズムと、 上記記録層（９）を通過した光ビームを頂点（６）に受
    光する、鋭くとがった透光性の先端部（５）と、 上記先端部（５）を介して受光した光ビームのｐ及びｓ
    偏光成分を分離し、上記記録層による偏光方向の回転を
    検出するための偏光ビームスプリッタ（３）とを含む 光磁気記録データの読み出し装置。
  5. 【請求項５】光磁気記録層（９）を含む記録媒体（７）
    から記録データを読み出すための装置において、 光ビームを発生する手段（14）と、 上記記録層（９）を支持し、且つ傾斜側面（18）を有す
    るハブ（17）を含み、この傾斜側面（18）に上記光ビー
    ムを受け取って内部伝播させ、伝播する光ビームを上記
    記録層（９）に結合する透光性基板（８）と、 上記記録層（９）を通過した光ビームを頂点（６）に受
    光する、鋭くとがった透光性の先端部（５）と、 上記先端部（５）を介して受光した光ビームのｐ及びｓ
    偏光成分を分離し、上記記録層（９）による偏光方向の
    回転を検出するための偏光ビームスプリッタ（３）とを
    含む 光磁気記録データの読み出し装置。
  6. 【請求項６】光磁気記録層（９）を含む記録媒体（７）
    から記録データを読み出すための装置において、 光ビームを発生する手段（14）と、 上記記録層（９）を支持し、上記光ビームを受け取って
    内部伝播させ、伝播する光ビームを上記記録層に結合す
    る光導波層と、 上記記録層（９）を通過した光ビームを頂点（６）に受
    光する、鋭くとがった透光性の先端部（５）と、 上記先端部（５）を介して受光した光ビームのｐ及びｓ
    偏光成分を分離し、上記記録層（９）による偏光方向の
    回転を検出するための偏光ビームスプリッタ（３）とを
    含む 光磁気記録データの読み出し装置。
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