JP3956939B2 - 光学素子、それを用いた光ヘッドおよび光記録再生装置 - Google Patents
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Description
G.A. Valaskovic et al. "Parameter Control, Characterization, and Optimization in the Fabrication of Optical Fiber Near-Field Probes" (Applied Optics, Vol. 34, No. 7, pp. 1215-1227, 1995) (非特許文献2)。
1)試料
図2(A)および(B)は、本発明の原理を説明するために光学素子の一試料に採用された導電性フィルムの側面断面図および平面図であり、(A)は、(B)の2A−2A断面図である。
上述したように、表面形状31に照射する光の半径を大きくして表面形状全体に照射する場合には、開口40を通過する光のパワー密度を十分大きく維持するために、入射させる光のパワーを増大させる必要がある。他方、半径を小さくすると、表面プラズモン・エンハンス効果は減少し、光記録媒体に記録するのに必要なパワー密度が達成できなくなる。
フリースタンディングAg-Ni-Ag薄膜に、表面形状の周期数がそれぞれ0、2、3、6および10の5つの試料を上述したように作製した。作製方法の詳細は、Grupp et al., Apply. Phys. Lett. 77, 1569 (2000)を参照のこと。波長λ=800nmで、格子定数P=750nmのときに最大プラズモン・エンハンス効果が与えられる。その際の開口径d=300nmであった。
LPE=It/Pinc
ここで、Pincは入射パワー(W)、Itは透過光パワー密度であり、
It=Pt/(πd2/4) (W/cm2)
である。Ptは透過光パワー(W)であり、πd2/4は開口の出口面積である。同様に、入射光パワー密度Iincは、
Iinc = Pinc/πN2λ2 (W/cm2)
と定義される。
図6は本発明の第1実施形態による光学素子を示す概略的構成図である。光学素子100は、集光レンズ10、光学素子本体20および導電性フィルム30を備え、光記録媒体50に近接して位置している。集光レンズ10は、光学素子本体20に接しているが、分離していても良い。光学素子本体20は、光学ガラスもしくは石英等の透明材料で構成される。
図7は本発明の第2実施形態による光学素子を示す概略的構成図である。光学素子100は、集光レンズ10、光学素子本体20、高屈折率材料フィルム60、および導電性フィルム30を備え、光記録媒体50に近接して位置している。集光レンズ10は、光学素子本体20に接しているが、分離していても良い。光学素子本体20は、光学ガラスもしくは石英等の透明材料で構成される。
図8は本発明の第3実施形態による光学素子を示す概略的構成図である。第3実施形態による光学素子100は、図7に示す第2実施形態によるものと次の点で異なっている。すなわち、高屈折率材料フィルム60が導電性フィルム30の光記録媒体50に対面する側に設けられている。第3実施形態のその他の構成および材料は第2実施形態と同じであるから、同じ部材には同じ参照番号を付して詳細は省略する。
図9は本発明の第4実施形態による光学素子を示す概略的構成図である。第4実施形態による光学素子100は、図7に示す第2実施形態によるものと次の点で異なっている。すなわち、高屈折率材料フィルム60の他に、高屈折率材料フィルム61が導電性フィルム30の光記録媒体50に対面する側にも設けられている。言い換えれば、高屈折率材料フィルム60および61が導電性フィルム30の両面にそれぞれ設けられている。高屈折率材料フィルム61は高屈折率材料フィルム60と同じ材料からなる。
本発明の第5実施形態による光学素子は、導電性フィルム30と光学素子本体20との間に高熱伝導率材料層が積層されている。高熱伝導率材料層は、光学素子本体20よりも熱伝導率の高い材料で構成されている。このような高熱伝導率材料層を設けることで、導電性フィルム30の温度上昇を抑えることができる。種々の光学材料に対する熱伝導率を表2に示す。
図10は本発明による光学素子を用いた光ヘッドの一例を示す概略的断面構成図である。光ヘッド200は、本発明の上述した各実施形態による光学素子を用いている。光学素子100の開口からの透過光を用いて光記録媒体に対する情報の書き込み動作を行なう。
図11は本発明による光学素子を用いた光記録再生装置の一例を示す概略的斜視図である。光記録再生装置300は、回転軸310のまわりを回転する光記録媒体50と、先端部に固定された光ヘッド200を有するサスペンション320と、光ヘッド200が図中の矢印方向に移動するようにサスペンション320を回転させるヘッドアクチュエータ(回転型リニアモータ)330とを有する。光記録媒体50を高速回転させることでサスペンション320の先端に位置する光ヘッド200が浮上し、導電性フィルム30の表面と光記録媒体50との間の距離が100nm以下に維持される。このようにして光記録媒体に従来になく高密度に情報を記録することが可能となる。
20 光学素子本体
30 導電性フィルム
31 周期的表面形状
40 開口
50 光記録媒体
60、61 高屈折率材料
90 光ファイバ
91 マイクロレンズ(コリメートレンズ)
92 全反射ミラー
93 マイクロレンズ
94 浮上面
100 光学素子
200 光ヘッド
300 光記録再生装置
310 回転軸
320 サスペンション
330 アクチュエータ
Claims (28)
- 光学素子本体と、
第1の表面と第2の表面とを有し、前記第1の表面が前記光学素子本体に向かい、さらに前記第1の表面から前記第2の表面へ貫通した開口と、前記第1の表面および前記第2の表面の少なくとも一方に設けられた周期的表面形状とを有する導電性フィルムと、
入射ビームを集光して前記第1の表面上に所定径の集光ビームを生成する集光レンズと、
を有し、
前記集光ビームの所定径が前記周期的表面形状の2周期から6周期の範囲内であることを特徴とする光学素子。 - 前記第1の表面上の前記集光ビームの前記所定径および前記周期的表面形状の周期は、前記第1の表面上の集光ビームのパワーを基準として前記開口を透過した透過光のパワーが前記導電性フィルムに前記周期的表面形状が形成されていない場合の前記開口を透過した透過光のパワーより大きくなるように、決定されることを特徴とする請求項1に記載の光学素子。
- 光源からの入射光を集光して集光ビームを生成する光学部材と、
第1の表面と第2の表面とを有し、前記第1の表面が前記光学部材と接触し、さらに前記第1の表面から前記第2の表面へ貫通した開口と、前記第1の表面および前記第2の表面の少なくとも一方に設けられた周期的表面形状とを有し、前記第1の表面上の前記集光ビームが前記第1及び第2の表面の一方で表面プラズモンモードを励起し、それによって前記開口の透過光を強化する導電性フィルムと、
を有し、
前記第1の表面上の前記集光ビームの径が前記周期的表面形状の2周期から6周期の範囲内であることを特徴とする光学素子。 - 前記開口は、前記光ビームの波長より短い径を有することを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の光学素子。
- 前記周期的表面形状は、前記開口の周りに周期的に配置された複数の表面構造を有することを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の光学素子。
- 前記複数の表面構造は前記開口の周りに同心円状に配置されたことを特徴とする請求項5に記載の光学素子。
- 前記複数の表面構造は、窪み、断面が矩形波あるいは正弦波状のもの、半球状の突出部、溝、突起、リング形状の窪み、リング形状かつ半球状の突出部、リング状の溝、および、リング状の突出部から選択された1つを含むことを特徴とする請求項5に記載の光学素子。
- 前記複数の表面構造は、窪み、断面が矩形波あるいは正弦波状のもの、半球状の突出部、溝、突起、リング形状の窪み、リング形状かつ半球状の突出部、リング状の溝、および、リング状の突出部から選択された複数を含むことを特徴とする請求項5に記載の光学素子。
- 入射光を集光して集光ビームを生成する光学部材と、
第1の表面と第2の表面とを有し、前記第1の表面が前記光学部材に向かい、さらに前記第1の表面から前記第2の表面へ貫通した開口と、前記第1の表面および前記第2の表面の少なくとも一方に設けられた周期的表面形状とを有する導電性フィルムと、
前記光学部材より高い屈折率を有する光学材料からなり、前記導電性フィルムの前記第1の表面および前記第2の表面の一方の上に積層された光学材料層と、
を有し、
前記第1の表面上の前記集光ビームの径が前記周期的表面形状の2周期から6周期の範囲内であることを特徴とする光学素子。 - 前記光学材料は、チタン酸化物、ジルコン酸化物、タンタル酸化物、アルミナ、窒化シリコンおよびシリコンのうち少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項9に記載の光学素子。
- 多層構造を有する光学素子において、
入射光を集光して集光ビームを生成する光学部材と、
第1の表面と第2の表面とを有し、前記第1の表面が前記光学部材に向かい、さらに前記第1の表面から前記第2の表面へ貫通した開口と、前記第1の表面および前記第2の表面の少なくとも一方に設けられた周期的表面形状とを有する導電性フィルムと、
前記光学部材よりも高い熱伝導率を有する材料からなり、前記導電性フィルムと前記光学部材との間に積層された高熱伝導率材料層と、
を有し、
前記第1の表面上の前記集光ビームの径が前記周期的表面形状の2周期から6周期の範囲内であることを特徴とする光学素子。 - 前記高熱伝導率材料は、ダイヤモンド、ベリリウム酸化物、ニッケル酸化物、アルミナ、窒化シリコン、アモルファスカーボン、シリコン、および、ゲルマニウムのうち少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項11に記載の光学素子。
- 前記光学部材より高い屈折率を有する光学材料からなり、前記導電性フィルムの前記第1の表面および前記第2の表面の一方の上に積層された光学材料層を更に有することを特徴とする請求項11に記載の光学素子。
- 前記開口は透明誘電体で満たされていることを特徴とする請求項1ないし3、9および11のいずれかに記載の光学素子。
- 光記録媒体の近くに配置された光ヘッドにおいて、
光源から放出された光を導く導波手段と、
前記導波路に光学的に接続され、前記光を集光して集光ビームを生成する集光手段と、
第1の表面と第2の表面とを有し、前記第1の表面が前記集光手段に向かい、さらに前記第1の表面から前記第2の表面へ貫通した開口と、前記第1の表面および前記第2の表面の少なくとも一方に設けられた周期的表面形状とを有し、前記開口が前記光記録媒体の表面近くに位置する導電性フィルムと、
を有し、
前記第1の表面上の前記集光ビームの径が前記周期的表面形状の2周期から6周期の範囲内であることを特徴とする光ヘッド。 - 前記光記録媒体が回転しているときに、前記光記録媒体の前記表面上の所定の高さに前記光ヘッドを浮上させるスライダ形状を更に有することを特徴とする請求項15に記載の光ヘッド。
- 前記導波手段は光ファイバであり、
前記集光手段は、
前記光ファイバから放出された光をコリメート(平行化)して平行光ビームを生成するコリメートレンズと、
前記平行光ビームの方向を所定角度変化させるための偏向手段と、
前記偏向手段から入射する前記平行光ビームを集光して前記集光ビームを生成する集光レンズと、
を有し、前記導電性フィルムの前記第2の表面は前記スライダ形状の浮上面とほぼ同一面をなすことを特徴とする請求項16に記載の光ヘッド。 - 前記開口を透過する透過光を用いて前記光記録媒体に情報を書き込むことを特徴とする請求項15に記載の光ヘッド。
- 前記開口の近くに配置され、前記光記録媒体から情報を読み取るために前記光記録媒体の前記表面から反射した光を検出する光検出手段を更に有することを特徴とする請求項15に記載の光ヘッド。
- 前記光検出手段は、前記導電性フィルムの前記第2の表面の前記開口の近くに設けられたことを特徴とする請求項19に記載の光ヘッド。
- 前記光記録媒体が回転しているときに、前記光記録媒体の前記表面上の所定の高さに前記光ヘッドを浮上させるスライダ形状を更に有することを特徴とする請求項19に記載の光ヘッド。
- 前記導波手段は光ファイバであり、
前記集光手段は、
前記光ファイバから放出された光をコリメート(平行化)して平行光ビームを生成するコリメートレンズと、
前記平行光ビームの方向を所定角度変化させるための偏向手段と、
前記偏向手段から入射する前記平行光ビームを集光して前記集光ビームを生成する集光レンズと、
を有し、前記導電性フィルムの前記第2の表面は前記スライダ形状の浮上面とほぼ同一面をなすことを特徴とする請求項21に記載の光ヘッド。 - 光記録媒体に情報を記録し、前記光記録媒体から情報を読み出すための光記録再生装置において、
光ヘッドと、前記光記録媒体上の所望の位置に前記光ヘッドを移動させるためのヘッド移動手段と、を有し、
前記ヘッドは、
光源から放出された光を導く導波手段と、
前記導波路に光学的に接続され、前記光を集光して集光ビームを生成する集光手段と、
第1の表面と第2の表面とを有し、前記第1の表面が前記集光手段に向かい、さらに前記第1の表面から前記第2の表面へ貫通した開口と、前記第1の表面および前記第2の表面の少なくとも一方に設けられた周期的表面形状とを有し、前記開口が前記光記録媒体の表面近くに位置する導電性フィルムと、
前記開口の近くに配置され、前記光記録媒体から情報を読み取るために前記光記録媒体の前記表面から反射した光を検出する光検出手段と、
を有し、
前記第1の表面上の前記集光ビームの径が前記周期的表面形状の2周期から6周期の範囲内であることを特徴とする光記録再生装置。 - 前記光記録媒体が回転しているときに、前記光記録媒体の前記表面上の所定の高さに前記光ヘッドを浮上させるスライダ形状を更に有することを特徴とする請求項23に記載の光記録再生装置。
- 前記導波手段は光ファイバであり、
前記集光手段は、
前記光ファイバから放出された光をコリメート(平行化)して平行光ビームを生成するコリメートレンズと、
前記平行光ビームの方向を所定角度変化させるための偏向手段と、
前記偏向手段から入射する前記平行光ビームを集光して前記集光ビームを生成する集光レンズと、
を有し、前記導電性フィルムの前記第2の表面は前記スライダ形状の浮上面とほぼ同一面をなすことを特徴とする請求項24に記載の光記録再生装置。 - 前記光検出手段は、前記導電性フィルムの前記第2の表面の前記開口の近くに設けられたことを特徴とする請求項23に記載の光記録再生装置。
- 光記録媒体に情報を記録し、前記光記録媒体から情報を読み出すための光記録再生装置において、
前記光記録媒体に書き込み光ビームを照射することにより前記光記録媒体に情報を書き込むための光書き込みヘッドと、
前記光記録媒体を透過した光ビームを検出することにより前記光記録媒体から情報を読み取るための光読み取りヘッドと、
前記光記録媒体上の所望の位置に前記光書き込みヘッドおよび前記光読み取りヘッドを移動させるためのヘッド移動手段と、
を有し、
前記光書き込みヘッドは、
光源から放出された光を導く導波手段と、
前記導波路に光学的に接続され、前記光を集光して集光ビームを生成する集光手段と、
第1の表面と第2の表面とを有し、前記第1の表面が前記集光手段に向かい、さらに前記第1の表面から前記第2の表面へ貫通した開口と、前記第1の表面および前記第2の表面の少なくとも一方に設けられた周期的表面形状とを有し、前記開口が前記光記録媒体の表面近くに位置する導電性フィルムと、
を有し、
前記第1の表面上の前記集光ビームの径が前記周期的表面形状の2周期から6周期の範囲内であることを特徴とする光記録再生装置。
ことを特徴とする光記録再生装置。 - 光磁気記録媒体に情報を記録し、前記光磁気記録媒体から情報を読み出すための光記録再生装置において、
前記光磁気記録媒体に書き込み光ビームを照射することにより前記光磁気記録媒体に情報を光学的に書き込むための書き込みヘッドと、
磁気抵抗効果を利用し、前記光磁気記録媒体からの漏れ磁束を検出することにより前記光磁気記録媒体から情報を読み取るための読み取りヘッドと、
前記光記録媒体上の所望の位置に前記書き込みヘッドおよび前記読み取りヘッドを移動させるためのヘッド移動手段と、
を有し、
前記書き込みヘッドは、
光源から放出された光を導く導波手段と、
前記導波路に光学的に接続され、前記光を集光して集光ビームを生成する集光手段と、
第1の表面と第2の表面とを有し、前記第1の表面が前記集光手段に向かい、さらに前記第1の表面から前記第2の表面へ貫通した開口と、前記第1の表面および前記第2の表面の少なくとも一方に設けられた周期的表面形状とを有し、前記開口が前記光磁気記録媒体の表面近くに位置する導電性フィルムと、
を有し、
前記第1の表面上の前記集光ビームの径が前記周期的表面形状の2周期から6周期の範囲内であることを特徴とする光記録再生装置。
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