JP4593659B2 - Near-field optical head - Google Patents

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Description

本発明は、近視野光を利用して記録媒体表面の微小領域との相互作用を検出することにより、入力光の波長以下の微小領域での構造情報あるいは光学情報を観察し、高密度な情報記録および再生に利用する近視野光ヘッドに関する。   The present invention uses near-field light to detect the interaction with a minute area on the surface of the recording medium, thereby observing structural information or optical information in the minute area below the wavelength of the input light, thereby providing high-density information. The present invention relates to a near-field optical head used for recording and reproduction.

近視野光を利用した高分解能プローブは、近視野光顕微鏡や近視野光ヘッドに使われている。プローブの先端から近視野光を発生させて、顕微鏡試料あるいは記録媒体と近視野光の相互作用の結果発生する伝播光を検出することで、光の回折限界を超える空間分解能が得られる。入射伝播光と、試料あるいは記録媒体との相互作用の結果発生した近視野光をプローブによって検出する方法もある。近視野顕微鏡はこの原理によって従来の光学顕微鏡の回折限界を超える分解能を達成している。また、このような近視野光プローブを近視野光ヘッドに利用した場合には、従来の光ディスクを超えるデータ記録密度が可能となる。   High-resolution probes that use near-field light are used in near-field light microscopes and near-field light heads. By generating near-field light from the tip of the probe and detecting propagating light generated as a result of the interaction between the microscope sample or the recording medium and the near-field light, a spatial resolution exceeding the light diffraction limit can be obtained. There is also a method in which near-field light generated as a result of interaction between incident propagation light and a sample or a recording medium is detected by a probe. The near-field microscope achieves a resolution exceeding the diffraction limit of the conventional optical microscope by this principle. Further, when such a near-field optical probe is used for a near-field optical head, a data recording density exceeding that of a conventional optical disk is possible.

近視野顕微鏡における近視野光利用方式の一つとして、プローブの微小開口と試料表面との距離をプローブの微小開口の径程度まで近接させ、プローブを介して且つそのプローブの微小開口に向けて伝播光を導入することにより、その微小開口に近視野光を生成させる方式(イルミネーションモード)がある。この場合、生成された近視野光と試料表面との相互作用により生じた散乱光が、試料表面の微細構造を反映した強度や位相を伴って散乱光検出系により検出され、従来の光学顕微鏡において実現し得なかった高い分解能を有した観察を可能にしている。   As a method of using near-field light in a near-field microscope, the distance between the probe micro-aperture and the sample surface is brought close to the diameter of the probe micro-aperture and propagates through the probe toward the probe micro-aperture. There is a method (illumination mode) in which near-field light is generated in the minute aperture by introducing light. In this case, the scattered light generated by the interaction between the generated near-field light and the sample surface is detected by the scattered light detection system with the intensity and phase reflecting the fine structure of the sample surface. It enables observation with high resolution that could not be realized.

また、上述した近視野光を利用した装置として情報記録再生装置が研究されている。現状における情報再生装置の多くは、情報記録媒体として磁気ディスクまたは光ディスクを対象とした情報再生を行っており、特に、光ディスクの1つであるCDが、高密度な情報記録と低コストな大量生産を可能としていることから大容量の情報を記録する媒体として広く利用されている。CDは、その表面に、再生の際に使用されるレーザ光の波長程度のサイズおよびその波長の4分の1程度の深さを有したピットを形成しており、光の干渉現象を利用した読取を可能としている。   In addition, an information recording / reproducing apparatus has been studied as an apparatus using near-field light described above. Many of the current information reproducing apparatuses perform information reproduction for a magnetic disk or an optical disk as an information recording medium. In particular, a CD, which is one of the optical disks, has high-density information recording and low-cost mass production. Therefore, it is widely used as a medium for recording a large amount of information. The CD has a pit having a size of about the wavelength of the laser beam used for reproduction and a depth of about a quarter of the wavelength on the surface of the CD, and utilizes the light interference phenomenon. Reading is possible.

このCDに代表される光ディスクから、記録された情報を読み取るのに、一般に、光学顕微鏡において用いられるレンズ光学系が利用されている。そこで、ピットの大きさやトラックピッチを縮小して情報記録密度を増加させる場合、光の回折限界の問題により、レーザ光のスポットサイズを2分の1波長以下にすることができず、情報記録単位をレーザ光の波長よりも小さなサイズにすることができないといった壁に突き当たってしまう。   In order to read recorded information from an optical disk represented by this CD, a lens optical system generally used in an optical microscope is used. Therefore, when the information recording density is increased by reducing the pit size or the track pitch, the spot size of the laser beam cannot be reduced to a half wavelength or less due to the problem of light diffraction limit. Will hit a wall that cannot be made smaller than the wavelength of the laser beam.

また、光ディスクに限らず、光磁気記録方式によって情報を記録した光磁気ディスクにおいても、レーザ光の微小なスポットにより高密度な情報の記録再生を実現しているために、その情報記録密度はレーザ光を集光させて得られるスポットの径に制限される。   Further, not only optical disks but also magneto-optical disks that record information by the magneto-optical recording method realize high-density information recording / reproduction with a small spot of laser light. It is limited to the spot diameter obtained by condensing light.

そこで、これら回折限界による制限を打破するために、再生に利用するレーザ光の波長以下、たとえばその波長の1/10程度の径を有する微小開口を設けた光ヘッドを用い、その微小開口において生成される近視野光を利用した情報再生装置が提案されている。   Therefore, in order to overcome these limitations due to the diffraction limit, an optical head provided with a minute aperture having a diameter equal to or smaller than the wavelength of the laser beam used for reproduction, for example, about 1/10 of the wavelength, is generated at the minute aperture. An information reproducing apparatus using near-field light has been proposed.

近視野顕微鏡の技術は、顕微鏡としての利用だけでなく、光ファイバプローブを通して試料に向けて比較的強度の大きな光を導入させることにより、光ファイバプローブの微小開口にエネルギー密度の高い近視野光を生成し、その近視野光によって試料表面の構造または物性を局所的に変更させる高密度な情報記録・再生技術への応用も可能である。   The near-field microscope technology is used not only as a microscope but also by introducing relatively high-intensity light toward the sample through the optical fiber probe, so that near-field light with a high energy density is introduced into the microscopic aperture of the optical fiber probe. It can also be applied to high-density information recording / reproducing technology that generates and locally changes the structure or physical properties of the sample surface by the near-field light.

ここで、上述した光ファイバプローブとして、例えば米国特許第5,294,790号に開示されているように、フォトリソグラフィ等の半導体製造技術によってシリコン基板にこれを貫通する開口部を形成し、シリコン基板の一方の面には絶縁膜を形成して、開口部の反対側の絶縁膜の上に円錐形状の光導波層を形成したカンチレバー型光プローブが提案されている。このカンチレバー型光プローブにおいては、開口部に光ファイバを挿入し、光導波層の先端部以外を金属膜でコーティングすることで形成された微小開口に光を透過させることができる。   Here, as the optical fiber probe described above, for example, as disclosed in US Pat. No. 5,294,790, an opening is formed through the silicon substrate by a semiconductor manufacturing technique such as photolithography, and one of the silicon substrates is formed. A cantilever type optical probe has been proposed in which an insulating film is formed on the surface, and a conical optical waveguide layer is formed on the insulating film on the side opposite to the opening. In this cantilever type optical probe, light can be transmitted through a minute opening formed by inserting an optical fiber into the opening and coating the portion other than the tip of the optical waveguide layer with a metal film.

従来においては、上述した光ファイバプローブのように先鋭化された先端をもたない平面プローブの使用が提案されている。この平面プローブは、シリコン基板に異方性エッチングによって逆ピラミッド構造の微小開口を形成したものであり、特にその頂点が数十ナノメートルの径を有して貫通されている。また、平面プローブにおいては、逆ピラミッド構造部分にレンズが設けられており、レーザ光を上記レンズにより微小開口へ集光することにより、微小開口に生じる近視野光の強度を高めるような構成とされている。この平面プローブは、特に近視野光を利用した光情報記録媒体(光メモリ)の再生及び記録に適した近視野光メモリヘッドとして使用されている。   Conventionally, the use of a flat probe having no sharpened tip, such as the above-described optical fiber probe, has been proposed. This planar probe is a silicon substrate in which a minute opening having an inverted pyramid structure is formed by anisotropic etching, and its apex is penetrated with a diameter of several tens of nanometers. In addition, in the planar probe, a lens is provided in the inverted pyramid structure portion, and the intensity of near-field light generated in the minute aperture is increased by condensing the laser light to the minute aperture by the lens. ing. This planar probe is used as a near-field optical memory head suitable for reproduction and recording of an optical information recording medium (optical memory) using near-field light.

一方、近年、誘電率の異なる2種類以上の誘電体を光の波長程度の格子定数を持つように周期的構造に形成することによって、ある波長領域の光の伝播が禁止されるフォトニックバンドギャップと呼ばれる現象が発生することが発見された(E.Yablonovitch, Physical Review Letters, vol.58, no.20, pp2059, 1987) 。フォトニックバンドギャップを持つ結晶をフォトニック結晶と呼ぶ。フォトニック結晶の中に光の通路を設けることで形成された光導波路は鋭角に光を曲げることも可能である(たとえば、A.Mekis, J.C.Chen, I.Kurland, S.Fan, P.R.Villeneuve, and J.D.Joannopolous, Physical Review Letters, vol.77, no.18, pp3787, 1996)。結晶内に光がまったく進入できないため、効率が100%に近い光導波が可能になる。
E.Yablonovitch, Physical Review Letters, vol.58, no.20, pp2059, 1987 A.Mekis, J.C.Chen, I.Kurland, S.Fan, P.R.Villeneuve, and J.D.Joannopolous, Physical Review Letters, vol.77, no.18, pp3787, 1996
On the other hand, in recent years, a photonic band gap in which the propagation of light in a certain wavelength region is prohibited by forming two or more types of dielectrics having different dielectric constants in a periodic structure so as to have a lattice constant about the wavelength of light. (E. Yablonovitch, Physical Review Letters, vol.58, no.20, pp2059, 1987). A crystal having a photonic band gap is called a photonic crystal. An optical waveguide formed by providing a light path in a photonic crystal can also bend light at an acute angle (for example, A.Mekis, JCChen, I.Kurland, S.Fan, PRVilleneuve, and JDJoannopolous , Physical Review Letters, vol.77, no.18, pp3787, 1996). Since no light can enter the crystal, optical waveguide with an efficiency close to 100% becomes possible.
E. Yablonovitch, Physical Review Letters, vol.58, no.20, pp2059, 1987 A. Mekis, JCChen, I. Kurland, S. Fan, PRVilleneuve, and JD Joannopolous, Physical Review Letters, vol. 77, no. 18, pp3787, 1996

従来技術として上記に説明した近視野光ヘッドにおいては、たとえば先鋭化した光ファイバの先端に開口径100[nm]程度の微小開口を形成したヘッドでは、入射光強度に対する出力光強度は10-6〜10-7程度と非常に微小である。このことは入射光エネルギーのほとんどは微小開口に到達する前にヘッド内壁で反射あるいは吸収されることを意味する。ヘッド先端に蒸着などの方法で形成した遮光膜により、光はヘッド内部で乱反射してかなりの割合が吸収される。 In the near-field optical head described above as the prior art, for example, in a head in which a minute aperture having an aperture diameter of about 100 [nm] is formed at the tip of a sharpened optical fiber, the output light intensity with respect to the incident light intensity is 10 −6. It is very small, about ~ 10-7 . This means that most of the incident light energy is reflected or absorbed by the inner wall of the head before reaching the minute aperture. Light is diffusely reflected inside the head by a light-shielding film formed by vapor deposition or the like on the tip of the head, and a considerable proportion is absorbed.

高いS/N比を持つ出力信号を得るためには微小開口からの発生近視野光強度を上げたいが、入射光強度を上げると遮光膜が温度上昇により形状変化し、結果的に微小開口の光特性が変化してしまうという問題点があった。また、ヘッド先端からサンプルあるいは記録媒体への熱伝導によって影響を与えてしまい、安定した動作ができないという問題点もあった。ヘッドの熱膨張によってヘッドと記録媒体との距離制御が困難になるという問題点もあった。さらに、遮光膜と、遮光膜以外の部分の熱膨張係数が大きく異なることからヘッド自体が破損することもあった。   In order to obtain an output signal having a high S / N ratio, it is desired to increase the near-field light intensity generated from the minute aperture. However, when the incident light intensity is increased, the shape of the light-shielding film changes due to the temperature rise, resulting in the minute aperture. There was a problem that the optical characteristics changed. In addition, there is a problem in that stable operation is not possible due to the influence of heat conduction from the head tip to the sample or recording medium. There is also a problem that it is difficult to control the distance between the head and the recording medium due to thermal expansion of the head. Further, the head itself may be damaged because the thermal expansion coefficients of the light shielding film and portions other than the light shielding film are greatly different.

本発明は上記問題を鑑みて、近視野光ヘッドの微小開口への光導波の効率を向上することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to improve the efficiency of optical waveguide to a minute aperture of a near-field optical head.

上記の目的を達成するために、本発明に係る近視野光ヘッドは、負荷加重を与えるサスペンションアームにより支持されると共に記録媒体との相対運動により浮上力を得、前記負荷加重と前記浮上力との均衡により記録媒体との間に隙間をつくるスライダーと、前記スライダーを貫通し、スライダー底面部において微小開口を形成する穴と、前記スライダーが前記記録媒体表面を走査するときに、前記近視野光を介して前記記録媒体と前記微小開口が相互作用することによって情報の記録および再生を行う近視野光学ヘッドにおいて、 前記スライダーがフォトニックバンドギャップを有する結晶から形成されたものであることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a near-field optical head according to the present invention is supported by a suspension arm that applies a load load and obtains a levitating force by relative movement with a recording medium, and the load load and the levitating force are obtained. A slider that creates a gap with the recording medium due to the balance of the recording medium, a hole that penetrates the slider and forms a minute opening in the bottom surface of the slider, and the near-field light when the slider scans the surface of the recording medium. In a near-field optical head that records and reproduces information by the interaction of the recording medium and the minute aperture via the slider, the slider is formed of a crystal having a photonic band gap. To do.

この発明によれば、スライダーに入射した光がスライダーを貫通する穴以外の部分に全く進入することができず、ほとんどすべての光が微小開口に向けて伝播するため、より大きな強度の近視野光の発生が可能となり高いS/N比の出力信号を与えることができる。また、光が伝播中に吸収されることも少ないため、スライダーが加熱することも防止され、ヘッドの安定動作が可能になり、動作寿命も延長する。   According to the present invention, the light incident on the slider cannot enter any part other than the hole penetrating the slider, and almost all the light propagates toward the minute aperture. Can be generated, and an output signal with a high S / N ratio can be provided. Further, since light is hardly absorbed during propagation, the slider is prevented from being heated, the head can be stably operated, and the operating life is extended.

また、本発明に係る近視野光ヘッドは、上記の近視野光ヘッドにおいて、前記穴が前記スライダー内で逆錐状をしており、その頂点が前記スライダー底面部における前記微小開口となっている事を特徴とする。   Further, the near-field optical head according to the present invention is the above-described near-field optical head, wherein the hole has an inverted conical shape in the slider, and the apex thereof is the minute opening in the slider bottom surface portion. It is characterized by things.

この発明によれば、上記の効果に加えて、微小開口からの光が近視野光成分を主成分とするので、高いS/N比の出力信号を得ることができる。   According to the present invention, in addition to the above-described effect, the light from the minute aperture has the near-field light component as the main component, so that an output signal with a high S / N ratio can be obtained.

また、本発明に係る近視野光ヘッドは、上記の近視野光ヘッドにおいて、前記逆錐状の穴の頂点近傍の内壁に金属膜を形成した事を特徴とする。   The near-field optical head according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned near-field optical head, a metal film is formed on the inner wall near the apex of the inverted conical hole.

この発明によれば、上記の効果に加えて、前記穴の頂点近傍での光の漏れと吸収が防止され、より局在化したさらに大きな強度の近視野光を発生でき、高密度記録に適した近視野光ヘッドが得られる。   According to this invention, in addition to the above effects, light leakage and absorption near the top of the hole can be prevented, and more localized near-intensity light with higher intensity can be generated, which is suitable for high-density recording. A near-field optical head can be obtained.

また、本発明に係る近視野光ヘッドは、上記いずれかに記載の近視野光ヘッドにおいて、前記微小開口が、前記穴の前記スライダー底面側の出口の一部を金属膜で覆うことによって形成されている事を特徴とする。   The near-field optical head according to the present invention is the near-field optical head according to any one of the above, wherein the minute opening is formed by covering a part of the exit of the hole on the slider bottom surface side with a metal film. It is characterized by having.

この発明によれば、上記いずれかの効果に加えて、微小開口付近の光の漏れを防止することができ、より局在化した近視野光を発生でき、高密度記録に適した近視野光ヘッドが得られる。   According to the present invention, in addition to any of the above effects, it is possible to prevent leakage of light near the minute aperture, generate more localized near-field light, and suitable for high-density recording. A head is obtained.

本発明によれば、負荷加重を与えるサスペンションアームにより支持されると共に記録媒体との相対運動により浮上力を得、前記負荷加重と前記浮上力との均衡により記録媒体との間に隙間をつくるスライダーと、前記スライダーを貫通し、スライダー底面部において微小開口を形成する穴と、前記スライダーが前記記録媒体表面を走査するときに、前記近視野光を介して前記記録媒体と前記微小開口が相互作用することによって情報の記録および再生を行う近視野光学ヘッドにおいて、前記スライダーがフォトニックバンドギャップを有する結晶から形成されたものであることを特徴としているので、スライダーに入射した光がスライダーを貫通する穴以外の部分に全く進入することができず、ほとんどすべての光が微小開口に向けて伝播するため、より大きな強度の近視野光の発生が可能となり高いS/N比の出力信号を与えることができるという効果を奏する。 また、[発明が解決しようとする課題]で述べた、遮光膜の形状変化による微小開口光物性の変化、記録媒体への熱伝導による不安定動作、ヘッドの熱膨張によるヘッドと記録媒体間の距離制御の困難、ヘッド自体の破損、といった問題点が同時に解決された。   According to the present invention, a slider that is supported by a suspension arm that applies a load load, obtains a floating force by relative movement with the recording medium, and creates a gap between the load medium and the recording medium by balancing the load force and the floating force. A hole that penetrates the slider and forms a microscopic aperture on the bottom surface of the slider, and the recording medium interacts with the microscopic aperture via the near-field light when the slider scans the surface of the recording medium. In the near-field optical head that records and reproduces information, the slider is formed of a crystal having a photonic band gap, so that light incident on the slider penetrates the slider. It is impossible to enter any part other than the hole, and almost all light propagates toward the minute aperture. Because an effect that it is possible to provide an output signal of greater capable of generating near-field light intensity and becomes a high S / N ratio. In addition, as described in [Problems to be Solved by the Invention], changes in the light aperture physical properties due to changes in the shape of the light shielding film, unstable operation due to heat conduction to the recording medium, and between the head and the recording medium due to thermal expansion of the head Problems such as difficulty in distance control and damage to the head itself were solved at the same time.

また、本発明によれば、上記の近視野光ヘッドにおいて、前記穴が前記スライダー内で逆錐状をしており、その頂点が前記スライダー底面部における前記微小開口となっている事を特徴とするので、上記効果に加えて、微小開口からの光が近視野光成分を主成分とするので、高いS/N比の出力信号を得ることができるという効果を奏する。   According to the present invention, in the near-field optical head described above, the hole has an inverted conical shape in the slider, and a vertex thereof is the minute opening in the bottom surface of the slider. Therefore, in addition to the above-described effect, the light from the minute aperture has a near-field light component as a main component, so that an output signal having a high S / N ratio can be obtained.

また、本発明によれば、上記の近視野光ヘッドにおいて、前記逆錐状の穴の頂点近傍の内壁に金属膜を形成した事を特徴とするので、上記効果に加えて、前記穴の頂点近傍での光の漏れと吸収が防止され、より局在化したさらに大きな強度の近視野光を発生でき、高密度記録に適した近視野光ヘッドが得られる、という効果を奏する。   According to the present invention, in the above near-field optical head, a metal film is formed on the inner wall in the vicinity of the apex of the inverted conical hole. In addition to the above effect, the apex of the hole Leakage and absorption of light in the vicinity are prevented, and more localized near-field light with higher intensity can be generated, and a near-field optical head suitable for high-density recording can be obtained.

また、本発明によれば、上記いずれかの近視野光ヘッドにおいて、前記微小開口が、前記穴の前記スライダー底面側の出口の一部を金属膜で覆うことによって形成されている事を特徴とするので、上記効果に加えて、微小開口付近の光の漏れを防止することができ、より局在化した近視野光を発生でき、高密度記録に適した近視野光ヘッドが得られる、という効果を奏する。   According to the present invention, in any one of the above near-field optical heads, the minute opening is formed by covering a part of the outlet of the hole on the slider bottom surface side with a metal film. Therefore, in addition to the above effects, it is possible to prevent light leakage near the minute aperture, generate more localized near-field light, and obtain a near-field optical head suitable for high-density recording. There is an effect.

(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1に係る近視野光ヘッドの概略構造を示す。近視野光ヘッド1はフォトニック結晶2とそこに開けられた光の通路3から成る。ここで保護膜などの構造は図示していない。フォトニック結晶2は厚さ約10ミクロンであり、ここに開けられた光の通路3は光(波長515ナノメートル)の入射口では約2ミクロン径であり、ヘッド内を光が進行するにつれて狭くなっていて、最終的にヘッド底面における微小開口6は 100ナノメートル径になっている。入射光4は光の通路3を通って微小開口6に導かれる。このとき、光の通路はその周囲をフォトニック結晶2に囲まれているために、通路から光が逃げ出すことができない。結果的に微小開口6には極めて高い強度の光が発生する。この微小開口は光波長よりも小さいため近視野光を主成分とする光の場7が形成される。これが記録媒体5によって散乱されて伝播光8となり、受光部(図示省略)によって受光されることにより情報の再生が実現される。ここでは情報再生について説明しているが、情報記録についても同一のメカニズムによって可能である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a schematic structure of a near-field optical head according to Embodiment 1 of the present invention. The near-field optical head 1 comprises a photonic crystal 2 and a light path 3 opened there. Here, a structure such as a protective film is not shown. The photonic crystal 2 has a thickness of about 10 microns, and the light path 3 opened here has a diameter of about 2 microns at the light entrance (wavelength 515 nanometers), and narrows as the light travels through the head. Finally, the minute opening 6 on the bottom surface of the head has a diameter of 100 nanometers. Incident light 4 is guided to the minute aperture 6 through the light passage 3. At this time, since the periphery of the light path is surrounded by the photonic crystal 2, light cannot escape from the path. As a result, extremely high intensity light is generated in the minute aperture 6. Since this minute aperture is smaller than the light wavelength, a light field 7 whose main component is near-field light is formed. This is scattered by the recording medium 5 to become propagating light 8 and is received by a light receiving unit (not shown), thereby reproducing information. Although information reproduction is described here, information recording can be performed by the same mechanism.

図2は本実施の形態に係る近視野光ヘッドを用いた情報装置の概略図である。この情報装置20は、レーザ発振器2 1と、レーザ光の偏光方向を制御する波長板22と23、前記レーザ光を伝送する光導波路24、微小開口を持つ光ヘッド1、光ヘッド駆動アクチュエータ30、近視野光7と記録媒体33の相互作用によって発生した散乱光を集光するレンズ29、散乱光を受光する受光素子25、出力信号処理回路26、制御回路27、記録媒体33の位置を制御する記録媒体駆動アクチュエータ34を備えている。レーザ発振器21から発生した光は波長板22,23によって偏光方向を制御され、光導波路24を介して光ヘッド1に導かれる。図1で述べたように光ヘッドの底面において発生した近視野光7は記録媒体33と相互作用の結果散乱光が発生する。図2においては散乱光が記録媒体から上面に反射したものを検出する構造を示したが、記録媒体を透過する構造にすることも容易にできる。散乱光は集光レンズ29によって集光され、受光素子25で電気信号に変換される。この信号は出力信号処理回路26に送られ、信号成分の抽出などの処理を行った後、制御回路27に送られる。制御回路27は受け取った信号をもとにデータ出力28を生成し、光ヘッド駆動アクチュエータ30と、記録媒体駆動アクチュエータ34に制御用信号を送る。   FIG. 2 is a schematic diagram of an information apparatus using the near-field optical head according to the present embodiment. This information device 20 includes a laser oscillator 21, wave plates 22 and 23 for controlling the polarization direction of laser light, an optical waveguide 24 for transmitting the laser light, an optical head 1 having a minute aperture, an optical head driving actuator 30, Controls the position of the lens 29 that collects the scattered light generated by the interaction between the near-field light 7 and the recording medium 33, the light receiving element 25 that receives the scattered light, the output signal processing circuit 26, the control circuit 27, and the recording medium 33. A recording medium drive actuator 34 is provided. The light generated from the laser oscillator 21 is controlled in polarization direction by the wave plates 22 and 23 and guided to the optical head 1 through the optical waveguide 24. As described in FIG. 1, the near-field light 7 generated on the bottom surface of the optical head generates scattered light as a result of interaction with the recording medium 33. Although FIG. 2 shows a structure for detecting scattered light reflected from the recording medium on the upper surface, a structure that transmits the recording medium can be easily made. The scattered light is collected by the condenser lens 29 and converted into an electrical signal by the light receiving element 25. This signal is sent to the output signal processing circuit 26, and after processing such as extraction of signal components, it is sent to the control circuit 27. The control circuit 27 generates a data output 28 based on the received signal, and sends a control signal to the optical head drive actuator 30 and the recording medium drive actuator 34.

図3は3次元フォトニック結晶の製造方法の1つを示す。これは(野田進, 光学 27巻, 1号,p6, (1998))に説明されている。図中、(A)は側面図、(B)は上面図である。ステップ1で半導体基板(GaAs)41上にフォトニック結晶となる薄膜GaAs層43を形成する。GaAs 層43の下には以降のエッチングのためのストップ層42がある。ステップ2において電子ビーム露光およびドライエッチングによってストライプ構造を形成する。このようにして作成したウエハを2枚、90度ずらして重ね合わせ、水素雰囲気中で加熱することによりウエハ融着を行う(ステップ3)。不要な一方の基板とエッチングストップ層を選択エッチングによって除去する(ステップ4)。このプロセスを繰り返すことにより3次元フォトニック結晶を作成する(ステップ5)。   FIG. 3 shows one method for producing a three-dimensional photonic crystal. This is explained in (Susumu Noda, Optics 27, 1, p6, (1998)). In the figure, (A) is a side view and (B) is a top view. In step 1, a thin film GaAs layer 43 to be a photonic crystal is formed on a semiconductor substrate (GaAs) 41. Below the GaAs layer 43 is a stop layer 42 for subsequent etching. In step 2, a stripe structure is formed by electron beam exposure and dry etching. Two wafers thus prepared are overlapped by 90 degrees and heated in a hydrogen atmosphere to perform wafer fusion (step 3). One unnecessary substrate and the etching stop layer are removed by selective etching (step 4). By repeating this process, a three-dimensional photonic crystal is created (step 5).

図4は図3で説明したフォトニック結晶の作成方法を利用して本実施の形態に係る近視野光ヘッドを作成する方法を示す。3次元フォトニック結晶の作成は図3と同じなので説明は略す。図3との相違はこのフォトニック結晶を作成する過程において結晶の底面に100ナノメートル程度の大きさの微小開口を作成し、そこに繋がる光の微小な通路51を設ける点である。図3のステップ2において電子ビーム露光によってストライプ構造を作成すると説明したが、このとき100ナノメートル程度の切れ目を形成することは容易にできる。GaAs層の一層ごとに所定の位置に所定のサイズの切れ目を形成することによって、多層構造になったときに隣り合う層内の切れ目が縦方向に隣り合うことによって、光の通路51が形成される。スライダー底面では光波長よりも小さな微小開口が、上部の層に行くにつれて前記切れ目を大きくすることによって、光の通路はテーパ状にすることもできる。図5にフォトニック結晶の各層を形成するためのマスクパターンの例を示す。(A)はフォトニック結晶の底面を形成するためのマスクパターン、(B)はその一層上の層を形成するためのマスクパターン、以下同様に5層目の(E)まで示した。各マスクパターンはGaAs層43が形成される場所に対応するパターン61、GaAs層がエッチングによって除去される場所に対応するパターン62を持つ。   FIG. 4 shows a method for producing a near-field optical head according to the present embodiment using the photonic crystal production method described in FIG. Since the creation of the three-dimensional photonic crystal is the same as that shown in FIG. The difference from FIG. 3 is that, in the process of creating the photonic crystal, a minute aperture having a size of about 100 nanometers is created on the bottom surface of the crystal, and a minute passage 51 of light connected therewith is provided. Although it has been described that the stripe structure is created by electron beam exposure in Step 2 of FIG. 3, it is easy to form a cut of about 100 nanometers at this time. By forming a cut of a predetermined size at a predetermined position for each layer of the GaAs layer, when a multilayer structure is formed, the cuts in adjacent layers are adjacent in the vertical direction, thereby forming a light path 51. The On the bottom surface of the slider, the light path can be tapered by making the minute opening smaller than the light wavelength larger as the cut proceeds toward the upper layer. FIG. 5 shows an example of a mask pattern for forming each layer of the photonic crystal. (A) is a mask pattern for forming the bottom surface of the photonic crystal, (B) is a mask pattern for forming a layer above it, and the same applies to the fifth layer (E). Each mask pattern has a pattern 61 corresponding to a place where the GaAs layer 43 is formed and a pattern 62 corresponding to a place where the GaAs layer is removed by etching.

基本的には周期構造となっていて、これがフォトニックバンドギャップを生む。フォトニック結晶中の光の通路に対応するパターン63はGaAs層がエッチングによって除去される。結果として、図1に示すような内部に微小な光の通路を持ったフォトニック結晶が作成される。   Basically, it has a periodic structure, which creates a photonic band gap. The pattern 63 corresponding to the light path in the photonic crystal is removed by etching the GaAs layer. As a result, a photonic crystal having a minute light path inside as shown in FIG. 1 is formed.

このようにして作成されたフォトニック結晶を図2で説明した情報装置の近視野光ヘッドとすることによって、図1に示したメカニズムによる光の導波が起こり、高S/N、高感度、高密度の情報装置が実現された。   By using the photonic crystal thus created as the near-field optical head of the information device described with reference to FIG. 2, light is guided by the mechanism shown in FIG. 1, resulting in high S / N, high sensitivity, A high-density information device was realized.

(実施の形態2)
図6は本発明の実施の形態2に係る近視野光ヘッドの概略構造を示す。図1との違いは光の通路3の微小開口6付近の内壁にAl薄膜71を形成した点である。このような構造は、図4のステップ2でGaAsストライプパターンを形成した後で、蒸着、スパッタ、あるいはCVDなどによってAlを製膜し、レジスト製膜の後でAlを除去することによって作成した。その他の構造については図1と同一であるので説明を略す。光の通路3を伝播してきた入射光4は微小開口6に近づいてきたところでフォトニック結晶2が薄くなるため、バンドギャップが乱れて光が結晶中に侵入するが、本実施の形態においてはAl薄膜71が光を反射するため、効率良く微小開口6に向けられる。
(Embodiment 2)
FIG. 6 shows a schematic structure of a near-field optical head according to Embodiment 2 of the present invention. The difference from FIG. 1 is that an Al thin film 71 is formed on the inner wall of the light passage 3 near the minute opening 6. Such a structure was prepared by forming Al by vapor deposition, sputtering, CVD, or the like after forming a GaAs stripe pattern in Step 2 of FIG. 4, and removing Al after resist formation. The other structure is the same as that shown in FIG. The incident light 4 that has propagated through the light path 3 becomes thin when the photonic crystal 2 approaches the minute opening 6, so that the band gap is disturbed and light enters the crystal. Since the thin film 71 reflects light, the thin film 71 is efficiently directed to the minute opening 6.

これにより、実施の形態1に示した近視野光学ヘッドに比較して、光効率が向上し、高感度な情報装置が実現された。また、微小開口6周辺からの光の漏れも防止でき、近視野光7がより局在化した。これにより解像度も向上したため、より高密度な記録に適した近視野光ヘッドが実現された。   Thereby, compared with the near-field optical head shown in Embodiment 1, the light efficiency is improved and a highly sensitive information device is realized. In addition, leakage of light from the periphery of the minute aperture 6 can be prevented, and the near-field light 7 is more localized. As a result, the resolution was improved, and a near-field optical head suitable for higher density recording was realized.

(実施の形態3)
図7は本発明の実施の形態3に係る近視野光ヘッドの概略構造を示す。図6との違いはAl膜をスライダー底面に形成した点である。このような構造は、図4で説明した方法で作成したスライダー底面に蒸着、スパッタ、あるいはCVDなどの方法でAl膜を形成した後で、FIB(Focused Ion Beam)によって微小な開口を形成することで作成した。効果は実施の形態2と同様であるが、作成方法がより容易である。
(Embodiment 3)
FIG. 7 shows a schematic structure of a near-field optical head according to Embodiment 3 of the present invention. The difference from FIG. 6 is that an Al film is formed on the bottom surface of the slider. In such a structure, an Al film is formed on the bottom surface of the slider created by the method described in FIG. 4 by a method such as vapor deposition, sputtering, or CVD, and then a minute opening is formed by FIB (Focused Ion Beam). Created with. The effect is the same as in the second embodiment, but the creation method is easier.

これにより、実施の形態1に示した近視野光学ヘッドに比較して、光効率が向上し、高感度な情報装置が実現された。また、微小開口6周辺からの光の漏れも防止でき、近視野光7がより局在化した。これにより解像度も向上したため、より高密度な記録に適した近視野光ヘッドが実現された。   Thereby, compared with the near-field optical head shown in Embodiment 1, the light efficiency is improved and a highly sensitive information device is realized. In addition, leakage of light from the periphery of the minute aperture 6 can be prevented, and the near-field light 7 is more localized. As a result, the resolution was improved, and a near-field optical head suitable for higher density recording was realized.

本発明の実施の形態1に係る近視野光ヘッドの概略構造を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the near-field optical head which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る近視野光ヘッドを用いた情報再生装置の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the information reproducing apparatus using the near-field optical head which concerns on Embodiment 1 of this invention. 3次元フォトニック結晶の製造方法の1つを示す図であり、(A)は側面図、(B)は上面図である。It is a figure which shows one of the manufacturing methods of a three-dimensional photonic crystal, (A) is a side view, (B) is a top view. 図3で説明したフォトニック結晶の作成方法を利用して本実施の形態に係る近視野光ヘッドを作成する方法を示す図であり、(A)は側面図、(B)は上面図である。It is a figure which shows the method of producing the near-field optical head based on this Embodiment using the production method of the photonic crystal demonstrated in FIG. 3, (A) is a side view, (B) is a top view. . フォトニック結晶の各層を形成するためのマスクパターンの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the mask pattern for forming each layer of a photonic crystal. 本発明の実施の形態2に係る近視野光ヘッドの概略構造を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the near-field optical head which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3に係る近視野光ヘッドの概略構造を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the near-field optical head which concerns on Embodiment 3 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 近視野光ヘッド
2 フォトニック結晶
3 光の通路
4 入射光
5 記録媒体
6 微小開口
7 光の場
8 伝播光
20 情報装置
21 レーザ発振器
22、23 波長板
24 光導波路
25 受光素子
26 出力信号処理回路
27 制御回路
28 データ出力
29 レンズ
30 光ヘッド駆動アクチュエータ
33 記録媒体
34 記録媒体駆動アクチュエータ
41 GaAs基板
42 エッチングストップ層
43 GaAs層
51 光の微小な通路
61 GaAs層43が形成される場所に対応するパターン
62 GaAs層がエッチングによって除去される場所に対応するパターン
63 フォトニック結晶中の光の通路に対応するパターン
70 近視野光ヘッド
71 Al膜
80 近視野光ヘッド
81 Al膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Near-field optical head 2 Photonic crystal 3 Light path 4 Incident light 5 Recording medium 6 Micro aperture 7 Light field 8 Propagating light 20 Information device 21 Laser oscillator 22, 23 Wave plate 24 Optical waveguide 25 Light receiving element 26 Output signal processing Circuit 27 Control circuit 28 Data output 29 Lens 30 Optical head driving actuator 33 Recording medium 34 Recording medium driving actuator 41 GaAs substrate 42 Etching stop layer 43 GaAs layer 51 Light path 61 Corresponding to the place where the GaAs layer 43 is formed Pattern 62 Pattern corresponding to the location where the GaAs layer is removed by etching 63 Pattern corresponding to the light path in the photonic crystal 70 Near-field optical head 71 Al film 80 Near-field optical head 81 Al film

Claims (2)

負荷加重を与えるサスペンションアームにより支持されると共に記録媒体との相対運動により浮上力を得、前記負荷加重と前記浮上力との均衡により記録媒体との間に隙間をつくるスライダーと、
前記スライダーを貫通し、スライダー底面部において微小開口を形成する穴と、から成り、
前記スライダーが前記記録媒体表面を走査するときに近視野光を介して前記記録媒体と前記微小開口が相互作用することによって情報の記録および再生を行う近視野光ヘッドにおいて、
前記スライダーがフォトニックバンドギャップを有する結晶から形成されたものであることを特徴とする近視野光ヘッド。
A slider that is supported by a suspension arm that applies load load and obtains a floating force by relative movement with the recording medium, and creates a gap between the recording medium and the balance between the load load and the floating force;
A hole that penetrates the slider and forms a micro-opening at the bottom of the slider,
When the slider scans the surface of the recording medium in the near-field optical head for recording and reproduction of information by said microscopic aperture and the recording medium via the near-field light interacting,
A near-field optical head characterized in that the slider is formed of a crystal having a photonic band gap.
前記穴の一部が前記スライダー内で逆錐状をしており、その頂点が前記スライダー底面部における前記微小開口となっている事を特徴とする請求項1に記載の近視野光ヘッド。 2. The near-field optical head according to claim 1, wherein a part of the hole has an inverted conical shape in the slider, and the apex thereof is the minute opening in the bottom surface of the slider.
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