JP4685625B2 - 回折格子 - Google Patents

Description

本発明は一般的に回折格子に関し、特に、電磁波を平面導波路内に結合する回折格子に関連している。

磁気記憶媒体の面密度を高める努力において、磁気記憶媒体内に情報のビットを保存するのに使用される磁気材料の容積を減じることが望ましい。粒子容積が減少すると超常磁性の不安定性が問題となる。粒子容積Ｖが十分小さくて不等式K_uV/k_BT>70がもはや維持できない時に超常磁性効果は最も顕著となる。K_uは材料の磁気結晶異方性エネルギ密度であり、k_Bはボルツマン定数であり、Tは絶対温度である。この不等式が満たされないと、熱エネルギは保存されたビットを減磁する。したがって、面密度を高めるために粒度が減じられると、安定したデータ保存をもはや実行できないような定められた材料K_uおよび温度Tに対する閾値に達する。

熱安定性は非常に高いK_uを有する材料でできた記録媒体を利用することにより改善することができる。しかしながら、利用可能な材料を使用して現在の記録ヘッドはこのような媒体上に書込みを行うのに十分な高い書込み磁界を与えることができない。したがって、媒体に書込み磁界を加える前または加える時に熱エネルギを利用して記録媒体上の局部エリアを加熱することで記録ヘッド磁界限界を克服することが提案されている。媒体を加熱することにより、媒体に書込みを行うのに十分な書込み磁界となるようにK_uすなわち飽和保磁力が減じられる。媒体は周囲温度まで冷却すると、記録された情報の熱安定性を保証するのに十分高い値の飽和保磁力を有する。

熱援助磁気記録は室温において大きい磁気異方性を有し、高面密度記録に対して望ましい、小粒子媒体を使用して十分な熱安定性を保証する。熱援助磁気記録は傾斜媒体、長手方向媒体、垂直媒体およびパターン化媒体を含む任意タイプの磁気記憶媒体に応用することができる。

熱援助磁気記録に対して、たとえば、可視、赤外または紫外光等の電磁波をデータ記憶媒体の表面上へ指向させて媒体の局部エリアの温度を高め、そのエリアの磁化の切替えを容易にすることができる。電磁放射される媒体上のスポットサイズを減じるために既知の固体液浸レンズ（ＳＩＬ）が提案されている。さらに、スポットサイズを減じるために固体液浸ミラー（ＳＩＭ）が提案されている。ＳＩＬおよびＳＩＭは３次元または２次元とすることができる。後者の場合、それらは平面導波路内のモードインデックスレンズまたはミラーに対応する。ＳＩＭの焦点に金属ピンを挿入してＳＩＭからの閉じ込められた光線を記憶媒体の表面へ案内することができる。本開示の一部としてここに組み入れられている共通譲受人の米国特許第6,795,630号は光エネルギを小さいスポットに集中させる金属ピントランスデューサを有するいくつかの導波路を開示している。

集積熱援助磁気記録（ＨＡＭＲ）トランスデューサの設計に対して、近距離場光源および書込み磁界を近接配置させる必要のあることが長い間知られている。集積ＨＡＭＲヘッドに対する現在の設計は柔らかい基層を必要とする垂直磁気ライタを頼りにしている。ＨＡＭＲは光トランスデューサの結合係数を高めかつ熱特性を制御するための特殊媒体を必要とするため、記憶媒体内に柔らかい基層を有するという付加拘束を除去することは非常に望ましい。

したがって、柔らかい基層を必要とせずに記憶媒体に垂直磁気書込みを行うことができるＨＡＭＲヘッドが必要とされている。

データ記憶システムは、しばしば、情報の記録を助ける光部品を内蔵している。このようなシステムは、たとえば、光記録システム、磁気光学記録システムまたは、ここに記述されている、他の熱または熱援助型記録システムを含むことができる。光部品を利用するこのようなシステムの重要な側面としてエネルギの小さくて強い光スポットを発生する能力が含まれることがある。光スポットは、情報のビットの読出しまたは書込みを助ける等の、記録プロセスにおけるさまざまな機能に使用することができる。

エネルギの小さくて強い光スポットを発生する前に、通常、エネルギ源からの電磁波を導波路等の所望の集光器内に結合する必要がある。電磁波を集光器内に結合するための１つの既知の構造は回折格子である。回折格子は光学系内で一般的に知られた部品であり、たとえば、回折効果を相互に高めて回折電磁波を線の間隔および電磁波の波長で決まる特定方向に集中させる細かく、平行な、等間隔反射または透過線もしくは溝を含むことができる。

データ記憶システムの面密度改善の強調が強まっている。そのため、データ記憶システムの全部品がより高い面密度を達成するために改善されている。たとえば、情報の記録を助ける光部品を内蔵するシステムはエネルギのさらに小さくより強い光スポットを発生して将来のデータ記憶システムをサポートする能力を必要としている。さらに、新しい改良型回折格子は必要に応じてさらに小さくより強い光スポットを発生できるように、電磁波をより効率的に集光器内に結合することが望ましい。

したがって、既知の回折格子の制約、不都合、および/または欠点を克服する改良型回折格子が必要とされている。

磁気記録ヘッドは空気ベアリング表面に隣接する磁極先端を有する書込み磁極、リターン磁極、空気ベアリング表面に隣接配置されて磁気記憶媒体の一部を加熱するための近距離場放射を生じる近距離場トランスデューサを含み、磁気記憶媒体の一部の熱プロファイルは書込み磁極により生じた書込み磁界の影響を受ける場所において最大勾配を有する。金属ピン又はリッジ導波路を含む様々な近距離場トランスデューサを使用できる。

近距離場トランスデューサが金属ピンであれば、導波路は電磁波を近距離場トランスデューサに結合するのに使用することができ、金属ピンは導波路の焦点に位置決めされる。磁気記録ヘッドは、さらに、金属ピンを書込み磁極から電気的に絶縁する手段を含むことができる。

本発明は記憶媒体を回転させる手段、および記録ヘッドを記憶媒体の表面に隣接位置決めする手段を含むディスク装置も包含し、記録ヘッドは空気ベアリング表面に隣接する磁極先端を有する書込み磁極、リターン磁極、空気ベアリング表面に隣接位置決めされて磁気記憶媒体の一部を加熱するための近距離場放射を生じる近距離場トランスデューサを含み、磁気記憶媒体の一部の熱プロファイルは書込み磁極により生じた書込み磁界の影響を受ける場所において最大勾配を有する。

もう１つの側面において、本発明は磁気記録方法を提供し、それは磁気記録ヘッドの空気ベアリング表面を磁気記憶媒体に隣接位置決めするステップであって、記録ヘッドは空気ベアリング表面に隣接する磁極先端を有する書込み磁極、リターン磁極、空気ベアリング表面に隣接位置決めされた近距離場トランスデューサを含むステップと、近距離場トランスデューサにおいて生じる近距離場放射を使用して磁気記憶媒体の一部を加熱するステップであって、磁気記憶媒体の一部の熱プロファイルは書込み磁極により生じた書込み磁界の影響を受ける場所において最大勾配を有するステップと、書込み磁極により生じた磁界を使用して磁気記憶媒体の一部の磁化に影響を及ぼすステップと、を含んでいる。

近距離場放射により磁気記憶媒体内に作り出される熱プロファイルは書込み磁極のエッジの下で最大勾配を有することができる。

本発明の一側面は電磁波を受信する手段および平面導波路を含む装置を提供することである。電磁波を受信する手段は電磁波を指向させて平面導波路のデッドゾーンすなわちデッドスポットエリアを画定するように平面導波路に関して位置決めまたは成形される。電磁波を受信する手段は第１の回折格子および第２の回折格子を含むことができる。さらに、第１の回折格子および第２の回折格子は間にギャップを形成するように間隔をとることができる。あるいは、第１の回折格子および第２の回折格子は互いに傾斜させることができる。

本発明のもう１つの側面は第１の電磁波を受信する第１の回折格子および第２の電磁波を受信する第２の回折格子を含む装置を提供することである。第１の回折格子および第２の回折格子は間にギャップを形成するように間隔がとられる。さらに、この装置は第１の電磁波および第２の電磁波を、それぞれ、予め定められたポイントに指向させるために第１の回折格子および第２の回折格子に関して構成かつ配置された平面導波路を含むことができる。

本発明のもう１つの側面は第１の電磁波を受信する第１の回折格子および第２の電磁波を受信する第２の回折格子を含む装置を提供することである。第１の回折格子および第２の回折格子は互いに傾斜されている。この装置は第１および第２の電磁波を予め定められた点に指向させる手段も含むことができ、電磁波を指向させる手段は第１の回折格子および第２の回折格子の少なくとも１方の位置決めの相関的要素として構成かつ配置される。

本発明のこれらの側面および他の側面は下記の説明からより明白となる。

本発明は小さな光スポットを発生するのに使用することができかつ磁気および/または光記録媒体を使用する磁気および/または光記録ヘッド内で使用できる装置を包含する。しかしながら、本発明は、たとえば、高解像度光学顕微鏡、リソグラフィ、電気通信その他の応用に対する集積光電子装置等の他の技術にも利用できることが分かるであろう。

図１は磁気記録ヘッド、または磁気光学もしくは本発明に従って作られた熱/熱援助記録ヘッド等の他種の記録ヘッドを利用することができるディスク装置１０の表現図である。ディスク装置はそのさまざまな部品を収容するようなサイズおよび構成とされたハウジング１２（本図では上部が除去され下部が見える）を含んでいる。ディスク装置はハウジング内で少なくとも１つのデータ記憶装置１６、本例では磁気ディスク、を回転させるスピンドルモータ１４を含んでいる。少なくとも１本のアーム１８がハウジング１２内に収容されており、各アーム１８は記録および/または読出しヘッドすなわちスライダ２２を有する第１の端部２０、およびベアリング２６により軸上に旋回可能に搭載された第２の端部２４を有する。アクチュエータモータ２８がアームの第２の端部２４に配置され、アーム１８を旋回させてヘッド２２をディスク１６の所望のセクタ上に位置決めする。アクチュエータモータ２８は従来技術で既知の図示せぬコントローラにより調整される。

図２は記録ヘッドにより記憶媒体内に作り出される熱プロファイルのグラフ３２を付したリング型磁気記録ヘッド３０の一部の略表現である。記録ヘッドは書込み磁極３４およびリターン磁極３６を含み、各々が空気ベアリング表面３８に隣接位置決めされた端部を有する。金属ピン４０の形のトランスデューサが書込み磁極およびリターン磁極に位置決めされている。トランスデューサは線４２で示す近距離場放射を発生するのに使用され、それは磁気記憶媒体４６の一部４４を加熱するのに使用される。曲線３２は記憶媒体の加熱部の熱プロファイルを表す。図２の例では、ピンはたとえば２４ｎｍの幅Ｗを有し、ピーク温度はピン中心の下で生じる。ポイント４８は熱プロファイルの最も急峻な熱勾配に位置しており、本例ではピン中心から１６ｎｍの距離σである。書込み磁極コーナ５０はピン中心からの１２ｎｍに位置している。図２の例およびそれに続く例において金属ピンは近距離場トランスデューサとして示されているが、本発明は金属ピントランスデューサに限定されるものではない。たとえば、リッジ導波路も近距離場トランスデューサとして使用できる。

図３は記録ヘッドにより作り出される熱プロファイルのグラフ６２を付した垂直型磁気記録ヘッド６０の一部の略表現である。記録ヘッドは書込み磁極６４およびリターン磁極６６を含み、各々が空気ベアリング表面６８に隣接位置決めされた端部を有する。金属ピン７０の形のトランスデューサが書込み磁極に隣接位置決めされている。トランスデューサは線７２で示す近距離場放射を発生するのに使用され、それは磁気記憶媒体７６の一部７４を加熱するのに使用される。曲線６２は記憶媒体の加熱部の熱プロファイルを表す。図３の例では、ピンはたとえば２４ｎｍの幅Ｗを有し、ピーク温度はピン中心の下で生じる。ポイント７８は熱プロファイルの最も急峻な熱勾配に位置しており、本例ではピン中心から１６ｎｍの距離σである。書込み磁極コーナ８０はピン中心からの１２ｎｍに位置している。

モデリングにより電磁気ピンに対するスポットサイズはピン直径にほぼ線形に比例することが判っている。図２および３の例では、熱プロファイルは直径２４ｎｍのピンにより作り出すことができるほぼ３７ｎｍの半値幅（ＦＷＨＭ）を有する。最も急峻な熱勾配はガウス熱プロファイルの第１のシグマで生じる。３７ｎｍＦＷＨＭの２４ｎｍピンに対して、最も急峻な熱勾配はピンの左右およそ１６ｎｍで生じる。これはギャップ内にピンを有する長手リングヘッドを示す図２、およびポール頂部に作られたピンを有する垂直磁極ライタを示す図３に略示されている。垂直のケースでは、最も急峻な熱勾配の位置は磁極の右２８ｎｍ（１６ｎｍ＋１２ｎｍ）に生じる。長手リングヘッドのケースでは、最も急峻な熱勾配は磁極コーナの右４ｎｍ（１６ｎｍ−１２ｎｍ）に生じる。これらの例に対してガウス熱プロファイルを仮定したが、他の熱プロファイルを作り出すこともできる。

媒体が垂直方位を有するものと仮定して、図４は図２および３のヘッドからの磁場の相対サイズを示す。曲線９０は垂直ヘッド磁場を表し、曲線９２は長手ヘッド磁場を表す。図４において、磁極コーナは両ヘッドに対してｘ=０に配置されている。したがって、システムの適切な最適化により、遷移は長手リングヘッドに対してはポイント９４で示すようにｘ=４ｎｍで生じ、垂直ヘッドに対してはポイント９６で示すようにｘ=２８ｎｍで生じる。図２のリングヘッドの磁場の垂直成分は図４のデータを得るのに使用される。垂直ヘッド磁場に対してはWestmijzeヘッド磁場が使用され、長手ヘッド磁場に対してはKarlqvistヘッド磁場が使用された。熱勾配が支配しヘッド磁場勾配は無関係であると仮定すると、長手リングヘッドを使用して著しく多い磁場を記憶媒体の磁化遷移場所で得られることは明らかである。図４では、磁場の大きさはギャップサイズが等しい例に基づいている。実際の磁場は磁気ヘッドのギャップ幅によって決まり、たとえば、ギャップを大きくすると磁場は低下する。

図５は本発明に従って作られた磁気記録ヘッド１００の一部、および関連する垂直磁気記憶媒体１０２の一部の断面図である。磁気記録ヘッド１００はペデスタル１０８により結合された書込み磁極１０４およびリターン磁極１０６を含んでいる。導体１１２および１１４を含むコイル１１０がペデスタルを取り巻き絶縁体１１６により支持されている。コイル内の電流がペデスタルおよび磁極に磁界を誘起する。磁束１１８は空気ベアリング表面１２０において記録ヘッドを出て、矢符１２４で示すように、記憶媒体１０２の硬質磁性層１２２の一部の磁化を変えるのに使用される。金属ピンの形の電界トランスデューサ１２８が書込み磁極およびリターン磁極間に配置されている。記憶媒体は基板１２６を含むことができるが、リング型記録ヘッドが使用される場合には、記憶媒体は他の垂直記録媒体で見られる軟質下層を含む必要がない。トランスデューサはレーザ等の外部ソースから電磁波を受信する導波路１３０に接続されている。トランスデューサの端部の電界は記録媒体の一部１３２を加熱して記録媒体飽和保持力を下げ、書込み磁極からの磁界が記録媒体の磁化に影響を及ぼすことができるようにするのに使用される。トランスデューサは、たとえば、絶縁層１３４により磁極から電気的に絶縁される。絶縁層は導波路または別個の層の一部により形成することができ、たとえば、Al₂O₃で作ることができる。絶縁層の組成および厚さは最適性能となるように選択しなければならない。選定厚は、動作波長だけでなく、ピン形状および材料組成の相関的要素とすることができる。

本発明に従って作られた垂直記録ヘッドでは、軟質下層を有する記録媒体を使用することができる。さらに、熱援助磁気記録媒体では、ヒートシンク層を使用して磁気層から熱を除去することができる。

図６は図５の垂直磁気記録ヘッドの等角図である。磁気記録ヘッド１００は図５に示す部品を含み、導波路は記録ヘッドの空気ベアリング表面近くの端部に隣接して埋め込まれたトランスデューサを有する放物面ミラー１５０である。導波路はギャップ１５８により分離された格子１５４および１５６からなる二入力格子カップラ１５２を含んでいる。点線円１６０で示すレーザビームが格子上に指向され、格子により導波路と結合されて矢符１６２および１６４で示すように電磁波を導波路内に発生する。格子は矢符１６４で示す波が矢符１６２で示す波に対して１８０°移相されるように構成される。矢符１６６および１６８は電磁波の瞬時電界を示す。これらの電磁波は導波路の放物面側から反射され反射波の電界成分は、トランスデューサ１７０が電磁波を記録ヘッドの空気ベアリング表面近くに集中させて磁気記憶媒体の一部を加熱するように、トランスデューサにおいて垂直方向に加わる。導波路はクラッド層１７２内に埋め込まれスライダ１７４上に搭載されるように示されている。

図７および８には、本発明のさらなる実施例、特に、図６に示す二入力格子カップラ概念に関連する実施例が例示されている。特に、図７は固体液浸ミラー２５０の形の２次元平面導波路２００の略表現である。導波路２００は実質的に放物面状のエッジ２７６，２７８を含んでいる。導波路２００と隣接材料（図示せず）間の屈折率の違いにより、矢符２８０および２８２で示すように、導波路２００中を軸方向に進行する電磁波は導波路２００によりその焦点Ｆへ反射される。ギャップ２５８により分離された格子２５４および２５６からなる二入力格子カップラ２５２を使用して電磁波２８０および２８２を平面導波路２００内に結合することができる。これらの電磁波２８０および２８２は、次に、それらの所期の用途のために、それぞれ、エッジ２７６，２７８により反射される。

格子２５４および２５６間に形成されたギャップ２５８を有するように二入力格子カップラ２５２を構成することにより、一般的に破線２８６で示す「デッドゾーン」すなわち「デッドスポット」が導波路２００内に形成される。したがって、デッドゾーン２８６のエリア内で電磁波すなわち光は導波路２００内に出射されない。

二入力格子カップラ２５２の１つの利点は望ましくない電磁波すなわち光が平面導波路２００内に出射されるのを防止できることである。たとえば、図７に示す平面導波路２００は隣接記録媒体へより効率的にエネルギを伝達するように焦点Ｆに隣接する切頭端部２８４を含んでいる。電磁波は通常は平面導波路２００内に出射されるが、格子２５４および２５６間に形成されたギャップ２５８に対しては、固体液浸ミラー２５０のエッジ２７６および２７８により反射されることなくデッドゾーン２８６中を切頭端部２８４へ向けて通過する。そうでなければ、これらの望ましくない電磁波は焦点Ｆに集束されたビームと望ましくない方法で干渉することがある半平面波面内で導波路２００の切頭端部２８４に達する。これらの望ましくない電磁波は切頭端部２８４中を直接通過し記録プロセスと干渉することがある記録媒体に望ましくないエネルギを送る。

一実施例では、ギャップ２５８の幅Ｗ_１は導波路２００の切頭端部２８４の幅Ｗ_２に実質的に等しくして、ここに記述されているように、不要電磁波の導波路２００内への望ましくない結合を防止することができる。

図８に、デッドゾーン２８６中を作り出すための二入力格子カップラ２５２を利用することのさらなる利点が例示されている。特に、図８は記録磁極２９０および２９２を接続するヨーク部２８８等のデータ記憶装置の付加部品が導波路２００の動作に影響を及ぼしたり干渉することなく、すなわち、ここに記述されているように電磁波２８０および２８２（図７参照）の電磁波を反射する導波路２００内への結合に影響を及ぼしたり干渉してエネルギの光スポットの発生により記録媒体を加熱することなく、導波路２００中を通過できることを示している。図８から分かるように、記述された構成は記録磁極２９０の端部２９４を導波路２００の焦点Ｆ近くに隣接位置決めすることができ、それは効率的な磁気光学または熱援助記録プロセスにとって望ましいことである。デッドゾーン２８６を有する導波路２００はデータ記憶装置や部品以外の他の装置および部品でも同様に使用できることが分かるであろう。

図９には、本発明に従って作られた平面導波路３００の付加実施例が例示されている。特に、図９は固体液浸ミラー３５０の形の導波路３００の略表現である。導波路３００は実質的に放物面形状を有することができるエッジ３７６，３７８を含んでいる。導波路３００と隣接材料（図示せず）間の屈折率の違いにより、電磁波３８０および３８２は導波路３００の側面３７６，３７８により導波路３００の焦点Ｆへ反射される。電磁波３８０、３８２を導波路３００内に結合するために、導波路３００は互いに傾斜している格子３５４および３５６からなる二入力格子カップラ３５２を含んでいる。図９に示すように、格子３５４および３５６のいずれか一方または格子３５４および３５６の両方を格子角度θ_ｒで傾斜させて電磁波３８０および３８２を角度φで導波路３００内に出射することができる。さらに、本発明に従って格子３５４および３５６は互いに異なる格子角度で傾斜させてもよいことが分かるであろう。

格子３５４に対する格子角度θ_ｒはおよそ０°からおよそ２０°の範囲内とすることができる。同様に、格子３５６に対する格子角度θ_ｒはおよそ０°からおよそ２０°の範囲内とすることができる。電磁波３８０および３８２に対する角度φはおよそ０°からおよそ２０°の範囲内とすることができる。格子３５４または３５６の一方は一般的に水平に位置決めすることができ、すなわち、θ_ｒ=０°他方の格子はそれに対して傾斜できることが分かるであろう。

図７および８に例示した実施例と同様に、導波路３００に対する前記した構成により一般的に破線３８６で示す「デッドゾーン」すなわち「デッドスポット」が形成される。前記したように、デッドゾーン３８６によりデータ記憶装置、または導波路３００を内蔵することができる他の装置、の付加部品は導波路３００の動作に影響を及ぼしたり干渉したりせずに導波路３００中を通過することができる。

さらに、図９について、互いに傾斜している格子３５４および３５６を有する導波路３００のさらなる利点は二入力格子カップラ３５２の幅を横切して導波路３００に指向される実質的に全ての電磁波が導波路３００内に結合されることである。これは格子３５４が格子３５６と交わるその中心に隣接して導波路３００に入射する電磁波を含んでいる。

図１０は傾斜格子３５４および３５６に関して固体液浸ミラー３５０の形を決定する目的で導波路３００を例示している。固体液浸ミラー３５０の側面３７６は格子３５４の格子角度θ_ｒに関して整形され、側面３７８の形は格子３５６の格子角度θ_ｒに関して形成されることが分かるであろう。特に、固体液浸ミラー３５０に対する側面３７６および３７８の形は下記の方程式により決定することができる。

ここに、
f=原点からの焦点距離
a=スケールファクタ
θ=図１０に示す角度
θ_r=格子角度
m=スケールファクタ
λ=波長
(x,y)-固体液浸ミラー３５０上のポイント

本発明の記録ヘッドは、米国特許第6,795,630号に例示されているような、さまざまな導波路を内蔵してモードインデックスレンズまたは平面固体液浸ミラーにより集束ビームを発生することができる。図６の記録ヘッド内の導波路は固体液浸ミラーの形の２次元導波路であり、導波路の端部に埋め込まれた金属ピンを含んでいる。ピンの先端は導波路を越えて延びることができる。導波路は本例では実質的に放物面状のエッジを含んでいる。図６は特定例を示し、他のタイプの偏光を利用する他の導波路も使用できることを理解しなければならない。

導波路と隣接材料間の屈折率の違いにより、導波路中を軸方向に進行する電磁波は導波路により金属ピンの表面上に反射される。焦点における電界がピンの軸に平行であれば、それはピンと結合してピンの表面に沿って表面プラズモンを発生することができる。次に、近距離場放射がピンの先端から生じる。焦点に配置された金属ピンはモードインデックスレンズやＳＩＭだけで可能なものよりも遥かに小さいスポットに光を集中させる。導波路はピンに隣接する端部を切頭して大概の入射電磁波が４５°等の予め定められた角度よりも小さい角度で導波路のエッジに達するようにすることができる。線型偏光コリメート電磁波に対しては、放物面状のエッジが電磁波を焦点に集束させる。しかしながら、電磁波特性とエッジ形状の組合せにより電磁波がピンにおいて所望の集束をするように入射波が調節されれば他のエッジ形状も使用できることを理解しなければならない。ピンは矩形断面を有することができ先細に尖らせることができる。しかしながら、他の断面形状を有するピンも使用することができる。

米国特許第6,795,630号で検討されているように、導波路は波長および所望の屈折率に応じて、たとえば、ＴｉＯ_２，Ｔａ_２Ｏ_５，Ｓｉ，ＳｉＮ，またはＺｎＳ等の高屈折率誘電コア材料で作ることができる。たとえば、Ｓｉは近赤外の１５５０ｎｍの波長において３.５の非常に大きい屈折率を有するが、可視光を透過しない。Ｔａ_２Ｏ_５はおよそ２.１の低い屈折率を有するが、近赤外および可視光の全部を透過する。導波路はコアのいずれか側に誘電クラッド層も含んでいる。クラッド層はコア層よりも低い屈折率を持たなければならない。好ましくは、コアおよびクラッド間の屈折率差はできるだけ大きくしなければならない。空気はクラッドの一面に対する適切な誘電体である。クラッド層として使用できる他の誘電体は１.５の屈折率を有するＳｉＯ_２および１.８の屈折率を有するＡｌ_２Ｏ_３を含んでいる。

本発明をＴＥ（transverse electric）またはＴＭ（transverse magnetic）モード電磁波で使用すると、電磁波の一部を移相させる手段を提供することができる。この移相は放射偏光波の２次元アナログを平面導波路内に出射する手段を設けて達成することができる。これはスプリット線型偏光導波路モードと呼ばれる。スプリット線型偏光を達成するための２つの方法が米国特許第6,795,630号に記述されている。第１の技術は１区間における導波路内のコアまたはクラッド誘電体の屈折率および/またはコアまたはクラッド誘電体の厚さを変えて平面導波路の半分を修正する。放射偏光平面導波路モードを発生する代りの技術は回折格子を使用して平面モードを開始する。回折格子は平面導波路内に光を注入するのに広く使用される。放射偏光を発生するために両者間に長手方向オフセットを有する２つの回折格子が使用される。二重格子の目的はビームの２つの半部間に１８０°移相を導入することである。

ＳＩＭの中心には光が導波路内に出射されない「デッドスポット」がある。リングヘッドはこのギャップ内に作り込まれそのためスプリットバックヘッドは不要である（設計は１つで有効である）。ピンおよび導波路の機能は米国特許第6,795,630号に記述されているものと同一である。しかしながら、本発明はリングヘッドからの垂直磁場成分を使用する。ピン設計にはいくつかのバリエーションがあることを指摘するのは重要なことである。たとえば、ピンを誘電体内に包囲したりピンをＳＩＭから突出させると効果は向上することが示されている。これらの追加修正は全てこの設計とコンパチブルである。本発明は垂直ライタやディスク装置内のライタに限定されないことに注目しなければならない。たとえば、本質的に熱援助磁気記録の利点を使用して媒体の異方性が膜の平面に垂直ではないことがある長手および傾斜媒体記録スキームの面密度を高めることができる。これらの例では、ヘッド磁界の面内磁場成分を垂直成分の代りに使用して媒体を加熱後に飽和保磁力を減じるように方向づけることができる。特に、長手媒体に対して面内磁場成分はギャップ中心の直下で最大である。この場合、最も急峻な熱勾配がこの場所で生じるようにピンを位置決めするのが有利である。

リングヘッドを使用することのいくつかの利点がある。最も重要なのは媒体内に軟質下層が不要となって、媒体開発プロセスが単純化されることである。これにより近距離場トランスデューサからの結合の最適化および媒体内の熱特性の制御等の厳しいＨＡＭＲ要求条件を満たす媒体の設計が単純化される。さらに、軟質下層を使用しないことにより、軟質下層ノイズが解消される。

可能な最も急峻な遷移を達成するために、媒体が粒状であるか連続性であるかにかかわらず、熱勾配を有する磁場勾配を最大化することが望ましい。これは近距離場トランスデューサに対する磁極位置にある拘束を課す。減磁場は常にヘッド磁場に対向し遷移を広げるように作用する。熱勾配は遷移形成を有効に助けてより急峻な遷移を与える。

媒体はスピニングしているため、熱プロファイルのピークは入射光線のピークと一列に並ばないことがある。これは予熱として知られ光学記録においてよく理解されている。さらに、近距離場トランスデューサは書込み磁極に近いため、磁極はトランスデューサ内の電磁場プロファイルを歪ませて入射光プロファイルを変化させることがある。しかしながら、本明細書の目的のために、熱プロファイルはトランスデューサの直下を中心とし磁極による光スピンの歪は最小であると仮定する。

前記した記録ヘッドおよびディスク装置の他に、本発明は磁気記録方法を提供し、それは、磁気記録ヘッドの空気ベアリング表面を磁気記憶媒体に隣接位置決めするステップであって、記録ヘッドは空気ベアリング表面に隣接する磁極先端を有する書込み磁極と、リターン磁極と、空気ベアリング表面に隣接位置決めされた近距離場トランスデューサと、電磁波を近距離場トランスデューサに結合させる手段とを含むステップと、金属ピンにおいて発生された近距離場放射を使用して書込み磁極およびリターン磁極間で磁気記憶媒体の一部を加熱するステップと、書込み磁極により生じた磁界を使用して磁気記憶媒体の一部の磁化に影響を及ぼすステップと、を含んでいる。近距離場放射により磁気記憶媒体内に作り出される熱プロファイルは書込み磁極のエッジの下で最大勾配を有することができる。

いくつかの例に関して本発明を説明してきたが、当業者ならば特許請求の範囲に明記された本発明の範囲を逸脱することなく開示された例をさまざまに変更できることは明白である。

連邦政府後援研究開発に関する声明
本発明はNational Institute of Standards and Technology （ＮＩＳＴ）により授与された協定No.70NANB1H3056の元で米国政府の支援によりなされたものである。

関連出願の相互参照
本出願は２００３年９月５日に出願された米国特許出願第10/655,994号の一部継続出願である。

本発明に従って構成された磁気ヘッドを含むことができる磁気ディスク装置を表した図である。 記録ヘッドにより作り出される熱プロファイルのグラフ付磁気記録ヘッドの一部の略図である。 記録ヘッドおよび記憶媒体の飽和保磁力により生じる磁界のグラフ付磁気記録ヘッドの一部の略図である。 垂直および長手ヘッドに対するヘッド磁場対ダウントラック位置を示すグラフである。 本発明に従って作られた垂直磁気記録ヘッドおよび関連する垂直磁気記憶媒体の一部の断面図である。 図５の垂直磁気記録ヘッドの等角図である。 本発明に従って作られた導波路の略図である。 記録磁極構成と組み合わせた図７に示す導波路の等角図である。 本発明に従った導波路のもう１つの実施例の略図である。 図９に示す導波路の追加略図である。

符号の説明

１０ ディスク装置
１２ ハウジング
１４ スピンドルモータ
１６ データ記憶媒体
１８ アーム
２０，２２ 端部
２２，１７４ スライダ
２６ ベアリング
２８ アクチュエータモータ
３０ リングタイプ磁気記録ヘッド
３２，６２ 熱プロファイル
３４，６４，１０４ 書込み磁極
３６，６６，１０６ リターン磁極
３８，６８，１２０ 空気ベアリング表面
４０，７０ 金属ピン
４６，７６ 磁気記憶媒体
４８，７８ 最急峻熱勾配点
５０，８０ 書込み磁極コーナ
６０ 垂直型磁気記録ヘッド
１００ 磁気記録ヘッド
１０２ 垂直磁気記憶媒体
１０８ ペデスタル
１１０ コイル
１１２，１１４ 導体
１１６ 絶縁体
１１８ 磁束
１２２ 硬質磁気層
１２６ 基板
１２８，１７０ 電界トランスデューサ
１３０ 導波路
１３４ 絶縁層
１５０ 放物面ミラー
１５２，２５２，３５２ 二入力格子カップラ
１５４，１５６，２５４，２５６，３５４，３５６ 格子
１５８，２５８ ギャップ
１７２ クラッド層
２００，３００ ２次元平面導波路
２５０，３５０ 固体液浸ミラー
２７６，２７８，３７６，３７８ エッジ
２８０，２８２，３８０，３８２ 電磁波
２８４ 切頭端部
２８６ デッドゾーン
２８８ ヨーク部
２９０，２９２ 記録磁極

Claims (16)

1. 固体液浸ミラー平面導波路と、
   第１の電磁波を前記固体液浸ミラー平面導波路内に導入するための第１の回折格子と、
   第２の電磁波を前記固体液浸ミラー平面導波路内に導入するための第２の回折格子と、を含む装置であって、
   第１の回折格子および第２の回折格子は互いに対し傾斜されて電磁波が入らないデッドゾーンエリアを平面導波路に画定する装置。
2. 請求項１に記載の装置であって、平面導波路は第１のエッジおよび第２のエッジを含み、第１および第２のエッジは第１および第２の電磁波を、それぞれ、予め定められたポイントに指向させるように整形されている装置。
3. 請求項２に記載の装置であって、第１および第２のエッジは放物面形状を形成する装置。
4. 請求項２に記載の装置であって、第１および第２のエッジは、第１および第２の回折格子の少なくとも１つの格子角度の関数である形状を形成している装置。
5. 請求項１に記載の装置であって、第１の回折格子は０°から２０°の範囲内の格子角度で位置決めされる装置。
6. 請求項５に記載の装置であって、第２の回折格子は０°よりも大きい角度から２０°の範囲内の格子角度で位置決めされる装置。
7. 請求項１に記載の装置であって、第１の回折格子および第２の回折格子は第１の電磁波および第２の電磁波を平面導波路のデッドゾーンエリア周りに指向させる装置。
8. 固体液浸ミラー平面導波路と、
   第１の電磁波を前記固体液浸ミラー平面導波路内に導入するための第１の回折格子と、
   第２の電磁波を前記固体液浸ミラー平面導波路内に導入するための第２の回折格子と、を含む装置であって、
   第１の回折格子および第２の回折格子はその間にギャップを形成するように間隔がとられて電磁波が入らないデッドゾーンエリアを平面導波路に画定する装置。
9. 請求項８に記載の装置であって、平面導波路は切頭端部を含み、切頭端部は第１の回折格子および第２の回折格子間のギャップの幅に等しい幅を有する装置。
10. 請求項８に記載の装置であって、第１の回折格子および第２の回折格子は互いに対し傾斜されている装置。
11. 請求項８に記載の装置であって、平面導波路は第１のエッジおよび第２のエッジを含み、第１および第２のエッジは第１および第２の電磁波を、それぞれ、予め定められたポイントに指向させるように整形されている装置。
12. 請求項１１に記載の装置であって、第１および第２のエッジは放物面形状を形成する装置。
13. 請求項１１に記載の装置であって、第１および第２のエッジは、第１および第２の回折格子の少なくとも１つの格子角度の関数である形状を形成している装置。
14. 請求項８に記載の装置であって、第１の回折格子は０°から２０°の範囲内の格子角度で位置決めされる装置。
15. 請求項１４に記載の装置であって、第２の回折格子は０°から２０°の範囲内の格子角度で位置決めされる装置。
16. 請求項８に記載の装置であって、第１の回折格子および第２の回折格子は第１の電磁波および第２の電磁波を平面導波路のデッドゾーンエリア周りに指向させる装置。

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