JP4881989B2 - 熱アシスト記録用磁気ヘッド及びそれを用いた磁気記録装置 - Google Patents

熱アシスト記録用磁気ヘッド及びそれを用いた磁気記録装置 Download PDF

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Description

本発明は、熱アシスト磁気記録に用いられる磁気ヘッド及びその磁気ヘッドを搭載した磁気記録装置に関する。
磁気記録装置の情報記録密度は増大の一途を辿っており、１bitの磁気記録マークのサイズは微小になっていく一方である。これまで、磁気記録装置は、主として、記録用磁気ヘッドのサイズ微小化と磁気記録媒体の磁性粒子微小化によって、記録ビットサイズの微小化を図ってきた。しかしながら、記録密度が１Ｔbit／inch2を越えた辺りから、磁気記録媒体に記録された磁化情報が、熱揺らぎの影響により、室温において短時間で消失することが懸念されている。これを防ぐためには、磁気記録媒体の保磁力を上げる必要があるが、磁気記録ヘッドから発生させることのできる磁界の大きさには限りがあるため、保磁力を上げすぎると媒体に記録ビットを形成することが不可能になる。これを解決するために、記録の瞬間に媒体を加熱し保磁力を低下させることで高保磁力媒体への記録を可能にする熱アシスト磁気記録方式が近年注目されている。これまでに、熱アシスト磁気記録方式としては、高パワー密度で微小な光スポットを媒体上に出射することで、記録領域のみを局所加熱し高記録密度を実現する方法が提案されている。
微小光スポットを生成するには、レンズを用いるのが一般的だが、近年、磁気ヘッドと磁気記録媒体間の距離は、１０ｎｍ以下となっており、仮に、磁気ヘッドにレンズ等の光学素子を搭載することで重量が増えると、この重みで磁気記録ヘッドが磁気記録媒体に接触したり、ヘッドが浮上できなくなるといった問題が起こる。また、磁気記録装置内には複数の磁気記録媒体（ディスク）が積層され、磁気記録媒体同士の間隔は一般的には１ｍｍ以下となっているため、磁気ヘッドの周囲に設置する全ての部品はこのサイズ１ｍｍの高さ以下に収めなければならない。従って、光ディスク記録再生装置等に使用される大型レンズ等の光学素子を磁気ヘッドに搭載することは好ましくない。
そこで、レンズ等を用いずに磁気記録媒体上に微小光スポットを生成する方法として、コアとクラッドから成る導光路を磁気ヘッド内に形成する方法があり、これは高屈折率な材料でサブミクロンオーダーの幅と厚さを持つコアを形成することで実現できる。非特許文献１では、Planer Solid Immersion Mirrorと呼ばれる光の伝播方向に向けて円弧状にコアの幅を狭めた導光路を用いているが、入射光の導光路への結合にグレーティングを用いているため、入射光の光軸ずれによる光伝播ロスが懸念される。非特許文献２では、数十ｎｍサイズのコアを光の伝播方向に向けてテーパー状に太くした導光路を用いることで、導光路に比較的大きなスポットサイズの光を結合させ、導光路中を伝播させながらスポットサイズをサブミクロンオーダーに縮小している。特許文献１では、このテーパー型コアを用いて、磁気ヘッド内に導光路を形成している。
特開２００７−２５７７５３号公報
Japanese Journal of Applied Physics, Vol.45, No.2B, 2006, pp.1314-1320 Optics Letters, Vol.28, No.15, 2003, pp.1302-1304
大型なレンズ等の光学素子を搭載することの難しい磁気ヘッドでは、導光路に入射する光のスポットサイズが６μｍ以上に大きく広がってしまうため、前記テーパー型コアからなる導光路（以降、テーパー型コアという）だけでは、入射光との結合効率が低くなってしまう。結果として、微小な光スポットを磁気記録媒体に出射することはできるが、光の強度が弱くなってしまうため媒体を充分に加熱することが困難になる。入射光強度を上げれば加熱は可能だが、光源のエネルギー消費や発熱を増加させるため、磁気記録装置の消費電力増大や装置内の温度上昇を招く。特に温度上昇は、磁気記録装置の性能劣化に繋がる。
そこで、テーパー型コアの光入射側に大きなスポットサイズの光と効率よく結合し伝播できる別の導光路（以降、入射側導光路という）を設けることで、光利用効率低減を抑える方法が考えられる。以降、上記入射側導光路とテーパー型コアから成る導光路をスポットサイズコンバータという。
大きなスポットサイズの光を結合・伝播できる導光路は、一般的な方形型コアを用いた場合において、コア材の屈折率をクラッドとの屈折率差（以降、Δｎという）が小さくなるようにし且つコアサイズを大きくすることで実現できる。特許文献１では、Δｎの小さなコアとテーパー型コアからなるスポットサイズコンバータを用いている。ただし、当然のことながら、入射側導光路を伝播できる光のスポットサイズを大きくしすぎると、入射光と入射側導光路間の結合効率はよくなるが、入射側導光路とテーパー型コア間での光結合ロスが大きくなってしまうという問題も生じる。
よって、スポットサイズコンバータの更なる光利用効率向上のために、入射側導光路には、入射光と高効率に結合すると共にテーパー型コアとも高効率に光結合できる機構が求められる。
スポットサイズコンバータに求められる特性は、光利用効率の高効率化だけなく、最終的にスポットサイズコンバータから出射される光強度が変動しないことも重要である。なぜなら、熱アシスト磁気記録において、光強度に変動が生じた場合、磁気記録媒体の温度も変動してしまい、安定した記録が困難となってしまうからである。光強度の変動が発生するのは、スポットサイズコンバータへ入射する光の強度が変動している場合もそうであるが、スポットサイズコンバータ自体が、内部に伝播光路を複数持ったマルチモード導光路である場合にも発生する。
図２のグラフは、マルチモード導光路と、光路を一つしか持たないシングルモード導光路から照射される光の強度の導光路長さ依存性を計算した結果である。導光路内の光強度は、導光路入口での光強度を１００％として規格化している。図２より、シングルモード導光路の場合においては、導光路の長さによって光強度は±１．０％程度しか変化しないが、マルチモードの場合は長さによって±１４％程度変化していることが分かる。この原因は、マルチモード導光路では、それぞれの光路を進行する光同士が干渉（モード間干渉）するためである。また、マルチモード導光路では、入射光の強度プロファイルの変動によって、より高次のモードが励起される可能性もあり、更に複雑なモード間干渉が導光路内で発生すると考えらえる。前記入射光の強度プロファイル変動は、磁気記録装置内の環境（温度や振動）変化によって光源の特性が変動することで引き起こされる。よって、光強度変動を少なくするには、シングルモード導光路にする必要がある。
ただし、大きなスポットサイズの光と結合する必要のある入射側導光路において、シングルモードを実現するのは困難である。なぜなら、大きなスポットサイズの光を安定的に結合・伝播できるシングルモード導光路を実現するには、Δｎを０．０１以下と非常に小さくする必要があるからである。例えば４μｍ以上のスポットサイズの光を結合・伝播できるシングルモード導光路を実現するには、一般的な方形型コアを用いた場合、Δｎを０．００９以下にする必要がある。しかしながら、既存の磁気ヘッド製造プロセスに用いられるスパッタリング法を用いた場合、コア材とクラッド材のΔｎを０．０１以下の精度で作製するのは困難である。ＦＨＤ（Flame Hydrolysis Deposition）法やＭＣＶＤ（Modified Chemical Vapor Deposition）法やＶＡＤ（Vapor phase Axial Deposition）法等を用いれば可能であるが、いずれも母材を数百度に加熱する必要があり、磁気ヘッド製造プロセスに導入した場合、磁気ヘッド中の磁気再生ヘッドが熱により破壊されてしまうという問題がある。
よって、Δｎが０．０１以上に大きくても、シングルモードで大きなスポットサイズの光を結合・伝播できる入射側導光路を形成する必要がある。
本発明の目的は、小型・軽量な光学素子を磁気ヘッドに搭載した磁気記録装置において、高い光利用効率でサブミクロンオーダーにスポットサイズを縮小した光を磁気記録媒体に照射できる機構を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明では、一例として、磁気ヘッド上面に光源を設置し、磁気ヘッド内には、光結合部と高屈折率材料から成るコアを組み合わせたスポットサイズコンバータを形成した。ここで磁気ヘッド上面とは磁気ヘッドの浮上面（Air Bearing Surface：ＡＢＳ）が形成される面と反対側の面を言う。
スポットサイズコンバータの光結合部は、例えば２枚の厚み又は幅の薄いコア（以降、薄膜型コアと呼ぶ）から成っており、いずれのコアもコア材よりも低い屈折率のクラッド材によって覆われている。いずれの薄膜型コアも、磁気ヘッド上面から底面に向かって伸びるように形成した。上記薄膜型コアは、その厚みが、コアに沿って伝播する光がコアから大きく染み出すモードと成り得る程度の厚さより薄い。このような薄膜型コアは、コアに沿って伝播する光がコアから大きく染み出すモードを持っているため、大きなスポットサイズの光を結合し伝播させることができる。さらに、薄膜型コアはシングルモードとなるように、コアの幅・厚さ・屈折率を調整した。薄膜型コアは、屈折率差が比較的大きくてもシングルモードを実現できる。このような薄膜型コアを、光の入射面（磁気ヘッド上面）側に複数形成すると、それぞれの薄膜型コアに光が結合できるために、光源から出射された光を高い利用効率で磁気ヘッド底面方向へ伝播させることが出来る。また、それぞれの薄膜型コアはシングルモードであるため、光強度が揺らぐことなく光を磁気ヘッド底面方向へ伝播させることもできる。更に、薄膜型コアを伝播した余分な光が磁気記録媒体に照射するのを防ぐために、薄膜型コアの長さは、磁気ヘッドの底面に達しないようにした。
スポットサイズコンバータの高屈折率材料から成るコア（以降、高屈折率コアと呼ぶ）は、上記薄膜型コアより屈折率の高いコア材を用い、コアのサイズ（幅と厚さ）はサブミクロンオーダーにした。なお、高屈折率コアは、このコア材よりも低い屈折率のクラッド材によって覆われている。この高屈折率コアは、磁気ヘッド底面から上面に向かって伸びるように形成し、コアの一部が、上記光結合部の２枚の薄膜型コアの間を通るように形成した。また、コアのサイズが磁気ヘッド上面に向かうに従い小さくなるように形成した。このようにすることで、それぞれの薄膜型コアを伝播した光を高屈折率コアに結合させることが可能になるため、光結合部から伝播してきた光を高屈折率コアに効率よく結合できる。高屈折率コアを伝播した光は最終的に、磁気ヘッド底面部からサブミクロンオーダーのスポットサイズの光となって出射される。
以上のように、磁気ヘッド上面に設置された光源から出射された光を、上記スポットサイズコンバータに入射することで、高い利用効率かつシングルモードで磁気ヘッド底面まで伝播させ、磁気ヘッド底面からサブミクロンオーダーの光を磁気記録媒体に向けて出射できる。
また、上記光結合部の薄膜型コアは、コア幅×コア厚×Δｎの値が０．０１５〜０．０４５μｍ2になるように作製するとよい。ここで、Δｎ＝（薄膜型コアのコア材の屈折率）−（クラッド材の屈折率）である。この範囲で作製した薄膜型コアは、コア作製誤差が生じた場合でも光伝播特性を大きく変化させることなく、シングルモードで光を伝播できる。
また、光結合部のそれぞれの薄膜型コアと高屈折率コアの間隔は、薄膜型コアに沿って伝播する光のスポットサイズの半値幅の半分±２０％の範囲に収まるようにすることで、最大光利用効率を達成できる。
また、更なる光利用効率向上のために、光結合部の薄膜型コアは、３枚以上であってもよく、高屈折率コアは、いずれか２枚の薄膜型コアの間に形成するとよい。なぜなら、離れた位置の薄膜型コアに結合・伝播した光も高屈折率コアに更に結合させることができるためである。
また、更に光利用効率を向上させるためには、高屈折率コアから離れた位置の薄膜型コアほど、コアの幅もしくは厚みもしくは屈折率の少なくとも１つを小さくするとよい。なぜなら、上記したように、最大利用効率を得るためには、薄膜型コアと高屈折率コアの間隔は、薄膜型コアに沿って伝播する光のスポットサイズの半値幅の半分±２０％の範囲に収まるようにする必要があるため、高屈折率コアから離れた薄膜型コアは、内側の薄膜型コアよりもコアに沿って伝播する光のスポットサイズを大きくする必要があるからである。薄膜型コアにおいて、伝播するスポットサイズを大きくすることは、コアの幅、厚さ、Δｎの少なくとも１つを小さくすることで実現できる。なお、薄膜型コアの枚数は６枚以下とするのがよい。６枚以上にしても光利用効率向上が見込めないからである。
また、高屈折率コアの上方向と下方向のどちらか一方だけに、複数枚の薄膜型コアを形成してもよい。この場合も上記と同様に、高屈折率コアから離れる薄膜型コアほど近い薄膜型コアよりコアの幅、厚さ、Δｎの少なくとも１つを小さくするように調整するとよい。
本発明によると、サブミクロンオーダーのスポットサイズの光を、高い光利用効率と少ない光強度変動で磁気記録媒体に照射することができる。
本発明のスポットサイズコンバータを有する磁気ヘッドの一例を示す側断面図。 マルチモード導光路とシングルモード導光路から照射される光の強度と導光路長との関係を示す図。 本発明の磁気記録装置の一例を示す要部概略図。 図３のＡ−Ａ断面図。 方形型コア及び薄膜型コアのΔｎとシングルモードで伝播できる光のスポットサイズの関係を示す図。 本発明の２枚の薄膜型コアから成るスポットサイズコンバータの断面図であり、（ａ）は２枚の薄膜型コアが共に実質的に平坦である例を示す図、（ｂ）は１枚の薄膜型コアが平坦でない例を示す図。 本発明のスポットサイズコンバータに使われる薄膜型コアの側断面図を示す図であり、（ａ）は薄膜型コアの形状が実質的に長方形である例を示す図、（ｂ）は薄膜型コアの形状が磁気ヘッド底面に近づくほどコア幅が広くなっている例を示す図。 薄膜型コアが結合・伝播できる光のスポットサイズとコア幅×コア厚×Δｎの値との関係を示す図。 本発明のスポットサイズコンバータに使われる高屈折率コアの側断面図を示す図であり、（ａ）はテーパー部の形状が先端に向かって直線的に細くなっていく例を示す図、（ｂ）はテーパー部の形状が先端に近づくにつれ２次関数的に細くなっている例を示す図。 高屈折率コアから成る導光路を伝播する光のスポットサイズのコア幅との関係を示す図。 本発明の高屈折率コア部の光結合効率と高屈折率コア先端幅の関係を示す図。 本発明の高屈折率コアテーパー部の光伝播効率と高屈折率コアテーパー部の長さの関係を示す図。 本発明の光結合部を伝播する光の強度プロファイルの様子を説明するための概念図であり、（ａ）は薄膜型コア間距離が離れている場合を示す図、（ｂ）は薄膜型コア間距離が近い場合を示す図。 本発明の光結合部と高屈折率コアを伝播する光の強度プロファイルから光結合部−高屈折率コア間の光結合の様子を説明するための概念図であり、（ａ）は薄膜型コア間距離が離れている場合を示す図、（ｂ）は薄膜型コア間距離が近い場合を示す図。 本発明の２枚の薄膜型コアから成るスポットサイズコンバータの光利用効率と薄膜型コア間の距離との関係を示す図。 本発明の２枚の薄膜型コアから成るスポットサイズコンバータの光利用効率と、１枚の薄膜型コアと高屈折率コアから成るスポットサイズコンバータの光利用効率と、高屈折率コアのみから成るスポットサイズコンバータの光利用効率とを比較した図。 本発明のスポットサイズコンバータに使われる薄膜型コアの側断面図を示す図であり、（ａ）は薄膜型コアの終端部分のコア幅が狭くなっている例を示す図、（ｂ）は薄膜型コアの形状が磁気ヘッド底面に近付くほどコア幅が広くなりつつ途中からコア幅が狭くなっている例を示す図。 本発明の３枚以上の薄膜型コアから成るスポットサイズコンバータの断面図であり、高屈折率コアから離れた薄膜型コアほど屈折率を小さくした例を示す図。 本発明の３枚以上の薄膜型コアから成るスポットサイズコンバータの断面図であり、高屈折率コアから離れた薄膜型コアほど幅を小さくした例を示す図。 本発明の３枚以上の薄膜型コアから成るスポットサイズコンバータの断面図であり、高屈折率コアから離れた薄膜型コアほど厚みを小さくした例を示す図。 本発明の３枚以上の薄膜型コアから成るスポットサイズコンバータの断面図であり、高屈折率コアを挟む薄膜型コアの枚数が上下で異なる例を示した図。 本発明のスポットサイズコンバータの光利用効率と薄膜型コアの枚数の関係を示した図。 本発明のスポットサイズコンバータを有する磁気ヘッド近傍の側断面図であり、光源に半導体レーザと導波路を用いた例を示す図。 本発明の磁気記録装置の一例を示す要部概略図であり、半導体レーザをサスペンションの根本に置いた例を示す図。 本発明の薄膜型コアから成るスポットサイズコンバータの断面図であり、高屈折率コアの上下どちらか一方にのみ薄膜型コアを形成した例を示す図。 本発明のスポットサイズコンバータを有する磁気ヘッド近傍の側断面図であり、光源に半導体レーザとマウントを用い反射防止膜を適用した例を示す図。 本発明のスポットサイズコンバータを有する磁気ヘッド近傍の側断面図であり、光源に半導体レーザとマウントを用い反射防止膜を有する集光レンズを適用した例を示す図。 本発明のスポットサイズコンバータを有する磁気ヘッド近傍の側断面図であり、サスペンション上に設置された光源に半導体レーザとマウントを用いた例を示す図。 本発明のスポットサイズコンバータを有する磁気ヘッド近傍の側断面図であり、光源に半導体レーザとミラーとマウントを用いた例を示す図。 本発明のスポットサイズコンバータを有する磁気ヘッド近傍の側断面図であり、光源に半導体レーザと導波路を用い反射防止膜を適用した例を示す図。 本発明のスポットサイズコンバータを有する磁気ヘッド近傍の側断面図であり、光源に半導体レーザと導波路を用い反射防止膜を有する集光レンズを適用した例を示す図。 本発明のスポットサイズコンバータを有する磁気ヘッド近傍の側断面図であり、サスペンション上に設置された光源に半導体レーザと導波路を用いた例を示す図。 本発明のスポットサイズコンバータを有する磁気ヘッド近傍の側断面図であり、光源に半導体レーザと導波路とミラーとマウントを用いた例を示す図。 本発明の磁気記録装置の一例を示す要部概略図であり、半導体レーザをサスペンション以外の場所に設置した例を示す図。 本発明のスポットサイズコンバータを有する磁気ヘッド底面近傍の側断面図であり、高屈折率コアを主磁極と補助磁極の間に形成した例を示す図。 本発明のスポットサイズコンバータを有する磁気ヘッド磁極部の断面図であり、（ａ）は磁極に穴を開けて高屈折率コアを主磁極と補助磁極の間に形成した例を示す図、（ｂ）は磁極を曲げて高屈折率コアを主磁極と補助磁極の間に形成した例を示す図。 本発明のスポットサイズコンバータを有する磁気ヘッド底面近傍の側断面図であり、磁気再生素子を磁気ヘッド母材側に形成した場合を示す図。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
［実施例１］
図１、図３、図４を用いて、本発明の高効率光集積機構を有した情報記録装置の実施例について説明する。図３は、実施例である磁気記録装置の要部概略図であり、筺体１の上蓋を外した状態を示している。図４は、図３のＡ−Ａ断面図である。図１は、磁気ヘッド周辺を詳細に説明するために、図４に一点差線で示した領域を拡大して示した図である。
図３に示すように、磁気ヘッド５はサスペンション６の先端に固定し、ボイスコイルモータ７によって磁気記録媒体上に位置決めした。磁気記録媒体３は、モータによって駆動されるスピンドル２に固定されて回転する。図１に示すように、磁気ヘッド底面１７には浮上面（ＡＢＳ）を形成した。これにより、磁気記録媒体３の回転時に、磁気記録媒体３と磁気ヘッド底面１７の間に負圧を生じさせ、磁気ヘッドを磁気記録媒体３の上に浮上量１０ｎｍ以下で浮上させた。
なお、図４に示すように、筺体１内には、スピンドル２に固定された少なくとも１つの磁気記録媒体３と、ボイスコイルモータ７に固定された少なくとも１つのサスペンション６を備えた。サスペンション６と上段の磁気記録媒体３との距離ｓ１は、１ｍｍ以下である。それぞれのサスペンション６には、熱アシスト磁気記録時に必要となる光を出射する光源４と磁気ヘッド５が搭載されており、光源４は、サスペンション６と磁気ヘッド５の間に設置した。このように光源４を設置することで、磁気ヘッド５浮上時に、光源４で発した熱を磁気ヘッド５を通して磁気記録媒体３側へ放熱することが可能となり、安定した光源の駆動が可能となる。
更に、図１の磁気ヘッド周辺断面図に示すように、磁気ヘッド内部に、スポットサイズを縮小しながら光を伝播できるスポットサイズコンバータ１３を形成した。なお、磁気ヘッドの長さＬ１は、スライダーのサイズに合わせて、２３０μｍである。光源４は、サブマウント１１に搭載された波長７６０±２０ｎｍの光をシングルモードで発生する半導体レーザ１０を使用した。半導体レーザ１０の一つの端面は垂直面に対する角度θ1が４０〜４５度になるように加工することで、光を磁気ヘッド底面方向に折り返し、サブマウント１１には光透過用の穴１２を開けることで、光結合部１４と高屈折率コア１５から成るスポットサイズコンバータ１３に光を入射できるようにした。
なお、光透過用の穴１２は、光の吸収が少なく屈折率が空気より高い（屈折率＞１）材料で満たすとよい。このようにすることで、半導体レーザ１０から出射した光のスポットサイズの広がりを抑えることができる。光透過用の穴１２を満たす材料としては、一般的に光学部品の接着に用いられるＵＶ硬化樹脂や、熱硬化性接着剤などを用いるとよい。なぜなら、スポットサイズの広がりを抑えるだけでなく、サブマウント１１と磁気ヘッドを接着するための接着剤として機能させることも可能となるからである。
光源から出射された光（入射光９）はスポットサイズコンバータ１３内を伝播し、スポットサイズを縮小されながら磁気ヘッド底面１７まで導かれ、磁気記録媒体３に照射される。なお、スポットサイズコンバータ１３の終端部分には、微小光スポットを生成できる近接場光発生素子１８を形成してもよい。近接場光発生素子１８としては、磁気ヘッド底面１７から見た形状が三角形の金属の散乱体を用いることができる。なお、近接場光発生素子１８の周辺に存在するバックグラウンド光が磁気記録媒体３に照射されないようにするために、近接場光発生素子１８の周辺に遮光膜を形成してもよい。さらに、近接場光発生素子１８としては、金属の散乱体の一部を遮光膜につなげたＶ字開口やＣ字開口、すなわちＶ字型の開口を有する金属膜あるいはＣ字型の開口を有する金属膜にしてもよい。
記録時に必要となる磁界は、磁気ヘッド内部に形成した薄膜コイル１９を用いて発生させ、発生した磁界を主磁極２０によってスポットサイズコンバータ終端部分に導いた。なお、主磁極２０と高屈折率コア１５の距離は２００ｎｍ以下となるようにした。薄膜コイル１９の反対側には、閉磁路を形成するための補助磁極２１を形成した。補助磁極２１の横には、記録マークを再生するための、磁気再生素子（Giant Magneto Resistive（ＧＭＲ）素子又はTunneling Magneto Resistive（ＴＭＲ）素子）２２を形成した。磁気再生素子２２の周辺には、周りからの磁界を遮蔽するためのシールド２３を形成した。
次に、上記情報記録装置を使用した記録再生方法について説明する。磁気記録媒体３を回転させた状態で、記録の瞬間、磁気ヘッド５中に設けた薄膜コイル１９により磁界を発生すると同時に、半導体レーザ１０を発光させ、磁気記録マークを磁気記録媒体３に形成した。これは、半導体レーザ１０が発光した瞬間、スポットサイズコンバータ１３を伝播した光が磁気記録媒体３に照射されることで媒体が加熱されるため、熱アシスト磁気記録が実現されている。ただし、熱アシスト磁気記録は、本質的に磁気記録媒体の温度によって媒体の保磁力が決まるため、磁界を発生するタイミングと光源４を発光するタイミングは、必ずしも同時である必要はない。例えば、光源４を発光させ磁気記録媒体３を温めた後に磁界を発生させてもよい。また、連続的に光を磁気記録媒体に出射し続け、記録したい情報を磁界パルスに変調した磁界を印加することで、磁気情報を磁気記録媒体に記録することも可能である。更には、連続的に磁界を印加し続け、記録したい情報を光パルスに変調した光を出射することで、磁気情報を磁気記録媒体に記録することも可能である。磁気記録マークの再生には、図１に示す磁気ヘッドに形成した磁気再生素子２２を用いた。再生信号は、図３に示す信号処理用ＬＳＩ８で処理した。
上記実施例では、光源４に半導体レーザ１０とサブマウント１１を組み合わせたものを用いたが、図２３と図２４に示すような、サスペンション６の根元に置いた半導体レーザ１０から発光した光をシングルモードの導波路３０によって磁気ヘッド５まで導光したものを用いてもよい。導波路３０の１つの端面は角度θ2が４０〜４５度になるように加工することで、光を磁気ヘッド底面方向に折り返しスポットサイズコンバータ１３に光を入射できるようにした。なお、導波路３０と磁気ヘッドは、ＵＶ硬化樹脂や、熱硬化性接着剤などの接着剤により接着した。このような光源とすることで、半導体レーザの端面を図１の半導体レーザのように加工する必要がないため、より汎用性に優れた安価な半導体レーザを使用可能となる。
次に、図１と図５から図１７を用いて磁気ヘッド内に形成したスポットサイズコンバータについて詳しく説明する。磁気ヘッド内には、コアの厚さが薄い複数枚の薄膜型コア１６を有する光結合部１４と、薄膜型コア１６より屈折率の高い材料で幅と厚さが共にサブミクロンオーダーサイズの高屈折率コア１５で構成されたスポットサイズコンバータ１３を形成した。なお、薄膜型コア１６及び高屈折率コア１５は、これらのコアより屈折率の低いクラッド材２５で覆われている。光結合部１４は、光源４から出射された光（入射光９）と直接結合し、高屈折率コア１５まで光を伝播する役割を持っているため、磁気ヘッド上面から磁気ヘッド底面１７方向へと向かって伸びている。高屈折率コア１５は、磁気記録媒体へ光を照射する役割を持っているため、磁気ヘッド底面１７から上面方向に向かって伸びている。
ここで磁気ヘッド底面１７とは磁気ヘッドのＡＢＳが形成される面を言い、光結合部の薄膜型コア１６とは、コアの幅又は厚さが、コアに沿って伝播する光がコアから大きく染み出すモードと成り得る程度の厚さＴｔより薄いもののことをいう。この厚さＴｔは、導光路内の０次モードの定在波条件式を変形して、近似的に下記の式により表される。
Figure 0004881989
 上記φはコアとクラッド界面での光の臨界角を表している。
薄膜型コアは、一般的な方形型コアと比べ、高Δｎでもシングルモードで大きなスポットサイズの光と結合し伝播できる利点を持つ。ここで、方形型コアと薄膜型コア（厚さ０．２μｍ）が安定的にシングルモードで結合・伝播できる光のスポットサイズのΔｎ依存性を計算した結果を図５示す。図５から、薄膜型コアの方が、高Δｎでもシングルモードで大きなスポットサイズの光を結合・伝播できることが分かる。薄膜型コアがコアの厚さが薄いにもかかわらず、大きなスポットサイズの光を伝播できるのは、コア厚が上記Ｔｔより小さくなると、光がクラッド側に大きく染み出した光強度プロファイルのまま光を伝播するモードを持つようになるためである。
また、光結合部の薄膜型コア１６は、コアの長さ（Ｚ軸方向の長さ）が磁気ヘッド底面１７に達しない。こうすることで、薄膜型コアを伝播した余分な光が、直接、磁気記録媒体に照射するのを防ぐことができる。
本実施例では、クラッド材２５はＡｌ2Ｏ3とし、光結合部１４の薄膜型コア１６のコア材は屈折率１．７４又は１．７０のＡｌ2Ｏ3−Ｓｉ3Ｎ4又はＡｌ2Ｏ3−Ｔａ2Ｏ5とし、高屈折率コア１５のコア材は屈折率２．１３のＴａ2Ｏ5とした。なお、薄膜型コア１６のコア材であるＡｌ2Ｏ3−Ｓｉ3Ｎ4は、スパッタリング法によりＡｌ2Ｏ3とＳｉ3Ｎ4を同時スパッタリングし、この時、Ａｌ2Ｏ3の成膜レートとＳｉ3Ｎ4の成膜レートを制御することで、Ａｌ2Ｏ3−Ｓｉ3Ｎ4の屈折率を調整した。Ａｌ2Ｏ3−Ｔａ2Ｏ5の場合も同様に、Ａｌ2Ｏ3とＴａ2Ｏ5を同時スパッタリングし、Ａｌ2Ｏ3の成膜レートとＴａ2Ｏ5の成膜レートを制御することで、屈折率を調整した。なお、他のコア材やクラッド材を用いた場合でも、コア材とクラッド材の屈折率差Δｎが同じであれば、導光路（スポットサイズコンバータも導光路の一種）の特性はほとんど変わらないため、例えば、薄膜型コア１６のコア材にＳｉＯxＮy（屈折率１．５３又は１．４９）、クラッド材２５にＳｉＯ2（屈折率１．４５）を用いることも可能である。
本実施例では、２枚の薄膜型コア１６からなる光結合部１４を用いた。図６は図１のＣ−Ｃ断面図であり、図７は図１のＤ−Ｄ断面図である。光結合部１４の２枚の薄膜型コア１６のそれぞれの形状は、図６（ａ）と図７（ａ）に示すように、ＸＹ平面とＸＺ平面で共に長方形とし、寸法は実質的に同じとした。また、図１と図６（ａ）に示すようにコア同士は実質的に平行とし、各薄膜型コア１６は共にシングルモード導光路になるようにコアの幅ｗ２、厚さｔ２を調整した。このように、薄膜型コア１６をシングルモード導波路とすることで、導光路内での光の干渉を抑えることができるため、その結果として、スポットサイズコンバータ１３から出射される光の強度変動を抑えることができる。
ここで、薄膜型コア１６がシングルモード導波路となる条件と、そのとき導光路を伝播する光のスポットサイズをＢＰＭ（Beam Propagation Method）法を用いて計算した結果を図８に示す。図８の横軸は薄膜型コアの幅×厚さ×Δｎ（Δｎ＝薄膜型コアのコア材の屈折率−クラッド材の屈折率）の値を示し、縦軸はスポットサイズを表している。なお、図中の境界線Ｆより左側がシングルモード導光路になる領域を示し、右側がマルチモード導光路になる領域を示し、縦軸のスポットサイズは、幅×厚さ×Δｎ＝０．０４５のときのスポットサイズで規格化した。この図から、幅×厚さ×Δｎ＝０．０４５以下でシングルモード導光路となることが分かる。また、幅×厚さ×Δｎの値が０．０１５以下になると、スポットサイズが急激に大きくなることが分かり、これは、コアの作製誤差に対するトレーランスが小さいことを意味している。よって、薄膜型コアは、幅×厚さ×Δｎの値が０．０１５〜０．０４５μｍ2になるように調整するとよい。本実施例では、薄膜型コア１６の幅ｗ２を２μｍ又は４μｍとし、厚さｔ２を０．２０μｍ又は０．２５μｍとした。また、この薄膜型コア１６の長さ（Ｚ軸方向を層の長さとした）は、薄膜型コアを伝播した余分な光が磁気記録媒体に照射するのを防ぐために、図１に示すように、磁気ヘッド上面から磁気ヘッド底面からの距離Ｓ２が３０μｍのところまでとした。
本実施例では、高屈折率コア１５にテーパー型コアを用いた。図１、図６に示すように、高屈折率コア１５と薄膜型コア１６は、実質的に平行とし、高屈折率コア１５のテーパー部が２枚の薄膜型コアの間の中心に入るよう配置した。このように高屈折率コア１５を配置することで、それぞれの薄膜型コアを伝播した光を高屈折率コア１５に結合させることが可能になるため、１枚の薄膜型コアを用いた場合より高い光利用効率を達成できる。高屈折率コア１５は、ＸＺ平面上で見て図９（ａ）のようなテーパー形状をしている。図９（ａ）は図１のＥ−Ｅ断面図である。
上記で述べたように、高屈折率コアは磁気記録媒体へ微小スポットサイズの光を照射する役割を持っているため、まず、高屈折率コアから出射される光スポットサイズ（ここではスポットの断面積）が最小となるように、磁気ヘッド底面部での高屈折率コアの幅ｗ３と厚さｔ３を調整した。図１０は、コア材に厚さ０．３μｍのＴａ2Ｏ5を使用した場合に伝播する光スポットサイズのコア幅依存性を計算した結果である。この図に示すようにコア幅０．３〜０．５μｍでスポットサイズを最小にすることができた。よって、本実施例では、高屈折率コアの幅ｗ２を０．３μｍ、０．４μｍ又は０．５μｍとし、厚さｔ３を０．３μｍ、０．４μｍ又は０．５μｍとした。なお、近接場光発生素子１８を高屈折率コア１５の終端部に形成する場合は、磁気ヘッド底面部での高屈折率コア１５の幅ｗ３と厚さｔ３を近接場光発生素子１８のサイズ（幅と厚さ共に０．５μｍ以下）に合わせる必要があるため、幅ｗ３と厚さｔ３を共に０．５μｍ以下とするのがよい。
次に、高屈折率コア１５が光結合部１４を伝播してきた光と高効率に結合し、低光損失でスポットサイズを縮小するために、図９（ａ）に示す高屈折率コア１５の形状を調整した。高屈折率コア１５は、光入射側に向けてコアの幅が狭くなっていくテーパー形状（台形）をしている。前述のように、テーパー型コアにおいて、テーパーの先端部に結合した大きなスポットサイズの光は、高屈折率コアのテーパー部を伝播するにつれてスポットサイズが縮小されていく。本実施例では、図９（ａ）に示すテーパー先端幅ｗ４とテーパー部の長さＬ２を調整することで光利用効率向上を図った。
図１１は、光結合部１４を伝播してきた光と高屈折率コア１５の光結合効率のテーパー先端幅ｗ４依存性を計算した結果である。図示するように、先端幅ｗ４が０．０５〜０．０７５μｍで結合効率が最大になっていることがわかった。よって、本実施例では、先端幅ｗ４を０．０５μｍ又は０．０７５μｍとした。図１２は、ｗ４を０．０５μｍとしたときのテーパー状高屈折率コア１５の光伝播効率の長さＬ２依存性を計算した結果である。なお、長さＬ２の最大値は磁気ヘッドの長さＬ１に合わせて２３０μｍとした。この図に示すように、長さＬ２を長くするほど伝播効率を向上できることが分かった。よって、本実施例では、テーパー部の長さＬ２を２００μｍ以上２３０μｍ以下とした。Ｌ２が２３０μｍの場合には、図２３に示すように、高屈折率コア１５の一端が磁気ヘッド上面に達している。なお、上記テーパー部の形状は、台形だけでなく、先端部に近づくに従い、２次関数的に幅が狭くなっていく図９（ｂ）のような形状であってもよい。さらに、高屈折率コア１５は、Ｙ軸方向のコアの厚さが、図９（ａ）や図９（ｂ）と同様に、光入射側に向けて薄くなっていくテーパー形状であっても同様の効果を得ることができる。
ここで、スポットサイズコンバータ１３の光利用効率を最大にするためには、光結合部１４において、図６（ａ）に示す薄膜型コア１６と高屈折率コア１５の間隔ｄ１，ｄ２も調整する必要がある。本実施例では、高屈折率コアを２枚の薄膜型コア１６の中心に形成したため、ｄ１とｄ２は等しいものとした。
その原理を図１３と図１４を使って簡単に説明する。図１３は、ＹＺ面から見た光結合部の断面図であり、２枚の同一形状の薄膜型コア１６からなる光結合部１４を伝播する光の強度プロファイル（光スポット）の様子を説明する模式図である。光が光結合部１４に入射された時、図に示す光スポット２７がそれぞれの薄膜型コア１６に沿って伝播する。図１３（ｂ）に示すようにコア同士の間隔ｄ１＋ｄ２が近い場合には、光スポット２７同士が重なり一つの光スポットとほぼ同じ強度分布を持つことになるため、光結合部の入射光との結合効率は、１枚の薄膜型コアとほぼ同じになる。しかし、図１３（ａ）に示すように間隔ｄ１＋ｄ２が大きく、両者の距離が十分に離れると、２枚の薄膜型コアそれぞれに光が伝播するのと同等になるため、結合効率は間隔ｄ１＋ｄ２が小さい場合と比べ約２倍にすることができる。
しかし、間隔ｄ１＋ｄ２が大きくなるに従い、光結合部１４を伝播した光と高屈折率コア１５との結合効率は低下してしまう。なぜなら、光結合部を伝播する光と高屈折率コアを伝播する光の強度プロファイルのミスマッチが大きくなってしまうからである。図１４は、ＹＺ面から見たスポットサイズコンバータ１３の断面図であり、光結合部１４を伝播する光と高屈折率コアの先端部を伝播する光の強度プロファイル（光スポット２８）の様子を模式的に表した図である。図１４（ｂ）のようにコア同士の間隔ｄ１＋ｄ２が小さい場合には、光結合部を伝播する光２７と高屈折率コア先端部を伝播する光２８の強度プロファイルが近いため、光は高効率に高屈折率コアに結合していく。一方、図１４（ａ）に示すようにコア同士の間隔ｄ１＋ｄ２が大きい場合には、強度プロファイルの差異が大きいため、結合効率は低下してしまうことになる。
そこで、最大光利用効率を得るために、ＢＰＭ法を用いて、２枚の薄膜型コア１６と高屈折率コア１５を用いたスポットサイズコンバータ１３の光利用効率と間隔ｄ１＋ｄ２の関係を計算した。図１５が計算結果であり、縦軸の光利用効率は、薄膜型コア１６が１枚だけの場合における利用効率を１として規格化した。間隔ｄ１＋ｄ２が１．２〜１．８μｍ程度で光利用効率を薄膜型コアが１枚の場合の１．３倍以上にすることができた。また、このときのｄ１（＝ｄ２）は、ちょうど高屈折率コア先端位置Ｚ１（図１）で、薄膜型コア１６に沿って伝播する光のＹ方向のスポットサイズの半値幅の半分±２０％程度の値であることが分かった。よって、薄膜型コア１６と高屈折率コア１５間の間隔は、高屈折率コア１５の先端位置で薄膜型コア１６に沿って伝播する光のＹ方向のスポットサイズの半値幅の半分±２０％の値に収まるようにするのがよい。従って、本実施例では、間隔ｄ１＋ｄ２を１．５μｍ又は１．７μｍとした。なお、薄膜型コア周辺を伝播する光のＹ方向のスポットサイズの半値幅は、薄膜型コアの幅・厚さとΔｎが分かっていれば、ＢＰＭ法を使って導出することができる。
なお、薄膜型コア１６の形状はＸＹ平面上ですべての箇所で平坦である必要はなく、部分的に平坦でない部分が存在しても上記と同様な効果を得ることができる。例えば図６（ｂ）に示す薄膜型コア２６のような場合である。図示のように、例えば高屈折率コア１５の位置に対応する部分がＹ方向に突出して部分的に平坦でない形状を有する薄膜型コアであっても、全体が平坦な薄膜型コアと同様の効果を得ることができる。
ここで、上記で示した２枚の薄膜型コア１６から成る光結合部１４とテーパー形状をした高屈折率コア１５を組み合わせたスポットサイズコンバータ１３（以降、２層スポットサイズコンバータと呼ぶ）と、１枚の薄膜型コア１６とテーパー形状をした高屈折率コア１５を組み合わせたスポットサイズコンバータ（以降、１層スポットサイズコンバータと呼ぶ）と、テーパー形状をした高屈折率コア１５のみから成るスポットサイズコンバータ（以降、０層スポットサイズコンバータと呼ぶ）の光利用効率をそれぞれ計算し比較した結果を図１６に示す。図１６に示すように、２層スポットサイズコンバータを使用することで、光利用効率が、１層スポットサイズコンバータと比べ約１．５倍、０層スポットサイズコンバータと比べ約２．２５倍にまで向上させることができた。
上記実施例では、光結合部１４の薄膜型コア１６の形状はＸＺ平面上から見て長方形であるとしたが、図７（ｂ）に示すような、磁気ヘッド底面に近い部分のコア幅が磁気ヘッド底面に近づくほど広くなっていく形状であってもよい。薄膜型コアは、幅を広くすることでスポットサイズを小さくすることができるので、図７（ｂ）のような薄膜型コア１６を用いることで、これを伝播する光は、磁気ヘッド底面に近づくにつれスポットサイズが縮小されていく。結果として、薄膜型コアを伝播する光が、高屈折率コア１５を伝播する光のスポットサイズに近づくことになり、光結合部１４を伝播した光を高屈折率コア１５に効率よく結合させることができる。本実施例では、幅ｗ２を１μｍとし、ｗ５を２．０μｍとした。なお、薄膜型コアを、コア幅のみならず、コア厚を磁気ヘッド底面に近づくほど厚くすることによっても同様の効果を得ることができる。
本実施例により、薄膜型コアを伝播した光を効率よく高屈折率コアに結合させることが可能となるが、全ての光を高屈折率コアに結合できるわけではない。もし、薄膜型コアを伝播した光のうち、高屈折率コアに結合できなかった光が存在する場合、その光は薄膜型コアをそのまま伝播し磁気ヘッド底面近傍まで到達し、磁気記録媒体に照射されてしまう。磁気記録装置の長期利用を考慮した場合、媒体に記録された磁化情報を消去してしまう可能性があり、この光のパワー密度を限りなく小さく必要がある。
パワー密度を小さくすることは、図１７に示すように、薄膜型コア１６の幅を磁気ヘッド底面に近い部分のみ狭くすることで実現できる。薄膜型コアは、幅を狭くすることでスポットサイズを大きくすることができるので、結果的に、磁気ヘッド底面近傍ではパワー密度を小さくすることが可能となる。図１７（ａ）は、幅を磁気ヘッド底面に近い部分のみ狭くした例であり、図１７（ｂ）は、図７（ｂ）に示した薄膜型コアにおいて、磁気ヘッド底面に近い部分の幅も狭くした場合の例である。図１７（ａ）は、コア幅ｗ２を２μｍ、ｗ５を１μｍとし、コアの長さＬ３を１００μｍとした。図１７（ｂ）は、ｗ２とｗ５共に１μｍとし、Ｌ３を１００μｍとした。なお、薄膜型コアを、コア幅のみならず、コア厚を磁気ヘッド底面に近づくほど薄くすることによっても同様の効果を得ることができる。
本実施例では、光結合部１４の２枚の薄膜型コアは、それぞれ同じ形状であるとしたが、コアの幅、厚さ、屈折率が異なっていてもよい。異なっている場合でも、上記と同様に、薄膜型コアと高屈折率コア間の距離ｄ１とｄ２を調整することで、最大光利用効率を実現可能である。
［実施例２］
次に、３枚以上の薄膜型コアから成る光結合部と高屈折率コアで構成されたスポットサイズコンバータと、本発明の情報記録装置を組み合わせた場合について説明する。
前記実施例のスポットサイズコンバータでは、図１と図６に示すように、高屈折率コアを２枚の薄膜型コアで挟み込む構成となっていたが、図１８に示すように、内側の薄膜型コア１６に対して±Ｙ方向の外側に離れた位置に、外側の薄膜型コア２９を更に形成することで、離れた位置の薄膜型コアに結合・伝播した光も高屈折率コア１５に更に結合させることができるため、より高い光利用効率で光をスポットサイズコンバートすることができる。
本実施例では、図１８に示すように、スポットサイズコンバータの２枚の薄膜型コア１６の外側に、薄膜型コア１６と同様の２枚の実質的に同一な薄膜型コア２９を高屈折率コア１５と実質的に平行になるように配置した。
外側の２枚の薄膜型コア２９に入射光を結合させ、伝播した光を高屈折率コア１５に効率よく結合させるためには、実施例１と同様に、コア間の間隔ｄ３とｄ４（本実施例ではｄ３＝ｄ４）を調整する必要がある。前記したように、最大利用効率を得るためには、薄膜型コア間の間隔（ここではｄ３＋ｄ４）を薄膜型コア周辺を伝播する光のＹ方向のスポットサイズの半値幅±２０％程度にする必要があるため、薄膜型コア２９を伝播する光のＹ方向のスポットサイズは、内側の薄膜型コア１６よりも大きくなるように設計する必要がある。薄膜型コアにおいて、伝播するスポットサイズを大きくすることは、図８で示したように、コアの幅、厚さ、Δｎの少なくとも１つを小さくすることで実現できる。よって、外側の薄膜型コア２９は、内側の薄膜型コア１６より、コアの幅、厚さ、Δｎのいずれか少なくとも１つを小さくするとよい。
図１８、図１９、図２０に、薄膜型コアが４枚の場合の実施例を示す。内側の薄膜型コア１６は、幅ｗ２を２μｍ、厚さｔ２を０．２５μｍ、Δｎを０．０８とし、薄膜型コア間の距離ｄ１＋ｄ２を１．５μｍとした。図１８は外側の薄膜型コア２９のΔｎのみを内側の薄膜型コア１６より小さくした場合の例であり、Δｎを０．０４とし、ｄ３とｄ４を１μｍとした。図１９は、外側の薄膜型コア２９の幅ｗ６のみを内側の薄膜型コア１６より小さくした場合の例であり、ｗ６を１μｍとし、ｄ３とｄ４を１μｍとした。図２０は、外側の薄膜型コア２９の厚さｔ６のみを内側の薄膜型コア１６より小さくした場合の例であり、ｔ６を０．１５μｍとし、ｄ３とｄ４を１μｍとした。これら３つの実施例の結果、２枚の薄膜型コア１６から成る光結合部１４を持ったスポットサイズコンバータの１．１５倍の光利用効率を達成することができた。
上記では、外側の２枚の薄膜型コア２９は、それぞれ同一のものであるとしたが、コアの幅、厚さ、屈折率が異なっていてもよい。異なっている場合でも、上記実施例と同様に、薄膜型コア２９と高屈折率コア１５間の距離ｄ３とｄ４を調整することで、最大光利用効率を実現可能である。また、上記薄膜型コア２９の形状はＸＹ平面上ですべての箇所で平坦である必要はなく、部分的に平坦でない部分が存在しても上記と同様な効果を得ることができる。例えば図６（ｂ）に示した薄膜型コア２６の形状のように、薄膜型コアが歪んでいる場合である。
上記では、高屈折率コアを挟む薄膜型コアの枚数を上下（高屈折率コアを原点にした場合の±Ｙ方向）で同数となるようにしたが、上下の枚数が異なっていてもよい。例えば、図２１のように、±Ｙ方向どちらか一方に内側の薄膜型コア１６よりコアの幅、厚さ、Δｎのいずれかが小さい外側の薄膜型コア２９を形成するだけでもよい。薄膜型コア２９と高屈折率コア１５間の距離（ここではｄ３）を調整することで、光利用効率を向上させることができる。
ここで、スポットサイズコンバータの光利用効率向上のために必要な薄膜型コアの枚数を知るために、ＢＰＭ法を使って、薄膜型コア枚数とスポットサイズコンバータの光利用効率の関係を計算した。それぞれの薄膜型コアは前記と同様に、幅×厚さ×Δｎの値が０．０２μｍ2以上、０．０４５μｍ2以下となるように調整し、上記と同様に高屈折率コアから遠い薄膜型コアほど近い薄膜型コアよりコアの幅、厚さ、Δｎの少なくとも１つを小さくするように調整した。さらに、それぞれの薄膜型コアと高屈折率コア間の距離も光利用効率が最大となるように調整した。この時、高屈折率コアの上方向と下方向共に、少なくとも１枚の薄膜型コアを形成するようにした。
図２２はその計算結果であり、薄膜型コアが２枚の場合の光利用効率を１として規格化している。図２２に示すように、薄膜型コアの枚数は、６枚以上にしても光利用効率向上を見込めないため、薄膜型コアの枚数は最大でも６枚とするのがよい。
上記実施例では、高屈折率コア１５を薄膜型コア１６で必ず挟むスポットサイズコンバータであったが、高屈折率コアの上方向と下方向のどちらか一方だけに、薄膜型コアを形成してもよい。この場合も上記と同様に、高屈折率コアから離れる薄膜型コアほど近い薄膜型コアよりコアの幅、厚さ、Δｎの少なくとも１つを小さくするように調整するとよい。図２５は、高屈折率コアの上方向のみに２枚の薄膜型コアを形成した例であり、外側の薄膜型コア２９のコアの幅ｗ６、厚さｔ６、Δｎのいずれか少なくとも１つを、薄膜型コア１６より小さくなるようにし、最大光利用効率が得られるように、薄膜型コア１６と高屈折率コア１５間の距離ｄ１と薄膜型コア１６と高屈折率コア１５間の距離ｄ３を調整した。
［実施例３］
ここでは、上記実施例の光源４に関する更なる実施例について説明する。
まず、光源４がサブマウント１１に搭載された半導体レーザ１０を使用した場合について説明する。図２６に示すように、半導体レーザ１０の一つの端面は角度θ1が４０〜４５度になるように加工することで、光を磁気ヘッド底面方向に折り返し、サブマウント１１には光透過用の穴１２を開けることで、スポットサイズコンバータ１３に光を入射できるようにした。このとき、サブマウント１１の下に反射防止膜３１を形成することで、磁気ヘッド上面で反射する光を低減できるため、半導体レーザ１０への戻り光を低減できる。反射防止膜３１の材料には、クラッド材２５もしくは薄膜型コア１６より屈折率の小さいＡｌ2Ｏ3，ＳｉＯxＮy，ＳｉＯ2，ＭｇＦ2などの誘電体を用いるとよく、本実施例では反射防止膜３１の材料にＭｇＦ2を用いた。なぜなら、反射防止膜として機能させるためには、反射防止膜の材料の屈折率が、入射光面側よりも高く、出射光面側より低い必要があるためである。結果として、半導体レーザ１０への戻り光を低減でき、半導体レーザ１０をより安定的に駆動させることが可能となった。
なお、光透過用の穴１２は、前記実施例と同様に、ＵＶ硬化樹脂や熱硬化性接着剤などで満たされていてもよい。入射光９はスポットサイズコンバータに到達するまでにそのスポットサイズが広がってしまうが、ＵＶ硬化樹脂や熱硬化性接着剤などは空気より屈折率が高いため、このスポットサイズの広がりを抑えることができる。よって、入射光９をスポットサイズコンバータの光結合部１４と高効率に結合することができる。また、ＵＶ硬化樹脂や熱硬化性接着剤などは、サブマウント１０と磁気ヘッドを接着するための接着剤として機能させることも可能となる。このとき、反射防止膜３１の材料は、ＵＶ硬化樹脂や熱硬化性接着剤等より屈折率が高く且つクラッド材２５もしくは薄膜型コア１６より屈折率が小さい誘電体を用いるのが好ましい。
上記実施例では、反射防止膜３１をサブマウント１０の下に形成するようにしたが、図２７示すように、磁気ヘッド上面に小型の集光レンズ３２を形成し、その表面に反射防止膜３１を形成してもよい。本実施例では、集光レンズ３２を光結合部１４の直上に形成し、光透過用の穴１２に集光レンズ３２が入るようにサブマウント１１を設置した。入射光９は、スポットサイズコンバータ１３に入射される前に、集光レンズ３２によってスポットサイズが縮小されるため、入射光９はスポットサイズコンバータの光結合部１４と高効率に結合することができる。なお、小型の集光レンズは開口数が小さいため、スポットサイズを大幅に縮小することは不可能だが、集光レンズが無い場合よりスポットサイズを小さくすることが可能である。結果として、スポットサイズコンバータの光利用効率を向上させることができる。また、集光レンズ３２の表面には、反射防止膜３１が形成されているため、半導体レーザ１０への戻り光を低減でき、半導体レーザ１０を安定的に駆動させることが可能となる。このときの反射防止膜３１の材料には、集光レンズ３２の材料より屈折率の小さいＡｌ2Ｏ3，ＳｉＯxＮy，ＳｉＯ2などの誘電体を用いるとよく、本実施例では反射防止膜３１の材料にＳｉＯxＮyを用いた。なぜなら、反射防止膜として機能させるためには、反射防止膜の材料の屈折率が、入射光面側よりも高く、出射光面側より低い必要があるためである。
なお、光透過用の穴１２は、反射防止膜３１と集光レンズ３２以外の部分が、ＵＶ硬化樹脂や熱硬化性接着剤などで満たされていてもよい。なぜなら、入射光９のスポットサイズの広がりを抑えるだけでなく、サブマウント１１と磁気ヘッドを接着するための接着剤として機能させることも可能となるからである。このとき、反射防止膜３１の材料は、ＵＶ硬化樹脂や熱硬化性接着剤等より屈折率が高く且つ集光レンズ３２より屈折率が小さい誘電体を用いるのが好ましい。
上記実施例では、光源４をサスペンション６と磁気ヘッドの間に設置したが、図２８示すように、サスペンション６の上に設置してもよい。サスペンション６は磁気ヘッドより表面積が大きいため、光源４をサスペンション上に設置した場合、光源４から発生した熱をサスペンション６を通して効率よく放熱することが可能となる。このとき、サスペンション６にも光透過用の穴１２を開ける必要がある。本実施例では、上記実施例と同様に、入射光９とスポットサイズコンバータの光結合部１４との光結合効率を上げるために小型の集光レンズ３２を光結合部１４の直上に形成し、その表面には、半導体レーザ１０への戻り光を低減するために反射防止膜３１を形成した。
なお、上記実施例と同様に光透過用の穴１２は、入射光９のスポットサイズの広がりを抑えるために反射防止膜３１と集光レンズ３２以外の部分が、ＵＶ硬化樹脂や熱硬化性接着剤などで満たされていてもよい。
上記実施例では、半導体レーザ１０の一つの端面を加工することで、光を磁気ヘッド底面方向に折り返していたが、図２９示すように、サブマウント１１内にミラー３３を形成することで、光を折り返してもよい。このような光源４とすることで、半導体レーザの端面を加工する必要がないため、より安価な半導体レーザを使用可能となる。このとき、半導体レーザ１０の光が出射される面は、光の広がりを抑えるため円弧状に加工するとよい。ミラー３３の材料には、光の吸収の少ない誘電体がよく、ミラー３３の形状は、一つの端面が、角度θ3が４０〜４５度になるように加工するとよい。
本実施例でも、上記実施例と同様に、入射光９とスポットサイズコンバータの光結合部１４との光結合効率を上げるために小型の集光レンズ３２を光結合部１４の直上に形成し、その表面には、半導体レーザ１０への戻り光を低減するために反射防止膜３１を形成した。
なお、上記実施例と同様に光透過用の穴１２は、入射光９のスポットサイズの広がりを抑えるために反射防止膜３１と集光レンズ３２以外の部分が、ＵＶ硬化樹脂や熱硬化性接着剤などで満たされていてもよい。
次に、光源４が、半導体レーザ１０と導波路３０から成る場合について説明する。図３０に示すように、導波路３０の１つの端面は角度θ2が４０〜４５度になるように加工することで、光を磁気ヘッド底面方向に折り返しスポットサイズコンバータ１３に光を入射できるようにした。このような光源４とすることで、半導体レーザの端面を加工する必要がないため、より汎用性に優れた比較的安価な半導体レーザを使用可能となる。このとき、磁気ヘッド上面に反射防止膜３１を形成することで、磁気ヘッド上面で反射する光を低減できるため、半導体レーザ１０への戻り光を低減できる。反射防止膜３１と導波路３０はＵＶ硬化樹脂や熱硬化性接着剤などの接着剤３４で接着した。反射防止膜３１の材料には、接着剤３４の屈折率より高く、クラッド材２５もしくは薄膜型コア１６より屈折率の小さいＡｌ2Ｏ3，ＳｉＯxＮy，ＳｉＯ2などの誘電体を用いるとよく、本実施例では反射防止膜３１の材料にＳｉＯxＮyを用いた。なぜなら、反射防止膜として機能させるためには、反射防止膜の材料の屈折率が、入射光面側よりも高く、出射光面側より低い必要があるためである。結果として、半導体レーザ１０への戻り光を低減でき、半導体レーザ１０を安定的に駆動させることが可能となった。
上記実施例では、反射防止膜３１を磁気ヘッドの上に形成するようにしたが、図３１に示すように、磁気ヘッド上面に小型の集光レンズ３２を形成し、その表面に反射防止膜３１を形成してもよい。本実施例では、集光レンズ３２を光結合部１４の直上に形成し、導波路３０から出射される光（入射光９）が集光レンズを通るように導波路３０をアライメントし、接着剤３４によって導波路３０を固定した。入射光９は、スポットサイズコンバータ１３に入射される前に、集光レンズ３２によってスポットサイズが縮小されるため、スポットサイズコンバータの光結合部１４と高効率に結合することができる。なお、小型の集光レンズは開口数が小さいため、スポットサイズを大幅に縮小することは不可能だが、集光レンズが無い場合よりスポットサイズを小さくすることが可能である。結果として、スポットサイズコンバータの光利用効率を向上させることができる。また、集光レンズ３２の表面には、反射防止膜３１が形成されているため、半導体レーザ１０への戻り光を低減でき、半導体レーザ１０を安定的に駆動させることが可能となる。このときの反射防止膜３１の材料には、接着剤３４の屈折率より高く、集光レンズ３２の材料より屈折率の小さいＡｌ2Ｏ3，ＳｉＯxＮy，ＳｉＯ2などの誘電体を用いるとよく、本実施例では反射防止膜３１の材料にＳｉＯxＮyを用いた。なぜなら、反射防止膜として機能させるためには、反射防止膜の材料の屈折率が、入射光面側よりも高く、出射光面側より低い必要があるためである。
上記実施例では、小型の集光レンズ３２を光結合部１４の直上に形成した場合に光源４をサスペンション６と磁気ヘッドの間に設置したが、図３２示すように、サスペンション６の上に設置してもよい。本実施例の構成とすることで、図３１に示すように導波路３０と磁気ヘッドの接着時に接着剤３４を厚くする必要がないため、接着剤硬化時の光軸ずれを比較的考慮することなく光源のアライメントを実施できる利点を持つ。このとき、サスペンション６に光透過用の穴を開ける必要がある。本実施例では、半導体レーザ１０への戻り光を低減するために、上記実施例と同様に、集光レンズ３２の表面に反射防止膜３１を形成した。
なお、光透過用の穴１２は、入射光９のスポットサイズの広がりを抑えるために反射防止膜３１と集光レンズ３２以外の部分が、ＵＶ硬化樹脂や熱硬化性接着剤などで満たされていてもよい。このときの反射防止膜３１の材料には、接着剤３４の屈折率より高く、集光レンズ３２の材料より屈折率の小さいＡｌ2Ｏ3，ＳｉＯxＮy，ＳｉＯ2などの誘電体を用いるとよく、本実施例では反射防止膜３１の材料にＳｉＯxＮyを用いた。なぜなら、反射防止膜として機能させるためには、反射防止膜の材料の屈折率が、入射光面側よりも高く、出射光面側より低い必要があるためである。
上記実施例では、導波路３０の一つの端面を加工することで、光を磁気ヘッド底面方向に折り返していたが、図３３示すように、導波路３０を光透過用の穴を有するサブマウント１１上に搭載し、サブマウント１１内にミラー３３を形成することで、光を折り返してもよい。このような構成とすることで、サブマウントを持って導波路３０のハンドリングが可能となるため、光軸アライメントが容易になるという利点を持つ。このとき、導波路３０の光が出射される面は、光の広がりを抑えるため円弧状に加工するとよい。ミラー３３の材料には、光の吸収の少ない誘電体がよく、ミラー３３の形状は、一つの端面が、角度θ3が４０〜４５度になるように加工するとよい。
上記実施例では、半導体レーザ１０は、サスペンション６の根元に設置したが、ボイスコイルモータ７の脇や信号処理用ＬＳＩの脇に設置してもよい。このような構成とすることで、半導体レーザ１０の設置スペースに余裕ができるため、半導体レーザにペルチェ素子などの強制冷却機構を導入でき、半導体レーザのより安定的な駆動と長寿命化が可能となる。本実施例では、図３４に示すように、ボイスコイルモータ７の近く、例えばボイスコイルモータ７の脇に半導体レーザ１０を設置し、導波路３０はサスペンション６上を這わせて磁気ヘッド上面まで導いた。
［実施例４］
ここでは、高屈折率コア１５と主磁極２０及び補助磁極２１の配置に関する更なる実施例について説明する。
上記実施例では、図１に示すように、主磁極２０の脇に高屈折率コア１５を形成することで、主磁極２０から発生した磁界を高屈折率コア１５終端部に導いているが、高屈折率コア１５を主磁極２０と補助磁極２１の間を通るように形成しても、磁界を高屈折率コア１５終端部に導くことができる。図３５は本実施例の磁気ヘッド底面１７近傍の拡大断面図である。この図に示すように、高屈折率コア１５を主磁極２０に近づけて形成するとよい。なぜなら、主磁極２０から発生する磁界の磁気勾配の急峻な部分を熱アシスト磁気記録に用いることができるため、より小さな磁気記録マークを磁気記録媒体３上に形成できるからである。本実施例では、高屈折率コア１５と主磁極２０の距離は２００ｎｍ以下とした。なお、主磁極２０による光の吸収を抑えるために、主磁極２０と高屈折率コア１５の間のクラッド材は、上記クラッド材２５より屈折率の低い材料とするのが好ましい。このようにすると、光が高屈折率コア１５内により強く閉じ込められるようになる。これと同様の理由から、図１の場合においても、主磁極２０と高屈折率コア１５の間のクラッド材は、上記クラッド材２５より屈折率の低い材料とするのが好ましい。本実施例では、クラッド材２５がＡｌ2Ｏ3の場合において、主磁極２０と高屈折率コア１５の間のクラッド材はＳｉＯ2とした。
図３６は、図３５のＦ−Ｆ断面図であり、高屈折率コア１５を主磁極２０と補助磁極２１の間を通すための磁極構造を表している。本実施例では、図３６（ａ）に示すように、磁極の一部に穴を設け、その中を高屈折率コア１５が通るようにした。高屈折率コア１５の周りには、クラッド材を形成した。なお、磁極による光の吸収を抑えるために、磁極と高屈折率コア１５の間のクラッド材は、上記クラッド材２５より屈折率の低い材料とするのが好ましい。
さらに本実施例では、図３６（ｂ）に示すように、磁極を円弧状にすることで、高屈折率コア１５が主磁極２０と補助磁極２１の間を通るようにもした。このようにすることで、補助磁極２１から主磁極２０間の磁気の流れを乱すことなく、高屈折率コア１５を主磁極２０近傍に形成することができる。このときも、磁極と高屈折率コア１５の間のクラッド材は、上記クラッド材２５より屈折率の低い材料とするのが好ましい。
前記実施例では、図１に示すように、磁気再生素子２２を主磁極２０及び補助磁極２１より磁気ヘッド母材２４（ＡｌＴｉＣ等）から離れた位置に形成したが、図３７に示すように、磁気再生素子２２を磁気ヘッド母材２４に近い位置に形成した後、補助磁極２１及び主磁極２０を形成しても前記実施例と同様の効果を得ることができる。本実施例では、主磁極２０の脇に高屈折率コア１５を形成した。なお、上記実施例と同様に、補助磁極２１と主磁極２０の間に高屈折率コア１５を形成してもよい。
１ 筺体
２ スピンドル
３ 磁気記録媒体
４ 光源
５ 磁気ヘッド
６ サスペンション
７ ボイスコイルモータ
８ 信号処理用ＬＳＩ
９ 入射光
１０ 半導体レーザ
１１ サブマウント
１２ 光透過用の穴
１３ スポットサイズコンバータ
１４ 光結合部
１５ 高屈折率コア
１６ 薄膜型コア
１７ 磁気ヘッド底面
１８ 近接場光発生素子
１９ 薄膜コイル
２０ 主磁極
２１ 補助磁極
２２ 磁気再生素子
２３ シールド
２４ 磁気ヘッド母材
２５ クラッド材
２６ 断面形状が平坦でない薄膜型コア
２７ 薄膜型コアを伝播する光スポット
２８ 高屈折率コアを伝播する光スポット
２９ 外側の薄膜型コア
３０ 導波路
３１ 反射防止膜
３２ 集光レンズ
３３ ミラー
３４ 接着剤

Claims (13)

  1. 記録磁界を発生する主磁極と、
    補助磁極と、
    磁気再生素子と、
    前記磁気再生素子の周辺に形成されたシールドと、
    光源からの光を浮上面側の前記主磁極に隣接した位置から微小な光スポットとして出射させる光照射部とを有する熱アシスト記録用磁気ヘッドにおいて、
    前記光照射部は、前記光源からの光を磁気ヘッド内に導波させる光結合部と、前記光結合部を導波する光と結合する高屈折率コアとを有し、
    前記光結合部は、クラッド材より屈折率が高く前記クラッド材により互いに分離された複数の薄膜型コアを備え、
    前記薄膜型コアは前記高屈折率コアから離れるほど、伝播する光の染み出しが大きいようにコアの幅、厚みもしくは屈折率が設計されていることを特徴とする熱アシスト記録用磁気ヘッド。
  2. 請求項１記載の熱アシスト記録用磁気ヘッドにおいて、
    前記薄膜型コアは、当該薄膜型コアに沿って伝播する光が当該薄膜型コアから大きく染み出すモードを可能とする幅又は厚みを有し、磁気ヘッドの上面から前記浮上面に向かって前記浮上面に達しない位置まで伸びていることを特徴とする熱アシスト記録用磁気ヘッド。
  3. 請求項１記載の熱アシスト記録用磁気ヘッドにおいて、
    前記高屈折率コアの屈折率は前記薄膜型コアの屈折率より高く、前記高屈折率コアは幅と厚みが０．０５μｍ以上、０．５μｍ以下であることを特徴とする熱アシスト記録用磁気ヘッド。
  4. 請求項１記載の熱アシスト記録用磁気ヘッドにおいて、
    前記高屈折率コアは、前記光源側の一部の領域が前記光結合部の２つの薄膜型コアに挟まれて形成されていることを特徴とする熱アシスト記録用磁気ヘッド。
  5. 請求項１記載の熱アシスト記録用磁気ヘッドにおいて、
    前記高屈折率コアは、前記浮上面から離れるに従って幅が小さくなることを特徴とする熱アシスト記録用磁気ヘッド。
  6. 請求項１記載の熱アシスト記録用磁気ヘッドにおいて、
    前記光結合部の各薄膜型コアと前記高屈折率コアとの間隔は、前記高屈折率コアの前記浮上面から最も離れた位置において、各薄膜型コアを導波する光スポットサイズの半値幅の半分の値の２０％減以上、２０％増以下であることを特徴とする熱アシスト記録用磁気ヘッド。
  7. 請求項１記載の熱アシスト記録用磁気ヘッドにおいて、
    前記光源は前記浮上面と反対側の面に設置され、前記光源はシングルモードで発振することを特徴とする熱アシスト記録用磁気ヘッド。
  8. 請求項１記載の熱アシスト記録用磁気ヘッドにおいて、
    前記浮上面側に近接場光発生素子を有し、前記高屈折率コアを導波した光が前記近接場光発生素子に照射されることを特徴とする熱アシスト記録用磁気ヘッド。
  9. 請求項８記載の熱アシスト記録用磁気ヘッドにおいて、
    前記近接場光発生素子は、浮上面から見た形状が三角形の金属膜あるいはＣ字型又はＶ字型の開口を有する金属膜により構成されることを特徴とする熱アシスト記録用磁気ヘッド。
  10. 磁気記録媒体と、前記磁気記録媒体を駆動する媒体駆動部と、記録素子と再生素子を有する磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドを前記磁気記録媒体上に位置決めする磁気ヘッド駆動部とを有する磁気記録装置において、
    前記磁気ヘッドは、記録磁界を発生する主磁極と、補助磁極と、磁気再生素子と、前記磁気再生素子の周辺に形成されたシールドと、光源からの光を浮上面側の前記主磁極に隣接した位置から微小な光スポットとして出射させる光照射部とを有し、
    前記光照射部は、前記光源からの光を磁気ヘッド内に導波させる光結合部と、前記光結合部を導波する光と結合する高屈折率コアとを有し、
    前記光結合部は、クラッド材より屈折率が高く前記クラッド材により互いに分離された複数の薄膜型コアを備え、
    前記薄膜型コアは前記高屈折率コアから離れるほど、伝播する光の染み出しが大きいようにコアの幅、厚みもしくは屈折率が設計されていることを特徴とする磁気記録装置。
  11. 請求項１０記載の磁気記録装置において、
    前記薄膜型コアは、当該薄膜型コアに沿って伝播する光が当該薄膜型コアから大きく染み出すモードを可能とする幅又は厚みを有し、磁気ヘッドの上面から前記浮上面に向かって前記浮上面に達しない位置まで伸びていることを特徴とする磁気記録装置。
  12. 請求項１０記載の磁気記録装置において、
    前記高屈折率コアの屈折率は前記薄膜型コアの屈折率より高く、前記高屈折率コアは幅と厚みが０．０５μｍ以上、０．５μｍ以下であることを特徴とする磁気記録装置。
  13. 請求項１０記載の磁気記録装置において、
    前記磁気ヘッドはサスペンションの先端部分に固定され、前記光源は半導体レーザと導波路とを有し、前記半導体レーザは前記サスペンション上又は前記磁気ヘッド駆動部の近くに設置され、前記半導体レーザは前記導波路の一端と結合し、前記導波路の他端は前記磁気ヘッド上部に配置され、前記半導体レーザはシングルモードで発振し、前記導波路はシングルモードで光を導波することを特徴とする磁気記録装置。
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