JPWO2009119250A1

JPWO2009119250A1 - Condensing element and heat-assisted magnetic recording optical head

Info

Publication number: JPWO2009119250A1
Application number: JP2010505475A
Authority: JP
Inventors: 實小原; 聡面谷
Original assignee: Keio University
Current assignee: Keio University
Priority date: 2008-03-25
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2011-07-21
Also published as: WO2009119250A1

Abstract

単一な波長で且つ一方向に偏光された光を透過し、スポット光を形成する集光素子（１）において、光を透過する光導波路（１）と、光導波路（１）を透過した光が出射する側に配置され、金属と光透過体からなるヘッド部（３）とを備え、ヘッド部（３）は、光導波路（１）側から反対側まで貫通し、一方向の寸法が光の波長よりも小さい金属微小開口（４）と、金属微小開口（４）に対して一方向の両側に設けられた付属微小開口（５）と、を有することを特徴とする。In the condensing element (1) that transmits light having a single wavelength and polarized in one direction and forms spot light, the optical waveguide (1) that transmits light and the light that passes through the optical waveguide (1) Is disposed on the side from which light is emitted and includes a head portion (3) made of a metal and a light transmitting body. It has a metal micro-opening (4) smaller than the wavelength of, and an accessory micro-opening (5) provided on both sides in one direction with respect to the metal micro-opening (4).

Description

本発明は、微小開口を透過することで発生する近接場光を利用した集光素子及び熱アシスト磁気記録光ヘッドに関する。 The present invention relates to a condensing element and a thermally assisted magnetic recording optical head using near-field light generated by passing through a minute aperture.

近年、ハードディスクドライブ（以下ＨＤＤとする）、近接場光顕微鏡（ＮＳＯＭ）、レジスト露光又はレーザ加工等の分野では、微小な光スポットの形成が求められている。 In recent years, in the fields of hard disk drives (hereinafter referred to as HDDs), near-field light microscopes (NSOM), resist exposure, laser processing, and the like, formation of minute light spots is required.

熱アシスト磁気記録の光ヘッドの従来技術として、金属の微小開口から微小スポットの近接場光を得る手法が提案されている。しかし円や長方形といった単純な形状の金属微小開口から得られる近接場光微小スポットはその開口の大きさ程度かそれ以上の大きさであり、非常に小さい近接場光スポットを得ようとすると金属微小開口が小さくなりすぎるため光透過率が減少し、実用上においては光量不足となるという問題があった。 As a conventional technique of an optical head for heat-assisted magnetic recording, a technique for obtaining near-field light of a minute spot from a minute opening of a metal has been proposed. However, near-field light microspots obtained from simple metal micro-apertures such as circles and rectangles are about the size of the aperture or larger, and it is difficult to obtain very small near-field light spots. Since the opening becomes too small, the light transmittance is reduced, and there is a problem that the light amount is insufficient in practical use.

この問題を解決するために、金属微小開口の形状を、単一の突起を持つC型や、２つの突起を微小な間隔で向かい合わせたI型やBow Tie型と呼ばれるような複雑な形状にした先端部をもつ光ヘッドが提案されている（特許文献１参照）。 In order to solve this problem, the shape of the metal micro-aperture is changed to a complicated shape called C-type with a single protrusion, or I-type or Bow Tie-type with two protrusions facing each other at a minute interval. There has been proposed an optical head having such a tip (see Patent Document 1).

開口の形状をこれらのように突起による微小ギャップを持つ構造とすることで、その開口が比較的大きくてもその突起部分のみで表面プラズモンによる光増強が起こるために、突起間の微小ギャップ部分のみで微小な近接場光スポットが得られる。この微小ギャップが狭いほど、強度が高く微小な近接場光スポットとなる。 By adopting a structure with a small gap due to the projections as described above, even if the opening is relatively large, light enhancement due to surface plasmon occurs only in the projection part, so only the minute gap part between the projections A small near-field light spot can be obtained. The narrower the gap, the higher the intensity of the near-field light spot.

また、金属膜における矩形状の開口とその開口を中心とする円形のスリット有する光アシスト磁気ヘッドが提案されている（特許文献２参照）。開口とスリット内側の壁面までの距離は、表面プラズモンの共鳴波長程度とされている。その金属膜の両面で表面プラズモンが励起され、その表面プラズモンがスリットの内側の壁面で反射され、開口に向けて収束することが必要とされている。 An optically assisted magnetic head having a rectangular opening in a metal film and a circular slit centered on the opening has been proposed (see Patent Document 2). The distance between the opening and the wall surface inside the slit is about the resonance wavelength of the surface plasmon. It is necessary that surface plasmons are excited on both surfaces of the metal film, the surface plasmons are reflected on the inner wall surface of the slit, and converge toward the opening.

特開２００４−１０９９６５号公報JP 2004-109965 A 特開２００６−３５１０９１JP 2006-351091

しかし、このような微小なギャップを持つ開口を形成するには精度の高い加工方法が必要であり、電子ビームリソグラフィや集光イオンビームといった量産に向かない加工プロセスを使うこととなる。さらに、このプロセスの問題点は、これらの複雑な形状の開口を作成する手段が光素子の出射面に対する電子ビームリソグラフィや集光イオンビームによる掘り込みなどであることである。 However, in order to form an opening having such a small gap, a highly accurate processing method is required, and a processing process that is not suitable for mass production, such as electron beam lithography or focused ion beam, is used. Furthermore, the problem with this process is that the means for creating these complex apertures is digging into the exit surface of the optical element with electron beam lithography or a focused ion beam.

つまり、ウェハから薄膜ヘッドを切り出した後に、その切り出し面に微小開口を掘り込むこととなる。薄膜磁気ヘッドを作成する際に行われる露光によるリソグラフィとは別の方向からのリソグラフィが必要ということである。これらの製造方法は量産に向かない。 That is, after the thin film head is cut out from the wafer, a minute opening is dug into the cut surface. Lithography from a different direction from lithography by exposure performed when forming a thin film magnetic head is necessary. These manufacturing methods are not suitable for mass production.

本発明は、上記課題を解決するためのものであって、容易に作成できる構造で、高い光透過率と微小なスポット光の達成を両立させる集光素子を提供することを目的とする。また、薄膜磁気ヘッドの成膜プロセスとリソグラフィプロセスとの整合性が高いプロセスでも作製でき(もちろん集光イオンビームを用いても作製できる)、全体として薄型である金属微小開口による熱アシスト磁気記録光ヘッドを提供する。 An object of the present invention is to provide a condensing element that solves the above-described problems and has a structure that can be easily formed, and that achieves both high light transmittance and achievement of minute spot light. It can also be manufactured by a process with high consistency between the film formation process of a thin film magnetic head and the lithography process (of course, it can also be manufactured using a focused ion beam). Provide the head.

そのために本発明は、単一な波長で且つ一方向に偏光された光を透過し、スポット光を形成する集光素子において、前記光を透過する光導波路と、前記光導波路を透過した光が出射する側に配置され、金属と光透過体からなるヘッド部とを備え、前記ヘッド部は、前記光導波路側から反対側まで貫通し、前記一方向の寸法が前記光の波長よりも小さいスリットと、前記スリットに対して前記一方向の両側に設けられた開口と、を有することを特徴とする。 Therefore, the present invention provides a light collecting element that transmits light polarized in one direction at a single wavelength and forms spot light. An optical waveguide that transmits the light, and light that has transmitted through the optical waveguide. A slit disposed on the emission side, comprising a metal and a head portion made of a light transmitting body, the head portion penetrating from the optical waveguide side to the opposite side, and the dimension in the one direction is smaller than the wavelength of the light And openings provided on both sides in the one direction with respect to the slit.

また、前記開口は、底を有する穴であることを特徴とする。 The opening is a hole having a bottom.

また、前記金属微小開口と前記付属微小開口の間の距離は、前記光の波長の１／４よりも小さいことを特徴とする。 Further, the distance between the metal micro aperture and the accessory micro aperture is smaller than ¼ of the wavelength of the light.

また、前記スリットは、前記一方向に対して垂直な方向において、出射面に向かって傾斜したテーパ部を有することを特徴とする。 Further, the slit has a tapered portion inclined toward the emission surface in a direction perpendicular to the one direction.

また、前記金属微小開口は、矩形であることを特徴とする。 Further, the metal minute opening is rectangular.

また、前記付属微小開口は、矩形であることを特徴とする。 The attached minute opening is rectangular.

また、前記付属微小開口は、前記金属微小開口に対して対称に配置されることを特徴とする。 Further, the attached minute opening is arranged symmetrically with respect to the metal minute opening.

また、前記光導波路は、前記金属微小開口側に、高さが前記光導波路より低く、前記金属微小開口より高い段部を有することを特徴とする。 In addition, the optical waveguide has a step portion on the metal micro-opening side that is lower than the optical waveguide and higher than the metal micro-opening.

また、以下の式（１）を満足することを特徴とする。
４００ｎｍ≦λ≦１．５５μｍ（１）
ただし、λは前記光の波長である。Further, the following expression (1) is satisfied.
400 nm ≦ λ ≦ 1.55 μm (1)
Where λ is the wavelength of the light.

また、以下の式（２）を満足することを特徴とする。
１≦ｎ≦３．５（２）
ただし、ｎは前記金属微小開口及び前記付属微小開口を構成する材料の屈折率である。Further, the following expression (2) is satisfied.
1 ≦ n ≦ 3.5 (2)
However, n is the refractive index of the material which comprises the said metal minute opening and the said attached minute opening.

また、以下の式（３）を満足することを特徴とする。
０．０５λ≦Ｈｘ≦０．１７７λ （３）
ただし、Ｈｘは、前記付属微小開口の幅、
λは前記光の波長Further, the following expression (3) is satisfied.
0.05λ ≦ Hx ≦ 0.177λ (3)
Where Hx is the width of the attached minute aperture,
λ is the wavelength of the light

さらに、本発明の熱アシスト磁気記録光ヘッドは、記録媒体に記録する記録ヘッドと、前記記録ヘッドよりも記録媒体回転方向の上流側に配置されている集光素子と、を備えたことを特徴とする。 Furthermore, the heat-assisted magnetic recording optical head of the present invention is provided with a recording head for recording on a recording medium, and a condensing element arranged on the upstream side of the recording head in the rotation direction of the recording medium. And

それによって、本発明は、容易に作成できる構造で、高い光透過率と微小な光スポットを両立させる集光素子を提供することが可能となる。 As a result, the present invention can provide a condensing element that has both a high light transmittance and a small light spot with a structure that can be easily produced.

本実施形態の集光素子の斜視図である。It is a perspective view of the condensing element of this embodiment. スリットから近接場光が漏れ出し、微小光スポットを形成した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which the near field light leaked from the slit and formed the micro light spot. 本実施形態の集光素子の寸法を表す図である。It is a figure showing the dimension of the condensing element of this embodiment. 実施例の集光素子１と観測部材１０との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the condensing element 1 and the observation member 10 of an Example. スリット幅が４００ｎｍの場合のホール幅Ｈｘに対するＦＷＨＭ及びピーク強度の関係を示す実施例１−１のグラフである。It is a graph of Example 1-1 which shows the relationship of FWHM and peak intensity with respect to hole width Hx in case a slit width is 400 nm. スリット幅が３４０ｎｍの場合のホール幅Ｈｘに対するＦＷＨＭ及びピーク強度の関係を示す実施例１−２のグラフである。It is a graph of Example 1-2 which shows the relationship of FWHM and peak intensity with respect to hole width Hx in case a slit width is 340 nm. ホール深さに対するＦＷＨＭ及びピーク強度の関係を示す実施例２のグラフである。It is a graph of Example 2 which shows the relationship of FWHM and peak intensity with respect to hole depth. スリット幅が４００ｎｍの場合のスリットからホールまでの距離に対するＦＷＨＭ及びピーク強度の関係を示す実施例３−１のグラフである。It is a graph of Example 3-1 which shows the relationship of FWHM and peak intensity with respect to the distance from a slit in case a slit width is 400 nm. スリット幅が３４０ｎｍの場合のスリットからホールまでの距離に対するＦＷＨＭ及びピーク強度の関係を示す実施例３−２のグラフである。It is a graph of Example 3-2 which shows the relationship of FWHM and peak intensity with respect to the distance from a slit when a slit width is 340 nm. 実施例４の集光素子の寸法を表す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating dimensions of a light collecting element in Example 4. 実施例４−１の場合のホール幅Ｈｘに対するＦＷＨＭ及びピーク強度の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship of FWHM and peak intensity with respect to hole width Hx in the case of Example 4-1. ホール内部材料の屈折率を変化させた際のホール幅Ｈｘに対するｘ−ＦＷＨＭの関係を示す実施例４−２のグラフである。It is a graph of Example 4-2 which shows the relationship of x-FWHM with respect to the hole width Hx at the time of changing the refractive index of hole internal material. ホール内部材料の屈折率を変化させた際のホール幅Ｈｘに対するｚ−ＦＷＨＭの関係を示す実施例４−２のグラフである。It is a graph of Example 4-2 which shows the relationship of z-FWHM with respect to the hole width Hx at the time of changing the refractive index of hole internal material. ホール内部材料の屈折率を変化させた際のホール幅Ｈｘに対するピーク強度の関係を示す実施例４−２のグラフである。It is a graph of Example 4-2 which shows the relationship of the peak intensity with respect to the hole width Hx at the time of changing the refractive index of hole internal material. 幅ｃに対するＦＷＨＭ、及び導波路幅ｃ＝８０ｎｍ(０．０９４１）を基準としたピーク強度の関係を示す実施例５のグラフである。It is a graph of Example 5 which shows the relationship of the peak intensity on the basis of FWHM with respect to the width | variety c, and waveguide width c = 80nm (0.0941). スリットの形状を変更した実施例６の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of Example 6 which changed the shape of the slit. 図１６に示した実施例６におけるスリット幅に対するＦＷＨＭ及びピーク強度の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship of FWHM and peak intensity with respect to the slit width in Example 6 shown in FIG. 集光素子を熱アシスト磁気記録装置に用いた状態を示す図である。It is a figure which shows the state which used the condensing element for the heat-assisted magnetic recording apparatus.

BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態の集光素子の斜視図である。図１において、１は集光素子、２は光導波路、３はヘッド部、４は金属微小開口としてのスリット、５は付属微小開口としてのホール、Ｌは光、Ｌｚは偏光である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of the light collecting element of the present embodiment. In FIG. 1, 1 is a condensing element, 2 is an optical waveguide, 3 is a head part, 4 is a slit as a metal minute aperture, 5 is a hole as an attached minute aperture, L is light, and Lz is polarized light.

集光素子１は、光導波路２及びヘッド部３を有し、図示しない半導体レーザ等の光源から射出する可視光から近赤外線の間の波長をもつレーザ光Ｌを入射させ光導波路２及びヘッド部３を介して近接場光を発生させるものである。なお、レーザ光Ｌとしては単色性の高いコヒーレント光が望ましく、化合物半導体から成る各種半導体レーザ、ＹＡＧレーザ、Ｈｅ−Ｎｅレーザ、Ａｒレーザ等を用いることができる。なお、光の波長λは、以下の式（１）を満足することが好ましい。
４００ｎｍ≦λ≦１．５５μｍ（１）The condensing element 1 has an optical waveguide 2 and a head portion 3, and allows the laser light L having a wavelength between visible light and near infrared light emitted from a light source such as a semiconductor laser (not shown) to enter the optical waveguide 2 and the head portion. 3 is used to generate near-field light. The laser beam L is preferably coherent light with high monochromaticity, and various semiconductor lasers composed of compound semiconductors, YAG lasers, He—Ne lasers, Ar lasers, and the like can be used. The light wavelength λ preferably satisfies the following formula (1).
400 nm ≦ λ ≦ 1.55 μm (1)

スリット４は光源の前記一方向の偏光方向成分のみを透過するため、光源はほとんど透過しない前記一方向と垂直な偏光方向成分を含んでいてもよい。もしくは、光源と集光素子１との間には、光源からのレーザ光Ｌを図１に示す矢印で示した偏光Ｌｚ方向（ｚ方向）に偏光するための図示しない光学素子が設けられていてもよい。 Since the slit 4 transmits only the polarization direction component in the one direction of the light source, the light source may include a polarization direction component perpendicular to the one direction that hardly transmits the light source. Alternatively, an optical element (not shown) for polarizing the laser light L from the light source in the polarization Lz direction (z direction) indicated by the arrow shown in FIG. 1 is provided between the light source and the condensing element 1. Also good.

スリット４は入射される光を、金属と誘電体の境界を伝播する表面プラズモンポラリトンが２つの境界を波長以下に近づけることで結合するプラズモンモードとして伝播させる必要があるので、光の偏光方向と同一方向の寸法が原理的に波長以下である必要がある。 Since the slit 4 needs to propagate the incident light as a plasmon mode in which the surface plasmon polariton propagating on the boundary between the metal and the dielectric is brought close to the wavelength or less, it is the same as the polarization direction of the light. The dimension in the direction needs to be less than the wavelength in principle.

光導波路２は光Ｌを透過する透明基体である。透明基体に用いられる材料には、光Ｌの波長が可視光領域であれば、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｔａ₂Ｏ₅、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＡｌＯＮ、ＡｌＮ、ＺｎＳ、ＭｇＦ、ＴａＯ、ポリカーボネート、アクリル等を利用できる。更に、透明基体での反射を軽減するために光源波長に対応した単層又は多層の誘電体の反射防止膜を付加してもよい。The optical waveguide 2 is a transparent substrate that transmits the light L. The material used for the transparent substrate includes SiO ₂ , Al ₂ O ₃ , Ta ₂ O ₅ , SiN, SiON, SiAlON, AlN, ZnS, MgF, TaO, polycarbonate, if the wavelength of the light L is in the visible light region. Acrylic can be used. Further, in order to reduce reflection on the transparent substrate, a single-layer or multilayer dielectric antireflection film corresponding to the light source wavelength may be added.

光導波路２を透過した光Ｌの出射側にヘッド部３が配置されている。ヘッド部３は、複素誘電率の実部が負のプラズモン活性媒質からなり、導電率の高い金、銀、銅、アルミ等の金属により形成され、略中央にスリット４を有し、スリット４に対してｚ方向の両側にホール５を有する。なお、ホール５はスリット４に対して対称に配置されるのが好ましい。 The head portion 3 is disposed on the light emission side of the light L that has passed through the optical waveguide 2. The head portion 3 is made of a plasmon active medium having a negative complex dielectric constant and is made of a metal having high conductivity, such as gold, silver, copper, and aluminum. In contrast, holes 5 are provided on both sides in the z direction. The holes 5 are preferably arranged symmetrically with respect to the slits 4.

スリット４及びホール５は、透明材料や空気等の誘電体で満たされている。スリット４及びホール５を構成する材料の屈折率ｎは、以下の式（２）を満足することが好ましい。
１≦ｎ≦３．５（２）The slit 4 and the hole 5 are filled with a dielectric material such as a transparent material or air. The refractive index n of the material constituting the slit 4 and the hole 5 preferably satisfies the following formula (2).
1 ≦ n ≦ 3.5 (2)

更に、ヘッド部３の出射側の面には保護層としての誘電体膜を付加してもよい。 Furthermore, a dielectric film as a protective layer may be added to the surface on the emission side of the head portion 3.

このような構造の集光素子１に対して、光導波路２からレーザ光Ｌをヘッド部３に照射することで、図２に示すように、スリット４から近接場光が漏れ出し、微小光スポットＬｓが形成される。 By irradiating the head 3 with the laser light L from the optical waveguide 2 to the condensing element 1 having such a structure, the near-field light leaks from the slit 4 as shown in FIG. Ls is formed.

また、ホール５をスリット４に対してｚ方向の両側に設けることで、スリット４とホール５の間の部分が鋭端化され、電界強度が増強され、光スポットのピーク光強度が増加されると共に、ホール５に不要な光が流れ込むことで、スポット径を減少させることが可能となる。 Further, by providing the holes 5 on both sides in the z direction with respect to the slit 4, the portion between the slit 4 and the hole 5 is sharpened, the electric field strength is enhanced, and the peak light intensity of the light spot is increased. At the same time, unnecessary light flows into the hole 5 to reduce the spot diameter.

さらに、本発明にかかる実施形態では、スリット４からホール５までの距離ｔは、波長８５０ｎｍのレーザ光Ｌを利用したときには表面プラズモンの共鳴波長よりも十分小さい１５ｎｍ〜１００ｎｍ（０．０１７６λ〜０．１１８λ）に設定すると好ましい。 Further, in the embodiment according to the present invention, the distance t from the slit 4 to the hole 5 is 15 nm to 100 nm (0.0176λ to 0.0.1) which is sufficiently smaller than the resonance wavelength of the surface plasmon when the laser beam L having a wavelength of 850 nm is used. 118λ) is preferable.

表面プラズモンの共鳴波長よりも十分小さいので、その距離ｔの金属表面上を伝播し、反射する表面プラズモンポラリトン生成に起因する正電荷の最大の局在状態と負電荷の最小の局在状態が両方同時には存在し得ず反射による影響は極めて小さい。むしろ局在表面プラズモンによる光局在効果が優位に働き増強された微小光スポットを形成することを特徴としているため、原理的に特許文献２と全く異なる。 Because it is sufficiently smaller than the resonance wavelength of surface plasmon, both the maximum localized state of positive charge and the minimum localized state of negative charge due to the generation of surface plasmon polariton that propagates and reflects on the metal surface at the distance t are both It cannot exist at the same time, and the influence of reflection is very small. Rather, it is characterized in that the light localization effect by the localized surface plasmon works predominantly to form an enhanced minute light spot, and thus is completely different from Patent Document 2.

距離ｔの下限に関して、距離ｔが金属の表皮厚さ程度より小さくなっていくとスリット４を伝播する光の一部が、スリット４とホール５を隔てる厚さｔの金属から漏れてしまうので、スリット４を通して伝播される光が減少してしまう。そのため距離ｔは金属の表皮厚さに比べて極端に薄くないことが好ましい。一例として金の表皮厚さは可視光波長において概ね１５ｎｍ程度である。 Regarding the lower limit of the distance t, when the distance t becomes smaller than the skin thickness of the metal, a part of the light propagating through the slit 4 leaks from the metal having the thickness t separating the slit 4 and the hole 5. The light propagated through the slit 4 is reduced. Therefore, it is preferable that the distance t is not extremely thin compared to the thickness of the metal skin. As an example, the skin thickness of gold is approximately 15 nm at a visible light wavelength.

次に、実施例について説明する。図３は、集光素子１の寸法を表す図である。ヘッド部３は、偏光Ｌｚ方向に対して垂直な方向（ｘ方向）にＸ、ｚ方向にＺとする。光導波路２は、長さａとする。スリット４は、ｚ方向に細長い高さＳｚ、ｘ方向に幅Ｓｘを有し、ｙ方向の長さをＳｙとする。また、ホール５は、ｘ方向に幅Ｈｘ、ｙ方向に深さＨｙ、ｚ方向に高さＨｚ、とする。また、スリット４とホール５との間隔は、ｔとする。 Next, examples will be described. FIG. 3 is a diagram illustrating dimensions of the light collecting element 1. The head unit 3 is set to X in the direction (x direction) perpendicular to the polarization Lz direction and Z in the z direction. The optical waveguide 2 has a length a. The slit 4 has a slender height Sz in the z direction, a width Sx in the x direction, and a length in the y direction as Sy. The hole 5 has a width Hx in the x direction, a depth Hy in the y direction, and a height Hz in the z direction. The interval between the slit 4 and the hole 5 is t.

図４は、実施例の集光素子１と観測部材１０との関係を示す図である。観測部材１０は磁気記録における磁気記録層を含む記録媒体である。本実施例は、金基板１１の上方に磁気記録層としてのコバルト層１２を有する観測部材１０を用い、集光素子１と観測部材１０との間を距離ｄだけ離間させた状態で波長λ＝８５０ｎｍのレーザ光Ｌを照射し、観測部材１０でのスポット光の半値幅（ＦＷＨＭ）及びピーク強度を観測する。 FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between the light collecting element 1 and the observation member 10 according to the embodiment. The observation member 10 is a recording medium including a magnetic recording layer in magnetic recording. In this example, an observation member 10 having a cobalt layer 12 as a magnetic recording layer above a gold substrate 11 is used, and the wavelength λ = with a distance d between the condensing element 1 and the observation member 10. The laser beam L of 850 nm is irradiated, and the full width at half maximum (FWHM) and peak intensity of the spot light at the observation member 10 are observed.

図５乃至図９、図１１及び図１７は各実施例でのピーク光強度、ｘ方向の半値幅（ＦＷＨＭ）及びｚ方向の半値幅（ＦＷＨＭ）を示したものである。各グラフ中、◆はピーク光強度、■はｘ方向のＦＷＨＭ、▲はｚ方向のＦＷＨＭをそれぞれ示している。なお、光強度は電界の二乗に比例する値である。 5 to 9, FIG. 11 and FIG. 17 show the peak light intensity, the half width (FWHM) in the x direction, and the half width (FWHM) in the z direction in each example. In each graph, ♦ indicates peak light intensity, ■ indicates FWHM in the x direction, and ▲ indicates FWHM in the z direction. The light intensity is a value proportional to the square of the electric field.

まず、実施例１−１について説明する。図５は、スリット幅Ｓｘが４００ｎｍ（０．４７１λ）の場合のホール幅Ｈｘに対するＦＷＨＭ及びピーク強度の関係を示すグラフである。図５（ａ）は、ＦＷＨＭをｎｍ単位で表したグラフ、図５（ｂ）は、ＦＷＨＭをλで規格化したグラフである。実施例１−１では、ホール幅Ｈｘを変化させ、コバルト層内でのスポット光のＦＷＨＭ及びピーク強度を観測した。各寸法は、以下の表１に示す。 First, Example 1-1 will be described. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the FWHM and the peak intensity with respect to the hole width Hx when the slit width Sx is 400 nm (0.471λ). FIG. 5A is a graph in which FWHM is expressed in nm, and FIG. 5B is a graph in which FWHM is normalized by λ. In Example 1-1, the hole width Hx was changed, and the FWHM and peak intensity of the spot light in the cobalt layer were observed. Each dimension is shown in Table 1 below.

表１−１
Ｘ＝５００ｎｍ（０．５８８λ）
Ｚ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）
ａ＝約１０μｍ〜約１ｍｍ（約１１．８λ〜約１１８０λ）
ｂ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）
Ｓｘ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）
Ｓｙ＝２６０ｎｍ（０．３０６λ）
Ｓｚ＝２０ｎｍ（０．０２３５λ）
Ｈｘ＝変化
Ｈｙ＝１４０ｎｍ（０．１６５λ）
Ｈｚ＝６０ｎｍ（０．０７０６λ）
ｔ＝３０ｎｍ（０．０３５３λ）
ｄ＝１５ｎｍ（０．０１７７λ）Table 1-1
X = 500 nm (0.588λ)
Z = 400 nm (0.471λ)
a = about 10 μm to about 1 mm (about 11.8λ to about 1180λ)
b = 400 nm (0.471λ)
Sx = 400 nm (0.471λ)
Sy = 260 nm (0.306λ)
Sz = 20 nm (0.0235λ)
Hx = change Hy = 140 nm (0.165λ)
Hz = 60 nm (0.0706λ)
t = 30 nm (0.0353λ)
d = 15 nm (0.0177λ)

図５に示すように、Ｈｘが０に近い場合、又は、Ｈｘがヘッド部３の幅Ｘ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）に近い場合と比較して、Ｈｘ＝１２０ｎｍ（０．１４１λ）に近づくにつれて、ｘ方向のＦＷＨＭ及びｚ方向のＦＷＨＭは小さくなり、ピーク強度は大きくなることがわかる。なお、Ｈｘ＝１２０ｎｍ（０．１４１λ）の時にｘ方向のＦＷＨＭは５５ｎｍ（０．０５６λ）、ｚ方向のＦＷＨＭは１１５ｎｍ（０．１６４λ）、ピーク強度は０．１３９［Ｖ／ｍ］²であった。As shown in FIG. 5, as Hx approaches 120 nm (0.141λ) when Hx is close to 0, or when Hx is close to the width X = 400 nm (0.471λ) of the head portion 3. It can be seen that the FWHM in the x direction and the FWHM in the z direction are reduced and the peak intensity is increased. When Hx = 120 nm (0.141λ), the FWHM in the x direction was 55 nm (0.056λ), the FWHM in the z direction was 115 nm (0.164λ), and the peak intensity was 0.139 [V / m] ^2. It was.

このように、ホール５を設けることにより、高い光透過率と微小な光スポットを両立させることができる。また、Ｈｘ＝１００ｎｍ〜１５０ｎｍ（０．１１８λ〜０．１７７λ）とすると、より好ましい。 Thus, by providing the hole 5, it is possible to achieve both high light transmittance and a minute light spot. Further, it is more preferable that Hx = 100 nm to 150 nm (0.118λ to 0.177λ).

次に、実施例１−２について説明する。図６は、スリット幅Ｓｘが３４０ｎｍ（０．４λ）の場合のホール幅Ｈｘに対するＦＷＨＭ及びピーク強度の関係をλで規格化したグラフである。実施例１−２では、ホール幅Ｈｘを変化させ、コバルト層内でのスポット光のＦＷＨＭ及びピーク強度を観測した。各寸法は、以下の表１に示す。 Next, Example 1-2 will be described. FIG. 6 is a graph in which the relationship between the FWHM and the peak intensity with respect to the hole width Hx when the slit width Sx is 340 nm (0.4λ) is normalized by λ. In Example 1-2, the hole width Hx was changed, and the FWHM and peak intensity of the spot light in the cobalt layer were observed. Each dimension is shown in Table 1 below.

表１−２
Ｘ＝５００ｎｍ（０．５８８λ）
Ｚ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）
ａ＝約１０μｍ〜約１ｍｍ（約１１．８λ〜約１１８０λ）
ｂ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）
Ｓｘ＝３４０ｎｍ（０．４λ）
Ｓｙ＝２６０ｎｍ（０．３０６λ）
Ｓｚ＝２０ｎｍ（０．０２３５λ）
Ｈｘ＝変化
Ｈｙ＝１４０ｎｍ（０．１６５λ）
Ｈｚ＝６０ｎｍ（０．０７０６λ）
ｔ＝２０ｎｍ（０．０２３５λ）
ｄ＝１５ｎｍ（０．０１７７λ）Table 1-2
X = 500 nm (0.588λ)
Z = 400 nm (0.471λ)
a = about 10 μm to about 1 mm (about 11.8λ to about 1180λ)
b = 400 nm (0.471λ)
Sx = 340 nm (0.4λ)
Sy = 260 nm (0.306λ)
Sz = 20 nm (0.0235λ)
Hx = change Hy = 140 nm (0.165λ)
Hz = 60 nm (0.0706λ)
t = 20 nm (0.0235λ)
d = 15 nm (0.0177λ)

図６に示すように、Ｈｘが０に近い場合、又は、Ｈｘがヘッド部３の幅Ｘ＝３４０ｎｍ（０．４λ）に近い場合と比較して、Ｈｘ＝８０ｎｍ（０．０９４１λ）に近づくにつれて、ｘ方向のＦＷＨＭ及びｚ方向のＦＷＨＭは小さくなり、ピーク強度は大きくなることがわかる。なお、Ｈｘ＝８０ｎｍ（０．０９４１λ）の時にｘ方向のＦＷＨＭは４６ｎｍ（０．０５４１λ）、ｚ方向のＦＷＨＭは８２ｎｍ（０．０９６５λ）、ピーク強度はホール５がない場合に比べて４．８７倍であった。 As shown in FIG. 6, as Hx approaches 80 nm (0.0941λ) when Hx is close to 0 or when Hx is close to the width X = 340 nm (0.4λ) of the head portion 3. It can be seen that the FWHM in the x direction and the FWHM in the z direction are reduced and the peak intensity is increased. When Hx = 80 nm (0.0941λ), the FWHM in the x direction is 46 nm (0.0541λ), the FWHM in the z direction is 82 nm (0.0965λ), and the peak intensity is 4.87 compared to the case where the hole 5 is not present. It was twice.

このように、ホール５を設けることにより、高い光透過率と微小な光スポットを両立させることができる。また、Ｈｘ＝０．０６λ〜０．１６λとすると、より好ましい。 Thus, by providing the hole 5, it is possible to achieve both high light transmittance and a minute light spot. Further, it is more preferable that Hx = 0.06λ to 0.16λ.

次に、実施例２について説明する。図７は、ホール深さＨｙに対するＦＷＨＭ及びピーク強度の関係を示すグラフである。図７（ａ）は、ＦＷＨＭをｎｍ単位で表したグラフ、図７（ｂ）は、ＦＷＨＭをλで規格化したグラフである。実施例２では、ホール深さＨｙを変化させ、コバルト層内でのスポット光のＦＷＨＭ及びピーク強度を観測した。各寸法は、以下の表２に示す。 Next, Example 2 will be described. FIG. 7 is a graph showing the relationship between the FWHM and the peak intensity with respect to the hole depth Hy. FIG. 7A is a graph representing FWHM in nm units, and FIG. 7B is a graph obtained by normalizing FWHM by λ. In Example 2, the hole depth Hy was changed, and the FWHM and peak intensity of the spot light in the cobalt layer were observed. Each dimension is shown in Table 2 below.

表２
Ｘ＝５００ｎｍ（０．５８８λ）
Ｚ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）
ａ＝約１０μｍ (約１１．８λ）
ｂ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）
Ｓｘ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）
Ｓｙ＝２６０ｎｍ（０．３０６λ）
Ｓｚ＝２０ｎｍ（０．０２３５λ）
Ｈｘ＝９０ｎｍ（０．１０６λ）
Ｈｙ＝変化
Ｈｚ＝６０ｎｍ（０．０７０６λ）
ｔ＝３０ｎｍ（０．０３５３λ）
ｄ＝１５ｎｍ（０．０１７７λ）Table 2
X = 500 nm (0.588λ)
Z = 400 nm (0.471λ)
a = about 10 μm (about 11.8λ)
b = 400 nm (0.471λ)
Sx = 400 nm (0.471λ)
Sy = 260 nm (0.306λ)
Sz = 20 nm (0.0235λ)
Hx = 90 nm (0.106λ)
Hy = change Hz = 60 nm (0.0706λ)
t = 30 nm (0.0353λ)
d = 15 nm (0.0177λ)

図７に示すように、Ｈｙが０に近い場合と比較して、Ｈｙ＝５０ｎｍ（０．０５８８λ）より大きくなると、ｘ方向のＦＷＨＭ及びｚ方向のＦＷＨＭは小さくなり、ピーク強度は大きくなることがわかる。なお、Ｈｙは、底を有する穴である場合でも、Ｈｙが光導波路２に貫通した場合でも、好結果を得ていることもわかる。 As shown in FIG. 7, when Hy is greater than 50 nm (0.0588λ), the FWHM in the x direction and the FWHM in the z direction are decreased and the peak intensity is increased as compared to the case where Hy is close to 0. Recognize. It can also be seen that Hy has obtained good results both when the hole has a bottom and when Hy penetrates the optical waveguide 2.

次に、実施例３−１について説明する。図８は、スリット４からホール５までの距離ｔに対するＦＷＨＭ及びピーク強度の関係を示すグラフである。図８（ａ）は、ＦＷＨＭをｎｍ単位で表したグラフ、図８（ｂ）は、ＦＷＨＭをλで規格化したグラフである。実施例３−１では、スリット４からホール５までの距離ｔを変化させ、コバルト層内でのスポット光のＦＷＨＭ及びピーク強度を観測した。各寸法は、以下の表３−１に示す。 Next, Example 3-1 will be described. FIG. 8 is a graph showing the relationship between the FWHM and the peak intensity with respect to the distance t from the slit 4 to the hole 5. FIG. 8A is a graph in which FWHM is expressed in nm, and FIG. 8B is a graph in which FWHM is normalized by λ. In Example 3-1, the distance t from the slit 4 to the hole 5 was changed, and the FWHM and peak intensity of the spot light in the cobalt layer were observed. Each dimension is shown in Table 3-1 below.

表３−１
Ｘ＝５００ｎｍ（０．５８８λ）
Ｚ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）
ａ＝約１０μｍ（約１１．８λ）
ｂ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）
Ｓｘ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）
Ｓｙ＝２６０ｎｍ（０．３０６λ）
Ｓｚ＝２０ｎｍ（０．０２３５λ）
Ｈｘ＝９０ｎｍ（０．１０６λ）
Ｈｙ＝１４０ｎｍ（０．１６５λ）
Ｈｚ＝６０ｎｍ（０．０７０６λ）
ｔ＝変化
ｄ＝１５ｎｍ（０．０１７７λ）Table 3-1.
X = 500 nm (0.588λ)
Z = 400 nm (0.471λ)
a = about 10 μm (about 11.8λ)
b = 400 nm (0.471λ)
Sx = 400 nm (0.471λ)
Sy = 260 nm (0.306λ)
Sz = 20 nm (0.0235λ)
Hx = 90 nm (0.106λ)
Hy = 140 nm (0.165λ)
Hz = 60 nm (0.0706λ)
t = change d = 15 nm (0.0177λ)

図８に示すように、距離ｔが約３０ｎｍ（０．０３５３λ）から約５０ｎｍ（０．０５８８λ）の間をピークに、距離ｔが小さくなるにつれてピーク強度が小さくなり、距離ｔが大きくなるにつれてピーク強度が小さくなる。また、距離ｔが大きくなるにつれてｘ方向のＦＷＨＭ及びｚ方向のＦＷＨＭが共に大きくなる。 As shown in FIG. 8, the peak is when the distance t is about 30 nm (0.0353λ) to about 50 nm (0.0588λ), the peak intensity decreases as the distance t decreases, and the peak increases as the distance t increases. Strength decreases. Further, as the distance t increases, both the FWHM in the x direction and the FWHM in the z direction increase.

このように、距離ｔは２０ｎｍ〜１００ｎｍ（０．０２３５λ〜０．１１８λ）に設定すると、高い光透過率と微小な光スポットを両立させることができ、好ましい。さらに、距離ｔは３０ｎｍ〜５０ｎｍ（０．０３５３λ〜０．０５８８λ）に設定するとより好ましい。 Thus, when the distance t is set to 20 nm to 100 nm (0.0235λ to 0.118λ), it is possible to achieve both high light transmittance and a small light spot, which is preferable. Furthermore, the distance t is more preferably set to 30 nm to 50 nm (0.0353λ to 0.0588λ).

次に、実施例３−２について説明する。図９は、スリット４からホール５までの距離ｔに対するＦＷＨＭ及びピーク強度の関係を示すグラフである。実施例３−２では、スリット４からホール５までの距離ｔを変化させ、コバルト層内でのスポット光のＦＷＨＭ及びピーク強度を観測した。各寸法は、以下の表３−２に示す。 Next, Example 3-2 will be described. FIG. 9 is a graph showing the relationship between the FWHM and the peak intensity with respect to the distance t from the slit 4 to the hole 5. In Example 3-2, the distance t from the slit 4 to the hole 5 was changed, and the FWHM and peak intensity of the spot light in the cobalt layer were observed. Each dimension is shown in Table 3-2 below.

表３−２
Ｘ＝５００ｎｍ（０．５８８λ）
Ｚ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）
ａ＝約１０μｍ（約１１．８λ）
ｂ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）
Ｓｘ＝３４０ｎｍ（０．４λ）
Ｓｙ＝２６０ｎｍ（０．３０６λ）
Ｓｚ＝２０ｎｍ（０．０２３５λ）
Ｈｘ＝９０ｎｍ（０．１０６λ）
Ｈｙ＝１４０ｎｍ（０．１６５λ）
Ｈｚ＝６０ｎｍ（０．０７０６λ）
ｔ＝変化
ｄ＝１５ｎｍ（０．０１７７λ）Table 3-2
X = 500 nm (0.588λ)
Z = 400 nm (0.471λ)
a = about 10 μm (about 11.8λ)
b = 400 nm (0.471λ)
Sx = 340 nm (0.4λ)
Sy = 260 nm (0.306λ)
Sz = 20 nm (0.0235λ)
Hx = 90 nm (0.106λ)
Hy = 140 nm (0.165λ)
Hz = 60 nm (0.0706λ)
t = change d = 15 nm (0.0177λ)

図９に示すように、距離ｔが約１５ｎｍ（０．０１７６λ）から約３０ｎｍ（０．０３５３λ）の間をピークに、距離ｔが小さくなるにつれてピーク強度が小さくなり、距離ｔが大きくなるにつれてピーク強度が小さくなる。また、距離ｔが大きくなるにつれてｘ方向のＦＷＨＭ及びｚ方向のＦＷＨＭが共に大きくなる。 As shown in FIG. 9, the peak is when the distance t is about 15 nm (0.0176λ) to about 30 nm (0.0353λ), the peak intensity decreases as the distance t decreases, and the peak increases as the distance t increases. Strength decreases. Further, as the distance t increases, both the FWHM in the x direction and the FWHM in the z direction increase.

このように、距離ｔは１５ｎｍ〜１００ｎｍ（０．０１７６λ〜０．１１８λ）に設定すると、高い光透過率と微小な光スポットを両立させることができ、好ましい。さらに、距離ｔは１５ｎｍ〜３０ｎｍ（０．０１７６λ〜０．０３５３λ）に設定するとより好ましい。 Thus, when the distance t is set to 15 nm to 100 nm (0.0176λ to 0.118λ), it is possible to achieve both high light transmittance and a minute light spot, which is preferable. Furthermore, the distance t is more preferably set to 15 nm to 30 nm (0.0176λ to 0.0353λ).

次に、実施例４−１について説明する。図１０は、集光素子１の寸法を表す図である。ヘッド部３は、偏光Ｌｚ方向に対して垂直な方向（ｘ方向）にＸ、ｚ方向にＺとする。光導波路２は、長さａ、ｚ方向に高さｂとする。光導波路２はスリット４への光導入効率を向上させるために、高さｂとＳｚの間の大きさである高さｃの箇所、すなわち、高さが前記光導波路より低く、前記金属微小開口より高い段部２ａを設けてある。スリット４は、ｚ方向に細長い高さＳｚ、ｘ方向に幅Ｓｘを有し、ｙ方向の長さをＳｙとする。また、ホール５は、ｘ方向に幅Ｈｘ、ｙ方向に深さＨｙ、ｚ方向に高さＨｚ、とする。また、スリット４とホール５との間隔は、ｔとする。 Next, Example 4-1 will be described. FIG. 10 is a diagram illustrating dimensions of the light collecting element 1. The head unit 3 is set to X in the direction (x direction) perpendicular to the polarization Lz direction and Z in the z direction. The optical waveguide 2 has a length a and a height b in the z direction. In order to improve the light introduction efficiency into the slit 4, the optical waveguide 2 has a height c that is a size between the height b and Sz, that is, the height is lower than the optical waveguide, and the metal micro-opening A higher step 2a is provided. The slit 4 has a slender height Sz in the z direction, a width Sx in the x direction, and a length in the y direction as Sy. The hole 5 has a width Hx in the x direction, a depth Hy in the y direction, and a height Hz in the z direction. The interval between the slit 4 and the hole 5 is t.

図１１は、ホール幅Ｈｘに対するＦＷＨＭ及びピーク強度の関係を示すグラフである。実施例４−１では、実施例１とスリット幅Ｓｘの寸法及び光導波路２の形状を異ならせて、実施例１と同様にホール幅Ｈｘを変化させ、コバルト層内でのスポット光のＦＷＨＭ及びピーク強度を観測した。各寸法は、以下の表４−１に示す。 FIG. 11 is a graph showing the relationship between FWHM and peak intensity with respect to hole width Hx. In Example 4-1, the dimension of the slit width Sx and the shape of the optical waveguide 2 are different from those in Example 1, and the hole width Hx is changed in the same manner as in Example 1, so that the FWHM of the spot light in the cobalt layer is changed. Peak intensity was observed. Each dimension is shown in the following Table 4-1.

表４−１
Ｘ＝５００ｎｍ（０．５８８λ）
Ｚ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）
ａ＝約１０μｍ（約１１．８λ）
ｂ＝２００ｎｍ（０．２３５λ）
ｃ＝８０ｎｍ（０．０９４１λ）
Ｓｘ＝３４０ｎｍ（０．４λ）
Ｓｙ＝２６０ｎｍ（０．３０６λ）
Ｓｚ＝２０ｎｍ（０．０２３５λ）
Ｈｘ＝変化
Ｈｙ＝１４０ｎｍ（０．１６５λ）
Ｈｚ＝６０ｎｍ（０．０７０６λ）
ｔ＝３０ｎｍ（０．０３５３λ）
ｄ＝１５ｎｍ（０．０１７７λ）Table 4-1
X = 500 nm (0.588λ)
Z = 400 nm (0.471λ)
a = about 10 μm (about 11.8λ)
b = 200 nm (0.235λ)
c = 80 nm (0.0941λ)
Sx = 340 nm (0.4λ)
Sy = 260 nm (0.306λ)
Sz = 20 nm (0.0235λ)
Hx = change Hy = 140 nm (0.165λ)
Hz = 60 nm (0.0706λ)
t = 30 nm (0.0353λ)
d = 15 nm (0.0177λ)

図１１に示すように、ホール幅Ｈｘが０に近い場合、又は、ホール幅Ｈｘがヘッド部３の幅Ｘ＝４００ｎｍに近い場合と比較して、ホール幅Ｈｘ＝約９０ｎｍ〜１５０ｎｍの間で、ｘ方向のＦＷＨＭ及びｚ方向のＦＷＨＭは小さくなり、ピーク強度は大きくなることがわかる。なお、ホール幅Ｈｘ＝９０ｎｍの時にｘ方向のＦＷＨＭは４７．５ｎｍ、ｚ方向のＦＷＨＭは１０５ｎｍ、効率６５％であった。また、ピーク強度の最大値は約０．８０６［Ｖ／ｍ］²であり、ホール５のない場合と比較して約２．５倍の強度が得られた。As shown in FIG. 11, when the hole width Hx is close to 0, or when the hole width Hx is close to the width X = 400 nm of the head portion 3, the hole width Hx is between about 90 nm and 150 nm. It can be seen that the FWHM in the x direction and the FWHM in the z direction are reduced and the peak intensity is increased. When the hole width Hx = 90 nm, the FWHM in the x direction was 47.5 nm, the FWHM in the z direction was 105 nm, and the efficiency was 65%. The maximum value of the peak intensity is about 0.806 [V / m] ² , and about 2.5 times the intensity was obtained as compared with the case without hole 5.

このように、ホール幅Ｈｘは５０ｎｍ〜２５０ｎｍに設定すると、高い光透過率と微小な光スポットを両立させることができ、好ましい。さらに、ホール幅Ｈｘは７０ｎｍ〜１３０ｎｍに設定するとより好ましい。 Thus, when the hole width Hx is set to 50 nm to 250 nm, it is possible to achieve both high light transmittance and a minute light spot, which is preferable. Furthermore, the hole width Hx is more preferably set to 70 nm to 130 nm.

次に、実施例４−２について説明する。図１２及び図１３は、ホール内部材料の屈折率を変化させた際のホール幅Ｈｘに対するｘ−ＦＷＨＭおよびｚ−ＦＷＨＭの関係を示すグラフである。図１４は、ホール内部材料の屈折率を変化させた際のホール幅Ｈｘに対するピーク強度の関係を示すグラフである。実施例４−２では、実施例１とスリット幅Ｓｘの寸法及び光導波路２の形状を異ならせて、実施例１と同様にホール幅Ｈｘを変化させ、コバルト層内でのスポット光のＦＷＨＭ及びピーク強度を観測した。各寸法とホール内部材料の屈折率ｎは、以下の表４−２に示す。 Next, Example 4-2 will be described. 12 and 13 are graphs showing the relationship between x-FWHM and z-FWHM with respect to the hole width Hx when the refractive index of the hole internal material is changed. FIG. 14 is a graph showing the relationship between the peak intensity and the hole width Hx when the refractive index of the hole internal material is changed. In Example 4-2, the dimension of the slit width Sx and the shape of the optical waveguide 2 are different from those in Example 1, the hole width Hx is changed in the same manner as in Example 1, and the FWHM of the spot light in the cobalt layer is changed. Peak intensity was observed. Each dimension and the refractive index n of the hole inner material are shown in Table 4-2 below.

表４−２
Ｘ＝５００ｎｍ（０．５８８λ）
Ｚ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）
ａ＝約１０μｍ（約１１．８λ）
ｂ＝２００ｎｍ（０．２３５λ）
ｃ＝８０ｎｍ（０．０９４１λ）
Ｓｘ＝３４０ｎｍ（０．４λ）
Ｓｙ＝２６０ｎｍ（０．３０６λ）
Ｓｚ＝２０ｎｍ（０．０２３５λ）
Ｈｘ＝変化
Ｈｙ＝１４０ｎｍ（０．１６５λ）
Ｈｚ＝６０ｎｍ（０．０７０６λ）
ｔ＝２０ｎｍ（０．０２３５λ）
ｄ＝１５ｎｍ（０．０１７７λ）
ｎ＝１，１．７５，２．１，３．６６１１＋０．００４ｉTable 4-2
X = 500 nm (0.588λ)
Z = 400 nm (0.471λ)
a = about 10 μm (about 11.8λ)
b = 200 nm (0.235λ)
c = 80 nm (0.0941λ)
Sx = 340 nm (0.4λ)
Sy = 260 nm (0.306λ)
Sz = 20 nm (0.0235λ)
Hx = change Hy = 140 nm (0.165λ)
Hz = 60 nm (0.0706λ)
t = 20 nm (0.0235λ)
d = 15 nm (0.0177λ)
n = 1, 1.75, 2.1, 3.6611 + 0.004i

図１２に示すように、ｘ方向ＦＷＨＭの極小値を与えるＨｘは屈折率が大きいほど小さくなる。しかし、ｘ方向のＦＷＨＭの最小値は屈折率２．１の材料をホール内部材料として用いた際に得られた。図１３に示すようにｚ方向のＦＷＨＭは、屈折率が３．６６１１と極端に高い場合を除いてＨｘが０．０５λ以上のときに小さい値が得られる。 As shown in FIG. 12, Hx that gives a minimum value in the x-direction FWHM decreases as the refractive index increases. However, the minimum value of the FWHM in the x direction was obtained when a material having a refractive index of 2.1 was used as the hole internal material. As shown in FIG. 13, the FWHM in the z direction is small when Hx is 0.05λ or more, except when the refractive index is extremely high as 3.6611.

図１４に示すように、各屈折率におけるピーク強度の極大値は図１２におけるＦＷＨＭの極大値をもたらすＨｘにおいて得られている。もっとも高いピーク強度は屈折率２．１の際のＦＷＨＭの最小値をもたらすＨｘにおいて得られた。 As shown in FIG. 14, the maximum value of the peak intensity at each refractive index is obtained at Hx which gives the maximum value of FWHM in FIG. The highest peak intensity was obtained at Hx which yielded the minimum of FWHM with a refractive index of 2.1.

ホールの幅Ｈｘと屈折率ｎ及び波長λは、ほぼｎ×Ｈｘ＝λ／５の関係にあることが好ましい。したがって、ホール内部材料の屈折率を２．１程度に設定し、ホールの幅Ｈｘが、以下の式（３）を満足すると、高いピーク強度と微小光スポットを両立する上で好ましい。
０．０５λ≦Ｈｘ≦０．１７７λ （３）
ただし、Ｈｘは、付属微小開口の幅、
λは光の波長
である。The hole width Hx, the refractive index n, and the wavelength λ are preferably in a relationship of approximately n × Hx = λ / 5. Therefore, when the refractive index of the hole inner material is set to about 2.1 and the hole width Hx satisfies the following formula (3), it is preferable to achieve both a high peak intensity and a minute light spot.
0.05λ ≦ Hx ≦ 0.177λ (3)
Where Hx is the width of the attached minute aperture,
λ is the wavelength of light.

また、ホール幅Ｈｘを０．１λに設定すると、さらに好ましい。 Further, it is more preferable to set the hole width Hx to 0.1λ.

次に、実施例５について説明する。図１５は、幅ｃに対するＦＷＨＭ、及び導波路幅ｃ＝８０ｎｍ(０．０９４１）を基準としたピーク強度の関係を示すグラフである。導波路幅ｃを変化させ、コバルト層内でのスポット光のＦＷＨＭ及びピーク強度を観測した。各寸法は以下に示す。 Next, Example 5 will be described. FIG. 15 is a graph showing the relationship between the FWHM with respect to the width c and the peak intensity based on the waveguide width c = 80 nm (0.0941). The waveguide width c was changed, and the FWHM and peak intensity of the spot light in the cobalt layer were observed. Each dimension is shown below.

表５
Ｘ＝５００ｎｍ（０．５８８λ）
Ｚ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）
ａ＝約１０μｍ（約１１．８λ）
ｂ＝２００ｎｍ（約０．２３５λ）
ｃ＝変化
Ｓｘ＝３４０ｎｍ（０．４λ）
Ｓｙ＝２６０ｎｍ（０．３０６λ）
Ｓｚ＝２０ｎｍ（０．０２３５λ）
Ｈｘ＝８０ｎｍ（０．０９４１λ）
Ｈｙ＝１４０ｎｍ（０．１６５λ）
Ｈｚ＝６０ｎｍ（０．０７０６λ）
ｔ＝２０ｎｍ（０．０２３５λ）
ｄ＝１５ｎｍ（０．０１７７λ）Table 5
X = 500 nm (0.588λ)
Z = 400 nm (0.471λ)
a = about 10 μm (about 11.8λ)
b = 200 nm (about 0.235λ)
c = change Sx = 340 nm (0.4λ)
Sy = 260 nm (0.306λ)
Sz = 20 nm (0.0235λ)
Hx = 80 nm (0.0941λ)
Hy = 140 nm (0.165λ)
Hz = 60 nm (0.0706λ)
t = 20 nm (0.0235λ)
d = 15 nm (0.0177λ)

導波路幅ｃ＝８０ｎｍ（０．０９４１λ）を最大値として、ピーク強度は、その前後で減少している。つまり、ｃ＝２００ｎｍ（約０．２３５λ）もしくはｃ＝２０ｎｍ（０．０２３５λ）の場合は、ｃの値はその前もしくは後の導波路幅となるが、その間の値にｃを設定して階段状の構造とすることでピーク光強度を向上させることができる。 With the waveguide width c = 80 nm (0.0941λ) as the maximum value, the peak intensity decreases before and after that. That is, in the case of c = 200 nm (about 0.235λ) or c = 20 nm (0.0235λ), the value of c is the waveguide width before or after that. The peak light intensity can be improved by adopting a shape-like structure.

次に、実施例６について説明する。図１６は、スリット４の形状を変更した実施例６の構造を示す図である。実施例６では、スリット４に光導波路２から開口端４ａに向けてスリット幅Ｓｘを小さくするテーパ部４ｂを形成したものである。テーパ部４ｂの角度は４５度である。 Next, Example 6 will be described. FIG. 16 is a diagram illustrating the structure of Example 6 in which the shape of the slit 4 is changed. In Example 6, the slit 4 is formed with a tapered portion 4b that decreases the slit width Sx from the optical waveguide 2 toward the opening end 4a. The angle of the taper portion 4b is 45 degrees.

図１７は、実施例６におけるスリット幅に対するＦＷＨＭ及びピーク強度の関係を示すグラフである。実施例６では、スリット幅Ｓｘの開口端４ａの寸法ｅを変化させ、コバルト層内でのスポット光のＦＷＨＭ及びピーク強度を観測した。各寸法は、以下の表６に示す。 FIG. 17 is a graph showing the relationship between the FWHM and the peak intensity with respect to the slit width in Example 6. In Example 6, the dimension e of the opening end 4a having the slit width Sx was changed, and the FWHM and peak intensity of the spot light in the cobalt layer were observed. Each dimension is shown in Table 6 below.

表６
Ｘ＝５００ｎｍ（０．５８８λ）
Ｚ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）
ａ＝約１０μｍ（約１１．８λ）
ｂ＝２００ｎｍ（０．２３５λ）
ｃ＝８０ｎｍ（０．０９４１λ）
Ｓｘ＝３４０ｎｍ（０．４λ）
Ｓｙ＝２６０ｎｍ（０．３０６λ）
Ｓｚ＝２０ｎｍ（０．０２３５λ）
Ｈｘ＝９０ｎｍ（０．１０６λ）
Ｈｙ＝１４０ｎｍ（０．１６５λ）
Ｈｚ＝６０ｎｍ（０．０７０６λ）
ｔ＝３０ｎｍ（０．３５３λ）
ｄ＝１５ｎｍ（０．０１７７λ）
ｅ＝変化Table 6
X = 500 nm (0.588λ)
Z = 400 nm (0.471λ)
a = about 10 μm (about 11.8λ)
b = 200 nm (0.235λ)
c = 80 nm (0.0941λ)
Sx = 340 nm (0.4λ)
Sy = 260 nm (0.306λ)
Sz = 20 nm (0.0235λ)
Hx = 90 nm (0.106λ)
Hy = 140 nm (0.165λ)
Hz = 60 nm (0.0706λ)
t = 30 nm (0.353λ)
d = 15 nm (0.0177λ)
e = change

図１６に示すように、テーパ部４ｂを設けることにより、ｅ＝７０ｎｍ（０．０８２４λ）で、ｘ方向のＦＷＨＭは５２．５ｎｍ（０．０６１８λ）、ｚ方向のＦＷＨＭは８７．５ｎｍ（０．１０３λ）、効率４７％のスポット光Ｌｓを得た。 As shown in FIG. 16, by providing the tapered portion 4b, the FWHM in the x direction is 52.5 nm (0.0618λ) and the FWHM in the z direction is 87.5 nm (0. λ) at e = 70 nm (0.0824λ). 103λ), and a spot light Ls with an efficiency of 47% was obtained.

このように、スリット４やホール５の形状(開口形状および内部形状)を操作することで、さらに集光素子１の集光性能が向上することが期待できる。 Thus, it can be expected that the light condensing performance of the light condensing element 1 is further improved by manipulating the shapes of the slit 4 and the hole 5 (opening shape and internal shape).

図１８は、集光素子１を熱アシスト磁気記録装置１００に用いた状態を示す図である。１０１は集光素子、１０２は再生ヘッド、１０３は記録ヘッド、１１１は記録媒体である。 FIG. 18 is a diagram showing a state in which the light condensing element 1 is used in the heat-assisted magnetic recording apparatus 100. 101 is a condensing element, 102 is a reproducing head, 103 is a recording head, and 111 is a recording medium.

集光素子１０１は、再生ヘッド１０２と記録ヘッド１０３の間の記録ヘッド１０３よりも記録媒体１１１の回転方向の上流側に配置されている。集光素子１０１は、記録の瞬間に記録媒体１１１の記録スポットに光を照射することで加熱し昇温させ、記録スポットの保持力のみを瞬間的に小さくし、その保持力の小さくなった間に、記録ヘッド１０３が磁気記録を行うものである。 The condensing element 101 is disposed upstream of the recording head 103 between the reproducing head 102 and the recording head 103 in the rotation direction of the recording medium 111. The light collecting element 101 is heated and heated by irradiating the recording spot of the recording medium 111 with light at the moment of recording, and only the holding power of the recording spot is instantaneously reduced, and the holding power is reduced. In addition, the recording head 103 performs magnetic recording.

このような熱アシスト磁気記録装置１００に本実施形態の高い光透過率と微小な光スポットを両立させた集光素子１を用いることにより、記録密度を高めることができる。 The recording density can be increased by using the condensing element 1 having both the high light transmittance and the minute light spot of the present embodiment for the heat-assisted magnetic recording apparatus 100 as described above.

本発明は、容易に作成できる構造で、高い光透過率と微小な光スポットを両立させる集光素子を提供する。 The present invention provides a condensing element that has both a high light transmittance and a small light spot with a structure that can be easily formed.

【０００１】
技術分野
［０００１］
本発明は、微小開口を透過することで発生する近接場光を利用した集光素子及び熱アシスト磁気記録光ヘッドに関する。
背景技術
［０００２］
近年、ハードディスクドライブ（以下ＨＤＤとする）、近接場光顕微鏡（ＮＳＯＭ）、レジスト露光又はレーザ加工等の分野では、微小な光スポットの形成が求められている。
［０００３］
熱アシスト磁気記録の光ヘッドの従来技術として、金属の微小開口から微小スポットの近接場光を得る手法が提案されている。しかし円や長方形といった単純な形状の金属微小開口から得られる近接場光微小スポットはその開口の大きさ程度かそれ以上の大きさであり、非常に小さい近接場光スポットを得ようとすると金属微小開口が小さくなりすぎるため光透過率が減少し、実用上においては光量不足となるという問題があった。
［０００４］
この問題を解決するために、金属微小開口の形状を、単一の突起を持つＣ型や、２つの突起を微小な間隔で向かい合わせたＩ型やＢｏｗＴｉｅ型と呼ばれるような複雑な形状にした先端部をもつ光ヘッドが提案されている（特許文献１参照）。
［０００５］
開口の形状をこれらのように突起による微小ギャップを持つ構造とすることで、その開口が比較的大きくてもその突起部分のみで表面プラズモンによる光増強が起こるために、突起間の微小ギャップ部分のみで微小な近接場光スポットが得られる。この微小ギャップが狭いほど、強度が高く微小な近接場光スポットとなる。
［０００６］
また、金属膜における矩形状の開口とその開口を中心とする円形のスリットを有する光アシスト磁気ヘッドが提案されている（特許文献２参照）。開口とスリット内側の壁面までの距離は、表面プラズモンの共鳴波長程度とされている。その金属膜の両面で表面プラズモンが励起され、その表面プラズモンがスリットの内側の壁面で反射され、開口に向けて収束することが必要とされている。
［０００７］
特許文献１：特開２００４−１０９９６５号公報[0001]
Technical field [0001]
The present invention relates to a condensing element and a thermally assisted magnetic recording optical head using near-field light generated by passing through a minute aperture.
Background art [0002]
In recent years, in the fields of hard disk drives (hereinafter referred to as HDDs), near-field light microscopes (NSOM), resist exposure, laser processing, and the like, formation of minute light spots is required.
[0003]
As a conventional technique of an optical head for heat-assisted magnetic recording, a technique for obtaining near-field light of a minute spot from a minute opening of a metal has been proposed. However, near-field light microspots obtained from simple metal micro-apertures such as circles and rectangles are about the size of the aperture or larger, and it is difficult to obtain very small near-field light spots. Since the opening becomes too small, the light transmittance is reduced, and there is a problem that the light amount is insufficient in practical use.
[0004]
In order to solve this problem, the shape of the metal micro-opening is changed to a complicated shape called a C-type having a single protrusion, or an I-type or Bow Tie-type having two protrusions facing each other at a minute interval. There has been proposed an optical head having such a tip (see Patent Document 1).
[0005]
By adopting a structure with a small gap due to the projections as described above, even if the opening is relatively large, light enhancement due to surface plasmon occurs only in the projection part, so only the minute gap part between the projections A small near-field light spot can be obtained. The narrower the gap, the higher the intensity of the near-field light spot.
[0006]
Further, an optically assisted magnetic head having a rectangular opening in a metal film and a circular slit centered on the opening has been proposed (see Patent Document 2). The distance between the opening and the wall surface inside the slit is about the resonance wavelength of the surface plasmon. It is necessary that surface plasmons are excited on both surfaces of the metal film, the surface plasmons are reflected on the inner wall surface of the slit, and converge toward the opening.
[0007]
Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-109965

【０００２】
特許文献２：特開２００６−３５１０９１
発明の開示
発明が解決しようとする課題
［０００８］
しかし、このような微小なギャップを持つ開口を形成するには精度の高い加工方法が必要であり、電子ビームリソグラフィや集光イオンビームといった量産に向かない加工プロセスを使うこととなる。さらに、このプロセスの問題点は、これらの複雑な形状の開口を作成する手段が光素子の出射面に対する電子ビームリソグラフィや集光イオンビームによる掘り込みなどであることである。
［０００９］
つまり、ウェハから薄膜ヘッドを切り出した後に、その切り出し面に微小開口を掘り込むこととなる。薄膜磁気ヘッドを作成する際に行われる露光によるリソグラフィとは別の方向からのリソグラフィが必要ということである。これらの製造方法は量産に向かない。
［００１０］
本発明は、上記課題を解決するためのものであって、容易に作成できる構造で、高い光透過率と微小なスポット光の達成を両立させる集光素子を提供することを目的とする。また、薄膜磁気ヘッドの成膜プロセスとリソグラフィプロセスとの整合性が高いプロセスでも作製でき（もちろん集光イオンビームを用いても作製できる）、全体として薄型である金属微小開口による熱アシスト磁気記録光ヘッドを提供する。
課題を解決するための手段
［００１１］
そのために本発明は、単一な波長で且つ一方向に偏光された光を透過し、スポット光を形成する集光素子において、前記光を透過する光導波路と、前記光導波路を透過した光が出射する側に配置され、金属と光透過体からなるヘッド部とを備え、前記ヘッド部は、前記光導波路側から反対側まで貫通し、前記一方向の寸法が前記光の波長よりも小さい金属微小開口と、前記金属微小開口に対して前記光導波路の反対側で前記一方向の両側に前記光により発生する表面プラズモンの共鳴波長よりも十分に短く且つ前記金属が前記光を遮ることができる距離に設けられ、前記金属が前記光を遮ることができる底を有する穴であり、透明な誘電体で満たされている付属微小開口と、を有することを特徴とする。[0002]
Patent Document 2: JP-A 2006-351091
DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention [0008]
However, in order to form an opening having such a small gap, a highly accurate processing method is required, and a processing process that is not suitable for mass production, such as electron beam lithography or focused ion beam, is used. Furthermore, the problem with this process is that the means for creating these complex apertures is digging into the exit surface of the optical element with electron beam lithography or a focused ion beam.
[0009]
That is, after the thin film head is cut out from the wafer, a minute opening is dug into the cut surface. Lithography from a different direction from lithography by exposure performed when forming a thin film magnetic head is necessary. These manufacturing methods are not suitable for mass production.
[0010]
An object of the present invention is to provide a condensing element that solves the above-described problems and has a structure that can be easily formed, and that achieves both high light transmittance and achievement of minute spot light. It can also be manufactured by a process with high consistency between the thin film magnetic head deposition process and the lithography process (of course, it can also be manufactured using a focused ion beam). Provide the head.
Means for Solving the Problems [0011]
Therefore, the present invention provides a light collecting element that transmits light polarized in one direction at a single wavelength and forms spot light. An optical waveguide that transmits the light, and light that has transmitted through the optical waveguide. A metal part disposed on the emitting side, comprising a metal and a light transmitting body, wherein the head part penetrates from the optical waveguide side to the opposite side, and the dimension in the one direction is smaller than the wavelength of the light The aperture is sufficiently shorter than the resonance wavelength of the surface plasmon generated by the light on both sides in the one direction on the opposite side of the optical waveguide with respect to the micro aperture, and the metal can block the light. A hole having a bottom provided at a distance and capable of blocking the light from the metal, and having an attached minute opening filled with a transparent dielectric.

【０００３】
［００１２］
また、前記金属微小開口は、矩形であることを特徴とする。
［００１３］
また、前記付属微小開口は、矩形であることを特徴とする。
［００１４］
また、前記付属微小開口は、前記金属微小開口に対して対称に配置されることを特徴とする。
［００１５］
また、前記光導波路は、前記金属微小開口側に、高さが前記光導波路より低く、前記金属微小開口より高い段部を有することを特徴とする。
［００１６］
また、前記金属微小開口は、前記一方向に対して垂直な方向において、出射面に向かって傾斜したテーパ部を有することを特徴とする。
［００１７］
また、以下の式（１）を満足することを特徴とする。
４００ｎｍ≦λ≦１．５５μｍ（１）
ただし、λは前記光の波長である。
［００１８］
また、以下の式（２）を満足することを特徴とする。
１≦ｎ≦３．５（２）
ただし、ｎは前記金属微小開口及び前記付属微小開口を構成する材料の屈折率である。
［００１９］
さらに、本発明の熱アシスト磁気記録光ヘッドは、記録媒体に記録する記録ヘッドと、前記記録ヘッドよりも記録媒体回転方向の上流側に配置されている集光素子と、を備えたことを特徴とする。
［００２０］
［００２１］
［００２２］
発明の効果
［００２３］
それによって、本発明は、容易に作成できる構造で、高い光透過率と微小な光スポットを両立させる集光素子を提供することが可能となる。
図面の簡単な説明
［００２４］
［図１］本実施形態の集光素子の斜視図である。
［図２］スリットから近接場光が漏れ出し、微小光スポットを形成した状態を示す図である。[0003]
[0012]
Further, the metal minute opening is rectangular.
[0013]
The attached minute opening is rectangular.
[0014]
Further, the attached minute opening is arranged symmetrically with respect to the metal minute opening.
[0015]
In addition, the optical waveguide has a step portion on the metal micro-opening side that is lower than the optical waveguide and higher than the metal micro-opening.
[0016]
Further, the metal micro-opening has a taper portion inclined toward the emission surface in a direction perpendicular to the one direction.
[0017]
Further, the following expression (1) is satisfied.
400 nm ≦ λ ≦ 1.55 μm (1)
Where λ is the wavelength of the light.
[0018]
Further, the following expression (2) is satisfied.
1 ≦ n ≦ 3.5 (2)
However, n is the refractive index of the material which comprises the said metal minute opening and the said attached minute opening.
[0019]
Furthermore, the heat-assisted magnetic recording optical head of the present invention is provided with a recording head for recording on a recording medium, and a condensing element arranged on the upstream side of the recording head in the rotation direction of the recording medium. And
[0020]
[0021]
[0022]
Effect of the Invention [0023]
As a result, the present invention can provide a condensing element that has both a high light transmittance and a small light spot with a structure that can be easily produced.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS [0024]
FIG. 1 is a perspective view of a condensing element of the present embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing a state in which near-field light leaks from a slit and a minute light spot is formed.

【０００６】
好ましい。
［００３１］
スリット４及びホール５は、透明材料や空気等の誘電体で満たされている。スリット４及びホール５を構成する材料の屈折率ｎは、以下の式（２）を満足することが好ましい。
１≦ｎ≦３．５（２）
［００３２］
更に、ヘッド部３の出射側の面には保護層としての誘電体膜を付加してもよい。
［００３３］
このような構造の集光素子１に対して、光導波路２からレーザ光Ｌをヘッド部３に照射することで、図２に示すように、スリット４から近接場光が漏れ出し、微小光スポットＬｓが形成される。
［００３４］
また、ホール５をスリット４に対してｚ方向の両側に設けることで、スリット４とホール５の間の部分が鋭端化され、電界強度が増強され、光スポットのピーク光強度が増加されると共に、ホール５に不要な光が流れ込むことで、スポット径を減少させることが可能となる。
［００３５］
さらに、本発明にかかる実施形態では、スリット４からホール５までの距離ｔは、波長８５０ｎｍのレーザ光Ｌを利用したときには表面プラズモンの共鳴波長よりも十分短い１５ｎｍ〜１００ｎｍ（０．０１７６λ〜０．１１８λ）に設定すると好ましい。
［００３６］
表面プラズモンの共鳴波長よりも十分短いので、その距離ｔの金属表面上を伝播し、反射する表面プラズモンポラリトン生成に起因する正電荷の最大の局在状態と負電荷の最小の局在状態が両方同時には存在し得ず反射による影響は極めて小さい。むしろ局在表面プラズモンによる光局在効果が優位に働き増強された微小光スポットを形成することを特徴としているため、原理的に特許文献２と全く異なる。
［００３７］
距離ｔの下限に関して、距離ｔが金属の表皮厚さ程度より短くなっていくとスリット４を伝播する光の一部が、スリット４とホール５を隔てる厚さｔの金属から漏れてしまうので、スリット４を通して伝播される光が減少してしまう。そのため距離ｔは金属の表皮厚さに比べて極端に薄くせず、光を遮ることができる距離が好ましい。一例として金の表皮厚さは可視光波長において概ね１５ｎｍ程度である。
［００３８］
次に、実施例について説明する。図３は、集光素子１の寸法を表す図である。ヘッド部３は、偏光Ｌｚ方向に対して垂直な方向（ｘ方向）にＸ、ｚ方向にＺとする。光導波路２[0006]
preferable.
[0031]
The slit 4 and the hole 5 are filled with a dielectric material such as a transparent material or air. The refractive index n of the material constituting the slit 4 and the hole 5 preferably satisfies the following formula (2).
1 ≦ n ≦ 3.5 (2)
[0032]
Furthermore, a dielectric film as a protective layer may be added to the surface on the emission side of the head portion 3.
[0033]
By irradiating the head 3 with the laser light L from the optical waveguide 2 to the condensing element 1 having such a structure, the near-field light leaks from the slit 4 as shown in FIG. Ls is formed.
[0034]
Further, by providing the holes 5 on both sides in the z direction with respect to the slit 4, the portion between the slit 4 and the hole 5 is sharpened, the electric field strength is enhanced, and the peak light intensity of the light spot is increased. At the same time, unnecessary light flows into the hole 5 to reduce the spot diameter.
[0035]
Furthermore, in the embodiment according to the present invention, the distance t from the slit 4 to the hole 5 is 15 nm to 100 nm (0.0176λ-0.0.1) which is sufficiently shorter than the resonance wavelength of the surface plasmon when the laser beam L having a wavelength of 850 nm is used. 118λ) is preferable.
[0036]
Because it is sufficiently shorter than the resonance wavelength of surface plasmon, both the maximum localized state of positive charge and the minimum localized state of negative charge due to the generation of surface plasmon polariton that propagates and reflects on the metal surface at the distance t are both It cannot exist at the same time, and the influence of reflection is very small. Rather, it is characterized in that the light localization effect by the localized surface plasmon works predominantly to form an enhanced minute light spot, and thus is completely different from Patent Document 2.
[0037]
Regarding the lower limit of the distance t, when the distance t becomes shorter than the thickness of the metal skin, a part of the light propagating through the slit 4 leaks from the metal having a thickness t separating the slit 4 and the hole 5. The light propagated through the slit 4 is reduced. Therefore, the distance t is preferably a distance that can block light without being extremely thin compared to the thickness of the metal skin. As an example, the skin thickness of gold is approximately 15 nm at a visible light wavelength.
[0038]
Next, examples will be described. FIG. 3 is a diagram illustrating dimensions of the light collecting element 1. The head unit 3 is set to X in the direction (x direction) perpendicular to the polarization Lz direction and Z in the z direction. Optical waveguide 2

【０００８】
Ｈｚ＝６０ｎｍ（０．０７０６λ）
ｔ＝３０ｎｍ（０．０３５３λ）
ｄ＝１５ｎｍ（０．０１７７λ）
［００４３］
図５に示すように、Ｈｘが０に近い場合、又は、Ｈｘがヘッド部３の幅Ｘ＝５００ｎｍ（０．４７１λ）に近い場合と比較して、Ｈｘ＝１２０ｎｍ（０．１４１λ）に近づくにつれて、ｘ方向のＦＷＨＭ及びｚ方向のＦＷＨＭは小さくなり、ピーク強度は大きくなることがわかる。なお、Ｈｘ＝１２０ｎｍ（０．１４１λ）の時にｘ方向のＦＷＨＭは５５ｎｍ（０．０５６λ）、ｚ方向のＦＷＨＭは１１５ｎｍ（０．１６４λ）、ピーク強度は０．１３９［Ｖ／ｍ］^２であった。
［００４４］
このように、ホール５を設けることにより、高い光透過率と微小な光スポットを両立させることができる。また、Ｈｘ＝１００ｎｍ〜１５０ｎｍ（０．１１８λ〜０．１７７λ）とすると、より好ましい。
［００４５］
次に、実施例１−２について説明する。図６は、スリット幅Ｓｘが３４０ｎｍ（０．４λ）の場合のホール幅Ｈｘに対するＦＷＨＭ及びピーク強度の関係をλで規格化したグラフである。実施例１−２では、ホール幅Ｈｘを変化させ、コバルト層内でのスポット光のＦＷＨＭ及びピーク強度を観測した。各寸法は、以下の表１に示す。
［００４６］
表１−２
Ｘ＝５００ｎｍ（０．５８８λ）
Ｚ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）
ａ＝約１０μｍ〜約１ｍｍ（約１１．８λ〜約１１８０λ）
ｂ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）
Ｓｘ＝３４０ｎｍ（０．４λ）
Ｓｙ＝２６０ｎｍ（０．３０６λ）
Ｓｚ＝２０ｎｍ（０．０２３５λ）
Ｈｘ＝変化
Ｈｙ＝１４０ｎｍ（０．１６５λ）
Ｈｚ＝６０ｎｍ（０．０７０６λ）
ｔ＝２０ｎｍ（０．０２３５λ）
ｄ＝１５ｎｍ（０．０１７７λ）[0008]
Hz = 60 nm (0.0706λ)
t = 30 nm (0.0353λ)
d = 15 nm (0.0177λ)
[0043]
As shown in FIG. 5, as Hx approaches 120 nm (0.141λ) when Hx is close to 0 or when Hx is close to the width X = 500 nm (0.471λ) of the head portion 3. It can be seen that the FWHM in the x direction and the FWHM in the z direction are reduced and the peak intensity is increased. When Hx = 120 nm (0.141λ), the FWHM in the x direction was 55 nm (0.056λ), the FWHM in the z direction was 115 nm (0.164λ), and the peak intensity was 0.139 [V / m] ^2. It was.
[0044]
Thus, by providing the hole 5, it is possible to achieve both high light transmittance and a minute light spot. Further, it is more preferable that Hx = 100 nm to 150 nm (0.118λ to 0.177λ).
[0045]
Next, Example 1-2 will be described. FIG. 6 is a graph in which the relationship between the FWHM and the peak intensity with respect to the hole width Hx when the slit width Sx is 340 nm (0.4λ) is normalized by λ. In Example 1-2, the hole width Hx was changed, and the FWHM and peak intensity of the spot light in the cobalt layer were observed. Each dimension is shown in Table 1 below.
[0046]
Table 1-2
X = 500 nm (0.588λ)
Z = 400 nm (0.471λ)
a = about 10 μm to about 1 mm (about 11.8λ to about 1180λ)
b = 400 nm (0.471λ)
Sx = 340 nm (0.4λ)
Sy = 260 nm (0.306λ)
Sz = 20 nm (0.0235λ)
Hx = change Hy = 140 nm (0.165λ)
Hz = 60 nm (0.0706λ)
t = 20 nm (0.0235λ)
d = 15 nm (0.0177λ)

【０００９】
［００４７］
図６に示すように、Ｈｘが０に近い場合、又は、Ｈｘがヘッド部３の幅Ｘ＝５００ｎｍ（０．４λ）に近い場合と比較して、Ｈｘ＝８０ｎｍ（０．０９４１λ）に近づくにつれて、ｘ方向のＦＷＨＭ及びｚ方向のＦＷＨＭは小さくなり、ピーク強度は大きくなることがわかる。なお、Ｈｘ＝８０ｎｍ（０．０９４１λ）の時にｚ方向のＦＷＨＭは４６ｎｍ（０．０５４１λ）、ｘ方向のＦＷＨＭは８２ｎｍ（０．０９６５λ）、ピーク強度はホール５がない場合に比べて４．８７倍であった。
［００４８］
このように、ホール５を設けることにより、高い光透過率と微小な光スポットを両立させることができる。また、Ｈｘ＝０．０６λ〜０．１６λとすると、より好ましい。
［００４９］
次に、実施例２について説明する。図７は、ホール深さＨｙに対するＦＷＨＭ及びピーク強度の関係を示すグラフである。図７（ａ）は、ＦＷＨＭをｎｍ単位で表したグラフ、図７（ｂ）は、ＦＷＨＭをλで規格化したグラフである。実施例２では、ホール深さＨｙを変化させ、コバルト層内でのスポット光のＦＷＨＭ及びピーク強度を観測した。各寸法は、以下の表２に示す。
［００５０］
表２
Ｘ＝５００ｎｍ（０．５８８λ）
Ｚ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）
ａ＝約１０μｍ（約１１．８λ）
ｂ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）
Ｓｘ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）
Ｓｙ＝２６０ｎｍ（０．３０６λ）
Ｓｚ＝２０ｎｍ（０．０２３５λ）
Ｈｘ＝９０ｎｍ（０．１０６λ）
Ｈｙ＝変化
Ｈｚ＝６０ｎｍ（０．０７０６λ）
ｔ＝３０ｎｍ（０．０３５３λ）
ｄ＝１５ｎｍ（０．０１７７λ）
［００５１］
図７に示すように、Ｈｙが０に近い場合と比較して、Ｈｙ＝５０ｎｍ（０．０５８８λ）より大きくなると、ｘ方向のＦＷＨＭ及びｚ方向のＦＷＨＭは小さくなり、ピーク強度は大きく[0009]
[0047]
As shown in FIG. 6, as Hx approaches 80 nm (0.0941λ) when Hx is close to 0 or when Hx is close to the width X = 500 nm (0.4λ) of the head portion 3. It can be seen that the FWHM in the x direction and the FWHM in the z direction are reduced and the peak intensity is increased. When Hx = 80 nm (0.0941λ), the FWHM in the z direction is 46 nm (0.0541λ), the FWHM in the x direction is 82 nm (0.0965λ), and the peak intensity is 4.87 compared to the case where the hole 5 is not present. It was twice.
[0048]
Thus, by providing the hole 5, it is possible to achieve both high light transmittance and a minute light spot. Further, it is more preferable that Hx = 0.06λ to 0.16λ.
[0049]
Next, Example 2 will be described. FIG. 7 is a graph showing the relationship between the FWHM and the peak intensity with respect to the hole depth Hy. FIG. 7A is a graph representing FWHM in nm units, and FIG. 7B is a graph obtained by normalizing FWHM by λ. In Example 2, the hole depth Hy was changed, and the FWHM and peak intensity of the spot light in the cobalt layer were observed. Each dimension is shown in Table 2 below.
[0050]
Table 2
X = 500 nm (0.588λ)
Z = 400 nm (0.471λ)
a = about 10 μm (about 11.8λ)
b = 400 nm (0.471λ)
Sx = 400 nm (0.471λ)
Sy = 260 nm (0.306λ)
Sz = 20 nm (0.0235λ)
Hx = 90 nm (0.106λ)
Hy = change Hz = 60 nm (0.0706λ)
t = 30 nm (0.0353λ)
d = 15 nm (0.0177λ)
[0051]
As shown in FIG. 7, when Hy is larger than 50 nm (0.0588λ), the FWHM in the x direction and the FWHM in the z direction are smaller and the peak intensity is larger than when Hy is close to 0.

【００１０】
なることがわかる。
［００５２］
次に、実施例３−１について説明する。図８は、スリット４からホール５までの距離ｔに対するＦＷＨＭ及びピーク強度の関係を示すグラフである。図８（ａ）は、ＦＷＨＭをｎｍ単位で表したグラフ、図８（ｂ）は、ＦＷＨＭをλで規格化したグラフである。実施例３−１では、スリット４からホール５までの距離ｔを変化させ、コバルト層内でのスポット光のＦＷＨＭ及びピーク強度を観測した。各寸法は、以下の表３−１に示す。
［００５３］
表３−１
Ｘ＝５００ｎｍ（０．５８８λ）
Ｚ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）
ａ＝約１０μｍ（約１１．８λ）
ｂ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）
Ｓｘ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）
Ｓｙ＝２６０ｎｍ（０．３０６λ）
Ｓｚ＝２０ｎｍ（０．０２３５λ）
Ｈｘ＝９０ｎｍ（０．１０６λ）
Ｈｙ＝１４０ｎｍ（０．１６５λ）
Ｈｚ＝６０ｎｍ（０．０７０６λ）
ｔ＝変化
ｄ＝１５ｎｍ（０．０１７７λ）
［００５４］
図８に示すように、距離ｔが約３０ｎｍ（０．０３５３λ）から約５０ｎｍ（０．０５８８λ）の間をピークに、距離ｔが小さくなるにつれてピーク強度が小さくなり、距離ｔが大きくなるにつれてピーク強度が小さくなる。また、距離ｔが大きくなるにつれてｘ方向のＦＷＨＭ及びｚ方向のＦＷＨＭが共に大きくなる。
［００５５］
このように、距離ｔは２０ｎｍ〜１００ｎｍ（０．０２３５λ〜０．１１８λ）に設定すると、高い光透過率と微小な光スポットを両立させることができ、好ましい。さらに、距離ｔは３０ｎｍ〜５０ｎｍ（０．０３５３λ〜０．０５８８λ）に設定するとより好ましい。
［００５６］
次に、実施例３−２について説明する。図９は、スリット４からホール５までの距離ｔに[0010]
I understand that
[0052]
Next, Example 3-1 will be described. FIG. 8 is a graph showing the relationship between the FWHM and the peak intensity with respect to the distance t from the slit 4 to the hole 5. FIG. 8A is a graph in which FWHM is expressed in nm, and FIG. 8B is a graph in which FWHM is normalized by λ. In Example 3-1, the distance t from the slit 4 to the hole 5 was changed, and the FWHM and peak intensity of the spot light in the cobalt layer were observed. Each dimension is shown in Table 3-1 below.
[0053]
Table 3-1.
X = 500 nm (0.588λ)
Z = 400 nm (0.471λ)
a = about 10 μm (about 11.8λ)
b = 400 nm (0.471λ)
Sx = 400 nm (0.471λ)
Sy = 260 nm (0.306λ)
Sz = 20 nm (0.0235λ)
Hx = 90 nm (0.106λ)
Hy = 140 nm (0.165λ)
Hz = 60 nm (0.0706λ)
t = change d = 15 nm (0.0177λ)
[0054]
As shown in FIG. 8, the peak is when the distance t is about 30 nm (0.0353λ) to about 50 nm (0.0588λ), the peak intensity decreases as the distance t decreases, and the peak increases as the distance t increases. Strength decreases. Further, as the distance t increases, both the FWHM in the x direction and the FWHM in the z direction increase.
[0055]
Thus, when the distance t is set to 20 nm to 100 nm (0.0235λ to 0.118λ), it is possible to achieve both high light transmittance and a small light spot, which is preferable. Furthermore, the distance t is more preferably set to 30 nm to 50 nm (0.0353λ to 0.0588λ).
[0056]
Next, Example 3-2 will be described. FIG. 9 shows the distance t from the slit 4 to the hole 5.

【００１２】
向に細長い高さＳｚ、ｘ方向に幅Ｓｘを有し、ｙ方向の長さをＳｙとする。また、ホール５は、ｘ方向に幅Ｈｘ、ｙ方向に深さＨｙ、ｚ方向に高さＨｚ、とする。また、スリット４とホール５との間隔は、ｔとする。
［００６１］
図１１は、ホール幅Ｈｘに対するＦＷＨＭ及びピーク強度の関係を示すグラフである。実施例４−１では、実施例１とスリット幅Ｓｘの寸法及び光導波路２の形状を異ならせて、実施例１と同様にホール幅Ｈｘを変化させ、コバルト層内でのスポット光のＦＷＨＭ及びピーク強度を観測した。各寸法は、以下の表４−１に示す。
［００６２］
表４−１
Ｘ＝５００ｎｍ（０．５８８λ）
Ｚ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）
ａ＝約１０μｍ（約１１．８λ）
ｂ＝２００ｎｍ（０．２３５λ）
ｃ＝８０ｎｍ（０．０９４１λ）
Ｓｘ＝３４０ｎｍ（０．４λ）
Ｓｙ＝２６０ｎｍ（０．３０６λ）
Ｓｚ＝２０ｎｍ（０．０２３５λ）
Ｈｘ＝変化
Ｈｙ＝１４０ｎｍ（０．１６５λ）
Ｈｚ＝６０ｎｍ（０．０７０６λ）
ｔ＝３０ｎｍ（０．０３５３λ）
ｄ＝１５ｎｍ（０．０１７７λ）
［００６３］
図１１に示すように、ホール幅Ｈｘが０に近い場合、又は、ホール幅Ｈｘがヘッド部３の幅Ｘ＝５００ｎｍに近い場合と比較して、ホール幅Ｈｘ＝約９０ｎｍ〜１５０ｎｍの間で、ｘ方向のＦＷＨＭ及びｚ方向のＦＷＨＭは小さくなり、ピーク強度は大きくなることがわかる。なお、ホール幅Ｈｘ＝９０ｎｍの時にｘ方向のＦＷＨＭは４７．５ｎｍ、ｚ方向のＦＷＨＭは１０５ｎｍ、効率６５％であった。また、ピーク強度の最大値は約０．８０６［Ｖ／ｍ］^２であり、ホール５のない場合と比較して約２．５倍の強度が得られた。
［００６４］
このように、ホール幅Ｈｘは５０ｎｍ〜２５０ｎｍに設定すると、高い光透過率と微小な[0012]
The height Sz is elongated in the direction, the width Sx is in the x direction, and the length in the y direction is Sy. The hole 5 has a width Hx in the x direction, a depth Hy in the y direction, and a height Hz in the z direction. The interval between the slit 4 and the hole 5 is t.
[0061]
FIG. 11 is a graph showing the relationship between FWHM and peak intensity with respect to hole width Hx. In Example 4-1, the dimension of the slit width Sx and the shape of the optical waveguide 2 are different from those in Example 1, and the hole width Hx is changed in the same manner as in Example 1, so that the FWHM of the spot light in the cobalt layer is changed. Peak intensity was observed. Each dimension is shown in the following Table 4-1.
[0062]
Table 4-1
X = 500 nm (0.588λ)
Z = 400 nm (0.471λ)
a = about 10 μm (about 11.8λ)
b = 200 nm (0.235λ)
c = 80 nm (0.0941λ)
Sx = 340 nm (0.4λ)
Sy = 260 nm (0.306λ)
Sz = 20 nm (0.0235λ)
Hx = change Hy = 140 nm (0.165λ)
Hz = 60 nm (0.0706λ)
t = 30 nm (0.0353λ)
d = 15 nm (0.0177λ)
[0063]
As shown in FIG. 11, when the hole width Hx is close to 0, or when the hole width Hx is close to the width X = 500 nm of the head portion 3, the hole width Hx is between about 90 nm and 150 nm. It can be seen that the FWHM in the x direction and the FWHM in the z direction are reduced and the peak intensity is increased. When the hole width Hx = 90 nm, the FWHM in the x direction was 47.5 nm, the FWHM in the z direction was 105 nm, and the efficiency was 65%. Moreover, the maximum value of the peak intensity is about 0.806 [V / m] ² , and about 2.5 times the intensity was obtained as compared with the case without the hole 5.
[0064]
Thus, when the hole width Hx is set to 50 nm to 250 nm, the high light transmittance and the minute width are set.

Claims

In a condensing element that transmits light having a single wavelength and polarized in one direction and forms a spot light,
An optical waveguide that transmits the light, and a head portion that is disposed on a side from which the light transmitted through the optical waveguide is emitted, and includes a metal and a light transmitting body,
The head portion is
A metal micro-aperture penetrating from the optical waveguide side to the opposite side, the dimension in one direction being smaller than the wavelength of the light,
Attached micro openings provided on both sides of the one direction with respect to the metal micro openings,
A condensing element comprising:

The condensing element according to claim 1, wherein the attached minute aperture is a hole having a bottom.

The condensing element according to claim 1, wherein a distance between the metal micro aperture and the attached micro aperture is smaller than ¼ of the wavelength of the light.

4. The condensing element according to claim 1, wherein the metal minute opening has a tapered portion inclined toward the emission surface in a direction perpendicular to the one direction. 5.

The condensing element according to claim 1, wherein the metal minute opening is rectangular.

The condensing element according to claim 1, wherein the attached minute aperture is rectangular.

The condensing element according to claim 1, wherein the attached minute aperture is disposed symmetrically with respect to the metal minute aperture.

The said optical waveguide has the step part whose height is lower than the said optical waveguide, and is higher than the said metal minute opening in the said metal minute opening side, The collection | recovery in any one of Claim 1 thru | or 7 characterized by the above-mentioned. Optical element.

The light condensing element according to claim 1, wherein the following formula (1) is satisfied.
400 nm ≦ λ ≦ 1.55 μm (1)
Where λ is the wavelength of the light.

The light condensing element according to claim 1, wherein the following formula (2) is satisfied.
1 ≦ n ≦ 3.5 (2)
However, n is the refractive index of the material which comprises the said metal minute opening and the said attached minute opening.

The condensing element according to claim 1, wherein the following expression (3) is satisfied.
0.05λ ≦ Hx ≦ 0.177λ (3)
Where Hx is the width of the attached minute aperture,
λ is the wavelength of the light.

A recording head for recording on a recording medium, and the light collecting element according to any one of claims 1 to 11, which is disposed upstream of the recording head in a rotation direction of the recording medium. A heat-assisted magnetic recording optical head.