JPWO2011033926A1 - 近接場光発生器、光アシスト磁気記録ヘッド、および光アシスト磁気記録装置 - Google Patents

近接場光発生器、光アシスト磁気記録ヘッド、および光アシスト磁気記録装置 Download PDF

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Abstract

本発明は、良好に近接場光を発生させることができる近接場光発生器、光アシスト磁気記録ヘッド、および光アシスト磁気記録装置を提供することを特徴とする。近接場光発生器３０は、主として、下部クラッド３２と、上部クラッド３３と、外部コア３５と、細線コア４０と、低屈折率層４６と、プラズモン集光器４７と、を有している。低屈折率層４６は、下部クラッド３２およびプラズモン集光器４７の上に形成されたＳｉＯ２層である。プラズモン集光器４７は、略平板状の金属構造体であり、例えばＡｕにより形成されている。ここで、光導波路３０ａに結合される光の電界成分は、コア−クラッド境界面と略垂直な振動面で振動する。また、この振動面と略垂直な方向におけるプラズモン集光器４７の幅は、光導波路３０ａの外部コア３５側から光射出部４８側に向かって狭まる。

Description

本発明は、近接場光発生器、並びに、この近接場光発生器を用いた光アシスト磁気記録ヘッドおよび光アシスト磁気記録装置に関する。
従来より、非伝搬光の近接場を用いた熱アシスト方式の磁気情報記録技術が、知られている（例えば、特許文献１および２）。
ここで、熱アシスト方式の磁気情報記録技術では、記録密度を向上させるため、記録媒体として高保磁力媒体が使用される。この高保磁力媒体は、高密度記録および熱安定性を両立できる記録媒体であり、高密度に記録された磁気情報（記録ビット）を長期間、安定して保存することができる。
また、近接場を用いた熱アシスト方式の磁気情報記録技術では、磁気情報の書き換えに先立ち、記録面の局所的な領域に対して光が照射される。これにより、記録面の局所的に対して熱エネルギーが付与され、書き換え対象となる磁気情報の保磁力が低下させられる。そのため、記録媒体として高保磁力媒体が使用される場合であっても、書き換え対象となる磁気情報が容易に磁化反転させられ、磁気情報の書き換えが容易に実行される。
そして、光が照射された記録面の温度は、その後急速に下降し、記録面の保磁力は、元の高保磁力状態に戻る。そのため、書き換えられた磁気情報は、安定して保存されることになる。
また、従来より、金属製の散乱体に光を照射することによって、散乱体の先端に近接場光を発生させる技術についても、知られている（例えば、特許文献１および２）。特許文献１および２の技術は、散乱体における局在プラズモン共鳴を用いることによって、散乱体に近接場光を発生させる。
ここで、局在プラズモン共鳴とは、散乱体に入射された光で散乱体が共鳴することによって、散乱体に金属伝導電子の粗密波が発生させられることを言う。また、散乱体が局在プラズモン共鳴する場合、散乱体に入射する光の電界成分は、主として、散乱体の主面に対して略垂直な面内で振動することが知られている。さらに、空間を伝搬する光の電界成分は、通常、光の伝搬方向と略垂直な方向に振動する。
したがって、散乱体を効率よく励振させるためには、散乱体に対して光を斜めに入射させる必要がある。より厳密には、一定の波数整合条件を満たす（散乱体に入射する光の波数と、局在プラズモン共鳴により散乱体に発生する粗密波の波数と、が略一致する）ような散乱体を用いる必要がある。
特開２００５−００４９０１号公報 特開２００８−１５９１５６号公報
しかしながら、特許文献１および２の技術では、散乱体に対して光を斜めに導くための構造が、複雑なものとなっている。その結果、特許文献１および２の技術は、製造容易性の面で課題を有していた。
また、特許文献１および２の技術では、製造誤差により散乱体の角度が変化したり、散乱体に入射する光の波長が温度変化により変動したりすると、散乱体の先端に形成される近接場の電界強度が変動する。その結果、特許文献１および２の技術は、光照射された局所領域で書き込み安定性が低下するという課題を有していた。
そこで、本発明では、良好に近接場光を発生させることができる近接場光発生器、光アシスト磁気記録ヘッド、および光アシスト磁気記録装置を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、近接場光発生器であって、（ａ）結合される光を、結合部側から光射出部側に向かって伝搬し、（ａ−１）クラッドと、（ａ−２）前記クラッドにより囲繞されるとともに、前記クラッドよりも高屈折率のコアとを有する光導波路と、（ｂ）前記コアと前記クラッドとの間に設けられるとともに、前記コアの外周面のうちの一部分の面に沿って配置される略平板状の金属構造体と、（ｃ）少なくとも、前記コアにおける前記一部分の面と、前記金属構造体と、の間に挟まれた低屈折率層とを備え、前記光導波路に結合される前記光の電界成分は、前記一部分の面と略垂直な振動面内で振動するとともに、前記振動面と略垂直な方向における前記金属構造体の幅は、前記光導波路の結合部側から前記光導波路の光射出部側に向かって狭まることを特徴とする。
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の近接場光発生器において、式１に従って求められる比屈折率差Δは、０．２５以上であることを特徴とする。ただし、ｎｃｌａｄは、クラッドの屈折率を示し、ｎｃｏｒｅは、コアの屈折率を示す。
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の近接場光発生器において、前記光導波路の伝搬モードは、シングルモードであることを特徴とする。
また、請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の近接場光発生器において、前記金属構造体および前記低屈折率層が設けられていない場合における前記光導波路の等価屈折率と、前記金属構造体および前記低屈折率層が設けられている場合における前記光導波路の等価屈折率と、が略同一となるように、前記低屈折率層の厚さが設定されていることを特徴とする。
また、請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の近接場光発生器において、前記光の伝搬方向に沿った前記金属構造体の長さは、前記コアと前記金属構造体との境界に生じる表面プラズモンの波長以上であることを特徴とする。
また、請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の近接場光発生器において、前記金属構造体の形状は、前記伝搬方向に沿った前記一部分の面の中心線に対し、略線対称となることを特徴とする。
また、請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の近接場光発生器において、前記光導波路の光結合部は、結合される前記光のスポットのサイズを小さくする光スポットサイズ変換部であることを特徴とする。
また、請求項８の発明は、請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の近接場光発生器を備えることを特徴とする。
また、請求項９の発明は、請求項８に記載の光アシスト磁気記録ヘッドを備えることを特徴とする。
請求項１から請求項９に記載の発明によれば、光導波路に結合される光の電界成分は、コアにおける一部分の面と略垂直な振動面内で振動する。また、金属構造体は、コアにおける一部分の面に沿って配置されている。これにより、電界成分の振動面は、略平板状の金属構造体に対して略垂直となる。そのため、コアと金属構造体との境界に、効率的に表面プラズモンを励振させることができる。
また、請求項１から請求項９に記載の発明によれば、コアおよび金属構造体の間に適切な低屈折率層を設けることによって、光導波路の伝搬定数と表面プラズモンの波数と、を略一致させ、かつ、表面プラズモンの損失定数を低減できる。そのため、光射出部側に近接場光を効率よく発生させることができる。
特に、請求項２に記載の発明において、コアおよびクラッドの屈折率は、コアの屈折率がクラッドの屈折率よりも高くなるように、かつ、比屈折率差Δが０．２５以上となるように、設定されている。すなわち、光導波路は、高屈折率差導波路を形成している。これにより、コア−クラッド境界に沿って、電界を集中させることができる。そのため、請求項２の近接場光発生器の構造が採用されることによって、光導波路に結合された光の電界成分および磁界成分を有効に集光させることができる。
特に、請求項３に記載の発明によれば、光導波路の伝搬モードはシングルモードに設定されており、光導波路は、シングルモード導波路とされている。そのため、光導波路を伝搬される高速信号の波形歪みを低減することができる。また、高次モードの悪影響によって、光スポットの形が乱れてしまうことを無くすことができる。
特に、請求項４に記載の発明によれば、金属構造体および低屈折率層が設けられていない場合における光導波路の等価屈折率と、金属構造体および低屈折率層が設けられている場合における光導波路の等価屈折率と、が略同一となるように設定されている。これにより、光導波路の伝搬定数と表面プラズモンの波数と、を略一致させることができる。そのため、光射出部側に近接場光を効率よく発生させることができる。
特に、請求項５に記載の発明によれば、光の伝搬方向に沿った金属構造体の長さは、コアと金属構造体との境界に生じる表面プラズモンの波長以上となるように設定されている。これにより、光の伝搬方向に沿った金属構造体の長さの許容差、および振動面と略垂直な方向における金属構造体の幅の許容差が大きく設定されたとしても、発生した表面プラズモンは金属構造体を伝搬され、集光される光の波長領域は広帯域となる。
このように、金属構造体の長さおよび幅の許容差が大きく設定でき、集光される光の波長領域が広帯域となる場合であっても、電界増強倍率の低下を抑制することができる。そのため、近接場光発生器を大量生産に適した構造とすることができる。
特に、請求項６に記載の発明によれば、金属構造体の形状は、伝搬方向に沿った一部分の面の中心線に対し、略線対称とされている。そのため、近接場の発生効率の高い近接場光発生器を提供することができる。
特に、請求項７に記載の発明によれば、光導波路に結合される光の結合効率を向上させることができる。そのため、近接場光発生器から照射される近接場光の照射効率をさらに向上させることができる。
特に、請求項８および請求項９に記載の発明によれば、電界および磁界は、光の伝搬方向に従って、次第に金属構造体に集中する。そのため、所望の領域を良好に加熱することができ、磁気記録媒体への書き込み安定性を向上させることができる。
本発明の実施の形態における光アシスト磁気記録装置の構成の一例を模式的に示す斜視図である。 アーム機構の構成の一例を示す平面図である。 図２のＶ−Ｖ線から見た側面断面図である。 スライダ部の構成の一例を示す側面図である。 光学素子の構成の一例を示す斜視図である。 近接場光発生器の構成の一例を示す斜視図である。 図６のVI−VI線から見た断面図である。 図６のVII−VII線から見た断面図である。 図８のVIII−VIII線から見た断面図である。 細線コア付近における近接場光発生器の構成の一例を示す斜視図である。 金属構造体の形状を説明するための斜視図である。 近接場光発生器の製造方法を説明するための斜視図である。 近接場光発生器の製造方法を説明するための斜視図である。 近接場光発生器の製造方法を説明するための斜視図である。 近接場光発生器の製造方法を説明するための斜視図である。 近接場光発生器の製造方法を説明するための斜視図である。 図９のＸＹ平面内において、規格化された電界Ｚ成分の分布の一例を示すグラフである。 図１７の線分Ｌ１上におけるＸ座標と、規格化された電界Ｚ成分と、の関係を示すグラフである。 図１７の線分Ｌ２上における規格化された電界Ｚ成分と、Ｙ座標と、の関係を示すグラフである。 図９のＸＹ平面内において、規格化された電界Ｘ成分の分布の一例を示すグラフである。 図２０の線分Ｌ３上におけるＸ座標と、規格化された電界Ｘ成分と、の関係を示すグラフである。 図２０の線分Ｌ４上における規格化された電界Ｘ成分と、Ｙ座標と、の関係を示すグラフである。 図９のＸＹ平面内において、規格化された磁界Ｙ成分の分布の一例を示すグラフである。 図２３の線分Ｌ５上におけるＸ座標と、規格化された磁界Ｙ成分と、の関係を示すグラフである。 図２３の線分Ｌ６上における規格化された磁界Ｙ成分と、Ｙ座標と、の関係を示すグラフである。 図９のＸＹ平面内において、規格化された磁界Ｚ成分の分布の一例を示すグラフである。 図２６の線分Ｌ７上におけるＸ座標と、規格化された磁界Ｚ成分と、の関係を示すグラフである。 図２６の線分Ｌ８上における規格化された磁界Ｚ成分と、Ｙ座標と、の関係を示すグラフである。 有限差分時間領域法により解析した近接場光発生器のハードウェア構成を説明するための斜視図である。 有限差分時間領域法により図２９の近接場光発生器を解析した結果を示す図である。 有限差分時間領域法により図２９の近接場光発生器を解析した結果を示す図である。 有限差分時間領域法により図２９の近接場光発生器を解析した結果を示す図である。 図３２の線分Ｌ９上における規格化された電界強度と、Ｘ座標と、の関係を示すグラフである。 図３２の線分Ｌ１０上における規格化された電界強度と、Ｙ座標と、の関係を示すグラフである。 電界増強倍率と、低屈折率層の厚さと、の関係を示すグラフである。 １μｍあたりの損失と、低屈折率層の厚さと、の関係を示すグラフである。 光導波路の等価屈折率と、低屈折率層の厚さと、の関係を示すグラフである。 有限差分時間領域法により図１０の近接場光発生器を解析した結果を示す図である。 有限差分時間領域法により図１０の近接場光発生器を解析した結果を示す図である。 図９のＸＹ平面内おいて、規格化された電界強度の分布の一例を示すグラフである。 図４０の線分Ｌ９上におけるＸ座標と、規格化された電界強度と、の関係を示すグラフである。 図４０の線分Ｌ１０上におけるＹ座標と、規格化された電界強度と、の関係を示すグラフである。 金属構造体の形状の他の例を示す平面図である。 金属構造体の形状の他の例を示す平面図である。 金属構造体の形状の他の例を示す平面図である。 金属構造体の形状の他の例を示す平面図である。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。
＜１．光アシスト磁気記録装置の構成＞
図１は、本実施の形態における光アシスト磁気記録装置１の構成の一例を模式的に示す斜視図である。光アシスト磁気記録装置１は、熱アシスト方式の磁気情報記録装置であり、いわゆるハードディスクドライブとして使用することができる。また、光アシスト磁気記録装置１の記録媒体としては、高保磁力媒体が用いられている。
ここで、高保磁力媒体に記録されている磁気情報が書き換えられるとき、光アシスト磁気記録装置１は、高保磁力媒体の記録面に対して局所的に光を照射し、局所的に熱エネルギーを付与する。これにより、熱エネルギーが付与された領域（書換領域）の温度が上昇し、書換領域における磁気情報の保磁力が小さくなる。そのため、記録媒体として高保磁力媒体が使用される場合であっても、磁気情報の書き換えを容易に実行することができる。
そして、光放射に基づく熱エネルギーが付与された書換領域の温度は、その後急速に下降する。そのため、記録面の保磁力は元の高保磁力状態に戻る。そのため、書き換えられた磁気情報は、高保磁力媒体の記録面上に、安定して保存されることになる。
図１に示すように、光アシスト磁気記録装置１は、主として、筐体１ａと、第１ないし第３記録用ディスク２ａ〜２ｃと、アーム機構１０と、を有している。なお、図１および以降の各図には、それらの方向関係を明確にすべく必要に応じて適宜、Ｚ軸方向を鉛直方向とし、ＸＹ平面を水平面とするＸＹＺ直交座標系が付されている。
筐体１ａは、略直方体状の箱体である。筐体１ａの内側空間には、第１ないし第３記録用ディスク２ａ〜２ｃと、アーム機構１０と、が密閉して収納されている。
第１ないし第３記録用ディスク２ａ〜２ｃは、略円盤状の記録媒体であり、高保磁力媒体により構成されている。図１に示すように、第１ないし第３記録用ディスク２ａ〜２ｃは、上側から下側（Ｚ軸プラス方向）に向かって、この順番に設けられている。また、図１に示すように、隣接する記録用ディスク２ａ〜２ｃは、相互に所定の微小距離（例えば、１ｍｍ以下）だけ離隔するように、かつ、第１ないし第５記録面３ａ〜３ｅ（図３参照）が略平行となるように、配置されている。さらに、第１ないし第３記録用ディスク２ａ〜２ｃは、Ｚ軸と略平行な回転軸４を中心に回転方向ｍＢに回転可能とされている。
アーム機構１０は、第１ないし第３記録用ディスク２ａ〜２ｃに対して、第１ないし第５スライダ部１１〜１５をトラッキング方向ｍＡに移動させる移動機構である。これにより、回転する第１ないし第３記録用ディスク２ａ〜２ｃの所望位置の磁気情報が読み出され、または、第１ないし第３記録用ディスク２ａ〜２ｃの所望位置の磁気情報が書き換えられる。なお、アーム機構１０の詳細な構成については、後述する。
＜２．アーム機構の構成＞
図２は、本実施の形態におけるアーム機構１０の構成の一例を示す平面図である。図３は、図２のＶ−Ｖ線から見た側面断面図である。図１ないし図３に示すように、アーム機構１０は、主として、揺動軸５と、アクチュエータ６と、複数の（本実施の形態では３つの）アーム部７〜９と、を有している。
第１ないし第３アーム部７〜９は、それぞれ同様な形状を有する片持ち梁状の部材である。図３に示すように、各アーム部７〜９は、揺動軸５に固定されるとともに、揺動軸５側から第１ないし第３記録用ディスク２ａ〜２ｃ側に延びる。
また、図３に示すように、第１ないし第３アーム部７〜９は、上側から下側（Ｚ軸プラス方向）に向かって、この順番に設けられている。そして、第１および第２アーム部８の間に第１記録用ディスク２ａが、第２および第３アーム部９の間に第２記録用ディスク２ｂが、それぞれ挟まれている。また、第３アーム部９の下方に第３記録用ディスク２ｃが配置されている。
さらに、第１ないし第３アーム部７〜９は、揺動軸５を介して、アクチュエータ６と連動連結されている。したがって、アクチュエータ６が駆動すると、各アーム部７〜９は、Ｚ軸と略平行な揺動軸５を中心に揺動する。
第１アーム部７は、一方向に延伸するとともに、その延伸方向ＡＲ１における一端１０ａ付近に設けられた揺動軸５を中心に揺動可能とされている。図３に示すように、第１アーム部７は、主として、アーム本体部７ａと、サスペンション部７ｂと、を有している。
アーム本体部７ａは、第１アーム部７の一端１０ａ側（固定端側）に設けられており、揺動軸５に固定されている。アーム本体部７ａは、サスペンション部７ｂと比較して、高さ方向のサイズ（厚み）が大きく、かつ、剛性が高い材料で形成されている。
サスペンション部７ｂは、可撓性を有する材料で形成されている。図３に示すように、サスペンション部７ｂは、第１アーム部７の他端１０ｂ側（自由端側）に設けられており、アーム本体部７ａの下側に固定されている。
第１光源ＬＳ１は、熱アシストのために第１記録面３ａ（第１記録用ディスク２ａの上面）に照射される光を供給する。図３に示すように、第１光源ＬＳ１は、アーム本体部７ａの下面側に取り付けられている。第１光源ＬＳ１から出射された光は、光ファイバ２１を介して第１スライダ部１１に導入される。
ここで、本実施の形態において、第１光源ＬＳ１としては、ファブリ・ペロー型レーザ・ダイオードが使用されている。このレーザ・ダイオードは、安価な反面、温度変化によりレーザ光の波長が変化する。
また、本実施の形態において、光ファイバ２１としては、例えば光通信で用いられるシングルモード光ファイバが採用されており、コアを形成するための材料としてはＧｅをドープしたＳｉＯ２が、クラッドを形成するための材料としてはＳｉＯ２が、それぞれ使用されている。
また、コアの屈折率を「ｎｃｏｒｅ」、クラッドの屈折率を「ｎｃｌａｄ」、とそれぞれした場合、比屈折率差Δは、式（１）のように表される。
本実施の形態の光ファイバ２１は、式（１）で表される比屈折率差Δが０．００３程度となるように設計されており、低屈折率差導波路として使用される。
第１スライダ部１１は、図３に示すように、サスペンション部７ｂから第１記録面３ａ側に突出するヘッド部である。第１スライダ部１１は、第１アーム部７（サスペンション部７ｂ）の下側他端１０ｂ付近に取り付けられている。第１スライダ部１１は、第１記録面３ａから磁気情報を読み出す処理、および第１記録面３ａに光照射しつつ磁気情報を書き換える処理を実行する。
また、第１スライダ部１１について、第１記録面３ａと対向する面（すなわち、第１スライダ部１１の下面）の形状は、いわゆる浮上面形状（ＡＢＳ：Air Bearing Surface）とされている。さらに、第１記録用ディスク２ａが回転せず静止状態の場合において、第１スライダ部１１は、第１記録面３ａと接触している。
したがって、回転軸４を中心に第１記録用ディスク２ａが回転すると、第１スライダ部１１は、第１記録面３ａから微小距離だけ浮上する。そのため、第１スライダ部１１は、第１記録面３ａと接触することなく、磁気情報の読み出し、および書き換えを実行することができる。
第２アーム部８は、第１アーム部７と同様に、一方向に延伸するとともに、その延伸方向ＡＲ１における一端１０ａ付近に設けられた揺動軸５を中心に揺動可能とされている。図３に示すように、第２アーム部８は、主として、アーム本体部８ａと、上部サスペンション部８ｂと、下部サスペンション部８ｃと、を有している。
アーム本体部８ａは、アーム本体部７ａと同様な材料で形成され、同様な形状を有している。図３に示すように、アーム本体部８ａは、第２アーム部８の一端１０ａ側を構成しており、揺動軸５に固定されている。
上部および下部サスペンション部８ｂ、８ｃは、サスペンション部７ｂと同様に、可撓性を有する材料で形成されており、第２アーム部８の他端１０ｂ側を構成している。また、図３に示すように、上部サスペンション部８ｂはアーム本体部８ａの上側に、下部サスペンション部８ｃはアーム本体部８ａの下側に、それぞれ固定されている。
第２光源ＬＳ２は、第１光源ＬＳ１と同様なハードウェア構成を有しており、熱アシストのために第２記録面３ｂ（第１記録用ディスク２ａの下面）に照射される光を供給する。図３に示すように、第２光源ＬＳ２は、アーム本体部８ａの上面側に取り付けられている。第２光源ＬＳ２から出射された光は、光ファイバ２２ａを介して第２スライダ部１２に導入される。
第２スライダ部１２は、第１スライダ部１１と同様なハードウェア構成を有しており、図３に示すように、上部サスペンション部８ｂから第２記録面３ｂ側に突出するヘッド部である。第２スライダ部１２は、第２アーム部８（上部サスペンション部８ｂ）の上側他端１０ｂ付近に取り付けられている。第２スライダ部１２は、第２記録面３ｂから磁気情報を読み出す処理、および第２記録面３ｂに光照射しつつ磁気情報を書き換える処理を実行する。
また、第２スライダ部１２について、第２記録面３ｂと対向する面（すなわち、第２スライダ部１２の上面）の形状は、いわゆる浮上面形状となっている。また、第１記録用ディスク２ａが回転せず静止状態の場合において、第２スライダ部１２は、第２記録面３ｂと接触している。
したがって、回転軸４を中心に第１記録用ディスク２ａが回転すると、第２スライダ部１２は、第２記録面３ｂから微小距離だけ下降して離隔する。そのため、第２スライダ部１２は、第２記録面３ｂと接触することなく、磁気情報の読み出し、および書き換えを実行することができる。
第３光源ＬＳ３は、第１光源ＬＳ１と同様なハードウェア構成を有しており、熱アシストのために第３記録面３ｃ（第２記録用ディスク２ｂの上面）に照射される光を供給する。図３に示すように、第３光源ＬＳ３は、アーム本体部８ａの下面側に取り付けられている。第３光源ＬＳ３から出射された光は、光ファイバ２２ｂを介して第３スライダ部１３に導入される。
第３スライダ部１３は、第１スライダ部１１と同様なハードウェア構成を有しており、図３に示すように、下部サスペンション部８ｃから第３記録面３ｃ側に突出するヘッド部である。第３スライダ部１３は、第２アーム部８（下部サスペンション部８ｃ）の下側他端１０ｂ付近に取り付けられている。第３スライダ部１３は、第３記録面３ｃから磁気情報を読み出す処理、および第３記録面３ｃに光照射しつつ磁気情報を書き換える処理を実行する。
また、第３スライダ部１３について、第３記録面３ｃと対向する面（すなわち、第３スライダ部１３の下面）の形状は、いわゆる浮上面形状となっている。また、第２記録用ディスク２ｂが回転せず静止状態の場合において、第３スライダ部１３は、第３記録面３ｃと接触している。
したがって、回転軸４を中心に第２記録用ディスク２ｂが回転すると、第３スライダ部１３は、第３記録面３ｃから微小距離だけ浮上する。そのため、第３スライダ部１３は、第３記録面３ｃと接触することなく、磁気情報の読み出し、および書き換えを実行することができる。
第３アーム部９は、第１アーム部７と同様に、一方向に延伸するとともに、その延伸方向ＡＲ１における一端１０ａ付近に設けられた揺動軸５を中心に揺動可能とされている。図３に示すように、第３アーム部９は、主として、アーム本体部９ａと、上部サスペンション部９ｂと、下部サスペンション部９ｃと、を有している。
アーム本体部９ａは、アーム本体部７ａと同様な材料で形成され、同様な形状を有している。図３に示すように、アーム本体部９ａは、第３アーム部９の一端１０ａ側を構成しており、揺動軸５に固定されている。
上部および下部サスペンション部９ｂ、９ｃは、サスペンション部７ｂと同様に、可撓性を有する材料で形成されており、第３アーム部９の他端１０ｂ側を構成している。また、図３に示すように、上部サスペンション部９ｂはアーム本体部９ａの上側に、下部サスペンション部９ｃはアーム本体部９ａの下側に、それぞれ固定されている。
第４光源ＬＳ４は、第１光源ＬＳ１と同様なハードウェア構成を有しており、熱アシストのために第４記録面３ｄ（第２記録用ディスク２ｂの下面）に照射される光を供給する。図３に示すように、第４光源ＬＳ４は、アーム本体部９ａの上面側に取り付けられている。第４光源ＬＳ４から出射された光は、光ファイバ２２ｃを介して第４スライダ部１４に導入される。
第４スライダ部１４は、第１スライダ部１１と同様なハードウェア構成を有しており、図３に示すように、上部サスペンション部９ｂから第４記録面３ｄ側に突出するヘッド部である。第４スライダ部１４は、第３アーム部９（上部サスペンション部９ｂ）の上側他端１０ｂ付近に取り付けられている。第４スライダ部１４は、第４記録面３ｄから磁気情報を読み出す処理、および第４記録面３ｄに光照射しつつ磁気情報を書き換える処理を実行する。
また、第４スライダ部１４について、第４記録面３ｄと対向する面（すなわち、第４スライダ部１４の上面）の形状は、いわゆる浮上面形状となっている。また、第２記録用ディスク２ｂが回転せず静止状態の場合において、第４スライダ部１４は、第４記録面３ｄと接触している。
したがって、回転軸４を中心に第２記録用ディスク２ｂが回転すると、第４スライダ部１４は、第４記録面３ｄから微小距離だけ下降して離隔する。そのため、第４スライダ部１４は、第４記録面３ｄと接触することなく、磁気情報の読み出し、および書き換えを実行することができる。
第５光源ＬＳ５は、第１光源ＬＳ１と同様なハードウェア構成を有しており、熱アシストのために第５記録面３ｅ（第３記録用ディスク２ｃの上面）に照射される光を供給する。図３に示すように、第５光源ＬＳ５は、アーム本体部９ａの下面側に取り付けられている。第５光源ＬＳ５から出射された光は、光ファイバ２２ｄを介して第５スライダ部１５に導入される。
第５スライダ部１５は、第１スライダ部１１と同様なハードウェア構成を有しており、図３に示すように、下部サスペンション部９ｃから第５記録面３ｅ側に突出するヘッド部である。第５スライダ部１５は、第３アーム部９（下部サスペンション部９ｃ）の下側他端１０ｂ付近に取り付けられている。第５スライダ部１５は、第５記録面３ｅから磁気情報を読み出す処理、および第５記録面３ｅに光照射しつつ磁気情報を書き換える処理を実行する。
また、第５スライダ部１５について、第５記録面３ｅと対向する面（すなわち、第５スライダ部１５の下面）の形状は、いわゆる浮上面形状となっている。また、第３記録用ディスク２ｃが回転せず静止状態の場合において、第５スライダ部１５は、第５記録面３ｅと接触している。
したがって、回転軸４を中心に第３記録用ディスク２ｃが回転すると、第５スライダ部１５は、第５記録面３ｅから微小距離だけ浮上する。そのため、第５スライダ部１５は、第５記録面３ｅと接触することなく、磁気情報の読み出し、および書き換えを実行することができる。
＜３．スライダ部の構成＞
図４は、第１スライダ部１１の構成の一例を示す側面図である。図５は、プリズム２６の構成の一例を示す斜視図である。ここで、上述のように、第２ないし第５スライダ部１２〜１５のそれぞれは、第１スライダ部１１と、同様なハードウェア構成を有している。そこで、以下では、第１スライダ部１１についてのみ説明する。
第１スライダ部１１（光アシスト磁気記録ヘッド）は、対向する第１記録面３ａ上に光を照射する光ヘッドとしての機能と、対向する第１記録面３ａ上に記録されている磁気情報を読み書きする磁気ヘッドとしての機能と、を有している。
図４に示すように、第１スライダ部１１は、主として、磁気記録・再生部２５と、プリズム２６と、近接場光発生器３０と、を有している。ここで、図４に示すように、近接場光発生器３０および磁気記録・再生部２５は、加熱をした直後に書き込みを行うように、この順番に、配置方向ｍＣに沿って基板２３の側面に積層されている。
磁気記録・再生部２５は、磁気記録素子および磁気再生素子（いずれも図示省略）を有している。磁気記録・再生部２５は、第１記録面３ａのうち、近接場光発生器３０からの近接場光が照射された部分について、磁気情報を書き換える。また、磁気記録・再生部２５は、第１記録面３ａに記録されている磁気情報を読み取る。
プリズム２６は、例えば、光学ガラスや樹脂材料（ポリカーボネートまたはポリメチルメタクリレート）等により形成される光学素子である。プリズム２６は、基板２３、磁気記録・再生部２５、および近接場光発生器３０の上部に固定されている。図５に示すように、プリズム２６は、偏向面２６ａを有している。
偏向面２６ａは、全反射面や蒸着ミラー等の偏向要素により構成されている。偏向面２６ａは、光ファイバ２１から導入された光の進行方向を、サスペンション部７ｂに沿った略水平方向（図４の場合、Ｙ軸プラス方向）から、略垂直方向（図４の場合、Ｚ軸プラス方向）に偏向する。そして、偏向面２６ａで偏向された光は、近接場光発生器３０の外部コア３５に結合される。
Ｖ溝２６ｂは、断面形状が略Ｖ字状の凹みであり、サスペンション部７ｂに沿って偏向面２６ａの手前まで延びる。また、図５に示すように、Ｖ溝２６ｂは、基板２３側（紙面下側）、および第１光源ＬＳ１側（紙面左側）に開口する。したがって、Ｖ溝２６ｂに挿入された光ファイバ２１は、薄型のプリズム２６に対して相対的に位置決めされつつ、近接場光発生器３０の上方に固定される。
ここで、プリズム２６の厚さ（Ｚ軸方向に沿ったプリズム２６のサイズ）としては、２００μｍ以下が望ましい。また、光学素子（偏向部材）としては、プリズム２６に代えて金属ミラーが用いられてもよい。
さらに、偏向面２６ａに所望の曲率を持たせることによって、プリズム２６に集光機能が付与されてもよい。そして、光ファイバ２１から出射する光２１ａの出射スポットと、近接場光発生器３０に入射する光２１ａの入射スポットと、に合わせてプリズム２６の集光性能を設定することによって、光２１ａの結合効率を最大化することができる。
近接場光発生器３０は、光ファイバ２１およびプリズム２６を介した光２１ａに基づいて、第１記録面３ａ側に近接場を形成する。これにより、近接場光発生器３０は、第１記録面３ａ上の微小スポットに近接場光を照射することができ、第１記録面３ａに対して局所的に熱エネルギーを付与することができる。なお、近接場光発生器３０の詳細な構成については、後述する。
＜４．近接場光発生器の構成＞
図６は、本実施の形態における近接場光発生器３０の構成の一例を示す斜視図である。図７は、図６のVI−VI線から見た断面図である。図８は、図６のVII−VII線から見た断面図である。図９は、図８のVIII−VIII線から見た断面図である。
また、図１０は、細線コア４０付近における近接場光発生器３０の構成の一例を示す斜視である。図１１は、プラズモン集光器４７ａ（金属構造体）の形状を説明するための斜視図である。
なお、図６ないし図９において低屈折率層４６とプラズモン集光器４７（４７ａ）は省略してある。これらの詳細については、後述する。
上述のように、近接場光発生器３０は、近接場光を励起させる機能を有しており、図６ないし図１１に示すように、主として、下部クラッド３２と、上部クラッド３３と、外部コア３５と、細線コア４０と、低屈折率層４６と、プラズモン集光器４７ａと、を有している。
なお、本実施の形態では、上述の近接場光発生器３０の要素のうち、下部および上部クラッド３２、３３、並びに細線コア４０によって、光導波路３０ａが構成される。
下部クラッド３２は、正面視略矩形のＳｉＯ２層であり、Ｓｉにより形成された基板２３上に積層されている。上部クラッド３３は、下部クラッド３２と同様に正面視略矩形のＳｉＯ２層である。上部クラッド３３は、外部コア３５および細線コア４０を挟むように、下部クラッド３２上に積層されている。ここで、本実施の形態の「正面視」とは、ＹＺ平面を、Ｘ軸負方向に見た場合を言うものとする。
外部コア３５は、図４、および図６ないし図８に示すように、光ファイバ２１と、近接場光発生器３０の細線コア４０と、光学的に結合する結合部である。外部コア３５は、例えばＳｉＯｘにより形成されている。また、図６ないし図８に示すように、外部コア３５は、下部クラッド３２上に配置されるとともに、Ｚ軸方向に延伸する略直方体として形成されている。
細線コア４０は、図６ないし図８に示すように、下部および上部クラッド３２、３３により囲繞されるとともに、Ｚ軸方向に延伸する略柱体として形成されている。細線コア４０は、例えばＳｉにより形成されており、下部および上部クラッド３２、３３と比較して高屈折率である。なお、細線コア４０が周辺より高屈折率であれば、下部クラッド３２または上部クラッド３３の全部または一部が空気であることを妨げないが、以下では、下部クラッド３２と上部クラッド３３とは空気でないものとする。
また、図７および図８に示すように、細線コア４０は、正面視略矩形とされた先端４０ａ側の部材（先端柱体）と、正面視先細り形状とされ、先端４０ａから後端４０ｂに向かって幅狭となる後端４０ｂ側の部材（後端柱体）と、から構成されている。
また、図７および図８に示すように、細線コア４０のうちの先端柱体は、下部クラッド３２および上部クラッド３３により挟まれており、後端柱体は、下部クラッド３２および外部コア３５により挟まれている。なお、下部クラッド３２の厚さ（Ｘ軸方向に沿った下部クラッド３２のサイズ）としては、光結合効率の観点から、細線コア４０の高さ（Ｘ軸方向に沿った細線コア４０のサイズ：図９の符号Ｈｃに対応）と同程度かそれ以上であることが好ましい。
また、図６、図７、および図９に示すように、細線コア４０の高さＨｃは、先端柱体および後端柱体とも、略一定（約０．３μｍ）とされている。
さらに、細線コア４０の幅（Ｙ軸方向に沿った細線コア４０のサイズであり、正面視における短手方向サイズ：図９の符号Ｗｃに対応）は、先端柱体においては略一定（約０．３μｍ）となっている。一方、後端柱体においては、先端柱体と接続する部分（約０．３μｍ）から後端４０ｂ側の最幅狭部分（０．１μｍ以下）に向かって、徐々に狭くなる。
したがって、後端柱体における細線コア４０の幅（コア幅）Ｗｃは、滑らかに変化し、外部コア３５は、モードフィールド径を、光ファイバ２１側における５μｍ程度と、細線コア４０側の０．３μｍ程度と、の間で、良好に変換する。
このように、光ファイバ２１および外部コア３５より高屈折率差の光導波路３０ａは、外部コア３５を介して、光ファイバ２１（低屈折率差導波路：比屈折率差Δ＝０．００３程度）と結合されている。
これにより、外部コア３５は、光ファイバ２１と光導波路３０ａとの結合効率を向上させることができる。そのため、外部コア３５は、近接場光発生器３０から照射される近接場光の照射効率をさらに向上させることができる。
また、上述のように、本実施の形態における外部コア３５は、光ファイバ２１から第１スライダ部１１に導入される光２１ａのスポット径（スポットサイズ）のサイズを小さく変換するスポットサイズ変換部として使用できる。そのため、光ファイバ２１および近接場光発生器３０を良好に結合でき、光導波路３０ａに結合される光の結合効率を向上させることができる。また、外部コア３５に対する光ファイバ２１の位置決めにおいて、位置合わせの許容幅を大きくすることができる。
また、先端４０ａ付近における細線コア４０の幅および高さは（いずれも約０．３μｍ）、第１光源ＬＳ１から出射される光２１ａの波長と比較して小さい。そのため、光導波路３０ａの先端４０ａ付近は、近接場が形成される。
ここで、近接場光発生器３０の基本性能としては、照射される近接場光のスポット径がより小さく設定できることが挙げられる。また、この基本性能は、光導波路３０ａが、光の閉じ込めを良好に実行できる高屈折率差導波路（比屈折率差Δの値が大きい光導波路）とされ、モードフィールド径がより小さくされることにより実現される。比屈折率差Δは、式（１）より、理論的には０＜Δ＜０．５となるところ、光導波路３０ａにおける比屈折率差Δの値としては、０．２≦Δ＜０．５となることが好ましい。
また、高速信号伝搬の際に波形が乱れる分散の影響を避けるためには、伝搬モードが単一であるシングルモード条件を満たしていることが望ましい。さらに、シングルモード条件の演算は、３次元矩形導波路の場合は等価屈折率法、有限差分法、および有限要素法等のいずれかの手法を用いることにより実行できる。
なお、一般的に、光導波路３０ａに用いられる誘電体材料としては、以下のものが挙げられる。また、各材料（元素記号）の後ろのカッコ内に記載された数字は、対応する材料の屈折率を示す。
第１光源ＬＳ１から出射される光２１ａの波長帯（波長１．５μｍ帯）において、細線コア４０の材料（以下、単に、「コア材料」と称する）としてはＳｉ（３．４８）が、下部および上部クラッド３２、３３の材料（以下、単に、「クラッド材料」と称する）としてはＳｉＯｘ（１．４〜３．４８）またはＡｌ２Ｏ３（１．８）等が、それぞれ使用できる。そして、比屈折率差Δの値は、０．００１≦Δ≦０．４２の範囲で設計することができる。
また、波長４００ｎｍ〜８００ｎｍの可視域において、コア材料としてはＧａＡｓ（３．３）またはＳｉ（３．７）等が、クラッド材料としてはＴａ２Ｏ５（２．５）またはＳｉＯｘ（１．４〜３．７）等が、それぞれ使用できる。そして、比屈折率差Δの値は、０．００１≦Δ≦０．４１の範囲で設計することができる。
その他のコア材料に使用できる高屈折率材料（波長域）の例としては、ダイヤモンド（可視全域）；III−Ｖ族半導体：ＡｌＧａＡｓ（近赤外、赤）、ＧａＮ（緑、青）、ＧａＡｓＰ（赤、橙、青）、ＧａＰ（赤、黄、緑）、ＩｎＧａＮ（青緑、青）、ＡｌＧａＩｎＰ（橙、黄橙、黄、緑）；II−VI族半導体：ＺｎＳｅ（青）が挙げられる。
またその他のクラッド材料に使用できる低屈折率薄層材料としては、炭化シリコン（ＳｉＣ）、弗化カルシウム（ＣａＦ）、チッ化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、ダイアモンド（Ｃ）などが例示できる。
また、ここに示した材料に限られず、例えばＴｉＯ２、ＳｉＮ、ＺｎＳなど複数の材料を組み合わせたり、フォトニック結晶構造をとることで、ある程度自由にΔを設計することができる。
例えば、コア材料の屈折率が３．５程度となり、比屈折率差Δが０．４程度となるように上述の材料が適宜選択されることによって、光導波路３０ａが高屈折率差導波路とされると、光導波路３０ａのモードフィールド径は、０．５μｍ程度まで小さくすることができる。
低屈折率層４６は、下部クラッド３２およびプラズモン集光器４７（４７ａ）の上に形成されたＳｉＯ２層である。すなわち、図１０に示すように、低屈折率層４６の形状は、正面視略矩形状とされている。また、図１１に示すように、低屈折率層４６は、細線コア４０におけるコア−クラッド境界面（コア外周面）４１〜４４（図９参照）のうちの一部分の面４２と、プラズモン集光器４７と、の間に挟まれている。
プラズモン集光器４７（４７ａ）は、図１０および図１１に示すように、略平板状の金属構造体である。プラズモン集光器４７（４７ａ）は、例えばＡｕにより形成された金属層であり、コア−クラッド境界面４２に沿って配置される。そして、第１記録用ディスク２ａ側に露出するプラズモン集光器４７（４７ａ）の先端は、近接場光を照射する光射出部４８とされている。
また、図１０および図１１に示すように、プラズモン集光器４７（４７ａ）の形状は、正面視略三角形状とされており、正面視先細り形状とされている。すなわち、プラズモン集光器４７（４７ａ）の幅（Ｙ軸方向に沿ったプラズモン集光器４７ａのサイズ）は、外部コア３５側では細線コア４０および低屈折率層４６の幅より広く、外部コア３５側から光射出部４８側に向かって狭まる。そして、光射出部４８におけるプラズモン集光器４７（４７ａ）の幅は、細線コア４０および低屈折率層４６の幅より狭くなる。
ここで、プラズモン集光器４７（４７ａ）の材料としては、金（Ａｕ）があげられる。金はあらゆる波長の光に対して高いプラズモン電界増幅率を示す材料である。また金は酸化され難い利点を有する。
また、プラズモン集光器４７（４７ａ）の別の材料としては、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、および銀（Ａｇ）があげられる。これら材料は、プラズモン電界増幅率が高く、プラズモン集光素子に適している。
さらに、プラズモン集光器４７（４７ａ）のとして、その他には、熱的性質や化学的性質が良く、高温でも酸化されにくく、基板材料との化学反応が生じない白金、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、イリジウム、およびオスミニウム等があげられる。
上記材料は、金属の仲間では熱伝導率が小さく、光射出部４８（プラズモン先端）付近で発生した熱を周りに伝えにくい性質を有している。そのため、上記材料は、熱アシストヘッドの材料として適している。
なお、図１０において、外部コア３５側におけるプラズモン集光器４７（４７ａ）の幅は、細線コア４０および低屈折率層４６より幅広になるものとして説明しているが、これに限定されるものでない。プラズモン集光器４７（４７ａ）の幅は、外部コア３５側から光射出部４８側に向かって幅狭となって（絞られて）いれば十分である。すなわち、外部コア３５側において、プラズモン集光器４７（４７ａ）の幅は、細線コア４０および低屈折率層４６の幅と、同等またはそれ以下であってもよい。
＜５．近接場光発生器の製造方法＞
図１２ないし図１６は、近接場光発生器３０の製造方法を説明するための斜視図である。ここで、本実施の形態の近接場光発生器３０の各構成要素３２、３３、４０、４６は、例えばフォトリソグラフィ手法により形成される。また、プラズモン集光器４７（４７ａ）は、例えばイオンミリング法またはリフトオフ法により形成される。
まず、Ｓｉの基板２３上に対し、ＳｉＯ２がＸ軸正方向に積層されて、下部クラッド３２が形成される（図１２参照）。次に、下部クラッド３２上に対し、ＡｕがＸ軸正方向に積層されて、正面視略三角形状のプラズモン集光器４７（４７ａ）が形成される（図１３参照）。続いて、下部クラッド３２およびプラズモン集光器４７上に対し、ＳｉＯ２がＸ軸正方向に積層されて、低屈折率層４６が形成される（図１４参照）。
続いて、低屈折率層４６上に対し、ＳｉがＸ軸正方向に積層されて、低屈折率層４６の幅と略同一の細線コア４０が形成される（図１５参照）。これにより、細線コア４０およびプラズモン集光器４７の間には、低屈折率層４６が挟まれることになる。
そして、下部クラッド３２、低屈折率層４６、およびプラズモン集光器４７（４７ａ）を覆うようにＳｉＯ２がＸ軸正方向に積層されて、上部クラッド３３が形成される（図１６参照）。このように、本実施の形態の近接場光発生器３０は、各構成要素３２、３３、４０、４６、４７（４７ａ）をＸ軸正方向に積層させることによって、形成される。
以上のように、プラズモン集光器４７（４７ａ）の主面（ＹＺ平面と略平行な面）は、基板２３の主面、および下部クラッド３２の主面と略平行となる。すなわち、下部クラッド３２およびプラズモン集光器４７（４７ａ）の積層方向（略Ｘ軸方向）は、一致する。そのため、細線コア４０、プラズモン集光器４７（４７ａ）、下部および上部クラッド３２、３３、低屈折率層４６の各層を１つの積層方向で積層させることができ、近接場光発生器３０の製造容易性を高めることができる。
＜６．光導波路のモード解析＞
図１７ないし図２８は、図９の光導波路３０ａについて実行したモード解析例を示すグラフである。ここでは、低屈折率層４６およびプラズモン集光器４７ａを有しない近接場光発生器３０について、モード解析により光導波路３０ａ上の電界強度を演算した。そして、演算された電界強度に基づいて、プラズモン集光器４７ａの最適な配置を検討する。
ここで、図１７ないし図２８について、具体的に説明すると、図１７は、図９のＸＹ平面内において、規格化された電界Ｚ成分Ｅｚの分布の一例を示すグラフである。図１８は、図１７の線分Ｌ１（Ｙ＝０（μｍ））上における座標Ｘと、規格化された電界Ｚ成分Ｅｚと、の関係を示すグラフである。図１９は、図１７の線分Ｌ２（Ｘ＝０（μｍ））上における規格化された電界Ｚ成分Ｅｚと、座標Ｙと、の関係を示すグラフである。なお、図１７ないし図１９における規格化は、電界Ｚ成分Ｅｚの各値（絶対値）を、Ｅｚの最大値（絶対値）で除することにより実行される。
また、図２０は、図９のＸＹ平面内において、規格化された電界Ｘ成分Ｅｘの分布の一例を示すグラフである。図２１は、図２０の線分Ｌ３（Ｙ＝０（μｍ））上における座標Ｘと、規格化された電界Ｘ成分Ｅｘと、の関係を示すグラフである。図２２は、図２０の線分Ｌ４（Ｘ＝０．１５（μｍ））上における規格化された電界Ｘ成分Ｅｘと、座標Ｙと、の関係を示すグラフである。なお、図２０ないし図２２における規格化は、電界Ｘ成分Ｅｘの各値（絶対値）を、Ｅｘの最大値（絶対値）で除することにより実行される。
また、図２３は、図９のＸＹ平面内において、規格化された磁界Ｙ成分Ｈｙの分布の一例を示すグラフである。図２４は、図２３の線分Ｌ５（Ｙ＝０（μｍ））上における座標Ｘと、規格化された磁界Ｙ成分Ｈｙと、の関係を示すグラフである。図２５は、図２３の線分Ｌ６（Ｘ＝０．１５（μｍ））上における規格化された磁界Ｙ成分Ｈｙと、座標Ｙと、の関係を示すグラフである。なお、図２３ないし図２５おける規格化は、磁界Ｙ成分Ｈｙの各値（絶対値）を、Ｈｙの最大値（絶対値）で除することにより実行される。
さらに、図２６は、図９のＸＹ平面内において、規格化された磁界Ｚ成分Ｈｚの分布の一例を示すグラフである。図２７は、図２６の線分Ｌ７（Ｙ＝０．１５（μｍ））上における座標Ｘと、規格化された磁界Ｚ成分Ｈｚと、の関係を示すグラフである。図２８は、図２６の線分Ｌ８（Ｘ＝０．１５（μｍ））上における規格化された磁界Ｚ成分Ｈｚと、座標Ｙと、の関係を示すグラフである。なお、図２６ないし図２８における規格化は、磁界Ｚ成分Ｈｚの各値（絶対値）を、Ｈｚの最大値（絶対値）で除することにより実行される。
なお、図１７ないし図２８では、モード解析の手法として有限差分法（ＦＤＭ：FiniteDifferential Method）が用いられている。また、モード解析において、
（１）光導波路３０ａに導入される光２１ａの波長は、１．５μｍであり、
（２）細線コア４０の幅Ｗｃ（図９参照）は、３００ｎｍであり、
（３）細線コア４０の高さＨｃ（図９参照）は、３００ｎｍであり、
（４）下部クラッド３２の材料は、ＳｉＯ２（屈折率：１．４４）であり、
（５）上部クラッド３３の材料は、ＳｉＯ２（屈折率：１．４４）であり、
（６）細線コア４０の材料は、Ｓｉ（屈折率：３．４８）であり、
（７）光導波路３０ａに導入される光２１ａの電界成分は、ＺＸ平面内で振動する（すなわち、光２１ａは、入射面と平行な方向にのみ振動しており、ｐ偏光とされている）という条件の下、演算を実行した。
また、図１７、図２０、図２３、および図２６の各図と、図９と、において、座標軸（Ｘ軸およびＹ軸）、並びに原点位置は、一致するものとする。
この場合において、光導波路３０ａは、ＴＭモードのシングル条件を満たしている。すなわち、光導波路３０ａは、シングルモード導波路とされており、高速信号伝達に適している。また、この場合において、光導波路３０ａの比屈折率差Δは０．４１であり、高屈折率差導波路となっている。
ここで、低屈折率層４６およびプラズモン集光器４７ａを有しない近接場光発生器３０について、細線コア４０側の電界強度を「Ｅｃｏｒｅ」、下部および上部クラッド３２、３３側の電界強度を「Ｅｃｌａｄ」、細線コア４０の屈折率を「ｎｃｏｒｅ」、下部および上部クラッド３２、３３の屈折率を「ｎｃｌａｄ」、とそれぞれした場合、電束密度の境界条件より、式（２）が成立する。
ｎｃｏｒｅ＞ｎｃｌａｄの場合、式（２）より、コア−クラッド境界に電界強度（電界Ｘ成分Ｅｘ）のギャップ（段差）が存在することになる。そして、このギャップは、図２０および図２１により裏付けられる。
すなわち、図２０および図２１示すように、下部クラッド３２および細線コア４０の境界（Ｘ＝０（μｍ））、並びに細線コア４０および上部クラッド３３の境界（Ｘ＝０．３（μｍ））において、電界強度（電界Ｘ成分Ｅｘ）の不連続部分が存在する。特に、上述の電界強度Ｅｃｏｒｅ、Ｅｃｌａｄが式（３）を満たす場合、下部および上部クラッド３２、３３側に電界を大きく分布（集中）させることができる。
一方、図２６および図２８に示すように、上部クラッド３３および細線コア４０の境界（Ｙ＝−０．１５（μｍ）、０．１５（μｍ））において、磁界を大きく分布（集中）させることができる。
そして、式（１）に式（３）を代入することによって、下部および上部クラッド３２、３３側に電界を集中させるための比屈折率差Δの範囲が求められる（式（４））。
このように、低屈折率層４６およびプラズモン集光器４７ａを有しない近接場光発生器３０は、式（４）より、Δ≧０．２５となる場合、光２１ａの電界成分を、ａ）コア−クラッド境界から下部および上部クラッド３２、３３側の部分であって、ｂ）この電界成分の振動面と垂直な方向に沿った部分に、集中させることができる。
例えば、図２２に示すように、低屈折率層４６およびプラズモン集光器４７ａが形成されていない場合における光導波路３０ａのモードフィールド径Ｄｍは、約３８０ｎｍとなる。ただし、このモードフィールド径Ｄｍは、Ｙ方向に沿った電界Ｘ成分Ｅｘの分布の広がりを示す指標値であり、Ｙ方向に沿ったｅｘｐ（−１）（≒０．３６７９）全幅として求められている。
一方、１Ｔｂｉｔ／ｉｎ２の高密度磁気記録において、記録領域（記録ビット）の直径は２５ｎｍ程度であり、照射される近接場光のスポットをさらに小さくする必要がある。
そして、本実施の形態では、上述のモード解析で解析対象とした光導波路３０ａ（すなわち、ＴＭモードのシングル条件を満たし、かつ、比屈折率差Δの値の範囲が０．２≦Δ＜０．５となるシングルモード導波路）に、導波型のプラズモン集光器４７を組み合わせることによって、さらなる光スポット径の縮小が図られている。
＜７．プラズモン集光器における表面プラズモンと光導波路の光との結合条件＞
ここでは、プラズモン集光器４７（図１０参照）における表面プラズモンと光導波路３０ａの光との結合条件を検討する。
ここで、プラズモン集光器４７ａにて効率良く表面プラズモンを励振させるためには、
（ａ）光導波路３０ａの伝搬定数と、プラズモン集光器４７ａにおける表面プラズモンの波数実部と、を一致させること、および、
（ｂ）プラズモン集光器４７ａにおける表面プラズモンの波数虚部から演算される損失を小さくすること、が重要となる。
「εｍ」をプラズモン集光器４７の複素比誘電率、「εｍ’」をεｍの実部、「εｍ”」をεｍの虚部、とそれぞれした場合、式（５）が成立する。また、「εｃ」を細線コア４０の複素比誘電率、「εｃ’」をεｃの実部、「εｃ”」をεｃの虚部、とそれぞれした場合、式（６）が成立する。
したがって、真空中における光２１ａの波数を「ｋ０」、プラズモン集光器４７ａにおける表面プラズモンの複素波数を「ｋｓｐ」とそれぞれした場合、式（５）の「εｍ’」および「εｍ”」、並びに式（６）の「εｃ’」および「εｃ”」より、式（７）が成立する。
ただし、真空中における光２１ａの波長を「λ０」とした場合、波数「ｋ０」は、式（８）のように表される。
また、プラズモン集光器４７ａにおける表面プラズモンの波長を「λｓｐ」、プラズモン集光器４７ａにおける表面プラズモンの電界振幅がｅｘｐ（−１）（≒０．３６７９）に減衰する距離を「Ｌ１／ｅ」、とそれぞれした場合、式（９）および式（１０）が成立する。
さらに、プラズモン集光器４７ａにおける表面プラズモンの実効屈折率を「ｎｓｐ」、真空中における光２１ａの波長を「λ０」、とそれぞれした場合、式（１１）が成立する。
例えば、プラズモン集光器４７ａの金属材料としてＡｕが、細線コア４０の誘電体材料としてＳｉが、それぞれ使用され、真空中における光２１ａの波長「λ０」が１．５μｍとなる場合、表面プラズモンの実効屈折率は、式（８）、式（９）、および式（１１）より、「ｎｓｐ」＝「３．７２」となる。
このように、光導波路３０ａ（実効屈折率＝「２．１３」）の波数は、プラズモン集光器４７ａにおける表面プラズモンの波数と一致せず、両者を効率良く結合させることができない。一方、式（７）より、光導波路３０ａの実効屈折率を低下させることによって、プラズモン集光器４７における表面プラズモンの波数を低下させることができる。
そこで、本実施の形態では、細線コア４０がプラズモン集光器４７と隣接する領域のみに薄い低屈折率層４６を設けることによって、プラズモン集光器４７における表面プラズモンの波数を光導波路３０ａの波数に略一致させている。
なお、表皮の厚さを「ｄｓ」、プラズモン集光器４７の複素屈折率の虚部を「κ」、真空中における光２１ａの波数を「ｋ０」、とそれぞれした場合、式（１２）が成立する。そして、プラズモン集光器４７（４７ａ）の厚さ（Ｘ軸方向に沿ったプラズモン集光器４７のサイズ）は、この表皮の厚さｄｓを目安に設定することができる。
また、プラズモン集光器４７（４７ａ）の長さ（伝搬方向ｍＤに沿ったプラズモン集光器４７のサイズ）は、表面プラズモンの波数の実部（式（９））を目安に設定することができる。例えば、波長１．５μｍの光２１ａにおいて、Ｓｉコア（屈折率：３．４８）と金（屈折率：０．５５９−９．８１ｉ）の境界を走る表面プラズモンの波長λｓｐは、式（９）より、４０３ｎｍと演算される。
ここで、プラズモン集光器４７（４７ａ）の長さが表面プラズモンの波長λｓｐより短い場合、プラズモン集光器４７（４７ａ）上では複雑な共鳴が起こる。その結果、プラズモン集光器４７（４７ａ）の作製誤差によって近接場発生効率が大きく変動する問題が生ずる。
したがって、このような問題が生ずることを防止するため、プラズモン集光器４７（４７ａ）の長手方向の長さは、表面プラズモンの波長λｓｐ以上であることが望ましい。すなわち、上述の近接場光発生器３０の場合、プラズモン集光器４７（４７ａ）の長さは、４０３ｎｍ以上であることが望ましい。
さらに、電界振幅がｅｘｐ（−１）に減衰する距離は、式（１０）より、「Ｌ１／ｅ」＝「７．８（μｍ）」となる。したがって、光２１ａの伝搬方向ｍＤ（図１０）に沿ったプラズモン集光器４７（４７ａ）の長さは、７．８μｍ以下（例えば７．８μｍ）に設定されることが望ましい。
＜８．有限差分時間領域法による近接場光発生器の解析＞
図２９は、近接場光発生器３０のハードウェア構成を一例を説明するための斜視図である。ここで、図２９のプラズモン集光器４７（４７ｂ）は、図１０のプラズモン集光器４７（４７ａ）の形状を、正面視略矩形状としたものである。
以下では、図２９および図１０の近接場光発生器３０を、有限差分時間領域法（ＦＤＴＤ（Finite Differential Time Domain）法）により解析した。
＜８．１．プラズモン集光器の形状が正面視略矩形状とされた場合の解析結果＞
図３０は、図２９の近接場光発生器３０を側面から（ＺＸ平面をＹ軸負方向に）見た解析結果である。図３１および図３２は、図２９の近接場光発生器３０を上面から（ＸＹ平面をＺ軸正方向に）見た解析結果である。図３３は、線分Ｌ９上における規格化された電界強度ＥＩと、座標Ｘと、の関係を示すグラフである。さらに、図３４は、線分Ｌ１０上における規格化された電界強度ＥＩと、座標Ｙと、の関係を示すグラフである。
ここで、図３０ないし図３４における規格化電界強度ＥＩは、電界強度の各値（絶対値）を、電界強度の最大値（絶対値）で除することにより演算される。また、図３０ないし図３２において、規格化電界強度ＥＩの各値は、デシベルに変換されて表示されている。さらに、図３１及び図３２は、光射出部４８から第１記録用ディスク２ａ側に１０ｎｍ離隔した位置における規格化電界強度ＥＩを示す。
なお、図３０ないし図３４の解析では、モード解析の条件（１）〜（７）に加えて、
（８）プラズモン集光器４７ｂの材料は、Ａｕであり、
（９）プラズモン集光器４７ｂの幅Ｗｍ（図２９参照）は、５００ｎｍであり、
（１０）プラズモン集光器４７ｂの厚さは、２０ｎｍであり、
（１１）低屈折率層４６の材料は、ＳｉＯ２であり、
（１２）低屈折率層４６の幅（図２９参照）は、細線コア４０の幅Ｗｃと同じ３００ｎｍであり、
（１３）低屈折率層４６の厚さは、３０ｎｍである、
という条件の下、演算を実行した。
上述のように、光導波路３０ａは、ＴＭモードのシングル条件を満たしている。また、光導波路３０ａに導入される光２１ａの電界成分は、ＺＸ平面内で振動するＸ偏波とされている。これにより、プラズモン集光器４７（４７ｂ）の主面（ＹＺ平面と略平行な平面）は、光２１ａの電界成分と略垂直となる。そのため、プラズモン集光器４７（４７ｂ）は、表面プラズモンを効率良く励振することになる。
この場合において、光導波路３０ａを伝搬する光２１ａは、図３０および図３１に示すように、プラズモン集光器４７ｂの表面と、低屈折率層４６と、に集中することになる。また、図３２および図３３に示すように、Ｘ方向における規格化電界強度ＥＩの半値全幅は４０ｎｍとなる。さらに、図３２および図３４に示すように、Ｙ方向における規格化電界強度ＥＩの半値全幅は５２０ｎｍとなる。
＜８．２．電界強度の最大ピークと、低屈折率層の厚さと、の関係＞
図３５は、電界増強倍率ｍと、低屈折率層４６の厚さｄと、の関係を示すグラフである。図３６は、有限要素法により演算された１μｍあたりの伝搬損失と、低屈折率層４６の厚さｄと、の関係を示すグラフである。図３７は、有限要素法により演算された等価屈折率「ｎｅｆｆ」と、低屈折率層４６の厚さｄと、の関係を示すグラフである。ここでは、図３５ないし図３７を参照しつつ、低屈折率層４６およびプラズモン集光器４７による電界強度の最大ピークと、低屈折率層４６の厚さと、の関係について検討する。
ただし、プラズモン集光器４７（４７ｂ）および低屈折率層４６が設けられていない近接場光発生器３０において、光射出部４８での電界強度を「Ｅ０」、プラズモン集光器４７（４７ｂ）および低屈折率層４６を有する近接場光発生器３０において、光射出部４８での電界強度を「Ｅ１」、とそれぞれした場合、電界増強倍率ｍは、式（１３）のように表される。
図３５に示すように、電界増強倍率ｍは、低屈折率層４６の厚さｄが、「０」から「３０」（ｎｍ）まで増大するにつれて、急激に増大する。そして、低屈折率層４６の厚さｄが「３０」（ｎｍ）のときに、電界増強倍率ｍが最大となっている。また、低屈折率層４６の厚さｄが「３０」（ｎｍ）以上では、厚さｄが増大するにつれて、電界増強倍率ｍは稍減少する。
また、図３６に示すように、低屈折率層４６の厚さｄが「０」（ｎｍ）となる付近に非常に大きな損失が存在する。また、低屈折率層４６の厚さｄが、「０」から「３０」（ｎｍ）まで増大するにつれて、伝搬損失は、急激に減少する。さらに、低屈折率層４６の厚さｄが「３０」（ｎｍ）以上では、厚さｄが増大するにつれて、伝搬損失は稍増加する。
このように、低屈折率層４６が設けられていない場合（厚さｄが「０」（ｎｍ）となる場合）には、プラズモン集光器４７（４７ｂ）の表面プラズモンは、ＳｉおよびＡｕの複素比誘電率に基づいて減衰し、式（７）および式（１０）から求められるものと考えられる。
一方、低屈折率層４６の厚さｄが増大するにつれて、プラズモン集光器４７（４７ｂ）の表面プラズモンは、Ｓｉより屈折率が小さいＳｉＯ２と、Ａｕと、の複素比誘電率に基づいて減衰し、式（７）および式（１０）から求められるものと考えられる。
さらに、図３７に示すように、低屈折率層４６が設けられていない場合（厚さｄが「０」（ｎｍ）となる場合）には、プラズモン集光器４７（４７ｂ）の表面プラズモンの波数で等価屈折率が決定される。この場合の等価屈折率は、図３７に示すように、低屈折率層４６およびプラズモン集光器４７（４７ｂ）が設けられていない場合における等価屈折率（＝２．１３）と大きくずれている。このように、低屈折率層４６が設けられていない場合において、光導波路３０ａおよびプラズモン集光器４７（４７ｂ）の波数が一致せず、良好に表面プラズモンが励起しない。
したがって、（１）低屈折率層４６の厚さｄを増大させ、ＳｉＯ２の影響を大きくすることによって、プラズモン集光器４７（４７ｂ）における表面プラズモンの波数（等価屈折率）と、光導波路３０ａの波数（等価屈折率）と、を略一致させることと、（２）低屈折率層４６の厚さｄの増大によって、伝搬損失が増大することと、のトレードオフにより、低屈折率層４６の厚さｄが設定される。
すなわち、まず、プラズモン集光器４７（４７ｂ）および低屈折率層４６が設けられていない場合における光導波路３０ａの等価屈折率と、プラズモン集光器４７（４７ｂ）および低屈折率層４６が設けられている場合における光導波路３０ａの等価屈折率と、が略同一とするような、低屈折率層４６の厚さｄの範囲ＲＧ１を設定する。
続いて、伝搬損失に基づいた低屈折率層４６の厚さｄの範囲ＲＧ２を設定する。そして、これら２つの範囲ＲＧ１、ＲＧ２に基づいて、最適な低屈折率層４６の厚さｄを設定する。例えば、図３６および図３７の結果より、伝搬損失の面からは、低屈折率層４６の厚さｄは、「３０」〜「６０」（ｎｍ）が望ましい。
＜８．３．プラズモン集光器の形状が正面視略三角形状とされた場合の解析結果＞
図３８は、図１０の近接場光発生器３０を側面から（ＺＸ平面をＹ軸負方向に）見た解析結果である。図３９および図４０は、図１０の近接場光発生器３０を上面から（ＸＹ平面をＺ軸正方向に）見た解析結果である。図４１は、線分Ｌ１１上における規格化された電界強度ＥＩと、座標Ｘと、の関係を示すグラフである。さらに、図４２は、線分Ｌ１２上における規格化された電界強度ＥＩと、座標Ｙと、の関係を示すグラフである。
ここで、図３８ないし図４２における規格化電界強度ＥＩは、電界強度の各値（絶対値）を、電界強度の最大値（絶対値）で除することにより演算される。また、図３８ないし図４０において、規格化電界強度ＥＩの各値は、デシベルに変換されて表示されている。さらに、図３９及び図４０は、光射出部４８から第１記録用ディスク２ａ側に１０ｎｍ離隔した位置における規格化電界強度ＥＩを示す。
図１０および図１１に示すように、プラズモン集光器４７（４７ａ）の形状は、正面視略三角形状とされており、外部コア３５から光射出部４８に向けて先細りする。これにより、プラズモン集光器４７（４７ａ）の表面プラズモンに効率よく結合した光２１ａは、容易に集光することができる。
この場合において、電界増強倍率ｍの最大ピークは、「７５」であり非常に鋭いピークが得られる。また、図４０および図４１に示すように、Ｘ方向における規格化電界強度ＥＩの半値全幅は２５ｎｍとなる。さらに、図４０および図４２に示すように、Ｙ方向における規格化電界強度ＥＩの半値全幅は２５ｎｍとなる。さらに、光射出部４８における集光点以外の電界成分は−２０ｄＢ以下であり、所望の領域以外を加熱することのないＳ／Ｎ比の良い電界集中であることも分かる。したがって、本実施の形態の近接場光発生器３０は、１Ｔｂｉｔ／ｉｎ２の高密度磁気記録の光アシスト磁気記録用光源として用いることができる。
＜９．本実施の形態の近接場光発生器、光アシスト磁気記録ヘッドの利点＞
以上のように、本実施の形態の近接場光発生器３０において、光導波路３０ａは、結合される光２１ａを、外部コア３５側から光射出部４８側に向かって伝搬する。また、光導波路３０ａに結合される光２１ａの電界成分は、コア−クラッド境界面４２と略垂直な振動面で振動する。さらに、この振動面と略垂直な方向におけるプラズモン集光器４７（４７ａ）の幅は、光導波路３０ａの外部コア３５側から光射出部４８側に向かって狭まる。
これにより、光２１ａの電界成分の振動面は、略平板状のプラズモン集光器４７（４７ａ）に対して略垂直となる。そのため、細線コア４０とプラズモン集光器４７（４７ａ）との境界に、効率的に表面プラズモンを励振させることができる。
また、細線コア４０とプラズモン集光器４７（４７ａ）との間に、低屈折率層４６が設けられている。これにより、光導波路３０ａの伝搬定数と、プラズモン集光器４７（４７ａ）における表面プラズモンの波数を一致させることができ、表面プラズモンにおける伝搬損失を低減させることができる。そのため、近接場光の発生効率を向上させることができる。
さらに、第１ないし第５スライダ部１１〜１５（光アシスト磁気記録ヘッド）は、近接場光発生器３０を有しており、光２１ａの電界成分は、略先細り形状のプラズモン集光器４７ａにより、伝搬方向ｍＤに沿って集中させられる。そのため、意図しない領域への加熱を低減でき、書き込み安定性を向上させることができる。
＜１０．変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。
（１）本実施の形態において、第１ないし第５光源ＬＳ１〜ＬＳ５から出射された光は、それぞれ光ファイバ２１、２２ａ〜２２ｄによって、対応する第１ないし第５スライダ部１１〜１５に導入されるものとして説明したが、各スライダ部１１〜１５に光を導光する導光手段はこれに限定されるものでない。例えば、導光手段として高分子導波路等が用いられても良い。
（２）また、本実施の形態において、プラズモン集光器４７（４７ａ）は、正面視略三角形状であるものとして説明したが、これに限定されるものでない。図４３ないし図４６は、プラズモン集光器４７（４７ｃ〜４７ｆ）の形状の他の例を示す平面図である。
図４３ないし図４６に示すように、プラズモン集光器４７（４７ｃ〜４７ｆ）の形状は、外部コア３５側の面積が広く、光射出部４８側が先細りする形状であることが望ましい。また、プラズモン集光器４７の形状は、コア−クラッド境界面４２の中心線に対して略線対称となることが望ましい。また、光２１ａの伝搬方向に沿ったプラズモン集光器４７（４７ｃ〜４７ｆ）の長さが、表面プラズモンの波長以上となることが望ましい。さらに、プラズモン集光器４７の厚さが、表皮の厚さ以上となることが望ましい。これにより、近接場の発生効率の高い近接場光発生器３０を提供することができる。
１ 光アシスト磁気記録装置
２ａ〜２ｃ 第１ないし第３記録用ディスク
３ａ〜３ｅ 第１ないし第５記録面
１０ アーム機構
１１〜１５ 第１ないし第５スライダ部（光アシスト磁気記録ヘッド）
２１、２２ａ〜２２ｄ 光ファイバ
２３ 基板
２５ 磁気記録・再生部
２６ プリズム
３０ 近接場光発生器
３０ａ 光導波路
３２ 下部クラッド
３３ 上部クラッド
３５ 外部コア
４０ 細線コア
４１〜４４ コア−クラッド境界面
４６ 低屈折率層
４７（４７ａ〜４７ｆ） プラズモン集光器
４８ 光射出部
ｍＤ 伝搬方向

Claims (9)

  1. 近接場光発生器であって、
    （ａ）結合される光を、結合部側から光射出部側に向かって伝搬し、
    （ａ−１） クラッドと、
    （ａ−２） 前記クラッドにより囲繞されるとともに、前記クラッドよりも高屈折率のコアと、
    を有する光導波路と、
    （ｂ）前記コアと前記クラッドとの間に設けられるとともに、前記コアの外周面のうちの一部分の面に沿って配置される略平板状の金属構造体と、
    （ｃ）少なくとも、前記コアにおける前記一部分の面と、前記金属構造体と、の間に挟まれた低屈折率層と、
    を備え、
    前記光導波路に結合される前記光の電界成分は、前記一部分の面と略垂直な振動面内で振動するとともに、
    前記振動面と略垂直な方向における前記金属構造体の幅は、前記光導波路の結合部側から前記光導波路の光射出部側に向かって狭まることを特徴とする近接場光発生器。
  2. 請求項１に記載の近接場光発生器において、
    式（１）に従って求められる比屈折率差Δは、０．２５以上であることを特徴とする近接場光発生器。
    ただし、
    ｎｃｌａｄは、前記クラッドの屈折率を示し、
    ｎｃｏｒｅは、前記コアの屈折率を示す。
  3. 請求項１または請求項２に記載の近接場光発生器において、
    前記光導波路の伝搬モードは、シングルモードであることを特徴とする近接場光発生器。
  4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の近接場光発生器において、
    前記金属構造体および前記低屈折率層が設けられていない場合における前記光導波路の等価屈折率と、前記金属構造体および前記低屈折率層が設けられている場合における前記光導波路の等価屈折率と、が略同一となるように、前記低屈折率層の厚さが設定されていることを特徴とする近接場光発生器。
  5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の近接場光発生器において、
    前記光の伝搬方向に沿った前記金属構造体の長さは、前記コアと前記金属構造体との境界に生じる表面プラズモンの波長以上であることを特徴とする近接場光発生器。
  6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の近接場光発生器において、
    前記金属構造体の形状は、前記伝搬方向に沿った前記一部分の面の中心線に対し、略線対称となることを特徴とする近接場光発生器。
  7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の近接場光発生器において、
    前記光導波路の光結合部は、結合される前記光のスポットのサイズを小さくする光スポットサイズ変換部であることを特徴とする近接場光発生器。
  8. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の近接場光発生器を備えることを特徴とする光アシスト磁気記録ヘッド。
  9. 請求項８に記載の光アシスト磁気記録ヘッドを備えることを特徴とする光アシスト磁気記録装置。
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