KR100392255B1 - 에스아이엘을 이용한 초소형 근접 장 광 정보저장 헤드 - Google Patents

에스아이엘을 이용한 초소형 근접 장 광 정보저장 헤드 Download PDF

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Abstract

본 발명은 SIL(Solid Immersion Lens)을 이용한 초소형 근접 장 광 정보저장 헤드로서, 특히 활주 헤드를 이용하여 기록매질에 정보를 기록하고 재생하는 광 정보 저장 장치에 있어서 기록 밀도, 접속 속도 및 이동성을 높이기 위한 초소형 헤드에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명에 따른 광 저장 헤드장치는, 기록 매질에 정보를 저장할 수 있는 광 저장 헤드장치에 있어서, 평면형의 광 도파로와; 상기 광 도파로의 양면 중 어느 일면에 부착되고, 상기 광 도파로를 따라 전달되는 입사 광의 경로를 변경시키는 하나 이상의 집광 회절격자와; 광원과 상기 집광 회절격자 사이의 상기 광 도파로의 일면에 부착되고, 신호 광의 경로를 변경시키는 하나 이상의 광분할 회절격자와; 일측은 곡면부로 구성되고 타측은 평면부로 구성되며, 상기 집광 회절격자에 의해 회절된 입사 광을 자신의 평면부의 한 점으로 결집시키는 SIL(Solid Immersion Lens); 및 자기장을 생성하는 코일을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

에스아이엘을 이용한 초소형 근접 장 광 정보저장 헤드{Near-field optical data storage head minimized by using SIL}
본 발명은 SIL(Solid Immersion Lens)을 이용한 초소형 근접 장 광 정보저장 헤드로서, 특히 활주 헤드를 이용하여 기록매질에 정보를 기록하고 재생하는 광 정보 저장 장치에 있어서 기록 밀도, 접속 속도 및 이동성을 높이기 위한 초소형 헤드에 관한 것이다.
광 자기 또는 위상 변이의 특성을 가지고 있는 기록 매질 상의 한 점에 레이저광을 집속하여 정보를 저장하는 광 저장 장치는 헤드에 의하여 기록 및 재생 특성이 결정된다. 광 저장 헤드는 기록 밀도를 높이고 접속 속도를 빠르게 하며 이동성을 높이는 방향으로 발전되어, 현재는 소형화, 경량화, 고성능화 되고 있다.
기록 밀도의 증가를 위해서는 기록 매체에 집속되는 광점의 크기를 줄여야 하나, 집속 광점의 크기는 빛의 회절 한계 때문에 주어진 파장에서 일정한 크기 이하로 줄여질 수 없다. 따라서 이러한 한계를 극복하고 저장밀도를 높이기 위한 기술에는 DVD, 근접 장 기록 기술 등이 있다. DVD 기술은 저장 매체 내에 여러 층의 매질을 형성하고 집속 광이 각 층에 집속될 수 있도록 집속 광의 초점 거리를 변화시키는 방식이다. 그러나 이 방식은 저장밀도를 근본적으로 높일 수 없으며 전송 속도 또한 크게 높일 수 없는 문제점이 있다.
근접 장 광 기록 기술은 크게 개구방식과 SIL방식이 있다. 개구방식은 회절 한계 이하의 작은 개구를 형성하고 개구와 기록 매질과의 거리를 수십nm 이하로 근접시킨 후 개구로 빛을 통하게 하면 개구의 크기만큼 회절의 영향을 받지 않고 개구의 광 에너지 분포가 기록 매질로 전달되는 방식이다. 개구로 사용되는 자재로는 광섬유를 이용하는데, 금속막으로 코팅이 된 뾰족한 광섬유의 끝에 수십nm 이하의 개구를 만들어서 광을 보내어 정보를 기록한다. 그러나 개구방식은 개구로 빠져 나오는 광량이 극히 미소하여 실제 기록에 필요한 양의 광 에너지를 얻기 힘드는 단점이 있다.
한편, SIL 방식은 빛이 높은 굴절률을 갖는 매질 속으로 집속 될 때 파장이 축소되고 굴절각이 커져서 반구형 SIL매질 내부에 광이 집속되어지고 집속 광점의 크기를 회절 한계 이하로 줄일 수 있는 원리를 이용한 것으로서, SIL의 평평한 바닥 면이 기록 매질과 근접하도록 하고, SIL 매질 내부의 평면에 광이 집속되도록 구성된다. 이때 집속 광은 SIL 매질의 높은 굴절률로 인해 짧은 파장 및 높은 NA(Numerical Aperture)의 광점을 형성하며, 이 광점의 에너지는 회절의 영향을 거의 받지 않기 때문에 SIL과 매우 근접되어 있는 기록 매질 상에 광이 전달되어 정보가 기록된다. 상기와 같은 방법을 이용하여 정보를 보다 빠르게 접속 및 전송하기 위하여 기존의 하드디스크에서 채택되고 있는 활주 헤드(flying head) 방식이 제안되어 연구되고 있다. 이러한 종래의 SIL을 이용한 근접 장 광 저장 헤드는 회전 팔을 움직이기 위한 코일, 회전모터, 광을 유도하기 위한 제1, 2 회전거울, 반사경, 기록을 위한 상기 반사경으로 밀폐된 렌즈를 포함하여 구성된다. 상기 회전모터와 코일은 기록할 트랙을 찾기 위하여 회전 팔을 움직여주는 역할을 한다. 상기 제1 회전거울을 이용하여 헤드의 외부로부터 전달되는 광을 제2 회전 거울로 전달하고, 제2 회전거울을 이용하여 전달받은 광을 반사경 내로 전달한다. 그리고, 상기 반사경으로 밀폐된 렌즈를 사용하여 광을 렌즈의 끝 부분에 집속한다. 그러나 이 방식은 활주 헤드를 이루는 구성이 다수의 회전거울들과 반사경, 반사경으로 밀폐된 렌즈를 조합한 형태이기 때문에 부피 및 무게의 측면에서 상용화에 한계가 있다.
따라서 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명에 따른 SIL을 이용한 초소형 근접 장 광 정보저장 헤드는 종래의 SIL을 이용한 근접 장 기록 방식을 도파로와 회절격자에 접목하여, 큰 부피를 차지하는 렌즈는 SIL만 사용하고, 다수의 회전 거울들과 반사경을 도파로와 회절 격자를 이용하여 광을 상기 SIL의 한 점으로 유도하여 집속시킴으로써, 부피를 최소화한 광 저장 헤드 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 근접 장 광 정보 저장헤드를 이용한 광 저장 장치의 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 상기 광 저장 장치의 활주 헤드(104)의 원리를 설명하는 설명도.
도 3은 본 발명에 따른 상기 활주 헤드를 도시한 평면도이다.
※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※
201: 도파로 202: 입사 광
203: 집광 회절격자 204: 회절 광
205: SIL(solid immersion lens) 206: 코일
207: 기록매질 208: 디스크 기판
209: 신호 광 210: 광분할 회절격자
211: 기록 광
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 SIL을 이용한 초소형 근접 장 광 정보저장 헤드는, 기록 매질에 정보를 저장할 수 있는 광 저장 헤드장치에 있어서, 평면형의 광 도파로와; 상기 광 도파로의 양면 중 어느 일면에 부착되고, 상기 광 도파로를 따라 전달되는 입사 광의 경로를 변경시키는 하나 이상의 집광 회절격자와; 광원과 상기 집광 회절격자 사이의 상기 광 도파로의 일면에 부착되고, 신호 광의 경로를 변경시키는 하나 이상의 광분할 회절격자와; 일측은 곡면부로 구성되고 타측은 평면부로 구성되며, 상기 집광 회절격자에 의해 회절된 입사 광을 자신의 평면부의 한 점으로 결집시키는 SIL(Solid Immersion Lens); 및 자기장을 생성하는 코일을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 SIL을 이용한 초소형 근접 장 광 정보 저장헤드의 일 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초소형 근접 장 광 정보 저장헤드를 이용한 광 저장 장치의 개략도로서, 상기 광 저장 장치는 디스크 기록 매질(101), 회전 팔(102), 회전축(103) 및 활주 헤드(104)를 포함하여 구성된다. 상기 광 저장 장치는 종래의 하드디스크와 같이 디스크 기록 매질(101) 위로 회전 팔(102) 단부에 부착된 초소형 근접 장 활주 헤드(104)가 근접하여 일정한 높이로 비행하며 정보를 기록하고 재생한다. 정보의 접속은 회전 팔(102)이 회전축(103)을 중심으로 회전하며 수행된다.
도 2a 및 2b는 본 발명에 따른 상기 광 저장 장치의 활주 헤드(104)의 원리를 설명하는 도면으로서, 상기 활주 헤드(104)는 도파로(201), 집광 회절격자(203), SIL(205), 코일(206) 및 광분할 회절격자(210)를 포함하여 구성된다.
먼저, 상기 활주 헤드(104)의 작용은 정보를 기록할 때와 재생할 때로 나뉘어지는데, 정보를 기록할 때는 입사 광(202)이 집광 회절격자(203)가 있는 도파로(201)를 따라 진행하다가 집광 회절격자(203)에 의하여 회절되어 SIL(205)의 바닥 면에 집광되고, 집광된 기록 광(211)은 근접되어 있는 디스크 기판(208)에 피복된 광자기 기록매질(207)의 특정한 도메인을 고온(기록매질의 큐리 온도 이상)으로 만들고, 코일(206)에 전류가 흐를 때 발생되는 자기장에 의하여 높은 온도로 올려진 상기 도메인의 자화를 변화시켜 정보가 기록된다.
이때 SIL(205)의 위치는 집광 회절격자(203)의 특성에 의해 좌우되는데, 상기 입사 광(202)이 집광 회절격자(203)를 이루는 면과 수직으로 입사 광(202)의 경로가 변경되는 경우[도2a]에는 집광 회절격자(203)가 SIL(205)의 집광면과 평행하게 위치하지만, 상기 입사 광(202)이 집광 회절격자(203)를 이루는 면과 일정한 각도를 이루며 입사 광(202)의 경로가 변경되는 경우[도2b]에는 입사 광(202)이 SIL(205)의 평면부의 중심에 집광이 되도록 집광 회절격자(203) 면과 회절 광(204)의 초점이 이루는 직선상에 SIL(205)의 중심이 일치하도록 SIL(205)이 위치한다. 다만, 상기 어느 경우라도 기록매질(207)과 SIL(205)의 평면부는 평행이 되도록 회절격자 면이 위치된다.
도 3은 본 발명에 따른 상기 활주 헤드를 도시한 평면도이다. 도 3을 참조하면, 먼저, 정보의 기록은 광원(302)에서 나온 입사 광(303, 이러한 입사 광은 기록 광이다)이 도파로(301)를 진행하다가 집광 회절격자(305)를 통과하여 SIL(306) 내로 집광되고. 코일(307)에 전류가 흐를 때 생성되는 자기장이 광이 집광되는 부분과 근접해 있는 상기 기록매질(207)의 자기적 상태를 변화시킴으로서 수행된다. 그러므로 상기 코일(307)은 코일(307)에 의해 형성된 유도 자기장이 기록매질(207)의 자화를 변화시킬 수 있도록 기록매질(207)에 수직하게 자속을 발생할 수 있는 곳에 위치되어야 한다.
또한, 정보의 재생은 광원(302)으로부터 나온 입사 광(303, 이러한 입사 광은 재생 광이다)이 상기 기록매질(207)과의 상호작용으로 편광된 후에 광 검출기(310)에서 검출됨으로서 수행된다. 다시 말해서, 정보를 재생할 때는 기록할 때와 같은 경로(즉, 입사 광이 집광 회절격자가 있는 도파로를 따라 진행한 뒤, 상기 집광 회절격자에 의하여 회절되어 SIL의 바닥 면에 집광되는 것)로 입사된 입사 광(303)이 상기 기록매질(207)과 상호작용을 하여 편광되고, 이 편광된 입사 광(303)이 집광 회절격자(305)를 통하여 광 도파로(301)로 입사되며, 상기 편광된 입사 광(303)은 도파로(301) 상의 광분할 회절격자(304)에 의하여 광 검출기(310)로 전송되고, 광 검출기(310)에서 신호 광(309)의 편광정도를 검출하여 기록매질(207)의 정보를 재생한다. 여기서 신호 광(309)이라 함은 상기 편광된 입사 광(303)이 광분할 회절격자(304)를 통과하여 광 검출기(310)로 전송되는 광을 말한다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
상기한 바와 같이 본 발명에서는 SIL을 이용한 근접 장 기록 방식을 도파로와 회절격자에 접목하여, 큰 부피를 차지하는 렌즈는 SIL만 사용하고, 다수의 회전 거울들과 반사경을 도파로와 회절 격자를 이용하여 광을 상기 SIL의 한 점으로 유도하여 집속시킴으로써, 부피를 최소화한 광 저장 헤드 장치를 구현하였다. 또한, 본 발명에 따른 초소형 광 저장 헤드는 정보 접속율이 높고 근접 장 방식을 이용하므로 회절 한계 이하의 광점을 형성하여 정보 저장 밀도를 높일 수 있는 장점이 있다.

Claims (9)

  1. 기록 매질에 정보를 저장할 수 있는 광 저장 헤드장치에 있어서,
    평면형의 광 도파로와;
    상기 광 도파로의 양면 중 어느 일면에 부착되고, 상기 광 도파로를 따라 전달되는 입사 광의 경로를 변경시키는 하나 이상의 집광 회절격자와;
    광원과 상기 집광 회절격자 사이의 상기 광 도파로의 일면에 부착되고, 신호 광의 경로를 변경시키는 하나 이상의 광분할 회절격자와;
    일측은 곡면부로 구성되고 타측은 평면부로 구성되며, 상기 집광 회절격자에 의해 회절된 입사 광을 자신의 평면부의 한 점으로 결집시키는 SIL(Solid Immersion Lens); 및
    자기장을 생성하는 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 저장 헤드 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 SIL은,
    상기 집광 회절격자에 의하여 회절된 광이 회절 한계 이하의 광점을 형성할 수 있도록 상기 SIL의 곡면부가 구면(sphere), 반구면(hemisphere) 또는 초구면(super-hemisphere)으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 광 저장 헤드 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 집광 회절격자에서 회절되는 상기 입사 광이 상기 집광 회절격자를 이루는 면과 수직으로 상기 입사 광의 경로가 변경되는 경우,
    상기 SIL의 집광면과 평행하게 위치하도록 상기 회절격자와 SIL이 구성되는 것을 특징으로 하는 광 저장 헤드 장치
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 집광 회절격자에서 회절되는 상기 입사 광이 상기 집광 회절격자를 이루는 면과 수직이 아닌 일정한 각도를 이루며 상기 입사 광의 경로가 변경되는 경우,
    상기 입사 광이 상기 SIL의 평면부의 중심에 집광이 되도록 상기 집광 회절격자 면과 회절 광의 초점이 이루는 직선상에 상기 SIL의 중심이 일치하도록 하는 것을 특징으로 하는 광 저장 헤드 장치
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 SIL의 평면부가 상기 기록매질과 평행이 되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광 저장 헤드 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 코일은 상기 코일에 의해 형성된 유도 자기장이 기록매질의 자화를 변화시킬 수 있도록 상기 기록매질에 수직하게 자속을 발생할 수 있는 곳에 위치되는 것을 특징으로 하는 광 저장 헤드 장치.
  7. 제 1 항 또는 5 항에 있어서,
    상기 코일은 상기 집광 회절격자와 상기 SIL의 사이에 위치하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광 저장 헤드 장치.
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