KR100641092B1 - 근접장 광 기록 재생 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 근접장 광 기록 재생 장치에 관한 것으로, 특히 기록면에 입사되는 빔의 스폿 사이즈를 크게 줄일 수 있는 수단에 관련되며, 하면에 광학적 비선형층이 코팅된 SIL을 구비하는 근접장 광 기록 재생 장치를 제공한다. 상기 광학적 비선형층으로는 안티몬(Sb) 계열의 물질 등을 사용할 수 있다. 본 발명에 의하면 SIL의 장점을 살리면서 기록면에 입사되는 빔이 더욱 작은 스폿 사이즈를 갖도록 하는 것이 가능하다. 특히 간단한 구성에 의해서 빔의 스폿 사이즈를 획기적으로 줄일 수 있어 데이터의 기록 밀도를 크게 향상시키는 결과를 가져온다.

Description

근접장 광 기록 재생 장치{NEAR-FIELD RECORDING AND REPRODUCING SYSTEM}
도 1a는 본 발명의 원리를 설명하는 모식도이다.
도 1b는 SIL의 각 부분에서의 온도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 2a는 본 발명이 적용된 부상형 슬라이더를 나타내는 단면도이다.
도 2b는 도 2a에 나타난 슬라이더의 상면을 보여주는 사시도이다.
도 2c는 도 2a에 나타난 슬라이더의 하면을 보여주는 사시도이다.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***
1:대물렌즈 2:SIL
3:보호층 4:광학적 비선형층
7:개구부
본 발명은 근접장 광 기록 재생 장치에 관한 것으로, 특히 기록면에 입사되는 빔의 스폿 사이즈를 종래의 광학 수단에 비해 크게 줄일 수 있는 수단에 관한 것이다.
최근 컴퓨터 하드디스크나 컴퓨터 주변 기기의 보조 저장 기기의 기록 용량이 급속히 발전하고 있다. 이는 네트워크의 급속한 발전이나 과학문명의 발전으로 인해 예전에는 미처 생각지도 못한 대용량의 이미지 정보나 데이터 정보를 기록하고 보유해 데이터 베이스화하는데 기인한다고 볼 수 있다. 하드 디스크의 경우 매년 전년도의 기록 용량 대비 약 60% 정도의 신장을 이룩해 나가고 있으며 컴퓨터 보조 기억장치용 광 디스크 드라이브의 경우에도 수 기가에서 수십 기가에 이르는 정보 저장 능력을 가지고 있다. 그러나 하드 디스크나 컴퓨터 보조 기억장치용 광 디스크 드라이브 등과 같은 수준의 저장 능력으로는 앞으로의 기술적 추이로 비추어 볼 때 저장 용량에 있어서 한계를 지닐 수 밖에 없다. 이러한 기술적 배경을 바탕으로 요즈음 차세대 데이터 저장장치로서 급부상하고 있는 근접장기록(near-field recording)의 경우에는 미래의 정보저장장치로서 방대한 양의 데이터 정보를 수용할 수 있을 뿐만 아니라 앞으로의 라이프 스타일에 충분히 대응해 나갈 수 있는 기술로서 자리잡고 있다. 예를 들어 소형화, 이동성, 편리성 등을 추구하는 모든 제품에 다른 어느 것 보다 쉽게 적용이 가능한 기술이라 할 수 있다. 미국이나 일본 등 선진국에서는 이 것에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 반면 우리나라는 기술적 연구가 아직 초보 단계에도 미치지 못하는 실정이다. 그러나 세계적으로도 이러한 고밀도 기술, 특히 근접장기록 기술에 대한 세계적인 통일 규격은 아직 마련되어 있지 못한 실정이므로 중요한 기술을 선점하여 규격 제정시 기술을 이끌 수 있는 바탕을 마련하는 것이 국가적으로도 매우 중요하며 시급하다고 할 수 있다. 따라서 하루 빨리 근접장기록 기술에 대한 기록 및 재생 등의 원천적인 기술 확보를 하고 빠른 시일 내에 제품화할 수 있도록 기록 헤드, 미디어, 동작 방식 등 각 부분별 기술을 마련해야 한다.
근접장 광 기록 및 재생 광학계에 있어서는 데이터의 기록 밀도를 결정하는데는 여러가지 중요한 요인이 있으나 그 가운데에서도 광의 스폿경 및 디스크와 광 헤드 사이의 거리(gap)가 데이터의 기록 밀도에 결정적인 영향을 미친다. 따라서 근접장 광 기록 및 재생 광학계에서는 디스크와 광 헤드 사이의 갭(gap) 유지가 매우 중요하며, 1/4 파장 정도(수십 나노) 이하로 갭을 일정하게 유지하여야 한다. 디스크와 광 헤드 사이의 갭(gap)이 목표치 이내로 유지되지 않으면 근접장 광 기록 및 재생 광학계에 있어서는 광의 강도가 지수함수적으로 감소하고 빔의 스폿(spot) 사이즈가 크게 증가하므로 근접장 광의 고밀도 기록 및 재생이 곤란하다.
현재 근접장 광학계로 주목을 받으며 상용화 단계에 있는 형태 중의 하나는 미국의 테라스토(TeraStor)사의 SIL(Solid Immersion Lens)을 사용한 근접장 기록 장치이다. SIL 방식의 근접장 기록 장치에서는 여러가지 해결해야할 문제들이 많이 있는데, 그 중에서 특히 SIL에서 방출되는 빔의 스폿 사이즈가 고밀도의 데이타 기록 및 재생을 위하여 중요한 관건이 되고 있다.
본 발명은 근접장 등의 초고밀도 광 기록 및 재생 시스템에 있어서 기록면에 입사되는 빔의 스폿 사이즈를 기존의 SIL을 사용한 경우보다 더 작게 할 수 있는 새로운 SIL 구조를 제공하여 데이터 기록 밀도를 혁신적으로 향상시키는데 그 목적이 있다.
본 발명은 하면에 광학적 비선형층이 코팅된 SIL을 구비하는 근접장 광 기록 재생 장치를 제공한다. 상기 광학적 비선형층으로는 안티몬(Sb) 계열의 물질 또는 기타 광학적 비선형성을 갖는 물질을 사용할 수 있다.
광학적 비선형 코팅층은 입사빔의 최대 강도 영역에서만 투과율이 변화하여 빛을 투과시킬 수 있는 미소한 개구부를 형성한다. SIL 하면에 집속된 광을 이 개구부를 통하여 디스크의 기록막에 투과시켜 기록 및 재생을 하게 된다.
상기 개구부의 크기는 빔의 강도에 비례하여 온도가 상승함에 따라 수십 nm 에서 수백 nm의 직경을 가진 개구(Aperture)을 형성한다. 다시 말해서, 최대 강도 영역으로 입사되는 빔에 의해(즉, 높은 온도를 갖는 입사빔에 의해) 광학적 비선형 코팅층에는 수백 nm의 직경을 가지는 개구부가 형성된다.
근접장 광 기록 및 재생 광학계의 원리는 다음과 같다. 렌즈 내부로 임계각 이상의 각도를 갖고 입사하는 빛은 굴절률이 밀한 곳에서 소한 곳으로 진행할 때 내부에서 빛이 그 다음 경로로 진행하지 않고 전반사된다. 이 때 빛의 전반사에 의해서 렌즈의 표면에는 아주 미세한 세기의 광이 존재하는데 이것을 에버네슨트 웨이브(evanescent wave) 또는 소산파라고 한다. 이 에버네슨트 웨이브를 이용하면, 기존의 원격장(far-field)에서는 빛의 회절 현상 때문에 나타나는 분해능의 절 대적인 한계, 즉 회절 한계 때문에 불가능했던 고분해능이 가능하게 된다. 기본적으로 근접장 광은 빛의 파장보다 훨씬 작은 영역에 국한되어 있으므로 불확정성 원리에 의해 그 물리적 성질이 원격장과는 전혀 다르게 된다. 근접장 광 기록 및 재생 광학계는 렌즈 내에서 빛을 전반사시켜 렌즈 표면에 에버네슨트 웨이브를 발생시키고, 에버네슨트 웨이브와 디스크의 커플링에 의하여 기록 및 재생을 하게 된다.
이와 같은 원리를 이용한 SIL 방식의 근접장 광 기록 재생 광학계는 디스크의 기록면에 대면하여 SIL이 위치하고, 디스크 기록면과 반대쪽의 SIL 상면에 SIL에 빛을 모아주기 위한 대물렌즈가 위치한다. SIL에서 방출되는 빔의 스폿 사이즈는 가급적 작을 수록 고밀도의 데이터 기록 및 재생이 가능한데, SIL에서 방출되는 빔의 스폿은 λ(파장)/개구수(Numerical Aperture) 에 비례한다. 따라서, 빔의 스폿 직경을 줄이기 위해서는 단파장의 빔을 이용하거나 렌즈의 개구수 값을 크게 해야 한다. 그러나 SIL의 개구수는 약 2정도로 한계를 가지고 있고, 단파장의 빔도 사용목적에 따라 제약이 따르므로 SIL 용적으로 줄일 수 있는 빔의 스폿 사이즈는 한계가 있다.
따라서, 실용적으로 사용 가능한 빛의 λ와 렌즈의 개구수가 결정되면 최소 빔 스폿 크기는 결정되어 버린다. 이미 결정되어 버린 파장과 개구수를 가진 SIL 시스템에서 스폿 사이즈를 더욱 줄이기 위해서는 다른 방법을 고려하여야 한다.
본 발명은 SIL에서 방출되는 빔 스폿을 줄이기 위해서 대물렌즈에서 SIL로 입사되는 빛이 모이는 초점부위에 광학적 비선형성을 가진 필름을 코팅한 새로운 형태의 SIL을 제시한다. 광학적 비선형성이란 온도가 상승함에 따라 투명도가 증가하여 빛을 통과시키고 온도가 하강함에 따라 투명도가 저하되어 빛을 통과시키지 않는 성 질을 의미한다.
상기 필름상에 대물렌즈로부터 SIL을 통하여 광이 집속되면 집중된 빔에 의해 온도가 올라가는데 특히 초점이 형성된 부분이 가장 온도가 높게 된다. 이 영역은 다른 부분에 비해 빛의 투과율이 달라지고 따라서 투명도가 바뀌어 마치 개구부가 형성된 것과 같은 기능을 한다. 이 개구부 이외의 영역에서는 빛이 통과되지 않는다. 이렇게 형성된 개구부의 크기는 SIL을 통한 빔의 직경 보다 더 작으며, 따라서 SIL 만을 사용했을 때 보다 빔의 스폿 사이즈를 현저히 줄일 수 있다. 보통의 광학계는 통상 스폿 사이즈가 사용되는 빛의 파장 보다 작을 수 없어 대략 650nm 정도에 이르나, SIL을 사용하면 약 300nm 정도로 스폿 사이즈를 줄일 수 있고, 본 발명에 의한 광학적 비선형 코팅층을 SIL에 형성시킨 경우에는 150nm 정도로 스폿 사이즈를 더욱 감소시킬 수 있다.
이 개구부는 온도가 낮아지면 투과율이 변화됨으로써 사라지게 된다. 마치 온도의 증감에 따라 SIL의 초점 부위에 미세한 틈이 열렸다가 다시 닫히는 것과 같다. 개구부가 형성되면, 즉 입사된 빔에 의해 광학적 비선형층의 온도가 일정 수준 이상으로 상승되면 SIL로 집속되는 광에너지가 개구부를 통과하여 디스크의 기록막으로 전달된다. 따라서 미세한 스폿 사이즈의 빔으로 광 기록 및 재생을 할 수 있게 된다.
이상과 같은 본 발명에 의한 근접장 광 기록 재생 장치를 도면을 참고하며 구체적인 실시예를 통해 설명하면 다음과 같다.
도 1a는 본 발명의 원리를 설명하는 모식도로서, 하면에 광학적 비선형층(4)이 코팅된 SIL(2)을 보여주고 있다. 광학적 비선형층(4)의 상부면과 하부면에는 보호층(3)이 형성되어 있어 입사되는 빔의 산란 및 난반사를 방지한다. 상기 보호층(3)은 광학적 비선형층(4)의 상부면에만 형성시킬 수도 있고, 또는 하부면에만 형성시킬 수도 있다.
대물렌즈(1)를 통과한 빔이 SIL(2)로 입사되면 빔 중 높은 온도를 갖는 최대 강도 영역에 해당되는 빔에 의해 광학적 비선형층(4)의 중앙에 광학적 개구부(7)가 형성된다. 이 개구부(7)를 통과한 빔은 SIL(2)의 하면에 대향되어 있는 기록막(5)에 입사된다. 이와 같이 상기 개구부(7)를 통과하여 기록막(5)에 입사된 최대 강도 영역에 해당되는 빔에 의해 발생 되는 에버네슨트 웨이브는 상기 기록막(5)에 데이터의 기록을 위한 마크(6)를 형성시키게 된다.
도 1b는 SIL의 각 부분에서의 온도 분포를 나타내는 그래프로서, SIL의 중심영역(x축상의 원점)에서 빔이 집중되므로 온도가 가장크며 주변부로 갈 수록 온도는 낮아진다. 도면에서 점선으로 표시된 온도 Te는 SIL 하면에 형성된 광학적 비선형층에서 개구부가 형성되는 임계온도(threshold temperature)를 나타낸다. SIL 중심 영역은 Te 이상으로 온도가 상승하여 광학적 비선형층에 개구부가 형성되지만, 주변부는 개구부가 형성되지 않는다.
도 2a에 도시된 것과 같이 본 발명의 실시예에 따른 광학적 비선형층이 적용되는 일 예로 부상형 슬라이더의 구성을 살펴보면 다음과 같다. 이하 설명되는 실시예의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 기재된 부호에 있어서, 동일한 작용을 하게 되는 구성요소는 통일되는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.
상기 부상형 슬라이더에는 도 1a에 도시된 것과 같은 구성인 대물렌즈(11)와 SIL(12)이 상기 부상형 슬라이더 본체(10)에 장착되어 있고, SIL(12)의 하부면에는 광학적 비선형층(14)이 코팅되어 있다. 도 2b 및 도 2c는 각각 도 2a에 도시된 상기 부상형 슬라이더의 상면과 하면을 나타낸 사시도이다. 미설명 부호 18은 자계변조용 코일을, 13은 보호층을 각각 나타낸다.
상기와 같이 부상형 슬라이더에 적용되는 광학적 비선형층의 작용은 도 1a에 도시된 일시예에 따른 구성의 작용과 동일하다. 이를 개략적으로 설명하면, 다음과 같다.
대물렌즈(11)를 통과한 빔이 SIL(12)로 입사되면 빔 중 높은 온도를 갖는 최대 강도 영역에 해당되는 빔에 의해 광학적 비선형층(14)의 중앙부에는 광학적 개구부(17)가 형성된다. 이 개구부를 통과한 빔은 SIL(12)의 하면에 대향 하여 배치되어 있는 기록막(미도시)에 입사된다. 이와 같이 상기 개구부(17)를 통과하여 기록막에 입사된 최대 강도 영역에 해당되는 빔에 의해 발생되는 에버네슨트 웨이브는 상기 기록막에 데이터의 기록을 위한 마크(미도시)를 형성시키게 된다.
본 발명에 의하면 SIL의 장점을 살리면서 기록면에 입사되는 빔이 통상의 SIL 보다 더욱 작은 스폿 사이즈를 갖도록 하는 것이 가능하다. 특히 간단한 구성에 의해서 빔의 스폿 사이즈를 획기적으로 줄일 수 있어 데이터의 기록 밀도를 크게 향상시키는 결과를 가져온다.

Claims (4)

  1. 기록면과 마주보는 면에 온도가 상승함에 따라 투명도가 증가하여 빛을 통과시키고 온도가 하강함에 따라 투명도가 저하되어 빛을 통과시키지 않는 광학적 비선형층이 코팅된 SIL을 구비하는 근접장 광 기록 재생 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 비선형층은 광학적 비선형성 특성을 갖는 물질 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 근접장 광 기록 재생 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 비선형층은 광학적 비선형성 특성을 갖는 안티몬(Sb) 계열의 물질 중 어느 하나의 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 근접장 광 기록 재생 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비선형층 물질은 상부면 또는 하부면에 보호층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 근접장 광 기록 재생 장치.
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