KR100830005B1 - 광 조사 헤드, 정보 기억 장치, 광 조사 헤드 설계 장치 및 광 조사 헤드 설계 프로그램 기억 매체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 사이즈가 크고 높은 광 전파성을 갖는 광 조사 헤드를 얻는 것을 목적으로 하고, 본 발명의 광 조사 헤드는, 제1 저감쇠 재료로 이루어지는 광축을 따른 제1 전파부와, 제1 전파부를 쌍으로 사이에 두는, 제2 저감쇠 재료로 이루어지는 제2 전파부와, 제2 전파부에서의 광의 전파성보다 나쁜 전파성을 갖는, 제2 전파부의 외측으로부터 또한 제1 전파부 및 제2 전파부를 쌍으로 사이에 두는 재료로 이루어지는 제1 폐쇄부와, 제1 폐쇄부에서의 광의 전파성보다 좋은 전파성을 갖는 재료로 이루어지는, 제1 폐쇄부의 외측으로부터 또한 쌍으로 사이에 두는 제3 전파부를 갖는다. 또한, 본 발명의 광 조사 헤드 설계 장치는, F 매트릭스에 기초한 방정식을 품으로써 광축 방향의 복소 전파 상수를 산출하여, 광 조사 헤드를 조망 좋게 설계한다.
광 기록, 광 파이버, 저감쇠 재료, 복소 전파 상수, 전파부, 폐쇄부

Description

광 조사 헤드, 정보 기억 장치, 광 조사 헤드 설계 장치 및 광 조사 헤드 설계 프로그램 기억 매체{LIGHT PROJECTING HEAD, INFORMATION STORAGE DEVICE, LIGHT PROJECTION HEAD DESIGNING DEVICE, AND STORAGE MEDIUM HAVING LIGHT PROJECTION HEAD DESIGNING PROGRAM}
본 발명은, 광을 전파하여 조사하는 광 조사 헤드, 및 그와 같은 광 조사 헤드를 이용한 정보 기억 장치에 관한 것이다.
정보화 사회의 진전에 수반하여, 정보량은 증대 일로에 있다. 이 정보량의 증대에 대응하여, 비약적으로 높은 기록 밀도의 정보 기록 방식 및 그것에 기초하는 기록 재생 장치가 대망되고 있다.
고밀도 기록 실현을 위한 기록 방식으로서, 입사광의 파장보다 작은 미소 개구를 제작하고, 그 개구부로부터 발생하는 광을 이용하여, 광의 파장보다 작은 빔 스폿을 형성하는 광 기록 방식이 주목받고 있다.
광 기록 방식의 종래의 미소 개구로서, 예를 들면 특허 문헌 1에 기재되어 있는 바와, 첨예화된 광 파이버의 선단에 개구가 형성된 것이 알려져 있다. 즉, 선단부가 첨예화된 광 파이버가 금속막으로 피복되고, 수속 이온 빔(FIB) 등의 입자 빔으로 피복 및 첨예화된 부분의 일부가 절제되어 개구가 제작된다.
다른 종래 기술로서, 평면판에, 경사면을 갖는 개구가 제작된 것이 특허 문헌 2에 개시되어 있다. 즉, Si 기판이 리소그래피 기술로 패터닝되고, 그 패턴이 이방성 에칭되어 역피라미드형의 오목부가 제작되며, 기판의 최심부로 되는 역피라미드의 정점이 기판 이면에 관통된 것이다. 관통 방법은, Si 기판의 이면이 연마되는 방법이나, 에칭이 행해지는 방법 등이 알려져 있다.
또한, 비특허 문헌 1에는, 광 전파 효율을 개선하기 위해, 광 파이버의 첨예화된 코어의 선단에 금속을 증착하는 방법이 개시되어 있다.
또한, 비특허 문헌 2에는, 빔 스폿 사이즈와 전파 효율을 모두 향상시키는 광 파이버의 형상이 개시되어 있다.
또한, 광 조사 헤드의 특허 문헌 3에 개시된 예에서는, 헤드 선단부의 고굴절률 유전체 재료가 사다리꼴 형상으로 되는 대칭의 이차원 패턴으로 제작한 평면 구조의 헤드 형상이 채용되어 있고, 이 특허 문헌 3에는, 사다리꼴 형상의 경사면과 평면 구조에서 스폿 직경을 축소화하는 구조가 개시되어 있다.
특허 문헌 1: 일본 특개평10-206660호 공보
특허 문헌 2: 미국 특허 제5689480호 명세서
특허 문헌 3: 일본 특개 2002-188579호 공보
비특허 문헌 1: "Optical Review", 1998, Vol5, No.6, p369-373
비특허 문헌 2: "Applied Physics Letters", Vol73, No.15
그러나, 광 파이버에서는 광의 이용 효율이 나빠, 예를 들면 개구경이 100㎚인 경우에, 입사광 강도에 대한 출사광 강도가 0.001% 이하이다. 이 때문에, 광 파이버의 근본으로부터 선단을 향함에 따라 뾰족한 각이 복수 단계로 변화되는 구조나, 선단의 미소 개구의 중심에 미소한 금속구가 형성된 구조 등이 제안되어 있지만, 광 파이버 단부를 첨예화하여 미소 개구를 형성하는 방법은, 금속막의 증착 성막에 불균일이 있고, 또한 에칭 용액의 농도나 광 파이버의 재료 조성에 기인하는 에칭 속도의 불안정성의 문제가 있다. 또한, 광 파이버의 원추 형상으로 첨예화한 정각의 제작의 불안정성 및 FIB에 의한 선단부의 절제 제어의 곤란성 등의, 양산 프로세스의 문제가 있고, 광 파이버를 이용하고 있기 때문에, 고속 데이터 전송화의 상투 수단인 멀티헤드화도 곤란하다.
또한, 광 파이버를 이용한 종래의 고효율화 기술에서는, 금속에 둘러싸인 선단의 원추 형상에 의해, 입사광은 광 파이버 내부의 원추면에서의 렌즈 효과에 의해 전장이 집중하는 위치가 있어, 상기 비특허 문헌 2에서는, 전장이 집중하는 면에 개구면을 배치하여, 빔 스폿의 축소화와 고효율화를 행하고 있다. 이 방법은 유효하긴 하지만, 매우 높은 가공 정밀도가 필요하기 때문에, 상기와 마찬가지로 가공상의 문제를 갖고 있다.
반도체 기판을 에칭하여 미소 개구를 형성하는 방법에는, 수십 ㎚의 개구 사이즈에 대한 에칭 진행 속도의 불안정성이나, 일정한 에칭량에 대한 Si 기판의 두께 불균일에 의한 개구부 사이즈의 불안정성이나, 반도체 기판을 잘라 낼 때의 결정 방위의 어긋남에 의한 에칭부의 형상의 불안정성 등의 제작 프로세스상의 문제가 있다. 또한, 역피라미드 형상은 반도체 기판 고유의 결정 방위로 정해지기 때문에, 원하는 최적 각도로 제어할 수 없는 경우가 있다. 또한, 기판의 박리나 용 해의 공정이 많기 때문에 재료의 소비가 심해져, 고비용으로 된다고 하는 문제가 있다.
이들 문제점을 감안하여, 상기 특허 문헌 3에서 제안된 광 조사 헤드에서는, 헤드 선단부가 이차원 패턴으로 제작되고, 헤드 내의 광 전파 재료에 고굴절률 재료가 사용됨으로써, 광이나 전장 강도가 집중하는 스폿의 사이즈가 축소되어 있다. 또한, 이 광 조사 헤드는, 이차원 패턴의 광 전파 재료를 사이에 둔 다층 구조를 갖고 있고, 이들 다층간에서의 광 간섭에 의해 광 전파 재료에 광이 집중하고 있다. 이 광 조사 헤드는, 이차원 패턴이나 다층 구조를 리소그래피 기술 등의 응용으로 작성할 수 있기 때문에, 높은 정밀도의 가공이 가능한 외에, 자기 센서 헤드와 함께 일체 가공하는 것도 용이하다. 그러나, 종래의 구조에서는, 높은 효율로 광을 전파할 수 있는 광 조사 헤드를, 제조나 가공 등에 여유가 있는 충분한 크기로 설계하는 것이 어려워, 사이즈가 크더라도 높은 광 전파성을 갖도록 하는 구조의 고안이 요구되고 있다. 또한, 이와 같은 광 조사 헤드에서의 다층 구조의 설계 시에는, 종래에는, 다층간에서의 광 간섭을 시뮬레이션으로 확인하면서 각 층 두께를 수정하는 방식이 채용되어 있으므로 설계의 효율이 나빠, 좀 더 조망이 좋은 설계가 가능한 설계 장치가 요망되고 있다.
<발명의 개시>
본 발명은, 상기 사정을 감안하여, 사이즈가 크고 높은 광 전파성을 갖는 광 조사 헤드, 그와 같은 광 조사 헤드를 구비하여 고밀도의 정보 기억이 가능한 정보 기억 장치, 광 조사 헤드를 효율적으로 설계할 수 있는 광 조사 헤드 설계 장치, 및 컴퓨터에 내장되어 그 컴퓨터에 광 조사 헤드를 효율적으로 설계 시키는 광 조사 헤드 설계 프로그램이 기억된 광 조사 헤드 설계 프로그램 기억 매체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하는 본 발명의 광 조사 헤드는, 복소 굴절률의 허수부를 실질적으로 무시할 수 있을 정도로 작은 제1 저감쇠 재료로 이루어지는, 광의 입사원으로부터 출사처에 이르는 광축을 따른 제1 전파부(도 3의 참조 번호 41)와,
복소 굴절률의 허수부를 실질적으로 무시할 수 있을 정도로 작고, 복소 굴절률의 실수부가 제1 전파부에서의 복소 굴절률의 실수부보다 큰 제2 저감쇠 재료로 이루어지는, 상기 광축에 교차하는 적어도 1개의 축교 방향에 대해 제1 전파부를 쌍으로 사이에 두는 제2 전파부(도 3의 참조 번호 42)와,
제2 전파부에서의 광의 전파성보다 나쁜, 비전파인 것도 허용된 임의의 전파성을 갖는 재료로 이루어지는, 상기 축교 방향에 대해 제2 전파부의 외측으로부터 또한 제1 전파부 및 제2 전파부를 쌍으로 사이에 두는 제1 폐쇄부(도 3의 참조 번호 43)와,
제1 폐쇄부에서의 광의 전파성보다 좋은 전파성을 갖는 재료로 이루어지는, 상기 축교 방향에 대해 제1 폐쇄부의 외측으로부터 또한 쌍으로 사이에 두는, 제1 폐쇄부의 축교 방향의 두께보다 두꺼운 제3 전파부(도 3의 참조 번호 44)를 갖는 것을 특징으로 한다.
여기서, 「적어도 1개의 축교 방향에 대해 … 사이에 둔다」란, 1개의 축교 방향을 갖는 다층 구조, 복수의 축교 방향을 갖는 격자 구조, 광축을 둘러싸는 전체 방향이 축교 방향으로 되는 다중의 통 구조 등을 모두 포함하는 것을 의미하고 있다.
본 발명의 광 조사 헤드에는 제2 전파부가 존재하고, 이 제2 전파부의 존재에 의해, 광 조사 헤드를 전파하는 광의 손실이 큰 폭으로 저감됨과 함께, 광축 상에 광이 효율적으로 집중된다. 이 결과, 사이즈가 크더라도 높은 광 전파성을 갖는 광 조사 헤드가 얻어진다.
본 발명의 광 조사 헤드는,
제3 전파부에서의 광의 전파성보다 나쁜, 비전파인 것도 허용된 임의의 전파성을 갖는 재료로 이루어지는, 상기 축교 방향에 대해 제3 전파부의 외측으로부터 또한 쌍으로 사이에 두는, 제1 폐쇄부의 축교 방향의 두께보다 두꺼운 제2 폐쇄부(도 3의 참조 번호 45)와,
제2 폐쇄부에서의 광의 전파성보다 좋은 전파성을 갖는 재료로 이루어지는, 상기 축교 방향에 대해 제2 폐쇄부의 외측으로부터 또한 쌍으로 사이에 두는 제4 전파부(도 3의 참조 번호 46)와,
제4 전파부에서의 광의 전파성보다 나쁜, 비전파인 것도 허용된 임의의 전파성을 갖는 재료로 이루어지는, 상기 축교 방향에 대해 제4 전파부의 외측으로부터 또한 쌍으로 사이에 두는 제3 폐쇄부(도 3의 참조 번호 47)를 더 갖는 것이 바람직하다.
이와 같은 제2 폐쇄부, 제4 전파부, 제3 폐쇄부의 존재에 의해, 광축 상으로의 광의 집중이 더욱 향상된다.
또한, 본 발명의 광 조사 헤드는,
상기 제4 전파부 및 상기 제3 폐쇄부가, 각각, 제3 전파부 및 제2 폐쇄부를 구성하는 재료와 동일한 재료로 이루어지고, 상기 축교 방향의 합계 두께가 제3 전파부 및 제2 폐쇄부의 합계 두께보다 두꺼운 것인 것이 바람직하다.
이와 같은 바람직한 구성의 광 조사 헤드에 따르면, 광 조사 헤드를 전파하는 광의 사이드 로브를 저감시켜, 광축 상으로의 광의 한층 더한 집중을 도모할 수 있다.
상기 목적을 달성하는 본 발명의 정보 기억 장치는,
소정의 정보 기억 매체에 광을 조사하고, 그 조사한 광을 정보 재생과 정보 기록 중 적어도 어느 한쪽에 이용하는 정보 기억 장치로서,
복소 굴절률의 허수부를 실질적으로 무시할 수 있을 정도로 작은 제1 저감쇠 재료로 이루어지는, 광의 입사원으로부터 출사처에 이르는 광축을 따른 제1 전파부와,
복소 굴절률의 허수부를 실질적으로 무시할 수 있을 정도로 작고, 복소 굴절률의 실수부가 제1 전파부에서의 복소 굴절률의 실수부보다 큰 제2 저감쇠 재료로 이루어지는, 상기 광축에 교차하는 적어도 1개의 축교 방향에 대해 제1 전파부를 쌍으로 사이에 두는 제2 전파부와,
제2 전파부에서의 광의 전파성보다 나쁜, 비전파인 것도 허용된 임의의 전파성을 갖는 재료로 이루어지는, 상기 축교 방향에 대해 제2 전파부의 외측으로부터 또한 제1 전파부 및 상기 제2 전파부를 쌍으로 사이에 두는 제1 폐쇄부를 갖는 광 조사 헤드, 및
광을 상기 광 조사 헤드의 입사원으로부터 그 광 조사 헤드 내에 입사시키는 광 도입부를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 정보 기억 장치에 따르면, 광 도파로에 의해 유도된 광이 광 조사 헤드에 의해 효율적으로 광축 상에 집중되어 작은 집광 스폿을 얻을 수 있기 때문에 고밀도의 정보 기억이 실현된다.
여기에는 본 발명의 정보 기억 장치의 기본 형태가 개시되어 있지만, 본 발명의 정보 기억 장치에는, 이 기본 형태뿐만 아니라, 상술한 광 조사 헤드의 각 형태에 대응하는 각종 형태도 포함된다.
또한 본 발명의 정보 기억 장치는,
「광 조사 헤드와 일체로 형성된 자기 헤드를 구비하고,
정보 기억 매체에 자기 헤드에서 자계를 인가하고, 그 인가한 자계를 정보 재생과 정보 기록 중 적어도 어느 한쪽에 이용한다」
라고 하는 형태가 바람직하다. 이 바람직한 형태의 정보 기억 장치에 따르면, 광 조사 헤드와 자기 헤드가 일체 형성되어 있기 때문에, 조립 시나 동작 제어 시에는 양 헤드의 상대적인 위치 어긋남이 회피된다. 이 결과, 고정밀도의 장치가 용이하게 얻어지게 된다.
또한, 본 발명의 정보 기억 장치는, 상기 광 조사 헤드가, 정보 기억 매체에 대하여, 조사하는 광의 파장의 10분의 1 이하에 접근하는 것인 것이 바람직하다.
이와 같이 광 조사 헤드가 정보 기억 매체에 근접함으로써 근접장 광이 발생하여, 정보 기억 매체에 효율적으로 광이 조사되게 된다.
상기 목적을 달성하는 본 발명의 광 조사 헤드 설계 장치는,
광의 입사원으로부터 출사처에 이르는 광축에 교차하는 적어도 1개의 축교 방향에 대해 층 형상 구조를 갖는 광 조사 헤드에서의 각 층의 두께를 설정하는 두께 설정부와,
층을 사이에 둔 전자계의 전파를 나타낸 각 층의 F 매트릭스
Figure 112006063423817-pct00001
(dn: n번째의 층의 두께, εn: n번째의 층의 복소 유전율, βn=√(εnk0 2-Λ2): n번째의 층의 위상 전파 상수, k0: 입사광의 파수, Λ: 광축을 따른 방향으로의 광의 전파성을 나타낸, 각 층에 공통의 복소 전파 상수)
의 곱과, 상기 광축 상에서의 임피던스(자계/전계)가 0이라고 하는 경계 조건에 의해 얻어지는, 상기 복소 전파 상수 Λ를 변수로 하는 방정식을 풀어 복소 전파 상수 Λ를 산출하는 전파 상수 산출부와,
전파 상수 산출부에 의해 산출된 복소 전파 상수 Λ에 기초하여, 상기 층 형상 구조에서의 광의 전파 성능을 평가하는 성능 평가부와,
성능 평가부에 의한 평가의 결과에 따라, 상기 각 층의 두께를 수정하여 전 파 상수 산출부에 복소 전파 상수를 다시 산출시키는 두께 수정부를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 광 조사 헤드 설계 장치에 따르면, F 매트릭스에 기초한 방정식의 해로서 용이하게 산출되는 복소 전파 상수 Λ에 의해 층 형상 구조의 전파 성능이 파악되기 때문에, 광 조사 헤드의 설계의 조망이 좋고, 각 층의 두께 조정이 반복됨으로써 원하는 전파 성능이 얻어진다.
본 발명의 광 조사 헤드 설계 장치는, 상기 성능 평가부가, 복소 전파 상수의 실부가 큰 것을 긍정하고, 그 복소 전파 상수의 허부가 큰 것을 부정하는 평가를 행하는 것인 것이 바람직하다.
이와 같은 바람직한 광 조사 헤드 설계 장치에 따르면, 유효 굴절률을 나타낸 복소 전파 상수의 실부가 크고, 전파 손실을 나타낸 복소 전파 상수의 허부가 작은 광 조사 헤드가 용이하게 얻어진다.
상기 목적을 달성하는 본 발명의 광 조사 헤드 설계 프로그램이 기억된 광 조사 헤드 설계 프로그램 기억 매체는,
컴퓨터 시스템에 내장되고, 그 컴퓨터 시스템 상에,
광의 입사원으로부터 출사처에 이르는 광축에 교차하는 적어도 1개의 축교 방향에 대해 층 형상 구조를 갖는 광 조사 헤드에서의 각 층의 두께를 설정하는 두께 설정부와,
층을 사이에 둔 전자계의 전파를 나타낸 각 층의 F 매트릭스
Figure 112006063423817-pct00002
(dn: n번째의 층의 두께, εn: n번째의 층의 복소 유전율, βn=√(εnk0 2-Λ2): n번째의 층의 위상 전파 상수, k0: 입사광의 파수, Λ: 광축을 따른 방향으로의 광의 전파성을 나타낸, 각 층에 공통의 복소 전파 상수)
의 곱과, 상기 광축 상에서의 임피던스가 0이라고 하는 경계 조건에 의해 얻어지는, 상기 광축을 따른 방향으로의 광의 전파성을 나타낸 복소 전파 상수를 변수로 하는 방정식을 풀어 복소 전파 상수를 산출하는 전파 상수 산출부와,
전파 상수 산출부에 의해 산출된 복소 전파 상수에 기초하여, 상기 층 형상 구조에서의 광의 전파 성능을 평가하는 성능 평가부와,
성능 평가부에 의한 평가의 결과에 따라, 상기 각 층의 두께를 수정하여 전파 상수 산출부에 복소 전파 상수를 다시 산출시키는 두께 수정부를 구성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 광 조사 헤드 설계 프로그램에 따르면, 본 발명의 광 조사 헤드 설계 장치의 각 구성 요소가 컴퓨터 시스템에 의해 용이하게 구성된다.
또한, 본 발명에서 말하는 광 조사 헤드 설계 프로그램 기억 매체에 대해서는, 여기서는 그 기본 형태만을 개시하는 것에 머무르지만, 이것은 단순히 중복을 피하기 위함이며, 본 발명에서 말하는 광 조사 헤드 설계 프로그램 기억 매체에는, 상기의 기본 형태뿐만 아니라, 상술한 광 조사 헤드 설계 장치의 각 형태에 대응하는 각종 형태가 포함된다.
또한, 본 발명의 광 조사 헤드 설계 프로그램이 내장되는 컴퓨터 시스템은, 한대의 컴퓨터와 주변 기기로 이루어지는 것이어도 되고, 혹은 복수대의 컴퓨터를 포함하는 것이어도 된다.
또한, 본 발명의 광 조사 헤드 설계 프로그램이 컴퓨터 상에 구성하는 전파 상수 산출부 등과 같은 요소는, 1개의 요소가 1개의 프로그램 부품에 의해 구축되는 것이어도 되고, 1개의 요소가 복수의 프로그램 부품에 의해 구축되는 것이어도 되며, 복수의 요소가 1개의 프로그램 부품에 의해 구축되는 것이어도 된다. 또한, 이들 요소는, 그와 같은 작용을 자기 자신이 실행하는 것으로서 구축되어도 되고, 혹은, 컴퓨터에 내장되어 있는 다른 프로그램이나 프로그램 부품에 지시를 내려 실행하는 것으로서 구축되어도 된다.
도 1은 본 발명의 정보 기억 장치의 제1 실시 형태를 도시하는 사시도.
도 2는 광 조사 헤드 부분의 확대 사시도.
도 3은 층 구조의 설명도.
도 4는 광 조사 헤드 설계 장치로서 동작하는 컴퓨터 시스템의 외관도.
도 5는 본 발명의 광 조사 헤드 설계 프로그램 기억 매체의 일 실시 형태를 도시하는 도면.
도 6은, 본 발명의 광 조사 헤드 설계 장치의 일 실시 형태를 도시하는 기능 블록도.
도 7은 최적 설계 시의 고유 함수를 도시하는 그래프.
도 8은 최적 설계 시의 전자계의 시뮬레이트 결과를 도시하는 정면도.
도 9는 최적 설계 시의 전자계의 시뮬레이트 결과를 도시하는 측면도.
도 10은 최적 설계 시의 빔 스폿의 X 방향 형상을 도시하는 그래프.
도 11은 최적 설계 시의 빔 스폿의 Y 방향 형상을 도시하는 그래프.
도 12는 본 발명의 광 조사 헤드의 제2 실시 형태를 도시하는 도면.
<발명을 실시하기 위한 최량의 형태>
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다.
도 1은, 본 발명의 정보 기억 장치의 제1 실시 형태를 도시하는 사시도이다.여기에는, 헤드(1)와 정보 기억 매체(2)를 구비하고, 헤드(1)에서 정보 기억 매체(2)에 정보의 기록 및 재생을 행하는 광 어시스트형의 정보 기억 장치가 도시되어 있다. 단, 이 도 1에 도시되어 있는 것은 정보 기억 장치의 헤드(1) 근변만이며, 그 이외의 구성 부분에 대해서는, 주지의 광 어시스트형의 정보 기억 장치와 동등하기 때문에 설명은 생략한다.
이 정보 기억 장치의 헤드(1)는, 리소그래피 기술에 의해, 광 조사 헤드(10)와 재생 자기 센서 헤드(20)와 기록 자기 헤드(30)가 일체로 형성된 것으로, 화살표 R의 방향으로 회전하는 정보 기억 매체(2)에 근접하여 배치되어 있다. 이 광 조사 헤드(10)는, 본 발명의 광 조사 헤드의 제1 실시 형태에 상당한다.
광 조사 헤드(10)와 재생 자기 센서 헤드(20)는, 기록 자기 헤드(30)의 하부 코어를 겸한 상부 자기 실드(32)와, 하부 자기 실드(31) 사이에 형성되어 있고, 광 조사 헤드(10)는, 광원으로부터의 광을 유도하는 광 도파로(15)에 접속되어 있다. 이 광 도파로(15)는, 본 발명에서 말하는 광 도입부의 일례에 상당한다.
광 조사 헤드(10)는, 광 도파로(15)에 의해 유도되어 온 광을 정보 기억 매체(2) 상에 조사하는 것이다. 단, 여기서는, 광은 전파파로서 출사되는 것이 아니라, 광 조사 헤드(10)의 근방(광 파장의 10분의 1 이하)에 진동 전장으로서 편재하고 있고, 그 광 조사 헤드(10)가 정보 기억 매체(2)에 충분히 접근함으로써, 그 진동 전장이, 파동으로서의 광과 마찬가지로 작용한다.
기록 자기 헤드(30)는, 하부 코어를 겸한 상부 자기 실드(32)와, 자장 발생용의 코일(33)과 상부 코어(34)로 구성되어 있고, 하부 코어와 상부 코어(34) 사이에 자장이 발생한다.
정보 기억 매체(2)의 회전에 수반하여, 정보 기억 매체(2) 상의, 원하는 정보가 기록되거나 혹은 재생되는 장소는, 재생 자기 센서 헤드(20), 광 조사 헤드(10), 기록 자기 헤드(30)의 순으로 통과해 간다. 정보 기록 시에는, 광 조사 헤드(10)에 의한 광 조사에 의해 정보 기억 매체(2) 상의 원하는 위치가 가열되고, 직후에 기록 자기 헤드(30)에 의해 자장이 인가된다. 이에 의해, 작은 자계 강도에서의 정보 기록이 가능해진다. 또한, 정보 재생 시에는, 재생 자기 센서 헤드(20)에 의해 원하는 장소에서의 자화의 방향이 검출되어 정보가 재생된다.
상술한 구조의 헤드(1)에서는, 기록 자기 헤드(30)와 광 조사 헤드(10)의 간격이 수 ㎛ 정도 이하이므로, 정보 기억 매체(2)의 외주로부터 내주에 이르기까지, 원주 방향에서의 자장 조사와 광 조사의 위치 어긋남(스큐)을 무시할 수 있다고 하는 이점이 있다. 또한, 광 조사 헤드(10)에 의해 정보 기억 매체(2)에 조사되는 광의 스폿은, 원주 방향으로 약간 길게 되어 있다. 이에 의해, 자계 레이저 펄스 변조에 의한, 소위 초승달 기록이 가능해져, 정보의 고밀도화가 도모된다.
또한, 트랙킹에 관해서는, 자기 디스크 기록에서의 트랙킹 기술과 마찬가지로 샘플 서보 방식이 이용되고 있다. 이에 의해 고정밀도의 트랙킹이 가능해진다.
다음으로 광 조사 헤드(10)의 구조의 상세에 대하여 설명한다.
도 2는, 광 조사 헤드 부분의 확대 사시도이다.
상술한 바와 같이 광 조사 헤드(10)는 광 도파로(15)에 접속되어 있고, 광 도파로(15)는, 예를 들면 SiO2나 MgF2 등의 유전체 재료를 코어로 하여 작성된 것이다. 광 조사 헤드(10)는, 광 도입부(11), 30°의 정각을 갖는 선단부(12), 중앙이 120°로 꺾어진 입사면(13), 출사면(14)을 갖고 있고, 광 도입부(11) 및 선단부(12)의 주위는 알루미늄으로 덮여 있다. 광 도파로(15)에 의해 유도되어 온 광은, 입사면(13)으로부터 광 도입부(11)에 입사하여 선단부(12)에 전파되고, 출사면(14) 상에서, 광 스폿으로 되어 출사된다.
이 광 조사 헤드(10)의 광 도입부(11)와 선단부(12)는 다층 구조를 갖고 있고, 이 다층 구조에 의해 출사면(14) 상에서의 광 스폿 사이즈가 축소되어 있다. 또한, 광 스폿 사이즈는, 선단부(12)의 정각이 작을수록 축소되지만, 한편으로, 선단부(12)의 정각이 작을수록 선단부(12)가 길어, 광의 전파 거리도 길다. 이 때문에 흡수나 파장 한계에 기인한 전자장의 감쇠가 커서, 광 조사 헤드(10)에 의한 전자장의 전파 효율은 작다. 광 조사 헤드에서, 전파 효율은 클수록 바람직하기 때문에, 일반적으로는, 광 스폿 사이즈와 전파 효율이라는, 2종류의 상반되는 성능 평가의 타협에 의해 정각이 결정되고 있다.
본 발명에서는, 광 도입부(11) 및 선단부(12)를 구성하고 있는 층 구조의 고안에 의해 광 도입부(11) 및 선단부(12)에서의 전파 상수 그 자체의 향상이 도모되어 있고, 이 결과, 이후에 상술하는 바와 같이, 종합적인 능력이 높은 광 조사 헤드(10)가 얻어진다.
도 3은, 층 구조의 설명도이다.
여기서는, 상술한 광 조사 헤드의 층 구조의 개념에 대하여 우선 설명하고, 그 후에, 본 실시 형태에서 실제로 채용한 층 구조를 설명한다. 이 도 3에 도시한 Z축은 광 조사 헤드의 광축에 상당하고, Y축의 방향은, 본 발명에서의 축교 방향의 일례에 상당한다. X축은 이 도면에 수직인 방향으로 되어 있고, 광 조사 헤드를 구성하는 각 층은 XZ면에 평행한 층이다.
이 도 3에 도시한 층 구조의 중앙에는, 광축을 따른 제1층(41)이 존재하고, 그 제1층(41)을 Y 방향으로 사이에 둔 1쌍의 제2층(42)과, 그들 제1층(41) 및 제2층(42)을 Y 방향으로 사이에 둔 1쌍의 제3층(43)과, 그 제3층(43)의 또한 외측으로부터 Y 방향으로 사이에 둔 1쌍의 제4층(44)이 존재하고 있다.
제1층(41)을 구성하는 재료는, 입사광에 대한 복소 굴절률의 허수부를 실질적으로 무시할 수 있을 정도로 작은 재료이며, 예를 들면 파장 400㎚의 광의 경우에는, 이하에 게재하는 바와 같은 각종의 재료로부터 선택된다(괄호 내는 복소 굴절률의 실수부의 값). 즉, SiO2(1.567), Al2O3(1.786), MgO(1.761), BeO(1.729), NaCl(1.567), KCl(1.511), (C2H4)n(1.495), BaF2(1.483), CaF2(1.442), LiF(1.399), MgF2(1.384), NaF(1.332), ZrN(0.995) 등으로부터 선택된다. 이들 재료는, 본 발명에서 말하는 제1 저감쇠 재료의 예이며, 제1층(41)은 본 발명에서 말하는 제1 전파부의 일례에 상당한다.
또한, 제2층(42)을 구성하는 재료도, 입사광에 대한 복소 굴절률의 허수부를 실질적으로 무시할 수 있을 정도로 작은 재료이며, 복소 굴절률의 실수부는 제1층(41)에서의 실수부보다 크다. 예를 들면 파장 400㎚의 광의 경우에는, 이하에 게재하는 바와 같은 각종 재료로부터 선택된다(괄호 내는 복소 굴절률의 실수부의 값). 즉, ZnS(2.437), KNbO3(2.465), diamond(2.463), LiNbO3(2.432), AgBr(2.416), LiTaO3(2.183), YAG(1.865), Al2O3(1.786), BeO(1.729), NaCl(1.567), SiO2(1.567), (C2H4)n(1.495), BaF2(1.483), CaF2(1.442), CaF2(1.384), NaF(1.332), KCl(1.511), BN(2.079), LiF(1.399), MgO(1.761), TlCl(2.505), Si3N4(2.066), KRS-6(2.575), BSO(2.983), PbF2(1.818), AgCl(2.020), TiO2(3.0) 등으로부터 선택된다. 이들 재료는, 본 발명에서 말하는 제2 저감쇠 재료의 예이며, 제2층(42)은 본 발명 에서 말하는 제2 전파부의 일례에 상당한다.
또한, 제3층(43)을 구성하는 재료는, 제2층(42)에서의 광의 전파성보다 나쁜 전파성을 갖는 재료로서, 구체적으로는, 금속 재료나, 제2층(42)에서의 복소 굴절률의 실수부보다 큰 실수부를 갖는 고굴절률 재료 등이다. 여기서는, 나쁜 전파성이란, 굴절률의 허부(虛部)가 큰 것을 말하고, 좋은 전파성이란 굴절률의 허부가 작은 것을 말한다. 금속 재료의 경우에는, 입사광에 대한 유전율이 마이너스인 것이 바람직하다. 예를 들면 파장 400㎚의 광의 경우에는, 이하에 게재하는 바와 같은 각종 재료로부터 선택된다. 즉, 금속 재료로서는, Al, Au, Cu 등, 고굴절률 재료로서는, AlSb, Al0 .099Ga0 .901As, Se, InP, a-Si, GaAs, Al0 .7Ga0 .3As, GaP, Al0.804Ga0.196As, Ge, Zn3P2, AlAs, GaSb, GeTe-Sb2Te3-Sb, CdGeAs2, ZnGeP2, PbS, Re, ε-GeSe, Os, CdTe, InSb, ZnTe, TiO2, W, Se, InAs, Mo 등으로부터 선택된다. 제3층(43)은 본 발명에서 말하는 제1 폐쇄부의 일례에 상당한다. 또한, 제3층(43)의 재료로서 금속 재료가 선택된 경우에는, 층 구조 전체로서의 전파 효율이 높다고 하는 이점이 있지만, 융점이 낮기 때문에, 광 조사 헤드가, 강한 집광 스폿에 의한 가열에 이용되는 경우에는, 광 조사 헤드 자체가 열에 견디지 못할 가능성이 있다. 이에 대하여, 제3층(43)의 재료로서 고굴절률 재료가 선택된 경우에는, 내열성이 높은 것이 용이하게 얻어지지만, 금속 재료가 선택되는 경우와 비교하여 전파 효율은 낮아진다.
제4층(44)을 구성하는 재료는, 제3층(43)에서의 광의 전파성보다 좋은 전파 성을 갖는 재료이지만, 복소 굴절률의 허수부가 유의한 것이어도 된다.
이 도 3에 도시하는 층 구조에서는, 제4층(44)의 외측으로부터 또한 Y 방향으로 사이에 둔 1쌍의 제5층(45)과, 제5층(45)의 외측으로부터 또한 Y 방향으로 사이에 둔 1쌍의 제6층(46)과, 제6층(46)의 외측으로부터 또한 Y 방향으로 사이에 둔 1쌍의 제7층(47)도 존재한다.
제5층(45)을 구성하는 재료는, 제4층(44)에서의 광의 전파성보다 나쁜 전파성을 갖는 재료이고, 제6층(46)을 구성하는 재료는, 제5층(45)에서의 광의 전파성보다 좋은 전파성을 갖는 재료이며, 제7층(47)을 구성하는 재료는, 제6층(46)에서의 광의 전파성보다 나쁜 전파성을 갖는 재료이다.
이와 같이, 도 3에 도시한 층 구조에서는, 기본적으로, 광의 전파성이 좋은 층과 전파성이 나쁜 층이 번갈아 존재하고, 중앙으로부터 2번째에, 광의 전파성이 좋은 제2층(42)이 추가된 구조로 되어 있다. 또한, 크게 나누어, 제1층(41)으로부터 제3층(43)까지가 층 두께가 얇은 층이고, 제4층(44)으로부터 외측이 층 두께가 두꺼운 층이다. Z축 방향으로 전파되는 광은, 이와 같은 층 구조의 각 층간에서 서로 간섭하여, 후술하는 바와 같이 제1층(41)에 광이 집중하게 된다. 또한, 상술한 바와 같은 제2층(42)을 갖는 층 구조는, 이 제2층(42)을 포함하지 않는 층 구조와 비교하면, Z축 방향으로 전파되는 광의 감쇠가 대폭 낮기 때문에, 전파 효율이 높은 광 조사 헤드가 얻어진다.
도 1 및 도 2에 도시한 제1 실시 형태에서는, 제1층(41), 제4층(44), 및 제6 층(46)의 각각을 구성하는 재료로서 SiO2가 선택되고, 제3층(43), 제5층(45), 및 제7층(47)의 각각을 구성하는 재료로서 Si가 선택되며, 제2층(42)을 구성하는 재료로서 ZnS가 선택되어 있다.
그런데, 이와 같이 구체적으로 재료가 선택된 경우에, 광의 감쇠가 대폭 낮은 층 구조를 실제로 얻기 위해서는, 제1층(41)으로부터 제7층(47)까지의 각 층의 층 두께 d1∼d7이 적절히 설계되어 있을 필요가 있다. 종래에는, 이와 같은 층 두께의 설계 시에는, 광 조사 헤드 전체를 촘촘한 메쉬로 나누어, 각 메쉬점에서의 전자장의 강도 등을 컴퓨터 시뮬레이션으로 산출함으로써 성능이 확인되었다. 그러나, 이와 같은 컴퓨터 시뮬레이션에는 많은 연산 시간이 필요하고, 설계의 조망도 나빠, 최적의 층 두께 설계에 이르기까지는, 막대한 수고와 시간이 필요로 된다.
따라서, 이하에서는, 이와 같은 최적의 층 두께를 용이하게 설계할 수 있는 광 조사 헤드 설계 장치의 실시 형태에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에서는, 본 발명의 광 조사 헤드 설계 프로그램 기억 매체의 일 실시 형태에 기억된 광 조사 헤드 설셰 프로그램이 컴퓨터 시스템에 내장됨으로써, 그 컴퓨터 시스템이 본 발명의 광 조사 헤드 설계 장치의 일 실시 형태로서 동작한다.
도 4는, 광 조사 헤드 설계 장치로서 동작하는 컴퓨터 시스템의 외관도이다.
이 컴퓨터 시스템(100)은, CPU, RAM 메모리, 하드디스크 등을 내장한 본체부(110), 본체부(110)로부터의 지시에 의해 형광면(121)에 화면 표시를 행하는 CRT 디스플레이(120), 이 컴퓨터 시스템 내에 유저의 지시나 문자 정보를 입력하기 위한 키보드(130), 형광면(121) 상의 임의의 위치를 지정함으로써 그 위치에 따른 지시를 입력하는 마우스(140)를 구비하고 있다.
본체부(110)는, 또한, 외관상, 플렉시블 디스크나 CD-ROM이 장전되는 플렉시블 디스크 장전구(111) 및 CD-ROM 장전구(112)를 갖고 있고, 그 내부에는, 장전된 플렉시블 디스크나 CD-ROM을 드라이브하는, 플렉시블 디스크 드라이브, CD-ROM 드라이브도 내장되어 있다.
여기서는, CD-ROM에 본 발명에서 말하는 광 조사 헤드 설계 프로그램이 기억되어 있고, 이 CD-ROM이 CD-ROM 장전구(112)로부터 본체부(110) 내에 장전되어, CD-ROM 드라이브에 의해 그 CD-ROM에 기억된 광 조사 헤드 설계 프로그램이 이 컴퓨터 시스템의 하드디스크 내에 인스톨된다. 이 컴퓨터 시스템의 하드디스크 내에 인스톨된 광 조사 헤드 설계 프로그램이 기동되면, 이 컴퓨터 시스템은, 본 발명의 광 조사 헤드 설계 장치의 일 실시 형태로서 동작한다.
도 5는, 본 발명의 광 조사 헤드 설계 프로그램 기억 매체의 일 실시 형태를 도시하는 도면이다.
이 도 5에는, 설계 프로그램(300)이 기억된 설계 프로그램 기억 매체(200)가 도시되어 있다. 이 설계 프로그램(300)이 기억된 설계 프로그램 기억 매체(200)가, 본 발명의 광 조사 헤드 설계 프로그램 기억 매체의 일 실시 형태에 상당한다.
이 도 5에 도시하는 설계 프로그램 기억 매체(200)는, 설계 프로그램(300)이 기억된 기억 매체이면 그 종류를 막론하고, 예를 들면 CD-ROM에 이 설계 프로그 램(300)이 저장되어 있을 때에는 그 CD-ROM을 가리키고, 그 설계 프로그램(300)이 로딩되어 하드디스크 장치에 기억되었을 때에는 그 하드디스크 장치를 가리키거나, 혹은 그 설계 프로그램(300)이 플렉시블 디스크에 다운로드되었을 때에는 그 플렉시블 디스크를 가리킨다.
이 설계 프로그램(300)은, 도 4에 도시한 컴퓨터 시스템(100) 내에서 실행되어, 그 컴퓨터 시스템(100)을, 도 3에 도시한 바와 같은 층 구조에서의 각 층의 층 두께를 설계하는 광 조사 헤드 설계 장치로서 동작시키는 것으로서, 두께 설정부(310)와 전파 상수 산출부(320)와 성능 평가부(330)와 두께 수정부(340)를 갖는다.
이들 두께 설정부(310), 전파 상수 산출부(320), 성능 평가부(330), 및 두께 수정부(340)는, 각각, 본 발명에서 말하는, 두께 설정부, 전파 상수 산출부, 성능 평가부, 및 두께 수정부를 컴퓨터 시스템 상에서 구성하는 것이다.
이 설계 프로그램(300)의 각 요소의 상세에 대해서는 후술한다.
도 6은, 본 발명의 광 조사 헤드 설계 장치의 일 실시 형태를 도시하는 기능 블록도이다.
이 광 조사 헤드 설계 장치(400)는, 도 5의 설계 프로그램(300)이, 도 4에 도시한 컴퓨터 시스템(100)에 인스톨되어 실행됨으로써 구성되는 것이다.
이 광 조사 헤드 설계 장치(400)는 두께 설정부(410)와 전파 상수 산출부(420)와 성능 평가부(430)와 두께 수정부(440)로 구성되어 있다. 두께 설정부(410), 전파 상수 산출부(420), 성능 평가부(430), 및 두께 수정부(440)는, 도 5 에 도시한 설계 프로그램(300)을 구성하는, 두께 설정부(310), 전파 상수 산출부(320), 성능 평가부(330), 및 두께 수정부(340) 각각에 의해 컴퓨터 시스템 상에 구성되어 있다. 이와 같이, 도 6의 각 요소와 도 5의 각 요소는 서로 대응하고 있지만, 도 6의 각 요소는, 도 4에 도시한 컴퓨터 시스템(100)의 하드웨어와 그 퍼스널 컴퓨터에서 실행되는 OS나 어플리케이션 프로그램의 조합으로 구성되어 있는 것에 대해, 도 5에 도시한 광 조사 헤드 설계 프로그램의 각 요소는 그들 중의 어플리케이션 프로그램에 의해서만 구성되어 있는 점이 다르다.
이들 두께 설정부(410), 전파 상수 산출부(420), 성능 평가부(430), 및 두께 수정부(440)는, 본 발명에서 말하는, 두께 설정부, 전파 상수 산출부, 성능 평가부, 및 두께 수정부의 각 일례에 상당한다.
이하, 도 6에 도시한 광 조사 헤드 설계 장치(400)의 각 요소를 설명함으로써, 도 5에 도시한 설계 프로그램(300)의 각 요소도 아울러 설명한다.
도 6의 광 조사 헤드 설계 장치(400)를 구성하는 두께 설정부(410)는, 하드웨어 상은 도 4에 도시한 키보드(130)나 마우스(140)에 의해 담당되고 있고, 광 조사 헤드 설계 장치(400)의 유저에 의한 설정 조작을 받아, 도 3에 도시한 제1층(41) 내지 제7층(47)(이들을 제n층이라고 총칭함)에서의 복소 유전율 εn과 층 두께 dn을 설정한다. 복소 유전율 εn은, 제n층을 구성하고 있는 재료의 복소 굴절률로부터 하나로 환산되는 것이다. 또한, 제n층의 층 두께 dn은 설계의 초기치로서 제공되는 것이고, 도 3에 도시한 제1층(41)에 대해 설정되는 층 두께 d1만은, 실제 의 층 두께의 반값을 나타내고 있다.
전파 상수 산출부(420)에서는, 두께 설정부(410)에서 설정된 복소 유전율 εn과 층 두께 dn이 이하의 식에 적용되어, 각 층에서의 F 매트릭스 Fn이 구해진다.
Figure 112006063423817-pct00003
여기서, 제n층의 위상 전파 상수 βn은, 입사광의 파수 k0과, 광축을 따른 방향으로의 광의 전파성을 나타낸, 각 층에 공통의 복소 전파 상수 Λ로,
Figure 112006063423817-pct00004
로 나타내어진다.
이와 같은 F 매트릭스 Fn은, 각 층의 양면 각각에서 전계와 자계의 분포를 무시한 경우에서의 전계 V와 자계 X와의 관계를 나타내고 있고, Z축으로부터 Y의 ＋ 방향을 보았을 때의 7층분의 종합의 F 매트릭스 Ft에 의해, Z축 상의 전계 V(0) 및 자계 X(0)와, 제7층의 외측에서의 전계 V(7) 및 자계 X(7)와 대응 관계는,
Figure 112006063423817-pct00005
로 나타내어진다. 여기서 전자계의 임피던스 Z(n)를 Z(n)=V(n)／X(n)로 정의하면, Z축 상에서의 임피던스 Z(0)는,
Figure 112006063423817-pct00006
으로 된다. 이 식 (3)에서의 Z(Λ2)는, 임피던스 Z(0)가 복소 전파 상수 Λ의 2승의 함수로서 관념되는 것을 나타내고 있다. 또한, 제7층의 외측에서의 전자계의 임피던스 Z(7)는 공기 중의 임피던스와 동일해지므로,
Figure 112006063423817-pct00007
이다. 제1층의 중앙(즉 Z축 상)을 광이 전파할 수 있기 위한 조건은, 전송 통신 등의 분야에서는 횡공진 조건으로서 알려져 있으며, Z축 상의 임피던스 Z(0)가 0으로 되는 것이다. 따라서 상기 식 (3)은
Figure 112006063423817-pct00008
이라는 방정식 4로 된다. 전파 상수 산출부(420)에서는, 이 방정식 4가 복소 전파 상수 Λ의 2승에 대해 풀려 복소 전파 상수 Λ가 산출된다. 이 방정식 4는 수치 계산에 의해 용이하게 풀 수 있다.
이와 같이 전파 상수 산출부(420)에서 복소 전파 상수 Λ가 산출되면, 성능 평가부(430)에서는, 그 복소 전파 상수 Λ에 기초하여, 도 3에 도시한 층 구조에서의 광의 전파 성능이 평가된다. 본 실시 형태에서는, 성능 평가부(430)는 하기의 평가 함수 E에 의해 전파 성능을 평가한다.
Figure 112006063423817-pct00009
여기서, W1, W2, W3은 각 항에 대해 부여되는 임의의 가중치이고, Re(Λ)는 복소 전파 상수 Λ의 실수부이며, Im(Λ)은 복소 전파 상수 Λ의 허수부이고, φ는 층 구조 내를 전파하는 고유 함수의 형태에 의존하는 함수이다.
고유 함수는, 상기 식 (1)로 나타내어지는 F 매트릭스 Fn이 이용되어 산출된다. 즉, 상기 식 (1)의 F 매트릭스 Fn에 복소 전파 상수 Λ의 산출치가 대입됨과 함께, dn의 값이 도 3에서의 Y 좌표치의 변화량 ΔY로 치환되고, 이 F 매트릭스 Fn에 의해, 층 구조 중의 임의의 위치에서의 전계 V 및 자계 X로부터, Y의 ＋ 방향이 나 - 방향으로 축차적으로, 각 위치에서의 전계 V 및 자계 X가 구해지고, 그와 같이 구해진 각 위치의 전계 V 나 자계 X의 값이, 각 위치에서의 고유 함수의 값이다. 성능 평가부(430)에서는 이와 같은 고유 함수의 값도 산출된다. 상술한 함수 φ는, 이와 같이 산출되는 고유 함수의 값이 도 3에 도시한 제3층(43)과 제4층(44)의 경계보다 외측에서 크고 내측에서 작을수록 함수치가 커지도록 만들어진 함수이면 되고, 설계 목표 등에 따라 임의의 함수가 채용될 수 있다. 예를 들면, 단순하게, 상기 경계보다 외측의 고유 함수치의 총계가, 내측의 고유 함수치의 총계로 제산된 몫으로 해도 된다.
성능 평가부(430)에서는, 상기 식 (5)로 나타내어진 평가 함수 E의 값이 작을수록 전파 성능이 높다고 평가된다. 즉, 유효 굴절률을 나타내는 실수부 Re(Λ)가 크고, 전파 손실을 나타내는 허수부 Im(Λ)가 작고, 고유 함수에서의 제4층보다 외측의 사이드 로브가 작을수록 고성능이라고 평가된다.
성능 평가부(430)에서 층 구조의 전파 성능이 평가되면, 두께 수정부(440)는, 평가 함수 E의 값이 작아지도록 각 층의 층 두께 dn을 수정한다. 이 수정의 방법으로서는 주지의 기술을 이용할 수 있으므로 상세한 설명은 생략하지만, 상기의 방정식 4에 대한 해석적인 분석이나 층 두께 dn의 시행적인 수정에 의해 바람직한 수정 방향이나 수정량을 얻는 다양한 기술이 존재하고, 그와 같은 기술이 이용됨으로써 층 두께 dn의 적절한 수정이 효율적으로 실행된다.
이와 같이 두께 수정부(440)에서, 각 층의 층 두께 dn이 수정되면, 전파 상 수 산출부(420)에서 다시 복소 전파 상수 Λ가 산출되어, 성능 평가부(430)에서 전파 성능이 다시 평가된다. 이와 같이 평가된 전파 성능이 최고에 달한 경우, 즉, 층 두께 dn의 수정에 의해 평가 함수 E의 값이 최소치나 극소치에 달한 경우에는, 그 시점에서 설정되어 있는 각 층의 층 두께 dn이 최적 설계치로 된다.
본 실시 형태의 광 조사 헤드 설계 장치에서, 상술한 각 층의 구성 재료에 대하여 최적 설계를 행한 결과, 2×d1=32㎚(SiO2), d2=20㎚(ZnS), d3=20㎚(Si), d4=88㎚(SiO2), d5=54㎚(Si), d6=140㎚(SiO2), d7=40㎚(Si)라는 최적치가 얻어졌다. 또한, 이 최적 설계 시에는, 층 두께 dn의 초기치가 부여된 시점에서의 복소 전파 상수 Λ는 Re(Λ)=1.760, Im(Λ)=0.0541(유효 굴절률로 환산한 값)인 데 비해, 최적 설계 시에는, Re(Λ)=1.816, Im(Λ)=0.029로 대폭 개선되는 것이 확인되었다.
도 7은, 최적 설계 시의 고유 함수를 도시하는 그래프이다.
이 도면의 횡축은 도 3에 도시한 Y축 방향의 좌표를 ㎚ 단위로 나타내고 있고, 종축은 전계의 고유 함수치를 임의 단위로 나타내고 있다.
최적 설계 시의 고유 함수(500)는, 언뜻 보기에, 2개의 피크(500a)를 발생시켜 부적절한 것처럼 보이지만, 이들 피크는 중앙으로부터 50㎚ 이내에 존재하고 있기 때문에, 광은 제3층에까지 충분히 폐쇄되어 있고, 고유 함수(500)의 파형은, 층 구조의 중앙에만 광이 전파되는 양호한 파형으로 되어 있다고 할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 2개의 피크(500a)가 실제의 광 조사 헤드에서의 집광 스폿 형상에 미치는 영향은 작다. 광 조사 헤드에서의 광 전파에서는, 오히려, 사이드 로브 중의 피크(500b)가 충분히 작게 되어 있는 것이 중요하다. 또한, 본 실시 형태의 광 조사 헤드 설계 장치를 이용한 설계 시에 얻어진, 최적 설계에 이르기까지의 각 고유 함수의 형상 변화 등을 분석한 결과, 사이드 로브 중의 피크(500b)는, 도 3의 제4층(44) 및 제5층(45)의 합계의 층 두께가, 제6층(46) 및 제7층(47)의 합계의 층 두께보다 작은 경우에 현저하게 작아지는 것이 확인되었다.
이와 같이 설계된 최적 설계 시의 층 두께를 갖는 층 구조가, 도 2에 도시하는 광 조사 헤드(10)에 적용했을 때에 얻어지는 실제의 전자계의 분포는, 고유 함수(500)의 파형만으로는 확인할 수 없고, 확인에는 시뮬레이션이 필요로 된다.
도 8은, 최적 설계 시의 전자계의 시뮬레이트 결과를 도시하는 정면도이며, 도 9는, 최적 설계 시의 전자계의 시뮬레이트 결과를 도시하는 측면도이다.
이들 도 8, 도 9에는, FDTD법(Finite Difference Time Domain Method; 유한 차분 시간 영역법)에 의한 엄밀한 전자계 시뮬레이션의 결과가 도시되어 있으며, 흰 부분일수록 전자계 강도가 강한 것을 나타내고 있다. 전자계 시뮬레이션에서는, X 방향과 Z 방향의 각각에 대해 각 10㎚로 140개의 셀로 분할되고, Y 방향에 대해서는 각 2㎚로 500개의 셀로 분할되어 있다. 또한, 도 8, 도 9에는, 광 조사 헤드(10)에 광이 입사한 시점으로부터 30주기 이상 경과한 정상 상태에서의 전자계 강도의 분포가 도시되어 있다.
또한, 본 실시 형태에서 설계 대상으로서 상정되어 있는 층 구조에서는, 금속 재료의 층이 이용되는 경우도 있을 수 있으므로, 전자계 시뮬레이션에서는, 부 유전체인 금속 재료가 이용된 경우라도 계산의 해가 안정되도록, 금속의 자유 전자 모델인 Lorentz에 의한 자유 전자의 운동 방정식이 FDTD법과 동시에 연립하여 계산되어 정확한 해가 얻어지도록 되어 있다.
도 9에 의하면, 광 조사 헤드(10)의 전체 길이가 1200㎚로 길어, 종래의 조망이 나쁜 설계에서 얻어지는 길이의 약 10배에나 달하고 있음에도 불구하고, 광 조사 헤드(10)의 선단에 강한 빔 스폿(510)이 발생하고 있는 것을 알 수 있다. 이 때의 전파 효율도 수치적으로 확인한 결과, 종래 설계의 짧은 광 조사 헤드에 비견하는 전파 효율이 얻어지는 것이 확인되었다.
또한, 도 8에 의하면 제1층(41)에 전자계가 집중하고, 광 조사 헤드 내를 전자계가 양호하게 전파하여 선단에 빔 스폿을 형성하고 있는 것을 알 수 있다.
이와 같이 광 조사 헤드(10)의 선단에 발생하는 빔 스폿의 형상에 대하여 이하 설명한다.
도 10은, 최적 설계 시의 빔 스폿의 X 방향 형상을 도시하는 그래프이며, 도 11은, 최적 설계 시의 빔 스폿의 Y 방향 형상을 도시하는 그래프이다.
이들 도 10, 도 11의 횡축은, 각각, X 방향, Y 방향의 좌표를 나타내고 있고, 종축은 전자계 강도를 나타내고 있으며, 이들 도 10, 도 11 내의 곡선(520, 530)은, 광 조사 헤드의 선단으로부터 15㎚ 떨어진 위치에서의 빔 스폿의 엔벨로프를 나타내고 있다.
이들 도 10, 도 11에 도시되어 있는 바와 같이, 빔 스폿은, X 방향 및 Y 방 향의 쌍방에서 약 90㎚라는 충분히 작은 스폿으로 되어 있다. 또한, 입사광 강도에 대하는 출사처 강도의 비로서 나타내진 투과광률은 11.8%로, 매우 효율이 높은 광 조사 헤드인 것도 확인되었다. 이와 같이 고효율이며 스폿 사이즈가 작은 광 조사 헤드가 도 1에 도시한 정보 기억 장치에 탑재됨으로써, 기억 밀도가 높은 정보 기억 장치가 용이하게 실현된다.
이하, 본 발명의 광 조사 헤드의 제2 실시 형태에 대하여 설명한다. 이 제2 실시 형태는, 상술한 광 조사 헤드의 제1 실시 형태 대신에 정보 기억 장치에 탑재할 수 있는 것이다.
도 12는, 본 발명의 광 조사 헤드의 제2 실시 형태를 도시하는 도면이다.
광 조사 헤드(50)는, 도 12의 파트 (A)에 도시하는 바와 같이, 대물 렌즈(52)와 반구부(54) 및 원통부(56)로 이루어지는 솔리드 이멀젼 렌즈로 구성되어 있다. 광은 대물 렌즈(52)에서 집광되어 솔리드 이머젼 렌즈의 반구부(54)에 입사하여, 원통부(56)로 유도된다.
이 원통부(56)는, 도 12의 파트(B)에 도시한 바와 같이, 복수의 원통이 동축에 서로 겹쳐진 구조로 되어 있고, 이들 복수의 원통의 단면 구조는, 도 3에 도시한 층 구조와 마찬가지의 구조로 되어 있다. 이 원통부(56)에 유도된 광은, 동축의 복수 원통 상호간에서의 간섭에 의해 중심에 집광되어, 매우 작은 집광 스폿이 형성된다.
이상으로 본 발명의 실시 형태에 대한 설명을 종료한다.
또한, 본 발명의 광 조사 헤드는, 상기에서 설명한 층 구조나 동축의 다통 구조에 한하지 않고, 예를 들면, 광축에 직교한 2 방향의 각각에 대하여, 도 3의 층 구조와 마찬가지의 구조를 갖는 격자 구조 등을 갖는 것이어도 된다.
또한, 상기 설명에서는, 광 조사 헤드가 광 도파로에 접속되는 예가 개시되어 있지만, 본 발명에서 말하는 광 도입부는, 광 조사 헤드에 광 출사면이 접속된 레이저 다이오드나 LED 등이어도 된다.
또한, 상기 설명에서는, 광자기 기록 방식의 정보 기억 장치가 예시되어 있지만, 본 발명의 정보 기억 장치는, 자기 기록 방식이나 상 변화형 기록 방식의 정보 기억 장치이어도 되며, 또한, 재생에 광을 이용하는 재생 전용의 장치이어도 된다.
또한, 상기 설명에서는, 자기 헤드와 일체로 형성된 광 조사 헤드가 예시되어 있지만, 본 발명의 광 조사 헤드는, 자기 헤드와는 별개로 제조되는 것이어도 된다.
또한, 상기 설명에서는, 정보 기억 장치에 내장된 광 조사 헤드가 개시되어 있지만, 본 발명의 광 조사 헤드는, 광 가공용 등에 이용되는 것이어도 되며, 그 용도는 한정되지 않는다.

Claims (9)

  1. 복소 굴절률의 허수부를 실질적으로 무시할 수 있을 정도로 작은 제1 저감쇠 재료로 이루어지는, 광의 입사원으로부터 출사처에 이르는 광축을 따른 제1 전파부와,
    복소 굴절률의 허수부를 실질적으로 무시할 수 있을 정도로 작고, 복소 굴절률의 실수부가 상기 제1 전파부에서의 복소 굴절률의 실수부보다 큰 제2 저감쇠 재료로 이루어지는, 상기 광축에 교차하는 적어도 1개의 축교 방향에 대해 상기 제1 전파부를 쌍으로 사이에 두는 제2 전파부와,
    상기 제2 전파부에서의 광의 전파성보다 나쁜, 비전파인 것도 허용된 임의의 전파성을 갖는 재료로 이루어지는, 상기 축교 방향에 대해 상기 제2 전파부의 외측으로부터 또한 상기 제1 전파부 및 상기 제2 전파부를 쌍으로 사이에 두는 제1 폐쇄부와,
    상기 제1 폐쇄부에서의 광의 전파성보다 좋은 전파성을 갖는 재료로 이루어지는, 상기 축교 방향에 대해 상기 제1 폐쇄부의 외측으로부터 또한 쌍으로 사이에 두는, 상기 제1 폐쇄부의 상기 축교 방향의 두께보다 두꺼운 제3 전파부를 갖는 것을 특징으로 하는 광 조사 헤드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3 전파부에서의 광의 전파성보다 나쁜, 비전파인 것도 허용된 임의의 전파성을 갖는 재료로 이루어지는, 상기 축교 방향에 대해 상기 제3 전파부의 외측으로부터 또한 쌍으로 사이에 두는, 상기 제1 폐쇄부의 상기 축교 방향의 두께보다 두꺼운 제2 폐쇄부와,
    상기 제2 폐쇄부에서의 광의 전파성보다 좋은 전파성을 갖는 재료로 이루어지는, 상기 축교 방향에 대해 상기 제2 폐쇄부의 외측으로부터 또한 쌍으로 사이에 두는 제4 전파부와,
    상기 제4 전파부에서의 광의 전파성보다 나쁜, 비전파인 것도 허용된 임의의 전파성을 갖는 재료로 이루어지는, 상기 축교 방향에 대해 상기 제4 전파부의 외측으로부터 또한 쌍으로 사이에 두는 제3 폐쇄부를 더 갖는 것을 특징으로 하는 광 조사 헤드.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제4 전파부 및 상기 제3 폐쇄부가, 각각, 상기 제3 전파부 및 상기 제2 폐쇄부를 구성하는 재료와 동일한 재료로 이루어지고, 상기 축교 방향의 합계 두께가 상기 제3 전파부 및 상기 제2 폐쇄부의 합계 두께보다 두꺼운 것인 것을 특징으로 하는 광 조사 헤드.
  4. 소정의 정보 기억 매체에 광을 조사하고, 그 조사한 광을 정보 재생과 정보 기록 중 적어도 어느 한쪽에 이용하는 정보 기억 장치로서,
    복소 굴절률의 허수부를 실질적으로 무시할 수 있을 정도로 작은 제1 저감쇠 재료로 이루어지는, 광의 입사원으로부터 출사처에 이르는 광축을 따른 제1 전파부와,
    복소 굴절률의 허수부를 실질적으로 무시할 수 있을 정도로 작고, 복소 굴절률의 실수부가 상기 제1 전파부에서의 복소 굴절률의 실수부보다 큰 제2 저감쇠 재료로 이루어지는, 상기 광축에 교차하는 적어도 1개의 축교 방향에 대해 상기 제1 전파부를 쌍으로 사이에 두는 제2 전파부와,
    상기 제2 전파부에서의 광의 전파성보다 나쁜, 비전파인 것도 허용된 임의의 전파성을 갖는 재료로 이루어지는, 상기 축교 방향에 대해 상기 제2 전파부의 외측으로부터 또한 상기 제1 전파부 및 상기 제2 전파부를 쌍으로 사이에 두는 제1 폐쇄부를 갖는 광 조사 헤드, 및
    광을 상기 광 조사 헤드의 입사원으로부터 상기 광 조사 헤드 내에 입사시키는 광 도입부
    를 구비한 것을 특징으로 하는 정보 기억 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 광 조사 헤드와 일체로 형성된 자기 헤드를 구비하고,
    상기 정보 기억 매체에 상기 자기 헤드에서 자계를 인가하고, 그 인가한 자계를 정보 재생과 정보 기록 중 적어도 어느 한쪽에 이용하는 것을 특징으로 하는 정보 기억 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 광 조사 헤드가, 상기 정보 기억 매체에 대하여, 조사하는 광의 파장의 10분의 1 이하로 접근하는 것인 것을 특징으로 하는 정보 기억 장치.
  7. 광의 입사원으로부터 출사처에 이르는 광축에 교차하는 적어도 1개의 축교 방향에 대해 층 형상 구조를 갖는 광 조사 헤드에서의 각 층의 두께를 설정하는 두께 설정부와,
    층을 사이에 둔 전자계의 전파를 나타낸 각 층의 F 매트릭스
    [수학식 1]
    Figure 112006063423817-pct00010
    (dn: n번째의 층의 두께, εn: n번째의 층의 복소 유전율, βn=√(εnk0 2-Λ2): n번째의 층의 위상 전파 상수, k0: 입사광의 파수, Λ: 광축을 따른 방향으로의 광의 전파성을 나타낸, 각 층에 공통의 복소 전파 상수)
    의 곱과, 상기 광축 상에서의 임피던스(자계/전계)가 0이라고 하는 경계 조건에 의해 얻어지는, 상기 광축을 따른 방향으로의 광의 전파성을 나타낸 복소 전파 상수를 변수로 하는 방정식을 풀어 복소 전파 상수를 산출하는 전파 상수 산출부와,
    상기 전파 상수 산출부에 의해 산출된 복소 전파 상수에 기초하여, 상기 층 형상 구조에서의 광의 전파 성능을 평가하는 성능 평가부와,
    상기 성능 평가부에 의한 평가의 결과에 따라, 상기 각 층의 두께를 수정하여 상기 전파 상수 산출부에 복소 전파 상수를 다시 산출시키는 두께 수정부
    를 구비한 것을 특징으로 하는 광 조사 헤드 설계 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 성능 평가부가, 복소 전파 상수의 실부가 큰 것을 긍정하고, 상기 복소 전파 상수의 허부가 큰 것을 부정하는 평가를 행하는 것인 것을 특징으로 하는 광 조사 헤드 설계 장치.
  9. 컴퓨터에 내장되고, 상기 컴퓨터 상에,
    광의 입사원으로부터 출사처에 이르는 광축에 교차하는 적어도 1개의 축교 방향에 대해 층 형상 구조를 갖는 광 조사 헤드에서의 각 층의 두께를 설정하는 두께 설정부와,
    층을 사이에 둔 전자계의 전파를 나타낸 각 층의 F 매트릭스
    [수학식 2]
    Figure 112007082317888-pct00011
    (dn: n번째의 층의 두께, εn: n번째의 층의 복소 유전율, βn=√(εnk0 2-Λ2): n번째의 층의 위상 전파 상수, k0: 입사광의 파수, Λ: 광축을 따른 방향으로의 광의 전파성을 나타낸, 각 층에 공통의 복소 전파 상수)
    의 곱과, 상기 광축 상에서의 임피던스(자계/전계)가 0이라고 하는 경계 조건에 의해 얻어지는, 상기 광축을 따른 방향으로의 광의 전파성을 나타낸 복소 전파 상수를 변수로 하는 방정식을 풀어 복소 전파 상수를 산출하는 전파 상수 산출부와,
    상기 전파 상수 산출부에 의해 산출된 복소 전파 상수에 기초하여, 상기 층 형상 구조에서의 광의 전파 성능을 평가하는 성능 평가부와,
    상기 성능 평가부에 의한 평가의 결과에 따라, 상기 각 층의 두께를 수정하여 상기 전파 상수 산출부에 복소 전파 상수를 다시 산출시키는 두께 수정부
    를 구성하는 것을 특징으로 하는 광 조사 헤드 설계 프로그램이 기억된 광 조사 헤드 설계 프로그램 기억 매체.
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