KR20050046729A - 광 조사 헤드 및 정보 기억 장치 - Google Patents

광 조사 헤드 및 정보 기억 장치 Download PDF

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    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B11/00—Recording on or reproducing from the same record carrier wherein for these two operations the methods are covered by different main groups of groups G11B3/00 - G11B7/00 or by different subgroups of group G11B9/00; Record carriers therefor
    • G11B11/10—Recording on or reproducing from the same record carrier wherein for these two operations the methods are covered by different main groups of groups G11B3/00 - G11B7/00 or by different subgroups of group G11B9/00; Record carriers therefor using recording by magnetic means or other means for magnetisation or demagnetisation of a record carrier, e.g. light induced spin magnetisation; Demagnetisation by thermal or stress means in the presence or not of an orienting magnetic field

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Abstract

본 발명은 광원으로부터의 빛을 효율적으로 전파시키는 구조를 갖는 광 조사 헤드 및 그와 같은 광 조사 헤드를 이용하여 고밀도 기록이 가능한 정보 기억 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고, 본 발명의 광 조사 헤드는 소정의 대칭축에 대해 선 대칭인 끝이 가는 2차원 형상을 갖는 빛의 전자기장을 전파하는 제1종 재료로 이루어지는 전파 부재와, 상기 대칭축을 둘러싸도록 전파 부재를 덮은 상기 제1종 재료와는 다른 제2종 재료로 이루어지는 피복 부재를 구비하고, 또한 상기 전파 부재가 상기 대칭축 상에 존재하는 그 대칭축에 대해 선 대칭인 볼록 형상 혹은 오목 형상의 바닥 모서리와, 상기 대칭축 상에 존재하는 바닥 모서리에 대해 상대적으로 좁은 선단 모서리와, 상기 대칭축을 협지하여 존재하는 바닥 모서리 측으로부터 선단 모서리를 향함에 따라 간격이 좁아지는 한 쌍의 반사 모서리를 갖는다.

Description

광 조사 헤드 및 정보 기억 장치{LIGHT IRRADIATION HEAD AND INFORMATION STORAGE DEVICE}
본 발명은 빛을 전파하여 조사하는 광 조사 헤드 및 그와 같은 광 조사 헤드를 이용한 정보 기억 장치에 관한 것이다.
정보화 사회의 진전에 수반하여 정보량은 증대의 일로를 걷고 있다. 이 정보량의 증대에 대응하여 비약적으로 높은 기록 밀도의 정보 기록 방식 및 그에 의거하는 기록 재생 장치가 대망되고 있다.
고밀도 기록 실현을 위한 기록 방식으로서, 입사광의 파장보다도 작은 미소 개구를 제작하고, 그 개구부로부터 발생하는 빛을 이용하여 빛의 파장보다 작은 빔 스폿을 형성하는 광 기록 방식이 주목되고 있다.
광 기록 방식의 종래의 미소 개구로서, 예를 들어 특허 문헌 1에 기재된 바와 같이, 첨예화한 광 섬유의 선단부에 개구를 설치한 것이 알려져 있다. 즉, 선단부를 첨예화한 광 섬유를 금속막으로 덮어 수속 이온 빔(FIB) 등의 입자 빔으로 피복 및 첨예화한 부분의 일부를 절제하여 개구를 제작한다.
다른 종래 기술로서, 평면판에 사면을 갖는 개구를 제작하는 방법이 특허 문헌 2에 개시되어 있다. 즉, Si 기판을 리소그래피 기술로 패터닝하고, 그 패턴을 이방성 에칭하여 역피라미드형의 오목부를 제작하고, 기판의 최심부가 되는 역피라미드의 정점을 기판 이면에 관통시킨 것이다. 관통 방법은, Si 기판의 이면을 연마하는 방법이나 에칭을 행하는 방법 등이 알려져 있다.
또한, 비특허 문헌 1에는 광 전파 효율을 개선하기 위해, 광 섬유의 첨예화한 코어의 선단부에 금속을 증착하는 방법이 개시되어 있다.
혹은, 비특허 문헌 2에는 빔 스폿 사이즈와 전파 효율을 함께 향상시키는 광 섬유의 형상이 개시되어 있다.
또한 광 조사 헤드의 특허 문헌 3에 개시된 예에서는, 헤드 내부의 고굴절률 유전체 재료가 사다리꼴 형상이 되는 대칭인 이차원 패턴으로 제작한 평면 구조의 헤드 형상을 하고 있고, 사다리꼴 형상의 경사면과 평면 구조로 스폿 직경을 축소화하는 구조를 개시하고 있다.
(특허 문헌 1) 일본 특허 공개 평10-206660호 공보
(특허 문헌 2) 미국 특허 제5689480호 명세서
(특허 문헌 3) 일본 특허 공개 제2002-188579호 공보
(비특허 문헌 1) "Optical Review", 1998, Vol5, No.6, p369-373
(비특허 문헌 2) "Applied Physics Letters", Vol73, No.15
종래 광 섬유 단부를 첨예화하여 미소 개구를 형성하는 방법은 금속막의 증착 성막에 불균일이 있고, 또한 에칭 용액의 농도나 광 섬유의 재료 조성에 기인하는 에칭 속도의 불안정성의 문제가 있다.
또 광 섬유의 원뿔형으로 첨예화한 꼭지각의 제작의 불안정성 및 FIB에 의한 선단부의 절제 제어의 곤란성 등의 양산 프로세스의 문제가 있다. 또한, 광 섬유를 이용하고 있기 때문에, 고속 데이터 전송화의 수단인 멀티 헤드화가 곤란하다.
반도체 기판을 에칭하여 미소 개구를 형성하는 방법에는 수십 ㎚의 개구 사이즈에 대한 에칭의 진행 속도의 불안정성이나, 일정한 에칭량에 대한 Si 기판의 두께 불균일에 의한 개구부 사이즈의 불안정성이나, 반도체 기판을 잘라냈을 때에 있어서의 결정 방위의 어긋남에 의한 에칭부 형상의 불안정성 등의 제작 프로세스상의 문제가 있다. 또한 역피라미드 형상은 반도체 기판 고유의 결정 방위로 결정되기 때문에, 원하는 최적의 각도로 제어할 수 없는 경우가 있다. 또한, 기판의 박리나 용해의 공정이 많기 때문에 재료의 소비가 심해져 비용이 높아진다는 문제가 있다.
고밀도 기록에서의 트랙 피치는 금후는 0.1 ㎛ 이하가 되지만, 그와 같은 정밀도로 광 조사 헤드와 자기 센서 헤드를 위치 맞춤하는 것은 곤란하다.
한편, 광 섬유를 이용한 종래의 고효율화 기술에서는 금속에 둘러싸인 선단부의 원뿔형 형상에 의해, 입사광은 광 섬유 내부의 원뿔면에서의 렌즈 효과에 의해 전기장이 집중되는 위치가 있다.
상기 비특허 문헌 2에서는 전기장이 집중되는 면에 개구면을 배치하고, 빔 스폿의 축소화와 고효율화을 행하고 있다. 이 방법은 유효하지만, 매우 높은 가공 정밀도가 필요하므로, 상기와 같이 가공상의 문제가 있다.
이러한 문제점을 비추어, 상기 특허 문헌 3에서 개시된 광 조사 헤드는 헤드 선단부를 이차원 패턴으로 제작하고, 헤드 내의 광 전파 재료로 고굴절률 재료를 사용하여 빛 또는 전기장 강도를 축소하고 있다. 그러나 광원으로부터 헤드에 빛을 전파시키는 도파로와 헤드와의 접합 부분의 형상으로서는 단순한 직선 형상이 이용되어 있고, 보다 좋은 형상에 대한 고찰은 이루어져 있지 않다.
도1은 본 발명의 정보 기억 장치의 제1 실시 형태를 도시하는 도면이다.
도2는 본 발명의 광 조사 헤드의 제1 실시 형태를 도시하는 사시도이다.
도3은 광 조사 헤드의 비교 예를 나타내는 도면이다.
도4는 광 조사 헤드의 비교 예에 있어서의 빛의 전자기장의 전파 상태를 도시하는 시뮬레이션 화상이다.
도5는 본 발명의 광 조사 헤드의 제1 실시 형태를 도시하는 평면도이다.
도6은 본 발명의 광 조사 헤드의 제1 실시 형태에 있어서의 빛의 전자기장의 전파 상태를 도시하는 시뮬레이션 화상이다.
도7은 본 발명의 광 조사 헤드의 제2 실시 형태를 도시하는 도면이다.
도8은 본 발명의 광 조사 헤드의 제2 실시 형태에 있어서의 빛의 전자기장의 전파 상태를 도시하는 시뮬레이션 화상이다.
도9는 본 발명의 광 조사 헤드의 제3 실시 형태를 도시하는 도면이다.
도10은 본 발명의 광 조사 헤드의 제3 실시 형태에 있어서의 빛의 전자기장의 전파 상태를 도시하는 시뮬레이션 화상이다.
도11은 본 발명의 광 조사 헤드의 제4 실시 형태를 도시하는 도면이다.
도12는 본 발명의 광 조사 헤드의 제4 실시 형태에 있어서의 빛의 전자기장의 전파 상태를 도시하는 시뮬레이션 화상이다.
도13은 본 발명의 광 조사 헤드의 제5 실시 형태를 도시하는 도면이다.
도14는 본 발명의 광 조사 헤드의 제5 실시 형태에 있어서의 빛의 전자기장의 전파 상태를 도시하는 시뮬레이션 화상이다.
도15는 본 발명의 광 조사 헤드의 제6 실시 형태를 도시하는 도면이다.
도16은 본 발명의 광 조사 헤드의 제6 실시 형태에 있어서의 빛의 전자기장의 전파 상태를 도시하는 시뮬레이션 화상이다.
도17은 본 발명의 광 조사 헤드의 제7 실시 형태를 도시하는 도면이다.
도18은 본 발명의 광 조사 헤드의 제8 실시 형태를 도시하는 도면이다.
도19는 본 발명의 광 조사 헤드의 제8 실시 형태에 있어서의 빛의 전자기장의 전파 상태를 도시하는 시뮬레이션 화상이다.
도20은 광 조사 헤드의 비교 예와 본 발명의 광 조사 헤드의 실시 형태 각각에 있어서의 조사 스폿의 프로파일을 비교한 그래프이다.
도21은 본 발명의 광 조사 헤드의 제9 실시 형태를 도시하는 도면이다.
본 발명은, 상기 사정에 비추어 광원으로부터의 빛을 효율적으로 전파시키는 구조를 갖는 광 조사 헤드 및 그와 같은 광 조사 헤드를 이용하여 고밀도 기록이 가능한 정보 기억 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하는 본 발명의 광 조사 헤드는 소정의 대칭축에 대해 선 대칭인 끝이 가는 2차원 형상을 갖는 빛의 전자기장을 전파하는 제1종 재료로 이루어지는 전파 부재와,
상기 대칭축을 둘러싸도록 전파 부재를 덮는 상기 제1종 재료와는 다른 제2종 재료로 이루어지는 피복 부재를 구비하고,
전파 부재를 전파하는 빛을 전파 부재의 선단으로부터 조사하는 광 조사 헤드이고,
상기 전파 부재가 상기 대칭축 상에 존재하는 그 대칭축에 대해 선 대칭인 볼록 형상 혹은 오목 형상의 바닥 모서리와, 상기 대칭축 상에 존재하는 바닥 모서리에 대해 상대적으로 좁은 선단 모서리와, 상기 대칭축을 협지하여 존재하는 바닥 모서리 측으로부터 선단 모서리 측을 향함에 따라 간격이 좁아지는 한 쌍의 반사 모서리를 갖는 것을 특징으로 한다.
단, 여기서 말하는「조사함」이라 함은, 빛을 파동으로서 출사하는 데 한정되는 의미는 아니며, 소위 근접장 광이라 칭하게 되는 진동 전기장을 전달하는 것도 포함하는 의미이다.
또한, 상기 전파 부재는 전형적으로는 전파하는 빛에 대해 투명한 유전체로 이루어지는 것이고, 상기 피복 부재는 전형적으로는 금속으로 이루어지는 것이다.
본 발명의 광 조사 헤드에 따르면, 전파 부재의 바닥 모서리가 대칭축에 대해 선 대칭인 볼록 형상 혹은 오목 형상을 가지므로, 전파 부재의 바닥 모서리로부터 빛이 입사하였을 때에, 소위 굴절이나 회절에 의해 빛의 전자기장의 전파 방향이 변화하고, 전파 부재 내로 전자기장의 다중 간섭이 발생하여 빛의 전파 효율이 높은 포인트가 대상축 상에 나타낸다. 그 포인트의 위치에 선단 모서리가 설치됨으로써, 광 조사 헤드의 전파 효율은 단순한 직선의 바닥 모서리를 갖는 경우에 비해 향상한다. 이러한 굴절이 발생하는 경우에는, 반사 등에 따라서 전파 효율이 저하된다고 하는 것이 통상의 고찰이지만, 컴퓨터 시뮬레이션 등에 의한 검증의 결과, 굴절이 발생하는 경우 쪽이 오히려 효율이 좋은 포인트가 발생한다고 하는 현상이 확인됨으로써 본 발명에 이르렀다.
본 발명의 광 조사 헤드에 있어서, 상기 전파 부재는 다이아몬드나 TiO2 등의, 소위 고굴절률 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
고굴절률 재료 중에서는 빛의 파장이 짧으므로, 전달 효율이 높은 포인트의 피크가 보다 예리해진다.
본 발명의 광 조사 헤드는 상기 전파 부재가 직선으로 구성된 바닥 모서리를 갖는 것이라는 형태라도 좋고, 혹은 상기 전파 부재가 곡선으로 구성된 바닥 모서리를 갖는 것이라는 형태라도 좋다.
바닥 모서리가 직선으로 구성되어 있는 경우에는 설계나 시뮬레이션이 용이하여, 개량에 의한 성능 향상도 도모하기 쉽다. 한편, 제조시에는 모서리의 부분은 라운딩을 띠게 될 가능성이 높기 때문에, 바닥 모서리가 곡선으로 구성되어 있는 쪽이 설계에 가까운 것을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 광 조사 헤드는 상기 전파 부재가 반사 모서리의 연장선의 간격보다도 넓은 바닥 모서리와, 바닥 모서리의 단부와 반사 모서리 사이에서 전자기장을 전파하는 전파 보조부를 갖는 것이 바람직하다.
전형적인 전파 부재는 고굴절률의 재료로 이루어지는 것이지만, 광 굴절률의 재료 중에서는 빛의 전자기장은 감쇠가 심하기 때문에, 전파 부재의 길이가 가능한 한 짧은 쪽이 전파 효율은 높아진다. 그래서, 단순하게 선단 모서리 부근의 구조를 바닥 모서리 측으로 가까이 당긴 구조를 생각하면, 반사 모서리의 연장선의 간격보다도 넓은 바닥 모서리를 갖는 것이 되지만, 연장선의 간격으로부터 밀려나온 부분에 입사하는 빛을 낭비하지 않기 위해, 전파 보조부가 설치되어 있다.
본 발명의 광 조사 헤드는, 상기 전파 부재가 상기 제1종 재료와는 다른 빛의 전자기장을 전파하는 제3종 재료로 이루어지는 광 도파로에 바닥 모서리에서 접속된 것인 것이 적합하며, 이에 의해 광 도파로를 전파하여 빛을 선단 모서리로부터 효율적으로 조사할 수 있다.
또한, 이와 같이 광 도파로에 접속된 광 조사 헤드에 있어서, 상기 전파 부재가 광 도파로에 도파로의 광축과 상기 대칭축이 평행한 상태로 접속된 것인 것이 바람직하고, 이에 의해 광 조사 헤드에 의한 전파 효율이 더욱 향상된다.
또한, 광 도파로에 접속된 광 조사 헤드에 있어서, 상기 전파 부재는 광 도파로의 폭보다도 긴 바닥 모서리를 갖는 것이어도 좋다. 즉, 광 조사 헤드가 광 도파로의 폭보다도 큰 것이라도, 높은 전파 효율을 방해하는 일은 없다.
그런데, 본 발명의 광 조사 헤드는
「상기 전파 부재를 복수개 갖고, 이들 복수의 전파 부재는 각각이 유전체 재료로 이루어지는 서로 평행하게 배치된 것이며,
이들 복수의 전파 부재에 대해 교대로 배치된 각각이 금속 재료로 이루어지는 복수의 금속층과,
전파 부재와 금속층에 협지하여 배치된 1개 이상의 중간층을 가짐」이라는 형태도 바람직한 형태이다.
이와 같이, 유전체 재료로 이루어지는 전파 부재와 금속 재료로 이루어지는 금속층이 적층된 구조에 의해, 각 전파 부재를 전파되는 빛의 전자기장이 서로 간섭하고, 최종적으로 조사되는 빛의 스폿 사이즈가 축소된다. 또한, 이상적으로는 전파 부재와 금속층이 교대로 적층된 구조가 바람직한 경우가 많지만, 유전체 재료와 금속 재료와의 조합에 따라서는 금속 재료가 산화되는 경우가 있다. 그래서, 중간층에 의해 금속 재료의 산화가 방지된 구조가 바람직하다. 이 중간층은 유전체 재료에 의해 산화되는 일이 없는 금속 재료로 이루어지는 것이라도 좋고, 혹은 금속층의 금속 재료가 산화된 산화물로 이루어지는 것이라도 좋다.
상기 목적을 달성하는 본 발명의 정보 기억 장치는 소정의 정보 기억 매체에 빛을 조사하고, 그 조사한 빛을 정보 재생과 정보 기록 중 적어도 어느 한 쪽에 이용하는 정보 기억 장치이고,
소정의 대칭축에 대해 선 대칭인 끝이 가는 2차원 형상을 갖는 빛의 전자기장을 전파하는 제1종 재료로 이루어지는 전파 부재와, 상기 대칭축을 둘러싸도록 전파 부재를 덮은 상기 제1종 재료와는 다른 제2종 재료로 이루어지는 피복 부재를 구비하고, 또한 상기 전파 부재가 상기 대칭축 상에 존재하는 대칭축에 대해 선 대칭인 볼록 형상 혹은 오목 형상의 바닥 모서리와, 상기 대칭축 상에 존재하는 바닥 모서리에 대해 상대적으로 좁은 선단 모서리와, 상기 대칭축을 협지하여 존재하는 바닥 모서리 측으로부터 선단 모서리 측을 향함에 따라 간격이 좁아지는 한 쌍의 반사 모서리를 갖는 광 조사 헤드와,
광 조사 헤드의 전파 부재에 바닥 모서리에서 접속된 상기 제1종 재료와는 다른 빛의 전자기장을 전파하는 제3종 재료로 이루어지는 광 도파로를 구비한 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 정보 기억 장치에 대해서는, 여기서는 그 기본 형태만을 도시하는 데 이는 단지 중복을 피하기 위해서이며, 본 발명의 정보 기억 장치에는 상기의 기본 형태만은 아니며, 상술한 광 조사 헤드의 각 형태에 대응하는 각종의 형태가 포함된다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.
도1은 본 발명의 정보 기억 장치의 제1 실시 형태를 도시하는 도면이다.
여기에는 헤드(1)와 정보 기억 매체(2)를 구비하고, 헤드(1)로 정보 기억 매체(2)에 정보의 기록 및 재생을 행하는 광 어시스트형의 정보 기억 장치가 도시되어 있다. 단, 이 도1에 도시되어 있는 것은 정보 기억 장치의 헤드(1) 부근만이며, 그것 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 것이며, 화살표 R의 방향으로 회전하는 정보 기억 매체(2)에 근접하여 배치되어 있다.
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 빛을 유도하는 광 도파로(15)에 접속되어 있다. 광 조사 헤드(10)는 광 도파로(15)에 의해 유도되어 온 빛을 정보 기억 매체(2) 상에 조사하는 것이다. 단, 여기서는 빛은 파동으로서 출사되는 것은 아니며, 광 조사 헤드(10)의 근방에 진동 전기장으로서 존재하고 있고, 그 진동 전기장에 정보 기억 매체(2)가 충분히 접근함으로써, 그 진동 전기장이 파동으로서의 빛과 같이 작용된다.
기록 자기 헤드(30)는 하부 코어를 겸한 상부 자기 실드(32)와, 자기장 발생용의 코일(33)과, 상부 코어(34)로 구성되어 있고, 하부 코어와 상부 코어(34)와의 간극에 자기장이 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 기록시에는 광 조사 헤드(10)에 의한 광 조사에 의해 정보 기억 매체(2) 상의 원하는 위치를 뜨겁게 할 수 있어, 직후에 기록 자기 헤드(30)에 의해 자기장이 인가된다. 이에 의해, 작은 자계 강도에서의 정보 기록이 가능해진다. 또, 정보 재생시에는 재생 자기 센서 헤드(20)에 의해 원하는 장소에 있어서의 자화의 방향이 검출되어 정보가 재생된다.
다음에 광 조사 헤드(10)의 구조의 상세에 대해 설명한다.
도2는, 본 발명의 광 조사 헤드의 제1 실시 형태를 도시하는 사시도이다.
광 조사 헤드(10)는 기판(13) 상에 작성되어 있고, 상술한 바와 같이 광 도파로(15)에 접속되어 있다. 광 도파로(15)는, 예를 들어 SiO2나 MgF2 등의 유전체 재료를 코어로 하여 작성된 것이다.
이 광 조사 헤드(10)는, 예를 들어 다이어나 TiO2나 ZnS 등과 같은 플러스의 유전율을 갖는 유전체로 이루어지는 전파 부재(100)와, 그 전파 부재(100)를 덮은, 예를 들어 알루미늄이나 은 등의 금속으로 이루어지는 피복 부재(200)로 구성되어 있다. 전파 부재(100)는, 전체적으로 소정의 대칭축에 대해 선 대칭인 끝이 가는 2차원 형상을 갖고 있고, 전파 부재(100)를 구성하는 유전체는 빛의 전자기장을 전파한다.
전파 부재(100)는 본 발명의 전파 부재의 일예에 상당하고, 유전체는 본 발명의 제1종 재료의 일예에 상당한다. 또한, 피복 부재(200)는 본 발명의 피복 부재의 일예에 상당하고, 알루미늄이나 은 등의 금속은 본 발명의 제2종 재료의 일예에 상당한다.
이 광 조사 헤드(10)는 광 도파로(15)를 전파하여 빛의 전자기장을 전파 부재(100)로 전달하고, 먼저 빛을 조사한다. 또, 광 조사 헤드(10)의 사이즈는 1 ㎛ 정도의 사이즈이기 때문에, 전파 부재(100)에 의한 빛의 전자기장의 전파는 빛의 파동으로서의 전파는 아니며, 전자기장의 진동의 전파가 되지만, 파동의 전파와 닮은 전파라고 생각함으로써, 작용 효과를 고찰할 수 있다. 또, 전자기장의 진동의 전파에 의한 정확한 효과는 컴퓨터 시뮬레이션을 구사함으로써 확인할 수 있다.
여기서, 광 조사 헤드의 비교 예를 제시한다.
도3은 광 조사 헤드의 비교 예를 나타내는 도면이며, 도4는 광 조사 헤드의 비교 예에 있어서의 빛의 전자기장의 전파 상태를 도시하는 시뮬레이션 화상이다.
이 도면에서는, 설명의 편의상 피복 부재는 도시가 생략되어 있다.
여기에 나타낸 비교 예의 광 조사 헤드는 광 도파로(15)에 접속된 전파 부재(100')를 구비하고 있고, 전파 부재(100')는 직선형의 바닥 모서리(101')와, 바닥 모서리(101')보다도 좁은 선단 모서리(102')와, 바닥 모서리(101') 측으로부터 선단 모서리(102') 측을 향함에 따라 간격이 좁아지는 한 쌍의 반사 모서리(103')를 갖고 있다. 전파 부재(100)는 광 도파로(15)에 바닥 모서리(101')로 접속되어 있다.
이 비교 예에 있어서의 전파 부재(100')에 광 도파로(15)로부터 입사한 빛의 전자기장은 전파 부재(100') 내를 전파하고, 한 쌍의 반사 모서리(103')로 반사되어 서로 간섭한다. 이 결과, 선단 모서리(102')의 부분에서 전자기장의 강도가 강해진 스폿을 발생한다(도4 참조). 이러한 스폿에 있어서의 전자기장의 강도 분포를 나타내는 프로파일은 한 쌍의 반사 모서리(103')의 기울기(꼭지각)에 의존하고 있고, 꼭지각이 작을수록 선단 모서리(102')에서의 스폿의 프로파일은 작다. 광 조사 헤드에 있어서, 프로파일은 작을수록 바람직하다.
그러나, 꼭지각이 작을수록 전파 부재(100')는 길고, 전파 거리도 길다. 이로 인해 흡수나 파장 한계에 기인한 전자기장의 감쇠가 크고, 전파 부재(100')에 의한 전자기장의 전파 효율은 작다. 광 조사 헤드에 있어서, 전파 효율은 클수록 바람직하다.
즉, 프로파일 형상과 전파 효율이라는 두 가지의 성능 평가가 상반되는 경향을 도시하기 때문에, 이들의 타협에 의해 꼭지각이 결정되어 있다.
이러한 비교 예에 대한 본 발명의 각종의 실시 형태에 대해 이하 설명한다.
도5는 본 발명의 광 조사 헤드의 제1 실시 형태를 도시하는 평면도이며, 도6은 본 발명의 광 조사 헤드의 제1 실시 형태에 있어서의 빛의 전자기장의 전파 상태를 도시하는 시뮬레이션 화상이다.
여기서도, 피복 부재는 도시가 생략되어 있다.
본 제1 실시 형태는, 상술한 바와 같이 전파 부재(100)를 구비하고 있고, 전파 부재(100)는 대칭축에 대해 선 대칭인 볼록 형상의 바닥 모서리(101)와, 바닥 모서리(101)보다도 좁은 선단 모서리(102)와, 바닥 모서리(101) 측으로부터 선단 모서리(102) 측을 향함에 따라 간격이 좁아지는 한 쌍의 반사 모서리(103)를 갖고 있다. 전파 부재(100)는 광 도파로(15)에 바닥 모서리(101)로 접속되어 있고, 여기서는 바닥 모서리(101)는 2 직선으로 구성되어 있다. 또한, 전파 부재(100)는 광 도파로(15)에 광 도파로(15)의 광축과 대칭축이 평행한 상태로 접속되어 있다.
이와 같이 구성된 제1 실시 형태에서는, 광 도파로(15)를 전파하여 빛이 바닥 모서리(101)에 입사할 때에 굴절되어 진행 방향이 변화되고, 또한 전파 부재(100) 내를 전파하여 한 쌍의 반사 모서리(103)로 반사되고, 서로 간섭하여 전자기장의 강도가 강해진 스폿을 발생한다(도6 참조). 빛의 간섭 위치와 스폿의 프로파일 형상은 바닥 모서리(101)에 있어서의 굴절의 방향과 반사 모서리(103)에 있어서의 반사의 방향으로 의존하고 있고, 바닥 모서리(101)의 볼록 형상에 따라서 어느 정도의 굴절을 생기게 하여, 간섭시에 있어서의 전자기장의 전파 방향의 교차 각도를 큰 각도로 함으로써, 전파 부재(100) 내에는 비교 예에서 발생하고 있는 스폿에 있어서의 전파 효율보다도 높은 전파 효율을 나타내는 스폿이 발생한다. 그와 같은 스폿의 위치에 선단 모서리(102)가 형성됨으로써, 전파 효율이 높은 광 조사 헤드를 얻을 수 있다. 혹은, 전파 부재(100)의 길이가 충분히 억제되어 비교 예의 전파 효율과 마찬가지인 전파 효율을 갖고, 비교 예의 프로파일 형상보다도 작은 프로파일 형상을 갖는 광 조사 헤드를 얻을 수도 있다.
또, 바닥 모서리(101)가 대칭축에 대해 선 대칭인 형상을 가짐으로써, 상술한 스폿은 대칭축 상에 발생하기 쉽고, 광 조사 헤드의 설계나 제조가 용이하다.
도7은 본 발명의 광 조사 헤드의 제2 실시 형태를 도시하는 도면이며, 도8은 본 발명의 광 조사 헤드의 제2 실시 형태에 있어서의 빛의 전자기장의 전파 상태를 도시하는 시뮬레이션 화상이다.
본 제2 실시 형태에 있어서의 전파 부재(110)는 대칭축에 대해 선 대칭인 볼록 형상의 바닥 모서리(111)와, 바닥 모서리(111)보다도 좁은 선단 모서리(112)와, 바닥 모서리(111) 측으로부터 선단 모서리(112) 측을 향함에 따라 간격이 좁아지는 한 쌍의 반사 모서리(113)를 갖고 있다. 또한, 여기서는 바닥 모서리(111)는 4 직선으로 구성되어 있고, 전파 부재(100)의 바닥 모서리(111)의 길이는 광 도파로(15)의 폭보다도 길다.
이러한 구성의 광 조사 헤드에서는, 전파 부재(110)를 전파하여 선단 모서리(112)로부터 조사되는 빛의 전자기장에는 전파 거리에 따른 필터링이 가해지기 때문에, 제2 실시 형태에 있어서의 프로파일 형상(도8 참조)은 제1 실시 형태에 있어서의 프로파일 형상보다도 작다.
도9는 본 발명의 광 조사 헤드의 제3 실시 형태를 도시하는 도면이며, 도10은 본 발명의 광 조사 헤드의 제3 실시 형태에 있어서의 빛의 전자기장의 전파 상태를 도시하는 시뮬레이션 화상이다.
본 제3 실시 형태에 있어서의 전파 부재(120)는 대칭축에 대해 선 대칭인 볼록 형상의 바닥 모서리(121)와, 바닥 모서리(121)보다도 좁은 선단 모서리(122)와, 바닥 모서리(121) 측으로부터 선단 모서리(122) 측을 향함에 따라 간격이 좁아지는 한 쌍의 반사 모서리(123)를 갖고 있다. 또한, 바닥 모서리(121)는 반사 모서리(123)의 연장선의 간격보다도 넓고, 전파 부재(120)는 바닥 모서리(121)의 양단부와 반사 모서리(123) 사이에서 빛의 전자기장을 전파하는 전파 보조부(124)도 갖고 있다. 본 제3 실시 형태라도, 바닥 모서리(121)는 2 직선으로 구성되어 있다.
본 제3 실시 형태에서는, 전파 거리의 축소에 의해 전파 효율의 또 다른 향상이 도모되어 있다(도10 참조). 또한, 전파 보조부(124)가 설치되어 있음으로써, 바닥 모서리(121)의 양단부 부근으로부터 입사한 빛도 한 쌍의 반사 모서리(123) 사이에 도달하기 때문에, 빛의 낭비가 회피되고 있다.
본 제3 실시 형태에서는, 제1 실시 형태에 있어서의 전자기장의 간섭 패턴(도6 참조)과 마찬가지인 간섭 패턴을 얻을 수 있고, 이 결과 제1 실시 형태에 있어서의 스폿의 프로파일 형상과 마찬가지인 프로파일 형상을 갖는 스폿을 제3 실시 형태로 얻을 수 있다.
또, 본 제3 실시 형태에서는 전파 보조부(124)가 모나게 되어 있지만, 후술하는 바와 같이 본 발명의 전파 보조부의 형상은 라운딩을 띠고 있어도 좋다.
도11은 본 발명의 광 조사 헤드의 제4 실시 형태를 도시하는 도면이며, 도12는 본 발명의 광 조사 헤드의 제4 실시 형태에 있어서의 빛의 전자기장의 전파 상태를 도시하는 시뮬레이션 화상이다.
본 제4 실시 형태에 있어서의 전파 부재(130)는, 전체적으로 화살촉형의 형상을 하고 있고, 대칭축에 대해 선 대칭인 오목 형상의 바닥 모서리(131)와, 바닥 모서리(131)보다도 좁은 선단 모서리(132)와, 바닥 모서리(131) 측으로부터 선단 모서리(132) 측을 향함에 따라 간격이 좁아지는 한 쌍의 반사 모서리(133)를 갖고 있다. 또한, 바닥 모서리(131)는 2 직선으로 구성되어 있다.
본 제4 실시 형태에서는 전파 부재(130)가 오목 형상의 바닥 모서리(131)를 갖고 있기 때문에, 전자기장의 전파 거리가 짧고, 전파 효율이 높은 스폿이 발생한다(도12 참조). 또한, 광 조사 헤드의 화살촉형 형상은 충분히 크게 할 수 있기 때문에 제조가 용이하다.
도13은 본 발명의 광 조사 헤드의 제5 실시 형태를 도시하는 도면이며, 도14는 본 발명의 광 조사 헤드의 제5 실시 형태에 있어서의 빛의 전자기장의 전파 상태를 도시하는 시뮬레이션 화상이다.
본 제5 실시 형태에 있어서의 전파 부재(140)는 대칭축에 대해 선 대칭인 오목 형상의 바닥 모서리(141)와, 바닥 모서리(141)보다도 좁은 선단 모서리(142)와, 바닥 모서리(141) 측으로부터 선단 모서리(142) 측을 향함에 따라 간격이 좁아지는 한 쌍의 반사 모서리(143)를 갖고 있고, 바닥 모서리(141)는 4 직선으로 구성되어 있다. 또한, 바닥 모서리(141)의 길이는 광 도파로의 폭보다도 길다.
본 제5 실시 형태의 광 조사 헤드라도, 전파 부재(140)를 전파하여 선단 모서리(142)로부터 조사되는 빛의 전자기장에는 전파 거리에 따른 필터링이 가해지기 때문에, 제5 실시 형태에 있어서의 프로파일 형상(도14 참조)은 제4 실시 형태에 있어서의 프로파일 형상보다도 작다.
도15는 본 발명의 광 조사 헤드의 제6 실시 형태를 도시하는 도면이며, 도16은 본 발명의 광 조사 헤드의 제6 실시 형태에 있어서의 빛의 전자기장의 전파 상태를 도시하는 시뮬레이션 화상이다.
본 제6 실시 형태에 있어서의 전파 부재(150)는 대칭축에 대해 선 대칭인 볼록 형상의 바닥 모서리(151)와, 바닥 모서리(151)보다도 좁은 선단 모서리(152)와, 바닥 모서리(151) 측으로부터 선단 모서리(152) 측을 향함에 따라 간격이 좁아지는 한 쌍의 반사 모서리(153)를 갖고 있고, 바닥 모서리(151)는 볼록 렌즈와 같은 곡선으로 구성되어 있다. 이 바닥 모서리(151)는 빛을 1점으로 집광할만한 것이 아니지만, 선단 모서리(152)로부터 조사되는 빛의 프로파일에 기여하는 전자기장이 증가되기 때문에, 전파 효율이 대단히 높은 스폿을 얻을 수 있다(도16 참조).
도17은 본 발명의 광 조사 헤드의 제7 실시 형태를 도시하는 도면이다.
본 제7 실시 형태에 있어서의 전파 부재(160)는 대칭축에 대해 선 대칭인 오목 형상의 바닥 모서리(161)와, 바닥 모서리(161)보다도 좁은 선단 모서리(162)와, 바닥 모서리(161) 측으로부터 선단 모서리(162) 측을 향함에 따라 간격이 좁아지는 한 쌍의 반사 모서리(163)를 갖고 있고, 바닥 모서리(161)는 오목 렌즈와 같은 곡선으로 구성되어 있다.
본 제7 실시 형태인 경우에는 제6 실시 형태와 같이 전자기장을 모으는 효과는 없지만, 전자기장의 간섭시에 있어서의 전파 방향의 교차 각도를 증대시키는 효과는, 상술한 다른 실시 형태와 마찬가지로 얻을 수 있다. 또한, 전파 거리를 단축하여 전파 효율을 향상시키는 효과도 얻을 수 있다.
도18은 본 발명의 광 조사 헤드의 제8 실시 형태를 도시하는 도면이며, 도19는 본 발명의 광 조사 헤드의 제8 실시 형태에 있어서의 빛의 전자기장의 전파 상태를 도시하는 시뮬레이션 화상이다.
본 제8 실시 형태에 있어서의 전파 부재(170)는 대칭축에 대해 선 대칭인 볼록 형상의 바닥 모서리(171)와, 바닥 모서리(171)보다도 좁은 선단 모서리(172)와, 바닥 모서리(171) 측으로부터 선단 모서리(172) 측을 향함에 따라 간격이 좁아지는 한 쌍의 반사 모서리(173)를 갖고 있다. 또한, 바닥 모서리(171)는 반사 모서리(173)의 연장선의 간격보다도 넓고, 전파 부재(170)는 바닥 모서리(171)의 양단부와 반사 모서리(173) 사이에서 빛의 전자기장을 전파하는 전파 보조부(174)도 갖고 있다. 본 제8 실시 형태에서는, 바닥 모서리(171)는 곡선과 직선의 조합으로 구성되어 있다.
본 제8 실시 형태는, 상술한 제3 실시 형태에 있어서의 전파 부재(120)의 형상을 말하자면 곡선화한 것으로 관념할 수 있고, 실제로 전파 부재가 작성될 때에 결과적으로 얻어지는 형상은 제3 실시 형태의 형상으로 설계되어 작성된 경우라도, 제8 실시 형태의 형상에 가까운 형상이 된다. 이는, 전파 부재 전체의 사이즈가 작기 때문에, 제조시에 모서리가 라운딩 띄게 된다.
본 제8 실시 형태라도 제3 실시 형태와 같이, 전파 거리의 축소에 의한 전파 효율 향상의 효과를 얻을 수 있다(도19 참조). 또한, 제8 실시 형태에서 설치되어 있는 전파 보조부(174)는 형상이 라운딩을 띄고 있지만, 이 전파 보조부(174)가 설치되어 있음으로써, 제3 실시 형태와 같이 빛의 낭비가 회피되고 있다.
도20은 광 조사 헤드의 비교 예와 제1 실시 형태 각각에 있어서의 조사 스폿의 프로파일을 비교한 그래프이다.
이 도면의 횡축은 프로파일 사이즈를 나타내고 있고, 세로축은 상대적인 전자기장 강도를 나타내고 있다.
여기서는, 파장이 400 ㎚의 빛이 이용되고, MgF2로 이루어지는 30 ㎚ 두께의 전파 부재와, 알루미늄으로 이루어지는 20 ㎚ 두께의 피복 부재를 갖고, 또한 꼭지각이 공통이라는 전제로, 도5에 도시한 제1 실시 형태의 형상을 가진 광 조사 헤드와, 도3에 도시한 비교 예의 형상을 가진 광 조사 헤드와의 각각에 대해, 선단 모서리로부터 20 ㎚의 위치에 있어서의 전자기장의 강도 분포(프로파일)가 구해지고, 그 프로파일이 비교되어 있다.
이 도20에 도시된 4개의 그래프 곡선(P1, P2, P3, P4) 중, 점선으로 나타낸 그래프 곡선(P1, P3)은 비교 예에 있어서의 프로파일을 나타내고 있고, 실선으로 나타낸 그래프 곡선(P2, P4)은 제1 실시 형태에 있어서의 프로파일을 나타내고 있다. 또, 4개의 그래프 곡선(P1, P2, P3, P4) 중, 2개의 그래프 곡선(P1, P2)은 전파 부재의 층 내 방향에 있어서의 프로파일을 나타내고 있고, 다른 2개의 그래프 곡선(P3, P4)은 전파 부재의 층 두께 방향에 있어서의 프로파일을 나타내고 있다.
꼭지각이 공통이기 때문에, 전파 부재의 층 내 방향에 있어서의 프로파일은 비교 예와 제1 실시 형태에서 거의 마찬가지로 되어 있고, 약간 제1 실시 형태의 쪽이 작아지고 있다. 이에 대해, 전파 부재의 층 두께 방향에 있어서의 프로파일은 비교 예에 있어서 발생하고 있었던 완만한 부분(앤벌로프)이 제1 실시 형태에서는 보이지 않고, 대폭 개선되어 있다.
도21은 본 발명의 광 조사 헤드의 제9 실시 형태를 도시하는 도면이다.
본 제9 실시 형태에서는 광 조사 헤드(11)가 다층화되어 있고, SiO2로 이루어지는 제1 전파 부재(180a)와, TiO2로 이루어지는 제2 전파 부재(180b)가 구비되어 있고, 제1 전파 부재(180a)를 중심으로 한 대칭인 적층 구조로 되어 있다. 또한, 이러한 전파 부재(180a, 180b)와 교대로, 피복 부재의 일부를 이루는 알루미늄층(190)이 구비되어 있다. 이 알루미늄층(190)은 본 발명의 금속층의 일예에 상당한다. 또한, 제1 전파 부재(180a)와 알루미늄층(190) 사이 및 제2 전파 부재(180b)와 알루미늄층(190) 사이에 크롬층(191)도 설치되어 있다. 이 크롬층(191)은 본 발명의 중간층의 일예에 상당하고, 이 크롬층(191)이 설치되어 있음으로써, 알루미늄층(190)의 산화 방지나, 광 조사 헤드의 강도 향상이나, 광 조사 헤드의 마모나 파손의 방지가 도모되고 있다.
또, 본 발명의 중간층으로서, 여기서는 크롬층(191)이 예시되어 있지만, 본 발명의 중간층은, 예를 들어 알루미늄층(190)의 표면을 산화시켜 얻어진 알루미나의 층이라도 좋다.
또한, 본 발명의 광 조사 헤드에서는, 상술한 알루미늄층(190)으로 바꿔 알루미늄에 예를 들어 망간 등이 도핑된 합금의 층이 설치되어도 좋다. 이러한 합금의 층은, 상술한 알루미늄층(190)보다도 내부식성이 우수하다.
또한, 본 발명의 광 조사 헤드에서는, 상술한 SiO2나 TiO2로 이루어지는 전파 부재로 바꿔, 다른 유전체 재료가 혼합되어 굴절률이 조정된 전파 부재가 이용되어도 좋다.
게다가 또, 상기 설명한 각 실시 형태에서는 유전체의 코어를 갖는 광 도파로가 예시되어 있지만, 본 발명의 광 도파로는 코어가 공기나 진공의 광 도파로라도 좋다.
또, 상기 설명한 각 실시 형태에서는 본 발명에 따른 광 조사 헤드에의 빛의 입사각은 적층면에 평행하게 입사하는 예를 나타내었지만, 본 발명은 평행하게 한정되는 것은 아니며, 금속 표면을 전파하는 빛의 전자기장의 효율을 올리기 위해, 적층면에 대해 비스듬하게 입사되어도 되는 것은 물론이다.
또한, 유전체에 협지된 금속층은 피복 부재의 금속과는 다르게 되어 있어도 좋다.

Claims (9)

  1. 소정의 대칭축에 대해 선 대칭인 끝이 가는 2차원 형상을 갖는 빛의 전자기장을 전파하는 제1종 재료로 이루어지는 전파 부재와,
    상기 대칭축을 둘러싸도록 상기 전파 부재를 덮은 상기 제1종 재료와는 다른 제2종 재료로 이루어지는 피복 부재를 구비하고,
    상기 전파 부재를 전파하는 빛을 상기 전파 부재의 선단으로부터 조사하는 광 조사 헤드이고,
    상기 전파 부재가 상기 대칭축 상에 존재하는 상기 대칭축에 대해 선 대칭인 볼록 형상 혹은 오목 형상의 바닥 모서리와, 상기 대칭축 상에 존재하는 상기 바닥 모서리에 대해 상대적으로 좁은 선단 모서리와, 상기 대칭축을 협지하여 존재하는 상기 바닥 모서리 측으로부터 상기 선단 모서리 측을 향함에 따라 간격이 좁아지는 한 쌍의 반사 모서리를 갖는 것을 특징으로 하는 광 조사 헤드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전파 부재가 직선으로 구성된 바닥 모서리를 갖는 것을 특징으로 하는 광 조사 헤드.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전파 부재가 곡선으로 구성된 바닥 모서리를 갖는 것을 특징으로 하는 광 조사 헤드.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전파 부재가 상기 반사 모서리의 연장선의 간격보다도 넓은 바닥 모서리와, 상기 바닥 모서리의 단부와 상기 반사 모서리 사이에서 전자기장을 전파하는 전파 보조부를 갖는 것을 특징으로 하는 광 조사 헤드.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전파 부재가 상기 제1종 재료와는 다른 빛의 전자기장을 전파하는 제3종 재료로 이루어지는 광 도파로에 상기 바닥 모서리에서 접속된 것인 것을 특징으로 하는 광 조사 헤드.
  6. 제5항에 있어서, 상기 전파 부재가 상기 광 도파로에 상기 도파로의 광축과 상기 대칭축이 평행한 상태로 접속된 것인 것을 특징으로 하는 광 조사 헤드.
  7. 제5항에 있어서, 상기 전파 부재가 상기 광 도파로의 폭보다도 긴 바닥 모서리를 갖는 것을 특징으로 하는 광 조사 헤드.
  8. 제1항에 있어서, 상기 전파 부재를 복수개 갖고, 이들 복수의 전파 부재는 각각이 유전체 재료로 이루어지는 서로 평행하게 배치된 것이고,
    상기 복수의 전파 부재에 대해 교대로 배치된 각각이 금속 재료로 이루어지는 복수의 금속층과,
    상기 전파 부재와 상기 금속층에 협지되어 배치된 1개 이상의 중간층을 갖는 것을 특징으로 하는 광 조사 헤드.
  9. 소정의 정보 기억 매체에 빛을 조사하고, 그 조사한 빛을 정보 재생과 정보 기록 중 적어도 어느 한 쪽에 이용하는 정보 기억 장치이고,
    소정의 대칭축에 대해 선 대칭인 끝이 가는 2차원 형상을 갖는 빛의 전자기장을 전파하는 제1종 재료로 이루어지는 전파 부재와, 상기 대칭축을 둘러싸도록 상기 전파 부재를 덮은 상기 제1종 재료와는 다른 제2종 재료로 이루어지는 피복 부재를 구비하고, 또한 상기 전파 부재가 상기 대칭축 상에 존재하는 상기 대칭축에 대해 선 대칭인 볼록 형상 혹은 오목 형상의 바닥 모서리와, 상기 대칭축 상에 존재하는 상기 바닥 모서리에 대해 상대적으로 좁은 선단 모서리와, 상기 대칭축을 협지하여 존재하는 상기 바닥 모서리 측으로부터 상기 선단 모서리 측을 향함에 따라 간격이 좁아지는 한 쌍의 반사 모서리를 갖는 광 조사 헤드와,
    상기 광 조사 헤드의 상기 전파 부재에 상기 바닥 모서리에서 접속된 상기 제1종 재료와는 다른 빛의 전자기장을 전파하는 제3종 재료로 이루어지는 광 도파로를 구비한 것을 특징으로 하는 정보 기억 장치.
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