WO2004088650A1

WO2004088650A1 - 光照射ヘッドおよび情報記憶装置

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Publication number: WO2004088650A1
Application number: PCT/JP2003/004018
Authority: WO
Inventors: Fumihiro Tawa; Shinya Hasegawa
Original assignee: Fujitsu Limited
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2004-10-14
Also published as: JPWO2004088650A1; JP4129002B2; EP1610318A1; CN1689092A; EP1610318A4; AU2003236283A1

Abstract

　本発明は、光源からの光を効率よく伝搬させる構造を有する光照射ヘッド、およびそのような光照射ヘッドを用いて高密度記録が可能な情報記憶装置を提供することを目的とし、本発明の光照射ヘッドは、所定の対称軸に対して線対称な先細りの２次元形状を有する、光の電磁場を伝搬する第１種の材料からなる伝搬体と、上記対称軸を囲むように伝搬体を覆う、上記第１種の材料とは異なる第２種の材料からなる被覆体とを備え、更に、上記伝搬体が、上記対称軸上に存在する、その対称軸に対して線対称な凸形状あるいは凹形状の底縁と、上記対称軸上に存在する、底縁に対して相対的に狭い先縁と、上記対称軸を挟んで存在する、底縁側から先縁側に向かうにつれて間隔が狭まる一対の反射縁とを有する。

Description

明細書光照射へッドおよび情報記憶装置技術分野

本発明は、光を伝搬して照射する光照射ヘッド、およびそのような光照射へッドを用いた情報記憶装置に関する。背景技術

情報化社会の進展に伴い、情報量は増大の一途を迪つている。この情報量の増犬に対応して、飛躍的に高い記録密度の情報記録方式及びそれに基づく記録再生装置が待望されている。

高密度記録実現のための記録方式として、入射光の波長よりも小さい微小開口を作製し、その開口部から発生する光を利用して、光の波長より小さいビームスポッ卜を形成する光記録方式が注目されている。

光気記録方式の従来の微小開口として、例えば特許文献 1に記載されているように、先鋭ィ匕した光ファイバの先端に開口を設けたものが知られている。即ち、先端部を先鋭ィ匕した光ファイバを金属膜で被覆して、収束イオンビーム（F I B ) 等の粒子ビームで被覆及び先鋭化した部分の一部を切除して開口を作製する。他の従来技術として、平面板に斜面を持つ開口を作製する方法が特許文献 2に開示されている。即ち、 S i基板をリソグラフィ技術でパターニングし、そのパターンを異方性エッチングして逆ピラミツド型の窪みを作製し、基板の最深部となる逆ピラミッドの頂点を基板裏面に貫通させたものである。貫通の方法は、 S i基板の裏面を研磨する方法や、エッチングを行う方法などが知られている。また、非特許文献 1には、光伝搬効率を改善するために、光ファイバの尖鋭化したコアの先端に金属を蒸着する方法が開示されている。

或いは、非特許文献 2には、ビームスポットサイズと伝搬効率を共に向上させる光ファイバの形状が開示されている。

また光照射へッドの特許文献 3に開示された例では、へッド内部の高屈折率誘電体材料が台形状となる対称な二次元パターンで作製した平面構造のへッド形状をしており、台形状の傾斜面と平面構造でスポット径を縮小化する構造を開示している。

(特許文献 1 )

特開平 10— 206660号公報

(特許文献 2 )

米国特許第 5689480号明細書

(特許文献 3 )

特開 2002— 188579号公報

(非特許文献 1 )

" Op t i c a l Re v i ew" , 1998， Vo 1 5, No. 6， P 369-373

(非特許文献 2 )

" App l i e d Phy s i c s Le t t e r s , Vo 1 73, No. 15

従来の、光ファイバ端部を先鋭ィ匕して微小開口を形成する方法は、金属膜の蒸着成膜にむらがあり、更にエッチング溶液の濃度や光ファイバの材料組成に起因するエツチング速度の不安定性の問題がある。

また光ファイバの円錐状に先鋭化した頂角の作製の不安定性及び、 F I Bによる先端部の切除制御の困難性といった、量産プロセスの問題がある。更に、光フアイバを利用しているため、高速デ一タ転送化の手段であるマルチへッド化が困難である。

半導体基板をエッチングして微小開口を形成する方法には、数十 nmの開口サィズに対するエッチングの進行速度の不安定性や、一定のエッチング量に対する S i基板の厚みむらによる開口部サイズの不安定性や、半導体基板の切り出し時における結晶方位のずれによるエッチング部の形状の不安定性といった作製プロセス上の問題がある。また逆ピラミツド形状は半導体基板固有の結晶方位で決まるため、所望の最適な角度に制御できないことがある。更に、基板の剥離や溶解の工程が多いために材料の消費が激しくなり、コスト高になるという問題がある高密度記録でのトラックピッチは、今後は 0 · 1 i m以下となるが、そのような精度で光照射へッドと磁気センサへッドを位置合わせすることは困難である。一方、光ファイバを利用した従来の高効率化技術では、金属に囲まれた先端の円錐形状により、入射光は光ファイバ内部の円錐面でのレンズ効果により電場が集中する位置がある。

上記非特許文献 2では、電場が集中する面に開口面を配置し、ビームスポットの縮小化と高効率化を行っている。この方法は有効ではあるが、極めて高い加工精度が必要であるので、上記と同様に加工上の問題を有している。

これらの問題点を鑑みて、上記特許文献 3で開示された光照射ヘッドは、へッド先端部を二次元パターンで作製し、へッド内の光伝搬材料に高屈折率材料を使用して光または電場強度を縮小している。しかし光源からへッドに光を伝搬させる導波路とへッドとの接合部分の形状としては単純な直線形状が用いられており、よりよい形状についての考察はなされていない。発明の開示

本発明は、上記事情に鑑み、光源からの光を効率よく伝搬させる構造を有する光照射へッド、およびそのような光照射へッドを用いて高密度記録が可能な情報記憶装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の光照射へッドは、所定の対称軸に対して線対称な先細りの 2次元形状を有する、光の電磁場を伝搬する第 1種の材料からなる伝搬体と、

上記対称軸を囲むように伝搬体を覆う、上記第 1種の材料とは異なる第 2種の材料からなる被覆体とを備え、

伝搬体を伝搬する光を伝搬体の先から照射する光照射へッドであって、上記伝搬体が、上記対称軸上に存在する、その対称軸に対して線対称な凸形状あるいは凹形状の底縁と、上記対称軸上に存在する、底縁に対して相対的に狭い先縁と、上記対称軸を挟んで存在する、底縁側から先縁側に向かうにつれて間隔が狭まる一対の反射縁とを有するものであることを特徴とする。但し、ここでいう「照射する」とは、光を波として出射ずることに限定する意味ではなく、いわゆる近接場光と称されるような振動電場のを伝達することも含む意味である。

また、上記伝搬体は、典型的には、伝搬する光に対して透明な誘電体からなるものであり、上記被覆体は、典型的には、金属からなるものである。

本発明の光照射へッドによれば、伝搬体の底縁が対称軸に対して線対称な凸形状あるいは凹形状を有するので、伝搬体の底縁から光が入射した際に、いわゆる屈折や回折によつて光の電磁場の伝搬方向が変化し、伝搬体内で電磁場の多重干渉が生じて、光の伝搬効率が高いポイントが対象軸上に現れる。そのポイントの位置に先縁が設けられることによって、光照射ヘッドの伝搬効率は、単純な直線の底縁を有する場合に比べて向上する。このような屈折が生じる場合には、反射などによつて伝搬効率が低下するというのが通常の考察であるが、コンピュータシミュレーションなどによる検証の結果、屈折が生じる場合の方が、むしろ効率のよいポイントが生じるという現象が確認されたことにより本発明に至つた。本発明の光照射ヘッドにおいて、上記伝搬体は、ダイヤモンドや T i〇₂などといった、いわゆる高屈折率材料からなるものであることが望ましい。

高屈折率材料中では光の波長が短いので、伝達効率が高いボイントのピークがより鋭くなる。

本発明の光照射ヘッドは、上記伝搬体が、直線で構成された底縁を有するものであるという形態であってもよく、あるいは、

上記伝搬体が、曲線で構成された底縁を有するものであるという形態であつてもよい。

底縁が直線で構成されている場合には設計ゃシミユレ一ションが容易であり、改良による性能向上も図りやすい。一方、製造時には、角の部分は丸まってしまう可能性が高いため、底縁が曲線で構成されている方が、設計に近いものを製造することができる。

また、本発明の光照射ヘッドは、上記伝搬体が、反射縁の延長線の間隔よりも広い底縁と、底縁の端と反射緣との間で電磁場を伝搬する伝搬補助部とを有するものであることが望ましい。典型的な伝搬体は高屈折率の材料からなるものであるが、光屈折率の材料中では、光の電磁場は減衰が激しいため、伝搬体の長さがなるべく短い方が伝搬効率は高くなる。そこで、単純に、先縁付近の構造を底縁側に引き寄せた構造を考えると、反射縁の延長線の間隔よりも広い底緣を有することとなるが、延長線の間隔からはみ出た部分に入射する光を無駄にしないために、伝搬補助部が設けられている。

本発明の光照射ヘッドは、上記伝搬体が、上記第 1種の材料とは異なる、光の電磁場を伝搬する第 3種の材料からなる光導波路に、底縁で接続されたものであることが好適であり、これによつて、光導波路を伝搬されてくる光を先縁から効率よく照射することができる。

また、このように光導波路に接続された光照射ヘッドにおいて、上記伝搬体が、光導波路に、導波路の光軸と上記対称軸とが平行な状態で接続されたものであることが好ましく、これによつて、光照射ヘッドによる伝搬効率が更に向上するさらに、光導波路に接続された光照射ヘッドにおいて、上記伝搬体は、光導波路の幅よりも長い底縁を有するものであってもよい。即ち、光照射ヘッドが光導波路の幅よりも大きいものであっても、高い伝搬効率を妨げることはない。ところで、本発明の光照射ヘッドは、

「上記伝搬体を複数有し、それら複数の伝搬体は、それぞれが誘電体材料からなる、互いに平行に配設されたものであり、

それら複数の伝搬体に対して交互に配設された、それぞれが金属材料からなる複数の金属層と、

伝搬体と金属層とに挟まれて配設された 1つ以上の中間層とを有する」という形態も好ましい形態である。

このように、誘電体材料からなる伝搬体と金属材料からなる金属層とが積層された構造によって、各伝搬体を伝搬される光の電磁場が互いに干渉し、最終的に照射される光のスポットサイズが縮小される。また、理想的には、伝搬体と金属層とが交互に積層された構造が望ましいことが多いが、誘電体材料と金属材料との組み合わせによっては金属材料が酸化する場合がある。そこで、中間層によつて金属材^ "―の酸ィ匕が防止された構造が望ましい。この中間層は、誘電体材料によつて酸化されることのない金属材料からなるものであってもよいし、あるいは、金属層の金属材料がわざと酸ィ匕された酸化物からなるものであってもよい。上記目的を達成する本発明の情報記憶装置は、所定の情報記憶媒体に光を照射し、その照射した光を情報再生と情報記録とのうち少なくともいずれか一方に用いる情報記憶装置であって、

所定の対称軸に対して線対称な先細りの 2次元形状を有する、光の電磁場を伝搬する第 1種の材料からなる伝搬体と、上記対称軸を囲むように伝搬体を覆う、上記第 1種の材料とは異なる第 2種の材料からなる被覆体とを備え、更に上記伝搬体が、上記対称軸上に存在する、対称軸に対して線対称な凸形状あるいは凹形状の底縁と、上記対称軸上に存在する、底縁に対して相対的に狭い先縁と、上記対称軸を挟んで存在する、底縁側から先縁側に向かうにつれて間隔が狭まる一対の反射縁とを有する光照射へッドと、

光照射ヘッドの伝搬体に底縁で接続された、上記第 1種の材料とは異なる、光の電磁場を伝搬する第 3種の材料からなる光導波路とを備えたことを特徴とするなお、本発明の情報記憶装置については、ここではその基本形態のみを示すのにとどめるが、これは単に重複を避けるためであり、本発明の情報記憶装置には、上記の基本形態のみではなく、前述した光照射ヘッドの各形態に対応する各種の形態が含まれる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の情報記憶装置の一実施形態を示す図である。

図 2は、本発明の光照射へッドの第 1実施形態を示す斜視図である。

図 3は、光照射へッドの比較例を示す図である。

図 4は、光照射へッドの比較例における光の電磁場の伝搬状態を示すシミュレーション画像である。

図 5は、本発明の光照射へッドの第 1実施形態を示す平面図である。

図 6は、本発明の光照射へッドの第 1実施形態における光の電磁場の伝搬状態を示すシミュレーション画像である。

図 7は、本発明の光照射へッドの第 2実施形態を示す図である。

図 8は、本発明の光照射へッドの第 2実施形態における光の電磁場の伝搬状態を示すシミュレーション画像である。

図 9は、本発明の光照射へッドの第 3実施形態を示す図である。

図 1 0は、本発明の光照射ヘッドの第 3実施形態における光の電磁場の伝搬状態を示すシミュレ一ション画像である。

図 1 1は、本発明の光照射ヘッドの第 4実施形態を示す図である。

図 1 2は、本発明の光照射ヘッドの第 4実施形態における光の電磁場の伝搬状態を示すシミュレ一ション画像である。

図 1 3は、本発明の光照射ヘッドの第 5実施形態を示す図である。

図 1 4は、本発明の光照射へッドの第 5実施形態における光の電磁場の伝搬状態を示すシミュレーション画像である。

図 1 5は、本発明の光照射ヘッドの第 6実施形態を示す図である。

図 1 6は、本発明の光照射ヘッドの第 6実施形態における光の電磁場の伝搬状態を示すシミュレーション画像である。

図 1 7は、本発明の光照射ヘッドの第 7実施形態を示す図である。

図 1 8は、本発明の光照射ヘッドの第 8実施形態を示す図である。

図 1 9は、本発明の光照射ヘッドの第 8実施形態における光の電磁場の伝搬状態を示すシミュレーション画像である。

図 2 0は、光照射へッドの比較例と本発明の光照射へッドの実施形態それぞれにおける照射スポットのプロファイルを比較したグラフである。

図 2 1は、本発明の光照射ヘッドの第 9実施形態を示す図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施形態について説明する。

ここには、ヘッド 1と情報記憶媒体 2とを備え、ヘッド 1で情報記憶媒体 2に情報の記録および再生を行う光アシスト型の情報記憶装置が示されている。伹し、この図 1に図示されているのは情報記憶装置のヘッド 1近辺のみであり、それ以外の構成部分については、周知の光アシスト型の情報記憶装置と同等であるので説明は省略する。

この情報記憶装置のヘッド 1は、リソグラフィ技術によって、光照射ヘッド 1 0と再生磁気センサへッド 2 0と記録磁気へッド 3 0とが一体に形成されたものであり、矢印 Rの方向に回転する情報記憶媒体 2に近接して配置されている。光照射へッド 1 0と再生磁気センサへッド 2 0は、記録磁気へッド 3 0の下部コアを兼ねた上部磁気シールド 3 2と、下部磁気シールド 3 1との間に形成されており、光照射ヘッド 1 0は、光源からの光を導く光導波路 1 5に接続されている。光照射ヘッド 1 0は、光導波路 1 5によって導かれてきた光を情報記憶媒体 2上に照射するものである。伹し、ここでは、光は波として出射されるのではなく、光照射ヘッド 1 0の近傍に振動電場として存在しており、その振動電場に情報記憶媒体 2が十分に接近することにより、その振動電場が、波としての光と同様に作用する。

記録磁気ヘッド 3 0は、下部コアを兼ねた上部磁気シールド 3 2と、磁場発生用のコイル 3 3と、上部コア 3 4とで構成されており、下部コアと上部コア 3 4 との隙間に磁場が発生する。

情報記憶媒体 2の回転に伴って、情報記憶媒体 2上の、所望の情報が記録されあるいは再生される場所は、再生磁気センサヘッド 2 0、光照射ヘッド 1 0、記録磁気へッド 3 0の順で通過していく。情報記録時には、光照射へッド 1 0による光照射によつて情報記憶媒体 2上の所望の位置が熱せられ、直後に記録磁気へッド 3 0によって磁場が印加される。これにより、小さな磁界強度での情報記録が可能となる。また、情報再生時には、再生磁気センサヘッド 2 0によって所望の場所における磁化の方向が検出されて情報が再生される。

次に光照射へッド 1 0の構造の詳細について説明する。

光照射へッド 1 0は、基板 1 3上に作成されており、上述したように光導波路 1 5に接続されている。光導波路 1 5は、例えば S i〇₂や M g F ₂などといった誘電体材料をコァにして作成されたものである。この光照射へッド 1 0は、例えばダイヤや T i 0₂や Z n Sなどといったような、正の誘電率を有する誘電体からなる伝搬体 1 0 0と、その伝搬体 1 0 0を覆う、例えばアルミや銀などといった金属からなる被覆体 2 0 0とで構成されている。伝搬体 1 0 0は、全体として、所定の対称軸に対して線対称な先細りの 2次元形状を有しており、伝搬体 1 0 0を構成する誘電体は光の電磁場を伝搬する。伝搬体 1 0 0は、本発明にいう伝搬体の一例に相当し、誘電体は、本発明にいう第 1種の材料の一例に相当する。また、被覆体 2 0 0は、本発明にいう被覆体の一例に相当し、アルミや銀などといった金属は、本発明にいう第 2種の材料の一例に相当する。

この光照射へッド 1 0は、光導波路 1 5を伝搬されてきた光の電磁場を伝搬体 1 0 0で伝達し、先から光を照射する。なお、光照射へッド 1 0のサイズは、 1 i m程度のサイズであるため、伝搬体 1 0 0による光の電磁場の伝搬は、光の波としての伝搬ではなく、電磁場の振動の伝搬となるが、波の伝搬に似た伝搬と考えることにより、作用効果を考察することができる。なお、電磁場の振動の伝搬による正確な効果は、コンピュータシミュレーションを駆使することによって確認することができる。

ここで、光照射ヘッドの比較例を提示する。

図 3は、光照射ヘッドの比較例を示す図であり、図 4は、光照射ヘッドの比較例における光の電磁場の伝搬状態を示すシミュレーション画像である。

この図では、説明の便宜上、被覆体は図示が省略されている。

ここに示す比較例の光照射ヘッドは、光導波路 1 5に接続された伝搬体 1 0 0 ，を備えており、伝搬体 1 0 0 ' は、直線状の底縁 1 0 1 ' と、底縁 1 0 1 ' よりも狭い先縁 1 0 2 ' と、底縁 1 0 1 ' 側から先縁 1 0 2 ' 側へと向かうに連れて間隔が狭まる一対の反射縁 1 0 3 ' とを有している。伝搬体 1 0 0は光導波路 1 5に底縁 1 0 1 ' で接続されで接続されている。

この比較例における伝搬体 1 0 0 ' に光導波路 1 5から入射した光の電磁場は、伝搬体 1 0 0 ' 内を伝搬し、一対の反射緣 1 0 3 ' で反射されて互いに干渉する。この結果、先縁 1 0 2 ' のところで、電磁場の強度が強まったスポットを生じる（図 4参照）。このようなスポットにおける電磁場の強度分布を表すプロフアイルは、一対の反射縁 1 0 3 ' の傾き（頂角）に依存しており、頂角が小さいほど先緣 1 0 2，でのスポットのプロファイルは小さい。光照射へッドにおいて、プロファイルは小さいほど望ましい。 '

しかし、頂角が小さいほど伝搬体 1 0 0 ' は長く、伝搬距離も長い。このため吸収や波長限界に起因した電磁場の減衰が大きく、伝搬体 1 0 0 ' による電磁場の伝搬効率は小さい。光照射ヘッドにおいて、伝搬効率は大きいほど望ましい。つまり、プロファイル形状と伝搬効率という 2種類の性能評価が相反する傾向を示すので、それらの妥協によって頂角が決定されている。

このような比較例に対する本発明の各種の実施形態について以下説明する。図 5は、本発明の光照射ヘッドの第 1実施形態を示す平面図であり、図 6は、本発明の光照射へッドの第 1実施形態における光の電磁場の伝搬状態を示すシミユレーション画像である。

ここでも、被覆体は図示が省略されている。

この第 1実施形態は、上述したように伝搬体 1 0 0を備えており、伝搬体 1 0 0は、対称軸に対して線対称な凸形状の底縁 1 0 1と、底縁 1 0 1よりも狭い先縁 1 0 2と、底縁 1 0 1側から先縁 1 0 2側へと向かうに連れて間隔が狭まる一対の反射縁 1 0 3とを有している。伝搬体 1 0 0は光導波路 1 5に底緣 1 0 1で接続されており、ここでは底緣 1 0 1は 2直線で構成されている。また、伝搬体 1 0 0は、光導波路 1 5に、光導波路 1 5の光軸と対称軸とが平行な状態で接続されている。

このように構成された第 1実施形態では、光導波路 1 5を伝搬されてきた光が底縁 1 0 1に入射する際に屈折されて進行方向が変化し、更に伝搬体 1 0 0内を伝搬して一対の反射縁 1 0 3で反射され、互いに干渉して電磁場の強度が強まつたスポットを生じる（図 6参照）。光の干渉位置とスポットのプロファイル形状は、底縁 1 0 1における屈折の方向と反射縁 1 0 3における反射の方向とに依存しており、底縁 1 0 1の凸形状によってある程度の屈折を生じさせて、干渉時における電磁場の伝搬方向の交差角度を大きな角度とすることにより、伝搬体 1 0 0内には、比較例で生じているスポットにおける伝搬効率よりも高い伝搬効率を示すスポットが生じる。そのようなスポットの位置に先縁 1 0 2が形成されることにより、伝搬効率が高い光照射ヘッドが得られる。あるいは、伝搬体 1 0 0の長さが十分に抑えられて比較例の伝搬効率と同様な伝搬効率を有し、比較例のプ口ファイル形状よりも小さいプロファイル形状を有する光照射へッドを得ることもできる。

なお、底縁 1 0 1が、対称軸に対して線対称な形状を有することにより、上述したスポットは対称軸上に生じ易く、光照射へッドの設計や製造が容易である。図 7は、本発明の光照射ヘッドの第 2実施形態を示す図であり、図 8は、本発明の光照射へッドの第 2実施形態における光の電磁場の伝搬状態を示すシミュレーション画像である。

この第 2実施形態における伝搬体 1 1 0は、対称軸に対して線対称な凸形状の底縁 1 1 1と、底縁 1 1 1よりも狭い先縁 1 1 2と、底縁 1 1 1側から先縁 1 1 2側へと向かうに連れて間隔が狭まる一対の反射縁 1 1 3とを有している。また、ここでは底縁 1 1 1は 4直線で構成されており、伝搬体 1 0 0の底緣 1 1 1の長さは光導波路 1 5の幅よりも長い。

このような構成の光照射へッドでは、伝搬体 1 1 0を伝搬して先縁 1 1 2から照射される光の電磁場には、伝搬距離に応じたフィルタリングがかかるため、第 2実施形態におけるプロファイル形状（図 8参照）は、第 1実施形態におけるプ口ファイル形状よりも小さい。

図 9は、本発明の光照射ヘッドの第 3実施形態を示す図であり、図 1 0は、本発明の光照射へッドの第 3実施形態における光の電磁場の伝搬状態を示すシミュレーション画像である。

この第 3実施形態における伝搬体 1 2 0は、対称軸に対して線対称な凸形状の底縁 1 2 1と、底縁 1 2 1よりも狭い先縁 1 2 2と、底縁 1 2 1側から先縁 1 2 2側へと向かうに連れて間隔が狭まる一対の反射緣 1 2 3とを有している。また、底縁 1 2 1は、反射縁 1 2 3の延長線の間隔よりも広く、伝搬体 1 2 0は、底縁 1 2 1の両端と反射縁 1 2 3との間で光の電磁場を伝搬する伝搬補助部 1 2 4 も有している。この第 3実施形態でも、底縁 1 2 1は 2直線で構成されている。この第 3実施形態では、伝搬距離の縮小によって伝搬効率の更なる向上が図られている（図 1 0参照）。また、伝搬補助部 1 2 4が設けられていることによつて、底縁 1 2 1の両端付近から入射した光も一対の反射縁 1 2 3の間に到達するので、光の無駄が回避されている。

この第 3実施形態では、第 1実施形態における電磁場の干渉パターン（図 6参照）と同様な干渉パ夕一ンを得ることができ、この結果、第 1実施形態におけるスポットのプロファイル形状と同様なプロファイル形状を有するスポッ卜を第 3 実施形態で得ることができる。

なお、この第 3実施形態では伝搬補助部 1 2 4が角張っているが、後述するように、本発明にいう伝搬補助部の形状は丸みがあつてもよい。

図 1 1は、本発明の光照射ヘッドの第 4実施形態を示す図であり、図 1 2は、本発明の光照射へッドの第 4実施形態における光の電磁塲の伝搬状態を示すシミユレ一シヨン画像である。

この第 4実施形態における伝搬体 1 3 0は、全体として矢尻型の形状をなしており、対称軸に対して線対称な凹形状の底縁 1 3 1と、底縁 1 3 1よりも狭い先縁 1 3 2と、底縁 1 3 1側から先縁 1 3 2側へと向かうに連れて間隔が狭まる一対の反射縁 1 3 3とを有している。また、底縁 1 3 1は 2直線で構成されているこの第 4実施形態では、伝搬体 1 3 0が凹形状の底緣 1 3 1を有しているため、電磁場の伝搬距離が短く、伝搬効率が高いスポットが生じる（図 1 2参照）。また、光照射へッドの矢尻型形状は十分に大きくすることができるので製造が容易である。

図 1 3は、本発明の光照射ヘッドの第 5実施形態を示す図であり、図 1 4は、本発明の光照射へッドの第 5実施形態における光の電磁場の伝搬状態を示すシミユレーション画像である。

この第 5実施形態における伝搬体 1 4 0は、対称軸に対して線対称な凹形状の底縁 1 4 1と、底縁 1 4 1よりも狭い先緣 1 4 2と、底縁 1 4 1側から先緣 1 4 2側へと向かうに連れて間隔が狭まる一対の反射縁 1 4 3とを有しており、底縁 1 4 1は 4直線で構成されている。また、底縁 1 4 1の長さは光導波路の幅よりも長い。

この第 5実施形態の光照射へッドでも、伝搬体 1 4 0を伝搬して先緣 1 4 2から照射される光の電磁場には、伝搬距離に応じたフィルタリングがかかるため、第 5実施形態におけるプロファイル形状（図 1 4参照）は、第 4実施形態におけるプロファイル形状よりも小さい。

図 1 5は、本発明の光照射ヘッドの第 6実施形態を示す図であり、図 1 6は、本発明の光照射へッドの第 6実施形態における光の電磁場の伝搬状態を示すシミユレーション画像である。

この第 6実施形態における伝搬体 1 5 0は、対称軸に対して線対称な凸形状の底縁 1 5 1と、底縁 1 5 1よりも狭い先縁 1 5 2と、底縁 1 5 1側から先緣 1 5 2側へと向かうに連れて間隔が狭まる一対の反射縁 1 5 3とを有しており、底縁 1 5 1は、凸レンズのような曲線で構成されている。この底縁 1 5 1は光を 1点に集光するものではないが、先縁 1 5 2から照射される光のプロファイルに寄与する電磁場が増加するため、伝搬効率が非常に高いスポットが得られる（図 1 6 図 1 7は、本発明の光照射ヘッドの第 7実施形態を示す図である。

この第 7実施形態における伝搬体 1 6 0は、対称軸に対して線対称な凹形状の底縁 1 6 1と、底縁 1 6 1よりも狭い先縁 1 6 2と、底縁 1 6 1側から先縁 1 6 2側へと向かうに連れて間隔が狭まる一対の反射縁 1 6 3とを有しており、底縁 1 6 1は、凹レンズのような曲線で構成されている。

この第 7実施形態の場合には、第 6実施形態のように電磁場を集める効果はないが、電磁場の干渉時における伝搬方向の交差角度を増大させる効果は、上述した他の実施形態同様に得られる。また、伝搬距離を縮めて伝搬効率を向上させる効果も得られる。

図 1 8は、本発明の光照射ヘッドの第 8実施形態を示す図であり、図 1 9は、本発明の光照射へッドの第 8実施形態における光の電磁場の伝搬状態を示すシミユレーション画像である。

この第 8実施形態における伝搬体 1 7 0は、対称軸に対して線対称な凸形状の底縁 1 7 1と、底縁 1 7 1よりも狭い先縁 1 7 2と、底縁 1 7 1側から先縁 1 7 2側へと向かうに連れて間隔が狭まる一対の反射縁 1 Ί 3とを有している。また、底縁 1 7 1は、反射縁 1 7 3の延長線の間隔よりも広く、伝搬体 1 7 0は、底縁 1 7 1の両端と反射縁 1 7 3との間で光の電磁場を伝搬する伝搬補助部 1 7 4 も有している。この第 8実施形態では、底縁 1 7 1は曲線と直線の組み合わせで構成されている。

この第 8実施形態は、上述した第 3実施形態における伝搬体 1 2 0の形状をいわば曲線化したものと観念することができ、実際に伝搬体が作成されるときに結果として得られる形状は、第 3実施形態の形状で設計されて作成された場合であつても、第 8実施形態の形状に近い形状となる。これは、伝搬体全体のサイズが小さいために、製造時に角がなまってしまうことによる。

この第 8実施形態でも第 3実施形態と同様に、伝搬距離の縮小による伝搬効率向上の効果が得られる（図 1 9参照）。また、第 8実施形態で設けられている伝搬補助部 1 7 4は形状が丸まっているが、この伝搬補助部 1 7 4が設けられていることにより、第 3実施形態と同様に光の無駄が回避されている。

図 2 0は、光照射へッドの比較例と第 1実施形態それぞれにおける照射スポットのプロファイルを比較したグラフである。

この図の横軸はプロファイルサイズを表しており、縦軸は相対的な電磁場強度を表している。

ここでは、波長が 4 0 0 nmの光が用いられ、 M g F ₂からなる 3 0 nm厚の伝搬体と、アルミからなる 2 O n m厚の被覆体とを有し、更に頂角が共通であるという前提で、図 5に示す第 1実施形態の形状を有した光照射ヘッドと、図 3に示す比較例の形状を有した光照射へッドとのそれぞれについて、先縁から 2 0 nm の位置における電磁場の強度分布（プロファイル）が求められ、そのプロフアイルが比較されている。

この図 2 0に示された 4本のグラフ曲線 P 1 , P 2 , P 3 , P 4のうち、点線で表されたグラフ曲線 P 1， P 3は、比較例におけるプロファイルを表しており、実線で表されたグラフ曲線 P 2 , P 4は第 1実施形態におけるプロファイルを表している。また、 4本のグラフ曲線 P I , P 2 , P 3 , P 4のうち、 2本のグラフ曲線 P l， P 2は、伝搬体の層内方向におけるプロファイルを表しており、他の 2本のグラフ曲線 P 3， P 4は、伝搬体の層厚方向におけるプロファイルを表している。頂角が共通であるために、伝搬体の層内方向におけるプロファイルは、比較例と第 1実施形態とでほぼ同様となっており、若干第 1実施形態の方が小さくなつている。これに対し、伝搬体の層厚方向におけるプロフ'アイルは、比較例において生じていた裾野部分（エンベロープ）が第 1実施形態では見られず、大幅に改善されている。

図 2 1は、本発明の光照射ヘッドの第 9実施形態を示す図である。

この第 9実施形態では、光照射ヘッド 1 1が多層化されており、 S i〇₂からなる第 1の伝搬体 1 8 0 aと、 T i〇₂からなる第 2の伝搬体 1 8 0 bが備えられており、第 1の伝搬体 1 8 0 aを中心とした対称な積層構造となっている。また、これらの伝搬体 1 8 0 a、 1 8 0 bと交互に、被覆体の一部をなすアルミ層 1 9 0が備えられている。このアルミ層 1 9 0は、本発明にいう金属層の一例に相当する。更に、第 1の伝搬体 1 8 0 aとアルミ層 1 9 0との間、および第 2の伝搬体 1 8 O bとアルミ層 1 9 0との間にクロム層 1 9 1も設けられている。このクロム層 1 9 1は、本発明にいう中間層の一例に相当し、このクロム層 1 9 1が設けられていることにより、アルミ層 1 9 0の酸化防止や、光照射ヘッドの強度向上や、光照射へッドの摩耗や破損の防止が図られている。

なお、本発明にいう中間層として、ここではクロム層 1 9 1が例示されているが、本発明にいう中間層は、例えば、アルミ層 1 9 0の表面をあえて酸化させて得られたアルミナの層であってもよい。

また、本発明の光照射ヘッドでは、上述したアルミ層 1 9 0に替えて、アルミに例えばマンガンなどがドーピングされた合金の層が設けられてもよい。このような合金の層は、上述したアルミ層 1 9 0よりも耐腐食性に優れている。

更に、本発明の光照射へッドでは、上述した S i 0₂ゃ丁 i 0₂からなる伝搬体に替えて、異なる誘電体材料が混合されて屈折率が調整された伝搬体が用いられてもよい。

さらにまた、上記説明した各実施形態では、誘電体のコアを有する光導波路が例示されているが、本発明にいう光導波路は、コアが空気や真空の光導波路であつてもよい。

なお、上記説明した各実施形態では、本発明による光照射ヘッドへの光の入射角は、積層面に平行に入射する例を示したが、本発明は平行に限定されるものではなく、金属表面を伝搬する光の電磁場の効率を上げるために、積層面に対して斜めに入射させてもよいことは言うまでもない。

また、誘電体操に挟まれた金属層は、被覆体の金属とは異なっていてもよい。

Claims

請求の範囲 ·

1 . 所定の対称軸に対して線対称な先細りの 2次元形状を有する、光の電磁場を伝搬する第 1種の材料からなる伝搬体と、

前記対称軸を囲むように前記伝搬体を覆う、前記第 1種の材料とは異なる第 2 種の材料からなる被覆体とを備え、

前記伝搬体を伝搬する光を該伝搬体の先から照射する光照射へッドであって、前記伝搬体が、前記対称軸上に存在する、該対称軸に対して線対称な凸形状あるいは凹形状の底縁と、前記対称軸上に存在する、該底縁に対して相対的に狭い先縁と、前記対称軸を挟んで存在する、該底縁側から該先縁側に向かうにつれて間隔が狭まる一対の反射縁とを有するものであることを特徴とする光照射へッド

2 . 前記伝搬体が、直線で構成された底縁を有するものであることを特徴とする請求項 1記載の光照射へッド。

3 . 前記伝搬体が、曲線で構成された底緣を有するものであることを特徴とする請求項 1記載の光照射へッド。

4. 前記伝搬体が、前記反射縁の延長線の間隔よりも広い底縁と、該底縁の端と該反射縁との間で電磁場を伝搬する伝搬補助部とを有するものであることを特徴とする請求項 1記載の光照射へッド。

5 . 前記伝搬体が、前記第 1種の材料とは異なる、光の電磁場を伝搬する第 3種の材料からなる光導波路に、前記底縁で接続されたものであることを特徴とする請求項 1記載の光照射へッド。

6 . 前記伝搬体が、前記光導波路に、該導波路の光軸と前記対称軸とが平行な状態で接続されたものであることを特徴とする請求項 5記載の光照射へッド。

7 . 前記伝搬体が、前記光導波路の幅よりも長い底縁を有するものであることを特徴とする請求項 5記載の光照射へッド。

8 . 前記伝搬体を複数有し、それら複数の伝搬体は、それぞれが誘電体材料からなる、互いに平行に配設されたものであり、

前記複数の伝搬体に対して交互に配設された、それぞれが金属材料からなる複数の金属層と、

前記伝搬体と前記金属層とに挟まれて配設された 1つ以上の中間層とを有することを特徴とする請求項 1記載の光照射へッド。

9 . 所定の情報記憶媒体に光を照射し、その照射した光を情報再生と情報記録とのうち少なくともいずれか一方に用いる情報記憶装置であつて、

所定の対称軸に対して線対称な先細りの 2次元形状を有する、光の電磁場を伝搬する第 1種の材料からなる伝搬体と、前記対称軸を囲むように前記伝搬体を覆う、前記第 1種の材料とは異なる第 2種の材料からなる被覆体とを備え、更に前記伝搬体が、前記対称軸上に存在する、該対称軸に対して線対称な凸形状あるいは凹形状の底縁と、前記対称軸上に存在する、該底緣に対して相対的に狭い先縁と、前記対称軸を挟んで存在する、該底縁側から該先縁側に向かうにつれて間隔が狭まる一対の反射縁とを有する光照射へッドと、

前記光照射へッドの前記伝搬体に前記底縁で接続された、前記第 1種の材料とは異なる、光の電磁場を伝搬する第 3種の材料からなる光導波路とを備えたことを特徴とする情報記憶装置。