WO2007132766A1 - 光記録ヘッド、光磁気記録ヘッド及び光記録装置 - Google Patents

光記録ヘッド、光磁気記録ヘッド及び光記録装置 Download PDF

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Naoki Nishida
Hiroaki Ueda
Kenji Konno
Hiroshi Hatano
Masahiro Okitsu
Koujirou Sekine
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Abstract

　構成が簡単で薄型化に対応することが可能で、プラズモンプローブを用いた場合には出力の小さな光源を用いても十分効率のよい光記録ヘッドを提供するため、光記録ヘッドは、光を射出する光源部と、記録媒体と相対的に移動するスライダと、前記スライダに配設され、前記光源部からの光を導波して前記記録媒体の面を照射するものであって、前記スライダの前記記録媒体の面に対向する面について非垂直の光出射角度を持つ光導波路と、を有している。

Description

明 細 書
光記録ヘッド、光磁気記録ヘッド及び光記録装置
技術分野
[0001] 本発明は、光記録ヘッド、光磁気記録ヘッド及び光記録装置に関する。
背景技術
[0002] 磁気記録方式では、記録密度が高くなると磁気ビットが外部温度等の影響を顕著 に受けるようになる。このため高い保磁力を有する記録媒体が必要となる。このような 記録媒体を使用すると記録時に必要な磁界も大きくなる。記録ヘッドによって発生す る磁界は飽和磁束密度によって上限が決まる。この飽和磁束密度は材料の限界に 近づいており飛躍的な増大は望めない。そこで記録時に局所的に加熱して磁気軟 化を生じさせ保磁力が小さくなつた状態で記録し、その後に加熱を止めて自然冷却 することにより記録した磁気ビットの安定を保証する方式が提案されている。この方式 は、熱アシスト磁気記録方式と呼ばれている。
[0003] 熱アシスト磁気記録方式では、記録媒体の加熱を瞬間的に行うことが望ましい。ま た、加熱する機構と記録媒体とが接触することは許されない。このため、加熱は光の 吸収を利用して行われるのが一般的であり、この加熱に光を用いる方式が光アシスト 式と呼ばれて!/、る。レーザー光を磁気記録面に加熱のために照射する方法として以 下がある。
[0004] 可とう性を有する略棒状の光導波路の一端側に、該光導波路のコア内を伝搬する 光の一部をクラッドを透過する方向に反射する反射面を設ける。次に該反射面で反 射された光が透過する部位を中心とするクラッド表面に遮光膜を形成する。さらに反 射面で反射された光が透過する部位に対応する遮光膜の一部を削除して、使用す る光の波長よりも小さな開口部を形成する。これらによる、略棒状の光導波路の先端 の下面より近接場光を発生し得る片持ち梁状の光ピックアップがある（特許文献 1参 照)。
[0005] 光アシスト式磁気記録方式で超高密度記録を行う場合、必要なスポット径は 20nm 程度となり、通常の光学系では回折限界があるため集光することが出来ない。そこで 、非伝搬光である近接場光を用いて加熱する方式力 ^、くつ力提案されている（例え ば、特許文献 2参照)。この方式では、適当な波長のレーザー光を光学系によって集 光し、数十 nmの大きさの金属（ブラズモンプローブと呼ばれる。）に照射して近接場 光を発生させ、その近接場光を加熱手段としている。
[0006] 上記のプラズモンプローブに関して、金属薄膜の表面には表面励起プラズモン (近 接場光)を発生させることが可能であることが知られて 、る (非特許文献 1参照)。表 面励起プラズモンの特徴としては、（1)電子を励起させるためには、誘電体上の金属 薄膜に誘電体側から斜め入射の電磁波 (光)を入射させると発生する、（2)発生した プラズモン (電子振動）によって結合する電磁波 (ボラリトン）は入射電磁波の振幅より も大きい (振幅の増幅現象)ことがある。従って、表面励起プラズモンを発生させること が出来れば、増幅された電場が発生するので、光の利用効率を非常に大きくするこ とができるとされている。また、金属薄膜への誘電体側からの入射角は、射出側で全 反射するように、臨界角以上であることが好ま 、とされて！/、る。
特許文献 1 :特開 2000— 215494号公報
特許文献 2：特開 2005— 116155号公報
非特干文献 1： Sun ace Plasmons on smooth and Rough surfaces ana in Gratings/ Springer (1988) / H. Raether
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] しかしながら、特許文献 1、特許文献 2のように、従来、記録面を照射する光束に照射 面に垂直な方向力 の光束を用いていた。プラズモンプローブを備えたヘッドにこの ような光学系を用いた場合、増幅に寄与しない光線が多くなり光の利用効率が悪くな るため、実用上かなり出力の大きな光源が必要となる。このため、装置自体の大型化 を招いてしまう。
[0008] また、特許文献 1のように、従来のファイバーを使った光ピックアップでは、光フアイ バーの端面に 45° の反射面を設けて光路を折り曲げている。こうした場合、ファイバ 一端面を反射面としても、反射面力 プラズモンプローブまでの間隔があり光束が広 がってしまう。このため、ファイバ一力 照射面までの間にさらに集光部材を設ける必 要があり、ピックアップの小型化が困難となってしまう。
[0009] 本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであって、構成が簡単で薄型化に対 応することが可能で、プラズモンプローブを用いた場合には出力の小さな光源を用い ても十分効率のよい光記録ヘッド、光磁気記録ヘッド、光記録ヘッド或いは光磁気記 録ヘッドを用いた光記録装置を提供することを目的として!、る。
課題を解決するための手段
[0010] 上記の課題は、以下の構成により解決される。
[0011] 1. 記録媒体に光による情報記録を行う光記録ヘッドにおいて、
光を射出する光源部と、
記録媒体と相対的に移動するスライダと、
前記スライダに配設され、前記光源部からの光を導波して前記記録媒体の面を照射 するものであって、前記スライダの前記記録媒体の面に対向する面について非垂直 の光出射角度を持つ光導波路と、
を有することを特徴とする光記録ヘッド。
[0012] 2. 前記光導波路は、使用波長に対する屈折率が 2以上の材料で構成されている ことを特徴とする 1に記載の光記録ヘッド。
[0013] 3. 前記光導波路は、入射する前記光源部からの光スポット径に対して出射する 光スポット径を小さくして前記記録媒体に照射することを特徴とする 1又は 2に記載の 光，己録ヘッド。
[0014] 4. 前記光源部は、光源からの光を前記光導波路に導くための線状導光体を備え て 、ることを特徴とする 1乃至 3の何れか一に記載の光記録ヘッド。
[0015] 5. 前記線状導光体は、スライダの側面から前記光導波路に接続されていることを 特徴とする 4に記載の光記録ヘッド。
[0016] 6. 前記光源部から出射される光は、波長が近赤外帯域であることを特徴とする 1 乃至 5の何れか一に記載の光記録ヘッド。
[0017] 7. 前記光導波路の光出射位置に近接場光発生用のプラズモンプローブを有す ることを特徴とする 1乃至 6の何れか一に記載の光記録ヘッド。
[0018] 8. 前記プラズモンプローブが曲率半径 20nm以下の頂点を有するアンテナ又は アパーチャ力 成ることを特徴とする 7に記載の光記録ヘッド。
[0019] 9. 前記導波路の光出射角度は、前記スライダの出射面の法線力もの傾きが 14
° 力 45° であることを特徴とする 1乃至 8の何れか一に記載の光記録ヘッド。
[0020] 10. 1乃至 9の何れか一に記載の光記録ヘッドと、
磁気記録素子と、を有することを特徴とする光磁気記録ヘッド。
[0021] 11. 1乃至 9の何れか一に記載の光記録ヘッドと、
前記光記録ヘッドを制御する制御部と、
記録媒体と、を有することを特徴とする光記録装置。
12. 10に記載の光磁気記録ヘッドと、
前記光磁気記録ヘッドを制御する制御部と、
記録媒体と、を有することを特徴とする光記録装置。
13.記録媒体に光源部からの光による情報記録を行う光記録ヘッドにおいて、 前記記録媒体と相対的に移動するスライダと、
前記スライダに配設され、前記光源部からの光を導波して前記記録媒体の面を照射 するものであって、前記スライダの前記記録媒体の面に対向する面について非垂直 の光出射角度を持つ光導波路と、
を有することを特徴とする光記録ヘッド。
14.前記光導波路は、使用波長に対する屈折率が 2以上の材料で構成されているこ とを特徴とする 13に記載の光記録ヘッド。
15.前記光導波路は、入射する前記光源部からの光スポット径に対して出射する光 スポット径を小さくして前記記録媒体に照射することを特徴とする 13又は 14に記載の 光，己録ヘッド。
16.前記光記録ヘッドはさらに、光源部を有し、前記光源部は光源からの光を前記 光導波路に導くための線状導光体を備えていることを特徴とする 13乃至 15の何れ か一に記載の光記録ヘッド。
17.前記線状導光体は、前記スライダの側面から前記光導波路に接続されているこ とを特徴とする 16に記載の光記録ヘッド。
18.前記光源部から出射され前記光導波路に入射する光は、波長が近赤外帯域で あることを特徴とする 13乃至 17の何れか一に記載の光記録ヘッド。
19.前記光導波路の光出射位置に近接場光発生用のプラズモンプローブを有する ことを特徴とする 13乃至 18の何れか一に記載の光記録ヘッド。
20.前記プラズモンプローブが曲率半径 20nm以下の頂点を有するアンテナ又はァ パーチヤから成ることを特徴とする 19に記載の光記録ヘッド。
21.前記導波路の光出射角度は、前記スライダの出射面の法線からの傾きが 14° 力も 45° であることを特徴とする 13乃至 20の何れか一に記載の光記録ヘッド 22. 13乃至 21の何れか一に記載の光記録ヘッドと、
磁気記録素子と、を有することを特徴とする光磁気記録ヘッド。
23. 13乃至 21の何れか一に記載の光記録ヘッドと、
前記光記録ヘッドを制御する制御部と、
記録媒体と、を有することを特徴とする光記録装置。
24. 22に記載の光磁気記録ヘッドと、
前記光磁気記録ヘッドを制御する制御部と、
記録媒体と、を有することを特徴とする光記録装置。
発明の効果
[0022] 本発明によれば、光記録ヘッドは、記録媒体と相対移動するスライダに光導波路が 配設され、この光導波路は記録媒体の面に対向する面について非垂直の光射出角 度を持ち、光源部力もの光を導波して記録媒体面を照射することができる。
よって、導波路の出射面を傾けることで導波路の入射端の位置をスライダの記録媒 体の面に対向する面以外の面で自由に選ぶことが可能となり、ヘッドの高さを増大さ せることなくファイバーを光導波路に直接結合させたり、極めて小さな空間を設けるだ けで結合させることが可能となる。さらに、光導波路の出射面にプラズモンプローブを 設けると、プラズモンプローブには斜入射の光線が照射されることになり光の増幅を さらに増幅することができる。
[0023] 従って、構成が簡単で薄型化に対応することが可能で、プラズモンプローブを用い た場合には出力の小さな光源を用いても十分効率のよい光記録ヘッド、光磁気記録 ヘッド及びこの光記録ヘッド、光磁気記録ヘッドを用いた光記録装置を提供すること ができる。
図面の簡単な説明
[0024] [図 1]光アシスト式磁気記録装置の概略構成例を示す斜視図である。
[図 2]光アシスト式磁気記録ヘッド周辺の例を示す図である。
[図 3]光アシスト式磁気記録ヘッドを構成する光導波路周辺部の一例を流出端側か ら見た断面図である。
[図 4]図 3の光導波路を横力 見た透視図である。
[図 5]光導波路の具体例 1を流出端側力 見た断面図である。
[図 6]光導波路の具体例 1を横力 見た透視図である。
[図 7]光導波路の具体例 2を流出端側力 見た断面図である。
[図 8]光導波路の具体例 2を横力 見た透視図である。
[図 9]光導波路の具体例 3を流出端側力 見た断面図である。
[図 10]光導波路の具体例 3を横力も見た透視図である。
[図 11]プラズモンプローブの具体例を示す平面図である。
[図 12]光導波路の具体例 1を有するスライダの作製工程を示す断面図である。
[図 13]光導波路の具体例 2におけるコアの形成工程を示す断面図である。
[図 14]コアの屈折率とクラッドの屈折率との屈折率差 Anの関係を示すグラフである。
[図 15]導光手段に光学系を用いた光アシスト式磁気記録ヘッド周辺の例を示す図で ある。
[図 16]導光手段に光学系を用いた場合の光導波路との光結合の例を示す図である
[図 17]半導体レーザーチップを発光源として、直接光導波路の入射面に設けた例を 示す図である。
[図 18]スライダに配設された光導波路の形状の例を示す図である。
[図 19]光磁気記録ヘッドにおける、光ファイバ一と光導波路の構成の例を示す図で ある。
符号の説明
[0025] 1 筐体 2 記録用ディスク (記録媒体）
3 光磁気記録ヘッド
4 サスペンション
5 支軸
6 トラッキング用ァクチユエータ
8 発光源 (半導体レーザー）
9 光源部
10 光記録装置 (ハードディスク装置）
11 スライダ
12A 光導波路
12B 磁気記録素子
12C 磁気再生素子
14 光ファイバ一 (線状導光体）
21a コア
24a クラッド、
30 プラズモンプローブ
発明を実施するための最良の形態
[0026] 以下、本発明に係わる光記録ヘッドに磁気記録素子を有する光アシスト式磁気記 録ヘッドとそれを備えた光記録装置等を図面を参照しつつ説明する。尚、各実施の 形態の相互で同一の部分や相当する部分には同一の符号を付して重複の説明を適 宜省略する。
[0027] 図 1に光アシスト式磁気記録ヘッドを搭載した光記録装置 (例えばノ、ードディスク装 置）の概略構成例を示す。この光記録装置 10は、記録用のディスク (磁気記録媒体） 2と、支軸 5を支点として矢印 Aの方向（トラッキング方向）に回転可能に設けられたサ スペンション 4と、サスペンション 4に取り付けられたトラッキング用ァクチユエータ 6と、 サスペンション 4の先端に取り付けられた光アシスト式磁気記録ヘッド 3 (以下、光磁 気記録ヘッド 3と称する。）と、ディスク 2を矢印 Bの方向に回転させるモータ（図示しな い）と、トラッキング用のァクチユエータ 6やモータ及び記録等を制御する制御部 7を 筐体 1の中に備えており、光磁気記録ヘッド 3がディスク 2の上で浮上しながら相対的 に移動しうるように構成されて 、る。
[0028] 光磁気記録ヘッド 3は、ディスク 2に対する情報記録に光を利用する光磁気記録へ ッドであって、図 2に示す様に、発光源 8から光源部 9に導光するための線状導光体 である光ファイバ一 14、磁気記録媒体 2の上に浮上して相対的に走行するスライダ 1 1とから構成されている。光磁気記録ヘッド 3のスライダ 11の一例を図 3及び図 4に示 す。図 4は、光ファイバ一 14が光導波路に結合される側から見た様子を透視図で示 している。また、図 3は、図 4の矢印 C側から見た様子を断面図で示している。スライダ 11には、ディスク 2の被記録部分を近赤外レーザー光でスポット加熱するための光ァ シスト部である光導波路 12Aと、ディスク 2の被記録部分に対して磁気情報の書き込 みを行う磁気記録部である磁気記録素子 12Bと、ディスク 2に記録されて ヽる磁気情 報の読取を行う磁気再生部である磁気再生素子 12Cと、を備えている。
[0029] 発光源 8となる半導体レーザーは近赤外光源であり、その半導体レーザーから出射 した近赤外波長（近赤外帯域としては、 0. 8 mから 2 m程度であり、具体的には、 レーザー光の波長としては、 1000nm、 1310nm、 1550nm等が挙げられる。）を有 するレーザー光は、導光手段とする光ファイバ一 14で所定の位置 (光源部 9)まで導 光される。光ファイバ一 14を用いることで、容易にスライダ 11の側面への導光が実現 でき、し力も、光ファイバ一 14でスライダ 11の側面へと発光源 8からの光を導くことに より、光磁気記録ヘッド 3が小型で簡素な構成となる。光源部 9から出射した近赤外レ 一ザ一光は、光導波路 12Aに導光され、光導波路 12Aを通って光磁気記録ヘッド 3 から出射する。光導波路 12Aから出射した近赤外レーザー光が微小なスポットとして ディスク 2〖こ照射されると、ディスク 2の照射された部分の温度が一時的に上昇してデ イスク 2の保磁力が低下する。その保磁力の低下した状態の照射された部分に対して 、磁気記録素子 12Bにより磁気情報が書き込まれる。
[0030] 図 4において、ディスク 2の記録領域の流入側力も流出側（図 4 矢印で示す方向） にかけて、磁気再生素子 12C,光導波路 12A、磁気記録部素子 12Bの順に配置さ れているが、配置順はこれに限らない。光導波路 12Aの流出側直後に磁気記録素 子 12Bが位置すればよいので、例えば、光導波路 12A、磁気記録素子 12B、磁気 再生素子 12Cの順に配置してもよい。
[0031] 近赤外レーザーの発光源 8 (図 2)力も射出される光は光ファイバ一 14に取り込まれ 、光導波路 12Aの入射端 9 (光ファイバ一 14の出射端でもある。）まで導光される。導 光された近赤外レーザー光は、コア 21a (例えば Si)、クラッド 24a (例えば SiO )から
2 なる光導波路 12Aを導波して出射端に到達し、ディスク 2の被記録部分を直接照射 することができる。
[0032] この光導波路 12Aのコア 21aは、ディスク 2の被記録部分の面に対向するスライダ 1 1の面に対して、斜め（非垂直）に設けてある。コア 21aを斜め（非垂直）に設けること で、光導波路 12Aに光を導光するための光ファイバ一の取り付けがディスク 2の被記 録面に対して傾けることができる。このため、光ファイバ一 14からの光を導光する光 導波路 12Aの入射端の位置をスライダ底面以外の面で自由に選ぶことができる。さ らに、ヘッドの高さを増大させることなくファイバー 14を光導波路 12Aに直接結合さ せたり、極めて小さな空間を設けるだけで結合させることが可能となる。
光導波路 12Aがディスク 2の被記録面に対向するスライダ 11の面と成す角度は、特 に限定されるものではなぐ近赤外レーザー光の光出力、光ファイバ一の曲げ状態、 光磁気記録ヘッドとして許容される高さ、ディスク 2への記録に要する光の強度等を 考慮して決めれば良い。
[0033] また、光導波路 12Aのコア 21aは、スライダ 11の走行方向に対して略垂直面内で ディスク 2に対向するスライダ 11の面に対して斜めに設けるのが好ま U、。このように することで、光導波路 12Aの前後に上述の磁気記録素子 12B、磁気再生素子 12C を光導波路 12Aに干渉することなく容易に設けることができる。
[0034] また、光導波路 12Aの出射面にプラズモンプローブ 30 (図 3)を設けることで、より 微小な光スポットを形成することができる。近接場光を生じるプラズモンは以降で説明 する金属小片であるプラズモンプローブ 30に斜入射の光線 (好ましくは臨界角以上 の光線)を照射することにより光の振幅をさらに増幅させることができる。プラズモンプ ローブ 30に対して傾いている光導波路 12Aを通ってきた光束を照射することによつ て、ほとんどの光がより大きな増幅に寄与することになり効率のよいプラズモン増幅を 実現できる。 プラズモンプローブ 30を設ける場合の光導波路 12Aをスライダ 11に設ける角度は、 上述の通り、スライダ 11の出射面への光の入射角が全反射するように臨界角以上と することが好ましいとされている。波長が 1. 5 m付近の光束を使う場合、本例では 光導波路 12Aの出射面となるプラズモンプローブが設けられる光学材料としては、ガ ラスのほかシリコンやゲルマニウムなどが考えられる。シリコンやゲルマニウムは屈折 率が 3付近と高ぐ臨界角は 14° 位となる。また、屈折率 1. 5付近のガラスの場合は 、臨界角が 45° 位となる。プラズモンプローブ 30に照射される光束が効率良く増幅 されるには臨界角付近の角度で照射するのがもっとも好ましい。よって、プラズモンプ ローブ 30を設ける場合の光導波路 12Aの光出射角度は、スライダ 11の出射面の法 線からの傾きが 15° 以上 45° 以下とすることが好ましい。
[0035] また、光導波路 12Aのコア 21aをなす材料の使用波長に対する屈折率は 2以上と することが好ましい。光導波路 12Aを高屈折率のコアで構成する場合、コア 21aの周 囲にクラッドを有する場合又は導波する光を透過しない材料とする場合のいずれに おいても、導波する光の損失は、コア 21aを成す材料の屈折率が大きい方が好ましく 、 2以上とするのが効果的であるので好ましい。また、コア 21aの使用波長に対する屈 折率の上限は、使用可能な材料力 制限されると考えられるが、フレネル損失の観 点から 5以下とするのが好まし 、。
[0036] 上述の光導波路に導波する光のスポット径を縮小する機能を有する例を具体例 1 から 3として以下に説明する。
[0037] 図 5及び図 6にスライダ 11の光導波路の具体例 1を示し、図 7及び図 8に光導波路 の具体例 2を示し、図 9及び図 10に光導波路の具体例 3を示す。図 5、図 7及び図 9 は具体例 1から 3を流出端側（つまり、ディスク 2 (図 1)の記録領域の流出側）から見た 様子を断面図でそれぞれ示しており、図 6、図 8及び図 10は具体例 1から 3を図 2で 示すように光ファイバ一 14をスライダ 11に結合する側面力も見た様子を透視図でそ れぞれ示している。
[0038] 具体例 1、 2の光導波路 12Aは、コア 21a (例えば Si)、サブコア 23a (例えば SiON )及びクラッド 24a (例えば SiO )からなる光導波路であり、具体例 3の光導波路 12A
2
は、コア 21a及びクラッド 24aからなる光導波路である。その光導波路の光射出位置 又はその近傍には、図 5から図 10にそれぞれ示す様に、近接場光発生用のブラズモ ンプローブ 30が配置されて!、る。そのプラズモンプローブ 30の具体例を図 11に示 す。
[0039] 図 11において、（A)は三角形の平板状金属薄膜 (材料例:アルミニウム、金、銀等 )からなるプラズモンプローブ 30、 (B)はボウタイ型の平板状金属薄膜 (材料例：アル ミニゥム、金、銀等）からなるプラズモンプローブ 30であり、何れも曲率半径 20nm以 下の頂点 Pを有するアンテナ力もなつている。また、（C)は開口を有する平板状金属 薄膜 (材料例：アルミニウム、金、銀等)からなるプラズモンプローブ 30であり、曲率半 径 20nm以下の頂点 Pを有するアンテナからなって!/、る。これらのプラズモンプローブ 30に光が作用すると、その頂点 P近辺に近接場光が発生して、非常に小さいスポット サイズの光を用いた記録を行うことが可能となる。つまり、光導波路 12Aの光射出位 置又はその近傍にプラズモンプローブ 30を設けることにより局所プラズモンを発生さ せれば、光導波路で形成された光スポットのサイズを小さくすることができ、高密度記 録に有利となる。なおコア 21aの中央にプラズモンプローブ 30の頂点 Pが位置するこ とが好ましぐまた、近赤外波長 1550nmでは、金属薄膜の材料として金を用いるの が好ましい。
[0040] 光アシスト式で超高密度記録を行う場合に必要なスポット径が 20nm程度であり、 光の利用効率を考えると、プラズモンプローブ 30におけるモードフィールド（MFD) は 0. 程度が望ましい。そのままの大きさでは光の入射が困難であるため、スポ ット径を 5 μ m程度力も数 lOOnmまで小さくするスポットサイズ変換を行う必要がある 。光導波路 12Aの具体例 1から 3では、光導波路の一部でスポット径を縮小すること ができるスポットサイズ変 を構成することにより、光入射を容易にするためのスポ ットサイズ変換をおこなう構成として 、る。
[0041] 具体例 1でのコア 21aの幅は、図 6が示す透視図では光入力側力 光出力側にか けて一定になっているが、図 5に示す断面ではサブコア 23a内において光入力側か ら光出力側にかけて徐々に広くなるように変化している。この光導波路径の滑らかな 変化によりモードフィールド径が変換される。つまり、具体例 1における光導波路 12A のコア 21aの幅は、図 5に示すように、光入力側で 0. 以下、光出力側で 0. 3 μ mとなっているが、光入力側ではサブコア 23aにより MFDが 5 μ m程度の光導波路 1 2Aが構成され、その後徐々にコア 21aに光結合してモードフィールド径が小さくなる 。具体例 2では、具体例 2とは逆に、図 8に示す透視図でのコア 21aの膜厚を光出力 側（ブラズモンプローブ 30側）に向けて厚くし、図 7に示す断面では膜厚を変えずに モードフィールド径を調節する構成になっている。このように、光導波路 12Aの光出 力側のモードフィールド径を dとし、光導波路の光入力側のモードフィールド径を Dと したとき、光導波路径を滑らかに変化させることによりモードフィールド径を変換して、 D > dを満たすようにすることが好ま U、。
[0042] 光導波路のコアの先端を徐々に細く（又は薄く）なるようにしておくと、光導波路のコ ァを伝搬してきた光力 Sスポットサイズ変換用光導波路のコア部分にさし力かると、光が クラッドへ漏れ出す量が多くなり、光の電界分布が広がることになる。その結果、スポ ットサイズが大きくなる。しかしながら、光導波路のコアの幅を極端に細く又は厚みを 薄くすると、光導波路として伝搬モードが存在出来ない状態、すなわちカットオフ状 態となる。この時、光はサブコア（SiON)及びクラッド（SiO )で構成された光導波路
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と結合し、大きな光スポットを形成することが出来る。これは、小さい光スポットを拡大 する方向での説明である力 光の逆進性により上記のように拡大された光スポットと同 じ形状の光を入射させれば、光スポットを縮小することが出来る。尚、細く又は薄くす る方向が一方向であっても、光スポットを 2次元的に拡大 (縮小)することが出来る。
[0043] 具体例 3でのコア 21aの幅は、図 9、図 10に示すように、両方向の断面において光 入力側から光出力側にかけて徐々に細くなるように変化している。つまり、具体例 3に おける光導波路 12Aのコア 21aの幅は、図 9に示すように、光入力側で 5 /ζ πι、光出 力側で 0. 3 mとなっている。この光導波路 12Aの滑らかな変化により、モードフィ 一ルド径が変換される。このように、光導波路 12Aのコア 21aを徐々に太く（又は厚く )なるようにすると、その形状に依存して光スポットは拡大する。光の逆進性により上 記のように拡大された光スポットと同じ形状の光を入射させれば、光スポットを縮小す ることが出来る。
[0044] 光導波路 12Aが設けられるスライダ 11の厚みは、現状では、 0. 6mm程度とされて いるが、今後より一層小型化が要望されることで更に短く 0. 2mm程度となると予想で きる。スライダ 11の厚みが薄くなるに従い光導波路 12Aを短くすると、光導波路 12A により光スポットを縮小するに際しての光エネルギー損失が大きくなる。例えば、導波 路 12Aを構成するコアの使用波長に対する屈折率を 1. 5 (例えば、石英を材料とす る。）、光スポットサイズ変翻による縮小率を 1Z5とすると光エネルギー損失は、 30 %程度となる。これに対してコア 21aの使用波長に対する屈折率を 2以上とすると、光 エネルギー損失を 30%以下とすることができるので好ましい。また、コア 2 laの使用 波長に対する屈折率の上限は、使用可能な材料力 制限されると考えられるが、フレ ネル損失の観点から 5以下とするのが好ましい。
[0045] 上記の具体例 1から 3では、光導波路 12Aをコア 21aとクラッド 24aとを持つ構成とし ているが、例えば、具体例 3におけるクラッドを有していない光導波路を構成すること ができる。この場合、コアの周囲は光を通さない部材とする。この構成の場合、コアか らなる光導波路の外側の部材との界面で反射しながら光が導波される。光が導波さ れる際、界面において外周の部材が光エネルギーを取り込んでしまうため光ェネル ギ一の損失が生じる。この時、光エネルギーの損失を少なくするためには、コアの屈 折率が大きいことが好ましい。また、コアのみで光スポットサイズ変翻を構成するこ とができる。この場合も、上記と同じように光スポットを縮小して光導波路の長さを短く する場合、光エネルギー損失が大きくなる。この損失を抑えるためにコアの使用波長 に対する屈折率を 2以上とすることが好ましい。また、コアの使用波長に対する屈折 率の上限は、使用可能な材料力 制限されると考えられるが、フレネル損失の観点か ら 5以下とするのが好まし 、。
[0046] また、スポットサイズ変換の長さは、 0. 2mm以上であることが好ましい。スポットサイ ズ変換を急激に行うと漏れ光が発生し、この過剰損失を低減するには 0. 2mm以上 の長さが必要となるからである。尚、具体例 1から 3におけるスポットサイズ変^^の長 さは、コア 21aの幅が光入射側力 光出力側にかけて徐々に変化している部分の長 さ相当し、具体例 1及び 2ではサブコア 23aの長さに相当する。光導波路 12Aを斜め に設けることで、スライダ 11の厚みを増加させることなぐ光導波路 12Aを長くするこ とができ、スポットサイズ変 の長さも長くすることができる。従って、光導波路 12A を斜めに設けることは、光導波路 12Aに入射する光を効率良く利用することができる [0047] 次に、具体例 1の光導波路 12Aを有するスライダ 11の作製方法を図 12の工程図を 用いて説明する。図 12 (A)に示す様に、基板 19 (材料: AlTiC等）に磁気再生素子 12Cを作製した後、平坦ィ匕する。（B)に示す様に CVD法（CHEMICAL VAPOR DEPOSITION)を用いて SiO層 20を 3 μ m成膜し、続いて Si層 21を 300nm成
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膜する。その上にレジストを塗布し、（C)に示すように、電子ビームリソグラフィー（或 いは露光によるフォトリソグラフィー）によりコア形状をパターユングしてレジストパター ン 22を形成する。このときコア形状が所望のテーパ形状となるようにレジストパターン を形成する。 RIE法 (REACTIVE ION ETCHING)を用いて Si層 21をカ卩ェし、（ D)に示すようにコア 21aを形成する。 (E)に示す様に CVD法を用いて SiON層 23を 3 μ m積層する。フォトリソグラフィー工程で SiON23を 3 μ m幅に加工し、（F)に示す ようにサブコア 23a形成する。 (G)に示すように、 CVDを用いて SiO層 24を 5 m成
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膜した後、平坦化し、磁気記録素子 12Bを作製する。この後、ディスク 2と対畤する面 に対して、浮上特性向上のための空気ベアリング面（以下、 ABSと称する)加工を行 う。（H)に示す様に、ダイシング、ミリング等の加工方法により、スライダ形状に切断加 ェする。クラッド 24aは SiO層 20と SiO層 24とで構成される。尚、基板 19は AlTiC
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力らなって!/、るがシリコンからなるものを用いてもよ！、。
[0048] 具体例 2の光導波路 12Aを有するスライダ 11を作製する場合には、図 12 (D)での コア 21aの形成後（図 13 (A) )、図 13 (B)に示すようにドライエッチング装置での斜め エッチングを行うことによりテーパ形状を形成し、図 12 (F)でのサブコア 23aの形成 後、図 13 (C)に示す様に SiO層 24を成膜してクラッド 24aを構成する（図 13 (C)中
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のサブコア 23aは省略する。 )0具体例 3の光導波路 12Aを有するスライダ 11を作製 する場合には、具体例 2における斜めエッチングとは逆の方向からの斜めエッチング を行えばよい。
[0049] 上記の様に、光導波路 12Aのコア材料が使用波長に対する屈折率が 2以上である シリコンであり、光導波路 12Aの使用波長が近赤外波長であることが好ましい。いろ いろな高屈折率材料が一般的に知られており、その高屈折率材料を使用すること〖こ より、紫外線から可視光、近赤外光まで様々な波長に対応することができ、レーザー や光導波路 12Aの部材の選択肢が広がる。しかし、一般に高屈折率材料はドライエ ツチング装置で加工してもエッチング速度が遅ぐレジストとの選択比も取り難ぐ性 能の良い微細構造を形成するためには困難が伴う。例えば、 GaAs、 GaN等の材料 では可視光を用いることは出来るが、加工が困難である。シリコンは半導体プロセス の一般的材料であり、その加工方法が確立されているため、比較的簡単に加工を行 うことが出来る。従って、シリコンを光導波路のコア材料として用いるのが好ましい。伹 し、シリコンを光導波路のコア材料として用いると、可視光を使用することができない ので、光導波路に使用する光としては近赤外光を用いるのが好ましい。つまり、使用 波長として近赤外波長（1000nm、 1310nm、 1550nm等が挙げられる。）の発光源 を用いれば、実績のあるシリコンをコア材料として用いることが出来るため、加工性が 向上して有利になる。
[0050] シリコンは屈折率が石英に比べてはるかに高いので、シリコンを光導波路のコア材 料として用いることにより、コアとクラッドとの屈折率差 Δ ηを大きくすることができ、単 純な構成で微小スポット（つまり高エネルギー密度）を得ることが可能となる。例えば、 上記のようにコアをシリコンで構成しクラッドを SiOで構成することにより、屈折率差 Δ
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nを大きくすることができ、スポット径を 1 μ m以下、 0. 5 m程度まで小さくすることが できる。尚、コア材料が石英の光導波路で得られるスポット径は 10 m程度である。
[0051] コアとクラッドとの屈折率差 Δ ηは、コアの屈折率 (ここではシリコン等）を nlとし、クラ ッドの屈折率 (ここでは SiO等）を n2とすると以下の式（1)で定義される。
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[0052] Δ (%) = (nl2-n22) / (2-nl2) X 100· · · · (1)
図 14に、コアの屈折率と屈折率差 Δ ηとの関係（クラッドの屈折率： 1. 456の場合)を グラフで示す。尚、 SiOの屈折率は 1. 456、 SiONの屈折率は 1. 5、 Siの屈折率は
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3. 5である。
[0053] 光導波路にお!、てコアとクラッドとの屈折率差 Δ nは 20%以上であることが望まし 、 。屈折率差 Δ ηが 20%以上となると高屈折率差の光導波路を用いることにより、単純 な構成で微小なスポットを得ることが可能となる。基本モードのビーム径が 1 μ m以下 になるので、屈折率差 Δ ηは 20%以上必要である。また、屈折率差 Δ ηは 50%以下 である。なぜなら、コアの屈折率をいくら高くしても屈折率差 Δ ηの式（1)は 50%に漸 近するだけだ力もである。
[0054] 前述したようにシリコンは近赤外波長用として有効なコア材料である力 加工上のメ リットを要しない場合には、コア材料として他の屈折率が 2以上の高屈折率材料を用 いることにより、紫外光から可視光、近赤外光まで広い波長域で微小スポットの効果 を得ることが出来る。シリコン以外の高屈折率材料 (屈折率:波長域)の例としては、 ダイヤモンド（2. 4 :可視全域）、 III— V族半導体: AlGaAs (3. 5 :近赤外〜赤）、 Ga N (2. 6 :緑、青）、 GaAs (3. 58 :赤、橙、青）、 GaP (3. 29 :赤、黄、緑）、 AlGalnP ( 3. 5 :橙、黄、緑)、 II VI族半導体: ZnSe (2. 4 :青）が挙げられる。また、シリコン以 外の高屈折率材料の加工方法の例としては、ダイヤモンドでは、 Oガスによるドライ
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エッチングが挙げられ、 GaAs系、 GaP系、 ZnSe、 GaN系では、 C1系ガス又はメタン
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水素を用いた ICPエッチング装置でのドライエッチング加工が挙げられる。
[0055] また前述したように、ハードディスク装置等のディスク装置では、高容量化の要請か ら複数枚の記録用ディスクを用いることが一般的である。その場合、光磁気記録へッ ドはその隙間に入って動くことが可能となる薄さが必須要件となっている。記録用ディ スクを複数枚使用しな ヽ場合でも、小型のハードディスク装置等では筐体の壁とディ スクとの間が狭くなつており、同様に光磁気記録ヘッドは薄くする必要がある。その空 間はおおよそ lmm程度である。
[0056] 前述した光磁気記録ヘッド 3では、スポットサイズ変換器を用いることにより、光出力 側のスポットと比較して、光入力側の光スポットを大きくしている。これにより、微小な 光スポットを得ることができることに加えて、スライダと導光手段である光ファイバ一と に必要とされる取り付け精度も光入力側の光スポットが大きいため緩くなり、組み立て 時に有利となる。
[0057] 以上のことから、光導波路 12Aの光出力側のモードフィールド径を dとし、光導波路 12Aの光入力側のモードフィールド径を Dとしたとき、光導波路径を滑らかに変化さ せることによりモードフィールド径を変換して D>dを満たすことが望ましい。例えば、 具体例 1の場合、 ϋ = 5 ^ πι, d=0. 3 /z mである（図 5)。光導波路径を滑らかに変 化させることによりモードフィールド径を変換して、光導波路 12Aの光入力側のモー ドフィールド径よりも光導波路 12Aの光出力側のモードフィールド径が小さくなるよう にする構成により、小さな光スポットを得ることが可能になる。そして、光スポットサイズ 力 、さくなることにより、記録の高密度化が可能になる。倍率の上限に関しては、作製 時の原理的な問題 (広げることができる最大光スポットサイズの限界と、作ることので きる最も小さい光スポットサイズの限界）と、倍率の実用上必要とされる値 (光出力側 サイズ: 0. 25 ^ m,光入力側サイズ： 10 m)と、力も 40倍程度と規定するのがこと ができる。従って、モードフィールド径カ Od>D>dを満たすことが更に望ましい。
[0058] また、光磁気記録ヘッド 3の最大高さが、ディスクと部材 (例えば、ディスク及びスラ イダを収容する筐体、記録用の第 2のディスク等)との間の距離より小さいことが望ま しい。図 1に示す光記録装置 10では、ディスク 2に情報を書き込むために光導波路を 有し、且つ、ディスク 2の上で浮上しながら相対的に移動するスライダ 11 (図 2等）と導 光手段である光ファイバ一 14と、を合わせた光磁気記録ヘッド 3の最大高さが、スラ イダ 11の移動経路を覆うように配置された筐体 1とディスク 2との間の距離より小さぐ または隣り合って位置する第 2のディスク間の距離より小さい構成とすることができる。 この構成により、光記録装置 10の小型化を達成することができる。
[0059] 前述した光磁気記録ヘッド 3は、ディスク 2に対する情報記録に光を利用する光ァ シスト式磁気記録ヘッドであるが、記録媒体に対する情報記録に光を利用する光記 録ヘッドであって、記録媒体の上で浮上しながら相対的に移動するスライダを有し、 そのスライダにコアの屈折率が 2以上の光導波路 12Aを有するものであれば、光ァシ スト式磁気記録ヘッドに限らない。例えば、近接場光記録、相変化記録等の記録を 行う光記録ヘッドにおいても、上述の特徴のある光導波路を用いることにより同様の 効果を得ることが可能である。こうした光記録ヘッドは、磁気を利用しない光記録を行 う構成となっており、磁気再生部 12Cと磁気記録部 12Bを有しない他は、具体例 1 ( 図 4)で示した光磁気記録ヘッド 3を構成するスライダ 11と同様の構成となって ヽる。 尚、前述したプラズモンプローブ 30を光導波路 12Aの光出射位置又はその近傍に 配置してもよい。このような光記録ヘッドを図 1に示す光磁気記録ヘッド 3と置き換え た光記録装置 10とすることができる。
[0060] 図 2において、スライダ 11に有する光導波路に発光源 8からの光を光源部 9に導光 する導光手段として光ファイバ一 14を用いている。この場合、光ファイバ一 14と光導 波路との接続は、光ファイバ一の可とう性を利用して、光導波路と光ファイバ一との軸 が同じとなるようにスライダ 11の側面に対して斜めに取り付けることができる。例えば 、筐体の壁とディスクとの間又はディスク同士の間の空間が lmmと想定した場合、光 導波路を有するスライダ 11の厚みは、 0. 4mm程度とすることができることから、光フ アイバー 14を緩やかに曲げてスライダ 11に斜めに取り付けても、十分に lmmの空間 内に収めることが可能である。
[0061] また、発光源 8からの光を光源部 9に導光する導光手段として光ファイバ一 14に代 わって、図 15に示す様な、レンズ等の導光光学系 7 (発光源 8を含む)を用いることが できる。レンズ等の光学系を用いる場合、スライダ 11と一体ではない導光光学系 7を 用いて光導波路の入射面に光束を集光させるのが好ましい。具体的には、光磁気記 録ヘッド 3の移動に常に追随して光導波路の入射端面に光束を集光するように、導 光光学系 7に、例えば、図示しない光の出射角度と集光位置 (フォーカス)調整を行う ァクチユエータを設けてこれらの制御を行う、或いは、この導光光学系 7と光磁気記 録ヘッド 3を支持するサスペンションとの間にリンク機構を設けて光の出射角度と集光 位置 (フォーカス)調整を行うことで対応することができる。この場合、光導波路 12A の入射部分に図 16に示す様にスライダ 11に反射面 32を設けるのが好ま 、。このよ うにすることで、上述の導光光学系 7の光軸をディスク 2の被記録面に対して平行とす ることができる。よって、筐体の壁とディスクとの間又はディスク同士の間といった導光 手段に許容される空間が狭い場合に対応することができる。
[0062] また、図 17に示すように、スライダ 11において、発光源 8、例えば、半導体レーザー のチップを、その発光部が光導波路 21Aのコア 21aの入射面に光結合するように直 接貼り付けるようにすることができる。
[0063] これまで説明したスライダ 11に配設された光導波路 12Aの形状は、直線としている 力 図 18 (a)、（b)で示すよう、スライダ 11の底面の光束射出面で記録媒体の面に対 して傾き、この光束出射面と光束入射面との間が緩く曲がっている形としても良い。
[0064] また、光磁気記録ヘッド 3の高さを lmm程度とした場合には、図 19 (a)、 (b)に示 すようにファイバー 14の端面を斜めにカットし、カット面の全反射を利用して光束を折 り曲げ、光導波路 12Aに結合させてもよい。また、これらのスライダ 11に配設された 光導波路 12Aは、スポットサイズ変換構造を含んでいても良い。

Claims

請求の範囲
[1] 記録媒体に光による情報記録を行う光記録ヘッドにぉ 、て、
光を射出する光源部と、
記録媒体と相対的に移動するスライダと、
前記スライダに配設され、前記光源部からの光を導波して前記記録媒体の面を照射 するものであって、前記スライダの前記記録媒体の面に対向する面について非垂直 の光出射角度を持つ光導波路と、
を有することを特徴とする光記録ヘッド。
[2] 前記光導波路は、使用波長に対する屈折率が 2以上の材料で構成されていることを 特徴とする請求の範囲第 1項に記載の光記録ヘッド。
[3] 前記光導波路は、入射する前記光源部からの光スポット径に対して出射する光スポ ット径を小さくして前記記録媒体に照射することを特徴とする請求の範囲第 1項又は 第 2項に記載の光記録ヘッド。
[4] 前記光源部は、光源からの光を前記光導波路に導くための線状導光体を備えている ことを特徴とする請求の範囲第 1項乃至第 3項の何れか一項に記載の光記録ヘッド。
[5] 前記線状導光体は、スライダの側面力 前記光導波路に接続されていることを特徴と する請求の範囲第 4項に記載の光記録ヘッド。
[6] 前記光源部から出射される光は、波長が近赤外帯域であることを特徴とする請求の 範囲第 1項乃至第 5項の何れか一項に記載の光記録ヘッド。
[7] 前記光導波路の光出射位置に近接場光発生用のプラズモンプローブを有することを 特徴とする請求の範囲第 1項乃至第 6項の何れか一項に記載の光記録ヘッド。
[8] 前記プラズモンプローブが曲率半径 20nm以下の頂点を有するアンテナ又はァパー チヤ力 成ることを特徴とする請求の範囲第 7項に記載の光記録ヘッド。
[9] 前記導波路の光出射角度は、前記スライダの出射面の法線からの傾きが 14° 力 4
5° であることを特徴とする請求の範囲第 1項乃至第 8項の何れか一項に記載の光 記録ヘッド。
[10] 請求の範囲第 1項乃至第 9項の何れか一項に記載の光記録ヘッドと、磁気記録素子 と、を有することを特徴とする光磁気記録ヘッド。
[11] 請求の範囲第 1項乃至第 9項の何れか一項に記載の光記録ヘッドと、 前記光記録ヘッドを制御する制御部と、
記録媒体と、を有することを特徴とする光記録装置。
[12] 請求の範囲第 10項に記載の光磁気記録ヘッドと、
前記光磁気記録ヘッドを制御する制御部と、
記録媒体と、を有することを特徴とする光記録装置。
[13] 記録媒体に光源部からの光による情報記録を行う光記録ヘッドにおいて、
前記記録媒体と相対的に移動するスライダと、
前記スライダに配設され、前記光源部からの光を導波して前記記録媒体の面を照射 するものであって、前記スライダの前記記録媒体の面に対向する面について非垂直 の光出射角度を持つ光導波路と、
を有することを特徴とする光記録ヘッド。
[14] 前記光導波路は、使用波長に対する屈折率が 2以上の材料で構成されていることを 特徴とする請求の範囲第 13項に記載の光記録ヘッド。
[15] 前記光導波路は、入射する前記光源部からの光スポット径に対して出射する光スポ ット径を小さくして前記記録媒体に照射することを特徴とする請求の範囲第 13項又は 第 14項に記載の光記録ヘッド。
[16] 前記光記録ヘッドはさらに、光源部を有し、前記光源部は光源からの光を前記光導 波路に導くための線状導光体を備えていることを特徴とする請求の範囲第 13項乃至 第 15項の何れか一項に記載の光記録ヘッド。
[17] 前記線状導光体は、前記スライダの側面から前記光導波路に接続されていることを 特徴とする請求の範囲第 16項に記載の光記録ヘッド。
[18] 前記光源部から出射され前記光導波路に入射する光は、波長が近赤外帯域である ことを特徴とする請求の範囲第 13項乃至第 17項の何れか一項に記載の光記録へッ ド、。
[19] 前記光導波路の光出射位置に近接場光発生用のプラズモンプローブを有することを 特徴とする請求の範囲第 13項乃至第 18項の何れか一項に記載の光記録ヘッド。
[20] 前記プラズモンプローブが曲率半径 20nm以下の頂点を有するアンテナ又はァパー チヤ力も成ることを特徴とする請求の範囲第 19項に記載の光記録ヘッド。
[21] 前記導波路の光出射角度は、前記スライダの出射面の法線からの傾きが 14° 力 4 5° であることを特徴とする請求の範囲第 13項乃至第 20項の何れか一項に記載の 光，己録ヘッド
[22] 請求の範囲第 13項乃至第 21項の何れか一項に記載の光記録ヘッドと、
磁気記録素子と、を有することを特徴とする光磁気記録ヘッド。
[23] 請求の範囲第 13項乃至第 21項の何れか一項に記載の光記録ヘッドと、
前記光記録ヘッドを制御する制御部と、
記録媒体と、を有することを特徴とする光記録装置。
[24] 請求の範囲第 22項に記載の光磁気記録ヘッドと、
前記光磁気記録ヘッドを制御する制御部と、
記録媒体と、を有することを特徴とする光記録装置。
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