WO2009119250A1

WO2009119250A1 - 集光素子及び熱アシスト磁気記録光ヘッド

Info

Publication number: WO2009119250A1
Application number: PCT/JP2009/053717
Authority: WO
Inventors: 實小原; 聡面谷
Original assignee: 学校法人慶應義塾
Priority date: 2008-03-25
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2009-10-01
Also published as: JPWO2009119250A1

Abstract

　単一な波長で且つ一方向に偏光された光を透過し、スポット光を形成する集光素子（１）において、光を透過する光導波路（１）と、光導波路（１）を透過した光が出射する側に配置され、金属と光透過体からなるヘッド部（３）とを備え、ヘッド部（３）は、光導波路（１）側から反対側まで貫通し、一方向の寸法が光の波長よりも小さい金属微小開口（４）と、金属微小開口（４）に対して一方向の両側に設けられた付属微小開口（５）と、を有することを特徴とする。

Description

集光素子及び熱アシスト磁気記録光ヘッド

　本発明は、微小開口を透過することで発生する近接場光を利用した集光素子及び熱アシスト磁気記録光ヘッドに関する。

　近年、ハードディスクドライブ（以下ＨＤＤとする）、近接場光顕微鏡（ＮＳＯＭ）、レジスト露光又はレーザ加工等の分野では、微小な光スポットの形成が求められている。

　熱アシスト磁気記録の光ヘッドの従来技術として、金属の微小開口から微小スポットの近接場光を得る手法が提案されている。しかし円や長方形といった単純な形状の金属微小開口から得られる近接場光微小スポットはその開口の大きさ程度かそれ以上の大きさであり、非常に小さい近接場光スポットを得ようとすると金属微小開口が小さくなりすぎるため光透過率が減少し、実用上においては光量不足となるという問題があった。

　この問題を解決するために、金属微小開口の形状を、単一の突起を持つC型や、２つの突起を微小な間隔で向かい合わせたI型やBow Tie型と呼ばれるような複雑な形状にした先端部をもつ光ヘッドが提案されている（特許文献１参照）。

　開口の形状をこれらのように突起による微小ギャップを持つ構造とすることで、その開口が比較的大きくてもその突起部分のみで表面プラズモンによる光増強が起こるために、突起間の微小ギャップ部分のみで微小な近接場光スポットが得られる。この微小ギャップが狭いほど、強度が高く微小な近接場光スポットとなる。

　また、金属膜における矩形状の開口とその開口を中心とする円形のスリット有する光アシスト磁気ヘッドが提案されている（特許文献２参照）。開口とスリット内側の壁面までの距離は、表面プラズモンの共鳴波長程度とされている。その金属膜の両面で表面プラズモンが励起され、その表面プラズモンがスリットの内側の壁面で反射され、開口に向けて収束することが必要とされている。

特開２００４－１０９９６５号公報特開２００６－３５１０９１

　しかし、このような微小なギャップを持つ開口を形成するには精度の高い加工方法が必要であり、電子ビームリソグラフィや集光イオンビームといった量産に向かない加工プロセスを使うこととなる。さらに、このプロセスの問題点は、これらの複雑な形状の開口を作成する手段が光素子の出射面に対する電子ビームリソグラフィや集光イオンビームによる掘り込みなどであることである。

　つまり、ウェハから薄膜ヘッドを切り出した後に、その切り出し面に微小開口を掘り込むこととなる。薄膜磁気ヘッドを作成する際に行われる露光によるリソグラフィとは別の方向からのリソグラフィが必要ということである。これらの製造方法は量産に向かない。

　本発明は、上記課題を解決するためのものであって、容易に作成できる構造で、高い光透過率と微小なスポット光の達成を両立させる集光素子を提供することを目的とする。また、薄膜磁気ヘッドの成膜プロセスとリソグラフィプロセスとの整合性が高いプロセスでも作製でき(もちろん集光イオンビームを用いても作製できる)、全体として薄型である金属微小開口による熱アシスト磁気記録光ヘッドを提供する。

　そのために本発明は、単一な波長で且つ一方向に偏光された光を透過し、スポット光を形成する集光素子において、前記光を透過する光導波路と、前記光導波路を透過した光が出射する側に配置され、金属と光透過体からなるヘッド部とを備え、前記ヘッド部は、前記光導波路側から反対側まで貫通し、前記一方向の寸法が前記光の波長よりも小さいスリットと、前記スリットに対して前記一方向の両側に設けられた開口と、を有することを特徴とする。

　また、前記開口は、底を有する穴であることを特徴とする。

　また、前記金属微小開口と前記付属微小開口の間の距離は、前記光の波長の１／４よりも小さいことを特徴とする。

　また、前記スリットは、前記一方向に対して垂直な方向において、出射面に向かって傾斜したテーパ部を有することを特徴とする。

　また、前記金属微小開口は、矩形であることを特徴とする。

　また、前記付属微小開口は、矩形であることを特徴とする。

　また、前記付属微小開口は、前記金属微小開口に対して対称に配置されることを特徴とする。

　また、前記光導波路は、前記金属微小開口側に、高さが前記光導波路より低く、前記金属微小開口より高い段部を有することを特徴とする。

　また、以下の式（１）を満足することを特徴とする。
　　４００ｎｍ≦λ≦１．５５μｍ　　　　　　　　　　　（１）
ただし、λは前記光の波長である。

　また、以下の式（２）を満足することを特徴とする。
　　１≦ｎ≦３．５　　　　　　　　　　　　　　　　　　（２）
ただし、ｎは前記金属微小開口及び前記付属微小開口を構成する材料の屈折率である。

　また、以下の式（３）を満足することを特徴とする。
　　０．０５λ≦Ｈｘ≦０．１７７λ　　　　　　　　　　（３）
ただし、Ｈｘは、前記付属微小開口の幅、
　　　　λは前記光の波長

　さらに、本発明の熱アシスト磁気記録光ヘッドは、記録媒体に記録する記録ヘッドと、前記記録ヘッドよりも記録媒体回転方向の上流側に配置されている集光素子と、を備えたことを特徴とする。

　それによって、本発明は、容易に作成できる構造で、高い光透過率と微小な光スポットを両立させる集光素子を提供することが可能となる。

本実施形態の集光素子の斜視図である。スリットから近接場光が漏れ出し、微小光スポットを形成した状態を示す図である。本実施形態の集光素子の寸法を表す図である。実施例の集光素子１と観測部材１０との関係を示す図である。スリット幅が４００ｎｍの場合のホール幅Ｈｘに対するＦＷＨＭ及びピーク強度の関係を示す実施例１－１のグラフである。スリット幅が３４０ｎｍの場合のホール幅Ｈｘに対するＦＷＨＭ及びピーク強度の関係を示す実施例１－２のグラフである。ホール深さに対するＦＷＨＭ及びピーク強度の関係を示す実施例２のグラフである。スリット幅が４００ｎｍの場合のスリットからホールまでの距離に対するＦＷＨＭ及びピーク強度の関係を示す実施例３－１のグラフである。スリット幅が３４０ｎｍの場合のスリットからホールまでの距離に対するＦＷＨＭ及びピーク強度の関係を示す実施例３－２のグラフである。実施例４の集光素子の寸法を表す図である。実施例４－１の場合のホール幅Ｈｘに対するＦＷＨＭ及びピーク強度の関係を示すグラフである。ホール内部材料の屈折率を変化させた際のホール幅Ｈｘに対するｘ－ＦＷＨＭの関係を示す実施例４－２のグラフである。ホール内部材料の屈折率を変化させた際のホール幅Ｈｘに対するｚ－ＦＷＨＭの関係を示す実施例４－２のグラフである。ホール内部材料の屈折率を変化させた際のホール幅Ｈｘに対するピーク強度の関係を示す実施例４－２のグラフである。幅ｃに対するＦＷＨＭ、及び導波路幅ｃ＝８０ｎｍ(０．０９４１）を基準としたピーク強度の関係を示す実施例５のグラフである。スリットの形状を変更した実施例６の構造を示す図である。図１６に示した実施例６におけるスリット幅に対するＦＷＨＭ及びピーク強度の関係を示すグラフである。集光素子を熱アシスト磁気記録装置に用いた状態を示す図である。

発明を実施するための形態

　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態の集光素子の斜視図である。図１において、１は集光素子、２は光導波路、３はヘッド部、４は金属微小開口としてのスリット、５は付属微小開口としてのホール、Ｌは光、Ｌｚは偏光である。

　集光素子１は、光導波路２及びヘッド部３を有し、図示しない半導体レーザ等の光源から射出する可視光から近赤外線の間の波長をもつレーザ光Ｌを入射させ光導波路２及びヘッド部３を介して近接場光を発生させるものである。なお、レーザ光Ｌとしては単色性の高いコヒーレント光が望ましく、化合物半導体から成る各種半導体レーザ、ＹＡＧレーザ、Ｈｅ－Ｎｅレーザ、Ａｒレーザ等を用いることができる。なお、光の波長λは、以下の式（１）を満足することが好ましい。
　　４００ｎｍ≦λ≦１．５５μｍ　　　　　　　　　　　（１）

　スリット４は光源の前記一方向の偏光方向成分のみを透過するため、光源はほとんど透過しない前記一方向と垂直な偏光方向成分を含んでいてもよい。もしくは、光源と集光素子１との間には、光源からのレーザ光Ｌを図１に示す矢印で示した偏光Ｌｚ方向（ｚ方向）に偏光するための図示しない光学素子が設けられていてもよい。

　スリット４は入射される光を、金属と誘電体の境界を伝播する表面プラズモンポラリトンが２つの境界を波長以下に近づけることで結合するプラズモンモードとして伝播させる必要があるので、光の偏光方向と同一方向の寸法が原理的に波長以下である必要がある。

　光導波路２は光Ｌを透過する透明基体である。透明基体に用いられる材料には、光Ｌの波長が可視光領域であれば、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｔａ₂Ｏ₅、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＡｌＯＮ、ＡｌＮ、ＺｎＳ、ＭｇＦ、ＴａＯ、ポリカーボネート、アクリル等を利用できる。更に、透明基体での反射を軽減するために光源波長に対応した単層又は多層の誘電体の反射防止膜を付加してもよい。

　光導波路２を透過した光Ｌの出射側にヘッド部３が配置されている。ヘッド部３は、複素誘電率の実部が負のプラズモン活性媒質からなり、導電率の高い金、銀、銅、アルミ等の金属により形成され、略中央にスリット４を有し、スリット４に対してｚ方向の両側にホール５を有する。なお、ホール５はスリット４に対して対称に配置されるのが好ましい。

　スリット４及びホール５は、透明材料や空気等の誘電体で満たされている。スリット４及びホール５を構成する材料の屈折率ｎは、以下の式（２）を満足することが好ましい。
　　１≦ｎ≦３．５　　　　　　　　　　　　　　　　　　（２）

　更に、ヘッド部３の出射側の面には保護層としての誘電体膜を付加してもよい。

　このような構造の集光素子１に対して、光導波路２からレーザ光Ｌをヘッド部３に照射することで、図２に示すように、スリット４から近接場光が漏れ出し、微小光スポットＬｓが形成される。

　また、ホール５をスリット４に対してｚ方向の両側に設けることで、スリット４とホール５の間の部分が鋭端化され、電界強度が増強され、光スポットのピーク光強度が増加されると共に、ホール５に不要な光が流れ込むことで、スポット径を減少させることが可能となる。

　さらに、本発明にかかる実施形態では、スリット４からホール５までの距離ｔは、波長８５０ｎｍのレーザ光Ｌを利用したときには表面プラズモンの共鳴波長よりも十分小さい１５ｎｍ～１００ｎｍ（０．０１７６λ～０．１１８λ）に設定すると好ましい。

　表面プラズモンの共鳴波長よりも十分小さいので、その距離ｔの金属表面上を伝播し、反射する表面プラズモンポラリトン生成に起因する正電荷の最大の局在状態と負電荷の最小の局在状態が両方同時には存在し得ず反射による影響は極めて小さい。むしろ局在表面プラズモンによる光局在効果が優位に働き増強された微小光スポットを形成することを特徴としているため、原理的に特許文献２と全く異なる。

　距離ｔの下限に関して、距離ｔが金属の表皮厚さ程度より小さくなっていくとスリット４を伝播する光の一部が、スリット４とホール５を隔てる厚さｔの金属から漏れてしまうので、スリット４を通して伝播される光が減少してしまう。そのため距離ｔは金属の表皮厚さに比べて極端に薄くないことが好ましい。一例として金の表皮厚さは可視光波長において概ね１５ｎｍ程度である。

　次に、実施例について説明する。図３は、集光素子１の寸法を表す図である。ヘッド部３は、偏光Ｌｚ方向に対して垂直な方向（ｘ方向）にＸ、ｚ方向にＺとする。光導波路２は、長さａとする。スリット４は、ｚ方向に細長い高さＳｚ、ｘ方向に幅Ｓｘを有し、ｙ方向の長さをＳｙとする。また、ホール５は、ｘ方向に幅Ｈｘ、ｙ方向に深さＨｙ、ｚ方向に高さＨｚ、とする。また、スリット４とホール５との間隔は、ｔとする。

　図４は、実施例の集光素子１と観測部材１０との関係を示す図である。観測部材１０は磁気記録における磁気記録層を含む記録媒体である。本実施例は、金基板１１の上方に磁気記録層としてのコバルト層１２を有する観測部材１０を用い、集光素子１と観測部材１０との間を距離ｄだけ離間させた状態で波長λ＝８５０ｎｍのレーザ光Ｌを照射し、観測部材１０でのスポット光の半値幅（ＦＷＨＭ）及びピーク強度を観測する。

　図５乃至図９、図１１及び図１７は各実施例でのピーク光強度、ｘ方向の半値幅（ＦＷＨＭ）及びｚ方向の半値幅（ＦＷＨＭ）を示したものである。各グラフ中、◆はピーク光強度、■はｘ方向のＦＷＨＭ、▲はｚ方向のＦＷＨＭをそれぞれ示している。なお、光強度は電界の二乗に比例する値である。

　まず、実施例１－１について説明する。図５は、スリット幅Ｓｘが４００ｎｍ（０．４７１λ）の場合のホール幅Ｈｘに対するＦＷＨＭ及びピーク強度の関係を示すグラフである。図５（ａ）は、ＦＷＨＭをｎｍ単位で表したグラフ、図５（ｂ）は、ＦＷＨＭをλで規格化したグラフである。実施例１－１では、ホール幅Ｈｘを変化させ、コバルト層内でのスポット光のＦＷＨＭ及びピーク強度を観測した。各寸法は、以下の表１に示す。

　表１－１
　　Ｘ＝５００ｎｍ（０．５８８λ）
　　Ｚ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）
　　ａ＝約１０μｍ～約１ｍｍ（約１１．８λ～約１１８０λ）
　　ｂ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）
　　Ｓｘ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）
　　Ｓｙ＝２６０ｎｍ（０．３０６λ）
　　Ｓｚ＝２０ｎｍ（０．０２３５λ）
　　Ｈｘ＝変化
　　Ｈｙ＝１４０ｎｍ（０．１６５λ）
　　Ｈｚ＝６０ｎｍ（０．０７０６λ）
　　ｔ＝３０ｎｍ（０．０３５３λ）
　　ｄ＝１５ｎｍ（０．０１７７λ）

　図５に示すように、Ｈｘが０に近い場合、又は、Ｈｘがヘッド部３の幅Ｘ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）に近い場合と比較して、Ｈｘ＝１２０ｎｍ（０．１４１λ）に近づくにつれて、ｘ方向のＦＷＨＭ及びｚ方向のＦＷＨＭは小さくなり、ピーク強度は大きくなることがわかる。なお、Ｈｘ＝１２０ｎｍ（０．１４１λ）の時にｘ方向のＦＷＨＭは５５ｎｍ（０．０５６λ）、ｚ方向のＦＷＨＭは１１５ｎｍ（０．１６４λ）、ピーク強度は０．１３９［Ｖ／ｍ］²であった。

　このように、ホール５を設けることにより、高い光透過率と微小な光スポットを両立させることができる。また、Ｈｘ＝１００ｎｍ～１５０ｎｍ（０．１１８λ～０．１７７λ）とすると、より好ましい。

　次に、実施例１－２について説明する。図６は、スリット幅Ｓｘが３４０ｎｍ（０．４λ）の場合のホール幅Ｈｘに対するＦＷＨＭ及びピーク強度の関係をλで規格化したグラフである。実施例１－２では、ホール幅Ｈｘを変化させ、コバルト層内でのスポット光のＦＷＨＭ及びピーク強度を観測した。各寸法は、以下の表１に示す。

　表１－２
　　Ｘ＝５００ｎｍ（０．５８８λ）
　　Ｚ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）
　　ａ＝約１０μｍ～約１ｍｍ（約１１．８λ～約１１８０λ）
　　ｂ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）
　　Ｓｘ＝３４０ｎｍ（０．４λ）
　　Ｓｙ＝２６０ｎｍ（０．３０６λ）
　　Ｓｚ＝２０ｎｍ（０．０２３５λ）
　　Ｈｘ＝変化
　　Ｈｙ＝１４０ｎｍ（０．１６５λ）
　　Ｈｚ＝６０ｎｍ（０．０７０６λ）
　　ｔ＝２０ｎｍ（０．０２３５λ）
　　ｄ＝１５ｎｍ（０．０１７７λ）

　図６に示すように、Ｈｘが０に近い場合、又は、Ｈｘがヘッド部３の幅Ｘ＝３４０ｎｍ（０．４λ）に近い場合と比較して、Ｈｘ＝８０ｎｍ（０．０９４１λ）に近づくにつれて、ｘ方向のＦＷＨＭ及びｚ方向のＦＷＨＭは小さくなり、ピーク強度は大きくなることがわかる。なお、Ｈｘ＝８０ｎｍ（０．０９４１λ）の時にｘ方向のＦＷＨＭは４６ｎｍ（０．０５４１λ）、ｚ方向のＦＷＨＭは８２ｎｍ（０．０９６５λ）、ピーク強度はホール５がない場合に比べて４．８７倍であった。

　このように、ホール５を設けることにより、高い光透過率と微小な光スポットを両立させることができる。また、Ｈｘ＝０．０６λ～０．１６λとすると、より好ましい。

　次に、実施例２について説明する。図７は、ホール深さＨｙに対するＦＷＨＭ及びピーク強度の関係を示すグラフである。図７（ａ）は、ＦＷＨＭをｎｍ単位で表したグラフ、図７（ｂ）は、ＦＷＨＭをλで規格化したグラフである。実施例２では、ホール深さＨｙを変化させ、コバルト層内でのスポット光のＦＷＨＭ及びピーク強度を観測した。各寸法は、以下の表２に示す。

　表２
　　Ｘ＝５００ｎｍ（０．５８８λ）
　　Ｚ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）
　　ａ＝約１０μｍ (約１１．８λ）
　　ｂ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）
　　Ｓｘ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）
　　Ｓｙ＝２６０ｎｍ（０．３０６λ）
　　Ｓｚ＝２０ｎｍ（０．０２３５λ）
　　Ｈｘ＝９０ｎｍ（０．１０６λ）
　　Ｈｙ＝変化
　　Ｈｚ＝６０ｎｍ（０．０７０６λ）
　　ｔ＝３０ｎｍ（０．０３５３λ）
　　ｄ＝１５ｎｍ（０．０１７７λ）

　図７に示すように、Ｈｙが０に近い場合と比較して、Ｈｙ＝５０ｎｍ（０．０５８８λ）より大きくなると、ｘ方向のＦＷＨＭ及びｚ方向のＦＷＨＭは小さくなり、ピーク強度は大きくなることがわかる。なお、Ｈｙは、底を有する穴である場合でも、Ｈｙが光導波路２に貫通した場合でも、好結果を得ていることもわかる。

　次に、実施例３－１について説明する。図８は、スリット４からホール５までの距離ｔに対するＦＷＨＭ及びピーク強度の関係を示すグラフである。図８（ａ）は、ＦＷＨＭをｎｍ単位で表したグラフ、図８（ｂ）は、ＦＷＨＭをλで規格化したグラフである。実施例３－１では、スリット４からホール５までの距離ｔを変化させ、コバルト層内でのスポット光のＦＷＨＭ及びピーク強度を観測した。各寸法は、以下の表３－１に示す。

　表３－１
　　Ｘ＝５００ｎｍ（０．５８８λ）
　　Ｚ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）
　　ａ＝約１０μｍ（約１１．８λ）
　　ｂ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）
　　Ｓｘ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）
　　Ｓｙ＝２６０ｎｍ（０．３０６λ）
　　Ｓｚ＝２０ｎｍ（０．０２３５λ）
　　Ｈｘ＝９０ｎｍ（０．１０６λ）
　　Ｈｙ＝１４０ｎｍ（０．１６５λ）
　　Ｈｚ＝６０ｎｍ（０．０７０６λ）
　　ｔ＝変化
　　ｄ＝１５ｎｍ（０．０１７７λ）

　図８に示すように、距離ｔが約３０ｎｍ（０．０３５３λ）から約５０ｎｍ（０．０５８８λ）の間をピークに、距離ｔが小さくなるにつれてピーク強度が小さくなり、距離ｔが大きくなるにつれてピーク強度が小さくなる。また、距離ｔが大きくなるにつれてｘ方向のＦＷＨＭ及びｚ方向のＦＷＨＭが共に大きくなる。

　このように、距離ｔは２０ｎｍ～１００ｎｍ（０．０２３５λ～０．１１８λ）に設定すると、高い光透過率と微小な光スポットを両立させることができ、好ましい。さらに、距離ｔは３０ｎｍ～５０ｎｍ（０．０３５３λ～０．０５８８λ）に設定するとより好ましい。

　次に、実施例３－２について説明する。図９は、スリット４からホール５までの距離ｔに対するＦＷＨＭ及びピーク強度の関係を示すグラフである。実施例３－２では、スリット４からホール５までの距離ｔを変化させ、コバルト層内でのスポット光のＦＷＨＭ及びピーク強度を観測した。各寸法は、以下の表３－２に示す。

　表３－２
　　Ｘ＝５００ｎｍ（０．５８８λ）
　　Ｚ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）
　　ａ＝約１０μｍ（約１１．８λ）
　　ｂ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）
　　Ｓｘ＝３４０ｎｍ（０．４λ）
　　Ｓｙ＝２６０ｎｍ（０．３０６λ）
　　Ｓｚ＝２０ｎｍ（０．０２３５λ）
　　Ｈｘ＝９０ｎｍ（０．１０６λ）
　　Ｈｙ＝１４０ｎｍ（０．１６５λ）
　　Ｈｚ＝６０ｎｍ（０．０７０６λ）
　　ｔ＝変化
　　ｄ＝１５ｎｍ（０．０１７７λ）

　図９に示すように、距離ｔが約１５ｎｍ（０．０１７６λ）から約３０ｎｍ（０．０３５３λ）の間をピークに、距離ｔが小さくなるにつれてピーク強度が小さくなり、距離ｔが大きくなるにつれてピーク強度が小さくなる。また、距離ｔが大きくなるにつれてｘ方向のＦＷＨＭ及びｚ方向のＦＷＨＭが共に大きくなる。

　このように、距離ｔは１５ｎｍ～１００ｎｍ（０．０１７６λ～０．１１８λ）に設定すると、高い光透過率と微小な光スポットを両立させることができ、好ましい。さらに、距離ｔは１５ｎｍ～３０ｎｍ（０．０１７６λ～０．０３５３λ）に設定するとより好ましい。

　次に、実施例４－１について説明する。図１０は、集光素子１の寸法を表す図である。ヘッド部３は、偏光Ｌｚ方向に対して垂直な方向（ｘ方向）にＸ、ｚ方向にＺとする。光導波路２は、長さａ、ｚ方向に高さｂとする。光導波路２はスリット４への光導入効率を向上させるために、高さｂとＳｚの間の大きさである高さｃの箇所、すなわち、高さが前記光導波路より低く、前記金属微小開口より高い段部２ａを設けてある。スリット４は、ｚ方向に細長い高さＳｚ、ｘ方向に幅Ｓｘを有し、ｙ方向の長さをＳｙとする。また、ホール５は、ｘ方向に幅Ｈｘ、ｙ方向に深さＨｙ、ｚ方向に高さＨｚ、とする。また、スリット４とホール５との間隔は、ｔとする。

　図１１は、ホール幅Ｈｘに対するＦＷＨＭ及びピーク強度の関係を示すグラフである。実施例４－１では、実施例１とスリット幅Ｓｘの寸法及び光導波路２の形状を異ならせて、実施例１と同様にホール幅Ｈｘを変化させ、コバルト層内でのスポット光のＦＷＨＭ及びピーク強度を観測した。各寸法は、以下の表４－１に示す。

　表４－１
　　Ｘ＝５００ｎｍ（０．５８８λ）
　　Ｚ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）
　　ａ＝約１０μｍ（約１１．８λ）
　　ｂ＝２００ｎｍ（０．２３５λ）
　　ｃ＝８０ｎｍ（０．０９４１λ）
　　Ｓｘ＝３４０ｎｍ（０．４λ）
　　Ｓｙ＝２６０ｎｍ（０．３０６λ）
　　Ｓｚ＝２０ｎｍ（０．０２３５λ）
　　Ｈｘ＝変化
　　Ｈｙ＝１４０ｎｍ（０．１６５λ）
　　Ｈｚ＝６０ｎｍ（０．０７０６λ）
　　ｔ＝３０ｎｍ（０．０３５３λ）
　　ｄ＝１５ｎｍ（０．０１７７λ）

　図１１に示すように、ホール幅Ｈｘが０に近い場合、又は、ホール幅Ｈｘがヘッド部３の幅Ｘ＝４００ｎｍに近い場合と比較して、ホール幅Ｈｘ＝約９０ｎｍ～１５０ｎｍの間で、ｘ方向のＦＷＨＭ及びｚ方向のＦＷＨＭは小さくなり、ピーク強度は大きくなることがわかる。なお、ホール幅Ｈｘ＝９０ｎｍの時にｘ方向のＦＷＨＭは４７．５ｎｍ、ｚ方向のＦＷＨＭは１０５ｎｍ、効率６５％であった。また、ピーク強度の最大値は約０．８０６［Ｖ／ｍ］²であり、ホール５のない場合と比較して約２．５倍の強度が得られた。

　このように、ホール幅Ｈｘは５０ｎｍ～２５０ｎｍに設定すると、高い光透過率と微小な光スポットを両立させることができ、好ましい。さらに、ホール幅Ｈｘは７０ｎｍ～１３０ｎｍに設定するとより好ましい。

　次に、実施例４－２について説明する。図１２及び図１３は、ホール内部材料の屈折率を変化させた際のホール幅Ｈｘに対するｘ－ＦＷＨＭおよびｚ－ＦＷＨＭの関係を示すグラフである。図１４は、ホール内部材料の屈折率を変化させた際のホール幅Ｈｘに対するピーク強度の関係を示すグラフである。実施例４－２では、実施例１とスリット幅Ｓｘの寸法及び光導波路２の形状を異ならせて、実施例１と同様にホール幅Ｈｘを変化させ、コバルト層内でのスポット光のＦＷＨＭ及びピーク強度を観測した。各寸法とホール内部材料の屈折率ｎは、以下の表４－２に示す。

　表４－２
　　Ｘ＝５００ｎｍ（０．５８８λ）
　　Ｚ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）
　　ａ＝約１０μｍ（約１１．８λ）
　　ｂ＝２００ｎｍ（０．２３５λ）
　　ｃ＝８０ｎｍ（０．０９４１λ）
　　Ｓｘ＝３４０ｎｍ（０．４λ）
　　Ｓｙ＝２６０ｎｍ（０．３０６λ）
　　Ｓｚ＝２０ｎｍ（０．０２３５λ）
　　Ｈｘ＝変化
　　Ｈｙ＝１４０ｎｍ（０．１６５λ）
　　Ｈｚ＝６０ｎｍ（０．０７０６λ）
　　ｔ＝２０ｎｍ（０．０２３５λ）
　　ｄ＝１５ｎｍ（０．０１７７λ）
　　ｎ＝１，１．７５，２．１，３．６６１１＋０．００４ｉ

　図１２に示すように、ｘ方向ＦＷＨＭの極小値を与えるＨｘは屈折率が大きいほど小さくなる。しかし、ｘ方向のＦＷＨＭの最小値は屈折率２．１の材料をホール内部材料として用いた際に得られた。図１３に示すようにｚ方向のＦＷＨＭは、屈折率が３．６６１１と極端に高い場合を除いてＨｘが０．０５λ以上のときに小さい値が得られる。

　図１４に示すように、各屈折率におけるピーク強度の極大値は図１２におけるＦＷＨＭの極大値をもたらすＨｘにおいて得られている。もっとも高いピーク強度は屈折率２．１の際のＦＷＨＭの最小値をもたらすＨｘにおいて得られた。

　ホールの幅Ｈｘと屈折率ｎ及び波長λは、ほぼｎ×Ｈｘ＝λ／５の関係にあることが好ましい。したがって、ホール内部材料の屈折率を２．１程度に設定し、ホールの幅Ｈｘが、以下の式（３）を満足すると、高いピーク強度と微小光スポットを両立する上で好ましい。
　　０．０５λ≦Ｈｘ≦０．１７７λ　　　　　　　　　　（３）
ただし、Ｈｘは、付属微小開口の幅、
　　　　λは光の波長
である。

　また、ホール幅Ｈｘを０．１λに設定すると、さらに好ましい。

　次に、実施例５について説明する。図１５は、幅ｃに対するＦＷＨＭ、及び導波路幅ｃ＝８０ｎｍ(０．０９４１）を基準としたピーク強度の関係を示すグラフである。導波路幅ｃを変化させ、コバルト層内でのスポット光のＦＷＨＭ及びピーク強度を観測した。各寸法は以下に示す。

　表５
　　Ｘ＝５００ｎｍ（０．５８８λ）
　　Ｚ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）
　　ａ＝約１０μｍ（約１１．８λ）
　　ｂ＝２００ｎｍ（約０．２３５λ）
　　ｃ＝変化
　　Ｓｘ＝３４０ｎｍ（０．４λ）
　　Ｓｙ＝２６０ｎｍ（０．３０６λ）
　　Ｓｚ＝２０ｎｍ（０．０２３５λ）
　　Ｈｘ＝８０ｎｍ（０．０９４１λ）
　　Ｈｙ＝１４０ｎｍ（０．１６５λ）
　　Ｈｚ＝６０ｎｍ（０．０７０６λ）
　　ｔ＝２０ｎｍ（０．０２３５λ）
　　ｄ＝１５ｎｍ（０．０１７７λ）

　導波路幅ｃ＝８０ｎｍ（０．０９４１λ）を最大値として、ピーク強度は、その前後で減少している。つまり、ｃ＝２００ｎｍ（約０．２３５λ）もしくはｃ＝２０ｎｍ（０．０２３５λ）の場合は、ｃの値はその前もしくは後の導波路幅となるが、その間の値にｃを設定して階段状の構造とすることでピーク光強度を向上させることができる。

　次に、実施例６について説明する。図１６は、スリット４の形状を変更した実施例６の構造を示す図である。実施例６では、スリット４に光導波路２から開口端４ａに向けてスリット幅Ｓｘを小さくするテーパ部４ｂを形成したものである。テーパ部４ｂの角度は４５度である。

　図１７は、実施例６におけるスリット幅に対するＦＷＨＭ及びピーク強度の関係を示すグラフである。実施例６では、スリット幅Ｓｘの開口端４ａの寸法ｅを変化させ、コバルト層内でのスポット光のＦＷＨＭ及びピーク強度を観測した。各寸法は、以下の表６に示す。

　表６
　　Ｘ＝５００ｎｍ（０．５８８λ）
　　Ｚ＝４００ｎｍ（０．４７１λ）
　　ａ＝約１０μｍ（約１１．８λ）
　　ｂ＝２００ｎｍ（０．２３５λ）
　　ｃ＝８０ｎｍ（０．０９４１λ）
　　Ｓｘ＝３４０ｎｍ（０．４λ）
　　Ｓｙ＝２６０ｎｍ（０．３０６λ）
　　Ｓｚ＝２０ｎｍ（０．０２３５λ）
　　Ｈｘ＝９０ｎｍ（０．１０６λ）
　　Ｈｙ＝１４０ｎｍ（０．１６５λ）
　　Ｈｚ＝６０ｎｍ（０．０７０６λ）
　　ｔ＝３０ｎｍ（０．３５３λ）
　　ｄ＝１５ｎｍ（０．０１７７λ）
　　ｅ＝変化

　図１６に示すように、テーパ部４ｂを設けることにより、ｅ＝７０ｎｍ（０．０８２４λ）で、ｘ方向のＦＷＨＭは５２．５ｎｍ（０．０６１８λ）、ｚ方向のＦＷＨＭは８７．５ｎｍ（０．１０３λ）、効率４７％のスポット光Ｌｓを得た。

　このように、スリット４やホール５の形状(開口形状および内部形状)を操作することで、さらに集光素子１の集光性能が向上することが期待できる。

　図１８は、集光素子１を熱アシスト磁気記録装置１００に用いた状態を示す図である。１０１は集光素子、１０２は再生ヘッド、１０３は記録ヘッド、１１１は記録媒体である。

　集光素子１０１は、再生ヘッド１０２と記録ヘッド１０３の間の記録ヘッド１０３よりも記録媒体１１１の回転方向の上流側に配置されている。集光素子１０１は、記録の瞬間に記録媒体１１１の記録スポットに光を照射することで加熱し昇温させ、記録スポットの保持力のみを瞬間的に小さくし、その保持力の小さくなった間に、記録ヘッド１０３が磁気記録を行うものである。

　このような熱アシスト磁気記録装置１００に本実施形態の高い光透過率と微小な光スポットを両立させた集光素子１を用いることにより、記録密度を高めることができる。

　本発明は、容易に作成できる構造で、高い光透過率と微小な光スポットを両立させる集光素子を提供する。

Claims

　単一な波長で且つ一方向に偏光された光を透過し、スポット光を形成する集光素子において、
　前記光を透過する光導波路と、前記光導波路を透過した光が出射する側に配置され、金属と光透過体からなるヘッド部とを備え、
　前記ヘッド部は、
　前記光導波路側から反対側まで貫通し、前記一方向の寸法が前記光の波長よりも小さい金属微小開口と、
　前記金属微小開口に対して前記一方向の両側に設けられた付属微小開口と、
を有することを特徴とする集光素子。
　前記付属微小開口は、底を有する穴であることを特徴とする請求項１に記載の集光素子。
　前記金属微小開口と前記付属微小開口の間の距離は、前記光の波長の１／４よりも小さいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の集光素子。
　前記金属微小開口は、前記一方向に対して垂直な方向において、出射面に向かって傾斜したテーパ部を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の集光素子。
　前記金属微小開口は、矩形であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の集光素子。
　前記付属微小開口は、矩形であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の集光素子。
　前記付属微小開口は、前記金属微小開口に対して対称に配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の集光素子。
　前記光導波路は、前記金属微小開口側に、高さが前記光導波路より低く、前記金属微小開口より高い段部を有することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の集光素子。
　以下の式（１）を満足することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の集光素子。
　　４００ｎｍ≦λ≦１．５５μｍ　　　　　　　　　　　（１）
ただし、λは前記光の波長である。
　以下の式（２）を満足することを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の集光素子。
　　１≦ｎ≦３．５　　　　　　　　　　　　　　　　　　（２）
ただし、ｎは前記金属微小開口及び前記付属微小開口を構成する材料の屈折率である。
　以下の式（３）を満足することを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の集光素子。
　　０．０５λ≦Ｈｘ≦０．１７７λ　　　　　　　　　　（３）
ただし、Ｈｘは、前記付属微小開口の幅、
　　　　λは前記光の波長
である。
　記録媒体に記録する記録ヘッドと、前記記録ヘッドよりも記録媒体回転方向の上流側に配置されている請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の集光素子と、を備えたことを特徴とする熱アシスト磁気記録光ヘッド。