WO2012105472A1 - 光アシスト磁気ヘッド - Google Patents

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WO2012105472A1
WO2012105472A1 PCT/JP2012/051934 JP2012051934W WO2012105472A1 WO 2012105472 A1 WO2012105472 A1 WO 2012105472A1 JP 2012051934 W JP2012051934 W JP 2012051934W WO 2012105472 A1 WO2012105472 A1 WO 2012105472A1
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optical waveguide
magnetic head
light source
assisted magnetic
light beam
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PCT/JP2012/051934
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Inventor
田中秀樹
小嶋俊之
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コニカミノルタオプト株式会社
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    • G11B2005/0005Arrangements, methods or circuits
    • G11B2005/0021Thermally assisted recording using an auxiliary energy source for heating the recording layer locally to assist the magnetization reversal

Definitions

  • the present invention relates to an optically assisted magnetic head capable of recording information on a recording medium at a high recording density.
  • the recording is performed by locally heating during recording to cause magnetic softening and recording in a state where the coercive force is small, and thereafter, heating is stopped and natural cooling is performed to guarantee the stability of the recorded magnetic bit. Recording methods have been proposed. This recording method is called a heat-assisted magnetic recording method.
  • the heat-assisted magnetic recording method it is desirable to instantaneously heat the recording medium. Further, the heating mechanism and the recording medium rotating at high speed are not allowed to come into contact with each other. For this reason, heating is generally performed by irradiating a recording medium with a minute spot of laser light. Therefore, this method using light for heating is called an optically assisted magnetic recording method.
  • the required spot diameter is about 20 nm.
  • the light cannot be condensed to that extent.
  • an optical head using near-field light (sometimes referred to as near-field light) generated from an optical aperture having a size equal to or smaller than the incident light wavelength is used (see Patent Document 1).
  • the optical head receives light from a light source, generates near-field light, and heats a disk area smaller than the diffraction limit of the light, and is provided on the slider to guide light from the light source to the slider.
  • an optical element (deflection prism).
  • the light emitted from the light source is reflected inside the optical element toward the slider, and is irradiated to the near-field light generating unit provided on the slider.
  • a near-field light generating unit provided on the slider generates near-field light, heats a disk area smaller than the light diffraction limit, and only the heated disk area is magnetically recorded. .
  • a femto slider which is a very small size with a length of 0.85 mm, a width of 0.7 mm, and a thickness of 0.23 mm. Accordingly, the light source and optical element mounted on the upper surface of the femto slider inevitably have a very small size.
  • Patent Document 2 although the amount of irradiation light at the entrance of the optical waveguide is calculated, this is not an actual coupling efficiency, so it is not necessarily considered strictly.
  • the laser resonator can be arranged along the longitudinal direction of the femto slider.
  • an optical element that guides the light beam emitted from the light source to the optical waveguide extending in the thickness direction of the femto slider is required.
  • Such a configuration is disclosed in Patent Document 1.
  • the present invention has been made in view of such problems of the prior art, and is an optical assist capable of effectively suppressing fluctuations while maintaining high coupling efficiency while being relatively easy to assemble and at low cost.
  • An object is to provide a magnetic head.
  • the optically assisted magnetic head according to claim 1 includes a light source, a slider that floats and moves relative to the recording medium in response to rotation of the disk-shaped recording medium, and an optical waveguide provided in the slider.
  • An optically assisted magnetic head having an optical element with a reflecting surface that reflects a light beam from the light source toward the In the cross section of the light beam immediately after the light beam emitted from the light source is reflected by the reflecting surface of the optical element, the direction intersecting the center line of the light beam emitted from the light source is the x direction, and the direction perpendicular to the x direction is y.
  • the inventor does not collect the light beam emitted from the light source on the reflection surface of the optical element after the light beam is reflected on the reflection surface of the optical element, but collects the light beam in the y direction. It has been found that, if such a shape is adopted, positioning in the x direction where the condensing spot becomes elongated becomes easy, so that assembly is easier than in the case where the condensing spot is condensed in both xy directions. However, when condensing a spot having such a shape, it has been found that if the mode field diameter of the optical waveguide is longer in the x direction than in the y direction, the variation in coupling efficiency increases. Therefore, by setting the mode field diameter of the optical waveguide so as to satisfy the expression (1), an optically assisted magnetic head that can suppress fluctuations in coupling efficiency despite the excellent ease of assembly has been realized.
  • the optically assisted magnetic head according to claim 2 is characterized in that, in the invention according to claim 1, the y direction is a longitudinal direction of the slider (for example, a longitudinal direction of a swing arm).
  • the longitudinal direction of a laser resonator can be made to correspond with the longitudinal direction of a slider, and a laser output can be earned.
  • the optically assisted magnetic head according to claim 3 is the invention according to claim 1 or 2, wherein the core diameter of the optical waveguide in the x direction is Cx (mm), and the core diameter of the optical waveguide in the y direction is When Cy (mm) is satisfied, the following expression is satisfied. Cx ⁇ Cy (2)
  • the optically assisted magnetic head according to a fourth aspect is the optical head according to any one of the first to third aspects, wherein the light beam from the light source is emitted in a direction perpendicular to the axis of the optical waveguide.
  • the optically assisted magnetic head is the optical head according to any one of the first to fourth aspects, wherein the reflecting surface of the optical element that reflects the light beam from the light source has an axis parallel to the x direction. It is a part of the cylindrical surface which has. Thereby, the light beam emitted from the light source can be reflected so as not to be condensed in the x direction with respect to the cross section of the optical waveguide, but to be condensed in the y direction orthogonal to the x direction. In addition, it is possible to suppress a decrease in coupling efficiency due to a relative positional shift of the optical element as compared with an asymmetric shape such as an aspherical surface.
  • the optically assisted magnetic head according to a sixth aspect is the optical head according to any one of the first to fifth aspects, wherein a reflection surface of the optical element that reflects a light beam from the light source is formed on an outer surface of the optical element. Therefore, the manufacturing becomes easier as compared with the case where the reflection surface is an internal reflection. This is because when the reflection surface is an internal reflection, it is necessary to accurately form the incident surface, the reflection surface, and the exit surface.
  • a light-assisted magnetic head is the light-assisted magnetic head according to any one of the first to sixth aspects, wherein the light beam emitted from the light source is a light beam cross section immediately before entering the reflecting surface of the optical element.
  • the divergence angle ⁇ x in the x direction is smaller than the divergence angle ⁇ z in the z direction orthogonal to the x direction.
  • the optical waveguide includes a core and a clad, and the mode field diameter is measured in accordance with, for example, IEC 60793, JIS C 6820, JIS C 6833, JIS C 6835, and the like.
  • an optically assisted magnetic head that can be effectively suppressed while maintaining high coupling efficiency while being relatively easy to assemble and at low cost.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of an optically assisted magnetic recording apparatus.
  • 1 is an exploded perspective view of an optically assisted magnetic head and a head support according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view showing a view of the optically assisted magnetic head 3 of FIG. 3 is a perspective view showing an optically assisted magnetic head 3.
  • FIG. 4 is a schematic perspective view showing a relationship among a laser resonator 33k of a light source 33, an optical element 31, and an optical waveguide 32a of a slider 32.
  • FIG. It is a figure which shows the divergence angle of a laser beam. It is the schematic which shows the relationship between the optical waveguide 32a and the laser beam LB irradiated here.
  • FIG. 8A is a cross-sectional view similar to FIG. 3 in Example 1, and FIG. 8B is a diagram illustrating a change in coupling efficiency when the optical waveguide is shifted in the x direction.
  • FIG. 5 is a diagram showing a change in coupling efficiency when the optical waveguide is shifted in the y direction.
  • 9A is a cross-sectional view similar to FIG. 3 in the second embodiment, and FIG. 9B is a diagram showing a change in coupling efficiency when the optical waveguide is shifted in the x direction.
  • FIG. 5 is a diagram showing a change in coupling efficiency when the optical waveguide is shifted in the y direction.
  • FIG. 10A is a cross-sectional view similar to FIG. 3 in Comparative Example 1, and FIG.
  • FIG. 10B is a diagram showing a change in coupling efficiency when the optical waveguide is shifted in the x direction.
  • FIG. 5 is a diagram showing a change in coupling efficiency when the optical waveguide is shifted in the y direction.
  • FIG. 11A is a cross-sectional view similar to FIG. 3 in Comparative Example 2, and FIG. 11B is a diagram illustrating a change in coupling efficiency when the optical waveguide is shifted in the x direction.
  • FIG. 5 is a diagram showing a change in coupling efficiency when the optical waveguide is shifted in the y direction.
  • 12A is a cross-sectional view similar to FIG. 3 in Comparative Example 3
  • FIG. 12B is a diagram showing a change in coupling efficiency when the optical waveguide is shifted in the x direction.
  • FIG. 5 is a diagram showing a change in coupling efficiency when the optical waveguide is shifted in the y direction.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of an optically assisted magnetic recording device (for example, a hard disk device) equipped with an optically assisted magnetic recording head.
  • the optically assisted magnetic recording apparatus 1 includes a plurality of rotatable disks (magnetic recording media) 2 for recording, a head support unit 4, a tracking actuator 6, an optically assisted magnetic head 3, and a drive device (not shown).
  • the head support portion 4 is provided to be rotatable in the direction of arrow A (tracking direction) with the support shaft 5 as a fulcrum.
  • the tracking actuator 6 is attached to the head support portion 4.
  • the optically assisted magnetic head 3 is attached to the tip of the head support 4.
  • a drive device (not shown) rotates the disk 2 in the direction of arrow B.
  • the optically assisted magnetic recording apparatus 1 is configured such that the optically assisted magnetic head 3 can move relative to the upper surface (or lower surface) of the disk 2 while floating.
  • FIG. 2 shows an exploded perspective view of the optically assisted magnetic head 3 and the head support 4.
  • FIG. 3 shows a view of the optically assisted magnetic head 3 of FIG. 2 cut along a plane including the line III-III and viewed in the direction of the arrow.
  • FIG. 4 shows an enlarged perspective view of the optically assisted magnetic head 3.
  • the optically assisted magnetic head 3 is an optical head that uses light for information recording on the disk 2, and includes an optical element 31, a slider 32, and a light source 33.
  • the head support portion 4 includes a suspension arm 41 having one end attached to the support shaft 5 and a flexure (plate spring) 44. The suspension arm 41 and the flexure 44 are fixed by welding or the like.
  • a rectangular opening 42 is formed at the tip of the suspension arm 41.
  • a pivot (protruding portion) 43 that protrudes toward the inside of the opening 42 is provided on one side of the opening 42.
  • a rectangular opening 45 is formed at the tip of the flexure 44.
  • a tongue piece 46 having a flat surface protrudes from one side of the opening 45 so as to protrude into the inside.
  • the tongue piece portion 46 has a joint surface 46a that is projected to be inclined with respect to the opening portion 42 and then bent so as to be substantially horizontal.
  • an optical element 31 is bonded to the upper surface of the front end of the slider 32 of the optically assisted magnetic head 3, and a rectangular plate-shaped semiconductor laser (including a laser resonator) is formed on the upper surface of the rear end of the slider 32.
  • a certain light source 33 is joined.
  • the lower surface of the joint surface 46a of the flexure 44 is bonded to the upper surface of the light source 33, and the optically assisted magnetic head 3 is fixed to the tip of the suspension arm 41. Not limited.
  • the optical element 31 is made of a transparent material such as plastic or glass.
  • the optical element 31 is manufactured by an imprint manufacturing method or an injection molding method.
  • the resin for injection molding include polycarbonate (for example, AD5503, Teijin Chemicals Limited) and ZEONEX 480R (Nippon Zeon Corporation), which are thermoplastic resins.
  • the resin for imprint manufacturing include PAK-02 (Toyo Gosei Co., Ltd.), which is a photocurable resin.
  • the optical element 31 has a prismatic shape as a whole, and has a reflecting surface 31 a on the outer side surface facing the light source 33.
  • the reflective surface 31a is a part of a cylindrical surface, and a reflective film is formed on the surface.
  • the light source 33 includes a laser resonator extending in the longitudinal direction, and the laser light emission port 33 a is disposed so as to face the reflecting surface 31 a of the optical element 31.
  • the wavelength of light emitted from the light source 33 ranges from visible light to near-infrared wavelengths (the wavelength band is about 0.6 ⁇ m to 2 ⁇ m, and specific wavelengths include 650 nm, 830 nm, 1310 nm, 1550 nm, and the like. Are preferred).
  • the surface of the slider 32 facing the disk 2 (the lower surface in FIG. 3) is an air bearing surface (ABS: Air Bearing Surface) for improving the floating characteristics, and forms a groove 32g for capturing the floating air.
  • the slider 32 has a rectangular hole-shaped optical waveguide 32 a penetrating vertically below the reflecting surface 31 a of the optical element 31.
  • a magnetic recording part 32b is provided on one side and a magnetic reproducing part 32c is provided on the other side with the optical waveguide 32a sandwiched in the disk rotation direction.
  • a near-field generating part 32d is formed at the end of the optical waveguide 32a.
  • the near-field generating part, the magnetic recording part 32b made of a metal thin film, and the magnetic reproducing part 32c are described in Patent Document 1, for example.
  • the flying of the slider 32 needs to be stabilized in the state of being close to the disk 2, and it is necessary to appropriately apply a pressure for suppressing the flying force to the slider 32.
  • the head support portion 4 has a function of appropriately applying a force for suppressing the flying force of the slider 32 in addition to the function of tracking the optically assisted magnetic head 3.
  • the slider 32 moves relative to the disk 2 which is a magnetic recording medium while flying, but there is a possibility of contact with the disk 2 if there is dust or a defect on the medium.
  • a hard material having high friction resistance as the material of the slider 32.
  • a ceramic material containing Al 2 O 3 , AlTiC, zirconia, TiN, or the like may be used.
  • a surface process may be performed on the surface of the slider 32 on the disk 2 side in order to increase the friction resistance.
  • a DLC Diamond Like Carbon
  • FIG. 5 is a schematic perspective view showing the relationship among the laser resonator 33 k of the light source 33, the optical element 31, and the optical waveguide 32 a of the slider 32.
  • the central direction of the light beam LB emitted from the laser resonator 33k is defined as the y direction
  • the axial direction of the optical waveguide 32a orthogonal to the y direction is defined as the z direction
  • the direction orthogonal to the y direction and the z direction is defined as the x direction.
  • the axis of the cylindrical surface of the reflecting surface 31a is parallel to the x direction
  • the y direction is parallel to the disk rotation direction.
  • the divergent light beam LB emitted from the laser resonator 33k of the light source 33 has an elliptical shape as shown in FIG. 6 in a cross section immediately before entering the reflecting surface of the optical element 31, and diverges in the x direction (that is, on the xy plane).
  • the angle ⁇ x is smaller than the divergence angle ⁇ z in the z direction (that is, on the yz plane) orthogonal to the x direction.
  • a vertically long elliptical light beam LB in the z direction is emitted from the light source 33.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing the relationship between the entrance of the optical waveguide 32a and the laser beam LB irradiated thereto.
  • the cross section of the laser beam LB irradiated to the optical waveguide 32a is elliptical.
  • the core diameter Cx in the x direction is equal to or smaller than the core diameter Cy in the y direction (Cx ⁇ Cy). Therefore, the mode field diameter Dx in the x direction is equal to or smaller than the mode field diameter Dy in the y direction (Dx ⁇ Dy).
  • the major axis ⁇ x in the x direction and the minor axis ⁇ y in the y direction satisfy ⁇ x> Cx and ⁇ y ⁇ Cy.
  • the operation of the optically assisted magnetic head 3 having the above configuration will be described with reference to FIGS.
  • the divergent light emitted from the laser resonator 33k of the light source 33 is reflected by the reflecting surface 31a of the optical element 31, and the divergence angle does not change in the x direction, but is converged in the y direction, and the optical waveguide 32a of the slider 32 is converged. (See FIG. 7).
  • the near-field generating part 32d (plasmon probe) provided on the bottom surface of the slider 32
  • the near-field light generated by the light propagates toward the disk 2.
  • the optical axis of the light beam incident on the optical waveguide 32a is preferably perpendicular to the incident end face of the optical waveguide 32a from the viewpoint of optical coupling efficiency.
  • the magnetic recording unit 32b When the region where the coercive force is reduced reaches the magnetic recording unit 32b, information is recorded in the region where the coercive force is reduced by a magnetic field generated by a coil (not shown) installed in the magnetic recording unit 32b. When a region having a reduced coercive force passes through the magnetic recording portion 32b, the region is naturally cooled, and the magnetization of the recorded magnetic bit is stably retained.
  • the magnetic reproducing unit 32c can reproduce information by detecting the recorded magnetization direction.
  • the divergent light beam LB emitted from the laser resonator 33k of the light source 33 is reflected by the reflecting surface 31a of the optical element 31, the divergence angle does not change in the x direction. And an elliptical shape elongated in the x direction as shown in FIG. Therefore, the light beam LB can be coupled to the optical waveguide 32a even when a relative displacement occurs in the x direction to some extent in positioning the light source 33 and the slider 32 during assembly. Further, by setting Dx ⁇ Dy, a change in coupling efficiency can be suppressed. This effect will be verified through the following examples.
  • Example 1 Examples of the present invention will be described below in comparison with comparative examples. Note that the wavelength of the light source used is 830 nm.
  • FIG. 8A is a cross-sectional view similar to FIG. 3 in Example 1
  • FIG. 8B is a diagram illustrating a change in coupling efficiency when the optical waveguide is shifted in the x direction.
  • FIG. 5 is a diagram showing a change in coupling efficiency when the optical waveguide is shifted in the y direction.
  • the mode field diameter Dx 4 ⁇ m in the x direction of the optical waveguide
  • the mode field diameter Dy 4 ⁇ m in the y direction of the optical waveguide
  • the optical path length (L1: FIG. 3) which is the distance from the light source exit to the optical waveguide.
  • the distance from the exit of the light source 33 at the center of the light beam to the reflecting surface 31a, L2: the distance from the reflecting surface 31a to the optical waveguide 32a at the center of the light beam) 21 ⁇ m.
  • the reflection surface of the optical element has a curvature radius rx in the x direction of ⁇ and a curvature radius ry in the y direction of 14 mm.
  • Example 2 9A is a cross-sectional view similar to FIG. 3 in the second embodiment, and FIG. 9B is a diagram showing a change in coupling efficiency when the optical waveguide is shifted in the x direction.
  • FIG. 5 is a diagram showing a change in coupling efficiency when the optical waveguide is shifted in the y direction.
  • the mode field diameter Dx 4 ⁇ m in the x direction of the optical waveguide
  • the mode field diameter Dy 6 ⁇ m in the y direction of the optical waveguide
  • the optical path length that is the distance from the light source exit to the optical waveguide (L1: FIG. 3).
  • the distance from the exit of the light source 33 at the center of the light beam to the reflecting surface 31a, L2: the distance from the reflecting surface 31a to the optical waveguide 32a at the center of the light beam) 21 ⁇ m.
  • the reflection surface of the optical element has a curvature radius rx in the x direction of ⁇ and a curvature radius ry in the y direction of 14 mm.
  • FIG. 10A is a cross-sectional view similar to FIG. 3 in Comparative Example 1
  • FIG. 10B is a diagram showing a change in coupling efficiency when the optical waveguide is shifted in the x direction.
  • FIG. 5 is a diagram showing a change in coupling efficiency when the optical waveguide is shifted in the y direction.
  • FIG. 11A is a cross-sectional view similar to FIG. 3 in Comparative Example 2
  • FIG. 11B is a diagram illustrating a change in coupling efficiency when the optical waveguide is shifted in the x direction
  • FIG. 5 is a diagram showing a change in coupling efficiency when the optical waveguide is shifted in the y direction.
  • the mode field diameter Dx 4 ⁇ m in the x direction of the optical waveguide
  • the mode field diameter Dy 2 ⁇ m in the y direction of the optical waveguide
  • the optical path length (L1: FIG. 3) that is the distance from the light source exit to the optical waveguide.
  • the distance from the exit of the light source 33 at the center of the light beam to the reflecting surface 31a, L2: the distance from the reflecting surface 31a to the optical waveguide 32a at the center of the light beam) 21 ⁇ m.
  • the reflection surface of the optical element has a curvature radius rx in the x direction of ⁇ and a curvature radius ry in the y direction of 14 mm.
  • FIG. 12A is a cross-sectional view similar to FIG. 3 in Comparative Example 3, and FIG. 12B is a diagram showing a change in coupling efficiency when the optical waveguide is shifted in the x direction.
  • FIG. 5 is a diagram showing a change in coupling efficiency when the optical waveguide is shifted in the y direction.
  • the mode field diameter Dx 4 ⁇ m in the x direction of the optical waveguide
  • the mode field diameter Dy 2 ⁇ m in the y direction of the optical waveguide
  • the optical path length (L1: FIG. 3) which is the distance from the light source exit to the optical waveguide.
  • the distance from the exit of the light source 33 at the center of the light beam to the reflecting surface 31a, L2: the distance from the reflecting surface 31a to the optical waveguide 32a at the center of the light beam) 21 ⁇ m.
  • the shape of the reflecting surface of the optical element is a part of a spherical surface, the curvature radius rx in the x direction is 14 mm, and the curvature radius ry in the y direction is 14 mm.
  • Table 1 summarizes the specifications of the examples and comparative examples.
  • the coupling efficiency (referred to as absolute efficiency) as an absolute value is preferably 25% or more. Therefore, Comparative Example 1 does not satisfy this requirement.
  • the change in coupling efficiency (referred to as relative efficiency) compared to the peak value is preferably 50% or more.
  • the change in coupling efficiency in the y direction is large, and this requirement is not satisfied. Examples 1 and 2 satisfy both requirements.
  • Example 1 in which only the mode field diameter of the optical waveguide is changed is compared with Comparative Example 2, in Comparative Example 2 in which the mode field diameter in the y direction is shortened, a relative deviation in the y direction occurs. It was confirmed that the effect of the present invention is effective because the change in coupling efficiency becomes large.

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Abstract

 組付けが比較的容易であり低コストでありながら、高い結合効率を維持しつつ、その変動を有効に抑制できる光アシスト磁気ヘッドを提供する。(1)式を満たすように、光導波路のモードフィールド径を設定することで、組み付け容易性に優れるにも関わらず、結合効率の変動を抑制できる光アシスト磁気ヘッドを提供できる。但し、x方向における前記光導波路のモードフィールド径をDx(mm)、y方向における前記光導波路のモードフィールド径をDy(mm)とする。 Dx≦Dy (1)

Description

光アシスト磁気ヘッド
 本発明は、記録媒体に対して高記録密度で情報を記録可能な光アシスト磁気ヘッドに関する。
 一般的なHDD(ハードディスクドライブ)に用いられる磁気記録方式は、記録密度を高くしようとすると磁気ビットの間隔が狭くなり、超常磁性効果等により極性が不安定になる。このため高い保磁力を有する記録媒体が必要になるが、そのような記録媒体を使用すると記録時に必要な磁場も大きくなる。しかるに、記録ヘッドによって発生する磁場は飽和磁束密度によって上限が決まるが、その値は材料限界に近づいており飛躍的な増大は望めないという実情がある。そこで、記録時に局所的に加熱して磁気軟化を生じさせて、保磁力が小さくなった状態で記録し、その後、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性を保証する記録方式が提案されている。この記録方式は熱アシスト磁気記録方式と呼ばれている。
 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、高速で回転する記録媒体とが接触することは許されない。このため、加熱はレーザ光の微小スポットを記録媒体に照射して行われることが一般的であり、よって加熱に光を用いるこの方式は光アシスト磁気記録方式と呼ばれている。光アシスト式で超高密度記録を行う場合、必要なスポット径は20nm程度になるが、通常の光学系では回折限界があるため、光をそこまで集光することはできない。
 そのため、入射光波長以下のサイズの光学的開口から発生する近接場光(近視野光と称する場合がある)を利用する光ヘッドが利用されている(特許文献1参照)。この光ヘッドは、光源からの光を受けて近接場光を発生させて、光の回折限界よりも微小なディスク領域を加熱するスライダと、スライダに設けられて、光源からの光をスライダに導く光学素子(偏向プリズム)とを備えている。このような光ヘッドにおいては、光源から出射した光を光学素子内部でスライダ側に反射させて、スライダに設けられた近接場光発生部に照射させる。そして、スライダに設けられた近接場光発生部によって近接場光を発生させ、光の回折限界よりも微小なディスク領域を加熱し、加熱されたディスク領域のみが磁気記録されるようになっている。
特開2003-45004号公報 特開2008-59697号公報
 ところで、近年ハードディスク装置は小型大容量化が進んでおり、磁気ヘッドも小型になっている。これに伴いヘッドのスライダのサイズも小型化されている。現在最も小さいスライダはフェムトスライダと称され、長さ0.85mm、幅0.7mm、厚さ0.23mmと非常に小さなサイズである。従って、フェムトスライダ上面に搭載される光源や光学素子も必然的に微小サイズとせざるを得ない。
 しかるに、確実な記録を行うためには、光源としてのレーザから出射された光束をフェムトスライダの光導波路に結合させる結合効率を、ある程度高める必要がある。かかる結合効率を高めるためには、特許文献2に示すように、例えばレーザの発光点を光導波路に接近させ、発光点からの発散光を直接、光導波路に結合させることが望ましいとも言える。ところが、レーザの発光強度は、一般的にはレーザ共振器の長さに比例するとされているために、レーザの発光点を光導波路に接近させようとすると、フェムトスライダの上にレーザ共振器が縦に搭載されることとなり、これにより厚さ方向の全高が高くなって薄形の光アシスト磁気ヘッドを形成することができないという問題がある。また、特許文献2では、光導波路の入口における照射光量は計算されているものの、これは実際の結合効率ではないために、必ずしも厳密に検討されているとは言い難い。
 一方、フェムトスライダは厚さに比べて長さが長いので、レーザ共振器をフェムトスライダの長手方向に沿わせるように配置することもできる。かかる場合、光源から出射した光束を、フェムトスライダの厚さ方向に延在する光導波路に導く光学素子が必要になる。このような構成が、特許文献1に開示されている。
 ここで、特許文献1の技術によれば、光導波路の入口に向かって光束を集光させる光学素子を用いているために、結合効率を高めることはできる。ところが、本発明者の検討結果によれば、光源と光学素子とフェムトスライダの組付時の誤差によって、結合効率が大きく変化することがわかった。一方、結合効率の変動を抑制するには、高精度の組み付けが必要となって製品のコスト高を招くこととなる。
 本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、組付けが比較的容易であり低コストでありながら、高い結合効率を維持しつつ、その変動を有効に抑制できる光アシスト磁気ヘッドを提供することを目的とする。
 請求項1に記載の光アシスト磁気ヘッドは、光源と、ディスク状の記録媒体の回転に応じて、前記記録媒体に対して浮上して相対移動するスライダと、前記スライダに設けられた光導波路に向かって前記光源からの光束を反射する反射面を備えた光学素子とを有する光アシスト磁気ヘッドであって、
 前記光源から出射した光束が前記光学素子の反射面にて反射された直後の光束断面において、前記光源から出射した光束の中心線に交差する方向をx方向、前記x方向に直交する方向をy方向としたときに、前記光源から出射した光束は、前記光学素子の反射面にて反射された後、前記x方向には集光されず、前記y方向には集光され、
 前記x方向における前記光導波路のモードフィールド径をDx(mm)、前記y方向における前記光導波路のモードフィールド径をDy(mm)としたときに、以下の式を満たすことを特徴とする。
 Dx≦Dy   (1)
 本発明者は、前記光学素子の反射面を、前記光源から出射した光束が前記光学素子の反射面にて反射された後、前記x方向には集光されず、前記y方向には集光されるような形状とすれば、集光スポットが細長くなるx方向の位置決めが容易になるので、xy両方向に集光するものに比べ、組み付け容易性を図れることを見出した。ところが、このような形状のスポットを集光する場合、光導波路のモードフィールド径が、y方向に対してx方向に長くなっていると、結合効率の変動が大きくなることが判明した。そこで、(1)式を満たすように、光導波路のモードフィールド径を設定することで、組み付け容易性に優れるにも関わらず、結合効率の変動を抑制できる光アシスト磁気ヘッドを実現したのである。
 請求項2に記載の光アシスト磁気ヘッドは、請求項1に記載の発明において、前記y方向は、前記スライダの長手方向(例えばスイングアームの長手方向)であることを特徴とする。これにより、光源としてレーザを用いる場合、レーザ共振器の長手方向をスライダの長手方向と一致させることができ、レーザ出力を稼ぐことができる。
 請求項3に記載の光アシスト磁気ヘッドは、請求項1又は2に記載の発明において、前記x方向における前記光導波路のコア径をCx(mm)、前記y方向における前記光導波路のコア径をCy(mm)としたときに、以下の式を満たすことを特徴とする。
 Cx≦Cy   (2)
 (2)式を満たすように、光導波路のコア径を設定することで、組み付け容易性に優れるにも関わらず、結合効率の変動を抑制できる光アシスト磁気ヘッドを実現できる。
 請求項4に記載の光アシスト磁気ヘッドは、請求項1乃至3のいずれかに記載の発明において、前記光源からの光束は、前記光導波路の軸線に対して直交する方向に出射されることを特徴とする。これにより、厚み方向の高さが低い光アシスト磁気ヘッドを実現できる。
 請求項5に記載の光アシスト磁気ヘッドは、請求項1乃至4のいずれかに記載の発明において、前記光源からの光束を反射する前記光学素子の反射面は、前記x方向に平行な軸線を有する円筒面の一部であることを特徴とする。これにより前記光源から出射した光束を、前記光導波路の断面に対し、x方向には集光せず、前記x方向に直交するy方向には集光するように反射できる。又、非球面などの非対称な形状とする場合に比べ、光学素子の相対位置ズレによる結合効率の低下を抑制できる。
 請求項6に記載の光アシスト磁気ヘッドは、請求項1乃至5のいずれかに記載の発明において、前記光源からの光束を反射する前記光学素子の反射面は、前記光学素子の外表面に形成されていることを特徴とするので、前記反射面を内面反射とする場合に比べ、製造が容易になる。前記反射面を内面反射とする場合、入射面と反射面と出射面の形状を、それぞれ精度良く形成する必要があるからである。
 請求項7に記載の光アシスト磁気ヘッドは、請求項1乃至6のいずれかに記載の発明において、前記光源から出射された光束は、前記光学素子の反射面に入射する直前の光束断面で、前記x方向の発散角θxが、前記x方向に直交するz方向の発散角θzより小さいことを特徴とする。これにより、汎用のレーザ等を用いても結合効率を高めることができる。尚、レーザ光の外縁は不明瞭であるため、ピークから1/2の位置を基準に発散角を決める半値全幅を、ここでは発散角と定義する。
 ここで、光導波路はコアとクラッドを含み、そのモードフィールド径は、例えばIEC 60793,JIS C 6820,JIS C 6833,JIS C 6835等に準拠して測定するものとする。
 本発明によれば、組付けが比較的容易であり低コストでありながら、高い結合効率を維持しつつ、その変動を有効に抑制できる光アシスト磁気ヘッドを提供することができる。
光アシスト式磁気記録装置の概略構成を示す斜視図である。 この発明の実施形態に係る光アシスト磁気ヘッド及びヘッド支持部の分解斜視図である。 図2の光アシスト磁気ヘッド3をIII-III線を含む面で切断して矢印方向に見た図を示す図である。 光アシスト磁気ヘッド3を示す斜視図である。 光源33のレーザ共振器33kと、光学素子31と、スライダ32の光導波路32aとの関係を示す概略斜視図である。 レーザ光の発散角を示す図である。 光導波路32aと、ここに照射されるレーザ光LBとの関係を示す概略図である。 図8(a)は、実施例1における図3と同様な断面図、図8(b)はx方向に光導波路がシフトした際の結合効率の変化を示す図であり、図8(c)はy方向に光導波路がシフトした際の結合効率の変化を示す図である。 図9(a)は、実施例2における図3と同様な断面図、図9(b)はx方向に光導波路がシフトした際の結合効率の変化を示す図であり、図9(c)はy方向に光導波路がシフトした際の結合効率の変化を示す図である。 図10(a)は、比較例1における図3と同様な断面図、図10(b)はx方向に光導波路がシフトした際の結合効率の変化を示す図であり、図10(c)はy方向に光導波路がシフトした際の結合効率の変化を示す図である。 図11(a)は、比較例2における図3と同様な断面図、図11(b)はx方向に光導波路がシフトした際の結合効率の変化を示す図であり、図11(c)はy方向に光導波路がシフトした際の結合効率の変化を示す図である。 図12(a)は、比較例3における図3と同様な断面図、図12(b)はx方向に光導波路がシフトした際の結合効率の変化を示す図であり、図12(c)はy方向に光導波路がシフトした際の結合効率の変化を示す図である。
 以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1に、光アシスト磁気記録ヘッドを搭載した光アシスト磁気記録装置(例えばハードディスク装置)の概略構成を示す。光アシスト磁気記録装置1は、記録用の複数枚の回転可能なディスク(磁気記録媒体)2と、ヘッド支持部4と、トラッキング用アクチュエータ6と、光アシスト磁気ヘッド3と、図示しない駆動装置と、を筐体1A内に備えている。ヘッド支持部4は、支軸5を支点として矢印Aの方向(トラッキング方向)に回動可能に設けられている。トラッキング用アクチュエータ6は、ヘッド支持部4に取り付けられている。光アシスト磁気ヘッド3は、ヘッド支持部4の先端に取り付けられている。図示しない駆動装置は、ディスク2を矢印Bの方向に回転させる。この光アシスト磁気記録装置1は、光アシスト磁気ヘッド3がディスク2の上面(又は下面)に対して浮上しながら相対的に移動しうるように構成されている。
 図2に、光アシスト磁気ヘッド3及びヘッド支持部4の分解斜視図を示す。又、図3に、図2の光アシスト磁気ヘッド3をIII-III線を含む面で切断して矢印方向に見た図を示す。図4に、光アシスト磁気ヘッド3の拡大斜視図を示す。光アシスト磁気ヘッド3は、ディスク2に対する情報記録に光を利用する光ヘッドであって、光学素子31とスライダ32と光源33とを備えている。図2において、ヘッド支持部4は、支軸5に一端を取り付けたサスペンションアーム41と、フレクシャ(板ばね)44とを備えている。サスペンションアーム41とフレクシャ44とは、溶接などによって固定されている。
 サスペンションアーム41の先端部には、矩形状の開口部42が形成されている。この開口部42の一辺には、開口部42の内側に向かって突出するピボット(突出部)43が設けられている。一方、フレクシャ44の先端部には矩形状の開口部45が形成されている。この開口部45の一辺から、その内部に張り出すようにして、平坦な面を有する舌片部46が突出している。この舌片部46は、開口部42に対して傾いて突出した後、略水平になるよう折り曲げられた接合面46aを有する。
 図2において、光アシスト磁気ヘッド3のスライダ32の手前側端部上面に、光学素子31が接合され、スライダ32の奥側端部上面に、矩形板状の半導体レーザ(レーザ共振器含む)である光源33が接合されている。本実施の形態においては、フレクシャ44の接合面46aの下面が光源33の上面に接着されて、サスペンションアーム41の先端部に光アシスト磁気ヘッド3が固定されるようになっているが、これに限られない。
 光学素子31はプラスチック又はガラスなどの透明な素材からなる。光学素子31は、インプリント製法や射出成形法などによって作製される。射出成形用の樹脂としては、熱可塑性樹脂であるポリカーボネイト(例えばAD5503、帝人化成株式会社)やZEONEX 480R(日本ゼオン株式会社)などが挙げられる。また、インプリント製法用の樹脂としては、光硬化性樹脂であるPAK-02(東洋合成工業株式会社)などが挙げられる。
 光学素子31は、全体的に角柱状であって、光源33に対向する側面外表面に反射面31aを有する。反射面31aは円筒面の一部であり、その表面には反射膜が形成されている。
 光源33は、長手方向に延在するレーザ共振器を含み、レーザ光の出射口33aを光学素子31の反射面31aに対向させて配置されている。光源33から出射される光の波長は可視光から近赤外の波長(波長帯としては、0.6μmから2μm程度であり、具体的な波長としては、650nm、830nm、1310nm、1550nmなどが挙げられる)が好ましい。
 スライダ32のディスク2と対向する面(図3で下面)は、浮上特性向上のための空気ベアリング面(ABS:Air Bearing Surface)であり、浮上エア捕獲用の溝32gを形成している。またスライダ32は、光学素子31の反射面31aの下方に、上下に貫通した矩形穴状の光導波路32aを有する。又、光導波路32aをディスク回転方向に挟んで、一方の側には磁気記録部32b、他方の側には磁気再生部32cが設けられている。光導波路32aの末端には、近接場発生部32dが形成されている。近接場発生部、金属薄膜からなる磁気記録部32b、磁気再生部32cについては、例えば特許文献1に記載されている。
 記録/再生時において、スライダ32の浮上はディスク2に近接した状態で安定させる必要があり、スライダ32に浮上力を抑える圧力を適宜加える必要がある。このため、ヘッド支持部4は、光アシスト磁気ヘッド3のトラッキングを行う機能の他に、スライダ32の浮上力を抑える力を適宜加える機能を有している。サスペンションアーム41に形成されたピボット43とフレクシャ44のばね効果とによって光アシスト磁気ヘッド3に圧力を加えることで、スライダ32のディスク2と対向する面に設けられた図示しない空気ベアリング面が受ける空気の浮上力とバランスが取れ、スライダ32とディスク2とは数十nmの浮上量を保つことができる。このようにスライダ32とディスク2との間の距離が非常に狭いため、表面にしか存在しない近接場光であっても、ディスク2を加熱することができる。
 スライダ32は、浮上しながら磁気記録媒体であるディスク2に対して相対的に移動するが、媒体に付着したごみや媒体に欠陥がある場合には、ディスク2と接触する可能性がある。その場合に発生する摩擦を低減するために、スライダ32の材質には耐摩擦性の高い硬質の材料を用いることが望ましい。例えば、Al23を含むセラミック材料、AlTiCやジリコニア、TiNなどを用いれば良い。また、摩擦防止処理として、スライダ32のディスク2側の面に耐摩擦性を増すために表面処理を行っても良い。例えば、DLC(Diamond Like Carbon)被膜を用いると、近赤外光の透過率も高く、ダイヤモンドに次ぐHv=3000以上の硬度が得られる。
 図5は、光源33のレーザ共振器33kと、光学素子31と、スライダ32の光導波路32aとの関係を示す概略斜視図である。レーザ共振器33kから出射される光束LBの中心方向をy方向とし、y方向に直交する光導波路32aの軸線の方向をz方向とし、y方向とz方向に直交する方向をx方向とする。ここで、反射面31aの円筒面の軸線はx方向に平行であり、y方向はディスク回転方向に平行である。
 光源33のレーザ共振器33kから出射する発散光束LBは、光学素子31の反射面に入射する直前の断面で、図6に示すような楕円形状であり、x方向(つまりxy平面上)の発散角θxが、x方向に直交するz方向(つまりyz平面上)の発散角θzより小さくなっている。言い換えると、z方向に縦長の楕円形状の光束LBが光源33から出射される。
 図7は、光導波路32aの入口と、ここに照射されるレーザ光LBとの関係を示す概略図である。反射面31a(図5)で反射された後、光導波路32aに照射されるレーザ光LBの断面は、楕円形状となる。但し、光導波路32aは、x方向のコア径Cxが、y方向のコア径Cy以下となっている(Cx≦Cy)。よって、x方向のモードフィールド径Dxが、y方向のモードフィールド径Dy以下となる(Dx≦Dy)。一方、光導波路32aに照射されるレーザ光LBの断面は、x方向が長径Δxであり、y方向が短径Δyであって、Δx>Cx、且つΔy<Cyを満たす。
 以上の構成を有する光アシスト磁気ヘッド3の作用について、図3、5を参照して説明する。光源33のレーザ共振器33kから出射した発散光は、光学素子31の反射面31aで反射し、x方向には発散角は変化しないが、y方向には収束されて、スライダ32の光導波路32aの入口にスポット集光する(図7参照)。
 スポット集光された光は、ディスク2に向かってスライダ32の光導波路32aを導波して、スライダ32の底面に設けられた近接場発生部32d(プラズモンプローブ)に入射すると、近接場発生部によって生じた近接場光がディスク2に向かって伝播する。光導波路32aに入射する光束の光軸は、光導波路32aの入射端面に対して垂直であることが光結合効率の観点から好ましい。光アシスト磁気ヘッド3から出射した光が微小な光スポットとしてディスク2に照射されると、ディスク2の照射された領域の温度が一時的に上昇してディスク2の保磁力が低下する。保磁力が低下した領域が磁気記録部32bに達すると、磁気記録部32bに設置された図示しないコイルにより発生させられた磁場によって、保磁力が低下した領域に情報が記録される。保磁力が低下した領域が磁気記録部32bを通過すると、この領域は自然冷却されて、記録された磁気ビットの磁化が安定して保持される。また、磁気再生部32cが、記録された磁化の方向を検出することで情報の再生を行うことができる。
 ここで、光源33のレーザ共振器33kから出射した発散光束LBが、光学素子31の反射面31aで反射した際に、x方向には発散角は変化しないので、反射後の光束LBは図7に示すようなx方向に細長い楕円形状となる。よって、組み付け時における光源33とスライダ32との位置決めにおいて、或る程度x方向に相対ズレが生じても、光束LBが光導波路32aに結合することができる。又、Dx≦Dyとすることで、結合効率の変化を抑制することができる。かかる効果については、以下の実施例を通じて検証する。
(実施例1)
 以下、本発明の実施例を、比較例と比較して説明する。尚、使用する光源の波長は、いずれも830nmとする。図8(a)は、実施例1における図3と同様な断面図、図8(b)はx方向に光導波路がシフトした際の結合効率の変化を示す図であり、図8(c)はy方向に光導波路がシフトした際の結合効率の変化を示す図である。実施例1では、光導波路のx方向におけるモードフィールド径Dx=4μm、光導波路のy方向におけるモードフィールド径Dy=4μm、光源の出射口から光導波路までの距離である光路長(L1:図3を参照して、光束中心における光源33の出射口から反射面31aまでの距離、L2:光束中心における反射面31aから光導波路32aまでの距離)=21μmとする。また、光学素子の反射面の形状は、x方向の曲率半径rxを∞とし、y方向の曲率半径ryを14mmとする。
(実施例2)
 図9(a)は、実施例2における図3と同様な断面図、図9(b)はx方向に光導波路がシフトした際の結合効率の変化を示す図であり、図9(c)はy方向に光導波路がシフトした際の結合効率の変化を示す図である。実施例2では、光導波路のx方向におけるモードフィールド径Dx=4μm、光導波路のy方向におけるモードフィールド径Dy=6μm、光源の出射口から光導波路までの距離である光路長(L1:図3を参照して、光束中心における光源33の出射口から反射面31aまでの距離、L2:光束中心における反射面31aから光導波路32aまでの距離)=21μmとする。また、光学素子の反射面の形状は、x方向の曲率半径rxを∞とし、y方向の曲率半径ryを14mmとする。
(比較例1)
 図10(a)は、比較例1における図3と同様な断面図、図10(b)はx方向に光導波路がシフトした際の結合効率の変化を示す図であり、図10(c)はy方向に光導波路がシフトした際の結合効率の変化を示す図である。比較例1では、光学素子を用いる代わりに、図10(a)に示すように、光源からz方向(上下方向)に向けて光束を出射しており、光導波路のx方向におけるモードフィールド径Dx=4μm、光導波路のy方向におけるモードフィールド径Dy=2μm、光源の出射口から光導波路までの距離である光路長=21μmとする。
(比較例2)
 図11(a)は、比較例2における図3と同様な断面図、図11(b)はx方向に光導波路がシフトした際の結合効率の変化を示す図であり、図11(c)はy方向に光導波路がシフトした際の結合効率の変化を示す図である。比較例2では、光導波路のx方向におけるモードフィールド径Dx=4μm、光導波路のy方向におけるモードフィールド径Dy=2μm、光源の出射口から光導波路までの距離である光路長(L1:図3を参照して、光束中心における光源33の出射口から反射面31aまでの距離、L2:光束中心における反射面31aから光導波路32aまでの距離)=21μmとする。また、光学素子の反射面の形状は、x方向の曲率半径rxを∞とし、y方向の曲率半径ryを14mmとする。
(比較例3)
 図12(a)は、比較例3における図3と同様な断面図、図12(b)はx方向に光導波路がシフトした際の結合効率の変化を示す図であり、図12(c)はy方向に光導波路がシフトした際の結合効率の変化を示す図である。比較例3では、光導波路のx方向におけるモードフィールド径Dx=4μm、光導波路のy方向におけるモードフィールド径Dy=2μm、光源の出射口から光導波路までの距離である光路長(L1:図3を参照して、光束中心における光源33の出射口から反射面31aまでの距離、L2:光束中心における反射面31aから光導波路32aまでの距離)=21μmとする。また、光学素子の反射面の形状は、球面の一部とし、x方向の曲率半径rxを14mmとし、y方向の曲率半径ryを14mmとする。
 実施例と比較例の仕様を表1にまとめて示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 
 以上を比較した結果を考察する。まず、光アシスト磁気ヘッドの性能を確保するには、絶対値としての結合効率(絶対効率という)が25%以上であることが好ましい。従って、比較例1では、この要件を満たしていないこととなる。一方、組み付け時の許容相対ズレ量を±0.001mmとした場合において、ピーク値と比較しての結合効率の変化(相対効率という)は50%以上であることが好ましい。比較例2,3は、y方向における結合効率の変化が大きく、かかる要件を満たしていないこととなる。実施例1,2はいずれの要件も満たしている。尚、光導波路のモードフィールド径のみを変えた実施例1と比較例2とを比較しても、y方向のモードフィールド径を短くした比較例2では、y方向に相対ズレを生じた場合の結合効率の変化が大きくなってしまうことから、本発明の効果が有効であることが確認された。
 以上、本発明を実施の形態・実施例を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態・実施例に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。
  1 光アシスト式磁気記録装置
  2 ディスク
  3 光アシスト磁気ヘッド
  4 ヘッド支持部
  5 支軸
  6 トラッキング用アクチュエータ
 31 光学素子
 31a 反射面
 32 スライダ
 32a 光導波路
 32b 磁気記録部
 32c 磁気再生部
 32d 近接場発生部
 32g 溝
 41 サスペンションアーム
 42 開口部
 43 ピボット
 44 フレクシャ
 45 開口部
 46 舌片部
 46a 接合面

Claims (7)

  1.  光源と、ディスク状の記録媒体の回転に応じて、前記記録媒体に対して浮上して相対移動するスライダと、前記スライダに設けられた光導波路に向かって前記光源からの光束を反射する反射面を備えた光学素子とを有する光アシスト磁気ヘッドであって、
     前記光源から出射した光束が前記光学素子の反射面にて反射された直後の光束断面において、前記光源から出射した光束の中心線に交差する方向をx方向、前記x方向に直交する方向をy方向としたときに、前記光源から出射した光束は、前記光学素子の反射面にて反射された後、前記x方向には集光されず、前記y方向には集光され、
     前記x方向における前記光導波路のモードフィールド径をDx(mm)、前記y方向における前記光導波路のモードフィールド径をDy(mm)としたときに、以下の式を満たすことを特徴とする光アシスト磁気ヘッド。
     Dx≦Dy   (1)
  2.  前記y方向は、前記スライダの長手方向であることを特徴とする請求項1に記載の光アシスト磁気ヘッド。
  3.  前記x方向における前記光導波路のコア径をCx(mm)、前記y方向における前記光導波路のコア径をCy(mm)としたときに、以下の式を満たすことを特徴とする請求項1又は2に記載の光アシスト磁気ヘッド。
     Cx≦Cy   (2)
  4.  前記光源からの光束は、前記光導波路の軸線に対して直交する方向に出射されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光アシスト磁気ヘッド。
  5.  前記光源からの光束を反射する前記光学素子の反射面は、前記x方向に平行な軸線を有する円筒面の一部であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光アシスト磁気ヘッド。
  6.  前記光源からの光束を反射する前記光学素子の反射面は、前記光学素子の外表面に形成されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の光アシスト磁気ヘッド。
  7.  前記光源から出射された光束は、前記光学素子の反射面に入射する直前の光束断面で、前記x方向の発散角θxが、前記x方向に直交するz方向の発散角θzより小さいことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の光アシスト磁気ヘッド。
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