WO2012144246A1

WO2012144246A1 - 光アシスト磁気ヘッド及び光学的結合構造

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Publication number: WO2012144246A1
Application number: PCT/JP2012/051942
Authority: WO
Inventors: 新藤　博之
Original assignee: コニカミノルタアドバンストレイヤー株式会社
Priority date: 2011-04-22
Filing date: 2012-01-30
Publication date: 2012-10-26
Also published as: JP2014135103A

Abstract

　ヘッド組立時にスポットの位置ズレが生じても所望の結合効率を確保するためのスポットサイズと導波路モードフィールド径のマッチング方法を提供する。光源と、厚み方向と直交する幅方向に所定の幅を有し、幅方向及び厚み方向の双方に直交する伝播方向の一端に位置する導波路入射面で光源からの光を受け、伝播方向の他端に伝播させる導波路と、を有する光アシスト磁気ヘッドであって光源からの光は、集光または拡散の作用を受けずに導波路入射面に導かれ、導波路の幅方向の相対強度がｅｘｐ（－２）となるモードフィールド直径ＭＦＤｘが、光源の発光点において光の幅方向の相対強度がｅｘｐ（－２）となるスポット直径と、導波路入射面において光の幅方向の相対強度がｅｘｐ（－２）となるスポット直径との相乗平均をαとしたとき、０．３５α≦ＭＦＤｘ≦２．７５αを満たす。

Description

光アシスト磁気ヘッド及び光学的結合構造

　この発明は、光アシスト磁気ヘッドの技術に関し、特に、光アシスト磁気ヘッドで用いられる光学的結合構造の技術に関する。

　ハードディスク装置（ＨＤＤ：Ｈａｒｄ　Ｄｉｓｋ　Ｄｒｉｖｅ）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。然るに、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付いており飛躍的な増大が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、記録され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、記録媒体の加熱が瞬間的に行われることが望ましい。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。そのため、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。光アシスト磁気記録方式で超高密度記録を行う場合には、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）を利用した光アシスト磁気ヘッドが使用される場合がある。

　光アシスト磁気ヘッドの例が特許文献１及び特許文献２に開示されている。

　特許文献１に記載の光アシスト磁気ヘッドでは、スライダに形成された光導波路（以下、単に「導波路」と記す）に光源からの光を直接照射して導波させ、ディスク側の導波路出射端に形成されたプラズモンプローブに照射することにより、近接場光を発生させている。これにより、光の回折限界より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。

　また、特許文献２に記載の光アシスト磁気ヘッドでは、半導体レーザ（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ　Ｄｉｏｄｅ）にモノリシックに形成されたマイクロミラーにより、ＬＤから出射した光を９０°偏向させて、導波路に照射している。このようなＬＤを用いることにより、ＬＤをスライダに横置きすることが可能となり、ヘッドの薄型化が可能となっている。

　また、特許文献３には、レーザビームを任意の強度分布形状に整形するビーム整形素子の形状を最適化により求めるための、ビーム整形素子の設計方法について開示されている。

特開２００８－５９６９７号公報特開２００８－５９６４５号公報特開２００１－２４２４１４号公報

　光アシスト磁気ヘッドに形成されている導波路は、その厚みが数μｍ～１０μｍ、幅が数μｍ～数百μｍとミクロンオーダーである。そのため、このような厚みと幅を持つ導波路に高い結合効率にて光を結合させるためには、照射スポット（以降では、単に「スポット」と呼ぶ）と導波路の相対位置を正確にきめる必要がある。現在の組立調整装置の中には、位置決め精度±１μｍと高い精度を実現できるものがある。しかし、スポットのサイズや収差と導波路モードフィールドとのマッチングが取れていない場合には、位置ズレ無く調整できたとしても結合効率そのものを確保することが難しくなる問題がある。さらに、±１μｍの精度で調整されたとしても、相対位置がずれて組み立てられた場合には結合効率の劣化が大きくなり、製品間の性能のばらつきが大きくなってしまうという問題もある。即ち、ヘッド組立時にスポットと導波路の相対位置ズレが生じた場合においても必用な結合効率を確保し、結合効率の変動を抑えることが課題である。

　特許文献１では、導波路入射面に照射するスポットの、コア厚み方向のスポット径をコア厚よりも大きくすることにより、コア厚み方向のスポットと導波路の相対位置ズレによる入射効率の変動を抑制する技術が開示されている。しかし、この入射効率はコア厚みの範囲内にある照射光量の割合を示しており、実際の導波路への結合効率ではないため、厳密に検討されているとは言い難い。導波路結合効率は導波路入射面における光の複素振幅分布関数と導波路の伝播モードフィールドの振幅分布関数の重ね合わせ積分を用いて算出される（特許文献３の式（６）参照）。さらに、導波路結合効率の計算には、コア厚み方向とコア幅方向の両方向における重ね合わせ積分が必要であるが、特許文献１にはコア幅方向については何ら記載が無い。

　一方、特許文献２では、導波路照射光の光フィールドと導波路の伝播モードの光フィールドを使って、厳密に結合効率を計算している。しかしながら、「ＬＤ素子とスライダ内導波路の形状のマッチング（特許文献２の段落００４８参照）」の具体的な方法や、導波路モードフィールドの具体的なサイズについては触れられていない。

　即ち、本発明の目的は、ヘッド組立時にスポットと導波路の相対位置ズレが生じても所望の結合効率を確保するためにスポットサイズと導波路モードフィールド径のマッチング方法を提供することにある。さらに、位置ズレ時の結合効率の劣化を所定の範囲に抑え、製造上の結合効率のばらつきを抑制する方法を提供する。

　請求項１に記載の発明は、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、厚み方向（ｙ方向）と直交する幅方向（ｘ方向）に所定の幅を有し、前記幅方向及び前記厚み方向の双方に直交する伝播方向（ｚ方向）の一端に位置する導波路入射面で前記光源からの光を受け、前記伝播方向の他端側に位置する前記記録媒体に向かって前記光を伝播させる導波路と、を有する光アシスト磁気ヘッドであって、前記光源からの光は、集光または拡散の作用を受けずに前記導波路入射面に導かれ、前記光源の発光点において前記光の前記幅方向の相対強度がｅｘｐ（－２）となるスポット半径ｗ_０ｘと、前記導波路入射面において前記光の前記幅方向の相対強度がｅｘｐ（－２）となるスポット半径ｗ_１ｘとしたとき、前記幅方向の相対強度がｅｘｐ（－２）となる前記導波路のモードフィールド直径ＭＦＤｘが、以下に示す第１の条件を満たすように、前記光源と前記導波路とが光学的結合構造を構成することを特徴とする。
［数１］

　但し、αは、以下の式により定義される。
［数２］

　なお、「集光または拡散の作用を受けずに」という表現は、レンズ等の光学部品により、積極的に光を集光または拡散させないことを示している。
　また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光アシスト磁気ヘッドであって、前記導波路入射面に対する前記光の位置ズレ量が１．５μｍ以下の範囲において、結合効率が１５％以上であることを特徴とする。
　また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の光アシスト磁気ヘッドであって、前記導波路は、基板上に前記厚み方向に積層された第１のクラッド層と、コア層と、第２のクラッド層とを有することを特徴とする。また、請求項３に記載の発明を請求項２に記載の発明に適用することも可能である。
　また、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の光アシスト磁気ヘッドであって、前記モードフィールド直径ＭＦＤｘが、前記第１の条件に代えて、以下に示す第２の条件を満たすことを特徴とする。
［数３］

　また、請求項４に記載の発明を請求項２または３に記載の発明に適用することも可能である。
　また、請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の光アシスト磁気ヘッドであって、前記光源が前記光を出射する出射面から前記導波路入射面までの空気換算距離ｚが、前記光の波長λと、前記光のスポットの前記導波路入射面における前記厚み方向の位置ズレ量Δｙと、前記光源の発光点において前記光の前記厚み方向の相対強度がｅｘｐ（－２）となるスポット半径ｗ_０ｙと、前記導波路において前記厚み方向の相対強度がｅｘｐ（－２）となるモードフィールド半径ｗ_２ｙと、前記導波路入射面上において前記スポットの位置ズレが生じていない場合の結合効率を１として、前記スポットの前記厚み方向の位置ズレに伴う相対的な結合効率を示す相対結合効率Δη_ｙと、を用いて次の条件を満たすことを特徴とする。
［数４］

　但し、前記相対結合効率Δη_ｙは、第３の条件としてΔη_ｙ≧０．４を満たす。
　また、請求項５に記載の発明を請求項２～４のいずれか一項に記載の発明に適用することも可能である。
　また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の光アシスト磁気ヘッドであって、前記相対結合効率Δη_ｙが、前記第３の条件に代えて、第４の条件としてΔη_ｙ≧０．５を満たすことを特徴とする。
　また、請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の光アシスト磁気ヘッドであって、前記光源と前記導波路との間に位置し、前記光源からの光が前記導波路入射面に入射するように前記光を偏向させる偏向部を設けたことを特徴とする。
　また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の光アシスト磁気ヘッドであって、前記偏向部は、前記光源からの光を反射させて前記導波路入射面に導く平面ミラーであることを特徴とする。
　また、請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の光アシスト磁気ヘッドであって、前記平面ミラーは、表面反射型のミラー、または内面反射型のプリズムであることを特徴とする。
　また、請求項１０に記載の発明は、光源と、厚み方向（ｙ方向）と直交する幅方向（ｘ方向）に所定の幅を有し、前記幅方向及び前記厚み方向の双方に直交する伝播方向（ｚ方向）の一端に位置する導波路入射面で前記光源からの光を受け、前記伝播方向の他端に前記光を伝播させる導波路と、の光学的結合構造であって、前記光源からの光は、集光または拡散の作用を受けずに前記導波路入射面に導かれ、前記光源の発光点において前記光の前記幅方向の相対強度がｅｘｐ（－２）となるスポット半径ｗ_０ｘと、前記導波路入射面において前記光の前記幅方向の相対強度がｅｘｐ（－２）となるスポット半径ｗ_１ｘとしたとき、前記幅方向の相対強度がｅｘｐ（－２）となる前記導波路のモードフィールド直径ＭＦＤｘが、以下に示す第１の条件を満たすことを特徴とする光学的結合構造である。
［数１］

　但し、αは、以下の式により定義される。
［数２］

　また、請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の光学的結合構造であって、前記導波路入射面に対する前記光の位置ズレ量が１．５μｍ以下の範囲において、結合効率が１５％以上であることを特徴とする。
　また、請求項１２に記載の発明は、請求項１０に記載の光学的結合構造であって、前記導波路は、基板上に前記厚み方向に積層された第１のクラッド層と、コア層と、第２のクラッド層とを有することを特徴とする。また、請求項１２に記載の発明を請求項１１に記載の発明に適用することも可能である。
　また、請求項１３に記載の発明は、請求項１０に記載の光学的結合構造であって、前記モードフィールド直径ＭＦＤｘが、前記第１の条件に代えて、以下に示す第２の条件を満たすことを特徴とする。
［数３］

　また、請求項１３に記載の発明を請求項１１または１２に記載の発明に適用することも可能である。
　また、請求項１４に記載の発明は、請求項１０に記載の光学的結合構造であって、前記光源の発光点から前記導波路入射面までの空気換算距離ｚが、前記光の波長λと、前記光のスポットの前記導波路入射面における前記厚み方向の位置ズレ量Δｙと、前記光源の発光点において前記光の前記厚み方向の相対強度がｅｘｐ（－２）となるスポット半径ｗ_０ｙと、前記導波路において前記厚み方向の相対強度がｅｘｐ（－２）となるモードフィールド半径ｗ_２ｙと、前記導波路入射面上において前記スポットの位置ズレが生じていない場合の結合効率を１として、前記スポットの前記厚み方向の位置ズレに伴う相対的な結合効率を示す相対結合効率Δη_ｙと、を用いて次の条件を満たすことを特徴とする。
［数４］

　但し、前記相対結合効率Δη_ｙは、第３の条件としてΔη_ｙ≧０．４を満たす。
　また、請求項１４に記載の発明を請求項１１～１３のいずれか一項に記載の発明に適用することも可能である。
　また、請求項１５に記載の発明は、請求項１４に記載の光学的結合構造であって、前記相対結合効率Δη_ｙが、前記第３の条件に代えて、第４の条件としてΔη_ｙ≧０．５を満たすことを特徴とする。

　この発明に係る光学的結合構造によると、導波路入射面上においてスポットが幅方向や厚み方向に１μｍ前後ずれた場合においても、導波路結合効率を１５％以上確保することが可能となる。そのため、この光学的結合構造を光アシスト磁気ヘッドに適用することで、媒体への情報記録を確実に行うことが可能となる。

情報記録装置の概略構成を示す斜視図である。光アシスト磁気ヘッドの概略断面図である。光アシスト磁気ヘッドの平面ミラー周辺の拡大断面図である。磁気ヘッド部の平面図である。光源からの空気換算距離と出射光の導波路幅方向のスポット径との関係を示した図である。光源からの空気換算距離と出射光の導波路厚み方向のスポット径との関係を示した図である。出射光の導波路入射面におけるスポットの導波路幅方向の位置ズレに対する結合効率特性を示したグラフである。出射光の導波路入射面におけるスポットの導波路厚み方向の位置ズレに対する結合効率特性を示したグラフである。実施例１における、導波路幅方向のモードフィールド直径に対する結合効率特性を示したグラフである。実施例２における、導波路幅方向のモードフィールド直径に対する結合効率特性を示したグラフである。実施例３における、導波路幅方向のモードフィールド直径に対する結合効率特性を示したグラフである。実施例４における、導波路幅方向のモードフィールド直径に対する結合効率特性を示したグラフである。実施例５における、導波路幅方向のモードフィールド直径に対する結合効率特性を示したグラフである。実施例６における、空気換算距離を変更した場合の相対結合効率特性を示したグラフである。実施例７における、空気換算距離を変更した場合の相対結合効率特性を示したグラフである。実施例８における、空気換算距離を変更した場合の相対結合効率特性を示したグラフである。実施例９における、位置ズレ量と、結合効率及び相対結合効率との関係を示した表である。

　（情報記録装置の概略構成）
　図１に、光アシスト磁気ヘッドを搭載した光アシスト式磁気記録装置（例えばハードディスク装置、以下「情報記録装置」ともいう）の概略構成を示す。情報記録装置１は、例えば記録用の複数枚の回転可能なディスク（磁気記録媒体）３と、ヘッド支持部５と、トラッキング用アクチュエータ７と、光アシスト磁気ヘッド４と、図示しない駆動装置と、を筐体２内に備えている。なお、ディスク３は１枚であってもよい。ヘッド支持部５は、支軸６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７は、ヘッド支持部５に取り付けられている。光アシスト磁気ヘッド４は、ヘッド支持部５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３を矢印Ｂの方向に回転させる。情報記録装置１は、光アシスト磁気ヘッド４がディスク３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いる。

　（光アシスト磁気ヘッド４）
　図２Ａに、光アシスト磁気ヘッド４の概略構成例を断面図で示す。光アシスト磁気ヘッド４は、ディスク３に対する情報記録に光を利用する微小光記録ヘッドである。光アシスト磁気ヘッド４は、光源部５０と、スライダ６０と、平面ミラー４０とを有する。情報記録装置１は、ディスク３を矢印Ｃ方向に移動させ、光アシスト磁気ヘッド４がディスク３上で浮上しながらディスク３に対して相対的に移動しうるように構成されている。

　光源部５０はＬＤを有する。光源部５０を構成しているＬＤ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～２μｍ程度であり、具体的な波長としては、６５０ｎｍ、７８０ｎｍ、８３０ｎｍ、１３１０ｎｍ、１５５０ｎｍなどが挙げられる）などがある。光源部５０は、スライダ６０の上面６０ａに配置されている。光源部５０は、出射面５０ａを有し、出射面５０ａから平面ミラー４０の偏向面４０ａに向けて光を出射する。光源部５０から出射された光は、集光または拡散の作用を受けずに、所定の放射角で広がりながら伝播し平面ミラー４０の偏向面４０ａに到達する。なお、「集光または拡散の作用を受けずに」という表現は、レンズ等の光学部品により、積極的に光を集光または拡散させないことを示している。

　平面ミラー４０は偏向面４０ａを有し、光源部５０から出射された光（以降では「出射光」と呼ぶ場合がある）を、スライダ６０の磁気ヘッド部６３に設けられた導波路６４に導く。図２Ａ及び図２Ｂの例では、偏向面４０ａは、光源部５０からの出射光を、導波路６４の導波路入射面６４ａに向けて反射させている。これにより、出射光は、９０°偏向されて導波路６４の導波路入射面６４ａに導かれる。なお、平面ミラー４０は、光学的パワーを持たない、即ち、集光機能が無い。そのため、光源部５０から出射した光はそのまま所定の放射角で広がりながら伝播し、偏向面４０ａで反射され導波路入射面６４ａに達する。

　なお、平面ミラー４０には、図２Ａに示すような表面反射型のミラーを用いてもよいし、表面反射型のミラーに替えて内面反射型のプリズムを用いてもよい。ここで、内面反射型のプリズムとは、プリズム内に入射した光を内部に設けられた反射面で内面反射させることで、入射した光を偏向するプリズムを示している。また、平面ミラー４０を用いずに、例えば、光源部５０の出射面５０ａがスライダ上面６０ａに平行に対向するように光源部５０を配置して、光源部５０からの出射光を、光学部品を介さずに（即ち、偏向させずに）導波路６４に直接照射してもよい。

　スライダ６０は、先端に磁気ヘッド部６３を有する。磁気ヘッド部６３は、導波路６４と、図示しない磁気記録部と、図示しない磁気情報再生部とを有する。

　導波路６４は、平面ミラー４０によって導かれた光を導光してディスク３に向けて射出する。導波路６４は、図示しないが、下部クラッド層、コア層、上部クラッド層を、光が伝播する方向とは直交する厚み方向に沿って、この順番に積層させたものである。コア層は、各クラッド層（例えば、ＳｉＯ_２で形成）よりも屈折率の高い素材（例えば、Ｔａ_２Ｏ_５）で形成されている。これにより、導波路６４に導かれた光は、コア層と、各クラッド層との間で全反射する。なお、下部クラッド層が「第１のクラッド層」に相当し、上部クラッド層が「第２のクラッド層」に相当する。

　ここで、図２Ｂを参照する。図２Ｂは、図２Ａにおいて平面ミラー４０の周辺を拡大した拡大断面図である。図２Ｂに示すように、導波路６４は、スライダ６０の上面６０ａに導波路入射面６４ａを有し、上面６０ａとは反対側の面（ディスク３に対向する面）に導波路出射面６４ｂを有する。導波路６４の導波路出射面６４ｂには、近接場光発生素子としてのプラズモンプローブ６５が設けられている。平面ミラー４０によって偏向させられた光は、導波路入射面６４ａから導波路６４に入射し、導波路出射面６４ｂに向かって導波路６４内を進む。導波路出射面６４ｂに設けられているプラズモンプローブ６５は、平面ミラー４０によって導かれた光を近接場光に変換してディスク３に向けて射出する。また、図示しない磁気記録部は、ディスク３の被記録部分に対して磁気情報の書き込みを行う。図示しない磁気情報再生部は、ディスク３に記録されている磁気情報の読み取りを行う。

　以降では、第１の実施形態及び第２の実施形態として、光源部５０からの出射光を導波路入射面６４ａを介して導波路６４に結合させるための光学的結合構造について説明する。なお、以降では、光源部５０の出射面５０ａから出射された光（即ち、出射光）が導波路６４の導波路入射面６４ａに入射するまでの光路に着目し、導波路入射面６４ａにおいて光が伝播する方向をｚ方向、導波路６４の幅方向（以降では「導波路幅方向」と呼ぶ場合がある）をｘ方向、厚み方向（以降では「導波路厚み方向」と呼ぶ場合がある）をｙ方向として説明する。図２Ａ及び図２Ｂの例では、出射面５０ａから導波路入射面６４ａまでの光路が途中で偏向面４０ａで９０°偏向されており、この光路において、出射面５０ａから偏向面４０ａまでの距離をＬ１、偏向面４０ａから導波路入射面６４ａまでの距離をＬ２で示している。即ち、出射面５０ａから導波路入射面６４ａまでの距離ｚはＬ１＋Ｌ２で表される。なお、このとき出射光は空気中を伝播しているため、距離ｚ＝Ｌ１＋Ｌ２は空気換算距離に等しい。

　（第１の実施形態）
　第１の実施形態に係る光学的結合構造について、図２Ａ及び図３を参照しながら説明する。図３は、磁気ヘッド部６３を図２Ａの矢印ＩＩＩ（即ち、ｚ方向）から見た図（即ち、磁気ヘッド部６３の上面図）である。図３では、出射光の導波路入射面６４ａにおけるスポットＰの中心が、導波路６４のｘｙ平面上の中心から、ｘ方向にΔｘ、ｙ方向にΔｙだけずれている状態を示している。

　光源部５０に用いられるＬＤは、端面発光型の半導体レーザであり、光源部５０から出射される光は活性層の厚み方向（即ち、図２Ａにおけるｚ方向）の放射角が大きい。したがって、光源部５０の出射面５０ａから導波路入射面６４ａまでの距離ｚ（＝Ｌ１＋Ｌ２）が５μｍ程度以上の場合にはビームウェスト部から離れるため、導波路入射面６４ａを照射するスポットは、放射角に比例してｙ方向に長い楕円形状となっている。また、集光されていないため、収差としてデフォーカス成分を持って導波路入射面６４ａを照射する。

　光源部５０に用いられるＬＤのパワーと、出射光の導波路６４に対する結合効率は、導波路出射面６４ｂからディスク３に向けて出射される近接場光の強度を決める要素である。導結合効率は、導波路６４に使用された材料の屈折率や、導波路６４の径（即ち、ｘ方向の幅やｙ方向の厚み）により決まる。近年では、１００ｍＷ以上のハイパワーＬＤが数多く量産されているため、１５％程度の結合効率があれば、記録に必要な近接場光を得ることが可能である。

　本実施形態に係る光学的結合構造は、導波路６４のモードフィールド径、特に導波路入射面６４ａにおけるｘ方向（即ち、導波路幅方向）のモードフィールド直径ＭＤＦｘと、結合効率との関係に着目している。ここで、モードフィールド径とは、導波路６４を伝播できる光の強度分布の径を示している。具体的には、導波路６４は、半導体プロセスにより導波路厚み方向（即ち、ｙ方向）に積層されて形成される。そのため、ｙ方向に沿った形成は、半導体プロセスの時間の制約を受けるため自由度が低い。一方で、導波路幅方向の形状やサイズは、使用するマスクの形状やサイズにより決まるため、厚み方向（即ち、積層方向）より設計の自由度が高い。そこで、本実施形態に係る光学的結合構造では、大きくすることが困難な導波路厚み方向のモードフィールド直径ＭＦＤｙを変更することなく、設計の自由度が高いｘ方向のモードフィールド直径ＭＤＦｘを調整することにより結合効率の向上を図っている。

　本実施形態に係る光学的結合構造は、所定の条件に基づきあらかじめ算出されたモードフィールド直径ＭＦＤｘを基準として、導波路６４の構成、または光源部５０と導波路６４との位置関係を調整することで、スポットの位置ズレが１．５μｍ以下の範囲で生じたとしても、１５％以上の結合効率を確保することができる。本実施形態に係る光学的結合構造について以降で具体的に説明する。なお、図２Ａ及び図２Ｂの例では、平面ミラー４０により出射光を９０°偏向させているが、以降では、出射光を偏向させず、光源部５０からｚ軸方向に沿って導波路６４の導波路入射面６４ａに出射光を照射するものとして説明する。

　（スポットサイズと結合効率の関係）
　まず出射光のスポットサイズについて説明する。光源部５０から出射された光の強度はガウシアン分布に近似しており、ガウシアン分布と仮定しても問題ない。ここで、図４Ａ及び図４Ｂを参照する。図４Ａは、出射面５０ａからの伝播方向の空気換算距離ｚと、空気換算距離ｚにおける出射光の導波路幅方向（ｘ方向）のスポット半径ｗ_１ｘとの関係を示している。また、図４Ｂは、出射面５０ａからの伝播方向の空気換算距離ｚと、空気換算距離ｚにおける出射光の導波路幅方向（ｘ方向）のスポット半径ｗ_１ｘとの関係を示している。図４Ａにおけるｗ_０ｘは、出射面５０ａにおいて出射光の相対強度がｅｘｐ（－２）となるｘ方向のスポット半径を示している。また、図４Ｂにおけるｗ_０ｙは、出射面５０ａにおいて出射光の相対強度がｅｘｐ（－２）となるｙ方向のスポット半径を示している。

　出射面５０ａにおける、出射光のｘ方向のスポット半径ｗ_０ｘは以下の式で算出される。
［数５Ａ］

　但し、θ_ｘについては以下の式で表される。
［数５Ｂ］

　ここで、θｈは、光源部５０の導波路幅方向（ｘ方向）の放射角（半値全角）を示しており、λは、出射光の波長を示している。また、θ_ｘ、は、出射光の相対強度がｅｘｐ（－２）となるｘ方向の半角を示している。

　また、出射面５０ａにおけるｙ方向のスポット半径ｗ_０ｙは以下の式で算出される。
［数６Ａ］

　但し、θ_ｙについては以下の式で表される。
［数６Ｂ］

　ここで、θｖは、光源部５０の導波路厚み方向（ｙ方向）の放射角（半値全角）を示している。また、θ_ｙは、出射光の相対強度がｅｘｐ（－２）となるｙ方向の半角を示している。

　また、出射面５０ａから伝播方向に沿って空気換算距離ｚの位置におけるスポット半径ｗ_１ｘ及びｗ_１ｙは、ガウス伝播理論に基づき、以下の式で与えられる。
［数７］

［数８］

　次に、空気換算距離ｚの位置に導波路６４の導波路入射面６４ａが位置するものとして、出射光の導波路６４に対する結合効率について説明する。導波路６４のモードフィールドもガウシアン分布に近似しているため、ガウシアン分布と仮定する。導波路６４の結合効率ηは、以下の式で与えられる。
［数９］

　ここで、κ_ｘは、導波路入射面６４ａ上において、スポットの位置ズレが無い場合のｘ方向の結合効率を示しており、同様に、κ_ｙは、ｙ方向の結合効率を示している。また、Δη_ｘは、位置ズレが無い場合の値を１としたときの、位置ズレがある場合におけるｘ方向の相対結合効率を示しており、同様に、Δη_ｙは、ｙ方向の相対結合効率を示している。

　なお、結合効率κ_ｘは、以下の式で与えられる。
［数１０］

　ここで、ｗ_２ｘは、導波路６４のモードフィールドにおいて相対強度がｅｘｐ（－２）となるｘ方向のモードフィールド半径を示している。即ち、ｘ方向のモードフィールド直径ＭＦＤｘ＝２ｗ_２ｘとなる。

　同様に、結合効率κ_ｙは、以下の式で与えられる。
［数１１］

　ここで、ｗ_２ｙは、導波路６４のモードフィールドにおいて相対強度がｅｘｐ（－２）となるｙ方向のモードフィールド半径を示している。即ち、ｙ方向のモードフィールド直径ＭＦＤｙとしたとき、ＭＦＤｙ＝２ｗ_２ｙとなる。

　また、相対結合効率Δη_ｘは、以下の式で与えられる。
［数１２］

　ここで、Δｘは、図３に示すように、導波路入射面６４ａ上における出射光のスポットＰの、ｘ方向のズレ量を示している。

　同様に、相対結合効率Δη_ｙは、以下の式で与えられる。
［数１３］

　ここで、Δｙは、図３に示すように、導波路入射面６４ａ上における出射光のスポットＰの、ｙ方向のズレ量を示している。

　（導波路幅方向のモードフィールド径と結合効率の関係）
　次に、導波路幅方向のモードフィールド直径ＭＦＤｘと結合効率との関係について、図５及び図６を参照しながら説明する。図５は、スポットＰのｘ方向の位置ズレΔｘに対する導波路６４との結合効率特性を示したグラフであり、縦軸は結合効率、横軸は位置ズレΔｘを示している。また、図６は、スポットＰのｙ方向の位置ズレΔｙに対する導波路６４との結合効率特性を示したグラフであり、縦軸は結合効率、横軸は位置ズレΔｙを示している。

　図５及び図６のグラフは、実施例１として、出射光の波長λ＝０．６６μｍ、放射角θｈ＝９°、θｖ＝１６．５°のＬＤから出射された光が、空気換算距離ｚ＝１５μｍ（例えば、図２ＡにおいてＬ１＝Ｌ２＝７．５μｍ）の位置にある導波路入射面６４ａに照射された場合について示している。また、相対強度がｅｘｐ（－２）となる導波路厚み方向のモードフィールド直径ＭＦＤｙは３μｍとしている。このとき、ｗ_２ｙ＝０．５ＭＦＤｙ＝１．５μｍとなる。なお、上記における半値全角θｖ＝１６．５°は、相対強度ｅｘｐ（－２）の全角で２８°となる値である。また、ＬＤのアスペクト比は１．８～２程度が主流であるため、θｈ＝９°としている。また、ｙ方向のモードフィールド直径（ＭＦＤｙ）３μｍに対して、ｚ＝５ＭＦＤｙ＝１５μｍとしている。図５及び図６に示すグラフでは、導波路幅方向のモードフィールド直径ＭＦＤｘを１～１０μｍの範囲で変えた場合の各々の特性について示している。

　図５に示したグラフから明らかなように、モードフィールド直径ＭＦＤｘの値によって、ｘ方向の位置ズレΔｘに対する結合効率特性が大きく異なる。一方で、図４Ａに示した、ｙ方向の位置ズレΔｙに対する結合効率特性は、結合効率の値そのものはモードフィールド直径ＭＦＤｘによって変化するが、基本特性は、数１３に示したモードフィールド直径ＭＦＤｘを含まないΔη_ｙの式により決定されることがわかる。以上から、モードフィールド直径ＭＦＤｘの値により結合効率が大きく変わるため、モードフィールド直径ＭＦＤｘの最適化が必要となる。

　（モードフィールド径の最適化）
　次にモードフィールド直径ＭＦＤｘの最適化について、図７を参照しながら説明する。図７は、モードフィールド直径ＭＦＤｘに対する結合効率特性を示したグラフであり、縦軸は結合効率、横軸はモードフィールド直径ＭＦＤｘを示している。図７のグラフでは、スポットＰの位置ズレが無い場合（Δｘ＝０、Δｙ＝０）と、位置ズレ量が１．５μｍの場合（Δｘ＝１．５μｍ、Δｙ＝１．５μｍ）とについて示している。なお、位置ズレ量１．５μｍは、位置調整装置の精度１μｍに加え、ハンダの熱収縮による光源部５０の位置ズレや、接着剤の硬化収縮による平面ミラー４０の位置ズレを見込んだズレ量である。

　図７に示すように、位置ズレが無い場合（Δｘ＝０、Δｙ＝０）のグラフに最大値が存在する。この位置ズレが無い場合に結合効率が最大となるモードフィールド直径ＭＦＤｘをαとした場合、αは次式で与えられる。
［数１４］

　即ち、αは、以下のようになる。
［数２］

　ここで、２ｗ_０ｘは、光源部５０の出射面５０ａにおけるｘ方向のスポット直径である。また、２ｗ_１ｘは、導波路入射面６４ａにおけるｘ方向のスポット直径である。この式は、αが出射面５０ａにおけるスポット直径と、導波路入射面６４ａにおけるスポット直径との相乗平均となることを示している。なお、実施例１として示した条件の場合、α＝４．０μｍとなる。

　１００ｍＷ以上のハイパワーＬＤを光源部５０に適用した場合、１５％以上の結合効率があれば、記録に必要な近接場光の強度を得ることができる。図５に示すように、実施例１の条件では、モードフィールド直径ＭＦＤｘを以下に示す条件式の範囲内に設定すれば、位置ズレ量１．５μｍ以下の範囲でスポットＰの位置ズレが生じたとしても１５％以上の結合効率を確保することが可能となる。
［数１］

　ｘ方向のモードフィールド直径ＭＦＤｘは、導波路６４に用いられる材料の屈折率や、導波路６４のｘ方向の幅に基づき決定される。言い換えると、数１で示した条件式に基づき算出されたモードフィールド直径ＭＦＤｘと、導波路６４に用いられる材料の屈折率とに基づき、導波路６４のｘ方向の幅を決定することで、上述した結合効率を確保することが可能となる。

　また、モードフィールド直径ＭＦＤｘを以下に示す条件式の範囲内に設定すれば、結合効率をほぼ２０％以上確保することが可能となる。
［数３］

　望ましくは、０．５５α≦ＭＦＤｘ≦１．９αであり、この場合には、確実に結合効率を２０％以上確保することが可能となる。結合効率が２０％以上あれば、前述したハイパワーＬＤを光源部５０に用いた場合においても、ＬＤの出力を小さくすることができるため、装置としての消費電力を抑制することが可能となる。

　また、導波路６４は、半導体プロセスにより導波路厚み方向（即ち、ｙ方向）に積層されて形成される。そのため、ｙ方向に沿った形成は、半導体プロセスの時間の制約を受けるため自由度が低い。これに対し、本実施形態に係る光学的結合構造では、導波路６４の導波路幅方向（即ち、ｘ方向）のモードフィールド直径ＭＦＤｘに着目して、結合効率の向上を図っている。導波路６４の導波路幅方向の形状やサイズは、使用するマスクの形状やサイズにより決まるため、厚み方向（即ち、積層方向）より設計の自由度が高い。そのため、本実施形態に係る光学的結合構造に依れば、導波路６４の製造時における半導体プロセスの時間の制約を受けることなく、結合効率を向上させることが可能となる。

　なお、実施例１の条件の場合には、導波路入射面６４ａにおける出射光のスポット直径は、ｘ方向に２ｗ_１ｘ＝５．１０μｍ、ｙ方向に２ｗ_１ｙ＝７．６７μｍとなる。この場合には、モードフィールド直径ＭＦＤｘが５．１０μｍ＜ＭＦＤｘ≦２．７５α＝９．８μｍの範囲では、（ｘ方向のスポット直径２ｗ_１ｘ）＜（ｘ方向のモードフィールド直径ＭＦＤｘ）となる。このことから、導波路幅方向（ｘ方向）に関しては、必ずしも（スポット径）＞（モードフィールド径）である必要は無い。

　また、第１の実施形態で示した数１４の式は、最初の等号式の関係を用いて、ｚの式に換算することが可能である。即ち、空気換算距離ｚの調整により、結合効率の向上を図る発明の場合においても数１４で示したαの式が成り立ち、かつ、モードフィールド直径ＭＦＤｘが０．３５α≦ＭＦＤｘ≦２．７５αの条件を満たす場合には、その発明は、この発明と実質的に同一である。

　（実施例２）
　次に、実施例２として、実施例１の条件から、出射光の波長λと、ｙ方向の放射角θｖの条件を変更した場合の例について説明する。本実施例では、出射光の波長λ＝０．８３μｍ、放射角θｈ＝９°、θｖ＝２２°、導波路厚み方向のモードフィールド直径ＭＦＤｙ＝３μｍ、空気換算距離ｚ＝１５μｍとしている。この条件に基づきαを計算した場合、α＝４．７μｍとなる。

　ここで図８を参照する。図８は、本実施例における導波路幅方向のモードフィールド直径ＭＦＤｘに対する結合効率特性を示したグラフであり、縦軸は結合効率、横軸はモードフィールド直径ＭＦＤｘを示している。図８に示すように、本実施例においても、モードフィールド直径ＭＦＤｘを０．３５α≦ＭＦＤｘ≦２．７５αの範囲内に設定することで、位置ズレ量１．５μｍ以下の範囲でスポットＰの位置ズレが生じたとしても１５％以上の結合効率を確保することが可能となる。

　また、モードフィールド直径ＭＦＤｘを０．５α≦ＭＦＤｘ≦２αの範囲内に設定すれば、結合効率をほぼ２０％以上確保することが可能となる。本実施例においても、望ましくは、０．５５α≦ＭＦＤｘ≦１．９αであり、この場合には、確実に結合効率を２０％以上確保することが可能となる。

　（実施例３）
　次に、実施例３として、実施例１の条件から、導波路厚み方向のモードフィールド直径ＭＦＤｙの条件を変更した場合の例について説明する。本実施例は、出射光の波長λ＝０．６６μｍ、放射角θｈ＝９°、θｖ＝１６．５°、導波路厚み方向のモードフィールド直径ＭＦＤｙ＝２μｍ、空気換算距離ｚ＝１０μｍとしている。なお、空気換算距離ｚは、実施例１と同様に、ｚ＝５ＭＦＤｙの条件に基づき算出している。また、本実施例におけるスポット位置Ｐの位置ズレ量Δｘ及びΔｙを、モードフィールド直径ＭＦＤｙの１／２、即ち、Δｘ＝１μｍ、Δｙ＝１μｍとしている。この条件に基づきαを計算した場合、α＝３．６μｍとなる。

　ここで図９を参照する。図９は、本実施例における導波路幅方向のモードフィールド直径ＭＦＤｘに対する結合効率特性を示したグラフであり、縦軸は結合効率、横軸はモードフィールド直径ＭＦＤｘを示している。図９に示すように、本実施例においても、モードフィールド直径ＭＦＤｘを０．３５α≦ＭＦＤｘ≦２．７５αの範囲内に設定することで、位置ズレ量１．０μｍ以下の範囲でスポットＰの位置ズレが生じたとしても１５％以上の結合効率を確保することが可能となる。なお、ハンダの熱収縮による光源部５０の位置ズレや、接着剤の効果収縮による平面ミラー４０の位置ズレが場合においても、これらの位置ズレを見込んで目標調整位置をずらして調整することにより、位置精度１μｍ以下としても対応可能である。

　また、モードフィールド直径ＭＦＤｘを０．５α≦ＭＦＤｘ≦２αの範囲内に設定すれば、結合効率を２０％以上確保することが可能となる。

　次に、実施例４及び実施例５として、実施例３において、空気換算距離ｚの条件を変更した例について説明する。

　（実施例４）
　まず、実施例４について説明する。本実施例は、出射光の波長λ＝０．６６μｍ、放射角θｈ＝９°、θｖ＝１６．５°、導波路厚み方向のモードフィールド直径ＭＦＤｙ＝２μｍ、空気換算距離ｚ＝４μｍとしている。また、本実施例におけるスポット位置Ｐの位置ズレ量Δｘ及びΔｙを、Δｘ＝１μｍ、Δｙ＝１μｍとしている。この条件に基づきαを計算した場合、α＝３．２μｍとなる。

　ここで図１０を参照する。図１０は、本実施例における導波路幅方向のモードフィールド直径ＭＦＤｘに対する結合効率特性を示したグラフであり、縦軸は結合効率、横軸はモードフィールド直径ＭＦＤｘを示している。図１０に示すように、本実施例においても、モードフィールド直径ＭＦＤｘを０．３５α≦ＭＦＤｘ≦２．７５αの範囲内に設定することで、位置ズレ量１．０μｍ以下の範囲でスポットＰの位置ズレが生じたとしても１５％以上の結合効率を確保することが可能となる。

　（実施例５）
　次に、実施例５について説明する。本実施例は、出射光の波長λ＝０．６６μｍ、放射角θｈ＝９°、θｖ＝１６．５°導波路厚み方向のモードフィールド直径ＭＦＤｙ＝２μｍ、空気換算距離ｚ＝１６μｍとしている。また、本実施例におけるスポット位置Ｐの位置ズレ量Δｘ及びΔｙを、Δｘ＝１μｍ、Δｙ＝１μｍとしている。この条件に基づきαを計算した場合、α＝４．１μｍとなる。

　ここで図１１を参照する。図１１は、本実施例における導波路幅方向のモードフィールド直径ＭＦＤｘに対する結合効率特性を示したグラフであり、縦軸は結合効率、横軸はモードフィールド直径ＭＦＤｘを示している。図１１に示すように、本実施例においても、モードフィールド直径ＭＦＤｘを０．３５α≦ＭＦＤｘ≦２．７５αの範囲内に設定することで、位置ズレ量１．０μｍ以下の範囲でスポットＰの位置ズレが生じたとしても１５％以上の結合効率を確保することが可能となる。

　なお、実施例４では、ｚ／ＭＦＤｙ＝２となり、実施例５においては、ｚ／ＭＦＤｙ＝８となる。即ち、本実施形態に係る光学的結合構造によれば、空気換算距離ｚが２ＭＦＤｙ≦ｚ≦８ＭＦＤｙの範囲において、１μｍの位置ズレが生じた場合においても１５％以上の結合効率を確保することが可能である。

　以上のように、本実施形態に係る光学的結合構造では、数１４で示した式に基づきαを算出し、導波路幅方向のモードフィールド直径ＭＦＤｘが０．３５α≦ＭＦＤｘ≦２．７５αの範囲内に設定されるように、導波路６４の構成、及び光源部５０との位置関係を調整している。これにより、スポットの位置ズレが１．５μｍ以下の範囲で発生した場合においても、１５％以上の結合効率を確保することが可能となる。

　（第２の実施形態）
　次に、第２の実施形態に係る光学的結合構造について説明する。前述した光アシスト磁気ヘッド４の組立時には、調整装置の位置決め精度においてスポットＰの位置ズレが発生したとしても結合効率の変動を抑える必要がある。これは言い換えると、位置ズレがない場合を基準として、位置ズレが生じた場合の相対結合効率を所定の値以上確保する必要がある。ここで、相対結合効率とは、導波路入射面６４ａ上においてスポットＰの位置ズレが無い場合の結合効率を１として、スポットＰの位置ズレに伴う相対的な結合効率を示している。一般的には、スポットＰの位置ズレ（即ち、ΔｘやΔｙ）が発生した場合に、相対結合効率が４０％（－４ｄＢ）以上であれば、結合効率のばらつきをＬＤの出射パワーの調整等により吸収することができる。相対結合効率が５０％（－３ｄＢ）以上であれば、尚好ましい。

　一方で、導波路６４の作成は磁気ヘッド部６３と同様に半導体プロセスにて行われる。この場合には、導波路６４のコア部は、導波路厚み方向（ｙ方向）にＴａ_２Ｏ_５などの高屈折率材料を積層して厚みを形成する。そのため、導波路６４の厚みが厚いほど、即ち導波路厚み方向のモードフィールド直径ＭＦＤｙが大きいほど積層時間がかかってしまう。そのため、モードフィールド直径ＭＦＤｙが１～５μｍ程度となるように導波路６４は作成される。一般的に、モードフィールド直径が小さいほど、スポットの位置ズレに対する結合効率の劣化が大きい。即ち、相対結合効率が低い。

　そこで、本実施形態に係る光学的結合構造は、導波路厚み方向における相対結合効率Δη_ｙと空気換算距離ｚとの関係に着目している。本実施形態に係る光学的結合構造は、大きくすることが困難な導波路厚み方向のモードフィールド直径ＭＦＤｙを変更することなく、空気換算距離ｚを調整することで、４０％以上の相対結合効率を確保可能としている。本実施形態に係る光学的結合構造について以降で具体的に説明する。

　［数１１］で示した導波路厚み方向の結合効率κ_ｙを用いて、［数１３］で示した導波路厚み方向の相対結合効率Δη_ｙの式を空気換算距離ｚについて整理すると以下の式となる。
［数１５］

　ここで、Δｙは、導波路入射面６４ａ上でｙ方向（導波路厚み方向）におけるスポットＰの位置ズレ量を示している。また、ｗ_０ｙは、出射面５０ａにおける、出射光のｙ方向のスポット半径を示している。また、ｗ_２ｙは、導波路６４のモードフィールドにおいて相対強度がｅｘｐ（－２）となるｙ方向のモードフィールド半径を示している。

　即ち、［数４］で示した式は、与えられたスポット半径ｗ_０ｙ及びモードフィールド半径ｗ_２ｙに対して、想定される位置ズレ量Δｙを特定し、Δη_ｙ≧４０％となるように、空気換算距離ｚを調整することで、相対結合効率Δη_ｙを４０％以上確保できることを示している。

　なお、相対結合効率Δη_ｙ＝４０％の場合、２／ｌｎ（Δη_ｙ）は－２．１８となる。したがって、以下の条件式が満たされるように空気換算距離ｚを設定することで、相対結合効率を４０％以上確保することが可能となる。
［数１６］

　また、相対結合効率Δη_ｙ＝５０％の場合、２／ｌｎ（Δη_ｙ）は－２．８９となる。したがって、以下の条件式が満たされるように空気換算距離ｚを設定することで、相対結合効率を５０％以上確保することが可能となる。
［数１７］

　以上のように、以下の式に基づき、空気換算距離ｚを設定することで、Δη_ｙとして設定した値以上の相対結合効率を確保することが可能となる。
［数４］

　（実施例６）
　次に、第２の実施形態の実施例について説明する。まず、実施例６として、出射光の波長λ＝０．６６μｍ、放射角θｈ＝９°、θｖ＝１６．５°、導波路厚み方向のモードフィールド直径ＭＦＤｙ＝３μｍとした場合について説明する。なお、本実施例におけるスポット位置Ｐの位置ズレ量Δｘ及びΔｙは、Δｘ＝１．５μｍ、Δｙ＝１．５μｍとしている。この条件に基づきβ_１及びβ_２を計算した場合、β_１＝１１．４μｍ、β_２＝１５．４μｍとなる。

　ここで、図１２を参照する。図１２は、本実施例において空気換算距離ｚを変更した場合の相対結合効率特性を示したグラフであり、縦軸は相対結合効率、横軸は空気換算距離ｚを示している。なお、図１２には、ＭＦＤｙ＝３μｍにおいてｙ方向にスポットＰの位置ズレΔｙ＝１．５μｍが生じた場合だけでなく、ｘ方向にスポットＰの位置ズレΔｘ＝１．５μｍが生じた場合の相対結合効率特性も示している。ｘ方向のスポットＰの位置ズレが生じた場合に対しては、第１の実施形態において数１で示した条件式０．３５α≦ＭＦＤｘ≦２．７５αに基づき、導波路幅方向のモードフィールド直径ＭＦＤｘを、０．３５α、α、及び２．７５α（但し、αは各ｚに対して数１４を用いて算出した値）とした場合のそれぞれについて相対結合効率を示している。

　図１２に示すように、ｚ≧β_１に設定することで、Δｙ＝１．５μｍの場合において４０％以上の相対結合効率を確保することが可能である。また、この場合には、Δｘ＝１．５μｍの場合においても、０．３５α≦ＭＦＤｘ≦２．７５αの範囲のどのモードフィールド直径ＭＦＤｘに対しても４０％以上の相対結合効率を確保することが可能である。

　また、ｚ≧β_２に設定することで、Δｙ＝１．５μｍの場合において５０％以上の相対結合効率を確保することが可能である。また、この場合には、Δｘ＝１．５μｍの場合においても、０．３５α≦ＭＦＤｘ≦２．７５αの範囲のどのモードフィールド直径ＭＦＤｘに対しても５０％以上の相対結合効率を確保することが可能である。

　（実施例７）
　次に、実施例７として、実施例２に示した条件を適用した場合の例について説明する。即ち、本実施例では、出射光の波長λ＝０．８３μｍ、放射角θｈ＝９°、θｖ＝２２°、導波路厚み方向のモードフィールド直径ＭＦＤｙ＝３μｍとしている。また、本実施例におけるスポット位置Ｐの位置ズレ量Δｘ及びΔｙを、Δｘ＝１．５μｍ、Δｙ＝１．５μｍとしている。この条件に基づきβ_１及びβ_２を計算した場合、β_１＝９．２μｍ、β_２＝１２．２μｍとなる。

　ここで、図１３を参照する。図１３は、本実施例において空気換算距離ｚを変更した場合の相対結合効率特性を示したグラフであり、縦軸は相対結合効率、横軸は空気換算距離ｚを示している。なお、図１３には、導波路幅方向のモードフィールド直径ＭＦＤｘを、０．３５α、α、及び２．７５α（但し、αは各ｚに対して数１４を用いて算出した値）とした場合のそれぞれについても相対結合効率を示している。

　図１３に示すように、ｚ≧β_１に設定することで、Δｙ＝１．５μｍの場合において４０％以上の相対結合効率を確保することが可能である。また、この場合には、Δｘ＝１．５μｍの場合においても、０．３５α≦ＭＦＤｘ≦２．７５αの範囲のどのモードフィールド直径ＭＦＤｘに対しても４０％以上の相対結合効率を確保することが可能である。

　（実施例８）
　次に、実施例８として、実施例３に示した条件を適用した場合の例について説明する。即ち、本実施例では、出射光の波長λ＝０．６６μｍ、放射角θｈ＝９°、θｖ＝１６．５°、導波路厚み方向のモードフィールド直径ＭＦＤｙ＝２μｍとしている。また、本実施例におけるスポット位置Ｐの位置ズレ量Δｘ及びΔｙを、Δｘ＝１μｍ、Δｙ＝１μｍとしている。この条件に基づきβ_１及びβ_２を計算した場合、β_１＝４．３μｍ、β_２＝６．８μｍとなる。

　ここで、図１４を参照する。図１４は、本実施例において空気換算距離ｚを変更した場合の相対結合効率特性を示したグラフであり、縦軸は相対結合効率、横軸は空気換算距離ｚを示している。なお、図１４には、導波路幅方向のモードフィールド直径ＭＦＤｘを、０．３５α、α、及び２．７５α（但し、αは各ｚに対して［数１４］を用いて算出した値）とした場合のそれぞれについても相対結合効率を示している。

　図１４に示すように、ｚ≧β_１に設定することで、Δｙ＝１μｍの場合において４０％以上の相対結合効率を確保することが可能である。また、この場合には、Δｘ＝１μｍの場合においても、０．３５α≦ＭＦＤｘ≦２．７５αの範囲のどのモードフィールド直径ＭＦＤｘに対しても４０％以上の相対結合効率を確保することが可能である。

　また、ｚ≧β_２に設定することで、Δｙ＝１μｍの場合において５０％以上の相対結合効率を確保することが可能である。また、この場合には、Δｘ＝１μｍの場合においても、０．３５α≦ＭＦＤｘ≦２．７５αの範囲のどのモードフィールド直径ＭＦＤｘに対しても５０％以上の相対結合効率を確保することが可能である。

　以上のように、本実施形態に係る光学的結合構造では、数１５で示した式に基づき空気換算距離ｚを設定している。これにより、導波路幅方向のモードフィールド直径ＭＦＤｘを数１で示した０．３５α≦ＭＦＤｘ≦２．７５αの範囲に設定すれば、導波路厚み方向のズレに対する相対結合効率に加え、導波路幅方向の相対結合効率もあわせて確保することが可能となる。

　（実施例９）
　最後に、実施例９として導波路６４のコア厚を導波路厚み方向に厚くすることで、導波路厚み方向のモードフィールド直径ＭＦＤｙを大きくした場合の結合効率及び相対結合効率について以下にまとめる。本実施例では、出射光の波長λ＝０．６６μｍ、放射角θｈ＝９°、θｖ＝１６．５°、導波路厚み方向のモードフィールド直径ＭＦＤｙ＝４μｍとしている。また、本実施例におけるスポット位置Ｐの位置ズレ量Δｘ及びΔｙを、Δｘ＝１．５μｍ、Δｙ＝１．５μｍとしている。この場合、β_１＝４．６μｍ、β_２＝１３．８μｍとなる。また、空気換算距離ｚを、ｚ＝６μｍ＞β_１とし、導波路幅方向のモードフィールド直径ＭＦＤｘを、ｚ＝６μｍとした場合のα、即ち、ＭＦＤｘ＝α＝３．３μｍとする。

　図１５に、本実施例における、位置ズレなしの場合の結合効率と、Δｘ＝１．５μｍ、及びΔｙ＝１．５μｍのそれぞれにおける結合効率及び相対結合効率の値を示す。図１５に示すように、導波路幅方向にΔｘ＝１．５μｍの位置ズレが生じたとしても、結合効率が２９．６％、相対結合効率が４４．２％となる。また、導波路厚み方向にΔｙ＝１．５μｍの位置ズレが生じたとしても、結合効率が２７．５％、相対結合効率が４１．０％となる。このように、スポットの位置ズレが１．５μｍ以下の範囲で生じたとしても、結合効率１５％以上、かつ相対結合効率４０％以上を確保できることがわかる。

　また、本実施例における導波路入射面６４ａ上におけるスポット直径は、導波路幅方向：２ｗ_１ｘ＝３．５２μｍ、導波路厚み方向：２ｗ_１ｙ＝３．４４μｍとなる。この場合、ＭＦＤｙ＞２ｗ_１ｙとなる。このことから、本発明に係る光学的結合構造によれば、必ずしもＭＦＤｙ＜２ｗ_１ｙである必要が無いことがわかる。

　なお、前述したとおり、平面ミラー４０には内面反射型のプリズムを用いることが可能である。この場合には、プリズムの屈折率を考慮して空気換算距離ｚを算出すればよい。例えば、プリズム内への入射面からプリズム内の反射面までの距離をＬ１’、この反射面からプリズム外への出射面までの距離をＬ２’、このプリズムの材料の屈折率をｎとする。この場合、プリズム内の物理的距離ｚ’は、ｚ’＝Ｌ１’＋Ｌ２’となる。この距離ｚ’の空気換算距離ｚは、ｚ＝ｚ’／ｎ＝（Ｌ１’＋Ｌ２’）／ｎにより算出すればよい。

　以上、本発明に係る光学的結合構造によれば、導波路入射面６４ａ上においてスポットＰが導波路幅方向や導波路厚み方向に１μｍ前後ずれた場合においても、結合効率を１５％以上確保することが可能となる。そのため、この光学的結合構造を光アシスト磁気ヘッド４に適用することで、媒体への情報記録を確実に行うことが可能となる。

　１　情報記録装置
　２　筐体
　３　ディスク
　４　光アシスト磁気ヘッド
　５　ヘッド支持部
　６　支軸
　７　トラッキング用アクチュエータ
　３０　表面反射ミラー
　４０　平面ミラー
　４０ａ　偏光面
　５０　光源部
　５０ａ　出射面
　６０　スライダ
　６０ａ　上面
　６３　磁気ヘッド部
　６４　導波路
　６４ａ　導波路入射面
　６４ｂ　導波路出射面
　６５　プラズモンプローブ

Claims

　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、厚み方向（ｙ方向）と直交する幅方向（ｘ方向）に所定の幅を有し、前記幅方向及び前記厚み方向の双方に直交する伝播方向（ｚ方向）の一端に位置する導波路入射面で前記光源からの光を受け、前記伝播方向の他端側に位置する前記記録媒体に向かって前記光を伝播させる導波路と、
　を有する光アシスト磁気ヘッドであって、
　前記光源からの光は、集光または拡散の作用を受けずに前記導波路入射面に導かれ、
　前記光源の発光点において前記光の前記幅方向の相対強度がｅｘｐ（－２）となるスポット半径ｗ_０ｘと、前記導波路入射面において前記光の前記幅方向の相対強度がｅｘｐ（－２）となるスポット半径ｗ_１ｘとしたとき、前記幅方向の相対強度がｅｘｐ（－２）となる前記導波路のモードフィールド直径ＭＦＤｘが、以下に示す第１の条件を満たすように、前記光源と前記導波路とが光学的結合構造を構成することを特徴とする光アシスト磁気ヘッド。
［数１］

　但し、αは、以下の式により定義される。
［数２］
　前記導波路入射面に対する前記光の位置ズレ量が１．５μｍ以下の範囲において、結合効率が１５％以上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。
　前記導波路は、基板上に前記厚み方向に積層された第１のクラッド層と、コア層と、第２のクラッド層とを有す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。
　前記モードフィールド直径ＭＦＤｘが、前記第１の条件に代えて、以下に示す第２の条件を満たす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。
［数３］
　前記光源が前記光を出射する出射面から前記導波路入射面までの空気換算距離ｚが、前記光の波長λと、前記光のスポットの前記導波路入射面における前記厚み方向の位置ズレ量Δｙと、前記光源の発光点において前記光の前記厚み方向の相対強度がｅｘｐ（－２）となるスポット半径ｗ_０ｙと、前記導波路において前記厚み方向の相対強度がｅｘｐ（－２）となるモードフィールド半径ｗ_２ｙと、前記導波路入射面上において前記スポットの位置ズレが生じていない場合の結合効率を１として、前記スポットの前記厚み方向の位置ズレに伴う相対的な結合効率を示す相対結合効率Δη_ｙと、を用いて次の条件を満たす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。
［数４］

　但し、前記相対結合効率Δη_ｙは、第３の条件としてΔη_ｙ≧０．４を満たす。
　前記相対結合効率Δη_ｙが、前記第３の条件に代えて、第４の条件としてΔη_ｙ≧０．５を満たすことを特徴とする請求項５に記載の光アシスト磁気ヘッド。
　前記光源と前記導波路との間に位置し、前記光源からの光が前記導波路入射面に入射するように前記光を偏向させる偏向部を設けたことを特徴とする請求項６に記載の光アシスト磁気ヘッド。
　前記偏向部は、前記光源からの光を反射させて前記導波路入射面に導く平面ミラーであることを特徴とする請求項７に記載の光アシスト磁気ヘッド。
　前記平面ミラーは、表面反射型のミラー、または内面反射型のプリズムであることを特徴とする請求項８に記載の光アシスト磁気ヘッド。
　光源と、
　厚み方向（ｙ方向）と直交する幅方向（ｘ方向）に所定の幅を有し、前記幅方向及び前記厚み方向の双方に直交する伝播方向（ｚ方向）の一端に位置する導波路入射面で前記光源からの光を受け、前記伝播方向の他端に前記光を伝播させる導波路と、
　の光学的結合構造であって、
　前記光源からの光は、集光または拡散の作用を受けずに前記導波路入射面に導かれ、
　前記光源の発光点において前記光の前記幅方向の相対強度がｅｘｐ（－２）となるスポット半径ｗ_０ｘと、前記導波路入射面において前記光の前記幅方向の相対強度がｅｘｐ（－２）となるスポット半径ｗ_１ｘとしたとき、前記幅方向の相対強度がｅｘｐ（－２）となる前記導波路のモードフィールド直径ＭＦＤｘが、以下に示す第１の条件を満たすことを特徴とする光学的結合構造。
［数１］

　但し、αは、以下の式により定義される。
［数２］
　前記導波路入射面に対する前記光の位置ズレ量が１．５μｍ以下の範囲において、結合効率が１５％以上であることを特徴とする請求項１０に記載の光学的結合構造。
　前記導波路は、基板上に前記厚み方向に積層された第１のクラッド層と、コア層と、第２のクラッド層とを有することを特徴とする請求項１０に記載の光学的結合構造。
　前記モードフィールド直径ＭＦＤｘが、前記第１の条件に代えて、以下に示す第２の条件を満たすことを特徴とする請求項１０に記載の光学的結合構造。
［数３］
　前記光源の発光点から前記導波路入射面までの空気換算距離ｚが、前記光の波長λと、前記光のスポットの前記導波路入射面における前記厚み方向の位置ズレ量Δｙと、前記光源の発光点において前記光の前記厚み方向の相対強度がｅｘｐ（－２）となるスポット半径ｗ_０ｙと、前記導波路において前記厚み方向の相対強度がｅｘｐ（－２）となるモードフィールド半径ｗ_２ｙと、前記導波路入射面上において前記スポットの位置ズレが生じていない場合の結合効率を１として、前記スポットの前記厚み方向の位置ズレに伴う相対的な結合効率を示す相対結合効率Δη_ｙと、を用いて次の条件を満たすことを特徴とする請求項１０に記載の光学的結合構造。
［数４］

　但し、前記相対結合効率Δη_ｙは、第３の条件としてΔη_ｙ≧０．４を満たす。
　前記相対結合効率Δη_ｙが、前記第３の条件に代えて、第４の条件としてΔη_ｙ≧０．５を満たすことを特徴とする請求項１４に記載の光学的結合構造。