光アシスト型磁気ヘッド装置、光アシスト型磁気記録装置及び光アシスト磁気記録方法
【課題】薄膜磁気ヘッドの主磁極の表面プラズマ波を用いて局所的なスポットを形成するにあたり、光アシスト磁気記録に十分な光強度を保持し、且つスポット径の微小化を図ることを目的とする。
【解決手段】集光光学系４と、薄膜磁気ヘッド５とを有し、集光光学系４は、半球型又は超半球型のソリッドイマージョンレンズ２を備える。そして薄膜磁気ヘッド５の主磁極の光入射側に、表面プラズマ共鳴を生じる金属層２９を設ける。磁気記録に適した磁性材ではなく表面プラズマ共鳴に適した材料の金属層２９を設けることによって、十分な表面プラズマ共鳴を発生することができる。
【解決手段】集光光学系４と、薄膜磁気ヘッド５とを有し、集光光学系４は、半球型又は超半球型のソリッドイマージョンレンズ２を備える。そして薄膜磁気ヘッド５の主磁極の光入射側に、表面プラズマ共鳴を生じる金属層２９を設ける。磁気記録に適した磁性材ではなく表面プラズマ共鳴に適した材料の金属層２９を設けることによって、十分な表面プラズマ共鳴を発生することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録領域に局部的な光照射を行って磁気記録を行う光アシスト型磁気ヘッド装置、光アシスト型磁気記録装置及び光アシスト磁気記録方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報記録媒体に対する高密度記録化の要求が高まっている。磁気記録媒体、例えば磁気テープ、磁気ディスク等に対する情報記録においても、超高密度記録化が要求されている。この場合、記録ピットの微小化のために垂直記録が採られ、また高い解像度を実現することや、磁性層の保磁力を高める開発が進められている。
現在、高い保持力を有する磁性体は開発されつつあるが、このように高い保磁力を有する材料より成る磁気記録媒体に対して記録を行うにあたり、十分に信号記録磁界を高めることは難しい。この問題を解決するため、光アシスト型磁気ヘッド装置が提案されている。この光アシスト型磁気ヘッド装置は、磁気記録媒体の記録部位を局部的に光照射によって昇温させ、記録領域の保磁力を一時的に低下させて磁気記録を行うものである。これにより、高保磁力の磁性層を有する磁気記録媒体に対して微小磁界スポットによって情報記録を行うことが可能となる。
【０００３】
このような光アシスト型の磁気記録においては、高記録密度化、すなわち微小記録ビットを形成する上で、その光スポットの微小化が必要となる。通常の集光レンズにおいては、そのスポット径は使用光の波長とレンズの開口数（ＮＡ）によって決まるが、開口数に制約があり、スポット径の微細化に限界を来している。
これに対して、半球型もしくは超半球型のソリッドイマージョンレンズ（Solid Immersion Lens、固浸レンズ。以下ＳＩＬと記す。）を対物レンズと記録媒体との間に介在させ、これにより対物レンズの開口数を高める手法が開発されている。半球型もしくは超半球型のＳＩＬを用いて近接場光によるスポットを形成する場合、スポット径の微細化が図られる。使用する光の波長に対するＳＩＬの屈折率をｎとすると、半球型ＳＩＬの場合はｎ倍、超半球型ＳＩＬ（超ＳＩＬとも呼ばれる）の場合でｎ２倍に有効開口数を高めることができ、すなわちスポットサイズはそれぞれ１／ｎ、１／ｎ２に微小化される。
【０００４】
このようなスポットの微小化に着目し、半球型又は超半球型のＳＩＬを用いた光アシスト型磁気ヘッドも提案されている（例えば特許文献１参照）。
特許文献１に記載の光アシスト型磁気ヘッドは、対物レンズと半球型又は超半球型のＳＩＬとからなる２群集光レンズ系を有するもので、特にＳＩＬを球状のレンズ本体と光透過性基板とを接合一体化して形成される構成とする。そしてこの光透過性基板に薄膜磁気ヘッドが形成されて光アシスト型磁気ヘッドが構成される。
【特許文献１】特開２００６−２８６１１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した光アシスト型磁気ヘッド装置においては、光スポットの微小化と同時に、記録磁界を発生する磁極と、磁気記録媒体の表面を加熱する光スポットを１０ｎｍオーダー程度、すなわち１００ｎｍ未満に近接させる必要がある。
従来の光アシスト型の磁気ヘッドとしては、光導波路を用いて光スポットを形成する方式が主に検討されてきたが、導波路において十分な光伝達効率を得るには、クラッド層の厚みを波長の数分の一程度、すなわち１００ｎｍ程度以上確保する必要があり、磁極に対して光スポットをこれ以上近接して配置することは容易ではない。
【０００６】
一方、上述の特許文献１に開示の発明などの半球型又は超半球型のＳＩＬを用いた光アシスト型磁気ヘッドにおいては、磁極と光スポットを近接配置することが可能である。また、レンズを用いる場合は３次元的に光を照射するので、光利用効率が高いという利点を有する。
しかしながらこのように光スポットを磁極に近接した場合、磁極による光の遮蔽が生じるという問題が生じる。このため、磁気記録媒体の表面において十分な記録磁界を発生し、且つ、十分な強度の光照射を実現する方法が検討されている。
【０００７】
これに対し、出願人は、先の出願（特願２００７−２２７１７０号）において、この課題を解決するため、照射光の偏光方向（光電場振動方向）を制御し、磁性材より成る主磁極自身の表面プラズマ波を用いて、主磁極端に局所的なスポットを形成する光アシスト型磁気ヘッド装置を提案した。このように、主磁極の表面プラズマ波を用いて局所的なスポットを形成する場合、主磁極の材料によっては、十分な光アシスト効果を発揮できない恐れがあることが分かってきた。
【０００８】
上記の問題に鑑みて、本発明は、薄膜磁気ヘッドの主磁極の表面プラズマ波を用いて局所的なスポットを形成するにあたり、光アシスト磁気記録に十分な光強度を保持し、且つスポット径の微小化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明による光アシスト型磁気ヘッド装置は、集光光学系と、薄膜磁気ヘッドとを有し、集光光学系は、半球型又は超半球型のソリッドイマージョンレンズを備える。そして薄膜磁気ヘッドの主磁極の光入射側に、表面プラズマ共鳴（ＳＰＲ：Surface Plasmon Resonance）を生じる金属層が設けられることを特徴とする。
【００１０】
本発明の光アシスト型磁気ヘッド装置は、集光光学系に入射される入射光が直線偏光とされ、且つその電場振動方向が、磁気記録媒体との相対的走行方向に沿う配置とされることが望ましい。
【００１１】
また、本発明による光アシスト型磁気記録装置は、光源部と、磁気記録媒体配置部と、薄膜磁気ヘッドと、記録信号制御部と、光源部からの光を前記薄膜磁気ヘッドに導く集光光学系と、を具備する。そして、集光光学系は、半球型又は超半球型のソリッドイマージョンレンズを備え、薄膜磁気ヘッドの主磁極の光入射側に、表面プラズマ共鳴を生じる金属層が設けられることを特徴とする。
【００１２】
本発明による光アシスト磁気記録方法は、集光光学系の集光スポット位置に薄膜磁気ヘッドを配置し、薄膜磁気ヘッドの主磁極に、表面プラズマ共鳴を生じる金属層を設けて、主磁極の金属層を設ける先端位置から近接場光を発生して、磁気記録媒体に記録を行うことを特徴とする。
【００１３】
上述したように、本発明の光アシスト型磁気ヘッド装置、光アシスト型磁気記録装置、光アシスト磁気記録方法においては、薄膜磁気ヘッドの主磁極に、表面プラズマ波を発生する材料より成る金属層を設けるものである。
【００１４】
上述したように、光アシスト磁気記録を目的として近接場光による微小スポットを磁気記録媒体に照射する場合、主磁極と集光光学系による入射光との位置関係、入射光の偏光方向等を選定することによって、表面プラズマ波を生じさせることができ、これによりスポット径の縮小及び光強度の向上を図ることができる。しかしながら、本発明者の鋭意考察研究の結果、主磁極の材料によっては十分な光強度が得られない場合があることが分かってきた。
【００１５】
その理由として以下の２つが考えられる。
［１］主磁極の材料である磁性材の主成分としては代表的にはＣｏ、Ｎｉがあるが、その誘電関数ε（ω）が光アシスト磁気ヘッド装置で通常用いられる可視光の領域で負にならず、表面プラズモン共鳴を示さないか、又は示しにくい。
［２］主磁極の一端に形成されるスポットの直径は、主磁極の厚さと同程度という制約がある。
つまり、上記［１］により、表面プラズモン共鳴による大幅な電場増強を期待することができず、また上記［２］により、形成されるスポット径が主磁極の厚さで決まってしまうこととなる。したがって、記録特性上最適な磁界強度を得るためにＣｏ、Ｎｉ等の材料より主磁極を構成し、またその厚さを記録特性に対応して形成してしまうと、スポット径の微小化に制約を受けてしまうこととなる。
【００１６】
上記の目的を達成するために、本発明では、薄膜磁気ヘッド主磁極の集光光学系による照射光の光入射側の端面に、可視光において表面プラズマ共鳴を生じる金属層を設けることにより、記録磁界中心近傍に、所望の光強度をもってスポットを形成することができ、且つ、その膜厚を適切に選定することによってこのスポット径の微小化を図ることができる。すなわち本発明によれば、スポット径の微小化と、磁極と光スポットとの近接配置とを、同時に実現できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、薄膜磁気ヘッドの主磁極の表面プラズマ波を用いて局所的なスポットを形成するにあたり、光アシスト磁気記録に十分な光強度を保持し、且つスポット径の微小化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
【００１９】
図１は、本発明の一実施の形態による光アシスト型磁気ヘッド装置の概略断面構成図である。本実施の形態における光アシスト型磁気ヘッド装置は、図１に示すように、集光光学系４と、薄膜磁気ヘッド５から構成される。集光光学系４は、対物レンズ３と、半球型又は超半球型のＳＩＬ２より構成される。薄膜磁気ヘッド５の主磁極２１は、集光光学系４による入射光Ｌｉの入射側に、表面プラズマ共鳴を発生する金属層２９を有する構成とする。そしてこの金属層２９の表面２９Ｓ、すなわち磁気記録媒体（図示せず）との相対的走行における流入端側となる照明光入射側の側面が、集光光学系４の光軸Ｃに沿うように配置される。図１においては、磁気記録媒体の走行方向を矢印Ｍとして示す。すなわち、主磁極２１の光入射側の側面である金属層２９の表面２９Ｓは、図１において矢印Ｍの後端側（図１の紙面において左側）の面となる。
【００２０】
図２に主磁極２の概略斜視構成図を示すように、この主磁極２１の入射側に金属層２９が設けられると共に、その表面２９Ｓの中央部に光軸Ｃが配置される構成とする。図２において、図１と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００２１】
図１及び図２において、磁気記録媒体の走行方向と平行な方向をＸ軸、光軸に沿う方向をＺ軸、これらと直交する方向をＹ軸として示す。すなわちＸ方向が磁気記録媒体との相対的走行方向、つまり記録トラック長さ方向であり、Ｙ方向は磁気記録媒体の記録トラック幅方向、Ｚ方向はＳＩＬにおけるギャップ方向となる。光軸Ｃは、主磁極２１の光入射側の側面に設ける金属層２９の表面２９ＳのＹ方向の幅の中央に配置することが望ましい。
【００２２】
そして本実施の形態の光アシスト型磁気ヘッドにおいては、図１及び図２に示すように、集光光学系４により主磁極２１の光入射側に設ける金属層２９表面に集光される光Ｌｉを、直線偏光とする。更にその電場振動方向を、矢印Ｐで示すように、磁気記録媒体との相対的走行方向（矢印Ｍ）に沿う配置とする。すなわちこの場合、入射光Ｌｉの電場振動方向は、磁気記録媒体の記録トラック長さ方向と平行となるように集光光学系４及び薄膜磁気ヘッド５を配置構成する。
【００２３】
図２において、二点鎖線で示す面Ｈは主磁極２１上に設ける金属層２９の表面２９Ｓと同一の平面を仮想的に示すもので、矢印Ｆｉで示す領域（面Ｈから主磁極２１とは反対側）が光入射側、いわば磁気記録媒体との相対的走行における流入端側であり、矢印Ｆｏで示す領域（面Ｈから主磁極２１側）が流出端側となる。また、図２においては集光光学系４により集光される光ＬｉによるスポットＳを模式的に示す。
【００２４】
図１及び図２に示す光アシスト型磁気ヘッドにおける集光光学系４のより具体的な構成例を図３の概略斜視構成図に示す。図３において、図１と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。上述したようにこの例においては、集光光学系４を、対物レンズ３と、近接場光記録で用いられる半球型又は超半球型のＳＩＬ２とより構成する。対物レンズ３とＳＩＬ２とによって、実効的な開口率が１．０を超える開口数を実現し、近接場光を発生させる光学系を構成することができる。
【００２５】
単体の対物レンズでは、光の回折限界により集光スポット径はλ／ＮＡobj程度にしか絞ることができない。ここでλは使用光の波長、ＮＡobjは対物レンズの開口数である。
これに対し、上述したように、半球型又は超半球型のＳＩＬ２を用いる集光光学系４においては、ＳＩＬ２の底面（焦点面）において、スポット径を半球型のＳＩＬで１／ｎ、超半球型のＳＩＬで１／ｎ２に微小化することができる。ここでｎは使用光の波長λにおけるＳＩＬ２の屈折率である。一般的に、ＳＩＬ２の底面と磁気記録媒体との隙間（ギャップ）をλ／１０以下に狭めることで、近接場光の結像作用により磁気記録媒体面上に、λ／ＮＡobjのスポット径を更に、半球型ＳＩＬで１／ｎ、超半球型ＳＩＬで１／ｎ２に微小化することが可能になる。
【００２６】
図３に示すように、この例においては、平板状の第１及び第２の光学ブロック６ａ及び６ｂと、球状部２Ｓとが接合されてＳＩＬ２が構成される。これら第１及び第２の光学ブロック６ａ及び６ｂと球状部２Ｓは共に、使用光の波長に対し光透過性を有し、且つ高屈折率を有する光学部材より構成し、望ましくは同一材料より構成する。
図３においては、第１の光学ブロック６ａに形成した薄膜磁気ヘッド５を示すために、第２の光学ブロック６ｂの一部を切り欠いて示している。なお、第１及び第２の光学ブロック６ａ及び６ｂの大きさや形状は図３に示す例に限定されるものではなく、その他種々の形状とすることができる。
【００２７】
このＳＩＬ２の製造方法の一例を説明する。例えば第１の光学ブロック６ａの一端面をヘッド形成面６ａｈとし、このヘッド形成面６ａｈ上に、上述したように主磁極上に表面プラズマ共鳴を発生する金属層を配置した薄膜磁気ヘッド５を形成する。この後、第１の光学ブロック６ａと第２の光学ブロック６ｂを光学接着剤による粘着、又は溶着により接合する。この光学接着剤としては、屈折率が例えば１．５以上の高屈折率材料であることが望ましく、第１及び第２の光学ブロック６ａ及び６ｂと同程度の屈折率であることがより望ましい。
【００２８】
接合された第１及び第２の光学ブロック６ａ及び６ｂに対し、薄膜磁気ヘッド５の主磁極形成側の表面を平面研磨していわゆる主磁極２１のデプス長を調整するデプス研磨を行い、更に、裏面も平面研磨して、所定の板厚に形成する。一方、別体のボールレンズを用意して、その一部を平面研磨して、光軸と略直交する平面を有する球状部２Ｓを形成する。この球状部２Ｓは上述したように、第１及び第２の光学ブロック６ａ及び６ｂと同一の材料より成ることが望ましい。そしてこの球状部２Ｓの平面を、第１及び第２の光学ブロック６ａ及び６ｂの接合面上に上述の光学接着剤により接着、溶着等により接合する。このとき第１の光学ブロック６ａに形成した薄膜磁気ヘッド５の主磁極上の金属層と、球状部２Ｓの光軸とが上述の図２において説明した配置となるように位置決めを行って接合する。
【００２９】
以上説明した製造方法により図３に示すＳＩＬ２を得ることができる。このような構成とする場合、球状部２Ｓと、図３において破線で示すように、第１及び第２の光学ブロック６ａ及び６ｂ内にその一部として含まれる球状部２Ｐとによって、半球状又は超半球状のＳＩＬ２が構成される。全体として半球状又は超半球状となるように、第１及び第２の光学ブロック６ａ及び６ｂの板厚と、球状部２Ｓの厚さとを選定する。球状部２Ｓの半径をｒとすると、半球状のＳＩＬとする場合は全体の厚さをｒ、超半球状のＳＩＬとする場合は全体の厚さをｒ×（１＋１／ｎ）となるように構成する。すなわち、第１及び第２の光学ブロック６ａ及び６ｂの平面研磨後の板厚をＴとすると、球状部２Ｓの厚さは最終的な厚さから厚さＴだけ差し引いた厚さに形成する。
【００３０】
このような構成によるＳＩＬ２の全体の厚さは、半球型ＳＩＬの場合はｒ、超半球型ＳＩＬの場合はｒ×（１＋１／ｎ）となり、光学的には、従来の半球型ＳＩＬ又は超半球型ＳＩＬと全く等価である。したがって、上部の対物レンズ３で集光された光は、合成されたＳＩＬ２の底面、すなわち第１及び第２のブロック６ａ及び６ｂの記録媒体側の面で焦点を結び、通常のＳＩＬとしての機能を有する。組立時に光学的調整を行うことにより、集光光学系４の光軸中心を主磁極及び金属層が形成されている光学ブロック６ａのヘッド形成面６ａｈ上に位置決めすることが可能であり、この結果光スポットの中心は、主磁極上の金属層表面の例えば中央に配置される。
【００３１】
図４Ａは、薄膜磁気ヘッド５の一例の拡大断面構成図である。図４Ｂは、図４Ａにおける主磁極２１の破線Ｔで囲む先端部の拡大断面図である。図４Ａに示すように、この場合、垂直記録用単磁極ヘッド構造とする例を示し、薄膜磁気ヘッド５は磁界を発生するコイル導体２３と、発生した磁界を記録部へ導出、印加するための主磁極２１から構成される。図４Ａには示していないが、副磁極が主磁極に接続され、磁気回路を構成している構造でもよい。なお、実際の記録に際しては、記録層、軟磁性層を有する磁気記録媒体と対向させ、軟磁性層は主磁極２１、コイル導体２３とともに、薄膜磁気ヘッド５における磁気回路を構成する。
【００３２】
本例では、図４Ａに示すように、第１の光学ブロック６ａのヘッド形成面６ａｈ上に、主磁極２１が所定の長さをもって形成され、絶縁層２２を介して下部コイル層２３Ａ、絶縁層２４、主磁極２１と接続されるヨーク２５、絶縁層２６、上部コイル層２３Ｂが形成されて、光学接着剤２７を介して第２の光学ブロック６ｂが接合された構成としている。
そして図４Ｂに示すように、主磁極２１の入射光Ｌｉを照射する入射側には、表面プラズマ共鳴を発生する金属層２９が形成される。
【００３３】
薄膜磁気ヘッド５の一例の概略断面構成図及び平面構成図を図５Ａ及びＢに示す。図５Ａ及びＢにおいて、図４Ａと対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。図５Ｂに示すように、薄膜磁気ヘッド５のコイル導体２３は、互いに逆向きの斜め方向に配列される下部コイル層２３Ａと上部コイル層２３Ｂ及びこれらを接続する接続部２３Ｃとより構成することができる。図５Ｂにおいては両端の下部コイル層２３Ａから端子導出部１２が延在されるが、コイルの巻回数や各部の構成、また、各コイル層の形状等はこの限りではなく、種々の変形が可能であることはいうまでもない。図５においては、主磁極２１のデプス長をｌｄ、磁気記録媒体との相対的走行方向と直交する方向の主磁極２１及びヨーク２５の幅をそれぞれｗｍ、ｗｙとして示す。
【００３４】
図６は、本発明の実施の形態に係る光アシスト型磁気記録装置の概略構成図である。
本実施の形態の磁気記録装置１００は、光源部、例えば波長４００ｎｍの半導体レーザ素子を有する光源部６２と、本発明に係る光アシスト型磁気ヘッド装置１０と、磁気記録媒体１１、例えば磁気ディスクが配置されて回転駆動される磁気記録媒体１１の配置部６４と、光アシスト型磁気ヘッド装置１０の薄膜磁気ヘッド素子５の磁気ヘッドコイルに記録信号を供給する記録信号電源部、すなわち記録信号回路６５と、光源部６２からのレーザ光を光アシスト型磁気ヘッド装置１０に導入すると共に、磁気記録媒体１１からの戻り光を検出する例えばフォトダイオードを有する光検出部６６へと導入する光学系６７とを有する。磁気記録媒体１１は、例えばガラス等の基板１５上に軟磁性層１６、記録層１７が順次積層されて構成される。
【００３５】
光学系６７は、後述する図８において詳細に説明するように、例えばコリメータレンズ（図示せず）とビームスプリッタ６８等を有して成る。また、光検出部６６によって検出された検出出力を演算し、光アシスト型磁気ヘッド装置１０に対する所望のサーボ信号、例えばギャップ制御、トラッキング等の各サーボ信号を得て、これら制御を行う位置決め用の制御装置６９を有する。また、光アシスト型磁気ヘッド装置１０が、薄膜磁気記録ヘッド以外に、再生用薄膜磁気ヘッドを搭載する場合は、図示しないがヘッド素子は再生信号回路に接続され、磁気信号再生動作を行う。
【００３６】
磁気記録媒体１１の配置部６４では、例えば磁気ディスクである磁気記録媒体１１が載置された状態で、スピンドルモータ等の駆動部８０によって矢印ｒで示すように回転駆動され、磁気記録媒体１１が矢印Ｍで示すように回転される。制御装置６９によって駆動される制御機構７０は、例えば後述の図７において説明する浮上スライダや、または２軸アクチュエータによって構成することができる。制御機構７０には集光光学系４を有する本発明に係る光アシスト型磁気ヘッド装置１０が搭載され、トラッキングサーボ信号及びギャップサーボ信号に基づき駆動して、集光光学系４をトラッキング方向に移動調整し、また光軸方向すなわちギャップ方向に移動調整する。
【００３７】
本実施の形態の磁気記録装置１００では、この場合ディスク状の磁気記録媒体１１が回転され、光源部６２から所要の波長、例えば４００ｎｍのレーザ光が光学系６７によって光アシスト型磁気ヘッド装置１０の光軸に沿って導入され、この光アシスト型磁気ヘッド装置１０による近接場光が磁気記録媒体１１上に照射される。光アシスト型磁気ヘッド装置１０は、対物レンズ３と半球型又は超半球型のＳＩＬ２による２群レンズ構成の集光光学系４により、後述するように、特に主磁極及びこの上の金属層と光軸との配置構成、また集光光学系４により入射させる光の電場振動方向を適切に選定することによって、スポット径を微小化し、且つスポット中心と主磁極とを１００ｎｍ未満に近接配置できる。
【００３８】
そして、このスポットが回転する磁気記録媒体１１上に照射されると同時に、薄膜磁気ヘッド５の磁気ヘッドコイルに情報記録信号を供給することによって、薄膜磁気ヘッド５の主磁極の先端から記録信号磁界が磁気記録媒体１１に印加されて信号の記録がなされる。
【００３９】
図７は、本発明による光アシスト型磁気ヘッド装置１０の、トラッキング及びギャップを調整する制御機構７０を浮上スライダ構成とした場合の一部を断面とする側面図である。図７において、図１と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この浮上型構成においては、サスペンション１８の遊端に支持されたスライダ１９に、光アシスト型磁気ヘッド装置１０が搭載され、薄膜磁気ヘッド５と対向する磁気記録媒体１１の移動もしくは回転によって浮上するスライダ１９の浮上量によって光アシスト型磁気ヘッド装置１０と磁気記録媒体１１とのギャップが調整される。
【００４０】
本発明による磁気記録装置１００においては、このような磁気記録媒体１１の移動もしくは回転によって浮上させる受動制御型の構成とする他、図７に示す制御装置６９により２軸アクチュエータ等を制御して光アシスト型磁気ヘッド装置１０のギャップ制御及びトラッキングを行ういわゆる能動制御型の構成とすることももちろん可能である。
【００４１】
図８に、この場合の磁気記録装置１００の一例の概略構成図を示す。この例においては、記録時の光アシスト用の光とギャップ検出用の光として、異なる波長の光を用いる場合の一例を示す。図８に示すようにこの場合、光源３０と、その出射光路上にコリメートレンズ３１、偏光ビームスプリッタ３３、ビームエキスパンダー３５及びダイクロイックプリズム４５が配置される。ダイクロイックプリズム４５は光源３０からの光を反射するように構成されて、その反射光路上に集光光学系４が配置される。偏光ビームスプリッタ３３の戻り光の反射光路上にレンズ３８を介してフォトダイオード等の光検出部３９が配置される。他方の光源４０の出射光路上にはコリメートレンズ４１、ビームスプリッタ４２、偏光ビームスプリッタ４３、１／４波長板４４、ダイクロイックプリズム４５が配置され、ダイクロイックプリズム４５の透過光路上に集光光学系４が配置される。ビームスプリッタ４２の戻り光の反射光路上にはレンズ５０を介してフォトダイオード等の光検出部５１が配置される。
【００４２】
このような構成において、光源３０から出射されるアシスト用の光は、コリメートレンズ３１により平行光とされて偏光ビームスプリッタ３３を通過してビームエキスパンダー３５によってビーム幅を調整される。そして更にダイクロイックプリズム４５により反射されて２軸アクチュエータ等の制御機構７０に搭載された集光光学系４、すなわち対物レンズ３及びＳＩＬ２に入射される。
【００４３】
磁気記録媒体１１は、スピンドルモータ等の駆動部８０により矢印ｒで示すように回転される。集光光学系４のＳＩＬ２との相対的走行方向を矢印Ｍで示す。本発明の磁気ヘッド装置１０においては、磁気記録媒体１１に照射される光アシスト用の光が直線偏光とされ、その電場振動方向が矢印Ｐで示すように、磁気記録媒体１１の走行方向Ｍと平行となるように配置することが望ましい。
【００４４】
この光アシスト用の光の戻り光を利用してトラッキングを行うこともできる。この場合、磁気記録媒体１１の記録面から反射された戻り光は、ＳＩＬ２、光学レンズ３を介してダイクロイックプリズム４５により反射され、ビームエキスパンダー３５を介して偏光ビームスプリッタ３３により反射されてレンズ３８により光検出部３９に集光される。光検出部３９によりトラッキング信号等が得られる。この信号に基づいて、制御装置６９によりトラッキング制御信号が生成され、集光光学系４が保持される２軸アクチュエータ等の制御機構７０を駆動する。
【００４５】
一方、光源４０からの光をコリメートレンズ４１、ビームスプリッタ４２、偏光ビームスプリッタ４３、１／４波長板４４を介してダイクロイックプリズム４５に照射し、ダイクロイックプリズム４５において光源３０からの光と合波して、対物レンズ３、ＳＩＬ２を介して磁気記録媒体１１にギャップ検出用ビームスポットとして照射する。磁気記録媒体１１からのギャップ検出用ビームスポットの戻り光は、ダイクロイックプリズム４５、１／４波長板４４を通過して、偏光ビームスプリッタ４３から漏れた光をビームスプリッタ４２で反射してレンズ５０を介して光検出部５１で検出する。
【００４６】
磁気記録媒体１１とＳＩＬ２とのギャップが広く、ＳＩＬ端面で光が略全反射する場合には、ＳＩＬ表面で偏光が変化するので、戻り光路で偏光ビームスプリッタ４３から一部の光が漏れてくる。一方、磁気記録媒体１１とＳＩＬ２とが近く、近接場光が漏れて通常の反射に近い場合には偏光の変化は小さいので、偏光ビームスプリッタ４３を漏れてくる光量は小さくなる。この差すなわち、全反射戻り光量の変化を利用してギャップ検出を行うことができる。
なお、ＳＩＬ２と磁気記録媒体１１との間のギャップを検出する方法としては、その他例えば静電容量の変化を検出する方法など、種々の方法を採ることができる。
【００４７】
次に、上述した磁気記録装置を用いてアシスト用の光を磁気記録媒体に照射した場合の光照射態様を、図９及び図１０を用いてより詳細に説明する。
図９においては、主磁極に表面プラズマ共鳴を発生する金属層を設けない比較例による光アシスト型磁気ヘッド装置の場合であり、図１０においては本発明の実施の形態に係る光アシスト型磁気ヘッド装置による場合を示す。
【００４８】
図９に示す例においては、主磁極１２１に金属層を設けない場合で、主磁極１２１の入射光Ｌｉの入射側の側面１２１Ｓを光軸Ｃに沿う配置とする。入射光Ｌｉの進行方向をＺ方向とし、その電場振動方向ＰをＸ方向、すなわち磁気記録媒体との相対的走行方向とし、すなわち磁気記録媒体の記録トラック長さ方向に選定する。
【００４９】
図９及び図１０においてＸ方向は薄膜磁気ヘッドの積層方向であり、薄膜磁気ヘッド形成上、記録ヘッド、再生ヘッドはこの方向にシリーズに配置される。従って、アジマスロスを最小化するためには、磁気記録媒体をＸ方向に移動しながら記録再生することが望ましく、通常Ｘ方向を記録トラック長さ方向にとる。Ｙ方向は記録トラックの幅方向となる。
【００５０】
図９に示すように、入射光Ｌｉの光軸Ｃが主磁極１２１の側面１２１Ｓに沿うように光学調整を行うと、スポット中心は、主磁極１２１の側面１２１Ｓに沿う磁気記録媒体側の端面に配置される。入射光Ｌｉによる光電場強度ＥLi´はＳＩＬの底面にある焦点で増加し、近接する主磁極１２１に誘電分極を引き起こす。主磁極１２１はＣｏ、Ｎｉ合金等の磁性金属より成るが、その自由電子の入射光電場ＥLi´による励起振動が生じるためである。
金属と誘電体との界面では、入射光電場により自由電子振動が励起される。金属、誘電体の誘電率をε（ω）、εｍとしたとき、
ε（ω）＜０
｜ε（ω）｜＞εｍ
を満たすときには、自由電子振動は界面に沿って平面波として伝播、表面から遠ざかるにつれ指数関数的に減衰するエバネッセント波として振舞う。この表面に局在励起されている自由電子振動をさして、表面プラズマ共鳴（ＳＰＲ）という。
【００５１】
入射光Ｌｉの偏光面、すなわち入射光の電場振動方向をＸ方向にとると、主磁極１２１の端部のうち入射光Ｌｉの光軸側の端部でのみ、上記の誘電分極効果が生じ、入射光Ｌｉの光軸Ｃ側の端部において光電場強度の増幅が生じる。この局所的な電荷集中の結果、主磁極１２１の入射光Ｌｉの光軸Ｃ側の端部の近傍に光スポットＳ´を形成することができる。この光スポットＳ´の強度分布をＩｓ´として模式的に示す。
【００５２】
この場合、入射光電場ＥLi´のＺ成分が主磁極１２１の表面に表面プラズマ波ＳPR´を励振する。この主磁極２１の側面１２１Ｓエッジ部での電荷集中は、ほぼ主磁極１２１の厚さの１／２程の範囲となる。つまりこの場合、スポットＳ´の直径は主磁極１２１の厚さの半分程度となり、主磁極１２１の厚さにスポット径が制限されることとなる。
【００５３】
一方、図１０に示す本発明の実施の形態に係る光アシスト型磁気ヘッド装置における場合について考える。図１０においては、図４Ｂと対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
一般に金属中では自由電子が多数存在し、クーロン相互作用で自由電子の密度に振動が生じる。このような自由電子の集団的な振動はプラズモンと呼ばれ、バルク中では平面波として伝播する。一方誘電体と金属が接する２次元界面での電磁場を考えると、その波数ｋspは下記の式（１）で与えられる。
【００５４】
ｋsp＝（ω／ｃ）×√｛［εｍ×ε（ω）］／［εｍ＋ε（ω）］｝・・・（１）
【００５５】
但し、上記式（１）において、ε（ω）は金属の誘電率、εｍは誘電体の誘電率である。
ここで、前述したε（ω）＜０、｜ε（ω）｜＞εｍという条件を満たすと、ｋspは実数となり、上述した表面プラズマ共鳴状態（ＳＰＲ状態）が生まれる。ｋspは表面プラズマ共鳴周波数である。
【００５６】
ここで、波長６５０ｎｍの光に対して、Ａｕ、Ａｇ、及びＣｏの誘電率はそれぞれ、
Ａｕ：−１１．３６＋０．９６ｉ
Ａｇ：−１８．１２＋０．６８ｉ
Ｃｏ：−１３．８４＋２０．６８ｉ
で与えられる。
Ａｕ、及びＡｇでは、誘電率の虚数部は無視できるほど小さく、ε（ω）＜０という条件を満たすので、ｋspは実数となり、上で述べた表面プラズマ共鳴が発生することがわかる。一方Ｃｏでは誘電率の虚数部が大きいため、ｋspが虚数になってしまい、表面プラズマ共鳴が殆ど生じないことがわかる。
【００５７】
よって、本発明において主磁極の照明光入射側に設ける金属層の材料としては、Ａｕ、Ａｇ又はこれらの合金であればよいことが分かる。なお、Ａｕ合金、Ａｇ合金とする場合の成分比や添加物材料の種類等は、表面プラズマ共鳴が発生し、目的とするスポット径やピークパワーを達成できる範囲であればよい。
【００５８】
図９に示す例と同様に、図１０に示す本発明の実施の形態に係る光アシスト型磁気ヘッド装置においても、入射光Ｌｉが直線偏光で、かつ電場振動方向Ｐが入射面内にある場合、入射光電場ＥLiのＺ成分ＥLizは、金属層２９と誘電体である光学ブロック６aとの界面での表面プラズマ波ＳPRの励起に寄与する。つまり、ＡｕやＡｇのような表面プラズマ共鳴に寄与する金属層２９が設けてあると、表面プラズマ波ＳPRがより強く発生し、面内で自由電子の振動がより強く励起される。さらに焦点面付近では入射光電場強度ＥLiも最大になり、かつエッジ効果により金属層２９の端部で増強された誘電分極が発生する。表面プラズマ共鳴に寄与する自由電子は、金属層２９内、特にＡｕ、Ａｇのスキンデプス長（１０〜２０ｎｍ）の範囲に局在しているため、局所的な電場振動の結果生じる近接光場スポットＳの大きさも、この金属層２９の膜厚と同程度になる。この光スポットＳの強度分布をＩｓで示す。図９における光スポットＳ´の強度分布Ｉｓ´に比して半値幅が狭くなっていることが分かる。
【００５９】
以上の結果から、本発明においては、集光光学系に入射される入射光が直線偏光とされ、且つその電場振動方向を、磁気記録媒体との相対的走行方向に沿う配置とすることが、表面プラズマ共鳴を効率よく発生する上で望ましい。また、金属層の照明光入射側の側面に沿うように光軸を配置することが同様に望ましいことが分かる。
なお、金属層のＹ方向の中央部に光軸を配置せず、中央部からずらして配置する場合は、スポットのピークが２つとなってしまう恐れがある。このため、ピークが１つとなる範囲で、光軸を金属層の照明光入射側側面の中央部に配置することが望ましいといえる。
【００６０】
図１１は、Ｘ方向を電場振動方向としたときのスポットの光強度分布を模式的に示す図である。横軸はＸ方向すなわち記録トラック長さ方向の位置であり、縦軸は光強度（任意単位）である。主磁極２１のＹ方向中心線からＸ方向の分布をプロットしたもので、磁気記録媒体表面における強度を示す。図１１中、実線Ｉ１は図１０に示す本発明の実施の形態に係る場合、実線Ｉ２は図９に示す比較例による場合、実線Ｉ３はＳＩＬ単体すなわち主磁極を設けない場合のスポットの場合をそれぞれ示す。なお、Ｉ１に示す例では金属層はＡｇ膜とし、Ｉ２に示す例では主磁極の材料をＣｏとする。
【００６１】
光学系の諸条件は以下の通りである。対物レンズの開口数は０．７５、ＳＩＬの屈折率は入射光波長に対して１．９２、ＳＩＬの材料は光学ガラスＳ−ＬＡＨ５８（（株）オハラ社製、商品名）、入射光波長は４００ｎｍである。なお、対物レンズ３とＳＩＬ２とより成る集光光学系４の有効開口数は、１．４４である。
また、この例においては、上述の図５において説明した構造において、主磁極２１のデプス長ｌｄ、磁気記録媒体との相対的走行方向と直交する方向の主磁極２１及びヨーク２５の幅ｗｍ、ｗｙは、それぞれｌｄ＝３μｍ、ｗｍ＝０．１５μｍ、ｗｙ＝４μｍとした場合を示す。また、主磁極２１の材料はＣｏでＸ方向の厚さは１４０ｎｍ、金属層２９の材料はＡｇでＸ方向の厚さは１０ｎｍとした。
解析はＦＤＴＤ法（Finite Difference Time Domain、有限差分時間領域法）により行った。ＳＩＬの端面と磁気記録媒体の表面との距離は２０ｎｍとした。
【００６２】
実線Ｉ２で示す比較例による場合においては、スポット径が５０〜６０ｎｍと主磁極の厚さの半分程度となり、スポットのピークパワーは、実線Ｉ３で示す磁気ヘッドを設けない通常のＳＩＬの例と比べて７０％程度になる。
一方、本発明の実施の形態に係る例では、実線Ｉ１で示すように、金属層を設けることによって、スポット径が１０〜２０ｎｍと金属層の膜厚と同程度まで低減すなわち縮小化される。しかも、表面プラズマ共鳴の電場増強効果により、スポットのピークパワーも通常のＳＩＬのものより大きく増強されることが分かる。なお、金属層の材料をＡｕとする場合においても、ピークパワーが同様に高く、スポット径が金属層の膜厚と同程度まで低減される強度分布が得られた。
【００６３】
以上の結果から、本発明においては、金属層の厚さが得られるスポット径にほぼ相当することが分かる。スポット径は目的とする最小の記録マークが記録できればよく、金属層の膜厚は目的とする最小の記録マーク長以下であればよいといえる。
一方、金属層の膜厚の下限としては、表面プラズマ共鳴が発生する厚さであればよく、一般的には３〜１０ｎｍ程度とされる。１ｎｍ未満の膜厚では、表面プラズモンに対するエネルギーロスが大きいと考えられるので、金属層の厚さは１ｎｍ以上必要であり、３ｎｍ以上とすることが望ましいといえる。
【００６４】
上述したように、本発明によれば、光アシスト用の光スポットと記録用の磁気ヘッドの主磁極の近接配置が可能となり、すなわち光スポットを主磁極端部に配置することができる。
また本発明によれば、光スポット径の微小化、特に５０ｎｍ以下のスポット径を実現し、この微小スポットを主磁極端部に形成することができる。
【００６５】
このような光スポットと主磁極との近接配置と、スポット径低減の２つの作用により、光アシスト効果による高い記録磁界勾配を発生することができる。この結果、記録マーク長を低減することができ、記録密度の向上を図ることができる。
【００６６】
上述した高い記録磁界勾配の達成によって、より高い磁気異方性エネルギー（Ｋｕ）をもつ記録媒体への記録が可能となる。この結果、記録密度を高めると同時に、熱磁気緩和を抑制し、記録データの寿命を延ばすことも可能となる。
【００６７】
すなわち本発明によれば、従来の磁気記録再生装置では実現困難であった、１テラビット／１インチ２を超える高記録密度を実現する光アシスト型磁気記録装置を提供することが可能となる。金属層の材料や膜厚の選定により、１０ｎｍオーダーのスポット径の光スポットを記録ヘッド磁極に対して１０ｎｍのオーダーをもって近接配置することが可能となり、十分な記録磁界と光スポット強度を同時に達成できる。したがって、従来記録できなかった高保磁力記録膜をもつ磁気記録媒体を用いることにより、記録ドメインを１０ｎｍ以下に低減することが可能であり、記録密度の向上を実現する。
【００６８】
なお、本発明は上述の実施形態例において説明した構成に限定されるものではなく、その他本発明構成を逸脱しない範囲において種々の変形、変更が可能である。例えば、本発明の光アシスト型磁気ヘッド装置、光アシスト型磁気記録装置において、光学的調整により生じるばらつきの範囲内で、光軸と、薄膜磁気ヘッドの主磁極上の金属層との配置にマージンをもたせることが可能である。例えば光軸が金属層の照明光入射側の側面の中央から光学調整のマージンの範囲内でずれていても、中央に配置する場合と同様に光スポットのピーク位置を主磁極の端部に１０ｎｍオーダーで近接させることができる。
【００６９】
これに対し、金属層のＹ方向端部に光軸を配置する場合は、良好な光電場エネルギー分布が得られず、本発明と同様の効果を得ることができない。入射光電場分布は焦点面付近においてガウシアン分布をとるとみなせるが、主磁極端部で単峰性のピークを生じさせるためには、入射光電場がほぼ一定とみなせる、ガウシアン分布の頂上付近を金属層の端に一致させる必要がある。これはＳＩＬによるスポット径の１／３〜１／４程度の範囲と考えられる。
すなわち、本発明において、金属層と光軸との配置のずれとしては、光電場エネルギー分布においてピークが単一となる範囲であればよいといえる。
【００７０】
また、その他本発明の光アシスト磁気記録方法において、集光光学系にＳＩＬを用いることなく、その他ＳＩＭ（Solid Immersion Mirror）等の近接場光照射手段を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施形態に係る光アシスト型磁気ヘッド装置の断面構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る光アシスト型磁気ヘッド装置の要部の斜視構成図である。
【図３】本発明の実施形態に係る光アシスト型磁気ヘッド装置の一部を切り欠いた斜視構成図である。
【図４】本発明の実施形態に係る光アシスト型磁気ヘッド装置の要部の断面構成図である。
【図５】Ａ及びＢは本発明の実施形態に係る光アシスト型磁気ヘッド装置の要部の断面構成図及び平面構成図である。
【図６】本発明の実施形態に係る光アシスト型磁気記録装置の概略構成図である。
【図７】本発明の実施形態に係る光アシスト型磁気記録装置の概略構成図である。
【図８】本発明の実施形態に係る光アシスト型磁気記録装置の概略構成図である。
【図９】比較例による光アシスト型磁気ヘッド装置の主磁極近傍における入射光電場及び光スポットを示す図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る光アシスト型磁気ヘッド装置の主磁極近傍における入射光電場及び光スポットを示す説明図である。
【図１１】本発明、比較例及び従来例による光アシスト型磁気ヘッド装置の主磁極近傍のスポット強度分布を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１．磁気記録媒体、２．ＳＩＬ、２Ｓ．球状部、２Ｐ．光学材料部、３．対物レンズ、４．集光光学系、５．薄膜磁気ヘッド、６ａ．第１の光学ブロック、６ｂ．第２の光学ブロック、９．スペーサ、１０．光アシスト型磁気ヘッド装置、１２．端子導出部、１３．電極、１８．サスペンション、１９．スライダ、２１．主磁極、２３．コイル、２５．ヨーク、２９．金属層、３０．光源部、１００．光アシスト型磁気記録装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録領域に局部的な光照射を行って磁気記録を行う光アシスト型磁気ヘッド装置、光アシスト型磁気記録装置及び光アシスト磁気記録方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報記録媒体に対する高密度記録化の要求が高まっている。磁気記録媒体、例えば磁気テープ、磁気ディスク等に対する情報記録においても、超高密度記録化が要求されている。この場合、記録ピットの微小化のために垂直記録が採られ、また高い解像度を実現することや、磁性層の保磁力を高める開発が進められている。
現在、高い保持力を有する磁性体は開発されつつあるが、このように高い保磁力を有する材料より成る磁気記録媒体に対して記録を行うにあたり、十分に信号記録磁界を高めることは難しい。この問題を解決するため、光アシスト型磁気ヘッド装置が提案されている。この光アシスト型磁気ヘッド装置は、磁気記録媒体の記録部位を局部的に光照射によって昇温させ、記録領域の保磁力を一時的に低下させて磁気記録を行うものである。これにより、高保磁力の磁性層を有する磁気記録媒体に対して微小磁界スポットによって情報記録を行うことが可能となる。
【０００３】
このような光アシスト型の磁気記録においては、高記録密度化、すなわち微小記録ビットを形成する上で、その光スポットの微小化が必要となる。通常の集光レンズにおいては、そのスポット径は使用光の波長とレンズの開口数（ＮＡ）によって決まるが、開口数に制約があり、スポット径の微細化に限界を来している。
これに対して、半球型もしくは超半球型のソリッドイマージョンレンズ（Solid Immersion Lens、固浸レンズ。以下ＳＩＬと記す。）を対物レンズと記録媒体との間に介在させ、これにより対物レンズの開口数を高める手法が開発されている。半球型もしくは超半球型のＳＩＬを用いて近接場光によるスポットを形成する場合、スポット径の微細化が図られる。使用する光の波長に対するＳＩＬの屈折率をｎとすると、半球型ＳＩＬの場合はｎ倍、超半球型ＳＩＬ（超ＳＩＬとも呼ばれる）の場合でｎ２倍に有効開口数を高めることができ、すなわちスポットサイズはそれぞれ１／ｎ、１／ｎ２に微小化される。
【０００４】
このようなスポットの微小化に着目し、半球型又は超半球型のＳＩＬを用いた光アシスト型磁気ヘッドも提案されている（例えば特許文献１参照）。
特許文献１に記載の光アシスト型磁気ヘッドは、対物レンズと半球型又は超半球型のＳＩＬとからなる２群集光レンズ系を有するもので、特にＳＩＬを球状のレンズ本体と光透過性基板とを接合一体化して形成される構成とする。そしてこの光透過性基板に薄膜磁気ヘッドが形成されて光アシスト型磁気ヘッドが構成される。
【特許文献１】特開２００６−２８６１１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した光アシスト型磁気ヘッド装置においては、光スポットの微小化と同時に、記録磁界を発生する磁極と、磁気記録媒体の表面を加熱する光スポットを１０ｎｍオーダー程度、すなわち１００ｎｍ未満に近接させる必要がある。
従来の光アシスト型の磁気ヘッドとしては、光導波路を用いて光スポットを形成する方式が主に検討されてきたが、導波路において十分な光伝達効率を得るには、クラッド層の厚みを波長の数分の一程度、すなわち１００ｎｍ程度以上確保する必要があり、磁極に対して光スポットをこれ以上近接して配置することは容易ではない。
【０００６】
一方、上述の特許文献１に開示の発明などの半球型又は超半球型のＳＩＬを用いた光アシスト型磁気ヘッドにおいては、磁極と光スポットを近接配置することが可能である。また、レンズを用いる場合は３次元的に光を照射するので、光利用効率が高いという利点を有する。
しかしながらこのように光スポットを磁極に近接した場合、磁極による光の遮蔽が生じるという問題が生じる。このため、磁気記録媒体の表面において十分な記録磁界を発生し、且つ、十分な強度の光照射を実現する方法が検討されている。
【０００７】
これに対し、出願人は、先の出願（特願２００７−２２７１７０号）において、この課題を解決するため、照射光の偏光方向（光電場振動方向）を制御し、磁性材より成る主磁極自身の表面プラズマ波を用いて、主磁極端に局所的なスポットを形成する光アシスト型磁気ヘッド装置を提案した。このように、主磁極の表面プラズマ波を用いて局所的なスポットを形成する場合、主磁極の材料によっては、十分な光アシスト効果を発揮できない恐れがあることが分かってきた。
【０００８】
上記の問題に鑑みて、本発明は、薄膜磁気ヘッドの主磁極の表面プラズマ波を用いて局所的なスポットを形成するにあたり、光アシスト磁気記録に十分な光強度を保持し、且つスポット径の微小化を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明による光アシスト型磁気ヘッド装置は、集光光学系と、薄膜磁気ヘッドとを有し、集光光学系は、半球型又は超半球型のソリッドイマージョンレンズを備える。そして薄膜磁気ヘッドの主磁極の光入射側に、表面プラズマ共鳴（ＳＰＲ：Surface Plasmon Resonance）を生じる金属層が設けられることを特徴とする。
【００１０】
本発明の光アシスト型磁気ヘッド装置は、集光光学系に入射される入射光が直線偏光とされ、且つその電場振動方向が、磁気記録媒体との相対的走行方向に沿う配置とされることが望ましい。
【００１１】
また、本発明による光アシスト型磁気記録装置は、光源部と、磁気記録媒体配置部と、薄膜磁気ヘッドと、記録信号制御部と、光源部からの光を前記薄膜磁気ヘッドに導く集光光学系と、を具備する。そして、集光光学系は、半球型又は超半球型のソリッドイマージョンレンズを備え、薄膜磁気ヘッドの主磁極の光入射側に、表面プラズマ共鳴を生じる金属層が設けられることを特徴とする。
【００１２】
本発明による光アシスト磁気記録方法は、集光光学系の集光スポット位置に薄膜磁気ヘッドを配置し、薄膜磁気ヘッドの主磁極に、表面プラズマ共鳴を生じる金属層を設けて、主磁極の金属層を設ける先端位置から近接場光を発生して、磁気記録媒体に記録を行うことを特徴とする。
【００１３】
上述したように、本発明の光アシスト型磁気ヘッド装置、光アシスト型磁気記録装置、光アシスト磁気記録方法においては、薄膜磁気ヘッドの主磁極に、表面プラズマ波を発生する材料より成る金属層を設けるものである。
【００１４】
上述したように、光アシスト磁気記録を目的として近接場光による微小スポットを磁気記録媒体に照射する場合、主磁極と集光光学系による入射光との位置関係、入射光の偏光方向等を選定することによって、表面プラズマ波を生じさせることができ、これによりスポット径の縮小及び光強度の向上を図ることができる。しかしながら、本発明者の鋭意考察研究の結果、主磁極の材料によっては十分な光強度が得られない場合があることが分かってきた。
【００１５】
その理由として以下の２つが考えられる。
［１］主磁極の材料である磁性材の主成分としては代表的にはＣｏ、Ｎｉがあるが、その誘電関数ε（ω）が光アシスト磁気ヘッド装置で通常用いられる可視光の領域で負にならず、表面プラズモン共鳴を示さないか、又は示しにくい。
［２］主磁極の一端に形成されるスポットの直径は、主磁極の厚さと同程度という制約がある。
つまり、上記［１］により、表面プラズモン共鳴による大幅な電場増強を期待することができず、また上記［２］により、形成されるスポット径が主磁極の厚さで決まってしまうこととなる。したがって、記録特性上最適な磁界強度を得るためにＣｏ、Ｎｉ等の材料より主磁極を構成し、またその厚さを記録特性に対応して形成してしまうと、スポット径の微小化に制約を受けてしまうこととなる。
【００１６】
上記の目的を達成するために、本発明では、薄膜磁気ヘッド主磁極の集光光学系による照射光の光入射側の端面に、可視光において表面プラズマ共鳴を生じる金属層を設けることにより、記録磁界中心近傍に、所望の光強度をもってスポットを形成することができ、且つ、その膜厚を適切に選定することによってこのスポット径の微小化を図ることができる。すなわち本発明によれば、スポット径の微小化と、磁極と光スポットとの近接配置とを、同時に実現できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、薄膜磁気ヘッドの主磁極の表面プラズマ波を用いて局所的なスポットを形成するにあたり、光アシスト磁気記録に十分な光強度を保持し、且つスポット径の微小化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
【００１９】
図１は、本発明の一実施の形態による光アシスト型磁気ヘッド装置の概略断面構成図である。本実施の形態における光アシスト型磁気ヘッド装置は、図１に示すように、集光光学系４と、薄膜磁気ヘッド５から構成される。集光光学系４は、対物レンズ３と、半球型又は超半球型のＳＩＬ２より構成される。薄膜磁気ヘッド５の主磁極２１は、集光光学系４による入射光Ｌｉの入射側に、表面プラズマ共鳴を発生する金属層２９を有する構成とする。そしてこの金属層２９の表面２９Ｓ、すなわち磁気記録媒体（図示せず）との相対的走行における流入端側となる照明光入射側の側面が、集光光学系４の光軸Ｃに沿うように配置される。図１においては、磁気記録媒体の走行方向を矢印Ｍとして示す。すなわち、主磁極２１の光入射側の側面である金属層２９の表面２９Ｓは、図１において矢印Ｍの後端側（図１の紙面において左側）の面となる。
【００２０】
図２に主磁極２の概略斜視構成図を示すように、この主磁極２１の入射側に金属層２９が設けられると共に、その表面２９Ｓの中央部に光軸Ｃが配置される構成とする。図２において、図１と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００２１】
図１及び図２において、磁気記録媒体の走行方向と平行な方向をＸ軸、光軸に沿う方向をＺ軸、これらと直交する方向をＹ軸として示す。すなわちＸ方向が磁気記録媒体との相対的走行方向、つまり記録トラック長さ方向であり、Ｙ方向は磁気記録媒体の記録トラック幅方向、Ｚ方向はＳＩＬにおけるギャップ方向となる。光軸Ｃは、主磁極２１の光入射側の側面に設ける金属層２９の表面２９ＳのＹ方向の幅の中央に配置することが望ましい。
【００２２】
そして本実施の形態の光アシスト型磁気ヘッドにおいては、図１及び図２に示すように、集光光学系４により主磁極２１の光入射側に設ける金属層２９表面に集光される光Ｌｉを、直線偏光とする。更にその電場振動方向を、矢印Ｐで示すように、磁気記録媒体との相対的走行方向（矢印Ｍ）に沿う配置とする。すなわちこの場合、入射光Ｌｉの電場振動方向は、磁気記録媒体の記録トラック長さ方向と平行となるように集光光学系４及び薄膜磁気ヘッド５を配置構成する。
【００２３】
図２において、二点鎖線で示す面Ｈは主磁極２１上に設ける金属層２９の表面２９Ｓと同一の平面を仮想的に示すもので、矢印Ｆｉで示す領域（面Ｈから主磁極２１とは反対側）が光入射側、いわば磁気記録媒体との相対的走行における流入端側であり、矢印Ｆｏで示す領域（面Ｈから主磁極２１側）が流出端側となる。また、図２においては集光光学系４により集光される光ＬｉによるスポットＳを模式的に示す。
【００２４】
図１及び図２に示す光アシスト型磁気ヘッドにおける集光光学系４のより具体的な構成例を図３の概略斜視構成図に示す。図３において、図１と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。上述したようにこの例においては、集光光学系４を、対物レンズ３と、近接場光記録で用いられる半球型又は超半球型のＳＩＬ２とより構成する。対物レンズ３とＳＩＬ２とによって、実効的な開口率が１．０を超える開口数を実現し、近接場光を発生させる光学系を構成することができる。
【００２５】
単体の対物レンズでは、光の回折限界により集光スポット径はλ／ＮＡobj程度にしか絞ることができない。ここでλは使用光の波長、ＮＡobjは対物レンズの開口数である。
これに対し、上述したように、半球型又は超半球型のＳＩＬ２を用いる集光光学系４においては、ＳＩＬ２の底面（焦点面）において、スポット径を半球型のＳＩＬで１／ｎ、超半球型のＳＩＬで１／ｎ２に微小化することができる。ここでｎは使用光の波長λにおけるＳＩＬ２の屈折率である。一般的に、ＳＩＬ２の底面と磁気記録媒体との隙間（ギャップ）をλ／１０以下に狭めることで、近接場光の結像作用により磁気記録媒体面上に、λ／ＮＡobjのスポット径を更に、半球型ＳＩＬで１／ｎ、超半球型ＳＩＬで１／ｎ２に微小化することが可能になる。
【００２６】
図３に示すように、この例においては、平板状の第１及び第２の光学ブロック６ａ及び６ｂと、球状部２Ｓとが接合されてＳＩＬ２が構成される。これら第１及び第２の光学ブロック６ａ及び６ｂと球状部２Ｓは共に、使用光の波長に対し光透過性を有し、且つ高屈折率を有する光学部材より構成し、望ましくは同一材料より構成する。
図３においては、第１の光学ブロック６ａに形成した薄膜磁気ヘッド５を示すために、第２の光学ブロック６ｂの一部を切り欠いて示している。なお、第１及び第２の光学ブロック６ａ及び６ｂの大きさや形状は図３に示す例に限定されるものではなく、その他種々の形状とすることができる。
【００２７】
このＳＩＬ２の製造方法の一例を説明する。例えば第１の光学ブロック６ａの一端面をヘッド形成面６ａｈとし、このヘッド形成面６ａｈ上に、上述したように主磁極上に表面プラズマ共鳴を発生する金属層を配置した薄膜磁気ヘッド５を形成する。この後、第１の光学ブロック６ａと第２の光学ブロック６ｂを光学接着剤による粘着、又は溶着により接合する。この光学接着剤としては、屈折率が例えば１．５以上の高屈折率材料であることが望ましく、第１及び第２の光学ブロック６ａ及び６ｂと同程度の屈折率であることがより望ましい。
【００２８】
接合された第１及び第２の光学ブロック６ａ及び６ｂに対し、薄膜磁気ヘッド５の主磁極形成側の表面を平面研磨していわゆる主磁極２１のデプス長を調整するデプス研磨を行い、更に、裏面も平面研磨して、所定の板厚に形成する。一方、別体のボールレンズを用意して、その一部を平面研磨して、光軸と略直交する平面を有する球状部２Ｓを形成する。この球状部２Ｓは上述したように、第１及び第２の光学ブロック６ａ及び６ｂと同一の材料より成ることが望ましい。そしてこの球状部２Ｓの平面を、第１及び第２の光学ブロック６ａ及び６ｂの接合面上に上述の光学接着剤により接着、溶着等により接合する。このとき第１の光学ブロック６ａに形成した薄膜磁気ヘッド５の主磁極上の金属層と、球状部２Ｓの光軸とが上述の図２において説明した配置となるように位置決めを行って接合する。
【００２９】
以上説明した製造方法により図３に示すＳＩＬ２を得ることができる。このような構成とする場合、球状部２Ｓと、図３において破線で示すように、第１及び第２の光学ブロック６ａ及び６ｂ内にその一部として含まれる球状部２Ｐとによって、半球状又は超半球状のＳＩＬ２が構成される。全体として半球状又は超半球状となるように、第１及び第２の光学ブロック６ａ及び６ｂの板厚と、球状部２Ｓの厚さとを選定する。球状部２Ｓの半径をｒとすると、半球状のＳＩＬとする場合は全体の厚さをｒ、超半球状のＳＩＬとする場合は全体の厚さをｒ×（１＋１／ｎ）となるように構成する。すなわち、第１及び第２の光学ブロック６ａ及び６ｂの平面研磨後の板厚をＴとすると、球状部２Ｓの厚さは最終的な厚さから厚さＴだけ差し引いた厚さに形成する。
【００３０】
このような構成によるＳＩＬ２の全体の厚さは、半球型ＳＩＬの場合はｒ、超半球型ＳＩＬの場合はｒ×（１＋１／ｎ）となり、光学的には、従来の半球型ＳＩＬ又は超半球型ＳＩＬと全く等価である。したがって、上部の対物レンズ３で集光された光は、合成されたＳＩＬ２の底面、すなわち第１及び第２のブロック６ａ及び６ｂの記録媒体側の面で焦点を結び、通常のＳＩＬとしての機能を有する。組立時に光学的調整を行うことにより、集光光学系４の光軸中心を主磁極及び金属層が形成されている光学ブロック６ａのヘッド形成面６ａｈ上に位置決めすることが可能であり、この結果光スポットの中心は、主磁極上の金属層表面の例えば中央に配置される。
【００３１】
図４Ａは、薄膜磁気ヘッド５の一例の拡大断面構成図である。図４Ｂは、図４Ａにおける主磁極２１の破線Ｔで囲む先端部の拡大断面図である。図４Ａに示すように、この場合、垂直記録用単磁極ヘッド構造とする例を示し、薄膜磁気ヘッド５は磁界を発生するコイル導体２３と、発生した磁界を記録部へ導出、印加するための主磁極２１から構成される。図４Ａには示していないが、副磁極が主磁極に接続され、磁気回路を構成している構造でもよい。なお、実際の記録に際しては、記録層、軟磁性層を有する磁気記録媒体と対向させ、軟磁性層は主磁極２１、コイル導体２３とともに、薄膜磁気ヘッド５における磁気回路を構成する。
【００３２】
本例では、図４Ａに示すように、第１の光学ブロック６ａのヘッド形成面６ａｈ上に、主磁極２１が所定の長さをもって形成され、絶縁層２２を介して下部コイル層２３Ａ、絶縁層２４、主磁極２１と接続されるヨーク２５、絶縁層２６、上部コイル層２３Ｂが形成されて、光学接着剤２７を介して第２の光学ブロック６ｂが接合された構成としている。
そして図４Ｂに示すように、主磁極２１の入射光Ｌｉを照射する入射側には、表面プラズマ共鳴を発生する金属層２９が形成される。
【００３３】
薄膜磁気ヘッド５の一例の概略断面構成図及び平面構成図を図５Ａ及びＢに示す。図５Ａ及びＢにおいて、図４Ａと対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。図５Ｂに示すように、薄膜磁気ヘッド５のコイル導体２３は、互いに逆向きの斜め方向に配列される下部コイル層２３Ａと上部コイル層２３Ｂ及びこれらを接続する接続部２３Ｃとより構成することができる。図５Ｂにおいては両端の下部コイル層２３Ａから端子導出部１２が延在されるが、コイルの巻回数や各部の構成、また、各コイル層の形状等はこの限りではなく、種々の変形が可能であることはいうまでもない。図５においては、主磁極２１のデプス長をｌｄ、磁気記録媒体との相対的走行方向と直交する方向の主磁極２１及びヨーク２５の幅をそれぞれｗｍ、ｗｙとして示す。
【００３４】
図６は、本発明の実施の形態に係る光アシスト型磁気記録装置の概略構成図である。
本実施の形態の磁気記録装置１００は、光源部、例えば波長４００ｎｍの半導体レーザ素子を有する光源部６２と、本発明に係る光アシスト型磁気ヘッド装置１０と、磁気記録媒体１１、例えば磁気ディスクが配置されて回転駆動される磁気記録媒体１１の配置部６４と、光アシスト型磁気ヘッド装置１０の薄膜磁気ヘッド素子５の磁気ヘッドコイルに記録信号を供給する記録信号電源部、すなわち記録信号回路６５と、光源部６２からのレーザ光を光アシスト型磁気ヘッド装置１０に導入すると共に、磁気記録媒体１１からの戻り光を検出する例えばフォトダイオードを有する光検出部６６へと導入する光学系６７とを有する。磁気記録媒体１１は、例えばガラス等の基板１５上に軟磁性層１６、記録層１７が順次積層されて構成される。
【００３５】
光学系６７は、後述する図８において詳細に説明するように、例えばコリメータレンズ（図示せず）とビームスプリッタ６８等を有して成る。また、光検出部６６によって検出された検出出力を演算し、光アシスト型磁気ヘッド装置１０に対する所望のサーボ信号、例えばギャップ制御、トラッキング等の各サーボ信号を得て、これら制御を行う位置決め用の制御装置６９を有する。また、光アシスト型磁気ヘッド装置１０が、薄膜磁気記録ヘッド以外に、再生用薄膜磁気ヘッドを搭載する場合は、図示しないがヘッド素子は再生信号回路に接続され、磁気信号再生動作を行う。
【００３６】
磁気記録媒体１１の配置部６４では、例えば磁気ディスクである磁気記録媒体１１が載置された状態で、スピンドルモータ等の駆動部８０によって矢印ｒで示すように回転駆動され、磁気記録媒体１１が矢印Ｍで示すように回転される。制御装置６９によって駆動される制御機構７０は、例えば後述の図７において説明する浮上スライダや、または２軸アクチュエータによって構成することができる。制御機構７０には集光光学系４を有する本発明に係る光アシスト型磁気ヘッド装置１０が搭載され、トラッキングサーボ信号及びギャップサーボ信号に基づき駆動して、集光光学系４をトラッキング方向に移動調整し、また光軸方向すなわちギャップ方向に移動調整する。
【００３７】
本実施の形態の磁気記録装置１００では、この場合ディスク状の磁気記録媒体１１が回転され、光源部６２から所要の波長、例えば４００ｎｍのレーザ光が光学系６７によって光アシスト型磁気ヘッド装置１０の光軸に沿って導入され、この光アシスト型磁気ヘッド装置１０による近接場光が磁気記録媒体１１上に照射される。光アシスト型磁気ヘッド装置１０は、対物レンズ３と半球型又は超半球型のＳＩＬ２による２群レンズ構成の集光光学系４により、後述するように、特に主磁極及びこの上の金属層と光軸との配置構成、また集光光学系４により入射させる光の電場振動方向を適切に選定することによって、スポット径を微小化し、且つスポット中心と主磁極とを１００ｎｍ未満に近接配置できる。
【００３８】
そして、このスポットが回転する磁気記録媒体１１上に照射されると同時に、薄膜磁気ヘッド５の磁気ヘッドコイルに情報記録信号を供給することによって、薄膜磁気ヘッド５の主磁極の先端から記録信号磁界が磁気記録媒体１１に印加されて信号の記録がなされる。
【００３９】
図７は、本発明による光アシスト型磁気ヘッド装置１０の、トラッキング及びギャップを調整する制御機構７０を浮上スライダ構成とした場合の一部を断面とする側面図である。図７において、図１と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この浮上型構成においては、サスペンション１８の遊端に支持されたスライダ１９に、光アシスト型磁気ヘッド装置１０が搭載され、薄膜磁気ヘッド５と対向する磁気記録媒体１１の移動もしくは回転によって浮上するスライダ１９の浮上量によって光アシスト型磁気ヘッド装置１０と磁気記録媒体１１とのギャップが調整される。
【００４０】
本発明による磁気記録装置１００においては、このような磁気記録媒体１１の移動もしくは回転によって浮上させる受動制御型の構成とする他、図７に示す制御装置６９により２軸アクチュエータ等を制御して光アシスト型磁気ヘッド装置１０のギャップ制御及びトラッキングを行ういわゆる能動制御型の構成とすることももちろん可能である。
【００４１】
図８に、この場合の磁気記録装置１００の一例の概略構成図を示す。この例においては、記録時の光アシスト用の光とギャップ検出用の光として、異なる波長の光を用いる場合の一例を示す。図８に示すようにこの場合、光源３０と、その出射光路上にコリメートレンズ３１、偏光ビームスプリッタ３３、ビームエキスパンダー３５及びダイクロイックプリズム４５が配置される。ダイクロイックプリズム４５は光源３０からの光を反射するように構成されて、その反射光路上に集光光学系４が配置される。偏光ビームスプリッタ３３の戻り光の反射光路上にレンズ３８を介してフォトダイオード等の光検出部３９が配置される。他方の光源４０の出射光路上にはコリメートレンズ４１、ビームスプリッタ４２、偏光ビームスプリッタ４３、１／４波長板４４、ダイクロイックプリズム４５が配置され、ダイクロイックプリズム４５の透過光路上に集光光学系４が配置される。ビームスプリッタ４２の戻り光の反射光路上にはレンズ５０を介してフォトダイオード等の光検出部５１が配置される。
【００４２】
このような構成において、光源３０から出射されるアシスト用の光は、コリメートレンズ３１により平行光とされて偏光ビームスプリッタ３３を通過してビームエキスパンダー３５によってビーム幅を調整される。そして更にダイクロイックプリズム４５により反射されて２軸アクチュエータ等の制御機構７０に搭載された集光光学系４、すなわち対物レンズ３及びＳＩＬ２に入射される。
【００４３】
磁気記録媒体１１は、スピンドルモータ等の駆動部８０により矢印ｒで示すように回転される。集光光学系４のＳＩＬ２との相対的走行方向を矢印Ｍで示す。本発明の磁気ヘッド装置１０においては、磁気記録媒体１１に照射される光アシスト用の光が直線偏光とされ、その電場振動方向が矢印Ｐで示すように、磁気記録媒体１１の走行方向Ｍと平行となるように配置することが望ましい。
【００４４】
この光アシスト用の光の戻り光を利用してトラッキングを行うこともできる。この場合、磁気記録媒体１１の記録面から反射された戻り光は、ＳＩＬ２、光学レンズ３を介してダイクロイックプリズム４５により反射され、ビームエキスパンダー３５を介して偏光ビームスプリッタ３３により反射されてレンズ３８により光検出部３９に集光される。光検出部３９によりトラッキング信号等が得られる。この信号に基づいて、制御装置６９によりトラッキング制御信号が生成され、集光光学系４が保持される２軸アクチュエータ等の制御機構７０を駆動する。
【００４５】
一方、光源４０からの光をコリメートレンズ４１、ビームスプリッタ４２、偏光ビームスプリッタ４３、１／４波長板４４を介してダイクロイックプリズム４５に照射し、ダイクロイックプリズム４５において光源３０からの光と合波して、対物レンズ３、ＳＩＬ２を介して磁気記録媒体１１にギャップ検出用ビームスポットとして照射する。磁気記録媒体１１からのギャップ検出用ビームスポットの戻り光は、ダイクロイックプリズム４５、１／４波長板４４を通過して、偏光ビームスプリッタ４３から漏れた光をビームスプリッタ４２で反射してレンズ５０を介して光検出部５１で検出する。
【００４６】
磁気記録媒体１１とＳＩＬ２とのギャップが広く、ＳＩＬ端面で光が略全反射する場合には、ＳＩＬ表面で偏光が変化するので、戻り光路で偏光ビームスプリッタ４３から一部の光が漏れてくる。一方、磁気記録媒体１１とＳＩＬ２とが近く、近接場光が漏れて通常の反射に近い場合には偏光の変化は小さいので、偏光ビームスプリッタ４３を漏れてくる光量は小さくなる。この差すなわち、全反射戻り光量の変化を利用してギャップ検出を行うことができる。
なお、ＳＩＬ２と磁気記録媒体１１との間のギャップを検出する方法としては、その他例えば静電容量の変化を検出する方法など、種々の方法を採ることができる。
【００４７】
次に、上述した磁気記録装置を用いてアシスト用の光を磁気記録媒体に照射した場合の光照射態様を、図９及び図１０を用いてより詳細に説明する。
図９においては、主磁極に表面プラズマ共鳴を発生する金属層を設けない比較例による光アシスト型磁気ヘッド装置の場合であり、図１０においては本発明の実施の形態に係る光アシスト型磁気ヘッド装置による場合を示す。
【００４８】
図９に示す例においては、主磁極１２１に金属層を設けない場合で、主磁極１２１の入射光Ｌｉの入射側の側面１２１Ｓを光軸Ｃに沿う配置とする。入射光Ｌｉの進行方向をＺ方向とし、その電場振動方向ＰをＸ方向、すなわち磁気記録媒体との相対的走行方向とし、すなわち磁気記録媒体の記録トラック長さ方向に選定する。
【００４９】
図９及び図１０においてＸ方向は薄膜磁気ヘッドの積層方向であり、薄膜磁気ヘッド形成上、記録ヘッド、再生ヘッドはこの方向にシリーズに配置される。従って、アジマスロスを最小化するためには、磁気記録媒体をＸ方向に移動しながら記録再生することが望ましく、通常Ｘ方向を記録トラック長さ方向にとる。Ｙ方向は記録トラックの幅方向となる。
【００５０】
図９に示すように、入射光Ｌｉの光軸Ｃが主磁極１２１の側面１２１Ｓに沿うように光学調整を行うと、スポット中心は、主磁極１２１の側面１２１Ｓに沿う磁気記録媒体側の端面に配置される。入射光Ｌｉによる光電場強度ＥLi´はＳＩＬの底面にある焦点で増加し、近接する主磁極１２１に誘電分極を引き起こす。主磁極１２１はＣｏ、Ｎｉ合金等の磁性金属より成るが、その自由電子の入射光電場ＥLi´による励起振動が生じるためである。
金属と誘電体との界面では、入射光電場により自由電子振動が励起される。金属、誘電体の誘電率をε（ω）、εｍとしたとき、
ε（ω）＜０
｜ε（ω）｜＞εｍ
を満たすときには、自由電子振動は界面に沿って平面波として伝播、表面から遠ざかるにつれ指数関数的に減衰するエバネッセント波として振舞う。この表面に局在励起されている自由電子振動をさして、表面プラズマ共鳴（ＳＰＲ）という。
【００５１】
入射光Ｌｉの偏光面、すなわち入射光の電場振動方向をＸ方向にとると、主磁極１２１の端部のうち入射光Ｌｉの光軸側の端部でのみ、上記の誘電分極効果が生じ、入射光Ｌｉの光軸Ｃ側の端部において光電場強度の増幅が生じる。この局所的な電荷集中の結果、主磁極１２１の入射光Ｌｉの光軸Ｃ側の端部の近傍に光スポットＳ´を形成することができる。この光スポットＳ´の強度分布をＩｓ´として模式的に示す。
【００５２】
この場合、入射光電場ＥLi´のＺ成分が主磁極１２１の表面に表面プラズマ波ＳPR´を励振する。この主磁極２１の側面１２１Ｓエッジ部での電荷集中は、ほぼ主磁極１２１の厚さの１／２程の範囲となる。つまりこの場合、スポットＳ´の直径は主磁極１２１の厚さの半分程度となり、主磁極１２１の厚さにスポット径が制限されることとなる。
【００５３】
一方、図１０に示す本発明の実施の形態に係る光アシスト型磁気ヘッド装置における場合について考える。図１０においては、図４Ｂと対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
一般に金属中では自由電子が多数存在し、クーロン相互作用で自由電子の密度に振動が生じる。このような自由電子の集団的な振動はプラズモンと呼ばれ、バルク中では平面波として伝播する。一方誘電体と金属が接する２次元界面での電磁場を考えると、その波数ｋspは下記の式（１）で与えられる。
【００５４】
ｋsp＝（ω／ｃ）×√｛［εｍ×ε（ω）］／［εｍ＋ε（ω）］｝・・・（１）
【００５５】
但し、上記式（１）において、ε（ω）は金属の誘電率、εｍは誘電体の誘電率である。
ここで、前述したε（ω）＜０、｜ε（ω）｜＞εｍという条件を満たすと、ｋspは実数となり、上述した表面プラズマ共鳴状態（ＳＰＲ状態）が生まれる。ｋspは表面プラズマ共鳴周波数である。
【００５６】
ここで、波長６５０ｎｍの光に対して、Ａｕ、Ａｇ、及びＣｏの誘電率はそれぞれ、
Ａｕ：−１１．３６＋０．９６ｉ
Ａｇ：−１８．１２＋０．６８ｉ
Ｃｏ：−１３．８４＋２０．６８ｉ
で与えられる。
Ａｕ、及びＡｇでは、誘電率の虚数部は無視できるほど小さく、ε（ω）＜０という条件を満たすので、ｋspは実数となり、上で述べた表面プラズマ共鳴が発生することがわかる。一方Ｃｏでは誘電率の虚数部が大きいため、ｋspが虚数になってしまい、表面プラズマ共鳴が殆ど生じないことがわかる。
【００５７】
よって、本発明において主磁極の照明光入射側に設ける金属層の材料としては、Ａｕ、Ａｇ又はこれらの合金であればよいことが分かる。なお、Ａｕ合金、Ａｇ合金とする場合の成分比や添加物材料の種類等は、表面プラズマ共鳴が発生し、目的とするスポット径やピークパワーを達成できる範囲であればよい。
【００５８】
図９に示す例と同様に、図１０に示す本発明の実施の形態に係る光アシスト型磁気ヘッド装置においても、入射光Ｌｉが直線偏光で、かつ電場振動方向Ｐが入射面内にある場合、入射光電場ＥLiのＺ成分ＥLizは、金属層２９と誘電体である光学ブロック６aとの界面での表面プラズマ波ＳPRの励起に寄与する。つまり、ＡｕやＡｇのような表面プラズマ共鳴に寄与する金属層２９が設けてあると、表面プラズマ波ＳPRがより強く発生し、面内で自由電子の振動がより強く励起される。さらに焦点面付近では入射光電場強度ＥLiも最大になり、かつエッジ効果により金属層２９の端部で増強された誘電分極が発生する。表面プラズマ共鳴に寄与する自由電子は、金属層２９内、特にＡｕ、Ａｇのスキンデプス長（１０〜２０ｎｍ）の範囲に局在しているため、局所的な電場振動の結果生じる近接光場スポットＳの大きさも、この金属層２９の膜厚と同程度になる。この光スポットＳの強度分布をＩｓで示す。図９における光スポットＳ´の強度分布Ｉｓ´に比して半値幅が狭くなっていることが分かる。
【００５９】
以上の結果から、本発明においては、集光光学系に入射される入射光が直線偏光とされ、且つその電場振動方向を、磁気記録媒体との相対的走行方向に沿う配置とすることが、表面プラズマ共鳴を効率よく発生する上で望ましい。また、金属層の照明光入射側の側面に沿うように光軸を配置することが同様に望ましいことが分かる。
なお、金属層のＹ方向の中央部に光軸を配置せず、中央部からずらして配置する場合は、スポットのピークが２つとなってしまう恐れがある。このため、ピークが１つとなる範囲で、光軸を金属層の照明光入射側側面の中央部に配置することが望ましいといえる。
【００６０】
図１１は、Ｘ方向を電場振動方向としたときのスポットの光強度分布を模式的に示す図である。横軸はＸ方向すなわち記録トラック長さ方向の位置であり、縦軸は光強度（任意単位）である。主磁極２１のＹ方向中心線からＸ方向の分布をプロットしたもので、磁気記録媒体表面における強度を示す。図１１中、実線Ｉ１は図１０に示す本発明の実施の形態に係る場合、実線Ｉ２は図９に示す比較例による場合、実線Ｉ３はＳＩＬ単体すなわち主磁極を設けない場合のスポットの場合をそれぞれ示す。なお、Ｉ１に示す例では金属層はＡｇ膜とし、Ｉ２に示す例では主磁極の材料をＣｏとする。
【００６１】
光学系の諸条件は以下の通りである。対物レンズの開口数は０．７５、ＳＩＬの屈折率は入射光波長に対して１．９２、ＳＩＬの材料は光学ガラスＳ−ＬＡＨ５８（（株）オハラ社製、商品名）、入射光波長は４００ｎｍである。なお、対物レンズ３とＳＩＬ２とより成る集光光学系４の有効開口数は、１．４４である。
また、この例においては、上述の図５において説明した構造において、主磁極２１のデプス長ｌｄ、磁気記録媒体との相対的走行方向と直交する方向の主磁極２１及びヨーク２５の幅ｗｍ、ｗｙは、それぞれｌｄ＝３μｍ、ｗｍ＝０．１５μｍ、ｗｙ＝４μｍとした場合を示す。また、主磁極２１の材料はＣｏでＸ方向の厚さは１４０ｎｍ、金属層２９の材料はＡｇでＸ方向の厚さは１０ｎｍとした。
解析はＦＤＴＤ法（Finite Difference Time Domain、有限差分時間領域法）により行った。ＳＩＬの端面と磁気記録媒体の表面との距離は２０ｎｍとした。
【００６２】
実線Ｉ２で示す比較例による場合においては、スポット径が５０〜６０ｎｍと主磁極の厚さの半分程度となり、スポットのピークパワーは、実線Ｉ３で示す磁気ヘッドを設けない通常のＳＩＬの例と比べて７０％程度になる。
一方、本発明の実施の形態に係る例では、実線Ｉ１で示すように、金属層を設けることによって、スポット径が１０〜２０ｎｍと金属層の膜厚と同程度まで低減すなわち縮小化される。しかも、表面プラズマ共鳴の電場増強効果により、スポットのピークパワーも通常のＳＩＬのものより大きく増強されることが分かる。なお、金属層の材料をＡｕとする場合においても、ピークパワーが同様に高く、スポット径が金属層の膜厚と同程度まで低減される強度分布が得られた。
【００６３】
以上の結果から、本発明においては、金属層の厚さが得られるスポット径にほぼ相当することが分かる。スポット径は目的とする最小の記録マークが記録できればよく、金属層の膜厚は目的とする最小の記録マーク長以下であればよいといえる。
一方、金属層の膜厚の下限としては、表面プラズマ共鳴が発生する厚さであればよく、一般的には３〜１０ｎｍ程度とされる。１ｎｍ未満の膜厚では、表面プラズモンに対するエネルギーロスが大きいと考えられるので、金属層の厚さは１ｎｍ以上必要であり、３ｎｍ以上とすることが望ましいといえる。
【００６４】
上述したように、本発明によれば、光アシスト用の光スポットと記録用の磁気ヘッドの主磁極の近接配置が可能となり、すなわち光スポットを主磁極端部に配置することができる。
また本発明によれば、光スポット径の微小化、特に５０ｎｍ以下のスポット径を実現し、この微小スポットを主磁極端部に形成することができる。
【００６５】
このような光スポットと主磁極との近接配置と、スポット径低減の２つの作用により、光アシスト効果による高い記録磁界勾配を発生することができる。この結果、記録マーク長を低減することができ、記録密度の向上を図ることができる。
【００６６】
上述した高い記録磁界勾配の達成によって、より高い磁気異方性エネルギー（Ｋｕ）をもつ記録媒体への記録が可能となる。この結果、記録密度を高めると同時に、熱磁気緩和を抑制し、記録データの寿命を延ばすことも可能となる。
【００６７】
すなわち本発明によれば、従来の磁気記録再生装置では実現困難であった、１テラビット／１インチ２を超える高記録密度を実現する光アシスト型磁気記録装置を提供することが可能となる。金属層の材料や膜厚の選定により、１０ｎｍオーダーのスポット径の光スポットを記録ヘッド磁極に対して１０ｎｍのオーダーをもって近接配置することが可能となり、十分な記録磁界と光スポット強度を同時に達成できる。したがって、従来記録できなかった高保磁力記録膜をもつ磁気記録媒体を用いることにより、記録ドメインを１０ｎｍ以下に低減することが可能であり、記録密度の向上を実現する。
【００６８】
なお、本発明は上述の実施形態例において説明した構成に限定されるものではなく、その他本発明構成を逸脱しない範囲において種々の変形、変更が可能である。例えば、本発明の光アシスト型磁気ヘッド装置、光アシスト型磁気記録装置において、光学的調整により生じるばらつきの範囲内で、光軸と、薄膜磁気ヘッドの主磁極上の金属層との配置にマージンをもたせることが可能である。例えば光軸が金属層の照明光入射側の側面の中央から光学調整のマージンの範囲内でずれていても、中央に配置する場合と同様に光スポットのピーク位置を主磁極の端部に１０ｎｍオーダーで近接させることができる。
【００６９】
これに対し、金属層のＹ方向端部に光軸を配置する場合は、良好な光電場エネルギー分布が得られず、本発明と同様の効果を得ることができない。入射光電場分布は焦点面付近においてガウシアン分布をとるとみなせるが、主磁極端部で単峰性のピークを生じさせるためには、入射光電場がほぼ一定とみなせる、ガウシアン分布の頂上付近を金属層の端に一致させる必要がある。これはＳＩＬによるスポット径の１／３〜１／４程度の範囲と考えられる。
すなわち、本発明において、金属層と光軸との配置のずれとしては、光電場エネルギー分布においてピークが単一となる範囲であればよいといえる。
【００７０】
また、その他本発明の光アシスト磁気記録方法において、集光光学系にＳＩＬを用いることなく、その他ＳＩＭ（Solid Immersion Mirror）等の近接場光照射手段を用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施形態に係る光アシスト型磁気ヘッド装置の断面構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る光アシスト型磁気ヘッド装置の要部の斜視構成図である。
【図３】本発明の実施形態に係る光アシスト型磁気ヘッド装置の一部を切り欠いた斜視構成図である。
【図４】本発明の実施形態に係る光アシスト型磁気ヘッド装置の要部の断面構成図である。
【図５】Ａ及びＢは本発明の実施形態に係る光アシスト型磁気ヘッド装置の要部の断面構成図及び平面構成図である。
【図６】本発明の実施形態に係る光アシスト型磁気記録装置の概略構成図である。
【図７】本発明の実施形態に係る光アシスト型磁気記録装置の概略構成図である。
【図８】本発明の実施形態に係る光アシスト型磁気記録装置の概略構成図である。
【図９】比較例による光アシスト型磁気ヘッド装置の主磁極近傍における入射光電場及び光スポットを示す図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る光アシスト型磁気ヘッド装置の主磁極近傍における入射光電場及び光スポットを示す説明図である。
【図１１】本発明、比較例及び従来例による光アシスト型磁気ヘッド装置の主磁極近傍のスポット強度分布を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１．磁気記録媒体、２．ＳＩＬ、２Ｓ．球状部、２Ｐ．光学材料部、３．対物レンズ、４．集光光学系、５．薄膜磁気ヘッド、６ａ．第１の光学ブロック、６ｂ．第２の光学ブロック、９．スペーサ、１０．光アシスト型磁気ヘッド装置、１２．端子導出部、１３．電極、１８．サスペンション、１９．スライダ、２１．主磁極、２３．コイル、２５．ヨーク、２９．金属層、３０．光源部、１００．光アシスト型磁気記録装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集光光学系と、薄膜磁気ヘッドとを有し、
前記集光光学系は、半球型又は超半球型のソリッドイマージョンレンズを備え、
前記薄膜磁気ヘッドの主磁極の光入射側に、表面プラズマ共鳴を生じる金属層が設けられる
ことを特徴とする光アシスト型磁気ヘッド装置。
【請求項２】
前記集光光学系に入射される入射光が直線偏光とされ、且つその電場振動方向が、磁気記録媒体との相対的走行方向に沿う配置とされたことを特徴とする請求項１記載の光アシスト型磁気ヘッド装置。
【請求項３】
前記薄膜磁気ヘッドの主磁極は、垂直磁気記録用単磁極型磁気ヘッドであり、
前記主磁極の磁気記録媒体との相対的走行における流入端側の側面に前記金属層が設けられ、
前記金属層が前記集光光学系の光軸に沿って配置されることを特徴とする請求項１記載の光アシスト型磁気ヘッド装置。
【請求項４】
前記金属層の中央部に前記光軸が配置されることを特徴とする請求項３記載の光アシスト型磁気ヘッド装置。
【請求項５】
前記主磁極に設ける前記金属層の材質がＡｕ、Ａｇ、Ａｕ合金又はＡｇ合金のいずれかより成ることを特徴とする請求項１記載の光アシスト型磁気ヘッド装置。
【請求項６】
前記主磁極に設ける前記金属層の膜厚が、１ｎｍ以上であり、前記磁気記録媒体に記録する最小記録マーク長以下とされて成ることを特徴とする請求項１記載の光アシスト型磁気ヘッド装置。
【請求項７】
前記ソリッドイマージョンレンズは、球面側レンズを構成する球状部と、前記磁気記録媒体との対向面側に配置される光学材料部とより構成され、
前記薄膜磁気ヘッドが前記光学材料部に形成されることを特徴とする請求項１記載の光アシスト型磁気ヘッド装置。
【請求項８】
光源部と、
磁気記録媒体配置部と、
薄膜磁気ヘッドと、
記録信号制御部と、
前記光源部からの光を前記薄膜磁気ヘッドに導く集光光学系と、を具備し、
前記集光光学系は、半球型又は超半球型のソリッドイマージョンレンズを備え、
前記薄膜磁気ヘッドの主磁極の光入射側に、表面プラズマ共鳴を生じる金属層が設けられる
ことを特徴とする光アシスト型磁気記録装置。
【請求項９】
前記薄膜磁気ヘッドが、浮上スライダに搭載されたことを特徴とする請求項８記載の光アシスト型磁気記録装置。
【請求項１０】
前記薄膜磁気記録ヘッドが、前記磁気記録媒体の表面に対し法線方向の位置決めを行うアクチュエータに搭載され、
前記磁気記録媒体からの近接場による戻り光を用いて、前記薄膜磁気ヘッドと前記磁気記録媒体との間の距離が制御されることを特徴とする請求項８記載の光アシスト型磁気記録装置。
【請求項１１】
集光光学系の集光スポット位置に薄膜磁気ヘッドを配置し、
前記薄膜磁気ヘッドの主磁極に、表面プラズマ共鳴を生じる金属層を設けて、
前記主磁極の前記金属層を設ける先端位置から近接場光を発生して、前記磁気記録媒体に記録を行う
ことを特徴とする光アシスト磁気記録方法。
【請求項１】
集光光学系と、薄膜磁気ヘッドとを有し、
前記集光光学系は、半球型又は超半球型のソリッドイマージョンレンズを備え、
前記薄膜磁気ヘッドの主磁極の光入射側に、表面プラズマ共鳴を生じる金属層が設けられる
ことを特徴とする光アシスト型磁気ヘッド装置。
【請求項２】
前記集光光学系に入射される入射光が直線偏光とされ、且つその電場振動方向が、磁気記録媒体との相対的走行方向に沿う配置とされたことを特徴とする請求項１記載の光アシスト型磁気ヘッド装置。
【請求項３】
前記薄膜磁気ヘッドの主磁極は、垂直磁気記録用単磁極型磁気ヘッドであり、
前記主磁極の磁気記録媒体との相対的走行における流入端側の側面に前記金属層が設けられ、
前記金属層が前記集光光学系の光軸に沿って配置されることを特徴とする請求項１記載の光アシスト型磁気ヘッド装置。
【請求項４】
前記金属層の中央部に前記光軸が配置されることを特徴とする請求項３記載の光アシスト型磁気ヘッド装置。
【請求項５】
前記主磁極に設ける前記金属層の材質がＡｕ、Ａｇ、Ａｕ合金又はＡｇ合金のいずれかより成ることを特徴とする請求項１記載の光アシスト型磁気ヘッド装置。
【請求項６】
前記主磁極に設ける前記金属層の膜厚が、１ｎｍ以上であり、前記磁気記録媒体に記録する最小記録マーク長以下とされて成ることを特徴とする請求項１記載の光アシスト型磁気ヘッド装置。
【請求項７】
前記ソリッドイマージョンレンズは、球面側レンズを構成する球状部と、前記磁気記録媒体との対向面側に配置される光学材料部とより構成され、
前記薄膜磁気ヘッドが前記光学材料部に形成されることを特徴とする請求項１記載の光アシスト型磁気ヘッド装置。
【請求項８】
光源部と、
磁気記録媒体配置部と、
薄膜磁気ヘッドと、
記録信号制御部と、
前記光源部からの光を前記薄膜磁気ヘッドに導く集光光学系と、を具備し、
前記集光光学系は、半球型又は超半球型のソリッドイマージョンレンズを備え、
前記薄膜磁気ヘッドの主磁極の光入射側に、表面プラズマ共鳴を生じる金属層が設けられる
ことを特徴とする光アシスト型磁気記録装置。
【請求項９】
前記薄膜磁気ヘッドが、浮上スライダに搭載されたことを特徴とする請求項８記載の光アシスト型磁気記録装置。
【請求項１０】
前記薄膜磁気記録ヘッドが、前記磁気記録媒体の表面に対し法線方向の位置決めを行うアクチュエータに搭載され、
前記磁気記録媒体からの近接場による戻り光を用いて、前記薄膜磁気ヘッドと前記磁気記録媒体との間の距離が制御されることを特徴とする請求項８記載の光アシスト型磁気記録装置。
【請求項１１】
集光光学系の集光スポット位置に薄膜磁気ヘッドを配置し、
前記薄膜磁気ヘッドの主磁極に、表面プラズマ共鳴を生じる金属層を設けて、
前記主磁極の前記金属層を設ける先端位置から近接場光を発生して、前記磁気記録媒体に記録を行う
ことを特徴とする光アシスト磁気記録方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−７６１６６（Ｐ２００９−７６１６６Ａ）
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２４６２４５（Ｐ２００７−２４６２４５）
【出願日】平成１９年９月２１日（２００７．９．２１）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２１日（２００７．９．２１）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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