光学ヘッド及び光学記録装置
【課題】小さな略円形状の光スポットを用いて高密度の情報記録を行うことの可能な光学ヘッドと、それを備えた光学記録装置を提供する。
【解決手段】記録媒体に対する情報記録に光を利用する光学ヘッドであって、集光機能を有するプラナー導波路１８Ａと、そのプラナー導波路１８Ａで集光された光のモードフィールド径を縮小するスポットサイズ変換部１９と、を有する。スポットサイズ変換部１９は２次元導波路を有し、その２次元導波路が断面積を滑らかに変化させることによりモードフィールド径を縮小する。
【解決手段】記録媒体に対する情報記録に光を利用する光学ヘッドであって、集光機能を有するプラナー導波路１８Ａと、そのプラナー導波路１８Ａで集光された光のモードフィールド径を縮小するスポットサイズ変換部１９と、を有する。スポットサイズ変換部１９は２次元導波路を有し、その２次元導波路が断面積を滑らかに変化させることによりモードフィールド径を縮小する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学ヘッド及び光学記録装置に関するものであり、例えば、情報記録に磁界と光を利用する光アシスト式磁気記録ヘッドと、それを備えた光アシスト式磁気記録装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁気記録方式では、記録密度が高くなると磁気ビットが外部温度等の影響を顕著に受けるようになる。このため高い保磁力を有する記録媒体が必要になるが、そのような記録媒体を使用すると記録時に必要な磁界も大きくなる。記録ヘッドによって発生する磁界は飽和磁束密度によって上限が決まるが、こ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。そこで、記録時に局所的に加熱して磁気軟化を生じさせ、保磁力が小さくなった状態で記録し、その後に加熱を止めて自然冷却することにより、記録した磁気ビットの安定性を保証する方式が提案されている。この方式は熱アシスト磁気記録方式と呼ばれている。熱アシスト磁気記録方式では、記録媒体の加熱を瞬間的に行うことが望ましい。また、加熱する機構と記録媒体とが接触することは許されない。このため、加熱は光の吸収を利用して行われるのが一般的であり、加熱に光を用いる方式は光アシスト式と呼ばれている。
【０００３】
光アシスト式の磁気記録ヘッドとして、集光機能付きプラナー導波路を有する光学ヘッド部分と、その光学ヘッド部分からの射出光で照射された部分に磁気記録を行う磁気ヘッド部分と、を備えたものが、特許文献１で提案されている。そのプラナー導波路は、同一平面上で高屈折率層の両側に低屈折率層を配置した構成になっている。そして、回折格子から成る光導入部から高屈折率層に平行光が入射し、低屈折率層との境界から成る放物面で全反射して集光する構成になっている。
【特許文献１】米国特許第６，９４４，１１２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の記録ヘッドでは、プラナー導波路内で導波路断面の長辺方向にのみ集光が行われ、導波路断面の短辺方向(すなわちプラナー導波路の厚み方向)に集光は行われない。つまり、導波路断面の短辺方向のスポットサイズは、プラナー導波路の厚みのみで決定されることになる。したがって、プラナー導波路が厚いほど得られる光スポットは導波路断面の短辺方向に長くなり、情報記録の高密度化が困難になる。この光スポットを略円形状に小さくするためにプラナー導波路の厚みを薄くすると、導波損失が生じてしまい、光が入射するときのカップリング効率が低くなる。結果として、集光機能付きプラナー導波路のみでスポットサイズ(特にプラナー導波路の厚み方向のスポットサイズ)の縮小を行うのには限界がある。
【０００５】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、小さな略円形状の光スポットを用いて高密度の情報記録を行うことの可能な光学ヘッドと、それを備えた光学記録装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、第１の発明の光学ヘッドは、記録媒体に対する情報記録に光を利用する光学ヘッドであって、集光機能を有するプラナー導波路と、そのプラナー導波路で集光された光のモードフィールド径を縮小するスポットサイズ変換部と、を有することを特徴とする。
【０００７】
第２の発明の光学ヘッドは、上記第１の発明において、前記スポットサイズ変換部が２次元導波路を有し、その２次元導波路が断面積を滑らかに変化させることにより前記モードフィールド径の縮小を行うことを特徴とする。
【０００８】
第３の発明の光学ヘッドは、上記第２の発明において、前記プラナー導波路の集光方向とは異なる方向について、前記２次元導波路の光入力側のモードフィールド径をＤとし、前記２次元導波路の光出力側のモードフィールド径をｄとすると、Ｄ＞ｄを満たすことを特徴とする。
【０００９】
第４の発明の光学ヘッドは、上記第２又は第３の発明において、前記プラナー導波路内に、前記２次元導波路の一部又は全部が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
第５の発明の光学ヘッドは、上記第１の発明において、前記スポットサイズ変換部が１次元導波路を有し、その１次元導波路が断面積を滑らかに変化させることにより前記モードフィールド径の縮小を行うことを特徴とする。
【００１１】
第６の発明の光学ヘッドは、上記第５の発明において、前記プラナー導波路の集光方向とは異なる方向について、前記１次元導波路の光入力側のモードフィールド径をＤとし、前記１次元導波路の光出力側のモードフィールド径をｄとすると、Ｄ＞ｄを満たすことを特徴とする。
【００１２】
第７の発明の光学ヘッドは、上記第５又は第６の発明において、前記プラナー導波路内に、前記１次元導波路の一部又は全部が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
第８の発明の光学ヘッドは、上記第１〜第７のいずれか１つの発明において、前記スポットサイズ変換部が、前記プラナー導波路の集光方向に対して略垂直方向に集光を行うことにより、前記モードフィールド径の縮小を行うことを特徴とする。
【００１４】
第９の発明の光学記録装置は、上記第１〜第８のいずれか１つの発明に係る光学ヘッドを備えたことを特徴とする。
【００１５】
第１０の発明の光アシスト式磁気記録ヘッドは、上記第１〜第８のいずれか１つの発明に係る光学ヘッドにおいて、記録媒体に対して磁気情報の書き込みを行う磁気記録素子を更に有することを特徴とする。
【００１６】
第１１の発明の光アシスト式磁気記録装置は、上記第１０の発明に係る光アシスト式磁気記録ヘッドを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、プラナー導波路で集光された光のモードフィールド径をスポットサイズ変換部で縮小する構成になっているため、小さな略円形状の光スポットを得ることが可能であり、その光スポットを用いて高密度の情報記録を行うことが可能である。例えば、スポットサイズ変換部に有する光導波路(つまり、２次元導波路又は１次元導波路)が、断面積を滑らかに変化させることにより、モードフィールド径の縮小を行う構成にすれば、集光機能を有するプラナー導波路のみでは得られない小さな略円形状の光スポットを得ることができる。そして、光スポットサイズが略円形状に小さくなることにより、情報記録の高密度化が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る光アシスト式の磁気記録ヘッドとそれを備えた磁気記録装置等を、図面を参照しつつ説明する。なお、各実施の形態，具体例等の相互で同一の部分や相当する部分には同一の符号を付して重複説明を適宜省略する。
【００１９】
図１に、光アシスト式の磁気記録ヘッド３を搭載した磁気記録装置(例えばハードディスク装置)１０の概略構成例を示す。この磁気記録装置１０は、記録用のディスク(磁気記録媒体)２と、支軸５を支点として矢印ｍＡ方向(トラッキング方向)に回転可能に設けられたサスペンション４と、サスペンション４に取り付けられたトラッキング用のアクチュエータ６と、サスペンション４の先端部に取り付けられた光アシスト式の磁気記録ヘッド３と、ディスク２を矢印ｍＢ方向に回転させるモータ(不図示)と、を筐体１内に備えており、磁気記録ヘッド３がディスク２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(図２中の矢印ｍＣ方向)。
【００２０】
図２に、磁気記録ヘッド３の概略構成例を断面図で示す。この磁気記録ヘッド３は、ディスク２に対する情報記録に光を利用する微小光記録ヘッドであって、スライダ１１と光源部１３を備えている。スライダ１１は基板１４で構成されており、基板１４の内部には、ディスク２の被記録部分の流入側から流出側にかけて順に(矢印ｍＣ方向)、光アシスト部１２Ａ，磁気記録部１２Ｂ及び磁気再生部１２Ｃが形成されている。光アシスト部１２Ａは、ディスク２の被記録部分を近赤外レーザー光でスポット加熱するための光導波路を有しており、その導波路構造は、後述するプラナー導波路１８Ａ又は１８Ｂとスポットサイズ変換部１９との組み合わせにより構成されている(図４，図５)。磁気記録部１２Ｂは、ディスク２の被記録部分に対して磁気情報の書き込みを行う磁気記録素子から成っており、磁気再生部１２Ｃは、ディスク２に記録されている磁気情報の読み取りを行う磁気再生素子から成っている。
【００２１】
光源部１３は、半導体レーザ，コリメータレンズ等(不図示)から成っている。光源部１３を構成している半導体レーザは近赤外光源であり、その半導体レーザから射出した近赤外波長(１５５０ｎｍ，１３１０ｎｍ等)のレーザー光はコリメータレンズで平行光に変換される。光源部１３から射出したレーザー光は、光アシスト部１２Ａに入射し、光アシスト部１２Ａ内の光導波路を通って磁気記録ヘッド３から射出する。光アシスト部１２Ａから射出した近赤外レーザー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の被照射部分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。その保磁力の低下した状態の被照射部分に対して、磁気記録部１２Ｂにより磁気情報が書き込まれる。
【００２２】
図２に示すように、光アシスト部１２Ａは基板１４の側面部分に積層することで作り込まれている。光アシスト部１２Ａは光導波路を有しており、その導波路構造は、図３に示すように、基板１４上に高屈折率層１６を積層し、その周りに低屈折率層１５を積層することにより構成される。一般的な導波路では、高屈折率層１６の導波路幅(導波路断面の長辺方向の長さ)が積層厚の数倍程度であるが、プラナー導波路の場合、光束との結合面積を大きくとるために導波路幅が導波路平面方向に大きく広がっている。なお、図３において互いに直交する方向をｘ方向，ｙ方向，ｚ方向とし、光導波方向をｚ方向とすると、ｘ方向が導波路断面の長辺方向であり、ｙ方向が導波路断面の短辺方向である。また、光学的作用が１方向のみ(ｘ，ｙのいずれか１方向)の光導波路が１次元導波路であり、光学的作用が２方向(ｘ，ｙの両方向)の光導波路が２次元導波路である。
【００２３】
光アシスト部１２Ａは、集光機能を有するプラナー導波路と、そのプラナー導波路で集光された光のモードフィールド径を縮小するスポットサイズ変換部と、を有している。図４と図５に、光アシスト部１２Ａの具体例を示す。図４に示す光アシスト部１２Ａには、レンズ型集光機能を有するプラナー導波路１８Ａが設けられており、図５に示す光アシスト部１２Ａには、ミラー型集光機能を有するプラナー導波路１８Ｂが設けられている。なお、プラナー導波路１８Ａはプラナーソリッドイマージョンレンズ(ＰＳＩＬ)であり、プラナー導波路１８Ｂはプラナーソリッドイマージョンミラー(ＰＳＩＭ)である。
【００２４】
各光アシスト部１２Ａの高屈折率層１６には、カップリンググレーティング(例えば回折格子)から成る光導入部１７が形成されている。光源部１３から射出したレーザー光は、その光導入部１７から光アシスト部１２Ａに入射することになる。光源部１３から射出するレーザー光は平行光であるため、回折格子等のカップリンググレーティングで光導入部１７を構成することにより、プラナー導波路１８Ａ，１８Ｂに対する位置合わせを容易に行うことが可能となる。また、プラナー導波路１８Ａ，１８Ｂに対して平行な平面(図３中のｘｚ平面に対して平行な平面)では、光導入部１７を広く形成することができるため、導波路端面(図３中のｘｙ平面に対して平行な平面)から入射させる構成よりも、位置合わせを容易に行うことが可能である。
【００２５】
図４に示す光アシスト部１２Ａに入射したレーザー光は、プラナー導波路１８Ａのレンズ効果により１方向(図３中のｘ方向)に集光され、図５に示す光アシスト部１２Ａに入射したレーザー光は、プラナー導波路１８Ｂのミラー効果により１方向(図３中のｘ方向)に集光される。つまり、プラナー導波路１８Ａ，１８Ｂは、その周囲の高屈折率層１６よりも屈折率が高くなっているため、プラナー導波路１８Ａでは屈折率差を利用したレンズ効果によりレーザー光が集光され、プラナー導波路１８Ｂでは全反射を利用したミラー効果によりレーザー光が集光されることになる。
【００２６】
プラナー導波路１８Ａ，１８Ｂは上記のように１次元導波路であるため、レーザー光は図３中のｘｚ平面に対して平行な平面内で集光される。ｘｚ平面に対して垂直方向(すなわちｙ方向)の集光は、２次元導波路又は１次元導波路を有するスポットサイズ変換部１９により行われ、その結果、レーザー光のモードフィールド径が縮小される。つまりスポットサイズ変換部１９は、プラナー導波路１８Ａ又は１８Ｂで集光された光のモードフィールド径を、その集光方向とは異なる方向について縮小し、その際、プラナー導波路１８Ａ，１８Ｂの集光方向に対して略垂直方向に集光を行うことによって、モードフィールド径の縮小を効果的に行う。このモードフィールド径の縮小により、集光機能を有するプラナー導波路１８Ａ，１８Ｂのみでは得られない小さな略円形状の光スポットを得ることが可能になる。そして、光スポットサイズが略円形状に小さくなることにより、情報記録の高密度化が可能になる。
【００２７】
上記２種類のプラナー導波路１８Ａ，１８Ｂは、屈折率材料の配置の観点から言えば、同様の方法により作製可能である。しかし、屈折率差が小さい場合には全反射の利用が困難になるので、その点でレンズ型集光機能を有するプラナー導波路１８Ａ(図４)の方が好ましいといえる。つまり、プラナー導波路１８Ａの場合、周辺の材料層との屈折率差のバランスがとりやすいので、例えば、基板１４に対する一体的な作り込みを容易に行うことができるというメリットがある。そこで、プラナー導波路１８Ａを有する光アシスト部１２Ａの具体例１〜３を以下に挙げて、磁気記録ヘッド３を更に詳しく説明する。
【００２８】
図６に、光アシスト部１２Ａの具体例１を示す。図６(Ｂ)は具体例１を流入端側(つまり、ディスク２(図２)の記録領域の流入側)から見た正面図で示しており、図６(Ａ)はそれを側面側から見た断面図で示している。プラナー導波路１８Ａは、光導入部１７が形成された導波路基板２４Ｌと、その導波路基板２４Ｌ上(光導入部１７の形成面と同じ側)に設けられた集光レンズ部２５Ｍと、で構成されている。また、導波路基板２４Ｌは低屈折率材料から成っており、それよりも高い屈折率を有する中屈折率材料で集光レンズ部２５Ｍが構成されている。
【００２９】
光導入部１７から導波路基板２４Ｌに入射した平行光は、導波路基板２４Ｌ内を導波して、集光レンズ部２５Ｍが配置されている位置に到達すると、集光レンズ部２５Ｍのレンズ効果により１方向(図３中のｘ方向)に集光する。つまり、集光レンズ部２５Ｍは導波路基板２４Ｌよりも屈折率が高いので、集光レンズ部２５Ｍが配置されている範囲では導波路基板２４Ｌよりも高い屈折率(導波路基板２４Ｌと集光レンズ部２５Ｍとの平均屈折率)の影響を受けて、その境界での屈折率差で生じるレンズ効果により平行光は集光することになる。なお、集光レンズ部２５Ｍを導波路基板２４Ｌ内に埋め込んだ構成とした場合でも、上記と同様のレンズ効果を得ることができる。
【００３０】
プラナー導波路１８Ａから射出したレーザー光は、スポットサイズ変換部１９に入射する。図７(Ａ)に、スポットサイズ変換部１９を斜視図で示す。スポットサイズ変換部１９は、コア２１Ｈ(例えばＳｉ)と、その周囲に配置されたクラッド２２Ｍ(例えばＳｉＯ2)と、その周囲に配置された低屈折率層２３Ｌと、で構成されており、コア２１Ｈとクラッド２２Ｍとで２次元導波路を構成している。また、低屈折率層２３Ｌは導波路基板２４Ｌと同じ低屈折率材料から成っており、低屈折率層２３Ｌよりも高い屈折率を有する中屈折率材料でクラッド２２Ｍが構成されており、クラッド２２Ｍよりも高い屈折率を有する高屈折率材料でコア２１Ｈが構成されている。なお、コア２１Ｈの先端は、点又は線で構成されるのが理想的であるが、製造の観点から面(平面、曲面等)で構成してもよい。
【００３１】
前述したようにプラナー導波路１８Ａのレンズ効果による集光は１方向(図３中のｘ方向)であるため、スポットサイズ変換部１９に入射する光スポットは導波路断面の短辺方向(図３中のｙ方向)に長くなる。スポットサイズ変換部１９が有する２次元導波路は、図６(Ａ)及び図７(Ａ)に示すように、コア２１Ｈの断面積を滑らかに変化させることによりモードフィールド径の縮小を行う。そのモードフィールド径の縮小は、プラナー導波路１８Ａの集光方向に対して略垂直方向(図３中のｙ方向)に集光を行うことにより行われる。ただし、図６(Ｂ)及び図７(Ａ)に示すように、スポットサイズ変換部１９では２次元導波路により２方向(図３中のｘ方向とｙ方向)に集光が行われる。導波路幅方向(図３中のｘ方向)の集光をも行うことにより、プラナー導波路で集光した後の導波路幅方向の広がりを抑えるようにして、コア２１Ｈのモードとの良好な結合を可能としている。
【００３２】
コア２１Ｈの厚みは、図６(Ａ)に示す断面では光入力側から光出力側にかけて徐々に広くなるように変化している。このコア２１Ｈの断面積の滑らかな変化(つまり２次元導波路の断面積の滑らかな変化)により、モードフィールド径が縮小される。つまり、２次元導波路の光入力側のモードフィールド径をＤとし、２次元導波路の光出力側のモードフィールド径をｄとすると、プラナー導波路１８Ａの集光方向とは異なる方向についてＤ＞ｄを満たすようにすることが好ましく、プラナー導波路１８Ａの集光方向に対して略垂直方向についてＤ＞ｄを満たすようにすることが更に好ましい。コア２１Ｈの断面積を滑らかに変化させることによりモードフィールド径を変換して、光導波路の光入力側のモードフィールド径よりも光出力側のモードフィールド径をプラナー導波路１８Ａの集光方向に対して略垂直方向に小さくする構成により、小さな略円形状の光スポットを得ることが可能になる。そして、光スポットサイズが略円形状に小さくなることにより、記録の高密度化が可能になる。
【００３３】
上記モードフィールド径の縮小を更に詳しく説明する。図６(Ａ)において光出力側からの入射を考えた場合、コア２１Ｈの先端を徐々に細くなる(つまり断面積が小さくなる)ようにしておくと、光がコア２１Ｈを伝搬していくにしたがって、クラッド２２Ｍへ漏れだす量が多くなる。その結果、光の電界分布が広がって、スポットサイズが大きくなる。光の逆進性により上記のように拡大された光スポットと同じ形状の光を入射させれば、上述したように光スポットを縮小することができる。
【００３４】
図７(Ｂ)に、具体例１が有するスポットサイズ変換部１９の変形例を斜視図で示す。図７(Ｂ)に示すスポットサイズ変換部１９は、コア２１Ｈ(例えばＳｉ)，サブコア２１Ｍ(例えばＳｉＯＮ)及びクラッド２２Ｍ(例えばＳｉＯ2)から成る光導波路を有している。サブコア２１Ｍは、コア２１Ｈとクラッド２２Ｍとの中間の屈折率を有している。このように、スポットサイズ変換部１９の光導波路にサブコア２１Ｍを用いることにより、コア２１Ｈのモードとの更に良好な結合が可能となり、前記モードフィールド径の縮小を更に効果的に行うことが可能となる。
【００３５】
図８に、光アシスト部１２Ａの具体例２を示す。図８(Ｂ)は具体例２を流入端側(つまり、ディスク２(図２)の記録領域の流入側)から見た正面図で示しており、図８(Ａ)はそれを側面側から見た断面図で示している。具体例２は、前記具体例１(図６)においてプラナー導波路１８Ａとスポットサイズ変換部１９とが一体化された構造になっている。つまり、プラナー導波路１８Ａを構成している導波路基板２４Ｌ内に、２次元導波路を構成するコア２１Ｈが設けられた構成になっている。導波路基板２４Ｌは、クラッド２２Ｍと同様、コア２１Ｈよりも屈折率が低いので、導波路基板２４Ｌ内にコア２１Ｈを埋め込んで配置しても、図６に示すスポットサイズ変換部１９と同様の集光機能を得ることができる。このように２次元導波路の一部又は全部をプラナー導波路１８Ａ内に設けることにより、光アシスト部１２Ａの構成が簡単になり、その製造も容易になる。なお、前記サブコア２１Ｍ(図７(Ｂ))をコア２１Ｈの周囲に形成してもよい。
【００３６】
図９に、光アシスト部１２Ａの具体例３を示す。図９(Ｂ)は具体例３を流入端側(つまり、ディスク２(図２)の記録領域の流入側)から見た正面図で示しており、図９(Ａ)はそれを側面側から見た断面図で示している。具体例３は、前記具体例２においてコア２１Ｈで１次元導波路を構成した構造になっている。つまり、プラナー導波路１８Ａを構成している導波路基板２４Ｌ内に、１次元導波路を構成するくさび形状のコア２１Ｈが設けられた構成になっている。このように１次元導波路の一部又は全部をプラナー導波路１８Ａ内に設けることにより、光アシスト部１２Ａの構成が簡単になり、その製造も容易になる。
【００３７】
スポットサイズ変換部１９が有する１次元導波路は、図９(Ａ)に示すように、コア２１Ｈの断面積を滑らかに変化させることによりモードフィールド径の縮小を行うが、そのモードフィールド径の縮小は、プラナー導波路１８Ａの集光方向に対して略垂直方向(図３中のｙ方向)に集光を行うことにより行われる。コア２１Ｈの厚みは、図９(Ａ)に示す断面では光入力側から光出力側にかけて徐々に広くなるように変化している。このコア２１Ｈの断面積の滑らかな変化(つまり１次元導波路の断面積の滑らかな変化)により、モードフィールド径が縮小される。つまり、１次元導波路の光入力側のモードフィールド径をＤとし、１次元導波路の光出力側のモードフィールド径をｄとすると、プラナー導波路１８Ａの集光方向とは異なる方向についてＤ＞ｄを満たすようにすることが好ましく、プラナー導波路１８Ａの集光方向に対して略垂直方向についてＤ＞ｄを満たすようにすることが更に好ましい。コア２１Ｈの断面積を滑らかに変化させることによりモードフィールド径を変換して、光導波路の光入力側のモードフィールド径よりも光出力側のモードフィールド径をプラナー導波路１８Ａの集光方向に対して略垂直方向に小さくする構成により、小さな略円形状の光スポットを得ることが可能になる。そして、光スポットサイズが略円形状に小さくなることにより、記録の高密度化が可能になる。
【００３８】
上述した具体例１，２を構成しているスポットサイズ変換部１９のみを用いることによっても、一般的な小径の光スポットを得ることは可能である。しかし、スポットサイズ変換部１９で構成される２次元導波路に光を入射させようとすると、入射光の位置合わせを２次元又は３次元(図３中のｘ，ｙ，ｚ方向)で高精度に行う必要が生じる。上述した具体例１〜３のように、１次元導波路(プラナー導波路１８Ａ，１８Ｂに相当)と１次元導波路又は２次元導波路(スポットサイズ変換部１９に相当)との接続であれば、位置合わせは比較的容易であり、プラナー導波路１８Ａ，１８Ｂに対する入射光の位置合わせも容易に行うことができる。また以下に説明するように、光アシスト部１２Ａをリソグラフィープロセス等で作製することを想定した場合、プラナー導波路１８Ａの集光機能部分とスポットサイズ変換部１９の光導波路部分とを同一プロセスで行うことができるというメリットもある。
【００３９】
次に、具体例２の光アシスト部１２Ａを有するスライダ１１の作製方法を、図１０の工程図を用いて説明する。図１０(Ａ)に示すように、基板１４(例えばＡｌＴｉＣ)に磁気再生部１２Ｃ及び磁気記録部１２Ｂを作製した後、平坦化し、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)を用いて低屈折率層２０Ｌ(例えばＳｉＯ2)を成膜し、続いてコア層２１(例えばＳｉ)を成膜する。その上にレジストを塗布し、電子ビームリソグラフィー(あるいはステッパーを用いたリソグラフィー)によりコア形状をパターニングして、レジストパターンを形成する。このとき、コア形状が所望の形状となるようにレジストパターンを形成する。ＲＩＥ(Reactive Ion Etching)を用いてコア層２１を加工し、また、斜めエッチングを行うことによりテーパ形状を形成して、図１０(Ｂ)に示すようにコア２１Ｈを形成する。図１０(Ｃ)に示すように、ＣＶＤを用いて導波路基板２４Ｌ(例えばＳｉＯ2)を成膜した後、図１０(Ｄ)に示すように、集光レンズ部２５Ｍ(例えばＳｉＯＮ)をリソグラフィープロセス等で形成する。最後に、ダイシング，ミリング等の加工方法により、スライダ形状に切断加工する。
【００４０】
光導波路のコア材料がシリコン(Ｓｉ)であり、光導波路の使用波長が近赤外波長であることが好ましい。いろいろな高屈折率材料が一般的に知られており、その高屈折率材料を使用することにより、紫外光から可視光，近赤外光まで様々な波長に対応することができ、光源部１３に用いるレーザや光学系の部材の選択肢は広がる。しかし、一般に高屈折率材料はドライエッチング装置で加工してもエッチング速度が遅く、レジストとの選択比も取り難く、性能の良い微細構造を形成するためには困難が伴う。例えば、ＧａＡｓ，ＧａＮ等の材料では可視光を用いることができるが、加工は困難である。シリコンは半導体プロセスの一般的材料であり、その加工方法が確立されているため、比較的簡単に加工を行うことができる。したがって、シリコンを光導波路のコア材料として用いることが好ましい。ただし、シリコンを光導波路のコア材料として用いると、可視光を使用することができないので、光導波路に使用する光として近赤外光を用いることが好ましい。つまり、近赤外波長(１５５０ｎｍ，１３１０ｎｍ等)の光源を用いれば、実績のあるシリコンをコア材料として用いることができるため、加工性が向上して有利になる。
【００４１】
シリコンは屈折率が石英に比べてはるかに高いので、シリコンを光導波路のコア材料として用いることにより、コアとクラッドとの屈折率差Δｎを大きくすることができ、単純な構成で微小スポット(つまり高エネルギー密度)を得ることが可能となる。例えば、上記のようにコアをシリコンで構成しクラッドをＳｉＯ2で構成することにより、屈折率差Δｎを大きくすることができ、スポット径を小さくすることができる。コアとクラッドとの屈折率差Δｎは、コアの屈折率(ここではシリコン等)をｎ１とし、クラッドの屈折率(ここではＳｉＯ2等)をｎ２とすると、式：Δｎ(％)＝(ｎ１2−ｎ２2)／(２・ｎ１2)×１００≒(ｎ１−ｎ２)／ｎ１×１００で定義される。なお、ＳｉＯ2の屈折率は１．４６５、ＳｉＯＮの屈折率は１．５、Ｓｉの屈折率は３．５である。
【００４２】
シリコンは近赤外波長用として有効なコア材料であるが、加工上のメリットを要しない場合には、コア材料として他の高屈折率材料を用いることにより、紫外光から可視光，近赤外光まで幅広い波長域で微小スポットの効果を得ることができる。シリコン以外の高屈折率材料(波長域)の例としては、ダイヤモンド(可視全域)；III-V族半導体：ＡｌＧａＡｓ(近赤外，赤)，ＧａＮ(緑，青)ＧａＡｓＰ(赤，橙，青)，ＧａＰ(赤，黄，緑)，ＩｎＧａＮ(青緑，青)，ＡｌＧａＩｎＰ(橙，黄橙，黄，緑)；II-VI族半導体：ＺｎＳｅ(青)が挙げられる。また、シリコン以外の高屈折率材料の加工方法の例としては、ダイヤモンドではＯ2ガスによるドライエッチングが挙げられ、ＧａＡｓ系，ＧａＰ系，ＺｎＳｅ，ＧａＮ系では、Ｃｌ2系ガス又はメタン水素を用いたＩＣＰエッチング装置でのドライエッチング加工が挙げられる。
【００４３】
前述した磁気記録ヘッド３は、ディスク２に対する情報記録に光を利用する光アシスト式磁気記録ヘッドであるが、記録媒体に対する情報記録に光を利用する光学ヘッドは光アシスト式磁気記録ヘッドに限らない。例えば、近接場光記録，相変化記録等の記録を行う微小光記録ヘッドにおいても、前記特徴のある光アシスト部１２Ａを用いることにより同様の効果を得ることが可能である。図１１に、前記光アシスト部１２Ａと同じ構成の光導波路部１２ａを有する微小光記録ヘッド３ａを示す。この微小光記録ヘッド３ａは、磁気を利用しない光記録を行う構成になっており、磁気記録部１２Ｂと磁気再生部１２Ｃを有しない他は、図２に示す磁気記録ヘッド３と同様の構成になっている。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】光アシスト式磁気記録装置の概略構成例を示す斜視図。
【図２】光アシスト式磁気記録ヘッドの一実施の形態を示す概略断面図。
【図３】プラナー導波路の具体例を示す断面図。
【図４】集光機能がレンズ型のプラナー導波路を有する光アシスト部の具体例を示す斜視図。
【図５】集光機能がミラー型のプラナー導波路を有する光アシスト部の具体例を示す斜視図。
【図６】光アシスト部の具体例１を正面側と側面側から見た状態で示す図。
【図７】光アシスト部の具体例１とその変形例のスポットサイズ変換部をそれぞれ示す斜視図。
【図８】光アシスト部の具体例２を正面側と側面側から見た状態で示す図。
【図９】光アシスト部の具体例３を正面側と側面側から見た状態で示す図。
【図１０】光アシスト部の具体例２を有するスライダの作製工程の一例を示す断面図。
【図１１】光アシスト式磁気記録ヘッド以外の微小光記録ヘッドの一実施の形態を示す概略断面図。
【符号の説明】
【００４５】
１ 筐体
２ 記録用のディスク(記録媒体)
３ 光アシスト式の磁気記録ヘッド(光学ヘッド)
３ａ 微小光記録ヘッド(光学ヘッド)
１０ 光アシスト式の磁気記録装置
１１ スライダ
１２Ａ 光アシスト部
１２Ｂ 磁気記録部(磁気記録素子)
１２Ｃ 磁気再生部(磁気再生素子)
１２ａ 光導波路部
１３ 光源部
１４ 基板
１５ 低屈折率層
１６ 高屈折率層
１７ 光導入部
１８Ａ レンズ型集光機能を有するプラナー導波路
１８Ｂ ミラー型集光機能を有するプラナー導波路
１９ スポットサイズ変換部
２０Ｌ，２３Ｌ 低屈折率層
２１Ｈ コア
２１Ｍ サブコア
２２Ｍ クラッド
２４Ｌ 導波路基板
２５Ｍ 集光レンズ部
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学ヘッド及び光学記録装置に関するものであり、例えば、情報記録に磁界と光を利用する光アシスト式磁気記録ヘッドと、それを備えた光アシスト式磁気記録装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁気記録方式では、記録密度が高くなると磁気ビットが外部温度等の影響を顕著に受けるようになる。このため高い保磁力を有する記録媒体が必要になるが、そのような記録媒体を使用すると記録時に必要な磁界も大きくなる。記録ヘッドによって発生する磁界は飽和磁束密度によって上限が決まるが、こ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。そこで、記録時に局所的に加熱して磁気軟化を生じさせ、保磁力が小さくなった状態で記録し、その後に加熱を止めて自然冷却することにより、記録した磁気ビットの安定性を保証する方式が提案されている。この方式は熱アシスト磁気記録方式と呼ばれている。熱アシスト磁気記録方式では、記録媒体の加熱を瞬間的に行うことが望ましい。また、加熱する機構と記録媒体とが接触することは許されない。このため、加熱は光の吸収を利用して行われるのが一般的であり、加熱に光を用いる方式は光アシスト式と呼ばれている。
【０００３】
光アシスト式の磁気記録ヘッドとして、集光機能付きプラナー導波路を有する光学ヘッド部分と、その光学ヘッド部分からの射出光で照射された部分に磁気記録を行う磁気ヘッド部分と、を備えたものが、特許文献１で提案されている。そのプラナー導波路は、同一平面上で高屈折率層の両側に低屈折率層を配置した構成になっている。そして、回折格子から成る光導入部から高屈折率層に平行光が入射し、低屈折率層との境界から成る放物面で全反射して集光する構成になっている。
【特許文献１】米国特許第６，９４４，１１２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の記録ヘッドでは、プラナー導波路内で導波路断面の長辺方向にのみ集光が行われ、導波路断面の短辺方向(すなわちプラナー導波路の厚み方向)に集光は行われない。つまり、導波路断面の短辺方向のスポットサイズは、プラナー導波路の厚みのみで決定されることになる。したがって、プラナー導波路が厚いほど得られる光スポットは導波路断面の短辺方向に長くなり、情報記録の高密度化が困難になる。この光スポットを略円形状に小さくするためにプラナー導波路の厚みを薄くすると、導波損失が生じてしまい、光が入射するときのカップリング効率が低くなる。結果として、集光機能付きプラナー導波路のみでスポットサイズ(特にプラナー導波路の厚み方向のスポットサイズ)の縮小を行うのには限界がある。
【０００５】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、小さな略円形状の光スポットを用いて高密度の情報記録を行うことの可能な光学ヘッドと、それを備えた光学記録装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、第１の発明の光学ヘッドは、記録媒体に対する情報記録に光を利用する光学ヘッドであって、集光機能を有するプラナー導波路と、そのプラナー導波路で集光された光のモードフィールド径を縮小するスポットサイズ変換部と、を有することを特徴とする。
【０００７】
第２の発明の光学ヘッドは、上記第１の発明において、前記スポットサイズ変換部が２次元導波路を有し、その２次元導波路が断面積を滑らかに変化させることにより前記モードフィールド径の縮小を行うことを特徴とする。
【０００８】
第３の発明の光学ヘッドは、上記第２の発明において、前記プラナー導波路の集光方向とは異なる方向について、前記２次元導波路の光入力側のモードフィールド径をＤとし、前記２次元導波路の光出力側のモードフィールド径をｄとすると、Ｄ＞ｄを満たすことを特徴とする。
【０００９】
第４の発明の光学ヘッドは、上記第２又は第３の発明において、前記プラナー導波路内に、前記２次元導波路の一部又は全部が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
第５の発明の光学ヘッドは、上記第１の発明において、前記スポットサイズ変換部が１次元導波路を有し、その１次元導波路が断面積を滑らかに変化させることにより前記モードフィールド径の縮小を行うことを特徴とする。
【００１１】
第６の発明の光学ヘッドは、上記第５の発明において、前記プラナー導波路の集光方向とは異なる方向について、前記１次元導波路の光入力側のモードフィールド径をＤとし、前記１次元導波路の光出力側のモードフィールド径をｄとすると、Ｄ＞ｄを満たすことを特徴とする。
【００１２】
第７の発明の光学ヘッドは、上記第５又は第６の発明において、前記プラナー導波路内に、前記１次元導波路の一部又は全部が設けられていることを特徴とする。
【００１３】
第８の発明の光学ヘッドは、上記第１〜第７のいずれか１つの発明において、前記スポットサイズ変換部が、前記プラナー導波路の集光方向に対して略垂直方向に集光を行うことにより、前記モードフィールド径の縮小を行うことを特徴とする。
【００１４】
第９の発明の光学記録装置は、上記第１〜第８のいずれか１つの発明に係る光学ヘッドを備えたことを特徴とする。
【００１５】
第１０の発明の光アシスト式磁気記録ヘッドは、上記第１〜第８のいずれか１つの発明に係る光学ヘッドにおいて、記録媒体に対して磁気情報の書き込みを行う磁気記録素子を更に有することを特徴とする。
【００１６】
第１１の発明の光アシスト式磁気記録装置は、上記第１０の発明に係る光アシスト式磁気記録ヘッドを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、プラナー導波路で集光された光のモードフィールド径をスポットサイズ変換部で縮小する構成になっているため、小さな略円形状の光スポットを得ることが可能であり、その光スポットを用いて高密度の情報記録を行うことが可能である。例えば、スポットサイズ変換部に有する光導波路(つまり、２次元導波路又は１次元導波路)が、断面積を滑らかに変化させることにより、モードフィールド径の縮小を行う構成にすれば、集光機能を有するプラナー導波路のみでは得られない小さな略円形状の光スポットを得ることができる。そして、光スポットサイズが略円形状に小さくなることにより、情報記録の高密度化が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る光アシスト式の磁気記録ヘッドとそれを備えた磁気記録装置等を、図面を参照しつつ説明する。なお、各実施の形態，具体例等の相互で同一の部分や相当する部分には同一の符号を付して重複説明を適宜省略する。
【００１９】
図１に、光アシスト式の磁気記録ヘッド３を搭載した磁気記録装置(例えばハードディスク装置)１０の概略構成例を示す。この磁気記録装置１０は、記録用のディスク(磁気記録媒体)２と、支軸５を支点として矢印ｍＡ方向(トラッキング方向)に回転可能に設けられたサスペンション４と、サスペンション４に取り付けられたトラッキング用のアクチュエータ６と、サスペンション４の先端部に取り付けられた光アシスト式の磁気記録ヘッド３と、ディスク２を矢印ｍＢ方向に回転させるモータ(不図示)と、を筐体１内に備えており、磁気記録ヘッド３がディスク２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(図２中の矢印ｍＣ方向)。
【００２０】
図２に、磁気記録ヘッド３の概略構成例を断面図で示す。この磁気記録ヘッド３は、ディスク２に対する情報記録に光を利用する微小光記録ヘッドであって、スライダ１１と光源部１３を備えている。スライダ１１は基板１４で構成されており、基板１４の内部には、ディスク２の被記録部分の流入側から流出側にかけて順に(矢印ｍＣ方向)、光アシスト部１２Ａ，磁気記録部１２Ｂ及び磁気再生部１２Ｃが形成されている。光アシスト部１２Ａは、ディスク２の被記録部分を近赤外レーザー光でスポット加熱するための光導波路を有しており、その導波路構造は、後述するプラナー導波路１８Ａ又は１８Ｂとスポットサイズ変換部１９との組み合わせにより構成されている(図４，図５)。磁気記録部１２Ｂは、ディスク２の被記録部分に対して磁気情報の書き込みを行う磁気記録素子から成っており、磁気再生部１２Ｃは、ディスク２に記録されている磁気情報の読み取りを行う磁気再生素子から成っている。
【００２１】
光源部１３は、半導体レーザ，コリメータレンズ等(不図示)から成っている。光源部１３を構成している半導体レーザは近赤外光源であり、その半導体レーザから射出した近赤外波長(１５５０ｎｍ，１３１０ｎｍ等)のレーザー光はコリメータレンズで平行光に変換される。光源部１３から射出したレーザー光は、光アシスト部１２Ａに入射し、光アシスト部１２Ａ内の光導波路を通って磁気記録ヘッド３から射出する。光アシスト部１２Ａから射出した近赤外レーザー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の被照射部分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。その保磁力の低下した状態の被照射部分に対して、磁気記録部１２Ｂにより磁気情報が書き込まれる。
【００２２】
図２に示すように、光アシスト部１２Ａは基板１４の側面部分に積層することで作り込まれている。光アシスト部１２Ａは光導波路を有しており、その導波路構造は、図３に示すように、基板１４上に高屈折率層１６を積層し、その周りに低屈折率層１５を積層することにより構成される。一般的な導波路では、高屈折率層１６の導波路幅(導波路断面の長辺方向の長さ)が積層厚の数倍程度であるが、プラナー導波路の場合、光束との結合面積を大きくとるために導波路幅が導波路平面方向に大きく広がっている。なお、図３において互いに直交する方向をｘ方向，ｙ方向，ｚ方向とし、光導波方向をｚ方向とすると、ｘ方向が導波路断面の長辺方向であり、ｙ方向が導波路断面の短辺方向である。また、光学的作用が１方向のみ(ｘ，ｙのいずれか１方向)の光導波路が１次元導波路であり、光学的作用が２方向(ｘ，ｙの両方向)の光導波路が２次元導波路である。
【００２３】
光アシスト部１２Ａは、集光機能を有するプラナー導波路と、そのプラナー導波路で集光された光のモードフィールド径を縮小するスポットサイズ変換部と、を有している。図４と図５に、光アシスト部１２Ａの具体例を示す。図４に示す光アシスト部１２Ａには、レンズ型集光機能を有するプラナー導波路１８Ａが設けられており、図５に示す光アシスト部１２Ａには、ミラー型集光機能を有するプラナー導波路１８Ｂが設けられている。なお、プラナー導波路１８Ａはプラナーソリッドイマージョンレンズ(ＰＳＩＬ)であり、プラナー導波路１８Ｂはプラナーソリッドイマージョンミラー(ＰＳＩＭ)である。
【００２４】
各光アシスト部１２Ａの高屈折率層１６には、カップリンググレーティング(例えば回折格子)から成る光導入部１７が形成されている。光源部１３から射出したレーザー光は、その光導入部１７から光アシスト部１２Ａに入射することになる。光源部１３から射出するレーザー光は平行光であるため、回折格子等のカップリンググレーティングで光導入部１７を構成することにより、プラナー導波路１８Ａ，１８Ｂに対する位置合わせを容易に行うことが可能となる。また、プラナー導波路１８Ａ，１８Ｂに対して平行な平面(図３中のｘｚ平面に対して平行な平面)では、光導入部１７を広く形成することができるため、導波路端面(図３中のｘｙ平面に対して平行な平面)から入射させる構成よりも、位置合わせを容易に行うことが可能である。
【００２５】
図４に示す光アシスト部１２Ａに入射したレーザー光は、プラナー導波路１８Ａのレンズ効果により１方向(図３中のｘ方向)に集光され、図５に示す光アシスト部１２Ａに入射したレーザー光は、プラナー導波路１８Ｂのミラー効果により１方向(図３中のｘ方向)に集光される。つまり、プラナー導波路１８Ａ，１８Ｂは、その周囲の高屈折率層１６よりも屈折率が高くなっているため、プラナー導波路１８Ａでは屈折率差を利用したレンズ効果によりレーザー光が集光され、プラナー導波路１８Ｂでは全反射を利用したミラー効果によりレーザー光が集光されることになる。
【００２６】
プラナー導波路１８Ａ，１８Ｂは上記のように１次元導波路であるため、レーザー光は図３中のｘｚ平面に対して平行な平面内で集光される。ｘｚ平面に対して垂直方向(すなわちｙ方向)の集光は、２次元導波路又は１次元導波路を有するスポットサイズ変換部１９により行われ、その結果、レーザー光のモードフィールド径が縮小される。つまりスポットサイズ変換部１９は、プラナー導波路１８Ａ又は１８Ｂで集光された光のモードフィールド径を、その集光方向とは異なる方向について縮小し、その際、プラナー導波路１８Ａ，１８Ｂの集光方向に対して略垂直方向に集光を行うことによって、モードフィールド径の縮小を効果的に行う。このモードフィールド径の縮小により、集光機能を有するプラナー導波路１８Ａ，１８Ｂのみでは得られない小さな略円形状の光スポットを得ることが可能になる。そして、光スポットサイズが略円形状に小さくなることにより、情報記録の高密度化が可能になる。
【００２７】
上記２種類のプラナー導波路１８Ａ，１８Ｂは、屈折率材料の配置の観点から言えば、同様の方法により作製可能である。しかし、屈折率差が小さい場合には全反射の利用が困難になるので、その点でレンズ型集光機能を有するプラナー導波路１８Ａ(図４)の方が好ましいといえる。つまり、プラナー導波路１８Ａの場合、周辺の材料層との屈折率差のバランスがとりやすいので、例えば、基板１４に対する一体的な作り込みを容易に行うことができるというメリットがある。そこで、プラナー導波路１８Ａを有する光アシスト部１２Ａの具体例１〜３を以下に挙げて、磁気記録ヘッド３を更に詳しく説明する。
【００２８】
図６に、光アシスト部１２Ａの具体例１を示す。図６(Ｂ)は具体例１を流入端側(つまり、ディスク２(図２)の記録領域の流入側)から見た正面図で示しており、図６(Ａ)はそれを側面側から見た断面図で示している。プラナー導波路１８Ａは、光導入部１７が形成された導波路基板２４Ｌと、その導波路基板２４Ｌ上(光導入部１７の形成面と同じ側)に設けられた集光レンズ部２５Ｍと、で構成されている。また、導波路基板２４Ｌは低屈折率材料から成っており、それよりも高い屈折率を有する中屈折率材料で集光レンズ部２５Ｍが構成されている。
【００２９】
光導入部１７から導波路基板２４Ｌに入射した平行光は、導波路基板２４Ｌ内を導波して、集光レンズ部２５Ｍが配置されている位置に到達すると、集光レンズ部２５Ｍのレンズ効果により１方向(図３中のｘ方向)に集光する。つまり、集光レンズ部２５Ｍは導波路基板２４Ｌよりも屈折率が高いので、集光レンズ部２５Ｍが配置されている範囲では導波路基板２４Ｌよりも高い屈折率(導波路基板２４Ｌと集光レンズ部２５Ｍとの平均屈折率)の影響を受けて、その境界での屈折率差で生じるレンズ効果により平行光は集光することになる。なお、集光レンズ部２５Ｍを導波路基板２４Ｌ内に埋め込んだ構成とした場合でも、上記と同様のレンズ効果を得ることができる。
【００３０】
プラナー導波路１８Ａから射出したレーザー光は、スポットサイズ変換部１９に入射する。図７(Ａ)に、スポットサイズ変換部１９を斜視図で示す。スポットサイズ変換部１９は、コア２１Ｈ(例えばＳｉ)と、その周囲に配置されたクラッド２２Ｍ(例えばＳｉＯ2)と、その周囲に配置された低屈折率層２３Ｌと、で構成されており、コア２１Ｈとクラッド２２Ｍとで２次元導波路を構成している。また、低屈折率層２３Ｌは導波路基板２４Ｌと同じ低屈折率材料から成っており、低屈折率層２３Ｌよりも高い屈折率を有する中屈折率材料でクラッド２２Ｍが構成されており、クラッド２２Ｍよりも高い屈折率を有する高屈折率材料でコア２１Ｈが構成されている。なお、コア２１Ｈの先端は、点又は線で構成されるのが理想的であるが、製造の観点から面(平面、曲面等)で構成してもよい。
【００３１】
前述したようにプラナー導波路１８Ａのレンズ効果による集光は１方向(図３中のｘ方向)であるため、スポットサイズ変換部１９に入射する光スポットは導波路断面の短辺方向(図３中のｙ方向)に長くなる。スポットサイズ変換部１９が有する２次元導波路は、図６(Ａ)及び図７(Ａ)に示すように、コア２１Ｈの断面積を滑らかに変化させることによりモードフィールド径の縮小を行う。そのモードフィールド径の縮小は、プラナー導波路１８Ａの集光方向に対して略垂直方向(図３中のｙ方向)に集光を行うことにより行われる。ただし、図６(Ｂ)及び図７(Ａ)に示すように、スポットサイズ変換部１９では２次元導波路により２方向(図３中のｘ方向とｙ方向)に集光が行われる。導波路幅方向(図３中のｘ方向)の集光をも行うことにより、プラナー導波路で集光した後の導波路幅方向の広がりを抑えるようにして、コア２１Ｈのモードとの良好な結合を可能としている。
【００３２】
コア２１Ｈの厚みは、図６(Ａ)に示す断面では光入力側から光出力側にかけて徐々に広くなるように変化している。このコア２１Ｈの断面積の滑らかな変化(つまり２次元導波路の断面積の滑らかな変化)により、モードフィールド径が縮小される。つまり、２次元導波路の光入力側のモードフィールド径をＤとし、２次元導波路の光出力側のモードフィールド径をｄとすると、プラナー導波路１８Ａの集光方向とは異なる方向についてＤ＞ｄを満たすようにすることが好ましく、プラナー導波路１８Ａの集光方向に対して略垂直方向についてＤ＞ｄを満たすようにすることが更に好ましい。コア２１Ｈの断面積を滑らかに変化させることによりモードフィールド径を変換して、光導波路の光入力側のモードフィールド径よりも光出力側のモードフィールド径をプラナー導波路１８Ａの集光方向に対して略垂直方向に小さくする構成により、小さな略円形状の光スポットを得ることが可能になる。そして、光スポットサイズが略円形状に小さくなることにより、記録の高密度化が可能になる。
【００３３】
上記モードフィールド径の縮小を更に詳しく説明する。図６(Ａ)において光出力側からの入射を考えた場合、コア２１Ｈの先端を徐々に細くなる(つまり断面積が小さくなる)ようにしておくと、光がコア２１Ｈを伝搬していくにしたがって、クラッド２２Ｍへ漏れだす量が多くなる。その結果、光の電界分布が広がって、スポットサイズが大きくなる。光の逆進性により上記のように拡大された光スポットと同じ形状の光を入射させれば、上述したように光スポットを縮小することができる。
【００３４】
図７(Ｂ)に、具体例１が有するスポットサイズ変換部１９の変形例を斜視図で示す。図７(Ｂ)に示すスポットサイズ変換部１９は、コア２１Ｈ(例えばＳｉ)，サブコア２１Ｍ(例えばＳｉＯＮ)及びクラッド２２Ｍ(例えばＳｉＯ2)から成る光導波路を有している。サブコア２１Ｍは、コア２１Ｈとクラッド２２Ｍとの中間の屈折率を有している。このように、スポットサイズ変換部１９の光導波路にサブコア２１Ｍを用いることにより、コア２１Ｈのモードとの更に良好な結合が可能となり、前記モードフィールド径の縮小を更に効果的に行うことが可能となる。
【００３５】
図８に、光アシスト部１２Ａの具体例２を示す。図８(Ｂ)は具体例２を流入端側(つまり、ディスク２(図２)の記録領域の流入側)から見た正面図で示しており、図８(Ａ)はそれを側面側から見た断面図で示している。具体例２は、前記具体例１(図６)においてプラナー導波路１８Ａとスポットサイズ変換部１９とが一体化された構造になっている。つまり、プラナー導波路１８Ａを構成している導波路基板２４Ｌ内に、２次元導波路を構成するコア２１Ｈが設けられた構成になっている。導波路基板２４Ｌは、クラッド２２Ｍと同様、コア２１Ｈよりも屈折率が低いので、導波路基板２４Ｌ内にコア２１Ｈを埋め込んで配置しても、図６に示すスポットサイズ変換部１９と同様の集光機能を得ることができる。このように２次元導波路の一部又は全部をプラナー導波路１８Ａ内に設けることにより、光アシスト部１２Ａの構成が簡単になり、その製造も容易になる。なお、前記サブコア２１Ｍ(図７(Ｂ))をコア２１Ｈの周囲に形成してもよい。
【００３６】
図９に、光アシスト部１２Ａの具体例３を示す。図９(Ｂ)は具体例３を流入端側(つまり、ディスク２(図２)の記録領域の流入側)から見た正面図で示しており、図９(Ａ)はそれを側面側から見た断面図で示している。具体例３は、前記具体例２においてコア２１Ｈで１次元導波路を構成した構造になっている。つまり、プラナー導波路１８Ａを構成している導波路基板２４Ｌ内に、１次元導波路を構成するくさび形状のコア２１Ｈが設けられた構成になっている。このように１次元導波路の一部又は全部をプラナー導波路１８Ａ内に設けることにより、光アシスト部１２Ａの構成が簡単になり、その製造も容易になる。
【００３７】
スポットサイズ変換部１９が有する１次元導波路は、図９(Ａ)に示すように、コア２１Ｈの断面積を滑らかに変化させることによりモードフィールド径の縮小を行うが、そのモードフィールド径の縮小は、プラナー導波路１８Ａの集光方向に対して略垂直方向(図３中のｙ方向)に集光を行うことにより行われる。コア２１Ｈの厚みは、図９(Ａ)に示す断面では光入力側から光出力側にかけて徐々に広くなるように変化している。このコア２１Ｈの断面積の滑らかな変化(つまり１次元導波路の断面積の滑らかな変化)により、モードフィールド径が縮小される。つまり、１次元導波路の光入力側のモードフィールド径をＤとし、１次元導波路の光出力側のモードフィールド径をｄとすると、プラナー導波路１８Ａの集光方向とは異なる方向についてＤ＞ｄを満たすようにすることが好ましく、プラナー導波路１８Ａの集光方向に対して略垂直方向についてＤ＞ｄを満たすようにすることが更に好ましい。コア２１Ｈの断面積を滑らかに変化させることによりモードフィールド径を変換して、光導波路の光入力側のモードフィールド径よりも光出力側のモードフィールド径をプラナー導波路１８Ａの集光方向に対して略垂直方向に小さくする構成により、小さな略円形状の光スポットを得ることが可能になる。そして、光スポットサイズが略円形状に小さくなることにより、記録の高密度化が可能になる。
【００３８】
上述した具体例１，２を構成しているスポットサイズ変換部１９のみを用いることによっても、一般的な小径の光スポットを得ることは可能である。しかし、スポットサイズ変換部１９で構成される２次元導波路に光を入射させようとすると、入射光の位置合わせを２次元又は３次元(図３中のｘ，ｙ，ｚ方向)で高精度に行う必要が生じる。上述した具体例１〜３のように、１次元導波路(プラナー導波路１８Ａ，１８Ｂに相当)と１次元導波路又は２次元導波路(スポットサイズ変換部１９に相当)との接続であれば、位置合わせは比較的容易であり、プラナー導波路１８Ａ，１８Ｂに対する入射光の位置合わせも容易に行うことができる。また以下に説明するように、光アシスト部１２Ａをリソグラフィープロセス等で作製することを想定した場合、プラナー導波路１８Ａの集光機能部分とスポットサイズ変換部１９の光導波路部分とを同一プロセスで行うことができるというメリットもある。
【００３９】
次に、具体例２の光アシスト部１２Ａを有するスライダ１１の作製方法を、図１０の工程図を用いて説明する。図１０(Ａ)に示すように、基板１４(例えばＡｌＴｉＣ)に磁気再生部１２Ｃ及び磁気記録部１２Ｂを作製した後、平坦化し、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)を用いて低屈折率層２０Ｌ(例えばＳｉＯ2)を成膜し、続いてコア層２１(例えばＳｉ)を成膜する。その上にレジストを塗布し、電子ビームリソグラフィー(あるいはステッパーを用いたリソグラフィー)によりコア形状をパターニングして、レジストパターンを形成する。このとき、コア形状が所望の形状となるようにレジストパターンを形成する。ＲＩＥ(Reactive Ion Etching)を用いてコア層２１を加工し、また、斜めエッチングを行うことによりテーパ形状を形成して、図１０(Ｂ)に示すようにコア２１Ｈを形成する。図１０(Ｃ)に示すように、ＣＶＤを用いて導波路基板２４Ｌ(例えばＳｉＯ2)を成膜した後、図１０(Ｄ)に示すように、集光レンズ部２５Ｍ(例えばＳｉＯＮ)をリソグラフィープロセス等で形成する。最後に、ダイシング，ミリング等の加工方法により、スライダ形状に切断加工する。
【００４０】
光導波路のコア材料がシリコン(Ｓｉ)であり、光導波路の使用波長が近赤外波長であることが好ましい。いろいろな高屈折率材料が一般的に知られており、その高屈折率材料を使用することにより、紫外光から可視光，近赤外光まで様々な波長に対応することができ、光源部１３に用いるレーザや光学系の部材の選択肢は広がる。しかし、一般に高屈折率材料はドライエッチング装置で加工してもエッチング速度が遅く、レジストとの選択比も取り難く、性能の良い微細構造を形成するためには困難が伴う。例えば、ＧａＡｓ，ＧａＮ等の材料では可視光を用いることができるが、加工は困難である。シリコンは半導体プロセスの一般的材料であり、その加工方法が確立されているため、比較的簡単に加工を行うことができる。したがって、シリコンを光導波路のコア材料として用いることが好ましい。ただし、シリコンを光導波路のコア材料として用いると、可視光を使用することができないので、光導波路に使用する光として近赤外光を用いることが好ましい。つまり、近赤外波長(１５５０ｎｍ，１３１０ｎｍ等)の光源を用いれば、実績のあるシリコンをコア材料として用いることができるため、加工性が向上して有利になる。
【００４１】
シリコンは屈折率が石英に比べてはるかに高いので、シリコンを光導波路のコア材料として用いることにより、コアとクラッドとの屈折率差Δｎを大きくすることができ、単純な構成で微小スポット(つまり高エネルギー密度)を得ることが可能となる。例えば、上記のようにコアをシリコンで構成しクラッドをＳｉＯ2で構成することにより、屈折率差Δｎを大きくすることができ、スポット径を小さくすることができる。コアとクラッドとの屈折率差Δｎは、コアの屈折率(ここではシリコン等)をｎ１とし、クラッドの屈折率(ここではＳｉＯ2等)をｎ２とすると、式：Δｎ(％)＝(ｎ１2−ｎ２2)／(２・ｎ１2)×１００≒(ｎ１−ｎ２)／ｎ１×１００で定義される。なお、ＳｉＯ2の屈折率は１．４６５、ＳｉＯＮの屈折率は１．５、Ｓｉの屈折率は３．５である。
【００４２】
シリコンは近赤外波長用として有効なコア材料であるが、加工上のメリットを要しない場合には、コア材料として他の高屈折率材料を用いることにより、紫外光から可視光，近赤外光まで幅広い波長域で微小スポットの効果を得ることができる。シリコン以外の高屈折率材料(波長域)の例としては、ダイヤモンド(可視全域)；III-V族半導体：ＡｌＧａＡｓ(近赤外，赤)，ＧａＮ(緑，青)ＧａＡｓＰ(赤，橙，青)，ＧａＰ(赤，黄，緑)，ＩｎＧａＮ(青緑，青)，ＡｌＧａＩｎＰ(橙，黄橙，黄，緑)；II-VI族半導体：ＺｎＳｅ(青)が挙げられる。また、シリコン以外の高屈折率材料の加工方法の例としては、ダイヤモンドではＯ2ガスによるドライエッチングが挙げられ、ＧａＡｓ系，ＧａＰ系，ＺｎＳｅ，ＧａＮ系では、Ｃｌ2系ガス又はメタン水素を用いたＩＣＰエッチング装置でのドライエッチング加工が挙げられる。
【００４３】
前述した磁気記録ヘッド３は、ディスク２に対する情報記録に光を利用する光アシスト式磁気記録ヘッドであるが、記録媒体に対する情報記録に光を利用する光学ヘッドは光アシスト式磁気記録ヘッドに限らない。例えば、近接場光記録，相変化記録等の記録を行う微小光記録ヘッドにおいても、前記特徴のある光アシスト部１２Ａを用いることにより同様の効果を得ることが可能である。図１１に、前記光アシスト部１２Ａと同じ構成の光導波路部１２ａを有する微小光記録ヘッド３ａを示す。この微小光記録ヘッド３ａは、磁気を利用しない光記録を行う構成になっており、磁気記録部１２Ｂと磁気再生部１２Ｃを有しない他は、図２に示す磁気記録ヘッド３と同様の構成になっている。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】光アシスト式磁気記録装置の概略構成例を示す斜視図。
【図２】光アシスト式磁気記録ヘッドの一実施の形態を示す概略断面図。
【図３】プラナー導波路の具体例を示す断面図。
【図４】集光機能がレンズ型のプラナー導波路を有する光アシスト部の具体例を示す斜視図。
【図５】集光機能がミラー型のプラナー導波路を有する光アシスト部の具体例を示す斜視図。
【図６】光アシスト部の具体例１を正面側と側面側から見た状態で示す図。
【図７】光アシスト部の具体例１とその変形例のスポットサイズ変換部をそれぞれ示す斜視図。
【図８】光アシスト部の具体例２を正面側と側面側から見た状態で示す図。
【図９】光アシスト部の具体例３を正面側と側面側から見た状態で示す図。
【図１０】光アシスト部の具体例２を有するスライダの作製工程の一例を示す断面図。
【図１１】光アシスト式磁気記録ヘッド以外の微小光記録ヘッドの一実施の形態を示す概略断面図。
【符号の説明】
【００４５】
１ 筐体
２ 記録用のディスク(記録媒体)
３ 光アシスト式の磁気記録ヘッド(光学ヘッド)
３ａ 微小光記録ヘッド(光学ヘッド)
１０ 光アシスト式の磁気記録装置
１１ スライダ
１２Ａ 光アシスト部
１２Ｂ 磁気記録部(磁気記録素子)
１２Ｃ 磁気再生部(磁気再生素子)
１２ａ 光導波路部
１３ 光源部
１４ 基板
１５ 低屈折率層
１６ 高屈折率層
１７ 光導入部
１８Ａ レンズ型集光機能を有するプラナー導波路
１８Ｂ ミラー型集光機能を有するプラナー導波路
１９ スポットサイズ変換部
２０Ｌ，２３Ｌ 低屈折率層
２１Ｈ コア
２１Ｍ サブコア
２２Ｍ クラッド
２４Ｌ 導波路基板
２５Ｍ 集光レンズ部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体に対する情報記録に光を利用する光学ヘッドであって、
集光機能を有するプラナー導波路と、そのプラナー導波路で集光された光のモードフィールド径を縮小するスポットサイズ変換部と、を有することを特徴とする光学ヘッド。
【請求項２】
前記スポットサイズ変換部が２次元導波路を有し、その２次元導波路が断面積を滑らかに変化させることにより前記モードフィールド径の縮小を行うことを特徴とする請求項１記載の光学ヘッド。
【請求項３】
前記プラナー導波路の集光方向とは異なる方向について、前記２次元導波路の光入力側のモードフィールド径をＤとし、前記２次元導波路の光出力側のモードフィールド径をｄとすると、Ｄ＞ｄを満たすことを特徴とする請求項２記載の光学ヘッド。
【請求項４】
前記プラナー導波路内に、前記２次元導波路の一部又は全部が設けられていることを特徴とする請求項２又は３記載の光学ヘッド。
【請求項５】
前記スポットサイズ変換部が１次元導波路を有し、その１次元導波路が断面積を滑らかに変化させることにより前記モードフィールド径の縮小を行うことを特徴とする請求項１記載の光学ヘッド。
【請求項６】
前記プラナー導波路の集光方向とは異なる方向について、前記１次元導波路の光入力側のモードフィールド径をＤとし、前記１次元導波路の光出力側のモードフィールド径をｄとすると、Ｄ＞ｄを満たすことを特徴とする請求項５記載の光学ヘッド。
【請求項７】
前記プラナー導波路内に、前記１次元導波路の一部又は全部が設けられていることを特徴とする請求項５又は６記載の光学ヘッド。
【請求項８】
前記スポットサイズ変換部が、前記プラナー導波路の集光方向に対して略垂直方向に集光を行うことにより、前記モードフィールド径の縮小を行うことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光学ヘッド。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の光学ヘッドを備えたことを特徴とする光学記録装置。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の光学ヘッドにおいて、記録媒体に対して磁気情報の書き込みを行う磁気記録素子を更に有することを特徴とする光アシスト式磁気記録ヘッド。
【請求項１１】
請求項１０記載の光アシスト式磁気記録ヘッドを備えたことを特徴とする光アシスト式磁気記録装置。
【請求項１】
記録媒体に対する情報記録に光を利用する光学ヘッドであって、
集光機能を有するプラナー導波路と、そのプラナー導波路で集光された光のモードフィールド径を縮小するスポットサイズ変換部と、を有することを特徴とする光学ヘッド。
【請求項２】
前記スポットサイズ変換部が２次元導波路を有し、その２次元導波路が断面積を滑らかに変化させることにより前記モードフィールド径の縮小を行うことを特徴とする請求項１記載の光学ヘッド。
【請求項３】
前記プラナー導波路の集光方向とは異なる方向について、前記２次元導波路の光入力側のモードフィールド径をＤとし、前記２次元導波路の光出力側のモードフィールド径をｄとすると、Ｄ＞ｄを満たすことを特徴とする請求項２記載の光学ヘッド。
【請求項４】
前記プラナー導波路内に、前記２次元導波路の一部又は全部が設けられていることを特徴とする請求項２又は３記載の光学ヘッド。
【請求項５】
前記スポットサイズ変換部が１次元導波路を有し、その１次元導波路が断面積を滑らかに変化させることにより前記モードフィールド径の縮小を行うことを特徴とする請求項１記載の光学ヘッド。
【請求項６】
前記プラナー導波路の集光方向とは異なる方向について、前記１次元導波路の光入力側のモードフィールド径をＤとし、前記１次元導波路の光出力側のモードフィールド径をｄとすると、Ｄ＞ｄを満たすことを特徴とする請求項５記載の光学ヘッド。
【請求項７】
前記プラナー導波路内に、前記１次元導波路の一部又は全部が設けられていることを特徴とする請求項５又は６記載の光学ヘッド。
【請求項８】
前記スポットサイズ変換部が、前記プラナー導波路の集光方向に対して略垂直方向に集光を行うことにより、前記モードフィールド径の縮小を行うことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の光学ヘッド。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の光学ヘッドを備えたことを特徴とする光学記録装置。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の光学ヘッドにおいて、記録媒体に対して磁気情報の書き込みを行う磁気記録素子を更に有することを特徴とする光アシスト式磁気記録ヘッド。
【請求項１１】
請求項１０記載の光アシスト式磁気記録ヘッドを備えたことを特徴とする光アシスト式磁気記録装置。
【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２００９−７０４７６（Ｐ２００９−７０４７６Ａ）
【公開日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２３７６４９（Ｐ２００７−２３７６４９）
【出願日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタオプト株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２日（２００９．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【出願人】（３０３０００４０８）コニカミノルタオプト株式会社 (3,255)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]