光学装置、光記録ヘッド及び光記録装置
【課題】光伝搬素子に対する光の入射角度の変動による光結合効率の低下を緩和させ、効率良く結合させることが容易にできる光学装置を提供する。
【解決手段】光を伝搬する導波路と、光を該導波路に光結合する第１の回折格子とを備えた光伝搬素子を有する光学装置において、前記第１の回折格子に入射する光の光束を広げ発散状態とする発散手段を有する。
【解決手段】光を伝搬する導波路と、光を該導波路に光結合する第１の回折格子とを備えた光伝搬素子を有する光学装置において、前記第１の回折格子に入射する光の光束を広げ発散状態とする発散手段を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学装置、光記録ヘッド及び光記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年は情報記録媒体の高密度化が求められ、様々な方式の記録方法が提案されている。熱アシスト磁気記録方法もそのうちの１つである。高密度化するために１個１個の磁区の大きさを小さくする必要があるが、データを安定して保存するために保磁力の大きい材料を使う。このような記録媒体では書き込むときに強い磁界を発生させる必要があるが、小さくなった磁区に対応する小さなヘッドでは限界がある。
【０００３】
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。
【０００４】
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法は光アシスト式と呼ばれている。光アシスト式で高密度記録を行う場合、使用光の波長以下の微小な光スポットを必要とする。
【０００５】
そのため、入射光の波長以下の大きさの光学的開口から発生する近接場光（近視野光とも称する。）を利用する光ヘッドが利用されている。上記のような微小な光スポットを用いる光記録ヘッドとして以下が提案されている（特許文献１参照）。
【０００６】
光記録ヘッドは、書き込み磁極とこの書き込み磁極に隣接したコア層とクラッド層を有する導波路を備えている。コア層には、該コア層内に光を導入する回折格子が設けられ、この回折格子に対して、例えば平行光としたレーザ光を所定の入射角で照射すると、レーザ光は効率よくコア層に結合される。コア層に結合された光は、コア層の先端部の近傍に位置する焦点に収束し、先端部から放射される光により記録媒体が照射され加熱され、書き込み磁極により書き込みが行われる。
【特許文献１】米国特許第６９４４１１２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載されている光記録ヘッドにおいて、回折格子を備える導波路（光伝搬素子と称する。）の該回折格子に光を入射させ、コア層に効率良く結合させるためには、回折格子への入射角度許容範囲は、例えば±０．１°程度といった高精度が要求される。このように入射角度許容範囲が狭く高精度が要求されるため、組み立て時に要求される組み立て誤差範囲はさらに狭く、組み立てが容易にできない。
【０００８】
また、光記録ヘッドは、記録媒体面に対して微妙に上下動するため、光記録ヘッドと別に設けられた光源からの光が光記録ヘッドの導波路に設けられている回折格子に入射する入射角度が変動する。入射角度が変動すると、光源からの光が回折格子によってコア層に十分に結合できない場合が生じ、記録媒体に対し十分な光を照射できなくなり、安定した記録等ができなくなる。
【０００９】
また、回折格子により導波路に結合された光は、導波路が備えている放物面形状の反射面で反射されて焦点に集光され、この焦点近傍に設けられたプラズモンアンテナにより、微小な光スポット（近接場光）を発生させることができる。しかし、上記の上下動方向と垂直な左右方向（記録媒体面に対して平行方向）に、光源からの光の回折格子への入射角度がずれると、導波路を伝搬する光の集光位置が変化し、正確にプラズモンアンテナを照射することができなくなる。このため、記録媒体に十分な光を放射できなくなり、安定した記録等ができなくなる。このため、回折格子に入射する光は、上下方向と共に左右方向の入射角度を高精度に設定にすることが求められる。
【００１０】
本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、光伝搬素子に対する光の入射角度の変動による光結合効率の低下を緩和させ、効率良く結合させることが容易にできる光学装置、光記録ヘッド及び光記録装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題は、以下の構成により解決される。
【００１２】
１． 光を伝搬する導波路と、光を該導波路に光結合する第１の回折格子とを備えた光伝搬素子を有する光学装置において、
前記第１の回折格子に入射する光の光束を広げ発散状態とする発散手段を有することを特徴とする光学装置。
【００１３】
２． 前記光伝搬素子は、前記導波路を伝搬する光を集光する反射面を該導波路に有し、
前記発散手段は、格子の形状が、矩形形状、又は、ブレーズ形状である第２の回折格子であることを特徴とする１に記載の光学装置。
【００１４】
３． 前記第１の回折格子の格子方向に対する前記第２の回折格子の格子方向は、略平行である、又は、略直交であるの何れかであることを特徴とする２に記載の光学装置。
【００１５】
４． 前記第２の回折格子の格子角部の曲率半径をＲａとし、前記第１の回折格子の格子角部の曲率半径をＲｂとすると、
Ｒａ ＜ Ｒｂ
であることを特徴とする３に記載の光学装置。
【００１６】
５． 前記第１の回折格子の格子方向に対する前記第２の回折格子の格子方向は、略平行及び略直交していることを特徴とする２に記載の光学装置。
【００１７】
６． 前記第２の回折格子の格子角部の曲率半径をＲａとし、前記第１の回折格子の格子角部の曲率半径をＲｂとすると、
Ｒａ ＜ Ｒｂ
であることを特徴とする５に記載の光学装置。
【００１８】
７． 前記第２の回折格子は、１つのプリズム形状部材の１つの面に形成されていることを特徴とする３又は４に記載の光学装置。
【００１９】
８． 前記第２の回折格子は、互いに略直交する格子をそれぞれ有する２つの回折格子からなり、前記２つの回折格子は、２つのプリズム形状部材それぞれにおける１つの面に形成されていることを特徴とする５又は６に記載の光学装置。
【００２０】
９． 前記第２の回折格子は、互いに略直交する格子をそれぞれ有する２つの回折格子からなり、前記２つの回折格子は、１つのプリズム形状部材における２つの面それぞれに形成されていることを特徴とする５又は６に記載の光学装置。
【００２１】
１０． 前記第２の回折格子は、互いに略直交する格子が重畳された１つの回折格子であり、
前記１つの回折格子は、１つのプリズム形状部材の１つの面に形成されていることを特徴とする５又は６に記載の光学装置。
【００２２】
１１． １乃至１０の何れか一項に記載の光学装置を備え、
前記光学装置が有する前記光伝搬素子に結合される光は、前記導波路により伝搬され、記録媒体に向かって射出されることを特徴とする光記録ヘッド。
【００２３】
１２． 前記導波路の光射出面に近接場光を生じるプラズモンアンテナが設けられていることを特徴とする１１に記載の光記録ヘッド。
【００２４】
１３．１１又は１２に記載の光記録ヘッドと、
前記光伝搬素子に結合される光を発する光源と、
前記記録媒体と、
を有することを特徴とする光記録装置。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の光学装置、光記録ヘッド及び光記録装置によれば、光伝搬素子に対する光の入射角度の変動による光結合効率の低下を緩和させ、効率良く結合させることが容易にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明は、回折格子と導波路とを備える光伝搬素子を備え、該光伝搬素子に光源からの光を効率良く導入する光学装置に関するものであって、例えば光磁気記録媒体又は光記録媒体に記録を行う光記録ヘッドに使用できる。
【００２７】
以下、本発明を図示の実施の形態である光記録ヘッドに磁気記録部を有する光アシスト式磁気記録ヘッドとそれを備えた光記録装置に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。尚、各実施の形態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の説明を適宜省略する。
【００２８】
図１に光アシスト式磁気記録ヘッドを搭載した光記録装置（例えばハードディスク装置）の概略構成例を示す。この光記録装置１００は、以下（１）〜（６）を筐体１の中に備えている。
（１）記録用のディスク（記録媒体）２
（２）支軸６を支点として矢印Ａの方向（トラッキング方向）に回転可能に設けられたアーム５に支持されたサスペンション４
（３）アーム５に取り付けられたトラッキング用アクチュエータ７
（４）サスペンション４の先端に取り付けられた光アシスト式磁気記録ヘッド（以下、光記録ヘッド３と称する。）
（５）ディスク２を矢印Ｂの方向に回転させるモータ（図示しない）
（６）トラッキング用アクチュエータ６、モータ及びディスク２に記録するために書き込み情報に応じて照射する光、磁界の発生等の光記録ヘッド３の制御を行う制御部８
こうした光記録装置１００は、光記録ヘッド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。
【００２９】
図２は、光記録ヘッド３の一例の記録書き込み周辺部を側面から概念的に示している。光記録ヘッド３は、ディスク２に対する情報記録に光を利用する光記録ヘッドであって、スライダ３０、光伝搬素子２０、磁気記録部４０等を備えている。光伝搬素子２０は、導波路型ソリッド・イマージョン・ミラー（ＰＳＩＭ；Ｐｌａｎａｒ Ｓｏｌｉｄ Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｍｉｒｒｏｒ）とも称され、以降で説明する。
【００３０】
スライダ３０は、磁気記録媒体であるディスク２の上を浮上しながらディスク２に対して相対的に移動するため、スライダ３０のディスク２と対向する面には、浮上特性向上のためのＡＢＳ面３２（Ａｉｒ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｓｕｒｆａｃｅ：空気ベアリング面）を有している。
【００３１】
光源５０は、例えばレーザ素子、光ファイバ射出端部等と、例えば複数枚のレンズを備えた光学系とを組み合わせたものが挙げられ、略平行光を射出する。
【００３２】
光源５０から略平行光として射出される光５２は、本発明に係わる発散手段の一例であるプリズム５１Ａ（図５参照）で光束が広げられ、また偏向され、所定の入射角で光伝搬素子２０が備えている第１の回折格子である回折格子２０ａに入射する。プリズム５１Ａは、光源５０と光伝搬素子２０の間に配置されている。
【００３３】
プリズム５１Ａは、光源５０から射出された光５２を光伝搬素子２０の回折格子２０ａに効率よく結合する所定の入射角で入射できる方向に、光５２を偏向するとともに、プリズム５１Ａに入射した光５２をその光束が広がるように発散させた光５２ａとして射出する。プリズム５１Ａに関しては、後で説明する。
【００３４】
プリズム５１Ａで偏向され、射出された光５２ａは、光伝搬素子２０の回折格子２０ａに入射し、光伝搬素子２０に結合する。光伝搬素子２０に結合した光は、下端面２４に進み、加熱のための放射光６０としてディスク２に向かって放射される。尚、図２では、下端面２４の光を放射する位置又はその近傍に設けている後述のプラズモンアンテナ２４ｄを省略している。
【００３５】
光源５０を固定する位置は、図２のように光記録ヘッドに近く光路を短くできるサスペンション４としているが、アーム５に固定してもよく、光源５０の発熱、質量、固定による応力等を考慮して適宜配置すればよい。
【００３６】
放射光６０が微小な光スポットとしてディスク２に照射されると、ディスク２の照射された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照射された部分に対して、磁気記録部４０により磁気情報が書き込まれる。また、磁気記録部４０の退出側又は光伝搬素子２０の流入側にディスク２に書き込まれた磁気記録情報を読み出す磁気再生部４１を設けてもよい。
【００３７】
光伝搬素子２０に関して説明する。光伝搬素子２０の正面図を図３、図３の軸Ｃにおける断面図を図４にそれぞれ模式的に示す。光伝搬素子２０は、導波路を構成するコア層２１とクラッド層２２を有し、コア層２１には、光５２ａが入射する回折格子２０ａが形成されている。図３においては、光５２ａは、光スポットとして示している。導波路は、屈折率が異なる物質による複数層で構成することができ、コア層２１の屈折率は、クラッド層２２の屈折率より大きい。この屈折率差により導波路が構成され、コア層２１内の光はコア層２１内部に閉じ込められ、効率よく矢印２５の方向に進み、下端面２４に到達する。
【００３８】
コア層２１は、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＺｎＳｅ等で形成され、厚みは約２０ｎｍから５００ｎｍの範囲としてよく、またクラッド層２２は、ＳｉＯ２、空気、Ａｌ２Ｏ３等で形成され、厚みは約２００ｎｍから２０００ｎｍの範囲としてよい。
【００３９】
コア層２１は、回折格子２０ａにより結合された光を焦点Ｆに集光するため、焦点Ｆに向かって反射するように形成された、外周面の輪郭形状が放物線である側面２６、２７を備えている。図３において、放物線の左右対称の中心軸を軸Ｃ（準線（図示しない）に垂直で焦点Ｆを通る線）で示し、放物線の焦点を焦点Ｆとして示している。側面２６、２７には、例えば金、銀、アルミニウム等の反射物質を設けて、光反射損失をより少なくする助けとしてもよい。
【００４０】
また、導波路のコア層２１の下端面２４は、放物線の先端が切断されたような平面形状をしている。焦点Ｆから放射される光は急に広がるため、下端面２４の形状を平面とすることにより、ディスク２に焦点Ｆをより近くに配置することができるので好ましく、また、下端面２４に焦点Ｆを形成してもよい。
【００４１】
コア層２１の焦点Ｆ又はその近傍に、近接場光発生用のプラズモンアンテナ２４ｄを配置してもよい。プラズモンアンテナ２４ｄの具体例を図１６に示す。
【００４２】
図１６において、（ａ）は三角形の平板状金属薄膜（材料例：アルミニウム、金、銀等）からなるプラズモンアンテナ２４ｄ、（ｂ）はボウタイ型の平板状金属薄膜（材料例：アルミニウム、金、銀等）からなるプラズモンアンテナ２４ｄであり、何れも曲率半径２０ｎｍ以下の頂点Ｐを有するアンテナからなっている。また、（ｃ）は開口を有する平板状金属薄膜（材料例：アルミニウム、金、銀等）からなるプラズモンアンテナ２４ｄであり、曲率半径２０ｎｍ以下の頂点Ｐを有するアンテナからなっている。
【００４３】
これらのプラズモンアンテナ２４ｄに光が作用すると、その頂点Ｐ近辺に近接場光が発生して、非常に小さいスポットサイズの光を用いた記録又は再生を行うことが可能となる。つまり、コア層２１の焦点Ｆ又はその近傍にプラズモンアンテナ２４ｄを設けることにより局所プラズモンを発生させれば、焦点に形成された光スポットのサイズをより小さくすることができ、高密度記録に有利となる。尚、焦点Ｆにプラズモンアンテナ２４ｄの頂点Ｐが位置することが好ましい。
【００４４】
光伝搬素子２０の回折格子２０ａは、コア層２１に設けてある側面２６、２７の形状である放物線の準線に対して平行な複数の溝により構成されている。図４に示すように、回折格子２０ａに対して、ｙ−ｚ面内で所定の入射角θｖでプリズム５１Ａから射出される光５２ａを入射させることにより、光を効率よくコア層２１に結合することができる。
【００４５】
回折格子２０ａに入射する光５２ａの入射角θｖに対する角度誤差Δθｖとして±０．１°程度以上の角度ずれが生じると光結合効率が低下し、コア層２１に結合される光が実用上問題となる程度まで低下する。
【００４６】
光源５０から発せられる光５２は、プリズム５１Ａに入射し、偏向されて回折格子２０ａに向かって射出される。プリズム５１Ａの光学断面を図５に示す。プリズム５１Ａに入射する光５２は、面Ｓ１より入射し、反射面である面Ｓ２で反射され、回折格子（第２の回折格子）が設けてある面Ｓ３で回折され、面Ｓ４（Ｓ２）から射出される。面Ｓ４から射出する光５２ａ（図５に示す光５２ａの実線矢印）は、光伝搬素子２０の回折格子２０ａに所定の入射角度θｖで入射する入射光でもある。
【００４７】
光５２の光軸、面Ｓ２による反射光軸、面Ｓ３による回折光軸は同一の偏向面（ｙ−ｚ面）内であり、回折格子２０ａへの入射光軸も同一偏向面内とする。この場合、偏向面と回折格子２０ａの溝の方向とは直交関係となり、回折格子２０ａの格子方向と面Ｓ３の回折格子の格子方向とは、同方向（略平行関係）となる。
【００４８】
プリズム５１Ａの面Ｓ３に設けている回折格子（第２の回折格子）に関して説明する。図６（ａ）のように、回折格子の溝が理想的な正弦波形状で、この回折格子に光５２の様な平面波（平行光）が入射する際、回折格子からの射出光は完全に一方向に射出される。図６（ａ）に示す正弦波形状のフーリエ変換により波数ベクトルｋを求めると、図６（ｂ）に示すようにデルタ関数になり、プリズム５１Ａに入射する光５２は、単に回折光として方向を変えて射出される。例えば、図５において実線矢印で示す光５２ａがこれに該当する。
【００４９】
一方、図７（ａ）に示すような回折格子の格子形状を矩形形状（実線で示す形状）やブレーズ形状（点線で示す形状）とする回折格子に光５２の様な平面波（平行光）を入射させると、波数ベクトルｋは図７（ｂ）に示すように広がりを持つ。すなわち、平行光として入射する光５２は回折され、光５２ａの射出方向をｙ−ｚ面内で光５２ａを中心としてθｖ方向に広げることができる。具体的には、図５において、光５２ａを、破線矢印で示す光５２ａ−１，光５２ａ−２の様に射出方向をθｖ方向に広げることができる。
【００５０】
プリズム５１Ａを介して光５２を光伝搬素子２０に入射させると、プリズム５１Ａは光伝搬素子２０の回折格子２０ａに入射する光５２ａを広げ発散状態にする。このため、見かけ上、回折格子２０ａに入射する光５２ａのθｖ方向の入射角度許容範囲を緩和することができ、この結果、回折格子２０ａの光結合効率の低下を抑えることができる。
【００５１】
回折格子２０ａの入射角度許容範囲Δθｖは、例えば±０．１°程度といった狭い範囲であるが、プリズム５１Ａを介した回折格子２０ａの入射角度許容範囲は、光５２ａ−１、光５２ａ−２の角度範囲が加味された値となる。例えば、光５２ａ−１、光５２ａ−２の角度範囲が、光５２ａの光軸に対して±０．３°程度とし、プリズム５１Ａからの射出する光５２ａの光軸と回折格子２０ａの所定の入射角度の光軸とが一致しているとすると、プリズム５１Ａに対する光５２の入射角度許容範囲は、±０．２°以上となって緩和することができる。
【００５２】
また、光記録装置としての動作時、サスペンション４に反り等が生じ、光伝搬素子２０の回折格子２０ａの入射角度に対するプリズム５１Ａの射出光である光５２ａの角度ずれの影響も緩和することができる。
【００５３】
また、プリズム５１Ａを設けることにより、例えば、サスペンション４に、光源５０、光伝搬素子２０が設けられたスライダ３０を組み付ける際、組み立て精度を緩和することができ、組み立てをより容易にすることができる。
【００５４】
更に、上記のプリズム５１Ａが備える回折格子の格子形状に加えて、格子の角部の曲率半径Ｒａ、光伝搬素子２０の回折格子２０ａの格子の角部の曲率半径Ｒｂとすると、
Ｒｂ＞Ｒａ （１）
とするのが好ましい。このようにすると、プリズム５１Ａの回折格子の波数ベクトルｋをより広がりを持つようにすることができ、光５２ａ−１、光５２ａ−２の射出方向をより広げることができる。
【００５５】
回折格子２０ａの格子方向と面Ｓ３の回折格子の格子方向とは、略平行とするのが最も好ましい。略平行とすると、面Ｓ３による回折光をベクトルとして考えた場合最も多くのベクトル成分が回折格子２０ａへの入射光軸の同一偏向面内となるため、回折格子２０ａへの結合効率を最も大きくすることができ、上述の効果が最も大きくなる。尚、略平行からずれるに従い、上述の効果が低下していく。
【００５６】
プリズム５１Ａは、例えば、熱可塑性樹脂を材料として射出成形法やプレス成形法により形成することが出来る。熱可塑性樹脂としては、例えば、ＺＥＯＮＥＸ（登録商標）４８０Ｒ（日本ゼオン（株））、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート、例えば、スミペックス（登録商標）ＭＧＳＳ、住友化学（株））、ＰＣ（ポリカーボネート、例えば、パンライト（登録商標）ＡＤ５５０３、帝人化成（株））等が挙げられる。また、ガラスを材料として、プレス成形法により形成することもできる。
【００５７】
光伝搬素子２０の回折格子２０ａは、例えば、ＳｉＯ２膜をフォトリソグラフィ及びエッチング処理により形成する場合があり、この場合、回折格子２０ａの格子の角部の曲率半径Ｒｂは大きくなる傾向にある。一方、樹脂材料からなるプリズム５１Ａの回折格子は、成形法により形成することができ、格子の角部の曲率半径Ｒａは、回折格子２０ａの格子の角部の曲率半径Ｒｂより十分に小さくすることができ、上記の条件式（１）を容易に満たすことができる。
【００５８】
プリズム５１Ａにおいて、形状、及び、回折格子の位置がこれに限定されるものではなく、例えば、光学断面が図８に示すような、プリズム５１Ｂとしてもよい。プリズム５１Ｂに入射する光５２は、面Ｓ１より入射し、反射面である面Ｓ２で反射され、回折格子（第２の回折格子）が設けてある面Ｓ３で回折され、射出される。
【００５９】
面Ｓ３から射出する光５２ａ（図８に示す光５２ａの実線矢印）は、光伝搬素子２０の回折格子２０ａに所定の入射角度θｖで入射する入射光である。回折格子の格子形状や、格子の角部の曲率半径をプリズム５１Ａに関して説明した内容と同様とすることにより、光５２ａの射出方向を光５２ａ−１、光５２ａ−２で示すようにθｖ方向に広げ発散状態とすることができ、プリズム５１Ａの場合と同様の効果を得ることができる。
【００６０】
これまで、図４に示すように、光５２ａが回折格子２０ａに入射する際の、ｙ−ｚ面内における所定の入射角θｖの入射角度許容範囲について説明した。次に、図９に示すように、光５２ａが回折格子２０ａに入射する際の、ｙ−ｚ面から傾く（θｈ方向）入射角度許容範囲に関して説明する。
【００６１】
図９は図３で示した光伝搬素子２０を下端面２４側から見た様子を示している。図９において、コア層２１の焦点Ｆには、図示しないプラズモンアンテナが設けられており、その大きさは数百ｎｍ程度である。近接場光を効率よく発生させるには、プラズモンアンテナの位置とコア層２１内を伝搬して集光する位置との位置合わせを、数十ｎｍの精度で行うことが要求される。
【００６２】
プリズム５１Ａから射出される光５２ａが、ｙ−ｚ面内からθｈ方向に傾くことによる角度ずれを角度誤差Δθｈとすると、±０．１°程度以上の角度ずれが生じると焦点Ｆへの集光率が低下し、プラズモンアンテナによる近接場光の発生が実用上問題となる程度まで低下する。
【００６３】
これに対応するためは、例えば図１０に示すプリズム５１Ｃがある。プリズム５１Ｃにおいて、光５２は、面Ｓ１から入射し、反射面である面Ｓ２で反射され、面Ｓ３から射出する。面Ｓ３から射出する光５２ａのθｖ方向は、光伝搬素子２０の回折格子２０ａに所定の入射角度θｖで入射する方向となるように面Ｓ２の傾きが定めてある。
【００６４】
面Ｓ３に、プリズム５１Ａで説明した内容と同じ形状で、回折格子２０ａの格子方向と略直交方向の回折格子を設ける。これにより、上記で説明した回折格子２０ａへの光５２ａのθｖ方向の入射角度許容範囲の緩和と同様に、光５２が面Ｓ１より入射した光５２は、回折格子が設けてある面Ｓ３でθｈ方向に広げられて射出されるため、見かけ上、回折格子２０ａへの光５２ａのθｈ方向の入射角度許容範囲が緩和でき、この結果、焦点Ｆへの集光率の低下を抑えることができる。
【００６５】
回折格子２０ａの格子方向と面Ｓ３の回折格子の格子方向とは、略直交とするのが好ましい。略直交とすると、面Ｓ３による回折光をベクトルとして考えた場合最も多くのベクトル成分が、回折格子２０ａへの所定の入射角度θｖで、且つ、入射光軸の同一偏向面に対して垂直な面内となるため、焦点Ｆへの集光率の低下をもっと抑えることができる。尚、略直交からずれるに従い、焦点Ｆへの集光率の低下を抑える効果は低下していく。
【００６６】
ここで、図１５の概念図に示す様に、光５２をθｖ方向に射出光を広げる例えばプリズム５１Ａのような素子５１１とθｈ方向に光５２ａを広げる例えばプリズム５１Ｃのような素子５１２を組み合わせることで、見かけ上、回折格子２０ａへの光５２ａのθｖ方向及びθｈ方向の入射角度許容範囲を緩和することができる。よって、回折格子２０ａの光結合効率の低下を抑えることができ、また、焦点Ｆへの集光率の低下を抑えることができる。また、動作時の位置ずれ・角度ずれの緩和、組み立て時の組み立て精度を緩和できる。
【００６７】
上記では、光５２をθｖ方向及びθｈ方向の２方向に射出光を広げるため、プリズム２個を使用している例を示したが、プリズム１個で対応する例を図１１、図１２に示す。プリズム１個とすることにより、構成が簡単で、小型で軽量とすることができる。
【００６８】
図１１に示すプリズム５１Ｄは、光５２が面Ｓ１より入射し、回折格子Ａが設けてある面Ｓ２で光５２がθｖ方向に広げられ、次に回折格子Ｂが設けてある面Ｓ３で光５２がθｈ方向に広げられ射出される。すなわち回折格子Ａ、回折格子Ｂのそれぞれの格子は互いに直交する関係であり、回折格子Ａの格子方向は、回折格子２０ａの格子の方向と略平行であり、回折格子Ｂの格子方向は、回折格子２０ａの格子の方向と垂直である。
【００６９】
回折格子Ａ、回折格子Ｂのそれぞれの回折格子は、プリズム５１Ａで説明した内容と同じ形状である。プリズム５１Ｄを用いることにより、図１５を用いて説明したプリズム２個を組み合わせた場合と同様の効果を得ることができる。
【００７０】
また、光５２をθｖ方向及びθｈ方向の２方向に広げることができる例としてプリズム５１Ｅを図１２示す。プリズム５１Ｅにおいて、光源からの光５２が面Ｓ１より入射し、面Ｓ２で反射され、回折格子が設けられた面Ｓ３から回折された光５２ａが射出される。
【００７１】
面Ｓ３には、回折格子２０ａの格子の方向と略平行な格子と回折格子２０ａの格子の方向と垂直な格子とする、互いに直交する２つの格子が重畳された回折格子を備え、面Ｓ２で反射されて入射する光を、θｖ方向及びθｈ方向の２方向に広げることができる。２つの格子は、プリズム５１Ａで説明した内容と同じ形状である。プリズム５１Ｅを用いることにより、プリズム５１Ｄと同様の効果を得ることができる。
【００７２】
プリズム５１Ｅは、プリズム５１Ｄと比較して、回折格子が設けられる面が１面であり、構成を一層簡便にすることができる。
【００７３】
これまで、光伝搬素子２０の回折格子２０ａに入射する光５２を広げ発散状態とするために回折格子を用いる例を示したが、回折格子のようなパッシブ素子ではなくアクティブ素子を使用することもできる。
【００７４】
アクティブ素子の例として、図１３に示すような入射光５２を１方向に可動するＭＥＭＳミラー５１Ｇ（静電力や電磁力、圧電力を駆動源とした小型の可動ミラー）を用いて入射する光５２をθｖ方向に微小角度走査して光５２ａとすることにより、見かけ上、回折格子２０ａへの光５２ａのθｖ方向の入射角度許容範囲を緩和することができる。また、図１５の概念図に示す様に、走査走行が上記のθｖ方向のＭＥＭＳミラーとする素子５１１と、θｈ方向のＭＥＭＳミラーとする素子５１２の２つを組み合わせて、見かけ上、回折格子２０ａへの光５２ａのθｖ方向、及びθｈ方向の入射角度許容範囲を緩和することができる。
【００７５】
アクティブ素子の他の例として図１４に示す様に、光源からの光５２を電気光学結晶でできたプリズム５１Ｈに入射させる方法がある。光５２は面Ｓ３で屈折して射出するが、プリズム５１Ｈの屈折率が変わると屈折角も変化し、光５２ａの射出角度を走査することができる。
【００７６】
上下に斜線で示した部分は電極５１Ｈ−１、電極５１Ｈ−２で、これら２つの電極５１Ｈ−１、電極５１Ｈ−２の間の電位差を変えることにより、プリズム５１Ｈの屈折率を変えることができる。これらの電極のうち少なくとも光が透過する面Ｓ３の電極５１Ｈ−２はＩＴＯなどの透明電極する必要がある。プリズム５１Ｈを上記のＭＥＭＳミラー５１Ｇ置き換えることで、ＭＥＭＳミラー５１Ｇの場合と同じ効果を得ることができる。
【００７７】
以上説明してきた実施の形態は、光アシスト磁気記録ヘッド、及び光アシスト磁気記録装置に関するものであるが、該実施の形態の要部構成を、記録媒体を光記録ディスクとした光記録ヘッド、光記録装置に利用することも可能である。この場合は、スライダ３０に設けた磁気記録部４０、磁気再生部４１は不要である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】光アシスト式磁気記録ヘッドを搭載した光記録装置の概略構成の例を示す図である。
【図２】光記録ヘッドの周辺部を側面から示す図である。
【図３】光伝搬素子の正面を示す図である。
【図４】光伝搬素子の断面を示す図である。
【図５】光束を広げ発散状態とする発散手段の一例である回折格子を備えたプリズムの光学断面を示す図である。
【図６】回折格子の溝が理想的な正弦波形状である場合の波数ベクトルｋを説明する図である。
【図７】回折格子の溝が矩形形状（実線で示す形状）やブレーズ形状（点線で示す形状）である場合の波数ベクトルｋを説明する図である。
【図８】光束を広げ発散状態とする発散手段の一例である回折格子を備えたプリズムの光学断面を示す図である。
【図９】光伝搬素子の底面を示す図である。
【図１０】光束を広げ発散状態とする発散手段の一例である回折格子を備えたプリズムの外観を示す斜視図である。
【図１１】光束を広げ発散状態とする発散手段の一例である回折格子を２面に備えたプリズムの外観を示す斜視図である。
【図１２】光束を広げ発散状態とする発散手段の一例である回折格子が１面に重畳しているプリズムの外観を示す斜視図である。
【図１３】光束を広げ発散状態とする発散手段の一例であるＭＥＭＳミラーを説明する図である。
【図１４】光束を広げ発散状態とする発散手段の一例である電気光学結晶でできたプリズムを説明する図である。
【図１５】光束を２次元に広げ発散状態とする発散手段の構成を説明する図である。
【図１６】プラズモンアンテナの例を示す図である。
【符号の説明】
【００７９】
１ 筐体
２ ディスク
３ 光記録ヘッド
４ サスペンション
５ アーム
２０ 光伝搬素子
２１ コア層
２２ クラッド層
２４ 下端面
２４ｄ プラズモンアンテナ
２６、２７ 側面
２０ａ 回折格子
３０ スライダ
３２ ＡＢＳ面
４０ 磁気記録部
４１ 磁気再生部
５０ 光源
５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃ、５１Ｄ、５１Ｅ、５１Ｈ プリズム
５１Ｇ ＭＥＭＳミラー
６０ 放射光
１００ 光記録装置
Ｃ 軸
Ｆ 焦点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学装置、光記録ヘッド及び光記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年は情報記録媒体の高密度化が求められ、様々な方式の記録方法が提案されている。熱アシスト磁気記録方法もそのうちの１つである。高密度化するために１個１個の磁区の大きさを小さくする必要があるが、データを安定して保存するために保磁力の大きい材料を使う。このような記録媒体では書き込むときに強い磁界を発生させる必要があるが、小さくなった磁区に対応する小さなヘッドでは限界がある。
【０００３】
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。
【０００４】
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法は光アシスト式と呼ばれている。光アシスト式で高密度記録を行う場合、使用光の波長以下の微小な光スポットを必要とする。
【０００５】
そのため、入射光の波長以下の大きさの光学的開口から発生する近接場光（近視野光とも称する。）を利用する光ヘッドが利用されている。上記のような微小な光スポットを用いる光記録ヘッドとして以下が提案されている（特許文献１参照）。
【０００６】
光記録ヘッドは、書き込み磁極とこの書き込み磁極に隣接したコア層とクラッド層を有する導波路を備えている。コア層には、該コア層内に光を導入する回折格子が設けられ、この回折格子に対して、例えば平行光としたレーザ光を所定の入射角で照射すると、レーザ光は効率よくコア層に結合される。コア層に結合された光は、コア層の先端部の近傍に位置する焦点に収束し、先端部から放射される光により記録媒体が照射され加熱され、書き込み磁極により書き込みが行われる。
【特許文献１】米国特許第６９４４１１２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載されている光記録ヘッドにおいて、回折格子を備える導波路（光伝搬素子と称する。）の該回折格子に光を入射させ、コア層に効率良く結合させるためには、回折格子への入射角度許容範囲は、例えば±０．１°程度といった高精度が要求される。このように入射角度許容範囲が狭く高精度が要求されるため、組み立て時に要求される組み立て誤差範囲はさらに狭く、組み立てが容易にできない。
【０００８】
また、光記録ヘッドは、記録媒体面に対して微妙に上下動するため、光記録ヘッドと別に設けられた光源からの光が光記録ヘッドの導波路に設けられている回折格子に入射する入射角度が変動する。入射角度が変動すると、光源からの光が回折格子によってコア層に十分に結合できない場合が生じ、記録媒体に対し十分な光を照射できなくなり、安定した記録等ができなくなる。
【０００９】
また、回折格子により導波路に結合された光は、導波路が備えている放物面形状の反射面で反射されて焦点に集光され、この焦点近傍に設けられたプラズモンアンテナにより、微小な光スポット（近接場光）を発生させることができる。しかし、上記の上下動方向と垂直な左右方向（記録媒体面に対して平行方向）に、光源からの光の回折格子への入射角度がずれると、導波路を伝搬する光の集光位置が変化し、正確にプラズモンアンテナを照射することができなくなる。このため、記録媒体に十分な光を放射できなくなり、安定した記録等ができなくなる。このため、回折格子に入射する光は、上下方向と共に左右方向の入射角度を高精度に設定にすることが求められる。
【００１０】
本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、光伝搬素子に対する光の入射角度の変動による光結合効率の低下を緩和させ、効率良く結合させることが容易にできる光学装置、光記録ヘッド及び光記録装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題は、以下の構成により解決される。
【００１２】
１． 光を伝搬する導波路と、光を該導波路に光結合する第１の回折格子とを備えた光伝搬素子を有する光学装置において、
前記第１の回折格子に入射する光の光束を広げ発散状態とする発散手段を有することを特徴とする光学装置。
【００１３】
２． 前記光伝搬素子は、前記導波路を伝搬する光を集光する反射面を該導波路に有し、
前記発散手段は、格子の形状が、矩形形状、又は、ブレーズ形状である第２の回折格子であることを特徴とする１に記載の光学装置。
【００１４】
３． 前記第１の回折格子の格子方向に対する前記第２の回折格子の格子方向は、略平行である、又は、略直交であるの何れかであることを特徴とする２に記載の光学装置。
【００１５】
４． 前記第２の回折格子の格子角部の曲率半径をＲａとし、前記第１の回折格子の格子角部の曲率半径をＲｂとすると、
Ｒａ ＜ Ｒｂ
であることを特徴とする３に記載の光学装置。
【００１６】
５． 前記第１の回折格子の格子方向に対する前記第２の回折格子の格子方向は、略平行及び略直交していることを特徴とする２に記載の光学装置。
【００１７】
６． 前記第２の回折格子の格子角部の曲率半径をＲａとし、前記第１の回折格子の格子角部の曲率半径をＲｂとすると、
Ｒａ ＜ Ｒｂ
であることを特徴とする５に記載の光学装置。
【００１８】
７． 前記第２の回折格子は、１つのプリズム形状部材の１つの面に形成されていることを特徴とする３又は４に記載の光学装置。
【００１９】
８． 前記第２の回折格子は、互いに略直交する格子をそれぞれ有する２つの回折格子からなり、前記２つの回折格子は、２つのプリズム形状部材それぞれにおける１つの面に形成されていることを特徴とする５又は６に記載の光学装置。
【００２０】
９． 前記第２の回折格子は、互いに略直交する格子をそれぞれ有する２つの回折格子からなり、前記２つの回折格子は、１つのプリズム形状部材における２つの面それぞれに形成されていることを特徴とする５又は６に記載の光学装置。
【００２１】
１０． 前記第２の回折格子は、互いに略直交する格子が重畳された１つの回折格子であり、
前記１つの回折格子は、１つのプリズム形状部材の１つの面に形成されていることを特徴とする５又は６に記載の光学装置。
【００２２】
１１． １乃至１０の何れか一項に記載の光学装置を備え、
前記光学装置が有する前記光伝搬素子に結合される光は、前記導波路により伝搬され、記録媒体に向かって射出されることを特徴とする光記録ヘッド。
【００２３】
１２． 前記導波路の光射出面に近接場光を生じるプラズモンアンテナが設けられていることを特徴とする１１に記載の光記録ヘッド。
【００２４】
１３．１１又は１２に記載の光記録ヘッドと、
前記光伝搬素子に結合される光を発する光源と、
前記記録媒体と、
を有することを特徴とする光記録装置。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の光学装置、光記録ヘッド及び光記録装置によれば、光伝搬素子に対する光の入射角度の変動による光結合効率の低下を緩和させ、効率良く結合させることが容易にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明は、回折格子と導波路とを備える光伝搬素子を備え、該光伝搬素子に光源からの光を効率良く導入する光学装置に関するものであって、例えば光磁気記録媒体又は光記録媒体に記録を行う光記録ヘッドに使用できる。
【００２７】
以下、本発明を図示の実施の形態である光記録ヘッドに磁気記録部を有する光アシスト式磁気記録ヘッドとそれを備えた光記録装置に基づいて説明するが、本発明は該実施の形態に限られない。尚、各実施の形態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の説明を適宜省略する。
【００２８】
図１に光アシスト式磁気記録ヘッドを搭載した光記録装置（例えばハードディスク装置）の概略構成例を示す。この光記録装置１００は、以下（１）〜（６）を筐体１の中に備えている。
（１）記録用のディスク（記録媒体）２
（２）支軸６を支点として矢印Ａの方向（トラッキング方向）に回転可能に設けられたアーム５に支持されたサスペンション４
（３）アーム５に取り付けられたトラッキング用アクチュエータ７
（４）サスペンション４の先端に取り付けられた光アシスト式磁気記録ヘッド（以下、光記録ヘッド３と称する。）
（５）ディスク２を矢印Ｂの方向に回転させるモータ（図示しない）
（６）トラッキング用アクチュエータ６、モータ及びディスク２に記録するために書き込み情報に応じて照射する光、磁界の発生等の光記録ヘッド３の制御を行う制御部８
こうした光記録装置１００は、光記録ヘッド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。
【００２９】
図２は、光記録ヘッド３の一例の記録書き込み周辺部を側面から概念的に示している。光記録ヘッド３は、ディスク２に対する情報記録に光を利用する光記録ヘッドであって、スライダ３０、光伝搬素子２０、磁気記録部４０等を備えている。光伝搬素子２０は、導波路型ソリッド・イマージョン・ミラー（ＰＳＩＭ；Ｐｌａｎａｒ Ｓｏｌｉｄ Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｍｉｒｒｏｒ）とも称され、以降で説明する。
【００３０】
スライダ３０は、磁気記録媒体であるディスク２の上を浮上しながらディスク２に対して相対的に移動するため、スライダ３０のディスク２と対向する面には、浮上特性向上のためのＡＢＳ面３２（Ａｉｒ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｓｕｒｆａｃｅ：空気ベアリング面）を有している。
【００３１】
光源５０は、例えばレーザ素子、光ファイバ射出端部等と、例えば複数枚のレンズを備えた光学系とを組み合わせたものが挙げられ、略平行光を射出する。
【００３２】
光源５０から略平行光として射出される光５２は、本発明に係わる発散手段の一例であるプリズム５１Ａ（図５参照）で光束が広げられ、また偏向され、所定の入射角で光伝搬素子２０が備えている第１の回折格子である回折格子２０ａに入射する。プリズム５１Ａは、光源５０と光伝搬素子２０の間に配置されている。
【００３３】
プリズム５１Ａは、光源５０から射出された光５２を光伝搬素子２０の回折格子２０ａに効率よく結合する所定の入射角で入射できる方向に、光５２を偏向するとともに、プリズム５１Ａに入射した光５２をその光束が広がるように発散させた光５２ａとして射出する。プリズム５１Ａに関しては、後で説明する。
【００３４】
プリズム５１Ａで偏向され、射出された光５２ａは、光伝搬素子２０の回折格子２０ａに入射し、光伝搬素子２０に結合する。光伝搬素子２０に結合した光は、下端面２４に進み、加熱のための放射光６０としてディスク２に向かって放射される。尚、図２では、下端面２４の光を放射する位置又はその近傍に設けている後述のプラズモンアンテナ２４ｄを省略している。
【００３５】
光源５０を固定する位置は、図２のように光記録ヘッドに近く光路を短くできるサスペンション４としているが、アーム５に固定してもよく、光源５０の発熱、質量、固定による応力等を考慮して適宜配置すればよい。
【００３６】
放射光６０が微小な光スポットとしてディスク２に照射されると、ディスク２の照射された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照射された部分に対して、磁気記録部４０により磁気情報が書き込まれる。また、磁気記録部４０の退出側又は光伝搬素子２０の流入側にディスク２に書き込まれた磁気記録情報を読み出す磁気再生部４１を設けてもよい。
【００３７】
光伝搬素子２０に関して説明する。光伝搬素子２０の正面図を図３、図３の軸Ｃにおける断面図を図４にそれぞれ模式的に示す。光伝搬素子２０は、導波路を構成するコア層２１とクラッド層２２を有し、コア層２１には、光５２ａが入射する回折格子２０ａが形成されている。図３においては、光５２ａは、光スポットとして示している。導波路は、屈折率が異なる物質による複数層で構成することができ、コア層２１の屈折率は、クラッド層２２の屈折率より大きい。この屈折率差により導波路が構成され、コア層２１内の光はコア層２１内部に閉じ込められ、効率よく矢印２５の方向に進み、下端面２４に到達する。
【００３８】
コア層２１は、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＺｎＳｅ等で形成され、厚みは約２０ｎｍから５００ｎｍの範囲としてよく、またクラッド層２２は、ＳｉＯ２、空気、Ａｌ２Ｏ３等で形成され、厚みは約２００ｎｍから２０００ｎｍの範囲としてよい。
【００３９】
コア層２１は、回折格子２０ａにより結合された光を焦点Ｆに集光するため、焦点Ｆに向かって反射するように形成された、外周面の輪郭形状が放物線である側面２６、２７を備えている。図３において、放物線の左右対称の中心軸を軸Ｃ（準線（図示しない）に垂直で焦点Ｆを通る線）で示し、放物線の焦点を焦点Ｆとして示している。側面２６、２７には、例えば金、銀、アルミニウム等の反射物質を設けて、光反射損失をより少なくする助けとしてもよい。
【００４０】
また、導波路のコア層２１の下端面２４は、放物線の先端が切断されたような平面形状をしている。焦点Ｆから放射される光は急に広がるため、下端面２４の形状を平面とすることにより、ディスク２に焦点Ｆをより近くに配置することができるので好ましく、また、下端面２４に焦点Ｆを形成してもよい。
【００４１】
コア層２１の焦点Ｆ又はその近傍に、近接場光発生用のプラズモンアンテナ２４ｄを配置してもよい。プラズモンアンテナ２４ｄの具体例を図１６に示す。
【００４２】
図１６において、（ａ）は三角形の平板状金属薄膜（材料例：アルミニウム、金、銀等）からなるプラズモンアンテナ２４ｄ、（ｂ）はボウタイ型の平板状金属薄膜（材料例：アルミニウム、金、銀等）からなるプラズモンアンテナ２４ｄであり、何れも曲率半径２０ｎｍ以下の頂点Ｐを有するアンテナからなっている。また、（ｃ）は開口を有する平板状金属薄膜（材料例：アルミニウム、金、銀等）からなるプラズモンアンテナ２４ｄであり、曲率半径２０ｎｍ以下の頂点Ｐを有するアンテナからなっている。
【００４３】
これらのプラズモンアンテナ２４ｄに光が作用すると、その頂点Ｐ近辺に近接場光が発生して、非常に小さいスポットサイズの光を用いた記録又は再生を行うことが可能となる。つまり、コア層２１の焦点Ｆ又はその近傍にプラズモンアンテナ２４ｄを設けることにより局所プラズモンを発生させれば、焦点に形成された光スポットのサイズをより小さくすることができ、高密度記録に有利となる。尚、焦点Ｆにプラズモンアンテナ２４ｄの頂点Ｐが位置することが好ましい。
【００４４】
光伝搬素子２０の回折格子２０ａは、コア層２１に設けてある側面２６、２７の形状である放物線の準線に対して平行な複数の溝により構成されている。図４に示すように、回折格子２０ａに対して、ｙ−ｚ面内で所定の入射角θｖでプリズム５１Ａから射出される光５２ａを入射させることにより、光を効率よくコア層２１に結合することができる。
【００４５】
回折格子２０ａに入射する光５２ａの入射角θｖに対する角度誤差Δθｖとして±０．１°程度以上の角度ずれが生じると光結合効率が低下し、コア層２１に結合される光が実用上問題となる程度まで低下する。
【００４６】
光源５０から発せられる光５２は、プリズム５１Ａに入射し、偏向されて回折格子２０ａに向かって射出される。プリズム５１Ａの光学断面を図５に示す。プリズム５１Ａに入射する光５２は、面Ｓ１より入射し、反射面である面Ｓ２で反射され、回折格子（第２の回折格子）が設けてある面Ｓ３で回折され、面Ｓ４（Ｓ２）から射出される。面Ｓ４から射出する光５２ａ（図５に示す光５２ａの実線矢印）は、光伝搬素子２０の回折格子２０ａに所定の入射角度θｖで入射する入射光でもある。
【００４７】
光５２の光軸、面Ｓ２による反射光軸、面Ｓ３による回折光軸は同一の偏向面（ｙ−ｚ面）内であり、回折格子２０ａへの入射光軸も同一偏向面内とする。この場合、偏向面と回折格子２０ａの溝の方向とは直交関係となり、回折格子２０ａの格子方向と面Ｓ３の回折格子の格子方向とは、同方向（略平行関係）となる。
【００４８】
プリズム５１Ａの面Ｓ３に設けている回折格子（第２の回折格子）に関して説明する。図６（ａ）のように、回折格子の溝が理想的な正弦波形状で、この回折格子に光５２の様な平面波（平行光）が入射する際、回折格子からの射出光は完全に一方向に射出される。図６（ａ）に示す正弦波形状のフーリエ変換により波数ベクトルｋを求めると、図６（ｂ）に示すようにデルタ関数になり、プリズム５１Ａに入射する光５２は、単に回折光として方向を変えて射出される。例えば、図５において実線矢印で示す光５２ａがこれに該当する。
【００４９】
一方、図７（ａ）に示すような回折格子の格子形状を矩形形状（実線で示す形状）やブレーズ形状（点線で示す形状）とする回折格子に光５２の様な平面波（平行光）を入射させると、波数ベクトルｋは図７（ｂ）に示すように広がりを持つ。すなわち、平行光として入射する光５２は回折され、光５２ａの射出方向をｙ−ｚ面内で光５２ａを中心としてθｖ方向に広げることができる。具体的には、図５において、光５２ａを、破線矢印で示す光５２ａ−１，光５２ａ−２の様に射出方向をθｖ方向に広げることができる。
【００５０】
プリズム５１Ａを介して光５２を光伝搬素子２０に入射させると、プリズム５１Ａは光伝搬素子２０の回折格子２０ａに入射する光５２ａを広げ発散状態にする。このため、見かけ上、回折格子２０ａに入射する光５２ａのθｖ方向の入射角度許容範囲を緩和することができ、この結果、回折格子２０ａの光結合効率の低下を抑えることができる。
【００５１】
回折格子２０ａの入射角度許容範囲Δθｖは、例えば±０．１°程度といった狭い範囲であるが、プリズム５１Ａを介した回折格子２０ａの入射角度許容範囲は、光５２ａ−１、光５２ａ−２の角度範囲が加味された値となる。例えば、光５２ａ−１、光５２ａ−２の角度範囲が、光５２ａの光軸に対して±０．３°程度とし、プリズム５１Ａからの射出する光５２ａの光軸と回折格子２０ａの所定の入射角度の光軸とが一致しているとすると、プリズム５１Ａに対する光５２の入射角度許容範囲は、±０．２°以上となって緩和することができる。
【００５２】
また、光記録装置としての動作時、サスペンション４に反り等が生じ、光伝搬素子２０の回折格子２０ａの入射角度に対するプリズム５１Ａの射出光である光５２ａの角度ずれの影響も緩和することができる。
【００５３】
また、プリズム５１Ａを設けることにより、例えば、サスペンション４に、光源５０、光伝搬素子２０が設けられたスライダ３０を組み付ける際、組み立て精度を緩和することができ、組み立てをより容易にすることができる。
【００５４】
更に、上記のプリズム５１Ａが備える回折格子の格子形状に加えて、格子の角部の曲率半径Ｒａ、光伝搬素子２０の回折格子２０ａの格子の角部の曲率半径Ｒｂとすると、
Ｒｂ＞Ｒａ （１）
とするのが好ましい。このようにすると、プリズム５１Ａの回折格子の波数ベクトルｋをより広がりを持つようにすることができ、光５２ａ−１、光５２ａ−２の射出方向をより広げることができる。
【００５５】
回折格子２０ａの格子方向と面Ｓ３の回折格子の格子方向とは、略平行とするのが最も好ましい。略平行とすると、面Ｓ３による回折光をベクトルとして考えた場合最も多くのベクトル成分が回折格子２０ａへの入射光軸の同一偏向面内となるため、回折格子２０ａへの結合効率を最も大きくすることができ、上述の効果が最も大きくなる。尚、略平行からずれるに従い、上述の効果が低下していく。
【００５６】
プリズム５１Ａは、例えば、熱可塑性樹脂を材料として射出成形法やプレス成形法により形成することが出来る。熱可塑性樹脂としては、例えば、ＺＥＯＮＥＸ（登録商標）４８０Ｒ（日本ゼオン（株））、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート、例えば、スミペックス（登録商標）ＭＧＳＳ、住友化学（株））、ＰＣ（ポリカーボネート、例えば、パンライト（登録商標）ＡＤ５５０３、帝人化成（株））等が挙げられる。また、ガラスを材料として、プレス成形法により形成することもできる。
【００５７】
光伝搬素子２０の回折格子２０ａは、例えば、ＳｉＯ２膜をフォトリソグラフィ及びエッチング処理により形成する場合があり、この場合、回折格子２０ａの格子の角部の曲率半径Ｒｂは大きくなる傾向にある。一方、樹脂材料からなるプリズム５１Ａの回折格子は、成形法により形成することができ、格子の角部の曲率半径Ｒａは、回折格子２０ａの格子の角部の曲率半径Ｒｂより十分に小さくすることができ、上記の条件式（１）を容易に満たすことができる。
【００５８】
プリズム５１Ａにおいて、形状、及び、回折格子の位置がこれに限定されるものではなく、例えば、光学断面が図８に示すような、プリズム５１Ｂとしてもよい。プリズム５１Ｂに入射する光５２は、面Ｓ１より入射し、反射面である面Ｓ２で反射され、回折格子（第２の回折格子）が設けてある面Ｓ３で回折され、射出される。
【００５９】
面Ｓ３から射出する光５２ａ（図８に示す光５２ａの実線矢印）は、光伝搬素子２０の回折格子２０ａに所定の入射角度θｖで入射する入射光である。回折格子の格子形状や、格子の角部の曲率半径をプリズム５１Ａに関して説明した内容と同様とすることにより、光５２ａの射出方向を光５２ａ−１、光５２ａ−２で示すようにθｖ方向に広げ発散状態とすることができ、プリズム５１Ａの場合と同様の効果を得ることができる。
【００６０】
これまで、図４に示すように、光５２ａが回折格子２０ａに入射する際の、ｙ−ｚ面内における所定の入射角θｖの入射角度許容範囲について説明した。次に、図９に示すように、光５２ａが回折格子２０ａに入射する際の、ｙ−ｚ面から傾く（θｈ方向）入射角度許容範囲に関して説明する。
【００６１】
図９は図３で示した光伝搬素子２０を下端面２４側から見た様子を示している。図９において、コア層２１の焦点Ｆには、図示しないプラズモンアンテナが設けられており、その大きさは数百ｎｍ程度である。近接場光を効率よく発生させるには、プラズモンアンテナの位置とコア層２１内を伝搬して集光する位置との位置合わせを、数十ｎｍの精度で行うことが要求される。
【００６２】
プリズム５１Ａから射出される光５２ａが、ｙ−ｚ面内からθｈ方向に傾くことによる角度ずれを角度誤差Δθｈとすると、±０．１°程度以上の角度ずれが生じると焦点Ｆへの集光率が低下し、プラズモンアンテナによる近接場光の発生が実用上問題となる程度まで低下する。
【００６３】
これに対応するためは、例えば図１０に示すプリズム５１Ｃがある。プリズム５１Ｃにおいて、光５２は、面Ｓ１から入射し、反射面である面Ｓ２で反射され、面Ｓ３から射出する。面Ｓ３から射出する光５２ａのθｖ方向は、光伝搬素子２０の回折格子２０ａに所定の入射角度θｖで入射する方向となるように面Ｓ２の傾きが定めてある。
【００６４】
面Ｓ３に、プリズム５１Ａで説明した内容と同じ形状で、回折格子２０ａの格子方向と略直交方向の回折格子を設ける。これにより、上記で説明した回折格子２０ａへの光５２ａのθｖ方向の入射角度許容範囲の緩和と同様に、光５２が面Ｓ１より入射した光５２は、回折格子が設けてある面Ｓ３でθｈ方向に広げられて射出されるため、見かけ上、回折格子２０ａへの光５２ａのθｈ方向の入射角度許容範囲が緩和でき、この結果、焦点Ｆへの集光率の低下を抑えることができる。
【００６５】
回折格子２０ａの格子方向と面Ｓ３の回折格子の格子方向とは、略直交とするのが好ましい。略直交とすると、面Ｓ３による回折光をベクトルとして考えた場合最も多くのベクトル成分が、回折格子２０ａへの所定の入射角度θｖで、且つ、入射光軸の同一偏向面に対して垂直な面内となるため、焦点Ｆへの集光率の低下をもっと抑えることができる。尚、略直交からずれるに従い、焦点Ｆへの集光率の低下を抑える効果は低下していく。
【００６６】
ここで、図１５の概念図に示す様に、光５２をθｖ方向に射出光を広げる例えばプリズム５１Ａのような素子５１１とθｈ方向に光５２ａを広げる例えばプリズム５１Ｃのような素子５１２を組み合わせることで、見かけ上、回折格子２０ａへの光５２ａのθｖ方向及びθｈ方向の入射角度許容範囲を緩和することができる。よって、回折格子２０ａの光結合効率の低下を抑えることができ、また、焦点Ｆへの集光率の低下を抑えることができる。また、動作時の位置ずれ・角度ずれの緩和、組み立て時の組み立て精度を緩和できる。
【００６７】
上記では、光５２をθｖ方向及びθｈ方向の２方向に射出光を広げるため、プリズム２個を使用している例を示したが、プリズム１個で対応する例を図１１、図１２に示す。プリズム１個とすることにより、構成が簡単で、小型で軽量とすることができる。
【００６８】
図１１に示すプリズム５１Ｄは、光５２が面Ｓ１より入射し、回折格子Ａが設けてある面Ｓ２で光５２がθｖ方向に広げられ、次に回折格子Ｂが設けてある面Ｓ３で光５２がθｈ方向に広げられ射出される。すなわち回折格子Ａ、回折格子Ｂのそれぞれの格子は互いに直交する関係であり、回折格子Ａの格子方向は、回折格子２０ａの格子の方向と略平行であり、回折格子Ｂの格子方向は、回折格子２０ａの格子の方向と垂直である。
【００６９】
回折格子Ａ、回折格子Ｂのそれぞれの回折格子は、プリズム５１Ａで説明した内容と同じ形状である。プリズム５１Ｄを用いることにより、図１５を用いて説明したプリズム２個を組み合わせた場合と同様の効果を得ることができる。
【００７０】
また、光５２をθｖ方向及びθｈ方向の２方向に広げることができる例としてプリズム５１Ｅを図１２示す。プリズム５１Ｅにおいて、光源からの光５２が面Ｓ１より入射し、面Ｓ２で反射され、回折格子が設けられた面Ｓ３から回折された光５２ａが射出される。
【００７１】
面Ｓ３には、回折格子２０ａの格子の方向と略平行な格子と回折格子２０ａの格子の方向と垂直な格子とする、互いに直交する２つの格子が重畳された回折格子を備え、面Ｓ２で反射されて入射する光を、θｖ方向及びθｈ方向の２方向に広げることができる。２つの格子は、プリズム５１Ａで説明した内容と同じ形状である。プリズム５１Ｅを用いることにより、プリズム５１Ｄと同様の効果を得ることができる。
【００７２】
プリズム５１Ｅは、プリズム５１Ｄと比較して、回折格子が設けられる面が１面であり、構成を一層簡便にすることができる。
【００７３】
これまで、光伝搬素子２０の回折格子２０ａに入射する光５２を広げ発散状態とするために回折格子を用いる例を示したが、回折格子のようなパッシブ素子ではなくアクティブ素子を使用することもできる。
【００７４】
アクティブ素子の例として、図１３に示すような入射光５２を１方向に可動するＭＥＭＳミラー５１Ｇ（静電力や電磁力、圧電力を駆動源とした小型の可動ミラー）を用いて入射する光５２をθｖ方向に微小角度走査して光５２ａとすることにより、見かけ上、回折格子２０ａへの光５２ａのθｖ方向の入射角度許容範囲を緩和することができる。また、図１５の概念図に示す様に、走査走行が上記のθｖ方向のＭＥＭＳミラーとする素子５１１と、θｈ方向のＭＥＭＳミラーとする素子５１２の２つを組み合わせて、見かけ上、回折格子２０ａへの光５２ａのθｖ方向、及びθｈ方向の入射角度許容範囲を緩和することができる。
【００７５】
アクティブ素子の他の例として図１４に示す様に、光源からの光５２を電気光学結晶でできたプリズム５１Ｈに入射させる方法がある。光５２は面Ｓ３で屈折して射出するが、プリズム５１Ｈの屈折率が変わると屈折角も変化し、光５２ａの射出角度を走査することができる。
【００７６】
上下に斜線で示した部分は電極５１Ｈ−１、電極５１Ｈ−２で、これら２つの電極５１Ｈ−１、電極５１Ｈ−２の間の電位差を変えることにより、プリズム５１Ｈの屈折率を変えることができる。これらの電極のうち少なくとも光が透過する面Ｓ３の電極５１Ｈ−２はＩＴＯなどの透明電極する必要がある。プリズム５１Ｈを上記のＭＥＭＳミラー５１Ｇ置き換えることで、ＭＥＭＳミラー５１Ｇの場合と同じ効果を得ることができる。
【００７７】
以上説明してきた実施の形態は、光アシスト磁気記録ヘッド、及び光アシスト磁気記録装置に関するものであるが、該実施の形態の要部構成を、記録媒体を光記録ディスクとした光記録ヘッド、光記録装置に利用することも可能である。この場合は、スライダ３０に設けた磁気記録部４０、磁気再生部４１は不要である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】光アシスト式磁気記録ヘッドを搭載した光記録装置の概略構成の例を示す図である。
【図２】光記録ヘッドの周辺部を側面から示す図である。
【図３】光伝搬素子の正面を示す図である。
【図４】光伝搬素子の断面を示す図である。
【図５】光束を広げ発散状態とする発散手段の一例である回折格子を備えたプリズムの光学断面を示す図である。
【図６】回折格子の溝が理想的な正弦波形状である場合の波数ベクトルｋを説明する図である。
【図７】回折格子の溝が矩形形状（実線で示す形状）やブレーズ形状（点線で示す形状）である場合の波数ベクトルｋを説明する図である。
【図８】光束を広げ発散状態とする発散手段の一例である回折格子を備えたプリズムの光学断面を示す図である。
【図９】光伝搬素子の底面を示す図である。
【図１０】光束を広げ発散状態とする発散手段の一例である回折格子を備えたプリズムの外観を示す斜視図である。
【図１１】光束を広げ発散状態とする発散手段の一例である回折格子を２面に備えたプリズムの外観を示す斜視図である。
【図１２】光束を広げ発散状態とする発散手段の一例である回折格子が１面に重畳しているプリズムの外観を示す斜視図である。
【図１３】光束を広げ発散状態とする発散手段の一例であるＭＥＭＳミラーを説明する図である。
【図１４】光束を広げ発散状態とする発散手段の一例である電気光学結晶でできたプリズムを説明する図である。
【図１５】光束を２次元に広げ発散状態とする発散手段の構成を説明する図である。
【図１６】プラズモンアンテナの例を示す図である。
【符号の説明】
【００７９】
１ 筐体
２ ディスク
３ 光記録ヘッド
４ サスペンション
５ アーム
２０ 光伝搬素子
２１ コア層
２２ クラッド層
２４ 下端面
２４ｄ プラズモンアンテナ
２６、２７ 側面
２０ａ 回折格子
３０ スライダ
３２ ＡＢＳ面
４０ 磁気記録部
４１ 磁気再生部
５０ 光源
５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃ、５１Ｄ、５１Ｅ、５１Ｈ プリズム
５１Ｇ ＭＥＭＳミラー
６０ 放射光
１００ 光記録装置
Ｃ 軸
Ｆ 焦点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を伝搬する導波路と、光を該導波路に光結合する第１の回折格子とを備えた光伝搬素子を有する光学装置において、
前記第１の回折格子に入射する光の光束を広げ発散状態とする発散手段を有することを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記光伝搬素子は、前記導波路を伝搬する光を集光する反射面を該導波路に有し、
前記発散手段は、格子の形状が、矩形形状、又は、ブレーズ形状である第２の回折格子であることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記第１の回折格子の格子方向に対する前記第２の回折格子の格子方向は、略平行である、又は、略直交であるの何れかであることを特徴とする請求項２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記第２の回折格子の格子角部の曲率半径をＲａとし、前記第１の回折格子の格子角部の曲率半径をＲｂとすると、
Ｒａ ＜ Ｒｂ
であることを特徴とする請求項３に記載の光学装置。
【請求項５】
前記第１の回折格子の格子方向に対する前記第２の回折格子の格子方向は、略平行及び略直交していることを特徴とする請求項２に記載の光学装置。
【請求項６】
前記第２の回折格子の格子角部の曲率半径をＲａとし、前記第１の回折格子の格子角部の曲率半径をＲｂとすると、
Ｒａ ＜ Ｒｂ
であることを特徴とする請求項５に記載の光学装置。
【請求項７】
前記第２の回折格子は、１つのプリズム形状部材の１つの面に形成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の光学装置。
【請求項８】
前記第２の回折格子は、互いに略直交する格子をそれぞれ有する２つの回折格子からなり、前記２つの回折格子は、２つのプリズム形状部材それぞれにおける１つの面に形成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の光学装置。
【請求項９】
前記第２の回折格子は、互いに略直交する格子をそれぞれ有する２つの回折格子からなり、前記２つの回折格子は、１つのプリズム形状部材における２つの面それぞれに形成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の光学装置。
【請求項１０】
前記第２の回折格子は、互いに略直交する格子が重畳された１つの回折格子であり、
前記１つの回折格子は、１つのプリズム形状部材の１つの面に形成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の光学装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか一項に記載の光学装置を備え、
前記光学装置が有する前記光伝搬素子に結合される光は、前記導波路により伝搬され、記録媒体に向かって射出されることを特徴とする光記録ヘッド。
【請求項１２】
前記導波路の光射出面に近接場光を生じるプラズモンアンテナが設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の光記録ヘッド。
【請求項１３】
請求項１１又は１２に記載の光記録ヘッドと、
前記光伝搬素子に結合される光を発する光源と、
前記記録媒体と、
を有することを特徴とする光記録装置。
【請求項１】
光を伝搬する導波路と、光を該導波路に光結合する第１の回折格子とを備えた光伝搬素子を有する光学装置において、
前記第１の回折格子に入射する光の光束を広げ発散状態とする発散手段を有することを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記光伝搬素子は、前記導波路を伝搬する光を集光する反射面を該導波路に有し、
前記発散手段は、格子の形状が、矩形形状、又は、ブレーズ形状である第２の回折格子であることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記第１の回折格子の格子方向に対する前記第２の回折格子の格子方向は、略平行である、又は、略直交であるの何れかであることを特徴とする請求項２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記第２の回折格子の格子角部の曲率半径をＲａとし、前記第１の回折格子の格子角部の曲率半径をＲｂとすると、
Ｒａ ＜ Ｒｂ
であることを特徴とする請求項３に記載の光学装置。
【請求項５】
前記第１の回折格子の格子方向に対する前記第２の回折格子の格子方向は、略平行及び略直交していることを特徴とする請求項２に記載の光学装置。
【請求項６】
前記第２の回折格子の格子角部の曲率半径をＲａとし、前記第１の回折格子の格子角部の曲率半径をＲｂとすると、
Ｒａ ＜ Ｒｂ
であることを特徴とする請求項５に記載の光学装置。
【請求項７】
前記第２の回折格子は、１つのプリズム形状部材の１つの面に形成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の光学装置。
【請求項８】
前記第２の回折格子は、互いに略直交する格子をそれぞれ有する２つの回折格子からなり、前記２つの回折格子は、２つのプリズム形状部材それぞれにおける１つの面に形成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の光学装置。
【請求項９】
前記第２の回折格子は、互いに略直交する格子をそれぞれ有する２つの回折格子からなり、前記２つの回折格子は、１つのプリズム形状部材における２つの面それぞれに形成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の光学装置。
【請求項１０】
前記第２の回折格子は、互いに略直交する格子が重畳された１つの回折格子であり、
前記１つの回折格子は、１つのプリズム形状部材の１つの面に形成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の光学装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか一項に記載の光学装置を備え、
前記光学装置が有する前記光伝搬素子に結合される光は、前記導波路により伝搬され、記録媒体に向かって射出されることを特徴とする光記録ヘッド。
【請求項１２】
前記導波路の光射出面に近接場光を生じるプラズモンアンテナが設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の光記録ヘッド。
【請求項１３】
請求項１１又は１２に記載の光記録ヘッドと、
前記光伝搬素子に結合される光を発する光源と、
前記記録媒体と、
を有することを特徴とする光記録装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１０−２７１８４（Ｐ２０１０−２７１８４Ａ）
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１９０８２７（Ｐ２００８−１９０８２７）
【出願日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【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２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【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）】
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