JP5278887B2 - 近接場光ヘッド及び情報記録再生装置 - Google Patents
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Description
なお、近接場光発生素子は、上述した光学的微小開口によるものだけでなく、例えば、ナノメートルサイズに形成された突起部により構成しても構わない。この突起部によっても、光学的微小開口と同様に近接場光を発生させることができる。
この近接場光ヘッドは、主に主磁極と、補助磁極と、螺旋状の導体パターンが絶縁体の内部に形成されたコイル巻線と、照射されたレーザ光から近接場光を発生させる金属散乱体と、金属散乱体に向けてレーザ光を照射する平面レーザ光源と、照射されたレーザ光を集束させるレンズとを備えている。これら各構成品は、ビームの先端に固定されたスライダの側面に取り付けられている。
主磁極の先端には、金等からなる上記金属散乱体が取り付けられている。また、金属散乱体から離間した位置に上記平面レーザ光源が配置されると共に、該平面レーザ光源と金属散乱体との間に上記レンズが配置されている。
上述した各構成品は、スライダの側面側から、補助磁極、コイル巻線、主磁極、金属散乱体、レンズ、平面レーザ光源の順に取り付けられている。
即ち、平面レーザ光源からレーザ光を照射させる。このレーザ光は、レンズによって集光され、金属散乱体に照射される。すると金属散乱体は、内部の自由電子がレーザ光の電場によって一様に振動させられるのでプラズモンが励起されて先端部分に近接場光を発生させる。その結果、記録媒体の磁気記録層は、近接場光によって局所的に加熱され、一時的に保磁力が低下する。
また、上記レーザ光の照射と同時に、コイル巻線の導体パターンに駆動電流を供給することで、主磁極に近接する記録媒体の磁気記録層に対して記録磁界を局所的に印加する。これにより、保磁力が一時的に低下した磁気記録層に各種の情報を記録することができる。つまり、近接場光と磁場との協働により、記録媒体への記録を行うことができる。
即ち、情報の記録に不可欠な近接場光を発生させる際に、平面レーザ光源からレンズを介して金属散乱体にレーザ光を照射させている。ところが、主磁極の先端に金属散乱体が取り付けられているので、平面レーザ光源からレーザ光を斜めに照射せざるを得なかった。よって、金属散乱体に沿ってレーザ光を入射させることができず、レーザ光が途中で散乱等により損失してしまい、近接場光を効率良く発生させることが難しかった。特に、金属散乱体は、導入された光の向きを意図的に変えることができるものではないので、上述したようにレーザ光を斜めに照射して金属散乱体に入射せざるを得なかった。
また、記録媒体への干渉を考慮しながら、平面レーザ光源と金属散乱体との間にレンズを配置する必要があるので、半円形状のものを使用している。そのため、レーザ光を効率良く金属散乱体に集光することが難しかった。このことも、近接場光の発生効率の低下を招く要因であった。
本発明に係る近接場光ヘッドは、一定方向に回転する磁気記録媒体を加熱すると共に前記磁気記録媒体に対して垂直方向の記録磁界を与えることで磁化反転を生じさせ、情報を記録させる近接場光ヘッドであって、前記磁気記録媒体の表面に対向配置されたスライダと、該スライダの先端側に配置され、前記記録磁界を発生させる磁極と、前記磁極に隣接して固定された近接場光発生素子と、前記スライダの先端側に固定され、一端側から前記近接場光発生素子に光束を導入させる光束導入手段と、を備え、前記近接場光発生素子は、複数の側面を有し、前記一端側から他端側に向かうにしたがって1つの側面が他の側面に近づくように傾くことにより長手方向に直交する断面積が漸次減少するように絞り成形され、前記光束を集光させながら前記他端側に向けて前記光束を伝播させる光束集光部と、複数の側面を有し、1つの側面が前記他端側に向かうにしたがって前記他の側面に近づき、前記光束集光部における傾きよりも大きく傾くことにより、前記光束集光部から前記他端側に向かう長手方向に直交する断面積が漸次減少するように前記磁極に向けてさらに絞り成形され、集光された前記光束から前記近接場光を生成する近接場光生成部と、を有するコアと、該コアよりも屈折率が低い材料で形成され、前記コアの前記他端側を外部に露出させた状態で前記コアの側面に形成されたクラッドと、を有し、前記近接場光生成部は、前記他端側で外部に露出する端面が光の波長以下のサイズとされ、前記複数の側面のうち少なくとも1つの側面が前記光束を前記他の側面に向かうように導く遮光膜によって遮光されていると共に、前記磁極の近傍に前記近接場光を発生させ、前記クラッドには、前記近接場光生成部の前記他の側面を露出させる溝部が形成されており、前記磁極は、前記溝部を介して前記近接場光生成部の前記他の側面に突出部を有していることを特徴とするものである。
まず、スライダは、磁気記録媒体の表面に対向した状態で配置されている。そして、このスライダの先端側に磁極が配置されている。さらにこの磁極に隣接して近接場光発生素子が固定されている。つまり、スライダの先端側には、スライダ側から順に、磁極、近接場光発生素子が配置されている。
また、近接場光発生素子は、近接場光が発生する他端側が磁気記録媒体側に向けた状態で固定されている。よって、光束が導入される一端側が、磁気記録媒体から離間した位置に向いている。そして、この一端側にスライダに固定された光束導入手段が接続されている。
ここで記録を行う場合には、光束導入手段から光束をコア内に導入する。この際、スライダに対して平行な方向に光束を導入することができる。すると、導入された光束は、磁気記録媒体側に位置する他端側に向かって光束集光部で集光されながら伝播する。そして、近接場光生成部によって近接場光となり、端面から外部に漏れ出す。この近接場光によって磁気記録媒体は、局所的に加熱されて一時的に保磁力が低下する。特に近接場光生成部は、近接場光を磁極の近傍で発生させるので、磁極にできるだけ近い位置で磁気記録媒体の保磁力を低下させることができる。
そして、磁気記録媒体は、記録磁界を受けると該記録磁界の方向に応じて磁化の方向が垂直方向に反転する。その結果、情報の記録を行うことができる。つまり、近接場光と記録磁界とを協働させた近接場光アシスト磁気記録方式により情報の記録を行うことができる。また、垂直磁気記録方式で記録を行うので、熱揺らぎの現象を受け難く、書き込みの信頼性が高い安定した記録を行うことができる。
特に、磁極の近傍で磁気記録媒体の保磁力を低下させることができるので、記録磁界が局所的に作用する位置に加熱温度のピーク位置を入れることができる。従って、より確実に記録を行うことができると共に高密度記録を可能にすることができる。
また、近接場光を効率良く発生することができる近接場光発生素子を備えているので、近接場光ヘッド自体の書き込みの信頼性を高めることができ、高品質化を図ることができる。また、どの方向から光束が導入されても該光束を他端側から近接場光として発生させる近接場光発生素子でもあるので、スライダに平行に光束導入手段を配置したとしても、該光束導入手段からの光束を磁極の近傍で近接場光にすることができる。このように、光束の導入方向に影響されずに光束導入手段を配置できるので、近接場光ヘッドの設計をコンパクトにすることができる。しかも従来の光の入れ方とは異なり、光束を空中伝播させる必要がないので、導光損失を極力低下させることができる。
更に、スライダの先端面に、順に磁極や近接場光発生素子等を配置しているので、光束導入手段以外の各構成品がスライダの厚み方向に重なることを極力防止している。従って、近接場光ヘッド自体の薄型化を図ることができる。
この発明に係る近接場ヘッドにおいては、近接場光生成部の全ての側面が遮光膜によって遮光されているので、近接場光生成部に入射した光束がクラッド側に漏れることがない。よって、光束の損失を最小限に抑えることができ、より効率良く近接場光を生成することができる。
特に、上述した近接場光ヘッドを備えているので、書き込みの信頼性が高く、高密度記録化に対応することができ、高品質化を図ることができる。また、同時に薄型化を図ることができる。
凹部9aの略中心には、上記スピンドルモータ7が取り付けられており、該スピンドルモータ7に中心孔を嵌め込むことでディスクDが着脱自在に固定される。凹部9aの隅角部には、上記アクチュエータ6が取り付けられている。このアクチュエータ6には、軸受10を介してキャリッジ11が取り付けられており、該キャリッジ11の先端にビーム3が取り付けられている。そして、キャリッジ11及びビーム3は、アクチュエータ6の駆動によって共に上記XY方向に移動可能とされている。
なお、ディスクDの回転に伴って生じる空気流は、スライダ20の流入端側(ビーム3の基端側)から流入した後、ABSに沿って流れ、スライダ20の流出端側(ビーム3の先端側)から抜けている。
両磁極30、32及び磁気回路31は、磁束密度が高い高飽和磁束密度(Bs)材料(例えば、CoNiFe合金、CoFe合金等)により形成されている。また、コイル33は、ショートしないように、隣り合うコイル線間、磁気回路31との間、両磁極30、32との間に隙間が空くように配置されており、この状態で絶縁体34によってモールドされている。そして、コイル33は、情報に応じて変調された電流が制御部8から供給されるようになっている。即ち、磁気回路31及びコイル33は、全体として電磁石を構成している。なお、主磁極32及び補助磁極30は、ディスクDに対向する端面がスライダ20のABSと面一となるように設計されている。
このスポットサイズ変換器22は、一端側に導入された光束Lを導入方向とは異なる方向で他端側に集光しながら伝播すると共に、近接場光Rに生成した後に外部に発する素子であって、図4から図8に示すように、多面体のコア40と、該コア40を内部に閉じ込めるクラッド41とから構成されており、全体として略板状に形成されている。
なお、図6は図5に示すコア40の他端側の拡大図であり、図7は図4で示すスポットサイズ変換器22の他端側の拡大図であり、図8は図7に示すスポットサイズ変換器22を端面40d側から見た図である。
反射面40aは、一端側から光導波路4によって導入された光束Lを導入方向とは異なる方向に反射させている。本実施形態では、光束Lの向きが略90度変わるように反射させている。また、光束集光部40bは、一端側から他端側に向かう長手方向(Z方向)に直交する断面積が漸次減少するように絞り成形された部分であり、反射面40aによって反射された光束Lを集光させながら他端側に向けて伝播させている。つまり光束集光部40bは、導入された光束Lのスポットサイズを小さいサイズに絞ることができるようになっている。
これにより、スポットサイズを最大直線長さL1と同程度の大きさ、即ち、直径を約1nmから1μm程度(或いは1nmから500nm程度)に絞ることができ、このサイズの近接場光Rとして端面40dから外部に発することができる。
特に、コア40とクラッド41との屈折率差が大きいほど、コア40内に光束Lを閉じ込める力が大きくなるので、コア40に酸化タンタル(Ta2O5:波長が550nmのときに屈折率が2.16)を用い、クラッド41に石英等を用いて、両者の屈折率差を大きくすることがより好ましい。また、赤外領域の光束Lを利用する場合には、赤外光に対して透明な材料であるシリコン(Si:屈折率が約4)でコア40を形成することも有効である。
また、光導波路4の先端は、スポットサイズ変換器22の一端側に接続されており、光束Lをコア40内に導入している。また、光導波路4の基端側は、ビーム3及びキャリッジ11等を介して光信号コントローラ5に引き出された後、該光信号コントローラ5に接続されている。
なお、図5に示すように、光導波路4からコア40内に導入された光束Lが反射面40aの略中心に入射するように、スポットサイズ変換器22及び光導波路4の位置関係が調整されている。
基板d1としては、例えば、アルミ基板やガラス基板等である。軟磁性層d3は、高透磁率層である。中間層d4は、垂直記録層d2の結晶制御層である。垂直記録層d2は、垂直異方性磁性層となっており、例えばCoCrPt系合金が使用される。保護層d5は、垂直記録層d2を保護するためのもので、例えばDLC(ダイヤモンド・ライク・カーボン)膜が使用される。潤滑層d6は、例えば、フッ素系の液体潤滑材が使用される。
まず、スピンドルモータ7を駆動させてディスクDを一定方向に回転させる。次いで、アクチュエータ6を作動させて、キャリッジ11を介してビーム3をXY方向にスキャンさせる。これにより、図1に示すように、ディスクD上の所望する位置に近接場光ヘッド2を位置させることができる。この際、近接場光ヘッド2は、スライダ20の対向面20aに形成された2つの凸条部20bによって浮上する力を受けると共に、ビーム3等によってディスクD側に所定の力で押さえ付けられる。近接場光ヘッド2は、この両者の力のバランスによって、図2に示すようにディスクD上から所定距離H離間した位置に浮上する。
まず、光信号コントローラ5は、制御部8からの指示を受けて光束Lを光導波路4の基端側から入射させる。入射した光束Lは、光導波路4のコア4a内を先端側に向かって進み、図4に示すように、スポットサイズ変換器22の一端側からコア40内に導入される。この際光束Lは、スライダ20に対して平行な方向でコア40内に導入される。すると、導入された光束Lは、反射面40aで反射されて向きが略90度変わる。即ち、導入方向とは異なる方向に向きが変化する。そして、向きが変わった光束Lは、ディスクD側に位置する他端側に向かって光束集光部40bで集光されながら伝播して近接場光生成部40cに入射する。
そして、光束集光部40bの端部まで伝播された光束Lは、続いて近接場光生成部40cに入射する。この近接場光生成部40cは、他端側に向けてさらに絞り成形されており、端面40dが光の波長以下のサイズとされている。しかも、近接場光生成部40cの2つの側面は、遮光膜42によって遮光されている。よって、近接場光生成部40cに入射した光束Lを、クラッド41側に漏らすことなく端面40dに向けて伝播させることができる。そのため、近接場光Rを生成することができ、該近接場光Rを端面40dから外部に発することができる。
特に、主磁極32の近傍でディスクDの保磁力を低下させることができるので、記録磁界が局所的に作用する位置に加熱温度のピーク位置を入れることができる。従って、確実に記録を行うことができ、信頼性の向上化を図ることができると共に高密度記録化を図ることができる。
具体的に説明すると、スライダ20を所定の外形形状に加工した後、該スライダ20の流出端側の側面に上記半導体技術を利用して記録素子21を作りこむ。次いで、この記録素子21上に同様に半導体技術を利用して、スポットサイズ変換器22を作りこむ。そして最後に、スポットサイズ変換器22上に再生素子23を作りこめば良い。このように、スライダ20側から順々に各構成品を作りこむ途中で、スポットサイズ変換器22の製造工程を一工程追加するだけで、容易に近接場光ヘッド2を製造することができる。
なお、上記実施形態において、図8に示す矢印L2方向に光束Lの偏光成分が向くように調整した後に、光束Lを光導波路4内に導入することが好ましい。こうすることで、近接場光Rを主磁極32側に向いた近接場光生成部40cの側面付近(図8に示す領域S)に集中的に局在化することができる。従って、さらなる高密度記録化を図ることができる。
よって、スポットサイズ変換器22の製造過程において、コア40及びクラッド41の他端側をダイシングして端面40dを形成する際に、多少のダイシング誤差が生じたり、絞り成形誤差が生じていたりしていても、端面40dのサイズを常に同じにすることができる。従って、スポットサイズ変換器22を大量に製造したとしても、各スポットサイズ変換器22のばらつき(個体差)をなくすことができ、同じ品質のものを安定して製造することができる。よって、歩留まりを向上することができる。
但し、図12及び図13に示すように全ての側面(3つの側面)を遮光膜42で遮光することが好ましい。こうすることで、近接場光生成部40cに入射した光束Lが、クラッド41側に漏れることがない。よって、光束Lの損失を最小限に抑えることができ、より効率良く近接場光Rを発生させることができる。
特に、金属膜43とコア40との界面に光強度の強い近接場光Rを発生させることができるので、端面40dの設計サイズに直接影響を受けることがない。つまり、端面40dのサイズを微細化する等の作りこみを行わなくても、これら物理的な設計に影響されることなく、光強度の強い近接場光Rを確実に発生させることができる。
更には、近接場光生成部40cの3つの側面のうち、1つ又は2つの側面だけに金属膜43を形成しても構わない。例えば、図16及び図17に示すように、近接場光生成部40cの3つの側面のうち、主磁極32に対向する側面以外の側面の1つに、金属膜43を形成しても構わない。この場合であっても、物理的な設計に影響されることなく、金属膜43とコア40との界面に光強度の強い近接場光Rを局在化させた状態で発生させることができる。従って、更なる高密度記録化を図ることができる。
特に、近接場光生成部40cの3つの側面のうち1つの側面だけに金属膜43を形成させるので、2つ若しくは3つの側面に形成する場合と比較して作り易い。
こうすることで、近接場光Rが発生する位置と記録磁界が発生する位置とを極力近づけることができる。従って、より効率良く近接場光Rと記録磁界とを協働させることができ、高密度記録化により対応することができる。
特に、この突出部32aを備える際に、図20及び図21に示すように、突出部32aと近接場光生成部40cの側面との間に遮光膜42が形成されているとより好ましい。こうすることで、突出部32aの近傍により集中的に近接場光Rを発生することができるので、さらなる高密度記録化を図ることができる。
例えば、光束集光部40bで集光された光束Lを共鳴角度θで金属膜43に入射させて、光束Lのエネルギーで金属膜43の表面に表面プラズモンを励起させるように、図24及び図25に示すように、金属膜43が形成されている近接場光生成部40cの側面を角度調整すると良い。
図26に示すように、底面に金属膜P2が設けられたプリズムP1に向けて、光L1を全反射条件で入射させると、入射角度θ(金属膜P2の表面に垂直な直線と光L1とのなす角度)に応じて反射光強度が変化する。これは、光L1のエネルギーが表面プラズモンの励起に利用されるからである。そして、入射角度を変化させて反射光強度を検出すると、反射光強度が最小となる入射角度がある。これは、光L1のエネルギーが最も表面プラズモンの励起に利用されるからである。そして、この反射光強度が最小となる入射角度を、一般的に共鳴角度と称している。
なお、コア40内に導入された光束Lは、コア40の側面で反射を繰り返しながら徐々に集光されて端面40dに進むが、光束集光部40bまで進んできた段階である程度に集約されているので進む方向が定まっている。つまり、コア40を設計した時点で、光束Lの主成分がどのように進みながらコア40を伝播するのかを把握することができる。そのため、図24に示すように、この光束Lの主成分が共鳴角度θで金属膜43に入射するように、近接場光生成部40cの側面の角度を調整すれば良い。
特に、近接場光生成部40cの側面の角度を機械的に調整し難い場合であっても、共鳴角度θ自体を変化させることができるので、機械的な設計を補助することができる。従って、設計の自由度を向上することができる。
D1 ディスク面(磁気記録媒体の表面)
L 光束
R 近接場光
θ 共鳴角度
1 情報記録再生装置
2 近接場光ヘッド
3 ビーム
4 光導波路(光束導入手段)
5 光信号コントローラ(光源)
6 アクチュエータ
7 スピンドルモータ(回転駆動部)
8 制御部
20 スライダ
22 スポットサイズ変換器(近接場光発生素子)
30 補助磁極
31 磁気回路
32 主磁極
32a 主磁極の突出部
33 コイル
40 コア
40a 反射面
40b 光束集光部
40c 近接場光生成部
40d 端面
41 クラッド
41b クラッドの溝部
42 遮光膜
43 金属膜
44 シールド膜
Claims (9)
- 一定方向に回転する磁気記録媒体を加熱すると共に前記磁気記録媒体に対して垂直方向の記録磁界を与えることで磁化反転を生じさせ、情報を記録させる近接場光ヘッドであって、
前記磁気記録媒体の表面に対向配置されたスライダと、
該スライダの先端側に配置され、前記記録磁界を発生させる磁極と、
前記磁極に隣接して固定された近接場光発生素子と、
前記スライダの先端側に固定され、一端側から前記近接場光発生素子に光束を導入させる光束導入手段と、を備え、
前記近接場光発生素子は、
複数の側面を有し、前記一端側から他端側に向かうにしたがって1つの側面が他の側面に近づくように傾くことにより長手方向に直交する断面積が漸次減少するように絞り成形され、前記光束を集光させながら前記他端側に向けて前記光束を伝播させる光束集光部と、複数の側面を有し、1つの側面が前記他端側に向かうにしたがって前記他の側面に近づき、前記光束集光部における傾きよりも大きく傾くことにより、前記光束集光部から前記他端側に向かう長手方向に直交する断面積が漸次減少するように前記磁極に向けてさらに絞り成形され、集光された前記光束から前記近接場光を生成する近接場光生成部と、を有するコアと、
該コアよりも屈折率が低い材料で形成され、前記コアの前記他端側を外部に露出させた状態で前記コアの側面に形成されたクラッドと、を有し、
前記近接場光生成部は、前記他端側で外部に露出する端面が光の波長以下のサイズとされ、前記複数の側面のうち少なくとも1つの側面が前記光束を前記他の側面に向かうように導く遮光膜によって遮光されていると共に、前記磁極の近傍に前記近接場光を発生させ、
前記クラッドには、前記近接場光生成部の前記他の側面を露出させる溝部が形成されており、
前記磁極は、前記溝部を介して前記近接場光生成部の前記他の側面に突出部を有していることを特徴とする近接場光ヘッド。 - 請求項1に記載の近接場光ヘッドにおいて、
前記クラッドは、前記コアの一端側を外部に露出させた状態で形成されていることを特徴とする近接場光ヘッド。 - 請求項1又は2に記載の近接場光ヘッドにおいて、
前記近接場光生成部は、前記他端側における所定長さが前記端面と同じサイズでストレート状に成形されていることを特徴とする近接場光ヘッド。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載の近接場光ヘッドにおいて、
前記近接場光生成部の全ての側面は、前記遮光膜によって遮光されていることを特徴とする近接場光ヘッド。 - 請求項4に記載の近接場光ヘッドにおいて、
前記遮光膜のうち前記近接場光生成部の前記他の側面と前記突出部との間に位置する遮光膜は、前記近接場光の光強度を増加させる金属膜であることを特徴とする近接場光ヘッド。 - 請求項1から4のいずれか1項に記載の近接場光ヘッドにおいて、
前記遮光膜は、前記近接場光の光強度を増加させる金属膜であることを特徴とする近接場光ヘッド。 - 請求項6に記載の近接場光ヘッドにおいて、
前記金属膜が設けられている前記近接場光生成部の側面は、前記光束集光部で集光された前記光束が共鳴角度で前記金属膜に入射されて、該光束のエネルギーで表面プラズモンが励起されるように角度調整されていることを特徴とする近接場光ヘッド。 - 請求項1に記載の近接場光ヘッドにおいて、
前記突出部と前記近接場光生成部の前記他の側面との間には、前記遮光膜が形成されていることを特徴とする近接場光ヘッド。 - 請求項1から8のいずれか1項に記載の近接場光ヘッドと、
前記磁気記録媒体の表面に平行な方向に移動可能とされ、該磁気記録媒体の表面に平行で且つ互いに直交する2軸回りに回動自在な状態で、前記近接場光ヘッドを先端側で支持するビームと、
前記光束導入手段に対して前記光束を入射させる光源と、
前記ビームの基端側を支持すると共に、該ビームを前記磁気記録媒体の表面に平行な方向に向けて移動させるアクチュエータと、
前記磁気記録媒体を前記一定方向に回転させる回転駆動部と、
前記コイルに前記電流を供給すると共に前記光源の作動を制御する制御部と、を備えていることを特徴とする情報記録再生装置。
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