KR100657971B1 - 광전송 모듈 및 이를 채용한 열보조 자기기록 헤드 - Google Patents

광전송 모듈 및 이를 채용한 열보조 자기기록 헤드 Download PDF

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이병규
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Abstract

구성요소들 사이의 정확한 편광 얼라인먼트가 가능하면서도 단일 유니트로 집적할 수 있도록 된 구조의 광전송 모듈 및 이를 채용한 열보조 자기기록 헤드가 개시되어 있다.
이 개시된 광전송 모듈은 제1설치홈을 가지는 베이스와; 베이스 상에 설치되어, 광원에서 조사된 광의 진행을 가이드하는 광학요소와; 베이스에 결합 설치되어 광원과 광학요소를 보호하는 것으로, 설치홈에 대향되는 위치에 형성된 제2설치홈을 가지는 커버부재와; 제1 및 제2설치홈 내에 결합되어, 광학요소를 통하여 전송된 광강도 분포를 바꾸어 강화된 근접장을 형성하는 나노 어퍼쳐;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

광전송 모듈 및 이를 채용한 열보조 자기기록 헤드{Light delivery module and heat-assisted magnetic recording head employing the same}
도 1은 종래의 열보조 자기기록 헤드를 보인 개략적인 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광전송 모듈을 보인 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 광전송 모듈을 보인 분리사시도.
도 4a 내지 도 4c 각각은 본 발명에 따른 광전송 모듈의 나노 어퍼쳐의 실시예를 보인 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 열보조 자기기록 헤드를 보인 개략적인 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100...광전송 모듈 110...베이스
111...제1설치홈 120...커버부재
121...제2설치홈 125...본딩 브릿지
127...제1공간부 129...제2공간부
131...광 도파로 133...광원
135...모니터용 광검출기 140...나노 어퍼쳐
200...자기기록부 210...기록 폴
220...리턴 폴 230...요크
240...자화 코일 300...자기기록매체
본 발명은 강화된 근접장을 구현할 수 있도록 된 구조의 광전송 모듈 및 이를 채용한 열보조 자기기록 헤드에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구성요소들 사이의 정확한 얼라인먼트가 가능한 구조의 광전송 모듈 및 이를 채용한 열보조 자기기록 헤드에 관한 것이다.
여러 과학기술 분야에서 회절한계 이하의 높은 분해능을 가지는 광을 전송할 것이 요구되는 바, 이를 위하여 강화된 근접장(enhanced near-field) 구현할 수 있도록 된 기술이 연구되고 있다.
특히, 자기기록 헤드 분야에 있어서 자기기록의 고밀도화를 위한 연구가 지속되고 있다. 한편, 데이터를 기록하기 위해 자기장만을 사용하는 자기기록 방식은 고밀도화 될수록 기록비트의 열적 불안정성이 존재하므로 고밀도화하는데 한계가 있다. 이를 극복하기 위한 방안으로, 광을 조사하여 자기기록 매체를 국부적으로 가열하여 매체의 보자력을 일시적으로 감소시켜 기록을 촉진하는 광전송 모듈이 적용된 열보조 자기기록 헤드(heat-assisted magnetic recording head, 이하 HAMR 헤드라 한다)가 개시된 바 있다.
도 1을 참조하면, 개시된 종래의 HAMR 헤드(10)는 자기기록부(20)와, 자기기 록매체(40)를 가열하기 위한 광전송 모듈(30)을 포함한다.
자기기록부(20)는 자기기록매체(40)에 자기 기록장를 인가하기 위한 기록 폴(21)과, 요크(23)에 의해 기록 폴(21)과 자기적으로 연결되어 자로(磁路) M을 형성하는 리턴 폴(25)을 포함한다.
상기 광전송 모듈(30)은 근접장 조명을 통하여 상기 자기기록매체(40)의 소정 부위 A를 가열하기 위한 것으로, 광원(31)과, 이 광원(31)에서 조사된 광을 도파하는 광 도파로(35)를 포함한다. 여기서, 광원(31)은 광을 전송하는 광 파이버(33)와, 이 광 파이버(33)에서 출사된 광을 콜리메이팅하는 집적형 구면렌즈(34)를 통하여 상기 광 도파로(35)에 커플링된다.
여기서, 상기 자기기록매체(40)는 상기 HAMR 헤드(10)에 대해 화살표 D 방향으로 상대 이동하는 것으로, 상기 가열부위 A는 상기 자기기록매체(40)의 상대운동에 의해 상기 기록 폴(21)에 위치된다. 따라서, 상기 기록 폴(21)이 가열된 부분에 대해 수직 자기기록을 수행함으로써, 열적 불안정성이 해소된 상태에서 자기기록을 수행할 수 있다.
상기한 바와 같이 구성된 HAMR 헤드는 상기 자기기록부(20)에 대한 상기 광전송 모듈(30)을 설치함에 있어서, 상기 기록폴(21)의 외측에 상기 광 도파로(35)를 부착하는 구조를 가진다. 따라서, 에어 베어링 시스템에 의하여 상기 자기기록부(20)가 상기 자기기록매체(40)에서 부상시, 광 도파로(35)와 자기기록매체(40) 사이에 일정 간격을 유지할 수 있다.
한편, 고밀도 기록을 위하여 광강도 분포를 개선하는 나노 어퍼쳐(37)와 상 기 광 도파로(35) 사이의 정교한 편광 얼라인먼트가 요구된다. 또한, 광 도파로(35)와 상기 나노 어퍼쳐(37) 만이 상기 자기기록부(20)에 결합되고, 광원(31) 및 광 파이버(33)가 별도의 구조물(미도시)에 의해 설치되는 구조는 그 구성이 복잡하므로, 조립공수의 증가 및 제조 원가의 상승 등의 문제를 초래한다.
따라서, 본 발명은 상기한 점들을 감안하여 안출된 것으로서, 구성요소들 사이이 정확한 편광 얼라이먼트가 가능하면서도, 단일 유니트로 집적할 수 있도록 된 구조의 광전송 모듈 및 이를 채용한 HAMR 헤드를 제공하는데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광전송 모듈은, 제1설치홈을 가지는 베이스와; 상기 베이스 상에 설치되어, 상기 광원에서 조사된 광의 진행을 가이드하는 광학요소와; 상기 베이스에 결합 설치되어 상기 광원과 상기 광학요소를 보호하는 것으로, 상기 설치홈에 대향되는 위치에 형성된 제2설치홈을 가지는 커버부재와; 상기 제1 및 제2설치홈 내에 결합되어, 상기 광학요소를 통하여 전송된 광강도 분포를 바꾸어 강화된 근접장을 형성하는 나노 어퍼쳐;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 HAMR 헤드는, 자기기록매체에 자기 기록장을 인가하는 기록 폴과, 상기 기록 폴과 자기적으로 연결되어 자로를 형성하는 리턴 폴을 포함하는 자기기록부와; 상기 자기기록부에 부착되는 것으로 제1설치홈을 가지는 베이스와, 상기 베이스 상에 탑재되는 광원과, 상기 베 이스 상에 설치되어 상기 광원에서 조사된 광의 진행을 가이드하는 광학요소와, 상기 베이스에 결합 설치되어 상기 광원과 상기 광학요소를 보호하는 것으로 상기 제1설치홈에 대향되는 위치에 형성된 제2설치홈을 가지는 커버부재와, 상기 제1 및 제2설치홈 내에 결합되어 상기 광학요소를 통하여 전송된 광 강도 분포를 바꾸어 강화된 근접장을 형성하는 나노 어퍼쳐를 포함하는 광전송 모듈;을 구비한 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 광전송 모듈 및 이를 채용한 HAMR 헤드를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광전송 모듈을 보인 단면도이고, 도 3은 도 2의 분리 사시도이다.
도면들을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광전송 모듈(100)은 베이스(110)와, 이 베이스(110) 상에 설치되어 광의 진행을 가이드 하는 광학소자 및 광원(133)과, 상기 베이스(110)에 결합 설치되어 상기 광원(133)과 상기 광 도파로(131)를 보호하는 커버부재(120) 및, 강화된 근접장을 형성하는 나노 어퍼쳐(140)를 포함한다. 여기서, 광학소자는 도시된 바와 같은 구조의 광도파로(131), 또는 구배율 굴절렌즈(Graded Index Lens; GRIN 렌즈) 또는 로드(Rod) 등의 렌즈로 구성된다. 이하에서는 광도파로(131)를 중심으로 설명하기로 하고, 광학소자를 렌즈로 구성한 경우는 생략하기로 한다.
보다 바람직하게는, 상기 광원(133)에서 출사된 광의 일부를 수광하여 상기 광원(133)의 광출력을 모니터링하는 모니터용 광검출기(135)를 더 포함한다.
상기 베이스(110)는 실리콘 등의 재질로 구성되는 것으로, 그 일측면에 인입 형성된 제1설치홈(111)을 가진다.
상기 광원(133)은 상기 베이스(110) 상에 탑재되는 것으로, 소정 파장의 빔을 조사한다. 이 광원(133)의 대표적인 예로는 소정 편광의 광을 조사하는 반도체 레이저 다이오드가 있다.
상기 광 도파로(131)는 상기 베이스(110) 상에 결합 설치되는 것으로, 상기 광원(133)에서 조사된 광을 상기 나노 어퍼쳐(140) 방향으로 도파한다. 상기 광 도파로(131)는 내부 전반사에 의해 입사된 광을 도파하는 것으로, 상기 베이스(110) 및 상기 커버부재(120)의 굴절률 보다 상대적으로 높은 굴절률을 가지는 소재로 구성된다.
광 도파로(131)는 도시된 바와 같이 평판형 구조로 되어, 소정 방향 즉 광 도파로(131)의 출사면(131a)의 폭방향으로 편광이 강화되도록 한다. 본 실시예에 따른 광 도파로(131)는 그 단부에 나노 어퍼쳐(131) 구조가 형성되지 않은 단순 구조로 되어 있으므로, 그 제작이 용이하다는 이점이 있다.
상기 커버부재(120)는 상기 베이스(110) 상부에 결합 설치되는 것으로, 상기 광원(133), 상기 광 도파로(131) 및 상기 모니터용 광검출기(135)를 보호한다. 따라서, 상기 광원(133)의 광출사면(133a)(133b)과, 상기 모니터용 광검출기(135)의 수광면(135a) 등이 오염되는 것을 저감시킬 수 있다. 상기 커버부재(120)는 상기 제1설치홈(111)에 대향되는 위치에 인입 형성된 제2설치홈(121)을 포함한다.
따라서, 상기 제1 및 제2설치홈(111)(121) 사이에 입사광의 편광방향으로 고 려하여 나노 어퍼쳐(140)를 설치함으로써, 광 도파로(131)와 상기 나노 어퍼쳐(140) 사이의 정확한 편광 얼라인먼트를 구현할 수 있다.
또한, 상기 커버부재(120)는 상기 베이스(110)에 결합되는 부분인 본딩 브릿지(125)를 더 포함한다. 이 본딩 브릿지(125)는 상기 베이스(110)와 마주하는 부분에 상기 광원(133), 상기 광 도파로(131) 및 상기 모니터용 광검출기(135)를 회피하여 돌출 형성된다.
여기서, 상기 본딩 브릿지(125) 사이에는 상기 광 도파로(131)가 수용되는 제1공간부(127)와, 상기 광원(133)과 모니티용 광검출기(135)가 수용되는 제2공간부(129)가 형성된다. 따라서, 상기 베이스(110) 상에 상기 커버부재(120)를 결합시, 상기 광원(133)과 상기 모니터용 광검출기(135)의 전기적 배선이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
상기 나노 어퍼쳐(140)는 상기 제1설치홈(111)과 상기 제2설치홈(121) 내에 결합된다. 이 나노 어퍼쳐(140)는 상기 광 도파로(131)를 통하여 전송된 광에너지 분포를 바꾸어 강화된 근접장을 형성한다. 도 4a 내지 도 4c 각각은 본 발명에 따른 광전송 모듈의 나노 어퍼쳐의 실시예를 보인 도면이다.
도 4a는 "C"형의 나노 어퍼쳐(141)를 나타낸 것이다. 본 도면에서는 광 도파로(131)를 통하여 전송되는 광의 편광방향, 즉 전기장의 방향
Figure 112005056540830-pat00001
이 상기 출사면(131a)의 폭방향으로 편광된 것을 예로 들어 나타낸 것이다. 이때, 도시된 바와 같이 "C"형의 나노 어퍼쳐(141)를 배치함으로써, 폭이 좁은 중앙부분에서 전기 쌍극자의 진동에 의하여 전기장이 강화되어, 넓은 영역의 광에너지를 국소 부위에 집중 할 수 있다. 따라서, 국부적으로 강화된 광에너지의 광을 전송할 수 있다. 도면에서, L은 상기 나노 어퍼쳐(141)에 입사되는 광의 직경을 나타낸 것이다.
도 4b는 나비리본(bow-tie)형 나노 어퍼쳐(143)를 나타낸 것이고, 도 4c는 "X"형 나노 어퍼쳐(145)를 나타낸 것이다. 도 4b 및 도 4c와 같이 어퍼쳐를 형성한 경우는 어퍼쳐(143)(145)의 정점에 형성되는 전기장이 크게 증가하므로, 도 4a에서와 같이 광에너지를 국소 부위에 집중할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 열보조 자기기록 헤드를 보인 개략적인 단면도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 열보조 자기기록 헤드(이하, HAMR 헤드라 한다)는 자기기록부(200)와, 자기기록매체(300)를 가열하기 위한 광전송 모듈(100)을 포함한다.
자기기록부(200)는 자기기록매체(300)에 자기 기록장를 인가하기 위한 기록 폴(210)과, 요크(230)에 의해 기록 폴(210)과 자기적으로 연결되어 자로 M'을 형성하는 리턴 폴(220) 및, 요크(230) 둘레를 감싸는 자화 코일(240)을 포함한다. 또한, 상기 자기기록부(200)는 통상의 기록헤드(미도시)를 포함할 수 있다. 이 기록헤드 자체는 널리 알려져 있으므로, 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 광전송 모듈(100)은 근접장 조명을 통하여 상기 자기기록매체(300)의 소정 부위 A'를 가열하기 위한 것으로, 단일 유니트로 구성된다. 이 광전송 모듈(100)은 자기기록부(200)에 부착되는 베이스(110)와, 이 베이스(110)에 설치된 광학요소, 광원(133) 및 모니터용 광검출기(135)와, 커버부재(120)와, 나노 어퍼쳐 (140)를 포함한다. 상기 광전송 모듈(100)은 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명된 광전송 모듈(100)과 실질적으로 동일한 것이므로 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 자기기록매체(300)는 상기 HAMR 헤드에 대해 화살표 D' 방향으로 상대 이동하는 것으로, 상기 가열부위 A'는 상기 자기기록매체(300)의 상대운동에 의해 상기 기록 폴(210)에 위치된다. 따라서, 상기 기록 폴(210)이 가열된 부분에 대해 수직 자기기록을 수행함으로써, 열적 불안정성이 해소된 상태에서 자기기록을 수행할 수 있다.
상기한 바와 같이 구성된 HAMR 헤드는 상기 자기기록부(200)에 대한 상기 광전송 모듈(100)을 설치함에 있어서, 상기 기록폴(210)의 외측에 상기 베이스(110)의 외측면이 부착되어 있다. 따라서, 에어 베어링 시스템에 의하여 상기 자기기록부(200)가 상기 자기기록매체(300)에서 부상시, 나노 어퍼쳐(140)와 자기기록매체(300) 사이에 일정 간격을 유지할 수 있다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 광전송 모듈은 광 도파로와 나노 어퍼쳐를 베이스 및 커버부재를 이용하여 설치함으로써 광 도파로와 나노 어퍼쳐 사이의 정교한 편광 얼라인먼트가 가능하다. 또한, 광 도파로의 끝단에 직접 나노 어퍼쳐를 형성하지 않고 광 도파로와 나노 어퍼쳐를 별도로 제조하는 구조를 가지므로, 그 제조 공정이 용이하다는 이점이 있다. 그리고, 커버부재의 내부 공간에 광원과 모니터용 광검출기를 설치하므로, 그의 오염을 저감시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 HAMR 헤드는 상기한 구조의 단일 유니트로 이루어진 광전송 모듈을 자기기록부에 부착함으로써, 구성을 단순화 할 수 있어서 조립공수를 줄이고, 제조 원가를 낮출 수 있다는 이점이 있다.
상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위 내에서 정해져야만 할 것이다.

Claims (9)

  1. 제1설치홈을 가지는 베이스와;
    상기 베이스 상에 탑재되는 광원과;
    상기 베이스 상에 설치되어, 상기 광원에서 조사된 광의 진행을 가이드 하는 광학요소와;
    상기 베이스에 결합 설치되어 상기 광원과 상기 광학요소를 보호하는 것으로, 상기 제1설치홈에 대향되는 위치에 형성된 제2설치홈을 가지는 커버부재와;
    상기 제1 및 제2설치홈 내에 결합되어, 상기 광학요소를 통하여 전송된 광 에너지 분포를 바꾸어 강화된 근접장을 형성하는 나노 어퍼쳐;를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전송 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 베이스와 상기 커버부재 사이에 개재되는 것으로, 상기 광원에서 출사된 광의 일부를 수광하여 상기 광원의 광출력을 모니터링하는 모니터용 광검출기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전송 모듈.
  3. 제2항에 있어서, 상기 커버부재는,
    상기 베이스에 결합되는 부분으로 상기 베이스와 마주하는 부분에 상기 광원, 상기 광학요소 및 상기 모니터용 광검출기를 회피하여 돌출 형성된 본딩 브릿 지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광전송 모듈.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학요소는,
    입사광을 도파하는 광 도파로 또는 렌즈로 이루어진 것을 특징으로 하는 광전송 모듈.
  5. 자기기록매체에 자기 기록장를 인가하기 위한 기록 폴과, 상기 기록 폴과 자기적으로 연결되어 자로을 형성하는 리턴 폴을 포함하는 자기기록부와;
    상기 자기기록부에 부착되는 것으로 제1설치홈을 가지는 베이스와, 상기 베이스 상에 탑재되는 광원과, 상기 베이스 상에 설치되어 상기 광원에서 조사된 광의 진행을 가이드 하는 광학요소와, 상기 베이스에 결합 설치되어 상기 광원과 상기 광학요소를 보호하는 것으로 상기 제1설치홈에 대향되는 위치에 형성된 제2설치홈을 가지는 커버부재와, 상기 제1 및 제2설치홈 내에 결합되어 상기 광학요소를 통하여 전송된 광 강도 분포를 바꾸어 강화된 근접장을 형성하는 나노 어퍼쳐를 포함하는 광전송 모듈;을 구비한 것을 특징으로 하는 열보조 자기기록 헤드.
  6. 제5항에 있어서, 상기 광학요소는,
    입사광을 도파하는 광 도파로 또는 렌즈로 이루어진 것을 특징으로 하는 열보조 자기기록 헤드.
  7. 제5항에 있어서, 상기 광전송 모듈은,
    상기 베이스의 외측면이 상기 기록 폴의 외측에 부착된 것을 특징으로 하는 열보조 자기기록 헤드.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광전송 모듈은,
    상기 베이스와 상기 커버부재 사이에 개재되는 것으로, 상기 광원에서 출사된 광의 일부를 수광하여 상기 광원의 광출력을 모니터링하는 모니터용 광검출기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열보조 자기기록 헤드.
  9. 제8항에 있어서, 상기 커버부재는,
    상기 베이스에 결합되는 부분으로 상기 베이스와 마주하는 부분에 상기 광원, 상기 광학요소 및 상기 모니터용 광검출기를 회피하여 돌출 형성된 본딩 브릿지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열보조 자기기록 헤드.
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