(57)【要約】  光効率が高く、かつ薄型化および集積化が可能なヘッド機構、光アシスト式磁気記録装置、または光記録装置を提供することを図る。上記目的を達成するために、ヘッド機構は、導波路と、該導波路に光を結合するために導波路上に設けられた光結合器とを有し、かつ記録媒体上で浮上しながら該記録媒体に対して相対移動可能に設けられたヘッドスライダを備える。そして、該ヘッド機構では、導波路による光の伝搬方向が、記録媒体に対向するヘッドスライダの底面に対して傾斜している。
2010010796.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波路と、該導波路に光を結合するために導波路上に設けられた光結合器とを有し、記録媒体上で浮上しながら該記録媒体に対して相対移動可能に設けられたヘッドスライダを備え、
前記導波路による光の伝搬方向が、前記記録媒体に対向する前記ヘッドスライダの底面に対して傾斜していることを特徴とするヘッド機構。
【請求項２】
請求項１に記載のヘッド機構であって、
前記伝搬方向が、前記底面に対して鈍角を成すことを特徴とするヘッド機構。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のヘッド機構であって、
前記伝搬方向と前記底面とが成す角度は、前記光結合器の入射面に入射する光と前記導波路との結合効率が最大となる角度になっていることを特徴とするヘッド機構。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１つの請求項に記載のヘッド機構であって、
前記光結合器が、グレーティングカプラであることを特徴とするヘッド機構。
【請求項５】
請求項１または請求項３に記載のヘッド機構であって、
前記光結合器が、プリズムカプラであることを特徴とするヘッド機構。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１つの請求項に記載のヘッド機構を備えるとともに、前記導波路から前記記録媒体に対して光を照射することにより、前記記録媒体の一部領域を加熱昇温した状態で前記一部領域に対して情報の磁気的な記録を行うことを特徴とする光アシスト式磁気記録装置。
【請求項７】
請求項１から請求項５のいずれか１つの請求項に記載のヘッド機構を備えるとともに、前記導波路から前記記録媒体に対して光を照射することにより、前記記録媒体の一部領域に光スポットを形成し、該光スポットによって前記一部領域に対して情報の光学的な記録を行うことを特徴とする光記録装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘッド機構、光アシスト式磁気記録装置、および光記録装置に関するものであり、例えば、情報記録に光を利用するヘッド機構、それを備える光アシスト式磁気記録装置、および光記録装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ハードディスク装置等に使用される記録媒体において記録密度を高めるための技術開発が進められている。記録密度を向上させるためには、１ビットの記録サイズを小さくする必要がある。しかし、磁気記録方式において、記録ビットサイズを小さくすると、記録情報を保持している磁化状態が、熱エネルギーによって不安定となり、熱揺らぎによって記録情報が消えてしまうので、安定に記録することができなくなる。そのため、高い保持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。また、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せしめ、保持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で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。【０００３】
この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く、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。【０００４】
また、光アシスト式によって超高密度記録を行うためには、記録媒体に照射する光のスポット径を例えば２０ｎｍ程度の超微小なものにする必要がある。しかしながら、通常の光学系では回折限界の存在により、光を超微小なものにまで集光することは難しい。そこで、非伝搬光であるいわゆる近接場光を用いて加熱を行う方式が提案されている（例えば、非特許文献１）。なお、近接場光を発生させる光ヘッドおよび記録再生装置については、その他の種々の提案がなされている（例えば、特許文献１，２）。【０００５】
一方、近年の磁気記録装置の高密度化に伴い、再生記録を行うヘッドを構成する部品であるスライダの大きさについては、たとえばフェムト・スライダの長さ、幅、厚みはそれぞれ０．８５ｍｍ，０．７０ｍｍ，０．２３ｍｍ程度と小型化が進んでいる。また、一般的な磁気記録装置においては狭い空間にディスクを積層しており、積層されたディスクの隙間は１ｍｍ以下である。したがって、記録ヘッドの厚みが制限され、光磁気記録（ＭＯ）のようにヘッドの背面に光学系を配置して光を照射することはできない。従って、光アシスト式の磁気記録装置においては、光源から記録ヘッドまで光を導く光学系が薄型であり、かつ光源と光学系と記録ヘッドとが同一平面上に配置されることが望まれる。【０００６】
このような要求に対しては、空間光学系およびグレーティングカプラを用いて光をヘッドに設けられた平面導波路に結合する方法が提案されている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１４９３１７号公報
【特許文献２】特開２０００−３５３３３６号公報
【特許文献３】特開２００５−１１６１５５号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】シャープ技報第９１号２６頁−３０頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、空間から光をグレーティングカプラに導き、平面導波路において光を一方向に向けて効率よく伝搬させるためには、後述するように、グレーティングカプラの入射面に対して光を一定の角度傾けて入射する必要がある。光の進行方向を傾ける光学素子としては、例えば、プリズム、回折格子、ミラーなどが考えられるが、光学素子の設置場所および傾けた光路を確保するためには、記録装置全体の薄型化が困難である。【００１０】
また、非特許文献１の技術では、プラズモンプローブに対してレーザを密着させて配置する必要があり、レーザの固定が難しく、配線が複雑になるという課題がある。【００１１】
また、特許文献１の技術では、斜めから光を照射するために装置の厚みが必要となる。また、特許文献２の技術では、光学系が複雑となり、装置の厚みも必要となる。さらに、特許文献３の技術では、グレーティングカプラに光を入射するための実用的な薄型光学系の構成については言及されておらず、他の技術と同様に、装置の薄型化に関しては課題が存在する。【００１２】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、光効率が高く、かつ薄型化および集積化が可能なヘッド機構、光アシスト式磁気記録装置、または光記録装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、第１の態様に係るヘッド機構は、導波路と、該導波路に光を結合するために導波路上に設けられた光結合器とを有し、かつ記録媒体上で浮上しながら該記録媒体に対して相対移動可能に設けられたヘッドスライダを備える。そして、該ヘッド機構では、前記導波路による光の伝搬方向が、前記記録媒体に対向する前記ヘッドスライダの底面に対して傾斜している。【００１４】
第２の態様に係るヘッド機構は、第１の態様に係るヘッド機構であって、前記伝搬方向が、前記底面に対して鈍角を成す。【００１５】
第３の態様に係るヘッド機構は、第１または第２の態様に係るヘッド機構であって、前記伝搬方向と前記底面とが成す角度は、前記光結合器の入射面に入射する光と前記導波路との結合効率が最大となる角度になっている。【００１６】
第４の態様に係るヘッド機構は、第１から第３のいずれか１つの態様に係るヘッド機構であって、前記光結合器が、グレーティングカプラである。【００１７】
第５の態様に係るヘッド機構は、第１から第３のいずれか１つの態様に係るヘッド機構であって、前記光結合器が、プリズムカプラである。【００１８】
第６の態様に係る光アシスト式磁気記録装置は、第１から第５のいずれか１つの態様に係るヘッド機構を備えるとともに、前記導波路から前記記録媒体に対して光を照射することにより、前記記録媒体の一部領域を加熱昇温した状態で前記一部領域に対して情報の磁気的な記録を行う。【００１９】
第７の態様に係る光記録装置は、第１から第５のいずれか１つの態様に係るヘッド機構を備えるとともに、前記導波路から前記記録媒体に対して光を照射することにより、前記記録媒体の一部領域に光スポットを形成し、該光スポットによって前記一部領域に対して情報の光学的な記録を行う。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、導波路による光の伝搬方向がヘッドスライダの底面に対して傾斜しているため、光効率が高く、かつ薄型化および集積化が可能なヘッド機構、光アシスト式磁気記録装置または光記録装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係るヘッド機構１０とそれを備えた光アシスト式磁気記録装置１００の概略構成例を示す図である。
【図２】図２は、ヘッド機構１０を側方から見た断面模式図である。
【図３】図３は、導波路１３を正面から見た模式図である。
【図４】図４は、グレーティングカプラ１４の構造を示す図である。
【図５】図５は、スライダ部３の製造方法を示す図である。
【図６】図６は、スライダ部３の基板を斜めにダイシングする方法を示す図である。
【図７】図７は、変形例のヘッド機構２０を側方から見た断面模式図である。
【図８】図８は、光結合器としてプリズムカプラ１６を有する導波路１５の構成を示す図である。
【図９】図９は、導波路１５を図８の切断面線ＶIII−ＶIIIから見た断面図である。
【図１０】図１０は、変形例のヘッド機構３０を側方から見た断面模式図である。
【図１１】図１１は、ＶＣＳＥＬ１７に、マイクロレンズ１８を集積した場合の出射光のようすを示す図である。
【図１２】図１２は、フォトニック結晶面発光レーザ１９を示す図である。
【図１３】図１３は、グレーティングカプラの構造を示す図である。
【図１４】図１４は、垂直入射型のグレーティングカプラを用いたヘッド機構の構成を示す図である。
【図１５】図１５は、光が入射面に対して垂直入射する場合のグレーティングカプラの断面図である。
【図１６】図１６は、光が入射面に対して垂直入射した場合における導波路内の伝搬状態を示す図である。
【図１７】図１７は、光のグレーティングカプラにおける回折角度θと周期Λ／波長λ0との関係を示すグラフである。
【図１８】図１８は、水平入射型のグレーティングカプラを用いたヘッド機構の構成を示す図である。
【図１９】図１９は、水平入射型のグレーティングカプラを用いたヘッド機構の構成を示す図である。
【図２０】図２０は、水平入射型のグレーティングカプラを用いたヘッド機構の構成を示す図である。
【図２１】図２１は、折り曲げ光学系を実装したヘッド機構の構成を示す図である。
【図２２】図２２は、斜め入射型のグレーティングカプラを用いたヘッド機構の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施形態を説明する前に、参考例を用いて、回折格子を用いた光結合器（グレーティングカプラ）に対する光の入射角に関する説明を行う。
【００２３】
まず、図１３は、グレーティングカプラの構造を示す図であり、伝搬方向ｚ１に対して構造が周期Λで変化する構造が示されている。グレーティングカプラについては、周期Λを変化させることで入射面に対する光の最適な入射角を０〜９０度の範囲で設計できる。しかし、光アシスト磁気記録ヘッドに光を導くために用いる場合には、入射面に対して垂直に光を入射させる回折角度が９０度の垂直入射と、入射面に対して水平に光を入射させる回折角度が１８０度の水平入射は適さない。これは、光アシスト磁気記録ヘッド特有の以下の理由による。なお、回折角度とは、入射波と回折波の進行方向のなす角をいう。
【００２４】
＜（１）回折角度が約９０度のグレーティングカプラに垂直入射させる場合＞
図１４は、回折角度が約９０度のグレーティングカプラを用いて光源から射出される光を導波路に導くヘッド機構の構成を示す図である。この場合、導波路による光の伝搬方向はスライダの底面（磁気ディスクの上面と平行）に対して垂直である。また、図１５は、回折角度９０度のグレーティングカプラに垂直入射させる場合のグレーティングカプラの断面図である。垂直入射とは、入射光と入射面の法線とのなす角度である入射角が約０度となる入射である。この場合、図１５に示すとおり、グレーティングカプラにおいては＋１次光と−１次光の両方が導波路に結合してしまう。
【００２５】
図１６は、光が入射面に対して垂直入射した場合における導波路内の伝搬状態を示す図である。図１６に示すように、導波路の集光方向と逆方向に向かう−１次光の成分(Ａ’)は導波路端面などで反射した結果、集光方向に向かう＋１次光の成分（Ａ）に対し、弱めあう干渉を及ぼす問題がある。図１７は、グレーティングカプラにおける光の回折角度θと周期Λ／真空中の光の波長λ0との関係を示すグラフである。グラフの縦軸は回折角度θを示し、横軸はグレーティングカプラの周期Λ／真空中の光の波長λ0を示す。
【００２６】
グレーティングカプラは、周期を変化させることで９０〜１８０度の範囲で回折角度を設計できる。グレーティングカプラにおける１次光の回折角度θは導波路の実効屈折率をｎeff、入射側媒質の屈折率をｎc、グレーティング周期Λ、入射波長をλ0として以下のように表される。
【００２７】
θ’＝ｓｉｎ-1（ｎeff／ｎc−Λ／λ0）
θ＝θ’＋９０
【００２８】
図１７においては、周期Λ／波長λ0を０．６２〜１．６４の範囲で変化させている。ここで導波路の実効屈折率をｎeff＝１．６１としている。式に従って微分係数を計算すると、特に、回折角度θが１６０〜１８０度の領域（入射面に対して水平入射に近い領域）と回折角度θが９０〜１１０度の領域（入射面に対して垂直入射に近い領域）とにおいては、周期Λの変化に対する回折角度θの変化が大きいという特徴がある。このため、この二つの領域においては、製造された回折格子の周期Λが製造誤差によって設計値からずれた場合に、回折角が大きく設計値からずれてしまうという問題がある。
【００２９】
＜（２）回折角度が約１８０度のグレーティングカプラに入射させる場合＞
図１８、図１９、および図２０は、回折角度が約１８０度のグレーティングカプラを用いて光源から射出される光を導波路に導くヘッド機構の構成を示す図である。この場合もまた、導波路による光の伝搬方向はスライダの底面（磁気ディスクの上面と平行）に対して垂直である。図１９では、図１８で示した導波路およびグレーティングカプラを拡大した概略構成図であり、グレーティングカプラにおいて、光源からの光が導波路コアに対して除々に結合していく様子を示している。回折角度１８０度の場合、光源もしくは光学系をヘッドの上部に配置する必要がある。一般的な磁気記録装置においては狭い空間にディスクを積層しており、積層されたディスクの隙間は１ｍｍ以下である。このため光学系をヘッドの上部に配置する構成はディスクの高密度実装や小型化の妨げになってしまう問題がある。また、入射面に対して光を垂直入射させる場合と同様、製造誤差に起因する周期Λのずれが、大きな回折角度の変動を生じさせてしまう問題もある。
【００３０】
すなわち、光アシスト磁気記録ヘッドは薄型であることが望ましいが、入射面に対して光を水平入射させる場合には、ヘッドの上部の方向に光源または光学系が必要となり、構成上不利である。
【００３１】
＜（３）入射面に対する斜め入射型のグレーティングカプラに入射させる場合＞
図２１は、入射面に対する斜め入射型（回折角度が、約９０度および約１８０度以外の場合）のグレーティングカプラの入射面に対して斜めから光が入射されるように、光軸を折り曲げる折り曲げ光学系を実装したヘッド機構の構成を示す図である。この場合もまた、導波路による光の伝搬方向はスライダの底面（磁気ディスクの上面と平行）に対して垂直である。図２２は、斜め入射型のグレーティングカプラの断面図である。製造誤差に起因する周期Λのずれがグレーティングカプラの回折角度の変動に与える影響は、図１７に示したとおり、入射面に対して光を水平入射または垂直入射させる場合と比較して小さい。また、入射面に対する光の垂直入射で生じていた、−１次光が導波路に結合して、集光方向とは逆方向に向かう成分が導波路端面などで反射した結果、望ましくない干渉を起こしてしまう効果も無い。すなわち、図２２に示しているように、入射面に対して光を斜めに入射をした場合には−１次光が基板側に透過し、集光方向とは逆方向に向かう成分に結合しないので、＋１次光が導波路に結合した成分と干渉を起こさない。また周期Λの変化に対する回折角度の変化が小さいため、製造誤差による回折角度の変動が生じにくい。
【００３２】
したがって、グレーティングカプラの入射面に対して、光を斜めから入射することが好ましいと考えられる。しかし、折り曲げ光学系を実装する場合は位置精度や角度精度によって光軸の位置ずれや角度ずれが生じる可能性がある。また、折り曲げ光学系の配設によって、装置の薄型化が阻害される。
【００３３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３４】
＜実施形態＞
図１は、本発明の実施形態に係るヘッド機構１０とそれを備えた光アシスト式磁気記録装置１００の概略構成例を示す図である。なお、各図には、方位関係を明確化するためにＸＹＺの直交する３軸が適宜付されている。
【００３５】
図１で示すように、光アシスト式磁気記録装置１００は、光アシスト式の磁気記録ヘッドを含むスライダ部３を搭載した磁気記録装置として構成され、例えば、ハードディスク装置などに適用される。この光アシスト式磁気記録装置１００は、略直方体状の筐体１と、該筐体１内に配置された３枚の記録用ディスク（磁気記録媒体）２およびヘッド機構１０とを備えている。
【００３６】
記録用ディスク２は、円盤状の記録媒体であり、相互に所定の微小距離（例えば、１ｍｍ以下）だけ離隔されて盤面が略平行となるように配置される。具体的には、上方から（＋Ｚ方向から−Ｚ方向に沿って）３枚の記録用ディスク２が空間順次に配置されており、筐体１に対して所定の回転軸およびモータによって回転可能に支持されている。
【００３７】
ヘッド機構１０は、３つのスライダ部３と、３本のサスペンション部４と、３本のアーム部５と、回転軸６とを備えている。
【００３８】
３本のサスペンション部４は、それぞれ同様な形状を有するとともに、それぞれ可撓性を有するように薄板状で且つ長細い形状を有し、相互に略平行に配置されている。具体的には、上方から（＋Ｚ方向から−Ｚ方向に沿って）３本のサスペンション部４が空間順次に配置されている。
【００３９】
３本のアーム部５は、一端側（ここでは、−Ｘ方向の端部）において回転軸６によって相互に連結されるとともに、該回転軸６を支点として、矢印ｍＡ方向（トラッキング方向）に筐体１に対して回転可能に支持されている。各アーム部５は、それぞれ１本のサスペンション部４を保持しており、アクチュエータ８による回転軸６の回転により、各アーム部５に保持された各サスペンション部４が、回転軸６を支点として矢印ｍＡ方向に回転する。
【００４０】
３つのスライダ部３は、それぞれ同様な構成を有するとともに、光アシスト式の磁気記録ヘッドを含む。そして、１本のサスペンション部４ごとに、１つのスライダ部３が取り付けられている。具体的には、スライダ部３が、サスペンション部４のうちの回転軸６に連結されている一端側とは異なる他端側の下面に対して、記録用ディスク２の一方主面（ここでは上面）に対向するように設けられている。なお、ここでは、記録用ディスク２を矢印ｍＢ方向に回転させるモータ（不図示）が筐体１内に設けられており、スライダ部３が、記録用ディスク２上で浮上しながら相対的に移動し得るように構成されている。
【００４１】
図２は、ヘッド機構１０を側方（＋Ｙ側）から見た断面模式図である。なお、図２では、レーザ光が通過する光路が示されている。
【００４２】
スライダ部３は、記録用ディスク２に対する情報記録に光を利用する記録用ヘッド（ここでは、磁気記録ヘッド）を有する。そして、スライダ部３は、例えば、セラミック製などの基板２４を用いて構成されており、基板２４の一端面（ここでは、−Ｘ方向の端部）には光結合器であるグレーティングカプラ１４を有する導波路１３が形成されている。また、スライダ部３は、サスペンション部４のうちのアーム部５に対して連結されている一端とは逆の他端近傍の下面に対してバネ部材からなる懸架部材を介して取り付けられている。このスライダ部３の底面（−Ｚ側の面）は、記録用ディスク２に対向し、該記録用ディスク２に対し所定距離離間した状態で相対的に走行する底面である滑走面３ａを形成する。なお、ヘッド機構１０に着目すると、滑走面３ａは、記録用ディスク２の主面に対向させるための面を形成する。
【００４３】
アーム部５は、サスペンション部４と比較して、厚みが厚く且つ剛性が高い素材で構成され、サスペンション部４は、可撓性を有する素材で構成されており、アーム部５とサスペンション部４の延設方向は略同一となっている。そして、アーム部５の一端（−Ｘ側の端部）が回転軸６に固設され、アーム部５の他端（＋Ｘ側の端部）の下面（−Ｚ側の面）にサスペンション部４の一端の上面（＋Ｚ側の面）が連結されている。
【００４４】
光源部７は、例えば半導体レーザ素子によって構成され、レーザ光を出射する。光源部７は、サスペンション部４の下面に対してバネ部材からなる懸架部材を介し、所定の最適な位置に取り付けられている。そして、光源部７から出射され、スライダ部３の滑走面３ａに対して略平行に進行するレーザ光は、グレーティングカプラ１４に対して直接入射するように照射される。
【００４５】
また、光源部７は端面にマイクロレンズを集積することによって、スライダ部３の滑走面３ａに対して略平行な光を射出する。マイクロレンズについては樹脂成型品を用いることができるほか、大量生産に適したインクジェットによる液滴成形、またはフォトリソグラフィなどを用いることができる。光源部７から出射される光の光軸は、図２に示すように、スライダ部３の滑走面３ａに対して平行とした場合に、装置の薄型化に対して最も有利となる。
【００４６】
導波路１３は、記録用ディスク２の一部領域（すなわち被記録部分）を近赤外レーザ光によってスポット加熱するためのものである。図３は、導波路１３を正面（図２の−Ｘ側）から見た模式図である。導波路１３としては、例えば、米国特許第６，９４４，１１２号明細書で提案されたものを適用することができる。この導波路１３は、平面型導波路であり、厚みが薄く、幅が上部から下部に向かって徐々に狭まるような放物線状の内面２１，２２を有する。導波路１３の上部の正面には、光結合器であるグレーティングカプラ１４が配設されている。
【００４７】
グレーティングカプラ１４は、導波路１３の上部の正面上に周期的な構造あるいは屈折率差を設けることにより作成される。図３では、グレーティングカプラ１４の横線によって周期的な構造が模式的に表わされているが、実際には光の波長以下の微細な構造や屈折率分布が形成される。また、グレーティングカプラ１４（すなわち、入射面）は、スライダ部３の滑走面３ａ、すなわちＡＢＳ(Air Bearing Surface)に対して、鈍角を成すように傾斜する。そして、導波路１３の上部の正面に配設されたグレーティングカプラ１４（具体的には、太破線部内のレーザ照射領域）にレーザ光が照射されて、導波路１３にレーザ光が導入されると、矢印２３で示すようにレーザ光が内面２１，２２で反射して、導波路１３の最下部の焦点Ｆにレーザ光が集光し、記録用ディスク２に向けて電磁波が発生して、記録用ディスク２の微小領域が加熱される。
【００４８】
また焦点Ｆにはより光を集光するために金属微小構造からなるプラズモンヘッドを集積してもよい。プラズモンヘッドにおける光の集光は、金属微細構造の大きさで決まり、スポットサイズはたとえば数十ｎｍである。
【００４９】
図２に示すとおり、導波路１３による光の伝搬方向はスライダ部３の滑走面３ａに対して角度θ１だけ傾斜されており、グレーティングカプラ１４の光入射面が入射光線の光軸およびスライダ部３の滑走面３ａに対して角度θ１だけ傾いて配置される。ここで、光入射面とは、グレーティングカプラ１４のうち、光が入射する凹凸の２次元構造が広がっている面をいう。グレーティングカプラ１４の回折角度は、一定の角度（θ１）のときに一方向へ伝搬する光の結合効率が最大となるが、本実施形態においては、グレーティングカプラ１４の回折角度θ１が、光と導波路１３との結合効率を最大化する角度に対応している。ここで、回折角度とは、入射波と回折波の進行方向のなす角をいう。
【００５０】
グレーティングカプラ１４の回折角度θ１は、鈍角をなすように設定され、回折角度θ１は、グレーティングカプラ１４の周期や深さや形状によって任意に設計できる。このとき設計された回折角度θ１と実際の回折角度がずれた場合には光の結合効率が大きく減少する。前述のとおり、光源部７は、スライダ部３の滑走面３ａに対して略平行な光を射出するため、言い換えれば、グレーティングカプラ１４における光の入射面がスライダ部３の滑走面３ａに対して、約θ１度成して傾斜する。より具体的には、グレーティングカプラ１４における光の入射面（導波路１３による光の伝搬方向と一致する）がスライダ部３の滑走面３ａに対して、鈍角をなすように設定される。
【００５１】
さらに、図２に示すように、グレーティングカプラ１４は、スライダ部３の一端面（−Ｘ方向の端部）に形成された導波路１３に備えられていることから、スライダ部３の一端面（−Ｘ方向の端部）および導波路１３は、スライダ部３の滑走面３ａに対してθ１度傾斜しているといえる。
【００５２】
ここで、グレーティングカプラ１４について、より具体的に説明する。
【００５３】
図４は、グレーティングカプラ１４の構造を示す図であり、伝搬方向ｚ１に対して構造が周期Λで変化する構造が示されている。導波路１３は、下部クラッドとなる導波路基板１８ａと、光路となるコア１９と、上部クラッド１８ｂを有する。入射光の波長が１．５μｍであれば、例えば上部クラッド１８ｂとしては屈折率ｎcが１．０の空気、コア１９としては屈折率ｎfが３．５のＳｉ、下部クラッド１８ａとしては屈折率ｎsが１．４４のＳｉＯ2が考えられる。なお、可視光線の波長帯域においては、Ｓｉが光の大きな損失を生じるために、コア１９の材料としてはＴａ2Ｏ5などが適している。また、光が導波路から外側へ出ていかないようにするためには、コア１９の屈折率を下部クラッド１８ａ、上部クラッド１８ｂの屈折率よりも高くすることが必要である。導波路の実効的な屈折率をｎeffとすると、導波路内における実効的な波長λeffは、λ0／ｎeffである。ここでλ0は真空中におけるレーザ光の波長である。グレーティングカプラ１４に空気中から入射されうる光の入射角は、下記のブラッグの回折条件式（１），（２）を満たす必要がある。ここでｎc＜ｎeffであるので、ｑをグレーティングの回折次数とすると、ｑ＝０では光の結合は生じない。
【００５４】
ｎeffｋ0＝ｎcｋ0ｓｉｎθq＋ｑＫ（ｑ＝０，±１，±２，・・・）・・・（１）
Ｋ＝２π／Λ・・・（２）
【００５５】
ここでｋ0は真空中の波数(２π／λ0)、θqは、光と入射面の法線とが成す角度である入射角度である。また、ｑ＝±１が主な回折次数である。ｑの値が＋１より大きい、またはｑ＝−１より小さい場合の回折効率はｑ＝±１次の回折効率よりも小さい。そして、結合効率を上げるためには回折効率の良いｑ＝±１次光を導波路に結合するようにグレーティングカプラの周期Λを設計することが多く、０．１λeff〜１０λeffの範囲に設定される。回折角度が約９０度のグレーティングカプラに垂直入射させる場合においてはθq＝０であるので、式（１)および（２）から下式（３）および（４）が求まる。
【００５６】
ｎeffｋ0＝ｑＫ（ｑ＝０，±１，±２，・・・）・・・（３）
Λ＝ｑλ0／ｎeff（ｑ＝０，±１，±２，・・・）・・・（４）
【００５７】
つまり、周期Λをλ0／ｎeffに一致させれば１次光を導波路１３に結合させることが可能となる。また逆に、回折角度が約１８０度のグレーティングカプラに水平入射させる場合は入射角が９０度であるため、下式（５），（６）が成立する。
【００５８】
ｎeffｋ0−ｎcｋ0＝ｑｋ（ｑ＝０，±１，±２，・・・）・・・（５）
Λ＝ｑλ0／（ｎeff−ｎc）（ｑ＝０，±１，±２，・・・）・・・（６）
【００５９】
つまり、周期Λをλ0／（ｎeff−ｎc）とすれば１次光を導波路１３に結合させることができる。
【００６０】
さらに、グレーティングカプラ１４への光の結合を定性的に説明する。入射面に対する斜め入射型のグレーティングカプラに入射させる場合を考えると、図２２に示したように１次の回折光が導波路に結合し、−１次の回折光は基板方向に透過していく。入射角度θqは前に示したとおり、式（１），（２）において回折格子の周期を変化させることで設計でき、図１５に示すように入射面に対する垂直入射も可能である。入射面に対する垂直入射の場合は＋１次光と−１次光が導波路１３の集光方向、集光方向とは逆の方向にそれぞれ均等に伝搬する。
【００６１】
本実施形態では、例えば、グレーティングカプラ１４への入射光の波長が６３３ｎｍの場合において、ｎcを空気の屈折率（１．０）、ｎfをＴａ2Ｏ5コアの屈折率（２．０９）、ｎsをＳｉＯ2クラッドの屈折率（１．４７）、導波路の厚みＴを０．１μｍとする。グレーティングカプラ１４については図４に示すように、断面構造が矩形形状であり、かつ構造の周期がΛで高さδが２０ｎｍとなるようにすればよい。ここで、凹凸を形成する１つの凹形状の幅は周期Λの１／２とした。凹形状はフォトリソグラフィを用いたエッチングプロセス等の半導体プロセスを用いて、精度よく作製することが可能である。このときの導波路１３の基板に平行な偏波であるＴＥ波の主モードにおける等価屈折率ｎeffは、モード解析をすることによって、１．６１と求めることができる。モード解析の詳細については、非特許文献２（K.Ogawa et al, “A Theoretical Analysis of Etched Grating Couplers for Integrated Optics,” IEEE J. Quantum Electron, vol. QE-9, No.1, pp. 29-42, 1973）を参考にした。
【００６２】
図１７で説明したように、グレーティングカプラ１４の回折角度θが１６０〜１８０度の場合と回折角度θが９０〜１１０度の場合においては、周期Λの変化に対する回折角度θの変化が大きいという特徴がある。このため、この二つの領域においては、製造された回折格子の周期Λが製造誤差によって設計値からずれた場合に、回折角度θが大きく設計値からずれてしまうという問題がある。このため、グレーティングカプラ１４の構造においては、回折角度を１１０〜１６０度の範囲で設計することによって、製造誤差に起因する周期Λのずれがグレーティングカプラ１４の結合効率の変動に与える影響を小さくしている。
【００６３】
グレーティングカプラ１４への入射角については、式（１），（２）に示したとおりであるが、結合効率は回折角や構造に依存する。回折角度と結合効率の関係については、例えば、上述の非特許文献２に示されている。
【００６４】
次に、導波路１３及びグレーティングカプラ１４を傾けてスライダ部３に集積する方法の一例について説明する。光アシスト式磁気記録装置１００においては、スライダ部３によって記録用ディスク２の磁気記録面と磁気記録ヘッドとを高精度に位置合わせしている。そして、スライダ部３にグレーティングカプラ１４を積層する場合には、スライダ部３を形成するための基板上に磁気記録ヘッドを作成したあとにグレーティングカプラ１４を配設した導波路１３を形成する。磁気記録ヘッドおよびグレーティングカプラ１４を配設した導波路１３については、フォトリソグラフィなどの半導体プロセスを応用して高精度に作成できる。
【００６５】
図５は、スライダ部３の製造方法を示す図である。図５（ａ）は、スライダ部３の基板を示している。なお、基板は直方体状の形状を有する。まず、図５（ｂ）に示すように、基板の上面に磁気記録ヘッドと、グレーティングカプラ１４が配設された導波路１３とを所定周期で積層する。次に、図５（ｃ）に示すように、側方から見た形状が一組の対角がθ１である平行四辺形を形成するように、斜めにダイシングを行う。これによって、ダイシング後の基板の各々の入射面を、スライダ部３の滑走面となる３ａに対して、θ１度で傾斜させる。図５における角度θ１は、図２における回折角度θ１に対応する。ダイシングの角度については、刃の角度あるいは基板の角度を制御することにより任意に設定できる。このため、θ１をグレーティングカプラ１４に光を結合させるための最適な角度（１１０〜１６０度）に設定できる。図６は、スライダ部３の基板を斜めにダイシングする方法を示す図である。斜めにダイシングする方法としては、例えば、図６（ａ）に示すように、基板を平らな台２５の上に乗せて、ダイシング装置２６を傾斜させたい所定の角度θに傾斜させつつダイシングを行う方法、また、図６（ｂ）に示すように、水平面に対して（９０−θ）度傾斜した台２７の上に基板を乗せて、ダイシング装置２６を水平面に対して垂直に移動させながらダイシングを行う方法がある。
【００６６】
次に、図５（ｄ）に示すように、ダイシング後の基板を各々分離した後、図５（ｅ）に示すように、滑走面３ａを形成し、図５（ｆ）に示す単体のスライダ部３に加工する。
【００６７】
本実施形態によれば、導波路による光の伝搬方向がスライダ部３の滑走面３ａに対して鈍角の角度で傾斜するので、導波路上に設けられた光結合器の入射面に滑走面３ａと平行に光を入射しても効率的に導波路に光を結合することが可能となる。これにより、折り曲げ光学系を配置するための空間を節約でき、光源部７とグレーティングカプラ１４とを記録用ディスク２と略平行な同一平面上に配置することが可能となり、光アシスト式磁気記録装置の薄型化および集積化が可能になる。また、構成が単純になり製造コストを低減でき、折り曲げ光学系で発生していた光損失をなくすことができる。また、折り曲げ光学系の実装精度によって生じる光軸ずれをなくすことができる。さらに、光を空間伝搬させる場合、間に折り曲げ光学系が不必要なため、光源を磁気記録ヘッドの近傍に配置させることができ、光損失を低減できる。
【００６８】
＜変形例＞
以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明は上記説明した内容のものに限定されるものではない。本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
【００６９】
◎例えば、上記実施形態では、スライダ部３がサスペンション部４の先端側（図２の＋Ｘ側の端部）に設置されていたが、スライダ部３の滑走面３ａに略平行なレーザ光を出射する光源部７を、サスペンション部４の先端側に設置してもよい。図７は、本変形例のヘッド機構２０を側方（＋Ｙ側）から見た断面模式図である。本変形例のヘッド機構２０（図７）は、上記実施形態のヘッド機構１０（図２）と類似しており、対応する構成には同一の参照符号を付している。本変形例では回折角度をθ２度に設定している。
【００７０】
◎また、上記実施形態では、光結合器としてグレーティングカプラを用いたが、プリズムカプラを用いてもよい。プリズムカプラについては、例えば、非特許文献３（西原浩、春名正光、栖原利明,”光集積回路”,オーム社,1987）に記載されている。
【００７１】
図８は、光結合器としてプリズムカプラ１６を備える導波路１５の構成を示す図である。また、図９は、導波路１５を図８の切断面線ＶIII−ＶIIIから見た断面図である。
【００７２】
スライダ部３５の基板３６の一端面に光結合器であるプリズムカプラ１６が設けられる導波路１５が形成されている。この導波路１５による光の伝搬方向は、スライダ部３５の滑走面３５ａに対して傾斜されている。図９に示すように、導波路１５は、例えば、平面導波路であり、高屈折率のプリズムカプラ１６（屈折率ｎp）と屈折率の低いコア３７(屈折率ｎd)そして導波路基板である下部クラッド３８ａ(屈折率ｎs)、上部クラッド３８ｂ（屈折率ｎcl）で構成される。ここでそれぞれの屈折率については、コアに光がとじこめられるためには以下の条件を満たす必要がある。
【００７３】
ｎp＞ｎd
ｎd＞ｎs
ｎd＞ｎcl
【００７４】
図９に示すように、プリズムカプラ１６は、＋Ｚ側に頂角αを有し、頂角と対向する底面１６ａが導波路１５の−Ｘ側の一端面１５ａの法線と垂直な六面体である。導波路の実効的な屈折率をｎeffとしてプリズムカプラ１６の中に入射した光と底面とが成す角度θ４を下式（７）を満たすようにすれば、プリズムカプラ１６から上部クラッド３８ｂ、さらにコア３７の方向に浸み出したエバネッセント波が導波路１５に結合する。エバネッセント波が効率良くコア３７に浸み出すためには上部クラッド３８ｂの厚さは、例えば光の波長以下であることが望ましい。
【００７５】
ｎeff＝ｎpｓｉｎθ４・・・（７）
（ｎp＞ｎd＞ｎs）
【００７６】
また、導波路１５の−Ｘ側の一端面１５ａの法線とプリズムカプラ１６の入射光との成す角度をθ３、プリズムカプラ１６の中に入射した光とプリズムの底面１６ａ、つまり導波路１５の−Ｘ側の一端面１５ａの法線との成す角度をθ４とすると、スネルの法則により、下式（８）の関係がある。
【００７７】
ｎcｓｉｎ（θ４−α）＝ｎpｓｉｎ（θ３−α）・・・（８）
【００７８】
ここで、ｎcは入射光が通る外部の媒質の屈折率であり、例えば空気の場合、ｎcは１．０である。また、αはプリズム頂角である。プリズムカプラ１６を用いた場合には式（７）の条件により、角度θ３を０度とすることが難しい。したがって、光源部から出射され、スライダ部の滑走面に対して略平行に進行する光において、角度θ３が０度にならないようにする必要がある。本変形例では、導波路１５をスライダ部３５の滑走面に対して傾斜させ、プリズムカプラ１６の底面１６ａをスライダ部３５の滑走面に対して傾斜させて配置することによって、折り曲げ光学系を用いることなく、薄型の光学系を実現する。
【００７９】
図１０は、本変形例のヘッド機構３０を側方（＋Ｙ側）から見た断面模式図である。本変形例のヘッド機構３０は、上記実施形態のヘッド機構１０と類似しており、対応する構成と同一の参照符号を付している。ヘッド機構３０では、プリズムカプラ１６の底面１６ａは、図９，１０に示すとおり、入射光線の光軸およびスライダ部３５の滑走面３５ａに平行な面に対してθ３度傾いて配置され、スライダ部３の一端面（−Ｘ方向の端部）および導波路１３は、スライダ部３の滑走面３ａに対して（θ３＋９０）度傾斜している。この（θ３＋９０）度は、図２，５のθ１度に対応するものである。
【００８０】
◎また、上記実施形態では、光源部７はサスペンション部４の下面に取り付けられているが、アーム部５の下面に配置してもよい。
【００８１】
◎また、光源部７として、製造工程が大量生産に適した面発光半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ）を用いてもよい。ＶＣＳＥＬの利点の一つとして、発光面が基板に垂直であり、製造工程の途中のウェハの段階で様々な加工が可能な点があげられる。したがって、ＶＣＳＥＬに、平行光を射出するためのマイクロレンズを製造工程の途中で集積することも可能である。図１１は、ＶＣＳＥＬ１７に、マイクロレンズ１８を集積した場合の出射光のようすを示す図である。図１１（ａ）は、マイクロレンズ１８を集積する前にＶＣＳＥＬ１７から出射される光を示している。また、図１１（ｂ）は、マイクロレンズ１８を集積したＶＣＳＥＬ１７の側面図であり、図１１（ｃ）は、マイクロレンズ１８を集積したＶＣＳＥＬ１７の正面図である。ここで、ビームのスポットサイズをＷｏ、波長をλとすると、ＶＣＳＥＬ１７から出射される光の広がり角θ５は、下式で表される。
【００８２】
θ５＝λ／（πＷｏ）・・・（９）
【００８３】
したがって、ＶＣＳＥＬ１７にマイクロレンズ１８を集積することによって、広がり角θ５で広がってしまう光を平行光に変換できる。なお、上記においては、マイクロレンズを用いてビームを整形する例について示したが、マイクロレンズに限らず回折格子あるいは回折格子付きレンズを用いてもよく、ビームを整形する機能を持つ薄型の光学部品であればよい。
【００８４】
◎また、光源部７として、フォトニック結晶面発光レーザを用いてもよい。図１２は、フォトニック結晶面発光レーザ１９を示す図である。図１２（ａ）は、フォトニック結晶面発光レーザ１９の側面図、図１２（ｂ）は、フォトニック結晶面発光レーザ１９の正面図を示している。フォトニック結晶面レーザ１９は、半導体層の活性層面内にフォトニックバンドギャップを持つフォトニック結晶を形成することにより、フォトニック結晶面に垂直な方向に光出力が得られる。図１２においては、フォトニック結晶面内の周期的構造を模式的に表している。フォトニック結晶面発光レーザ１９の特徴は、活性層面内のフォトニック結晶を設ける領域の面積を変えることによって、発光面積の大きさを制御できることである。発光面積を増大させることによって、スポットサイズが大きくなり、ビームの広がり角が減少する。この結果、フォトニック結晶面発光レーザ１９の近くにおいては、出射光は平行光に近くなる。例えば、スポットサイズを０．１ｍｍで波長を７８０ｎｍとしたときの広がり角は０．１４度であり、平行光に近い。
【００８５】
◎また、上記実施形態では、記録媒体である記録用ディスク２に対して光で熱を付与しつつ、磁気で情報を記録および再生を行ったが、これに限られない。例えば、本発明を、磁気を用いることなく、記録媒体である光ディスク上に導波路下部の集光部から光を照射することによって、光ディスクの一部領域に光スポットを形成させて、光スポットによって一部領域に対して情報の記録を行う光記録装置に適用してもよい。
【００８６】
◎また、光源として、光ファイバやポリマ導波路から出力される光を用いてもよい。具体的には、光源部７を他の場所に配置し、光源部７から出射される光を、光ファイバやポリマ導波路などによって送り、サスペンション部４の下面から出力させるようにする。光ファイバを用いた場合には、光ファイバの端面にマイクロレンズや回折格子を形成することによって、スライダ部３の滑走面３ａに略平行な光を射出することができる。
【００８７】
高速な信号処理に適したシングルモード光ファイバを用いる場合、光ファイバから出力される光線はスポットサイズがガウスビームで近似される。シングルモード光ファイバのスポットサイズは例えば光の波長が１．３μｍのときに４．６μｍとなるため、光の波長が８５０ｎｍのときに２．５μｍ程度となる。このためビームの広がり角は光の波長が１．３μｍのときに５．１度，光の波長が８５０ｎｍのときに６．２度となってしまう。この場合は、光ファイバの端面を研磨してマイクロレンズを形成したり、外形がファイバと同一のＧＲＩＮレンズを用いたりすることにより平行光を出射することが可能になる。
【符号の説明】
【００８８】
１  筐体
２  記録用ディスク
３，３５  スライダ部
４  サスペンション部
５  アーム部
７  光源部
１０，２０，３０  ヘッド機構
１３，１５  導波路
１４  グレーティングカプラ
１６  プリズムカプラ
１００  光アシスト式磁気記録装置
【図１】
2010010796.tif 000003
【図２】
2010010796.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2010010796.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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2010010796.tif 000026