(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波を焦点領域に合焦させるように構成された第１の導波路と、
前記焦点領域に隣接して配置された端部を有する開口部を画定する第２の導波路であって、第１の金属層と、前記第１の金属層の両側に配置された第２および第３の層とを含み、前記第１の金属層が前記第２および第３の層の伝搬定数より大きい第１の伝搬定数を有する第２の導波路とを備え、
前記焦点領域は、前記第２の導波路の内部に存在する、装置。
【請求項２】
前記開口部が、テーパ状に形成される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記開口部が、互いに約０°〜約１２０°の角度で配置された壁を含む、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記第２および第３の層が、金属である、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第２および第３の層が、誘電材料である、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記開口部の壁上の誘電材料の層をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記第１の導波路が、平面導波路を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記電磁波が、前記第１の導波路の平面に平行な電界でＴＥ偏光される、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記開口部に隣接して配置された先端部を有する、磁気書き込み極をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記開口部に隣接して配置された第１および第２の先端部を有する、磁気書き込み極をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
電磁波を焦点領域に合焦させるように構成された第１の導波路と、
前記焦点領域に隣接して配置された端部を有する開口部を画定する金属構造および前記開口部内に配置された多層構造を含む第２の導波路であって、前記多層構造が誘電体材料からなる第１の層と、前記第１の層の両側に配置された誘電体材料の第２および第３の層とを含み、前記金属構造内の開口部が、前記誘電体材料の前記第１の層の両端部に隣接する第１および第２の壁と、第３の壁とを含み、誘電体材料の前記第２の層が誘電体材料の前記第１の層と前記第３の壁との間に配置される第２の導波路とを備え、
前記焦点領域は、前記第２の導波路の内部に存在する、装置。
【請求項１２】
前記開口部が、テーパ状に形成される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１および第２の壁が、互いに約０°〜約１２０°の角度で配置される、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記電磁波が、前記第１の導波路の平面に実質的に平行な電界でＴＥ偏光される、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記第１の誘電材料層が、シリコンを含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１６】
前記開口部に隣接して配置された先端部を有する、磁気書き込み極をさらに含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１７】
前記開口部に隣接して配置された第１および第２の先端部を有する、磁気書き込み極をさらに含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１８】
電磁波を焦点領域に合焦させる手段と、
前記焦点領域に隣接して配置された端部を有する開口部を画定する導波路であって、第１の金属層と、前記第１の金属層の両側に配置された第２および第３の層とを含み、前記第１の金属層が前記第２および第３の層の伝搬定数より大きい第１の伝搬定数を有する導波路とを備え、
前記焦点領域は、前記導波路の内部に存在する、装置。
【請求項１９】
前記開口部が、テーパ状に形成される、請求項１８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱アシスト磁気記録用トランスデューサに関する。
【背景技術】
【０００２】
熱アシスト磁気／光記録では、情報ビットは、高温で記憶層に記録され、記憶層内の加熱領域がデータビットの寸法を決定する。１つの方法は、平面状の導波路上に製作された平面状の中実の液浸鏡（ＰＳＩＭ）レンズと、ＰＳＩＭ焦点の付近に配置されたニアフィールド光トランスデューサと呼ばれる特定の形状の金属ナノ構造とを使用する。ＰＳＩＭは、ニアフィールドトランスデューサ上に光を配向し、局在表面プラズモン（ＬＳＰ）を形成する。金属内部の電子の集合振動によって、ニアフィールドトランスデューサを囲む高電界が発生する。この電界の一部は、隣接する記憶媒体内にトンネリングし、吸収され、記録のために媒体を局所的に加熱する。ＬＳＰは、ニアフィールドトランスデューサの形状と導波路内のその位置とに影響される。ニアフィールドトランスデューサは、放熱が小さい誘電体内に埋め込むことができる。ニアフィールドトランスデューサ内で光が吸収され、それが機能するための冷却機構を必要とする熱を生成する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、熱アシスト磁気記録用トランスデューサを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一態様では、本発明は、電磁波を焦点領域に合焦させるように構成された第１の導波路と、焦点領域に隣接して配置された端部を有する開口部を画定する第２の導波路であって、第１の金属層と、第１の金属層の両側に配置された第２および第３の層とを含み、第１の金属層が第２および第３の層の伝搬定数より大きい第１の伝搬定数を有する第２の導波路とを備える装置を提供する。
【０００５】
別の態様では、本発明は、電磁波を焦点領域に合焦させるように構成された第１の導波路と、焦点領域に隣接して配置された端部を有する開口部を画定する金属構造および開口部内に配置された多層構造を含む第２の導波路であって、多層構造が誘電体材料からなる第１の層と、第１の層の両側に配置された誘電体材料の第２および第３の層とを含み、金属構造内の開口部が、誘電体材料の第１の層の両端部に隣接する第１および第２の壁と、第３の壁とを含み、誘電体材料の第２の層が、誘電体材料の第１の層と第３の壁との間に配置される第２の導波路とを備える装置を提供する。
【０００６】
別の態様では、本発明は、電磁波を焦点領域に合焦させる手段と、焦点領域に隣接して配置された端部を有する開口部を画定する導波路であって、導波路が第１の金属層と、第１の金属層の両側に配置された第２および第３の層とを含み、第１の金属層が第２および第３の層の伝搬定数より大きい第１の伝搬定数を有する導波路とを含む装置を提供する。
【０００７】
上記および種々の他の特徴および利点は、以下の詳細な説明を読むことで明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、本発明のある態様による光トランスデューサ１０の概略断面図である。図２は、図１の線２−２に沿って切断したトランスデューサの一部分の断面図である。光トランスデューサ１０は、２つの導波路１２および１４を含む。この例では、導波路１２は、例えば、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＮｘまたはＺｎＳの中心層または案内層１６を含む中実の液浸鏡を形成する。中心層は、例えば、Ａｌ２Ｏ３またはＳｉＯ２のクラッディング層１８および２０の間に挟まれている。例えば、空気またはＡｌの材料２２は、電磁波２６を焦点または焦点領域２８内に反射する側壁２４に隣接して配置されている。側壁は、例えば、紫外線、赤外線または可視光線である電磁波２６を導波路の端部３０に隣接した焦点または焦点領域２８に凝縮させるために導波路平面に対して垂直の界面を形成する形状である。本明細書では、この電磁波を光と称する。
【０００９】
一例では、側壁２４は、放物線形状を有し、放物面鏡を形成する。案内層１６内を移動する光は放物界面で反射し、焦点２８に向けられる。
【００１０】
導波路１２は、光が導波路内に結合する平面導波路で、光を回折限界スポットに合焦させる合焦要素が形成される。伝搬導波路モードは、導波路平面に平行な電界でＴＥ（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ−ｅｌｅｃｔｒｉｃ）偏光される。この例の合焦要素は、中実の液浸鏡（ＳＩＭ）である。しかし、モードインデックスレンズなどの他のタイプの合焦要素も使用することができる。光は、格子結合、エンドファイア技術、テーパ導波路などを用いて多くの方法で導波路１２内に放射することができる。
【００１１】
導波路１４は、Ｚ方向に積み重ねた複数の層３８、４０および４２を含む多層構造である。各層は、開口部、空隙、またはスロット４４を画定する構造および配置を有する。導波路１２の焦点２８に向けられた光は、第１の端部４６から開口部に進入し、導波路１４によってさらに集束し、開口部の第２の端部４８で光スポットを形成する。
【００１２】
導波路１４内のスロットは、導波路平面を第１の導波路平面に垂直な方向に切る。スロットの両側の壁は、第１の金属層４０と、第１の金属層の両側に配置された第２および第３の層３８、４２によって形成され、第１の金属層によって形成されるスロットの壁の伝搬定数は、第２または第３の層によって形成される壁の伝搬定数より大きい。
【００１３】
一例では、各層は、金属製で、中心層４０は外層３８および４２とは異なる金属である。別の例では、中心層は金属で、外層はシリコンおよび炭化ケイ素などの誘電材料である。開口部にテーパを付けて、第１の端部４６が第２の端部４８より広くなるようにすることができる。
【００１４】
開口部内で、光は、層構造の有効屈折率ガイディングによってＺ方向に沿って閉じ込められる。Ｘ方向に沿って、光は開口部の壁によって閉じ込められる。開口部は、下端部４８で数十ナノメートルの大きさでよい。光伝送効率を高めるため、開口部は、ビーム伝搬方向、すなわち、Ｙ方向にテーパ状に形成され、開口部の材料よりも屈折率が小さい誘電材料の薄膜層５０を内壁５２上にコーティングすることができる。
【００１５】
この誘電材料は、導波路１２の案内層の誘電材料と同じであってもよく、またはＺ方向に沿って光を閉じ込める別の材料を選択することができる。別の例では、導波路１４は、導波路１２の焦点面が導波路１４の内部にあって、開口部の底部における合焦ビームをよりくっきりとさせ、伝送効率を高くするように配置することができる。
【００１６】
図３は、図１の光トランスデューサの空気軸受け面３２の平面図である。導波路１４は、Ｘ方向の長さに制限はない。したがって、金属構造によってスロット導波路内の光の吸収による熱を効果的に放散できる。
【００１７】
導波路１４は、テーパ状の開口部またはスロットを画定するヘテロ構造金属構成を有する。一例では、導波路１４は、互いに隣接して配置され、Ｚ方向に積み重ねられた３つ以上の金属層で構成される。第１の金属層は、他の２つの層によって挟まれる。光は、Ｘ方向に沿って、端部にナノメートルの仕切りがある第１の金属層によって形成される開口部の壁で閉じ込められる。仕切りがいかに小さくても、電界がＸ方向に延びる伝搬ＴＭ（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ−ｍａｇｎｅｔｉｃ）モードが存在する。この電界の一部は隣接する記憶媒体内にトンネリングし、吸収され、記録のために媒体を局所的に加熱する。
【００１８】
光は、Ｚ方向にスロット４４の壁を形成する構成および構造である層３８、４０、および４２によって形成される導波路によって閉じ込められる。中心層４０は、稼働波長に応じて、銀、銅または金などで形成できる。外層は、アルミニウム、金、銅、プラチナおよび他の金属またはシリコンおよび炭化ケイ素などの損失が大きい誘電体で形成できる。各層は、有効屈折率が中心で最高になり、中心層の両側の層がＺ軸方向の外側に突然または徐々に減少する屈折率を提供するように積み重なっている。
【００１９】
ガイド屈折率またはガイディング屈折率とも呼ばれる有効屈折率ｎｅｆｆは以下のように定義される。
ｎｅｆｆ＝β／ｋ０
上式で、βは導波路の伝搬定数、ｋ０は自由空間波数である。
【００２０】
開口部には、導波路１２の誘電材料と同じ誘電材料、または屈折率が大きい別の均一な誘電材料を充填することができる。総テーパ角度は約０°〜約１２０°であるが、最高の効率を提供する最適な角度が存在するであろう。
【００２１】
図４は、図１の導波路１４の代わりに使用できる別の導波路６０の空気軸受け面の平面図である。導波路６０は、Ｚ方向に積み重ねた複数の層６２、６４、および６６を含む多層構造である。各層は、開口部、空隙、またはスロット６８で分離されている。導波路１２の焦点２８に向けられた光は開口部６８に進入し、導波路６０によってさらに集束し、開口部の第２の端部で光スポットを形成する。一例では、各層は金属製で、中心層６４は、外層６２および６６とは異なる金属である。別の例では、中心層は金属で、外層６２および６６は誘電材料である。図４の例では、層６４の開口部Ｗ１は層６２および６６の開口部Ｗ２より小さい。
【００２２】
図５は、図１の光トランスデューサの要素の等角図である。開口部の壁間のなす角度θは、約０°〜約１２０°である。
【００２３】
図６は、光トランスデューサの性能をモデル化に使用した記憶媒体７０の側面図である。記憶媒体は、基板７２と、ヒートシンク層７４と、熱バリア層７６と、磁気記憶層７８と、誘電層８０とを含む。一例では、記憶層上の潤滑／保護塗膜層などの誘電層８０は８ｎｍの厚みで、ｎ＝１．５の屈折率でモデル化でき、磁気記憶層７８は１５ｎｍの厚みのコバルト層でよく、ＺｒＯ２などの熱バリア層７６は、１０ｎｍの厚みであってもよく、ヒートシンク層７４は金であってもよく、基板７２はガラスまたはシリコンであってもよい。なお、以下屈折率をｎで表わす。
【００２４】
熱アシスト磁気記録（ＨＡＭＲ）では、記録ヘッドの磁極は、光学部品と完全に一体化できる。図７〜図９に示すように、一構成では、導波路のスロット中央にテーパ状の磁気書き込み極が導入され、該磁気書き込み極は空気軸受け面（ＡＢＳ）から引っ込んでいる。図７は、磁気書き込み極９０の一部と導波路９２の一部の側面図である。図８は、図７の導波路９２の空気軸受け面９４の平面図である。図示の導波路は、層９６、９８および１００を含む。上記のように、各層は金属製であってもよい。または中心層は金属層で、外層は誘電材料であってもよい。楕円１０２は光スポットを示す。
【００２５】
図９は、記録ヘッド１０４と隣接する記憶媒体１０６との概略側面図である。記録ヘッドは、ヨーク１０６を介して戻り極１０４に磁気的に結合された書き込み極９０を含む。周知の技術によれば、コイル（図示せず）を用いて書き込み極内で磁気書き込みフィールドを誘導することができる。記録ヘッドは、第１の導波路１１０と第２の導波路９２とを含む光トランスデューサ１０８をさらに含む。図７、図８、図９の構造では、書き込み極９０は導波路９２の開口部中心付近の極片を有する。
【００２６】
別の方法では、図１０〜図１２に示すように、書き込み極は２つの極片に分割され、２つの極片の端部は金属で導波路内に埋め込まれて遮蔽されている。第２の方法では、２つの金属極片間の中央の開口部内の書き込みフィールドは媒体に垂直であってもよい。
【００２７】
図１０は、磁気書き込み極１２０の一部と導波路１２２の一部の側面図である。図１１は、図１０の導波路１２２の空気軸受け面１２４の平面図である。図示の導波路は層１２６、１２８および１３０を含む。上記のように、層は金属製であってもよい。または中心層は金属層で、外層は誘電材料であってもよい。楕円１３２は、光スポットを示す。図示の書き込み極１２０は、導波路の開口部１３８の両側に配置された２つの極片１３４および１３６を示す。
【００２８】
図１２は、記録ヘッド１４０と隣接する記憶媒体１４２との概略側面図である。記録ヘッドは、ヨーク１４６を介して戻り極１４４に磁気的に結合された書き込み極１２０を含む。周知の技術によれば、コイル（図示せず）を用いて書き込み極内で磁気書き込みフィールドを誘導することができる。記録ヘッドは、第１の導波路１５０と第２の導波路１２２とを含む光トランスデューサ１４８をさらに含む。図１０、図１１、図１２の構造では、書き込み極は、第２の導波路の開口部の両側に配置された２つの極片に分割される。
【００２９】
上記の例は、ウェーハレベルの薄膜プロセスに適合することができる。めっきプロセスを用いて多層金属構造の成長を制御することができる。合焦したスポットサイズは、テーパ状のスロットの端部仕切りと中心の金属層の堆積厚みを変化させることでスケーラブルになる。製作プロセスで光および磁気アラインメントを達成することができる。
【００３０】
いくつかのトランスデューサの性能のシミュレーションを行った。一例では、図１に示すように、中実の液浸鏡（ＳＩＭ）導波路１２は、導波路１４上に光を合焦させる。ＳＩＭは、５０μｍの上部開口部および約６μｍの端部を有するものとする。図６に示す磁気記憶媒体は、ガラス基板上にコーティングされた５ｎｍの厚みの誘電層（ｎ＝１．５）、１５ｎｍの厚みのコバルト層、１０ｎｍの熱バリア層、および金のヒートシンク層を含むものとする。直径１００ｎｍ、高さ１５ｎｍの円柱の体積に吸収される合焦した光スポットに集中する光電力を計算することで、光効率が評価されている。１５ｎｍの厚みの磁気層内の総吸収効率も計算される。
【００３１】
一例では、第１の導波路は、コア材料にＴａ２Ｏ５（ｎ＝２．１）、およびクラッディング材料にＡｌ２Ｏ３（ｎ＝１．６）を使用する。コア厚み１００ｎｍ、光波長６６０ｎｍで、基本ＴＥ導波路モードの有効屈折率ｎｅｆｆは、１．７５１４である。金属テーパ状のスロット導波路１４は、２つのアルミニウム（ｎ＝１．５３＋ｉ７．８９）層の間に挟まれた銀の層（ｎ＝０．１４＋ｉ４．２）を含む。導波路１４は、長さが１７５ｎｍで、幅が端部４８で２０ｎｍ、入口４６で２８８ｎｍである。テーパ角度は、θ＝７５°である。銀の層の厚みは４０ｎｍである。スロット内の層構造は、第１の導波路と同じである。
【００３２】
図１３は、光スポット１３２の中心を通るＸおよびＺ方向の電界強度の計算結果を示す。Ｘ方向に沿ったＦＷＨＭの光スポットのサイズは約３３ｎｍ、Ｚ方向のサイズは約４８ｎｍである。光電力の約１０．７％が合焦スポットに集中する１００ｎｍ径の円柱内に吸収され、厚みが１５ｎｍの磁気層内の総吸収効率は３３．２％に達する。
【００３３】
ヘッド−媒体間の空間が、２．５ｎｍの厚みの保護塗膜層、２．５ｎｍの厚みのエアギャップ、および２．５ｎｍの厚みの潤滑膜を含めて７．５ｎｍに変化すると、ＦＷＨＭのスポットサイズは約４０ｎｍ×８０ｎｍになり、吸収された電力部分は５．０％に低下する。モデリングの結果、スポットサイズと効率は共に、１００ｎｍ〜２００ｎｍの範囲の中心層の厚みの変化に影響されないことがわかる。
【００３４】
比較例として、導波路１４がない場合の光電力を計算した。光スポット１３２の中心を通るラインスキャンプロファイルを図１４に示す。ＦＷＨＭの光スポットサイズは、Ｘ方向に１４８ｎｍ、Ｚ方向に１５８ｎｍで、サイドローブを含む総吸収効率は約４８．５％である。これは、誘電層８０が５０ｎｍの場合に、導波路１４は、光伝送効率が２２．１％でＳＩＭ合焦スポットを１４．８倍に圧縮するということを意味する。
【００３５】
図１５は、中心の銀の層がない金属テーパを有する導波路の計算結果を示す。ＦＷＨＭの光スポットのサイズはＸ方向に４３ｎｍ、Ｚ方向に１３８ｎｍになる。磁気層内の１００ｎｍの円柱の体積内の吸収電力の効率は、約１０．８％、厚みが１５ｎｍの磁気層内の総吸収効率は約３５％である。これらの結果は、銀の層４０が、光伝送効率を大幅に変えることなくＺ方向のスポットサイズを２．８８倍低減するのに重要な役割を果たすということを示す。すなわち、銀の層があることで光スポットは凝縮され、合焦がくっきりとする。
【００３６】
別の例では、金の層に挟まれたテーパ状の導波路内の中心の金属層に銅を用いる。形状パラメータは、上述の例と同じである。図１６は、ＦＷＨＭの光スポットサイズがＸ方向に約３３ｎｍ、Ｚ方向に約８５ｎｍであるという計算結果を示す。形状パラメータを最適化することで、スポットサイズをさらに低減することができる。１００ｎｍの円柱内の吸収電力の効率は、約５．６％、厚みが１５ｎｍの磁気記録層内の総吸収効率は約１１．８％である。
【００３７】
別の例では、第１の導波路は、コア材料にＴａ２Ｏ５（ｎ＝２．１）、クラッディング材料にＡｌ２Ｏ３（ｎ＝１．６）を使用する。コア厚み１２５ｎｍ、光波長８３０ｎｍで、基本ＴＥ導波路モードの伝搬定数βは、１．７５である。金属テーパ３６は、３つの金属層を含み、金の層（ｎ＝０．１８９＋ｉ５．４１）が２つのアルミニウム（ｎ＝２．７３＋ｉ８．３）層の間に挟まれている。金属テーパの最大テーパ角度は、５５°である。金属テーパの長さは８０ｎｍで、幅は、端部４８で１５ｎｍ、入口４６で９８ｎｍである。金の層の厚みは５０ｎｍである。スロット内の層構造は、第１の導波路と同じである。
【００３８】
図１７は、合焦スポットの中心を通るＸおよびＺ方向の電界強度の計算結果を示す。Ｘ方向に沿ったＦＷＨＭの光スポットサイズは、約３３ｎｍ、Ｚ方向のサイズは約７５ｎｍである。１００ｎｍの円柱内の吸収電力の効率は、５．６％、厚みが１５ｎｍの磁気記録層内の総吸収効率は２０．１％である。
【００３９】
比較例として、図１８に導波路１４がない場合を示す。ＦＷＨＭの光スポットサイズは、Ｘ方向に１７８ｎｍ、Ｚ方向に２０３ｎｍである。記憶媒体内の総吸収効率は３１．１％である。これは、ヘテロ構造金属テーパが光伝送効率が約１８％でスポットを約１４．６倍に圧縮するということを意味する。
【００４０】
図１９は、本発明の別の態様による光トランスデューサ１６０の側面断面図である。図２０は、線２０−２０に沿って切断した図１９の光トランスデューサの断面図である。図２１は、図１９の光トランスデューサの空気軸受け面１６２の一部の平面図である。
【００４１】
図１９、図２０、および図２１の光トランスデューサは、２つの導波路１６４および１６６を含む。この例では、導波路１６４は、図１の導波路１２と同様である。導波路１６４は、光が導波路内に結合する平面導波路で、光を焦点または焦点領域１６８内の回折限界スポットに合焦させる合焦要素が形成される。この例の導波路は、例えば、Ｔａ２Ｏ５などの案内層１７０と、例えば、Ａｌ２Ｏ３などのクラッディング層１７２および１７４を含む中実の液浸鏡（ＳＩＭ）を形成する。空気またはアルミニウムの材料１７５は、光線１７８を焦点に反射する側壁１７６に隣接して配置される。例えば、紫外線、赤外線または可視光線の電磁波を矢印１７８で示す。導波路内を移動する光は、放物線状の側壁１７６で反射し、焦点領域１６８に向けられる。クラッディング層は、案内層より屈折率が小さい。空気は、好適なクラッディング層である。この例の合焦要素は、中実の液浸鏡である。しかし、モードインデックスレンズなどのその他のタイプの合焦要素も使用できる。光は、格子結合、エンドファイア技術、テーパ状の導波路などを用いて多くの方法で導波路１６４内に放射することができる。
【００４２】
導波路１６６は、開口部またはスロット１８２を画定する形状の金属構造１８０を含む。この例では、開口部の壁１８４および１８６は、実質的に平面状で、表面１６２の方向に収束する。したがって、開口部１８２は、第１の導波路１６４の平面に平行なＹ方向に沿ってテーパ状に形成される。すなわち、開口部のサイズは、第１の導波路から遠ざかるにつれて減少する。各壁は、導波路１６４の平面に実質的に垂直な各平面にある。各々の壁は、Ｙ軸に対して０°〜６０°の角度に傾斜している。
【００４３】
導波路１６６は、さらに、第２の層１９２と第３の層１９４との間に配置される第１の層１９０を含む多層構造１８８をさらに含む。第１の層は、コアまたは案内層の働きをする。第２および第３の層は、クラッディング層である。層１９０、１９２および１９４は、Ｚ方向に積み重なっている。
【００４４】
導波路１６４の焦点に向けられた光は、第１の端部１９６から開口部に進入し、導波路１６６によってさらに集束し、開口部の第２の端部１９８で光スポットを形成する。一例では、各層は誘電材料で、コア層１９０は、外層１９２および１９４とは異なる材料である。開口部にテーパを付けて、第１の端部１９６が第２の端部１９８より広くすることができる。
【００４５】
開口部内で、光は、外側のクラッディング層１９２および１９４の屈折率によってＺ方向に閉じ込められる。Ｘ方向に、光は、開口部の壁１８４および１８６によって閉じ込められる。開口部は、下端部で数十ナノメートルの大きさであってもよい。光伝送効率を高めるために、開口部はビーム伝搬方向、すなわち、Ｙ方向にテーパ状に形成することができ、屈折率が小さい誘電材料の薄膜層２００を開口部の内壁１８４および１８６上にコーティングすることができる。導波路１６６のテーパ状の部分は、金属部材１８０によって画定されるスロット１８２内に配置される。スロットは、層１９０、１９２、および１９４の両側に配置された壁１８４および１８６を含む。スロットは、第３の壁２０２をさらに含む。誘電材料の第２の層１９２は、第１の層１９０と第３の壁２０２との間に配置される。第３の壁は、光スポットをＺ方向に閉じ込める。層１９４は空気であってもよい。この装置内で、磁気記録用の磁気極を、Ｚ方向またはＸ方向から集積することができる。例えば、磁気記録ヘッドに用いる場合、磁気書き込み極を図１９〜図２１の構造の層１９４に隣接して、またはその内部に配置することもできる。
【００４６】
別の例では、スロットに、導波路１６４の案内層の誘電材料と同じ誘電材料、またはＺ方向の閉じ込めを良好にするために選択した別の誘電材料を充填できる。導波路１６６はＹ方向に短いため、例えば、シリコンなどの屈折率が大きいが吸収効率が低い材料をコア層に使用できる。また、導波路１６４の焦点領域を導波路１６６内に配置して開口部の底部における合焦ビームをよりくっきりさせ、伝送効率を高めることができる。
【００４７】
導波路１６６は、Ｘ方向の長さ制限がない。その結果、スロット導波路内の光の吸収による熱を放散する熱放散チャネルが提供される。
【００４８】
導波路１６６は、多層構造を含む。テーパ状の部分は、Ｚ方向の３つ以上の誘電層で構成できる。光は、Ｘ方向に薄誘電膜２００によって閉じ込められる。仕切りがいかに小さくても、電界がＸ方向に偏光される伝搬ＴＥモードが存在する。Ｚ方向に沿って、光は、金属部材内のスロットの壁２０２によって閉じ込められる。
【００４９】
スロット壁１８４および１８６の総テーパ角度は、約０°〜約１２０°であるが、最高の効率を提供する最適な角度が存在するであろう。
【００５０】
金属部材のスロットの壁に屈折率が小さい材料をコーティングする必要性は、導波路１６６内で使用するコア材料と電磁波の波長λとに依存する。表面プラズモン（ＳＰ）は、誘電材料と誘電率がε０およびεｍの金属との界面に沿って伝搬する周知の電磁波である。ＳＰの存在条件は、ＴＭ偏光（すなわち、界面に平行な磁界）と、ε０＋εｍ＜０である。例えば、自由電子の誘電体のＤｒｕｄｅモデルεｍ＝１−ω２ｐ／ω２（ただし、ωｐはバルクプラズマ周波数、ωは角周波数）で、これらの条件は、ωｃ＝ωｐ／√（１＋ε０）で高い周波数カットオフを導く。銀および金の場合、ωｐ＝３．８ｅＶである。コア材料にシリコンを用いる場合、λ＝８３０ｎｍでε０＝１３．５４である。その結果、λｃ＝１．２４μｍの短波長カットオフとなる。従って、光波長が、λ＝８３０ｎｍである場合、シリコン／金の界面にＳＰの伝搬は生じない。これを克服する１つの方法は、金属表面と屈折率が大きい材料との間に小さい屈折率ε１を有する誘電材料の薄い層を挿入し、ωｃ→ωｐ／√（１＋ε１）とすることである。例えば、シリカで、ε１＝２．１３、λｃ≧０．５８μｍである。こうして、ＳＰは、λ＝０．８３μｍのシリコン・コアを備えた導波路１６６内で伝搬することができる。
【００５１】
導波路１６６内のスロットは、光をＸ方向に閉じ込め、同時に大きい伝搬定数を提供する。この結果、Ｚ方向の閉じ込めが良好となり、スロットの開口部での勾配が急になる。この開口部に記憶媒体に急激な遷移のデータを書き込むための磁気極を配置してもよい。さらに、壁における金属内部の接線電界は、ゼロになる。そのため、Ｚ方向に壁がない場合と比べてコアに閉じ込められる光の量は、はるかに増加する。例えば、導波路１６６の多層構造１８８のコア材料に屈折率ｎ＝２．２のＴａ２Ｏ５を使用し、クラッディング材料にＡｌ２Ｏ３（ｎ＝１．６５）を使用する場合、シミュレーションによれば、半値全幅（ＦＷＨＭ）でのモード閉じ込めを少なくとも８０ｎｍに低減できることが示された。なお、最適なＦＷＨＭは金属スロットがない対応するスラブ導波路で１６０ｎｍであることに留意されたい。
【００５２】
一例では、中実の液浸鏡（ＳＩＭ）導波路１６４は、導波路１６６上に光を合焦させる。図１９〜図２１の例を用いて、記憶層の中心平面の電界強度および吸収を計算した。計算にあたり、ＳＩＭは、５０μｍの上部開口部と約６μｍの末端を有するものとした。導波路１６４の平面に平行な入射ビームは、直径が１／ｅ２で５０μｍのガウスプロファイルを有するものとした。光電力は、１ワットとする。磁気記憶媒体は、ガラス基板上にコーティングされた厚みが８ｎｍの誘電層（ｎ＝１．５）、厚みが１５ｎｍのコバルト層、１０ｎｍの熱バリア層、金のヒートシンク層を含むものとした。
【００５３】
２つの導波路は、異なるコア材料を使用するものとした。光波長は、λ＝８３０ｎｍとした。導波路１６４は、屈折率ｎ＝２．２の厚みが１２０ｎｍのＴａ２Ｏ５のコア層を含み、導波路１６６は、屈折率ｎ＝３．６７３＋ｉ０．００５の厚みが４０ｎｍのＳｉのコア層を含んでいる。両方の導波路は、導波路平面に平行な方向のｎ＝１．６５のクラッディング層にアルミナを使用した。２つの導波路は、ＳＩＭ焦点面で合流するものとした。導波路２の金属材料として金（ｎ＝０．１８８＋ｉ５．３９）が使用された。
【００５４】
金属テーパは、底部で３０ｎｍの幅の開口部と上部で２３０ｎｍの幅の開口部とを有するように設定した。金属テーパの長さは、２１０ｎｍとした。１０ｎｍのＳｉＯ２層をテーパ壁と導波路との間に充填した。テーパ壁は、最大角度５３°を形成する向きとした。スロット空隙は、Ｚ方向に１２０ｎｍとした。上部のＡｌ２Ｏ３のクラッディング層は、厚みが２０ｎｍ、底面は６０ｎｍとした。
【００５５】
計算の結果、電界と光吸収の両方が閉じ込められ、半値全幅（ＦＷＨＭ）＝（４４ｎｍ、５６ｎｍ）であった。予測どおり、フィールドプロファイルは、Ｚ軸に沿って非対称であり、スロット開口部では急激な勾配を示し、磁気極を近くに配置して急激な磁気遷移を書き込むことができる。１５ｎｍ記憶層内の総吸収効率は２０％に達する計算になった。
【００５６】
図１９〜図２１の構造の効率を上側の導波路しかない構造の効率と比較するため、各構造のシミュレーションを計算した。第２の導波路がないと、吸収スポットはＦＷＨＭ＝（１７４ｎｍ、２０７ｎｍ）となり、サイドローブを含む総吸収効率は３６％である。したがって、金属スロット導波路１６６はスポットを１５倍に圧縮し、ピーク強度を３．５倍に増加させる。
【００５７】
上記および他の実施形態は、添付の特許請求の範囲内に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明のある態様による光トランスデューサの概略断面図である。
【図２】図１の線２−２に沿って切断したトランスデューサの一部分の断面図である。
【図３】図１の光トランスデューサの空気軸受け面の平面図である。
【図４】光トランスデューサの別の例の空気軸受け面の平面図である。
【図５】図１の光トランスデューサの要素の等角図である。
【図６】光トランスデューサの性能をモデル化に使用するための記憶媒体の側面図である。
【図７】磁気書き込み極の一部と導波路の一部の側面図である。
【図８】図７の導波路の空気軸受け面の平面図である。
【図９】記録ヘッドと隣接する記憶媒体との概略側面図である。
【図１０】別の磁気書き込み極の一部と導波路の一部の側面図である。
【図１１】図１０の導波路の空気軸受け面の平面図である。
【図１２】別の記録ヘッドと隣接する記憶媒体との概略側面図である。
【図１３】図６の記憶媒体の記憶層内の光の吸収のシミュレーションのグラフである。
【図１４】図６の記憶媒体の記憶層内の光の吸収のシミュレーションのグラフである。
【図１５】図６の記憶媒体の記憶層内の光の吸収のシミュレーションのグラフである。
【図１６】図６の記憶媒体の記憶層内の光の吸収のシミュレーションのグラフである。
【図１７】図６の記憶媒体の記憶層内の光の吸収のシミュレーションのグラフである。
【図１８】図６の記憶媒体の記憶層内の光の吸収のシミュレーションのグラフである。
【図１９】本発明の別の態様による光トランスデューサの断面図である。
【図２０】線２０−２０に沿って切断した図１９の光トランスデューサの断面図である。
【図２１】図１９の光トランスデューサの空気軸受け面の一部の平面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０  光トランスデューサ
１２，１４  導波路
１６  中心層または案内層
１８，２０  クラッディング層
２２  空気またはＡｌの材料
２４  側壁
２６  電磁波
２８  焦点または焦点領域
３０  導波路の端部
３８，４０，４２  層
４６  第１の端部
４８  第２の端部
５０  薄膜層
５２  内壁
６０  導波路
６２，６４，６６  積み重ねた複数の層
６８  開口部
７０  記憶媒体
７２  基板
７４  ヒートシンク層
７６  熱バリア層
７８  磁気記憶層
８０  誘電層
９０  磁気書き込み極
９２  導波路
９４  空気軸受け面
９６，９８，１００  層
１０２  楕円
１０４  記録ヘッド
１０６  ヨーク
１０８  光トランスデューサ
１１０  導波路
【図１】
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【図２】
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【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】
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【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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