(57)【要約】【課題】小型で簡単な構成でありながら効率良く集光し射出することができる光学素子、この光学素子を提供する。【解決手段】一部の輪郭形状が放物線であり、先端部が平面であるコア層と、該コア層と接するクラッド層と、を有し、前記コア層に結合された光が前記放物線の焦点に収束され、前記先端部から光が射出される光学素子であって、前記コア層には、該コア層に光が照射される位置に、照射される光を前記コア層の内部に導入し、導入した光を前記放物線の軸に対して垂直な方向に進む光として結合させる回折格子と、前記回折格子により結合され、前記放物線の軸に垂直な方向に進む光を該放物線の軸に平行な方向に偏向する偏向部と、が形成され、前記回折格子は、前記放物線の軸に対して平行に複数の溝が所定の周期で形成されていることを特徴とする光学素子。【選択図】図３
2009283051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一部の輪郭形状が放物線であり、先端部が平面であるコア層と、該コア層と接するクラッド層と、を有し、前記コア層に結合された光が前記放物線の焦点に収束され、前記先端部から光が射出される光学素子であって、
前記コア層には、
該コア層に光が照射される位置に、照射される光を前記コア層の内部に導入し、導入した光を前記放物線の軸に対して垂直な方向に進む光として結合させる回折格子と、
前記回折格子により結合され、前記放物線の軸に垂直な方向に進む光を該放物線の軸に平行な方向に偏向する偏向部と、が形成され、
前記回折格子は、前記放物線の軸に対して平行に複数の溝が所定の周期で形成されていることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
光照射により近接場光を生じるプラズモンプローブが前記放物線の焦点に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光学素子と、
前記光学素子の前記回折格子に光を照射する光源と、を備えていることを特徴とする光記録ヘッド。
【請求項４】
磁気記録媒体に磁気記録を行う磁気記録部を備えていることを特徴とする請求項３に記載の光記録ヘッド。
【請求項５】
請求項４に記載の光記録ヘッドと、
磁気記録媒体と、
前記光記録ヘッドにより前記磁気記録媒体に磁気記録を行う制御をする制御部と、を備えている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、光学素子、光記録ヘッド及び光記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気記録方式では、記録密度が高くなると磁気ビットが外部温度等の影響を顕著に受けるようになる。このため高い保磁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。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、そ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。
【０００３】
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式は光アシスト式と呼ばれている。光アシスト式で超高密度記録を行う場合、必要なスポット径は２０ｎｍ程度になるが、通常の光学系では回折限界があるため、光をそこまで集光することはできない。そこで、非伝搬光である近接場光を用いて加熱する方式がいくつか提案されている（例えば、特許文献１、２）。
【０００４】
特許文献１に記載の光トランスジューサでは、電磁放射線、例えばレーザ光を金属ナノ構造体（プラズモンプローブとも呼ばれる）に照射して近接場光（局在プラズモン）を発生させてその近接場光を加熱手段としている。具体的には、光トランスジューサは、光ファイバ等で導いた光を２つのグレーティング（回折格子）で薄膜プレーナー状光波ガイドに結合し、光波ガイドに結合された光は、金属ナノ構造体である金属ピンを露光するように集光される。２つのグレーティングは、結合された光に位相差を持たせ、集光時に２つのビームが合成されている。
【０００５】
一般にレーザ光源や光ファイバやポリマー等の導波路から出力される光ビームは、そのビームプロファイルが単峰の円又は楕円形状である。このような単峰の光ビームを上記の２つのグレーティングに照射する場合、光エネルギーの高い中心部が２つのグレーティングの何れも形成されていない中央部分を照射することになり、十分に光結合できないため効率が良くない。これに対応する方法として、特許文献２において、互いに傾斜させた第１の回折格子と第２の回折格子を互い違いに斜めに配置して、２つの回折格子の中間部分の間隙を無くした平面導波路が示されている。
【特許文献１】特開２００５−１１６１５５号公報
【特許文献２】特開２００６−２０２４６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２に記載の平面導波に配置された回折格子は、特許文献１に記載のグレーティングと同じく、回折格子の入射面に対して所定の角度に傾けて入力する必要がある。この所定の角度を設定するための光学素子としては、プリズムや回折格子やミラーが挙げられるが、こうした光学素子を要するために構成が複雑になり、製造コストが上昇し、容易に組み立てができないといった問題がある。また、構成部品の増加と記録媒体面に対して垂直方向に角度を持つ入射角度を確保するために光学系が大きくなってしまうという問題があった。
【０００７】
また、単峰のプロファイルを持つビームが回折格子に入射する場合、２つのグレーティングに均等にエネルギーを分配するためにはビームの中心を２つの回折格子が隣接する側の端部に位置合わせする必要がある。この端部は回折構造が不連続であるため連続している場合と比較して回折効率が低く、この部分に照射する光ビームの最もエネルギーが大きい位置を合わせることになるため、光エネルギーを有効利用できないという問題があった。更に、２つの光路の位相差を生じさせるためにグレーティングの構成が複雑となり容易に作製できないという問題もあった。
【０００８】
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、小型で簡単な構成でありながら光を効率良く集光し射出することができる光学素子、この光学素子を用いた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】
【０００９】
上記の課題は、以下の構成により解決される。
【００１０】
１．  一部の輪郭形状が放物線であり、先端部が平面であるコア層と、該コア層と接するクラッド層と、を有し、前記コア層に結合された光が前記放物線の焦点に収束され、前記先端部から光が射出される光学素子であって、
前記コア層には、
該コア層に光が照射される位置に、照射される光を前記コア層の内部に導入し、導入した光を前記放物線の軸に対して垂直な方向に進む光として結合させる回折格子と、
前記回折格子により結合され、前記放物線の軸に垂直な方向に進む光を該放物線の軸に平行な方向に偏向する偏向部と、が形成され、
前記回折格子は、前記放物線の軸に対して平行に複数の溝が所定の周期で形成されていることを特徴とする光学素子。
【００１１】
２．  光照射により近接場光を生じるプラズモンプローブが前記放物線の焦点に設けられていることを特徴とする１に記載の光学素子。
【００１２】
３．  １又は２に記載の光学素子と、
前記光学素子の前記回折格子に光を照射する光源と、を備えていることを特徴とする光記録ヘッド。
【００１３】
４．  磁気記録媒体に磁気記録を行う磁気記録部を備えていることを特徴とする３に記載の光記録ヘッド。
【００１４】
５．  ４に記載の光記録ヘッドと、
磁気記録媒体と、
前記光記録ヘッドにより前記磁気記録媒体に磁気記録を行う制御をする制御部と、を備えていることを特徴とする光記録装置。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の光学素子によれば、コア層に回折格子と偏向部を備える小型で簡単な構成でありながら回折格子に照射された光を効率良く集光しコア層の先端部より射出できる。また、本発明の光記録ヘッド及び光記録装置によれば、上記の効果を奏する光学素子を備えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は、小さな光スポットを発生することに使用することができる光学素子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するために使用する光記録ヘッドに使用できる。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
図２は、光記録ヘッド３の一例の記録書き込み周辺部の断面を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、光学素子２０、磁気記録部４０等を備えている。
【００２０】
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。
【００２１】
光源５０は、例えばＤＦＢレーザ素子、面発光レーザ素子、光ファイバ射出端部、ポリマー導波路出力端部等とこれらから射出する光を後述する光学素子２０に設けてある回折格子に集光させる複数枚のレンズを備えた光学系を組み合わせたものが挙げられる。光源５０は、光学素子２０に設けてある回折格子に光を照射できればよく、上記の構成に限定されず、他の例として面発光レーザ素子の光射出面にマイクロレンズ等の光学素子を集積したもの、フォトニック結晶端面発光レーザとしてもよい。
【００２２】
光源５０から射出された光５２は、光学素子２０を照射する。光５２は、後述するように、光学素子２０の照射面に対して垂直方向に入射する。このため、光学素子２０への入射角（＞０）を持たせるためのミラー等の光学部品が不要となり、これらの光学部品の配置空間や光路を確保が不要となり、光記録ヘッド３の厚み（ディスク２の記録面に対して垂直方向）を薄くすることができる。また、光記録ヘッド３を構成する光学部品を少なくすることにより、光損失を抑えることもできる。光源５０を固定する位置は、図２のようにサスペンション４としているが、アーム５に固定してもよい。光源５０を光記録ヘッド３より離して配置することは、光記録ヘッド３が光源５０の発熱の影響を受け難くする点、および光源５０の重さや光源によって生じる付加的な応力によってスライダ３０の浮上が妨げられない点で好ましい。
【００２３】
光学素子２０は、光を入力する回折格子と、入力された光を導波して射出するコア層とクラッド層からなる導波路とを備えている。光５２は、回折格子を介して導波路、詳しくはコア層に結合される。コア層に結合された光は、回折格子の両側に配置されている偏向部に進み、略９０度偏向された後コア層の先端部２４に進み集光される。
【００２４】
先端部２４の集光位置には、光照射により近接場光を生じる金、銀、アルミニウム等の金属からなるピン形状のプラズモンプローブ２５（以降、プローブと称する。）が設けてあり、プローブ２５によって生じた近接場光６０によってプローブ先端近傍の記録媒体が加熱される。近接場光による光スポットの大きさはピン形状先端の細さによって決まり、例えばピン先端の曲率半径が数十ナノメートルの場合は光スポットのサイズも数十ナノメートルであり、エネルギーはプローブ先端の周辺数十ナノメートルに集中する。
【００２５】
またプローブ２５の形状は円柱のピン形状ではなくてもよく、例えばディスク２の記録面に向かって縦長の三角錐形状や円錐であってもよい。また、スライダ３０のディスク２に対する浮上量は例えば１０ナノメートル以下であるので近接場光のエネルギーが強い領域を利用できる。光学素子２０に関しては、以降で詳しく説明する。
【００２６】
近接場光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。
【００２７】
尚、図２ではディスク２の記録領域の進入側から退出側（図の矢印２ａ方向）にかけて、光学素子２０、磁気記録部４０の順に配置されている。このように、光学素子２０の退出側直後に磁気記録部４０が位置すると加熱された記録領域の冷却が進みすぎない内に書き込みができるので好ましい。また、磁気記録部４０の退出側又は光学素子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。
【００２８】
光学素子２０に関して説明する。光学素子２０の正面図（光５２が入射する側）を図３、側面図を図４、斜視図を図５にそれぞれ模式的に示す。光学素子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、光が入力される回折格子２９が形成されている。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て効率良く進み、先端部２４に到達する。
【００２９】
コア層２１の屈折率は、１．９から４．０程度とし、クラッド層２２の屈折率は、１．０から２．０程度としてもよい。クラッド層２２の屈折率より大きな値の屈折率を持つコア層２１を形成することにより、コア層２１は、内面反射によりより効率良く光を導波することができる。クラッド層２２の屈折率に対するコア層２１の屈折率の比を大きくするに従って、コア層２１は、より多くの光をコア層２１の内部に閉じ込めることができる。尚、コア層２１のクラッド層２２と接する反対面には空気があり、この空気は、クラッド層として作用する。
【００３０】
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。
【００３１】
コア層２１は、図３に示すように、回折格子２９と、反射面２１１、２１２と、側面２１５、２１６を備えている。反射面２１１、２１２は、後述の回折格子２９により結合された光を後述の放物線の軸Ｃ方向に偏向する偏向部であり、側面２１５、２１６は、偏向された光を反射により焦点Ｆに向かって集光するように形成されている。
【００３２】
側面２１５、２１６の形状は、放物線であって、図３に示すように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２１５、２１６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く、同様に反射面２１１、２１２にも上記の反射物質を設けてもよい。
【００３３】
また、導波路のコア層２１は、ディスク２に隣接する放物線の先端が切断されたような平面形状の先端部２４を備えている。焦点Ｆから放射される光は急に広がるため、先端部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、先端部２４に焦点Ｆを形成してもよい。
【００３４】
先端部２４の近傍にプローブ２５を設けるのが好ましい。焦点Ｆに集光される光がプローブ２５に照射されることにより、微小な光スポットとして近接場光を生じディスク２を照射することができる。
【００３５】
コア層２１に設けてある回折格子２９は、コア層２１に設けてある側面２１５、２１６の形状である放物線の軸Ｃに対して平行で、軸Ｃに対して垂直方向に所定の周期を備えている複数の溝で構成されている。例えば球面レンズ等で構成される光学系（図示しない）を用いて光源５０から射出し集光する光５２は、回折格子２９に垂直（回折格子２９への入射角がゼロとする）に入射し回折格子２９を照射する。
【００３６】
図３において、光５２により回折格子２９を照射する光を光スポット５５で示している。光スポット５５は、回折格子２９を介してコア層２１に結合される。回折格子２９は、上述の通り単純な構成であるため公知のフォトリソグラフィー技術やエッチング処理を用いて容易に製造できる。また、光スポット５５が照射される領域に回折格子の不連続部分がないため照射される光エネルギーを効率良くコア層２１に結合することができる。
【００３７】
放物線の軸Ｃに対して垂直な面による回折格子２９の断面を図６に模式的に示す。図６において、回折格子２９は、放物線の軸Ｃ（紙面に対して垂直方向）に平行で、軸Ｃに対して垂直方向に周期Λを持つ溝で構成されている。図６に示すように、周期Λを適切に設定し、回折格子２９が形成されている面に対して垂直に光を入射（光５２）させると、回折格子２９で回折された＋１次光５２３、−１次光５２４はコア層２１に結合され、左右対称に進むようにすることができる。±１次光の両者をコア層２１に結合できるため、入射光５２を効率良く利用することができる。又、後述するプローブ２５に電界ベクトルを揃えて強めあう集光を実現する上で有効となる。尚、５２１は、照射光５２が回折格子２９を含むコア層２１を透過した透過光を示し、５２２は、照射光５２が回折格子２９を含むコア層２１で反射した反射光を示している。
【００３８】
光源５０から射出する光５２に対して、回折格子２９への入射が垂直となるように調整する場合、回折格子２９の軸Ｃに沿う方向の設定より、軸Ｃに垂直な方向の設定の方がより精度が必要である。このより高精度を要する調整方向は、光記録ヘッド３のスライダ３０の浮上特性に影響を与えない方向、すなわちディスク２の記録面に対して平行方向であるため、回折格子２９に入射光５２が効率良く垂直に入射できるようにする調整を容易に行うことができる。
【００３９】
尚、比較として、回折格子が形成されている面に対して所定の入射角θ（θ＞０）でもって光を回折格子に入射させ、コア層に光を結合させる場合について図７を用いて説明する。所定の周期Λ１を備えた回折格子８９に所定の角度θ１で入射する光がコア層８１に結合するようにした場合、＋１次光９２３は、図６に示す＋１次光５２３と比較して、より多くの光量とすることができるが、−１次光９２４は、進行方向が＋１次光９２３と対称方向とならないでコア層８１内を進むことができず、導波路に結合されないため損失となる。回折格子を照射する光の入射角とコア層への光結合との関係に関しては、後で更に説明する。
【００４０】
図３、４、５に戻って、回折格子２９を照射した光は、図６に示したように＋１次光５２３、−１次光５２４となって、軸Ｃに対して垂直な方向にコア層２１に結合して進み、光路を偏向する偏向部である反射面２１１、２１２に入射する。この入射光は、入射角を４５度とする反射面２１１、２１２により、軸Ｃに平行な方向に偏向される。偏向されコア層２１内を進む光は、側面２１５、２１６に入射、反射して焦点Ｆに集束させることができる。
【００４１】
図８において、矢印Ｅ１０からＥ２２は、回折格子２９によりコア層２１に結合した光の電界の瞬時値を模式的に表している（但し、反射面２１１、２１２での位相ずれ、光路による位相ずれは軸Ｃを挟んで対称であるとして同じとしている）。また回折格子２９に入射する光の偏波はＴＥ波を仮定している。図８において、光照射位置Ｐから焦点Ｆまでの光路ｐ１とｐ２の物理長差はないものとする。回折格子２９に垂直に入力された光スポット５５は、軸Ｃに垂直な方向である±Ｙ軸方向へ伝搬するモードに均等に結合する。±Ｙ軸方向へ伝搬する±１次光は反射面２１１、２１２で、９０度偏向されて進み側面２１５、２１６入射、反射されて焦点Ｆに集光される。
【００４２】
図８に示した通り、±Ｙ軸方向に伝搬する光の初期の電界ベクトルＥ１０、Ｅ２０が反射面２１１、２１２や側面２１５、２１６の折り曲げ方向に対して対称なために、集光位置である焦点Ｆにおいて電界ベクトルを揃えることができる。すなわち、プローブ２５の長軸方向に電界ベクトルを揃えることができる。従って、光路ｐ１とｐ２の位相差を調整することなく一つの回折格子２９を用いた簡単な構成で、プローブ２５の長軸方向に電界ベクトルを揃えて強めあう集光を実現でき、効率良く近接場光を発生させることができる。
【００４３】
反射部は、図３に反射面２１１、２１２として示すミラーに代えて、図９に模式的に示すフォトニックバンドギャップを利用した反射構造２１Ａ、２１Ｂや周期的な屈折率差をつけた導波路グレーティングを用いた反射構造２１Ｅ、２１Ｆとしても実現できる。図９に示した反射構造２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｅ、２１Ｆは、それぞれ周期的な空孔や溝によって構成する方法があり、空孔や溝の作製は公知のフォトリソグラフィー技術やエッチング処理などを用いて行うことができる。
【００４４】
また、回折格子２９は、その溝の断面形状を矩形としているが、これに限定されず、台形、鋸歯（ブレーズ）、正弦波としてもよい。
【００４５】
回折格子を照射する光の入射角とコア層への光結合との関係に関して説明する。図１０（ａ）は、図６、図７と同様に、コア層１１０に備えた回折格子１１５に入射する入射光１０２がコア層１１５に光結合する様子を模式的に断面図で示している。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＪで示す回折格子の一部を拡大して示す図である。回折格子１１５は、周期Λとする凹凸形状の格子が形成されている。回折格子１１５を照射する光は、入射角θｑの入射光とし、コア層１１０に結合してコア層１１０に沿ったＹ方向に進む光は、回折次数がｑのｑ次光１０３とする。
【００４６】
入射光の波長λｏが１．５μｍを例にすると、ｎｃは例えば空気の屈折率（１．０）、ｎｆはコア層（Ｓｉ）の屈折率（３．５）、ｎｓはクラッド層（ＳｉＯ２）の屈折率（１．４４）が挙げられる。入射光が可視光帯において、コア材料のＳｉは大きな損失を持つため、Ｓｉに代わってＴａ２Ｏ５などが好ましい。また前述した通り、導波路に効率良く光を閉じこめるためには、コア層をなす材料の屈折率をクラッド層をなす材料の屈折率よりも大きくすることが必要である。導波路の後述する等価屈折率をｎｅｆｆとすると、導波路内の等価波長λｅｆｆは、λｅｆｆ＝λｏ／ｎｅｆｆである。ここでλｏは真空中の波長である。上記で説明したことより、回折格子１１５に入射する光がコア層１１０に結合されうる際、光の入射角θｑは、ブラッグの回折条件の以下の式（１）を満たす必要がある。ここでｎｃ＜ｎｅｆｆであるのでｑ＝０の角度では結合することができない。
ｎｅｆｆ×ｋｏ＝ｎｃ×ｋｏ×ｓｉｎθｑ＋ｑ×Ｋ  （ｑ＝０、±１、±２、・・）    （１）
但し、
Ｋ＝２×π／Λ
ｋｏ（真空中の波数）＝２×π／λｏ
ｑは回折格子の回折次数であり、ｑ＝±１が主な回折成分である。ｑの値が＋１より大きい、またはｑの値が−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。結合効率を上げるためには、回折効率の良いｑ＝±１次光をコア層１１０内に結合できるように回折格子の周期Λを設定する場合がある。この場合、回折格子１１５の周期Λは、０．１×λｅｆｆ〜１０×λｅｆｆ程度の範囲が用いられる。式（１）から垂直入射時は、θｑ＝０であるので、
ｎｅｆｆ×ｋｏ＝ｑ×Ｋ    （ｑ＝０、±１、±２、・・）
従って、
Λ＝ｑ×（λｏ／ｎｅｆｆ）    （ｑ＝０、±１、±２、・・）      （２）
となり周期Λをλｏ／ｎｅｆｆに一致させれば１次光をコア層１１０内に結合させることが可能となる。
【００４７】
また、水平入射の場合は入射角θｑ＝９０（°）であるので、
ｎｅｆｆ×ｋｏ−ｎｃ×ｋｏ＝ｑ×Ｋ    （ｑ＝０、±１、±２、・・）
従って、
Λ＝ｑ×（λｏ／（ｎｅｆｆ−ｎｃ））    （ｑ＝０、±１、±２、・・）      （３）
となり、周期Λをλｏ／（ｎｅｆｆ−ｎｃ）とすれば１次光をコア層１１０内に結合させることができる。
【００４８】
ここで、ｑ＝１として、具体例を挙げて、回折格子１１５への入射角θ１と回折格子の周期Λとの関係に関して説明する。図１０において、入射光１０２の波長λｏを６３３ｎｍ、ｎｃは空気の屈折率（１．０）、ｎｆはコア層１１０（Ｔａ２Ｏ５）の屈折率（２．０９）、ｎｓはクラッド層（ＳｉＯ２）の屈折率（１．４７）とし、コア層１１０の厚みｔ＝０．１μｍとする。回折格子１１５は、図１０に示すように、断面形状が矩形状で周期Λ、深さΔ＝２０ｎｍの凹形状を備え、凹凸のデューティ比を５０％としている。
【００４９】
このときコア層１１０である導波路をなす面に平行な偏波であるＴＥ０次モードにおける等価屈折率ｎｅｆｆは、モード解析により１．６１と求めることができる。モード解析については文献（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。
【００５０】
図１０の構成において式（１）で示した入射角θ１と周期Λの関係を図１１に示す。図１１に示したように周期Λをλｏ／ｎｅｆｆからλｏ／（ｎｅｆｆ−ｎｃ）の間で変化させることで０から９０度の範囲で入射角度θ１を設定することができる。図１１において、周期Λは０．６×λｏから１．６×λｏの範囲で変化させてあり、周期Λを０．６×λｏとすると、回折格子１１５に光を垂直入射（入射角θ１＝０）としてコア層１１０に±１次光を光結合できることを示しており、図６を用いて上記で説明したように、コア層１１０の＋Ｙ、−Ｙ方向の伝搬モードにそれぞれ均等に結合された光を伝搬させることができる。
【００５１】
これまで説明したように、回折格子２９に垂直に照射された光は、±１次光として導波路のコア層２１に光結合し、結合した光が放物線の軸Ｃに対して垂直方向に対称に進み、反射面で偏向された後、放物線の軸Ｃに平行に進み、放物線形状の側面に入射、反射してコア層２１の先端部２４の焦点Ｆに集光することができる。また、上記の通り簡単な構成でありながら、電界ベクトルを揃えてプローブ２５を照射することができ、効率良く近接場光を生じさせることができる。このため、光学素子２０は、小型で簡単な構成でありながら、先端部２４より効率良く光を射出することができ、この光学素子２０を用いることにより光効率の良い光記録ヘッド３、光記録装置１００を得ることができる。
【００５２】
また、これまで説明した光記録ヘッド３は、ディスク２に対する情報記録に光を利用する光アシスト式磁気記録ヘッドであるが、記録媒体に対する情報記録に光を利用し、磁気記録部４０や磁気再生部４１を有しない、例えば、近接場光記録、相変化記録等の記録を行う光記録ヘッドとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【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】光記録ヘッドの一例の断面図を示している。
【図３】導波路の正面図を示す図である。
【図４】導波路の側面図を示す図である。
【図５】導波路の斜視図を示す図である。
【図６】回折格子を説明する図である。
【図７】従来の回折格子を説明する図である。
【図８】焦点に集光する光の電界ベクトルを説明する図である。
【図９】偏向部の例を示す図である。
【図１０】（ａ）は、回折格子に入射する入射光がコア層に光結合する様子を模式的に示す断面図である。（ｂ）は、（ａ）のＪで示す回折格子の一部を拡大して示す図である。
【図１１】回折格子に入射する光が光導波路に光結合する際の入射角と回折格子の周期との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
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  光学素子
２１  コア層
２１１、２１２  反射面
２１５、２１６  側面
２２  クラッド層
２４  先端部
２５  プラズモンプローブ
２９  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
５２  光
５２３  ＋１次光
５２４  −１次光
５５  光スポット
６０  近接場光
Ｃ  軸
Ｆ  焦点
Ｐ  位置
ｐ１、ｐ２  光路
【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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