(57)【要約】  本発明は、サイズが大きくて高い光伝搬性を有する光照射ヘッドを得ること目的とし、本発明の光照射ヘッドは、第１の低消衰材料からなる光軸に沿った第１伝搬部と、第１伝搬部を対で挟む、第２の低消衰材料からなる第２伝搬部と、第２伝搬部における光の伝搬性よりも悪い伝搬性を有する、第２伝搬部の外側から更に第１伝搬部および第２伝搬部を対で挟む材料からなる第１閉じ込め部と、第１閉じ込め部における光の伝搬性よりもよい伝搬性を有する材料からなる、第１閉じ込め部の外側から更に対で挟む第３伝搬部とを有する。また、本発明の光照射ヘッド設計装置は、Ｆマトリクスに基づいた方程式を解くことで光軸方向の複素伝搬定数を算出し、光照射ヘッドを見通しよく設計する。
2005112014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複素屈折率の虚数部が実質的に無視できる程度に小さい第１の低消衰材料からなる、光の入射元から出射先に至る光軸に沿った第１伝搬部と、
複素屈折率の虚数部が実質的に無視できる程度に小さく、複素屈折率の実数部が前記第１伝搬部における複素屈折率の実数部よりも大きい第２の低消衰材料からなる、前記光軸に交わる少なくとも１つの軸交方向について前記第１伝搬部を対で挟む第２伝搬部と、
前記第２伝搬部における光の伝搬性よりも悪い、非伝搬であることも許容された任意の伝搬性を有する材料からなる、前記軸交方向について前記第２伝搬部の外側から更に前記第１伝搬部および前記第２伝搬部を対で挟む第１閉じ込め部と、
前記第１閉じ込め部における光の伝搬性よりもよい伝搬性を有する材料からなる、前記軸交方向について該第１閉じ込め部の外側から更に対で挟む、該第１閉じ込め部の該軸交方向の厚さよりも厚い第３伝搬部とを有することを特徴とする光照射ヘッド。
【請求項２】
前記第３伝搬部における光の伝搬性よりも悪い、非伝搬であることも許容された任意の伝搬性を有する材料からなる、前記軸交方向について該第３伝搬部の外側から更に対で挟む、前記第１閉じ込め部の該軸交方向の厚さよりも厚い第２閉じ込め部と、
前記第２閉じ込め部における光の伝搬性よりもよい伝搬性を有する材料からなる、前記軸交方向について該第２閉じ込め部の外側から更に対で挟む第４伝搬部と、
前記第４伝搬部における光の伝搬性よりも悪い、非伝搬であることも許容された任意の伝搬性を有する材料からなる、前記軸交方向について該第４伝搬部の外側から更に対で挟む第３閉じ込め部とを更に有することを特徴とする請求項１記載の光照射ヘッド。
【請求項３】
前記第４伝搬部および前記第３閉じ込め部が、それぞれ、前記第３伝搬部および前記第２閉じ込め部を構成する材料と同じ材料からなり、前記軸交方向の合計厚さが前記第３伝搬部および前記第２閉じ込め部の合計厚さよりも厚いものであることを特徴とする請求項１記載の光照射ヘッド。
【請求項４】
所定の情報記憶媒体に光を照射し、その照射した光を情報再生と情報記録とのうち少なくともいずれか一方に用いる情報記憶装置であって、
複素屈折率の虚数部が実質的に無視できる程度に小さい第１の低消衰材料からなる、光の入射元から出射先に至る光軸に沿った第１伝搬部と、
複素屈折率の虚数部が実質的に無視できる程度に小さく、複素屈折率の実数部が前記第１伝搬部における複素屈折率の実数部よりも大きい第２の低消衰材料からなる、前記光軸に交わる少なくとも１つの軸交方向について前記第１伝搬部を対で挟む第２伝搬部と、
前記第２伝搬部における光の伝搬性よりも悪い、非伝搬であることも許容された任意の伝搬性を有する材料からなる、前記軸交方向について前記第２伝搬部の外側から更に前記第１伝搬部および前記第２伝搬部を対で挟む第１閉じ込め部とを有する光照射ヘッド、および
光を前記光照射ヘッドの入射元から該光照射ヘッド中に入射させる光導入部を備えたことを特徴とする情報記憶装置。
【請求項５】
前記光照射ヘッドと一体に形成された磁気ヘッドを備え、
前記情報記憶媒体に前記磁気ヘッドで磁界を印加し、その印加した磁界を情報再生と情報記録とのうち少なくともいずれか一方に用いることを特徴とする請求項４記載の情報記憶装置。
【請求項６】
前記光照射ヘッドが、前記情報記憶媒体に対し、照射する光の波長の１０分の１以下に接近するものであることを特徴とする請求項４記載の情報記憶装置。
【請求項７】
光の入射元から出射先に至る光軸に交わる少なくとも１つの軸交方向について層状構造を有する光照射ヘッドにおける各層の厚さを設定する厚さ設定部と、
層を挟んだ電磁界の伝搬を表した各層のＦマトリクス
【数１】
2005112014.tif 000012
（ｄｎ：ｎ番目の層の厚さ、εｎ：ｎ番目の層の複素誘電率、βｎ＝√（εｎｋ０２−Λ２）：ｎ番目の層の位相伝搬定数、ｋ０：入射光の波数、Λ：光軸に沿った方向への光の伝搬性を表した、各層に共通の複素伝搬定数）
の積と、前記光軸上でのインピーダンス（磁界／電界）が０であるという境界条件とで得られる、前記光軸に沿った方向への光の伝搬性を表した複素伝搬定数を変数とする方程式を解いて複素伝搬定数を算出する伝搬定数算出部と、
前記伝搬定数算出部によって算出された複素伝搬定数に基づいて、前記層状構造における光の伝搬性能を評価する性能評価部と、
前記性能評価部による評価の結果に応じて、前記各層の厚さを修正して前記伝搬定数算出部に複素伝搬定数を算出し直させる厚さ修正部とを備えたことを特徴とする光照射ヘッド設計装置。
【請求項８】
前記性能評価部が、複素伝搬定数の実部が大きいことを肯定し、該複素伝搬定数の虚部が大きいことを否定する評価を行うものであることを特徴とする請求項７記載の光照射ヘッド設計装置。
【請求項９】
コンピュータに組み込まれ、該コンピュータ上に、
光の入射元から出射先に至る光軸に交わる少なくとも１つの軸交方向について層状構造を有する光照射ヘッドにおける各層の厚さを設定する厚さ設定部と、
層を挟んだ電磁界の伝搬を表した各層のＦマトリクス
【数２】
2005112014.tif 000013
（ｄｎ：ｎ番目の層の厚さ、εｎ：ｎ番目の層の複素誘電率、βｎ＝√（εｎｋ０２−Λ２）：ｎ番目の層の位相伝搬定数、ｋ０：入射光の波数、Λ：光軸に沿った方向への光の伝搬性を表した、各層に共通の複素伝搬定数）
の積と、前記光軸上でのインピーダンス（磁界／電界）が０であるという境界条件とで得られる、前記光軸に沿った方向への光の伝搬性を表した複素伝搬定数を変数とする方程式を解いて複素伝搬定数を算出する伝搬定数算出部と、
前記伝搬定数算出部によって算出された複素伝搬定数に基づいて、前記層状構造における光の伝搬性能を評価する性能評価部と、
前記性能評価部による評価の結果に応じて、前記各層の厚さを修正して前記伝搬定数算出部に複素伝搬定数を算出し直させる厚さ修正部とを構成することを特徴とする光照射ヘッド設計プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光を伝搬して照射する光照射ヘッド、およびそのような光照射ヘッドを用いた情報記憶装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報化社会の進展に伴い、情報量は増大の一途を辿っている。この情報量の増大に対応して、飛躍的に高い記録密度の情報記録方式及びそれに基づく記録再生装置が待望されている。【０００３】
高密度記録実現のための記録方式として、入射光の波長よりも小さい微小開口を作製し、その開口部から発生する光を利用して、光の波長より小さいビームスポットを形成する光記録方式が注目されている。【０００４】
光気記録方式の従来の微小開口として、例えば特許文献１に記載されているように、先鋭化された光ファイバの先端に開口が設けられたものが知られている。即ち、先端部が先鋭化された光ファイバが金属膜で被覆されて、収束イオンビーム（ＦＩＢ）等の粒子ビームで被覆及び先鋭化された部分の一部が切除されて開口が作製される。【０００５】
他の従来技術として、平面板に、斜面を持つ開口が作製されたものが特許文献２に開示されている。即ち、Ｓｉ基板がリソグラフィ技術でパターニングされ、そのパターンが異方性エッチングされて逆ピラミッド型の窪みが作製され、基板の最深部となる逆ピラミッドの頂点が基板裏面に貫通されたものである。貫通の方法は、Ｓｉ基板の裏面が研磨される方法や、エッチングが行われる方法などが知られている。【０００６】
また、非特許文献１には、光伝搬効率を改善するために、光ファイバの尖鋭化されたコアの先端に金属を蒸着する方法が開示されている。【０００７】
さらに、非特許文献２には、ビームスポットサイズと伝搬効率を共に向上させる光ファイバの形状が開示されている。【０００８】
また光照射ヘッドの特許文献３に開示された例では、ヘッド先端部の高屈折率誘電体材料が台形状となる対称な二次元パターンで作製した平面構造のヘッド形状が採用されており、この特許文献３には、台形状の傾斜面と平面構造でスポット径を縮小化する構造が開示されている。
【特許文献１】特開平１０−２０６６６０号公報
【特許文献２】米国特許第５６８９４８０号明細書
【特許文献３】特開２００２−１８８５７９号公報
【非特許文献１】”Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ”，１９９８，Ｖｏｌ５，Ｎｏ．６，ｐ３６９−３７３
【非特許文献２】”Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ”，Ｖｏｌ７３，Ｎｏ．１５
【０００９】
しかし、光ファイバでは光の利用効率が悪く、例えば開口径が１００ｎｍの場合に、入射光強度に対する出射光強度が０．００１％以下である。このため、光ファイバの根本から先端に向かうに従ってとがり角が複数段階で変化する構造や、先端の微笑開口の中心に微少な金属球が形成された構造などが提案されているが、光ファイバ端部を先鋭化して微小開口を形成する方法は、金属膜の蒸着成膜にむらがあり、更にエッチング溶液の濃度や光ファイバの材料組成に起因するエッチング速度の不安定性の問題がある。さらに、光ファイバの円錐状に先鋭化した頂角の作製の不安定性及び、ＦＩＢによる先端部の切除制御の困難性といった、量産プロセスの問題があるし、光ファイバを利用しているため、高速データ転送化の常套手段であるマルチヘッド化も困難である。【００１０】
さらに、光ファイバを利用した従来の高効率化技術では、金属に囲まれた先端の円錐形状により、入射光は光ファイバ内部の円錐面でのレンズ効果により電場が集中する位置があり、上記非特許文献２では、電場が集中する面に開口面を配置し、ビームスポットの縮小化と高効率化を行っている。この方法は有効ではあるが、極めて高い加工精度が必要であるので、上記と同様に加工上の問題を有している。【００１１】
半導体基板をエッチングして微小開口を形成する方法には、数十ｎｍの開口サイズに対するエッチングの進行速度の不安定性や、一定のエッチング量に対するＳｉ基板の厚みむらによる開口部サイズの不安定性や、半導体基板の切り出し時における結晶方位のずれによるエッチング部の形状の不安定性といった作製プロセス上の問題がある。また逆ピラミッド形状は半導体基板固有の結晶方位で決まるため、所望の最適な角度に制御できないことがある。更に、基板の剥離や溶解の工程が多いために材料の消費が激しくなり、コスト高になるという問題がある。  【００１２】
これらの問題点を鑑みて、上記特許文献３で提案された光照射ヘッドでは、ヘッド先端部が二次元パターンで作製され、ヘッド内の光伝搬材料に高屈折率材料が使用されることによって、光や電場強度が集中するスポットのサイズが縮小されている。また、この光照射ヘッドは、二次元パターンの光伝搬材料を挟んだ多層構造を有しており、これらの多層間での光干渉によって光伝搬材料に光が集中している。この光照射ヘッドは、二次元パターンや多層構造をリソグラフィ技術などの応用で作成することができるので、高い精度の加工が可能である上に、磁気センサヘッドとともに一体加工することも容易である。しかし、従来の構造では、高い効率で光を伝搬することができる光照射ヘッドを、製造や加工などに余裕のある十分な大きさに設計することが難しく、サイズが大きくても高い光伝搬性を有するような構造の工夫が求められている。また、このような光照射ヘッドにおける多層構造の設計時には、従来は、多層間での光干渉をシミュレーションで確認しながら各層厚を修正するという方式が採用されているので設計の効率が悪く、もっと見通しのよい設計が可能な設計装置が望まれている。
【発明の開示】
【００１３】
本発明は、上記事情に鑑み、サイズが大きくて高い光伝搬性を有する光照射ヘッド、そのような光照射ヘッドを備えて高密度の情報記憶が可能な情報記憶装置、光照射ヘッドを効率よく設計することができる光照射ヘッド設計装置、およびコンピュータに組み込まれてそのコンピュータに光照射ヘッドを効率よく設計させる光照射ヘッド設計プログラムを提供することを目的とする。
【００１４】
上記目的を達成する本発明の光照射ヘッドは、複素屈折率の虚数部が実質的に無視できる程度に小さい第１の低消衰材料からなる、光の入射元から出射先に至る光軸に沿った第１伝搬部（図３の４１）と、
複素屈折率の虚数部が実質的に無視できる程度に小さく、複素屈折率の実数部が第１伝搬部における複素屈折率の実数部よりも大きい第２の低消衰材料からなる、上記光軸に交わる少なくとも１つの軸交方向について第１伝搬部を対で挟む第２伝搬部（図３の４２）と、
第２伝搬部における光の伝搬性よりも悪い、非伝搬であることも許容された任意の伝搬性を有する材料からなる、上記軸交方向について第２伝搬部の外側から更に第１伝搬部および第２伝搬部を対で挟む第１閉じ込め部（図３の４３）と、
第１閉じ込め部における光の伝搬性よりもよい伝搬性を有する材料からなる、上記軸交方向について第１閉じ込め部の外側から更に対で挟む、第１閉じ込め部の軸交方向の厚さよりも厚い第３伝搬部（図３の４４）とを有することを特徴とする。
【００１５】
ここで、「少なくとも１つの軸交方向について…挟む」とは、１つの軸交方向を有する多層構造、複数の軸交方向を有する格子構造、光軸を取り囲む全方向が軸交方向となる多重の筒構造等を全て含むことを意味している。
【００１６】
本発明の光照射ヘッドには第２伝搬部が存在し、この第２伝搬部の存在によって、光照射ヘッドを伝搬する光の損失が大幅に低減されるとともに、光軸上に光が効率よく集中される。この結果、サイズが大きくても高い光伝搬性を有する光照射ヘッドが得られる。
【００１７】
本発明の光照射ヘッドは、
第３伝搬部における光の伝搬性よりも悪い、非伝搬であることも許容された任意の伝搬性を有する材料からなる、上記軸交方向について第３伝搬部の外側から更に対で挟む、第１閉じ込め部の軸交方向の厚さよりも厚い第２閉じ込め部（図３の４５）と、
第２閉じ込め部における光の伝搬性よりもよい伝搬性を有する材料からなる、上記軸交方向について第２閉じ込め部の外側から更に対で挟む第４伝搬部（図３の４６）と、
第４伝搬部における光の伝搬性よりも悪い、非伝搬であることも許容された任意の伝搬性を有する材料からなる、上記軸交方向について第４伝搬部の外側から更に対で挟む第３閉じ込め部（図３の４７）とを更に有することが好適である。
【００１８】
このような第２閉じ込め部、第４伝搬部、第３閉じ込め部の存在によって、光軸上への光の集中が更に向上する。
【００１９】
また、本発明の光照射ヘッドは、
上記第４伝搬部および上記第３閉じ込め部が、それぞれ、第３伝搬部および第２閉じ込め部を構成する材料と同じ材料からなり、上記軸交方向の合計厚さが第３伝搬部および第２閉じ込め部の合計厚さよりも厚いものであることが好適である。
【００２０】
このような好適な構成の光照射ヘッドによれば、光照射ヘッドを伝搬する光のサイドローブを低減させて、光軸上への光のさらなる集中を図ることができる。
【００２１】
上記目的を達成する本発明の情報記憶装置は、
所定の情報記憶媒体に光を照射し、その照射した光を情報再生と情報記録とのうち少なくともいずれか一方に用いる情報記憶装置であって、
複素屈折率の虚数部が実質的に無視できる程度に小さい第１の低消衰材料からなる、光の入射元から出射先に至る光軸に沿った第１伝搬部と、
複素屈折率の虚数部が実質的に無視できる程度に小さく、複素屈折率の実数部が第１伝搬部における複素屈折率の実数部よりも大きい第２の低消衰材料からなる、上記光軸に交わる少なくとも１つの軸交方向について第１伝搬部を対で挟む第２伝搬部と、
第２伝搬部における光の伝搬性よりも悪い、非伝搬であることも許容された任意の伝搬性を有する材料からなる、上記軸交方向について第２伝搬部の外側から更に第１伝搬部および前記第２伝搬部を対で挟む第１閉じ込め部とを有する光照射ヘッド、および
光を前記光照射ヘッドの入射元から該光照射ヘッド中に入射させる光導入部を備えたことを特徴とする。
【００２２】
本発明の情報記憶装置によれば、光導波路によって導かれた光が光照射ヘッドによって効率的に光軸上に集中されて小さな集光スポットが得られるので高密度の情報記憶が実現される。
【００２３】
ここには本発明の情報記憶装置の基本形態が示されているが、本発明の光照射ヘッド設計装置には、この基本形態のみではなく、前述した光照射ヘッドの各形態に対応する各種の形態も含まれる。
【００２４】
さらに本発明の情報記憶装置は、
「  光照射ヘッドと一体に形成された磁気ヘッドを備え、
情報記憶媒体に磁気ヘッドで磁界を印加し、その印加した磁界を情報再生と情報記録とのうち少なくともいずれか一方に用いる」
という形態が好適である。この好適な形態の情報記憶装置によれば、光照射ヘッドと磁気ヘッドとが一体形成されているため、組み立て時や動作制御時には両ヘッドの相対的な位置ずれが回避される。この結果、高精度の装置が容易に得られることとなる。
【００２５】
また、本発明の情報記憶装置は、上記光照射ヘッドが、情報記憶媒体に対し、照射する光の波長の１０分の１以下に接近するものであることが好適である。
【００２６】
このように光照射ヘッドが情報記憶媒体に近接することによって近接場光が生じ、情報記憶媒体に効率よく光が照射されることとなる。
【００２７】
上記目的を達成する本発明の光照射ヘッド設計装置は、
光の入射元から出射先に至る光軸に交わる少なくとも１つの軸交方向について層状構造を有する光照射ヘッドにおける各層の厚さを設定する厚さ設定部と、
層を挟んだ電磁界の伝搬を表した各層のＦマトリクス
【数１】
2005112014.tif 000003
（ｄｎ：ｎ番目の層の厚さ、εｎ：ｎ番目の層の複素誘電率、βｎ＝√（εｎｋ０２−Λ２）：ｎ番目の層の位相伝搬定数、ｋ０：入射光の波数、Λ：光軸に沿った方向への光の伝搬性を表した、各層に共通の複素伝搬定数）
の積と、上記光軸上でのインピーダンス（磁界／電界）が０であるという境界条件とで得られる、上記複素伝搬定数Λを変数とする方程式を解いて複素伝搬定数Λを算出する伝搬定数算出部と、
伝搬定数算出部によって算出された複素伝搬定数Λに基づいて、上記層状構造における光の伝搬性能を評価する性能評価部と、
性能評価部による評価の結果に応じて、上記各層の厚さを修正して伝搬定数算出部に複素伝搬定数を算出し直させる厚さ修正部とを備えたことを特徴とする。
【００２８】
本発明の光照射ヘッド設計装置によれば、Ｆマトリクスに基づいた方程式の解として容易に算出される複素伝搬定数Λによって層状構造の伝搬性能が把握されるので、光照射ヘッドの設計の見通しがよく、各層の厚さ調整が繰り返されることで所望の伝搬性能が得られる。
【００２９】
本発明の光照射ヘッド設計装置は、上記性能評価部が、複素伝搬定数の実部が大きいことを肯定し、その複素伝搬定数の虚部が大きいことを否定する評価を行うものであることが好適である。
【００３０】
このような好適な光照射ヘッド設計装置によれば、有効屈折率を表した複素伝搬定数の実部が大きく、伝搬損失を表した複素伝搬定数の虚部が小さい光照射ヘッドが容易に得られることとなる。
【００３１】
上記目的を達成する本発明の光照射ヘッド設計プログラムは、
コンピュータシステムに組み込まれ、そのコンピュータシステム上に、
光の入射元から出射先に至る光軸に交わる少なくとも１つの軸交方向について層状構造を有する光照射ヘッドにおける各層の厚さを設定する厚さ設定部と、
層を挟んだ電磁界の伝搬を表した各層のＦマトリクス
【数２】
2005112014.tif 000004
（ｄｎ：ｎ番目の層の厚さ、εｎ：ｎ番目の層の複素誘電率、βｎ＝√（εｎｋ０２−Λ２）：ｎ番目の層の位相伝搬定数、ｋ０：入射光の波数、Λ：光軸に沿った方向への光の伝搬性を表した、各層に共通の複素伝搬定数）
の積と、上記光軸上でのインピーダンスが０であるという境界条件とで得られる、上記光軸に沿った方向への光の伝搬性を表した複素伝搬定数を変数とする方程式を解いて複素伝搬定数を算出する伝搬定数算出部と、
伝搬定数算出部によって算出された複素伝搬定数に基づいて、上記層状構造における光の伝搬性能を評価する性能評価部と、
性能評価部による評価の結果に応じて、上記各層の厚さを修正して伝搬定数算出部に複素伝搬定数を算出し直させる厚さ修正部とを構成することを特徴とする。
【００３２】
本発明の光照射ヘッド設計プログラムによれば、本発明の光照射ヘッド設計装置の各構成要素がコンピュータシステムによって容易に構成される。
【００３３】
なお、本発明にいう光照射ヘッド設計プログラムについては、ここではその基本形態のみを示すのにとどめるが、これは単に重複を避けるためであり、本発明にいう光照射ヘッド設計プログラムには、上記の基本形態のみではなく、前述した光照射ヘッド設計装置の各形態に対応する各種の形態が含まれる。
【００３４】
また、本発明の光照射ヘッド設計プログラムが組み込まれるコンピュータシステムは、１台のコンピュータと周辺機器からなるものであってもよく、あるいは複数台のコンピュータを含むものであってもよい。
【００３５】
さらに、本発明の光照射ヘッド設計プログラムがコンピュータ上に構成する伝搬定数算出部などといった要素は、１つの要素が１つのプログラム部品によって構築されるものであってもよく、１つの要素が複数のプログラム部品によって構築されるものであってもよく、複数の要素が１つのプログラム部品によって構築されるものであってもよい。また、これらの要素は、そのような作用を自分自身で実行するものとして構築されてもよく、あるいは、コンピュータに組み込まれている他のプログラムやプログラム部品に指示を与えて実行するものとして構築されても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本発明の情報記憶装置の第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】図２は、光照射ヘッド部分の拡大斜視図である。
【図３】図３は、層構造の説明図である。
【図４】図４は、光照射ヘッド設計装置として動作するコンピュータシステムの外観図である。
【図５】図５は、本発明の光照射ヘッド設計プログラムの一実施形態を示す図である。
【図６】図６は、本発明の光照射ヘッド設計装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。
【図７】図７は、最適設計時の固有関数を表すグラフである。
【図８】図８は、最適設計時の電磁界のシミュレート結果を示す正面図である。
【図９】図９は、最適設計時の電磁界のシミュレート結果を示す側面図である。
【図１０】図１０は、最適設計時のビームスポットのＸ方向形状を表すグラフである。
【図１１】図１１は、最適設計時のビームスポットのＹ方向形状を表すグラフである。
【図１２】図１２は、本発明の光照射ヘッドの第２実施形態を表す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の実施形態について説明する。【００３８】
図１は、本発明の情報記憶装置の第１実施形態を示す斜視図である。
ここには、ヘッド１と情報記憶媒体２とを備え、ヘッド１で情報記憶媒体２に情報の記録および再生を行う光アシスト型の情報記憶装置が示されている。但し、この図１に図示されているのは情報記憶装置のヘッド１近辺のみであり、それ以外の構成部分については、周知の光アシスト型の情報記憶装置と同等であるので説明は省略する。【００３９】
この情報記憶装置のヘッド１は、リソグラフィ技術によって、光照射ヘッド１０と再生磁気センサヘッド２０と記録磁気ヘッド３０とが一体に形成されたものであり、矢印Ｒの方向に回転する情報記憶媒体２に近接して配置されている。この光照射ヘッド１０は、本発明の光照射ヘッドの第１実施形態に相当する。【００４０】
光照射ヘッド１０と再生磁気センサヘッド２０は、記録磁気ヘッド３０の下部コアを兼ねた上部磁気シールド３２と、下部磁気シールド３１との間に形成されており、光照射ヘッド１０は、光源からの光を導く光導波路１５に接続されている。この光導波路１５は、本発明にいう光導入部の一例に相当する。【００４１】
光照射ヘッド１０は、光導波路１５によって導かれてきた光を情報記憶媒体２上に照射するものである。但し、ここでは、光は伝搬波として出射されるのではなく、光照射ヘッド１０の近傍（光の波長の１０分の１以下）に振動電場として偏在しており、その光照射ヘッド１０が情報記憶媒体２に十分に接近することにより、その振動電場が、波としての光と同様に作用する。【００４２】
記録磁気ヘッド３０は、下部コアを兼ねた上部磁気シールド３２と、磁場発生用のコイル３３と、上部コア３４とで構成されており、下部コアと上部コア３４との隙間に磁場が発生する。【００４３】
情報記憶媒体２の回転に伴って、情報記憶媒体２上の、所望の情報が記録されあるいは再生される場所は、再生磁気センサヘッド２０、光照射ヘッド１０、記録磁気ヘッド３０の順で通過していく。情報記録時には、光照射ヘッド１０による光照射によって情報記憶媒体２上の所望の位置が熱せられ、直後に記録磁気ヘッド３０によって磁場が印加される。これにより、小さな磁界強度での情報記録が可能となる。また、情報再生時には、再生磁気センサヘッド２０によって所望の場所における磁化の方向が検出されて情報が再生される。【００４４】
前述の構造のヘッド１では、記録磁気ヘッド３０と光照射ヘッド１０との間隔が数μｍ程度以下であるので、情報記憶媒体２の外周から内周に至るまで、円周方向における磁場照射と光照射の位置ずれ（スキュー）が無視できるという利点がある。また、光照射ヘッド１０によって情報記憶媒体２に照射される光のスポットは、円周方向にやや長めとなっている。これにより、磁界レーザパルス変調による、いわゆる三日月記録が可能となり、情報の高密度化が図られる。【００４５】
なお、トラッキングに関しては、磁気ディスク記録におけるトラッキング技術と同様にサンプルサーボ方式が用いられている。これにより高精度なトラッキングが可能となる。        【００４６】
次に光照射ヘッド１０の構造の詳細について説明する。【００４７】
図２は、光照射ヘッド部分の拡大斜視図である。【００４８】
上述したように光照射ヘッド１０は光導波路１５に接続されており、光導波路１５は、例えばＳｉＯ２やＭｇＦ２などといった誘電体材料をコアにして作成されたものである。光照射ヘッド１０は、光導入部１１、３０°の頂角を有する先端部１２、中央が１２０°に折れた入射面１３、出射面１４を有しており、光導入部１１および先端部１２の周囲はアルミニウムで覆われている。光導波路１５によって導かれてきた光は、入射面１３から光導入部１１に入射して先端部１２へと伝搬され、出射面１４上で光スポットとなって出射される。【００４９】
この光照射ヘッド１０の光導入部１１と先端部１２は多層構造を有しており、この多層構造によって出射面１４上での光スポットサイズが縮小されている。また、光スポットサイズは、先端部１２の頂角が小さいほど縮小されるが、一方で、先端部１２の頂角が小さいほど先端部１２が長く、光の伝搬距離も長い。このため吸収や波長限界に起因した電磁場の減衰が大きく、光照射ヘッド１０による電磁場の伝搬効率は小さい。光照射ヘッドにおいて、伝搬効率は大きいほど望ましいので、一般的には、光スポットサイズと伝搬効率という２種類の相反する性能評価の妥協によって頂角が決定されている。【００５０】
本発明では、光導入部１１および先端部１２を構成している層構造の工夫によって光導入部１１および先端部１２における伝搬定数そのものの向上が図られており、この結果、後で詳述するように、総合的な能力の高い光照射ヘッド１０が得られる。【００５１】
図３は、層構造の説明図である。【００５２】
ここでは、上述した光照射ヘッドの層構造の概念についてまず説明し、その後で、本実施形態で実際に採用した層構造を説明する。この図３に示されたＺ軸は光照射ヘッドの光軸に相当し、Ｙ軸の方向は、本発明にいう軸交方向の一例に相当する。Ｘ軸はこの図に垂直な方向となっており、光照射ヘッドを構成する各層はＸＺ面に平行な層である。【００５３】
この図３に示す層構造の中央には、光軸に沿った第１層４１が存在し、その第１層４１をＹ方向に挟んだ１対の第２層４２と、それら第１層４１および第２層４２をＹ方向に挟んだ１対の第３層４３と、その第３層４３の外側から更にＹ方向に挟んだ１対の第４層４４が存在している。【００５４】
第１層４１を構成する材料は、入射光に対する複素屈折率の虚数部が実質的に無視できる程度に小さい材料であり、例えば波長４００ｎｍの光の場合には、以下に掲げるような各種の材料から選択される（括弧内は複素屈折率の実数部の値）。即ち、ＳｉＯ２（１．５６７）、Ａｌ２Ｏ３（１．７８６）、ＭｇＯ（１．７６１）、ＢｅＯ（１．７２９）、ＮａＣｌ（１．５６７）、ＫＣｌ（１．５１１）、（Ｃ２Ｈ４）ｎ（１．４９５）、ＢａＦ２（１．４８３）、ＣａＦ２（１．４４２）、ＬｉＦ（１．３９９）、ＭｇＦ２（１．３８４）、ＮａＦ（１．３３２）、ＺｒＮ（０．９９５）などから選択される。これらの材料は、本発明にいう第１の低消衰材料の例であり、第１層４１は本発明にいう第１伝搬部の一例に相当する。【００５５】
また、第２層４２を構成する材料も、入射光に対する複素屈折率の虚数部が実質的に無視できる程度に小さい材料であり、複素屈折率の実数部は第１層４１における実数部よりも大きい。例えば波長４００ｎｍの光の場合には、以下に掲げるような各種の材料から選択される（括弧内は複素屈折率の実数部の値）。即ち、ＺｎＳ（２．４３７）、ＫＮｂＯ３（２．４６５）、ｄｉａｍｏｎｄ（２．４６３）、ＬｉＮｂＯ３（２．４３２）、ＡｇＢｒ（２．４１６）、ＬｉＴａＯ３（２．１８３）、ＹＡＧ（１．８６５）、Ａｌ２Ｏ３（１．７８６）、ＢｅＯ（１．７２９）、ＮａＣｌ（１．５６７）、ＳｉＯ２（１．５６７）、（Ｃ２Ｈ４）ｎ（１．４９５）、ＢａＦ２（１．４８３）、ＣａＦ２（１．４４２）、ＣａＦ２（１．３８４）、ＮａＦ（１．３３２）、ＫＣｌ（１．５１１）、ＢＮ（２．０７９）、ＬｉＦ（１．３９９）、ＭｇＯ（１．７６１）、ＴｌＣｌ（２．５０５）、Ｓｉ３Ｎ４（２．０６６）、ＫＲＳ−６（２．５７５）、ＢＳＯ（２．９８３）、ＰｂＦ２（１．８１８）、ＡｇＣｌ（２．０２０）、ＴｉＯ２（３．０）などから選択される。これらの材料は、本発明にいう第２の低消衰材料の例であり、第２層４２は本発明にいう第２伝搬部の一例に相当する。【００５６】
また、第３層４３を構成する材料は、第２層４２における光の伝搬性よりも悪い伝搬性を有する材料であって、具体的には、金属材料や、第２層４２における複素屈折率の実数部よりも大きい実数部を有する高屈折率材料などである。ここでは、悪い伝搬性とは、屈折率の虚部が大きいことを言っており、良い伝搬性とは屈折率の虚部が小さいことを言っている。金属材料の場合には、入射光に対する誘電率が負であることが望ましい。例えば波長４００ｎｍの光の場合には、以下に掲げるような各種の材料から選択される。即ち、金属材料としては、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｕなど、高屈折率材料としては、ＡｌＳｂ、Ａｌ０．０９９Ｇａ０．９０１Ａｓ、Ｓｅ、ＩｎＰ、ａ−Ｓｉ、ＧａＡｓ、Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ａｓ、ＧａＰ、Ａｌ０．８０４Ｇａ０．１９６Ａｓ、Ｇｅ、Ｚｎ３Ｐ２、ＡｌＡｓ、ＧａＳｂ、ＧｅＴｅ−Ｓｂ２Ｔｅ３−Ｓｂ、ＣｄＧｅＡｓ２、ＺｎＧｅＰ２、ＰｂＳ、Ｒｅ、ε−ＧｅＳｅ、Ｏｓ、ＣｄＴｅ、ＩｎＳｂ、ＺｎＴｅ、ＴｉＯ２、Ｗ、Ｓｅ、ＩｎＡｓ、Ｍｏなどから選択される。第３層４３は本発明にいう第１閉じ込め部の一例に相当する。なお、第３層４３の材料として金属材料が選択された場合には、層構造全体としての伝搬効率が高いという利点があるが、融点が低いため、光照射ヘッドが、強い集光スポットによる加熱に用いられる場合には、光照射ヘッド自体が熱に負けてしまう可能性がある。これに対し、第３層４３の材料として高屈折率材料が選択された場合には、耐熱性の高いものが容易に得られるものの、金属材料が選択される場合に較べて伝搬効率は低めとなる。【００５７】
第４層４４を構成する材料は、第３層４３における光の伝搬性よりも良い伝搬性を有する材料であるが複素屈折率の虚数部が有意なものであってもよい。【００５８】
この図３に示す層構造では、第４層４４の外側から更にＹ方向に挟んだ１対の第５層４５と、第５層４５の外側から更にＹ方向に挟んだ１対の第６層４６と、第６層４６の外側から更にＹ方向に挟んだ１対の第７層４７も存在する。【００５９】
第５層４５を構成する材料は、第４層４４における光の伝搬性よりも悪い伝搬性を有する材料であり、第６層４６を構成する材料は、第５層４５における光の伝搬性よりも良い伝搬性を有する材料であり、第７層４７を構成する材料は、第６層４６における光の伝搬性よりも悪い伝搬性を有する材料である。【００６０】
このように、図３に示す層構造では、基本的に、光の伝搬性が良い層と伝搬性が悪い層とが交互に存在し、中央から２番目に、光の伝搬性が良い第２層４２が追加された構造となっている。また、大きく分けて、第１層４１から第３層４３までが層厚の薄い層で、第４層４４から外側が層厚の厚い層である。Ｚ軸方向に伝搬する光は、このような層構造の各層間で干渉しあい、後述するように第１層４１に光が集中することとなる。また、上述したような第２層４２を有する層構造は、この第２層４２を含まない層構造に較べると、Ｚ軸方向に伝搬する光の減衰が大幅に低いので、伝搬効率の高い光照射ヘッドが得られる。【００６１】
図１および図２に示す第１の実施形態では、第１層４１、第４層４４、および第６層４６のそれぞれを構成する材料としてＳｉＯ２が選ばれ、第３層４３、第５層４５、および第７層４７のそれぞれを構成する材料としてＳｉが選ばれ、第２層４２を構成する材料としてＺｎＳが選ばれている。【００６２】
ところで、このように具体的に材料が選択された場合に、光の減衰が大幅に低い層構造を実際に得るためには、第１層４１から第７層４７までの各層の層厚ｄ１〜ｄ７が適切に設計されていることが必要である。従来は、このような層厚の設計時には、光照射ヘッド全体を細かいメッシュに分けて、各メッシュ点における電磁場の強度などをコンピュータシミュレーションで算出することで性能が確認されている。しかし、このようなコンピュータシミュレーションには多大な演算時間が必要となるうえ、設計の見通しも悪く、最適な層厚設計に達するまでには膨大な手間と時間が必要となる。【００６３】
そこで、以下では、このような最適な層厚を容易に設計することができる光照射ヘッド設計装置の実施形態について説明する。本実施形態では、本発明の光照射ヘッド設計プログラムの一実施形態がコンピュータシステムに組み込まれることによって、そのコンピュータシステムが本発明の光照射ヘッド設計装置の一実施形態として動作する。【００６４】
図４は、光照射ヘッド設計装置として動作するコンピュータシステムの外観図である。        【００６５】
このコンピュータシステム１００は、ＣＰＵ、ＲＡＭメモリ、ハードディスク等を内蔵した本体部１１０、本体部１１０からの指示により蛍光面１２１に画面表示を行うＣＲＴディスプレイ１２０、このコンピュータシステム内にユーザの指示や文字情報を入力するためのキーボード１３０、蛍光面１２１上の任意の位置を指定することによりその位置に応じた指示を入力するマウス１４０を備えている。【００６６】
本体部１１０は、さらに、外観上、フレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭが装填されるフレキシブルディスク装填口１１１およびＣＤ−ＲＯＭ装填口１１２を有しており、その内部には、装填されたフレキシブルディスクやＣＤ−ＲＯＭをドライブする、フレキシブルディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブも内蔵されている。【００６７】
ここでは、ＣＤ−ＲＯＭに本発明にいう光照射ヘッド設計プログラムが記憶されており、このＣＤ−ＲＯＭがＣＤ−ＲＯＭ装填口１１２から本体部１１０内に装填され、ＣＤ−ＲＯＭドライブによりそのＣＤ−ＲＯＭに記憶された光照射ヘッド設計プログラムがこのコンピュータシステムのハードディスク内にインストールされる。このコンピュータシステムのハードディスク内にインストールされた光照射ヘッド設計プログラムが起動されると、このコンピュータシステムは、本発明の光照射ヘッド設計装置の一実施形態として動作する。【００６８】
図５は、本発明の光照射ヘッド設計プログラムの一実施形態を示す図である。【００６９】
この図５には、設計プログラム３００が記憶された設計プログラム記憶媒体２００が示されている。この設計プログラム３００が、本発明の光照射ヘッド設計プログラムの一実施形態に相当する。【００７０】
この図５に示す設計プログラム記憶媒体２００は、設計プログラム３００が記憶された記憶媒体であればその種類を問うものではなく、例えばＣＤ−ＲＯＭにこの設計プログラム３００が格納されているときはそのＣＤ−ＲＯＭを指し、その設計プログラム３００がローディングされてハードディスク装置に記憶されたときはそのハードディスク装置を指し、あるいはその設計プログラム３００がフレキシブルディスクにダウンロードされたときはそのフレキシブルディスクを指す。【００７１】
この設計プログラム３００は、図４に示すコンピュータシステム１００内で実行され、そのコンピュータシステム１００を、図３に示すような層構造における各層の層厚を設計する光照射ヘッド設計装置として動作させるものであり、厚さ設定部３１０と伝搬定数算出部３２０と性能評価部３３０と厚さ修正部３４０とを有する。【００７２】
これら厚さ設定部３１０、伝搬定数算出部３２０、性能評価部３３０、および厚さ修正部３４０は、それぞれ、本発明にいう、厚さ設定部、伝搬定数算出部、性能評価部、および厚さ修正部をコンピュータシステム上で構成するものである。【００７３】
この設計プログラム３００の各要素の詳細については後述する。【００７４】
図６は、本発明の光照射ヘッド設計装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。【００７５】
この光照射ヘッド設計装置４００は、図５の設計プログラム３００が、図４に示すコンピュータシステム１００にインストールされて実行されることにより構成されるものである。【００７６】
この光照射ヘッド設計装置４００は厚さ設定部４１０と伝搬定数算出部４２０と性能評価部４３０と厚さ修正部４４０とから構成されている。厚さ設定部４１０、伝搬定数算出部４２０、性能評価部４３０、および厚さ修正部４４０は、図５に示す設計プログラム３００を構成する、厚さ設定部３１０、伝搬定数算出部３２０、性能評価部３３０、および厚さ修正部３４０それぞれによってコンピュータシステム上に構成されている。このように、図６の各要素と図５の各要素は互いに対応しているが、図６の各要素は、図４に示すコンピュータシステム１００のハードウェアとそのパーソナルコンピュータで実行されるＯＳやアプリケーションプログラムとの組合せで構成されているのに対し、図５に示す光照射ヘッド設計プログラムの各要素はそれらのうちのアプリケーションプログラムのみにより構成されている点が異なる。【００７７】
これら厚さ設定部４１０、伝搬定数算出部４２０、性能評価部４３０、および厚さ修正部４４０は、本発明にいう、厚さ設定部、伝搬定数算出部、性能評価部、および厚さ修正部の各一例に相当する。【００７８】
以下、図６に示す光照射ヘッド設計装置４００の各要素を説明することによって、図５に示す設計プログラム３００の各要素も合わせて説明する。【００７９】
図６の光照射ヘッド設計装置４００を構成する厚さ設定部４１０は、ハードウェア上は図４に示すキーボード１３０やマウス１４０によって担われており、光照射ヘッド設計装置４００のユーザによる設定操作を受けて、図３に示す第１層４１から第７層４７（これらを第ｎ層と総称する）における複素誘電率εｎと層厚ｄｎを設定する。複素誘電率εｎは、第ｎ層を構成している材料の複素屈折率から一意に換算されるものである。また、第ｎ層の層厚ｄｎは設計の初期値として与えられるものであり、図３に示す第１層４１について設定される層厚ｄ１だけは、実際の層厚の半値を表している。【００８０】
伝搬定数算出部４２０では、厚さ設定部４１０で設定された複素誘電率εｎと層厚ｄｎが以下の式に適用されて、各層におけるＦマトリクスＦｎが求められる。
【数３】
2005112014.tif 000005
ここで、第ｎ層の位相伝搬定数βｎは、入射光の波数ｋ０と、光軸に沿った方向への光の伝搬性を表した、各層に共通の複素伝搬定数Λとで、
【数４】
2005112014.tif 000006
と表される。【００８１】
このようなＦマトリクスＦｎは、各層の両面それぞれで電界と磁界の分布を無視した場合における電界Ｖと磁界Ｘとの関係を表しており、Ｚ軸からＹの＋方向を見たときの７層分の総合のＦマトリクスＦｔによって、Ｚ軸上の電界Ｖ（０）および磁界Ｘ（０）と、第７層の外側における電界Ｖ（７）および磁界Ｘ（７）と対応関係は、
【数５】
2005112014.tif 000007
と表される。ここで電磁界のインピーダンスＺ（ｎ）をＺ（ｎ）＝Ｖ（ｎ）／Ｘ（ｎ）と定義すると、Ｚ軸上におけるインピーダンスＺ（０）は、
【数６】
2005112014.tif 000008
となる。この式（３）におけるＺ（Λ２）は、インピーダンスＺ（０）が複素伝搬定数Λの二乗の関数として観念されることを表している。また、第７層の外側における電磁界のインピーダンスＺ（７）は空気中のインピーダンスに等しくなるので、
【数７】
2005112014.tif 000009
である。第１層の中央（即ちＺ軸上）を光が伝搬することができるための条件は、伝送通信などの分野では横共振条件として知られており、Ｚ軸上のインピーダンスＺ（０）が０となることである。従って上記式（３）は
【数８】
2005112014.tif 000010
という方程式（４）となる。伝搬定数算出部４２０では、この方程式（４）が複素伝搬定数Λの二乗について解かれて複素伝搬定数Λが算出される。この方程式（４）は数値計算によって容易に解くことができる。【００８２】
このように伝搬定数算出部４２０で複素伝搬定数Λが算出されると、性能評価部４３０では、その複素伝搬定数Λに基づいて、図３に示す層構造における光の伝搬性能が評価される。本実施形態では、性能評価部４３０は下記の評価関数Ｅによって伝搬性能を評価する。
【数９】
2005112014.tif 000011
ここで、Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３は各項に対して与えられる任意の重みであり、Ｒｅ（Λ）は複素伝搬定数Λの実数部であり、Ｉｍ（Λ）は複素伝搬定数Λの虚数部であり、φは、層構造中を伝搬する固有関数の形に依存する関数である。【００８３】
固有関数は、上記式（１）で表されるＦマトリクスＦｎが用いられて算出される。即ち、上記式（１）のＦマトリクスＦｎに複素伝搬定数Λの算出値が代入されるとともに、ｄｎの値が図３におけるＹ座標値の変化量ΔＹに置き換えられ、このＦマトリクスＦｎによって、層構造中の任意の位置における電界Ｖおよび磁界Ｘから、Ｙの＋方向や−方向に逐次的に、各位置における電界Ｖおよび磁界Ｘが求められ、そのように求められた各位置の電界Ｖや磁界Ｘの値が、各位置における固有関数の値である。性能評価部４３０ではこのような固有関数の値も算出される。上述した関数φは、このように算出される固有関数の値が図３に示す第３層４３と第４層４４との境界よりも外側で大きく内側で小さいほど関数値が大きくなるように作られた関数であればよく、設計目標などに応じて任意の関数が採用され得る。例えば、単純に、上記境界より外側の固有関数値の総計が、内側の固有関数値の総計で除算された商としてもよい。【００８４】
性能評価部４３０では、上記式（５）で表された評価関数Ｅの値が小さいほど伝搬性能が高いと評価される。即ち、有効屈折率を表す実数部Ｒｅ（Λ）が大きく、伝搬損失を表す虚数部Ｉｍ（Λ）が小さく、固有関数における第４層より外側のサイドローブが小さいほど高性能であると評価される。【００８５】
性能評価部４３０で層構造の伝搬性能が評価されると、厚さ修正部４４０は、評価関数Ｅの値が小さくなるように各層の層厚ｄｎを修正する。この修正の方法としては周知の技術を用いることができるので詳細な説明は省略するが、上記の方程式（４）に対する解析的な分析や層厚ｄｎの試行的な修正によって望ましい修正方向や修正量を得る種々の技術が存在し、そのような技術が用いられることによって層厚ｄｎの適切な修正が効率的に実行される。【００８６】
このように厚さ修正部４４０で各層の層厚ｄｎが修正されると、伝搬定数算出部４２０で改めて複素伝搬定数Λが算出され、性能評価部４３０で伝搬性能が再度評価される。このように評価された伝搬性能が最高に達した場合、即ち、層厚ｄｎの修正によって評価関数Ｅの値が最小値や極小値に達した場合には、その時点で設定されている各層の層厚ｄｎが最適設計値となる。【００８７】
本実施形態の光照射ヘッド設計装置で、上述した各層の構成材料について最適設計を行った結果、２×ｄ１＝３２ｎｍ（ＳｉＯ２）、ｄ２＝２０ｎｍ（ＺｎＳ）、ｄ３＝２０ｎｍ（Ｓｉ）、ｄ４＝８８ｎｍ（ＳｉＯ２）、ｄ５＝５４ｎｍ（Ｓｉ）、ｄ６＝１４０ｎｍ（ＳｉＯ２）、ｄ７＝４０ｎｍ（Ｓｉ）という最適値が得られた。また、この最適設計時には、層厚ｄｎの初期値が与えられた時点での複素伝搬定数ΛはＲｅ（Λ）＝１．７６０、Ｉｍ（Λ）＝０．０５４１（有効屈折率に換算した値）であるのに対して、最適設計時には、Ｒｅ（Λ）＝１．８１６、Ｉｍ（Λ）＝０．０２９と大幅に改善されることが確認された。【００８８】
図７は、最適設計時の固有関数を表すグラフである。【００８９】
この図の横軸は図３に示すＹ軸方向の座標をｎｍ単位で表しており、縦軸は電界の固有関数値を任意単位で表している。【００９０】
最適設計時の固有関数５００は、一見、２つのピーク５００ａを生じて不都合であるように見えるが、これらのピークは中央から５０ｎｍ以内に存在しているので、光は第３層までに十分に閉じ込められており、固有関数５００の波形は、層構造の中央のみに光が伝搬される良好な波形となっているといえる。後述するように、２つのピーク５００ａが実際の光照射ヘッドにおける集光スポット形状に及ぼす影響は小さい。光照射ヘッドにおける光伝搬においては、むしろ、サイドローブ中のピーク５００ｂが十分に小さくなっていることが重要である。なお、本実施形態の光照射ヘッド設計装置を用いた設計の際に得られた、最適設計に至るまでの各固有関数の形状変化などを分析したところ、サイドローブ中のピーク５００ｂは、図３の第４層４４および第５層４５の合計の層厚が、第６層４６および第７層４７の合計の層厚よりも小さい場合に顕著に小さくなることが確認された。【００９１】
このように設計された最適設計時の層厚を有する層構造が、図２に示す光照射ヘッド１０に適用したときに得られる実際の電磁界の分布は、固有関数５００の波形のみでは確認できず、確認にはシミュレーションが必要となる。【００９２】
図８は、最適設計時の電磁界のシミュレート結果を示す正面図であり、図９は、最適設計時の電磁界のシミュレート結果を示す側面図である。【００９３】
これらの図８、図９には、ＦＤＴＤ法（Ｆｉｎｉｔｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｍｅｔｈｏｄ；有限差分時間領域法）による厳密な電磁界シミュレーションの結果が示されており、白いところほど電磁界強度が強いことを表している。電磁界シミュレーションでは、Ｘ方向とＺ方向とのそれぞれについて各１０ｎｍで１４０個のセルに分割され、Ｙ方向については各２ｎｍで５００個のセルに分割されている。また、図８、図９には、光照射ヘッド１０に光が入射した時点から３０周期以上経過した定常状態における電磁界強度の分布が示されている。【００９４】
また、本実施形態で設計対象として想定されている層構造では、金属材料の層が用いられることもあり得るので、電磁界シミュレーションでは、負誘電体である金属材料が用いられた場合であっても計算の解が安定するように、金属の自由電子モデルであるＬｏｒｅｎｔｚによる自由電子の運動方程式がＦＤＴＤ法と同時に連立して計算されて正確な解が得られるようになっている。【００９５】
図９によると、光照射ヘッド１０の全長が１２００ｎｍと長くて、従来の見通しの悪い設計で得られる長さの約１０倍にも達しているにもかかわらず、光照射ヘッド１０の先端に強いビームスポット５１０が生じていることが分かる。このときの伝搬効率も数値的に確認したところ、従来設計の短い光照射ヘッドに比肩する伝搬効率が得られることが確認された。【００９６】
また、図８によると第１層４１に電磁界が電磁界が集中し、光照射ヘッド中を電磁界が良好に伝搬して先端にビームスポットを形成していることが分かる。【００９７】
このように光照射ヘッド１０の先端に生じるビームスポットの形状について以下説明する。【００９８】
図１０は、最適設計時のビームスポットのＸ方向形状を表すグラフであり、図１１は、最適設計時のビームスポットのＹ方向形状を表すグラフである。【００９９】
これら図１０，図１１の横軸は、それぞれ、Ｘ方向、Ｙ方向の座標を表しており、縦軸は電磁界強度を表しており、これらの図１０，図１１中の曲線５２０，５３０は、光照射ヘッドの先端から１５ｎｍ離れた位置におけるビームスポットのエンベロープを示している。【０１００】
これら図１０，図１１に示されているように、ビームスポットは、Ｘ方向およびＹ方向の双方において約９０ｎｍという十分小さなスポットとなっている。また、入射光強度に対する出射光強度の比として表された透過光率は１１．８％であり、非常に効率の高い光照射ヘッドであることも確認された。このように高効率でスポットサイズが小さい光照射ヘッドが図１に示す情報記憶装置に搭載されることによって、記憶密度の高い情報記憶装置が容易に実現される。【０１０１】
以下、本発明の光照射ヘッドの第２実施形態について説明する。この第２実施形態は、上述した光照射ヘッドの第１実施形態に替えて情報記憶装置に搭載することができるものである。【０１０２】
図１２は、本発明の光照射ヘッドの第２実施形態を表す図である。【０１０３】
光照射ヘッド５０は、図１２のパート（Ａ）に示すように、対物レンズ５２と、半球部５４および円筒部５６からなるソリッドイマージョンレンズとで構成されている。光は対物レンズ５２で集光されてソリッドイマージョンレンズの半球部５４に入射し、円筒部５６に導かれる。【０１０４】
この円筒部５６は、図１２のパート（Ｂ）に示すように、複数の円筒が同軸に重なり合った構造となっており、これら複数の円筒の断面構造は、図３に示す層構造と同様の構造となっている。この円筒部５６に導かれた光は、同軸の複数円筒の相互間における干渉によって中心に集光され、極めて小さい集光スポットが形成される。【０１０５】
以上で本発明の実施形態についての説明を終了する。【０１０６】
なお、本発明の光照射ヘッドは、上記で説明した層構造や同軸の多筒構造に限られず、例えば、光軸に直交した２方向のそれぞれについて、図３の層構造と同様な構造を有する格子構造などを有するものであっても良い。【０１０７】
また、上記説明では、光照射ヘッドが光導波路に接続される例が示されているが、本発明にいう光導入部は、光照射ヘッドに光出射面が接続されたレーザダイオードやＬＥＤなどであってもよい。【０１０８】
また、上記説明では、光磁気記録方式の情報記憶装置が例示されているが、本発明の情報記憶装置は、磁気記録方式や相変化型記録方式の情報記憶装置であってもよく、さらには、再生に光を用いる再生専用の装置であってもよい。【０１０９】
また、上記説明では、磁気ヘッドと一体に形成された光照射ヘッドが例示されているが、本発明の光照射ヘッドは、磁気ヘッドとは別個に製造されるものであっても良い。【０１１０】
また、上記説明では、情報記憶装置に組み込まれた光照射ヘッドが示されているが、本発明の光照射ヘッドは、光加工用などに用いられるものであってもよく、その用途は限定されない。
【図１】
2005112014.tif 000014
【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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【国際調査報告】
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