專利名稱：光輔助磁頭裝置、光輔助磁記錄裝置及光輔助磁記錄方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用光局部地照射記錄區(qū)而進4亍f茲記錄的光輔助f茲 頭裝置、光4t助f茲"i己錄裝置以及光4翁助^H己錄方法。
背景技術：
在信息記錄介質(zhì)上高密度記錄的要求正日益增高。而且，要求 在磁記錄介質(zhì)(例如磁帶和磁盤)上進行信息的超高密度記錄。在 這樣的記錄中采用垂直記錄以使記錄的位微小化，并且正在進行實 現(xiàn)高分辨率以及提高磁層的矯頑,茲性的開發(fā)。盡管已經(jīng)開發(fā)出了具有高矯頑磁性的磁材料，但是在高矯頑磁 性材料形成的磁記錄介質(zhì)上進行記錄時，很難充分地提高信號記錄 》茲場。由此，才是出了光輔助f茲頭裝置。這樣的光輔助i茲頭裝置局部 地提高用光照射的磁記錄介質(zhì)上的記錄位置的溫度，臨時降低了記 錄區(qū)的矯頑磁性，使得信息能夠被磁記錄。通過這樣做，可以在具 有高矯頑磁性磁層的磁記錄介質(zhì)上使用微小磁場點來記錄信息。 在光輔助》茲記錄期間，可能需要孩史小化用于高密度記錄的光 點，即微小記錄位的形成。利用典型的聚焦透鏡，光點直徑由所使
用光的波長以及透鏡的數(shù)值孔徑(NA)確定，^f旦是由于數(shù)值孔徑 (NA)的限制，對于光點直徑的微小化可能已經(jīng)達到了極限。
另一方面，對以下4支術進4于了研究，通過在物4竟和記錄介質(zhì)之 間插入半球形或超半球形固體浸沒透鏡(下文中簡稱為"SIL")以 提高物鏡的數(shù)值孔徑。4吏用半J求形或超半J求形SIL通過近場光形成 光點時，光點直徑被微小化。如果SIL對于所用光的波長的折射率 表示為n，在使用半球形SIL時，有效數(shù)值孔徑能夠提高n倍，使 用超半球形SIL (也稱為"超SIL")時，能夠提高至r^倍，換言之， 將光點尺寸減小至1/n或1/n2。
著眼于將光點微小化的方面，還提出了使用半球形或超半球形 SIL的光輔助》茲頭(例如，參見日本未審查專利申誚^>開第 2006-286119號)。
曰本未審查專利申諱v^開第2006-286119號中^^開的光輔助》茲 頭包括含有物4竟和半J求形或超半J求形SIL的兩組聚焦透4竟系統(tǒng)，特 別地，所述SIL通過將球面透4竟和光透射基4反連4妻在一起而形成。 在光透射基板上形成薄膜磁頭，從而形成光輔助/磁頭。

發(fā)明內(nèi)容
在上述光輔助;茲頭裝置中，當光點^皮樣t小化時，產(chǎn)生記錄i茲場 的》茲才及和力口熱/f茲"i己錄介質(zhì)表面的光點可育g需要才妄近至約 10 nm 級 (才灸言之，在100nm以下)的間距。
對于現(xiàn)有的光輔助,茲頭，研究的焦點在于4吏用光波導管形成光 點的方法，但是為了在波導管中獲得足夠的光傳輸效率，可能需要 生成厚度為幾分之一波長(換言之，約100 nm以上)的包覆層。 這意味著難以配置光點以該距離或更小的距離接近》茲極。另 一 方面，利用上述的日本未審查專利申請7>開第 2006-286119號中公開的使用半球形或超半球形SIL的光輔助磁頭， 可以接近地配置磁極和光點。還有一個優(yōu)點就是，當使用透鏡〗吏光 三維傳播時，光的使用效率很高。然而，將光點4妄近》茲才及而配置時，光可能祐J茲才及阻斷。因此， 對能夠在磁記錄介質(zhì)表面上產(chǎn)生足夠的記錄磁場以及足夠高強度 的發(fā)射光的方法進行了研究。本申請人已在日本專利申請第2007-227170號中4是出了這樣的 光輔助》茲頭裝置，控制發(fā)射光的偏振方向(光電場4展動方向)并且 使用,茲材料形成的主,茲極的表面等離子體振子，從而在主》茲極端局 部形成光點。當如上所述使用主磁極的表面等離子體振子局部形成 光點時，根據(jù)主磁極的材料，有可能不能獲得足夠的光輔助效果。希望在使用薄膜磁頭的主磁極的表面等離子體振子形成局部 光點時，確保有足夠的光強度用于光輔助磁記錄，并且微小化光點 直徑。根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供一種光輔助磁頭裝置，包括聚焦光 學系統(tǒng)和具有主磁極的薄膜磁頭。聚焦光學系統(tǒng)包括半球形或超半 球形固體浸沒透鏡。薄膜磁頭包括在主磁極的光入射側(cè)上引起表面 等離子體振子共振的金屬層。希望在根據(jù)本發(fā)明實施例的光輔助磁頭裝置中，聚焦光學系統(tǒng) 上的入射光優(yōu)選是線偏振光，并且所述入射光的電場4展動方向優(yōu)選 沿光輔助》茲頭裝置和^茲記錄介質(zhì)之間的相對運動方向配置。
才艮據(jù)本發(fā)明的另 一個實施例，提供了 一種光輔助-磁記錄裝置，包括光源單元；磁記錄介質(zhì)安裝單元；薄膜磁頭，其具有主》茲極； 記錄信號控制單元；以及聚焦光學系統(tǒng)，將光從光源單元導向薄膜 磁頭。聚焦光學系統(tǒng)包括半球形或超半球形固體浸沒透鏡。薄膜磁 頭包括在主磁極的光入射側(cè)上引起表面等離子體振子共振的金屬 層。根據(jù)本發(fā)明的另 一個實施例，提供了 一種光輔助石茲記錄方法， 包4舌以下步艱《將薄膜磁頭設置在聚焦光學系統(tǒng)的聚焦點位置；在薄膜磁頭的主磁極上設置引起表面等離子體振子共振的金 屬層；以及通過施加來自設置了主磁極的金屬層的前端位置的近場光而 在》茲記錄介質(zhì)上進4亍記錄。如上所述，在根據(jù)本發(fā)明實施例的光輔助磁頭裝置、光輔助磁 記錄裝置以及光輔助磁記錄方法中的薄膜磁頭的主磁極上，設置了 引起表面等離子體振子共振的材料構(gòu)成的金屬層。如上所述，當通過近場光在磁記錄介質(zhì)上形成微'J、光點以執(zhí)行 光輔助f茲記錄時，能夠通過適當選擇在主f茲才及和聚焦光學系統(tǒng)產(chǎn)生 的入射光之間的位置關系、入射光的偏振方向等，產(chǎn)生表面等離子 體振子，并且通過這樣估文，可以減小光點直徑，并且可以提高光強 度。然而，本發(fā)明的發(fā)明人深入研究的結(jié)果表明，根據(jù)主磁極的材 料，有可能不能獲得足夠的光強度?？赡苡幸韵略?。[1] 盡管Co、 Ni是用作主磁極材料的磁材料的主要成分的代 表性實例，但是這類材料的介電函數(shù)S((O)可能在光輔助磁頭裝置中 通常所用的可見光范圍內(nèi)不會變負，因此可能不會發(fā)生或4艮難發(fā)生 表面等離子體振子共振。[2] 在主磁極端形成的光點的直徑實際上受到主磁極厚度的 限制。即，由于以上原因[l]，很難預期通過表面等離子體振子共振來 增加電場強度，由于以上原因[2],所形成光點的直徑由主f茲^L的厚 度確定。因此，如果主f茲極由諸如Co或Ni的材:扦形成，以獲得對 于記錄特性合適的磁場強度，并且主磁極形成具有對于記錄特性合 適的厚度，則可對光點直徑的微d、化加以限制。根據(jù)本發(fā)明的實施例，在薄膜磁頭的主磁極側(cè)(來自聚焦光學 系統(tǒng)的光入射側(cè))的端面上設置了對可見光？ 1起表面等離子體振子 共"t展的金屬層。因此，可以在記錄f茲場的大致中心形成具有所需光 強度的點，并且可通過適當選擇金屬層的厚度使光點直徑微小化。 即，根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以同時微小化光點直徑并配置》茲才及和 光點彼此接近。根據(jù)本發(fā)明的實施例，當使用薄膜磁頭的主》茲極的表面離子體 振子形成局部光點時，獲得用于光輔助磁記錄的足夠的光強度，并 且微小化光點直徑。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的光輔助磁頭裝置的示意性截面圖.圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的光輔助磁頭裝置的主要部分的示意 性透一見圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的光輔助磁頭裝置的一部分》茲頭裝置 -故切除后的示意性透—見圖。圖4A和圖4B是根據(jù)本發(fā)明實施例的光輔助磁頭裝置的主要 部分的示意性截面圖。圖5A和圖5B是根據(jù)本發(fā)明實施例的光輔助磁頭裝置的主要 部分的示意性截面圖和示意性平面圖。圖6是才艮據(jù)本發(fā)明實施例的光輔助磁頭裝置的示意圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明實施例的光輔助磁頭裝置的示意圖。圖8是才艮據(jù)本發(fā)明實施例的光輔助》茲頭裝置的示意圖。圖9是示出了根據(jù)比較例的光輔助磁頭裝置的主磁極附近的入 射光電場和光點的示圖。圖10是用于說明根據(jù)本發(fā)明實施例的光輔助磁頭裝置的主磁 極附近的入射光電場和光點的示圖。圖11是示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例、比較例和現(xiàn)有實例的光 輔助磁頭裝置的主磁極附近的各自的光點強度分布的示圖。
具體實施方式
下面將描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例；但是，本發(fā)明并不限于下述 實施例。圖1是才艮據(jù)本發(fā)明的一個實施例的光輔助》茲頭裝置的示意性截 面圖。如圖l所示，才艮據(jù)本實施例的光輔助》茲頭裝置包括聚焦光學
系統(tǒng)4和薄膜》茲頭5。聚焦光學系統(tǒng)4包括物鏡3和半球形或超半 球形SIL 2。薄膜》茲頭5的主f茲才及21包括在主f茲才及21的來自聚焦 光學系統(tǒng)4的入射光Li的入射側(cè)(下文中簡稱為"光入射側(cè)")上 引起表面等離子體振子共振的金屬層29。此外，金屬層29的表面 29S,即，在光入射側(cè)上并且作為在磁記錄介質(zhì)(未示出)和光輔 助磁頭裝置之間相對移動方向上的主磁極21的流入端(leading end ) 的側(cè)表面，沿聚焦光學系統(tǒng)4的光軸C配置。在圖1中，箭頭M 示出磁記錄介質(zhì)的運動方向。即，作為主,茲4及21的光入射側(cè)上的 側(cè)表面的金屬層29的表面29S是在圖1中箭頭M的后端側(cè)(即， 在圖1平面的左側(cè))。如圖2中主磁極21的示意性透視圖所示，金屬層29被設置在 主石茲極21的光入射側(cè)，并且光軸C配置在金屬層29的表面29S的 中心。在圖2中，對應于圖1中的那些部分被賦予相同的參考數(shù)字， 并且省略了對它們的重復說明。在圖1和圖2中，與》茲記錄介質(zhì)的運動方向平4亍的方向一皮指定 為X軸，沿光軸的方向^皮指定為Y軸，并且與這兩軸垂直的方向 凈皮指定為Y軸。即，X方向為i茲頭和》茲記錄介質(zhì)之間的相對運動方 向，換言之，為記錄》茲道的長度方向，Y方向為f茲i己錄介質(zhì)上i己錄 /磁道的寬度方向，并且Z方向為SIL的間隙方向。光軸C優(yōu)選配置 在金屬層29的表面29S的Y方向?qū)挾鹊闹行模鼋饘賹?9設置 在主石茲才及21的光入射的側(cè)表面上。如圖l和圖2所示，在才艮據(jù)本實施例的光輔助f茲頭裝置中，祐L 聚焦光學系統(tǒng)4聚焦在設置在主磁極21的入射側(cè)上的金屬層29的 表面29S的光Li是線偏振光。此外，如箭頭P所示，電場振動的 方向沿》茲頭和/磁記錄介質(zhì)之間的相對運動方向(如箭頭M所示) 而配置。即，在此情況下，配置聚焦光學系統(tǒng)4和薄膜磁頭5，使
得入射光Li的電場振動方向與^茲記錄介質(zhì)的記錄f茲道的長度方向 平行。如圖2所示，雙點劃線所示的平面H虛擬i也示出了i殳置在主i茲 極21上金屬層29的表面29S的同一平面。箭頭Fi所示區(qū)域(即， 平面H對于主》茲才及21的相對側(cè))是光入射側(cè)，即，f茲頭和^茲i己錄 介質(zhì)之間的相對運動方向的流入端側(cè)。Fo所示的區(qū)i或(平面H的 主f茲才及21倆J)是-危出端(trailing end ) 4則。jt匕夕卜，在圖2中示意寸生 地示出了由聚焦光學系統(tǒng)4聚焦的光Li所產(chǎn)生的光點S。圖3是示出了圖1和圖2所示的光輔助^磁頭裝置中聚焦光學系 統(tǒng)4結(jié)構(gòu)的更具體的實例的示意性透視圖。如圖3所示，與圖l相 對應的部分已被賦予相同的參考數(shù)字，并且省略了對它們的重復說 明。在此實例中，如前文所述，聚焦光學系統(tǒng)4包4舌物鏡3以及近 場光i己錄所-使用的半3求形或超半5求形SIL 2。利用物4竟3和SIL 2, 可獲得實現(xiàn)具有超過1.0的有效孔徑比的數(shù)值孔徑并且產(chǎn)生近場光 的光學系統(tǒng)。利用單獨的物鏡，由于光的衍射限制，聚焦光點的直徑僅可被 減小至約X/NAobj。在這里，X是所使用的光的波長，而NAobj是 物鏡的數(shù)值孔徑。另一方面，在使用如前文所述的半球形或超半球 形SIL 2的聚焦光學系統(tǒng)4中，光點直徑可以在SIL 2的底面(焦 平面)上被微小化至1/n (用半球形SIL )或1/n2 (用超半球形SIL )。 在這里，n是在所使用的光波長為X下的SIL2的折射率。典型地， SIL 2的底面和》茲"i己錄介質(zhì)之間的間隙凈皮減小至X/10以下，因ot匕， 由近場光的成像作用將光點直徑X/NAobj在》茲記錄介質(zhì)表面進一步 微小化至1/n (用半球形SIL)或1/n2 (用超半球形SIL)。如圖3所示，通過將平^反形式的第一和第二光學塊6a和6b與 5求形部2S連4妻而形成此實例中的SIL 2。第一和第二光學塊6a和6b以及J求形部2S由透射所4吏用的波長的光并且具有高折射率的光 學構(gòu)件構(gòu)成，并且優(yōu)選由相同的材料構(gòu)成。在圖3中，第二光學塊6b的部分^皮切除，以顯示在第一光學 塊6a上形成的薄膜,茲頭5。注意，第一和第二光學塊6a和6b的大 小和形狀并不限于圖3所示的實例，而可以〗吏用各種其他形狀。下面將描述制造SIL2的方法的實例。例如，第一光學塊6a的 一個端面^皮i殳置為》茲頭形成面6ah,并且在》茲頭形成面6ah上形成 薄膜磁頭5，其中，如前文所述的引起表面等離子體振子共振的金 屬層被配置在主磁極21上。隨后，將第一光學塊》茲頭形成面6ah 和第二光學塊6b用光學粘合劑粘結(jié)在一起，或者通過焊接接合在 一起。作為所述粘合劑，優(yōu)選使用具有折射率1.5以上的高折射率 材泮牛，例如，更優(yōu)選其與第一和第二光學塊6a和6b具有相似的折 射率。對將在其上形成薄膜》茲頭5的主》茲才及21的接合的第一和第二 光學塊6a和6b的表面進行表面研磨，換言之，進行調(diào)節(jié)主^茲極21 深度的深度研磨，并且也在背面進行表面研磨以獲得預定的厚度。 另一方面，i殳置單獨的3求透4竟，將此球透4竟的部分磨平，乂人而形成 具有與光軸基本垂直的平面的球形部2S。如前文所述，球形部2S 可以優(yōu)選用與第一和第二光學塊6a和6b相同的材料構(gòu)成。球形部 2S的平面通過上述的光學粘合劑粘結(jié)、焊接等方式接合到第一和第 二光學塊6a和6b的接合面。這樣做后，進行接合，使得第一光學 塊》茲頭形成面6ah上形成的薄膜f茲頭5的主》茲極21上的金屬層以 及球形部2S的光軸如參考圖2所描述的那樣進行配置。使用上述制造方法獲得圖3中所示的SIL 2。半球形或超半球 形SIL 2由^l形部2S和作為圖3中虛線所示的第一和第二光學塊 6a和6b—部分而包括的5求形部2P所構(gòu)成。在此處，選4奪第一和第二光學塊6a和6b的厚度和球形部2S的厚度，使得整個形狀為 半球形或超半球形。如果球形部2S的半徑表示為r，當使用半球形 SIL時，則整體的厚度為r,而使用超半J求形SIL時，整體厚度為r x(l + l/n)。即，如果表面研磨后的第一和第二光學塊63和61)的厚 度一皮設置為T，則球形部2S形成為具有通過乂人SIL2的最終厚度減 去T后所得的厚度。具有這樣結(jié)構(gòu)的SIL2在為半5求形SIL情況下，整體厚度為r, 在為超半^求形SIL的情況下，整體厚度為r x (1 + l/n),并且在光學 性質(zhì)方面與現(xiàn)有的半球形SIL或超半球形SIL是相當?shù)?。由此，?過上述物4竟3的光在結(jié)合的SIL 2的底面，即，第一和第二光學塊 6a和6b的記錄介質(zhì)側(cè)的那一面聚焦，并且具有這樣結(jié)構(gòu)的SIL 2 用作典型的SIL。在裝配時進4亍光學調(diào)節(jié)，以-使聚焦光學系統(tǒng)4的 光軸中心定位在形成主^茲才及21和金屬層29的第一光學塊6a的》茲 頭形成面6ah上，因此，光點的中心-陂配置在例如主f茲才及21的金 屬層29的表面29S的中心。圖4A是薄膜磁頭5的一個實例的放大截面圖。圖4B是圖4A 中虛線T所環(huán)繞的主》茲4及21的前尖端部的》文大截面圖。圖4A示出 了用于垂直記錄的單極磁頭的實例，其中，薄膜磁頭5包括用于產(chǎn) 生磁場的巻繞導體23,以及用于導出并施加所產(chǎn)生的磁場至記錄部 的主f茲4及21。盡管沒有在圖4A中示出，可以^1尋副》茲才及連4妄至主》茲 才及21以形成f茲3各。注意，在實際記錄時，薄膜i茲頭5^皮配置為面 向包括記錄層和壽欠,茲層的/F茲記錄介質(zhì)，并且壽欠/磁層與主》茲才及21和 巻繞導體23 —起構(gòu)成用于薄膜磁頭5的磁路。在本實施例中，如圖4A所示，主^茲極21在第一光學塊6a的 》茲頭形成面6ah上以預定長度形成。此外，4吏絕纟彖層22置于中間 而形成下部線圏層23A、纟色鄉(xiāng)彖層24、連4妄至主,茲才及21的》茲輒25、
絕緣層26、以及上部線圏層23B，并且用光學粘合劑27粘結(jié)第二 光學塊6b。如圖4B所示，在入射光Li照射的主f茲才及21的光入射側(cè)上形 成引起表面等離子體振子共振的金屬層29。圖5A和圖5B是薄"莫,茲頭5的一個實例的示意性截面圖和平 面圖。在圖5A和圖5B中，只于應于圖4中的那些部分^J武予相同的 參考K字，并且省略了對它們的重復說明。如圖5B中所示，薄膜 磁頭5的巻繞導體23可以由以具有相反取向的對角線方向配置的 下部線圈層23A和上部線圈層23B以及連4妄線圈層23A和23B的 連接部23C構(gòu)成。在圖5B中，端子導出部12從低部線圈層23A 的兩個末端延伸，^f旦是應當意識到，所述線圏的巻繞次數(shù)、不同部 分的結(jié)構(gòu)以及各個線圏層的形狀不限于此實例，而是可以進行各種 變化。如圖5A和圖5B所示，主,茲才及21的深度夫見定為ld,主石茲才及 21和》茲扼25各自在垂直于薄月莫》茲頭5和,茲記錄介質(zhì)之間的相對運 動方向的方向上的寬度^皮指定為wm和wy。圖6是才艮據(jù)本發(fā)明實施例的光輔助一磁記錄裝置的示意圖。根據(jù)本發(fā)明實施例的》茲記錄裝置100包括光源單元62、根據(jù)本 發(fā)明實施例的光輔助,茲頭裝置10、用于安裝》茲記錄介質(zhì)11的安裝 部64、記錄信號電路65、光才企測單元66以及光學系統(tǒng)67。光源單 元62具有例如波長400 nm的半導體激光元件。/磁記錄介質(zhì)11,例 如》茲盤，被安裝在安裝部64上并且被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。記錄信號電路65 是將記錄信號提供至光輔助磁頭裝置10的薄膜磁頭5的磁頭線圈 的記錄信號電源單元。光4企測單元66包括，例如，4企測從磁記錄 介質(zhì)11返回的光的光電二極管。光學系統(tǒng)67將來自光源單元62 的激光導至光輔助磁頭裝置10，并且將來自磁記錄介質(zhì)11的返回
光導至光才企測單元66。 ^t記錄介質(zhì)11通過軟》茲層16和記錄層17 在例如玻璃制成的基板15上連續(xù)層疊而形成。如此后參照圖8所述的那樣，作為一個實例，光學系統(tǒng)67包 括準直透鏡(未示出)、光束分離器68等?！菲澯涗浹b置100還包括 定位控制裝置69，其對從光檢測單元66提供的檢測輸出執(zhí)行操作 以獲得用于光輔助》茲頭裝置10的所需伺月良信號(例如，用于間隙 控制、跟蹤等的各種伺服信號)并且執(zhí)行控制。如果光輔助^t頭裝 置10除薄膜石茲記錄》茲頭以外還包括薄膜再生》茲頭，盡管未示出， 但是這樣的磁頭元件被連接至再生信號電路，并且執(zhí)行磁信號再生 操作。在磁記錄介質(zhì)11 (例如磁盤)已安裝在安裝部64的狀態(tài)下， 安裝部64由驅(qū)動單元80 (例如主軸電才幾)如箭頭r所示地^^走轉(zhuǎn) 驅(qū)動，使得/磁記錄介質(zhì)ll在箭頭M所示的方向旋轉(zhuǎn)。由控制裝置 69驅(qū)動的控制才幾構(gòu)70可以由隨后參考圖7所述的空氣軸^c滑塊或 者雙軸致動器構(gòu)成。包括聚焦光學系統(tǒng)4的根據(jù)本發(fā)明實施例的光 輔助,茲頭裝置10纟皮安裝在控制才幾構(gòu)70上，基于追蹤伺服信號和間 隙伺服信號驅(qū)動該控制才幾構(gòu)70,從而在追蹤方向移動并調(diào)節(jié)聚焦光 學系統(tǒng)4并且在光軸方向(即間隙方向)移動并調(diào)節(jié)聚焦光學系統(tǒng) 4。在根據(jù)本發(fā)明實施例的磁記錄裝置100中，旋轉(zhuǎn)圓盤形f茲記錄 介質(zhì)11，并且來自光源單元62的具有預定波長(例如400 nm )的 激光由光學系統(tǒng)67沿光輔助磁頭裝置10的光軸進行引導。結(jié)果， 由光輔助z磁頭裝置10產(chǎn)生的近場光在石茲記錄介質(zhì)11上入射。光輔 助磁頭裝置10包括具有兩組透鏡(包括物鏡3和半球形或超半球 形SIL2)的聚焦光學系統(tǒng)4。因此，如下文所述，在光輔助》茲頭裝 置10中，特別地，通過適當配置主磁極21(及其上面的金屬層29) 和光軸并且適當?shù)剡x4奪用于通過聚焦光學系統(tǒng)4入射的光的電場l展
動方向，可以減小光點直徑，并且可以4尋光點中心配置為4妄近主》茲極21至小于100 nm的間距。在所述光點在旋轉(zhuǎn)/磁記錄介質(zhì)11上入射的同時，信息記錄信 號被提供至薄膜磁頭5的磁頭線圈。因此，來自薄膜磁頭5的主磁 極21的前端的記錄信號》茲場凈皮施加到^茲記錄介質(zhì)11上以^己錄信 號。圖7是在空氣軸承滑塊用作調(diào)節(jié)追蹤及間隙的控制機構(gòu)70情 況下，根據(jù)本發(fā)明實施例的光輔助磁頭裝置10的側(cè)視圖(部分為 截面)。在圖7中，對應于圖1中的那些部分被賦予相同的參考數(shù) 字，并且省略了對它們的重復說明。在這種空氣軸承結(jié)構(gòu)中，光輔 助^磁頭裝置10被安裝在懸架18的自由端支撐的滑塊19上。光輔 助,茲頭裝置10和》茲i己錄介質(zhì)11之間的間隙通過滑塊19的漂浮高 度來調(diào)節(jié)，該滑塊相^"于面向薄力莫,茲頭5的》茲"i己錄介質(zhì)11的移動 或S走轉(zhuǎn)而漂浮。在根據(jù)本發(fā)明實施例的磁記錄裝置100中，在光輔助磁頭裝置 10隨磁記錄介質(zhì)11的移動或旋轉(zhuǎn)而漂浮的情況下執(zhí)行"被動控制"。 可選地，在通過使用圖7中所示的控制裝置控制雙軸致動器等從而 4丸4亍光輔助^茲頭裝置10的間隙控制和追蹤的情況下，可4丸4于"主 動控制"。圖8是執(zhí)行所述主動控制的磁記錄裝置100的一個實例的示意 圖。在此實例中，用于輔助記錄的光的波長不同于用于4企測間隙的 光的波長。如圖8所示，i茲記錄裝置100包括光源30，以及在從光 源30發(fā)射的光的光路上配置的準直透鏡31、偏振光束分離器33、 光束擴展器35和二向棱鏡45。 二向棱鏡45反射來自光源30的光， 并且聚焦光學系統(tǒng)4被配置在這樣的反射光的光路上。光檢測單元 39 (例如光電二極管)被配置在已被偏振光束分離器33反射的返 回光的光路上，并且在它們之間具有透鏡38?！菲澯涗浹b置100還包 括配置在從其他光源40發(fā)射的光的光程中的準直透4竟41、光束分 離器42、偏振光束分離器43、四分之一波長板44以及二向棱4竟45。 聚焦光學系統(tǒng)4被配置在透過二向棱鏡45的光的光路上。光檢測 單元51 (例如光電二極管)被配置在由光束分離器42反射的返回 光的光^各上，并且在它們之間具有透鏡50。從光源30發(fā)射的輔助光通過準直透4竟31轉(zhuǎn)化為平4于光束，透 過偏振光束分離器33,并且由光束擴展器35調(diào)節(jié)光束寬度。然后， 所述光被二向棱鏡45反射，從而入射到安裝在控制機構(gòu)70 (為二 軸致動器等)上的聚焦光學系統(tǒng)4，即物4竟3和SIL2。石茲記錄介質(zhì)11通過諸如主軸電機的驅(qū)動單元80如箭頭r所示 地旋轉(zhuǎn)。箭頭M示出了》茲記錄介質(zhì)11相對于聚焦光學系統(tǒng)4的SIL 2的運動方向。利用才艮據(jù)本發(fā)明實施例的光輔助i茲頭裝置10，施加 到磁記錄介質(zhì)11上的輔助光優(yōu)選被線偏振化并且纟皮配置使得如箭 頭P所示，電場l展動的方向與,茲i己錄介質(zhì)11的移動方向M平4亍。也可以4吏用這才羊的輔助光的返回光沖丸4亍追蹤。在這種情況下， 從》茲記錄介質(zhì)11記錄表面反射的返回光通過SIL 2和物鏡3,并#皮 二向棱4竟45反射，通過光束擴展器35，然后^皮偏4展光束分離器33 反射，并且通過透鏡38聚焦在光檢測單元39上。追蹤信號等在光 檢測單元39獲得?；谶@樣的信號，追蹤控制信號在控制裝置69 上產(chǎn)生，并且使用該信號來驅(qū)動支撐聚焦光學系統(tǒng)4的諸如雙軸致 動器的控制機構(gòu)70。另一方面，來自光源40的光經(jīng)由準直透4竟41、光束分離器42、 偏才展光束分離器43和四分之一波長板44,發(fā)射到二向棱4竟45上。 在二向棱鏡45中，這樣的光與來自光源30的光結(jié)合，通過物鏡3 和SIL2施加到》茲記錄介質(zhì)11上，作為用于^r測間隙的光束點。乂人 ,茲記錄介質(zhì)11反射的光束點的返回光通過二向棱鏡45和四分之一 波長板44,并且從偏振光束分離器43泄漏的光一皮光束分離器42反 射，通過透鏡50,然后由光4全測單元51才企測。如果f茲記錄介質(zhì)11和SIL 2之間的間隙大并且光在SIL端面幾 乎完全被反射，則光的偏振可能在SIL面波動，并且在返回光路上 來自偏才展光束分離器43的部分光可能泄漏。另一方面，如果^茲記 錄介質(zhì)11和SIL 2之間接近并且近場光泄漏使得接近正常反射，則 在光的偏振將幾乎沒有變化，由此從偏4展光束分離器43泄漏的光 量減少。利用這種差別(即反射的返回光的總量的變化)來檢測間 隙。注意，也可以使用各種其他方法(例如檢測靜電容量變化的方 法)作為沖企測SIL 2和》茲記錄介質(zhì)11之間的間隙的方法。接下來，將參照圖9和圖10詳細描述在使用上述磁記錄裝置 100、用輔助光照射,茲i己錄介質(zhì)時的光照射狀態(tài)。圖9示出了根據(jù)比較例的光輔助磁頭裝置，其中在主;茲極上沒 有設置用于引起表面等離子體振子共振的金屬層，圖IO示出了根 據(jù)本發(fā)明實施例的光輔助》茲頭裝置。在圖9所示的比較例中，在主磁極121上沒有設置金屬層，并 且光Li所入射的主^茲才及121的側(cè)面121S沿光軸C進行配置。入射 光Li傳播方向被指定為Z軸，電場振動P被指定為X軸，即，f茲 頭裝置和》茲i己錄介質(zhì)間的相只于運動方向或者》茲{己錄介質(zhì)上i己錄》茲 道的長度方向。圖9和圖10中的X方向是薄膜》茲頭的層疊方向，并且當形成 薄膜》茲頭時，記錄》茲頭和再生》茲頭在此方向上串耳關地進行配置。因
此，為了最小4b方^f立角損失，伊乙選在x方向移動^H己錄介質(zhì)時^vf亍 記錄和再生，并且通常將X方向設置為記錄磁道的長度方向。Y方 向被設置為記錄^茲道的寬度方向。如圖9所示，當已經(jīng)執(zhí)行光學調(diào)節(jié)，使得入射光Li的光軸C 沿主》茲4及121的側(cè)面121S配置時，光點中心將凈皮配置在沿主》茲才及 121的側(cè)面121S的f茲記錄介質(zhì)側(cè)的端面。光電場強度ELi'由于入 射光Li而在SIL的底面上的聚焦點處增加，并且引起鄰近主磁極 121的介電4及化。主石茲才及121由》茲性金屬(例如Co或Ni的合金) 構(gòu)成，4吏得由于入射光電場ELi'而發(fā)生自由電子的激發(fā)振動。在金屬和介電材料之間的界面上，自由電子的振動被入射光電 場激發(fā)。當金屬和介電材料的介電常數(shù)分別表示為s(co)和sm,并 且滿足以下條件e(co) < 0的時候，自由電子振動將作為平面波沿界面?zhèn)鞑?，并作為隨著與表 面距離的增加而呈指凄t衰減的4務逝波(evanescent wave)傳才番。在 該表面局部激發(fā)的自由電子的這種振蕩被稱為"表面等離子體振子 共振，，(SPR)。如果入射光Li的偏光面(即入射光的電場4展動方向)纟皮i殳置 為X方向，主》茲4及121的端部中，上述介電極化，文應只發(fā)生在與入 射光Li的光軸的相同側(cè)。因此，在與入射光Li的光軸C同側(cè)的端 部的光電場強度被放大。作為這樣的局部電荷聚集的結(jié)果，光點S' 在入射光Li的光軸C同側(cè)的主》茲才及121的端部附近形成。光點S' 的強度分布示意性地表示為Is'。
在此情況下，光電場強度ELi'的Z成分在主》茲才及121的表面激 發(fā)表面等離子體振子SPR'。電荷在主磁極121的側(cè)面121S的邊緣 部、在覆蓋主磁極121的幾乎一半厚度的范圍內(nèi)聚集。即，在此情 況下，點S'的直徑約為主磁極121厚度的一般，并且光點直徑受依 賴于主磁極121厚度的限制。另一方面，圖10示出了才艮據(jù)本發(fā)明實施例的光輔助^磁頭裝置 情況下的光照射狀態(tài)。在圖10中，對應于圖4B中的那些部分被賦 予相同的參考^t字，并且省略了對它們的重復i)t明。在通常的金屬中存在大量自由電子，并且由于庫侖作用，存在 以自由電子密度的振動。自由電子的這樣的集體振動被稱為"等離 子體振子，，并且大體以平面波傳播。對于在介電材料和金屬接觸的 二維界面的電》茲場，波ftksp可以為如以下方禾呈(1)所示ksp = (co/c)x v^[sm x ￡(co)] / — + s(co)]} ... (1)其中，s(co)為金屬的介電常數(shù)，sm為介電材料的介電常數(shù)。在此情況下，當滿足上述的e((0)0和ls(co)l、m的條件時，ksp 將為實數(shù)，并且將獲得上述的表面等離子體振子共振狀態(tài)(SPR狀 態(tài))。在這里，ksp是表面等離子體振子共振頻率。對于波長650nm的光，Au、 Ag和Co的介電常數(shù)可以為如下 的介電常凄t:Au: - 11.36 + 0.96iAg: - 18.12+ 0.68iCo: - 13.84十20.68i
關于Au和Ag,介電常數(shù)的虛部小得可以忽略不計，并且由于 滿足s(co)O的條件，ksp可以為實數(shù)，并且可能發(fā)生上述的表面等 離子體振子共振。另一方面，由于Co的介電常數(shù)的虛部較大，ksp 可能變?yōu)樘摂?shù)，并且表面等離子體振子共振很難發(fā)生。因此，Au、 Ag或它們的合金可以用作在主》茲才及的光入射側(cè)上 的根據(jù)本發(fā)明實施例所設置的金屬層的材料。注意，在使用Au合 金或Ag合金時，構(gòu)成比例、添加材料的類型等可以設定在發(fā)生表 面等離子體振子共振并且可獲得預期光點直徑和峰功率的范圍內(nèi)。與圖9所示的實例類似，在才艮據(jù)圖IO所示的本發(fā)明實施例的 光輔助y磁頭裝置中，當入射光Li為線偏4展光并且電場振動P的方 向在入射平面內(nèi)時，入射光電場強度Eli的Z成分Eliz可有助于在 金屬層29與作為介電體的第一光學塊6a之間的界面激發(fā)表面等離 子體振子SPR。即，在i殳置有助于表面等離子體振子共振的諸如由 Au或Ag形成的金屬層29時，更激烈:地產(chǎn)生表面等離子體才展子， 并且更激烈地激發(fā)平面上自由電子的振動。此外，光電場強度Eli 在焦平面附近^皮最大化，并且由于邊緣效應，還出現(xiàn)了在金屬層29 的端部增強的介質(zhì)極化。有助于表面等離子體振子共振的自由電子 位于金屬層29內(nèi)，特別地，是在Au或Ag的趨膚深度(skin depth ) (即10nm 20nm)的范圍內(nèi)。因此，由于局部電場4展動而產(chǎn)生的 近場光點變得基本上等于金屬層29的膜厚。光點S的強度分布表 示為Is。與圖9中所示的光點S'的強度分布Is'相比，半寬變窄。從上述結(jié)果來看，#4居本發(fā)明的實施例，聚焦光學系統(tǒng)上的入 射光優(yōu)選為線偏振光并且電場才展動方向優(yōu)選與》茲頭和f茲記錄介質(zhì) 之間的相對運動方向平行地配置，使得有效《I起表面等離子體振子 共振。此外，對于光軸，優(yōu)選沿金屬層的光入射側(cè)面進4于配置。
注意，如果光軸沒有^f皮配置在金屬層在Y方向的中心而是^v中 心移位后進行配置，則光點可能具有兩個峰值。因此，對于光軸， 優(yōu)選被配置在獲得一個峰值的范圍內(nèi)的金屬層的光入射側(cè)面的中 心。圖11是示出了在X方向被設置為電場振動方向時光點的光強 度分布的示意圖。水平軸示出X方向(即記錄磁道的長度方向)的 位置，垂直軸示出光強度(以任意單位)。從主》茲極21在Y方向上 的中心開始繪制X方向上的分布，并且示出在》茲記錄介質(zhì)表面的強 度。在圖11中，實線I1示出圖IO所示的根據(jù)本發(fā)明實施例的情形， 實線12示出圖9所示的比較例的情形，實線13示出僅設置SIL(即 沒有設置主磁極)的情形。注意，II所示實例中的金屬層為Ag膜， 而12所示實例中的主》茲才及21的材料是Co。光學系統(tǒng)的各種條件為如下。物鏡的數(shù)值孔徑為0.75， SIL的 折射率對于入射光波長為1.92， SIL材料為S-LAH58光學玻璃 (Oharalnc.的產(chǎn)品名稱)，并且入射光的波長為400 nm。注意，聚 焦光學系統(tǒng)4 (包括物鏡3和SIL 2 )的有效數(shù)值孔徑為1.44。在此實例中，參照圖5A和圖5B的上述結(jié)構(gòu)為如下沒置主 石茲才及21的深度ld以及在與光輔助》茲記錄^茲頭和石茲記錄介質(zhì)之間的 相只十運動方向垂直的方向的主》茲才及21和》茲輒25的寬度wm、 wy, 使得分另'J為ld = 3 ， wm = 0.15 (jm ， wy = 4 (am。此夕卜，主^茲極21的材料為Co，它在X方向的厚度為140 nm， 金屬層29的才才坤牛為Ag，它在X方向的厚度為10nm。根據(jù)FDTD (有限差分時域)進行分析。SIL端面和》茲記錄介 質(zhì)表面間的距離設置為20 nm。在實線12所示的比舉交例的情況下，光點直徑為50 nm ~ 60 nm (約為主f茲才及厚度一半)，并且與沒有i殳置》茲頭的實線13所示的通 常的SIL實例相比，光點的峰功率約為70%。另一方面，關于才艮據(jù)本發(fā)明的實施例，如實線II所示，由于 設置了金屬層，所以光點直徑減小，即微小化至10nm 20nm (基 本上與金屬層的厚度相同)。此外，由于表面等離子體振子共振的 電場增強歲文果，與通常的SIL相比，光點的峰〗直功率增強。注意， 當Au用作金屬層的材料時，獲得類似的強度分布，其中，峰功率 高并且光點直徑減小至約金屬層的厚度。從上述結(jié)果來看，根據(jù)本發(fā)明的實施例，金屬層的厚度基本上 對應于所獲得的光點直徑。光點直徑可只需要能夠記錄最小的預期 記錄標記，因此金屬層的厚度可以不大于最小記錄標記的長度。另一方面，作為最小厚度，金屬層可以僅需要足夠使表面等離 子體振子共振發(fā)生的厚度，并且通常約為3 nm~ 10 nm。由于當厚 度小于1 nm時，可能有更大的能量損失，所以金屬層的厚度可能 需要至少1 nm，并且優(yōu)選應至少為3 nm。如上文所述，才艮據(jù)本發(fā)明的實施例，可以接近地配置輔助光的 光點和用于記錄的》茲頭的主》茲4及，即，可以將光點配置在主》茲才及的 端部上。根據(jù)本發(fā)明的實施例，還可以^f鼓小化光點直徑，特別地，可實 現(xiàn)50 nm以下的點直徑，并且可以在主》茲才及的端部上形成這樣的凝: 小光點。由于4妄近i也配置光點和主^茲才及以及減少點直徑這兩種作用，可 以獲得由于光輔助效果而產(chǎn)生的大的記錄,茲場梯度。結(jié)果，可以減 小記錄標記長度以及改善記錄密度。
利用上述所獲得的大的記錄磁場梯度，可在具有高磁各向異性能(Ku)的記錄介質(zhì)上記錄數(shù)據(jù)。結(jié)果，能夠4是高記錄密度，同時 抑制熱磁松弛并由此延長記錄數(shù)據(jù)的壽命。即，根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以4是供能夠?qū)崿F(xiàn)每平方英寸超過 1兆兆位的高記錄密度的光輔助磁頭裝置，這樣的記錄密度用現(xiàn)有 的磁記錄/再生裝置很難實現(xiàn)。通過適當?shù)剡x擇金屬層的材料和厚 度，可以將具有10 nm級的光點直徑的光點與記錄》茲頭,茲才及相距10 nm級的距離進行配置。因此，可以同時獲得足夠的記錄磁場和光 點強度。因此，由于可以使用具有不能通過現(xiàn)有技術執(zhí)行記錄的高 頭喬頑》茲性記錄膜的/f茲記錄介質(zhì)，故可以減少記錄至10 nm或以下， 并且由此實現(xiàn)記錄密度的提高。注意，本發(fā)明不限于上述實施例，并且能夠進4亍不脫離本發(fā)明 范圍的修改和變化。例如，在根據(jù)本發(fā)明實施例的光輔助磁頭裝置 和光輔助磁記錄介質(zhì)中，對于薄膜磁頭的主》茲極上的光軸和金屬層 的位置，可以允許有在光學可調(diào)節(jié)范圍內(nèi)的余量。例如，即4吏光軸 在光學調(diào)節(jié)余量范圍內(nèi)偏離金屬層入射表面的中心，也可以與光點 -陂配置在中心的同樣方式，將10nm級的光點的峰位置4妄近地配置 在主》茲一及的端部上。另一方面，當光軸#1配置在金屬層的Y方向上的端部時，不能 獲得合適的光電場能量分布，并且不能獲得與本發(fā)明實施例同樣的 效果。入射光電場分布可以表示為焦平面附近的高斯分布。然而， 為了在主》茲4及的端部具有單峰性峰值，在入射光電場可以是基本恒 定的高斯分布的峰值或附近可能需要匹配金屬層的端部。相信這會 是由SIL產(chǎn)生的光點直徑的約1/3~1/4范圍。即，才艮據(jù)本發(fā)明的實施例，金屬層和光軸的配置可以允許具有 在光電場能量分布中僅有一個峰值的范圍內(nèi)的偏移。此夕卜，在根據(jù)本發(fā)明實施例的光輔助^茲記錄方法中，可以不使用聚焦光學系統(tǒng)中的SIL,而使用不同的近場光照射器件，諸如SIM (固體浸沒透4竟)。本領域才支術人員應當理解，4艮據(jù)設計要求和其他因素，可以在 所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)或其等同范圍內(nèi)進行各種修改、組合、子組合以及變4b。
權(quán)利要求
1. 一種光輔助磁頭裝置，包括聚焦光學系統(tǒng)；以及薄膜磁頭，包括主磁極，其中，所述聚焦光學系統(tǒng)包括半球形或超半球形固體浸沒透鏡，并且其中，所述薄膜磁頭包括在所述主磁極的光入射側(cè)上引起表面等離子體振子共振的金屬層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光輔助磁頭裝置，其中線偏振光入射到所述聚焦光學系統(tǒng)上，并且所述入射光 的電場沖展動方向沿所述光輔助7磁頭與f茲記錄介質(zhì)之間的相對
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光輔助磁頭裝置，其中，所述薄膜磁頭是用于垂直磁記錄的單極》茲頭，其中，所述金屬層^C沒置在所述主》茲才及的在所述光輔助 石茲頭裝置和》茲記錄介質(zhì)之間的相只于運動方向上的流入端的側(cè) 表面上，并且其中，所述金屬層沿所述聚焦光學系統(tǒng)的光軸配置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的光輔助磁頭裝置，其中所述光軸4皮配置在所述金屬層的中心部。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光輔助磁頭裝置，其中設置在所述主磁極上的所述金屬層的材料是Au、 Ag、 Au 合金以及Ag合金之一。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光輔助磁頭裝置，其中所述主i茲才及上的所述金屬層的厚度至少為1 nm,并且不 大于要記錄在》茲記錄介質(zhì)上的最小記錄標記長度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光輔助磁頭裝置，其中所述固體浸沒透鏡包括形成透鏡的球形部分的球形部以 及面向磁記錄介質(zhì)的光學材料部，并且所述薄膜磁頭在所述光 學材料部上形成。
8. —種光輔助石茲i己錄裝置，包才舌光源單元；》茲記錄介質(zhì)安裝單元； 薄膜石茲頭，包4舌主》茲才及；記錄信號控制單元；以及聚焦光學系統(tǒng)，將來自所述光源單元的光導向所述薄膜 磁頭，其中，所述聚焦光學系統(tǒng)包括半球形或超半球形固體浸 沒透鏡，并且其中，所述薄月莫》茲頭包括在所述主》茲才及的光入射側(cè)上引 起表面等離子體振子共振的金屬層。
9. 才艮據(jù)一又利要求8所述的光輔助》茲記錄裝置，其中所述薄膜》茲頭安裝在空氣軸承滑塊上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的光輔助,茲記錄裝置，其中，所述薄膜磁頭安裝在致動器上，所述致動器在磁 記錄介質(zhì)表面的法線方向進4亍定^f立，以及其中，來自所述磁記錄介質(zhì)的通過近場的返回光用于控 制所述薄膜磁頭和所述磁記錄介質(zhì)之間的距離。
11. 一種光輔助,茲記錄方法，包括以下步驟將薄膜》茲頭配置在聚焦光學系統(tǒng)的聚焦點位置；在所述薄膜磁頭的主磁極上設置31起表面等離子體振子 共振的金屬層；以及通過從設置了所述主磁極的所述金屬層的前端位置施加 近場光而在》茲i己錄介質(zhì)上進行i己錄。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光輔助磁頭裝置、光輔助磁記錄裝置以及光輔助磁記錄方法。光輔助磁頭裝置包括聚焦光學系統(tǒng)和具有主磁極的薄膜磁頭。聚焦光學系統(tǒng)包括半球形或超半球形的固體浸沒透鏡。薄膜磁頭包括在主磁極的光入射側(cè)上引起表面等離子體振子共振的金屬層。
文檔編號G11B5/012GK101393747SQ200810211548
公開日2009年3月25日 申請日期2008年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月21日
發(fā)明者小島直人 申請人:索尼株式會社