彎曲波導管及其製造方法、光傳遞模塊和熱輔助磁記錄頭的製作方法

2023-09-23 12:07:00 3

專利名稱：彎曲波導管及其製造方法、光傳遞模塊和熱輔助磁記錄頭的製作方法
技術領域：
與本發明 一致的設備和方法涉及一種彎曲波導管、 一種製造該彎曲波導 管的方法、 一種使用該彎曲波導管的光傳遞模塊以及一種使用該彎曲波導管 的熱輔助磁記錄頭，更具體地講，涉及這樣一種彎曲波導管，該彎曲波導管 可實現增強的近場光，並且被製造成集成類型，還涉及一種製造該彎曲波導 管的方法、 一種使用該彎曲波導管的光傳遞模塊以及一種使用該彎曲波導管 的熱輔助》茲記錄頭。
背景技術：
在磁記錄頭領域，已經研究了熱輔助;茲記錄(HAMR)方法來實現高密度 磁記錄。在HAMR方法中，通過將記錄介質的局部加熱到居裡(Curie)溫度附 近以臨時降低相應位置的矯頑力(coercive force),從而執行記錄。通過使用 HAMR方法，與傳統的磁記錄方法相比，可降低記錄所需的磁場的強度。由 於記錄數據的區域是被加熱到居裡溫度附近的部分，所以不是由在間隙之間 產生磁場的磁極(pole)的尺寸確定記錄密度，而是由加熱的部分的寬度確定記 錄密度。例如，當加熱裝置是雷射二極體時，由雷射二極體發射的雷射束的 光點的尺寸確定數據記錄密度。
因此，HAMR頭需要光傳遞模塊來將雷射束髮射到記錄介質上。光傳 遞模塊將光傳遞到接近於主磁極的位置，並且在降低形成在記錄介質上的光 點的尺寸的同時提供高的光強度。光傳遞模塊包括光源、波導管和孔，並且 被集成在接近於主磁極的小空間中。但是，為了不對傳統技術的磁頭的結構 進行很大改變，限制了布置光傳遞模塊的位置。例如，將光從光源傳遞到孔 的波導管可被容易布置為垂直於主磁極。在這種情況下，波導管的方向從被 布置為接近於主磁極的端部的孔的方向傾斜90。。因此，需要能夠在波導管和 孔之間將方向改變90。的光學元件。反射鏡可用作該光學元件，但是實際上難 以在被製造為薄膜的傳統磁頭上集成大的光學元件。
此外，最好通過傳統磁頭製造工藝中的批量處理來製造光傳遞模塊。例如，可通過平面工藝(planarprocess)來製造光傳遞模塊、波導管和孔，其中， 可在低於175°C的低溫工藝下製造光傳遞模塊。
孔將透射通過波導管的光傳遞到記錄介質的記錄層上。為了實現高記錄 密度，在具有合適的近場光點尺寸的同時，傳遞到記錄層上的光必須具有足 以將記錄層加熱到居裡溫度附近的高強度。通常，孔的尺寸確定最小的光點 尺寸。隨著孔的尺寸減小，可期望記錄密度得到較大提高。但是，當孔的尺 寸小於入射光的波長時，孔的能量通過量顯著降低。即，當使孔很小時，可 實現高的空間解析度，但是由於能量通過量(throughput)太小，所以孔的應用 受到限制。為了克服低透射效率問題，已經研究和引入了各種近場光增強孑L。 但是，難以製造這樣一種近場光增強孔，該近場光增強孔可容易地被安裝到 具有有限安裝空間的設備(諸如HAMR頭)中。

發明內容
本發明示例性實施例提供一種彎曲波導管，該彎曲波導管通過改變光方 向來發射近場光，從而使HAMR頭的光傳遞模塊能被容易地安裝，本發明示 例性實施例還提供一種製造該彎曲波導管的方法、 一種使用該彎曲波導管的 光傳遞模塊以及一種使用該彎曲波導管的熱輔助磁記錄頭。
根據本發明的第一方面， 一種彎曲波導管包括核，具有近場增強孔結 構的輸出端，該近場增強孔結構通過改變入射光的能量分布來發射近場光； 金屬包層，包圍所述核，其中，所述核被彎曲為曲形，所述曲形的曲率半徑 是透射光的強度相對於入射光的波長為最大時的諧振半徑。
根據本發明的第二方面， 一種製造彎曲波導管的方法包括通過將金屬 沉積在基底上來形成下包層；將形成為具有預定曲率半徑的曲形的核層沉積 到下包層上，其中，核層的寬度和厚度等於或小於入射光的波長，並且曲率 半徑被形成為使得透射光的強度相對於入射光的波長為最大；通過將金屬沉 積到核層上來形成上包層。
根據本發明的第三方面， 一種光傳遞模塊包括第一波導管，其包括 核，具有近場增強孔結構的輸出端，該近場增強孔結構通過改變入射光的能 量分布來發射近場光；金屬包層，包圍所述核，其中，第一波導管是彎曲波 導管，其中，所述核被彎曲為曲形，所述曲形的曲率半徑是透射光的強度相 對於入射光的波長為最大時的諧振半徑。
根據本發明的第四方面， 一種熱輔助磁記錄頭包括磁記錄部分，形成
磁場以在磁記錄介質上記錄信息；光傳遞模塊，發射用於將磁記錄介質的記 錄預定區域加熱的光，其中，光傳遞模塊包括第一波導管，包括具有近場 增強孔結構的輸出端的核以及包圍核的金屬包層，該近場增強孔結構通過改 變入射光的能量分布來發射近場光；第二波導管，將光透射到第一波導管， 其中，第一波導管是彎曲波導管，其中，所述核被彎曲為曲形，所述曲形的 曲率半徑是透射光的強度相對於入射光的波長為最大時的諧振半徑。


通過參照附圖，從下面對本發明示例性實施例的詳細描述中，本發明的 上述和其它示例性方面及優點將會變得更加清楚，其中 圖1A和圖1B顯示了場增強機制； 圖2是C形孔的正視圖3是顯示圖2的C形孔的諧振頻率與其厚度的曲線圖4是顯示當圖2的C形孔的厚度為10nm時頻率響應函數與頻率的曲
線圖5是顯示電場強度與圖2的C形孔的厚度的曲線圖6A至圖6 C是根據C形孔的厚度顯現無線電波模式的圖像；
圖7A至圖7C是顯現在穿過圖6A至圖6C的C形孔之後在40nm距離
處的電場強度的圖像；
圖8A和圖8B分別是根據本發明示例性實施例的彎曲波導管的透視圖和
截面圖9和圖IO是顯示根據圖8A的彎曲波導管的頻率的半徑諧振頻率的曲
線圖ll是顯示根據圖8A的彎曲波導管的半徑的半徑諧振頻率的曲線圖； 圖12是顯示在穿過孔之後在10nm距離處的電場強度與圖8A的彎曲波 導管的半徑的曲線圖13A和圖13B是顯示彎曲波導管中的電場強度的圖像；
圖14A和圖14B顯示了圖8A和圖8B的彎曲波導管的^f奮改的示例；
圖15是圖8A和圖8B的彎曲波導管的另一修改的示例；
圖16是根據本發明另 一 示例性實施例的彎曲波導管的截面圖17A至圖17C是根據本發明另一示例性實施例的彎曲波導管的截面
圖18A至圖18J顯示了製造圖8A和圖8B的彎曲波導管的方法； 圖19是根據本發明示例性實施例的熱輔助磁記錄頭的透視圖； 圖20是圖19中所示的光傳遞模塊的透視圖。
具體實施例方式
圖1A和圖1B顯示了場增強機制。參照圖1A，光/人其穿過的近場增強 孔11被設置在薄金屬板10中。近場增強孔11是增強的近場光從其被射出的 孔，例如，圖2中所示的C形孔。對於薄金屬板10,必須滿足透射諧振條件， 以使得光L穿過近場增強孔11。由從近場增強孔11的輸入端和輸出端產生 的薄金屬板10的電荷以及電流的表面諧振導致透射諧振。滿足透射諧振條件 的入射光在近場增強孔11被場增強，從而被後散射，而沒有透射率的急劇下
參照圖1B,對於厚金屬板15，在近場增強孔16中產生電荷和電流的附 加振蕩，並且存在不同類型的厚度諧振。因此，由表面諧振和厚度諧振的交 互作用確定近場增強孔16中的總的透射和場增強。當沿著近場增強孔16的 厚度的方向經過的光L形成駐波(隨後描述)時，產生厚度諧振。即，當金屬 板15具有特定厚度或更大厚度時，為了使入射到近場增強孔16上的光L順 利穿過近場增強孔16,金屬板15和光L必須滿足預定的厚度諧振條件。
接下來，參照圖2至圖7C來描述根據金屬板的厚度的金屬板諧振特性。
圖2顯示了設置在金屬板18中的作為近場增強孔結構的示例的C形孔 19。圖3是顯示金屬板18的諧振特性與其厚度的曲線圖。金屬板18由展示 優良傳導性的金(Au)製成，其厚度從幾nm變化到1200nm。另外，C形孔19 具有垂直長度"a" 270 nm、水平長度"b" 180nm以及間隙"G" 90 nm。
當金屬板18是厚度為幾納米到幾十納米的薄膜時，C形孔19的諧振特 性顯示出表面諧振頻率出現在650 THz附近(圖4中的651.464 THz)。當金屬 板18的厚度在幾納米到500納米的範圍內時，表面諧振頻率被保持，而與厚 度變化無關，當金屬板18的厚度超過500nm時，表面諧振頻率消失。
圖4是顯示薄金屬板18的孔諧振特性的頻率響應函數(FRF)的曲線圖。 通過將脈沖輸入到設置在薄金屬板18中的C形孔19並獲得響應，來獲得FRF。由在C形孔19的輸入端和輸出端產生的金屬板18的電荷以及電流的 表面諧振導致峰值點的孔諧振。即，隨著電荷和電流被耦合以及在C形孔19 的輸入端和輸出端產生表面諧振，入射光能夠以消散波(evanescent wave)的形 式透射通過C形孔19。
當金屬板18的厚度超過500nm時，電荷和電流的表面諧振在C形孔19 的輸入端和輸出端不被耦合，因此不會發生由表面諧振導致的透射。但是， 如圖3中的曲線圖所示，隨著金屬板18的厚度增加，除了第一諧振頻率(即， 表面諧振頻率)之外，還連續出現了其它諧振頻率。例如，在金屬板18的厚 度稍小於100nm的位置附近產生了厚度諧振，與其相應的第一厚度諧振頻率 根據厚度增加而逐漸增加。在金屬板18的厚度為100 nm的位置附近產生了 另一厚度諧振，與其相應的第二厚度諧振頻率隨著厚度增加而逐漸降低。第 一厚度諧振頻率和第二厚度諧振頻率在金屬板18的厚度為850 nm的位置附 近重疊。
當入射光的頻率為384.6 THz時，如圖3所示，可期望在厚度為300 nm、 720 nm和1130 nm的位置處發生厚度諧振。圖5是顯示厚度諧振隨著透射的 電場的強度(即，光的強度)與金屬板18的厚度而變化的曲線圖。參照圖5, 光的強度在第 一厚度諧振最強，在第二厚度諧振和第三厚度諧振逐漸降低。 但是，雖然金屬板18的厚度增加，C形孔19的場增強特性仍然保持不變。
圖6A至圖6C顯示了在C形孔19中傳播的光的強度的分布。如圖6A 至圖6C所示，隨著金屬板18的厚度增加，在C形孔19中傳播的光的強度 的分布顯示了第一、第二和第三駐波的圖案。即，當在C形孔19中傳播的光 形成駐波時，光可被透射，而透射通過量沒有急劇下降，並且金屬板18的厚 度與駐波的節點間隔相對應。
圖7A至圖7C顯示了在穿過圖6A至圖6C的C形孔19之後在40nm距 離處的光的光點形狀。這些光點在尺寸和形狀上彼此相似，但是在光強度上 不同。因為在所有情況下C形孔19的輸出端的孔的截面形狀是C形，所以 這些光點的尺寸和形狀相似。
下面將描述使用上述原理的本發明的示例性實施例。圖8A是根據本發 明示例性實施例的彎曲波導管的透視圖，圖8B是沿著圖8A的VIII-VIII線所 截取的截面圖。
參照圖8A和圖8B,根據本實施例的彎曲波導管20包括核22,被彎曲為曲形；金屬包層21,包繞核22。金屬包層21由傳導性金屬材料製成。 金屬包層21的外形與核22的彎曲形狀相似，但是本發明不限於此。例如， 如圖13A和圖13B所示，當從彎曲的核32被放置的表面觀看時，金屬包層 31的外形可以是矩形。
核22由能夠透射光的透明材料製成。核22具有曲形，該曲形具有預定 的曲率半徑R並且被彎曲90°。核22的垂直截面具有C形孔結構，該C形孔 結構具有隆起(ndge)部分23，金屬包層21的在貫穿核22的整個區域朝向核 22的中央突起的部分形成所述隆起部分23。因此，核22的輸入端22a和輸 出端22b具有C形孔結構。C形孔被設計為發射近場光，所述近場光具有與 入射光的波長相等或小於入射光的波長的小光點尺寸。
C形孔是近場光增強結構的示例，並且發射通過改變入射光的能量分布 而增強的近場光。近場光增強孔可包括，例如，C形孔、L形孔、X形孔、 蝶形(bow-tie)天線探頭等。
使核的曲率半徑R等於諧振半徑是有利的，其中，在該諧振半徑處，透 射光的強度相對於入射光的波長最大，這將在隨後描述。下面將描述本實施 例中的彎曲波導管20中的諧振半徑。
當金屬板的厚度增加時，孔的輸入端和輸出端之間的距離增加。因此， 孔可被解釋為一種波導管核。即，參照圖2至圖7C描述的C形孔19可被認 為是一種直的C形波導管。根據本實施例的彎曲波導管20可被認為是一種圓 的彎曲C形波導管。
根據參照圖2至圖7 C的描述，為了使入射光穿過設置在厚金屬板18中 的C形孔19，需要滿足厚度諧振條件。類似地，本實施例中的核22需要滿 足預定的諧振條件來透射入射光，而沒有大的損失。
圖9和圖IO是顯示根據頻率響應函數(FRF)相對於本實施例的彎曲波導 管20的輸入頻率的曲線圖以及彎曲波導管20的半徑諧振特性的曲線圖。參 照圖9和圖10,當彎曲波導管20的曲率半徑R變化到300 nm、 400 nm、 500 nm、 600 nm、 700 nm和800 nm時，可以看出，產生了不同的半徑諧振頻率。 當曲率半徑R為300 nm時，在200 THz-800 THz之間存在3個峰值380 THz、 494 THz和750 THz。第一頻率峰值(即，第一半徑諧振頻率)隨著曲率半徑R 增加而逐漸移向較高頻率，並且可以看出，第一頻率峰值的幅度被擴展。其 它頻率峰值(即，第二半徑諧振頻率和更高半徑諧振頻率)隨著曲率半徑R增加而迅速移向第一頻率峰值。因此，其它頻率峰值中的每個的幅度逐漸降低。
另外，隨著曲率半徑R增加，在800THz附近連續產生新的峰值，並且它們 的特徵與所述其它Jf值類似。
圖11是顯示基於圖9和圖10的結果根據曲率半徑變化的半徑諧振頻率 變化的曲線圖。在諧振頻率的變化模式中，如上所述，只有第一半徑諧振頻 率隨著曲率半徑R增加而逐漸增加，而其它頻率隨著曲率半徑R增加根據指 數函數而降低。該模式幾乎與上面參照圖3所描述的C形孔(即，直的C形波 導管)的模式類似。但是，與直的C形波導管相比，在圖9和圖10中沒有出 現隨著厚度的增加而基本不變的表面諧振頻率。這可按照如下來理解。對於 直的C形波導管，輸入端和輸出端位於相同的方向上。因此，在存在於兩個 表面之間的電荷之間存在耦合，從而存在將輸入端和輸出端橋接的消散波。 在這種情況下，當隨著厚度增加超過預定限制而難以再進行耦合時，消散波 停止出現並且不再產生表面諧振頻率。
相反，對於圓的彎曲C形波導管(諸如根據本實施例的彎曲波導管20), 由於輸入端和輸出端形成90°角，所以在存在於輸入端和輸出端之間的電荷之 間不可能進行耦合，並且也不存在表面諧振頻率。
當入射光的頻率是461.5 THz時，如果曲率半徑R為350nm和800nm， 則在彎曲波導管20中發生諧振。因此，當入射光的頻率是461.5 THz時，通 過將具有C形孔結構的核的彎曲波導管20的曲率半徑R設計為350 nm或800 nm，電場強度沒有被顯著降低，並且可保持場增強特性。
圖12是根據曲率半徑變化的電場強度變化的曲線圖。在該曲線圖中，當 入射光的頻率是461.5 THz時，當曲率半徑R為350 nm和800nm時，電場 強度在與彎曲波導管20的輸出端隔開10 nm的位置是最大值。這與圖11的 解釋相匹配，並且可確認當入射光的頻率是461.5 THz時，諧振半徑為350 nm 和800腿。
圖13A和圖13B顯示了在具有預定諧振半徑的彎曲波導管中傳播的光的 強度的分布。除了金屬包層31的形狀之外，圖13A和圖13B所示的彎曲波 導管基本上與圖8A和圖8B所示的彎曲波導管20相同。參照圖13A和圖13B, 彎曲波導管的諧振階次(resonance order)隨著核32的曲率半徑R的增加而增 加。因此，光強度的模式在彎曲波導管的內部變化。
參照圖9至圖13B,當波導管被彎曲時，與直的波導管中的厚度諧振相
應的諧振特性發生。當入射光的波長和彎曲波導管的曲率半徑滿足圖11所示 的預定關係時，產生諧振。即，本實施例的諧振半徑是透射光的強度相對於 入射光的波長具有最大值時的曲率半徑，也就是說，相對於入射光的波長產
生諧振。
如上所述，根據圖8A的彎曲波導管20,在本實施例中，即使當輸入端 22a的方向與輸出端22b的方向相差90。時，如果滿足半徑諧振條件，則透射 光的方向也可被改變90°。另外，由於本實施例中的彎曲波導管20不僅具有 方向改變，而且具有帶有C形孔結構的輸出端，所以可發射近場光，所述近 場光具有不大於入射光的波長的小光點尺寸以及強的光強度。本實施例中的 彎曲波導管20將光的方向改變90°,但是本發明不限於此。
圖14A和圖14B顯示了透射光的方向被改變任意角度0(0<0<180°)的上 述實施例的修改的示例。由於金屬包層的外形不需要被特殊限定，所以在圖 14A和圖14B中僅顯示了彎曲波導管的核71。圖14B顯示了從方向A和B 觀看的具有C形孔的核71的結構。在該修改的示例中的彎曲波導管20中， 輸入端71a與輸出端71b之間的角度是e，輸入端71a和輸出端71b之間的距 離與角度e成比例。由於輸入端71a與輸出端71b之間的距離在半徑諧振條 件中是一個變量，所以根據該修改的示例的核71的諧振半徑不僅可根據入射
光的波長而變化，而且可根據角度θ而變化。
圖15顯示了參照圖8A和圖8B描述的上述實施例的另一修改的示例。 在該修改的示例中，核73在任意位置的截面的形狀或輸入端73a和輸出端73b 的形狀與圖14B中的形狀基本相同。在該修改的示例中(圖14A的角度e在該 修改的示例中是180°)，透射光的方向被改變180。。圖14A的角度9可以是
任意值。
圖16顯示了根據本發明另一示例性實施例的彎曲波導管。參照圖16, 本實施例中的彎曲波導管包括按照字母"S"彎曲的核75。由於本實施例中 的金屬包層的外形不需要任何特殊限定，所以圖16僅顯示了彎曲波導管的核 75。另外，在該修改的示例中，核75在任意位置的截面的形狀或輸入端75a 和輸出端75b的形狀可以是與圖14B中的形狀基本相同的C形孔。
核75可被理解為連接參照圖8A所描述的兩個核22的形狀。即，可由 具有相反方向的兩個曲率半徑R1和R2限定S曲形。兩個曲率半徑R1和R2 中的每個都應該滿足參照圖9至圖13C所描述的預定的半徑諧振條件。當兩個曲率半徑Rl和R2中的每個都與諧振半徑相應時，入射光穿過並被發射， 同時在曲率半徑R1,和R2中的每個被限定的那部分具有最大透射通過量。通 過在相反的方向上將核22組合可獲得將光路平行位移而沒有方向改變的結 構，其中，每個核22能夠將方向改變90o。
圖17A至圖17C顯示了根據本發明另一示例性實施例的彎曲波導管。與 上述示例性實施例相同，由於不需要特殊限定本實施例中的金屬包層的外形， 所以圖17A僅顯示了彎曲波導管的核。圖17B顯示了 C形孔結構，該C形 孔結構具有沿著方向A在圖17A所示的核81的輸入端81a所觀看的較寬的 寬度。圖17C顯示了 C形孔結構，該C形孔結構具有沿著方向B在圖17A 所示的核81的輸出端81b所觀看的較窄的寬度。
參照圖17A至圖17C,核81的整個寬度和厚度在核81的長度方向是不 變的，但是被形成為朝向核81的中央部分突起的金屬包層(未顯示)的隆起部 分82的寬度從輸入端81a到輸出端81b逐漸減小。這種錐形類型在提高外部 光源和其它波導管的耦合效率以及減小發射的近場光的光點的尺寸方面是有 利的。即，為了提高與外部光源的耦合效率，核81的整個寬度和厚度可被增 加，位於輸入端81a的隆起部分82a的寬度也可被增加。由於發射的近場光 的光點尺寸與位於輸出端81b的隆起部分82b的寬度成比例，所以位於輸出 端81b的隆起部分82b的寬度可被減小為顯著小於入射光的波長。
上述錐形類型僅僅是示例，本發明不限於此。例如，這樣一種錐形類型 是可行的，其中，不僅隆起部分的寬度在入射光透射的方向上逐漸減小，而 且截面本身也在入射光透射的方向上逐漸減小。本實施例中的彎曲波導管可 以是具有不變厚度的平坦型波導管。在這種情況下，這樣一種錐形類型是可 行的，其中，核81的厚度不變，核81的寬度在入射光透射的方向上逐漸減 小。在這種錐形類型中，產生諧振(諸如參照圖9至圖13C所描述的半徑諧振)。 核81的曲率半徑可以是這樣的諧振半徑，在該諧振半徑處，相對於入射光的 波長產生諧振。
在上述實施例中，核的截面具有C形孔結構，但是本發明不限於此。核 的截面可被適當地設計，以使得能夠產生入射光的諧振。但是，位於核的輸 出端的至少一個截面可具有近場增強孔結構以發射近場光。
下面將參照圖18A至圖18J來描述製造參照圖8A和圖8B描述的根據本 發明示例性實施例的彎曲波導管的方法。首先，參照圖18A，使用例如濺射
法將金屬層52沉積在基底50上。如圖18B所示，抗蝕劑(resist)53被掩蓋在 金屬層52上，並且使用反應離子蝕刻(RIE)工藝來蝕刻金屬層52的一部分， 以移除抗蝕劑53。結果，如圖18C所示，形成了隆起結構的下包層54。圖 18D是僅顯示下包層54的透視圖。如圖18D所示，形成了抗蝕劑53的圖案， 從而下包層54的隆起部分具有滿足預定曲率半徑的彎曲形狀。
如圖18E所示，使用例如旋轉塗覆法將樹脂55塗覆在下包層54上。樹 脂55由UV固化材料製成。樹脂55的厚度等於或小於入射光的波長。
如圖18F所示，圖案57和58被轉印(transfer)到樹脂55的上表面，並且 UV光線通過未覆蓋區域(即，圖案58)被發射到樹脂55上。接收到UV光線 發射的區域被固化以形成核層56。圖案58的寬度等於或小於入射光的波長。 此外，在樹脂55上形成的圖案57和58具有滿足預定曲率半徑的彎曲形狀， 從而製造的彎曲波導管滿足半徑諧振條件。
如圖18G所示，沒有被固化的樹脂55以及轉印到沒有被固化的樹脂55 上的圖案被移除。圖18H僅僅是下包層54以及在下包層54上形成的核層56 的透視圖。如圖181所示，將上包層59沉積在核層56上。可使用例如濺射 法通過沉積金屬來形成上包層59。圖18J是完成的彎曲波導管的透視圖。
如上所述，可按照平面工藝方法(諸如一般的磁頭製造工藝)來製造彎曲 波導管。因此，可按照下面描述的批量處理來製造使用該彎曲波導管的近場 光產生設備以及使用該彎曲波導管的HAMR頭。
將參照圖19和圖20來描述根據本發明實施例的光傳遞模塊和HAMR 頭。圖19是根據本發明示例性實施例的HAMR頭的透視圖。圖20是在HAMR 頭中使用的光傳遞模塊的透視圖。
參照圖19和圖20，根據本實施例的HAMR頭100包括磁記錄部分， 形成磁場，以在磁記錄介質(未示出)上記錄信息；光傳遞模塊160,發射光L， 以對f茲記錄介質上的記錄預定區域(recording scheduled area)進行加熱。此外， HAMR頭100可以與讀取記錄的信息的再現裝置180集成。標號190和195 表示屏蔽雜散場的屏蔽層。
磁記錄部分包括主磁極110、返回磁極120、感應線圈130和副磁輒140。 主磁極110形成將》茲記錄介質磁化的磁場。返回》茲極120與主磁極110的表 面隔開預定距離，並且磁性地連接到主磁極110,從而形成磁路。感應線圏 130對主磁極110中的磁場進行感應。副磁軛140設置在主磁極110的另 一表面，並且有助於在主磁極110的端部將磁通量集中。
本實施例中的光傳遞模塊160是用於對磁記錄介質上的記錄預定區域進行加熱的單元。光傳遞;^莫塊160包括第一波導管167,通過開口 167a將光 L發射到磁記錄介質上；第二波導管165，將從外部光源159接收的光L透 射到第一波導管167。
光傳遞模塊160可被布置為接近於主磁極110,從而在信息被記錄在磁 記錄介質上之前光能夠被發射。由於副磁軛140的端部被布置為沒有達到主 磁極110的端部，所以光傳遞模塊160可被布置在由副磁軛140的所述端部、 主磁極110的所述另一表面以及屏蔽層190包圍的預定空間內。由於在傳統 磁記錄頭的結構中容易保證該空間，所以根據本實施例的HAMR頭可被制 造，而不用顯著改變傳統磁記錄頭的薄膜製造工藝。第一波導管167和第二 波導管165具有平坦結構，以通過被沉積在與副磁軛140相同的層上而被形 成。標號170表示用於對光傳遞模塊160和副磁軛140之間的厚度差進行補 償的輔助支架。
假設HAMR頭100面對磁記錄介質的表面是底表面，則在HAMR頭100 的側表面設置第二波導管165的輸入端。引導從外部光源159透射的光L的 光纖150被布置在第二波導管165的輸入端位於其上的HAMR頭100的側表 面上。標號155表示支撐光纖150的懸撐(suspension)。光源159可以是，例 如，發射雷射束的雷射二極體LD。
光纖150具有圓形截面，而第二波導管是具有呈矩形截面的輸入端的平 坦型波導管。因此，由於截面形狀的差別而導致耦合效率降低。因此，為了 通過增加光纖150和第二波導管165之間的接觸部分來提高耦合效率，第二 波導管165的輸入端的矩形截面在其寬度方向(即，"z"方向)上被充分延伸。 另夕卜，通過使用漸變(graded-index)單模光纖作為光纖150，可進一步提高耦合 效率。可使用通過將球透鏡或漸變透鏡插入到光纖150和第二波導管165之 間的耦合部分中來提高耦合效率的方法。
第二波導管165從HAMR頭100的側表面接收光L,並且將接收的光L 引向位於主磁極110的端部的第一波導管167。第二波導管165的輸出端的 寬度可以與第一波導管167的輸入端的尺寸幾乎相等，以提高與第一波導管 167的耦合效率。如上所述，為了提高第二波導管165與光纖150和第一波 導管167的耦合效率，第二波導管165的輸入端的寬度可以大於輸出端的寬
度。即，第二波導管165可以是錐形類型，從而第二波導管165的核的寬度在光透射的方向上逐漸變窄。
根據本實施例的彎曲波導管被用作第一波導管167。第一波導管167的 輸入端被耦合到第二波導管165的輸出端。例如，對接耦合(butt-coupling)方 法可用於上述耦合。第一波導管167的核與第二波導管165的核可被一體地形成。
第一波導管167的輸出端面對HAMR頭100的底表面，以將光發射到磁 記錄介質上。由於第二波導管165的輸入端被布置在HAMR頭100的側表面 上，所以第二波導管165在圖20所示的"x"方向上透射光，並且第二波導 管165的輸出端被布置在"x"方向上。因此，由於第一波導管167的輸入端 被布置在"-x"方向上，第一波導管167的輸出端被布置在"-z"方向上，所 以第一波導管167的輸入端和輸出端之間的角度是90°。為了將第一波導管 167中的光損失最小化，如上所述，第一波導管167的曲率半徑被設計為諧 振半徑，該諧振半徑由從光源159發射的光的波長和上述角度確定。例如， 參照圖8A和圖8B所描述的被彎曲90。的C形波導管可被用作第一波導管 167。此外，第一波導管167的輸出端的尺寸儘可能小，以減小近場光的光點 的尺寸。但是，由於第一波導管167的輸入端的尺寸可以和第二波導管165 的輸出端的尺寸近似，所以第一波導管167的核可以是這樣一種錐形類型， 該錐形類型具有在入射光透射的方向逐漸減小的寬度。
第一波導管167從第二波導管165接收光L，並將通過改變光的能量分 布而增強的近場光發射到；茲記錄介質上。磁記錄介質被發射的光局部加熱， 並且磁記錄介質的矯頑力下降。因此，即使當主磁極110產生的磁場的強度 不大時，磁記錄介質也能容易地執行磁記錄。另外，由於展示大的矯頑力的 材料可被用於^B己錄介質，所以可提高記錄密度。
儘管上面已經描述了許多內容，但是這些內容不應被理解為限制本發明 的範圍，而僅僅是實施例。例如，本領域技術人員可改變組成部件的位置， 或者可選^^改變HAMR頭100的組成部件。
此外，在上述描述中，在HAMR頭中使用參照圖19和圖20所描述的彎 曲波導管和光傳遞模塊。但是，本發明不限於此。根據本發明的彎曲波導管 和使用該彎曲波導管的光傳遞模塊是具有小的光點和高的光強度的光學元 件，不僅可被用於HAMR頭，而且可被用於使用納米材料和超高密度存儲裝
16置的各種領域，諸如單分子檢測、光語學、納米粒子操作以及單量子點、納 米粒子、納米線等。
例如，在生物化學領域，具有高空間解析度的近場探頭在用於在分子級 別進行研究的顯微術、光鐠學以及光學操作中被使用。當近場探頭的安裝空 間受到限制時，通過使用根據本發明的彎曲波導管和採用該彎曲波導管的光 傳遞模塊作為近場探頭，可容易地安裝近場探頭。
作為另一示例，在光學存儲裝置中，彎曲波導管和使用該彎曲波導管的 光傳遞模塊可被應用於在半導體雷射器的前面的具有小孔徑的微小孔徑雷射器(VSAL)，從而可顯著提高光學存儲裝置的記錄密度和再現速度。
如上所述，根據本發明的彎曲波導管、製造該彎曲波導管的方法、使用該彎曲波導管的光傳遞模塊以及使用該彎曲波導管的熱輔助^t記錄頭可具有
但不限於下面的優點:
第一，入射光的方向可被改變預定的角度，同時保持傳統近場增強孔的場增強特性，而不需要另外的光學元件。
第二，通過近場增強孔(諸如C形孔)可獲得小的光點尺寸和高的光強度。
第三，由於可通過低溫平面工藝來製造彎曲波導管，所以該彎曲波導管可與傳統磁記錄頭被一體地製造。
雖然本發明所參照其示例性的實施例被具體顯示＆描述, 但是本領域技術人員應該理解，在不脫離由權利要求限定的本發明的精神和範圍的情況下，可以對其進行形式和細節的各種改變。
權利要求
1、一種彎曲波導管，包括核，具有輸入端和輸出端，其中，至少輸出端具有近場增強孔結構；金屬包層，被布置成包圍所述核，其中，所述核被彎曲為曲形，所述曲形的曲率半徑是透射光的強度相對於入射光的波長為最大時的諧振半徑。
2、 根據權利要求1所述的彎曲波導管，其中，所述核的輸出端具有C 形孔結構，其中，金屬包層的一部分朝向C形孔結構的中央部分突起而形成 隆起部分。
3、 根據權利要求2所述的彎曲波導管，其中，所述核在其長度方向上始 終具有C形截面。
4、 根據權利要求3所述的彎曲波導管，其中，隆起部分的寬度從輸入端 到輸出端逐漸減小。
5、 根據權利要求1所述的彎曲波導管，其中，在所述核的長度方向上， 所述核的截面面積始終相同。
6、 根據權利要求1所述的彎曲波導管，其中，所述核的輸入端的截面面 積與所述核的輸出端的截面面積不同。
7、 根據權利要求6所述的彎曲波導管，其中，所述核的截面面積從輸入 端到輸出端逐漸減小。
8、 根據權利要求7所述的彎曲波導管，其中，所述核的截面的厚度不變， 並且所述核的截面的寬度從輸入端到輸出端逐漸減小。
9、 根據權利要求1所述的彎曲波導管，其中，所述核被彎曲為圓的曲形， 所述圓的曲形具有輸入端和輸出端之間的角度e，其中，0<0<180°。
10、 根據權利要求1所述的彎曲波導管，其中，所述核被彎曲為曲形， 其中，由多於一個的曲率半徑限定所述曲形。
11、 根據權利要求IO所述的彎曲波導管，其中，每個所述曲率半徑與諧 振半徑相對應。
12、 一種製造彎曲波導管的方法，所述方法包括 通過將金屬沉積在基底上來形成下包層；將形成為具有預定曲率半徑的曲形的核層沉積到下包層上，其中，核層 的輸出端的寬度和厚度等於或小於入射光的波長，其中，核層的曲率半徑被確定為使得透射光的強度相對於入射光的波長為最大；通過將金屬沉積到核層上來形成上包層。
13、 根據權利要求12所述的方法，其中，沉積下包層的步驟包括將金 屬沉積在基底上，並且通過蝕刻沉積的金屬的一部分來形成隆起部分。
14、 根據權利要求12所述的方法，其中，沉積下包層的步驟包括 將樹脂沉積在下包層上；將圖案轉印到樹脂上；通過將紫外光線發射到樹脂上來固化所述圖案的敞開區域；從沒有被固化的區域移除樹脂。
15、 一種光傳遞模塊，包括 第一波導管，其包括核，具有輸入端和輸出端，其中，輸出端具有近場增強孔結構； 金屬包層，包圍所述核， 其中，第一波導管是彎曲波導管，其中，所述核被彎曲為曲形，所述曲 形的曲率半徑是透射光的強度相對於入射光的波長為最大時的諧振半徑。
16、 根據權利要求15所述的光傳遞模塊，還包括 第二波導管，將光透射到第一波導管。
17、 根據權利要求16所述的光傳遞模塊，其中，第一波導管和第二波導 管被對接耦合。
18、 根據權利要求15所述的光傳遞模塊，其中，第一波導管的所述核的 輸出端具有C形孔結構，其中，金屬包層的一部分朝向C形孔結構的中央部 分突起而形成隆起部分。
19、 根據權利要求18所述的光傳遞模塊，其中，第一波導管的所述核在 其長度方向上始終具有C形截面。
20、 根據權利要求19所述的光傳遞模塊，其中，隆起部分的寬度從輸入 端到輸出端逐漸減小。
21、 根據權利要求16所述的光傳遞模塊，其中，第一波導管的所述核的 截面面積/人輸入端到輸出端逐漸減小。
22、 根據權利要求15所述的光傳遞模塊，其中，第一波導管的所述核被彎曲為圓的曲形，所述圓的曲形具有輸入端和輸出端之間的角度e，其中，o<e<i80。。
23、 根據權利要求15所述的光傳遞模塊，其中，第一波導管的所述核被 彎曲為曲形，其中，由多於一個的曲率半徑限定所述曲形。
24、 根據權利要求23所述的光傳遞模塊，其中，每個所述曲率半徑與諧 振半徑相對應。
25、 一種熱輔助》茲記錄頭，包括 磁記錄部分，形成磁場；光傳遞模塊，發射用於將磁記錄介質的記錄預定區域加熱的光， 其中，光傳遞模塊包括第 一 波導管，包括具有輸入端和輸出端的核以及包圍核的金屬包層， 其中，輸出端具有近場增強孔結構；第二波導管，將光透射到第一波導管， 其中，第一波導管是彎曲波導管，其中，所述核被彎曲為曲形，所述曲 形的曲率半徑是透射光的強度相對於入射光的波長為最大時的諧振半徑。
26、 根據權利要求25所述的熱輔助磁記錄頭，其中，第二波導管的輸入 端被設置在熱輔助磁記錄頭的側表面上。
27、 根據權利要求26所述的熱輔助磁記錄頭，其中，第一波導管具有輸 入端和輸入端，第一波導管的輸入端耦合到第二波導管的輸出端，第一波導 管的輸出端面對熱輔助磁記錄頭的底表面。
28、 根據權利要求25所述的熱輔助磁記錄頭，其中，第一波導管的所述 核的輸出端具有C形孔結構，其中，金屬包層的一部分朝向C形孔結構的中 央部分突起而形成隆起部分。
29、 根據權利要求28所述的熱輔助磁記錄頭，其中，第一波導管的所述 核在其長度方向上始終具有C形孔結構。
30、 根據權利要求29所述的熱輔助磁記錄頭，其中，隆起部分的寬度從 輸入端到輸出端逐漸減小。
31、 根據權利要求25所述的熱輔助磁記錄頭，其中，所述核的截面面積 從輸入端到輸出端逐漸減小。
全文摘要
提供一種彎曲波導管，其包括核，具有輸入端和輸出端，其中，輸出端具有近場增強孔結構；金屬包層，包圍所述核。所述核被彎曲為曲形，所述曲形的曲率半徑是透射光的強度相對於入射光的波長為最大時的諧振半徑。因此，可將入射光的方向改變預定角度，同時保持傳統近場增強孔的場增強特性，而不需要另外的光學元件。
文檔編號G11B5/127GK101174416SQ20071014011
公開日2008年5月7日 申請日期2007年8月2日 優先權日2006年11月2日
發明者孫鎮昇, 徐成東, 趙恩亨 申請人:三星電子株式會社