專利名稱:近場光頭和安裝有該近場光頭的信息記錄與復制設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種近場光頭以及安裝有該近場光頭的信息記錄與復制設備。
背景技術：
目前已經(jīng)需要一種獲取對于促進大容量構造和薄型構造的信息記錄與復制設備的更高記錄密度的記錄與復制技術。利用近場光的信息記錄與復制技術能處理超過光衍射極限的小區(qū)域光信息，并因此希望獲得用根據(jù)背景技術的記錄與復制技術無法達到的高記錄密度。
盡管通常利用近場光的記錄與復制設備的構造與磁盤裝置(HDD)的結構基本相似，但該技術的不同之處在于取代了GMR元件的磁元件或線圈，由小的光學開口、小突起等構成的近場光生成元件固定在浮動頭滑動器上，此外，取代了電力布線，光纖或光波導集成在那里。(例如參考專利引用1)。它是如何將光有效地引導到近場光生成元件和記錄媒體以及如何通過使用自由度低于電力布線的布線來構建小型構造的近場光記錄與復制技術的重要元件。
目前設計了這樣一種方法通過將光纖或光波導連接到光頭的側面，并使用光反射面反射來自光纖或光波導且在媒體面的水平方向上傳播的光，并將傳播方向指引到開口方向，來形成入射到小光學開口的小光束點。
國際專利公開No.00/28536小冊子盡管根據(jù)由專利引用1所示的背景技術的方法所構建的近場光頭的結構，通過以傾斜方式加工光波導的端部來提供光反射面，但加工難度很高，且很難獲得光反射面的光滑度。此外，步驟還很多，制造成本也變高了。此外，根據(jù)將光反射面提供給獨立板并將該板與具有近場光生成元件的板粘結在一起的結構，近場光頭被加厚了，構成了對浮動穩(wěn)定性的障礙、浮動量的減少以及數(shù)據(jù)存取速度的增加。此外，缺點是加厚了安裝有近場光頭的信息記錄與復制設備的機殼。
已有能夠有效地將光引導到近場光生成元件和記錄媒體、能夠容易且低成本地制造、并符合小型構造和薄型構造的近場光頭和信息記錄與復制設備的需要。

發(fā)明內容
用于解決上述問題的本發(fā)明的第一方式在于一種近場光頭，其特征在于近場光頭包括板、用于引入來自光源的傳播光的光波導、以及用于將傳播光轉換成近場光的近場光生成元件，其中所述板在其第一面包含近場光生成元件，并在與第一面相對的一側上的第二面上包含光波導，并且光波導包括連接到光源的第一光波導、折射率在其側面方向從其中心連續(xù)改變的第二光波導、以及折射率均勻的第三光波導，第一光波導、第二光波導以及第三光波導依此順序同軸排列，并且相對與第二光波導相對的端面的第三光波導的端面包括反射面，所述反射面用于將傳播光引導到近場光生成元件。
本發(fā)明的第二方式在于，所述近場光頭其特征在于在第一方式中所述光波導包括同軸排列在第一光波導和第二光波導之間并具有均勻折射率的第四光波導。
本發(fā)明的第三方式在于，所述近場光頭其特征在于在第二方式中第四光波導是無芯光纖。
本發(fā)明的第四方式在于，所述近場光頭其特征在于在第一到第三方式中的任一方式中第一光波導為單模光纖。
本發(fā)明的第五方式在于，所述近場光頭其特征在于在第一到第四方式中的任一方式中第二光波導是梯度折射率光纖。
本發(fā)明的第六方式在于，所述近場光頭其特征在于在第五方式中相對于梯度折射率光纖的正弦光路周期P，梯度折射率光纖的長度L定義為L＝(0.25+0.5n)×P(n是非負整數(shù))。
本發(fā)明的第七方式在于，所述近場光頭其特征在于在第五方式中相對于梯度折射率光纖的正弦光路周期P，梯度折射率光纖的長度L定義為(0.25+0.5n)×P＜L＜(0.5+0.5n)×P(n是非負整數(shù))。
本發(fā)明的第八方式在于，所述近場光頭其特征在于在第一到第七方式中的任一方式中第三光波導是無芯光纖。
本發(fā)明的第九方式在于，所述近場光頭其特征在于在第一到第八方式中的任一方式中近場光頭還包括用于將反射面反射的傳播光會聚到在所述板表面或所述板內部的近場光生成元件的透鏡。
本發(fā)明的第十方式在于，所述近場光頭其特征在于在第一到第九方式中的任一方式中在反射面上形成金屬膜。
本發(fā)明的第十一方式在于，所述近場光頭其特征在于在第一到第十方式中的任一方式中與所述板相對的第三光波導的側面的一部分構成平行于所述板的平面。
本發(fā)明的第十二方式在于，所述近場光頭其特征在于在第一到第十一方式中的任一方式中所述板包括在第一面上的槽，并且第一到第四光波導的至少一部分固定在所述槽上。
本發(fā)明的第十三方式在于，所述近場光頭其特征在于在第一到第十二方式中的任一方式中至少一部分第一光波導的截面小于第二光波導的截面。
本發(fā)明的第十四方式在于，安裝有第一到第十三方式中的任一方式中的近場光頭的信息記錄與復制設備。



為了更好地理解本發(fā)明，參考要結合附圖閱讀的詳細說明，其中圖1A-1C示出了顯示根據(jù)本發(fā)明實施例1的近場光頭結構的三面視圖；
圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例1的光纖部分的詳細視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例2的光纖部分的詳細視圖；圖4A-4B示出顯示根據(jù)本發(fā)明實施例3的近場光頭結構的視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例4的光纖部分的詳細視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例5的光纖部分的詳細視圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明實施例6的光纖部分的詳細視圖；圖8是顯示根據(jù)本發(fā)明實施例7的近場光頭結構的視圖；以及圖9是顯示安裝有根據(jù)本發(fā)明實施例1的近場光頭的信息記錄與復制設備的結構的視圖。
具體實施方式
下面將參照附圖來說明實現(xiàn)本發(fā)明的最佳方式。
(實施例1)圖1示出了顯示根據(jù)本發(fā)明實施例1的近場光頭100的結構的三面視圖。圖1A是頂視圖，圖1B是從正面的剖面圖，圖1C是側視圖。
透明板101包括在其下表面的近場光生成元件102。即，在與記錄媒體(未示出)相對的表面上提供近場光生成元件102。近場光生成元件102包括光學小開口、小突起、厚度為幾納米到幾百納米的金屬薄膜以及小散射部件中的一個或多個元件。在透明板101的上表面或內部形成透鏡103，以與近場光生成元件102相對。透明板101的上表面安裝有單模光纖104。單模光纖104的端面與梯度折射率(GI)光纖105連接。此外，沒與單模光纖104連接的GI光纖105的端面與無芯光纖106連接。沒與GI光纖105連接的無芯光纖106的端面構成反射面107，該反射面相對于透明板101的上表面基本成45度。反射面107布置在透鏡103的正上方。如上所述，單模光纖104、GI光纖105以及無芯光纖106同軸排列。
從光源(未示出)射出的光在單模光纖104、GI光纖105和無芯光纖106的內部陸續(xù)傳播，該光由反射面107反射，由透鏡103會聚，并被引導到近場光生成元件102。當光被引入近場光生成元件102內時，從近場光生成元件102生成近場光。
圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例1的光纖部分的詳細視圖。
單模光纖104包括在其軸中心的芯201。
連接到單模光纖104的GI光纖105是這樣一種光纖在傳播光的場中，其中心的折射率大于其外圍的折射率，并且在圓周方向上折射率從中心連續(xù)地變化。距光纖中心距離為r處的折射率n由下式表示n(r)＝n0×(1-(A/2)×r×r)。
符號n0表示光纖中心的折射率。此外，符號
通常稱為折射率分布系數(shù)。在GI光纖中，入射光在正弦光路上傳播。正弦光路的周期稱為GI光纖的節(jié)距(pitch)。節(jié)距p由下式計算p=2π/A.]]>GI光纖105的長度L由下式計算L＝(0.25+0.5n)×p(n是非負整數(shù))。
由此，從單模光纖104的芯201射出的光202變成通過GI光纖105準直的光203，并發(fā)射出去。例如，當在本發(fā)明的近場光頭內使用波長為488nm的光時，通過使用芯201的直徑大約為3μm的單模光纖104，并將GI光纖105的折射率分布常數(shù)設為3，并將GI光纖105的長度設為524μm(即節(jié)距的0.25倍)，可提供大約φ30μm的準直光。
從GI光纖射出的準直光203在無芯光纖106內傳播，同時保持準直，并由反射面107反射，并變成從無芯光纖106的側面射出的光204。
在連接單模光纖104和GI光纖105以及連接GI光纖105和無芯光纖106時，可通過使用焊接連接器容易且準確地對準其光纖外徑來連接光纖。通過使用切割刀可將GI光纖105加工成任意長度，并且其切面光滑。此外，為了確保反射面107的反射效率，反射面107的表面粗糙度需要等于或小于本發(fā)明近場光頭中所用的光波長。因此，可通過拋光來形成反射面107。此外，為了提高反射面107的反射效率，可用鋁、金等金屬膜來形成反射面107的表面。
圖9是顯示使用根據(jù)本發(fā)明實施例1的近場光頭100的信息記錄與復制設備的結構示意圖。在信息記錄與復制設備的機殼901內，設置有圓盤形記錄媒體902，記錄媒體902固定在其中心的軸903上，并且軸903可旋轉地固定在機殼901和電機904上，電機904固定在機殼901上。記錄媒體902可以是可寫媒體，或專用于復制的媒體，在前情況下，通過使用相變材料或磁材料來保存數(shù)據(jù)，而在后情況下，通過凹陷和突起或者金屬膜的存在或缺失來保存數(shù)據(jù)。記錄媒體902根據(jù)電機904的旋轉而旋轉。盡管記錄媒體902的張數(shù)可以是單張或多張，但在此例中，將以多張進行說明。近場光頭100在多個記錄媒體902的每一個的上表面和下表面中的至少一個表面上的空氣中浮動，其中多個記錄媒體之間的間隔為幾十納米。近場光頭100由臂905支撐，臂905附在音圈電機906上，并且臂905根據(jù)音圈電機906的操作而操作。是各近場光頭100的一部分的單模光纖104附在分裂器908上。分裂器908與光源907和光接收器909光耦合。電機904和音圈電機906構成驅動裝置，該驅動裝置用于將近場光頭100布置到記錄媒體902的任意位置，并且通過電機904的旋轉和音圈電機906的操作，近場光頭100可存取記錄媒體902上的任意位置。
下面將描述記錄信息中的操作。與信息一致的光信號由光源907產(chǎn)生，并經(jīng)由分裂器908和光纖104到達近場光頭100，并從近場光生成元件102生成近場光(未示出)。近場光與記錄媒體902上的任意信息單元交互操作，從而用光方式或熱方式改變信息單元，并記錄信息。
下面將描述復制信息中的操作。光源907產(chǎn)生的參考光經(jīng)分裂器908和光纖104到達近場光頭100，并從近場光生成元件102生成近場光(未示出)。近場光與記錄媒體902上保存信息的任意信息單元交互操作，從而散射近場光，并且散射光經(jīng)近場光生成元件102、光纖104和分裂器908由光接收器909檢測。因此，從信息單元光學地復制信息。
根據(jù)本實施例，由單模光纖104引入的光可通過在無芯光纖106端面形成的反射面107反射而引導到透鏡103。不必準備具有反射面的獨立板等，且可由小型構造和薄型構造構成近場光頭。因此，當本實施例的近場光頭安裝到信息記錄與復制設備時，多個記錄介質902之間的間隔D可被減小，并且機殼901的高度H可被減小，并因此可由小型構造和薄型構造或高密度構造來構成信息記錄與復制設備。
此外，可由GI光纖105提供準直光203，并因此在反射面107的光纖軸方向的位置精確度可以很低。盡管反射面107可通過拋光形成，但很難通過拋光來確保光纖軸方向的位置精確度，并且因此不需要光纖軸方向高位置精確度的結構是有效的。由此，可容易地實現(xiàn)將足夠的光量提供給近場光生成元件102。
此外，可以大約±10μm的GI光纖105的長度精度來提供充分準直的光203，并因此便于切割GI光纖105的步驟。由此，可容易地實現(xiàn)將足夠的光量提供給近場光生成元件102。
此外，焊接連接器可用于分別連接單模光纖104、GI光纖105和無芯光纖106，并因此可容易地執(zhí)行與高精確度定位的連接。因此，可容易地實現(xiàn)將足夠的光量提供給近場光生成元件102。此外，可以低成本且大量地生產(chǎn)近場光頭。
此外，反射面107可通過拋光加工，并因此可容易地形成低成本且高功能反射面，并可將足夠的光量提供給近場光生成元件102。
此外，代替根據(jù)本實施例的單模光纖104，可使用偏振波面保持光纖、多模光纖、光波導等。
(實施例2)圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例2的光纖部分的詳細示意圖。
本例的近場光頭與根據(jù)實施例1的近場光頭基本相同。然而，該近場光頭的不同之處在于無芯光纖301的一個側面構成平面302。從GI光纖105射出的準直光203由反射面304反射，并變成經(jīng)平面302的發(fā)射光305。
為了確保平面302的透射率，平面302的表面粗糙度需要基本等于或小于在根據(jù)本發(fā)明的近場光頭中所用的光波長。因此，可通過拋光來加工平面302。
根據(jù)本實施例，除了實施例1的效果，發(fā)射光305通過平面302射出，并因此發(fā)射光305變成準直光，并且光可被有效地引導到近場光生成元件。
(實施例3)圖4示出了顯示根據(jù)本發(fā)明實施例3的近場光頭構成的示意圖。圖4A是從側面的截面圖，而圖4B是從正面的截面圖。
本例中的近場光頭與根據(jù)實施例1的近場光頭基本相同。然而，該近場光頭的不同之處在于在透明板101的上表面形成有V形槽401，并且單模光纖104、GI光纖105和無芯光纖106中的至少一個、全部或一部分固定到V形槽401上。
根據(jù)本實施例，除了實施例1的效果外，通過V形槽401便于光纖的定位。此外，通過一體地(summerizingly)加工V形槽401和透鏡103，可容易地實現(xiàn)高精確度光軸對準。因此，可便于將足夠的光量提供給近場光生成元件102。此外，可以低成本且大量地生產(chǎn)近場光頭。
(實施例4)圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例4的光纖部分的詳細視圖。
本例的近場光頭與根據(jù)實施例1的近場光頭基本相同。但通過下式計算GI光纖501的長度L，并且近場光頭的不同之處在于沒有提供透鏡(未示出)。
(0.25+0.5n)×P＜L＜(0.5+0.5n)×P(n是非負整數(shù))來自GI光纖501的發(fā)射光502在無芯光纖503中傳播，由反射面504反射，并變成從無芯光纖503側面射出的發(fā)射光505。發(fā)射光505逐漸會聚，以提供會聚點506。近場光生成元件(未示出)布置在會聚點506。
根據(jù)本實施例，不需要實施例1中所需的透鏡，并可以較低成本實現(xiàn)批量生產(chǎn)。
(實施例5)圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例5的光纖部分的詳細視圖。
本例的近場光頭與根據(jù)實施例1的近場光頭基本相同。但是，該近場光頭的不同之處在于在單模光纖104和GI光纖602之間提供無芯光纖601。與實施例1類似，無芯光纖601也與單模光纖104、GI光纖602和無芯光纖106同軸排列。與實施例1相似，還提供具有反射面107的無芯光纖106。來自單模光纖104的發(fā)射光603的光束直徑在無芯光纖601內加寬了，并入射到GI光纖602。盡管與實施例1相似，來自GI光纖602的發(fā)射光604是準直光，但與實施例1相比，光束直徑增大了。發(fā)射光604在無芯光纖106內傳播，并由反射面107反射。
根據(jù)本實施例，除了實施例1的效果外，可以提供具有大光束直徑的發(fā)射光，并因此可增大經(jīng)透鏡103入射到近場光生成元件102上的光的NA。因此，可比近場光生成元件102更有效地生成近場光。
(實施例6)圖7是根據(jù)本發(fā)明實施例6的光纖部分的詳細示意圖。
本例的近場光頭與根據(jù)實施例1的近場光頭基本相同。但該近場光頭的不同之處在于在反射面107上形成金屬膜701。鋁或金可用于金屬膜701，并通過濺射裝置或真空鍍膜裝置形成金屬膜701。此外，金屬膜的膜厚為幾百納米。
根據(jù)本實施例，除了實施例1的效果，準直光203可更高效地轉換成發(fā)射光。因此，可從近場光生成元件102有效地生成近場光。
(實施例7)圖8是顯示根據(jù)本發(fā)明實施例7的近場光頭結構的示意圖。
本例的近場光頭與根據(jù)實施例1的近場光頭基本相同。但是，該近場光頭的不同之處在于單模光纖801的直徑變成小于GI光纖105的直徑。單模光纖801、GI光纖105以及無芯光纖106同軸連接。
根據(jù)本實施例，除了實施例1的效果，實現(xiàn)了這樣的優(yōu)點通過減小單模光纖801的直徑，不妨礙近場光頭在空氣中浮動。同時，由于GI光纖105和無芯光纖106的直徑與實施例1的相同，因此可提供具有足夠直徑的準直光。
如上所說明的，根據(jù)本發(fā)明，通過由在光波導端面形成的反射面進行反射，可將從光波導引入的傳播光引導到近場光生成元件。不必準備具有反射面的獨立板等，并且近場光頭可由小型構造和薄型構造構成。因此，可由小型構造和薄型構造或高密度構造來構成安裝有近場光頭的信息記錄與復制設備。
此外，通過使用折射率在側面方向從中心連續(xù)變化的光波導，可自由地選擇從光波導射出的加寬光的角度。
此外，通過使用光波導內的GI光纖(第二光波導)并適當設置長度，可提供準直光，并因此在光纖軸方向的反射面的位置精確度可以很低。盡管可通過拋光形成反射面，但很難通過拋光來確保光纖軸方向的位置精確度，并因此不需要光纖軸方向的位置高精確度的結構是有效的。因此，可容易地實現(xiàn)將足夠的光量提供給近場光生成元件。
此外，通過在光波導的一部分使用具有均勻折射率的光波導或無芯光纖(第四光波導)，可增大發(fā)射光的光束直徑。
此外，通過在光波導的一部分使用具有均勻折射率的光波導或無芯光纖(第三光波導)，可延長光路，同時通過GI光纖保持加寬光的角度。
此外，通過在光波導的一部分使用單模光纖(第一光波導)，可將來自光源的光高效地引導到光頭。
此外，焊接連接器可用于分別連接單模光纖、GI光纖以及無芯光纖，并因此可容易地執(zhí)行通過高精確度定位所附有的連接。因此，可容易地實現(xiàn)將足夠的光量提供給近場光生成元件。此外，可以低成本且大量生產(chǎn)近場光頭。
此外，通過在光路上使用透鏡，可將光有效地引導到近場光生成元件。
此外，通過由板對面的光波導側面的一部分構成平行于板的平面，從光波導發(fā)射的光通過該平面射出，并因此能夠保持準直光，并能將光有效地引導到近場光生成元件。
此外，反射面和平面都可通過拋光來加工，并因此可容易地形成低成本且高功能反射面或透射面，并可將足夠的光量提供給近場光生成元件。
此外，通過在反射面上形成金屬膜，可提供具有更高功能的反射面。
此外，通過形成于板上的槽，便于光波導的定位。此外，通過一體地加工該槽和透鏡，可容易地執(zhí)行高精確度的光軸對準。因此，可容易地將足夠的光量提供給近場光生成元件。此外，可以低成本且大量生產(chǎn)近場光頭。
此外，通過使單模光纖(第一光波導)的直徑小于GI光纖(第二光波導)的直徑，不妨礙近場光頭在空氣中浮動，同時確保準直光的足夠直徑。
權利要求
1.一種近場光頭，包括板；光波導，用于從光源引入傳播光；以及近場光生成元件，用于將所述傳播光轉換成近場光；其中所述板在其第一面具有所述近場光生成元件，并在與第一面相對的一側上的其第二面上具有所述光波導，并且所述光波導包括連接到所述光源的第一光波導(104、801)、折射率在其側面方向從其中心連續(xù)變化的第二光波導(105、501)以及折射率均勻的第三光波導(106、503、602)，第一光波導、第二光波導以及第三光波導依此順序同軸排列，并且相對與第二光波導相對的其端面的第三光波導的端面包括反射面，所述反射面用于將所述傳播光引導到所述近場光生成元件。
2.如權利要求
1所述的近場光頭，其中所述光波導具有在第一光波導和第二光波導之間同軸排列并具有均勻折射率的第四光波導(601)。
3.如權利要求
2所述的近場光頭，其中第四光波導是無芯光纖。
4.如權利要求
1所述的近場光頭，其中第一光波導是單模光纖。
5.如權利要求
1所述的近場光頭，其中第二光波導是梯度折射率光纖。
6.如權利要求
5所述的近場光頭，其中相對于所述梯度折射率光纖的正弦光路周期P，所述梯度折射率光纖的長度L定義為L＝(0.25+0.5n)×P(n是非負整數(shù))。
7.如權利要求
5所述的近場光頭，其中相對于所述梯度折射率光纖的正弦光路周期P，所述梯度折射率光纖的長度L定義為(0.25+0.5n)×P＜L＜(0.5+0.5n)×P(n是非負整數(shù))。
8.如權利要求
1所述的近場光頭，其中第三光波導是無芯光纖。
9.如權利要求
1所述的近場光頭，還包括透鏡，用于將由所述反射面反射的所述傳播光會聚到在所述板表面或所述板內部的所述近場光生成元件。
10.如權利要求
1所述的近場光頭，其中在所述反射面上形成金屬膜。
11.如權利要求
1所述的近場光頭，其中與所述板相對的第三光波導的側面的一部分構成平行于所述板的平面。
12.如權利要求
1所述的近場光頭，其中所述板包括在第一面上的槽，并且第一到第四光波導的至少一部分固定在所述槽上。
13.如權利要求
1所述的近場光頭，其中在與所述傳播光前進方向垂直的方向上的第一光波導的截面積小于與所述傳播光前進方向垂直的方向上的第二光波導的截面積。
14.一種信息記錄與復制設備，包括如權利要求
1至13中任一項所述的近場光頭；記錄媒體，在與所述近場光頭相對的其面上具有用于記錄信息的記錄層；以及驅動裝置，用于將所述近場光頭配置在所述記錄媒體的任意位置。
專利摘要
為了提供能將光有效地引導到近場光生成元件、能夠容易且低成本地制造并符合小型構造和薄型構造的近場光頭，本發(fā)明的近場光頭具有以下結構。透明板101包括在其下表面的近場光生成元件102。透明板101的上表面或內部形成有與近場光生成元件102相對的透鏡103。透明板101的上表面安裝有單模光纖104。單模光纖104陸續(xù)連接有梯度折射率(GI)光纖105和無芯光纖106。未連接到GI光纖105的無芯光纖106的端面構成反射面107，該反射面相對于透明板101的上表面成45度。反射面107布置在透鏡103的正上方。
文檔編號G01Q60/22GKCN1722310SQ200510086098
公開日2006年1月18日 申請日期2005年7月15日
發(fā)明者平田雅一, 大海學, 柴田浩一 申請人:精工電子有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan