專利名稱：形成光能小點(diǎn)的裝置和方法
有關(guān)本申請(qǐng)的交叉參考文獻(xiàn)本申請(qǐng)要求2002年6月28日提出的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)書系列號(hào)60/392,167及2002年9月30日提出的60/414,968號(hào)的權(quán)益。
發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域本申請(qǐng)與一些光波導(dǎo)，尤其是與用于熱助磁記錄的光波導(dǎo)有關(guān)。
發(fā)明的背景磁性記錄頭一直在磁盤驅(qū)動(dòng)存儲(chǔ)系統(tǒng)中使用。這種系統(tǒng)中目前所用的多數(shù)磁性記錄頭是“縱向”磁性記錄頭。傳統(tǒng)形式的縱向磁記錄，在高位密度情況下，超順磁性的不穩(wěn)定一直是個(gè)問題。
為了控制高面密度記錄的媒體噪聲，隨著晶粒體積逐漸減小超順磁性的不穩(wěn)定就成了問題。當(dāng)晶粒體積D足夠小，不等式KuV/KBT＞70不再成立時(shí)，超順磁性效應(yīng)最明顯，其中Ku是材料的磁的晶態(tài)各向異性能密度，KB是玻爾茲曼常數(shù)，T是絕對(duì)溫度。當(dāng)這個(gè)不等式不滿足時(shí)，熱能將儲(chǔ)存的位去磁了。因此當(dāng)為了增加面密度而減小晶粒的大小時(shí)，在給定材料的Ku及溫度T時(shí)就達(dá)到一個(gè)閾，使得不可能得到穩(wěn)定的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
采用具有非常高的Ku的材料制成的記錄媒體，固然可以改善這種熱穩(wěn)定性。然而對(duì)現(xiàn)有的材料來說，記錄頭不可能提供一個(gè)足夠或足夠高的磁書寫場(chǎng)去書寫到這種媒體上。因此已提出了采用熱能在把磁書寫場(chǎng)施加到媒體上之前或前后加熱記錄媒體上的一個(gè)局部區(qū)域來克服記錄頭磁場(chǎng)的限制。熱助磁記錄這個(gè)概念一般是指局部地加熱一個(gè)記錄媒體借以減小記錄媒體的矯頑力從而使在熱源造成的記錄媒體暫時(shí)被磁軟化過程中施加的磁場(chǎng)能較易地控制記錄媒體的磁化。熱助磁記錄允許使用具有小晶粒的媒體，這種媒體如果在室溫下具有較大的磁各向異性來保證有足夠的熱穩(wěn)定性則正是進(jìn)行較高面密度的記錄所需要的。熱助磁記錄可以用于任何一種磁存儲(chǔ)媒體，包括斜向媒體、縱向媒體、垂直媒體和形成圖案的媒體。通過把媒體加熱，Ku或矯頑力被減小，于是磁書寫場(chǎng)足以書寫媒體。該媒體一旦冷卻到環(huán)境溫度，媒體就有足夠高值的矯頑力能保證已記錄信息的穩(wěn)定性。
一般認(rèn)為，減小或改變位單元的長寬比就可以擴(kuò)大位密度的極限。然而看來還需要有不同的方法去克服縱向磁記錄的限度。
至少能克服與超順磁性效應(yīng)聯(lián)結(jié)著的某些問題但不同于縱向記錄的另一種方法是“垂直”磁記錄。一般認(rèn)為垂直磁記錄有能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過縱向磁記錄的記錄密度極限。由垂直磁存儲(chǔ)媒體使用的垂直磁記錄頭可以包含一對(duì)相互磁耦合的極，其中有一個(gè)主書寫極，它的底表面面積相對(duì)較小及一個(gè)磁通回路極，它的底面面積較大。緊靠主書寫極有一個(gè)具有多匝的線圈，作用是在那個(gè)極與存儲(chǔ)媒體的軟底層之間感生一個(gè)磁場(chǎng)。軟底層位于存儲(chǔ)媒體的硬磁性記錄層之下，它加強(qiáng)由主極產(chǎn)生的磁場(chǎng)的幅度。這又反過來允許使用具有較高矯頑力的存儲(chǔ)媒體，因而可以在媒體內(nèi)存儲(chǔ)更穩(wěn)定的位。在記錄過程中，線圈中的電流激勵(lì)主極，使它產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，并在軟底層內(nèi)產(chǎn)生這個(gè)場(chǎng)的影像，借以加強(qiáng)在磁性媒體中產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度。從極尖發(fā)散到軟底層的磁通密度穿過磁通回路極返回?；芈窐O置于主書寫極足夠遠(yuǎn)的地方因而回路極的物質(zhì)不至于影響主書寫極的磁通，這些磁通垂直地引導(dǎo)入存儲(chǔ)媒體的硬層及軟底層內(nèi)。
當(dāng)給媒體施加一個(gè)熱源或光源，合乎理想的是把熱或光限制到進(jìn)行書寫的軌道上并在媒體受熱完成高面密度記錄的最近處產(chǎn)生書寫場(chǎng)。另外，對(duì)熱助磁記錄(HAMR)來說，要克服的技術(shù)障礙之一是需要提供一種能把大量光能發(fā)送到記錄媒體限于一個(gè)小點(diǎn)譬如說50nm或更小些的區(qū)域上的有效技術(shù)。業(yè)已提出了多種換能器設(shè)計(jì)，其中有些已經(jīng)過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。這里有金屬覆蓋的玻璃光纖及中空具有金屬壁的角錐結(jié)構(gòu)。對(duì)于所有這些方法來說，對(duì)光的約束取決于制成結(jié)構(gòu)終端的孔徑，因而這種換能器得到一個(gè)“孔徑探頭(aperture probe)”的名稱?？偟膩碚f，這些器件由于光傳輸效率低而不能用于HAMR記錄。例如錐形的和金屬化的光纖，實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)光被約束到50nm左右，吞吐率只有10-6。已經(jīng)設(shè)計(jì)出來利用對(duì)Si晶片進(jìn)行各向異性刻蝕制出的角錐探頭，對(duì)類似大小的點(diǎn)吞吐率也只有10-4。但是這就是本技術(shù)領(lǐng)域的現(xiàn)狀，對(duì)HAMR來說大小還差兩個(gè)數(shù)量級(jí)。
通過改變錐角、給中空結(jié)構(gòu)填充高折射率材料以及嘗試向這些尖狀結(jié)構(gòu)的整合邊及角投射表面電磁激元(Surface plasmons)(SP)已經(jīng)使這些換能器的吞吐率得到改進(jìn)。雖然這樣做把吞吐量增加到一定程度，但是最有前途的SP方法，由于缺乏有效的投射SP技術(shù)，還是效率很不高。另外，所有的孔徑探頭都受到點(diǎn)大小下限的限制，它是用來構(gòu)成孔徑的金屬膜的集膚深度的兩倍。甚至對(duì)鋁來說，這種金屬對(duì)可見光的集膚深度最小，那也對(duì)應(yīng)于20nm左右的點(diǎn)大小。
也提出了用固體浸沒透鏡(SIL)和固體浸沒鏡(SIM)把遠(yuǎn)場(chǎng)光能集中成小點(diǎn)。焦點(diǎn)處的光強(qiáng)的確很大，但是光點(diǎn)的大小仍由衍射極限決定，而它轉(zhuǎn)過來取決于構(gòu)成SIL或SIM的材料的折射率。用目前已知的透明材料所達(dá)到的最小光點(diǎn)是60nm左右，對(duì)HAMR來說還是太大。
一個(gè)金屬針可以用來作換能器把光能集中到任意小的面尺寸。這個(gè)金屬針支持一個(gè)表面電磁激元模態(tài)，它沿著針傳播，并且由這個(gè)表面電磁激元生成的外電場(chǎng)的寬度正比于針的直徑。針直徑較小就形成一個(gè)較小的點(diǎn)，因此從原理上說可以把點(diǎn)的大小造成任意的小。然而，較小的針直徑也會(huì)造成能量傳輸?shù)膫鞑ゾ嚯x更短。事實(shí)上，對(duì)于一個(gè)50nm的點(diǎn)大小，表面電磁激元的1/e傳播長度典型地實(shí)質(zhì)上比1微米小，因此，一個(gè)金屬針本身是不能用來作近場(chǎng)換能器的。
因此需要一種能提供點(diǎn)尺寸縮小了的而且吞吐效率提高了的換能器。
發(fā)明的概述本發(fā)明提供一種用來形成光能小點(diǎn)的裝置，它包含一個(gè)造成一定形狀的平面波導(dǎo)，波導(dǎo)把一個(gè)線偏振電磁波引導(dǎo)到內(nèi)部的一個(gè)焦點(diǎn)上以及一個(gè)安置在焦點(diǎn)上的金屬針，憑由此線偏振電磁波在針的表面上生成表面電磁激元。
那個(gè)波導(dǎo)可以包括一些邊它們被造成一定形狀以便反射電磁波。那些邊可以具有實(shí)際上是拋物線的形狀，波導(dǎo)的末端可以是截了頭的。那個(gè)平面波導(dǎo)還可以按另一種方式，包括一個(gè)模態(tài)折射率透鏡用來把電磁波引向焦點(diǎn)。那個(gè)金屬針可以嵌入在波導(dǎo)中還可以延伸穿過波導(dǎo)的一端。
該裝置還可以包含將線偏振電磁波耦合進(jìn)平面波導(dǎo)的裝置，并且將線偏振電磁波耦合進(jìn)平面波導(dǎo)的裝置可以包括一個(gè)衍射光柵。
該裝置還可以包含用于把線偏振電磁波的一部分產(chǎn)生相移的裝置。這個(gè)造成相移的裝置可以包括一層物質(zhì)，其第一部分具有第一折射率，其第二部分具有第二折射率。
該平面波導(dǎo)可以包括一個(gè)芯層，并且那個(gè)造成相移的裝置可以包括芯層的第一部分和芯層的第二部分，二者的厚度不同。
產(chǎn)生相移的裝置的另一種選擇是包括一個(gè)第一衍射光柵與一個(gè)第二衍射光柵，其中第一衍射光柵與第二衍射光柵在縱向方向上偏移一定距離。
該裝置還可以在毗鄰平面波導(dǎo)的一側(cè)或兩側(cè)包括一個(gè)包層，該包層可以有不同的厚度從而提供使電磁波發(fā)生相移的裝置。
另一方面，本發(fā)明可以包括將一個(gè)線偏振電磁波耦合進(jìn)平面波導(dǎo)的裝置從而激發(fā)一個(gè)橫向磁波導(dǎo)模態(tài)。另外，該波導(dǎo)的厚度可選擇為比波導(dǎo)的橫向磁模態(tài)的截止厚度稍大一點(diǎn)。
另一方面，本發(fā)明還包含一個(gè)裝置，它包括一個(gè)角錐狀結(jié)構(gòu)，具有四個(gè)實(shí)際上是平的邊，它們會(huì)聚到一頂點(diǎn)，在毗鄰每邊面的外側(cè)置有具有第一折射率的第一物質(zhì)，在毗鄰每邊面的內(nèi)側(cè)置有具有第二折射率的第二物質(zhì)，以及在鄰近那個(gè)頂點(diǎn)的地方安置一個(gè)金屬針。這個(gè)裝置可以再包括一種裝置使電磁波在被邊反射之前把它的一部分產(chǎn)生相移。
本發(fā)明還包括一個(gè)裝置，它包括一個(gè)具有第一折射率的圓錐狀結(jié)構(gòu)，在圓錐狀結(jié)構(gòu)的一個(gè)面上有一個(gè)具有第二折射率的物質(zhì)層，其中第二折射率低于第一折射率，并且在物質(zhì)層上安置有一金屬層，并且在圓錐狀結(jié)構(gòu)的那一個(gè)頂點(diǎn)的附近安置一金屬針。
本發(fā)明還包含一個(gè)記錄頭，它包括一個(gè)磁書寫報(bào)，一個(gè)平面波導(dǎo)安置在毗鄰磁書寫板處，該平面波導(dǎo)被制成一定形狀以使一線偏振電磁波被引導(dǎo)到波導(dǎo)內(nèi)的一個(gè)焦點(diǎn)上，以及一個(gè)置于焦點(diǎn)處的金屬針，憑借這些，電磁波在針表面上生成表面電磁激元。
本發(fā)明還包含一個(gè)記錄頭，它包括一個(gè)磁書寫極及一個(gè)被安置在磁書寫極附近的波導(dǎo)，該波導(dǎo)包括一個(gè)角錐狀結(jié)構(gòu)，它具有四個(gè)實(shí)際上平的邊，它們會(huì)聚到一頂點(diǎn)，在毗鄰每個(gè)邊的外部都置有一個(gè)具有第一折射率的第一種物質(zhì)，在毗鄰每個(gè)邊的內(nèi)部都置有一個(gè)具有第二折射率的第二種物質(zhì)以及一個(gè)安置在那個(gè)頂點(diǎn)附近的金屬針。
本發(fā)明的另一方面包含一種記錄頭，它包括一磁書寫報(bào)，以及毗鄰于該磁書寫報(bào)安置的波導(dǎo)，該波導(dǎo)包括具有第一折射率的圓錐形結(jié)構(gòu)，在圓錐形結(jié)構(gòu)的表面上有一層物質(zhì)，該物質(zhì)具有比第一折射率，在該層物質(zhì)上安置一金屬層，以及在毗鄰于圓錐形結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)處安置一金屬針。
本發(fā)明還包含一個(gè)盤驅(qū)動(dòng)器，它包括轉(zhuǎn)動(dòng)存儲(chǔ)媒體的裝置以及將一個(gè)記錄頭定位到存儲(chǔ)媒體表面近處的裝置，其中這個(gè)記錄頭包括一個(gè)磁書寫極，安置在毗鄰磁書寫極處的一個(gè)平面波導(dǎo)，該平面波導(dǎo)被造成一定形狀能把一個(gè)線偏振電磁波引導(dǎo)至波導(dǎo)內(nèi)的一個(gè)焦點(diǎn)上以及一個(gè)安置在焦點(diǎn)上的金屬針，憑借這些電磁波在針的表面上生成表面電磁激元。
附圖的概述

圖1是可以包括依據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的磁頭的一個(gè)磁盤驅(qū)動(dòng)器的繪圖表示。
圖2是依據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的一個(gè)平面波導(dǎo)的示意表示。
圖3是依據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的另一種平面波導(dǎo)的示意表示。
圖4是依據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的另一種平面波導(dǎo)的示意表示。
圖5是兩個(gè)衍射光柵的示意表示。
圖6是厚度對(duì)有效折射率的曲線圖。
圖7是依據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的另一種平面波導(dǎo)的示意表示。
圖8是一個(gè)波導(dǎo)中的TE模波的示意表示。
圖9是一個(gè)波導(dǎo)中的TM模波的示意表示。
圖10是一個(gè)電磁波的徑向偏振的說明。
圖11是引起徑向偏振的組合波片的示意表示。
圖12是由波片發(fā)送的光的偽徑向偏振的示意表示。
圖13是入射到一個(gè)固體浸沒透鏡上的徑向偏振光束的示意說明。
圖14是點(diǎn)直徑對(duì)芯直徑的曲線圖。
圖15是光束直徑對(duì)傳播距離的曲線圖。
圖16是依據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的一個(gè)圓錐狀換能器的示意表示。
圖17是依據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的一個(gè)角錐狀換能器的示意表示。
圖18是包括本發(fā)明的波導(dǎo)的記錄頭的示意表示。
圖19是依據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的截頭固體浸沒鏡的示意表示。
圖20是依據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的另一種截頭固體浸沒鏡的示意表示。
圖21是依據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的另一種波導(dǎo)的等角視圖。
圖22是依據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的另一種波導(dǎo)的側(cè)正視圖。
本發(fā)明的詳細(xì)說明本發(fā)明包含用于磁及/或光記錄媒體的磁及光記錄頭里的設(shè)備，以及包括這些設(shè)備的磁及/或光記錄頭以及包括那些記錄頭的盤驅(qū)動(dòng)器。圖1是使用依據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的記錄頭的盤驅(qū)動(dòng)器10的繪圖表示。這個(gè)盤驅(qū)動(dòng)器包括一個(gè)外殼12(在本視圖中，上部已移去，下部可見)，按盤驅(qū)動(dòng)器所包括的部件來定其大小及配置。盤驅(qū)動(dòng)器包括一個(gè)主軸電動(dòng)機(jī)14，用來使外殼里的至少一種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)媒體16、在本情況下是一個(gè)磁盤轉(zhuǎn)動(dòng)。在外殼12內(nèi)至少有一個(gè)臂18，每個(gè)臂18都有一個(gè)第一端20，其上有一個(gè)記錄及/或閱讀頭或浮動(dòng)塊22，及一個(gè)第二端24，像樞軸那樣經(jīng)一個(gè)軸承26裝在軸上。在臂的第二端24處有一個(gè)傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)28，作用是使臂18旋轉(zhuǎn)，令頭22按要求位于盤16的一個(gè)扇面上。傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)28由一個(gè)控制器調(diào)節(jié)，它在這個(gè)視圖中沒有示出，這在本技術(shù)領(lǐng)域是眾所周知的。
為了進(jìn)行熱助磁記錄，把一個(gè)電磁波，例如可見光或紫外線，引導(dǎo)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)媒體的一個(gè)表面上去把媒體的局部區(qū)域的溫度升高從而使對(duì)該區(qū)域的磁化作用更易切換。著名的固體浸沒透鏡(SIL)已被建議用于減小受電磁輻射的媒體上的點(diǎn)的大小。此外，固體浸沒鏡(SIM)亦已在文獻(xiàn)中作了說明。SIL和SIM既可以是三維的，也可以是二維的。后面這種情況下它們相當(dāng)于平面波導(dǎo)中的模態(tài)折射率透鏡或鏡?？梢栽赟IM的焦點(diǎn)處插一個(gè)金屬針借以把從SIM出來的受約束的光束引導(dǎo)到記錄媒體的表面上。這個(gè)發(fā)明提供了一種把從SIM(或SIL)出來的光耦合到金屬針的有效方法。
二維平面波導(dǎo)可以用來利用模態(tài)折射率透鏡或平面固體浸沒鏡以生成得到聚焦的光束。圖2是一個(gè)固體浸沒鏡形式的二維波導(dǎo)30的示意表示，它包括嵌在波導(dǎo)一端中的一個(gè)金屬針32。針的尖34延伸到波導(dǎo)之外。圖2所示的例子中，波導(dǎo)有邊36、38，它們實(shí)質(zhì)上具有拋物線的形狀。由于波導(dǎo)與毗鄰物質(zhì)的折射率不同，穿過波導(dǎo)沿著軸向傳播的電磁波，如箭號(hào)40及42所示，會(huì)被波導(dǎo)反射到金屬針的表面上。如果焦點(diǎn)處的電場(chǎng)平行于針的軸，那末它可以耦合到針并沿著針的表面生成表面電磁激元。隨后近場(chǎng)輻射就從針的尖輻射出去如箭號(hào)44所示。置于焦點(diǎn)處的金屬針把光焦中到一個(gè)點(diǎn)上，比用一個(gè)模態(tài)折射率透鏡或SIM單獨(dú)形成的點(diǎn)小得多。波導(dǎo)可以在毗鄰針的那端46被截頭。從而使大部分入射電磁波以比某個(gè)預(yù)定的角度，例如45°小得多的角度落在波導(dǎo)的邊上。對(duì)于線偏振準(zhǔn)直電磁波來說，具有拋物線形狀的邊會(huì)把波會(huì)聚到焦點(diǎn)上。然而應(yīng)該明白，也可以用其它形狀的邊面，只要入射波合乎條件，就可以使波的特性與邊的形狀結(jié)合起來造成把波按要求會(huì)聚到針上。針可以具有矩形的橫截面并逐漸縮小成一點(diǎn)。不過，也可以用具有其它形狀的橫截面的針。
這個(gè)波導(dǎo)可以用，例如一種高折射率電介質(zhì)芯物質(zhì)如TiO2，Ta2O5，Si，SiN或ZnS制成，這由所要用的波長及折射率決定。例如Si在1550nm近紅外波長的折射率很大，有3.5，但是它對(duì)可見光是不透明的。Ta2O5的折射率較低，只有2.1左右，但是在近紅外及可見光范圍內(nèi)都是透明的。波導(dǎo)在芯的兩邊都有電介質(zhì)包層。包層的折射率必須比芯層的低。合乎理想的是芯層與包層的折射率之差要盡可能大?？諝馐亲饕贿叺陌鼘拥暮线m電介質(zhì)?？梢杂脕碜靼鼘拥钠渌娊橘|(zhì)有SiO2，其折射率是1.5及Al2O3，其折射率大約是1.8。
當(dāng)本發(fā)明用橫電(TE)模電磁波進(jìn)行工作時(shí)，可以提供把電磁波的一部分進(jìn)行相移的方法。相移可以由提供的一種裝置，把徑向偏振波的二維模擬投射到平面波導(dǎo)里的方法來達(dá)到。我們稱這為分裂線偏振波導(dǎo)模式。下面描述兩種達(dá)到分裂線偏振的方法。第一種技術(shù)改變平面波導(dǎo)的一半，通過改變波導(dǎo)的一部分中芯或包層電介質(zhì)的折射率及/或芯或包層電介質(zhì)的厚度，如圖3中所示。圖3的平面波導(dǎo)50包括芯電介質(zhì)的第一部分52，其有效折射率為n1(它是波導(dǎo)中所有芯及包層的折射率及厚度的函數(shù))，以及芯電介質(zhì)的第二種部分54，其有效折射率為n2。54那部分在軸向上的長度用d1表示。進(jìn)入波導(dǎo)的光如圖所示用箭號(hào)56和58表示。入射光是在波導(dǎo)的平面內(nèi)線偏振的。箭號(hào)60、62、64、66、68和70表示出了入射光的電場(chǎng)。箭頭60和62表明入射光的電場(chǎng)分量原來就在供橫電偏振的波導(dǎo)的波導(dǎo)平面內(nèi)。波導(dǎo)54那部分引起波導(dǎo)兩半的波導(dǎo)模式形成差分相移從而使光出射部分54的電磁場(chǎng)，如箭頭66所示。相對(duì)于光通過部分52的電磁場(chǎng)，如箭號(hào)64所示，相位相差180°。由于光在波導(dǎo)的邊面上被反射，那兩個(gè)用箭號(hào)72和74示出的被反射波具有的電場(chǎng)由箭號(hào)68和70所示，在TE偏振情況下同時(shí)都包括縱向和橫向成分。在兩個(gè)反射波相遇處，橫向成分相互抵消，剩下的縱向成分加起來產(chǎn)生一個(gè)與波導(dǎo)的軸方向一致的電場(chǎng)并用來在金屬針尖76處激發(fā)表面電磁激元。這個(gè)軸向場(chǎng)正是希望用來改進(jìn)離開波導(dǎo)的那一部分能的。
電磁波傳播通過波導(dǎo)的一部分所需時(shí)間是由該部分的有效折射率與長度決定的?？梢赃x擇折射率和長度，使傳播通過第一部分的波與傳播通過第二部分的波有一個(gè)180°的凈相移。這可以表為
|(n1-n2)d|=λ2---(1)]]>其中n1和n2是TE波導(dǎo)模態(tài)在第一部分中和第二部分中的有效折射率，d是第二部分的長度，λ是入射電磁輻射的波長。有效折射率是芯和包層的折射率和厚度還有偏振狀態(tài)的函數(shù)。參照?qǐng)D3，有許多辦法得到折射率變化n2。例如改變波導(dǎo)的厚度，使用離子注入或給波導(dǎo)裝上金屬帶等都可以改變折射率。
參考圖3的結(jié)構(gòu)，如果我們假定平面波導(dǎo)由Ta2O5組成，厚度為200nm，那末修改部分所需要長度由圖6的曲線圖的線122示出，該線是Ta2O5薄膜厚度的一個(gè)函數(shù)。例如，一個(gè)厚度為100nm的Ta2O5膜如果有一個(gè)1.76的有效折射率，為了生成180°的凈相移，這部分的長度54應(yīng)是1.2μm左右。另一種辦法是，整個(gè)波導(dǎo)可以從100nm的Ta2O5厚度開始，然后用一個(gè)200nm厚的Ta2O51.2μm長的改變部分54來代替。這也會(huì)產(chǎn)生180°相移。
用來生成一個(gè)分裂線偏振平面波導(dǎo)模態(tài)的另一種技術(shù)是利用一個(gè)衍射光柵去發(fā)射那個(gè)平面模態(tài)，如圖4中所示。圖4示出了一個(gè)固體浸沒鏡形式的二維波導(dǎo)80，它包括第一衍射光柵82和第二衍射光柵84。衍射光柵通常用來把光入射到平面波導(dǎo)中。為了生成分裂線偏振，82和84這兩個(gè)衍射光柵使用時(shí)它們之間有一個(gè)縱向偏移，如圖4所示。這兩個(gè)光柵的偏移距離為d2。
雙光柵的目的是在光束的兩半之間引入一個(gè)180°的相對(duì)相移。箭號(hào)86和88示出λ射電磁波其電場(chǎng)由箭號(hào)90和92表示，以及一個(gè)橫向電波導(dǎo)模態(tài)，其電場(chǎng)用箭號(hào)94、96、98和100表示。如箭號(hào)90和92所示，入射波的電場(chǎng)原先在TE模態(tài)的波導(dǎo)平面內(nèi)線偏振。光柵82是用來把波發(fā)射入波導(dǎo)的一半。光柵84是用來把波發(fā)射入波導(dǎo)的另一半。兩個(gè)光柵位置的縱向偏移造成由箭號(hào)94和96所表示的兩個(gè)波導(dǎo)模態(tài)之間出現(xiàn)一個(gè)180°的相移。經(jīng)過波導(dǎo)的邊102及104反射之后，兩個(gè)反射光，用箭號(hào)106和108表示出，都具有電場(chǎng)，在TE偏振情況下同時(shí)包含縱向和橫向成分。當(dāng)這兩個(gè)反射波在焦點(diǎn)處相遇，電場(chǎng)的橫向成分相互抵消，而電場(chǎng)的縱向成分相加。這激發(fā)金屬針110上的表面電磁激元。兩個(gè)光柵之間的偏移由下式給出 其中θ是入射角，neff是波導(dǎo)模態(tài)的有效折射率，nine則是入射媒體的折射率。如圖5中所示，入射準(zhǔn)直激光束先到達(dá)波導(dǎo)的第一部分的端點(diǎn)然后才到達(dá)波導(dǎo)的第二部分的端點(diǎn)。時(shí)間差是
t1=nincdsinθC---(3)]]>在第一光柵的末端，波導(dǎo)模態(tài)開始新的傳播，其相速為Vp=Cneff---(4)]]>它在下列時(shí)間間隔之后到達(dá)第二光柵的末端t2=neffdd---(5)]]>t1和t2之間的時(shí)間間隔足以在傳播中的波導(dǎo)模態(tài)中產(chǎn)生一個(gè)180°的相移，t2-t1=dc(neff-nincSinθ)=12f=λ2c---(6)]]>這個(gè)方程能簡化為方程(2)波導(dǎo)可以置于一個(gè)基片，例如SiO2，的表面上。對(duì)于一個(gè)如圖4所示那樣構(gòu)成的波導(dǎo)，為了在400nm波長上的TE偏振，在SiO2基片上的一個(gè)40nm的Ta2O5波導(dǎo)的有效折射率是1.553。對(duì)于空氣中以45°入射角入射到波導(dǎo)上的一個(gè)準(zhǔn)直激光束，偏移應(yīng)該是236nm。作為第二個(gè)例子，對(duì)于633nm波長的TE偏振及在SiO2基片上的一個(gè)50nmTa2O5波導(dǎo)，有效折射率是1.469，如此，對(duì)于一個(gè)在空氣中以45°角入射的激光光束的偏移應(yīng)該是415nm。作為第三個(gè)例子，對(duì)于在1550nm波長的TE偏振以及在SiO2基片上的一個(gè)100nmSi波導(dǎo)，有效折射率是2.129，如此，對(duì)于一個(gè)在空氣中以45°角入射的激光束，偏移應(yīng)該是545nm。
圖5是圖4的82和84兩個(gè)衍射光柵的示意表示。圖5表示了光柵的偏移及由箭號(hào)86和88表示的入射光。
圖6是關(guān)于一個(gè)由夾在SiO2(n＝1.5)及空氣包層之間的Ta2O5芯(n＝2.2)組成的波導(dǎo)在633nm波長情況下的TE偏振的有效折射率對(duì)于波導(dǎo)厚度的曲線圖120。隨著膜變得非常厚，它的有效折射率趨近大體積Ta2O5的折射率，那就是2.2。隨著膜變得非常薄，它的有效折射率下降至基片SiO2的折射率，即1.5。對(duì)于膜厚度在40nm左右以下的，就沒有傳播的TE模態(tài)。
激發(fā)金屬針的另一種方法是用一個(gè)強(qiáng)Z偏振在波導(dǎo)的截止尺寸附近的波導(dǎo)中激發(fā)一個(gè)TM模態(tài)而不是上面討論的TE模態(tài)。使用TM模態(tài)的波導(dǎo)已在圖7中作了圖示。圖7的平面波導(dǎo)130包括一個(gè)透明物質(zhì)如Ta2O5的層132，在一個(gè)基片例如SiO2的表面上。提供了一個(gè)單個(gè)的光柵134把光耦合進(jìn)波導(dǎo)。光進(jìn)入波導(dǎo)如箭號(hào)136及138所示。入射光在入射平面內(nèi)并垂直于波導(dǎo)平面偏振，因而波導(dǎo)內(nèi)的電場(chǎng)有一個(gè)成分處于波導(dǎo)平面內(nèi)并沿著傳播方向，如箭號(hào)133和135所示，還有另一個(gè)成分在同時(shí)垂直于傳播方向和波導(dǎo)平面的方向上。這已在圖9的一個(gè)側(cè)視圖表示出。沿著傳播方向的電場(chǎng)成分是Ez，垂直于傳播方向和波導(dǎo)平面的電場(chǎng)成分是Ey。經(jīng)波導(dǎo)的邊反射之后，電場(chǎng)成分Ey不變，但是電場(chǎng)成分Ez被分為一個(gè)平行針的縱向成分EL及一個(gè)垂直于針的橫向成分ET。其中圖7中的反射波137和139相遇，這些電場(chǎng)加起來產(chǎn)生一個(gè)總電場(chǎng)，它有一個(gè)成分EL平行于針，和另一個(gè)成分同時(shí)垂直于波導(dǎo)和針(在圖9中用Ey表示)。那兩個(gè)橫向成分ET相互抵消。隨著芯的厚度趨向截止厚度逐漸減小，平行于針的電場(chǎng)成分EL相對(duì)于與波導(dǎo)平面及針都垂直的成分Ey逐漸增大。因?yàn)榇怪庇卺樀某煞植⒉挥行У伛詈先脶樦?，所以波?dǎo)應(yīng)設(shè)計(jì)成在靠近它的截止情況下工作，為的是使在波導(dǎo)平面內(nèi)的電場(chǎng)成分的幅度成為最大，從而把電磁能最有效地傳輸入針中。
圖8是一個(gè)波導(dǎo)中的一個(gè)TE模態(tài)波的示意表示。圖8中示出了在波導(dǎo)152中的一個(gè)電磁波150。該電磁波以TE模態(tài)偏振，如此，電場(chǎng)垂直于圖的平面并且磁場(chǎng)H具有分量Hy和Hz，其中成分Hz的方向平行于波導(dǎo)的軸?？梢钥闯?，該電磁波在沿著波導(dǎo)傳播過程中反射出邊154和156。
圖9是一個(gè)波導(dǎo)中的一個(gè)TM模態(tài)波的示意表示。圖9中示出了波導(dǎo)162中的一個(gè)電磁波160。該電磁波以TM模態(tài)偏振，如此，磁場(chǎng)垂直于圖的平面并且電場(chǎng)E具有分量Ey和Ez其中成分Ez的方向平行于波導(dǎo)的軸?？梢钥闯觯撾姶挪ㄔ谘刂▽?dǎo)傳播過程中反射出邊面164和166。
根據(jù)圖9，很明顯，對(duì)TM模態(tài)來說，在Z方向上有電場(chǎng)的分量。模態(tài)越接近截止。Z分量越強(qiáng)。TM模態(tài)可以用一個(gè)單個(gè)的光柵來激發(fā)，不需要用圖4中所示的偏置的光柵。使用TM模態(tài)，可以省去圖4那樣的相移裝置。
對(duì)于某些換能器來說，比較理想的是使用徑向偏振電磁波，參考圖10就可以理解徑向偏振。一個(gè)徑向偏振電磁波包含一個(gè)在平面170上的電場(chǎng)成分，平面170垂直于以K矢量172表示的傳播方向，電場(chǎng)分量用箭號(hào)174、176、178和180表示。
徑向偏振波的磁場(chǎng)H是關(guān)于K矢量環(huán)繞的。生成徑向偏振波的技術(shù)是眾所周知的。例如可以把兩個(gè)半個(gè)波片切為182、184、186和188四個(gè)四分之一并重新排列成一個(gè)單一的波片，令它們的快軸如圖11中那樣排列。
半波片具有這樣的性質(zhì)，它把偏振平面旋轉(zhuǎn)一個(gè)兩倍于波片角度的角度。因此，如果一個(gè)均勻地在豎直方向上偏振的平面波入射到這個(gè)經(jīng)過改造的波片上，透過的偏振將是圖12中用箭號(hào)190、192、194和196示出的那樣。
透射的偏振，具有一個(gè)強(qiáng)的徑向分量和一個(gè)較小的環(huán)繞分量。環(huán)繞分量可以利用把波束會(huì)聚通過一個(gè)空間針孔濾波器來消除，因?yàn)樵摓V波器把環(huán)繞分量相對(duì)于徑向分量大大地衰減。結(jié)果將是一個(gè)徑向偏振波束，如圖10中所示，當(dāng)然也還有其它方法可以生成徑向偏振波束。
如果這個(gè)徑向偏振波束入射到一個(gè)固體浸沒透鏡(SIL)或一個(gè)固體浸沒鏡(SIM)上，它會(huì)被會(huì)聚到一個(gè)焦點(diǎn)上。圖13是一個(gè)SIL200的示意表示，它可以用來會(huì)聚徑向偏振波。在焦點(diǎn)202處，由箭號(hào)204、206表示的電場(chǎng)成分趨于抵消，只剩下沿傳播軸208方向上的電場(chǎng)分量。
這個(gè)軸向電場(chǎng)偏振化，無論是由SIL還是由SIM實(shí)現(xiàn)的，都可以結(jié)合一個(gè)位于焦點(diǎn)的金屬針210用來提供一個(gè)尺寸縮小了的光點(diǎn)同時(shí)改進(jìn)吞吐效率。針不需要很長，只需要在焦點(diǎn)深度或一個(gè)波長的數(shù)量級(jí)?？梢园厌樀拈L度優(yōu)化以便支持一個(gè)諧振模態(tài)并從它的下端有效地輻射光。這個(gè)金屬針可以支持一個(gè)沿它的軸向傳播的表面電磁激元諧振?？梢园厌樀闹睆皆斐珊苄戆堰@個(gè)場(chǎng)緊密地約束。然而，隨著針的直徑減小，SP模態(tài)的傳播距離也減小。圖14表示的是對(duì)于鋁針點(diǎn)的直徑作為針直徑的函數(shù)。對(duì)于一個(gè)50nm大小的點(diǎn)，金屬針的直徑應(yīng)該是20nm左右。圖14中的數(shù)據(jù)是從一個(gè)無限長的圓柱針得出的。對(duì)于限定的圓柱針或一個(gè)有尖端的針，點(diǎn)的大小會(huì)差不多或甚至更小。
圖15示出的是傳播長度作為針直徑的函數(shù)。傳播長度被定義為波的幅度降至它原來值的1/e的距離。20nm的針直徑在1550nm波長的情況下只是與300nm左右的傳播距離相對(duì)應(yīng)。為了這些計(jì)算，金屬針是用折射率為2.2的電介質(zhì)包圍著的。
為了讓SP模態(tài)傳播一個(gè)較長的距離，針可以是圓錐狀的并使其頂點(diǎn)接近SIL或SIM的底部。隨著針的直徑增大，SP模態(tài)的傳播距離也加大。這樣，入射到與點(diǎn)相對(duì)的圓錐針的端點(diǎn)上的能將會(huì)更容易傳播到那個(gè)頂點(diǎn)上。
也可以用不同種類的孔徑探頭同徑向偏振光和一個(gè)金屬針換能器結(jié)合起來約束光能。圖16示出了一個(gè)三維的設(shè)計(jì)方案。圖16的結(jié)構(gòu)包括一個(gè)錐形的圓柱對(duì)稱的光纖220，它包含一個(gè)高電介質(zhì)物質(zhì)的總的來說是圓錐形的部分222，以及一層低電介質(zhì)物質(zhì)224在高電介質(zhì)率物質(zhì)的外表面上。有一個(gè)金屬薄膜覆蓋層226沉積在低電介質(zhì)物質(zhì)的表面上。當(dāng)光進(jìn)入這個(gè)結(jié)構(gòu)如箭號(hào)228和230所示，表面電磁激元232和234就沿著低電介質(zhì)物質(zhì)與金屬層之間的界面生成。這個(gè)表面電磁激元是用來激發(fā)金屬針236的，它輻射電磁波如箭號(hào)238所示。錐角要結(jié)合薄膜來選擇從而利用準(zhǔn)直和徑向偏振光最佳地激發(fā)SP模態(tài)。
圖17中所示的另一種設(shè)計(jì)是基于可以從市面購得的角錐狀中空金屬孔徑探頭。為了構(gòu)成本發(fā)明的波導(dǎo)，必須修改制造過程以制造金屬針。圖17的結(jié)構(gòu)包括一個(gè)四個(gè)面的透明電介質(zhì)的角錐體250，其尖處有一個(gè)金屬針252。這個(gè)電介質(zhì)角錐體可以由一種高折射率電介質(zhì)如Ta2Os或TiO2組成或由一種低折射率電介質(zhì)如SiO2或Al2O3組成。在角錐及金屬針上覆蓋著一種由254及256表示的第二種透明的低折射率的電介質(zhì)物質(zhì)。這種電介質(zhì)物質(zhì)可以是SiO2。合成的結(jié)構(gòu)嵌在一個(gè)基片258中。針和電介質(zhì)層的幾個(gè)端點(diǎn)從基片的一個(gè)面上凸出。一層金屬260，例如銀或鋁，置于基片的表面上并毗鄰電介質(zhì)層254和256的凸出部分。在金屬針尖端附近提供了一個(gè)開口262。還可以包括一個(gè)相移元件264，如圖17中所示，功能與圖3和4中所描述的相移元件是一樣的，那就是把一個(gè)線偏振波導(dǎo)模態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)分裂線偏振。如圖17那樣的二維結(jié)構(gòu)也很易制造，使用的是傳統(tǒng)的微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)，這種技術(shù)依靠錐形結(jié)構(gòu)而不是利用拋物面或橢圓面結(jié)構(gòu)來聚焦。在每種情況下，分裂線偏振光或徑向偏振光都可以用來有效地向金屬針發(fā)射SP，那是用來轉(zhuǎn)變/約束光能的。
圖18是一個(gè)熱助磁記錄頭280和一磁記錄媒體282的部分示意側(cè)視圖。雖然本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式在這里參照說明的記錄頭280是一個(gè)垂直磁記錄頭，媒體282是一種垂直磁記錄媒體，但是大家都會(huì)明白，本發(fā)明的各個(gè)方面，在希望采用熱助記錄的地方，本發(fā)明都可以結(jié)合其它類型的記錄頭和/或記錄媒體來使用。具體地說，記錄頭280可以包括一個(gè)書寫部分，其中包含一個(gè)主書寫極284和一個(gè)回路或相對(duì)的極286，它們是利用一個(gè)軛鐵或架子288實(shí)現(xiàn)磁耦合的。大家都會(huì)領(lǐng)會(huì)，這個(gè)記錄頭280也可以制成僅有一個(gè)書寫極284并沒有回路極286或軛鐵288。有一個(gè)磁化線圈290圍繞著軛鐵或基架288用來激發(fā)記錄頭280的。記錄頭280還可以包括一個(gè)讀出頭，圖中沒有示出，那可以是任何一種本技術(shù)領(lǐng)域普遍知道的傳統(tǒng)類型的讀出頭。波導(dǎo)也可以按另一種方式安置在極的另一邊。在另一個(gè)例子里，針和極可以用同一種材料制成，這種情況下，針的功能既是電磁換能器也是場(chǎng)的源。
再參照?qǐng)D18，記錄媒體282置于記錄頭280的鄰近處或在它之下。記錄媒體282包括一個(gè)基片292，它可以由任何一種合適的物質(zhì)例如陶瓷玻璃或非晶玻璃制成。在基片292上可以沉積一層軟磁性墊層294。這個(gè)軟磁性墊層294可以由任何一種合適的材料，例如合金或具有Co、Fe、Ni、Pd、Pt或Ru的多層制成。一個(gè)硬磁記錄層296沉積在軟墊層294之上，硬層296中包含垂直取向的磁疇。適合于制造硬磁記錄層296的硬磁性材料可以包括在環(huán)境溫度下具有相對(duì)較高各向異性的材料中，例如FePt或CoCrPt合金中選出的至少一種。
記錄頭280還包括一個(gè)平面波導(dǎo)298，它把接收到的來自光源的光引導(dǎo)到記錄媒體的表面上去加熱磁記錄媒體282上最接近書寫極284施加磁書寫場(chǎng)H的地方。這個(gè)平面波導(dǎo)包括一個(gè)透光層300。光波導(dǎo)298配合發(fā)射光的光源302工作，例如用一根光纖304，通過一種耦合裝置，例如通過光柵306把光耦合到光波導(dǎo)298。光源302可以是，例如激光二極管或其它合適的激光光源。這有效地生成了導(dǎo)引模態(tài)，它可以穿過光波導(dǎo)298傳播到記錄媒體。一般用參考數(shù)字310標(biāo)出的EM輻射，從波導(dǎo)298傳輸去加熱記錄媒體282，尤其是加熱記錄層296的局部區(qū)域312。
光波導(dǎo)298可以依照?qǐng)D2、3、4、7、16或17提出的任何一種波導(dǎo)構(gòu)成。
本發(fā)明的波導(dǎo)還可以用于光記錄的應(yīng)用中，其中或者不需要磁場(chǎng)，例如一次書寫及相位改變記錄，或者把一個(gè)外加磁鐵置于基片之下，例如在磁—光記錄中。另外，這些結(jié)構(gòu)也有可能用于探頭存儲(chǔ)器的應(yīng)用中。
這個(gè)發(fā)明還包含三維波導(dǎo)，如圖19和20中所示。圖19是依照本發(fā)明構(gòu)成的一截頭固體浸沒鏡320的示意表示。電磁波如箭號(hào)322和324所示進(jìn)入SIM，并反射離開邊如箭號(hào)326及328所示。這把光聚焦到焦點(diǎn)330。焦點(diǎn)位于SIM的被截?cái)嗟倪?32的附近。
圖20是依照本發(fā)明構(gòu)成的另一種截頭固體浸沒鏡334的示意表示。電磁波按箭號(hào)336及338所示進(jìn)入SIM并按箭號(hào)340及342所示那樣反射離開邊。這把光聚焦到焦點(diǎn)344。焦點(diǎn)位于SIM的被截?cái)嗟倪?44的附近。放置一個(gè)聚焦裝置348，把進(jìn)入SIM輸入邊中心附近的電磁波，如圖中箭號(hào)350、352和354所示，聚焦。
圖19和20的SIM利用內(nèi)全反射把來自入射準(zhǔn)直光束的光線引導(dǎo)到SIM底面處的焦點(diǎn)上。因?yàn)镾IM的高折射率媒體中所有的光線都會(huì)聚，所以最小光點(diǎn)的大小相當(dāng)于固體浸沒透鏡光點(diǎn)的大小。無論如何，SIM的饋送或安裝不再有實(shí)際困難，因此實(shí)際上所實(shí)現(xiàn)的最小光點(diǎn)的大小更接近理論極限。
圖19和20的結(jié)構(gòu)是截頭的固體浸沒鏡，其中除了圖20的頂部透鏡表面之外，都沒有折射，代替它的是，光線由內(nèi)全反射重新引導(dǎo)到鏡的焦點(diǎn)上。進(jìn)入拋物線鏡、平行拋物線光軸的光線被引導(dǎo)到拋物線的焦點(diǎn)上如圖19和20所示。截頭拋物線透鏡是用折射率比周圍媒體的折射率高的材料制成的。透鏡是在切過透鏡焦點(diǎn)的平面處被截?cái)嗟摹佄锞€表面上邊緣部分光線的最大入射角是變化的。在圖19的實(shí)施方式中，它是45°。為了保證入射光束中所有光線都能內(nèi)全反射，臨界角方程必須滿足如下nmed=nSILsinθmax=2·nSIL---(7)]]>如果這個(gè)SIM是由折射率為1.5的玻璃制成的，則周圍的媒體可以是N＝1的空氣，所有射到SIM的拋物形曲線上的光線都將全反射。為了使低于臨界角入射的光線有效地反射，SIM中低于臨界角那部分表面需要覆蓋一層金屬反射體如銀或鋁。
圖19的實(shí)施方式的中心有一個(gè)區(qū)域，那里的入射光對(duì)聚焦光點(diǎn)沒有貢獻(xiàn)。有可能把SIM的這個(gè)頂表面造成一定的形狀，或給這個(gè)表面安裝上一個(gè)第二平凸透鏡，從而把這些光線也聚焦如圖20所示。不過這些低角度的光線對(duì)于生成一個(gè)小聚焦光點(diǎn)并不重要。SIM也可用在徑向具有漸變折射率的材料制成，這既可以會(huì)聚SIM中心區(qū)域的光，也可以減小內(nèi)全反射所需要的臨界角。然而這樣做會(huì)使SIM具有色散，因而需要用單色光。
這種截頭拋物線SIM設(shè)計(jì)很容易在它的頂邊安裝而不影響高入射角的光線。那個(gè)透鏡應(yīng)該實(shí)質(zhì)上是消色差的，因?yàn)楣饩€是被反射而不是被折射的(如果有的話，只有頂表面上的平凸透鏡)，而反射角與波長和折射率都沒有關(guān)系。最后，本設(shè)計(jì)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于入射的準(zhǔn)直光束常具有高斯強(qiáng)度分布。在傳統(tǒng)的SIL設(shè)計(jì)中，生成最小光點(diǎn)大小最為重要的那些靠外的角度最高光線是由光強(qiáng)最小的高斯光束的邊緣部分產(chǎn)生的?？墒窃谶@個(gè)拋物線SIM設(shè)計(jì)中，反射到焦點(diǎn)的最高角度光線來自入射光束的靠近中心部分，因而會(huì)有較高的強(qiáng)度。
波導(dǎo)也有可能只包括一個(gè)拋物線邊，另外一個(gè)邊則可以是不同形狀的，例如直的。這種結(jié)構(gòu)可能使某些頭的幾何結(jié)構(gòu)在制造上較易處理。
圖21是依據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的另一種波導(dǎo)360的等角視圖。波導(dǎo)360包括一個(gè)芯層362，它具有厚度為第一厚度的第一部分364及具有厚度為第二厚度的第二部分366，它們被造成一定形狀形成一個(gè)模態(tài)折射率透鏡368。一個(gè)包層370被置于毗鄰波導(dǎo)的一邊處。一個(gè)針372被置于模態(tài)折射率透鏡的焦點(diǎn)處。
圖22是依據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的另一個(gè)波導(dǎo)374的側(cè)正視圖。波導(dǎo)374包括一個(gè)芯層376和被置于毗鄰波導(dǎo)一邊的包層378。包層的厚度可以改變以提供給波導(dǎo)中的電磁波造成相移的裝置。針380被置于波導(dǎo)的焦點(diǎn)處。應(yīng)該看出，包層可以置于芯層的一邊，也可以置于兩邊。
現(xiàn)在已經(jīng)用幾個(gè)例子描述了本發(fā)明，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員都明白，對(duì)所公布的例子所作的各種改動(dòng)并沒有離開由下列權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種裝置包括一個(gè)平面波導(dǎo)(30)，被造成一定形狀能把線偏振電磁波引導(dǎo)至波導(dǎo)內(nèi)的一個(gè)焦點(diǎn)上；以及一個(gè)金屬針(32)，被置于焦點(diǎn)處。
2.權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于該波導(dǎo)包括邊，作用是把電磁波反射至焦點(diǎn)。
3.權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于邊實(shí)質(zhì)上具有拋物線的形狀。
4.權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于波導(dǎo)的毗鄰于針的一端(46)是被截去頭的。
5.權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述平面波導(dǎo)構(gòu)成一個(gè)模態(tài)折射率透鏡(368)。
6.權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述針延伸穿過平面波導(dǎo)的一端。
7.權(quán)利要求1所述的裝置還包括使線偏振電磁波的一部分發(fā)生相移的裝置(54)。
8.權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于產(chǎn)生相移的裝置包括一層物質(zhì)包含具有第一折射率的第一部分和具有第二折射率的第二部分。
9.權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于所述平面波導(dǎo)包括一個(gè)芯層與產(chǎn)生相移的裝置包含芯層的第一部分的厚度與芯層的第二部分的厚度不同。
10.權(quán)利要求7所述的裝置，還包含一個(gè)包層(378)置于毗鄰平面波導(dǎo)處；以及其特征在于產(chǎn)生相移的裝置包括包層的第一部分其厚度與包層的第二部分的厚度不同。
11.權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，產(chǎn)生相移的裝置包含一個(gè)第一衍射光柵(82)與一個(gè)第二衍射光柵(84)，其中第一衍射光柵與第二衍射光柵在縱向上有偏移。
12.權(quán)利要求1所述的裝置，還包括將橫磁偏振電磁波耦合進(jìn)平面波導(dǎo)的裝置(134)。
13.權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于將橫磁偏振電磁波耦合進(jìn)平面波導(dǎo)的裝置包含一個(gè)衍射光柵。
14.一個(gè)裝置，其特征在于，包括一個(gè)角錐狀結(jié)構(gòu)(250)，它有四個(gè)實(shí)質(zhì)上是平的邊，它們向一頂點(diǎn)聚合；在毗鄰每一個(gè)邊的外側(cè)置有具有第一折射率的第一物質(zhì)(258)；在毗鄰每一個(gè)邊的內(nèi)側(cè)置有具有第二折射率的第二物質(zhì)(256)；以及一個(gè)金屬針(252)置于鄰近所述那頂點(diǎn)處。
15.權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，還包括將結(jié)構(gòu)中的電磁波的一部分進(jìn)行相移的裝置(264)。
16.一個(gè)裝置，其特征在于，包含一個(gè)具有第一折射率的圓錐狀結(jié)構(gòu)(220)；一層物質(zhì)(224)在圓錐狀結(jié)構(gòu)的表面上，所述物質(zhì)具有第二折射率，它比第一折射率要低；一金屬層(226)置于物質(zhì)層之上；以及一金屬針(236)置于圓錐狀結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)附近。
17.一個(gè)記錄頭，其特征在于，包含一個(gè)磁書寫極(284)；一個(gè)平面波導(dǎo)(298)置于毗鄰磁書寫極處，所述平面波導(dǎo)被造成一定形狀使它能夠把一個(gè)線偏振電磁波引導(dǎo)至波導(dǎo)內(nèi)的一個(gè)焦點(diǎn)上；一個(gè)金屬針(32)置于焦點(diǎn)處。
18.權(quán)利要求17所述的記錄頭，其特征在于，所述波導(dǎo)包括邊，作用是把電磁波反射至焦點(diǎn)處。
19.權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，所述邊具有實(shí)質(zhì)上是拋物線的形狀。
20.權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于，所述波導(dǎo)毗鄰針的一端(49)是被截頭的。
21.權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，所述平面波導(dǎo)組成一個(gè)模態(tài)折射率透鏡(368)。
22.權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，所述針延伸出平面波導(dǎo)的一端。
23.權(quán)利要求17所述的記錄頭，其特征在于，還包含使線偏振電磁波的一部分發(fā)生相移的裝置(54)。
24.權(quán)利要求23所述的記錄頭，其特征在于造成相移的裝置包含一層物質(zhì)，其第一部分具有第一折射率，第二部分具有第二折射率。
25.權(quán)利要求23所述的記錄頭，其特征在于那個(gè)平面波導(dǎo)包括一個(gè)芯層以及造成相移的裝置包含芯層的第一部分的厚度與芯層的第二部分的厚度不同。
26.權(quán)利要求23所述的記錄頭，其特征在于，還包含一個(gè)包層(378)，置于毗鄰平面波導(dǎo)的地方；以及其特征在于造成相移的裝置包括包層的第一部分的厚度與包層的第二部分的厚度不同。
27.權(quán)利要求23所述的記錄頭，其特征在于，造成相移的裝置包含一個(gè)第一衍射光柵(82)和一個(gè)第二衍射光柵(84)，其中第一衍射光柵與第二衍射光柵在徑向上有偏移。
28.權(quán)利要求17所述的記錄頭，其特征在于，還包含把橫磁偏振電磁波耦合進(jìn)平面波導(dǎo)的裝置(134)。
29.權(quán)利要求28所述的記錄頭，其特征在于把橫磁偏振電磁波耦合進(jìn)平面波導(dǎo)的裝置包含一個(gè)衍射光柵。
30.一個(gè)記錄頭，其特征在于，包含一個(gè)磁書寫極(284)；及一個(gè)波導(dǎo)(298)置于毗鄰磁書寫極的地方，所述波導(dǎo)包括一個(gè)角錐狀的結(jié)構(gòu)(250)，它有四個(gè)實(shí)質(zhì)上平的邊，它們會(huì)聚到一頂點(diǎn)，在毗鄰每個(gè)邊外側(cè)的地方都有一個(gè)第一物質(zhì)(258)，它們具有第一折射率，在毗鄰每個(gè)邊內(nèi)側(cè)的地方都有一個(gè)第二物質(zhì)(256)，它們具有第二折射率，及一個(gè)金屬針(252)，位于所述頂點(diǎn)附近。
31.權(quán)利要求30所述的記錄頭，其特征在于，還包含裝置(264)，作用是使電磁波的一部分在受到邊反射之前發(fā)生相移。
32.一種記錄頭，其特征在于，包含一個(gè)磁書寫極(284)；及一個(gè)波導(dǎo)，安置在毗鄰磁書寫極的地方，所述波導(dǎo)包括一個(gè)圓錐狀結(jié)構(gòu)(220)，它具有第一折射率，在圓錐狀結(jié)構(gòu)的表面上有一層物質(zhì)(224)，該物質(zhì)具有第二折射率，它比第一折射率低，一金屬層(226)安置在物質(zhì)層之上，還有一個(gè)金屬針(236)安置在毗鄰圓錐狀結(jié)構(gòu)的頂點(diǎn)處。
33.一種盤驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，包含轉(zhuǎn)動(dòng)存儲(chǔ)媒體的裝置(14)；及把記錄頭(22)安置在鄰近存儲(chǔ)媒體表面的地方的裝置(18)；其特征在于所述記錄頭包含一個(gè)磁書寫極(284)，一個(gè)平面波導(dǎo)(298)安置在毗鄰磁書寫極的地方，所述平面波導(dǎo)被制成一定的形狀使之能引導(dǎo)一個(gè)線偏振電磁波到波導(dǎo)內(nèi)的一個(gè)焦點(diǎn)上，及一個(gè)安置在焦點(diǎn)上的金屬針(32)。
全文摘要
一種用來形成一個(gè)光能小點(diǎn)的裝置，它包含一個(gè)被造成一定形狀的平面波導(dǎo)，波導(dǎo)把一個(gè)線偏振電磁波引導(dǎo)到內(nèi)部的一個(gè)焦點(diǎn)上，以及安置在焦點(diǎn)上的金屬針由此線偏振電磁波在針的表面上生成表面電磁激元。該裝置還可以包含使那個(gè)線偏振電磁波的一部分發(fā)生相移的裝置。同時(shí)還公開了包含一個(gè)磁書寫極、一個(gè)安置在該磁書寫極相鄰處的平面波導(dǎo)的記錄頭，該平面波導(dǎo)被造成一定形狀能把一個(gè)線偏振電磁波引導(dǎo)至波導(dǎo)內(nèi)的一個(gè)焦點(diǎn)上，以及安置在焦點(diǎn)上的金屬針，由此線偏振電磁波在針的表面上生成表面電磁激元，以及使用這種記錄頭的盤驅(qū)動(dòng)器。
文檔編號(hào)G11B5/127GK1666298SQ03815056
公開日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2003年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月28日
發(fā)明者W·A·查雷納, C·D·米哈爾西, T·勞齊 申請(qǐng)人:西加特技術(shù)有限責(zé)任公司