[发明专利]金属波导及其制造方法、光传输模块和热辅助磁记录头

说明书

技术领域

与本发明一致的设备和方法涉及一种具有锥形的C形孔(aperture)的弯曲形金属波导(metallic waveguide)，更具体地讲，涉及一种弯曲形的金属波导、制造该波导的方法、包括该波导的光传输模块以及具有该波导的热辅助磁记录头，该波导能够以集成结构制造，并且能够实现增强的近场效应。

背景技术

在磁记录头领域中，对高密度磁记录进行了许多研究。在水平磁记录中已实现了100Gbit/in²的记录密度，而在垂直磁记录中，100Gbit/in²或更高的记录密度是可能的。然而，由于超顺磁效应，导致在记录期间出现热不稳定性，因此磁记录技术在提供高记录密度方面仍存在局限。

记录介质中的热稳定性由磁各向异性能与热能之比决定。为了增加磁各向异性能，磁记录介质必须由具有强的矫顽力的材料形成。当磁记录介质由具有强的矫顽力的材料形成时，需要相应强的磁场以便记录。然而，由于为了增加记录密度而使用小尺寸记录头，所以主磁极(main pole)的磁场在预定水平饱和。因此，由于产生的磁场的有限强度，导致无法进行记录。

为了解决这一问题，已开发了热辅助磁记录(HAMR)方法。在HAMR方法中，通过将记录介质的局部加热到居里温度以上，使相应位置的矫顽力暂时降低。当与现有技术的磁记录方法相比时，HAMR方法能够进一步减小记录所需的磁场强度。就这一点，由于数据被记录在被加热到居里温度以上的区域中，所以记录密度由被加热的部分的宽度决定，而非由产生磁场的磁极的大小决定。例如，当加热单元是激光二极管时，数据记录密度由激光二极管所发射的激光的光点大小决定。

相应地，HAMP头需要将激光发射到记录介质的光传输模块。光传输模块将光传输到主磁极附近的位置。此外，光传输模块在减小聚焦在记录介质上的光点大小的同时提供高的光强。这种光传输模块包括光源、波导和小孔，并且被集成在主磁极附近的小空间中。然而，为了不显著改变现有技术的磁头的结构，可设置光传输模块的位置有限。例如，用于将光从光源传输到小孔的波导必须垂直地设置在主磁极上。在这种情况下，波导的方向与设置在主磁极一端附近的小孔的方向相差90°。因此，必须在波导和小孔之间设置用于将光的方向改变90°的光学元件。反射镜可用作该光学元件。然而，在技术上难以将具有大体积结构的所述光学元件集成到现有技术的厚度非常薄的磁头上。

此外，期望通过与制造现有技术的磁头的处理相同的批处理(batchprocess)来制造所述光传输模块。为此，需要可在等于或低于175℃的低温下通过平面工艺(planar process)来制造波导和小孔。

同时，小孔将通过波导透射的光传输到记录介质的记录层。就这一点，为了实现高记录密度，传输到记录层的光必须具有小的光点尺寸和高的强度，以便将记录层加热至大约居里温度。通常，光点大小由小孔的大小决定。可以预见，孔的大小越小，记录密度越高。然而，当孔比入射光的波长小很多时，孔的能量通量(power throughput)显著降低。例如，当圆孔的半径r等于或小于入射光的波长的1％时，孔的能量通量按照r⁴的比率减小。即，当孔为小尺寸时，可实现高空间分辨率，但是能量通量太小。因此，在将小尺寸孔应用于HAMR头方面存在限制。

相应地，为了解决低传输问题，对近场光学探头的研究仍在继续，已提出具有各种小孔的探头。然而，还没有开发出适合于HAMR头的既具有高传输和高分辨率又具有可靠性和可再现性的近场探头。

发明内容

本发明提供一种金属波导，通过所述金属波导的孔可输出具有高强度和小光点尺寸的光，并且所述金属波导可在不使用单独的光学元件的情况下将光传播方向改变90°。本发明还提供一种制造该波导的方法。本发明还提供一种包括该波导的光传输模块以及具有该波导的热辅助磁记录头。

根据本发明的一方面，提供一种金属波导，包括由导电金属形成的金属体；其中，穿过所述金属体形成具有输入端和输出端的孔，所述孔具有用于改变所述输入端和输出端之间的光传播方向的弯曲部分，所述孔还具有位于所述弯曲部分和所述输出端之间的锥形部分，所述锥形部分的宽度朝着所述输出端逐渐减小，并且所述孔通过形成在所述金属体的内表面上的脊而形成为C形。

当金属波导的厚度被定义在光传播的方向上时，金属波导从所述孔的弯曲部分至所述孔的锥形部分的厚度t_out可大于金属波导从所述输入端至弯曲前部分的厚度t_in。