具有附接的二维薄波导的光学光点大小转换器的热辅助磁记录头

摘要

具有附接的二维薄波导的光学光点大小转换器的热辅助磁记录头。一个实施例主要涉及一种磁记录头。所述磁记录头具有：主体，其具有上表面和面向介质表面；光点大小转换器，其被布置在所述主体中并且从所述上表面延伸至所述面对介质表面。所述光点大小转换器包括内核，其包括：第一部分，其具有在所述上表面之下延伸的矩形壁；和第二部分，其具有在所述第一部分之下延伸的梯形壁。所述磁记录头另外具有第一覆层，其与所述光点大小转换器相邻并且沿着所述光点大小转换器的表面内方向，其中所述第一覆层具有第一折射率，其低于所述光点大小转换器的折射率。

说明书

技术领域

本文公开的实施例主要涉及一种热辅助磁记录头，以及一种具有 该热辅助磁记录头以在硬盘驱动器中使用的磁记录装置。

背景技术

磁记录装置的面记录密度继续增大，要求这些装置的记录介质中 的磁位的尺寸日益变小，并且更紧凑。在传统的磁记录装置中，通过 降低磁记录介质的磁颗粒(位)的尺寸和间隔以及缩小用于写入数位 的磁记录头而实现更大记录密度。由于磁记录装置中的热波动，在介 质中记录的磁信息可能在短时间段内丢失。这种已记录磁信息的丢失 可能在室温下，在具有超过1Tbit/inch²的面记录密度的记录介质中发 生。为了防止已记录磁信息的丢失，用于磁记录介质的矫顽力(矫顽 性)可能增大。矫顽性是所施加的磁场的强度。然而，磁记录头能够 产生的磁场的量级存在限制。如果矫顽力增大太大，在磁记录介质上 记录数位就变难。

近年来，本行业已经转向一种热辅助磁记录方法。在这种方法中， 通过在记录到记录介质上的同时加热该介质而降低矫顽力。热辅助磁 记录通过局部加热记录介质，即仅将热限于记录区域而实现高记录密 度。通过以高功率密度产生的微小光点执行对记录介质的加热。在传 统的热辅助磁记录头中，使用透镜产生该微小光点。透镜向热辅助磁 记录头添加额外的重量。

记录介质的更大面记录密度已经导致磁记录头和磁记录介质之间 的距离(间隙)减小。随着磁盘旋转，通过空气垫使磁记录头从记录 介质表面升高。由于磁写入头和磁记录介质之间的间隙接近10nm或者 更小，所以空气垫不能再使磁记录头浮起，或者支撑其离开磁记录介 质。安装在磁记录头上的透镜的重量导致磁记录头接触磁记录介质。

磁记录装置可支撑堆叠在磁记录装置内的多个磁记录介质(磁 盘)，并且相邻磁盘之间的间隔通常小于1mm。因而，尺寸约1mm的 间隔必须支持该间隙以及磁记录头和支持该磁记录头的所有另外元 件，即支撑臂。结果，不期望将光学元件，诸如透镜安装至磁记录头， 因为光学元件的额外重量可能导致磁记录头接触记录介质并且损伤该 磁记录装置。

因此，现有技术需要一种与更大面记录密度一起使用的热辅助磁 记录头。

发明内容

一个实施例主要涉及一种磁记录头。该磁记录头具有：主体，其 具有上表面和面向介质表面；光点大小转换器，其被布置在主体中并 且从该上表面延伸至该面对介质表面。该光点大小转换器具有内核， 该内核包括第一部分和第二部分，第一部分具有在该上表面之下延伸 的矩形壁，第二部分具有在该第一部分之下延伸的梯形壁。该磁记录 头另外具有沿该光点大小转换器的表面内方向与该光点大小转换器相 邻的第一覆层，其中该第一覆层具有低于该光点大小转换器的折射率 的第一折射率。

另一实施例主要涉及一种磁记录头，该磁记录头具有：主体，其 具有上表面和面向介质表面；光点大小转换器，其被布置在主体中并 且从该上表面延伸至该面对介质表面。该光点大小转换器具有内核， 该内核具有沿该上表面的开口，以及处于面对介质表面处的末梢。该 内核包括第一部分和第二部分，第一部分具有在该上表面之下延伸的 矩形壁，第二部分具有在该第一部分之下延伸的梯形壁。该磁记录头 另外具有：第一覆层，与该光点大小转换器相邻并且沿该光点大小转 换器的表面方向；第二覆层，其沿该光点大小转换器的膜厚度方向相 邻布置；和外部覆层构件，其沿该膜厚度方向布置，并且把第二覆层 构件夹在中间，其中该外部覆层构件具有比第二覆层构件的折射率低 的折射率，并且该第二覆层的折射率小于该第一覆层的折射率，并且 该第一覆层的折射率低于该光点大小转换器的折射率。

附图说明

所以可能已经参考实施例获得了其中能够详细地理解本公开的上 述特征的方式、本公开的更特殊说明、上文发明内容，在附图中示出 其中一些内容。然而，应理解，附图仅示出本公开的典型实施例，并 且因此不应将其视为限制其范围，因为本公开可以承认其它等效实施 例。其中

图1是示出通过包括渐缩内核和覆层构件的传统波导传播的光的 光强度分布变化的横截面图；

图2是示出穿过图1的波导传播并且与其耦合的光的光点大小与 内核的横截面面积的关系的图示；

图3是示出根据一个实施例的磁记录装置的透视图；

图4是沿图3的线A-A的横截面图；

图5是示出根据一个实施例的具有光点大小转换器的磁写入头的 由区域B1-B2-B3-B4限制的图4的一部分；

图6A是沿图5的线C-C的横截面图；

图6B是沿图5的线D-D的横截面图；

图7示出光点大小转换器的光应用效率；

图8是示出以光点大小转换器的末梢宽度投射的光和光耦合效率 的关系的曲线图；

图9是示出以光点大小转换器的末梢宽度投射的光和光点大小转 换器的转换效率的关系的曲线图；

图10A是示出由覆层构件在边界处围绕的光点大小转换器的一部 分磁写入头的顶部平面图；

图10B是示出由较低折射率覆层构件在边界处围绕的光点大小转 换器的一部分磁写入头的顶部平面图；

图10C是示出具有定向在表面内方向的较低折射率覆层构件的光 点大小转换器的一部分磁写入头的顶部平面图，相邻覆层的其余部分 由覆层构件组成；

图10D是示出具有定向在表面内方向的覆层构件的光点大小转换 器的一部分磁写入头的顶部平面图，相邻覆层的其余部分由较低折射 率覆层构件组成；

图10E是示出具有仅定向在表面内方向一侧上的较低折射率覆层 构件的光点大小转换器的一部分磁写入头的顶部平面图，相邻覆层的 其余部分由覆层构件组成；

图10F是示出具有沿着膜厚度方向并且仅处于光点大小转换器一 侧上的较低折射率覆层构件的光点大小转换器的一部分磁写入头的顶 部平面图，相邻覆层的其余部分由覆层构件组成；

图11是示出由图10A-10F中所示的光点大小转换器的末梢宽度产 生的光应用效率变化的曲线图；

图12是示出光点大小转换器的光应用效率关于较低折射率覆层构 件以及覆层构件的折射率差异的变化的曲线图；

图13是示出光点大小转换器的较低折射率覆层和覆层的折射率的 允许值的曲线图；

图14是光点大小转换器的一部分磁写入头的顶部平面图，沿表面 内方向的至少一个相邻覆层的折射率小于沿膜厚度方向相邻布置的由 开口宽度本质上无穷大的外部覆层构件夹在中间的覆层的折射率；

图15是示出光应用效率和从较低折射率覆层构件至图14中所示 的光点大小转换器的外部覆层构件的距离的关系的曲线图；

图16是是示出光点大小转换器的一部分磁写入头的顶部平面图， 沿表面内方向的至少一个覆层的折射率小于沿膜厚度方向相邻布置的 在表面内方向和膜厚度方向两者被外部覆层构件夹在中间的覆层的折 射率；

图17是示出光点大小转换器的光应用效率和图16和图14中所示 的光点大小转换器的布置的关系的曲线图。

为了促进理解，在可能情况下，已经使用相同标识符指示各幅图 共同的相同元件。未特别指出时，预期可能有利地在其它实施例中采 用在一个实施例中公开的要素。

具体实施方式

下面参考实施例。然而，应理解，本公开不限于特定的所述实施 例。相反，无论是否涉及不同实施例，都预期下文特征和要素的任何 组合以实现和实践本公开。此外，虽然本公开的实施例课实现优于其 它可能解决方案和/或优于现有技术的优点，但是无论是否由给定实施 例实现的特殊优点都不限制本公开。因而，除非在权利要求中明确指 出，否则下文方面、特征、实施例和优点都仅为例示性的，并且不应 将其视为附加权利要求的要素或限制。同样地，除非在权利要求中明 确指出，否则都不应将对“本发明”或“本公开”的描述理解为本文 公开的发明主旨的概括，并且不应将其视为附加权利要求的元素或限 制。

在采用热辅助磁记录方法的磁记录装置中，从光源发出并且投射 到光导中的光的光点大小从几微米(μm)扩大到几十μm。当光被直 接投射到具有约亚微米量级的宽度和厚度的内核中时，光的耦合损失 变得相当大。因而，光的利用效率受到不利影响。其结果在于，当试 图实现热辅助磁记录时，必须增大光源的发射功率。这种发射功率的 增大导致磁记录装置的整体功率消耗增大，并且趋向于提高磁记录装 置内的温度。特别地，温度升高可能与磁记录装置性能的退化相关联。 因此，必需在磁记录头中形成光导，由此能够无功率损失地将具有大 光点大小的光转换为具有小光点大小的光。

传统的光导(下文也将其称为光点大小转换器)可以转换光的光 点大小(spotsize)。在传统的光点大小转换器中，具有比较大的光点 大小的光穿过传统的光点大小转换器传播，并且光点大小被减小为约 亚微米级。光点大小转换器的内核为尺寸为几十纳米(nm)的具有高 折射率的材料，并且沿光传播方向逐渐变宽。

图1是示出穿过用于波导100的传统光点大小转换器193传播的 光的光强度分布124变化的截面图。传统光点大小转换器193具有开 口102、内核114和覆层构件123。内核114的开口102处于波导100 的上部分115处。内核114从其中内核114具有窄宽度131的上部分 115向其中内核114具有宽宽度132的下部分116喇叭形张开。随着光 从开口102并且然后沿着传统光点大小转换器193的内核114传播， 光的光点大小减小。

图2是示出穿过图1的传统光点大小转换器194传播的光的光点 大小和内核横截面面积的关系的图示。水平轴(x)示出传统的光点大 小转换器193的内核的横截面面积，并且垂直轴(y)是随着光穿过内 核114传播的光的光点大小。可以通过使用曲线图的区域210以确定 其中更大内核横截面引起光点增大的点而最优化传统光点转换器193 的内核横截面。由图2中的虚矩形标识的区域210是从内核发生相当 大泄漏的位置。例如，从P1处，即小内核横截面部分或开口102处开 始的内核横截面开始，随着内核横截面扩大，能够看出光点大小相应 减小，直到内核横截面宽度接近P2。在P2后，与内核横截面面积的任 何额外增大结合，光点大小开始增大。因此，可以使用内核横截面的 直径确定光点大小和光强度。

然而，为了实现光与约几微米(μm)至约几十μm的光点大小的 高效耦合，开口的尺寸需要小于几十nm。因此，内核开口102处的尺 寸必须尽可能地大。考虑到加工时的可变性和精确性，这种限制在制 造传统光点大小转换器193并且将传统光点大小转换器193投向市场 时存在困难。

一个实施例的目标在于一种磁记录装置，其中在磁写入头部上安 装微型、轻量光学元件。该光学元件将光的光点大小减小为约亚微米 的量级。可能通过非常容易制造并且在磁记录头中形成的光点大小转 换器，将微小光尺寸高效地引导到磁记录介质上。

一种不采用透镜等等而在磁记录介质上产生微小光点的方法是在 磁写入头内形成包括内核和覆层的光导。这能够通过形成具有约亚微 米级的宽度和厚度并且折射率与覆层材料有很大差异(Δn)的材料的 内核而实现。

下面参考图3、图4和图5描述具有高效集成光学元件的新颖信息 记录装置的实施例。图3是示出根据一个实施例的磁记录装置300的 透视图。磁记录装置300具有其中已经移除顶盖的框架301。图4是沿 图3的截面线A-A的横截面图。图5是由区域B1-B2-B3-B4401限制 的图4的一部分，其示出具有光点大小转换器513的磁写入头305。

如图3中所示，磁记录介质303通过被固定至由电机(未示出) 驱动旋转的主轴302而旋转。磁写入头305固定至悬架臂306，并且由 音圈电机307定位。音圈电机307将磁写入头305定位在磁记录介质 303的期望磁道上。磁写入头305具有基部522。如图5中所示，面对 介质表面(515)，诸如空气支承表面(ABS)在磁写入头305的底面 524处形成。在磁记录介质303旋转期间，负空气压力被引入磁记录介 质303和磁写入头305的MFS515之间。结果，磁写入头305悬置在 空气垫上，并且在磁记录介质303上浮起约10nm。

如图4中所示，在框架301内，存在固定至主轴302的至少一个 磁记录介质303，以及固定至音圈电机307的至少一个悬架臂306。悬 架臂306和上水平磁记录介质303之间的距离s1不超过约1毫米。在 图5中，磁写入头305配置有光源304，以执行热辅助磁记录。光源 304被布置在悬架臂306和磁写入头305之间，并且发出光509。光509 穿过磁写入头305朝着磁记录介质303辐射。光源304被配置成产生 光509，以加热磁记录介质303。

光点大小转换器513在磁写入头305的主体内形成。光点大小转 换器513可在提高光509的强度的同时减小光509的光点大小。光509 在上表面530处进入磁写入头305，穿过光点大小转换器513传播，并 且在MFS515处离开。光509加热磁记录介质303。磁写入头305可 能具有约180μm至约230μm的长度L1。光点大小转换器513可能具 有一个或更多较低折射率覆层构件514和/或相邻布置的覆层523。磁 头522的基部可能由材料AlTiC形成。

光源304可能包括半导体激光器510。半导体激光器510可能安装 在子支座511上，并且以单一模式产生波长约760±20nm或者波长约 830±20nm的光509。半导体激光器510可能具有基本垂直于磁写入头 305的上表面530的活性层512，其有助于将光509投射到光点大小转 换器513中。

半导体激光器510和磁写入头305的上表面530之间的区域可能 适当地填充具有小光学吸收性且折射率大于空气的折射率(折射率>1) 的材料。这样，从半导体激光器510发出的光509的光点大小变宽 (broadening)可被最小化。半导体激光器510和磁写入头305的上表 面530之间的区域可填充诸如适合将光学元件粘合在一起的UV固化树 脂或者热固性粘合剂的材料。该材料可能另外起粘合剂的作用，以将 子支座511与磁写入头305粘合在一起，并且抑制光509的光点大小 变宽。

光509可能从光源304发出(投射)，穿过光点大小转换器513传 播，并且从磁写入头305的MFS515发出。光点大小转换器513减小 来自上表面530的光509的光点大小，直到引导其穿过MFS515出来 到磁记录介质303上。能够产生微小光点的近场光产生元件516可能 在光点大小转换器513中，在MFS515处形成。近场光产生元件516 可能为具有三角形形状的金属散射体。光屏蔽膜可能绕近场光产生元 件516形成，以便确保不将来自近场光产生元件516附近的背景光引 导到磁记录介质303上。近场光产生元件516可能具有通过链接一部 分金属散射主体和光屏蔽膜而形成的V形孔口或C形孔口。

使用在磁记录头内形成的薄膜线圈517产生磁场，以在磁记录介 质303上记录。主磁极518和薄膜线圈517在MFS515上的光点大小 转换器313的近场光产生元件516附近产生磁场。主磁极518和光点 大小转换器513之间的距离约为200nm或更小。用于形成封闭磁路的 辅助磁极519在薄膜线圈517的与主磁极518相对的一侧上形成。辅 助磁极519、薄膜线圈517和主磁极518可形成GMR(巨磁阻)元件 或TMR(隧穿磁阻)元件。磁场产生元件520沿MFS515布置成与辅 助磁极519相邻。磁场产生元件520可能在磁记录介质303中产生记 录标记。在磁场产生元件520的边界处形成屏蔽521，以屏蔽从磁场产 生元件520发出的磁场。

下文描述一种用于记录和回放上述磁记录装置的方法：通过以电 机旋转主轴302而使磁记录介质303旋转；半导体激光器510发出光 509，其进入光点大小转换器513；光509穿过光点大小转换器513传 播，并且在MFS515处离开，并且在磁记录介质303上形成磁记录标 记；由设置在磁写入头305中的薄膜线圈517产生磁场；最后，穿过 光点大小转换器513传播并且由半导体激光器510产生的光509加热 磁记录介质303，由此实现热辅助磁记录。

通过提高磁记录介质303的温度而执行热辅助磁记录。因而，产 生磁场的定时和光源304发出光509的定时不必是同时的。例如，可 能在通过从光源304发出光509而加热磁记录介质303之后产生磁场。 另外，光509可以被光源304连续的发出到磁记录介质303上。可以 通过施加和调制磁场脉冲而将磁信息记录到磁记录介质303上。此外， 可以通过在发出光509并且调制将被记录成光学脉冲或信号的信息的 同时施加磁场，而将磁信息记录到磁记录介质303上。如图3中所示 的信号处理芯片308可以处理信号。在磁写入头305中形成的磁场产 生元件520可能从该信号在磁记录介质303中产生磁记录标记。

将参考图5及图6A至14详细描述在磁写入头305内形成的光点 大小转换器513。图5的截面图示出磁写入头305内的光点大小转换器 513附近。光点大小转换器513被覆层构件523覆盖。光点大小转换器 513把光源304发出的光509引导至磁写入头305的MFS515。光509 从MFS515发出，并且在磁记录介质303上形成微小尺寸的光点。

图6A是沿图5的截面线C-C的截面图。图6B是沿图5中的截面 线D-D的横截面图。图6A和6B的光点大小转换器513具有沿表面内 方向相邻布置的至少一个覆层，该覆层具有的折射率低于沿光点大小 转换器513的膜厚度方向相邻布置的覆层的折射率。在图中，X方向 被定义为表面内(in-surface)方向，并且Y方向被定义为膜厚度方向。 与附图一起示出坐标系的方向。

光点大小转换器513的特征在于，光点大小转换器513的沿表面 内方向的至少一个相邻覆层构件514的折射率小于光点大小转换器513 的沿膜厚度方向与其相邻的覆层523的折射率。应明白，较低折射率 覆层构件514和覆层构件523由折射率低于光点大小转换器513折射 率的材料构成。另外，覆层523和较低折射率覆层构件514沿表面内 方向——即沿图6A和6B的x方向实质上无限延伸。

光点大小转换器513允许光穿过。光点大小转换器513可由第一 段622和第二段632组成。另外，光点大小转换器513可具有第三段 642。第一段622从磁写入头305的上表面530至第二段632具有长度 L2，并且为矩形。第二段632具有长度L3，并且具有从第一段622至 第三段642向外喇叭形张开的梯形形状。第三段642具有从第二段632 延伸至MFS515的长度L4，并且形状为矩形。光点大小转换器313的 第一段622和第二段632的长度L2+L3可能基本类似于磁写入头的长 度(L1)，即约180μm至约230μm。

当从XZ平面观察时，光点大小转换器513的形状为第一段622 的基本矩形形状和第二段632的基本梯形形状的组合。光点大小转换 器513的形状也可能包括第三段642的基本矩形形状。因而，光点大 小转换器513的宽度从上表面530至磁写入头305的MFS515增大。

光点大小转换器513另外具有末梢650。末梢650布置在记录头的 MFS515上。部分由于光点大小转换器513的第二段632的梯形形状 的喇叭形张开，所以末梢650可能比开口更宽。

光点大小转换器513使用较低折射率覆层构件514，以提高所投射 的光509的光耦合效率。另外，光点大小转换器513的梯形形状帮助 光点大小转换器513缩小光509的光点大小。

在一个实施例中，覆层构件523可能由具有约1.65至约1.68的折 射率的氧化铝(Al₂O₃)材料制成。氧化铝也可以用于覆层构件514， 但是覆层514的折射率将低于覆层523的折射率。较低折射率的覆层 构件514可能具有约1.54至约1.61的折射率。光点大小转换器513可 能由具有约2.10至约2.13的折射率的五氧化二钽(Ta₂O₅)制成。只要 覆层构件523和较低折射率的覆层构件514之间的折射率差异(Δn) 与较低折射率的覆层构件514和光点大小转换器513之间的折射率差 异相同，波导(光点大小转换器是一种波导)的性能就将基本不受影 响。例如，光点大小转换器513可能由具有约1.89至约2.10的折射率 的Si₃N₄材料形成；较低折射率的覆层构件514可能由具有约1.45至约 2.10的折射率的SiO₂-Si₃N₄材料形成；并且覆层构件523可能由具有约 1.45至约2.10的折射率的SiO₂-Si₃N₄材料形成。应明白，覆层构件523 的折射率和覆层构件514的折射率不同。可能通过在控制SiO₂的膜沉 积速度和Si₃N₄的膜沉积速度的同时，同时溅镀SiO₂和Si₃N₄材料而形 成SiO₂-Si₃N₄材料。在一个实施例中，覆层构件523可能包含 Al₂O₃-Si₃N₄。同样地，光点大小转换器513的末梢650的宽度w2可能 为约0.5μm至约0.6μm，并且最终厚度t1可能为约0.2μm或者约0.3 μm或者约0.4μm。

如上所述，光点大小转换器513将微小光点大小的光引导到磁记 录介质303上。可能通过调节末梢650的最终宽度w2和最终厚度t1 而将具有约500nm光点大小的光从光点大小转换器513的末梢650朝 着磁记录介质303引导。末梢650可能包括在光点大小转换器513的 MFS515处形成的近场光产生元件516。近场光产生元件516可能通过 匹配末梢650的宽度w2和厚度t1而在末梢650中形成，所以宽度w2 和厚度t1两者都小于0.5μm。

如图5中所示，主磁极518和/或辅助磁极519和/或薄膜线圈517 存在于磁写入头的近场光产生元件516附近。该附近的光可能通过穿 过光点大小转换器513的第三段642泄漏而传播，并且可能被主磁极 518和/或辅助磁极519和/或薄膜线圈517吸收。这种光509的泄漏降 低其光学传输的效率。光点大小转换器513通过使用光点大小转换器 513的第三段642限制光在主磁极518和/或辅助磁极519和/或薄膜线 圈517附近泄漏。因而，光点大小转换器513提高了否则将被光509 的泄漏降低的光学传输效率。

在一个实施例中，第三段642的长度L4可能为约16μm至约30 μm。保持光点大小转换器513的上表面处的开口602的宽度w1和/或 厚度t1小于可能在其中发生上述泄漏模式的宽度和厚度，也就是说小 于0.5μm。

可以通过对用于光导内的0阶模式的驻波条件表达式变形而获得 宽度或厚度(Ww)。可以通过下列表达式确定适合获得泄漏模式的宽 度或厚度(Ww)：

$Ww=\frac{\pi }{2\pi ·n_1·{\mathrm{sin\theta }}_1/\lambda }\mathrm{...}\left(1\right)$

其中：θ₁为内核和覆层的界面处的光的临界角，并且可以通过下 列表达式表达：

${\theta }_1={\sin }^{-1}\left(\frac{\sqrt{{n_1}^2-{n_2}^2}}{n_1}\right)\mathrm{...}\left(2\right)$

λ为光在真空中的波长；

n₁为光点大小转换器的折射率；并且

n₂为二维波导或者覆层构件的折射率。

将参考图7描述光点大小转换器513的光学利用效率。通过将光 点大小转换器513和投射光509的入口602的光耦合效率(η_lc)700乘 以光点大小转换器的光学光点大小转换效率(η_c)710而确定光点大小 转换器513的光学利用效率(η_ou)。也就是说，η_ou＝η_lc·η_c。随着光509 穿过光点大小转换器514传播，光509的光强度分布724的尺寸缩小。

用于光点大小转换器513的较低折射率覆层构件514提供投射光 509的高度高效光学耦合，并且允许布置在光点大小转换器513的上表 面530上的第一段622的宽度631增大。将相对于光耦合效率η_lc讨论 增大第一段622的宽度631的效果。

图8示出使用光束传播方法(BPM)，对光点大小转换器513的第 一段622的宽度w1和布置在光点大小转换器513的上表面530上的开 口602处的投射光509的光耦合效率η_lc的关系的计算结果。水平轴802 示出光点大小转换器513的第一段622的宽度w1，以纳米为单位。垂 直轴804示出光点大小转换器513的上表面530处的投射光509的光 耦合效率η_lc。通过叠加投射光509的光强度分布以及能够穿过光点大 小转换器513的第一段622的光的光强度分布(即，模态分布)的积 分而导出光耦合效率η_lc。

投射至光点大小转换器513的光可能具有约830±20nm的波长， 在Y方向中基本极化，并且产生约5μm的光点大小。第一段622可能 具有约0.36μm的厚度t1，并且第一段622的长度L2可约为6μm。标 以820的线示出对具有较低折射率的覆层构件514的光点大小转换器 513计算的光耦合效率η_lc。作为比较，标以810的线示出对光点大小 转换器513计算的光耦合效率η_lc，其中覆层构件523被设置沿光点大 小转换器513的表面内方向，并且不使用较低折射率的覆层构件514。 不使用较低折射率的覆层构件514的情况产生不良结果。即，当不存 在覆层构件514时，光耦合效率明显比存在覆层构件514的情况差。 特别地，对于具有较低折射率的覆层构件514的光点大小转换器513 存在最大光耦合效率η_lc。具有较低折射率的覆层构件514的光点大小 转换器513具有用于其中光耦合效率η_lc最大的约为18nm的第一段622 宽度w1，其比不具有较低折射率的覆层构件514的光点大小转换器513 宽。

在图9中，对具有较低折射率的覆层构件514的光点大小转换器 513并且对不具有较低折射率的覆层构件514的光点大小转换器513计 算光点大小转换效率。水平轴902示出光点大小转换器513的第一段 622的宽度w1，以纳米为单位。垂直轴904示出光点大小转换器513 的光点大小转换效率。通过将能够穿过第一段622的光强度分布(模 态分布)投影到光点大小转换器513中，并且计算光强度分布中从光 点大小转换器513的末梢650发出的光量而导出光点大小转换效率。 光点大小转换器513的构造与上文关于图8中所述的类似。

标以920的线示出对具有较低折射率的覆层构件514的光点大小 转换器513计算的光耦合效率。标以910的线示出对无覆层构件514 的光点大小转换器513计算的光点大小转换效率。具有较低折射率的 覆层构件514的光点大小转换器513(如线920所示)和不具有覆层构 件514的光点大小转换器513(如线910所示)的光点大小转换效率基 本独立于光点大小转换器513的第一段622的宽度w1。另外，具有较 低折射率的覆层构件514的光点大小转换器513(如线920所示)和不 具有覆层构件514的光点大小转换器513(如线910所示)的光点大小 转换效率基本类似。从图8中显示的光耦合效率η_lc和图9中显示的光 点大小转换效率的结果能够看出，能够加宽光点大小转换器513的第 一段622的宽度w1，同时仍实现如不存在较低折射率覆层构件514时 将发生的等效光应用效率。这意味着通过使用在开口602处具有更宽 的宽度w1的光点大小转换器513，可能在制造期间获得更好的处理精 确度和对波动性的进一步抑制。

现在将描述一种用于施加较低折射率覆层构件514的优选模式。 图10A-10F示出示例，其示出围绕光点大小转换器513的覆层构件523 和较低折射率覆层构件514的布置的变化。图10A是磁写入头305的 波导1001的顶部平面图，其示出被覆层构件523在边界处围绕的光点 大小转换器513。图10B是磁写入头305的波导1002的顶部平面图， 其示出被较低折射率的覆层构件514在边界处围绕的光点大小转换器 513。图10C是磁写入头305的波导1003的顶部平面图，其示出具有 定向在表面内方向的较低折射率覆层构件514的光点大小转换器513， 相邻覆层的其余部分由覆层构件523组成。图10D是磁写入头305的 波导1004的顶部平面图，其示出具有定向在表面内方向的覆层构件523 的光点大小转换器513，相邻覆层的其余部分由较低折射率覆层构件 514组成。图10E是磁写入头305的波导1005的顶部平面图，其示出 具有仅定向在表面内方向一侧上的较低折射率覆层构件514的光点大 小转换器513，相邻覆层的其余部分由覆层构件523组成。图10F是磁 写入头305的波导1006的顶部平面图，其示出具有沿膜厚度方向并且 仅处于光点大小转换器一侧上的较低折射率覆层构件514的光点大小 转换器513，相邻覆层的其余部分由覆层构件523组成。

图10A-10F中所示的光点大小转换器513的形状从XZ平面中截 取，并且与上文关于图6B所述的光点大小转换器513类似。光点大小 转换器513具有下列形状，其基本为矩形，并且朝着磁写入头305的 面对介质表面515喇叭形张开，即宽度增大，诸如为梯形。因此，光 点大小转换器513在末梢650处比第一段622的宽度w1更宽。

图11是示出使用光束传播法(BPM)计算的结果的曲线图。该结 果示出如图10A至10F所示的光束尺寸转换器的边界处的覆层构件523 和较小折射率覆层构件514的各种布置的光应用效率。在图11中，水 平轴1110示出光应用效率，并且垂直轴1120示出光点大小转换器513 的第一段622的宽度w1，以纳米为单位。从图11的图示中能够看出， 图10C中所示的波导100的布置和图10E中所示的波导1005的布置以 第一段622的宽度w1提供大于分别在图10A、10B、图10D或者10F 中所示的波导1001、1002、1004、1006的其它布置的最大效率。图10A 和图10B的波导1001、1002具有基本等效的光应用效率，但是开口602 的宽度w1(在标以1102的位置示出)小于波导1003的第一段622的 宽度w1(在标以1106的位置示出)或者波导1005的第一段622的宽 度w1(在标以1104的位置示出)。对于标以1003的波导，第一段622 的最大宽度w1可能大于80nm，并且以标以1124的线示出。对于标以 1001和1002的波导，第一段622的最大宽度w1以标以1122的线示出， 并且小于60nm。第一段622的宽度w1的差异可能为20％或更大。图 10F中所示的波导1006具有用于开口602的大宽度w1，然而，其光应 用效率在波导1001、1002、1003、1004、1005的布置中最低。波导1006 的第一段622的宽度w1在最大光应用效率下不超过约35％。在热辅助 磁记录中，光点大小转换器所需的光应用效率被评价为至少约35％， 并且以点线阈值线1112示出。因而，图10F的波导1006将证明至少 期望波导1001、1002、1003、1004、1005作为光点大小转换器513而 应用在热辅助磁记录头中。从这些结果能够看出，用于应用较低折射 率覆层构件514的最佳模式是沿表面内方向与光点大小转换器513相 邻，而覆层的其余部分是覆层构件523。可替选地，覆层的仅沿表面内 方向与光点大小转换器513相邻的一侧为较低折射率覆层构件514，而 覆层的其余部分可以是覆层构件523。

图12示出光点大小转换器513的光应用效率关于较低折射率覆层 构件514和覆层构件523的折射率差异的计算结果。光点大小转换器 513的构造与图6A和图10E中的光点转换器513类似。对光应用效率 的计算使用光束传播法(BPM)。水平轴1210示出增量n(Δn)，即较低 折射率覆层构件514和覆层构件523的折射率差异。垂直轴1220示出 光点大小转换器513的光应用效率。期望在光点大小转换器513中实 现或超过百分之三十五(35％)的光应用效率，并且因而在百分比光应 用效率的35％值处标注阈值线1230。覆层构件523的折射率命名为n1， 并且较低折射率覆层构件514的折射率命名为n2。增量n(n1-n2)为覆 层构件523的折射率减去覆层构件514的较低折射率。相对相应的折 射率差异(n1–n2)绘制光点大小转换器513的第一段622的宽度w1的 最大光应用效率。结果显示，当较低折射率覆层构件514和覆层构件 523的折射率差异(n1–n2)不超过约0.080时，超过光点大小转换器的 约35％的最小光应用效率。

在图13中示出光点大小转换器513、较低折射率覆层构件514和 覆层构件523的折射率的可接受值。图13示出当光点大小转换器513 偏离其中光应用效率处于最大值1342的折射率时，光点大小转换器513 的光应用效率的变化计算结果。光点大小转换器513的构造与图6A和 图10E中的光点转换器513类似，并且对光应用效率的计算使用光束 传播法(BPM)。其中光点转换器513的光应用效率处于最大值1342 处的折射率被标识为用于光点转换器513(以标以1313的线示出)、较 低折射率覆层构件514(以标以1314的线示出)和覆层构件523(以 标以1323的线示出)的零点。水平轴1310指示与该折射率(η＝0(零 点))的偏离量。能够看出，只要较低折射率覆层构件514和覆层构件523 的折射率与n＝0的偏离量不超过约+/-0.03，就可能超过以点线阈值线 1330示出的约35％的光应用效率。通过这些结果，我们确定较低折射 率覆层构件514和覆层构件523的折射率应处于目标折射率值的约 +/-0.03内。然而，如上所述，光点转换器513的折射率的量应大于覆 层构件523的折射率，后者继而应大于较低折射率覆层构件514的折 射率。

在上述实施例中，沿表面内方向与光点大小转换器513相邻的至 少一个覆层(即，在图6A中为较低折射率覆层构件514)的折射率小 于沿膜厚度方向与光点大小转换器513相邻的覆层(即图6A中的覆层 构件523)的折射率。图14示出具有光点大小转换器513的磁写入头 350的一部分，其示出波导1400，沿表面内方向的至少一个相邻覆层 的折射率小于沿膜厚度方向相邻布置的由外部覆层构件1432夹在中间 的覆层的折射率，其特征在于，第一段622本质上是无穷大的，即在 图14的x方向本质上是无穷大的。外部覆层构件1432可能具有较低 折射率，其低于覆层构件514的折射率。区域A-B和区域C-D起二维 波导的作用。因而，这些区域A-B、C-D提供与所投射的光509的高效 光学耦合，并且高效地传输光509并且将光509与光点大小转换器513 耦合。

可以通过检查光点大小转换器513的光应用效率从较低折射率覆 层构件514至外部覆层构件1432的依赖性，使用光束传播法(BPM) 计算距离(d1)。图15图示地示出光应用效率和从较低折射率覆层构件 514至图14中所示的光点大小转换器513的外部覆层构件1432的距离 的关系(由标以1540的线示出)。从XZ平面之上观察时，光点大小转 换器513的形状与图6B中所示的类似。光点大小转换器513基本为矩 形，其具有宽度朝着磁写入头305的面对介质表面515增大的展开。 水平轴(x)1510示出从较低折射率覆层构件514至外部覆层构件1432 的距离(d1)，单位为微米。垂直轴(y)1520示出光点大小转换器513的 百分比光应用效率。假定从较低折射率覆层构件514至外部覆层构件 1432的距离d1和d2在图中基本类似(d1～d2)。被投射至光点大小转 换器513的光509可能具有约830±20nm的波长，在Y方向中极化， 并且具有约5μm的光点大小。当厚度d1为约1.55μm(参见标以1542 的箭头)时，光应用效率最大。距离A-D(d1+t1+d2)约为所投射光509 的光点大小的70％。当厚度d1本质上为无限大时，光应用效率等效于 如沿线1530在2.5μm处使曲线扁平所示的，当距离d1约至少为2.5μm 时的光利用效率。这是因为当厚度d1和d2本质上为无穷大时，所投 射的光509等效地感知距离d1和d2。此外，通过在从约0.7μm至约 2.5μm的范围内调节厚度d1和d2，可能实现比其中厚度d1和d2本质 上为无穷大的情况更大的光应用效率。具有从约0.7μm至约2.5μm的 范围内的厚度d1和d2的距离A-D(d1+t1+d2)处于所投射的光509的光 点大小的约±60％至约70％的范围内。因此，可以在范围A-D内调节距 离A-D，以保持光点大小。可能使用下列分析表达式导出投射光509 的光点大小：

$D\left(z\right)=D\sqrt{1+\left(\frac{\lambda *z}{n*\pi {(D/2)}^2}\right)}$

其中：D(z)为投射光的光点大小；

D为从光源的发光终端发出的光的光点大小；

λ为从光源发出的光在真空中的波长；

n为从光源的发光终端发出的光在被投射到光点大小转换器之前 穿过其传播的介质的折射率；并且

z为从光源的发光终端至其中光被投射到光点大小转换器内的面 的距离。

虽然使上层和下层的厚度(d1、d2)在图14中基本类似，但是当 上层和下层的厚度不近似相等时，即d1≠d2时，也能够获得相同有益 效果。

图16是示出光点大小转换器513的一部分磁写入头305的顶部平 面图，沿表面内方向的至少一个覆层的折射率低于被沿膜厚度方向相 邻布置的、被外部覆层构件1432在表面内方向和膜厚度方向两者中夹 住的覆层的折射率。图16的光点大小转换器具有与图14中的光点大 小转换器相同的构造，除了沿表面内方向存在外部覆层构件1432，并 且光点大小转换器513的中心轴从被外部覆层构件1432围绕的部分偏 离X1。同样地，使用光束传播法(BMPM)计算光应用效率。

图17是示出图16中所示的光点大小转换器513(参见曲线1600) 和图14中所示的光点大小转换器513(参见曲线1400)的光应用效率 关系的曲线。在计算中，中心轴在X轴方向中偏离X1用于导出图16 的光点大小转换器513的曲线1600。水平轴1710示出中心轴在X轴 方向中，关于被外部覆层构件1432围绕的光点大小转换器513部分的 偏离量为X1。

为了计算，调节图16中所示的宽度(d3)和厚度(d4)，以便其光应 用效率等效于其中中心轴在X轴方向中的偏离量(X1)等于图14中所 示的约零(0)时的光点大小转换器513的光应用效率。对于曲线1400， 光点大小转换器513仅被外部覆层构件1432沿上述膜厚度方向夹住。 对于曲线1600，沿表面内方向和膜厚度方向两者，光点大小转换器513 被外部覆层构件1432夹在中间。我们可看出，如图16中所示，被外 部覆层构件1432沿表面内方向和膜厚度方向夹住的光点大小转换器 513在X轴方向中增大中心轴偏离量(X1)，并且另外降低光应用效率。

原因在于沿表面内方向和膜厚度方向两者被外部覆层构件1432中 封闭的波导1600起三维波导的作用。中心轴在光点大小转换器513的 X方向中的偏离X1产生这种三维波导。中心轴偏离X1是穿过光点大 小转换器513传播的光509和穿过三维波导的内部传播的光509的产 物。因此，当穿过三维波导的光509与光点大小转换器513耦合时， 由于光509的中心轴偏离而产生光耦合损失。

相反，如图14中所示，光点大小转换器513仅被外部覆层构件1432 沿膜厚度方向夹在中间，在X轴方向中不存在中心轴偏离。因此，不 必考虑中心轴在该X轴方向中的偏离X1。因而，与如图16中所示的 在表面内方向和膜厚度方向两者夹住外部覆层构件1432相比，能够如 图14所示的通过夹住光点大小转换器513，而外部覆层构件1432仅沿 膜厚度方向而提高光点大小转换器513的制造容易性。

在上述光点大小转换器中，当在表面方向中与光点大小转换器相 邻的覆层为较低折射率覆层时，形成最佳覆层构造，而其余覆层为折 射率高于上述较低折射率覆层的覆层。可能通过下列方式形成光点大 小转换器，即以较低折射率的覆层组成光点大小转换器的表面方向中 的相邻覆层的仅一侧，并且以高于上述较低折射率覆层的折射率的覆 层组成其与覆层。以这种方式，可能在保持光点大小转换器的高光应 用效率的同时提高光点大小转换器的开口处的最小加工尺寸。因此， 当应用于产品制造时，能够提高加工精确性，并且能够抑制波动性。

上述光点大小转换器中的低折射率覆层和高折射率覆层的折射率 的差异不超过0.08。折射率关于较低折射率的覆层和较高折射率的覆 层的折射率的目标值的偏离范围不超过±0.03。以这种方式，光点大小 转换器的光学利用的效率水平非常适合热辅助磁记录的需求。

另外，可通过以外部覆层夹住光点大小转换器的顶部和底部进一 步提高上述光点大小转换器的光应用效率。三明治构造形成本质上为 无限大宽度的光点大小转换器。外部覆层的特征在于，其折射率低于 第一上述覆层的折射率，并且可以调节从顶部处的外部覆层至底部处 的外部覆层的距离，以便保持光点大小处于被投射到光点大小转换器 内的光的光点大小的约60％至约70％的范围内。以这种方式，顶部外 部覆层和底部外部覆层之间的区域起二维波导的作用。结果，实现与 所投射光的高效光学耦合，并且光可以高效地传播至光点大小转换器， 并且与其耦合。

采用一个实施例提供最小化矫顽力的用于热辅助记录的磁写入 头，其中能够以高光应用效率，将其光点大小减小至亚微米级的光引 导到具有可能超过1Tbit/in²的密度的磁记录介质上。能够使用这种用 于热辅助记录的磁写入头实现大容量并且高记录密度的磁记录装置。

本公开不限于上述实施例，而是包括各种变型。例如，虽然已经 给出上述实施例的详细说明，以便促进对本公开的理解，但是其不必 本质上包含所述的所有细节。同样地，可能以另一实施例的构造代替 给定实施例的一些构造，或者将另一实施例的构造添加至给定实施例。 同样地，能够关于各种实施例的构造执行其它构造的添加/删除/替代。

虽然上文涉及本公开的多个实施例，但是不偏离其基本范围，可 以设想本公开的其它和进一步实施例，并且其范围由下文权利要求确 定。