JPH03212838A - 高密度ディジタルデータの光磁気記録及び読み出しの方法及び装置 - Google Patents

高密度ディジタルデータの光磁気記録及び読み出しの方法及び装置

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JPH03212838A
JPH03212838A JP2292232A JP29223290A JPH03212838A JP H03212838 A JPH03212838 A JP H03212838A JP 2292232 A JP2292232 A JP 2292232A JP 29223290 A JP29223290 A JP 29223290A JP H03212838 A JPH03212838 A JP H03212838A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 A、産業上の利用分野 この発明は、記憶装置にデータを光磁気的に記録し、記
憶装置からこれを読み出す方法及び装置に関するもので
ある。
B、従来の技術 データを記憶するには、適宜の記録媒体が記録媒体の材
質の磁気特性を変えるための外部磁界の存在中でレーザ
光によって局部的に加熱され、冷却される。データの読
み取りのために、記録媒体を通過する別のレーザ光を用
いて、データの記録によって生じたレーザ光の偏光の回
転をモニタすることにより、この変化が検出される。
現在、データ処理では、情報の記憶装置が重要な課題で
ある。データの処理速度はこの10年の間に著しく高速
化されたが、益々大量のデータ処理能力が求められてい
る。しかしながら、大量のデータを扱う際に2つの関連
する問題がある。その第1の問題はサイズの問題である
。即ち、大量のデータのための記憶装置は必然的に大型
となり、これが第2の問題である速度の問題を招くこと
になる。記憶装置が大きいほど、所望の情報の位置をア
ドレス指定する時間が長くなり、情報がその記憶位置か
ら処理装置へ移動するパスが長くなる。
明らかに、記憶装置の設計ができるだけメモリのスペー
スの縮小、換言すれば、記憶密度の増大を企てる必要が
ある。
これまでに知られている最も高い記憶密度は光磁気技術
で達成されている。この技術は、垂直磁区を固定化する
のに十分に大きい垂直異方性を有する稀土類/遷移金属
薄膜の固有の性質に基づいている。上記磁区の磁化方向
を選択的に配列させることによって情報が記憶され、選
択された位置での磁化の配列をモニタすることによって
情報が読み出される。
情報ビットの書き込みは、外部磁界の存在中で、良く収
束された、強い強度のレーザビームを利用して、記録媒
体の微小スポットを記録媒体の材料のキューリ(または
補償)温度Tc以上に加熱することにより行われる。キ
ューり温度で、記録媒体材料か初期成いはこれまで有し
ていた磁化を失い、その磁気双極子が外部磁界の方向と
され、レーザビーム、即ち熱源がオフされた後も維持さ
れる。
従来の光磁気記憶装置においては、アドレス指定された
記憶位置に弱い強度のレーザビームを照射し、光磁気カ
ー効果によって誘起された反射光の偏光の回転を分析す
ることによって、情報が読み出される(カー効果とは、
磁気材料から反射された直線偏光が僅かに楕円偏光され
、偏光方向の回転角が磁化に比例する現象を言う)。
米国特許第4.823.220号は、光磁気記憶媒体に
よって反射された光のp及びS成分を検出する検出器に
ついて言及している。ここでは、p及びS成分が円偏光
から単一の強度に応じた変調ビームに変換され、これは
更に、ビームの情報内容を示すために強度変調検出され
る。この場合、最初にp又はS成分がS又はp偏光面に
夫々回転され、そして、回転された他の光が干渉計技術
を利用して処理され、強度変調された明または暗が得ら
れる。
光磁気記憶媒体から受けた光、即ち、記憶媒体によって
生じた回転された偏光を有する反射光を特に検出するよ
うに設計された干渉計も米国特許第4.823.220
号により知られている。これは、p及びS偏光成分から
なる媒体からの反射光を受光して、これらの成分を第1
及び第2の垂直の光路上に向けるための第1の面を有す
る偏光ビーム分割プリズムを含んでも良い。第1の光路
が第1の最小遅延で一方の成分を伝達し、第2の光路が
等しいか、より大きい第2の遅延で第2の成分を伝達す
る。両光路が干渉縞を形成するように結合され、そこか
ら、第1及び第2の成分間の光学的関係が決定でき、ま
た、記憶情報の表示を搬送する変調電気信号にこの光学
的関係が変換される。
従来の光磁気記憶装置では、光ディスクへの高密度の記
録を可能にするためには、高出力のレーザパワーが要求
されており、そのようなレーザとしては、約800nm
の比較的長い波長のものしかなかった。記録速度を増す
ために、あるものは40mWの注入レーザを用いていた
が、これは寿命が短いことが判明した。より短い波長を
生成する半導体レーザ装置も開発されているが、400
nmで入射パワーが1mWより少ないように低効率であ
る。しかしながら、より短い波長は、ビット径を半分に
小さくできることを意味し、これにより密度を4倍に増
加することができる。
以上のことを利用した代表的な従来の装置は、I BM
  Technical Disclosure Bu
11etin Vo1、31゜No、11 (1989
)第157−159頁に掲載された“HighDens
ity 0ptical Disk Recordin
g System″と題する論文に紹介されている。こ
れに記載された技術によれば、データの高密度記録は、
400nmの波長の1mWのレーザと800 nmの波
長の5mWのレーザとを含む記録ヘッドを利用すること
により得られる。両レーザからの光は、読み出すべき記
録媒体からの反射光を集光するようにも設計された共通
のレンズ系を通過する。情報の書き込みのために、両レ
ーザが記憶媒体上に設けられた光伝導層と選択的な、共
働状態にされる。
C0発明が解決しようとする課題 ガウシアン分布のビームの中心部のみが記録媒体を局部
的にキュリー温度または補償温度Tc以上に加熱して磁
区を反転させるようにレーザ強度が選ばれているので、
従来報告されてきた光磁気記録技術は、波長λより十分
小さい径(現状はく200 nm)を有する磁区を書き
込むことかできる。この技術は、レーザ強度の小さな変
化て、温度の小さな変化、例えば、Tc付近では磁気異
方性を大きく変化させるのに十分な温度変化が得られ、
これが磁区反転特性を決定するので、実際に極めて効率
的である。しかし、従来のシステムでは、検出に遠視野
におけるカー効果を利用していたので、光磁気的読み出
しがλ/2に限定されていた。実際上、レーザダイオー
ド及び光学系の不完全さに起因するレーザビームの広が
りのために、可能な分解能は〉1μmかそれよりも悪い
この発明の目的は、従来の分解能の限界を越えるように
改良された光磁気データ記憶装置を提供することである
91課題を解決するための手段 この発明は上記目的を達成するために、回転自在な記録
媒体と、外部磁界が存在する中で、この記録媒体の記録
材料層のスポットを局部的にその材料のTc以上に加熱
することにより、記録媒体の選択された記憶位置に情報
を書き込むためと、記録媒体に結合された光ビーム手段
によってその記録媒体の上記記憶位置に記憶されたデー
タを読み出すために、この記録媒体に対しての偏光ビー
ムを向けるための手段とからなる高密度光磁気データ記
憶装置におけるデータの記録及び読み出しのための方法
を提案するものである。
この発明の方法によれば、外部磁界が加えられている間
に、記録媒体の選択された位置に鋭くとかった透光性先
端部を介して光ビーム(偏光又は非偏光)を当てること
により、データの記録が行われ、記憶された情報の読み
出しは、記録媒体の情報搬送層を支持する透光性構造に
結合され、情報搬送層を介して伝達され、これにより、
偏光面の回転を受け、上記鋭い先端部の頂点を通じて受
は取られる読み出し光を用いて行われる。
この発明による装置によれば、情報書き込みのために、
光ビーム(偏光又は非偏光)を導くための前記手段がビ
ーム分割プリズムと、このプリズムと光学的に整列され
た鋭くとがった透光性先端部とからなり、この先端部の
頂点が記録媒体の情報搬送層からほぼ一定距離の位置に
保持され、記憶された情報を読み出すために光ビームを
上記記憶位置に結合するための上記手段が情報搬送層と
並列に配置された透光性構造に光学的に接続され、上記
先端部が情報搬送層を介して伝達された光を受光するた
めに、記録手段の上記記憶位置上に位置可能である。
E、実施例 第1図は、この発明の第1の実施例の概略的構造を示し
、入射レーザビームl (又はレーザビーム2)が、偏
向ビームスプリッタまたはプリズム3を介して光フアイ
バ先端部5の背面4に照射される。ファイバ先端部5は
レーザ光に対して透光性であり、数十ナノメータ程度の
径を有する頂点6に向かってとがっている。ファイバ先
端部に代えて、透光性の結晶で形成され、遮光性の被膜
を有する先端部を用いても良い。このような先端部を製
造するのに適した方法は、欧州特許公開公報01124
02号に記載されている。偏光レーザビームが先端部5
の頂点6から出て、記録媒体7上に当たる。
記録媒体7は、基板8と、この基板8の先端部5に対向
する面上に設けられた磁化可能な記録材料層9と、その
表面を覆う保護膜1oとからなる。
基板8と保護膜10は、使用されるレーザビームに対し
て透光性のものである。従って、先端部5の頂点6から
出るレーザビームが保護膜loを通過して磁化可能な材
料層9上に当たる。レーザビームのエネルギーの少なく
とも一部は、頂点6から出たビームの径と層9から頂点
6のまでの距離とによって規定される1μm程度と思わ
れる径を有するスポットにおいて層9により吸収される
層9中のエネルギーの吸収により、磁化可能材料が局部
的にTc以上に加熱され、これによって、その記憶位置
におけるこれまでの磁化と方向が失われる。外部磁界が
無い場合、レーザビームが当たった位置における磁気双
極子は、再現可能にデジタル値に割り当てることができ
ない種々の可能な方向を有している。従って、すべての
記憶位置を“0”に設定するために、全ての記憶位置が
キュリー温度以上に加熱されている間に、外部磁界を加
えても良い。記憶材料が冷却される間、双極子の磁化方
向が維持される。この発明では、磁化方向が記録媒体7
の面に関して垂直に選ばれる。
情報を書き込む場合、選択された記憶位置が加熱のため
のレーザビームによりアドレスされている間に、記憶の
消去に用いたものと反対の外部磁界が加えられる。この
アドレスされた位置でのみ、磁化方向が反転され、レー
ザビームがオフされた後も維持される。この新たな方向
をここでは“1”方向とする。
媒体7の記憶位置に記憶された情報を読み出すために、
Sまたはp偏光レーザビーム11が微少波として、光結
合プリズム12の手段によって、記録媒体7へ結合され
る。結合プリズム12は、入射光が一端の入射面から他
端の吸収体または出射面まで伝播する導波体として機能
する。入射レーザビームは、記録媒体7の各記憶位置の
磁化と比例した直交するp(又はS)偏光成分を得る。
そして、光子とその偏光状態は先端部5で調べられる。
先端部5の頂点6の径が数十ナノメータ程度の事実の点
から、実現可能な分解能が極めて良好であり、従って、
頗る高密度の記録/読み出しが可能となる。
従来の装置のように偏光状態を「反射光」によりモニタ
するカー効果の応用に対して、この発明は、ファラデー
効果を利用した「通過光Jによる偏光状態のモニタに基
づいている(ファラデー効果によれば、磁性材料を通過
して伝播する直線偏光された光が僅かに楕円偏光され、
偏光方向の回転角が材料を通過するパスの長さと磁化と
に比例する)。
記録媒体7の上面から出る光子の偏光状態のモニタは、
先端部5の頂点6と記録材料層9の面との距離に依存す
る極めて高い空間的分解能でなされる。λ/30の分解
能が既に実験によって達成されている。ここで得られる
分解能の正確な値はこの発明による記憶装置の方式にと
ってあまり重要でない。3倍(従来の1μmから0.3
μmへ)の分解能の増加でさえも10倍もの記憶容量の
増加を意味する。
入射レーザビーム11を偏光する必要はない。
フレネル理論によれば、内部の全反射が主にp偏光され
た微少波を生成する。
第2図を見ると、この発明による光磁気記憶装置は、軸
13を中心として回転可能なディスクである記録媒体7
を用い、その下方に、上記結合プリズム12が近接して
取付けられている。レーザビーム11を供給するために
レーザ14が設けられ、箱15及び16がレーザビーム
l及び2用の光検出ダイオード(読み出し用)を夫々表
している。先端部5は記録媒体7の上方に一定距離で交
換可能に取り付けられている。先端部/面間距離を一定
に保つために帰還ループに供給される強度信号を形成す
るためにp偏光ビーム2を使用しても良い。
記録媒体7及び結合プリズム12間の典型的な距離が約
300nmで、44°以下の角度で入射するレーザビー
ム1工を用いた場合(石英の内部の全反射の場合の43
.34°と比較して)、記録媒体7に結合される光強度
が入射レーザの全強度の約40%程度である。
ファラデー効果による光磁気記録媒体7内の偏光の回転
角は、先端部5を用い保護膜lO上の弱小波を探査し、
従来のビーム分割装置を用いてS及びp偏光成分に分割
する事によって検出される。
高い水平方向分解能のためには、先端部5の形状及び記
録媒体7からの距離が重要なパラメータである。この発
明による記憶装置では、先端部5の浮上高さが約300
nm、即ち、従来の(長手方向)記録におけるのと同様
に容易に一定に保つことができる距離である。ここで提
案する構成では、浮上高さが検出光の強度を一定に保つ
ことにより一定に維持される。300nmの浮上高さの
場合、マイクロメータの1/10 (100ナノメータ
)程度の水平方向分解能が期待できる。
光磁気データ記憶装置の別の構成が第3図に示されてい
る。記録媒体又はディスクが基板8を備え、この基板8
は、レーザビーム19を基板8に結合するための傾斜側
面18を有するハブ17を存している。入射レーザビー
ムは、導波体として機能する基板8に沿って伝播する。
不要の反射を防止するために、導波体を適切に終端させ
なければならないことは、当業者にとって、容易に理解
できるであろう。
更に別の構成が第4図に示されている。同図において、
レーザビーム20が光導波体として機能する界面フィル
ムに直接的に結合する。フィルム21が基板8の上で、
且つ、記録層9の下に設けられている。その結果、フィ
ルム2Iに沿って伝播する光の波は記録層9に結合され
る。記録層9を通過する光は、その偏光面が回転され、
これが先端部5とこれに関連する分析手段とによって検
出される。
第3図及び第4図の構成は、より多くの光が記録媒体7
に結合され、従って微弱波が必要ないので、第1図の構
成と比較して、信号対雑音比がより良好であるという利
点を有する。また、第1図の構成は、記録媒体7と結合
プリズム12との距離を〈1μmの一定の値に維持しな
ければならないという問題に当面することもある。
カー効果を利用した従来の装置(λ/2の制限がある)
に対して、ファラデー効果を利用したこの発明による構
成の有利な分解能特性(λ/30)が得られることから
、これらのシステムの他のパラメータを考慮することは
、意味がある。検出される回転の角度の大きさは反射光
に関して、θに=0.3°であり、透過光の場合はd=
50nmの膜厚でθに=OF*d=0.5°であり、何
れの場合も角度は同じ様なものである。これは物理的な
見地から予想されなければならない。即ち、光磁気記録
に使用されているアモルファス磁化可能材料は、薄く、
例えば50nmにすることができるので、基板8及び保
護層10との界面での避は難い反射が記録層9の厚みに
比してより重要な役割を演じ始めている。
どの場合でも、50nmの厚みのフィルムが良い選択で
ある。これは、個々の部材間の知られている分離にかか
わらず完全な飽和磁化に対応するのに十分に厚く(分離
領域厚み=10nm)、更に、偏光回転が生じる間で、
水平方向の磁化分解能がフィルムの厚みを超える平均化
効果によって影響されないことを保証するのに十分に薄
い。
この発明による光磁気記憶装置に使用される材料は、例
えば、基板8としてのサファイアと、情報記憶層9とし
ての磁性遷移金属/稀土類合金と、保護膜IOとしての
二酸化シリコンとを含むことができる。適当な遷移金属
/稀土類合金は、例えば、0.1<X<0.4.0. 
3s<y<o、5.0.15<z<0.3のとき、G 
d x Co +−0、Tbx Fe+−* 、Few
 Coy Tb、などである。
正確な化学量論的組成は、所望の光磁気特性(TC1異
方性、磁化、ファラデー回転の大きさ)に依存する。良
好な結果を生じさせる材料の具体例は、Gdo、t C
Oo、s 、Tbo、1sF eo、ms及びFe 0
.2@COo、 atT b a、 xtである。
この発明による情報の記録及び読み出しのためには、原
理的には、同一の光学的配置を使用することができるが
、記録用光路と読み出し用光路とを分離することは、有
利である。この分離は、共通のスポットに指向される2
つの本質的に平行な光路を有する先端部を使用すること
により容易に達成することができる。このような先端部
は欧州特許公開公報第0185782号に開示されてい
る。
F1発明の効果 この発明によれば、従来の分解能の限界を越える改良さ
れた光磁気データ記憶装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の第1の実施例に使用される構成要素
の路線図、第2図はこの発明による光磁気記憶装置の路
線図、第3図はこの発明による光磁気記憶装置の第2の
実施例を示す路線図、第4図はこの発明の第3の実施例
を示す路線図である。 ・・・・入射レーザビーム、 ・・・・偏光ビームスプリッタ、 ・・・・先端部、 7・・・・記録媒体、・・・・基板
、 9・・・・磁化可能な記録層、0・・・・保護膜、
  12・・・・結合プリズム。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)高密度光磁気データ記憶装置でデータを記録及び
    読み出すための方法において、 回転可能な記録媒体(7)と、上記記録媒体(7)にビ
    ーム(1、2)を向け、外部磁界の存在中で、記録媒体
    (7)の記録層(9)のスポットを上記記録層の材料の
    キュリー温度又は補償温度以上に、局部的に加熱するこ
    とにより、記録媒体(7)の選択された記憶位置に情報
    を書き込むと共に、上記記録媒体(7)に結合された光
    ビーム(11、19、20)の手段によって、上記記録
    媒体(7)の上記記憶位置に記憶されたデータを読み出
    すための手段(3、5)とからなり、外部磁界が加えら
    れている間に、上記記録媒体(7)の選択された位置に
    鋭くとがった透光性の先端部(5)を介してビーム(1
    、2)を照射することによってデータの記録が行われ、
    記録媒体(7)の上記記録層(9)を支持する透光性構
    造(8、12、21)に結合され、上記記録層(9)を
    介して伝送され、それによって偏光方向の回転を受け、
    上記先端部(5)の頂点(6)の開口を介して受光され
    ることになる読み出し光(11、19、20)を用いて
    、記憶された情報の読み出しが行われることを特徴とす
    る方法。 (2)結合プリズム(12)の内部を伝播する光の波が
    上記記録媒体(7)に結合されるように、短い距離でも
    って上記記録媒体(7)の下方に配設された結合プリズ
    ム(12)の一つの傾斜面に上記読み出し光(11)が
    加えられ、上記記録媒体(7)の記録層(9)を介して
    伝送されることになる光が上記先端部(5)の頂点(6
    )の開口を介して受光され、このように伝送された光の
    偏光の回転がその光のp及びs偏光成分を分離する偏光
    ビーム分割プリズム(3)を通過させることにより検出
    される請求項(1)記載の方法。(3)上記読み出し光
    (19)が上記記録媒体(7)のハブ(17)の傾斜側
    面に加えられ、上記ハブ(17)と光学的に一体で上記
    記録層(9)の下に配置された支持構造(8)内部を伝
    播する光の波が上記記録層(9)に結合され、記録媒体
    (7)の記録層(9)を伝送された光が上記先端部(5
    )の頂点(6)の開口を介して受光され、このようにし
    て伝送された光の偏光の回転がそのp及びs偏光成分を
    分離する偏光ビーム分割プリズム(3)を通過させるこ
    とにより、検出される事を特徴とする請求項(1)記載
    の方法。 (4)上記読み出しビーム(20)が上記記録層(9)
    の下に配置された光導波層(21)に加えられ、上記導
    波層(21)の内部を伝播する光の波が上記記録層(9
    )に結合され、記録媒体(7)の記録層(9)を介して
    伝送された光が上記先端部(5)の頂点(6)の開口を
    介して受光され、このようにして伝送された光の偏光の
    回転が、そのp及びs偏光成分を分離する偏光ビーム分
    割プリズム(3)を通過させることにより検出されるこ
    とを特徴とする請求項(1)記載の方法。 (5)高密度光磁気データ記憶装置でデータを記録し、
    読み出すための装置において、 回転可能な記録媒体(7)と、上記記録媒体(7)に少
    なくとも一つのビーム(1、2)を向けて外部磁界の存
    在中で、記録媒体(7)の記録層(9)のスポットを上
    記記録層の材料のキュリー温度又は補償温度以上に局部
    的に加熱することにより、記録媒体(7)の選択された
    記憶位置に情報を書き込む手段と、上記記憶位置に光ビ
    ーム(11、19、20)を結合して、上記記憶位置に
    おける局部的に回転された偏光方向として表された記憶
    情報を読み出す手段(14)とからなり、情報を書き込
    むために偏光された光ビーム(1、2)を指向させる上
    記手段(3、5)は、ビーム分割プリズム(3)と上記
    プリズム(3)と光学的に整列した鋭くとがった透光性
    の先端部(5)とからなり、上記先端部(5)の頂点(
    6)が記録媒体(7)の記録層(9)と基本的に一定距
    離に保持され、記憶情報を読み出すために、上記記憶位
    置に光ビーム(11、19、20)を結合する前記手段
    (14)は、上記記録層(9)と並列に配置された透明
    構造(8、12、21)に光学的に結合され、上記先端
    部(5)は、上記記録層(9)を通過した光を受光する
    ために、上記記録媒体(7)の上記記憶位置上に位置可
    能であることを特徴とする装置。 (6)上記記録媒体(7)が、支持構造(8)とこの支
    持構造(8)に支持された記録層(9)と、この記録層
    (9)の上面に設けられた保護膜(10)とからなり、
    上記支持構造(8)、上記記録層(9)及び上記保護膜
    (10)が全て、装置に使用される光に対して透光性で
    あることを特徴とする請求項(5)記載の装置。 (7)記憶情報を読み出すために上記記憶位置に光ビー
    ム(11、19、20)を結合するための上記手段(1
    4)が結合プリズム(12)からなり、この結合プリズ
    ム(12)は、その内部を伝播する光の波(11)が上
    記記録媒体(7)の記録層(9)に結合されるような短
    い距離でもって、上記記録媒体(7)の下に配置されて
    いることを特徴とする請求項(5)記載の装置。 (8)上記記憶位置に光ビーム(11、19、20)を
    結合して記憶情報を読み出すために、上記記録媒体(7
    )が、上記支持構造(8)と一体の透光性のハブ(17
    )を備え、記憶情報を読み出すために使用されるビーム
    (19)が上記支持構造(8)に沿って伝播できる角度
    で、上記ハブ(17)の傾斜した側面に(18)に指向
    されることを特徴とする請求項(5)又は(6)記載の
    装置。 (9)上記記憶位置に光ビーム(11、19、20)を
    結合して記憶情報を読み出すために、上記記録媒体(7
    )が上記支持構造(8)と上記記録層(9)との間に介
    在された光導波体として機能する界面フィルム(21)
    を備え、記憶情報を読み出す為に使用される光ビーム(
    20)が上記界面フィルム(21)の一端に入射される
    ことを特徴とする請求項(5)又は(6)記載の装置。 (10)上記記録装置(9)が上記外部磁界を加えた時
    に、完全な飽和磁化に対応できる約50nmの厚さの磁
    化可能なフィルムであることを特徴とする請求項(5)
    記載の装置。 (11)上記記録層(9)が0.1<x<0.4、0.
    35<y<0.5及び0.15<z<0.3の時Gd_
    xCo_1_−_x、Tb_xFe_1_−_x及びF
    e_xCo_yTb_zからなる群の磁化可能な遷移金
    属と稀土類との合金であることを特徴とする請求項(5
    )記載の装置。
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