共光路双频外差干涉法测量模拟磁头磁盘静态间隙

　　1　引　言

　　磁存储技术以其可擦写、高速度、高稳定性、高性价比等优势,在今后一段时间内仍然是最常用的数据存储方式。从目前磁存储技术发展来看,提高磁存储的存储密度及速度,依然有较大的商业价值和科研潜力。有国外学者认为,磁存储面密度有望达到1Tb/in2 [1]。而减少磁头磁盘间隙,成为推动面密度增长的重要途径[2]。

　　纳米级间隙的高分辨率、高频率响应测量方法一直是国外研究热点[3~6],而20世纪90年代以后国内实验研究工作并不多[7,8]。目前一般采用的测量方法为光学干涉测量,一类利用真实磁盘反射光与磁头反射光干涉进行测量[3];另一类采用镀半反射膜玻璃盘片代替磁盘,透过玻璃盘的光经磁头反射与玻璃盘片反射光形成干涉进行测量[4,5]。以往研究一般采用非调制光源光强干涉方法[4,5]、外差干涉方法[6,9]两类,分辨率大致在1/100条纹量级,对实验环境要求苛刻。

　　本文提出的共光路双频外差干涉测量方案,与以往方法所不同的是,采用了外差干涉结合相位测量技术,满足了高分辨率要求;并设计双折射透镜作为分光器件,从而实现了符合共光路原则的光路结构,抗环境干扰能力有很大提高。

　　2　基本原理

　　测量原理如图1所示,光源采用低频差横向塞曼双频激光器[10],其输出正交线偏振的双频激光(p光和s光),先经分束器将其分成两束,反射光经过检偏器后由探测器(PIN管)接收形成参考信号。透射光被透镜会聚于针孔(直径为20μm的圆形针孔)上,经过针孔滤除杂散光后,由胶合透镜将光束扩成平行光束。针孔不仅提高了光束质量,还可以有效削弱激光回授对激光器输出光频稳定性的影响。

　　平行光束经过分光器BS后,入射到本课题组自行设计的双折射透镜[11]组上,调节双折射透镜组的晶轴方向与p光的偏振方向相同。经过双折射透镜组后,s光仍为平行光,以较大的光斑照在用来模拟真磁盘的玻璃盘的表面,作为参考光;p光变为会聚光,聚焦在用来模拟磁头的小反射镜表面,作为测量光。测量光和参考光被反射后,再次经过双折射透镜组,变成相互重合的光束。合成光被BS反射出原光路,通过小孔光阑,经检偏器检偏后干涉,干涉光由小透镜聚焦后,被光电探测器接收形成相位测量信号,与探测器收集的参考信号进行比相,由相位变化得到磁头滑块飞行高度的信息。

　　该方法的相位测量原理如下:

　　假设横向塞曼激光器输出激光的偏振矢量为

        E0经过双折射透镜组分光后,磁盘反射光为s分量,形成参考光;透射光为p分量,形成测量光,分别经过参考和测量光路后再经双折射透镜组合光。合光之后参考光和测量光的偏振矢量E1和E2写作