JP2001291265A - 光データ記憶媒体用の表面プラズモン増幅による読み出し／書き込みヘッド - Google Patents
光データ記憶媒体用の表面プラズモン増幅による読み出し／書き込みヘッドInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】短いピット長寸法を備え、高データ密度と高速
の読み出し／書き込み速度をもたらし、厳しい減衰を受
けず、相変化媒体のような光記憶媒体上のデータの書き
込み及び読み出しをともに可能にする、近視野光学系を
用いる読み出し／書き込みヘッドを提供する。 【解決手段】導波路１０の端面１２にプラズモン増幅デ
バイス２０を設ける。プラズモン増幅デバイス２０は、
貫通して設けられた波長以下の直径のアパーチャー３０
を有する金属膜２２からなり、金属膜２２は、少なくと
も一方の表面上に設けられた周期的な表面トポグラフィ
ー４０を有する。金属膜２２の表面の一方に入射する光
は金属膜の表面の少なくとも一方での表面プラズモン・
モードと相互作用し、これにより、アパーチャー３０を
通る透過光が増幅される。
の読み出し／書き込み速度をもたらし、厳しい減衰を受
けず、相変化媒体のような光記憶媒体上のデータの書き
込み及び読み出しをともに可能にする、近視野光学系を
用いる読み出し／書き込みヘッドを提供する。 【解決手段】導波路１０の端面１２にプラズモン増幅デ
バイス２０を設ける。プラズモン増幅デバイス２０は、
貫通して設けられた波長以下の直径のアパーチャー３０
を有する金属膜２２からなり、金属膜２２は、少なくと
も一方の表面上に設けられた周期的な表面トポグラフィ
ー４０を有する。金属膜２２の表面の一方に入射する光
は金属膜の表面の少なくとも一方での表面プラズモン・
モードと相互作用し、これにより、アパーチャー３０を
通る透過光が増幅される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、データ記憶装置に
関し、特に、金属膜内の波長以下(subwavelength)の大
きさのアパーチャー（開口）を介する表面プラズモン増
幅光透過(surfaceplasmon-enhanced optical transmiss
ion) を利用する、非常に高いスループットと分解能を
有する光データ記憶装置用の読み出し／書き込みデバイ
スに関する。
関し、特に、金属膜内の波長以下(subwavelength)の大
きさのアパーチャー（開口）を介する表面プラズモン増
幅光透過(surfaceplasmon-enhanced optical transmiss
ion) を利用する、非常に高いスループットと分解能を
有する光データ記憶装置用の読み出し／書き込みデバイ
スに関する。
【０００２】
【背景技術】Ebbesenらへの米国特許第5,973,316号明細
書（特開平11-72607号公報）、Kimらへの米国特許第6,0
40,936号明細書（特開2000-111851号公報）、Ebbesenら
への米国特許第6,052,238号明細書（特開平11-72607号
公報）、1998年12月9日に出願されたEbbesenらの米国特
許出願番号第09/208,116号（特開2000-171763号公
報）、及び1999年11月5日に出願されたKimらの米国特許
出願番号第09/435,132号（これらの特許及び特許出願の
それぞれは参考文献として本明細書に包含される）に詳
細に説明するように、薄い金属膜（すなわち関心のある
波長において導電性かつ不透明である膜）の中に設けら
れた１つ以上の波長以下の直径のアパーチャーを介する
透過光は、アパーチャーを周期的な配列で配置すること
により、及び／またはアパーチャーと連係して前記金属
膜の上に周期的な表面トポグラフィー（小さなくぼみ(d
imple)あるいは突出部のような表面特徴(feature)）を
設けることにより、大幅に増幅することができる。１，
０００倍にも達することがあるこの増幅は、導電性の膜
に入射する光が表面プラズモン・モードと共鳴的に相互
作用するときに起こる。
書（特開平11-72607号公報）、Kimらへの米国特許第6,0
40,936号明細書（特開2000-111851号公報）、Ebbesenら
への米国特許第6,052,238号明細書（特開平11-72607号
公報）、1998年12月9日に出願されたEbbesenらの米国特
許出願番号第09/208,116号（特開2000-171763号公
報）、及び1999年11月5日に出願されたKimらの米国特許
出願番号第09/435,132号（これらの特許及び特許出願の
それぞれは参考文献として本明細書に包含される）に詳
細に説明するように、薄い金属膜（すなわち関心のある
波長において導電性かつ不透明である膜）の中に設けら
れた１つ以上の波長以下の直径のアパーチャーを介する
透過光は、アパーチャーを周期的な配列で配置すること
により、及び／またはアパーチャーと連係して前記金属
膜の上に周期的な表面トポグラフィー（小さなくぼみ(d
imple)あるいは突出部のような表面特徴(feature)）を
設けることにより、大幅に増幅することができる。１，
０００倍にも達することがあるこの増幅は、導電性の膜
に入射する光が表面プラズモン・モードと共鳴的に相互
作用するときに起こる。
【０００３】ＣＤ−ＲＯＭ（コンパクトディスク−読み
出し専用メモリ）及びＤＶＤ（デジタルビデオディス
ク）のような光記憶ディスクは、その高いデータ記録密
度、コンパクトな設計、ポータビリティ及び頑強性（ロ
バストさ）により、また特に媒体及び書き込み装置の両
方が低価格になりつつあるために、ますます魅力的なデ
ータ記憶媒体になりつつある。光ディスクにより提供さ
れる比較的高いデータ密度にもかかわらず、さらに高い
密度が望ましいと考えられている。しかし、現在の値を
超えて記録密度を増加するためには、データを書き込み
あるいは読み取る光ビームのサイズを小さくすることが
必要である。書き込み及び読み出しビームの強度も劇的
に減少させなければ、これは実行不能であることが証明
されており、したがってデータ記憶が不可能となる。さ
らに、このような光ディスクは、一般に、読み出し速度
（光ディスクから読み出すことができるデータの速度）
が比較的低い点でも、著しい欠点を通常示す。
出し専用メモリ）及びＤＶＤ（デジタルビデオディス
ク）のような光記憶ディスクは、その高いデータ記録密
度、コンパクトな設計、ポータビリティ及び頑強性（ロ
バストさ）により、また特に媒体及び書き込み装置の両
方が低価格になりつつあるために、ますます魅力的なデ
ータ記憶媒体になりつつある。光ディスクにより提供さ
れる比較的高いデータ密度にもかかわらず、さらに高い
密度が望ましいと考えられている。しかし、現在の値を
超えて記録密度を増加するためには、データを書き込み
あるいは読み取る光ビームのサイズを小さくすることが
必要である。書き込み及び読み出しビームの強度も劇的
に減少させなければ、これは実行不能であることが証明
されており、したがってデータ記憶が不可能となる。さ
らに、このような光ディスクは、一般に、読み出し速度
（光ディスクから読み出すことができるデータの速度）
が比較的低い点でも、著しい欠点を通常示す。
【０００４】本発明は、高解像度にもかかわらず非常に
高いパワー・スループットで、光ディスク上の波長以下
のスケールでの読み出し及び書き込みを可能にする光読
み出し／書き込みヘッドを提供することにより、両方の
課題を是正する。その結果、回折限界により可能とされ
る線データ密度よりはるかに高い線データ密度（したが
って読み出し／書き込み速度）を可能にする。（光ビー
ムの焦点を合わせるためにレンズあるいは他の遠視野集
束デバイスを使用するとき、焦点における収束光の「ス
ポット」の寸法は、回折により直径λ／２（λは光の波
長である）に制限される。これは、回折限界として公知
の現象である。）より小さいスポットは、光記憶媒体上
のより高いデータ記憶密度をもたらし、媒体の与えられ
た回転速度に対してより高いデータ読み出し速度をもた
らす。このような読み出し／書き込みヘッドの１次元配
列体を介する多重チャネルの読み出し及び／または書き
込みは、データ転送速度をさらに増加させる。さらに、
これらの利点は現在市販されているものよりも短い波長
を有するレーザに頼ることなく実現され、したがって本
発明は、在庫のあるレーザ装置を使用する実際的な応用
例を与える。
高いパワー・スループットで、光ディスク上の波長以下
のスケールでの読み出し及び書き込みを可能にする光読
み出し／書き込みヘッドを提供することにより、両方の
課題を是正する。その結果、回折限界により可能とされ
る線データ密度よりはるかに高い線データ密度（したが
って読み出し／書き込み速度）を可能にする。（光ビー
ムの焦点を合わせるためにレンズあるいは他の遠視野集
束デバイスを使用するとき、焦点における収束光の「ス
ポット」の寸法は、回折により直径λ／２（λは光の波
長である）に制限される。これは、回折限界として公知
の現象である。）より小さいスポットは、光記憶媒体上
のより高いデータ記憶密度をもたらし、媒体の与えられ
た回転速度に対してより高いデータ読み出し速度をもた
らす。このような読み出し／書き込みヘッドの１次元配
列体を介する多重チャネルの読み出し及び／または書き
込みは、データ転送速度をさらに増加させる。さらに、
これらの利点は現在市販されているものよりも短い波長
を有するレーザに頼ることなく実現され、したがって本
発明は、在庫のあるレーザ装置を使用する実際的な応用
例を与える。
【０００５】現在商業的に使用されている書き換え可能
なＣＤ−ＲＯＭ光ディスクは、相変化媒体上のトラック
の上に「ピット(pit)」としてデータを蓄積する。トラ
ックは１．６μmのピッチを有し、ピット長は０．４μm
から１．２μmの間で変化する。集束集光光学機器のた
めにかなり大きいレンズを使用して書き込み及び読み出
しともに遠視野で行うので、現在使用中のレーザ（ＣＤ
−ＲＯＭ用にはλ＝７８０ｎｍ）の回折限界により、ピ
ット長の下限が与えられる。より高いデータ密度は、記
憶媒体の複数の層を積み重ねることにより実現される。
現在入手可能なＤＶＤディスクは、（０．６５ＧＢを収
容する）標準のＣＤ−ＲＯＭのデータの約８倍までのデ
ータを格納する。さらにより高いデータ密度を得ること
が望ましいが、いっそう深刻な課題はデータを読み出す
速度であり、これは、現在、ディスク回転の機械的安定
性、したがってディスクの回転速度により、制限されて
いる。
なＣＤ−ＲＯＭ光ディスクは、相変化媒体上のトラック
の上に「ピット(pit)」としてデータを蓄積する。トラ
ックは１．６μmのピッチを有し、ピット長は０．４μm
から１．２μmの間で変化する。集束集光光学機器のた
めにかなり大きいレンズを使用して書き込み及び読み出
しともに遠視野で行うので、現在使用中のレーザ（ＣＤ
−ＲＯＭ用にはλ＝７８０ｎｍ）の回折限界により、ピ
ット長の下限が与えられる。より高いデータ密度は、記
憶媒体の複数の層を積み重ねることにより実現される。
現在入手可能なＤＶＤディスクは、（０．６５ＧＢを収
容する）標準のＣＤ−ＲＯＭのデータの約８倍までのデ
ータを格納する。さらにより高いデータ密度を得ること
が望ましいが、いっそう深刻な課題はデータを読み出す
速度であり、これは、現在、ディスク回転の機械的安定
性、したがってディスクの回転速度により、制限されて
いる。
【０００６】これらの課題を緩和するためには、このよ
うな光データ記憶媒体のピット長を大幅に減少させるこ
とが望ましい。遠視野光学系（ここでは、読み出し／書
き込みヘッドと光記憶媒体の間の距離は光の波長よりは
るかに大きい）が使用されれば、最少ピット長は回折限
界により与えられる。例えば、青緑色レーザに変える
と、約３００ｎｍのピット長が可能になるであろう。
うな光データ記憶媒体のピット長を大幅に減少させるこ
とが望ましい。遠視野光学系（ここでは、読み出し／書
き込みヘッドと光記憶媒体の間の距離は光の波長よりは
るかに大きい）が使用されれば、最少ピット長は回折限
界により与えられる。例えば、青緑色レーザに変える
と、約３００ｎｍのピット長が可能になるであろう。
【０００７】しかし、光データ記憶媒体へのデータの読
み出し及び／または書き込みに、（波長以下のサイズの
アパーチャーを有する読み出し／書き込みヘッドが、光
記憶媒体の上の約数十ｎｍの高さで走査される）近視野
光学系が使用できれば、ピット長は、（読み出し／書き
込みアパーチャーの寸法によってのみ制限され、）５０
ｎｍ以下とすることが可能であり、高いデータ密度と大
幅に高められた書き込み及び／または読み出し速度をも
たらす。これらの利点は、従来の赤色ダイオード・レー
ザ、あるいは安くて信頼性が高く大量に生産することが
できる赤外ダイオード・レーザを使用しても実現され
る。付加的な利点は、近視野読み出し／書き込みヘッド
を光ファイバあるいは半導体導波路に直接結合すること
によって、大きくて重いコレクタ・レンズの使用しない
で済ますことができるようになり、浮上ヘッドあるいは
接触ヘッドの機械的設計を単純化することが可能となる
ことである。
み出し及び／または書き込みに、（波長以下のサイズの
アパーチャーを有する読み出し／書き込みヘッドが、光
記憶媒体の上の約数十ｎｍの高さで走査される）近視野
光学系が使用できれば、ピット長は、（読み出し／書き
込みアパーチャーの寸法によってのみ制限され、）５０
ｎｍ以下とすることが可能であり、高いデータ密度と大
幅に高められた書き込み及び／または読み出し速度をも
たらす。これらの利点は、従来の赤色ダイオード・レー
ザ、あるいは安くて信頼性が高く大量に生産することが
できる赤外ダイオード・レーザを使用しても実現され
る。付加的な利点は、近視野読み出し／書き込みヘッド
を光ファイバあるいは半導体導波路に直接結合すること
によって、大きくて重いコレクタ・レンズの使用しない
で済ますことができるようになり、浮上ヘッドあるいは
接触ヘッドの機械的設計を単純化することが可能となる
ことである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような小
さいアパーチャーを使用すると、先細の光ファイバ先端
部のような従来の近視野デバイスを介する伝送は厳しい
減衰を受け、その結果は、読み出し用には低く過ぎる信
号対雑音比と、書き込みに必要な高い強度の欠如とな
る。E. Betzig et al., "Near-Field Optics: Microsco
py, Spectroscopy,and Surface Modificatoin Beyond t
he Diffraction Limit (近視野光学機器：回折限界を超
える顕微鏡法、分光学及び表面改質)", Science, Vol.
257, pp. 189-194 (1992年)、及び G. A. Valaskovic e
t al., "Parameter Control, Characterization, and O
ptimizatoin in the Fabrication of Optical Fiber Ne
ar-Field Probes (光ファイバ近視野プローブの製造に
おけるパラメタ制御、キャラクタリザーション及び最適
化)", Applied Optics, Vol. 34, No. 7, pp. 1215-122
7 (1995年)参照。結果として、近視野光学系を使用する
実用的な光データ記憶読み出し／書き込みヘッドは、今
までに得られていない。
さいアパーチャーを使用すると、先細の光ファイバ先端
部のような従来の近視野デバイスを介する伝送は厳しい
減衰を受け、その結果は、読み出し用には低く過ぎる信
号対雑音比と、書き込みに必要な高い強度の欠如とな
る。E. Betzig et al., "Near-Field Optics: Microsco
py, Spectroscopy,and Surface Modificatoin Beyond t
he Diffraction Limit (近視野光学機器：回折限界を超
える顕微鏡法、分光学及び表面改質)", Science, Vol.
257, pp. 189-194 (1992年)、及び G. A. Valaskovic e
t al., "Parameter Control, Characterization, and O
ptimizatoin in the Fabrication of Optical Fiber Ne
ar-Field Probes (光ファイバ近視野プローブの製造に
おけるパラメタ制御、キャラクタリザーション及び最適
化)", Applied Optics, Vol. 34, No. 7, pp. 1215-122
7 (1995年)参照。結果として、近視野光学系を使用する
実用的な光データ記憶読み出し／書き込みヘッドは、今
までに得られていない。
【０００９】したがって、短いピット長寸法を備え、し
たがって高データ密度と高速の読み出し／書き込み速度
をもたらし、厳しい減衰を受けず、したがって相変化媒
体のような光記憶媒体上のデータの書き込み及び読み出
しをともに可能にする、近視野光学系を用いる光データ
記憶媒体のための読み出し／書き込みヘッドが、必要で
ある。
たがって高データ密度と高速の読み出し／書き込み速度
をもたらし、厳しい減衰を受けず、したがって相変化媒
体のような光記憶媒体上のデータの書き込み及び読み出
しをともに可能にする、近視野光学系を用いる光データ
記憶媒体のための読み出し／書き込みヘッドが、必要で
ある。
【００１０】本発明の目的は、プラズモン効果で増幅さ
れた透過光を提供する光記憶媒体用の読み出し／書き込
みヘッドを提供することである。
れた透過光を提供する光記憶媒体用の読み出し／書き込
みヘッドを提供することである。
【００１１】本発明の他の目的は、近視野光学系を使用
する光記憶媒体用の読み出し／書き込みヘッドを提供す
ることである。
する光記憶媒体用の読み出し／書き込みヘッドを提供す
ることである。
【００１２】本発明のさらに目的とするところは、光記
憶媒体のピット長の寸法を短縮し、したがって高いデー
タ密度と高いの読み出し／書き込み速度を与える、光記
憶媒体用の読み出し／書き込みヘッドを提供することで
ある。
憶媒体のピット長の寸法を短縮し、したがって高いデー
タ密度と高いの読み出し／書き込み速度を与える、光記
憶媒体用の読み出し／書き込みヘッドを提供することで
ある。
【００１３】本発明のさらに他の目的は、厳しい減衰を
受けず、したがって光記憶媒体上のデータの書き込み及
び読み出しの両方が可能である、光記憶媒体用の読み出
し／書き込みヘッドを提供することである。
受けず、したがって光記憶媒体上のデータの書き込み及
び読み出しの両方が可能である、光記憶媒体用の読み出
し／書き込みヘッドを提供することである。
【００１４】本発明のさらに他の目的は、正確に整列さ
れ、プラズモン効果で増幅された透過光を提供する、光
記憶媒体用の読み出し／書き込みヘッドの配列体を提供
することである。
れ、プラズモン効果で増幅された透過光を提供する、光
記憶媒体用の読み出し／書き込みヘッドの配列体を提供
することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】一般的に言えば、本発明
により、光記憶媒体用の読み出し／書き込みヘッドが提
供される。本発明の読み出し／書き込みヘッドは、端面
を有する導波路と、導波路の端面に設けられたプラズモ
ン増幅デバイスとを有す。プラズモン増幅デバイスは第
１の表面及び第２の表面を有する金属膜を有し、第１の
表面は導波路の端面に固定されており、金属膜は金属膜
を通して設けられたアパーチャーを有する。金属膜は、
金属膜の第１及び第２の表面の少なくとも一方の上に設
けられた周期的な表面トポグラフィー（topography：形
状構造）を有する。金属膜の表面の一方に入射する光は
金属膜の表面の少なくとも一方での表面プラズモン・モ
ードと相互作用し、それにより、光記憶媒体に導かれた
及び／または光記憶媒体から集められ金属膜内のアパー
チャーを通る透過光が、増幅される。さらに、一体の光
源を有する読み出し／書き込みヘッドが提供される。
により、光記憶媒体用の読み出し／書き込みヘッドが提
供される。本発明の読み出し／書き込みヘッドは、端面
を有する導波路と、導波路の端面に設けられたプラズモ
ン増幅デバイスとを有す。プラズモン増幅デバイスは第
１の表面及び第２の表面を有する金属膜を有し、第１の
表面は導波路の端面に固定されており、金属膜は金属膜
を通して設けられたアパーチャーを有する。金属膜は、
金属膜の第１及び第２の表面の少なくとも一方の上に設
けられた周期的な表面トポグラフィー（topography：形
状構造）を有する。金属膜の表面の一方に入射する光は
金属膜の表面の少なくとも一方での表面プラズモン・モ
ードと相互作用し、それにより、光記憶媒体に導かれた
及び／または光記憶媒体から集められ金属膜内のアパー
チャーを通る透過光が、増幅される。さらに、一体の光
源を有する読み出し／書き込みヘッドが提供される。
【００１６】これに加え、光記憶媒体用の正確に整列さ
れた読み出し／書き込みヘッドの配列体も提供される。
配列体は、それぞれ端面を有しすべての端面はほぼ同じ
平面内に配置されている複数の導波路と、各導波路の端
面の上にそれぞれ設けられたプラズモン増幅デバイス
と、を有している。各プラズモン増幅デバイスは、第１
の表面及び第２の表面を有する金属膜を有し、第１の表
面は対応する導波路の端面に固定されており、金属膜は
金属膜を通して設けられたアパーチャーを有する。金属
膜は、金属膜の第１及び第２の表面の少なくとも一方の
上に設けられた周期的な表面トポグラフィーを有する。
金属膜の表面の一方の上に入射する光は、金属膜の表面
の少なくとも一方での表面プラズモン・モードと相互作
用し、それにより、光記憶媒体に導かれた及び／または
光記憶媒体から集められた金属膜内のアパーチャーを通
る透過光を増幅する。一体の光源を有する正確に整列さ
れた読み出し／書き込みヘッドの配列体も提供される。
れた読み出し／書き込みヘッドの配列体も提供される。
配列体は、それぞれ端面を有しすべての端面はほぼ同じ
平面内に配置されている複数の導波路と、各導波路の端
面の上にそれぞれ設けられたプラズモン増幅デバイス
と、を有している。各プラズモン増幅デバイスは、第１
の表面及び第２の表面を有する金属膜を有し、第１の表
面は対応する導波路の端面に固定されており、金属膜は
金属膜を通して設けられたアパーチャーを有する。金属
膜は、金属膜の第１及び第２の表面の少なくとも一方の
上に設けられた周期的な表面トポグラフィーを有する。
金属膜の表面の一方の上に入射する光は、金属膜の表面
の少なくとも一方での表面プラズモン・モードと相互作
用し、それにより、光記憶媒体に導かれた及び／または
光記憶媒体から集められた金属膜内のアパーチャーを通
る透過光を増幅する。一体の光源を有する正確に整列さ
れた読み出し／書き込みヘッドの配列体も提供される。
【００１７】さらに、新規の端面発光レーザ及び増幅さ
れた透過光を有する垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥ
Ｌ：vertical cavity surface-emitting laser）も提供
される。
れた透過光を有する垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥ
Ｌ：vertical cavity surface-emitting laser）も提供
される。
【００１８】このようにして、本発明によれば、光記憶
媒体用の高解像度の読み出し／書き込みヘッドが提供さ
れる。この読み出し／書き込みヘッドは、通常、近視野
光学系を利用する。特に、読み出し／書き込みヘッドに
は、光記憶媒体の上のピット長の短縮を可能にする、波
長以下のアパーチャーが設けられる。その結果、高デー
タ密度、及び、選択された走査速度において従来技術に
よる光読み出し／書き込みヘッドよりも高いデータスル
ープットを提供する。重要なことは、本発明の読み出し
／書き込みヘッドにおける波長以下アパーチャーを介す
る透過光が、プラズモン増幅デバイス（以下「ＰＥＤ」
とも表記する）の使用により、表面プラズモンとの相互
作用により増幅されることである。読み出し／書き込み
ヘッドの導波路の端面は金属膜で覆われており、金属膜
を通して発光(emission)モードあるいは集光(collectio
n)モード（あるいはその両方）で、波長以下のアパーチ
ャーが光を透過させる。増幅された光透過は、光記憶媒
体の読み出しあるいは書き込みに使用される光と読み出
し／書き込みヘッドの金属膜の表面上の表面プラズモン
との共鳴相互作用の結果である。共鳴は、金属膜の表面
トポグラフィーの設計により、所望の波長に調整するこ
とが可能である。デバイスの分解能は、アパーチャーの
直径により決定される。本発明による読み出し／書き込
みヘッドを介する透過率は、読み出し／書き込みアパー
チャーの直径が光学的波長より大幅に小さいときでも、
（読み出し／書き込みアパーチャーの面積に入射する電
力に対して正規化した場合）１を超えることができる。
Ebbesen et al, 前掲；T. Thio et al., "Surface-Pla
smon Enhanced Transmission Through Hole Arrays inC
r Films (クロム膜における孔の配列を通る表面プラズ
モン増幅透過)", Journal of the Optical Society of
America B, Vol. 16, No. 10, pp. 1743-1748 (1999年)
参照。
媒体用の高解像度の読み出し／書き込みヘッドが提供さ
れる。この読み出し／書き込みヘッドは、通常、近視野
光学系を利用する。特に、読み出し／書き込みヘッドに
は、光記憶媒体の上のピット長の短縮を可能にする、波
長以下のアパーチャーが設けられる。その結果、高デー
タ密度、及び、選択された走査速度において従来技術に
よる光読み出し／書き込みヘッドよりも高いデータスル
ープットを提供する。重要なことは、本発明の読み出し
／書き込みヘッドにおける波長以下アパーチャーを介す
る透過光が、プラズモン増幅デバイス（以下「ＰＥＤ」
とも表記する）の使用により、表面プラズモンとの相互
作用により増幅されることである。読み出し／書き込み
ヘッドの導波路の端面は金属膜で覆われており、金属膜
を通して発光(emission)モードあるいは集光(collectio
n)モード（あるいはその両方）で、波長以下のアパーチ
ャーが光を透過させる。増幅された光透過は、光記憶媒
体の読み出しあるいは書き込みに使用される光と読み出
し／書き込みヘッドの金属膜の表面上の表面プラズモン
との共鳴相互作用の結果である。共鳴は、金属膜の表面
トポグラフィーの設計により、所望の波長に調整するこ
とが可能である。デバイスの分解能は、アパーチャーの
直径により決定される。本発明による読み出し／書き込
みヘッドを介する透過率は、読み出し／書き込みアパー
チャーの直径が光学的波長より大幅に小さいときでも、
（読み出し／書き込みアパーチャーの面積に入射する電
力に対して正規化した場合）１を超えることができる。
Ebbesen et al, 前掲；T. Thio et al., "Surface-Pla
smon Enhanced Transmission Through Hole Arrays inC
r Films (クロム膜における孔の配列を通る表面プラズ
モン増幅透過)", Journal of the Optical Society of
America B, Vol. 16, No. 10, pp. 1743-1748 (1999年)
参照。
【００１９】
【発明の実施の形態】次に、本発明の好ましい実施の形
態について、図面を参照して説明する。
態について、図面を参照して説明する。
【００２０】図ｌ（Ａ）は、光記憶媒体への書き込み及
び／または光記憶媒体からの読み出しのための本発明に
よる読み出し／書き込みヘッド１００を示している。本
明細書において使用される「光記憶媒体」は、光を使用
してデータが書き込まれ及び／または読み取られる任意
の媒体を意味し、ＤＶＤ及びＣＤ−ＲＯＭのような光デ
ィスクならびに光テープあるいは光磁気材料のような他
の形式の光媒体で使用されるような相変化媒体を含む
が、相変化媒体に制限されるものではない（光磁気材料
の場合には、読み出しのみが光学的に行われ、書き込み
は磁気的に行われる）。さらに、本明細書において使用
される「読み出し／書き込みヘッド」は、光記憶媒体に
データを蓄積する（「書き込み」）及び／または光記憶
媒体に蓄積されたデータを取り出す（「読み出し」）デ
バイスを意味する。本発明における読み出し／書き込み
ヘッドには、読み出しのみ、書き込みのみ、あるいは読
み出し及び書き込みの両方を行うことができるものが含
まれる。
び／または光記憶媒体からの読み出しのための本発明に
よる読み出し／書き込みヘッド１００を示している。本
明細書において使用される「光記憶媒体」は、光を使用
してデータが書き込まれ及び／または読み取られる任意
の媒体を意味し、ＤＶＤ及びＣＤ−ＲＯＭのような光デ
ィスクならびに光テープあるいは光磁気材料のような他
の形式の光媒体で使用されるような相変化媒体を含む
が、相変化媒体に制限されるものではない（光磁気材料
の場合には、読み出しのみが光学的に行われ、書き込み
は磁気的に行われる）。さらに、本明細書において使用
される「読み出し／書き込みヘッド」は、光記憶媒体に
データを蓄積する（「書き込み」）及び／または光記憶
媒体に蓄積されたデータを取り出す（「読み出し」）デ
バイスを意味する。本発明における読み出し／書き込み
ヘッドには、読み出しのみ、書き込みのみ、あるいは読
み出し及び書き込みの両方を行うことができるものが含
まれる。
【００２１】図１（Ａ）に示す読み出し／書き込みヘッ
ド１００は、導波路１０及びプラズモン増幅デバイス
（「ＰＥＤ」）２０を備えている。導波路１０は好まし
くは光ファイバからなるが、導波路１０は、半導体基板
上に作られた導波路のような当該技術分野において公知
の光を導くための任意の他の適切な導波路からなってい
てもよい。導波路１０は、データが読み取られ及び／ま
たはデータが書き込まれる光記憶媒体５０に、読み出し
及び／または書き込みの際に近接して位置する端面１２
を備えている。導波路１０は、読み出し／書き込みヘッ
ド１００の端面１２における面積を最小にするように先
細とすることができ、これは、光記憶媒体５０の表面か
ら所要の波長以下(subwavelength)距離ｚ以内に読み出
し／書き込みヘッドを維持するために望ましいことであ
ろう。距離ｚはアパーチャーの直径程度とすべきであ
り、ｚはアパーチャーの直径の約１．５倍以下であるこ
とが望ましい。アパーチャーの直径の約１．５倍を超え
るｚの値はビームの回折を生じ、分解能が失われる。さ
らに、導波路端面の面積を最小限度に抑えることは、ス
キューのような効果を含む、その面積上の全体の粗さを
最小限度に抑える。例えば、導波路端面の直径が５００
ｎｍであれば、５ｍｍの場合よりも、導波路端面を表面
から５０ｎｍ以内に保つことは、機械的に容易である。
ド１００は、導波路１０及びプラズモン増幅デバイス
（「ＰＥＤ」）２０を備えている。導波路１０は好まし
くは光ファイバからなるが、導波路１０は、半導体基板
上に作られた導波路のような当該技術分野において公知
の光を導くための任意の他の適切な導波路からなってい
てもよい。導波路１０は、データが読み取られ及び／ま
たはデータが書き込まれる光記憶媒体５０に、読み出し
及び／または書き込みの際に近接して位置する端面１２
を備えている。導波路１０は、読み出し／書き込みヘッ
ド１００の端面１２における面積を最小にするように先
細とすることができ、これは、光記憶媒体５０の表面か
ら所要の波長以下(subwavelength)距離ｚ以内に読み出
し／書き込みヘッドを維持するために望ましいことであ
ろう。距離ｚはアパーチャーの直径程度とすべきであ
り、ｚはアパーチャーの直径の約１．５倍以下であるこ
とが望ましい。アパーチャーの直径の約１．５倍を超え
るｚの値はビームの回折を生じ、分解能が失われる。さ
らに、導波路端面の面積を最小限度に抑えることは、ス
キューのような効果を含む、その面積上の全体の粗さを
最小限度に抑える。例えば、導波路端面の直径が５００
ｎｍであれば、５ｍｍの場合よりも、導波路端面を表面
から５０ｎｍ以内に保つことは、機械的に容易である。
【００２２】上述のように、読み出し／書き込みヘッド
１００はプラズモン増幅デバイス２０をも含む。プラズ
モン増幅デバイス２０は、導波路１０の端面１２の上に
設けられており、導波路１０から光記憶媒体５０に向か
って光が進むか、あるいは光記憶媒体５０から導波路１
０へ逆方向に光が進むかにかかわらず、プラズモン増幅
デバイス２０を通過する光の透過強度を大きくする。プ
ラズモン増幅デバイス２０は、貫通したアパーチャー３
０を有する好ましくは銀である金属膜２２を有し、貫通
したアパーチャー３０の寸法がデバイスの分解能を決定
する。アパーチャー３０は直径ｄを有し、直径ｄはアパ
ーチャーに入射する光の波長以下であることが好ましい
（すなわち、アパーチャーは波長以下の直径を有するこ
とが望ましい）。読み出し／書き込みヘッドの分解能
は、好ましくは光記憶媒体の上のピットの寸法に適合す
べきである（すなわちほぼ等しくするべきである）。ピ
ット寸法及び読み出しヘッドの両方の精密な分解能が望
ましいが、このような分解能には、光記憶媒体自体の分
解能や読み出し／書き込みヘッドを介して通過する光の
全強度のような制限がある。実際には、読み出しに対し
ては、（読み出し／書き込みヘッドに多くの場合に内蔵
されたディジタル信号処理プロセサを使用して、かなり
の誤り訂正が通常実行されることを念頭において、）妥
当な誤り率を得るために十分なだけ信号対雑音比は高く
なければならない。さらに厳しい実用上の必要条件が、
書き込みのための光の強度に適用される。相変化光記憶
媒体の場合には、書き込みび光強度は、媒体を局部的に
融解するために（例えば、結晶質から非晶質に変化させ
るために）十分なだけ高い必要がある。
１００はプラズモン増幅デバイス２０をも含む。プラズ
モン増幅デバイス２０は、導波路１０の端面１２の上に
設けられており、導波路１０から光記憶媒体５０に向か
って光が進むか、あるいは光記憶媒体５０から導波路１
０へ逆方向に光が進むかにかかわらず、プラズモン増幅
デバイス２０を通過する光の透過強度を大きくする。プ
ラズモン増幅デバイス２０は、貫通したアパーチャー３
０を有する好ましくは銀である金属膜２２を有し、貫通
したアパーチャー３０の寸法がデバイスの分解能を決定
する。アパーチャー３０は直径ｄを有し、直径ｄはアパ
ーチャーに入射する光の波長以下であることが好ましい
（すなわち、アパーチャーは波長以下の直径を有するこ
とが望ましい）。読み出し／書き込みヘッドの分解能
は、好ましくは光記憶媒体の上のピットの寸法に適合す
べきである（すなわちほぼ等しくするべきである）。ピ
ット寸法及び読み出しヘッドの両方の精密な分解能が望
ましいが、このような分解能には、光記憶媒体自体の分
解能や読み出し／書き込みヘッドを介して通過する光の
全強度のような制限がある。実際には、読み出しに対し
ては、（読み出し／書き込みヘッドに多くの場合に内蔵
されたディジタル信号処理プロセサを使用して、かなり
の誤り訂正が通常実行されることを念頭において、）妥
当な誤り率を得るために十分なだけ信号対雑音比は高く
なければならない。さらに厳しい実用上の必要条件が、
書き込みのための光の強度に適用される。相変化光記憶
媒体の場合には、書き込みび光強度は、媒体を局部的に
融解するために（例えば、結晶質から非晶質に変化させ
るために）十分なだけ高い必要がある。
【００２３】金属膜２２には、金属膜２２の２つの表面
の少なくとも１つの上に、周期的な表面トポグラフィー
４０がさらに設けられている（２つの表面は、導波路１
０の端面１２に隣接する第１の表面と、第１の表面に対
向し光記憶媒体５０に面する第２の表面である）。周期
的な表面トポグラフィー４０は、金属膜２２の２つの表
面のいずれかあるいは両方の上に設けることができる
が、表面特徴４０は導波路１０の端面１２に隣接する、
金属膜２２の第１の表面上にのみ設けることが望ましい
と考えられている。周期的な表面トポグラフィー４０
は、（ほぼ平坦な表面とは対照的に）表面特徴として知
られる持ち上げられた領域及び／または押し下げられた
領域を有し、このような表面特徴は、周期的を有して、
すなわち規則的に繰り返されるパターンでもって、配列
している。表面特徴の周期性は、増幅された集束光(enh
anced light collection)の波長を決定するために重要
であり、1998年12月9日に出願された、Ebbesenらの米国
特許出願第09/208,116号にさらに詳細に説明されてい
る。さらに、Gruppらの前掲を参照。周期的な表面トポ
グラフィー４０の例は、図１（Ｂ）に示すような小さな
くぼみ(dimple)あるいは半球形の突出部の正方格子配列
であるか、あるいは図１（Ｃ）に示すような１組の同心
の持ち上げられたかあるいは押し下げられた環である。
その格子定数［図１（Ｂ）に示す場合］あるいは半径
［図１（Ｃ）に示す場合］は、読み出し／書き込みヘッ
ド１００と連係して使用される読み出し／書き込み用の
レーザの波長に調整される。1998年12月9日に出願され
たEbbesenらの米国特許出願第09/208,116号、Gruppらの
前掲書、H. F. Ghaemi et al, "Surface Plasmons Enha
nce Optical Transmission Through Subwavelength Hol
es（サブ波長穴を介する表面プラズモン強化光伝送）",
Physical Review B, Vol. 58, No. 11, pp. 6779-6782
(1998年)を参照。上記の例示的な周期的な表面トポグ
ラフィーは単なる実施例であり、本発明を制限するもの
ではない。より正確に言えば、周期的な表面トポグラフ
ィー４０の他の構成も可能であり、それらは本発明に包
含される。この構成によれば、金属膜の表面の一方に入
射する光は、金属膜の表面の少なくとも一方での表面プ
ラズモン・モードと相互作用し、その結果、金属膜内の
アパーチャーを介する透過光を増幅する。
の少なくとも１つの上に、周期的な表面トポグラフィー
４０がさらに設けられている（２つの表面は、導波路１
０の端面１２に隣接する第１の表面と、第１の表面に対
向し光記憶媒体５０に面する第２の表面である）。周期
的な表面トポグラフィー４０は、金属膜２２の２つの表
面のいずれかあるいは両方の上に設けることができる
が、表面特徴４０は導波路１０の端面１２に隣接する、
金属膜２２の第１の表面上にのみ設けることが望ましい
と考えられている。周期的な表面トポグラフィー４０
は、（ほぼ平坦な表面とは対照的に）表面特徴として知
られる持ち上げられた領域及び／または押し下げられた
領域を有し、このような表面特徴は、周期的を有して、
すなわち規則的に繰り返されるパターンでもって、配列
している。表面特徴の周期性は、増幅された集束光(enh
anced light collection)の波長を決定するために重要
であり、1998年12月9日に出願された、Ebbesenらの米国
特許出願第09/208,116号にさらに詳細に説明されてい
る。さらに、Gruppらの前掲を参照。周期的な表面トポ
グラフィー４０の例は、図１（Ｂ）に示すような小さな
くぼみ(dimple)あるいは半球形の突出部の正方格子配列
であるか、あるいは図１（Ｃ）に示すような１組の同心
の持ち上げられたかあるいは押し下げられた環である。
その格子定数［図１（Ｂ）に示す場合］あるいは半径
［図１（Ｃ）に示す場合］は、読み出し／書き込みヘッ
ド１００と連係して使用される読み出し／書き込み用の
レーザの波長に調整される。1998年12月9日に出願され
たEbbesenらの米国特許出願第09/208,116号、Gruppらの
前掲書、H. F. Ghaemi et al, "Surface Plasmons Enha
nce Optical Transmission Through Subwavelength Hol
es（サブ波長穴を介する表面プラズモン強化光伝送）",
Physical Review B, Vol. 58, No. 11, pp. 6779-6782
(1998年)を参照。上記の例示的な周期的な表面トポグ
ラフィーは単なる実施例であり、本発明を制限するもの
ではない。より正確に言えば、周期的な表面トポグラフ
ィー４０の他の構成も可能であり、それらは本発明に包
含される。この構成によれば、金属膜の表面の一方に入
射する光は、金属膜の表面の少なくとも一方での表面プ
ラズモン・モードと相互作用し、その結果、金属膜内の
アパーチャーを介する透過光を増幅する。
【００２４】プラズモン増幅デバイス２０内のアパーチ
ャー３０は円形であってもよいが、長方形、あるいは楕
円形、あるいは光記憶媒体５０のトラックピッチ及び最
少ピット長に適合する他の形状でもよい。例えば、図１
（Ｄ）は、全体として楕円形のスリット形状を有するア
パーチャー３０とともに同心の丸められた長方形の持ち
上げられあるいは押し下げられた環からなる周期的な表
面トポグラフィー４０を有するプラズモン増幅デバイス
を示している。スリットが使用され、かつスリット長
（スリットの最も長い方の寸法である）がプラズモン増
幅デバイス２０を介して透過する光の光学的波長の２分
の１より大きければ、共振及びスリット自身の内側の導
波路モードも、増幅された光透過をもたらす。 J. A. P
orto et al., "Transmission Resonances on Metallic
Gratings with Very Narrow Slits（非常に狭いスリッ
トを有する金属格子上の伝送共振）", Physical Revie
w Letters, Vol. 83, No. 14, pp. 2845-2848 (1999
年)を参照。スリット形のアパーチャーを使用する場合
には、スリット幅（スリットの最も短い寸法の幅であ
る）は、アパーチャーに入射する光の波長以下であるこ
とが望ましい（すなわち、この場合にはアパーチャーの
直径となるスリット幅は、波長以下である）。さらに、
読み出し速度を最大化するために、スリットの望ましい
方向は、スリットの最も長い寸法方向がデータトラック
に対して垂直になるような方向である。
ャー３０は円形であってもよいが、長方形、あるいは楕
円形、あるいは光記憶媒体５０のトラックピッチ及び最
少ピット長に適合する他の形状でもよい。例えば、図１
（Ｄ）は、全体として楕円形のスリット形状を有するア
パーチャー３０とともに同心の丸められた長方形の持ち
上げられあるいは押し下げられた環からなる周期的な表
面トポグラフィー４０を有するプラズモン増幅デバイス
を示している。スリットが使用され、かつスリット長
（スリットの最も長い方の寸法である）がプラズモン増
幅デバイス２０を介して透過する光の光学的波長の２分
の１より大きければ、共振及びスリット自身の内側の導
波路モードも、増幅された光透過をもたらす。 J. A. P
orto et al., "Transmission Resonances on Metallic
Gratings with Very Narrow Slits（非常に狭いスリッ
トを有する金属格子上の伝送共振）", Physical Revie
w Letters, Vol. 83, No. 14, pp. 2845-2848 (1999
年)を参照。スリット形のアパーチャーを使用する場合
には、スリット幅（スリットの最も短い寸法の幅であ
る）は、アパーチャーに入射する光の波長以下であるこ
とが望ましい（すなわち、この場合にはアパーチャーの
直径となるスリット幅は、波長以下である）。さらに、
読み出し速度を最大化するために、スリットの望ましい
方向は、スリットの最も長い寸法方向がデータトラック
に対して垂直になるような方向である。
【００２５】図１（Ａ）に示すように、必ずしも必要で
はないが、プラズモン増幅デバイス２０の金属膜２２の
第２の表面（すなわち、金属膜２２の光記憶媒体５０に
対向する表面）の上にオーバー・レイヤ２４を設けるこ
とも望ましい。オーバー・レイヤ２４は、光学的に透明
な誘電体材料からなる。オーバー・レイヤ２４は、読み
出し／書き込みヘッド１００、特にプラズモン増幅デバ
イス２０を、光記憶媒体５０の表面への衝突を原因とす
る損傷ないしは他の損傷から、保護することができる。
さらに、オーバー・レイヤ２４は、プラズモン増幅デバ
イス２０を介するさらに増幅された光透過をもたらすこ
とができる。具体的にいうと、導波路１０の屈折率とほ
ぼ等しい屈折率を有するオーバー・レイヤ２４の材料を
選択することにより、プラズモン増幅デバイスを介する
全透過光がさらに増幅される。例えば、導波路１０が非
晶質のシリカ光ファイバであれば、導波路の屈折率とほ
ぼ等しい屈折率を有するように、オーバー・レイヤ２４
も非晶質のシリカで作ることができる。実験的に、屈折
率を整合したオーバー・レイヤ２４によるこのさらなる
増幅は、プラズモン増幅デバイス２０を介する光透過を
さらに１０倍高めることが示されている。この効果は、
1999年11月5日に出願された、Kimらの米国特許出願第09
/435,132号に、さらに詳細に説明されている。また、A.
Krishnan etal., "Enhanced Light Transmission by R
esonance Tunneling Through Subwavelength Holes（波
長以下穴を介する共鳴トンネリングによる増幅された光
透過）", NEC Research Institute, Inc. Technical Re
port, No. 99-152 (1999年)参照。さらに、オーバー・
レイヤ２４を構成する材料は、機械的に堅牢であること
が望ましく、また、読み出し／書き込みヘッドの光記憶
媒体への予期しない「衝突」（すなわち機械的接触）を
しばしば伴うような温度上昇を、失敗なく吸収するのに
適していることが望ましい。
はないが、プラズモン増幅デバイス２０の金属膜２２の
第２の表面（すなわち、金属膜２２の光記憶媒体５０に
対向する表面）の上にオーバー・レイヤ２４を設けるこ
とも望ましい。オーバー・レイヤ２４は、光学的に透明
な誘電体材料からなる。オーバー・レイヤ２４は、読み
出し／書き込みヘッド１００、特にプラズモン増幅デバ
イス２０を、光記憶媒体５０の表面への衝突を原因とす
る損傷ないしは他の損傷から、保護することができる。
さらに、オーバー・レイヤ２４は、プラズモン増幅デバ
イス２０を介するさらに増幅された光透過をもたらすこ
とができる。具体的にいうと、導波路１０の屈折率とほ
ぼ等しい屈折率を有するオーバー・レイヤ２４の材料を
選択することにより、プラズモン増幅デバイスを介する
全透過光がさらに増幅される。例えば、導波路１０が非
晶質のシリカ光ファイバであれば、導波路の屈折率とほ
ぼ等しい屈折率を有するように、オーバー・レイヤ２４
も非晶質のシリカで作ることができる。実験的に、屈折
率を整合したオーバー・レイヤ２４によるこのさらなる
増幅は、プラズモン増幅デバイス２０を介する光透過を
さらに１０倍高めることが示されている。この効果は、
1999年11月5日に出願された、Kimらの米国特許出願第09
/435,132号に、さらに詳細に説明されている。また、A.
Krishnan etal., "Enhanced Light Transmission by R
esonance Tunneling Through Subwavelength Holes（波
長以下穴を介する共鳴トンネリングによる増幅された光
透過）", NEC Research Institute, Inc. Technical Re
port, No. 99-152 (1999年)参照。さらに、オーバー・
レイヤ２４を構成する材料は、機械的に堅牢であること
が望ましく、また、読み出し／書き込みヘッドの光記憶
媒体への予期しない「衝突」（すなわち機械的接触）を
しばしば伴うような温度上昇を、失敗なく吸収するのに
適していることが望ましい。
【００２６】本発明の読み出し／書き込みヘッド１００
は、発光器(light emitter)及び集光器(light collecto
r)として作動し、したがって、当該技術分野において理
解されるように、発光(emission)モード及び集光(colle
ction)モードの両方で動作する。すなわち、読み出し／
書き込みヘッドは、発光モードでは光源として作動し
（したがって光記憶媒体５０を照明する）、集光モード
では集光器として動作する（したがって、光記憶媒体５
０から放射され、光記憶媒体５０により反射され、光記
憶媒体５０により屈折され、あるいは光記憶媒体５０を
介して透過した光を集める）。本発明の読み出し／書き
込みヘッド１００を介する光透過は、発光モード及び集
光モードの両方で高く、本発明の読み出し／書き込みヘ
ッド１００は、両方のモードで同時に使用することが可
能である。
は、発光器(light emitter)及び集光器(light collecto
r)として作動し、したがって、当該技術分野において理
解されるように、発光(emission)モード及び集光(colle
ction)モードの両方で動作する。すなわち、読み出し／
書き込みヘッドは、発光モードでは光源として作動し
（したがって光記憶媒体５０を照明する）、集光モード
では集光器として動作する（したがって、光記憶媒体５
０から放射され、光記憶媒体５０により反射され、光記
憶媒体５０により屈折され、あるいは光記憶媒体５０を
介して透過した光を集める）。本発明の読み出し／書き
込みヘッド１００を介する光透過は、発光モード及び集
光モードの両方で高く、本発明の読み出し／書き込みヘ
ッド１００は、両方のモードで同時に使用することが可
能である。
【００２７】図２は、光記憶媒体５０の読み出しに使用
される光の光路の１例を概略的に示している。ここで
は、媒体の反射率の変調として、光記憶媒体５０上にデ
ータが記録されている。この説明図において、本発明の
読み出し／書き込みヘッド１００は、発光モード及び集
光モードの両方で同時に使用される。光源２００（通常
は半導体レーザであるが、本発明においては任意の光源
であってよい）からの光は、通常はレンズ２１０を使用
して、ビームスプリッタ２２０及びファイバ・カプラ２
３０を介して、読み出し／書き込みヘッド１００の導波
路１０の中へ導かれる。読み出し／書き込みヘッド１０
０のプラズモン増幅デバイス２０は、光データ記憶媒体
５０にごく近接して走査される。光データ記憶媒体５０
は、プラズモン増幅デバイス２０を介して透過してきた
光を反射し、次に反射された光は、同じ装置により集め
られる。すなわち、反射光は、まずプラズモン増幅デバ
イス２０を介して集められ、次に導波路１０を介して伝
送され、次にビームスプリッタ２２０を通過しさらに通
常は集束レンズ２４０を通過した後に、検出器２５０に
より集められる。（当該技術分野において知られている
ように、光を導くために光ファイバ導波路を使用するこ
とにより、レンズ２１０，２３０，２４０を省略するこ
とが可能である。）当該技術分野において知られている
ように、検出器の出力は、通常、ディジタル信号処理ユ
ニット（図示せず）に供給される。
される光の光路の１例を概略的に示している。ここで
は、媒体の反射率の変調として、光記憶媒体５０上にデ
ータが記録されている。この説明図において、本発明の
読み出し／書き込みヘッド１００は、発光モード及び集
光モードの両方で同時に使用される。光源２００（通常
は半導体レーザであるが、本発明においては任意の光源
であってよい）からの光は、通常はレンズ２１０を使用
して、ビームスプリッタ２２０及びファイバ・カプラ２
３０を介して、読み出し／書き込みヘッド１００の導波
路１０の中へ導かれる。読み出し／書き込みヘッド１０
０のプラズモン増幅デバイス２０は、光データ記憶媒体
５０にごく近接して走査される。光データ記憶媒体５０
は、プラズモン増幅デバイス２０を介して透過してきた
光を反射し、次に反射された光は、同じ装置により集め
られる。すなわち、反射光は、まずプラズモン増幅デバ
イス２０を介して集められ、次に導波路１０を介して伝
送され、次にビームスプリッタ２２０を通過しさらに通
常は集束レンズ２４０を通過した後に、検出器２５０に
より集められる。（当該技術分野において知られている
ように、光を導くために光ファイバ導波路を使用するこ
とにより、レンズ２１０，２３０，２４０を省略するこ
とが可能である。）当該技術分野において知られている
ように、検出器の出力は、通常、ディジタル信号処理ユ
ニット（図示せず）に供給される。
【００２８】データ転送速度をさらに向上するために、
読み出し／書き込みヘッド１００の配列体を使用しても
よい。その結果、ここでＮを配列体内の読み出し／書き
込みヘッドの数として、データ転送速度はＮ倍に増加す
る。読み出し／書き込みヘッドの配列体は、別の光記憶
技術である光テープと連係させて使用した場合に、極め
て有用である。光テープでは、データは、テープの長さ
方向に通常は垂直であるトラックに書き込まれる。デー
タは、テープに沿って（しかも極めて接近して）読み出
し／書き込みヘッドを走査することにより、読み出され
あるいは書き込まれる。 W. S. Oakley, "A Novel Digi
tal Optical Tape Recorder（新規のデジタル光テープ
レコーダ）", Proceedings of the SPIE, Vol. 2604, p
p. 256-262 (1996年)参照。読み出し／書き込みヘッド
の１次元配列体は、読み出し及び書き込み速度を改善
し、（例えば光テープの場合に）横方向の動きが不要と
なるので、ヘッドの位置決めのための制御機構の機械的
設計を著しく単純化する。実際には、Ｎは読み出し／書
き込みヘッド配列体の機械的必要条件により制限され
る。従来技術によるデバイスでは、最大の難問は、すべ
てのＮ個の読み出し／書き込みヘッドを光記憶媒体の表
面から距離ｚ≦ｚmax（図２参照）内に維持することで
あり、ここでｚmaxは、ピット長（典型的には５０ｎ
ｍ）程度である。参考までに、磁気記録媒体の読み出し
のために使用される浮上ヘッド(flyhead)は、磁気記録
媒体の上に３０ｎｍの距離をおいて位置している。この
距離は、まもなく、より新しい技術により約１０ｎｍに
まで減少される可能性がある。また接触スライダ磁気ヘ
ッド(contact slider magnetic head)を使用して約５ｎ
ｍの距離を使用する方式の提案がされている。従来技術
によるデバイスは、先細の光ファイバを配列したものを
利用しようと試みており、これはその先細の端部を正確
に整列する必要がある。１本１本が別々の光ファイバ端
部をこのように正確に整列させることの難点は、無視で
きない。
読み出し／書き込みヘッド１００の配列体を使用しても
よい。その結果、ここでＮを配列体内の読み出し／書き
込みヘッドの数として、データ転送速度はＮ倍に増加す
る。読み出し／書き込みヘッドの配列体は、別の光記憶
技術である光テープと連係させて使用した場合に、極め
て有用である。光テープでは、データは、テープの長さ
方向に通常は垂直であるトラックに書き込まれる。デー
タは、テープに沿って（しかも極めて接近して）読み出
し／書き込みヘッドを走査することにより、読み出され
あるいは書き込まれる。 W. S. Oakley, "A Novel Digi
tal Optical Tape Recorder（新規のデジタル光テープ
レコーダ）", Proceedings of the SPIE, Vol. 2604, p
p. 256-262 (1996年)参照。読み出し／書き込みヘッド
の１次元配列体は、読み出し及び書き込み速度を改善
し、（例えば光テープの場合に）横方向の動きが不要と
なるので、ヘッドの位置決めのための制御機構の機械的
設計を著しく単純化する。実際には、Ｎは読み出し／書
き込みヘッド配列体の機械的必要条件により制限され
る。従来技術によるデバイスでは、最大の難問は、すべ
てのＮ個の読み出し／書き込みヘッドを光記憶媒体の表
面から距離ｚ≦ｚmax（図２参照）内に維持することで
あり、ここでｚmaxは、ピット長（典型的には５０ｎ
ｍ）程度である。参考までに、磁気記録媒体の読み出し
のために使用される浮上ヘッド(flyhead)は、磁気記録
媒体の上に３０ｎｍの距離をおいて位置している。この
距離は、まもなく、より新しい技術により約１０ｎｍに
まで減少される可能性がある。また接触スライダ磁気ヘ
ッド(contact slider magnetic head)を使用して約５ｎ
ｍの距離を使用する方式の提案がされている。従来技術
によるデバイスは、先細の光ファイバを配列したものを
利用しようと試みており、これはその先細の端部を正確
に整列する必要がある。１本１本が別々の光ファイバ端
部をこのように正確に整列させることの難点は、無視で
きない。
【００２９】読み出し／書き込みヘッドの配列体を使用
するとき、複数の読み出し／書き込みヘッドを相互に整
列させることはさらに重要である。読み出し／書き込み
ヘッドの配列体を半導体ウエハの上に作製することによ
り、この問題には対処できる。参考文献として本明細書
に包含されるSolinらへの米国特許第5,646,051号明細書
参照。
するとき、複数の読み出し／書き込みヘッドを相互に整
列させることはさらに重要である。読み出し／書き込み
ヘッドの配列体を半導体ウエハの上に作製することによ
り、この問題には対処できる。参考文献として本明細書
に包含されるSolinらへの米国特許第5,646,051号明細書
参照。
【００３０】図３（Ａ）は、単一の半導体ウエハから形
成された読み出し／書き込みヘッド１００のこのような
１次元配列体３００を示す。導波路１０は、当業者には
よく知られた方法で、光学的リソグラフィーにより半導
体ウエハから作製される。導波路は高さｈであって、こ
の高さｈは、導波路を介して進む光の波長の少なくとも
約半分（すなわちλ／２）であることが望ましいが、当
該技術分野において公知であるように、導波路と周囲の
媒体（例えば空気）の間の屈折率の差にも依存する。光
記憶媒体上のデータトラックを照明するためのレーザダ
イオード（図示せず）及び読み出し／書き込みヘッド自
体は、当該技術分野において公知であるように、完全に
モノリシックな設計のために、同じ半導体ウエハの上に
作製することが可能である。完全にモノリシックな設計
によれば、他の方法においては難度の高い作業であるレ
ーザと導波路のアライメントを不要にする。導波路面１
２を劈開することは、原子レベルでの滑らかさをもたら
す。劈開された導波路端面１２の各々の上に、望ましく
は銀である金属膜２２が蒸着あるいはスパッタされ、引
き続いて、上述のように周期的な表面トポグラフィー４
０を有するようにパターニングされる。各導波路１０の
軸の中心に、それぞれ、金属膜２２を貫通する単一のア
パーチャー３０が設けられており、これにより、複数の
プラズモン増幅デバイス２０を形成している。各プラズ
モン増幅デバイス２０は、それぞれ１つの導波路１０に
位置決めされている。図３（Ａ）においてアパーチャー
３０は円形であるように示されているが、上述のよう
に、他の幾何学的形状が望ましいこともある。読み出し
／書き込みヘッド配列体３００は、金属膜２２の外部表
面とその上に形成されたプラズモン増幅デバイス２０を
有する配列体面３１０を含んでいる。配列体面３１０に
おいて、プラズモン増幅デバイス２０は、相互に平行で
あって、ディスク上のトラックのピッチΔＲと等しい距
離だけすぐ隣りに隣接するＰＥＤと間隔をおいて配置さ
れている。このような読み出し／書き込みヘッド配列体
３００を使用することにより、複数の光ビームＩ1，
Ｉ2，...，ＩNを、配列体内の読み出し／書き込みヘッ
ド１００ごとに１つの光ビームずつ、配列体３００を通
して伝送することができる。
成された読み出し／書き込みヘッド１００のこのような
１次元配列体３００を示す。導波路１０は、当業者には
よく知られた方法で、光学的リソグラフィーにより半導
体ウエハから作製される。導波路は高さｈであって、こ
の高さｈは、導波路を介して進む光の波長の少なくとも
約半分（すなわちλ／２）であることが望ましいが、当
該技術分野において公知であるように、導波路と周囲の
媒体（例えば空気）の間の屈折率の差にも依存する。光
記憶媒体上のデータトラックを照明するためのレーザダ
イオード（図示せず）及び読み出し／書き込みヘッド自
体は、当該技術分野において公知であるように、完全に
モノリシックな設計のために、同じ半導体ウエハの上に
作製することが可能である。完全にモノリシックな設計
によれば、他の方法においては難度の高い作業であるレ
ーザと導波路のアライメントを不要にする。導波路面１
２を劈開することは、原子レベルでの滑らかさをもたら
す。劈開された導波路端面１２の各々の上に、望ましく
は銀である金属膜２２が蒸着あるいはスパッタされ、引
き続いて、上述のように周期的な表面トポグラフィー４
０を有するようにパターニングされる。各導波路１０の
軸の中心に、それぞれ、金属膜２２を貫通する単一のア
パーチャー３０が設けられており、これにより、複数の
プラズモン増幅デバイス２０を形成している。各プラズ
モン増幅デバイス２０は、それぞれ１つの導波路１０に
位置決めされている。図３（Ａ）においてアパーチャー
３０は円形であるように示されているが、上述のよう
に、他の幾何学的形状が望ましいこともある。読み出し
／書き込みヘッド配列体３００は、金属膜２２の外部表
面とその上に形成されたプラズモン増幅デバイス２０を
有する配列体面３１０を含んでいる。配列体面３１０に
おいて、プラズモン増幅デバイス２０は、相互に平行で
あって、ディスク上のトラックのピッチΔＲと等しい距
離だけすぐ隣りに隣接するＰＥＤと間隔をおいて配置さ
れている。このような読み出し／書き込みヘッド配列体
３００を使用することにより、複数の光ビームＩ1，
Ｉ2，...，ＩNを、配列体内の読み出し／書き込みヘッ
ド１００ごとに１つの光ビームずつ、配列体３００を通
して伝送することができる。
【００３１】図３（Ｂ）は、導波路１０の１つの長手軸
における、図３（Ａ）の読み出し／書き込みヘッド配列
体３００の断面図である。このデバイスは、上述のよう
に、読み出し／書き込みヘッドを保護しかつプラズモン
増幅デバイス２０を介する透過をさらに増幅するため
に、オーバー・レイヤ２４によって被覆されている。し
たがって、オーバー・レイヤ２４は、非常に硬いことが
望ましく、その上に金属膜が堆積される材料（この場合
は、導波路１０自体）の屈折率とほぼ等しい屈折率を有
することが望ましい。所望であれば、導波路１０と金属
膜２２の間に中間材(intervening material)を使用して
もよい。読み出し／書き込みヘッド配列体３００が接触
スライダ・ヘッドとして使用されるのであれば、（接触
部分における反射を最小限度に抑えるように）オーバー
・レイヤ２４が存在する場合にはオーバー・レイヤ２４
の屈折率に一致するか、あるいは（オーバー・レイヤ２
４が存在しない場合には上述のように透過光をさらに増
幅するように）導波路１０の屈折率に一致するか、滑り
動作に必要ないずれかの適切な屈折率を有する潤滑材が
選択されるべきである。配列体面３１０の付近の下側基
板２５をエッチングすることは、読み出しヘッドを媒体
の近視野距離内に維持することを容易にするため面の全
面積を最小限度に抑えるために、望ましいことがあろ
う。
における、図３（Ａ）の読み出し／書き込みヘッド配列
体３００の断面図である。このデバイスは、上述のよう
に、読み出し／書き込みヘッドを保護しかつプラズモン
増幅デバイス２０を介する透過をさらに増幅するため
に、オーバー・レイヤ２４によって被覆されている。し
たがって、オーバー・レイヤ２４は、非常に硬いことが
望ましく、その上に金属膜が堆積される材料（この場合
は、導波路１０自体）の屈折率とほぼ等しい屈折率を有
することが望ましい。所望であれば、導波路１０と金属
膜２２の間に中間材(intervening material)を使用して
もよい。読み出し／書き込みヘッド配列体３００が接触
スライダ・ヘッドとして使用されるのであれば、（接触
部分における反射を最小限度に抑えるように）オーバー
・レイヤ２４が存在する場合にはオーバー・レイヤ２４
の屈折率に一致するか、あるいは（オーバー・レイヤ２
４が存在しない場合には上述のように透過光をさらに増
幅するように）導波路１０の屈折率に一致するか、滑り
動作に必要ないずれかの適切な屈折率を有する潤滑材が
選択されるべきである。配列体面３１０の付近の下側基
板２５をエッチングすることは、読み出しヘッドを媒体
の近視野距離内に維持することを容易にするため面の全
面積を最小限度に抑えるために、望ましいことがあろ
う。
【００３２】図３（Ａ）及び（Ｂ）に示す読み出し／書
き込みヘッドの１次元配列体構成において、プラズモン
増幅デバイス間の中心間の距離が（ＣＤ−ＲＯＭあるい
はＤＶＤのような現行の光記憶媒体のトラックピッチを
反映して）ΔＲ＝ｌ．６μｍであれば、隣接する読み出
し／書き込みヘッドの間にクロストークはないであろ
う。表面特徴に対するプラズモン増幅デバイスのアパー
チャーの位置がその試料の幅にわたって変化するような
試料では、試料を通した透過光はそれに応じて２μｍの
長さにわたって変化し、透過光増幅の高度に局所的な性
質を明示する。1998年12月9日出願のEbbesenらの米国特
許出願第09/208,116号参照。さらに、最近接の表面特徴
（例えば小さなくぼみ(dimple)）の１つあるいは２つの
「シェル(shell)」のみで、十分な透過光増幅を得るの
に十分であることが明らかにされた。Thioらの前掲書を
参照。用語「シェル」は、固体物理学の分野において良
く知られている。各シェルは、アパーチャーから同じ距
離に位置する一群の表面特徴からなる。例えば、正方格
子の配列に対して、１番目のシェルは、最も近い隣接表
面特徴（この場合、４つの表面特徴は正方形の頂点を構
成している）からなる。２番目のシェルは、次に最も近
い隣接表面特徴この場合、４つの表面特徴は対角線上に
ある）からなる。以下、同様である。例えば、赤色レー
ザ（λ＝６３５ｎｍ）が、円形のアパーチャー、及び導
波路に隣接する金属膜の表面の上に設けられた表面特徴
としての小さなくぼみとともに使用されるのであれば、
アパーチャーと各プラズモン増幅デバイス内の隣接する
表面特徴（この場合は小さなくぼみ）の間の距離は、約
（６００／ｎ）［ｎｍ］とするべきである。ここで、ｎ
は、金属膜２２の上の表面特徴に隣接する誘電材料（例
えば、表面特徴が金属膜２２のオーバー・レイヤ２４の
側にあれば、オーバー・レイヤ２４）の屈折率である。
これは、直接隣接する２つの円形のアパーチャーの間の
中点まで０．８μｍの距離内に、収容されることができ
る。導波路の屈折率を考慮すると、隣接表面特徴のいく
つかのシェルを各アパーチャーの周りに収容することが
できるように、小さなくぼみの周期は０．２μｍとする
べきである。クロストークをさらに減少させるために、
1998年12月9日に出願されたEbbesenらの米国特許出願第
09/208,116号に説明するように、アパーチャーを異なる
波長、例えば６３５ｎｍ及び８３０ｎｍに対して交互に
最適化することが可能である。
き込みヘッドの１次元配列体構成において、プラズモン
増幅デバイス間の中心間の距離が（ＣＤ−ＲＯＭあるい
はＤＶＤのような現行の光記憶媒体のトラックピッチを
反映して）ΔＲ＝ｌ．６μｍであれば、隣接する読み出
し／書き込みヘッドの間にクロストークはないであろ
う。表面特徴に対するプラズモン増幅デバイスのアパー
チャーの位置がその試料の幅にわたって変化するような
試料では、試料を通した透過光はそれに応じて２μｍの
長さにわたって変化し、透過光増幅の高度に局所的な性
質を明示する。1998年12月9日出願のEbbesenらの米国特
許出願第09/208,116号参照。さらに、最近接の表面特徴
（例えば小さなくぼみ(dimple)）の１つあるいは２つの
「シェル(shell)」のみで、十分な透過光増幅を得るの
に十分であることが明らかにされた。Thioらの前掲書を
参照。用語「シェル」は、固体物理学の分野において良
く知られている。各シェルは、アパーチャーから同じ距
離に位置する一群の表面特徴からなる。例えば、正方格
子の配列に対して、１番目のシェルは、最も近い隣接表
面特徴（この場合、４つの表面特徴は正方形の頂点を構
成している）からなる。２番目のシェルは、次に最も近
い隣接表面特徴この場合、４つの表面特徴は対角線上に
ある）からなる。以下、同様である。例えば、赤色レー
ザ（λ＝６３５ｎｍ）が、円形のアパーチャー、及び導
波路に隣接する金属膜の表面の上に設けられた表面特徴
としての小さなくぼみとともに使用されるのであれば、
アパーチャーと各プラズモン増幅デバイス内の隣接する
表面特徴（この場合は小さなくぼみ）の間の距離は、約
（６００／ｎ）［ｎｍ］とするべきである。ここで、ｎ
は、金属膜２２の上の表面特徴に隣接する誘電材料（例
えば、表面特徴が金属膜２２のオーバー・レイヤ２４の
側にあれば、オーバー・レイヤ２４）の屈折率である。
これは、直接隣接する２つの円形のアパーチャーの間の
中点まで０．８μｍの距離内に、収容されることができ
る。導波路の屈折率を考慮すると、隣接表面特徴のいく
つかのシェルを各アパーチャーの周りに収容することが
できるように、小さなくぼみの周期は０．２μｍとする
べきである。クロストークをさらに減少させるために、
1998年12月9日に出願されたEbbesenらの米国特許出願第
09/208,116号に説明するように、アパーチャーを異なる
波長、例えば６３５ｎｍ及び８３０ｎｍに対して交互に
最適化することが可能である。
【００３３】波長以下アパーチャーの配列体と、したが
って読み出し／書き込みヘッドの配列体を作製するため
の別の幾何学的形状は、半導体ウエハの上に作製された
切頭体構造の配列体である。図４に示すように、シリコ
ンあるいはＧａＡｓ（ガリウムヒ素）ウエハのような光
学的に透明な半導体ウエハ８０をエッチングして（当該
技術分野において公知の異方性エッチングを使用するこ
とが望ましい）、１つ以上の切頭体構造９０を作る。切
頭体構造の１つ１つが、読み出し／書き込みヘッドのた
めの導波路として作用する。これらの切頭体構造は、一
般に、頂点を有しない角錐状の構造であると考えること
ができる。各切頭体構造９０は、図示するようにその上
にプラズモン増幅デバイスが設けられることとなるほぼ
平坦な頂面９２と、ベース９４と、複数のファセット９
６とを含んでいる。
って読み出し／書き込みヘッドの配列体を作製するため
の別の幾何学的形状は、半導体ウエハの上に作製された
切頭体構造の配列体である。図４に示すように、シリコ
ンあるいはＧａＡｓ（ガリウムヒ素）ウエハのような光
学的に透明な半導体ウエハ８０をエッチングして（当該
技術分野において公知の異方性エッチングを使用するこ
とが望ましい）、１つ以上の切頭体構造９０を作る。切
頭体構造の１つ１つが、読み出し／書き込みヘッドのた
めの導波路として作用する。これらの切頭体構造は、一
般に、頂点を有しない角錐状の構造であると考えること
ができる。各切頭体構造９０は、図示するようにその上
にプラズモン増幅デバイスが設けられることとなるほぼ
平坦な頂面９２と、ベース９４と、複数のファセット９
６とを含んでいる。
【００３４】切頭体構造は、正方形のベース（したがっ
て４つのファセット）を有することが望ましいが、他の
切頭体ベース形状（例えば、三角形、その場合切頭体は
３つのファセットを有する）を使用することも可能であ
る。これらの切頭体構造は、切頭体が角錐であり角錐の
頂点が存在していればその角錐の頂点があるであろう位
置のすぐ下の高さの位置に、切頭体構造のベース上に平
面波で入射する透過光（図４の例における光ビームＩ1
及びＩ2により示すような光）を集束することが、明ら
かにされている。切頭体はその高さで終端され、切頭体
のベースに入射する光（例えば、切頭体の下に作られる
ＶＣＳＥＬからの光）に対して高いスループットが与え
られる。図に示すように、各切頭体構造の頂面上にプラ
ズモン増幅デバイス２０を設けることにより、上述と同
様にして、高いスループットはさらに増強される。この
ようなデバイスの分解能は、プラズモン増幅デバイスの
金属層内のアパーチャー３０の寸法により決定される。
このような切頭体構造の配列体は、直截的な方法で作製
することができる。光源が、Heisigらにより最近示され
たように、切頭体の下方に作製することができる垂直共
振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ；vertical cavity surf
ace-emitting laser、以下参照）の配列体である場合
に、これは特に有用である。 S. Heisig et al.,"Optic
al Active Gallium Arsenide Cantilever Probes for C
ombined Scanning Near-Field Optical Microscopy and
Scanning Force Microscopy（複合走査近視野光学顕微
鏡法及び走査力顕微鏡法用の光学的に活性的なガリウム
ヒ素カンチレバープローブ）", Journal Vac. Sci. Tec
hnology B, Vol. 18, No. 3 pp.1134-1137 (2000); S.
Heisig et al., "Gallium Arsenide Probes for Scann
ing Near-Field Probe Microscopy（走査近視野プロー
ブ顕微鏡法用のガリウムヒ素プローブ）", Applied Phy
sics A, Vol. 66, pp. S385-S390 (1998年)を参照。
て４つのファセット）を有することが望ましいが、他の
切頭体ベース形状（例えば、三角形、その場合切頭体は
３つのファセットを有する）を使用することも可能であ
る。これらの切頭体構造は、切頭体が角錐であり角錐の
頂点が存在していればその角錐の頂点があるであろう位
置のすぐ下の高さの位置に、切頭体構造のベース上に平
面波で入射する透過光（図４の例における光ビームＩ1
及びＩ2により示すような光）を集束することが、明ら
かにされている。切頭体はその高さで終端され、切頭体
のベースに入射する光（例えば、切頭体の下に作られる
ＶＣＳＥＬからの光）に対して高いスループットが与え
られる。図に示すように、各切頭体構造の頂面上にプラ
ズモン増幅デバイス２０を設けることにより、上述と同
様にして、高いスループットはさらに増強される。この
ようなデバイスの分解能は、プラズモン増幅デバイスの
金属層内のアパーチャー３０の寸法により決定される。
このような切頭体構造の配列体は、直截的な方法で作製
することができる。光源が、Heisigらにより最近示され
たように、切頭体の下方に作製することができる垂直共
振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ；vertical cavity surf
ace-emitting laser、以下参照）の配列体である場合
に、これは特に有用である。 S. Heisig et al.,"Optic
al Active Gallium Arsenide Cantilever Probes for C
ombined Scanning Near-Field Optical Microscopy and
Scanning Force Microscopy（複合走査近視野光学顕微
鏡法及び走査力顕微鏡法用の光学的に活性的なガリウム
ヒ素カンチレバープローブ）", Journal Vac. Sci. Tec
hnology B, Vol. 18, No. 3 pp.1134-1137 (2000); S.
Heisig et al., "Gallium Arsenide Probes for Scann
ing Near-Field Probe Microscopy（走査近視野プロー
ブ顕微鏡法用のガリウムヒ素プローブ）", Applied Phy
sics A, Vol. 66, pp. S385-S390 (1998年)を参照。
【００３５】一般的には、高屈折率の半導体の角錐状の
構造は、そのベース上に入射する光を、まさしく頂点の
わずかに下の位置に集中させることが知られている。
K. Iga, "Surface Emitting Laser（面発光レーザ）",
Electronics and Communications in Japan，Part 2, V
ol., 82, No. 10, pp. 70-82 (1999年); K. Goto, ”Pr
oposal of Ultrahigh Density Optical Disk System Us
ing a Vertical CavitySurface Laser Array（垂直共振
器面発光レーザ・アレイを使用する超高密度光ディスク
装置の提案）", Japanese Journal of Applied Physic
s, Vol. 37, Part 1, No. 4B, pp. 2274-2278 (1998
年); Y. -J. Kim et al., "Fabrication ofMicro-Pyram
idal Probe Array with Aperture for Near-Field Opti
cal MemoryApplication（近視野光メモリ応用のための
アパーチャーを有するマイクロ・ピラミッド状プローブ
・アレイの製作）", Japanese Journal of Applied Phy
sics, Vol. 39, Part 1, No. 3B, pp. 1538-1541 (2000
年)を参照。本発明において、高い解像度を保ちながら
可能な最高のスループットを得るためには、光の強度が
最も高い位置に頂面９２が設けられるように、各切頭体
構造９０が作られることが望ましい。プラズモン増幅デ
バイス２０は、上述のように読み出し／書き込みヘッド
の所望の分解能に適合する波長以下アパーチャー３０を
備え、その頂面上に設けられる。この複数チャネルのデ
バイスは、優れた高さの均一性（すなわち、平坦な頂面
９２が位置する高さにおいて）で切頭体構造を作製でき
る利点を有し、したがって、このような均一性に対して
最も厳しい条件を有する接触スライダ・ヘッドに使用す
るのにも適している。
構造は、そのベース上に入射する光を、まさしく頂点の
わずかに下の位置に集中させることが知られている。
K. Iga, "Surface Emitting Laser（面発光レーザ）",
Electronics and Communications in Japan，Part 2, V
ol., 82, No. 10, pp. 70-82 (1999年); K. Goto, ”Pr
oposal of Ultrahigh Density Optical Disk System Us
ing a Vertical CavitySurface Laser Array（垂直共振
器面発光レーザ・アレイを使用する超高密度光ディスク
装置の提案）", Japanese Journal of Applied Physic
s, Vol. 37, Part 1, No. 4B, pp. 2274-2278 (1998
年); Y. -J. Kim et al., "Fabrication ofMicro-Pyram
idal Probe Array with Aperture for Near-Field Opti
cal MemoryApplication（近視野光メモリ応用のための
アパーチャーを有するマイクロ・ピラミッド状プローブ
・アレイの製作）", Japanese Journal of Applied Phy
sics, Vol. 39, Part 1, No. 3B, pp. 1538-1541 (2000
年)を参照。本発明において、高い解像度を保ちながら
可能な最高のスループットを得るためには、光の強度が
最も高い位置に頂面９２が設けられるように、各切頭体
構造９０が作られることが望ましい。プラズモン増幅デ
バイス２０は、上述のように読み出し／書き込みヘッド
の所望の分解能に適合する波長以下アパーチャー３０を
備え、その頂面上に設けられる。この複数チャネルのデ
バイスは、優れた高さの均一性（すなわち、平坦な頂面
９２が位置する高さにおいて）で切頭体構造を作製でき
る利点を有し、したがって、このような均一性に対して
最も厳しい条件を有する接触スライダ・ヘッドに使用す
るのにも適している。
【００３６】本発明により構成された読み出し／書き込
みヘッドの配列体は、このように、各ヘッドごとに読み
出し及び書き込みの両方が可能であり、これは著しい利
点である。通常は、独立した読み出しヘッド及び書き込
みヘッドは不要であり、したがって、独立した読み出し
ヘッド及び書き込みヘッドを整列させることに関連する
難点を解消する。光ファイバ導波路を使用して作製され
た本発明の読み出し／書き込みヘッドに対して、入力電
力１００ｍＷ、ファイバ・コアの直径３〜４μｍにおい
て、特に、透過光をさらに強化するために上述のように
屈折率を整合させた誘電体オーバー・レイヤ２４が使用
されているのであれば、光媒体に対する現行の書き込み
ヘッドで使用される電力密度に匹敵する約１０10Ｗ／ｍ
2の出力電力密度を得ることが可能である。光がより小
さい面積の中に閉じ込められその結果として電力密度が
増加するように、より小さいコアを有する導波路用光フ
ァイバを使用することにより、あるいは、光ファイバあ
るいは他の導波路の端部をわずかに先細にすることによ
り、出力電力密度をさらに高めることが可能である。上
述のように、半導体内の切頭体構造は、光強度を出力面
に集中するためにも使用することができる。
みヘッドの配列体は、このように、各ヘッドごとに読み
出し及び書き込みの両方が可能であり、これは著しい利
点である。通常は、独立した読み出しヘッド及び書き込
みヘッドは不要であり、したがって、独立した読み出し
ヘッド及び書き込みヘッドを整列させることに関連する
難点を解消する。光ファイバ導波路を使用して作製され
た本発明の読み出し／書き込みヘッドに対して、入力電
力１００ｍＷ、ファイバ・コアの直径３〜４μｍにおい
て、特に、透過光をさらに強化するために上述のように
屈折率を整合させた誘電体オーバー・レイヤ２４が使用
されているのであれば、光媒体に対する現行の書き込み
ヘッドで使用される電力密度に匹敵する約１０10Ｗ／ｍ
2の出力電力密度を得ることが可能である。光がより小
さい面積の中に閉じ込められその結果として電力密度が
増加するように、より小さいコアを有する導波路用光フ
ァイバを使用することにより、あるいは、光ファイバあ
るいは他の導波路の端部をわずかに先細にすることによ
り、出力電力密度をさらに高めることが可能である。上
述のように、半導体内の切頭体構造は、光強度を出力面
に集中するためにも使用することができる。
【００３７】図１乃至図３に示すように、ある種の応用
分野においては、光源あるいは検出器から独立している
読み出し／書き込みヘッドを使用することは都合が良い
が、他のある種の応用分野においては、光源が読み出し
／書き込みヘッドと一体の部品であることは、有利なこ
とがある。この非常に緊密な構成を実現する１つの方法
は、半導体レーザの出力鏡内にピンホール・アパーチャ
ーを作製したPartoviらにより示された構成を利用する
ことである。 A. Partovi et al, "High-PowerLaser Li
ght Source for Near-Field Optics and its Applicati
on to High-Density Optical Data Storage（近視野光
学系用の大パワーレーザ光源及び高密度光データ記憶へ
のその応用）", Applied Physics Letters, Vol. 75, N
o. 11, pp. 1515-1517 (1999年)を参照。アパーチャー
の直径は、光学的波長を十分下回るように選ぶことがで
きる。出力鏡の材質が金属であれば、波長以下の径の出
力アパーチャーを介する透過は非常に小さく、出力直径
ｄが減少すると、（ｄ／λ）の４乗にほぼ比例して減少
すると予想される。ここでλは、光学的波長である。H.
A. Bethe, Physical Review, Vol. 66, Nos. 7 and 8,
pp. 163-182 (1944年)を参照。本発明によれば、この
ようなレーザの出力結合は、出力アパーチャーを介する
表面プラズモン増幅透過を使用することにより、大幅に
増強することが可能である。
分野においては、光源あるいは検出器から独立している
読み出し／書き込みヘッドを使用することは都合が良い
が、他のある種の応用分野においては、光源が読み出し
／書き込みヘッドと一体の部品であることは、有利なこ
とがある。この非常に緊密な構成を実現する１つの方法
は、半導体レーザの出力鏡内にピンホール・アパーチャ
ーを作製したPartoviらにより示された構成を利用する
ことである。 A. Partovi et al, "High-PowerLaser Li
ght Source for Near-Field Optics and its Applicati
on to High-Density Optical Data Storage（近視野光
学系用の大パワーレーザ光源及び高密度光データ記憶へ
のその応用）", Applied Physics Letters, Vol. 75, N
o. 11, pp. 1515-1517 (1999年)を参照。アパーチャー
の直径は、光学的波長を十分下回るように選ぶことがで
きる。出力鏡の材質が金属であれば、波長以下の径の出
力アパーチャーを介する透過は非常に小さく、出力直径
ｄが減少すると、（ｄ／λ）の４乗にほぼ比例して減少
すると予想される。ここでλは、光学的波長である。H.
A. Bethe, Physical Review, Vol. 66, Nos. 7 and 8,
pp. 163-182 (1944年)を参照。本発明によれば、この
ようなレーザの出力結合は、出力アパーチャーを介する
表面プラズモン増幅透過を使用することにより、大幅に
増強することが可能である。
【００３８】図５は、後部鏡６２及び前方の出力鏡６４
により画定された共振器（キャビティ）を含む、本発明
に基づいて構成されたレーザ６０を概略的に示す。出力
鏡６４において、アパーチャー３０は、非常に高い解像
度でレーザ光が結合することを可能にする。レーザの一
般的な構造及び動作は当該技術分野において公知であ
る。しかし、本発明においては、出力アパーチャーから
出射する光の透過効率を高めるプラズモン増幅デバイス
を作るために、出力鏡のレーザとの界面に周期的な表面
トポグラフィー４０を設けている。周期的な表面トポグ
ラフィーにおける表面特徴の周期性は、表面プラズモン
の分散と周期的な表面トポグラフィーへの格子結合(gra
ting coupling)に応じて、レーザの波長に適合するよう
に選択されるべきである。 Ghaemiらの前掲書を参照。
レーザ自体は、任意の従来のレーザを含む任意のレーザ
でよい。例えば、レーザは、共振器鏡の１つが波長以下
の出力アパーチャーを有する、（Ａｒ，Ｎ2，ＣＯ2，Ｈ
ｅ−Ｎｅのような）ガスレーザでよい。ここで、波長以
下の出力アパーチャーにはそれを取り囲む周期的な表面
トポグラフィーが付随している。別の可能なレーザとし
ては、同様に改良された出力カプラを有する、（ルビ
ー、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネッ
ト）、Ｔｉ：サファイアのような）固体レーザであり、
ここでは出力カプラは利得媒体(gain medium)の面上に
直接作製することができる。レーザは、後方鏡(back mi
rror)がファイバ格子からなっていてもよいファイバレ
ーザでも良い。どのようなレーザも本発明に包含され
る。なお、光源が読み出し／書き込みヘッドと一体の部
品であるこれらの実施の形態においては、光源は、光記
憶媒体に書き込むため、あるいは光記憶媒体を照明する
ためのいずれにも使用することが可能である。したがっ
て、このような照明からの反射あるいは屈折された光
は、光記憶媒体のどちらの側に位置してもよい集光器に
よって、あるいは複合された光源及び検出器として、集
めることができる。検出器あるいは集光器は、近視野モ
ードあるいは遠視野モードのいずれで動作してもよい。
により画定された共振器（キャビティ）を含む、本発明
に基づいて構成されたレーザ６０を概略的に示す。出力
鏡６４において、アパーチャー３０は、非常に高い解像
度でレーザ光が結合することを可能にする。レーザの一
般的な構造及び動作は当該技術分野において公知であ
る。しかし、本発明においては、出力アパーチャーから
出射する光の透過効率を高めるプラズモン増幅デバイス
を作るために、出力鏡のレーザとの界面に周期的な表面
トポグラフィー４０を設けている。周期的な表面トポグ
ラフィーにおける表面特徴の周期性は、表面プラズモン
の分散と周期的な表面トポグラフィーへの格子結合(gra
ting coupling)に応じて、レーザの波長に適合するよう
に選択されるべきである。 Ghaemiらの前掲書を参照。
レーザ自体は、任意の従来のレーザを含む任意のレーザ
でよい。例えば、レーザは、共振器鏡の１つが波長以下
の出力アパーチャーを有する、（Ａｒ，Ｎ2，ＣＯ2，Ｈ
ｅ−Ｎｅのような）ガスレーザでよい。ここで、波長以
下の出力アパーチャーにはそれを取り囲む周期的な表面
トポグラフィーが付随している。別の可能なレーザとし
ては、同様に改良された出力カプラを有する、（ルビ
ー、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネッ
ト）、Ｔｉ：サファイアのような）固体レーザであり、
ここでは出力カプラは利得媒体(gain medium)の面上に
直接作製することができる。レーザは、後方鏡(back mi
rror)がファイバ格子からなっていてもよいファイバレ
ーザでも良い。どのようなレーザも本発明に包含され
る。なお、光源が読み出し／書き込みヘッドと一体の部
品であるこれらの実施の形態においては、光源は、光記
憶媒体に書き込むため、あるいは光記憶媒体を照明する
ためのいずれにも使用することが可能である。したがっ
て、このような照明からの反射あるいは屈折された光
は、光記憶媒体のどちらの側に位置してもよい集光器に
よって、あるいは複合された光源及び検出器として、集
めることができる。検出器あるいは集光器は、近視野モ
ードあるいは遠視野モードのいずれで動作してもよい。
【００３９】本発明の読み出し／書き込みヘッドのため
に最も望ましいレーザは、半導体レーザである。半導体
レーザは、（例えば、図５に示すように）端面発光でも
よい。その場合、光はヘテロ接合あるいは量子井戸６６
に対してｚ方向に閉じ込められる。さらにいっそう魅力
的な代案は、図６（Ａ）に示す垂直共振器面発光レーザ
（ＶＣＳＥＬ；vertical cavity surface emitting las
er）である。一般的には、ＶＣＳＥＬ共振器は、当業者
には公知のように、レーザ波長に適合した構造を有する
ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多重層からなる２つの分布ブラ
ッグ反射器（ＤＢＲ；distributed Bragg reflector）
７０により画定される。高スループットを有する波長以
下の分解能を得るためには（図６（Ｂ）参照）、前方側
のＤＢＲ７０を、金属膜リフレクタ２２を有するプラズ
モン増幅デバイス２０に置換してもよい。この金属膜リ
フレクタ２２には、周期的な表面トポグラフィー４０に
より囲まれた波長以下の直径のアパーチャー３０が作製
される（図６（Ｂ），（Ｃ）参照）。ＶＣＳＥＬの非常
に魅力的な特徴は、大きい配列体の製造が簡単なことで
ある。図６（Ｄ）は、各出力に増幅透過波長以下のアパ
ーチャーを有するプラズモン増幅デバイスを設けたＶＣ
ＳＥＬ配列体の平面図を示す。ＶＣＳＥＬ間の間隔に対
する配慮は、実際にはＶＣＳＥＬ配列体のすべての素子
が同じ波長で動作し、各ＶＣＳＥＬの横方向の寸法につ
いての必要条件により間隔が制限されるおそれがあるこ
とを除き、読み出し／書き込みヘッド配列体（図３参
照）について上述したものと同じである。
に最も望ましいレーザは、半導体レーザである。半導体
レーザは、（例えば、図５に示すように）端面発光でも
よい。その場合、光はヘテロ接合あるいは量子井戸６６
に対してｚ方向に閉じ込められる。さらにいっそう魅力
的な代案は、図６（Ａ）に示す垂直共振器面発光レーザ
（ＶＣＳＥＬ；vertical cavity surface emitting las
er）である。一般的には、ＶＣＳＥＬ共振器は、当業者
には公知のように、レーザ波長に適合した構造を有する
ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ多重層からなる２つの分布ブラ
ッグ反射器（ＤＢＲ；distributed Bragg reflector）
７０により画定される。高スループットを有する波長以
下の分解能を得るためには（図６（Ｂ）参照）、前方側
のＤＢＲ７０を、金属膜リフレクタ２２を有するプラズ
モン増幅デバイス２０に置換してもよい。この金属膜リ
フレクタ２２には、周期的な表面トポグラフィー４０に
より囲まれた波長以下の直径のアパーチャー３０が作製
される（図６（Ｂ），（Ｃ）参照）。ＶＣＳＥＬの非常
に魅力的な特徴は、大きい配列体の製造が簡単なことで
ある。図６（Ｄ）は、各出力に増幅透過波長以下のアパ
ーチャーを有するプラズモン増幅デバイスを設けたＶＣ
ＳＥＬ配列体の平面図を示す。ＶＣＳＥＬ間の間隔に対
する配慮は、実際にはＶＣＳＥＬ配列体のすべての素子
が同じ波長で動作し、各ＶＣＳＥＬの横方向の寸法につ
いての必要条件により間隔が制限されるおそれがあるこ
とを除き、読み出し／書き込みヘッド配列体（図３参
照）について上述したものと同じである。
【００４０】特定の用途で使用するための増幅された光
透過を有するさまざまな種類の光記憶媒体用読み出し／
書き込みヘッドについて説明し例示したが、ここに添付
する特許請求の範囲によってのみ制限されるべきである
本発明の技術思想と広範囲の教示を逸脱せずに、変形及
び修正が可能であることは当業者には明白であろう。
透過を有するさまざまな種類の光記憶媒体用読み出し／
書き込みヘッドについて説明し例示したが、ここに添付
する特許請求の範囲によってのみ制限されるべきである
本発明の技術思想と広範囲の教示を逸脱せずに、変形及
び修正が可能であることは当業者には明白であろう。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、波長以下
のアパーチャと周期的な表面トポグラフィーとを有する
金属膜を有するプラズモン増幅デバイスを使用し、表面
プラズモンとの相互作用によりアパーチャーを通る透過
光が増幅されるようにすることにより、短いピット長寸
法を備え、高データ密度と高速の読み出し／書き込み速
度をもたらし、厳しい減衰を受けず、相変化媒体のよう
な光記憶媒体上のデータの書き込み及び読み出しをとも
に可能にする、近視野光学系を用いる読み出し／書き込
みヘッドが得られる、という効果がある。
のアパーチャと周期的な表面トポグラフィーとを有する
金属膜を有するプラズモン増幅デバイスを使用し、表面
プラズモンとの相互作用によりアパーチャーを通る透過
光が増幅されるようにすることにより、短いピット長寸
法を備え、高データ密度と高速の読み出し／書き込み速
度をもたらし、厳しい減衰を受けず、相変化媒体のよう
な光記憶媒体上のデータの書き込み及び読み出しをとも
に可能にする、近視野光学系を用いる読み出し／書き込
みヘッドが得られる、という効果がある。
【図１】（Ａ）は、端面に作られたプラズモン増幅デバ
イスを有する先細の光ファイバを備える本発明の読み出
し／書き込みヘッドの断面図（必ずしも正確な縮尺では
ない）である。（Ｂ）は、本発明の読み出し／書き込み
ヘッドに有用なプラズモン増幅デバイスの第１の形態の
平面図であり、プラズモン増幅デバイスは、単一の波長
以下円形アパーチャーを取り囲んでいる、小さなくぼみ
からなる正方格子配列を有する表面トポグラフィーを有
する。（Ｃ）は、本発明の読み出し／書き込みヘッドに
有用なプラズモン増幅デバイスの第２の形態の平面図で
あり、プラズモン増幅デバイスは単一の波長以下の円形
アパーチャーを取り囲んでいる小さなくぼみ（溝）の同
心の環を有する表面トポグラフィーを有する。（Ｄ）
は、本発明の読み出し／書き込みヘッドに有用なプラズ
モン増幅デバイスの第３の形態の平面図であり、プラズ
モン増幅デバイスは、波長以下のスリットを取り囲んで
いる溝パターンを有する表面トポグラフィーを有する。
イスを有する先細の光ファイバを備える本発明の読み出
し／書き込みヘッドの断面図（必ずしも正確な縮尺では
ない）である。（Ｂ）は、本発明の読み出し／書き込み
ヘッドに有用なプラズモン増幅デバイスの第１の形態の
平面図であり、プラズモン増幅デバイスは、単一の波長
以下円形アパーチャーを取り囲んでいる、小さなくぼみ
からなる正方格子配列を有する表面トポグラフィーを有
する。（Ｃ）は、本発明の読み出し／書き込みヘッドに
有用なプラズモン増幅デバイスの第２の形態の平面図で
あり、プラズモン増幅デバイスは単一の波長以下の円形
アパーチャーを取り囲んでいる小さなくぼみ（溝）の同
心の環を有する表面トポグラフィーを有する。（Ｄ）
は、本発明の読み出し／書き込みヘッドに有用なプラズ
モン増幅デバイスの第３の形態の平面図であり、プラズ
モン増幅デバイスは、波長以下のスリットを取り囲んで
いる溝パターンを有する表面トポグラフィーを有する。
【図２】本発明の読み出し／書き込みヘッドのための光
路の一例の該略図である。
路の一例の該略図である。
【図３】（Ａ）は、本発明により単一のウエハ上にモノ
リシックに作製された読み出し／書き込みヘッドの配列
体の、部分的に破断図で示された、斜視図である。（Ｂ
は、導波路の１つの縦軸を通して見た図３（Ａ）のデバ
イスの断面図である。
リシックに作製された読み出し／書き込みヘッドの配列
体の、部分的に破断図で示された、斜視図である。（Ｂ
は、導波路の１つの縦軸を通して見た図３（Ａ）のデバ
イスの断面図である。
【図４】本発明による、半導体ウエハから作製された複
数の切頭体構造で構成された読み出し／書き込みヘッド
の配列体の断面図であり、読み出し／書き込みヘッドの
それぞれはプラズモン増幅デバイスを備えている。
数の切頭体構造で構成された読み出し／書き込みヘッド
の配列体の断面図であり、読み出し／書き込みヘッドの
それぞれはプラズモン増幅デバイスを備えている。
【図５】表面プラズモン増幅透過を示す小さいアパーチ
ャーを有する共振器鏡を有する、本発明により作られた
レーザの断面図である。
ャーを有する共振器鏡を有する、本発明により作られた
レーザの断面図である。
【図６】（Ａ）は、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ；dist
ributed Bragg reflector）により画定された共振器を
有する従来の垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ；ve
rtical cavity surface emitting laser）の断面図であ
る。（Ｂ）は、本発明により構成された改良されたＶＣ
ＳＥＬの断面図であり、ＶＣＳＥＬは増幅透過波長以下
のアパーチャーを有する出力カプラーを有する。（Ｃ）
は、図６（Ｂ）の改良されたＶＣＳＥＬの平面図であ
り、上部金属鏡内の波長以下アパーチャー及び表面特徴
を示す。（Ｄ）は、本発明により構成された改良された
ＶＣＳＥＬの配列体の平面図である。
ributed Bragg reflector）により画定された共振器を
有する従来の垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ；ve
rtical cavity surface emitting laser）の断面図であ
る。（Ｂ）は、本発明により構成された改良されたＶＣ
ＳＥＬの断面図であり、ＶＣＳＥＬは増幅透過波長以下
のアパーチャーを有する出力カプラーを有する。（Ｃ）
は、図６（Ｂ）の改良されたＶＣＳＥＬの平面図であ
り、上部金属鏡内の波長以下アパーチャー及び表面特徴
を示す。（Ｄ）は、本発明により構成された改良された
ＶＣＳＥＬの配列体の平面図である。
１０ 導波路 １２ 端面 ２０ プラズモン増幅デバイス（ＰＥＤ） ２２ 金属膜 ２４ オーバー・レイヤ ３０ アパーチャー ５０ 記憶媒体 １００ 読み出し／書き込みヘッド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 テェニカ・ティオ アメリカ合衆国、 ニュージャージー 08540、 プリンストン、 インディペン デンス ウェイ ４ エヌ・イー・シー・ リサーチ・インスティテューテュ・インク 内 (72)発明者 リチャード・エイ・リンケ アメリカ合衆国、 ニュージャージー 08540、 プリンストン、 インディペン デンス ウェイ ４ エヌ・イー・シー・ リサーチ・インスティテューテュ・インク 内 (72)発明者 トーマス・ダブリュ・エブソン アメリカ合衆国、 ニュージャージー 08540、 プリンストン、 インディペン デンス ウェイ ４ エヌ・イー・シー・ リサーチ・インスティテューテュ・インク 内 (72)発明者 ヘンリー・ジェイ・レゼック アメリカ合衆国、 ニュージャージー 08540、 プリンストン、 インディペン デンス ウェイ ４ エヌ・イー・シー・ リサーチ・インスティテューテュ・インク 内
Claims (75)
- 【請求項１】 端面を有する導波路と、 前記導波路の前記端面の上に設けられ、第１の表面と第
２の表面を有する金属膜を有するプラズモン増幅デバイ
スと、を有し、 前記第１の表面は前記導波路の端面に固定されており、
前記金属膜は前記金属膜を通して設けられたアパーチャ
ーを有し、前記金属膜は前記金属膜の前記第１及び第２
の表面の少なくとも一方の上に設けられた周期的な表面
トポグラフィー(topography)を有し、前記金属膜の前記
表面の一方に入射する光は前記金属膜の前記表面の少な
くとも一方での表面プラズモン・モードと相互作用し、
それにより、前記光記憶媒体に導かれた及び／または前
記光記憶媒体から集められ前記金属膜内の前記アパーチ
ャーを通る透過光を増幅する、光記憶媒体用の読み出し
／書き込みヘッド。 - 【請求項２】 前記光記憶媒体からの読み出し動作及び
前記光記憶媒体への書き込み動作の少なくとも一方を、
前記読み出し／書き込みヘッドを介して伝送される光を
利用して行うように、前記金属膜の前記第２の表面は前
記光記憶媒体にごく近接して配置されている、請求項１
に記載の読み出し／書き込みヘッド。 - 【請求項３】 増幅された透過光が前記光記憶媒体に向
けられて前記光記憶媒体上で書き込み動作を行うよう
に、前記導波路から前記プラズモン増幅デバイスを介し
て光が伝送される、請求項２に記載の読み出し／書き込
みヘッド。 - 【請求項４】 増幅された透過光が前記光記憶媒体に向
けられて前記光記憶媒体を照らし前記光記憶媒体からの
読み出し動作を行うように、前記プラズモン増幅デバイ
スを介して前記導波路から光が伝送される、請求項２に
記載の読み出し／書き込みヘッド。 - 【請求項５】 前記光記憶媒体により反射され、前記光
記憶媒体により屈折され、あるいは前記光記憶媒体を透
過した光が、増幅された透過量で、前記プラズモン増幅
デバイスを介して前記導波路に伝送され、前記光記憶媒
体からの読み出し動作が行われる、請求項２に記載の読
み出し／書き込みヘッド。 - 【請求項６】 前記周期的な表面トポグラフィーは、複
数の表面特徴(feature)からなる請求項１に記載の読み
出し／書き込みヘッド。 - 【請求項７】 前記表面特徴は、小さなくぼみ(dimpl
e)、半球形の突出部、溝、突起(rib)、同心のくぼんだ
環、及び同心の突起した環からなる群から選択される、
請求項６に記載の読み出し／書き込みヘッド。 - 【請求項８】 前記周期的な表面トポグラフィーは、前
記金属膜の前記第１の表面上にのみ設けられる請求項１
に記載の読み出し／書き込みヘッド。 - 【請求項９】 前記周期的な表面トポグラフィーは、前
記金属膜の前記第１の表面上及び前記第２の表面上の両
方に設けられる請求項１に記載の読み出し／書き込みヘ
ッド。 - 【請求項１０】 前記導波路は光ファイバである請求項
１に記載の読み出し／書き込みヘッド。 - 【請求項１１】 前記導波路は、ほぼ剛体である光透過
性の半導体である請求項１に記載の読み出し／書き込み
ヘッド。 - 【請求項１２】 前記導波路は、ベース、ほぼ平坦な頂
面、及び複数のファセットを有する切頭体構造を有し、
各ファセットは前記ベースから前記ほぼ平坦な頂面へ延
びているほぼ平面の表面であり、前記プラズモン増幅デ
バイスは前記切頭体構造の前記平坦な頂面上に設けられ
ている、請求項１１に記載の読み出し／書き込みヘッ
ド。 - 【請求項１３】 前記切頭体構造の前記ベースは正方形
であり、前記切頭体は４つのファセットを有する請求項
１２に記載の読み出し／書き込みヘッド。 - 【請求項１４】 前記アパーチャーは、円筒状に形成さ
れている請求項１に記載の読み出し／書き込みヘッド。 - 【請求項１５】 前記アパーチャーは、スリット状に形
成されている請求項１に記載の読み出し／書き込みヘッ
ド。 - 【請求項１６】 前記金属膜の前記第２の表面に固定さ
れた光学的に透明なオーバー・レイヤをさらに有する請
求項１に記載の読み出し／書き込みヘッド。 - 【請求項１７】 前記導波路は屈折率を有し、前記オー
バー・レイヤは屈折率を有し、前記オーバー・レイヤの
前記屈折率は前記導波路の屈折率にほぼ等しい、請求項
１６に記載の読み出し／書き込みヘッド。 - 【請求項１８】 前記読み出し／書き込みヘッドと一体
の光源をさらに有する請求項１に記載の読み出し／書き
込みヘッド。 - 【請求項１９】 光記憶媒体用の正確に整列された読み
出し／書き込みヘッドの配列体であって、 それぞれ端面を有し、すべての端面はほぼ同じ平面内に
配置されている複数の導波路と、 前記各導波路の前記端面の上に設けられ、それぞれ第１
の表面と第２の表面を有する金属膜を有するプラズモン
増幅デバイスと、を有し、 前記第１の表面は対応する前記導波路の端面に固定され
ており、前記金属膜は前記金属膜を通して設けられたア
パーチャーを有し、前記金属膜は前記金属膜の前記第１
及び第２の表面の少なくとも一方の上に設けられた周期
的な表面トポグラフィー(topography)を有し、前記金属
膜の前記表面の一方に入射する光は前記金属膜の前記表
面の少なくとも一方での表面プラズモン・モードと相互
作用し、それにより、前記光記憶媒体に導かれた及び／
または前記光記憶媒体から集められた前記金属膜内の前
記アパーチャーを通る透過光を増幅する、正確に整列さ
れた読み出し／書き込みヘッドの配列体。 - 【請求項２０】 前記光記憶媒体からの読み出し動作及
び前記光記憶媒体への書き込み動作の少なくとも一方
を、このような金属膜に対応する前記読み出し／書き込
みヘッドを介して伝送される光を利用して行うように、
前記金属膜の前記第２の表面は前記光記憶媒体にごく近
接して配置されている、請求項１９に記載の正確に整列
された読み出し／書き込みヘッドの配列体。 - 【請求項２１】 増幅された透過光が前記光記憶媒体に
向けられて前記光記憶媒体上で書き込み動作を行うよう
に、前記各導波路から対応する前記プラズモン増幅デバ
イスを介して光が伝送される、請求項２０に記載の正確
に整列された読み出し／書き込みヘッドの配列体。 - 【請求項２２】 増幅された透過光が前記光記憶媒体に
向けられて前記光記憶媒体を照らし前記光記憶媒体から
の読み出し動作を行うように、前記各導波路から対応す
る前記プラズモン増幅デバイスを介して光が伝送され
る、請求項２０に記載の正確に整列された読み出し／書
き込みヘッドの配列体。 - 【請求項２３】 前記光記憶媒体により反射され、前記
光記憶媒体により屈折され、あるいは前記光記憶媒体を
透過した光が、増幅された透過量で、前記複数のプラズ
モン増幅デバイスの少なくとも１つを介して対応する前
記導波路に伝送され、前記光記憶媒体からの読み出し動
作が行われる、請求項２０に記載の正確に整列された読
み出し／書き込みヘッドの配列体。 - 【請求項２４】 前記周期的な表面トポグラフィーは、
複数の表面特徴(feature)からなる請求項１９に記載の
正確に整列された読み出し／書き込みヘッドの配列体。 - 【請求項２５】 前記表面特徴は、小さなくぼみ(dimpl
e)、半球形の突出部、溝、突起(rib)、同心のくぼんだ
環、及び同心の突起した環からなる群から選択される、
請求項２４に記載の正確に整列された読み出し／書き込
みヘッドの配列体。 - 【請求項２６】 前記周期的な表面トポグラフィーは、
前記金属膜の前記第１の表面上にのみ設けられる請求項
１９に記載の正確に整列された読み出し／書き込みヘッ
ドの配列体。 - 【請求項２７】 前記周期的な表面トポグラフィーは、
前記金属膜の前記第１の表面上及び前記第２の表面上の
両方に設けられる請求項１９に記載の正確に整列された
読み出し／書き込みヘッドの配列体。 - 【請求項２８】 前記各導波路は光ファイバである請求
項１９に記載の正確に整列された読み出し／書き込みヘ
ッドの配列体。 - 【請求項２９】 前記各導波路は、ほぼ剛体である光学
的に透明な半導体である請求項１９に記載の正確に整列
された読み出し／書き込みヘッドの配列体。 - 【請求項３０】 前記各アパーチャーは、円筒状に形成
されている請求項１９に記載の正確に整列された読み出
し／書き込みヘッドの配列体。 - 【請求項３１】 前記各アパーチャーは、スリット状に
形成されている請求項１９に記載の正確に整列された読
み出し／書き込みヘッドの配列体。 - 【請求項３２】 前記各プラズモン増幅デバイスの前記
金属膜の前記第２の表面に固定された光学的に透明なオ
ーバー・レイヤをさらに有する請求項１９に記載の正確
に整列された読み出し／書き込みヘッドの配列体。 - 【請求項３３】 前記各導波路は屈折率を有し、前記各
プラズモン増幅デバイスの前記オーバー・レイヤは屈折
率を有し、前記各プラズモン増幅デバイスの前記オーバ
ー・レイヤの屈折率は、そのプラズモン増幅デバイスに
対応する前記導波路の前記屈折率にほぼ等しい、請求項
３２に記載の正確に整列された読み出し／書き込みヘッ
ドの配列体。 - 【請求項３４】 単一の金属膜が、前記複数のプラズモ
ン増幅デバイスのそれぞれの前記金属膜の全体を形成す
る請求項１９に記載の正確に整列された読み出し／書き
込みヘッドの配列体。 - 【請求項３５】 前記複数の導波路は、単一のほぼ剛体
である光学的に透明な半導体ウエハで形成されている請
求項１９に記載の正確に整列された読み出し／書き込み
ヘッドの配列体。 - 【請求項３６】 前記複数の導波路の端面は、滑らかさ
及び正確なアライメントをもたらすように劈開される、
請求項３５に記載の正確に整列された読み出し／書き込
みヘッドの配列体。 - 【請求項３７】 前記複数の導波路のそれぞれは、ベー
ス、ほぼ平坦な頂面、及び複数のファセットを有する切
頭体構造を有し、各ファセットは前記ベースから前記ほ
ぼ平坦な頂面へ延びているほぼ平面の表面であり、前記
各プラズモン増幅デバイスは前記切頭体構造の前記平坦
な頂面上に設けられている、請求項３５に記載の正確に
整列された読み出し／書き込みヘッドの配列体。 - 【請求項３８】 前記切頭体構造の前記ベースは正方形
であり、前記切頭体は４つのファセットを有する請求項
３７に記載の正確に整列された読み出し／書き込みヘッ
ドの配列体。 - 【請求項３９】 前記各読み出し／書き込みヘッドと一
体の光源をさらに有する請求項１９に記載の正確に整列
された読み出し／書き込みヘッドの配列体。 - 【請求項４０】 光記憶媒体に向かって光を導く光源
と、 前記光源と前記光記憶媒体の間に設けられ、第１の表面
と第２の表面を有する金属膜を有するプラズモン増幅デ
バイスと、を有し、 前記第１の表面は前記光源に向かって配置されており前
記第２の表面は前記光記憶媒体に向かって配置されてお
り、前記金属膜は前記金属膜を通して設けられたアパー
チャーを有し、前記金属膜は前記金属膜の前記第１及び
第２の表面の少なくとも１方の上に設けられた周期的な
表面トポグラフィー(topography)を有し、前記金属膜の
前記第１の表面に入射する前記光源からの光は前記金属
膜の前記表面の少なくとも一方での表面プラズモン・モ
ードと相互作用し、それにより、前記光記憶媒体に導か
れた前記金属膜内の前記アパーチャーを通る透過光を増
幅する、光記憶媒体用の読み出し／書き込みヘッド。 - 【請求項４１】 前記光源はレーザからなる請求項４０
に記載の読み出し／書き込みヘッド。 - 【請求項４２】 前記レーザは、半導体レーザ、端面発
光半導体レーザ、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥ
Ｌ；vertical cavity surface-emitting laser）、固体
レーザ及びファイバ・レーザからなる群から選択された
ものである請求項４１に記載の読み出し／書き込みヘッ
ド。 - 【請求項４３】 前記レーザは、後方側の分布ブラッグ
反射器（ＤＢＲ；distributed Bragg reflector）と前
記プラズモン増幅デバイスにより画定される垂直共振器
を含む垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ；vertical
cavity surface-emitting laser）を有する請求項４１
に記載の読み出し／書き込みヘッド。 - 【請求項４４】 前記レーザは出力鏡及び後部鏡を有
し、前記プラズモン増幅デバイスは前記出力鏡の上に設
けられる請求項４１に記載の読み出し／書き込みヘッ
ド。 - 【請求項４５】 前記光記憶媒体により反射され前記光
記憶媒体により屈折されあるいは前記光記憶媒体を透過
した、前記プラズモン増幅デバイスにより増幅された前
記光源からの光を集める光コレクタをさらに有する請求
項４０に記載の読み出し／書き込みヘッド。 - 【請求項４６】 前記光コレクタは、近視野モードで前
記光を集める請求項４５に記載の読み出し／書き込みヘ
ッド。 - 【請求項４７】 前記光コレクタは、遠視野モードで前
記光を集める請求項４５に記載の読み出し／書き込みヘ
ッド。 - 【請求項４８】 前記光コレクタは、前記光記憶媒体に
関し、前記光源と同じの側に配置されている請求項４５
に記載の読み出し／書き込みヘッド。 - 【請求項４９】 前記光コレクタは、前記光記憶媒体に
関し、前記光源とおは反対側に配置されている請求項４
５に記載の読み出し／書き込みヘッド。 - 【請求項５０】 前記周期的な表面トポグラフィーは、
複数の表面特徴(feature)からなる請求項４０に記載の
読み出し／書き込みヘッド。 - 【請求項５１】 前記表面特徴は、小さなくぼみ(dimpl
e)、半球形の突出部、溝、突起(rib)、同心のくぼんだ
環、及び同心の突起した環からなる群から選択される、
請求項５０に記載の読み出し／書き込みヘッド。 - 【請求項５２】 前記周期的な表面トポグラフィーは、
前記金属膜の前記第１の表面上にのみ設けられる請求項
４０に記載の読み出し／書き込みヘッド。 - 【請求項５３】 前記周期的な表面トポグラフィーは、
前記金属膜の前記第１の表面上及び前記第２の表面上の
両方に設けられる請求項４０に記載の読み出し／書き込
みヘッド。 - 【請求項５４】 前記アパーチャーは、円筒状に形成さ
れている請求項４０に記載の読み出し／書き込みヘッ
ド。 - 【請求項５５】 前記アパーチャーは、スリット状に形
成されている請求項４０に記載の読み出し／書き込みヘ
ッド。 - 【請求項５６】 前記金属膜の前記第２の表面に固定さ
れた光学的に透明なオーバー・レイヤをさらに有する請
求項４０に記載の読み出し／書き込みヘッド。 - 【請求項５７】 光記憶媒体用の正確に整列された読み
出し／書き込みヘッドの配列体であって、 前記光記憶媒体に向かって光を導く複数の光源と、 前記各光源と前記光記憶媒体の間に設けられ、それぞれ
第１の表面と第２の表面を有する金属膜を有するプラズ
モン増幅デバイスと、を有し、 前記第１の表面は対応する前記光源に向かって配置され
ており前記第２の表面は前記光記憶媒体に向かって配置
されており、前記金属膜は前記金属膜を通して設けられ
たアパーチャーを有し、前記金属膜は前記金属膜の前記
第１及び第２の表面の少なくとも１方の上に設けられた
周期的な表面トポグラフィー(topography)を有し、前記
金属膜の前記第１の表面に入射する前記光源からの光は
前記金属膜の前記表面の少なくとも一方での表面プラズ
モン・モードと相互作用し、それにより、前記光記憶媒
体に導かれた前記金属膜内の前記アパーチャーを通る透
過光を増幅する、正確に整列された読み出し／書き込み
ヘッドの配列体。 - 【請求項５８】 前記光源の少なくとも１つはレーザか
らなる請求項５７に記載の正確に整列された読み出し／
書き込みヘッドの配列体。 - 【請求項５９】 前記レーザは、半導体レーザ、端面発
光半導体レーザ、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥ
Ｌ；vertical cavity surface emitting laser）、固体
レーザ及びファイバ・レーザからなる群から選択された
ものである請求項５８に記載の正確に整列された読み出
し／書き込みヘッドの配列体。 - 【請求項６０】 前記レーザは、後方側の分布ブラッグ
反射器（ＤＢＲ；distributed Bragg reflector）と前
記プラズモン増幅デバイスにより画定される垂直共振器
を含む垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ；vertical
cavity surface emitting laser）を有する請求項５８
に記載の正確に整列された読み出し／書き込みヘッドの
配列体。 - 【請求項６１】 前記レーザは出力鏡及び後部鏡を有
し、前記プラズモン増幅デバイスは前記出力鏡の上に設
けられる請求項５８に記載の正確に整列された読み出し
／書き込みヘッドの配列体。 - 【請求項６２】 前記光記憶媒体により反射され前記光
記憶媒体により屈折されあるいは前記光記憶媒体を透過
した、前記プラズモン増幅デバイスにより増幅された前
記各光源からの光を集める光コレクタをさらに有する請
求項５７に記載の正確に整列された読み出し／書き込み
ヘッドの配列体。 - 【請求項６３】 前記光コレクタは、近視野モードで前
記光を集める請求項６２に記載の正確に整列された読み
出し／書き込みヘッドの配列体。 - 【請求項６４】 前記光コレクタは、遠視野モードで前
記光を集める請求項６２に記載の正確に整列された読み
出し／書き込みヘッドの配列体。 - 【請求項６５】 前記光コレクタは、前記光記憶媒体に
関し、前記光源と同じの側に配置されている請求項６２
に記載の正確に整列された読み出し／書き込みヘッドの
配列体。 - 【請求項６６】 前記光コレクタは、前記光記憶媒体に
関し、前記光源とおは反対側に配置されている請求項６
２に記載の正確に整列された読み出し／書き込みヘッド
の配列体。 - 【請求項６７】 前記周期的な表面トポグラフィーは、
複数の表面特徴(feature)からなる請求項５７に記載の
正確に整列された読み出し／書き込みヘッドの配列体。 - 【請求項６８】 前記表面特徴は、小さなくぼみ(dimpl
e)、半球形の突出部、溝、突起(rib)、同心のくぼんだ
環、及び同心の突起した環からなる群から選択される、
請求項６７に記載の正確に整列された読み出し／書き込
みヘッドの配列体。 - 【請求項６９】 前記周期的な表面トポグラフィーは、
前記金属膜の前記第１の表面上にのみ設けられる請求項
５７に記載の正確に整列された読み出し／書き込みヘッ
ドの配列体。 - 【請求項７０】 前記周期的な表面トポグラフィーは、
前記金属膜の前記第１の表面上及び前記第２の表面上の
両方に設けられる請求項５７に記載の正確に整列された
読み出し／書き込みヘッドの配列体。 - 【請求項７１】 前記各アパーチャーは、円筒状に形成
されている請求項５７に記載の正確に整列された読み出
し／書き込みヘッドの配列体。 - 【請求項７２】 前記各アパーチャーは、スリット状に
形成されている請求項５７に記載の正確に整列された読
み出し／書き込みヘッドの配列体。 - 【請求項７３】 前記各プラズモン増幅デバイスの前記
金属膜の前記第２の表面に固定された光学的に透明なオ
ーバー・レイヤをさらに有する請求項５７に記載の正確
に整列された読み出し／書き込みヘッドの配列体。 - 【請求項７４】 端面発光レーザであって、 後部鏡と、 出力鏡と、 前記後部鏡と前記出力鏡の間に配置された量子井戸と、 前記出力鏡の上に設けられ、第１の表面及び第２の表面
を有する金属膜を有するプラズモン増幅デバイスと、を
有し、 前記第１の表面は前記量子井戸に向かって配置され前記
第２の表面は前記端面発光レーザの出力に向かって配置
されており、前記金属膜は前記金属膜を通して設けられ
たアパーチャーを有し、前記金属膜は前記金属膜の前記
第１及び第２の表面の少なくとも一方の上に設けられた
周期的な表面トポグラフィー(topography)を有し、前記
金属膜の前記第１の表面に入射する光は前記金属膜の前
記表面の少なくとも一方での表面プラズモン・モードと
相互作用し、それにより、前記端面発光レーザから導か
れた前記金属膜内の前記アパーチャーを通る透過光を増
幅する、端面発光レーザ。 - 【請求項７５】 垂直共振器面発光レーザ（ＶCＳＥ
Ｌ；vertical cavity surface-emitting laser）であっ
て、 後方側の分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ；distributed Br
agg reflector）と、 前記分布ブラッグ反射器との間で垂直共振器を画定し、
第１の表面と第２の表面を有する金属膜を有するプラズ
モン増幅デバイスと、を有し、 前記第１の表面は前記垂直共振器に向かって配置され前
記第２の表面は前記垂直共振器面発光レーザの出力に向
かって配置されており、前記金属膜は前記金属膜を通し
て設けられたアパーチャーを有し、前記金属膜は前記金
属膜の前記第１及び第２の表面の少なくとも一方の上に
設けられた周期的な表面トポグラフィー(topography)を
有し、前記金属膜の前記第１の表面に入射する光は前記
金属膜の前記表面の少なくとも一方での表面プラズモン
・モードと相互作用し、それにより、前記垂直共振器面
発光レーザから導かれた前記金属膜内の前記アパーチャ
ーを通る透過光を増幅する、垂直共振器面発光レーザ。
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