JP2004109965A - 光導波装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光導波路を介して伝搬される光の光強度を、その光の広がりの増大を招くことなく、低コストで増強することができる光導波装置を提供する。
【解決手段】光導波装置１１は、比誘電率の実数部が負の値となる負誘電体媒質からなる金属製板体１２の厚さ方向へ光導波路１３が貫通形成されている。光導波路１３の先端側開口は、伝搬される光の偏光方向を幅方向とした場合に、当該幅方向の内面幅寸法が伝搬光の波長の１／２よりも小さな値の幅狭部１６と当該幅狭部１６よりも内面幅寸法が大きい幅広部１７とが前記幅方向と交差する方向へ連続して繋がった形状の微小開口１５とされている。従って、光導波路１３内を光が伝搬される際には、前記幅狭部１６の幅方向で対向する両内面部分１８で発生した表面プラズモンが結合し、電界強度を上げると共に、その位相速度を遅くし、その結果、幅狭部１６に前記伝搬光を集束する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば走査近接場光学顕微鏡や光情報記録装置等において使用された場合に好適な光導波装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光の波長（可視光：０．４〜０．８ミクロン）よりも微小な領域における光学的処理を可能にする技術として、近接場光（光の波長よりも短い距離の領域にのみ届く光）を利用した技術が注目を浴びている。例えば、走査近接場光学顕微鏡の分野では、先端に光の波長よりも小さな微小開口が形成された光ファイバ等からなる光プローブが光導波装置として用いられている。そして、試料表面の微小な領域を観察する際には、前記光プローブの微小開口が観察対象たる前記微小な領域に近接配置され、微小開口の表面近傍に滲み出す光の場（近接場）を試料表面に接触させるようにしている。そして、この近接場と結合した試料表面の前記微小な領域のみが前記近接場光にて照射されるようにし、その照射による試料からの反射光、散乱光、又は透過光を検出して前記微小な領域を局所的に観察評価するようにしている。従って、このような光導波装置の一種である光プローブに関しては、例えばＣＤ等の光記録媒体における記録ビットの微小化要請や、サブミクロンの微細加工を行う半導体製造プロセスの評価などに寄与するため、従来から、種々の光プローブが光導波装置として提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近接場光の光強度は、光プローブにおける先端開口の大きさが光の波長よりも小さな微小開口であるため、例えばイルミネーションモードの場合には、その微小開口から滲み出す近接場光の光強度は、光プローブに導入された光強度の約１／１０００程度という非常に微弱なものとなってしまう。従って、例えば光情報記録装置等における高速書き込みや読み出しには、光量不足となって支障を来すことになるため、実用面では前記微小開口から滲み出す近接場光の光強度を増強させる必要がある。しかし、近接場光の光強度を増強するために、光源を強くした場合にはコストの増大につながる一方、先端開口を大きくした場合には光の広がりが増大して解像度を低下させることになってしまうため、いずれの場合も実用面での支障を良好に回避できるものではなかった。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、光導波路を介して伝搬される光の光強度を、その光の広がりの増大を招くことなく、低コストで増強することができる光導波装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本願請求項１に記載の発明は、所定の光を伝搬可能な光導波路を有する光導波装置において、前記光導波路は、その光伝搬方向に沿う少なくとも一部での前記光伝搬方向に交差する断面の形状が、当該光導波路を介して伝搬される光の偏光方向を幅方向とした場合に、当該幅方向における内面幅寸法が前記伝搬される光の波長の１／２よりも小さな値の幅狭部を有する形状とされ、且つ、その内面全体のうち少なくとも前記幅狭部の幅方向で対向する内面部分がプラズモン活性媒質により構成されたことを要旨とした。
【０００６】
また、本願請求項２に記載の発明は、所定の光を伝搬可能な光導波路を有する光導波装置において、前記光導波路は、その光伝搬方向に沿う少なくとも一部での前記光伝搬方向に交差する断面の形状が、当該光導波路を介して伝搬される光の偏光方向を幅方向とした場合に、当該幅方向における内面幅寸法が前記伝搬される光の波長の１／２よりも小さな値の幅狭部と当該幅狭部よりも前記内面幅寸法が大きな値の幅広部とが前記幅方向と交差する方向に連続して繋がった形状とされ、且つ、その内面全体のうち少なくとも前記幅狭部の幅方向で対向する内面部分がプラズモン活性媒質により構成されたことを要旨とした。
【０００７】
また、本願請求項３に記載の発明は、前記請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記光導波路は、前記幅狭部を有する部分での前記断面の形状において、前記幅方向と直交する方向での当該光導波路の形状寸法が、前記幅狭部で発生する表面プラズモンの位相速度を前記伝搬される光の真空中の速度で除した値に、当該伝搬される光の波長の１／２を乗じて得られる値よりも大きな値に設定されていることを要旨とした。
【０００８】
また、本願請求項４に記載の発明は、前記請求項１〜請求項３のうち何れか一項に記載の発明において、前記プラズモン活性媒質は、比誘電率の実数部が負の値の誘電体媒質であることを要旨とした。
【０００９】
また、本願請求項５に記載の発明は、前記請求項２〜請求項４のうち何れか一項に記載の発明において、前記光導波路は、前記幅狭部を複数有しており、当該幅狭部を有する部分での前記断面形状は、各幅狭部と幅広部が前記幅方向と交差する方向へ交互に連続して繋がった形状とされていることを要旨とした。
【００１０】
また、本願請求項６に記載の発明は、前記請求項１〜請求項５のうち何れか一項に記載の発明において、前記光導波路は、前記伝搬される光を導出可能に形成された端部開口の開口形状が前記幅狭部を有する形状とされていることを要旨とした。
【００１１】
また、本願請求項７に記載の発明は、前記請求項６に記載の発明において、前記光導波路は、当該光導波路の全体に亘り光伝搬方向に交差する断面の形状が、前記端部開口の開口形状と同一となるように形成されていることを要旨とした。
【００１２】
また、本願請求項８に記載の発明は、前記請求項６又は請求項７に記載の発明において、前記光導波路は、当該光導波路を有する装置本体から略錐状又は細柱状をなすように設けられた凸部の先端に、前記端部開口における幅狭部の少なくとも一部が位置するように設けられていることを要旨とした。
【００１３】
また、本願請求項９に記載の発明は、前記請求項７に記載の発明において、前記光導波路は、当該光導波路を有する装置本体に複数設けられており、各光導波路は、端部開口における幅狭部がそれぞれ直線状をなし、且つ各幅狭部が互いに平行な配置となるように設けられていることを要旨とした。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明を光導波装置の一種である光プローブに具体化した第１実施形態を図１〜図８に従って説明する。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態に係る光導波装置（光プローブ）１１は、矩形板状をなす金属製板体からなる装置本体１２を備えている。この装置本体１２は比誘電率の実数部が負の値となる誘電体媒質、即ち、負誘電体媒質（プラズモン活性媒質）により構成されている。なお、本実施形態では、伝搬される光の波長が４８８ｎｍである場合を例示するものとし（以下において同じ）、その一例として、かかる場合に前記実数部の値がマイナス７．３８になる銀（Ａｇ）にて前記装置本体１２を構成している。ちなみに、誘電体媒質における比誘電率とは、真空中の誘電率に対する当該誘電体媒質の誘電率の比として表される。
【００１６】
また、図１及び図３（ａ）（ｂ）に示すように、前記装置本体１２には、その厚さ方向へ、光を伝搬するための光導波路１３が貫通形成されており、その基端側開口となる裏面側開口１４には、図示しない光源に接続された光ファイバＦが光源からの光を光導波路１３内へ入射可能に接続されている。なお、この光ファイバＦは、高屈折率媒質をコアとし、低屈折率媒質をクラッドとする光閉じ込め型の導波路構造を有する公知のものであり、そのコア先端が前記光導波路１３の裏面側開口１４に光伝搬可能に接続されたものである。また、前記装置本体１２の厚さに関しては、少なくとも光導波路１３内を伝搬される光の波長の１／４程度以上あることが当該光導波路１３の内表面に表面プラズモンを発生させる上では好ましい。
【００１７】
一方、前記装置本体１２の表面部１２ａには、その内面幅寸法の大きさが光の波長よりも小さな微小開口１５が前記光導波路１３の先端側開口（端部開口）として形成されている。そして、この微小開口１５は、光導波路１３を介して伝搬される光の伝搬方向（図１及び図２においてＺ方向）に直交する断面の形状（微小開口１５では、その開口形状）が以下に説明するような特徴的な形状とされている。
【００１８】
即ち、この微小開口１５は、図１及び図２に示すように、前記表面部１２ａのほぼ中央に位置する幅狭部１６と当該幅狭部１６よりも内面幅寸法の大きい２つの幅広部１７とが交互に連続した開口形状に形成されている。そして、当該微小開口１５において、前記幅狭部１６と幅広部１７は、前記光導波路１３を介して伝搬される光の偏光方向（図１及び図２においてＸ方向）を幅方向とした場合、その幅方向と直交する方向（図１及び図２においてＹ方向）へ、交互に連続して繋がった形状となるように構成されている。なお、前記微小開口１５の大きさは装置本体１２（及びその表面部１２ａ）の大きさとの対比において実際には極小さなものであるが、図１等においては微小開口１５の特徴的な開口形状を容易に理解ならしめるため、その大きさが実際よりは誇張して図示されている。
【００１９】
また、前記微小開口１５は、前記幅狭部１６の内面幅寸法ａｘ（図２参照）が伝搬される光の波長（本実施形態では、４８８ｎｍ）よりも小さな値に設定されるものであり、本実施形態では、当該光の波長の１／２よりも小さな値（一例として、３１ｎｍ）に、前記内面幅寸法ａｘを設定している。前記内面幅寸法ａｘに関して、このような条件を設定する理由は、光導波路１３の内表面（特に、幅狭部１６において幅方向で対向する内面部分１８）に表面プラズモンという光波（電磁波）が発生したときに、その電界を強くすると共に、その位相速度を遅くさせて幅狭部１６に光が集束するようにするためである。なお、表面プラズモンに関しては、一般に、表面プラズモンポラリトンとも呼ばれるが、本明細書中では、表面プラズモンと記載することにする。
【００２０】
また、前記微小開口１５は、前記幅狭部１６と幅広部１７が連続する方向（図１，図２のＹ方向）における当該微小開口１５の形状寸法Ｌ（図２参照）が一例として２１７ｎｍに設定されている。なお、この形状寸法Ｌに関しては、前記幅狭部１６で発生する表面プラズモンの位相速度を前記伝搬光の真空中の速度で除した値に前記伝搬光の波長の１／２を乗じて得られる値（以下、「形状寸法計算値」という。）よりも大きな値に設定されるものである。前記形状寸法Ｌに関して、このような条件を設定する理由は、前記幅狭部１６の内面幅寸法ａｘを伝搬光の波長の１／２よりも小さな値に設定した場合において前記形状寸法Ｌが前記形状寸法計算値よりも小さいと、当該伝搬光が前記微小開口１５を通過できなくなることがあるからである。なお、前記微小開口１５におけるその他の内表面部位の各寸法（図２参照）に関しては、伝搬光の波長との関係において、特段の条件は設定されていない。ちなみに、本実施形態では、一例として、幅狭部１６の内面長さ寸法ａｙを前記内面幅寸法ａｘと同寸法の３１ｎｍに、各幅広部１７の内面幅寸法ｂｘを７８ｎｍに、各幅広部１７の内面長さ寸法ｂｙを９３ｎｍに設定している。
【００２１】
また、本実施形態において、前記光導波路１３は、図３（ａ）（ｂ）からも理解されるように、当該光導波路１３の全体に亘り光伝搬方向に直交する断面の形状が前記微小開口１５の開口形状と同一となるように形成されている。従って、前記光導波路１３は、幅狭部１６における前記内面部分１８を含む光導波路１３の内面全体が銀（Ａｇ）にて構成されると共に、その内面全体に亘り前記幅狭部１６が前記微小開口１５から裏面側開口１４まで連続形成されていることになる。
【００２２】
次に、本実施形態に係る光導波装置１１の作用について説明する。なお、以下の説明では、光導波装置１１の光導波路１３内に裏面側開口１４から所定の光を入射して、先端側開口である微小開口１５からスポット光を滲み出させる場合、即ち、イルミネーションモードの場合を例にして説明するものとする。また、光導波路１３内に入射される所定の光については、前述したように波長が４８８ｎｍで、偏光方向が図１及び図２でＸ方向となる直線偏光の平面波とした場合を例にして説明するものとする。
【００２３】
さて、光ファイバＦを介して前記所定の光が装置本体１２の光導波路１３内に入射されると、当該光導波路１３内では次のような現象が発生する。即ち、光導波路１３が貫通形成された装置本体１２は、光の波長が４８８ｎｍの場合に比誘電率の実数部の値がマイナス７．３８の銀（Ａｇ）により構成されていた。つまり、負誘電体媒質により構成されていた。そのため、この装置本体１２は、光波領域において、導体というよりはプラズモン活性媒質として振る舞うことになる。従って、光導波路１３の内表面では、表面電荷の誘起に伴い電荷の振動が起き、伝搬方向が当該内表面に沿う方向（図２のＺ方向）の表面プラズモンという光波（電磁波）が発生する。
【００２４】
この表面プラズモンは、前記光導波路１３の内表面と当該光導波路１３内に満ちている空気（誘電体）との界面Ｓ（図４参照）に垂直な方向には伝搬しない表面波である。そのため、この表面プラズモンが発生すると、光導波路１３内では、主に前記界面Ｓに平行な（即ち、幅狭部１６では図１及び図２で主にＹ方向成分をもつ）磁界が発生する一方、この磁界と直交するように、主に前記界面Ｓに垂直な（即ち、幅狭部１６では図１及び図２で主にＸ方向成分をもつ）電界が発生する。
【００２５】
ここで、一般に、負誘電体媒質における表面プラズモンの電界強度は、その表面（即ち、界面Ｓ）から離れるにつれて指数関数的に減衰するということが知られている。しかし、本実施形態の場合は、光導波路１３の内表面のうち、幅狭部１６では、幅方向で対向する内面部分１８の内面幅寸法ａｘが３１ｎｍという微小な間隔に設定されている。そのため、図４に示すように、幅狭部１６では互いに対向する両界面Ｓにおいて各々発生した表面プラズモンの電界同士が結合することになる。従って、この電界同士の結合により、光導波路１３内において表面プラズモンの電界強度は幅狭部１６の部分で非常に強くなる。これは、当該幅狭部１６の部分において、所謂、表面プラズモン増強ラマン散乱と同様の現象が起きているからと考えられる。その結果、光導波路１３内において特に前記幅狭部１６の部分を含む表面プラズモンの電界同士の結合が起きている部分では、当該光導波路１３を介して伝搬される光の強度が増強される。なお、図４において符号ｅは電界の強度分布を示すものである。
【００２６】
また、例えば走査近接場光学顕微鏡における解像力を高めるため、あるいは、光情報記録装置において記録密度を上げるためには、光導波路１３の先端側開口である微小開口１５から出る光の広がり分布の大きさを小さくすることが必要である。そこで、前記表面プラズモンの図１及び図２におけるＺ方向への位相速度の大きさを光導波路１３における前記幅狭部１６の内面幅寸法ａｘの大きさとの関係において検討してみると、図５に示すような結果が得られた。
【００２７】
即ち、図５において、横軸は、光導波路１３（及び微小開口１５）における幅狭部１６の内面幅寸法ａｘの大きさを表しており、その目盛り数値はナノメータ（ｎｍ）単位である。また、縦軸は、前記幅狭部１６を通過する表面プラズモンの位相速度ｖｚの光速Ｃに対する速度比率（ｖｚ／Ｃ）を表しており、その目盛り数値は、伝搬光の真空中の速度（光速Ｃ）を「１」とした場合における速度比率（ｖｚ／Ｃ）の値を示している。従って、縦軸における速度比率（ｖｚ／Ｃ）の目盛り数値が小さくなればなるほど、表面プラズモンの位相速度ｖｚが遅くなることを意味する。
【００２８】
なお、図５において、各黒丸印は、伝搬光の波長が４８８ｎｍの場合に比誘電率の実数部の値がマイナス７．３８の銀（Ａｇ）により光導波路１３の内面全体を構成した場合（本実施形態の場合）における前記幅狭部１６の内面幅寸法ａｘと表面プラズモンの位相速度ｖｚとの関係を示したものである。また、縦軸における一番上の目盛り数値「１」のやや下から水平方向（横軸方向）に延びた一点鎖線は、前記内面幅寸法ａｘの数値が無限大（∞）であるとした場合における前記速度比率（ｖｚ／Ｃ）の大きさを示したものである。
【００２９】
さて、この図５からも理解されるように、前記速度比率（ｖｚ／Ｃ）は、幅狭部１６の内面幅寸法ａｘが小さくなるに従い、次第にその数値が低下する傾向を示している。また、その速度比率（ｖｚ／Ｃ）の低下度合いは、内面幅寸法ａｘ＜λ／２（即ち、ａｘ＜２４４ｎｍ）の場合において、ａｘ≧２λ／５（即ち、ａｘ≧１９５．２ｎｍ）よりもａｘ＜２λ／５（即ち、ａｘ＜１９５．２ｎｍ）の方が、大きくなっている。同様に、ａｘ≧３λ／１０（即ち、ａｘ≧１４６．４ｎｍ）よりもａｘ＜３λ／１０（即ち、ａｘ＜１４６．４ｎｍ）の方が、前記速度比率（ｖｚ／Ｃ）の低下度合いは大きくなっている。
【００３０】
そして特に、内面幅寸法ａｘ＜λ／５（即ち、ａｘ＜９７．６ｎｍ）になると、前記速度比率（ｖｚ／Ｃ）は、一層、加速度的に低下し始める。そして、内面幅寸法ａｘ＜λ／１０（即ち、ａｘ＜４８．８ｎｍ）になると、更に一層、前記速度比率（ｖｚ／ｃ）は急激に大きく低下している。なお、前記内面幅寸法ａｘが伝搬光の波長（４８８ｎｍ）の１／２よりも大きくされた場合は、図５に一点鎖線で示す内面幅寸法ａｘ＝∞の場合の速度比率（ｖｚ／Ｃ）に近付いていくことになる。
【００３１】
従って、このことから、光導波路１３の内表面に発生した表面プラズモンは、本実施形態における幅狭部１６のように、光導波路１３内において、伝搬光の波長の１／２よりも小さな内面幅寸法ａｘ（＜２４４ｎｍ）にした部分では、その位相速度ｖｚが大幅に遅くなることが理解される。そして、表面プラズモンのような光波は、その伝搬において位相速度ｖｚが遅い（小さい）空間に集まる性質がある。そのため、光導波路１３の幅狭部１６及び幅広部１７を含む内表面全域において発生した表面プラズモンは、その位相速度ｖｚが遅く（小さく）なるように伝搬光の波長の１／２よりも小さな内面幅寸法ａｘ（＜２４４ｎｍ）に設定された幅狭部１６に集まることになる。
【００３２】
従って、光源を強くしたりする方法によらずとも、本実施形態の光導波装置１１では、前記幅狭部１６の部分において、表面プラズモンの電界強度が強くなると共に、その位相速度ｖｚが遅くなって光導波路１３内で発生した表面プラズモンが集まるため、光導波路１３を介して伝搬される光の強度が強くなる。そして、このように光強度が増大された伝搬光が、前記微小開口１５の幅狭部１６の部分からスポット光（近接場光）として滲み出し、当該スポット光が試料表面で散乱され、その散乱光が図示しない外部レンズ等を有する光検出装置に検出される。
【００３３】
なお、参考までに、装置本体１２の表面部１２ａに形成される微小開口１５の開口形状に関して、本実施形態の微小開口１５とは異なる開口形状をした比較例（比較例１と比較例２）を示して、各々の微小開口を通過する光の強度を対比してみた。図６において、（ａ）は本実施形態における微小開口１５を、（ｂ）は比較例１（本発明の別の実施形態でもある）の微小開口２５を、（ｃ）は比較例２の微小開口３５を、それぞれ正面から見たものである。同図からも理解されるように、比較例１の微小開口２５は、短手方向の内面幅寸法と長手方向の形状寸法が本実施形態の微小開口１５における幅狭部１６の内面幅寸法ａｘ及び形状寸法Ｌとそれぞれ同寸法の縦長方形状をしている。また、比較例２の微小開口３５は、正方形状をなしており、その一辺の長さが本実施形態の微小開口１５における幅広部１７の内面幅寸法ｂｘよりも大きいものである。
【００３４】
そこで、これら各微小開口１５，２５，３５を同一条件のもと光が通過したとした場合において、各微小開口１５，２５，３５の中心Ｏを通る仮想平面上での光の強度を調べてみた。図７は、各微小開口２５，１５，３５の中心Ｏを横方向（図６ではＸ方向）に通る仮想平面上での光の強度分布を示したものであり、図８は、各微小開口２５，１５，３５の中心Ｏを縦方向（図６ではＹ方向）に通る仮想平面上での光の強度分布を示したものである。なお、図７，図８において、曲線ａは本実施形態の微小開口１５を通過した光の強度分布曲線を、曲線ｂは比較例１の微小開口２５を通過した光の強度分布曲線を、曲線ｃは比較例２の微小開口３５を通過した光の強度分布曲線を、それぞれ示している。
【００３５】
さて、図７及び図８を見てみると、本実施形態における微小開口１５の場合には、その各分布曲線ａからも明らかなように、当該微小開口１５の中心Ｏの近傍で非常に高い光強度が得られている。これは、前述したように、幅狭部１６において対向する両界面Ｓでの表面プラズモン同士が互いに結合して電界強度を上げていることが、その要因の１つとしてあげられる。そして、要因の二つとしては、前記幅狭部１６では表面プラズモンの位相速度が遅く（小さく）されるため、光導波路１３内を伝搬される光が前記幅狭部１６に集中することにあると考えられる。
【００３６】
次に、比較例１の微小開口２５の場合について見てみると、当該微小開口２５の場合も、その各分布曲線ｂから明らかなように、微小開口２５の中心Ｏの部分を最大値とする光強度分布を示している。これは、この比較例１の微小開口２５においても、その短手方向において互いに対向する両界面の表面プラズモンの結合効果が発揮されているものと考えられる。なお、分布曲線ａで表された本実施形態における微小開口１５に比較すると、その電界強度の高さは低いが、これは開口形状が縦方向に一様の内面幅寸法とされた長方形状であり、本実施形態の微小開口１５のような幅狭部１６と幅広部１７が連続して繋がった形状ではないことに起因するものと考えられる。
【００３７】
従って、この比較例１の微小開口２５では、本実施形態の微小開口１５に比較して、表面プラズモンの位相速度を遅く（小さく）して伝搬光を集束させるという点では少しばかり劣るものの、両界面で発生した表面プラズモンが結合して電界強度を上げるという点では、共通した効果を示しているといえる。その意味で、この比較例１は、本実施形態と技術思想的には共通したものであり、本発明における別の実施形態（別例）と位置付けられるものである。
【００３８】
これに対し、比較例２の微小開口３５の場合には、その各分布曲線ｃからも明らかなように、表面プラズモンが発生する左右両界面の近傍付近でのみ少し程度は光強度が認められるものの、当該微小開口３５の中心Ｏの部分ではほとんど光強度が認められない。即ち、比較例２の微小開口３５の場合には、両界面で発生した表面プラズモンの結合による電界強度向上効果もなく、また、それ故に、表面プラズモンの位相速度を遅く（小さく）して伝搬光を集束させるという効果もなく、これでは実用面での支障となる。
【００３９】
従って、本実施形態の光導波装置１１によれば、次のような効果がある。
（１）本実施形態では、光導波路１３を貫通形成した金属製板体からなる装置本体１２がプラズモン活性媒質である銀（Ａｇ）により構成されているため、光導波路１３に光が入射されたことに基づき、その光導波路１３（微小開口１５を含む）の内表面で表面プラズモンが発生する。また、その光導波路１３（微小開口１５）は、幅狭部１６の内面幅寸法ａｘが光の波長の１／２よりも小さな３１ｎｍに設定されているため、その幅狭部１６の対向する両界面Ｓで発生した表面プラズモンは、互いに電界が結合することで電界強度が非常に強くなる。しかも、その幅狭部１６の部分では表面プラズモンの位相速度が遅くなるため、光導波路１３内の光が当該幅狭部１６に集まることになる。従って、このような幅狭部１６を有したことにより、光導波路１３の先端側開口である微小開口１５から滲み出すスポット光（近接場光）の光強度を、光源を強くせずとも、光の広がりの増大を招くことなく、低コストで増強することができる。
【００４０】
（２）また、本実施形態では、光導波路１３（微小開口１５）の幅狭部１６と幅広部１７とが連続する方向における光導波路１３（微小開口１５）の形状寸法Ｌが所定の形状寸法計算値よりも大きく設定されている。即ち、幅狭部１６で発生する表面プラズモンの位相速度ｖｚを伝搬光の真空中の速度である光速Ｃで除した値に前記伝搬光の波長の１／２を乗じて得られる値（形状寸法計算値）よりも大きな値に設定されている。従って、その光導波路１３内へ光ファイバＦから入射された光を遮断してしまうようなこともなく、確実に先端の微小開口１５から光の強度を増強したスポット光（近接場光など）として導出することができる。
【００４１】
（３）また、本実施形態では、微小開口１５に連なる開口近傍の内面部分のみならず光導波路１３の内面全体がプラズモン活性媒質である銀（Ａｇ）により構成されているため、光導波路１３の内表面全域で表面プラズモンを発生させることができる。しかも、幅狭部１６が、先端側の微小開口１５から裏面側開口１４まで連続形成されているため、互いに対向する両界面Ｓの表面プラズモンが結合することによる電界強度向上効果及び伝搬される光の位相速度を遅くして当該光を幅狭部１６に集中させる効果を、光導波路１３の内面全体に亘り得ることができる。
【００４２】
（４）また、本実施形態では、プラズモン活性媒質として負誘電体媒質である銀（Ａｇ）を採用しているので、表面プラズモンを効果的に且つ確実に発生させることができる。また、かかるプラズモン活性媒質（Ａｇ等）からなる装置本体（金属製板体）１２に前記光導波路１３を形成するだけなので、光導波装置１１の製造が容易にできる。
【００４３】
（５）また、本実施形態では、光導波路１３の先端に設けられる微小開口１５が伝搬光の波長の１／２よりも小さな値の内面幅寸法ａｘとされた幅狭部１６を有するものであって、その幅狭部１６に連なる光導波路１３の内面部分をプラズモン活性媒質で構成するだけという簡単なものである。そのため、走査近接場光学顕微鏡や光情報記録装置等という様々な光学的処理装置における光導波装置（光プローブ）として好適に使用することができる。
【００４４】
（第２実施形態）
次に、本発明を同じく光導波装置の一種である光プローブに具体化した第２実施形態を図９〜図１１に従って説明する。なお、この第２実施形態は、前記装置本体１２における表面部１２ａの形状、及び前記微小開口１５における内表面部位の各寸法（例えば、幅狭部１６の内面幅寸法ａｘ等）が、第１実施形態の場合とは一部相違しており、それ以外の部分は第１実施形態の場合と同様に構成されている。従って、以下では、第１実施形態と相違する部分を中心に説明することとし、同一構成の部分については同一符号を付すことにして重複した説明を省略する。
【００４５】
図９及び図１０に示すように、本実施形態に係る光導波装置（光プローブ）１１Ａは、前記第１実施形態の場合と同様の銀（Ａｇ）にて構成された金属製板体からなる装置本体１２を備えており、その表面部１２ａには略錐状（本実施形態では先端部が滑らかな円錐形状）をなす凸部１２ｂが隆起形成されている。この凸部１２ｂは、その先端が前記表面部１２ａのほぼ中央に位置するように形成されており、当該凸部１２ｂと対応する位置において、前記装置本体１２には、その厚さ方向へ光導波路１３が貫通形成されている。そして、前記表面部１２ａにおける凸部１２ｂの部分には、当該凸部１２ｂを正面から見て略二等分するようにして、その内面幅寸法の大きさが光の波長よりも小さな微小開口１５が前記光導波路１３の端部開口（先端側開口）として形成されている。
【００４６】
前記微小開口１５は、前記凸部１２ｂの先端に位置する幅狭部１６と、前記凸部１２ｂの先端から裾野にかけて延びるように位置して幅狭部１６よりも内面幅寸法が大きくされた２つの幅広部１７とが、交互に連続した開口形状に形成されている。なお、第１実施形態の場合と同様に、前記微小開口１５の幅狭部１６と幅広部１７は、前記光導波路１３を介して伝搬される光の偏光方向（図９及び図１０においてＸ方向）を幅方向とした場合、その幅方向と直交する方向（図９及び図１０においてＹ方向）へ、交互に連続して繋がった形状となるように構成されている。
【００４７】
即ち、前記第１実施形態では、微小開口１５の開口縁が光導波路１３内を伝搬する光の伝搬方向と直交する平面に沿った構成であったが、本実施形態においては微小開口１５の開口縁が光導波路１３内を伝搬する光の伝搬方向（図９及び図１０においてＺ方向）へ凸面形状をなす曲面に沿った構成とされている。具体的には、円錐状をなす凸部１２ｂを図９，図１０におけるＹ軸−Ｚ軸平面で切った断面形状に対応する曲面に沿った構成とされている。また、本実施形態においても、前記微小開口１５の大きさは、装置本体１２（及びその表面部１２ａ）の大きさとの対比において実際には極小さなものであるが、図９等においては微小開口１５の特徴的な開口形状を容易に理解ならしめるため、その大きさが実際よりは誇張して図示されている。
【００４８】
また、本実施形態における前記微小開口１５は、前記幅狭部１６の内面幅寸法ａｘ（図１０参照）が前記第１実施形態における幅狭部１６の内面幅寸法ａｘ（３１ｎｍ）よりも更に小さな値（一例として、１６ｎｍ）に設定されている。また、各幅広部１７の内面幅寸法ｂｘ（図１０参照）も前記第１実施形態における各幅広部１７の内面幅寸法ｂｘ（７８ｎｍ）より更に小さな値（一例として、４７ｎｍ）に設定されている。なお、前記幅狭部１６の内面長さ寸法ａｙ（図１０参照）は前記第１実施形態における幅狭部１６の内面長さ寸法ａｙ（３１ｎｍ）と同じ値に設定されている。その一方、前記各幅広部１７の内面長さ寸法ｂｙについては前記第１実施形態における各幅広部１７の内面長さ寸法ｂｙ（９３ｎｍ）よりもやや大きな値（一例として、４０２ｎｍ）に設定されている。また、前記装置本体１２の板体部分の厚さは７８ｎｍに設定され、その表面部１２ａから隆起した前記凸部１２ｂの高さは２０２ｎｍに設定されている。従って、本実施形態における前記微小開口１５の形状寸法Ｌ（図１０参照）は８３５ｎｍとされ、この形状寸法Ｌが前記凸部１２ｂの裾野直径となっている。
【００４９】
次に、本実施形態に係る光導波装置１１Ａの作用について説明する。
さて、光ファイバＦを介して所定の光（前記第１実施形態の場合と同様に、波長が４８８ｎｍで偏光方向が図９及び図１０でＸ方向となる直線偏光の平面波の光）が装置本体１２の光導波路１３内に入射されると、当該光導波路１３内では次のような現象が発生する。即ち、伝搬方向が光導波路１３の内表面に沿う方向（図９のＺ方向）の表面プラズモンという光波（電磁波）が発生する。そして、この表面プラズモンは、前記幅狭部１６の両界面Ｓで各々発生した表面プラズモンの電界同士が結合する結果、光導波路１３内の幅狭部１６の部分でその電界強度が非常に強くなる。また、光導波路１３の幅狭部１６及び幅広部１７を含む内表面全域において発生した表面プラズモンは、その伝搬において位相速度ｖｚが遅く（小さく）なるように設定された幅狭部１６に集まることになる。従って、前記第１実施形態の場合と同様に、前記幅狭部１６の部分において光導波路１３を介して伝搬される光の強度が強くなり、この光強度が増大された伝搬光が微小開口１５の幅狭部１６の部分からスポット光（近接場光）として滲み出す。
【００５０】
加えて、本実施形態の場合は、微小開口１５からスポット光（近接場光）として滲み出す光の広がりが第１実施形態の場合よりも更に小さなものとなる。この点について以下説明する。図１１（ａ）は、第１実施形態の場合と同様に、装置本体１２の平面的な表面部１２ａに光導波路１３の微小開口（端部開口）１５を形成した光導波装置１１の正面図である。一方、図１１（ｂ）は、装置本体１２の表面部１２ａから円錐状に隆起した凸部１２ｂの部分に光導波路１３の微小開口（端部開口）１５を形成した本実施形態に係る光導波装置１１Ａの正面図である。なお、両図において各微小開口１５の左側には、当該各微小開口１５の幅狭部１６の部分から滲み出す各スポット光の光分布を表した集光領域２０ａの広がり形状が半線で参考的に表示されている。また同様に、それぞれの集光領域２０ａの周りにできる薄明の周辺光の光分布を表した薄明領域２０ｂの広がり形状が二点鎖線で参考的に表示されている。
【００５１】
さて、両図の比較から明らかなように、各微小開口１５から滲み出すスポット光における集光領域２０ａの大きさは、図１１（ａ）の光導波装置１１の場合よりも、図１１（ｂ）の本実施形態に係る光導波装置１１Ａの場合の方が、小さなサイズのものとなっている。また同様に、前記スポット光の周りの周辺光による各薄明領域２０ｂの大きさについても、図１１（ａ）の光導波装置１１では微小開口１５の長さ方向へ少し延びるように広がっているのに対し、図１１（ｂ）の本実施形態に係る光導波装置１１Ａでは集光領域２０ａの形状に相似した小さなサイズとなっている。このように、本実施形態の光導波装置１１Ａでは、その微小開口１５から滲み出す光の広がりが、光強度が増大されたスポット光による集光領域２０ａ及びその周辺光による薄明領域２０ｂの双方共に、光学的処理をする際において高解像度及び高記録密度を得るのに好適な小さなものとなっている。
【００５２】
その要因としては、次のようなことが考えられる。即ち、光導波路１３の内表面に発生した表面プラズモンは、前述したように、前記幅狭部１６の両界面Ｓ間において電界結合効果が顕著である。しかし、それ以外の部分の界面間（例えば、幅広部１７の幅方向で対向する両界面間）でも電界同士の結合により電界強度は前記幅狭部１６の両界面Ｓ間における電界結合効果ほどではないが強くなる。また、そのような表面プラズモンは、その位相速度ｖｚが遅くなるように設定された幅狭部１６に集まるという性質を有するため、当該幅狭部１６の部分から前記伝搬光を光強度が増大されたスポット光にして滲み出させるという機能を果たそうとする。その一方、前記微小開口１５から出射された伝搬光（スポット光及びその周辺光を含む）は、当該微小開口１５から出射方向へ離れるに従い次第に減衰し、ある程度まで離れると消光することになる。
【００５３】
つまり、本実施形態の光導波装置１１Ａのように、微小開口１５が円錐状をなす凸部１２ｂに形成され、その開口縁が伝搬光の出射方向へ凸面形状の曲面に沿った構成の場合には、特に周辺光による薄明領域２０ｂは出射後の減衰により凸部１２ｂの裾野側から順次に消光して小さなものにならざるを得ない。また、光導波路１３の内表面全域から幅狭部１６に集まる表面プラズモンにて光強度が増大されるスポット光の集光領域２０ａにしても、凸部１２ｂの裾野側から先端へ向かうに従い幅広部１７の内面長さ寸法が実質的には小さくなるため、光強度が増大される範囲（即ち、集光領域２０ａ）も小さなものとなる。
【００５４】
さらに、前記光導波路１３の内表面を微小開口１５に向けて進行する光（表面プラズモン）は、その位相速度が微小開口１５の外部空間（空気中）を進行する場合の位相速度よりも遅いという事実がある。そのため、光伝搬方向において、光導波路１３の出口たる微小開口１５と前記外部空間との境界（微小開口１５の開口縁に沿うことになる）では、当該境界に臨む両媒質（銀と空気）の屈折率の相違により、反射が起きると考えられる。一般に、光は境界に対して斜めに入射するほど反射（極端な場合は全反射）され易いことから、円錐状をなす凸部１２ｂの裾野部分に位置する幅広部１７の内表面を微小開口１５まで進行した光（表面プラズモン）は、前記境界でかなり反射され、微小開口１５の幅広部１７部分からは殆ど出てこないと考えられる。また、そのように反射された光は、その後、光伝搬方向に対して斜めの前記境界で更に反射されながら、次第に幅狭部１６が設けられた微小開口１５の中心（凸部１２ｂの先端でもある）に集光するものと考えられる。従って、図１１（ａ）（ｂ）の比較から明らかなように、微小開口１５を円錐状の凸部１２ｂの部分に設けた光導波装置１１Ａの場合には、前記集光領域２０ａ及び薄明領域２０ｂが共に小さなものとなる。
【００５５】
従って、本実施形態の光導波装置１１Ａによれば、第１実施形態の光導波装置１１における前記各効果（１）〜（５）に加えて、次のような効果がある。
（６）本実施形態では、光導波路１３の先端側開口である微小開口１５から出る光の広がり分布（集光領域２０ａ及び薄明領域２０ｂ）の大きさを更に小さなものとできるため、光学的処理を行うに際して高解像力及び高記録密度を確保することができる。
【００５６】
（７）本実施形態では、光導波路１３の微小開口１５が装置本体１２における平面的な表面部１２ａにではなく円錐状をなす凸部１２ｂに形成され、当該微小開口１５から伝搬光がスポット光（近接場光）として滲み出す幅狭部１６の部分が前記凸部１２ｂの先端に位置するようにした。そのため、例えば、走査近接場光学顕微鏡等を使用した微細な光学的処理をする際において、当該スポット光を試料の表面に対して、より簡単に接触させることができるようになり、非常に実用的なものとできる。
【００５７】
（第３実施形態）
次に、本発明を同じく光導波装置の一種である光プローブに具体化した第３実施形態を図１２及び図１３に従って説明する。なお、この第３実施形態は、前記装置本体１２における表面部１２ａの凸部１２ｂに形成された微小開口１５の開口形状が、第２実施形態の場合とは相違しており、それ以外の部分は第２実施形態と同様に構成されている。従って、以下では、第２実施形態（及び第１実施形態）と相違する部分を中心に説明することとし、前記各実施形態と同一構成の部分については同一符号を付すことにして重複した説明を省略する。
【００５８】
図１２に示すように、本実施形態に係る光導波装置（光プローブ）１１Ｂは、前記第２実施形態の場合と同様の銀（Ａｇ）にて構成された金属製板体からなる装置本体１２を備えており、その表面部１２ａには前記第２実施形態の光導波装置１１Ａと同様に円錐状をなす凸部１２ｂが隆起形成されている。そして、この凸部１２ｂと対応する位置において、前記装置本体１２には、その厚さ方向へ光導波路１３が貫通形成されている。また、前記表面部１２ａにおける凸部１２ｂの部分には、当該凸部１２ｂを正面から見て略二等分するようにして、その内面幅寸法の大きさが光の波長よりも小さな微小開口１５が前記光導波路１３の端部開口（先端側開口）として形成されている。
【００５９】
本実施形態に係る光導波装置１１Ｂの微小開口１５は、第２実施形態における光導波装置１１Ａの微小開口１５とは異なり、いわゆる幅広部というものがなく短手方向の内面幅寸法が微小開口１５の内面全体に亘って同一幅の縦長方形状をなしている。なお、第２実施形態の場合と同様に、前記微小開口１５は、光導波路１３を介して伝搬される光の偏光方向（図１２においてＸ方向）を幅方向とした場合、その幅方向と直交する方向（図１２においてＹ方向）へ連続して延びる縦長方形となるように構成されている。そして、その微小開口１５の開口縁は第２実施形態の場合と同様に光導波路１３内を伝搬する光の伝搬方向（図１２においてＺ方向）へ凸面形状をなす曲面に沿った構成とされている。また、本実施形態においても、前記微小開口１５の大きさが装置本体１２等の大きさとの対比において実際よりは誇張して図示されているが、その理由は前述したのと同様の理由である。
【００６０】
また、本実施形態における微小開口１５は、幅狭部１６の内面幅寸法でもある当該微小開口１５の内面幅寸法が前記第２実施形態における幅狭部１６の内面幅寸法ａｘ（図１０参照）と同じ値（１６ｎｍ）に設定されている。また、その微小開口１５の形状寸法でもある当該微小開口１５（及び幅狭部１６）の内面長さ寸法は前記第２実施形態における各幅広部１７の内面長さ寸法ｂｙ（図１０参照）と同じ値（４０２ｎｍ）に設定され、前記凸部１２ｂの裾野直径となっている。なお、前記第２実施形態の場合と同様に、装置本体１２の板体部分の厚さは第７８ｎｍに設定され、その表面部１２ａから隆起した前記凸部１２ｂの高さは２０２ｎｍに設定されている。
【００６１】
さて、本実施形態の光導波装置１１Ｂにおいても、光ファイバＦを介して所定の光（前記各実施形態の場合と同様に、波長が４８８ｎｍで偏光方向が図１２でＸ方向となる直線偏光の平面波の光）が装置本体１２の光導波路１３内に入射されると、当該光導波路１３内では次のような現象が発生することになる。即ち、前記各実施形態の場合と同様に、光導波路１３の内表面において表面プラズモンが発生し、この表面プラズモンは、幅方向で対向する両界面間で電界同士が結合する結果、その電界強度が非常に強くなる。そのため、この電界結合効果に基づき、光導波路１３を介して伝搬される光の強度が強くなり、この光強度が増大された伝搬光が微小開口１５（具体的には、前記凸部１２ｂの先端付近に位置する部分）からスポット光（近接場光）として滲み出す。
【００６２】
なお、本実施形態の場合も、微小開口１５からスポット光（近接場光）として滲み出す光の広がりが、第２実施形態の場合と同様に、第１実施形態の場合よりも更に小さなものとなる。この点について以下説明する。図１３（ａ）は、図６（ｂ）に示した比較例１の場合と同様に、装置本体１２の平面的な表面部１２ａに光導波路１３の縦長方形状をなす微小開口（端部開口）１５を形成した光導波装置１１の正面図である。一方、図１３（ｂ）は、装置本体１２の表面部１２ａから円錐状に隆起した凸部１２ｂの部分に光導波路１３の縦長方形状をなす微小開口（端部開口）１５を形成した本実施形態に係る光導波装置１１Ｂの正面図である。また、両図において各微小開口１５の左側には、第２実施形態における図１１（ａ）（ｂ）で参考的に表示したのと同様に、各スポット光の集光領域２０ａの広がり形状と各周辺光による薄明領域２０ｂの広がり形状が半線及び二点鎖線でそれぞれ表示されている。
【００６３】
さて、両図の比較から明らかなように、各微小開口１５から滲み出すスポット光における集光領域２０ａの大きさは、図１３（ａ）の光導波装置１１の場合には微小開口１５の長さ方向に沿う縦長形状になっている。これに対し、図１３（ｂ）の本実施形態に係る光導波装置１１Ｂの場合には、第２実施形態の光導波装置１１Ａの場合と同様に、小さなサイズのものとなっている。また同様に、前記周辺光による各薄明領域２０ｂの大きさについても、図１３（ａ）の光導波装置１１では微小開口１５の長さ方向へ延びるように更に広がっている。これに対し、図１３（ｂ）の本実施形態に係る光導波装置１１Ｂでは、第２実施形態の光導波装置１１Ａの場合と同様に、集光領域２０ａの形状に相似した小さなサイズとなっている。
【００６４】
このように、本実施形態の光導波装置１１Ｂでも、その微小開口１５から滲み出す光の広がりが、光強度が増大されたスポット光による集光領域２０ａ及びその周辺光による薄明領域２０ｂの双方共に、光学的処理をする際において高解像度及び高記録密度を得るのに好適な小さなものとなっている。そして、その要因は、前記第２実施形態の光導波装置１１Ａの場合と同様に、微小開口１５を平面的な表面部１２ａにではなく円錐状をなす凸部１２ｂに形成したことに基づいている。なお、その要因についての詳細説明は、第２実施形態において既述したので、本実施形態ではその重複説明を省略する。
【００６５】
従って、本実施形態の光導波装置１１Ｂにおいても、第１実施形態の光導波装置１１における前記（１）〜（５）の効果、及び第２実施形態の光導波装置１１Ａにおける前記（６）（７）の効果があり、更には、次のような効果もある。
【００６６】
（８）本実施形態によれば、装置本体１２に対して微小開口１５へ連なる光導波路１３を形成する際において、内面幅寸法が異なる幅狭部１６と幅広部を連続形成する必要がなく、光伝搬方向に直交する断面の形状が縦長方形状の光導波路１３を形成するだけでよいので、製造コストの低減に寄与できる。
【００６７】
（第４実施形態）
次に、本発明を同じく光導波装置の一種である光プローブに具体化した第４実施形態を図１４に従って説明する。なお、この第４実施形態は、装置本体１２の表面部１２ａに形成された凸部の形状が第２実施形態の場合とは相違しており、それ以外の部分は第２実施形態と同様に構成されている。従って、以下では、第２実施形態（及び第１実施形態）と相違する部分を中心に説明することとし、それら各実施形態と同一構成の部分については同一符号を付すことにして重複した説明を省略する。
【００６８】
図１４に示すように、本実施形態に係る光導波装置（光プローブ）１１Ｃは、前記第２実施形態の場合と同様の銀（Ａｇ）にて構成された金属製板体からなる装置本体１２を備えている。そして、その装置本体１２には、前記各実施形態の場合と同様に、その厚さ方向へ光導波路１３が貫通形成されている。また、その表面部１２ａには、光導波路１３内で幅狭部１６を形成していた段部を微小開口１５から伝搬光の出射方向へ更に延出した細柱状をなす凸部１２ｃが突出形成されている。なお、光導波路１３（及び微小開口１５）における幅狭部１６及び幅広部１７の各内面幅寸法や各内面長さ寸法は第２実施形態の光導波装置１１Ａの場合と同じに設定されている。また、その凸部１２ｃの高さは第２実施形態における凸部１２ｂと同じ値（２０２ｎｍ）に設定されている。
【００６９】
さて、本実施形態の光導波装置１１Ｃにおいても、光ファイバＦを介して所定の光（前記各実施形態の場合と同様に、波長が４８８ｎｍで偏光方向が図１４でＸ方向となる直線偏光の平面波の光）が装置本体１２の光導波路１３内に入射されると、当該光導波路１３内では次のような現象が発生することになる。即ち、前記各実施形態の場合と同様に、光導波路１３の内表面において表面プラズモンが発生し、この表面プラズモンは、幅方向で対向する両界面間で電界同士が結合する結果、その電界強度が非常に強くなる。そのため、この電界結合効果に基づき、光導波路１３を介して伝搬される光の強度が強くなり、この光強度が増大された伝搬光が微小開口１５（具体的には、前記凸部１２ｃの先端付近に位置する部分）からスポット光（近接場光）として滲み出す。
【００７０】
なお、本実施形態の場合も、微小開口１５からスポット光（近接場光）として滲み出す光の広がりが、第２及び第３実施形態の場合と同様に、第１実施形態の場合よりも更に小さなものとなる。即ち、光強度が増大されたスポット光による集光領域及びその周辺光による薄明領域の双方共に、光学的処理をする際において高解像度及び高記録密度を得るのに好適な小さなものとなる。その要因としては、前記第２実施形態の光導波装置１１Ａの場合と同様に、微小開口１５の開口縁が、光導波路１３内を伝搬する光の伝搬方向と直交する平面に沿った構成ではなく細柱状をなす凸部１２ｃの先端面を含んで出射方向へ凸形状をなす凸面に沿う構成となっていることに基づいている。なお、その要因についての詳細説明は、第２実施形態において既述したので、本実施形態でも重複説明は省略する。
【００７１】
従って、本実施形態の光導波装置１１Ｃにおいても、第１実施形態の光導波装置１１における前記（１）〜（５）の効果、及び第２実施形態の光導波装置１１Ａにおける前記（６）（７）の効果が同様にある。
【００７２】
なお、上記各実施形態は以下のように変更してもよい。
・　上記各実施形態では、微小開口１５において幅狭部１６が１つだけ設けられたものであったが、例えば図１５（ａ）に示すように、２つの幅狭部１６と３つの幅広部１７を有し、それらの幅狭部１６と幅広部１７が交互に連続する開口形状としてもよい。このようにすれば、光の強度を増強したスポット光（近接場光など）を２カ所で形成することができる。要するに、幅狭部１６は微小開口１５において少なくとも一カ所あればよく、幅広部１７と隣り合って連続するものならば二カ所以上あってもよい。
【００７３】
・　上記各実施形態では、微小開口１５の開口形状が幅狭部１６及び幅広部１７を含めて直線により形作る構成となっていたが、例えば図１５（ｂ）に示すように曲線を用いて形作られた開口形状（例えば、同図に示すようなダンベル形状）であってもよい。また、微小開口１５の開口形状は直線と曲線の組み合わせで形成されていてもよい。
【００７４】
・　上記各実施形態では、微小開口１５の開口形状が左右対称な形状になっていたが、幅狭部１６と幅広部１７が交互に連続するものならば、開口形状は任意に変更可能である。例えば、図１６（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、幅狭部１６と幅広部１７が伝搬光の偏光方向（各図において幅狭部１６の幅方向）と交差する方向へ連続して繋がった形状となるならば、左右非対称な形状であってもよい。なお、微小開口１５の幅狭部１６の内面長さ寸法（図２等で「ａｙ」）は、これを極端に小さくすると、力学的強度上の問題の他に幅狭部１６の内面部分１８に表面プラズモンが有効に励起されなくなるという虞がある。しかし、例えば図１６（ｃ）のように、幅狭部１６の内面部分１８同士を内面長さ方向へ互いにずらした開口形状にした場合には、実質的に、幅方向で互いに対向する内面部分１８の内面長さ寸法を小さくしつつ、上記した力学的強度上の問題及び表面プラズモンの励起に関する懸念を解消できる。
【００７５】
・　上記各実施形態では、光導波路１３の全体に亘り光伝搬方向に直交する断面の形状が微小開口１５の開口形状と同一となるように形成されていたが、例えば図１７（ａ）（ｂ）に示すように、装置本体１２内で光導波路１３の断面形状が微小開口１５の開口形状よりも大きくなっていてもよい。また、裏面側開口１４から入射される光の偏光方向を同図のＹ方向（縦方向）とする場合には、幅狭部１６と幅広部１７がＸ方向（横方向）に連続して繋がるようにすればよい。
【００７６】
・　上記各実施形態では、幅狭部１６が光導波路１３の光伝搬方向に交差する断面の形状中心に位置するように形成されていたが、例えば図１８（ａ）（ｂ）に示すように、光導波路１３の断面中心から偏心した位置に幅狭部１６が設けられるようにしてもよい。また、光導波路１３は、幅狭部１６の内面幅寸法が伝搬光の波長の１／２よりも小さく設定されるものならば、同図からも窺えるように、幅狭部１６の内面幅寸法と幅広部１７の内面幅寸法との寸法比が、本実施形態における両者の寸法比に対してはるかに大きなものであってもよい。即ち、幅広部１７の内面幅寸法は幅狭部１６の内面幅寸法よりも大きいという条件を満たすならば無限大の寸法であってもよい。
【００７７】
・　上記各実施形態では、光導波路１３が装置本体たる装置本体１２に対してトンネル状に貫通形成されたものであったが、例えば図１９（ａ）（ｂ）および図２０（ａ）（ｂ）に示すように、装置本体１２の表面上から溝状に切欠形成されたものであってもよい。ちなみに、図１９（ａ）（ｂ）のものは、装置本体１２の上面から幅狭部１６が切欠形成され、当該幅狭部１６の下方に連続するように幅広部１７が繋がり形成されたものである。また、図２０（ａ）（ｂ）のものは、装置本体１２の上面に幅狭部１６のみからなる矩形状の溝が切欠形成されたものであり、原理的には図６（ｂ）に示した比較例１と同様のものである。従って、本発明でいうところの光導波路の端部開口には、装置本体１２に貫通形成された光導波路１３の端部開口（図１等の微小開口１５）である場合と、装置本体１２の一側面に溝状に切欠形成された光導波路１３の端部開口（図１２，図１３の微小開口１５）である場合の双方が含まれるものである。
【００７８】
さらに、図２１（ａ）（ｂ）のもののように装置本体１２の表面上から幅広部１７と幅狭部１６及び幅広部１７の順に切欠形成されるようにしてもよい。即ち、図１９（ａ）（ｂ）や図２０（ａ）（ｂ）のもののように、装置本体１２の表面に幅狭部１６が臨む溝状の光導波路１３の場合には、装置本体１２の表面近くで伝搬光の光強度が最大になる。そのため、例えば集積度を上げるために複数の光導波路を狭い間隔で配置するようにした光集積回路に溝状の光導波路を適用した場合には、それら各光導波路から装置本体の表面上に漏れ出す光が原因で隣接する光導波路間で短絡が起きる虞がある。しかし、図２１（ａ）（ｂ）のように装置本体１２の表面に幅広部１７が臨むようにする一方、光強度が最大になる幅狭部１６を装置本体１２の表面から離れた断面構造にすれば、そのような各光導波路１３間での短絡が起きる虞をなくすことができ、非常に実用的になる。
【００７９】
・　上記各実施形態では、光導波路１３の両端部にそれぞれ開口（裏面側開口１４及び微小開口１５）を設けたが、光導波路１３は、先端側開口の微小開口１５が一つだけ設けられた構成でもよい。即ち、例えば図１７（ａ）（ｂ）の光導波装置１１において裏面側開口１４が閉塞された構成であってもよい。このように構成した場合には、先端の微小開口１５から光導波路１３内に入射された伝搬光が当該光導波路１３内奥の壁面で反射されて定在波を発生させ、再び、先端の微小開口１５から導出されることになり、イルミネーションコレクションモードの場合に好適に利用される。
【００８０】
・　上記各実施形態では、光導波路１３内において表面プラズモンの結合による電界強度向上効果および表面プラズモンの位相速度低下による伝搬光集中効果を発揮し得る幅狭部１６（及びその内面部分１８）が一直線状に設けられていた。しかし、例えば図１７（ａ）（ｂ）及び図１８（ｂ）に一点鎖線で示すように、光導波路１３内において、前記幅狭部１６（及びその内面部分１８）は二股状に分岐した構成であってもよい。なお、その場合、分岐された幅狭部１６の先端に対応させて微小開口１５と同様の先端側開口を形成してもよい。また、その場合の分岐形態は、二股状のみならず一カ所から三方向へ分岐させてもよいし、複数箇所でそれぞれ複数方向へ分岐させてもよい。
【００８１】
このようにすれば、例えば光集積回路における光導波路１３として用いた場合に極めて実用的なものになる。即ち、光集積回路では、ナノメータ単位の極細い光の配線回路を作るため、光導波路を二次元面内で引き回す（曲げたり、分岐したりする）必要がある。そして、そのようにして形成された回路のうち、光導波路を電界と平行な二次元面内で引き回して形成された回路はＥ面回路と呼ばれ、光導波路を磁界と平行な二次元面内で引き回して形成された回路はＨ面回路と呼ばれる。
【００８２】
上記した図１７（ａ）（ｂ）において幅狭部１６（及びその内面部分１８）が分岐した光導波路１３は、その電界が主にＹ方向であり磁界が主にＸ方向であるところ、Ｘ方向の磁界と平行な二次元面内で分岐されているためＨ面回路を形成していることになる。一方、図１８（ａ）（ｂ）において幅狭部１６（及びその内面部分１８）が分岐した光導波路１３は、その電界が主にＸ方向であり磁界が主にＹ方向であるところ、Ｘ方向の電界と平行な二次元面内で分岐されているためＥ面回路を形成していることになる。
【００８３】
従って、Ｈ面回路を形成する図１７（ａ）（ｂ）の光導波装置１１においては、同図におけるＹ方向で対向する幅狭部１６の内面幅寸法が伝搬光の波長の１／２よりも小さな値であれば、幅広部１７のＹ方向における内面幅寸法が例え無限大であっても、分岐された各幅狭部１６に沿う極細の光回路を形成できる。また、Ｅ面回路を形成する図１８（ａ）（ｂ）の光導波装置１１においては、同図におけるＸ方向で対向する幅狭部１６の内面幅寸法が伝搬光の波長の１／２よりも小さな値であれば、幅広部１７のＸ方向における内面幅寸法が例え無限大であっても、分岐された各幅狭部１６に沿う極細の光回路を形成できる。
【００８４】
・　また、図１９（ａ）（ｂ）に示す形態のものにあっては、例えば図２２〜図２４に示すような形態に変更してもよい。即ち、図２２のものは幅狭部１６が一つではなく複数（同図では２つ）形成され、各幅狭部１６の下部が一つの幅広部１７に連続して繋がるように構成されたものである。また、図２３のものは、図２２のものにおいて、光導波路１３内に外部（空気）とは異なる誘電体媒質（ガラス等）を充填したものである。また、図２４のものは光導波路１３の断面形状が不規則な曲線で形成されたものであり、その光導波路１３内には図２３のもののようにガラス等の誘電体媒質が充填されていてもよい。
【００８５】
・　上記各実施形態では、プラズモン活性媒質として比誘電率の実数部の値がマイナス７．３８の銀（Ａｇ）を用いたが、実数部の値がマイナスの銀（Ａｇ）であれば他の銀（Ａｇ）を用いてもよい。また、比誘電率の実数部の値がマイナスとなる誘電体媒質であれば、銀（Ａｇ）に限らず金（Ａｕ）や白金及びそれらの合金、又はその他の金属材料や半導体材料を用いてもよい。
【００８６】
・　上記各実施形態では、光導波路１３を包囲形成する装置本体１２全体をプラズモン活性媒質（銀Ａｇ）により構成していたが、少なくとも光導波路１３内の幅狭部１６において幅方向で対向する内面部分１８がプラズモン活性媒質（銀Ａｇ）により構成されていればよい。また、先端側開口の微小開口１５から裏面側開口１４に至るまでの光導波路１３の内面全体に亘り形成された幅狭部１６の幅方向で互いに対向する両内面部位のみがプラズモン活性媒質（銀Ａｇ）により構成されていてもよい。また、前記プラズモン活性媒質（銀Ａｇ等）は、前記幅狭部１６の内面部分１８等を含む光導波路１３の内表面に対して蒸着などで付設されるものであってもよい。
【００８７】
・　上記各実施形態では、微小開口１５における幅狭部１６の内面幅寸法ａｘが所定の寸法値（例えば、３１ｎｍ等）に設定されていたが、伝搬光の波長の１／２よりも小さな寸法に設定されるものならば、上記各実施形態の寸法値に限定されるものではない。また、微小開口１５における幅方向（Ｘ方向）と交差する方向（Ｙ方向）の形状寸法Ｌも各実施形態の例示寸法値に限定されるものではなく、前記形状寸法計算値よりも大きな値に設定されるならば、前記形状寸法Ｌは伝搬光の波長の１／２より大きくてもよい。
【００８８】
・　上記各実施形態では、光導波路１３の光伝搬方向と直交する断面形状が微小開口１５と同一形状で裏面側開口１４まで連続する構成であったが、例えば裏面側開口１４側から先端の微小開口１５に向かうほど次第に断面形状が小さくなる先細テーパ状にするなど、光導波路１３の全体形状は適宜に変更可能である。
【００８９】
・　上記各実施形態では、光導波路１３内において当該光導波路１３の内表面と界面Ｓを形成する媒質が空気であったが、例えば図２３のものにおいて示唆したようにガラスなどの他の誘電体媒質を光導波路１３内に充填したものであってもよい。
【００９０】
・　上記各実施形態では、光導波路１３の内面全体に亘り幅狭部１６が形成されていたが、光導波路１３の先端側開口である微小開口１５においてのみ幅狭部１６が形成された構成であってもよい。また、光導波路１３の光伝搬方向における中途に断面形状が前記微小開口１５と同様の幅狭部１６と幅広部１７が連続して繋がった形状をなす部分を設け、先端側開口及び裏面側（基端側）開口は、それぞれ伝搬光の波長よりも大きな開口となるようにしてもよい。
【００９１】
・　上記第２，第３実施形態では、凸部１２ｂが円錐状をなすように隆起形成されていたが、略錐状をなすものならば円錐状に限定されず、例えば角錐状をなすように隆起形成されたものであってもよい。また、第４実施形態では、凸部１２ｃが断面矩形状の細柱状をなしていたが、各柱の対向する内面間に幅狭部が形成されるものならば、断面矩形状に限定されず、例えば断面半円状の細柱状のものであってもよい。
【００９２】
（第５実施形態）
次に、本発明を同じく光導波装置の一種である露光用マスク（レチクルも含むものとする。）に具体化した第５実施形態を図２５〜図２８に従って説明する。なお、露光用マスクは、投影露光装置（いわゆるステッパー）において感光剤が塗布された半導体基板表面に回路パターンをリソグラフィー技術によって投影露光する際に用いられるものである。
【００９３】
図２５に示すように、本実施形態に係る光導波装置（露光用マスク）４１は、前記各実施形態の光導波装置１１等と同様の銀（Ａｇ）にて構成された矩形板状をなす金属製板体からなる装置本体４２を備えている。装置本体４２には、その厚さ方向へ光導波路１３が貫通形成されており、表面部４２ａ及び裏面部（図示略）には、その内面幅寸法の大きさが光の波長よりも小さな微小開口１５が前記光導波路１３の端部開口（先端側及び基端側の各開口）として形成されている。
【００９４】
前記微小開口１５は、前記表面部４２ａのほぼ中央に位置する幅狭部１６と当該幅狭部１６よりも内面幅寸法の大きい２つの幅広部１７とが交互に連続した開口形状に形成されている。なお、第１実施形態の場合と同様に、前記微小開口１５の幅狭部１６と幅広部１７は、前記光導波路１３を介して伝搬される光の偏光方向（図２５において左右方向）を幅方向とした場合、その幅方向と直交する方向（長さ方向）へ交互に連続して繋がった形状となるように構成されている。また、本実施形態においても、前記微小開口１５の大きさは、装置本体４２（及びその表面部４２ａ）の大きさとの対比において実際には極小さなものであるが、図２５等においては微小開口１５の特徴的な開口形状を容易に理解ならしめるため、その大きさが実際よりは誇張して図示されている。
【００９５】
また、本実施形態における前記微小開口１５は、一例として、前記幅狭部１６の内面幅寸法が１６ｎｍに、前記各幅広部１７の内面幅寸法が４７ｎｍに設定されている。また同様に、前記幅狭部１６の内面長さ寸法は２８０ｎｍに、前記各幅広部１７の内面長さ寸法は９３ｎｍに、前記装置本体４２の厚さは７８ｎｍにそれぞれ設定されている。従って、本実施形態における前記微小開口１５の形状寸法は４６６ｎｍとされている。
【００９６】
次に、本実施形態に係る光導波装置４１の作用について説明する。
さて、前記露光用マスクの光導波装置４１を用いて回路パターンを投影露光する際には、図２６に示すように、まず光導波装置４１の装置本体４２が半導体基板４３の表面上に載置される。なお、半導体基板４３の表面には事前にノボラックレジン等の感光剤の塗布により感光剤層４４が形成されており、この感光剤層４４上に前記装置本体４２は密着するように載置される。その後、装置本体４２上に透明なガラス基板４５が載置され、その上方から投影光が照射される。即ち、前記各実施形態の場合と同様に、波長が４８８ｎｍで偏光方向が図２６で左右方向となる直線偏光の平面波の光が前記装置本体４２の光導波路１３内に投影光として入射される。すると、当該光導波装置４１の光導波路１３内では次のような現象が発生することになる。
【００９７】
即ち、前記各実施形態の場合と同様に、光導波路１３の内表面において表面プラズモンが発生し、この表面プラズモンは、幅方向で対向する両界面間で電界同士が結合する結果、特に幅狭部１６の両界面間で、電界強度が非常に強くなる。そのため、この電界結合効果に基づき、光導波路１３を介して伝搬される光の強度が強くなり、この光強度が増大された伝搬光が微小開口１５の幅狭部１６の部分から当該幅狭部１６の長さ方向に沿う細線形状のスポット光（近接場光）として滲み出す。そして、この細線形状のスポット光により半導体基板４３表面上の感光剤層４４が感光され、その後、公知のエッチング処理等により不要な感光剤層４４が除去されると、その半導体基板４３上に配線パターンの直線部分が前記細線形状のスポット光に対応したパターン形状の回路パターンが形成される。
【００９８】
なお、本実施形態の場合は、前記光導波路１３の光伝搬方向と直交する断面の形状（及び微小開口１５の開口形状）の相違により、その微小開口１５から滲み出す前記細線形状のスポット光（近接場光）の光の広がり（光強度分布）が異なったものとなる。この点について図２７と図２８を用いて説明する。まず、図２７（ａ）は、装置本体４２に光伝搬方向と直交する断面の形状が幅狭部１６のみで縦長方形状をなす光導波路１３（及び微小開口１５）を形成した光導波装置４１の正面図である。図２７（ｂ）と図２７（ｄ）は、共に本実施形態の場合と同様に、装置本体４２に幅狭部１６と幅広部１７が連続形成された光導波路１３（及び微小開口１５）を形成した光導波装置４１の各正面図である。また、図２７（ｃ）は、前述したとおりの各寸法値からなる光導波路１３及び微小開口１５を有する本実施形態の光導波装置４１の正面図である。
【００９９】
因みに、図２７（ａ）の光導波装置４１における光導波路１３の微小開口１５は、幅狭部１６の内面幅寸法でもある微小開口１５の内面幅寸法が前述した本実施形態における幅狭部１６の内面幅寸法と同じ値（１６ｎｍ）に設定されている。また、その微小開口１５の形状寸法でもある微小開口１５（及び幅狭部１６）の内面長さ寸法は前述した本実施形態における幅狭部１６の内面長さ寸法と同じ値（２８０ｎｍ）に設定されている。また、図２７（ｂ）の光導波装置４１における光導波路１３の微小開口１５は、その幅広部の内面長さ寸法を前述した本実施形態の場合（９３ｎｍ）よりも小さな値（一例として、６２ｎｍ）に設定した点でのみ、本実施形態とは相違している。さらに、図２７（ｂ）の光導波装置４１における光導波路１３の微小開口１５は、その幅広部の内面長さ寸法を前述した本実施形態の場合（９３ｎｍ）よりも大きな値（一例として、１０９ｎｍ）に設定した点でのみ、本実施形態とは相違している。そして、各図において各微小開口１５の左側には、第２実施形態における図１１（ａ）（ｂ）で参考的に表示したのと同様に、各スポット光の集光領域２０ａの広がり形状と各周辺光による薄明領域２０ｂの広がり形状が半線及び二点鎖線でそれぞれ表示されている。
【０１００】
また、図２８（ａ）は、図２７（ａ）〜（ｄ）の各光導波装置４１の光導波路１３内を同一条件のもと光が通過したとした場合において、各微小開口１５の中心を縦方向（図２７（ａ）〜（ｄ）では上下方向）に通る仮想平面上での光強度分布を示したものである。また同様に、図２８（ｂ）は、図２７（ａ）〜（ｄ）の各微小開口１５の中心を横方向（図２７（ａ）〜（ｄ）では左右方向）に通る仮想平面上での光強度分布を示したものである。なお、図２８（ａ）（ｂ）において、曲線ａは図２７（ａ）の微小開口１５を通過した光の強度分布曲線を、曲線ｂは図２７（ｂ）の微小開口１５を通過した光の強度分布曲線を、それぞれ示している。また同様に、曲線ｃは図２７（ｃ）の微小開口１５を通過した光の強度分布曲線を、曲線ｄは図２７（ｄ）の微小開口１５を通過した光の強度分布曲線を、それぞれ示している。
【０１０１】
さて、図２７及び図２８を見てみると、図２７（ａ）の光導波装置４１では、その微小開口１５の中心付近では非常に高い光強度が得られるものの、微小開口１５の長さ方向の両端部までは集光領域２０ａが広がらずに薄明領域２０ｂがあるだけで光強度も微弱なものとなっている。また、図２７（ｂ）の光導波装置４１では、その微小開口１５における長さ方向の両端部付近まで集光領域２０ａの広がりはあるものの、微小開口１５の長さ方向全体に亘っては光強度のバラツキが大きいものとなっている。また、図２７（ｄ）の光導波装置４１では、その微小開口１５における長さ方向の両端部付近の光強度が最大で中心付近は寧ろ光強度が低下したものとなっている。つまり、これらの光導波装置４１では露光用マスクとして用いるには不適当である。
【０１０２】
これらに対し、図２７（ｃ）の本実施形態の光導波装置４１の場合は、微小開口１５における幅狭部１６の長さ方向全体に亘り光強度の強い集光領域２０ａが広がっており、また、当該幅狭部１６の長さ方向全体に亘って光強度のバラツキも殆どないようになっている。即ち、幅狭部１６の寸法値に対応して、線幅が１６ｎｍで線長が２８０ｎｍの細線形状を持った一様な光強度分布のスポット光が得られている。しかも、その光強度についても図２８（ａ）（ｂ）から理解されるように入射光の光強度を「１」とした場合に約２．３倍程度の光強度の出射光を得られている。
【０１０３】
従って、本実施形態の露光用マスクに適用される光導波装置４１によれば、光プローブに具体化した前記第１実施形態の光導波装置１１における前記（１）〜（５）の効果を同様に得られる他、次のような効果が得られる。
【０１０４】
即ち、半導体基板４３上に微細な回路パターンを形成する技術として近時ではエキシマレーザ光などを使用した電子銃により微細な回路パターンを描画する技術も提案されているが、その際に微細な細線形状のパターンを確実に描画するのには未だ技術的な問題も多く、また、装置コストも高いものとなる。これに対し、本実施形態の光導波装置４１を露光用マスクとして利用した場合には、既存の投影露光装置（ステッパー）を使用することができ、低コストで、且つ確実に細線形状の回路パターンをリソグラフィー技術にて形成することができる。
【０１０５】
なお、この第５実施形態の光導波装置４１は、次のように変更してもよい。
即ち、前記光導波路１３の光伝搬方向と直交する断面の形状及びその微小開口１５の開口形状が正面から見て略Ｌ字状をなすように、各々直線状をなす幅狭部１６同士が互いに一方の端部同士を直角に接続されるようにしてもよい。このような構成とすれば、パターン形状において直角となる部分を有する回路パターンについても簡単に形成することができる。なお、その場合は両幅狭部１６の互いに直角に交わって接続される部分の近傍に幅広部１７を設けるとよい。この点について、以下説明する。
【０１０６】
まず、図２９（ａ）の光導波装置４１の場合は、光導波路１３の微小開口１５が略Ｌ字状をなしているが、両幅狭部１６が単に直角に交わって接続されているだけであり、その微小開口１５には幅広部１７がない。そのため、図２９（ｂ）に参考的に示したように、当該微小開口１５から滲み出す細線形状のスポット光の光分布は、集光領域２０ａは勿論のこと薄明領域２０ｂについても何ら繋がりのないものとなっている。従って、これではパターン形状が直角となる部分を有する回路パターンを形成できない。
【０１０７】
これに対し、図３０（ａ）の光導波装置４１の場合は、光導波路１３の微小開口１５が略Ｌ字状をなすように両幅狭部１６が直角に交わって接続されていると共に、各幅狭部１６の両端部には幅広部１７が各々設けられている。特に、両幅狭部１６の互いに直角に交わって接続される部分には両幅狭部１６に共通の幅広部１７が一つ設けられている。そのため、微小開口１５がこのような開口形状をなす光導波装置４１の光導波路１３内へ、図３０（ａ）において偏光方向が左右方向の水平偏波の光と同じく偏光方向が上下方向の垂直偏波の光とを入射すると、図３０（ｂ）に参考表示した集光領域２０ａ及び薄明領域２０ｂの光分布が得られる。即ち、両幅狭部１６の各内面幅寸法値及び各内面長さ寸法値に各々対応した線幅及び線長で略Ｌ字状をなす一様な光強度分布のスポット光が得られる。
【０１０８】
（第６実施形態）
次に、本発明を同じく光導波装置の一種である偏光子に具体化した第６実施形態を図３１及び図３２に従って説明する。なお、偏光子とは、自然光等のようにあらゆる方向の偏光が混在した光から、偏光方向が一定方向の偏光を得るため、又は、偏光の有無を調べるための素子であり、例えば光をスペクトルに分解する分光器などにおいて用いられるものである。
【０１０９】
図３１に示すように、本実施形態に係る光導波装置（偏光子）５１は、前記各実施形態の光導波装置１１等と同様の銀（Ａｇ）にて構成された矩形板状をなす金属製板体からなる装置本体５２を備えている。装置本体５２には、その厚さ方向へ複数（本実施形態では３つ）の光導波路１３が貫通形成されており、表面部５２ａ及び裏面部（図示略）には、その内面幅寸法の大きさが光の波長よりも小さな微小開口１５が前記各光導波路１３の端部開口（先端側及び基端側の各開口）として形成されている。
【０１１０】
前記各微小開口１５は、前記第３実施形態の光導波装置１１Ｂにおける微小開口１５と同様に、いわゆる幅広部というものがなく短手方向の内面幅寸法が微小開口１５の内面全体に亘って同一幅の縦長方形状をなしている。そして、幅狭部１６を構成する各微小開口１５は、それぞれの長さ方向が互いに平行な配置となるように設けられている。なお、各微小開口１５は、それらの光導波路１３を介して伝搬される光の偏光方向（図３１においてＸ方向）を幅方向とした場合、その幅方向と直交する方向（図３１においてＹ方向）へ長さ方向が直線状に延びるように構成されている。また、本実施形態においても、前記各微小開口１５の大きさは、装置本体５２（及びその表面部５２ａ）の大きさとの対比において実際には極小さなものであるが、図３１においては各微小開口１５の大きさが実際よりは誇張して図示されている。
【０１１１】
なお、本実施形態における前記各微小開口１５は、それぞれ幅狭部１６の内面幅寸法でもある当該各微小開口１５の内面幅寸法が一例として１６ｎｍに設定されている。また、各微小開口１５の形状寸法でもある当該各微小開口１５（及び各幅狭部１６）の内面長さ寸法は一例として５５９ｎｍに設定されている。また、装置本体５２の板厚は一例として７８ｎｍに設定されており、前記各微小開口１５の幅方向の間隔は６２ｎｍに設定されている。なお、図３１に示すように、装置本体５２の表面部５２ａとは反対側の裏面には透明なガラス基板５３が接合固定されている。
【０１１２】
次に、本実施形態に係る光導波装置（偏光子）５１の作用について説明する。さて、図３１に矢印で示すように、前記光導波装置５１の裏面側（ガラス基板５３のある側）から、例えば波長が４８８ｎｍの光を各光導波路１３内へ入射したとする。すると、その入射光のうち図３１でＸ方向へ偏光した光は各光導波路１３を通過して微小開口１５からＺ方向へ透過光として出射される。しかし、図３１でＹ方向へ偏光した光については殆ど透過光として出射されない。従って、各微小開口１５の長さ方向（図３１でＹ方向）と直交する方向（図３１でＸ方向）が偏光方向となる光のみを透過光として得ることができる。
【０１１３】
ここで、前記光導波装置（偏光子）５１における光導波路１３（及び微小開口１５）の開口断面の面積は、装置本体５２の表面部５２ａの面積全体と対比した場合の面積割合が極めて小さな設定になっている。しかし、本実施形態の光導波装置５１は、前記各実施形態の光導波装置１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，４１の場合と同様に、装置本体５２が伝搬光の波長を４８８ｎｍとするとき比誘電率の実数部の値がマイナス７．３８となる負誘電体媒質（プラズモン活性媒質）の銀（Ａｇ）で構成されている。
【０１１４】
そのため、前記光導波路１３内に入射された光のうちＸ方向へ偏光した光（入射偏光面と（図３１における）Ｘ軸とのなす角度が０度の光）は表面プラズモンの電界結合の効果により電界強度が強くなり、光強度が増大された透過光として殆ど出射される。その理由は、前記各実施形態の場合と同様に、各光導波路１３の内表面において発生した表面プラズモンが光導波路１３内において幅方向で対向する両界面間で電界結合することに基づいている。なお、前記光導波路１３内へ入射された光のうち、その入射偏光面と前記Ｘ軸とのなす角度が０度以外の光であっても、当該角度が小さい光（偏光）の場合には光導波路１３の微小開口１５から透過光として少しは出射される。そこで、この点につき図３２に基づき説明する。
【０１１５】
即ち、図３２において、横軸は、光導波路１３へ入射された光（偏光）の入射偏光面と図３１におけるＸ軸とのなす角度の大きさを表している。従って、その角度が９０度ということは偏光方向が図３１においてＹ方向の光であり、角度が０度ということは偏光方向が図３１においてＸ方向の光であることを示すものとなる。また、図３２において、縦軸は、光導波路１３（及び微小開口１５）の開口断面の面積に着目して、その単位面積当たりの入射光エネルギーを「１」としたときの透過光エネルギーの大きさを表している。なお、図３２において黒丸印は装置本体５２に内面幅寸法が１６ｎｍで内面長さ寸法が５５９ｎｍの光導波路１３が一つだけ形成されている場合のシミュレーション結果例であり、同じく黒四角印はそのような光導波路１３が６２ｎｍの間隔をおいて平行に二つ配置された場合のシミュレーション結果例である。
【０１１６】
さて、この図３２からも理解されるように、前記透過光エネルギーは、入射偏光面とＸ軸とのなす角度が０度に近付くほど大きくなる傾向を示す。特に、黒丸印で示される光導波路１３が一つだけの場合に比して、そのような光導波路１３を二つ（複数）平行配置した場合の黒四角印で示される例では、そのような傾向が顕著になっている。なお、上記のシミュレーション結果例では、エネルギーの基準として波数（＝２π／波長）で規格化された単位面積に入るエネルギーを使っており、ここでは約７８ｎｍ×７８ｎｍの正方形の単位面積に入るエネルギーを「１」としている。これは当該正方形の一辺の長さが波数で規格化されたとき、７８×（２π／４８８）＝１となることに基づいている。そして、この場合において、図３２の黒丸印で示されたシミュレーション結果例の光導波装置５１における入射光エネルギーは「１．４４」であった。また、この場合において光導波路１３の微小開口１５から出射された透過光エネルギーを調べてみると、その値は「１．８９」であった。
【０１１７】
一見、この結果はエネルギー保存の法則に反しているようにも考えられる。しかし、これは前述したように開口断面が細線形状をなす光導波路１３の内表面で発生した表面プラズモンの電界結合効果により、前記光導波路１３の開口断面よりも大きな面積の開口断面を有する光導波路内を通過する入射光エネルギーが集められているためと考えられる。また、かかる開口断面の光導波路１３を有する光導波装置（偏光子）５１の偏光特性を表すものとして公知の消光比Ψを計算すると、その消光比Ψ＝Ｐ１／Ｐ２≒１０×Ｌｏｇ（９００）＝３０（ｄＢ）という結果が得られた。
【０１１８】
なお、上記消光比Ψの計算式において、Ｐ１は入射偏光面と前記Ｘ軸とのなす角度が０度のときの光透過エネルギーの値であり、Ｐ２は入射偏光面と前記Ｘ軸とのなす角度が９０度のときの光透過エネルギーの値である。同様に、図３２の黒四角印で示されたシミュレーション結果例の光導波装置５１の場合には、前記入射光エネルギーが「２．８８」、前記透過光エネルギーが「８．００」であり、その消光比Ψ≒１０×Ｌｏｇ（１６２５）＝３２（ｄＢ）という結果が得られた。
【０１１９】
従って、本実施形態の偏光子に適用される光導波装置５１によれば、光プローブに具体化した前記第１実施形態の光導波装置１１における前記（１）〜（５）の効果を同様に得られる他、次のような効果が得られる。
【０１２０】
即ち、各種の分光装置等に用いられる偏光子（偏光板など）に関し、その構成を簡単で低コストなものにできると共に、所望する偏光を光強度が増大された光（偏光）として確実容易に得ることができる。
【０１２１】
なお、この第６実施形態の光導波装置５１は、次のように変更してもよい。
即ち、前記光導波路１３の個数は任意であり一つ以上であれば複数でもよい。また、複数の光導波路１３が直線上をなす各微小開口１５（幅狭部１６）を平行に配置するものであれば、各微小開口１５の長さ方向は必ずしも図３１のＸ方向に沿っていなくてよい。つまり、図３２から理解されるように、所望する透過光エネルギーの大きさが得られるならば、その微小開口１５の長さ方向は図３１のＸ方向と所定角度で交差するものであってもよい。
【０１２２】
次に、前記各実施形態から把握される技術的思想について以下追記する。
（イ）前記光導波路は、その幅狭部の内面幅寸法が伝搬光の波長の２／５よりも小さな値に設定されている請求項１〜請求項９のうち何れか一項に記載の光導波装置。
【０１２３】
（ロ）前記光導波路は、その幅狭部の内面幅寸法が伝搬光の波長の３／１０よりも小さな値に設定されている請求項１〜請求項９及び上記技術的思想（イ）のうち何れか一項に記載の光導波装置。
【０１２４】
（ハ）前記光導波路は、その幅狭部の内面幅寸法が伝搬光の波長の１／５よりも小さな値に設定されている請求項１〜請求項９及び上記技術的思想（イ）（ロ）のうち何れか一項に記載の光導波装置。
【０１２５】
（ニ）前記光導波路は、その幅狭部の内面幅寸法が伝搬光の波長の１／１０よりも小さな値に設定されている請求項１〜請求項９及び上記技術的思想（イ）〜（ハ）のうち何れか一項に記載の光導波装置。
【０１２６】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明によれば、光導波路を介して伝搬される光の光強度を、その光の広がりの増大を招くことなく、低コストで増強することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光プローブに具体化した第１実施形態の光導波装置に光ファイバを接続した状態の斜視図。
【図２】同じく、その光導波装置の正面図。
【図３】（ａ）は図２のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ線断面図。
【図４】表面プラズモンの電界結合を説明した要部概略断面図。
【図５】幅狭部の幅寸法と表面プラズモンの位相速度との対応関係図。
【図６】（ａ）は第１実施形態の正面図、（ｂ）は比較例１の正面図、（ｃ）は比較例２の正面図。
【図７】図６（ａ）〜（ｃ）の各微小開口を通過した光のＸ軸方向仮想平面上での光強度分布図。
【図８】図６（ａ）〜（ｃ）の各微小開口を通過した光のＹ軸方向仮想平面上での光強度分布図。
【図９】光プローブに具体化した第２実施形態の光導波装置に光ファイバを接続した状態の斜視図。
【図１０】同じく、その光導波装置の正面図。
【図１１】（ａ）は比較例の正面図、（ｂ）は第２実施形態の正面図。
【図１２】光プローブに具体化した第３実施形態の光導波装置に光ファイバを接続した状態の斜視図。
【図１３】（ａ）は比較例の正面図、（ｂ）は第３実施形態の正面図。
【図１４】光プローブに具体化した第４実施形態の光導波装置に光ファイバを接続した状態の斜視図。
【図１５】（ａ）（ｂ）は、微小開口の開口形状が異なる各別例の正面図。
【図１６】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、微小開口の開口形状が異なる各別例の正面図。
【図１７】本発明の別の実施形態を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線断面図。
【図１８】本発明の別の実施形態を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線断面図。
【図１９】本発明の別の実施形態を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）はその平面図。
【図２０】本発明の別の実施形態を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）はその平面図。
【図２１】本発明の別の実施形態を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）はその平面図。
【図２２】光導波路の光伝搬方向に交差する断面形状が異なる別例の断面図。
【図２３】光導波路の光伝搬方向に交差する断面形状が異なる別例の断面図。
【図２４】光導波路の光伝搬方向に交差する断面形状が異なる別例の断面図。
【図２５】露光用マスクに具体化した第５実施形態の光導波装置の斜視図。
【図２６】同じく、その光導波装置の使用状態を説明する斜視図。
【図２７】（ａ）（ｂ）（ｄ）は比較例の正面図、（ｃ）は第５実施形態の正面図。
【図２８】図２７（ａ）〜（ｄ）の各微小開口を通過した光の縦方向（内面長さ方向）仮想平面上での光強度分布図。
【図２９】第５実施形態の別例を示すもので、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその場合の光強度分布を表す説明図。
【図３０】第５実施形態の好適な別例を示すもので、（ａ）はその正面図、（ｂ）はその場合の光強度分布を表す説明図。
【図３１】偏光子に具体化した第６実施形態の光導波装置の斜視図。
【図３２】同じく、その光導波装置における入射偏光面と透過光エネルギーとの対応関係図。
【符号の説明】
１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，４１，５１…光導波装置、１２，４２，５２…装置本体、１２ｂ，１２ｃ…凸部、１３…光導波路、１５…微小開口（端部開口）、１６…幅狭部、１７…幅広部、１８…対向する内面部分、ａｘ…幅狭部の内面幅寸法、ｂｘ…幅広部の内面幅寸法、Ｌ…光導波路の形状寸法。

Claims (9)

1. 所定の光を伝搬可能な光導波路を有する光導波装置において、前記光導波路は、その光伝搬方向に沿う少なくとも一部での前記光伝搬方向に交差する断面の形状が、当該光導波路を介して伝搬される光の偏光方向を幅方向とした場合に、当該幅方向における内面幅寸法が前記伝搬される光の波長の１／２よりも小さな値の幅狭部を有する形状とされ、且つ、その内面全体のうち少なくとも前記幅狭部の幅方向で対向する内面部分がプラズモン活性媒質により構成されたことを特徴とする光導波装置。
2. 所定の光を伝搬可能な光導波路を有する光導波装置において、前記光導波路は、その光伝搬方向に沿う少なくとも一部での前記光伝搬方向に交差する断面の形状が、当該光導波路を介して伝搬される光の偏光方向を幅方向とした場合に、当該幅方向における内面幅寸法が前記伝搬される光の波長の１／２よりも小さな値の幅狭部と当該幅狭部よりも前記内面幅寸法が大きな値の幅広部とが前記幅方向と交差する方向に連続して繋がった形状とされ、且つ、その内面全体のうち少なくとも前記幅狭部の幅方向で対向する内面部分がプラズモン活性媒質により構成されたことを特徴とする光導波装置。
3. 前記光導波路は、前記幅狭部を有する部分での前記断面の形状において、前記幅方向と直交する方向での当該光導波路の形状寸法が、前記幅狭部で発生する表面プラズモンの位相速度を前記伝搬される光の真空中の速度で除した値に、当該伝搬される光の波長の１／２を乗じて得られる値よりも大きな値に設定されている請求項１又は請求項２に記載の光導波装置。
4. 前記プラズモン活性媒質は、比誘電率の実数部が負の値の誘電体媒質である請求項１〜請求項３のうち何れか一項に記載の光導波装置。
5. 前記光導波路は、前記幅狭部を複数有しており、当該幅狭部を有する部分での前記断面の形状は、各幅狭部と幅広部が前記幅方向と交差する方向へ交互に連続して繋がった形状とされている請求項２〜請求項４のうち何れか一項に記載の光導波装置。
6. 前記光導波路は、前記伝搬される光を導出可能に形成された端部開口の開口形状が前記幅狭部を有する形状とされている請求項１〜請求項５のうち何れか一項に記載の光導波装置。
7. 前記光導波路は、当該光導波路の全体に亘り、光伝搬方向に交差する断面の形状が、前記端部開口の開口形状と同一となるように形成されている請求項６に記載の光導波装置。
8. 前記光導波路は、当該光導波路を有する装置本体から略錐状又は細柱状をなすように設けられた凸部の先端に、前記端部開口における幅狭部の少なくとも一部が位置するように設けられている請求項６又は請求項７に記載の光導波装置。
9. 前記光導波路は、当該光導波路を有する装置本体に複数設けられており、各光導波路は、端部開口における幅狭部がそれぞれ直線状をなし、且つ各幅狭部が互いに平行な配置となるように設けられている請求項７に記載の光導波装置。

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