JP2006040347A - 近接場光出射素子および光ヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 製造が容易で、高い光利用効率で高強度の近接場光を出射することができる近接場光出射素子および光ヘッドを提供するを提供する。
【解決手段】 半導体レーザ３から出射したレーザ光４ａは、コリメータレンズ５によって平行光４ｂに整形され、透明媒体６の第１面６ａに入射し、第３面６ｃの表面に形成された反射膜６ｄで反射し、浮上スライダ２の下面２ａに設けられた金属フィルム１０の開口１０ｄに集光する。この開口１０ｄに集光したレーザ光によって金属フィルム１０の第１および第２の表面１０ａ，１０ｂに表面プラズモンが励起され、その表面プラズモンが端面１０ｃで反射して開口１０ｄに収束し、開口１０ｄ付近においてレーザ光とプラズモンとの相互作用により開口１０ｄから出射される近接場光４ｅが大幅に増強する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、金属体に設けられ、使用するレーザ光の波長以下のサイズの開口を通じて出射する近接場光の増強を図った近接場光出射素子および光ヘッドに関する。

従来の光ディスク装置や光リソグラフィ装置においては、それぞれ記録密度やパターン幅は使用する光スポットの径で限定されるが、これらの装置では、遠視野集光を用いているため、光スポットの径のサイズは、用いるレーザ光の回折効果で抑えられ、得られる最小スポット径はレーザ光の波長程度であり、それ以下のスポット径を得ることはできない。

近年、この限界を超える微小光スポットを得る手段として、金属フィルムに形成された微小開口から染み出す近接場光が注目されている。この近接場光の場合、そのサイズは開口のサイズによって決まるため、開口のサイズを微細化することにより、それに応じて微小な近接場光を形成することができる。

しかし、単純な開口の場合、染み出す近接場光の強度は、開口と波長の比の４乗に比例して減少することが知られている（例えば、非特許文献１参照。）。

この限界を打ち破り、近接場光の増強を図る手段として、金属フィルムにレーザ光を照射することによって励起された表面プラズモンを利用する方法が考えられている。すなわち、照射レーザ光と表面プラズモンとを共鳴的に相互作用させることにより、開口周辺部の光の電界強度が増強され、それによって開口から染み出す近接場光の強度も増強される。この照射レーザ光と表面プラズモンを効率良く相互作用させる手段として、開口周囲の金属フィルムに同心円状に周期的な凹凸を設ける構造が提案されている（特許文献１参照。）。

図１１は、その特許文献1に記載された近接場光出射素子を示す。この近接場光出射素子は、図１１（ａ）に示すように、透明媒体６に矩形状の金属フィルム１０を形成したものである。金属フィルム１０は、透明媒体６に接する平坦な第1の表面１０ａと、この第１の表面１０ａに対向する第２の表面１０ｂと、第１および第２の表面１０ａ，１０ｂを貫通するように形成された開口１０ｄと、開口１０ｄ周囲の第２の表面１０ｂに周期的に形成された複数のリング状の凹部１０ｅとを備えている。

ここで、凹部１０ｅについて詳細に説明する。凹部１０ｅの周期Ｐは、金属フィルム１０が被着された透明媒体６の屈折率ｎと周期Ｐとの積が、金属フィルム１０を通じて伝播するレーザ光の最大波長λより若干小さくなるように形成している。また、凹部１０ｅの幅は、周期Ｐよりも小さく形成している。実際の凹凸パターンの幅は０．１〜０.６μｍ、周期は０.４〜２μｍとしており、最適な場合、開口１０ｄから出射される近接場光４ｅの強度は、周期パターンのない場合の数倍から百倍に増強されたとのことである。また、周期が多いほど増強率が高いこと、凹凸の断面形状は矩形に近い方が増強率が高くなることなどを報告している（非特許文献２参照）。
Ｈ．Ａ．Ｂｅｔｈｅ，：Ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｂｙ Ｓｍａｌｌ Ｈｏｌｅｓ、Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ、 第２シリーズ，巻６６、頁１６３−１８２（１９４４） 特開２００４−７０２８８号公報 ２００４、春期応用物理学会関係連合講演会予稿集３、２９ｐ−Ｄ−１０、ｐ−１１３９

しかしながら、従来の近接場光出射素子によると、周期パターンを形成するためには、予め透明媒体に凹凸パターンを形成しておかねばならず、プロセスが複雑になる。特に、近接場光の形成に有効であるソリッドイマージョンレンズやソリッドイマージョンミラーの集光面に凹凸パターンを形成する場合、レンズやミラーが曲面を有していることから、フォトリソグラフィ用の据付が難しくなり、簡易なプロセスが求められる。

また、凹凸によるプラズモンの反射率が低いので、十分な反射を得るには、複数の凹凸が必要であり、従って、複数の凹凸周期にまたがってレーザ光を照射せねばならないため、光スポットの直径は、せいぜい１μｍ程度までしか絞ることができない。この場合、大半の光は金属フィルム１０で反射・吸収されるため、光利用効率、すなわち、照射レーザ光の強度に対する出射近接場光の強度は低く、開口１０ｄの直径が０．１μｍの場合でも、せいぜい２％程度である。

一方、特に光ディスク装置の場合、光利用効率が重要となる。例えば、ＤＶＤなどに用いられている相変化媒体の場合、記録パワー密度は１ＭＷ／ｃｍ²程度必要であり、０．１μｍ径の開口の場合、約０．１ｍＷ必要となる。従って、光利用効率が２％の場合、照射レーザ光のパワーは約５０ｍＷ必要となる。

光ディスクにおいては、将来１Ｔｂ／(ｉｎｃｈ)²の記録密度が必要になるとされているが、その場合、近接場光の径を３０ｎｍ程度まで小さくしなければならず、さらに効率が下がるため、より大きな光強度の照射光が必要となる。このレーザ光が、記録に使用されず、金属フィルムでの吸収や光ヘッド内での散逸として消費されるため、金属フィルムや光ヘッドを加熱し、熱ひずみや剥がれなどの色々な障害を生じる。また、フォトリソグラフィに本方式を利用する場合も同様の問題が生じる。

従って、本発明の目的は、製造が容易で、高い光利用効率で高強度の近接場光を出射することができる近接場光出射素子および光ヘッドを提供することにある。

第１の本発明は、上記目的を達成するため、レーザ光が入射する入射面、および前記入射面に入射した前記レーザ光が集光する集光面を有する透明媒体と、前記透明媒体の前記集光面上に設けられ、前記集光面に接する第１の表面、および前記第１の表面に対向する第２の表面、および前記レーザ光が集光する位置に前記第１および第２の表面を貫通するように形成され、前記レーザ光に基づく近接場光を出射する開口を有する金属体とを備え、前記金属体は、前記第１および第２の表面間を接続するように前記開口の中心から所定の距離に設けられ、前記開口に集光する前記レーザ光によって前記第１および第２の表面に励起された表面プラズモンを前記開口に向けて反射するプラズモン反射面を有することを特徴とする近接場光出射素子を提供する。

第２の本発明は、上記目的を達成するため、レーザ光が入射する入射面、および前記入射面に入射した前記レーザ光が集光する集光面を有する透明媒体と、前記透明媒体の前記集光面上に設けられ、前記集光面に接する第１の表面、および前記第１の表面に対向する第２の表面、および前記レーザ光が集光する位置に前記第１および第２の表面を貫通するように形成され、前記レーザ光に基づく近接場光を出射する開口を有する金属体とを備え、前記金属体は、前記第１および第２の表面間を接続するように前記開口の中心から所定の距離に設けられ、前記開口に集光する前記レーザ光によって前記第１および第２の表面に励起された表面プラズモンを前記開口に向けて反射するプラズモン反射面を有することを特徴とする光ヘッドを提供する。

上記第１および第２の発明によれば、金属体の開口に集光するレーザ光によって金属体の第１および第２の表面に表面プラズモンが励起され、その表面プラズモンが周辺に伝播し、プラズモン反射面で全反射して開口に収束し、開口に集光するレーザ光との相互作用によって開口から出射される近接場光が増強される。

上記金属体は、金属フィルム、金属板から形成してもよい。また、プラズモン反射面は、金属フィルムの外形を構成する端面でもよい。この場合、金属体の開口の中心から端面までの距離は、金属体に励起される表面プラズモンの共鳴波長程度であることが好ましい。金属フィルムの外形形状は、円形、矩形、楕円形でもよい。また、開口は、円形でも矩形状でもよく、スリット状に形成されていてもよい。

また、プラズモン反射面は、開口を中心に形成された円形、矩形等のスリットの内側の壁面でもよい。この場合、開口の中心からスリットの内側の壁面までの距離は、金属体に励起される表面プラズモンの共鳴波長程度であることが好ましい。

また、プラズモン反射面は、開口を中心に形成された複数の円形、矩形等のスリットの内側の壁面でもよい。この場合、開口の中心から最内部のスリットの内側の壁面までの距離は、金属体に励起される表面プラズモンの共鳴波長程度であることが好ましい。複数のスリットのピッチは、励起された表面プラズモンの波長程度とするのが好ましい。

以上説明したように、本発明の近接場光出射素子および光ヘッドによれば、金属体の表面に励起された表面プラズモンをプラズモン反射面で開口に向けて反射することにより、開口に集光するレーザ光と表面プラズモンとの相互作用によって開口から出射される近接場光を大幅に増強することができる。また、開口にレーザ光が集光して形成される光スポットの径は、開口を含む程度の大きさで足りるため、光利用効率を高めることができる。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光ヘッドの主要部を示し、（ａ）は、その正面断面図、（ｂ）は、その要部断面図、（ｃ）は、その要部底面図である。

この光ヘッド１は、記録層１０１が形成された光ディスク１００上を浮上走行する浮上スライダ２を有し、この浮上スライダ２上に、レーザ光４ａを出射する半導体レーザ３と、半導体レーザ３から出射されたレーザ光４ａを平行光４ｂに整形するコリメータレンズ５と、コリメータレンズ５からの平行光４ｂを浮上スライダ２の集光面としての下面２ａに集光して光スポット４ｄを形成する透明媒体６とを搭載し、浮上スライダ２の下面２ａに、近接場光４ｅを出射する矩形状の開口１０ｄを有する金属フィルム１０を着膜し、半導体レーザ３、コリメータレンズ５および透明媒体６をヘッドケース８に収納し、このヘッドケース８をサスペンション９によって支持するように構成されている。半導体レーザ３およびコリメータレンズ５は、溶融石英板からなる保持部７Ａ，７Ｂによって浮上スライダ２に保持されている。

透明媒体６は、平行光４ｂが入射する入射面としての第１面６ａと、回転放物面の一部を用いて形成され、第１面６ａに入射したレーザ光を表面の反射膜６ｄによって反射する反射面としての第３面６ｃと、浮上スライダ２に当接する第２面６ｂとを有する。また、透明媒体６の材料としては、屈折率が１より大きく、透光性を有する材料、例えば、ガラスＢＫ７（屈折率１．５），重フリントガラス（屈折率１．９１），硫化カドミウムＣｄＳ（屈折率２．５），閃亜鉛鉱ＺｎＳ（屈折率２．３７）等を用いることができる。なお、第３面６ｃは、回転楕円面の一部を用いて形成してもよい。また、反射面をホログラムや回折格子によって形成してもよい。

浮上スライダ２は、透明媒体６と屈折率が等しく、透光性を有する材料から形成され、下面２ａに形成される光スポット４ｄ周辺部以外の部分に負圧が生じるように凹部２ｂを形成している。この凹部２ｂによる負圧とサスペンション９のばね力との作用によって金属フィルム１０と光ディスク１００との間隔が、浮上量として一定に保たれる。勿論、透明媒体６と浮上スライダ２とは、一体化して形成してもよい。

半導体レーザ３は、例えば、波長６５０ｎｍのＩｎＧａＰ系の端面発光型半導体レーザ
を用いることができる。半導体レーザ３から出射するレーザ光の偏光方向４０は、矩形状の開口１０ｄの長手方向に垂直な方向にしている。これにより、金属フィルム１０の表面において表面プラズモンがレーザ光と共鳴的にカップルして励起され、かつ、その表面プラズモンが金属フィルム１０の端面１０ｃに伝播するとともに、その端面１０ｃにおいて反射されて開口１０ｄに向けて収束する。この収束するプラズモンにより、開口１０ｄから出射される近接場光４ｅが大幅に増強される。

なお、レーザ光の偏光は、円偏光としてもよい。これにより、開口１０ｄの長手方向だけではなく、それに垂直な方向の偏光成分もプラズモンの共鳴励起に関与する。相変化光ディスク装置などの光学系では、入射光と反射光を分離するために、途中にλ／４板を挿入する必要があり、光ディスク面には円偏光を照射することになるが、この場合、この光学系がそのまま使えるのでこの点からも好都合である。

（金属フィルムの構成）
金属フィルム１０は、例えば、金（Ａｕ），銀（Ａｇ），アルミ二ウム（Ａｌ）等の低抵抗の金属材料等から形成され、図１（ｂ）に示すように、浮上スライダ２の下面２ａに被着された第１の表面１０ａと、これに対向する位置に形成された第２の表面１０ｂと、第１および第２の表面１０ａ，１０ｂを貫通する矩形状（例えば０.０５×０．１μｍ）の開口１０ｄと、開口１０ｄから所定の距離にプラズモン反射面としての端面１０ｃを有する。また、金属フィルム１０は、レーザ光を遮蔽するに十分な厚さ（例えば、約５０ｎｍ）を有し、開口１０ｄの中心から端面１０ｃまでの距離（半径）は、表面プラズモンの共鳴波長程度かそれ以下（例えば、０.５μｍ）としている。

（金属フィルムの作製）
金属フィルム１０の作製は、着膜する対象（浮上スライダ２の下面２ａ）に金属膜を蒸着した後、その金属膜をフォトリソグラフィによってエッチングすることにより得ることができる。また、着膜する対象に金属膜を蒸着した後、その上にレジストパターンを形成し、そのレジスト膜を用いて周囲の金属膜をリフトオフすることにより金属フィルムを形成することも可能である。これらの作製法によれば、一度のフォトリソグラフィ工程により金属フィルム１０を作製できるため、極めて効率的である。

（光ヘッドの動作）
次に、光ヘッドの動作を説明する。半導体レーザ３から出射したレーザ光４ａは、コリメータレンズ５によって平行光４ｂに整形され、透明媒体６の第１面６ａに入射する。透明媒体６の第１面６ａに入射した平行光４ｂは、透明媒体６の第３面６ｃの表面に形成された反射膜６ｄで反射し、浮上スライダ２の下面２ａに設けられた金属フィルム１０の開口１０ｄに集光する。この開口１０ｄに集光したレーザ光によって金属フィルム１０の第１および第２の表面１０ａ，１０ｂに表面プラズモンが励起され、その表面プラズモンが外周部に伝播し、端面１０ｃで反射した大半が開口１０ｄに向かい、それが開口１０ｄに収束されるため、開口１０ｄ付近においてレーザ光とプラズモンとの相互作用により開口１０ｄから出射される近接場光４ｅが大幅に増強する。第１の実施の形態では、従来の金属フィルムに形成された凹凸パターンと異なり、金属フィルム１０の端面１０ｃにおいて金属が完全に途切れるため、伝播したプラズモンの大半が反射されるので、従来例と比べて大幅に増強効果が高められる。

図２は、第１の実施の形態に係る金属フィルム１０の第１および第２の表面１０ａ，１０ｂでのプラズモン励起による開口１０ｄから出射される近接場光４ｅの電場強度の波長依存性をＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ−Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ Ｔｉｍｅ−Ｄｏｍａｉｎ）法で計算した結果を示す。この図から分かるように、実線で示す本実施の形態は、波長５００ｎｍから９００ｎｍに渡ってかなりブロードな共鳴効果があり、電場強度が金属膜の境界がなく無限に広がっている場合（破線）に比べて１０倍以上の増強効果が得られている。このように単一の金属膜境界による反射でも従来例と同程度の増強効果が得られることが判明した。また、共鳴励起の波長依存性はブロードであるので、レーザ波長が変動しても、出力があまり変動しない。また、金属フィルム１０の半径は０.３〜１μｍの程度で変えてもこの増強効果を得ることができる。

（第１の実施の形態の効果）
この第１の実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（イ）金属フィルム１０の第１および第２の表面１０ａ，１０ｂに励起された表面プラズモンを端面１０ｃで反射するので、開口１０ｄに集光するレーザ光４ｃとの相互作用によって開口１０ｄから出射される近接場光４ｅを大幅に増強することができ、光利用効率を高くすることができる。
（ロ）従来例の周期的凹凸構造と異なり、金属膜周辺部でのプラズモンは殆ど反射されるため、単一の金属フィルム１０でも十分な増強効果が得られ、構造および作製プロセスを大幅に簡素化することができた。
（ハ）共鳴プラズモン励起の波長依存性がブロードでなので、レーザ波長の変動による出力変化が少なく、また、フィルムサイズも使用レーザ波長に対して高精度に調節する必要がなく、歩留まりの高い作製プロセスが可能となる。
（ニ）単に円形ないし矩形状に金属フィルムを整形するのみでよく、通常のフォトリソグラフィを用いて簡易に形成でき、作製コストを下げることができる。
また、本光ヘッドでは、浮上スライダ２を用いてディスク面との間隔を微小間隔（２０ｎｍ程度）に保って記録・再生を行うことを可能としているが、これに限らず、ディスクからの反射光の強度を用いる型の光ヘッドにおいても、本金属フィルムを用いて本実施の形態と同様の効果が得られることは言うまでもない。

図３は、第１の実施の形態に係る金属フィルム１０の外形形状の変形例を示す。金属フィルム１０の外形形状は、図３に示すように、一辺の長さが図１に示す金属フィルム１０の半径の２倍の長さの矩形状としても、上記と同様の増強効果は得られ、また、外形形状を楕円形としても、上記と同様の増強効果は得られる。

図４（ａ）〜（ｆ）は、第１の実施の形態に係る金属フィルム１０の開口の変形例を示す。金属フィルム１０の開口１０ｄの形状は、図４（ａ）〜（ｆ）に示す形状にしても上記と同様の増強効果を有する。すなわち、開口１０ｄの形状を（ａ）に示す円形、（ｂ）に示す三角形としても上記と同様の増強効果を有する。また、（ｃ）に示す円形の開口１０ｄの中心に同軸状に微小金属部１１を配置した同軸型、（ｄ）に示すように中心部に凸部１２を有する凹字型としてもよい。これにより出射する近接場光４ｅをさらに増強することが可能となる。また、（ｅ）に示すスリット状としても上記と同様の増強効果を有する。また、開口１０ｄの形状を（ｆ）に示すように、十字状としてもよい。これにより、十字のクロス部での近接場光４ｅをさらに増強することが可能となる。なお、図４（ｃ）に示す微小金属部１１は、同図に示すように円形の他、矩形状等の他の形状でもよい。

［第２の実施の形態］
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る光ヘッドの主要部を示し、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は要部断面図、（ｃ）は金属フィルムを示す要部底面図である。この第２の実施の形態は、第１の実施の形態において、回転放物面を用いた透明媒体６の代わりに、折り返しミラー２１、集光レンズ２２およびソリッドイマージョンレンズからなる透明媒体６を用いたものであり、他は第１の実施の形態と同様に構成されている。

この透明媒体６は、例えば、Ｎｄ系重フリントガラスＮｄＦＤ１３（屈折率＝１．９１）からなり、金属フィルム１０の開口１０ｄの中心から半径ｒの略半球状の第１面６ａを有する。

金属フィルム１０は、第１の実施の形態と同様に、浮上スライダ２の下面２ａに設けられており、例えば、金（Ａｕ）から形成され、レーザ光を遮蔽するに十分な厚さ（例えば、約５０ｎｍ）を有し、外形が半径０.３μｍの円形状を有する。この金属フィルム１０の中心部には、第１の実施の形態と同様に、０.０５×０．１μｍの矩形状の開口１０ｄを有する。

（第２の実施の形態の効果）
この第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、偏光方向４０が矩形の開口１０ｄの長手方向に垂直な方向のレーザ光４ｄを開口１０ｄに照射すると、金属フィルム１０の第１および第２の表面１０ａ，１０ｂに表面プラズモンが励起され、その表面プラズモンが金属フィルム１０の周辺の端面１０ｃで反射されて、開口１０ｄに向けて収束するので、この収束するプラズモンにより、開口１０ｄから出射される近接場光４ｅが大幅に増強することができる。

また、透明媒体６として半球面形のソリッドイマージョンレンズを使用することにより、開口１０ｄに照射されるレーザ光のスポット径は０.２μｍ以下に集光することが可能となる。これにより、開口１０ｄに照射されるレーザ光の強度が増加するので、第１の実施の形態と比べて、開口１０ｄから出射される近接場光４ｅの強度をさらに増すことが可能となり、光利用効率を上げることができる。

なお、透明媒体として、ソリッドイマージョンレンズの他に、裁底球状の超半球型ソリッドイマージョンレンズを用いてもよい。これにより、集光の開口数をさらに上げることができ、より小さな光スポット４ｄが得られるため、光利用効率をさらに上げることができる。

［第３の実施の形態］
図６は、本発明の第３の実施の形態に係る光ヘッドの主要部を示し、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は金属フィルムを示す要部底面図である。この第３の実施の形態は、第１または第２の実施の形態において、金属フィルム１０の外形形状を矩形状とし、開口１０ｄの他にスリット１３を形成したものであり、他は第１または第２の実施の形態と同様に構成されている。

この金属フィルム１０は、矩形状の外形形状を有し、レーザ光が集光する位置に矩形状の開口１０ｄを有し、この開口１０ｄを中心とする円形のスリット１３を有する。開口１０ｄの中心からスリット１３の内側の壁面までの距離は、金属フィルム１０の表面１０ａ，１０ｂで発生した表面プレズモンの共鳴波長程度にしている。

この第３の実施の形態によれば、偏光方向４０が矩形の開口１０ｄの長手方向に垂直な方向のレーザ光４ｄを開口１０ｄに照射すると、金属フィルム１０の第１および第２の表面１０ａ，１０ｂに表面プラズモンが励起され、その表面プラズモンがスリット１３の内側の壁面で反射され、開口１０ｄに向けて収束するので、この収束するプラズモンにより開口１０ｄから出射される近接場光４ｅを大幅に増強することができる。

図７は、第３の実施の形態に係る金属フィルム１０の変形例を示す。金属フィルム１０のスリット１３の形状は、図７に示すように、矩形状であってもよい。このような金属フィルム１０を用いても、上記した近接場光４ｅの増強効果を得ることができる。

［第４の実施の形態］
図８は、本発明の第４の実施の形態に係る光ヘッドの主要部を示し、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は金属フィルムを示す要部底面図である。この第４の実施の形態は、第２の実施の形態において、金属フィルム１０に開口１０ｄの他にスリット１３を形成したものであり、他は第２の実施の形態と同様に構成されている。この構成によれば、第３の実施の形態と同様に、励起された表面プラズモンがスリット１３の内側の壁面で反射され、開口１０ｄに収束するので、開口１０ｄから出射される近接場光４ｅを大幅に増強することができる。

図９（ａ）〜（ｆ）は、第４の実施の形態に係る金属フィルム１０の開口の変形例を示す。金属フィルム１０の開口１０ｄの形状は、図９（ａ）〜（ｆ）に示す形状にしても上記と同様の増強効果を有する。すなわち、開口１０ｄの形状を（ａ）に示す円形、（ｂ）に示す三角形としても上記と同様の増強効果を有する。また、（ｃ）に示す円形の開口１０ｄの中心に同軸状に微小金属部１１を配置した同軸型、（ｄ）に示すように中心部に凸部１２を有する凹字型としてもよい。これにより出射する近接場光４ｅをさらに増強することが可能となる。また、（ｅ）に示すスリット状としても上記と同様の増強効果を有する。また、開口１０ｄの形状を（ｆ）に示すように、十字状としてもよい。これにより、十字のクロス部での近接場光４ｅをさらに増強することが可能となる。なお、図９（ｃ）に示す微小金属部１１は、同図に示すように円形の他、矩形状等の他の形状でもよい。

［第５の実施の形態］
図１０は、本発明の第５の実施の形態に係る光ヘッドの主要部を示し、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は金属フィルムを示す要部底面図である。この第５の実施の形態は、第２の実施の形態において、金属フィルム１０に開口１０ｄの他に２つのスリット１３を形成したものであり、他は第２の実施の形態と同様に構成されている。

この金属フィルム１０は、矩形状の外形形状を有し、レーザ光が集光する位置に矩形状の開口１０ｄを有し、この開口１０ｄを中心に円形の複数のスリット１３を有する。開口１０ｄの中心から最内部のスリット１３の内側の壁面までの距離は、金属フィルム１０の表面１０ａ，１０ｂで発生した表面プラズモンの共鳴波長程度にしている。

この第５の実施の形態によれば、励起された表面プラズモンが複数のスリット１３の壁面で反射され、それらが開口１０ｄに収束するので、開口１０ｄから出射される近接場光４ｅを大幅に増強することができる。また、光スポット４ｄは、最外部のスリット１３Ｂを含む大きさとしてもよい。

なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、その要旨を変更しない範囲内で種々な変形が可能であり、各実施の形態間の構成要素の組合せは任意に行うことができる。

透明媒体６は、上記ガラスの他に、誘電体結晶、半導体等から形成してもよい。また、透明媒体６と浮上スライダ２とを一体化して形成してもよい。

また、本発明の近接場光出射素子は、上記光ヘッドの他に、近接場顕微鏡やフォトリソグラフィに適用することができる。

第２〜第５の実施の形態において、集光レンズ２２として、凸レンズを用いたが、フレネルレンズ、ホログラムレンズ、屈折率分布型レンズ等を用いてもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る光ヘッドの主要部を示し、（ａ）は、その正面断面図、（ｂ）は、その要部断面図、（ｃ）は、その要部底面図である。 本発明の第１の実施の形態に係るプラズモン共鳴励起による近接場光の波長依存性を示すシミュレーション結果である。 本発明の第１の実施の形態に係る金属フィルムの外形形状の変形例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る金属フィルムの開口の変形例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る光ヘッドの主要部を示し、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は要部断面図、（ｃ）は金属フィルムを示す要部底面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る光ヘッドの主要部を示し、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は金属フィルムを示す要部底面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る金属フィルムの変形例を示す図である。 本発明の第４の実施の形態に係る光ヘッドの主要部を示し、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は金属フィルムを示す要部底面図である。 （ａ）〜（ｆ）は、本発明の第４の実施の形態に係る金属フィルムの変形例を示す図である。 本発明の第５の実施の形態に係る光ヘッドの主要部を示し、（ａ）は要部断面図、（ｂ）は金属フィルムを示す要部底面図である。 従来のプラズモン共鳴励起パターンを示す図である。

符号の説明

１ 光ヘッド
２ 浮上スライダ
２ａ 下面
２ｂ 凹部
３ 半導体レーザ
４ａ レーザ光
４ｂ 平行光
４ｃ 収束光
４ｄ 光スポット
４ｅ 近接場光
５ コリメータレンズ
６ 透明媒体
６ａ 第１面
６ｂ 第２面
６ｃ 第３面
６ｄ 反射膜
７Ａ，７Ｂ 保持部
８ ヘッドケース
９ サスペンション
１０ 金属フィルム
１０ａ 第１の表面
１０ｂ 第２の表面
１０ｃ 端面
１０ｄ 開口
１０ｅ 凹部
１１ 微小金属部
１２ 凸部
１３ スリット
２１ 折り返しミラー
２２ 集光レンズ
４０ 偏光方向
１００ 光ディスク
１０１ 記録層

Claims (19)

1. レーザ光が入射する入射面、および前記入射面に入射した前記レーザ光が集光する集光面を有する透明媒体と、
   前記透明媒体の前記集光面上に設けられ、前記集光面に接する第１の表面、および前記第１の表面に対向する第２の表面、および前記レーザ光が集光する位置に前記第１および第２の表面を貫通するように形成され、前記レーザ光に基づく近接場光を出射する開口を有する金属体とを備え、
   前記金属体は、前記第１および第２の表面間を接続するように前記開口の中心から所定の距離に設けられ、前記開口に集光する前記レーザ光によって前記第１および第２の表面に励起された表面プラズモンを前記開口に向けて反射するプラズモン反射面を有することを特徴とする近接場光出射素子。
2. 前記金属体の前記開口の中心から前記プラズモン反射面までの距離は、前記金属体に励起される前記表面プラズモンの共鳴波長程度であることを特徴とする請求項１に記載の近接場光出射素子。
3. 前記金属体の前記開口の中心から前記プラズモン反射面までの距離は、前記金属体に集光する前記レーザ光の光スポットの半径程度又はそれ以上であることを特徴とする請求項１に記載の近接場光出射素子。
4. 前記金属体の前記開口は、前記レーザ光の波長以下のサイズを有することを特徴とする請求項1に記載の近接場光出射素子。
5. 前記金属体の前記開口は、前記第１および第２の表面の一方の外縁から他方の外縁に渡ってスリット状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の近接場光出射素子。
6. 前記金属体は、円形状の外形を有し、その外形を構成する端面を前記プラズモン反射面とすることを特徴とする請求項１に記載の近接場光出射素子。
7. 前記金属体は、矩形状の外形を有し、その外形を構成する端面を前記プラズモン反射面とすることを特徴とする請求項１に記載の近接場光出射素子。
8. 前記金属体は、前記開口を中心としてほぼ円状又は矩形状に形成され、前記第１および第２の表面を貫通するスリットを有し、前記スリットの内側の壁面を前記プラズモン反射面とすることを特徴とする請求項１に記載の近接場光出射素子。
9. 前記開口の中心から前記スリットの前記壁面までの距離は、前記金属体に励起される前記表面プラズモンの共鳴波長程度であることを特徴とする請求項８に記載の近接場光出射素子。
10. 前記金属体は、前記開口を中心としてほぼ同心円状又は矩形状に形成され、前記第１および第２の表面を貫通する複数のスリットを有し、前記複数のスリットの内側の壁面をそれぞれ前記プラズモン反射面とすることを特徴とする請求項１に記載の近接場光出射素子。
11. 前記開口の中心から前記複数のスリットのうち最内部の前記スリットの内側の壁面までの距離は、前記金属体に励起される前記表面プラズモンの共鳴波長程度であることを特徴とする請求項１０に記載の近接場光出射素子。
12. 前記透明媒体は、集光光学系によって集光された前記レーザ光が入射する球状の前記入射面を有することを特徴とする請求項１に記載の近接場光出射素子。
13. 前記透明媒体は、前記入射面に入射した前記レーザ光を反射して前記集光面に集光する反射面を有することを特徴とする請求項１に記載の近接場光出射素子。
14. 前記反射面は、回転楕円面又は回転放物面の一部を用いて形成されたことを特徴とする請求項１３に記載の近接場光出射素子。
15. 前記金属体は、前記開口の中心に微小金属体を有し、前記開口と前記微小金属体により同軸型開口形状を構成することを特徴とする請求項１に記載の近接場光出射素子。
16. 前記金属体は、前記開口の縁から前記開口内に突出する凸部を有することを特徴とする請求項１に記載の近接場光出射素子。
17. 前記金属体の前記開口は、矩形状を有し、
    前記透明媒体の前記集光面に集光する前記レーザ光の偏光方向は、前記開口の長手方向に垂直な方向であることを特徴とする請求項１に記載の近接場光出射素子。
18. 前記金属体の厚さは、前記レーザ光の波長より小さい厚さであって、前記レーザ光を遮光するのに十分な厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の近接場光出射素子。
19. レーザ光が入射する入射面、および前記入射面に入射した前記レーザ光が集光する集光面を有する透明媒体と、
    前記透明媒体の前記集光面上に設けられ、前記集光面に接する第１の表面、および前記第１の表面に対向する第２の表面、および前記レーザ光が集光する位置に前記第１および第２の表面を貫通するように形成され、前記レーザ光に基づく近接場光を出射する開口を有する金属体とを備え、
    前記金属体は、前記第１および第２の表面間を接続するように前記開口の中心から所定の距離に設けられ、前記開口に集光する前記レーザ光によって前記第１および第２の表面に励起された表面プラズモンを前記開口に向けて反射するプラズモン反射面を有することを特徴とする光ヘッド。