JP2008096934A - 表面プラズモンポラリトン集束器、情報記録ヘッドおよび記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で、エッジにおける表面プラズモンポラリトンの散乱を抑制する表面プラズモンポラリトン集束器を提供する。
【解決手段】本発明の表面プラズモンポラリトン集束器１は、表面プラズモンポラリトンを集束するものであり、金属膜支持部材５と、金属膜支持部材５の所定の面上に形成された、互いに隣接し合い、隣接する金属膜とは異なる実効屈折率を有する第１金属膜２および第２金属膜３とを備え、第１金属膜２および第２金属膜３は、隣り合う第１金属膜２と第２金属膜３との間に形成された境界線の少なくとも一部が曲線であり、かつ、第１金属膜２における金属膜支持部材５と接している面とは反対側の面と、第１金属膜２に隣接する第２金属膜３における金属膜支持部材５と接している面とは反対側の面とが面一である。
【選択図】図１

Description

本発明は、近接場光の１種である表面プラズモンポラリトンを集束する表面プラズモンポラリトン集束器、該表面プラズモンポラリトン集束器を用いた情報記録ヘッドおよび記録装置に関するものである。

光が集光される焦点、いわゆる光スポットを小径化することにより、種々の分野における種々の高密度化が可能となる。例えば、レーザ光を用いて記録媒体へのデータの記録・再生を行う光記録分野では、高密度記録再生が可能となる。また、レーザ光を用いて樹脂・ガラス等の加工を行う光加工の分野では、より微細な加工を行うことが可能となる。さらに、顕微鏡等を用いた測定分野では、測定分解能を向上させることができる。

そのため、光記録、光加工、顕微鏡による測定等の光を利用する各分野において、従来から光スポットの小径化が望まれてきた。しかし、光スポットの大きさは、通常の光では光の回折限界によって光の波長程度に制限されてしまい、それ以上の小径化は困難であった。そこで、通常の光を用いて光の回折限界よりも小さな光スポットを形成する方法として、局所的に存在する近接場光の利用が注目されている。

近接場光とは、光の波長よりも小さな微小構造物、例えば開口部のような構造物に光を入射することにより発生し、該開口部のごく近傍にのみ局在する光（電磁場）である。上記開口部近傍において発生した近接場光は、該開口部のごく近傍に留まり、他の部分へと伝播しない。

光源から開口部に光を入射させた場合、該開口部の径が該光の波長よりも大きいときには、該光は該開口部に部分的に遮られるが、近接場光を発生することなく、そのまま伝搬光として該開口部を透過する。しかし、開口部の径が入射光の波長よりも小さいときには、該光は該開口部をほとんど透過しなくなり、近接場光が該開口部近傍に発生する。そして、発生した近接場光は開口部の径と略同一のサイズの強度分布を持つために、該開口部周辺においては光の回折限界よりも小径化された光スポットが得られる。

このようにして得られた小径化された光スポットは、光アシスト磁気記録方法に好適に用いられる。光アシスト磁気記録方式とは、光記録分野において、次世代高密度磁気記録の有望な技術として注目を浴びており、熱揺らぎに強い高保磁力を有する磁気記録媒体に対して磁気記録を行うものである。具体的には、磁気記録媒体の表面に光を集光し、局所的に該磁気記録媒体の温度を上げることにより、該磁気記録媒体の保磁力を減少させる。これにより、通常の磁気ヘッドを用いて、上記磁気記録媒体に磁気記録することが可能となる。

しかしながら、上述した方法で得られた小径化された光スポットは、波長以下の径のスポットには絞れない光を波長以下の開口部に入射させているため、光の利用効率が悪くなる。つまり、光源を従来と同じ強度に設定するならば、得られる近接場光強度は、開口部に照射した光のサイズに対する開口部のサイズ分弱くなる。また、光が局在しているため、光の発生位置から離れるにしたがって強度が急激に弱くなる。

そのため、開口部を金属膜に作製し、該金属膜において表面プラズモンポラリトンを発生させ、この表面プラズモンポラリトンを増幅することで強い近接場光を発生させる方法が用いられている。しかしながら、金属膜に数十ｎｍ程度の大きさの微小な開口部を作成することは、非常に加工が困難であり、金属膜上で発生した表面プラズモンポラリトンが開口部から開口部周辺に伝播してしまう。その結果、利用できるスポットサイズは金属膜に形成された開口部のサイズよりも大きくなってしまう。

そこで、発生させた表面プラズモンポラリトンをより局所的に集束させて、より高密度エネルギーとするための技術が特許文献１、特許文献２および非特許文献１に記載されている。以下に、特許文献１に記載された技術について図２４を参照して説明する。図２４は、表面プラズモンポラリトンを集束させる従来の集束器１０１を示す斜視図である。

特許文献１に記載された集束器１０１は、図２４に示すように、金属膜１０２上に所定の規則で円弧状に配列された複数のレンズ用微細構造１０３が設けられており、レンズ用微細構造１０３によって表面プラズモンポラリトン４が集光される。レンズ用微細構造１０３によって形成された円弧の円の中心とは反対側の方向から表面プラズモンポラリトン４を伝播させると、表面プラズモンポラリトン４はレンズ用微細構造１０３において回折し、円の中心において集光する。このように、集束器１０１は、表面プラズモンポラリトン４を、高いＮＡで集束させることができる。

また、特許文献２に記載された技術について図２５および図２６を参照して説明する。図２５は、表面プラズモンポラリトン波を伝播および屈曲させる２種類の膜厚を有する従来の金属膜２０１の概略構成を示す斜視図である。図２６は、表面プラズモンポラリトンを集光するための表面プラズモンレンズ２１１を示す斜視図である。

金属膜２０１は、異なる膜厚を有する第１金属膜２０２および第２金属膜２０３を有しており、膜厚が異なると表面プラズモンポラリトンの実効屈折率が異なることを利用して、第１金属膜２０２において励起した表面プラズモンポラリトン４を、第１金属膜２０２と第２金属膜２０３との間に形成された境界において屈曲させる構成である。

ここで、金属膜の実効屈折率ｎは、

で表される。なお、βは表面プラズモンポラリトンの進行方向の波数ベクトルを、ｃは光速を、ωは表面プラズモンポラリトンの角振動数を示す。

また、表面プラズモンポラリトンは、金属膜上を進行するに伴い強度減衰が起こり、表面プラズモンポラリトンの強度が１／ｅになる距離を伝播長と呼ぶ。このような表面プラズモンポラリトンの強度減衰を表すパラメータである伝播長Ｌは、

で表される。

表面プラズモンポラリトンの進行方向の波数ベクトルであるβは、表面プラズモンポラリトンの周波数、表面プラズモンポラリトンのモード、金属膜を構成する金属材料、金属膜の膜厚や金属膜の接する材料等に依存している。

以下に、表面プラズモンポラリトンのモードについて説明する。金属膜上を伝播する表面プラズモンポラリトンは、一般に、２つのモードが存在する。１つのモードは、金属膜の両表面の表面プラズモンポラリトンが対称に結合するシンメトリーモードであり、後述するＫｒｅｔｃｈｍａｎｎ配置にて励起できる。もう１つのモードは、金属膜の両表面の表面プラズモンポラリトンが非対称に結合するアシンメトリーモードであり、後述するＯｔｔｏ配置にて励起できる。

そのため、表面プラズモンポラリトンの進行方向の波数ベクトルであるβは、各構成において表面プラズモンポラリトンの２つのモードに対応した２つの値を持つ。これらの詳細については、非特許文献１にて詳しく紹介されている。

また、表面プラズモンレンズ２１１は、図２６に示すように、誘電体層２１６の上面に金属膜２１５が設けられており、金属膜２１５の誘電体層２１６と接している面とは反対側の面上に、低い屈折率を有する第１誘電体層２１３および第１誘電体層２１３より高い屈折率を有する第２誘電体層２１４が設けられている構成である。なお、第１誘電体層２１３は、空気であってもよいために、図２６では図示されていない。

表面プラズモンレンズ２１１において、レーザビーム２１２が、第１誘電体層２１３が設けられている側の金属膜２１５と誘電体層２１６との間に照射されると、金属膜２１５と第１誘電体層２１３との間において表面プラズモンポラリトン２０４が励起される。金属膜２１５における実効屈折率は、金属膜２１５が接する媒質によって異なるため、表面プラズモンポラリトン２０４は、第２誘電体層２１４の方向に伝播し、第１誘電体層２１３と第２誘電体層２１４との間に形成された境界において屈折し、集束する。
特開２００６−２３４１０号公報（２００６年１月２６日公開） ＵＳ２００３／０１３７７７２号公報（２００３年１月２４日公開） "Nanodot coupler with a surface plasmon polariton condenser for optical far/near-field conversion", Wataru Nomura, Motoichi Ohtsu, Takashi Yatsui, Applied Physics Letters, 86, 181108 (2005) "Surface-polariton-like waves guided by thin, lossy metal film"J.J. Burke and G.I.Stegeman, Physical Review B, 33, 5186, (1986)

上記各技術のうち、特許文献１に記載された技術では、集束器１０１は、金属膜１０２上において、複数個のレンズ用微細構造１０３をサブミクロンの間隔で形成しなければならず、加工が非常に困難である。さらに、レンズ用微細構造１０３の個数が少なければ、表面プラズモンポラリトンの集束効果が小さくなるので、集束効果を上げるために、より精密に作製しなければならない。

また、特許文献２に記載された金属膜２０１では、異なる膜厚を有する第１金属膜２０２と第２金属膜２０３との間に形成された境界において表面プラズモンポラリトン４の伝播方向を変換させることができ、簡易な構成で任意の位置に表面プラズモンポラリトンを伝播することが可能である。そのため、金属膜２０１の構成を、表面プラズモンレンズ２１１の金属膜２１５に適用することにより、簡易な構成で任意の位置に表面プラズモンポラリトン４を集束することが可能である。

第１金属膜２０２と第２金属膜２０３との間に形成された境界において表面プラズモンポラリトン４を十分に集束させるためには、第１金属膜２０２と第２金属膜２０３との実効屈折率比を考慮する必要がある。しかしながら、表面プラズモンポラリトン４の十分な集束を起こすための第１金属膜２０２と第２金属膜２０３との実効屈折率比を実現するためには、第１金属膜２０２と第２金属膜２０３との膜厚の差が非常に大きくなってしまう。

そのため、第１金属膜２０２および第２金属膜２０３の表面上を表面プラズモンポラリトン４が伝播する際に、第１金属膜２０２のエッジにおいて表面プラズモンポラリトン４が散乱してしまい、散乱光によるバックグラウンドノイズが発生する。さらに、このような段差があると、例えば、金属膜２０１を光アシスト磁気記録装置に適用した場合に、他の部材と物理的な干渉を招いたり、金属膜２０１上に膜を形成しにくいという問題があった。

また、特許文献２に記載された表面プラズモンレンズ２１１では、金属膜２１５上に設けられた屈折率の異なる第１誘電体層２１３と第２誘電体層２１４との間に形成された境界において表面プラズモンポラリトン４の伝播方向を変換させることができ、簡易な構成で任意の位置に表面プラズモンポラリトンを伝播することが可能である。

しかしながら、表面プラズモンレンズ２１１における実効屈折率は、第１誘電体層２１３および第２誘電体層２１４の屈折率に依存するだけでなく、金属膜２１５の膜厚にも依存する。そして、表面プラズモンレンズ２１１では、後述するＯｔｔｏ配置にて表面プラズモンポラリトン４を励起しているために、表面プラズモンポラリトン４はアシンメトリーモードとなる。

そのため、非特許文献１に記載されているように、金属膜２１５の膜厚を薄くするほど、実効屈折率が大きくなり、伝播長は短くなる。その結果、第１誘電体層２１３と第２誘電体層２１４との間に形成された境界において表面プラズモンポラリトン４を十分に屈折させるために、金属膜２１５の膜厚を薄くすると、表面プラズモンレンズ２１１における伝播長が表面プラズモンポラリトン４の波長の数倍程度または波長以下となってしまう。

しかしながら、表面プラズモンレンズ２１１では、誘電体の屈折率により実効屈折率を大きくすると、伝播長も短くなってしまい、集束効果が薄れ、特に焦点距離の長いレンズが作成できないという問題があった。特に、特許文献２で紹介された屈折率は、アシンメトリーモードのものであり、非特許文献２にも記載されているように、膜厚を薄くするほど実効屈折率が高くなる。しかし、非特許文献２によれば、このとき伝播長も短くなり、表面プラズモンポラリトンの波長の数倍程度になってしまう。これは、焦点距離を表面プラズモンポラリトンの波長程度にしなければ、強度が弱くなってしまうことを意味するが、焦点距離を波長程度にするような設計は現実的でない。

以上のように、表面プラズモンレンズ２１１において、第１誘電体層２１３と第２誘電体層２１４との間に形成された境界において表面プラズモンポラリトン４を十分に屈折させるためには、伝播長が短くなってしまうという問題があった。

また、屈折角を大きくするために、第１誘電体層２１３および第２誘電体層２１４のどちらか一方を誘電率の小さい空気とすると、第１誘電体層２１３または第２誘電体層２１４のエッジが現れるため、金属膜２１５の表面上を表面プラズモンポラリトン４が伝播する際に、該エッジにおいて表面プラズモンポラリトン４が散乱してしまい、散乱光によるバックグラウンドノイズが発生する。

さらに、このような段差があると、例えば、表面プラズモンレンズ２１１を光アシスト磁気記録装置に適用した場合に、他の部材と物理的な干渉を招いたり、金属膜２１５上に膜を形成しにくいという問題があった。また、金属膜２１５の第１誘電体層２１３および第２誘電体層２１４が設けられている面に対して垂直な方向から近接場光を利用しようとすると、第２誘電体層２１４の膜厚分だけ弱い強度の近接場光しか得られないという問題があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易な構成で、エッジにおける表面プラズモンポラリトンの散乱を抑制する表面プラズモンポラリトン集束器を提供することである。

本発明の表面プラズモンポラリトン集束器は、上記課題を解決するために、表面プラズモンポラリトンを集束する表面プラズモンポラリトン集束器であって、金属膜支持部材と、前記金属膜支持部材の所定の面上に形成された、互いに隣接し合い、隣接する金属膜とは異なる実効屈折率を有する少なくとも２つの金属膜とを備え、前記各金属膜は、隣り合う該各金属膜の境界線の少なくとも一部が曲線であり、かつ、前記金属膜支持部材と接している面とは反対側の面と、隣接する該金属膜における該金属膜支持部材と接している面とは反対側の面とが面一であることを特徴としている。

上記構成により、金属膜支持部材の所定の面上において形成された、互いに隣接し合い、隣接する金属膜とは異なる実効屈折率を有する各金属膜は、各金属膜間に形成された境界線の少なくとも一部が曲線であることにより、該境界線において該表面プラズモンポラリトンの伝播方向を変換させ、表面プラズモンポラリトンを集束させることができる。このとき、金属膜の金属膜支持部材と接している面とは反対側の面と、隣接する金属膜における金属膜支持部材と接している面とは反対側の面とを面一とすることにより、該表面プラズモンポラリトンが隣接する金属膜に対して伝播するときに、隣接する該各金属膜間のエッジにおいて散乱することを抑制することができる。

このように、本発明の表面プラズモンポラリトン集束器では、例えば、金属材料や膜厚等を異ならせることにより、隣接する金属膜の実効屈折率を異ならせることができる。そのため、本発明の表面プラズモンポラリトン集束器は、金属膜２１５の膜厚と第１誘電体層２１３および第２誘電体層２１４の屈折率とにより、金属膜２１５における実効屈折率を異ならせる特許文献２の表面プラズモンレンズ２１１の構成に対して、設計自由度が高くなり、表面プラズモンポラリトンの伝播方向を容易に制御することが可能となる。さらに、金属膜上に誘電体を設ける必要がないために、金属膜表面の表面プラズモンポラリトンを直接利用することができ、誘電体による強度減衰が生じない。その結果、本発明の表面プラズモンポラリトン集束器は、強い強度の近接場光を得ることができる。

また、特許文献２に記載された集束器１０１は、例えば、光記録用の記録・再生素子として用いた場合、記録媒体にレンズ用微細構造１０３が面しているとき、レンズ用微細構造１０３と記録媒体とが衝突すると、レンズ用微細構造１０３の形状が変化し、集束器１０１は集束した表面プラズモンポラリトンの強度の経時変化が起きてしまう。しかしながら、本発明の表面プラズモンポラリトン集束器は、隣接する金属膜の表面プラズモンポラリトンが伝播する面が面一であるために、例えば、光記録用の記録・再生素子に適用し、表面プラズモンポラリトンが伝播する面と記録媒体との接触が起こったとしても、経時的変化が生じにくい。

その結果、本発明の表面プラズモンポラリトン集束器は、集束する表面プラズモンポラリトンの強度が強くなるとともに、散乱光によるバックグラウンドノイズの発生を抑制できる。また、本表面プラズモンポラリトン集束器の上に、何らかの成膜を行う場合、膜厚差を気にする必要がない。

また、本発明の表面プラズモンポラリトン集束器では、前記各金属膜は、それぞれ同一の膜厚を有していてもよい。

各金属膜は、異なる材料を用いて構成することにより、実効屈折率を異ならせることができるために、該各金属膜の膜厚を同一にすることができる。上記構成により、本発明の表面プラズモンポラリトン集束器において、上記各金属膜間においてエッジが現れないために、該エッジにおける表面プラズモンポラリトンの散乱が生じることを抑制でき、隣接する金属膜へ伝播する表面プラズモンポラリトンの強度が強くなるとともに、散乱光によるバックグラウンドノイズの影響も抑制できる。

また、本発明の表面プラズモンポラリトン集束器は、前記境界線の曲線部分は、前記各金属膜の第１金属膜と第２金属膜との間に形成されており、前記第１金属膜の実効屈折率ｎａと前記第２金属膜の実効屈折率ｎｂとの関係がｎａ＜ｎｂの場合、前記境界線の曲線部分は、該第２金属膜が該第１金属膜に対して凸形状を有するように形成されていてもよい。

上記構成により、表面プラズモンポラリトンを第１金属膜から該第１金属膜よりも実効屈折率の大きい第２金属膜へ伝播させる場合、または該第２金属膜から該第１金属膜へ伝播させる場合において、第１金属膜と第２金属膜との間に形成された境界線の曲線部分の凸形状を調節することにより、簡易な構成で、表面プラズモンポラリトンを効率良く集束させることが可能となる。また、上記境界線の曲線部分の凸形状を調節することにより、表面プラズモンポラリトンの集束位置や集束サイズ等を変えることが可能である。

したがって、例えば、表面プラズモンポラリトン集束器を記録装置に適用する場合のように、利用に応じて適宜調節することにより、本発明の表面プラズモンポラリトン集束器は種々の用途に好適に用いることができる。

また、本発明の表面プラズモンポラリトン集束器は、前記第１金属膜から前記第２金属膜へと表面プラズモンポラリトンが伝播する場合は、前記境界線の曲線部分が楕円弧であってもよい。

上記構成により、表面プラズモンポラリトンが第１金属膜から該第１金属膜よりも実効屈折率の大きい第２金属膜へと伝播する場合、該第１金属膜と該第２金属膜との間に形成された境界線の曲線部分を楕円弧とすることにより、第２金属膜において表面プラズモンポラリトンを効率的に集束することが可能となり、第２金属膜における表面プラズモンポラリトンの集束サイズを非常に小さくすることができる。また、表面プラズモンポラリトンの集束サイズが小さくなるために、集束した電場強度が高くなり、強度の強い近接場光を得ることができる。

したがって、例えば、上記構成の表面プラズモンポラリトン集束器を記録装置に適用すると、集束サイズが非常に小さいために、記録媒体に対して微小マークを記録することが可能となる。

また、本発明の表面プラズモンポラリトン集束器は、表面プラズモンポラリトンの伝播方向は、楕円弧の２つの焦点を結ぶ線に平行であってもよい。

上記構成により、第１金属膜と第２金属膜との間に形成された楕円弧の境界線において、効率よく表面プラズモンポラリトンを屈折させることができ、楕円弧の焦点において集束させることができる。

また、本発明の表面プラズモンポラリトン集束器は、前記第２金属膜から前記第１金属膜へと表面プラズモンポラリトンが伝播する場合は、前記境界線の曲線部分が双曲線であってもよい。

表面プラズモンポラリトンが第２金属膜から該第２金属膜よりも実効屈折率の小さい第１金属膜へと伝播する場合、第１金属膜と第２金属膜との間に形成された境界線の曲線部分を楕円弧としたときは、第１金属膜において表面プラズモンポラリトンは拡散してしまう。そのため、第１金属膜と第２金属膜との間に形成された境界線の曲線部分を双曲線とすることにより、第１金属膜において表面プラズモンポラリトンを集束させることが可能となり、第１金属膜における表面プラズモンポラリトンの集束サイズを非常に小さくすることができる。また、表面プラズモンポラリトンの集束サイズが小さくなるために、集束した電場強度が高くなり、強度の強い近接場光を得ることができる。

したがって、例えば、上記構成の表面プラズモンポラリトン集束器を記録装置に適用すると、集束サイズが非常に小さいために、記録媒体に対して微小マークを記録することが可能となる。

また、本発明の表面プラズモンポラリトン集束器は、表面プラズモンポラリトンの伝播方向は、双曲線の２つの焦点を結ぶ線に平行であってもよい。

上記構成により、第１金属膜と第２金属膜との間に形成された双曲線の境界線において、効率よく表面プラズモンポラリトンを屈折させることができ、双曲線の焦点において集束させることができる。

また、本発明の表面プラズモンポラリトン集束器は、前記境界線は、表面プラズモンポラリトンの伝播方向を遮るように、少なくとも２本形成されていてもよい。

表面プラズモンポラリトンが通過する隣接する金属膜間の境界線が１本の場合は、表面プラズモンポラリトンの伝播方向の変換は１度しか生じないため、１度の伝播方向の変換で表面プラズモンポラリトンが集束可能なように、表面プラズモンポラリトンの伝播方向および各金属膜の設計を行う必要がある。また、例えば、特許文献２に記載された集束器１０１では、表面プラズモンポラリトンが集束される位置がレンズ用微細構造１０３によって形成された円の中心であるため、集束距離を伸ばそうとすると、レンズ用微細構造１０３によって形成された円の半径が大きくなり、集束器１０１全体が大きくなってしまう。

そこで、本発明の上記構成により、表面プラズモンポラリトンの伝播方向において、隣接する金属膜間の境界線を少なくとも２本形成することにより、表面プラズモンポラリトン集束器のサイズを変更することなく、境界線が１本の場合と比較して表面プラズモンポラリトンをより急峻に集束させることができる。さらに、表面プラズモンポラリトンの伝播方向において、少なくとも２本の境界線の距離を変化させることにより、表面プラズモンポラリトンが集束するまでの距離または集束サイズを変化させることが可能である。

また、本発明の表面プラズモンポラリトン集束器は、表面プラズモンポラリトンの伝播開始位置または励起位置から表面プラズモンポラリトンが集束する位置までの距離が、該表面プラズモンポラリトンの伝播長よりも短くてよい。

上記構成により、本発明の表面プラズモンポラリトン集束器における表面プラズモンポラリトンの伝播開始位置または励起位置から表面プラズモンポラリトンが集束するまでの位置において、表面プラズモンポラリトンが伝播しているときに、強度が減衰することがなく、強度が強い近接場光を得ることが可能となる。

また、本発明の表面プラズモンポラリトン集束器は、上述した表面プラズモンポラリトン集束器が２つ以上組み合わされており、各表面プラズモンポラリトン集束器により、表面プラズモンポラリトンを一点に集束させてもよい。

上記構成により、複数の表面プラズモンポラリトン集束器を用いて、表面プラズモンポラリトンを１点に集束させることができるために、強度の強い近接場光を得ることができる。また、金属材料の組合せ、境界線の形状により、表面プラズモンポラリトンが集束するまでの距離や、集束サイズを変えることができ、このためのパラメータが多い分、自由な設計が可能となる。

また、本発明の表面プラズモンポラリトン集束器では、前記境界線の曲線部分に対する表面プラズモンポラリトンの入射ビーム径は、該境界線の曲線部の長さよりも短いことが好ましい。

隣接する金属膜間に形成された境界線の曲線部分の長さが表面プラズモンポラリトンの入射ビーム径よりも短い場合は、金属膜を伝播してきた表面プラズモンポラリトンの一部は該境界線の曲線部分を通過できず、表面プラズモンポラリトンの伝播方向が変換されないために、集束された近接場光の強度は低下してしまう。そこで、本発明の上記構成により、金属膜上を伝播してきた表面プラズモンポラリトンは、ほとんど隣接する金属膜間に形成された境界線の曲線部分を通過することができるために、強度の強い近接場光を得ることができる。

本発明の情報記録ヘッドは、記録媒体に対して記録を行うための記録装置に備えられる情報記録ヘッドであって、上述した表面プラズモンポラリトン集束器と、光源と、前記光源から照射された光を表面プラズモンポラリトンに変換する近接場光励起手段と、近接場光を前記記録媒体に照射する近接場光出力手段とを備え、前記表面プラズモンポラリトン集束器は、前記表面プラズモンポラリトンを前記近接場光励起手段から前記近接場光出力手段へと集束させることを特徴としている。

上記構成により、近接場光励起部において光源の光から変換された表面プラズモンポラリトンを、記録媒体に近接場光を照射するための近接場光出力手段に対して伝播・集束させることができる。このように、近接場光出力手段に表面プラズモンポラリトン集束器を用いて表面プラズモンポラリトンを集束させることにより、近接場光出力手段からサイズが非常に小さく、かつ、強度の強い近接場光を記録媒体に照射することができる。その結果、本発明の情報記録ヘッドは、記録媒体に対して非常に小さなマークを記録することが可能となり、記録媒体への記録密度が上がる。また、本発明の情報記録ヘッドは、近接場光出力手段から照射される近接場光が非常に強いために、記録媒体に対する転送レートを上げることが可能となり、記録媒体からの距離に余裕を持たせることができる。そのため、光源および近接場光出力手段を配置する位置を比較的自由に設定することができる。

また、本発明の情報記録ヘッドでは、前記近接場光出力手段は、前記表面プラズモンポラリトン集束器の前記各金属膜のうち、表面プラズモンポラリトンが集束する金属膜に設けられていてもよい。

上記構成により、本発明の情報記録ヘッドは、表面プラズモンポラリトン集束器において集束された表面プラズモンポラリトンを、他に設けられた部材等に伝播させる必要がないために、より強度の強い近接場光を記録媒体に照射することが可能となる。その結果、本発明の情報記録ヘッドは、記録媒体に対する転送レートを上げることが可能となり、記録媒体からの距離に余裕を持たせることができる。

また、本発明の情報記録ヘッドでは、前記近接場光出力手段は、表面プラズモンポラリトンが集束する前記金属膜の表面プラズモンポラリトンが集束する位置に設けられていてもよい。

上記構成により、表面プラズモンポラリトン集束器において集束した強度の強い表面プラズモンポラリトンを、集束位置において近接場光出力手段により近接場光として取り出すことにより、集束位置とは異なる位置に近接場光出力手段を設けた場合と比較して、集束した表面プラズモンポラリトンを金属膜上を伝播させる必要がなくなり、表面プラズモンポラリトンが減衰することがなく、強度の強い近接場光を取り出すことが可能となる。その結果、本発明の情報記録ヘッドは、記録媒体に対する転送レートを上げることが可能となり、記録媒体からの距離に余裕を持たせることができる。

また、本発明の情報記録ヘッドでは、前記近接場光出力手段は、前記金属膜の金属端または前記金属膜に設けられた開口、スリット若しくは金属突起であってもよい。

上記構成により、本発明の情報記録ヘッドの用途に応じて、適切な近接場光出力手段を設けることが可能となる。

また、本発明の情報記録ヘッドでは、前記各金属膜のうち、表面プラズモンポラリトンが集束する金属膜は、表面プラズモンポラリトンの伝播長が長い構成であってもよい。

本発明の表面プラズモンポラリトン集束器から強度の強い近接場光を取り出すためには、上述したように、表面プラズモンポラリトンの集束位置に近接場光出力手段が設けられていることが好ましい。しかしながら、表面プラズモンポラリトンが集束する金属膜における表面プラズモンポラリトンの伝播長が短ければ、近接場光出力手段までの間において表面プラズモンポラリトンが減衰してしまう。そこで、本発明の上記構成により、隣接する各金属膜間に形成された境界線と、表面プラズモンポラリトンの集束位置との距離を比較的長く設計しても、強度の強い近接場光を得ることができる。その結果、本発明の情報記録ヘッドは、光源と近接場光出力手段とを十分離して設置することができ、バックグラウンドノイズを抑制することが可能となる。

また、本発明の情報記録ヘッドでは、前記表面プラズモンポラリトン集束器の前記金属膜支持部材は、透光性を有した基板であり、前記近接場光励起手段は前記基板であり、前記表面プラズモンポラリトン集束器に対して該基板が設けられている側から光を斜入射することにより、前記各金属膜の少なくとも１つに表面プラズモンポラリトンを励起してもよい。

上記構成により、表面プラズモンポラリトン集束器の構成要素である金属膜支持部材を近接場光励起手段として用いることができるために、表面プラズモンポラリトンを発生させるために他の部材等を表面プラズモンポラリトン集束器に設ける必要がない。そのため、表面プラズモンポラリトン集束器において容易に表面プラズモンポラリトンを発生させることが可能となり、表面プラズモンポラリトン集束器の加工も容易となる。

また、本発明の情報記録ヘッドは、前記表面プラズモンポラリトン集束器における前記金属膜支持部材の所定の面は、前記光源の光を出射する出射面であり、前記近接場光励起手段は、前記各金属膜の少なくとも１つに設けられていてもよい。

上記構成により、表面プラズモンポラリトン集束器における金属膜支持部材の所定の面が光源の光を出射する出射面であるために、表面プラズモンポラリトン集束器の各金属膜が、光源の出射面に形成されている。そのため、本発明の表面プラズモンポラリトン集束器は、光源から出射される伝播光によるバックグラウンドノイズを抑制することができ、かつ、該各金属膜の少なくとも１つに近接場光励起手段を設けることにより、該金属膜上において該光源の光から表面プラズモンポラリトンを励起することができる。

このように、光源の出射面に表面プラズモンポラリトン集束器の各金属膜が設けられているために、光源から表面プラズモンポラリトン集束器へと光を導入するための部品が必要なく、製造コストを下げることができる。また、部品点数が少ない分、組立て精度が上がる。さらに、組立て後の接着箇所が少ないため、経時変化が少なくなり、信頼性が上がる。また、組立て工程も少ないため、製造時間も短くできる。さらに、小型でかつ光源から出射される光を効率よく利用できる。

本発明の記録装置は、記録媒体に対して記録を行うための記録装置であって、上述した情報記録ヘッドを備えることを特徴としている。

上記構成により、エッジにおける表面プラズモンポラリトンの散乱を抑制するとともに、設計自由度の高い記録装置を得ることができる。

また、本発明の記録装置は、前記情報記録ヘッドと前記記録媒体との位置を制御する制御部を備えており、前記制御部は、前記近接場光出力手段と前記記録媒体との距離を表面プラズモンポラリトンの波長以下に制御してもよい。

表面プラズモンポラリトン集束器によって集束された表面プラズモンポラリトンは、近接場光出力手段によって近接場光へと変換されるが、近接場光は近接場光出力手段から離れるにしたがって、強度が弱くなる。そのため、本発明の上記構成により、近接場光出力手段から照射された近接場光は、強度が減衰する前に記録媒体に達するために、表面プラズモンポラリトン集束器で集束させた表面プラズモンポラリトンを変換した近接場光をより効率良く利用できる。したがって、本発明の記録装置は、記録媒体に対して、十分な強度の近接場光を照射できるため、十分記録できるだけでなく、転送レートを上げることが可能である。

また、上記記録装置は、前記記録媒体は、熱揺らぎに強い高保磁力を有する磁気記録媒体であり、前記記録媒体に対して磁場を印加する磁場発生部を備え、前記磁場発生部は、前記近接光出力手段から前記記録媒体に近接場光が照射されるのと同時に、磁場を該記録媒体に対して印加してもよい。

上記構成により、表面プラズモンポラリトン集束器の近接場光出力手段から記録媒体に近接場光が照射されるとともに、磁場発生部により該記録媒体に磁場を印加することにより、近接場光および磁場が照射された領域のみが、熱揺らぎに強い高保磁力を有する磁気記録媒体においてマークとなる。本発明の表面プラズモンポラリトン集束器は、表面プラズモンポラリトンを小さな集束サイズとすることが可能なために、磁気記録媒体に対して、より小さなマークが記録でき、記録密度を上げることができる。

また、本発明の表面プラズモンポラリトン集束器によって集束された表面プラズモンポラリトンが近接場光出力手段によって変換された近接場光は、強度が強いため、転送レートを上げることができる。また、近接場光は発生位置から離れるにしたがって強度が減衰するが、本記録装置の表面プラズモンポラリトン集束器では発生位置での強度が十分強いため、記録対象からの距離に余裕を持たせることができる。

また、本発明の記録装置は、前記記録媒体に記録された情報を読み出す再生素子を備え、前記再生素子は、前記光源と離れた位置に設けられていてもよい。

記録媒体に記録された情報を読み出す再生素子は、熱の影響を受けやすく、光源等の熱源と接近させて再生素子を設けると、該再生素子の劣化または破壊が生じる可能性があり、該再生素子の信頼性が低下する。そのため、本発明の記録装置では、再生素子を光源から離れた位置に設けることにより、記録媒体に記録された情報を読み出すとともに、再生素子が光源から出射された熱の影響を受けることを防止でき、再生素子の信頼性を高めることが可能となる。

また、本発明の記録装置は、前記記録媒体は、感光性を有しており、前記記録媒体は、前記表面プラズモンポラリトン集束器から照射された近接場光によって感光され、情報が記録されてもよい。

上記構成により、感光性を有する記録媒体に対して、表面プラズモンポラリトン集束器から近接場光を照射することにより、微細構造を記録することができる。

本発明の表面プラズモンポラリトン集束器は、以上のように、表面プラズモンポラリトンを集束する表面プラズモンポラリトン集束器であって、金属膜支持部材と、前記金属膜支持部材の所定の面上に形成された、互いに隣接し合い、隣接する金属膜とは異なる実効屈折率を有する少なくとも２つの金属膜とを備え、前記各金属膜は、隣り合う該各金属膜の境界線の少なくとも一部が曲線であり、かつ、前記金属膜支持部材と接している面とは反対側の面と、隣接する該金属膜における該金属膜支持部材と接している面とは反対側の面とが面一であることを特徴としている。

上記構成により、互いに隣接し合い、隣接する金属膜とは異なる実効屈折率を有する各金属膜の境界線の少なくとも一部が曲線であることにより、該境界線において該表面プラズモンポラリトンの伝播方向を変換させ、表面プラズモンポラリトンを集束させることができる。このとき、金属膜の表面プラズモンポラリトンが伝播する面と、隣接する金属膜における該表面プラズモンポラリトンが伝播する面とを面一とすることにより、該表面プラズモンポラリトンが隣接する金属膜に対して伝播するときに、隣接する該各金属膜間のエッジにおいて散乱することを抑制することができる。

その結果、本発明の表面プラズモンポラリトン集束器は、集束する表面プラズモンポラリトンの強度が強くなるとともに、散乱光によるバックグラウンドノイズの発生を抑制できる。また、本表面プラズモンポラリトン集束器の上に、何らかの成膜を行う場合、膜厚差を気にする必要がない。

本発明の一実施形態について図１〜図１４に基づいて説明すると以下の通りである。

本発明の表面プラズモンポラリトン集束器は、金属膜支持部材と、前記金属膜支持部材の所定の面上に形成された、互いに隣接し合い、隣接する金属膜とは異なる実効屈折率を有する少なくとも２つの金属膜とを備え、前記各金属膜は、隣り合う該各金属膜の境界線の少なくとも一部が曲線であり、かつ、前記金属膜支持部材と接している面とは反対側の面と、隣接する該金属膜における該金属膜支持部材と接している面とは反対側の面とが面一であることを特徴としている。

本発明の表面プラズモンポラリトン集束器は、光に対するレンズと同等の役割を、表面プラズモンポラリトンに対して持つものである。光に対するレンズの形状は、入射面の形状と、出射面の形状と、中心厚とにより決定される。表面プラズモンポラリトン集束器の形状も、同様に、入射境界線の形状と、出射境界線の形状と、中心距離とによって決定される。

なお、入射境界線とは、表面プラズモンポラリトン集束器において、表面プラズモンポラリトンが１回目に通過する、隣り合う金属膜間の境界線である。また、出射境界線とは、表面プラズモンポラリトン集束器において、表面プラズモンポラリトンが入射境界線を通過した後に通過する、隣り合う金属膜間の境界線である。入射境界線は、表面プラズモンポラリトン集束器において１つだけ存在するが、出射境界線は２つ以上存在することもある。ただし、本発明の表面プラズモンポラリトン集束器の場合は、入射境界線のみを有する構成であってもかまわない。

入射境界線のみを有する場合にも、または入射境界線および出射境界線を有する場合にも、隣り合う各金属膜の境界線における曲線部分の形状としては、表面プラズモンポラリトンを集束可能であればよく、円弧、楕円弧、双曲線、放物線の他、これらに高次の関数による変調を加えた形状等でもよい。なお、隣り合う各金属膜の境界線における曲線部分の形状として、高次の関数による変調を加えた形状の場合でも、焦点とは、元の円弧、楕円弧、双曲線、放物線の焦点を指すものとする。

〔第１実施形態〕
まず、入射境界線のみを有する本発明の第１実施形態に係る表面プラズモンポラリトン集束器１について、図１〜４を参照して説明する。図１は、本実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器１の概略構成を示す上面図および斜視図である。なお、図中の矢印は表面プラズモンポラリトン４の伝播方向を示している。

本実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器１は、図１に示すように、金属膜支持部材５と、第１金属膜２と、第２金属膜３とから構成されている。

本実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器１は、表面プラズモンポラリトン４を、第１金属膜２から第２金属膜３に対して伝播させることにより、第１金属膜２と第２金属膜３との間に形成された境界線において表面プラズモンポラリトン４の伝播方向を変換させ、第２金属膜３上において表面プラズモンポラリトン４を集束させるためのものであり、光記録や光アシスト磁気記録等に用いられる記録装置に好適に用いることができる。

なお、本実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器１では、表面プラズモンポラリトン４が第１金属膜２から第２金属膜３へと伝播する構成であればよく、表面プラズモンポラリトン４を第１金属膜２において発生させる構成であってもよいし、表面プラズモンポラリトン導波路の一部として用いられる構成であってもよい。第１金属膜２に表面プラズモンポラリトン４を発生させる方法については後述するので、ここでは説明は省略する。

金属膜支持部材５は、第１金属膜２および第２金属膜３を形成するための土台となるものである。なお、図１においては、金属膜支持部材５は所定の厚みを有した板として記載されているが、本発明はこれに限られない。例えば、光源の出射面を金属膜支持部材５とし、第１金属膜２および第２金属膜３を該出射面に形成する構成であってもよい。すなわち、金属膜支持部材５は形状や構成に限定されず、第１金属膜２および第２金属膜３を形成可能な構成であればよい。

また、金属膜支持部材５を利用することにより、第１金属膜２上に表面プラズモンポラリトン４を発生させることが可能であり、この場合には、金属膜支持部材５として透光性を有する基板が用いられる。

この場合、金属膜支持部材５を構成する材料としては、例えば、溶融石英またはＢＫ７（Ｓｃｈｏｔｔ Ｇｌａｓｓ社）のようなクラウンガラスや、Ｆ２またはＳＦ１１のようなフリントガラスや、ルミセラ（村田製作所）のようなセラミックや、ＳｉＯ_２やサファイヤ等の光学結晶が好適に用いられる。また、上述した材料以外にも、アクリロニトリルブタジエンスチレン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリオキシメチレン、ポリエステルアクリレート、エポキシアクリレート、ウレタンアクリレート、ポリエーテルアクリレート、アクリル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂等の光学樹脂が好適に用いられる。また、金属膜支持部材５は、シリコン基板のような特定の波長のみに対して透光性を有する構成であってもよい。

さらに、金属膜支持部材５を利用することにより、第１金属膜２上に表面プラズモンポラリトン４を発生させる場合には、金属膜支持部材５として透光性を有する基板を用いる以外にも、例えば光源の出射面のような他の支持体上に形成された誘電体膜を用いてもよい。上記誘電体膜を構成する誘電体材料としては、透光性を有する材料であればよく、上記基板材料に加えて、ＭｇＦ_２、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＮ、ＡｌＮなどが挙げられる。

第１金属膜２および第２金属膜３は、同じ膜厚で、互いに接するように形成されている。また、第１金属膜２および第２金属膜３は、同じ膜厚であるが、それぞれ異なる種類の金属で構成されているために、実効屈折率が異なる。表面プラズモンポラリトン集束器１において、第１金属膜２の実効屈折率をｎ１とし、第２金属膜３の実効屈折率をｎ２とした場合、ｎ１＜ｎ２という関係となる。なお、本実施形態の第１金属膜２および第２金属膜３の膜厚は、数ｎｍ〜数百ｎｍの範囲内であることが望ましい。

第１金属膜２と第２金属膜３との間に形成された境界線は、曲線であり、第２金属膜３から第１金属膜２に向かって凸形状となっている。表面プラズモンポラリトン４の集束は、光の集光と原理的に同じ概念であるために、本実施形態では上記凸形状は、波面収差を少なくすることにより高い集束性能を持たせるため、楕円弧となっている（Lens design fundamentals, Rudolf Kingslake, Academic Pressを参照）。なお、第１金属膜２と第２金属膜３との間に形成された境界線は、少なくとも表面プラズモンポラリトン４が伝播する面に形成されていればよい。

なお、第１金属膜２および第２金属膜３との間に形成された境界線は、この境界線を形成する２種の金属が表面プラズモンポラリトン４の波長以内の幅で混じり合っている場合も含むものとする。また、この場合の境界線とは、２種の金属が混じり合っている幅の中央を取るものとする。

表面プラズモンポラリトン４の第１金属膜２と第２金属膜３との間に形成された境界線による屈折は、光の屈折と原理的に同じ概念であり、その屈折角は、第１金属膜２と第２金属膜３との実効屈折率の比および表面プラズモンポラリトン４の第１金属膜２と第２金属膜３との間に形成された境界線に対する入射角により決まる。

なお、入射角とは、第１金属膜２表面上を表面プラズモンポラリトン４が第１金属膜２と第２金属膜３との間に形成された境界線に対して伝播していく場合に、該境界線の法線に対する表面プラズモンポラリトン４の伝播方向のなす角θ１（θ）（ただし、０度＜θ１＜９０度）と定義する。また、屈折角とは、第１金属膜２から第２金属膜３表面上に表面プラズモンポラリトン４が伝播していく場合に、第１金属膜２と第２金属膜３との間に形成された境界線の法線に対する、第２金属膜３表面における表面プラズモンポラリトン４の伝播方向のなす角θ２（ただし、０度＜θ２＜９０度）と定義する。

ここで、第１金属膜２と第２金属膜３との実効屈折率の比と、第１金属膜２と第２金属膜３との間に形成された境界線に対する表面プラズモンポラリトン４の入射角および屈折角との関係について説明する。

第１金属膜２と第２金属膜３との間に形成された境界線に対する表面プラズモンポラリトン４の入射角および屈折角の関係、すなわち、表面プラズモンポラリトン４の伝播方向の変換の大きさは、光の屈折と同じ原理（Ｓｎｅｌｌの法則）により、

と表される。

本実施形態では、表面プラズモンポラリトン４の伝播方向は、第１金属膜２と第２金属膜３との間に形成された楕円弧の境界線に対して、楕円弧の２つの焦点を結ぶ線に平行であることが望ましい。

表面プラズモンポラリトン４が第１金属膜２と第２金属膜３との間に形成された楕円弧の境界線に対して、楕円弧の２つの焦点を結ぶ線に平行に伝播すると、第１金属膜２と第２金属膜３との間に形成された境界線が第２金属膜３から第１金属膜２に向かって楕円弧に凸型となっており、かつ、第１金属膜２の実効屈折率が第２金属膜３の実効屈折率より小さいために、表面プラズモンポラリトン４は該境界線の外側部分において大きく屈折し、該境界線の中心部分においてほとんど屈折せず、楕円弧の焦点において表面プラズモンポラリトン４が集束する。

すなわち、表面プラズモンポラリトン集束器１においては、該境界線上の各位置における表面プラズモンポラリトン４の屈折角が異なるために、表面プラズモンポラリトン４が第２金属膜３において集束される。

上記構成によると、簡単な構成で、表面プラズモンポラリトンを良好に集束させることができ、さらに曲線部の形状を変えることで、表面プラズモンポラリトンが集束するまでの距離や、集束サイズを変えることができる。

さらに、第１金属膜２と第２金属膜３との間に形成された境界線の楕円弧における楕円の離心率ｅは、第１金属膜２の実効屈折率ｎ１および第２金属膜３の実効屈折率ｎ２と、

という関係であることが好ましい。

また、上記楕円の焦点距離ｆは、楕円の半長径をａとすると、

となる。

なお、第１金属膜２と第２金属膜３との間に形成された境界線に達した表面プラズモンポラリトン４を第２金属膜３において全て集束させるためには、該境界線に達した表面プラズモンポラリトン４が全て該境界線を通過するように、第１金属膜２および第２金属膜３の構成を設計することが望ましい。

また、第１金属膜２および第２金属膜３の実効屈折率は、上述したように、構成する金属材料に限られず、表面プラズモンポラリトン４のモード、金属膜の膜厚または金属膜の接する媒質の屈折率に依存する。すなわち、第１金属膜２および第２金属膜３を構成する材料が同一であったとしても、表面プラズモンポラリトン４のモード、膜厚または第１金属膜２若しくは第２金属膜３が接する媒質の屈折率を異ならせることにより、第１金属膜２と第２金属膜３との実効屈折率を異ならせることができる。

そのため、本実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器１では、第１金属膜２の実効屈折率と第２金属膜３の実効屈折率とを、互いの膜厚を異ならせることにより、異ならせる構成であってもよい。この場合は、第１金属膜２の金属膜支持部材５と接している面とは反対側の面と、第２金属膜３の金属膜支持部材５と接している面とは反対側の面とは、面一となっていることが望ましい。これにより、第１金属膜２から第２金属膜３へと伝播する表面プラズモンポラリトン４が、第１金属膜２と第２金属膜３との間に形成されたエッジによって散乱することを抑制することができる。その結果、表面プラズモンポラリトン集束器１は、集束した表面プラズモンポラリトン４の強度が強くなるとともに、散乱光によるバックグラウンドノイズの発生を抑制できる。

第１金属膜２および第２金属膜３の表面上を伝播する表面プラズモンポラリトン４は、進行するに伴い強度減衰が起こる。表面プラズモンポラリトン４の強度が１／ｅになる距離を伝播長と呼び、伝播長は表面プラズモンポラリトン４が伝播する第１金属膜２および第２金属膜３の金属材料および膜厚に依存する。伝播長は、第１金属膜２および第２金属膜３の金属材料および膜厚によって、数十ｎｍ〜数十μｍまで大きく変化するため、伝播長が短くなりすぎないように、第１金属膜２および第２金属膜３の構成を考慮する必要がある。

表面プラズモンポラリトン４が第１金属膜２および第２金属膜３の表面上を伝播する距離が長すぎると、集束した表面プラズモンポラリトン４の強度が減衰してしまう。そのため、第１金属膜２において表面プラズモンポラリトン４を励起させた場合は、表面プラズモンポラリトン４が励起した位置から集束する位置までの距離（焦点距離）が、また、表面プラズモンポラリトン集束器１以外で励起させた表面プラズモンポラリトン４を第１金属膜２に伝播させる場合には、第１金属膜２の伝播開始位置から集束する位置までの距離が（焦点距離）、伝播長以下であることが望ましい。これにより、表面プラズモンポラリトン４の強度が減衰する前に、表面プラズモンポラリトン４を集束することができるために、強度の強い近接場光を得ることができる。

また、本実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器１では、第１金属膜２における伝播長よりも第２金属膜３における伝播長が長いことが望ましい。特に、第２金属膜３における表面プラズモンポラリトン４の伝播長は、表面プラズモンポラリトン集束器１における表面プラズモンポラリトン４の焦点距離が、表面プラズモンポラリトン４が第１金属膜２と第２金属膜３との間に形成された境界線に対して入射する入射ビーム幅が回折限界より十分大きい必要があることや、十分な干渉効果を得ること等を考慮すると、表面プラズモンポラリトン４の波長の５倍程度であることが望ましい。

これにより、表面プラズモンポラリトン４が第１金属膜２と第２金属膜３との間に形成された境界線を通過してから、集束する位置までの距離を比較的長く設計しても、強度の強い近接場光が得られる。そのため、本実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器１を記録装置などに適用する場合は、光源を近接場光出力部（近接場光出力手段）と十分離して設置することができる。

ところで、焦点距離を短くするためには、第１金属膜２と第２金属膜３、または他の金属膜との実効屈折率の比がある程度大きくなければならず、また、それぞれの金属膜における伝播長が、それぞれの金属膜における表面プラズモンポラリトンの波長より十分長いことが好ましい。

ただし、第１金属膜２および第２金属膜３における伝播長が短くなりすぎないように、金属材料および膜厚を変化させると、第１金属膜２および第２金属膜３の実効屈折率も変化する。そのため、第１金属膜２および第２金属膜３における伝播長が短くなりすぎないように、かつ、表面プラズモンポラリトン４が所望の焦点距離を実現できるように、第１金属膜２および第２金属膜３の構成を考慮することが望ましい。

金属膜を構成する金属材料および膜厚を変化させた場合、該金属膜における実効屈折率および伝播長がどのように変化するか図２を用いて以下に説明する。図２は、Ａｌで構成された金属膜およびＡｇで構成された金属膜の膜厚を変化させた場合における、該各金属膜の実効屈折率および伝播長の変化を示すグラフである。

図２では、Ａｌで構成された金属膜およびＡｇで構成された金属膜は両面空気に接している構成であり、周波数が７．５×１０^１４Ｈｚのシンメトリーモードの表面プラズモンポラリトン４を伝播させてシュミレーションしている。図中の実線は上記各金属膜の実効屈折率を示し、点線は該各金属膜における表面プラズモンポラリトン４の伝播長が表面プラズモンポラリトン４の波長に対して何倍かを示している。

図２を参照すると、Ａｌで構成された金属膜およびＡｇで構成された金属膜は、どちらも膜厚が増加するに伴い実効屈折率が高くなり、伝播長が短くなっている。具体的には、Ａｌで構成された金属膜およびＡｇで構成された金属膜は、膜厚が約５０ｎｍより大きくなると、どちらも伝播長が表面プラズモンポラリトン４の波長と略同一の長さまで短くなる。また、Ａｇで構成された金属膜では、膜厚が約５０ｎｍより大きくなると、ほぼ一定の実効屈折率となるが、Ａｌで構成された金属膜では、膜厚が増加するほど実効屈折率が高くなる。

このように、金属膜を構成する材料が異なると、各金属膜の膜厚を変化させた場合における伝播長および実効屈折率の変化が異なる。そのため、第１金属膜２および第２金属膜３の構成を設計する場合には、金属膜における伝播長および実効屈折率が金属膜を構成する材料および金属膜の膜厚に依存することと、金属膜の膜厚を変化させた場合における伝播長および実効屈折率の変化が金属膜を構成する材料に依存することとを考慮して、金属膜を構成する金属材料および金属膜の膜厚を決定することが望ましい。

ここで、本実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器１が、図２５に示す金属膜２０１のように、第１金属膜２０２と第２金属膜２０３との膜厚を異ならせることにより実効屈折率を異ならせているのではなく、第１金属膜２と第２金属膜３との膜厚を同一にし、各金属膜を構成する金属材料を異ならせることにより、実効屈折率を異ならせていることの利点について以下に説明する。

図２５に示す金属膜２０１は、例えば、第１金属膜２０２および第２金属膜２０３をそれぞれＡｇから構成し、第１金属膜２０２の膜厚を１００ｎｍとし、第２金属膜２０３の膜厚を２０ｎｍとした場合、図２を参照すると、第１金属膜２０２と第２金属膜２０３との実効屈折率の比は１．１３となる。

これに対し、本実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器１のように、第１金属膜２および第２金属膜３を異なる金属材料を用いて同じ膜厚で構成した場合、例えば、第１金属膜２をＡｌ、第２金属膜３をＡｇから構成し、膜厚をそれぞれ１００ｎｍとした場合、図２を参照すると、第１金属膜２と第２金属膜３との実効屈折率の比は１．１２となる。

したがって、本実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器１の第１金属膜２と第２金属膜３との実効屈折率比は、金属膜２０１のように第１金属膜２０２と第２金属膜２０３との膜厚を異ならせなくても、金属膜２０１の第１金属膜２０２と第２金属膜２０３との実効屈折率比とほぼ同一にすることができる。

また、金属膜２０１の第１金属膜２０２、表面プラズモンポラリトン集束器１の第１金属膜２および第２金属膜３における伝播長は、金属膜２０１の第２金属膜２０３における伝播長よりも短いが、表面プラズモンポラリトン４の波長に対して約１８倍と十分な長さを有しているために、表面プラズモンポラリトン４の減衰には大きな影響を与えない。

次に、図２５に示す金属膜２０１の第１金属膜２０２のエッジによって生じる表面プラズモンポラリトン４の散乱について図３を参照して説明する。図３は、金属膜２０１が、例えば、第１金属膜２０２および第２金属膜２０３がそれぞれＡｇから構成されており、第１金属膜２０２の膜厚が１００ｎｍ、第２金属膜２０３の膜厚が１００ｎｍ以下の場合において、周波数７．５×１０^１４Ｈｚのシンメトリーモードの表面プラズモンポラリトン４が第１金属膜２０２から第２金属膜２０３に伝播したときの第１金属膜２０２のエッジにおけるエッジ強度比および結合効率を示す図である。

なお、エッジ強度比とは、図中の実線で示されており、第１金属膜２０２のエッジにおける電場強度と、第１金属膜２０２と第２金属膜２０３との間に膜厚差がない場合において、第１金属膜２０２と第２金属膜２０３との間に形成された境界線における電場強度との比である。

また、結合効率とは、図中の点線で示されており、表面プラズモンポラリトン４が第１金属膜２０２のエッジを通過した後の電場強度と、第１金属膜２０２と第２金属膜２０３との間に膜厚差がない場合において、表面プラズモンポラリトン４が第１金属膜２０２と第２金属膜２０３との間に形成された境界線を通過した後の電場強度との比である。

図３に示すように、エッジ強度比は第１金属膜２０２と第２金属膜２０３との膜厚差が約２０ｎｍのときに最大値となり、それ以外の膜厚差であれば、膜厚差が小さくなるほど、また、膜厚差が大きくなるほどエッジ強度比は小さくなる。このように、第１金属膜２０２のエッジにおける表面プラズモンポラリトン４の散乱量は、第１金属膜２０２と第２金属膜２０３との膜厚差が所定の厚みのときに最大となる。なお、第１金属膜２０２のエッジにおける表面プラズモンポラリトン４の散乱量は、表面プラズモンポラリトン４の波長または第１金属膜２０２および第２金属膜２０３を構成する材料を異ならせることにより変化する。

また、結合効率は、第１金属膜２０２のエッジに入射した表面プラズモンポラリトン４がエッジにおいて散乱され、エネルギーを失うため、エッジ強度比とは逆の傾向となる。すなわち、第１金属膜２０２と第２金属膜２０３との膜厚差が約２０ｎｍのときに最小値となり、それ以外の膜厚差であれば、膜厚差が小さくなるほど、また、膜厚さが大きくなるほど結合効率は大きくなる。したがって、例えば、金属膜２０１の第１金属膜２０２および第２金属膜２０３がそれぞれＡｇから構成されており、第１金属膜２０２の膜厚が１００ｎｍ、第２金属膜２０３の膜厚が２０ｎｍ（すなわち、膜厚差８０ｎｍ）の場合、図３に示すように、第１金属膜２０２のエッジにおいて、表面プラズモンポラリトン４は第１金属膜２０２を伝播している強度の３．１倍で散乱され、結合効率が０．４５となってしまう。

このように、図２５に示した金属膜２０１の構成では、第１金属膜２０２のエッジにおいて、表面プラズモンポラリトン４が多量に散乱し、利用可能な表面プラズモンポラリトン４の強度が低下してしまう。そのため、本実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器１のように、第１金属膜２と第２金属膜３との間において、膜厚差がない構成であることが好ましい。上述したように、第１金属膜２と第２金属膜３との膜厚が同一であったとしても、構成する金属材料を異ならせることにより、第１金属膜２の実効屈折率と第２金属膜３の実効屈折率との間に差を出すことが可能である。さらに、図３に示すように、第１金属膜２と第２金属膜３との膜厚を同一とすることにより、表面プラズモンポラリトン４は、第１金属膜２と第２金属膜３との間に形成された境界において散乱することなく伝播される。

また、金属膜の実効屈折率を異ならせるためには、図２６に示した表面プラズモンレンズ２１１のように、金属膜２１５の一方の面に屈折率の異なる第１誘電体層２１３および第２誘電体層２１４を設けることにより、第１誘電体層２１３が設けられている側の実効屈折率と、第２誘電体層２１４が設けられている側の実効屈折率とを異ならせることもできる。

ここで、本実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器１が、図２６に示す表面プラズモンレンズ２１１のように、金属膜２１５の一方の面上に設けられた誘電体層の屈折率を異ならせることにより実効屈折率を異ならせているのではなく、第１金属膜２と第２金属膜３との膜厚を同一にし、各金属膜を構成する金属材料を異ならせることにより、実効屈折率を異ならせていることの利点について図４を参照して以下に説明する。図４は、Ａｕで構成された金属膜、Ａｌで構成された金属膜およびＡｇで構成された金属膜上に設けられた誘電体の屈折率を変化させた場合における、該各金属膜の実効屈折率および伝播長の変化を示すグラフである。

図４では、屈折率２．０の基板上に、Ａｕで構成された金属膜、Ａｌで構成された金属膜およびＡｇで構成された金属膜をそれぞれ膜厚１００ｎｍで設けた構成であり、周波数が５．５×１０^１４Ｈｚのシンメトリーモードの表面プラズモンポラリトン４を伝播させてシュミレーションしている。図中の実線は上記各金属膜の実効屈折率を示し、点線は該各金属膜における表面プラズモンポラリトン４の伝播長が表面プラズモンポラリトン４の波長に対して何倍かを示している。

図２６に示す表面プラズモンレンズ２１１を、例えば、金属膜２１５をＡｌから構成し、第１誘電体層２１３の屈折率を１（空気）とし、第２誘電体層２１４の屈折率を２とした場合には、図４に示すように、金属膜２１５の第１誘電体層２１３が設けられている側と第２誘電体層２１４が設けられている側との実効屈折率比は非常に大きくなる。また、例えば、金属膜２１５をＡｇから構成した場合も、金属膜２１５をＡｌから構成した場合と同様に、第１誘電体層２１３の屈折率を１（空気）とし、第２誘電体層２１４の屈折率を２としたときは、図４に示すように、金属膜２１５の第１誘電体層２１３が設けられている側と第２誘電体層２１４が設けられている側との実効屈折率比は非常に大きくなる。しかしながら、第２誘電体層２１４の屈折率を２とした場合には、伝播長が表面プラズモンポラリトン４の波長の数倍程度と短くなる。

このように、図２６に示した表面プラズモンレンズ２１１の構成では、金属膜２１５の第１誘電体層２１３が設けられている側と第２誘電体層２１４が設けられている側との実効屈折率比を、表面プラズモンポラリトン４の十分な集束を起こすことを実現するためには、第２誘電体層２１４の屈折率を大きくする必要があり、金属膜２１５の第２誘電体層２１４が設けられている側における伝播長が非常に短くなってしまう。そのため、本実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器１のように、第１金属膜２と第２金属膜３との金属材料を異ならせることにより、実効屈折率を異ならせている構成であることが好ましい。

図２〜図４において示したように、金属膜における実効屈折率および伝播長は、金属膜を構成する金属材料、金属膜の膜厚、金属膜の接する材料、表面プラズモンポラリトンの周波数および表面プラズモンポラリトンのモードに依存するが、本実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器１のように、第１金属膜２および第２金属膜３を異なる金属材料を用いて構成することにより、設計自由度がより高くなることは明らかである。

なお、第１金属膜２と第２金属膜３を構成する材料としては、表面プラズモンポラリトン４が伝播可能な金属であればよいが、伝播長が長くなるため、電気伝導率の高い金属を用ことが好ましい。第１金属膜２および第２金属膜３に好適に用いられる材料としては、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）等の貴金属や、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）等がある。

なお、本実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器１は、同一の膜厚を有した第１金属膜２と第２金属膜３との間に境界線が形成されている。すなわち、第１金属膜２の金属膜支持部材５と接している面とは反対側の面と第２金属膜３の金属膜支持部材５と接している面とは反対側の面とは面一となっている。しかしながら、現実的には、表面プラズモンポラリトン集束器を作成する際に、上記境界線において膜厚差がまったくない状態にすることは困難である。現在の成膜装置においては、膜厚制御は、領域の大きさにも依るが、膜厚の±５％程度である。よって、本実施形態において、「同じ膜厚」および「面一」とは、膜厚の５％までの膜厚差を含むものとする。

図８において、例えば、第１金属膜２および第２金属膜３の膜厚を１００ｎｍとする場合、第１金属膜２と第２金属膜３との膜厚差は５ｎｍとなる。このとき、図２３に示すように、エッジ強度比が約１．９、結合効率が約０．６となるが、この値は表面プラズモンポラリトン４の散乱にそれほど大きな影響を与えない。また、金属膜の表面には表面ラフネスと呼ばれる凹凸が生じる。凹凸の大きさは金属膜の下の材料、該下の材料の表面状態と金属膜の材料との相性および膜厚に依存する。このような表面ラフネスがある場合は、金属膜の膜厚として、金属膜のいくつかの位置における膜厚の平均値を取るものとする。したがって、位置（ｘ，ｙ）における膜厚をｈ（ｘ，ｙ）、金属膜の面積をＳとすると、平均膜厚ｈａは、

となる。

次に、本実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器１によって、第２金属膜３に集束された表面プラズモンポラリトン４を、光記録または光アシスト磁気記録に利用するために近接場光として取り出す方法について以下に説明する。

表面プラズモンポラリトン４を近接場光として取り出すためには、２つの近接場光利用方法がある。以下に２つの近接場光利用方法について説明する。

１つめの近接場光利用方法は、例えば、表面プラズモンポラリトン４を光記録または光アシスト磁気記録に用いる場合に、第２金属膜３において集束された表面プラズモンポラリトン４に対して記録媒体等の対象物を近づけることによって、表面プラズモンポラリトン４自体の近接場光を用いる方法である。このとき、上記対象物と表面プラズモンポラリトン集束器１とは、表面プラズモンポラリトン４の波長の４分の１以内の範囲にまで近づければよい。ただし、この方法では、集束された表面プラズモンポラリトン４の回折限界より小さいスポットを生成することはできない。

２つめの近接場光利用方法は、第２金属膜３において集束された表面プラズモンポラリトン４を、金属膜上に形成された近接場光出力部（近接場光出力手段）によって散乱させて、別の近接場光として取り出す方法であり、以下の２つの方法がある。

１つめの方法としては、表面プラズモンポラリトン集束器１の第２金属膜３のエッジにおいて散乱させる方法である。第２金属膜３のエッジは、第２金属膜３の外周部分となる端部であってもよいし、第２金属膜３に開口部を設けた場合は、開口部の端部であってもよい。

２つめの方法としては、第２金属膜３上に微小突起等の突起部を形成する方法である。上記突起部としては、例えば、第２金属膜３上に設けられた金属微粒子であってもよい。

このように、２つめの近接場光利用方法では、本実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器１の用途に応じて、近接場光出力部として、前記金属膜の金属端または前記金属膜に設けられた開口、スリットあるいは金属突起を用いることが好ましい。

なお、表面プラズモンポラリトン４は進行するに伴い強度減衰が起こるために、強い近接場光を得るためには、第１金属膜２と第２金属膜３との間に形成された境界線から、第２金属膜３のエッジまたは突起部までの距離が、表面プラズモンポラリトン４の伝播長より短いことが望ましい。

また、２つめの近接場光利用方法における１つめの方法および２つめの方法は、散乱体を表面プラズモンポラリトン４の集束位置に設けることが望ましい。これにより、表面プラズモンポラリトン集束器１において集束された表面プラズモンポラリトン４を効率良く近接場光として取り出すことが可能となる。

〔第２実施形態〕
次に、入射境界線のみを有する本発明の第２実施形態に係る表面プラズモンポラリトン集束器１１について図５を参照して説明する。図５は、第２実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器１１の概略構成を示す上面図および斜視図である。なお、図中の矢印は表面プラズモンポラリトン４の伝播方向を示している。また、第１実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器１における構成要素と、同等の機能を有する構成要素については同一の符号を付記している。

本実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器１１は、図５に示すように、金属膜支持部材５と、第１金属膜１２と、第２金属膜１３とから構成されている。本実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器１１において、第１金属膜１２の実効屈折率をｎ１０とし、第２金属膜１３の実効屈折率をｎ２０とした場合、ｎ１０＞ｎ２０という関係となる。

表面プラズモンポラリトン集束器１１では、表面プラズモンポラリトン４は、第２金属膜１３から第１金属膜１２へと伝播する構成であり、第１金属膜１２において表面プラズモンポラリトン４が集束される。すなわち、第１実施形態が第１金属膜２から第１金属膜２より実効屈折率の大きい第２金属膜３へ表面プラズモンポラリトン４が伝播する構成であるのに対し、本実施形態では第２金属膜１３から第２金属膜１３より実効屈折率の小さい第１金属膜１２へと表面プラズモンポラリトン４が伝播する構成である。

表面プラズモンポラリトン集束器１１では、第２金属膜１３から第２金属膜１３より実効屈折率の小さい第１金属膜１２へと表面プラズモンポラリトン４が伝播するために、第１実施形態と同じように、第１金属膜１２と第２金属膜１３との間に形成された境界線を楕円弧とすると、表面プラズモンポラリトン４は第１金属膜１２において拡散してしまう。

そのため、第１金属膜１２と第２金属膜１３との間に形成された境界線は、曲線となっており、第２金属膜１３から第１金属膜１２に向かって凸形状である。本実施形態では上記凸形状は、波面収差を少なくすることにより高い集束性能を持たせるため、双曲線となっている。上記構成により、本実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器１１は、表面プラズモンポラリトン４の集束サイズが小さくなるために、集束した電場強度が高くなり、強度の強い近接場光を得ることができる。したがって、例えば、上記構成の表面プラズモンポラリトン集束器を記録装置に適用すると、集束サイズが非常に小さいために、記録媒体に対して微小マークを記録することが可能となる。

さらに、第１金属膜１２と第２金属膜１３との間に形成された境界線の双曲線の離心率ｅは、第１金属膜１２の実効屈折率ｎ１０および第２金属膜１３の実効屈折率ｎ２０と、

という関係であることが好ましい。

また、上記双曲線の焦点距離ｆは、双曲線の２つの焦点から双曲線への距離の差を２ａとすると、

となる。

本実施形態では、表面プラズモンポラリトン４の伝播方向は、第１金属膜１２と第２金属膜１３との間に形成された双曲線の境界線に対して、双曲線の２つの焦点を結ぶ線に平行であることが望ましい。

表面プラズモンポラリトン４が第１金属膜１２と第２金属膜１３との間に形成された双曲線の境界線に対して、双曲線の２つの焦点を結ぶ線に平行に伝播すると、第１金属膜１２と第２金属膜１３との間に形成された境界線が第２金属膜１３から第１金属膜１２に向かって双曲線に凸型となっており、かつ、第１金属膜１２の実効屈折率が第２金属膜１３の実効屈折率より小さいために、表面プラズモンポラリトン４は該境界線の外側部分において大きく屈折し、該境界線の中心部分においてほとんど屈折せず、双曲線の焦点において表面プラズモンポラリトン４が集束する。

なお、本実施形態の第１金属膜１２および第２金属膜１３は、第１金属膜１２と第２金属膜１３との間に形成された境界線が双曲線であること以外、すなわち、各金属膜を構成する金属材料、各金属膜の膜厚、各金属膜の接する材料、表面プラズモンポラリトン４の波長、表面プラズモンポラリトン４のモード等の自由度は、第１実施形態の第１金属膜２および第２金属膜３と同様に設定可能であるために、ここでは説明は省略する。

〔第３実施形態〕
次に、入射境界線および出射境界線を有する本発明の第３実施形態に係る表面プラズモンポラリトン集束器２１について図６を参照して説明する。図６は、第３実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器の概略構成を示す上面図および斜視図である。なお、図中の矢印は表面プラズモンポラリトン４の伝播方向を示している。また、第１実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器１における構成要素と、同等の機能を有する構成要素については同一の符号を付記している。

本実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器２１は、図６に示すように、金属膜支持部材５と、第１金属膜２２と、第１金属膜２２に囲まれた第２金属膜２３とから構成されている。

なお、本実施形態の第１金属膜２２および第２金属膜２３は、第２金属膜２３が第１金属膜２２に囲まれている構成であること以外、すなわち、各金属膜を構成する金属材料、各金属膜の膜厚、各金属膜の接する材料、表面プラズモンポラリトン４の波長、表面プラズモンポラリトン４のモード等の自由度は、第１実施形態の第１金属膜２および第２金属膜３と同様に設定可能であるために、ここでは説明は省略する。

本実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器２１は、第２金属膜２３が第１金属膜２２に囲まれているために、表面プラズモンポラリトン４を第１金属膜２２から第２金属膜２３へと伝播させると、表面プラズモンポラリトン４は第２金属膜２３を通り抜けて、再び第１金属膜２２へ伝播される。そのため、表面プラズモンポラリトン４は、第１金属膜２２と第２金属膜２３との間に形成された境界線を２回通過することになる。すなわち、表面プラズモンポラリトン４は、入射境界線および出射境界線を通過する。なお、本実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器２１において、入射境界線の２つの焦点を結ぶ線と出射境界線の２つの焦点を結ぶ線は互いに平行である。

このため、表面プラズモンポラリトン４は、第１金属膜２２と第２金属膜２３との間に形成された境界線において、２回伝播方向が変換され、より急峻に集束される。

なお、本実施形態では第２金属膜２３を第１金属膜２２で囲むことにより、表面プラズモンポラリトン４が第１金属膜２２と第２金属膜２３との間に形成された境界線を２回通過する設計としているが、本発明はこれに限られない。つまり、第１金属膜２２および第２金属膜２３は、第１金属膜２２、第２金属膜２３、第１金属膜２２の順番に隣接して設けられていてもよい。また、第３金属膜を用いて、第１金属膜２２と第２金属膜２３との間に形成された境界線を入射境界線とし、第２金属膜２３と第３金属膜との間に形成された境界線を出射境界線としてもよい。この場合、第２金属膜の実効屈折率をｎ２とし、第３金属膜の実効屈折率をｎ３とすると、ｎ２＞ｎ３であることが望ましい。

〔第４実施形態〕
次に、入射境界線および２つの出射境界線を有する本発明の第４実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器３１について図７を参照して説明する。図７は、第４実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器３１の概略構成を示す上面図および斜視図である。なお、図中の矢印は表面プラズモンポラリトン４の伝播方向を示している。また、第１実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器１における構成要素と、同等の機能を有する構成要素については同一の符号を付記している。

本実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器３１は、図７に示すように、金属膜支持部材５と、第１金属膜３２と、第１金属膜３２に囲まれた第２金属膜３３および第３金属膜３４とから構成されている。本実施形態の第１金属膜３２および第２金属膜３３は、第３実施形態の第１金属膜２２および第２金属膜２３と同一の構成であるので、ここでは説明は省略する。

本実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器３１が第３実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器２１と異なる構成は、第３金属膜３４が設けられていることである。第３金属膜３４は、第１金属膜３２および第２金属膜３３とは異なる金属材料から構成されており、実効屈折率が異なる。

また、表面プラズモンポラリトン集束器３１は、図７に示すように、第１金属膜３２と第３金属膜３４との間に形成された境界線が、第３実施形態の第１金属膜２２と第２金属膜２３との間に形成された境界線の表面プラズモンポラリトン４の出射境界線と平行となっている。

そのため、本実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器３１を伝播する表面プラズモンポラリトン４は、第１金属膜３２と第２金属膜３３との間に形成された境界線、第２金属膜３３と第３金属膜３４との間に形成された境界線および第３金属膜３４と第１金属膜３２との間に形成された境界線を介して、第１金属膜３２へと出射される。すなわち、表面プラズモンポラリトン４は、２つの出射境界線を通過することとなり、入射境界線および２つの出射境界線において、３回伝播方向を変換することが可能となる。

したがって、本実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器３１は、光の場合のアクロマートレンズと同様の構成となり、表面プラズモンポラリトン４の集束性能が良くなる。

〔第５実施形態〕
次に、入射境界線および出射境界線を有する本発明の第５実施形態に係る表面プラズモンポラリトン集束器４１について、図８〜１３を参照して説明する。図８は、第５実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器４１の概略構成を示す斜視図である。なお、図中の矢印は表面プラズモンポラリトン４の伝播方向を示している。また、図８中では、第１金属膜４２を上面から見た場合の形状が長方形となっており、以下の説明においては、第１金属膜４２の長手方向をｘ軸方向、長手方向に垂直な方向をｙ軸方向、第１金属膜４２および第２金属膜４３の膜厚方向をｚ方向とする。また、第１実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器１における構成要素と、同等の機能を有する構成要素については同一の符号を付記している。

本実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器４１は、図８に示すように、金属膜支持部材５と、第１金属膜４２と、第１金属膜４２に囲まれた第２金属膜４３とから構成されている。第２金属膜４３は、楕円弧と直線とに囲まれた形状をしており、直線部分は楕円弧部分における楕円の２つの焦点を結んだ線に対して垂直に設けられている。

なお、本実施形態の第１金属膜４２および第２金属膜４３は、第２金属膜４３の形状が楕円弧と直線とに囲まれた形状であること以外は、第３実施形態の第１金属膜２２および第２金属膜２３と同一であるために、ここでは説明は省略する。また、図８では、第１金属膜４２を上面から見た場合の形状が長方形となっているが、本発明はこれに限られない。第１金属膜４２の形状としては、円形や多角形等、目的に応じて適宜設定すればよい。

表面プラズモンポラリトン集束器４１では、表面プラズモンポラリトン４は、第１金属膜４２の第２金属膜４３の楕円弧部分側から直線部分側に向かって、楕円弧部分の楕円の２つの焦点を結んだ線と平行に伝播する。

そのため、表面プラズモンポラリトン集束器４１において、第１金属膜４２の第２金属膜４３の楕円弧部分側から直線部分側に向かって表面プラズモンポラリトン４を伝播させると、第１金属膜４２と第２金属膜４３との間に形成された境界線が第２金属膜４３から第１金属膜４２に向かって楕円弧に凸型となっており、かつ、第１金属膜４２の実効屈折率が第２金属膜４３の実効屈折率より小さいために、表面プラズモンポラリトン４は該境界線の外側部分において大きく屈折し、該境界線の中心部分においてほとんど屈折しない。

さらに、第１金属膜４２と第２金属膜４３との間に形成された境界線の直線部分において、表面プラズモンポラリトン４はさらに屈折され、第１金属膜４２表面上において表面プラズモンポラリトン４の集束が起こる。なお、第１金属膜４２に対する第２金属膜４３の実効屈折率の比が大きいと、焦点距離が短くなり、集束効果が大きくなる。

表面プラズモンポラリトン４の集束効果を高くするには、金属膜の実効屈折率の比、境界形状を適切に設計すればよい。金属膜の実効屈折率は、金属膜材料の組み合わせ・膜厚・金属膜の接する材料によって変えることができる。

また、第２金属膜４３のｘ軸方向における中心距離ｄ１は、発生した表面プラズモンポラリトン４の伝播長以下であることが好ましい。これは、第１金属膜４２において表面プラズモンポラリトン４を励起させた場合は、表面プラズモンポラリトン４が励起した位置から集束する位置までの距離（焦点距離）、または、表面プラズモンポラリトン集束器４１以外で励起させた表面プラズモンポラリトン４を第１金属膜４２に伝播させる場合には、第１金属膜４２の伝播開始位置から集束する位置までの距離（焦点距離）が長すぎると、表面プラズモンポラリトン４が集束する前に、表面プラズモンポラリトン４の強度が減衰してしまうためである。

ここで、本実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器４１における表面プラズモンポラリトン４の集束について、ＦＤＴＤ法（finite-difference time-domain method）を用いたシミュレーションにより図９を参照して確認する。図９は、表面プラズモンポラリトン集束器４１の第１金属膜４２および第２金属膜４３の表面上における、表面プラズモンポラリトン４の電場強度分布を示す図である。

ＦＤＴＤ法に用いられる表面プラズモンポラリトン集束器４１は、第１金属膜４２および第２金属膜４３が、それぞれＡｌおよびＡｇによって膜厚１００ｎｍに構成されている。このとき、図２を参照すると、第１金属膜４２の実効屈折率は１．０２であり、第２金属膜４３の実効屈折率は１．１４である。第１金属膜４２と第２金属膜４３との間に形成された境界線の楕円弧部分は、中心距離を２μｍ、半長径を４．３μｍ、半短径を２．１μｍとしている。図９に示すように、表面プラズモンポラリトン集束器４１の第１金属膜４２から第２金属膜４３へと、周波数が７．５×１０^１４Ｈｚの表面プラズモンポラリトン４を伝播させると、第２金属膜４３において表面プラズモンポラリトン４が集束することが確認された。

次に、表面プラズモンポラリトン集束器４１における表面プラズモンポラリトン４の集束を図１０（ａ）および図１０（ｂ）を参照して電場の位相分布により確認する。図１０（ａ）は、表面プラズモンポラリトン集束器４１における表面プラズモンポラリトン４の進行方向の電場成分の位相分布を示す図であり、図１０（ｂ）は、表面プラズモンポラリトン集束器４１における第１金属膜４２および第２金属膜４３の表面に垂直な電場成分の位相分布を示す図である。図１０（ａ）および図１０（ｂ）におけるいずれの位相分布も、第２金属膜４３を通過した後、一度集束し、発散していることがわかる。この収束から発散への変わり目は、図９の電場の集束する箇所とほぼ同じ位置である。

次に、入射境界線の曲率が、表面プラズモンポラリトンの集束効果に与える影響について図１１および図１２を参照して説明する。

まず、表面プラズモンポラリトン集束器４１の第２金属膜４３の半長径と表面プラズモンポラリトン４の焦点位置との関係について図１１を参照して説明する。図１１は、表面プラズモンポラリトン集束器４１における第１金属膜４２と第２金属膜４３との間に形成された境界線の楕円弧部分の半長径と焦点距離との関係を示すグラフである。なお、図１１のグラフは、横軸が第１金属膜４２と第２金属膜４３との間に形成された境界線の楕円弧部分における半長径（μｍ）を示し、縦軸が該境界線の直線部分から表面プラズモンポラリトン４が集束する位置までの距離である焦点距離（μｍ）を示す。

ここでは、表面プラズモンポラリトン集束器４１の第２金属膜４３は、Ａｇから構成されており、第１金属膜４２と第２金属膜４３との間に形成された境界線の楕円弧部分におけるｘ軸方向の中心距離ｄ１を２μｍとし、離心率を０．８７とする。図１１に示すように、楕円弧部分の半長径を４．３μｍ〜６．６μｍまで変化させたところ、半長径が大きくなるに伴い、焦点距離もゆるやかに大きくなっているが、半長径に関らず表面プラズモンポラリトン４が集束していることが確認できる。

次に、第１金属膜４２と第２金属膜４３との間に形成された境界線の楕円弧部分における半長径を４．３μｍとし、離心率を０．８７とし、ｘ軸方向の中心距離ｄ１を変化させた場合のシミュレーション結果を図１２に示す。図１２は、表面プラズモンポラリトン集束器４１における第１金属膜４２と第２金属膜４３との間に形成された境界線の楕円弧部分の中心距離と焦点距離との関係を示すグラフである。なお、図１２のグラフは、横軸が第１金属膜４２と第２金属膜４３との間に形成された境界線の楕円弧部分におけるｘ軸方向における中心距離ｄ１を示し、縦軸が上記境界線の直線部分から表面プラズモンポラリトン４が集束する位置までの距離である焦点距離を示す。

図１２に示すように、第１金属膜４２と第２金属膜４３との間に形成された境界線の楕円弧部分におけるｘ軸方向の中心距離ｄ１を１．８μｍ〜２．２μｍまで変化させたところ、中心距離ｄ１が大きくなるに伴い、焦点距離が大きく減少しているが、中心距離ｄ１に関わらず、表面プラズモンポラリトン４が集束していることが確認できる。

なお、金属膜支持部材５の構成が変化しても、第１金属膜４２と第２金属膜４３との実効屈折率比に対応した同様の結果が得られることは容易に予測される。金属膜を基板上に設けた場合の実効屈折率については、非特許文献１に具体的に記載されている。

また、本実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器４１で集束された表面プラズモンポラリトン４を散乱させて使用する場合は、図１３に示すように、第１金属膜４２上にスリット４４を設けてもよい。スリット４４は、第１金属膜４２の表面プラズモンポラリトン４の集束位置から、第１金属膜４２と第２金属膜４３との間に形成された境界線の直線部分と直交する方向に第１金属膜４２の端部まで、第１金属膜４２の厚み方向に切り込みが設けられている。これにより、表面プラズモンポラリトン集束器４１において集束された表面プラズモンポラリトン４は、スリット４４のエッジで散乱され、近接場光として取り出される。なお、本実施形態では表面プラズモンポラリトン４を散乱させるために、スリット４４を設けているが、本発明はこれに限られず、金属端または開口または金属突起であってもよい。

〔第６実施形態〕
次に、第５実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器４１の変形例である本発明の第６実施形態に係る表面プラズモンポラリトン集束器５１について、図１４を参照して説明する。図１４は、第６実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器５１の概略構成を示す斜視図である。なお、図中の矢印は表面プラズモンポラリトン４の伝播方向を示している。また、第１実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器１における構成要素と、同等の機能を有する構成要素については同一の符号を付記している。

本実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器５１は、図１４に示すように、対物レンズ５５（金属膜支持部材）と、第１金属膜５２と、第１金属膜５２に囲まれた２つの第２金属膜５３と、近接場光出力部５４（近接場光出力手段）とから構成されている。

本実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器５１は、第５実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器４１を対物レンズ５５上に２つ組み合わせた構成である。そのため、本実施形態の第１金属膜５２および第２金属膜５３の構成は、第５実施形態の第１金属膜４２および第２金属膜４３の構成と同一であるので、ここでは説明は省略する。なお、本実施形態では、第１金属膜５２および第２金属膜５３が形成される土台として、金属膜支持部材５の代わりに対物レンズ５５が用いられている。

対物レンズ５５は、一方の面が平面、他方の面が凸面で構成されている。本実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器５１の第１金属膜５２および第２金属膜５３は、対物レンズ５５の平面上に設けられており、２つの第２金属膜５３は、第１金属膜５２と第２金属膜５３との間に形成された境界線の直線部分が、対物レンズ５５の光軸に対して対称に、互いに向き合うように設けられている。そして、２つの第２金属膜５３の中間位置には、金属突起からなる近接場光出力部５４が設けられている。すなわち、近接場光出力部５４は、対物レンズ５５の光軸と第１金属膜５２とが交わる位置に設けられている。

対物レンズ５５の凸面側から入射光５６を照射すると、第１金属膜５２に対してｐ偏光であり、かつ、対物レンズ５５において所定の角度を有する光線が、後述するＫｒｅｔｃｈｍａｎｎ配置により、２つの第２金属膜５３の楕円弧部分側から第１金属膜５２の中心に向かって、第１金属膜５２上に表面プラズモンポラリトン４を励起する。この表面プラズモンポラリトン４が、それぞれの第２金属膜５３の楕円弧部分から直線部分へと通過することにより、第１金属膜５２の近接場光出力部５４において集束する。

このように、本実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器５１は、第５実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器４１を２つ組合わせた構成であり、各第２金属膜５３において表面プラズモンポラリトン４を近接場光出力部５４の１点に集束させることができるために、強度の強い近接場光を得ることができる。また、金属材料の組合せ、境界線の形状により、表面プラズモンポラリトンが集束するまでの距離や、集束サイズを変えることができ、このためのパラメータが多い分、自由な設計が可能となる。

なお、本実施形態では第５実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器４１を２つ組合わせた構成が記載されているが、本発明はこれに限られず、２つ以上の表面プラズモンポラリトン集束器４１を組合わせた構成であってもよい。

また、本実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器５１では、近接場光出力部５４として金属突起を設けることにより、集束した表面プラズモンポラリトン４を近接場光として取り出しているが、本発明はこれに限られない。つまり、近接場光出力部５４として、第１金属膜５２に微小開口が設けられていてもよく、この場合は、入射光５６が直接微小開口に照射されることによっても、近接場光が発生する。

なお、上述した第１実施形態〜第６実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器は、隣接する各金属膜がすべて同じ膜厚であり、該金属膜上はすべて空気である場合について説明したが、該各金属膜の膜厚を変えてもよいし、該各金属膜上に別の誘電体を設けてもよい。

〔表面プラズモンポラリトン集束器の製造方法〕
ここで、本発明の表面プラズモンポラリトン集束器の製造方法について、図１５（ａ）〜図１５（ｅ）に基づいて説明する。図１５（ａ）〜図１５（ｅ）は、本発明の表面プラズモンポラリトン集束器の製造方法を示す断面図である。なお、本発明の表面プラズモンポラリトン集束器の製造方法は、上述した表面プラズモンポラリトン集束器１、１１、２１、３１、４１、５１に適用することが可能である。以下の説明では、表面プラズモンポラリトン集束器１の製造方法について説明する。

まず、図１５（ａ）に示すように、金属膜支持部材５上に第１金属膜２をスパッタまたは蒸着により製膜する。そして、第１金属膜２の表面全体に、フォトレジスト７をスピンコーター等により塗布する。このとき、フォトレジスト７がポジ型である場合は、第２金属膜３を形成する部分以外のフォトレジスト７をマスク６により覆う。なお、図１５（ａ）に示すように、マスク６とフォトレジスト７とを離して設置してもよいし、互いに密着させて露光してもよい。また、マスク６の形状を等倍でフォトレジスト７へ転写してもよいし、縮小してもよい。

次に、フォトレジスト７がマスク６により覆われた状態で、金属膜支持部材５を露光および現像することにより、図１５（ｂ）に示すように、マスク６で覆われていない部分のフォトレジスト７は取り除かれる。

次に、図１５（ｃ）に示すように、フォトレジスト７が除去された部分、すなわち、第２金属膜３を形成する部分の第１金属膜２をエッチングすることにより、第１金属膜２を除去する。このエッチングの過程で、フォトレジスト７で覆われていない部分の第１金属膜２は、すべて取り除かれる。

次に、図１５（ｄ）に示すように、第２金属膜３をスパッタまたは蒸着により製膜し、マスク６で覆われて残ったフォトレジスト７を除去すると、図１５（ｅ）に示すように、第１金属膜２と第２金属膜３とが隣接した構造になる。金属膜表面にバリなどがある場合は、表面を研磨してやればよい。

表面プラズモンポラリトン集束器の製造には、ウェットエッチングプロセス、およびイオンエッチングや反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等のドライエッチングプロセスが用いられる。

なお、上述した表面プラズモンポラリトン集束器１の製造方法において、露光には主にアライナーもしくはステッパーが使用される。また、エッチングの代わりにＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ ｉｏｎ ｂｅａｍ）や、ナノインプリントによるプロセスを用いてもよい。

また、図１３に示した第５実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器４１のように、第１金属膜４２上にスリットを設ける場合には、図１５（ｆ）に示すように、エッチング、ＦＩＢ、ナノインプリント等の方法により、スリットや開口を設けることが可能である。また、図１４に示した第６実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器５１における近接場光出力部５４のような金属突起を第１金属膜５２上に設ける場合には、第１金属膜５２上の所望の位置に突起を形成すればよい。

〔表面プラズモンポラリトンの励起方法〕
ここで、本発明の表面プラズモンポラリトン集束器における表面プラズモンポラリトンの励起方法について、図２０〜２３を用いて説明する（Surface Plasmons on smooth and rough surfaces and on gratings, Heinz Raether, Springer-Verlag, 1988 p.118〜p.123参照）。以下の説明では、説明を簡略にするために、基板、金属膜および誘電体を備えた表面プラズモンポラリトン励起部を用いて説明する。

一般的に、表面プラズモンポラリトン励起部で表面プラズモンポラリトンを励起するには、以下に述べる３つの方法、すなわち、第１の励起方法、第２の励起方法および第３の励起方法がある。

第１の励起方法は、基板、金属膜および誘電体層を備えた表面プラズモンポラリトン励起部に、基板側から適切な角度で入射光を入射させる方法である。

この第１の励起方法を用いた表面プラズモンポラリトン励起部の構成には、基板、金属膜および誘電体層の配置の違いによって、Ｋｒｅｔｃｈｍａｎｎ配置とＯｔｔｏ配置がある。以下に、Ｋｒｅｔｃｈｍａｎｎ配置およびＯｔｔｏ配置について図２０および図２１に基づいて説明する。

図２０は、Ｋｒｅｔｃｈｍａｎｎ配置によって構成された表面プラズモンポラリトン励起部３０１の斜視図である。Ｋｒｅｔｃｈｍａｎｎ配置では、図２０に示すように、透明基板３０２上に金属膜３０３が形成され、金属膜３０３の透明基板３０２と接している面とは逆側（光が入射する面とは逆側）の面は、透明基板３０２より屈折率の小さい誘電体層に（図２０に示す構造では空気に相当する）接している。この表面プラズモンポラリトン励起部３０１で表面プラズモンポラリトンを励起するときは、入射光３０４を、透明基板３０２側から透明基板３０２と金属膜３０３の界面へ向かって、適切な角度で入射させる。すると、図２０に矢印３０５で示したように、金属膜３０３内部でプラズモン共鳴が起こり、金属膜３０３の両面、すなわち、透明基板３０２と接する面（光が入射する面）およびその反対側の面に、入射光３０４の波数ベクトルの金属膜３０３に平行な成分の向き（図２０中に矢印３０５で示した）に進行する表面波として、表面プラズモンポラリトンが発生する。

図２１は、Ｏｔｔｏ配置によって構成された表面プラズモンポラリトン励起部３１１の斜視図である。Ｏｔｔｏ配置は、図２１に示すように、透明基板３０２上に透明基板３０２より屈折率の小さい誘電体層３０６が形成され、誘電体層３０６の上に金属膜３０３が形成されている。この表面プラズモンポラリトン励起部３１１で表面プラズモンポラリトン３０５を励起するときは、入射光３０４を、透明基板３０２側から透明基板３０２と金属膜３０３の界面へ向かって、該界面に対して適切な角度で入射させる。すると、表面プラズモンポラリトン３０５が、Ｋｒｅｔｃｈｍａｎｎ配置と同じく、入射光３０４の波数ベクトルの金属膜３０３に平行な成分の向きに進行する表面波として発生する。Ｋｒｅｔｃｈｍａｎｎ配置と異なる点は、Ｏｔｔｏ配置の方が、実効屈折率が高く、かつ、伝播長が短いモードの表面プラズモンポラリトンが励起される。このため、Ｋｒｅｔｃｈｍａｎｎ配置により表面プラズモンポラリトン３０５を励起すると、本発明の表面プラズモンポラリトン集束器の隣接する金属膜の境界線における屈折角をそれほど大きくできないが、屈折後の伝播長が十分長くなる。一方、Ｏｔｔｏ配置により表面プラズモンポラリトン３０５を励起すると、本発明の表面プラズモンポラリトン集束器の隣接する金属膜の境界線における屈折角を大きくできるが、屈折後の伝播長が短くなる。

これら第１の励起方法では、Ｋｒｅｔｃｈｍａｎｎ配置およびＯｔｔｏ配置のどちらの配置であっても、入射光３０４の偏光方向を透明基板３０２と金属膜３０３との界面に対してｐ偏光とすると、最も効率よく表面プラズモンポラリトン３０５を励起することができる。

また、透明基板３０２と金属膜３０３との界面に対する入射光３０４の入射角度については、表面プラズモンポラリトン３０５を励起できる角度であれば、特に限定されるものではない。しかしながら、表面プラズモンポラリトン３０５は、入射光３０４のエネルギーが変換されるものなので、上記入射角度は、入射光３０４のエネルギーが最も効率よく表面プラズモンポラリトン３０５に変換される角度であることが好ましい。すなわち、上記入射角度は、金属膜３０３に対する入射光３０４の反射率が最小値になる角度であることが好ましい。このように、最も光の利用効率がよく最適な入射角度は、透明基板３０２および金属膜３０３の材料にもよるが、４５度近辺である。また、この最適な入射角度は、透明基板３０２そのものをプリズムにするか、透明基板３０２をプリズムに接着するなどして実現される。

次に第２の励起方法について、図２２に基づいて説明する。図２２は、第２の励起方法を用いた表面プラズモンポラリトン励起部３２１の斜視図である。第２の励起方法は、図２２に示すように、入射光３０４を金属膜３０３のエッジに照射する方法である。この方法において、入射光の偏光方向をエッジに垂直にすると、最も効率よく表面プラズモンポラリトン３０５を励起できる。金属膜３０３のエッジに光が照射されると、エッジ部の自由電子が光の電場により揺さぶられ、この振動が金属膜３０３表面の電子に伝わっていくことで表面プラズモンポラリトン３０５が発生する。この表面プラズモンポラリトン３０５は、ほぼ金属膜３０３のエッジに垂直な方向に進行する。

上記第２の励起方法によると、エッジに垂直な偏光方向をもつ成分が入射光に含まれていれば、表面プラズモンポラリトン３０５を励起できる。つまり、金属材料の屈折率および膜厚等の選択の自由度が増す。

入射光３０４をエッジに入射させる角度としては、金属膜３０３に対して垂直に入射させてもよく、第１の励起方法のように、透明基板３０２と金属膜３０３の界面に対して適切な角度、つまり表面プラズモンポラリトンを発生させるために適切な角度で入射させてもよい。

入射光３０４を金属膜３０３に対して垂直に入射させた場合、透明基板３０２は平行平面基板でよく、プリズムなどを用いる場合に比べて設計しやすく、また小型化に向いている。また、入射角誤差の許容範囲が第１の励起方法より広いため、組立てが容易であり、製造時間およびコストをともに削減することができる。

一方、透明基板３０２と金属膜３０３の界面に対して、表面プラズモンポラリトン３０５を励起するのに適した角度で入射光３０４を入射させた場合、エッジ以外の部分に入射した光によって表面プラズモンポラリトン３０５が励起され、かつエッジ部では自由電子の振動から発生する表面プラズモンポラリトン３０５が励起されることになる。よって、この場合には、エッジ部のみを用いて表面プラズモンポラリトン３０５を励起するよりも光の利用効率が高くなる。

また、上記第２の励起方法における入射光照射部である上記エッジは、金属膜に開口またはスリット（以下、開口部等とする）を設けることで、所望の位置に作製することができる。

次に、第３の励起方法について、図２３に基づいて説明する。図２３は、第３の励起方法を用いた表面プラズモンポラリトン励起部３３１の斜視図である。第３の励起方法は、図２３に示すように、入射光３０４を金属膜３０３の回折格子３０７に適切な角度で照射する方法である。回折格子３０７で回折された光の波数が、表面プラズモンポラリトンの波数と一致することにより、表面プラズモンポラリトンが励起できる。入射角度については、表面プラズモンポラリトン３０５を励起できる角度であれば、特に限定されるものではない。しかしながら、表面プラズモンポラリトン３０５は、入射光３０４のエネルギーが変換されるものなので、上記入射角度は、入射光３０４のエネルギーが最も効率よく表面プラズモンポラリトン３０５に変換される角度であることが好ましい。すなわち、上記入射角度は、金属膜３０３に対する入射光３０４の反射率が最小値になる角度であることが好ましい。回折格子３０７の格子間隔は、入射角度と表面プラズモンポラリトンの波数にも依るが、波長程度である。

以下に説明する本発明の表面プラズモンポラリトン集束器の実施形態において、表面プラズモンポラリトンを発生させる場合は、第１の励起方法を用いてもよいし、第２の励起方法または第３の励起方法を用いてもよい。また、基板と金属膜と誘電体層の配置は、Ｋｒｅｔｃｈｍａｎｎ配置であってもＯｔｔｏ配置であってもよい。

また、入射光３０４の照射面積をレンズまたはビームエキスパンダー等で小さくすると、入射光の照射される領域を、近接場光出力部までの距離が表面プラズモンポラリトンの伝播長以下になる領域に絞り込むことができるので、入射光３０４の利用効率が高くなる。入射光３０４をレンズで絞った場合、入射光３０４はいろいろな入射角の光線を含むこととなり、表面プラズモンポラリトンを励起する最適条件から合わない光線も含まれることになる。しかしながら、照射面積を小さくすることが可能なので、入射光３０４の利用効率も高く、発生する表面プラズモンポラリトンの発生領域も所望の面積にまで小さくすることができるという利点がある。

〔光アシスト磁気記録装置〕
次に、本発明の表面プラズモンポラリトン集束器を用いて光アシスト磁気記録を行う光アシスト磁気記録装置６０（記録装置）について、図１６を参照して説明する。図１６は、本発明の表面プラズモンポラリトン集束器を用いた光アシスト磁気記録装置６０の斜視図である。

光アシスト磁気記録装置６０は、図１６に示すように、スピンドル６１と、駆動部６２と、制御部６３とを備えている。光アシスト磁気記録装置６０は、光と磁気によって、磁気記録媒体６４に情報を記録するためのものである。

スピンドル６１は、磁気記録媒体６４を回転させるスピンドルモータに相当するものである。

駆動部６２は、アーム６５と、回転軸６６と、スライダ部（情報記録ヘッド）５７とを備えている。アーム６５は、ディスク形状の磁気記録媒体６４の略半径方向にスライダ部５７を移動させるためのものであり、スイングアーム構造の支持部である。アーム６５は、回転軸６６によって支持されており、回転軸６６を中心に回転することが可能となっている。スライダ部５７は、磁気記録媒体６４に対して、近接場光および磁界を照射するためのものであり、本発明の表面プラズモンポラリトン集束器を備えている。

制御部６３は、アクセス回路６９と、記録用回路７０と、スピンドル駆動回路７１と、制御回路６８とを備えている。アクセス回路６９は、スライダ部５７を磁気記録媒体６４の所望の位置に走査するために、駆動部６２におけるアーム６５の回転位置を制御するためのものである。記録用回路７０は、スライダ部５７における近接場光の強度およびレーザ光の照射時間を制御するためのものである。スピンドル駆動回路７１は、磁気記録媒体６４の回転駆動を制御するためのものである。制御回路６８は、アクセス回路６９、記録用回路７０およびスピンドル駆動回路７１を統括的に制御するためのものである。

〔スライダ部の比較例〕
上述したように、光アシスト磁気記録装置６０は、スライダ部５７に本発明の表面プラズモンポラリトン集束器が設けられている。そこで、まず本発明の表面プラズモンポラリトン集束器が設けられていないスライダ部を比較例として、図１７を参照して説明する。図１７は、スライダ部５７の比較例であるスライダ部９７を磁気記録媒体６４側から見た平面図である。

スライダ部９７は、光源８０と、近接場光励起部（近接場光励起手段）８１と、磁界発生部８３と、磁気シールド層８４と、再生素子８５と、スライダ８６とを備えている。

光源８０は、スライダ部９７へ搭載することを考慮すると小型であることが好ましく、半導体レーザが好ましい。

近接場光励起部８１は、光源８０からの光（伝播光）により近接場光を励起するためのものである。近接場光励起部８１は、光源８０の出射面側に製膜された金属膜の中心近傍に設けられており、光源８０からの光の波長より小さい径を有する微小開口である。そのため、光源８０から光を照射すると、近接場光励起部８１において近接場光が発生する。

なお、近接場光励起部８１は、本実施形態では微小開口としているが、本発明はこれに限られない。つまり、近接場光励起部８１は、上記金属膜に設けられた金属微粒子であってもよい。また、光源８０から近接場光励起部８１に光を照射するための方法としては、光源８０からの光をグレーティングやプリズム等に斜入射することによって行ってもかまわない。また、本実施形態では、光源８０および近接場光励起部８１は、一体化して駆動部６２に搭載されているが、個別に設けてもよい。

例えば、光源８０および近接場光励起部８１を一体化する場合は、上述したように、光源８０の出射面に直接金属膜を製膜し、微小開口を作成する等の加工を施すことによって近接場光励起部８１を作成してもよい。この場合、一体化された光源８０および近接場光励起部８１が、共にスライダ８６に搭載される。このように、光源８０および近接場光励起部８１を一体化すると、スライダ部９７を構成する部品点数が少なくなり、組立て精度が上がるため、信頼性が上がる。また、スライダ部９７が小型になるという利点がある。

また、光源８０および近接場光励起部８１を個別に設ける場合は、光源８０からの光を近接場光励起部８１に導く手段を別途設ける必要がある。なお、光を近接場光励起部８１に導く手段としては、レンズまたはミラーなどの光学部品の組み合わせでもよいし、光ファイバーのような導波路を用いてもよい。

このように、光源８０および近接場光励起部８１を個別に設けた場合には、光源８０と近接場光励起部８１とが空間的に離れて設置されるため、光源８０が近接場光励起部８１で発生する熱の影響を受けることがなく、光の発振が安定するという利点がある。

磁界発生部８３は、磁気記録媒体６４へ磁界をかけ、記録マークを記録するためのものであり、ＮｉＦｅ，ＮｉＦｅＴａなどの磁性材料からなる。一般的には、磁界発生部８３の一部にコイルを巻き、このコイルに流す電流の方向により、記録磁界の方向を制御する。

磁気シールド層８４は、再生素子８５が磁界発生部８３の磁界を読み取らないように、磁界発生部８３の磁界を遮るためのものである。磁気シールド層８４は、例えば、磁界発生部８３と同様に、ＮｉＦｅ，ＮｉＦｅＴａ等の磁性材料を用いて構成されていてもよい。また、磁気シールド層８４は、スライダ８６と隣接して設けられており、再生素子８５を囲っている。また、磁気シールド層８４は、スライダ８６が接続されている側とは反対側に磁界発生部８３が設けられている。

再生素子８５は、磁気記録媒体６４に記録された記録マークを読み出す役割と、記録する際のトラッキングのためのものである。再生素子８５としては、例えば、ＧＭＲ（Giant Magneto Resistive）やＴＭＲ（Tunneling Magneto Resistive）などを用いればよい。また、再生素子８５は、磁気記録媒体６４からの漏洩磁界を検出するために、磁界発生部８３からの磁界を防ぐように、周囲に磁気シールド層８４が設けられている。さらに、スライダ部９７は、磁界発生部８３および再生素子８５に加えて、光源８０を搭載しているために、再生素子８５を、熱による劣化および破壊を抑制するために、熱源である光源８０および近接場光励起部８１から離す必要がある。そのため、光源８０は、磁界発生部８３の磁気シールド層８４が設けられている側とは反対側に設けられている。さらに、再生素子８５は、磁気シールド層８４内のスライダ８６側に設けられている。

スライダ８６は、スライダ部９７と磁気記録媒体６４との距離を制御するためのものである。スライダ８６は、磁気記録媒体６４に面する側の面に、スライダ部９７の磁気記録媒体６４からの浮上高さを制御するための凹凸構造が設けられている。なお、図１７においては、スライダ８６に作成される浮上高さ制御用の凹凸構造は省略している。

近接場光励起部８１で励起された近接場光および磁界発生部８３で発生する磁界は、発生位置から離れるにしたがって強度が落ちるとともに、強度分布が広がるので、近接場光励起部８１および磁界発生部８３を磁気記録媒体６４に対してできるだけ近づけることが好ましい。さらに、再生素子８５も、磁気記録媒体６４からの漏洩磁界を読む際、隣のマークからの漏洩磁界の影響を少なくするため、磁気記録媒体６４に対してできるだけ近づけることが好ましい。すなわち、スライダ部９７は、スライダ８６により、できるだけ磁気記録媒体６４に近づけることが好ましく、一般的に、数ｎｍ程度であることが好ましい。スライダ８６を構成する材料としては、ＡｌＴｉＣ基板やＺｒＯ_２基板が好適に用いられる。また、光源８０として、半導体レーザをスライダ８６と一体形成するために、スライダ８６は半導体レーザ材料から構成されていてもよい。

比較例のスライダ部９７では、近接場光励起部８１において励起された表面プラズモンポラリトンは、励起した光の偏光方向（図の矢印）に平行な方向、すなわち活性層に平行な方向に進行してしまう。そのため、近接場光が磁界発生部８３とは離れた位置で発生してしまい、スライダ部９７を光アシスト磁気記録装置に適用するには好ましくない。

スライダ部９７においては、光源８０を９０°回転させることにより、表面プラズモンポラリトン４を磁界発生部８３へ進行するように励起することも可能であるが、この場合、光源８０をスライダ部に一体で形成するのは難しいため、光源８０以外を一体で形成した後に、磁界発生部８３の側面に貼り付けることになる。しかしながら、光源８０を後から貼り付ける場合、光源８０の位置を磁界発生部８３の位置に対して精密に調整しなければ、近接場光と記録用磁界の位置がずれてしまい、記録マークの広がりを引き起こす。

〔スライダ部の第１実施例〕
そこで、近接場光励起部８１において励起された表面プラズモンポラリトン４を、磁界発生部８３近傍に伝播させるために、本発明の表面プラズモンポラリトン集束器を用いたスライダ部５７の構成について図１８を参照して説明する。図１８は、スライダ部の第１実施例に係るスライダ部５７を磁気記録媒体６４側から見た平面図である。なお、図１８において、スライダ８６に設けられる浮上高さ制御用の凹凸構造は省略している。また、比較例のスライダ部９７における構成要素と、同等の機能を有する構成要素については同一の符号を付記し、説明を省略している。

本実施例のスライダ部５７には、表面プラズモンポラリトン集束器１と、光源８０と、近接場光励起部８１と、近接場光出力部（近接場光出力手段）８２と、磁界発生部８３と、磁気シールド層８４と、再生素子８５と、スライダ８６とが搭載されている。なお、本実施例のスライダ部５７には、上述した表面プラズモンポラリトン集束器１、１１、２１３１、４１、５１のいずれを搭載してもかまわないが、ここでは表面プラズモンポラリトン集束器１について述べる。

表面プラズモンポラリトン集束器１は、光源８０の出射面に直接第１金属膜２および第２金属膜３を製膜し、近接場光励起部８１として第１金属膜２に微小開口を設けている。すなわち、本実施形態のスライダ部５７では、光源８０の出射面が表面プラズモンポラリトン集束器１の金属膜支持部材５としての役割を有している。なお、光源８０の出射面に形成される表面プラズモンポラリトン集束器１の構成は、上述した構成に限られず、光源８０の出射面に金属膜支持部材５として透光性を有する材料から構成された誘電体層を製膜してから、第１金属膜２および第２金属膜３を該誘電体層の上に製膜する構成であってもよい。

近接場光出力部８２は、表面プラズモンポラリトン集束器１の磁気記録媒体６４に面している面上であって、磁界発生部８３近傍に設けられた金属突起である。近接場光出力部８２は、表面プラズモンポラリトン集束器１によって伝播・集束された表面プラズモンポラリトン４を近接場光（局所的表面プラズモンポラリトン）に変換し、該近接場光を磁気記録媒体６４の記録面に対して照射することにより、磁気記録媒体６４を局所的に加熱し、その局所部分のみに記録マークを記録するためのものである。

近接場光出力部８２として金属突起を設けることにより、表面プラズモンポラリトン４が伝播する面を磁気記録媒体６４に対向させた配置にし、近接場光励起部８１の微小開口で発生した近接場光が磁気記録媒体６４に照射されても、金属突起の高さの分だけ強度が減衰しており、磁気記録媒体６４への影響を小さくすることができる。

また、近接場光出力部８２は、開口部、スリットまたは金属膜そのもののエッジであってもかまわない。また、近接場光出力部８２は、近接場光励起部８１からの表面プラズモンポラリトン４の伝播する距離を、表面プラズモンポラリトン４の伝播長より短い構成にすることが好ましい。これにより、表面プラズモンポラリトン４の強度減衰が少ない分、近接場光出力部８２において、強い強度の近接場光を発生させることができる。

なお、スライダ部５７に第５実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器４１または第６実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器５１を搭載した場合は、スリット４４または近接場光出力部５４が近接場光出力部８２として用いられる。

なお、上述した以外の構成要素は、比較例のスライダ部９７と同一の構成および配置であるので、ここでは説明は省略する。

上記構成にすることにより、簡易な構成で近接場光励起部８１において励起された表面プラズモンポラリトン４を磁界発生部８３近傍に伝播することが可能となる。

また、本発明の表面プラズモンポラリトン集束器を用いることにより、光源８０を９０°回転させた場合であっても、光源８０以外を一体で形成した後に、磁界発生部８３の側面に貼り付けたとき、近接場光励起部８１の位置を磁界発生部８３の位置に対して精密に調整することができる。

〔スライダ部の第２実施例〕
次に、スライダ部の第２実施例に係るスライダ部６７について図１９を参照して説明する。図１９は、スライダ部の第２実施例に係るスライダ部６７を磁気記録媒体６４側から見た平面図である。なお、図１９において、スライダ８６に設けられる浮上高さ制御用の凹凸構造は省略している。

第２実施例に係るスライダ部６７の各構成要素は、第１実施例のスライダ部５７の各構成要素と同一の機能を有しており、配置のみが異なっている。以下に、スライダ部６７の配置について説明する。

スライダ部６７は、図１９に示すように、スライダ８６および磁界発生部８３を一体で形成した後に、光源８０がスライダ８６の側壁に貼り付けられる。このとき、光源８０の出射面が、磁気記録媒体６４に対して垂直となるように設けられる。そして、表面プラズモンポラリトン集束器１が、光源８０の出射面から磁界発生部８３まで形成される。さらに、磁気シールド層８４および再生素子８５が、磁界発生部８３のスライダ８６が設けられている側とは反対側に形成される。

上記構成により、光源８０の出射面から出射された光は、表面プラズモンポラリトン集束器１に設けられた近接場光励起部８１において表面プラズモンポラリトン４に変換され、表面プラズモンポラリトン４は磁気記録媒体６４に対して垂直な面において近接場光出力部８２へと伝播する。

このように、光源８０の出射面が、磁気記録媒体６４に対して垂直な面内にあるために、光源８０からの伝播光が磁気記録媒体６４に照射されることを抑制することができる。そのため、バックグラウンドノイズを抑制することができる。

また、表面プラズモンポラリトン集束器１の表面プラズモンポラリトン４が伝播している面が磁気記録媒体６４に向いていないため、近接場光出力部８２として金属突起を設けることにより、あらかじめ近接場光励起部８１と近接場光出力部８２との高さを変えておかなくても、磁気記録媒体６４から近接場光出力部８２および磁界発生部８３までの高さを等しくすることができる。また、表面プラズモンポラリトン集束器１の表面プラズモンポラリトン４が伝播している面が磁気記録媒体６４に向いていないため、本実施例のスライダ部６７では、表面プラズモンポラリトン集束器１のエッジ部を近接場光出力部８２としても、表面プラズモンポラリトン集束器１を伝播している表面プラズモンポラリトン４が磁気記録媒体６４に照射されることを抑制することができる。そのため、バックグラウンドノイズを抑制することができる。

なお、ここでは本発明の表面プラズモンポラリトン集束器を光アシスト磁気記録装置に適用する構成について記載したが、本発明の表面プラズモンポラリトン集束器の適用例としてはこれに限られない。つまり、本発明の表面プラズモンポラリトン集束器が搭載されたスライダ部は、磁界発生部８３および再生素子８５を備えておらず、近接場光出力部８２から照射される近接場光のみで光記録媒体または感光性を有する記録媒体に対して記録を行う構成であってもよい。

近接場光出力部８２から照射される近接場光のみで記録を行う場合は、本発明の表面プラズモンポラリトン集束器で発生する近接場光で小さなマークが記録でき、記録密度を上げることができる。また、本発明の表面プラズモンポラリトン集束器によって集束された表面プラズモンポラリトン４が近接場光出力部８２によって変換された近接場光は、強度が強いため、転送レートを上げることができる。また、近接場光は発生位置から離れるにしたがって強度が減衰するが、記録装置の表面プラズモンポラリトン集束器では発生位置での強度が十分強いため、記録対象からの距離に余裕を持たせることができる。

〔光アシスト磁気記録装置６０の動作〕
次に、光アシスト磁気記録装置６０の動作について図１６を参照して説明する。

光アシスト磁気記録装置６０が磁気記録媒体６４に対して情報を記録または再生等を行うとき、つまり動作時には、制御部６３中のスピンドル駆動回路７１は、磁気記録媒体６４が設置されたスピンドル６１を適切な回転数で回転させる。また、制御部６３中のアクセス回路６９は、駆動部６２を動かすことによって、上述したスライダ部５７、６７を磁気記録媒体６４上の所望の場所へと走査する。

記録用回路７０は、決められた強度、および時間間隔で光源８０を発光させ、かつ、磁界発生部８３に磁界を発生させる。具体的には、記録用回路７０は、光源８０を発光させることにより、近接場光励起部８１に光が照射され、近接場光励起部８１において表面プラズモンポラリトン４が励起される。励起された表面プラズモンポラリトン４は、近接場光励起部８１から表面プラズモンポラリトン集束器１、１１、２１、３１、４１、５１により近接場光出力部８２へ伝播・集束され、近接場光出力部８２において局所的表面プラズモンポラリトンとして磁気記録媒体６４へ照射される。これとほぼ同時に、記録用回路７０は、磁界発生部８３に磁界を発生させることにより、近接場光および磁界を、同時に磁気記録媒体６４に対して照射することができる。

なお、光源８０が常に発光していても、磁界発生部８３により生じる磁界の向きが変調されていれば、この磁界の向きに対応して磁気記録媒体６４へ記録することができる。

なお、近接場光と磁界の位置がずれる場合は、磁界より先に近接場光が磁気記録媒体６４に照射される配置にすることが好ましい。

以上のようにして光源８０の発光に対応した強さ、時間間隔で発生する局所的磁界により、磁気記録媒体６４にマークが記録される。制御回路６８では、光源８０の発光、駆動部６２の動作、スピンドル６１の回転を総括し、各回路に指示を出すことで、所望の場所に所望の記録ができるようにしている。

磁気記録媒体６４は、光と磁気によって記録される光磁気記録媒体であり、記録時には、磁気記録媒体６４の記録層が近接場光出力部８２から発生する近接場光により昇温され、磁界発生部８３から発生する磁界を印加されることによって、記録層内部の磁気モーメントの向きが反転される。この磁気モーメントの反転した部分が記録マークとなる。

磁気記録媒体６４の記録マークのサイズは、近接場光により十分昇温された領域と磁場が照射された領域との重なりで決まる。よってスポット径の小さい近接場光を生じる近接場光出力部８２を用いることで、記録密度を向上することができる。また、磁気記録媒体６４の記録マークの形成速度すなわち記録速度は記録層の昇温速度に依存し、この昇温速度は加えられる近接場光の強度に依存する。つまり、照射される近接場光の強度が強いと、磁気記録媒体６４を必要な温度まで昇温する時間が短くなるため、転送レートを向上させることができる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、記録媒体に対して光記録または光アシスト磁気記録により記録を行う光記録装置または光アシスト磁気記録装置に好適に用いることができる。

本発明の第１実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器の概略構成を示す上面図および斜視図である。 Ａｌで構成された金属膜およびＡｇで構成された金属膜の膜厚を変化させた場合における、該各金属膜の実効屈折率および伝播長の変化を示すグラフである。 図２５に示す金属膜が、例えば、第１金属膜および第２金属膜がそれぞれＡｇから構成されており、第１金属膜の膜厚が１００ｎｍ、第２金属膜の膜厚が１００ｎｍ以下の場合において、周波数７．５×１０^１４Ｈｚのシンメトリーモードの表面プラズモンポラリトンが第１金属膜から第２金属膜に伝播したときの第１金属膜のエッジにおけるエッジ強度比および結合効率を示す図である。 Ａｕで構成された金属膜、Ａｌで構成された金属膜およびＡｇで構成された金属膜上に設けられた誘電体の屈折率を変化させた場合における、該各金属膜の実効屈折率および伝播長の変化を示すグラフである。 本発明の第２実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器の概略構成を示す上面図および斜視図である。 本発明の第３実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器の概略構成を示す上面図および斜視図である。 本発明の第４実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器の概略構成を示す上面図および斜視図である。 本発明の第５実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器の概略構成を示す斜視図である。 第５実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器の第１金属膜および第２金属膜の表面上における、表面プラズモンポラリトン４の電場強度分布を示す図である。 （ａ）は、表面プラズモンポラリトン集束器における表面プラズモンポラリトンの進行方向の電場成分の位相分布を示す図であり、（ｂ）は、表面プラズモンポラリトン集束器における第１金属膜および第２金属膜の表面に垂直な電場成分の位相分布を示す図である。 第５実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器における第１金属膜と第２金属膜との間に形成された境界線の楕円弧部分の半長径と焦点距離との関係を示すグラフである。 第５実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器における第１金属膜と第２金属膜との間に形成された境界線の楕円弧部分の中心距離と焦点距離との関係を示すグラフである。 第５実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器において、表面プラズモンポラリトンを散乱させるためにスリットを設けたことを示す斜視図である。 本発明の第６実施形態の表面プラズモンポラリトン集束器の概略構成を示す斜視図である。 （ａ）〜（ｅ）は、本発明の表面プラズモンポラリトン集束器の製造方法を示す断面図である。 本発明の表面プラズモンポラリトン集束器を用いた光アシスト磁気記録装置の斜視図である。 スライダ部の比較例であるスライダ部を磁気記録媒体側から見た平面図である。 スライダ部の第１実施例に係るスライダ部を磁気記録媒体側から見た平面図である。 スライダ部の第２実施例に係るスライダ部を磁気記録媒体側から見た平面図である。 Ｋｒｅｔｃｈｍａｎｎ配置によって構成された表面プラズモンポラリトン励起部の斜視図である。 Ｏｔｔｏ配置によって構成された表面プラズモンポラリトン励起部３１１の斜視図である。 第２の励起方法を用いた表面プラズモンポラリトン集束器の斜視図である。 第３の励起方法を用いた表面プラズモンポラリトン集束器の斜視図である。 表面プラズモンポラリトンを集束させる従来の集束器を示す斜視図である。 表面プラズモンポラリトン波を伝播および屈曲させる２種類の膜厚を有する従来の金属膜の概略構成を示す斜視図である。 表面プラズモンポラリトンを集光するための表面プラズモンレンズを示す斜視図である。

符号の説明

１、１１、２１、３１、４１、５１ 表面プラズモンポラリトン集束器
２、１２、２２、３２、４２、５２ 第１金属膜
３、１３、２３、３３，４３、５３ 第２金属膜
４ 表面プラズモンポラリトン
５ 金属膜支持部材
６ マスク
７ フォトレジスト
４４ スリット
５４ 近接場光出力部（近接場光出力手段）
５５ 対物レンズ（金属膜支持部材）
５７、６７、９７ スライダ部（情報記録ヘッド）
６０ 光アシスト磁気記録装置（記録装置）
６１ スピンドル
６２ 駆動部
６３ 制御部
６４ 磁気記録媒体
６５ アーム
６６ 回転軸
６８ 制御回路
６９ アクセス回路
７０ 記録用回路
７１ スピンドル駆動回路
８１ 近接場光励起部（近接場光励起手段）
８２ 近接場光出力部（近接場光出力手段）
８３ 磁界発生部
８４ 磁気シールド層
８５ 再生素子
８６ スライダ
３０１、３１１、３２１ 表面プラズモンポラリトン励起部
３０２ 基板
３０３ 金属膜
３０４ 入射光
３０６ 誘電体層
３０７ 回折格子

Claims (23)

1. 表面プラズモンポラリトンを集束する表面プラズモンポラリトン集束器において、
   金属膜支持部材と、
   前記金属膜支持部材の所定の面上に形成された、互いに隣接し合い、隣接する金属膜とは異なる実効屈折率を有する少なくとも２つの金属膜とを備え、
   前記各金属膜は、隣り合う該各金属膜の境界線の少なくとも一部が曲線であり、かつ、前記金属膜支持部材と接している面とは反対側の面と、隣接する該金属膜における該金属膜支持部材と接している面とは反対側の面とが面一であることを特徴とする表面プラズモンポラリトン集束器。
2. 前記各金属膜は、それぞれ同一の膜厚を有することを特徴とする請求項１に記載の表面プラズモンポラリトン集束器。
3. 前記境界線の曲線部分は、前記各金属膜の第１金属膜と第２金属膜との間に形成されており、
   前記第１金属膜の実効屈折率ｎａと前記第２金属膜の実効屈折率ｎｂとの関係がｎａ＜ｎｂの場合、前記境界線の曲線部分は、該第２金属膜が該第１金属膜に対して凸形状を有するように形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の表面プラズモンポラリトン集束器。
4. 前記第１金属膜から前記第２金属膜へと表面プラズモンポラリトンが伝播する場合は、前記境界線の曲線部分が楕円弧であることを特徴とする請求項３に記載の表面プラズモンポラリトン集束器。
5. 表面プラズモンポラリトンの伝播方向は、楕円弧の２つの焦点を結ぶ線に平行であることを特徴とする請求項４に記載の表面プラズモンポラリトン集束器。
6. 前記第２金属膜から前記第１金属膜へと表面プラズモンポラリトンが伝播する場合は、前記境界線の曲線部分が双曲線であることを特徴とする請求項３に記載の表面プラズモンポラリトン集束器。
7. 表面プラズモンポラリトンの伝播方向は、双曲線の２つの焦点を結ぶ線に平行であることを特徴とする請求項６に記載の表面プラズモンポラリトン集束器。
8. 前記境界線は、表面プラズモンポラリトンの伝播方向を遮るように、少なくとも２本形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の表面プラズモンポラリトン集束器。
9. 表面プラズモンポラリトンの伝播開始位置または励起位置から表面プラズモンポラリトンが集束する位置までの距離が、該表面プラズモンポラリトンの伝播長よりも短いことを特徴とする請求項１〜８に記載の表面プラズモンポラリトン集束器。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の表面プラズモンポラリトン集束器が２つ以上組み合わされており、
    前記各表面プラズモンポラリトン集束器により、表面プラズモンポラリトンを一点に集束させることを特徴とする表面プラズモンポラリトン集束器。
11. 前記境界線の曲線部分に対する表面プラズモンポラリトンの入射ビーム径は、該境界線の曲線部の長さよりも短いことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の表面プラズモンポラリトン集束器。
12. 記録媒体に対して記録を行うための記録装置に備えられる情報記録ヘッドにおいて、
    請求項１〜１１に記載の表面プラズモンポラリトン集束器と、
    光源と、
    前記光源から照射された光を表面プラズモンポラリトンに変換する近接場光励起手段と、
    近接場光を前記記録媒体に照射する近接場光出力手段とを備え、
    前記表面プラズモンポラリトン集束器は、前記表面プラズモンポラリトンを前記近接場光励起手段から前記近接場光出力手段へと集束させることを特徴とする情報記録ヘッド。
13. 前記近接場光出力手段は、前記表面プラズモンポラリトン集束器の前記各金属膜のうち、表面プラズモンポラリトンが集束する金属膜に設けられていることを特徴とする請求項１２に記載の情報記録ヘッド。
14. 前記近接場光出力手段は、表面プラズモンポラリトンが集束する前記金属膜の表面プラズモンポラリトンが集束する位置に設けられていることを特徴とする請求項１３に記載の情報記録ヘッド。
15. 前記近接場光出力手段は、前記金属膜の金属端または前記金属膜に設けられた開口、スリット若しくは金属突起であることを特徴とする請求項１３または１４に記載の情報記録ヘッド。
16. 前記各金属膜のうち、表面プラズモンポラリトンが集束する金属膜は、表面プラズモンポラリトンの伝播長が長いことを特徴とする請求項１４または１５に記載の情報記録ヘッド。
17. 前記表面プラズモンポラリトン集束器の前記金属膜支持部材は、透光性を有した基板であり、
    前記近接場光励起手段は前記基板であり、前記表面プラズモンポラリトン集束器に対して該基板が設けられている側から光を斜入射することにより、前記各金属膜の少なくとも１つに表面プラズモンポラリトンを励起することを特徴とする請求項１２〜１６のいずれか１項に記載の情報記録ヘッド。
18. 前記表面プラズモンポラリトン集束器における前記金属膜支持部材の所定の面は、前記光源の光を出射する出射面であり、
    前記近接場光励起手段は、前記各金属膜の少なくとも１つに設けられていることを特徴とする請求項１２〜１６のいずれか１項に記載の情報記録ヘッド。
19. 記録媒体に対して記録を行うための記録装置において、
    請求項１２〜１８のいずれか１項に記載の情報記録ヘッドを備えることを特徴とする記録装置。
20. 前記情報記録ヘッドと前記記録媒体との位置を制御する制御部を備えており、
    前記制御部は、前記近接場光出力手段と前記記録媒体との距離を表面プラズモンポラリトンの波長以下に制御することを特徴とする請求項１９に記載の記録装置。
21. 前記記録媒体は、熱揺らぎに強い高保磁力を有する磁気記録媒体であり、
    前記記録媒体に対して磁場を印加する磁場発生部を備え、
    前記磁場発生部は、前記近接光出力手段から前記記録媒体に近接場光が照射されるのと同時に、磁場を該記録媒体に対して印加することを特徴とする請求項１９または２０に記載の記録装置。
22. 前記記録媒体に記録された情報を読み出す再生素子を備え、
    前記再生素子は、前記光源と離れた位置に設けられていることを特徴とする請求項１９〜２１のいずれか１項に記載の記録装置。
23. 前記記録媒体は、感光性を有しており、
    前記記録媒体は、前記表面プラズモンポラリトン集束器から照射された近接場光によって感光され、情報が記録されることを特徴とする請求項１９に記載の記録装置。