JP2013161488A - 光学情報記録再生装置、光学情報記録再生方法、及び光学情報記録再生装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、特に、良好な再生と高速アクセス可能な、近接場光を利用した光学情報記録再生装置、光学情報記録再生方法、光学情報記録再生装置の製造方法を提供する。
【解決手段】光源１４と、基板１１と、上記基板１１上に形成された導波路１５ａ、１３、１５ｂ、１５ｃと、上記導波路１５ｂ、１５ｃ間に形成され、上記記録領域４との間でプラズモン共鳴が生じる共鳴部１０を有するプラズモン共鳴素子９と、光検出器１７を具備し、上記共鳴部１０を上記記録領域４と近接させて配置し、上記光源１４からの出射光１２を上記導波路１５ａに入射し、上記導波路１５ｂ内の照射光５を、上記プラズモン共鳴素子９に照射し、上記プラズモン共鳴素子９からの透過光６を、上記光検出器１７により検出し、上記光検出器１７からの検出信号に基づいて、上記記録領域４に記録された情報を再生する光学情報記録再生装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学情報記録再生装置、光学情報記録再生方法、光学情報記録再生装置の製造方法に関し、特に、良好な再生と高速アクセス可能な、近接場光を利用した光学情報記録再生装置、光学情報記録再生方法、光学情報記録再生装置の製造方法に関する。

光学的な情報記録再生装置として、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＤＶＤ、ＢＤ（Ｂｌｕ−Ｒａｙディスク）等の光ディスクや光カード等を情報記録媒体に用いた光メモリシステムが実用化されている。

記録情報量のさらなる大容量化を実現するために、光の回折限界以下の微小スポットが可能な近接場光を用いて高密度光記録を行う装置やその情報記録媒体が提案されている。

図７（ａ）は、特許文献１に記載された従来の光学情報記録再生装置の近接場光発生素子と情報記録媒体であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ’における断面図であり、従来の光学情報記録再生装置における近接場光発生素子と、情報記録媒体の記録領域との間で近接場光が発生する様子を示す図である。

なお、近接場光が発生する説明図である図７（ｂ）は、本発明者らが下記課題を説明するために、記載したものである。

特許文献１に記載された従来の光学情報記録再生装置に対応した情報記録媒体１０３では、媒体基板１０１上に、ＧｅＴｅ−Ｓｂ_２Ｔｅ_３のような相変化記録材料からなり、記録光１０５の波長より十分小さいサイズ（３〜３０ｎｍ程度）の微粒子状の記録領域１０４が、規則的に２次元配列されている。記録領域１０４の高さｈも、記録領域１０４のサイズと同程度である。Ｘ方向、Ｙ方向の記録領域１０４の配列周期は、それぞれ、Λｘ、Λｙで、これらの値も光の回折限界以下であり、記録波長より十分小さいサイズである。

特許文献１の光学情報記録再生装置の近接場光発生素子１０９として、長手方向がＹ方向となるように三角形状の金属膜を、記録領域１０４の配置面（ＸＹ面）に平行に、その配置面からワーキングディスタンス（ＷＤ）として、数十ｎｍ程度に近接させて配置している。

この近接場光発生素子１０９に、プラズモン共鳴が生じやすいＹ方向の直線偏光（１０８は偏光方向）の記録光１０５を照射し、その結果、近接場光発生素子１０９の金属膜内で表面プラズモン共鳴を誘起させ、入射光に比べて電界強度が大きく増大した近接場光１０７を近接場光発生素子１０９の先端部（三角形状の頂点近傍）に発生させる。

発生した近接場光１０７は、近接配置した記録領域１０４に照射されることにより相変化（結晶からアモルファス、もしくはアモルファスから結晶）し、１つの記録領域を最小単位とする記録を行うというものである。

特許文献２には、特許文献１と同様な金属の微小構造からなる近接場光プローブ（近接場光発生素子）を用いた光記録再生装置が記載されている。特許文献２の記録再生装置では、近接場光プローブにより発生した近接場光により、相変化記録媒体の記録層（薄膜形態）を、結晶からアモルファスに相変化させることにより、記録マークを形成して記録が行われる。

また、記録マークを形成した相変化記録媒体に近接場光が照射されて、相変化記録媒体から戻ってくる散乱光強度の変化を検出することにより再生が行われる。近接場光は、発生源から離れるほど急速に減衰する局在化する光（伝搬しない光）であるため、一般には取り出すことはできないが、記録マーク等の物体を近接させることにより、近接場光のごく一部を散乱光として取り出すことができる。すなわち、相変化記録媒体の記録マークに近接場光が照射された場合、その近接場光が記録マークの有無により散乱される割合が変化する。そのため、特許文献２の光記録再生装置では、記録マークからの散乱光の強度変化を検出することにより再生が行われる。

また、特許文献３には、Ｓｉ基板内に貫通させた構造のプラズモニック導波路と近接場光が生じる微小開口を用いた高密度光記録再生装置が記載されている。入射光をプラズモニック導波路により、光と表面プラズモンとの連成波である表面プラズモンポラリトンに変換して光の回折限界より小さなサイズのプラズモニック導波路内を伝送させることにより、微小開口に到達するエネルギーを増大させて、より強い近接場光を発生させ、その近接場光により微小領域に記録する。微小開口からの近接場光と記録マークとの相互作用により発生する散乱光を光検出器で読み出すことで再生を行うものである。

また、特許文献４には、カンチレバーにプラズモニック導波路と微小開口を形成した高密度光記録再生装置が記載されている。カンチレバーを薄くするために、カンチレバーにプラズモニック導波路を形成し、光源からの光を、プラズモニック導波路内で表面プラズモンポラリトンに変換して伝送させ、それをプラズモニック導波路上に形成したグレーティングカップラにより三次元光に戻して微小開口に入れ、微小開口から近接場光で記録領域に記録する。微小開口からの近接場光と記録マークとの相互作用により記録媒体を透過した散乱光を、情報記録媒体に対して記録再生装置とは反対側に設置した光検出器で読み出すことで再生を行う。

国際公開第２０１０／１１６７０７号 特開２００３−１１４１８４号公報 特開２００６−５３９７８号公報 特開２００１−１４１６３４号公報

特許文献１〜４の従来の光記録再生装置では、近接場光の大きさ程度（例えば、数１０ｎｍ程度）の記録マークを形成して高密度記録はできるが、近接場光の大きさの記録マークを良好に再生することは困難であるという課題を本発明者らは検討の結果見いだした。

本発明者らの考察によると、再生光（伝搬光）から近接場光への変換効率が低い（一般には、たかだか１％程度）ことに加えて、記録マークのサイズｄが、回折限界より小さくなり、いわゆるレーリー散乱領域（波長λに対して、ｄ≦〜λ／１０、例えば、λ＝４０５ｎｍのとき、ｄ≦〜４０ｎｍ）の大きさになってくると、近接場光を記録マークのサイズｄの大きさ程度に集光して、記録マークに照射できたとしても、サイズｄが小さくなるほど、戻ってくる散乱光の光量は急激に低下してしまう。例えば、２０ｎｍ程度の記録マークでは、戻ってくる散乱光の光量は、照射した近接場光の光量に対して、例えば、０．００１％程度であり、再生光の光量に対しては、戻ってくる散乱光の光量は、たかだか、上記の値の１％程度の、つまり、せいぜい０．００００１％程度であると本発明者らは光学計算により見積もった。

その結果、記録マークの有無に対応して検出される散乱光の強度変化は、再生光量に対して例えば、０．００００１％未満であり、小さすぎて良好な情報の再生は困難であるという課題があった。

本発明は、従来技術における前記課題を解決するためになされたものであり、情報を記録している記録マーク等の記録領域の大きさが、光の回折限界より小さくても、良好に再生でき、しかも高速のアクセス速度を有する小型軽量の光学情報記録再生装置、光学情報記録再生方法、及び光学情報記録再生装置の製造方法を提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明は、記録領域を有する情報記録媒体の光学情報記録再生装置であって、光源と、基板と、上記基板上もしくは基板内に形成された導波路と、上記導波路間、導波路内、導波路端近傍のいずれかに形成され、上記記録領域との間でプラズモン共鳴が生じる共鳴部を有するプラズモン共鳴素子と、光検出器を具備し、上記共鳴部を上記記録領域と近接させて配置し、上記光源からの出射光を上記導波路に入射し、上記導波路内もしくは導波路からの照射光を、上記プラズモン共鳴素子に照射し、上記プラズモン共鳴素子からの透過光もしくは反射光を、上記光検出器により検出し、上記光検出器からの検出信号に基づいて上記記録領域に記録された情報を再生する光学情報記録再生装置である。

これにより、特に、情報を記録している記録マーク等の記録領域の大きさが、光の回折限界より小さくても、良好に再生でき、しかも高速のアクセス速度を有する小型軽量の光学情報記録再生装置等を実現することができる。

以上説明したように、本発明によれば、記録領域とプラズモン共鳴素子の共鳴部との間のプラズモン共鳴度合いが記録領域の状態に応じて変化することによって、プラズモン共鳴素子からの透過光量又は反射光量が変化することを利用して、記録領域の大きさが光の回折限界より小さくても、良好に情報を再生することができる。

また、プラズモン共鳴素子の大きさは空間的な制限を受けないため、プラズモン共鳴素子を記録領域よりも大きくすることができるため、透過光量又は反射光量を大きくすることができる。さらに、プラズモン共鳴素子に近接場光ではなく、再生光を直接照射してプラズモン共鳴素子からの透過光又は反射光が検出されるので、透過光量、反射光量、透過光量の光量変化又は反射光量の光量変化も十分大きくすることができ、再生信号の変調度を向上させることができる。

さらに、基板上に形成した導波路と、導波路間、導波路内、導波路端近傍のいずれかに形成されたプラズモン共鳴素子の構成により、各部品の集積化可能な小型軽量の構造になる。半導体製造技術により、導波路とプラズモン共鳴素子間の位置あわせ精度の良い製造が可能になり、製造コストが安価で製造後の位置あわせ工程が不要になる。

その結果、良好な再生が可能で、高速アクセス速度を有する、小型軽量の光学情報記録再生装置、光学情報記録再生方法、及び光学情報記録再生装置の製造方法を実現することができる。

（ａ）は本発明の実施の形態１における光学情報記録再生装置の構成と、情報記録媒体に対して情報を記録再生する様子とを示す説明図、（ｂ）は本発明の実施の形態１における光学情報記録再生装置の図１（ａ）のＡ−Ａ’における断面図、（ｃ）は本発明の実施の形態１における光学情報記録再生装置の図１（ａ）のＢ−Ｂ’における断面図 （ａ）は本発明の実施の形態１における光学情報記録再生装置のプラズモン共鳴素子周辺の拡大図と、情報記録媒体の記録領域が記録状態である場合の情報を再生する様子とを示す説明図、（ｂ）は本発明の実施の形態１における光学情報記録再生装置のプラズモン共鳴素子周辺の拡大図と、情報記録媒体の記録領域が未記録状態である場合の情報を再生する様子とを示す説明図 （ａ）〜（ｅ）は本発明の実施の形態１における光学情報記録再生装置の製造工程図であり、本発明の実施の形態１における光学情報記録再生装置の図１（ａ）のＡ−Ａ’の断面図を用いた説明図 本発明の実施の形態２における光学情報記録再生装置の構成と、情報記録媒体に対して情報を記録再生する様子とを示す説明図 本発明の実施の形態３における光学情報記録再生装置の構成と、情報記録媒体に対して情報を記録再生する様子とを示す説明図 （ａ）は本発明の実施の形態４における光学情報記録再生装置の構成と、情報記録媒体に対して情報を記録再生する様子とを示す説明図、（ｂ）は本発明の実施の形態４における光学情報記録再生装置の図６（ａ）のＡ−Ａ’における断面図 （ａ）は従来の光学情報記録再生装置の近接場光発生素子と、情報記録媒体に対して情報を記録する様子とを示す説明図、（ｂ）は従来の光学情報記録再生装置の近接場光発生素子と、情報記録媒体の記録領域との間で近接場光が発生する様子を示す図７（ａ）のＡ−Ａ’における断面図

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１の光学情報記録再生装置、光学情報記録再生方法、及び光学情報記録再生装置の製造方法、図のように座標系をとり、図１から図３を用いて詳細に説明する。

図１（ａ）は本発明の実施の形態１における光学情報記録再生装置の構成と、情報記録媒体に対して情報を記録再生する様子とを示す説明図、（ｂ）は本発明の実施の形態１における光学情報記録再生装置の図１（ａ）のＡ−Ａ’における断面図、（ｃ）は本発明の実施の形態１における光学情報記録再生装置の図１（ａ）のＢ−Ｂ’における断面図、図２（ａ）は本発明の実施の形態１における光学情報記録再生装置のプラズモン共鳴素子周辺の拡大図と、情報記録媒体の記録領域が記録状態である場合の情報を再生する様子とを示す説明図、図２（ｂ）は本発明の実施の形態１における光学情報記録再生装置のプラズモン共鳴素子周辺の拡大図と、情報記録媒体の記録領域が未記録状態である場合の情報を再生する様子とを示す説明図、図３（ａ）〜（ｅ）は本発明の実施の形態１における光学情報記録再生装置の製造工程図であり、本発明の実施の形態１における光学情報記録再生装置の図１（ａ）のＡ−Ａ’の断面図を用いた説明図である。

本実施の形態１の光学情報記録再生装置は、記録領域４を有する情報記録媒体３の光学情報記録再生装置であって、光源１４と、基板１１と、上記基板１１上（もしくは基板１１内）に形成された導波路１５ａ、１３、１５ｂ、１５ｃと、上記導波路１５ｂ、１５ｃ間（もしくは、導波路１５ｂ、１５ｃ内、導波路１５ｂ端近傍のいずれか）に形成され、上記記録領域４との間でプラズモン共鳴が生じる共鳴部１０を有するプラズモン共鳴素子９と、光検出器１７を具備し、上記共鳴部１０を上記記録領域４と近接させて配置し、上記光源１４からの出射光１２（再生光）を上記導波路１５ａに入射し、上記導波路１５ｂ内（もしくは導波路１５ｂから）の照射光５を、上記プラズモン共鳴素子９に照射し、上記プラズモン共鳴素子９からの透過光６を、上記光検出器１７により検出し、上記光検出器１７からの検出信号に基づいて情報記録媒体３の記録領域４に記録された情報を再生する光学情報記録再生装置である。

さらに、本実施の形態１の光学情報記録再生装置は、光源１４からの出射光１２（記録光）を導波路１５ａに入射し、上記導波路内１５ｂ（もしくは導波路１５ｂから）の照射光５を、上記プラズモン共鳴素子９に照射し、上記プラズモン共鳴素子９の共鳴部１０から発生した近接場光７の少なくとも１部を用いて、上記記録領域４に記録する光学情報記録再生装置である。

本実施の形態１の光学情報記録再生方法は、光源１４と、基板１１と、上記基板１１上（もしくは基板１１内）に形成された導波路１５ａ、１３、１５ｂ、１５ｃと、上記導波路１５ｂ、１５ｃ間（もしくは、導波路１５ｂ、１５ｃ内、導波路１５ｂ端近傍のいずれか）に形成され、上記記録領域４との間でプラズモン共鳴が生じる共鳴部１０を有するプラズモン共鳴素子９と、光検出器１７を具備し、上記共鳴部１０を上記記録領域４と近接させて配置し、上記光源１４からの出射光１２（再生光）を上記導波路１５ａに入射するステップと、上記導波路１５ｂ内（もしくは導波路１５ｂから）の照射光５を、上記プラズモン共鳴素子９に照射するステップと、上記プラズモン共鳴素子９からの透過光６を、上記光検出器１７により検出し、上記光検出器１７からの検出信号に基づいて情報記録媒体３の記録領域４に記録された情報を再生するするステップとを含む。

さらに、本実施の形態１の光学情報記録再生方法は、光源１４からの出射光１２（記録光）を導波路１５ａに入射するステップと、上記導波路内１５ｂ（もしくは導波路１５ｂから）の照射光５を、上記プラズモン共鳴素子９に照射するステップと、上記プラズモン共鳴素子９の共鳴部１０から発生した近接場光７の少なくとも１部を用いて、上記記録領域４に記録するステップとを含む。

本実施の形態１の光学情報記録再生装置の製造方法は、基板１１上に第１の誘電体膜２０を形成する工程と、上記第１の誘電体膜２０上に金属膜１９を形成する工程と、上記金属膜１９からプラズモン共鳴素子９を形成する工程と、上記第１の誘電体膜２０上に第２の誘電体膜２１を形成する工程と、上記第２の誘電体膜２１から導波路１５ａ、１３、１５ｂ、１５ｃを形成する工程を含む。

情報記録媒体３は、少なくとも記録領域４を有しているが、記録領域４は、媒体基板１上の記録層２内に、島状に配列され、上記記録領域４は、一部又は全てが記録材料からなる情報記録媒体であり、１つの記録領域４は記録状態か未記録状態のどちらかである。１つの記録領域４が、従来の記録マークに対応しており、記録情報を有している。

図２では、記録領域４ａが記録状態で、記録領域４ｂが未記録状態を示している。記録領域４は、光源１４からの記録光または再生光となる出射光１２の波長より十分小さい、光の回折限界以下のサイズ、例えば、３〜３０ｎｍ程度であり、ＸＹ面に、例えば、正方配列や六方最密配列のような規則的な２次元配列がされている。Ｘ方向の配列周期、記録領域４のサイズ、記録領域４間の間隔は、それぞれＹ方向と同じとしているが、異なっていても良い。

記録領域４は、必ずしもすべてが規則的に配列されている必要はなく、記録する情報によって配列間隔又は配列の仕方を変えても良い。また、配列間隔又は配列の仕方を種々変えることにより、記録領域４の位置情報等を含めることが可能となる。

本実施の形態１における光学情報記録再生装置に関して詳細に説明する。図１に示すように、実施の形態１の光学情報記録再生装置は、例えば、Ｓｉ（シリコン）等の基板１１上もしくは基板内に、光検出器１７が形成され、光検出器１７の領域を除くほぼ全面に、バッファ層として、例えば、ＳｉＯ_２の第１の誘電体膜２０を、例えば０．１〜数μｍ程度の厚さで形成している。第１の誘電体膜２０が波長程度の厚さで形成されることが好ましく、その上に形成した光導波路１５において、基板１１への導波光の浸み出しが小さくなるので導波路損失が低減できる。

Ｓｉ等の半導体基板を用いることにより、例えば、ＰＮ接合やＰＩＮ構造、Ａｕ等の金属膜との接合を利用したショットキーバリア構造の光検出器１７を基板１１上もしくは基板内に集積化できる効果がある。また、Ｓｉ基板を用いることにより、熱酸化法により、第１の誘電体膜２０として、導波路損失の少ない表面が非常に平坦なＳｉＯ_２の膜を表面に形成することが可能になる。なお、光検出器１７を基板１１の端面等に設けても動作は可能である。

導波路は、光源１４側から順に、光導波路１５ａ、プラズモニック導波路１３、光導波路１５ｂ、１５ｃの３つの領域（１５ｂと１５ｃは同じ光導波路であるため１つとみなす）から構成されており、光源側に近い光導波路１５ａはチャンネル型、他方の光導波路１５ｂ、１５ｃはスラブ型である。

第１の誘電体膜２０より屈折率の高い、例えば、Ｓｉ_３Ｎ_４の第２の誘電体膜２１を用いてチャンネル型の光導波路１５ａ、スラブ型の光導波路１５ｂ、１５ｃを形成されている。チャンネル型の光導波路１５ａは、光が導波する領域は第２の誘電体膜２１の厚さを厚くしてあり、スラブ型の光導波路１５ｂ、１５ｃでは第２の誘電体膜２１の厚さは均一である。

第１の誘電体膜２０、第２の誘電体膜２１のそれぞれの材料としては、例えば、ＺｒＳｉＯ_４、（ＺｒＯ_２）_２５（ＳｉＯ_２）_２５（Ｃｒ_２Ｏ_３）_５０、ＳｉＣｒ、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＨｆＯ_２、ＺｎＯ、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５、ＳｉＯ_２、ＳｎＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｂｉ_２Ｏ_３、Ｃｒ_２Ｏ_３、Ｇａ_２Ｏ_３、Ｉｎ_２Ｏ_３、Ｓｃ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｄｙ_２Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＣｅＯ_２、およびＴｅＯ_２等から選ばれる１または複数の酸化物等の無機材料を用いることができる。また、Ｃ−Ｎ、Ｔｉ−Ｎ、Ｚｒ−Ｎ、Ｎｂ−Ｎ、Ｔａ−Ｎ、Ｓｉ−Ｎ、Ｇｅ−Ｎ、Ｃｒ−Ｎ、Ａｌ−Ｎ、Ｇｅ−Ｓｉ−Ｎ、およびＧｅ−Ｃｒ−Ｎ等から選ばれる１または複数の窒化物を用いることもできる。また、ＺｎＳなどの硫化物やＳｉＣなどの炭化物、ＬａＦ_３、ＣｅＦ_３、ＭｇＦ_２などの弗化物を用いることもできる。また、上記材料から選ばれる１または複数の材料の混合物を用いて、形成しても構わない。なお、光導波路１５を形成するためには、第２の誘電体膜２１の屈折率は、第１の誘電体膜２０の屈折率より高くする必要がある。

光導波路１５ａを、幅のサイズを規定したチャンネル型の光導波路にすることにより、プラズモニック導波路１３への結合効率は良くなる。また、光導波路１５ｂ、１５ｃをスラブ型にすることにより、プラズモニック導波路１３から出射してＹＺ面内に広がる光を多く利用できるため、プラズモン共鳴素子９、光検出器１７へのそれぞれの光利用効率は良くなる。

チャンネル型のプラズモニック導波路１３は、第２の誘電体膜２１とＡｇ等の金属膜１９が互いに接するように構成され、第２の誘電体膜２１と金属膜１９の両方の界面で発生する表面プラズモンポラリトン１８がお互いに結合して、プラズモニック導波路１３を伝搬する。表面プラズモンポラリトン１８は、基本的に光よりも波長を小さくすることができるので、プラズモニック導波路１３は、幅のサイズを規定したチャンネル型にすることにより、導波路幅を、光導波路の幅よりも小さくでき、また、導波路１３の曲率も、光導波路の場合よりも小さくして、曲げることができる。プラズモニック導波路１３を構成する誘電体膜と光導波路１５を形成する誘電体膜は、異なった誘電体膜にすることは可能であるが、実質的に同じにする（第２の誘電体膜にする）ことにより製造が容易になる。

また、プラズモン共鳴素子９は、第１の誘電体膜２０上に、例えば、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ等を主成分とする金属膜から形成し、プラズモン共鳴素子９の長手方向（Ｚ方向）が、照射光５の光軸と、最も好ましくはほぼ垂直で、先端の共鳴部１０は尖るような形状で形成されている。プラズモン共鳴素子９の材料は、使用する波長に合わせて、記録材料とプラズモン共鳴やその増強ができるように選ぶことが好ましく、可視光から赤外領域で、プラズモン共鳴素子９での誘電損失（吸収）を低減したいときは、Ａｕよりもむしろ、Ａｇを主成分にした材料が良く、Ａｇに数％〜０．数％程度のＰｄ、Ｃｕ、Ｂｉ等の他の材料を添加した、例えば、ＡｇＰｄＣｕ、ＡｇＢｉ、ＡｇＧａＣｕ等を用いることにより、低吸収で、腐食にも強いプラズモン共鳴素子９を構成することができる。Ｃｕを主成分にした材料でも、誘電損失低減の効果はある。

さらに、プラズモニック導波路１３を構成する金属膜１９は、プラズモン共鳴素子９を構成する金属膜と実質的に同じにすることにより、製造が容易になる。また、プラズモン共鳴素子９は、導波路１５、１３と実質的に同一面上（第１の誘電体膜２０上）に形成されていることが好ましく、半導体のプレーナ製造技術により、プラズモン共鳴素子９が精度良く作製できる効果がある。プラズモン共鳴素子９の厚さは、導波路１５、１３と同等としているが、求める特性に応じて、それよりも厚くしても良いし、薄くしても良い。プラズモン共鳴素子９の厚さが、導波路厚さよりも薄い場合は、光導波路１５ｂと１５ｃは上面がつながった１つの導波路と見なせる。

記録再生用の光源１４として半導体レーザ光源を、その出射光１２の偏光方向８またはその主成分を基板１１に平行なＹ方向になるように、例えば、幅１μｍ程度のチャンネル型の光導波路１５ａに、基板１１の端面に直接結合させ、偏光方向８’がＹ方向であるＴＥ偏光の導波光２２を励振させた。集光レンズなしの、光源１４と導波路１５ａの直接結合の構成により、光学情報記録再生装置はコンパクトにできる。

半導体レーザ光源１４からの出射光１２は、基本的には直線偏光であるが、例えば、波長板を入れて、楕円偏光にした場合でも、その長軸方向が８のＹ方向を向いていれば、偏光の主成分が８のＹ方向を向いていると見なせる。なお、図１で示すように、光源１４の位置は、基板１１の情報記録媒体３の対抗面とは逆の面に配置して、曲がり導波路１３を用いているが、例えば、基板１１の左または右の端面に配置しても良い。その場合は、導波路１３は真っ直ぐな構造で良い。

なお、光源１４に光ファイバーを結合し、その光ファイバーのもう一方の端面を基板１１の端面に接合しても良い。その場合は、光源１４を、後述するスライダー部とは別に配置した十分大きなヒートシンク上に形成しても良いため、部品が増えるが放熱が容易になる。

導波光２２は、光導波路１５ａをＺ軸方向に伝搬し、第１の変換部２３において、幅が光導波路１５ａより狭い、例えば、数１０〜数１００ｎｍ程度のプラズモニック導波路１３に結合する。第１の変換部２３では、導波光２２から表面プラズモンポラリトン１８に変換され、Ｚ軸方向から、Ｙ軸方向に曲がりながらプラズモニック導波路１３を伝搬する。

第１の変換部２３は、両導波路１５ａ、１３を直接接合された構造としたが、例えば、グレーティングカップラであるような他の構造でもかまわない。

第２の変換部２４において、スラブ型光導波路１５ｂに結合し、表面プラズモンポラリトン１８から、導波光の照射光５に変換され、プラズモン共鳴素子９に照射（照射光５の光軸上での偏光方向は８”のＺ方向）される。プラズモン共鳴素子９からの透過光６が光導波路１５ｃを伝搬して、光検出器１７により検出される。

第２の変換部２４でも、両導波路１３、１５ｂを直接接合された構造であるが、例えば、グレーティングカップラであるような他の構造でも動作可能である。

プラズモン共鳴素子９の長手方向（Ｚ方向）のサイズとプラズモニック導波路１３の幅を同等、例えば１００〜２００ｎｍに設定し、プラズモニック導波路１３の出射端（第２の変換部２４）近傍にプラズモン共鳴素子９を配置する（光導波路１５ｂの長さを短くする）ことにより、効率良くプラズモン共鳴素子９に照射光５を照射することができるので好ましい。

プラズモン共鳴素子９の先端領域の共鳴部１０と、記録領域４とを、例えば、約１００ｎｍ以内、好ましくは３〜３０ｎｍ程度の距離に、近接させて配置している。共鳴部１０からプラズモン共鳴によって発生する近接場光７が記録領域４に照射できる配置にしている。

近接場光７を発生させるプラズモン共鳴には、照射光５の偏光方向８”又はその主成分が重要であり、電子が存在するプラズモン共鳴素子９の長手方向（Ｚ方向）に照射光５の偏光方向８”又はその主成分が平行に近いほどプラズモン共鳴が生じて強い近接場光が発生することが知られている。

すなわち、プラズモン共鳴素子９に照射する照射光５の偏光方向８”又はその主成分は、プラズモン共鳴素子９の長手方向（Ｚ方向）であることが最も好ましい。しかし、その角度が±４５°の範囲内であれば、照射光５の光軸上の偏光方向８の主成分が、プラズモン共鳴素子９の長手方向（Ｚ方向）になるので、プラズモン共鳴素子９の共鳴は可能である。

さらに、上記条件において、プラズモン共鳴素子９の長手方向（Ｚ方向）に、誘電率の実数部の符号が負となる金属的な性質を有する記録領域４が存在するとき、プラズモン共鳴素子９と記録領域４がさらなるプラズモン共鳴が生じてプラズモン共鳴の増強度が増大することを見いだした。記録領域４が、島状に配列された微粒子状であるとき、上記プラズモン共鳴の増強度は大きくなり、好ましい。微粒子表面に誘電分極が生じやすくなるためと推測される。

従って、プラズモン共鳴素子９の長手方向と記録領域４の配置面（ＸＹ面）との角度は略直角のとき強いプラズモン共鳴増強が生じるので最も好ましいが、４５〜１３５°の範囲内であれば、記録領域４への近接場光７の偏光方向の主成分が、プラズモン共鳴素子９の共鳴部１０から記録領域４への方向になるので、プラズモン共鳴素子９と記録領域４はある程度のプラズモン共鳴の増強が生じる。

共鳴部１０と記録領域４が相互作用してプラズモン共鳴の増強度が変わるとき、プラズモン共鳴素子９からの透過光６（もしくは反射光）の光量が変化することを、本発明者らは見いだした。プラズモン共鳴素子９と記録領域４とのプラズモン共鳴が増強すると、プラズモン共鳴素子９内で誘電損失（吸収）が増加すると考えており、その結果、プラズモン共鳴素子９からの透過光量（または反射光量）が変化する。プラズモン共鳴の度合いの大きい方が、透過光量は、一般的には小さくなる。

なお、反射光量の変化に関しては、プラズモン共鳴素子９の設計によっては、プラズモン共鳴が増強すると、大きくなる場合もあるし、小さくなる場合もある。プラズモン共鳴素子９と記録領域４が共鳴増強することによって、プラズモン共鳴素子９からの反射光量の変化を利用して再生する光学情報記録再生装置については、実施の形態２で説明する。

図２（ａ）では、記録状態の記録領域４ａが、プラズモン共鳴素子９とプラズモン共鳴増強を生じて、近接場光７ａの強度が大きくなり、プラズモン共鳴素子９からの透過光６ａの強度が小さくなる様子を示している。

図２（ｂ）では、未記録状態の記録領域４ｂが、プラズモン共鳴素子９とプラズモン共鳴増強はほとんど生じなく、近接場光７ｂの強度は小さくなり、プラズモン共鳴素子９からの透過光６ａの強度は大きい様子を示している。

従って、記録領域４のサイズが、回折限界以下の大きさであっても、記録領域４が記録状態か未記録状態かで、その共鳴増強の度合いが変化し、透過光６（もしくは反射光）を光検出器１７により検出し、その検出信号により記録領域４が記録状態か未記録状態かを判断して、記録領域４に記録された情報を再生することができる。

また、プラズモン共鳴素子９の大きさは空間的な制限を受けないため、プラズモン共鳴素子９を記録領域４よりも大きくすることができる。さらに、プラズモン共鳴素子９に近接場光ではなく、再生光である照射光５を直接照射してプラズモン共鳴素子９からの透過光（または反射光）が検出されるので、透過光量（または反射光量）、透過光量の光量変化（または反射光量の光量変化）も十分大きくすることができ、再生信号の変調度を向上させることができる。

また、プラズモン共鳴素子９からの透過光または反射光の偏光角等の偏光状態がプラズモン共鳴度合いによって変化する場合もある。この場合、検光子等の光学素子を組み合わせることによって、透過光又は反射光の光量変化に変えることができるため、検光子等の光学素子からの出射光を光検出器で検出することによって、同様に情報を再生することができる。

記録領域４は、その一部もしくはすべてが記録材料からなっているが、プラズモン共鳴を増強するには、その記録材料が金属的な性質をもつことが望ましく、具体的には、記録材料の誘電率の実数部の符号が負であることが望ましい。さらに、記録材料の比誘電率の実数部が−５以下になると、プラズモン共鳴の度合いが大きくなるため好ましい。例えば、実際の金属の場合の例では、再生光が可視光から赤外光の範囲内では、Ａｕでは波長が０．５４μｍ以上で、Ａｇでは波長が０．４４μｍ以上で、Ｃｕでは波長が０．５０６μｍ以上で、比誘電率の実数部が−５以下となり、プラズモン共鳴度合いがその範囲で強くなっており、他の記録材料も比誘電率の実数部の値で共鳴度合いの目安を判断できる。

例えば、記録領域４の記録材料が、記録状態か未記録状態のどちらか一方では金属的な性質を示し、他方では非金属的な性質を示すなら、前者では後者よりもプラズモン共鳴素子９からの透過光量（もしくは反射光量）の変化が大きいため、透過光量（もしくは反射光量）が変化して、再生の変調度が大きくなり、良好な再生が期待できる。

すなわち、記録層２の記録領域４は、一部もしくはすべてが記録材料からなり、再生光の波長で、上記記録材料の記録状態での誘電率の実数部の符号と上記記録材料の未記録状態での誘電率の実数部の符号が互いに異なるようにすれば良い。

さらに、再生光の波長で、上記記録材料の記録状態での比誘電率の実数部と、上記記録材料の未記録状態での比誘電率の実数部は、一方が−５以下で、他方が−５より大きくするようにすれば、一方のプラズモン共鳴度合いが強くなって、さらに再生の変調度が良くなるという効果がある。

記録材料として、相変化記録材料、酸化ビスマスや酸化チタン等の無機材料、ジアリールエテン等のフォトクロミック材料や、有機色素等が知られているが、再生波長で上記の条件を満たせば再生の変調度が大きくなる効果がある。

本実施の形態では、記録領域４の記録材料の主成分として、例えば、ＧｅＴｅとＳｂ_２Ｔｅ_３とを２：１の割合で含むＧｅ_２Ｓｂ_２Ｔｅ_５のようなＧｅＴｅ−Ｓｂ_２Ｔｅ_３系のカルコゲナイド系相変化記録材料を用いており、記録状態が結晶、未記録状態がアモルファスに対応させているが、その逆でも良い。なお、記録材料の主成分とは、記録領域４を構成する最も体積比の大きい材料の成分を指し、体積比で５０％以上であれば、再生の変調度が大きくなるので好ましい。

一般的に、相変化記録材料は結晶になると、組成により波長範囲が異なるが、ある波長領域で、金属的な性質を示す特徴がある。

例えば、典型的な相変化材料であるＧｅ_２Ｓｂ_２Ｔｅ_５の場合、光源１４の半導体レーザ化に適した波長λとして、例えば、０．３５μｍ≦λ≦０．４５μｍを満たし、例えば、青紫色半導体レーザのλ＝０．４１μｍでは、その比誘電率の実数部が、結晶で−８．７、アモルファスで０．５７となり、結晶では−５以下、アモルファスでは−５より大きいという条件を満たすため好ましい。

また、同様に、光源１４の半導体レーザ化に適した、０．６μｍ≦λ≦０．７μｍを満たす赤の波長、例えば、０．６５μｍでは、比誘電率の実数部が、結晶で−３．３、アモルファスで１２となる。光源１４の半導体レーザ化に適した、０．７３μｍ≦λ≦０．８３μｍを満たす赤外の波長、例えば０．７８μｍでは、比誘電率の実数部が、結晶で５．９、アモルファスで１７となる。

従って、Ｇｅ_２Ｓｂ_２Ｔｅ_５の場合では、赤から青の波長（０．３５μｍ≦λ≦０．７μｍ）では、結晶とアモルファスで誘電率の実数部の符号が互いに異なるため、好ましいが、特に、青の波長（０．３５μｍ≦λ≦０．４５μｍ）では比誘電率の実数部は、結晶では−５以下で、アモルファスでは−５より大きいため、より好ましい。ＧｅＴｅとＳｂ_２Ｔｅ_３の成分比を２２：１に変えたＧｅ_２２Ｓｂ_２Ｔｅ_２５やその他の成分比でも同様の傾向を示し、青の波長での再生が好ましい。

また、ＧｅＴｅ−Ｂｉ_２Ｔｅ_３系のＧｅ_３１Ｂｉ_２Ｔｅ_３４の場合、青波長で、その比誘電率の実数部が、結晶で−９．３、アモルファスで３．９、赤の波長では、比誘電率の実数部が、結晶で−２．９、アモルファスで１４、赤外の波長では、比誘電率の実数部が、結晶で１５、アモルファスで１５となる。Ｇｅ_２Ｓｂ_２Ｔｅ_５の場合と同様、Ｇｅ_３１Ｂｉ_２Ｔｅ_３４でも、赤から青の波長では、結晶とアモルファスで誘電率の実数部の符号が互いに異なるため、好ましいが、特に、青の波長では比誘電率の実数部は、結晶では−５以下で、アモルファスでは−５より大きいため、より好ましいと言える。成分比を変えた他のＧｅＴｅ−Ｂｉ_２Ｔｅ_３系も同様の効果を示す。

また、Ｇｅ−Ｓｂ系のＧｅ_１０Ｓｂ_９０の場合、青波長の、例えば、０．４１μｍでは、その比誘電率の実数部が、結晶で−１１．０、アモルファスで−４．３、赤の波長の、例えば、０．６５μｍでは、比誘電率の実数部が、結晶で−１０．８、アモルファスで１３．２となる。赤外波長の、例えば、０．７８μｍでは、比誘電率の実数部が、結晶で−５．６、アモルファスで１７．９で、波長０．８３μｍでは、比誘電率の実数部が、結晶で−０．６２、アモルファスで２０．２となり、波長０．８６μｍでは、比誘電率の実数部が、結晶で２．７、アモルファスで２１．３となる。

Ｇｅ_１０Ｓｂ_９０の場合、波長０．４９２μｍ〜０．８３５μｍでは、結晶とアモルファスで誘電率の実数部の符号が互いに異なるため、再生特性が良くなり好ましいが、特に、波長０．４９２μｍ〜０．７８７μｍでは、比誘電率の実数部は、結晶では−５以下で、アモルファスでは−５より大きいため、より好ましいと言える。成分比を変えた他のＧｅ−Ｓｂ系も同様の効果を示す。

また、他の相変化材料のＴｅ_６０Ｇｅ_４Ｓｎ_１１Ａｕ_２５、Ａｇ_４Ｉｎ_４Ｓｂ_７６Ｔｅ_１６、ＧｅＴｅ、（Ｇｅ−Ｓｎ）Ｔｅ、（Ｇｅ−Ｓｎ）Ｔｅ−Ｓｂ_２Ｔｅ_３、（Ｇｅ−Ｓｎ）Ｔｅ−Ｂｉ_２Ｔｅ_３、ＧｅＴｅ−（Ｓｂ−Ｂｉ）_２Ｔｅ_３、（Ｇｅ−Ｓｎ）Ｔｅ−（Ｓｂ−Ｂｉ）_２Ｔｅ_３、ＧｅＴｅ−（Ｂｉ−Ｉｎ）_２Ｔｅ_３、（Ｇｅ−Ｓｎ）Ｔｅ−（Ｂｉ−Ｉｎ）_２Ｔｅ_３、Ｓｂ−Ｇａ、（Ｓｂ−Ｔｅ）−Ｇａ、（Ｓｂ−Ｔｅ）−Ｇｅ、Ｓｂ−Ｉｎ、（Ｓｂ−Ｔｅ）−Ｉｎ、Ｓｂ−Ｍｎ−Ｇｅ、Ｓｂ−Ｓｎ−Ｇｅ、Ｓｂ−Ｍｎ−Ｓｎ−Ｇｅ、及び（Ｓｂ−Ｔｅ）−Ａｇ−Ｉｎのいずれかを含む材料も、結晶になると、ある波長領域で、金属的な性質を示す特徴があり、比誘電率の実数部の値に注目して、上記好ましい条件を満たす波長の範囲で有効に用いることができる。

本実施の形態１の光学情報記録再生装置では、光源１４からの出射光１２のパワを再生光より強くして記録光とし、導波路１５ａに入射し、上記導波路内１５ｂ（もしくは導波路１５ｂから）の照射光５を、上記プラズモン共鳴素子９に照射する。照射光５の照射により、プラズモン共鳴素子９内に存在する電子がその照射光５と相互作用を起こして、（表面）プラズモン共鳴を誘起させ、それに伴って先端領域の共鳴部１０に近接場光７が発生する。この近接場光７の少なくとも１部が近接した記録領域４に照射され、記録領域４の屈折率や消衰係数等の光学特性が変化し記録される。

記録層２が連続的につながっている薄膜形状の場合、記録材料に記録マーク等の記録領域４を形成する際に、記録材料中に熱が拡散してしまい、記録スポットを超える大きな記録マークが記録されてしまう。このような熱拡散によって記録マークの大きさの差が顕著になり始めるのは、記録マークが３０ｎｍ以下となる場合である。

したがって、記録層２の記録領域４を、島状に配列し、サイズが３０ｎｍ以下となる構造にすることにより、それぞれの記録領域４間は分離されているため、記録の際の熱拡散の影響を避けて良好に３０ｎｍ以下の記録領域４を有する情報記録媒体の作製が可能となる。

しかしながら、記録材料が３ｎｍ程度まで小さな粒子になってしまうと、粒子に含まれる原子数が少なくなり、融点が低くなりすぎて記録材料への記録の保持が熱的な揺らぎによって不安定になってしまう。よって、記録領域４のサイズは３ｎｍ〜３０ｎｍを満たすことが好ましい。

また、記録領域４は、できるだけ微小化してサイズを小さくし、且つ、孤立した状態の記録領域４同士をできるだけ近接して設けることが、記録の高密度化の面でより好ましく、このような高密度配列の情報記録媒体であっても、本発明の光学情報記録再生装置により、良好に記録再生できる。

なお、記録領域４は、微細な凸形状に加工されたものを指し、図１に示した円柱形状以外にも、円錐、３角錐、４角以上の多角錐、３角柱、又は４角以上の多角柱のような形状でも良い。特に、円錐、３角錐又は４角以上の多角錐等の先端が尖った形状や、円柱、３角柱又は４角以上の多角柱であっても、先端が丸まったり尖ったりした形状の記録領域は、近接場光が集光又は集中しやすいため、好ましい。

また、記録領域４は、基板１から突出した部分の全てが記録材料で形成されていてもよく、また、基板１から突出した部分の先端部分のみが記録材料で形成されていてもよい。

本実施の形態１における光学情報記録再生装置は、基板１１をスライダー部（図示無し）に取り付けており、情報記録媒体３を高速に回転させることによる空気流によりスライダー部は浮上して、プラズモン共鳴素子９と記録層２との間隔ＷＤが保たれる。また、電磁コイル等に基板１１を取り付けて、ＷＤを電気的に制御しても良い。

本実施の形態１の光学記録再生装置では、光源１４は、記録光と再生光を出射する１波長光源であり、プラズモン共鳴素子９は記録用と再生用を兼ねた構成である。

プラズモン共鳴素子９が、例えば、主成分がＡｇから構成され、長手方向が１３０ｎｍ幅が３０ｎｍであり、記録及び再生波長λが０．７８μｍであり、記録領域４がＧｅ_１０Ｓｂ_９０から構成され、記録領域４の微粒子の直径が２０ｎｍであり、記録層２の厚さとなる記録領域４の高さが２０ｎｍであり、共鳴部１０と記録領域４との間隔が１５ｎｍである。このとき、記録領域４が結晶の場合のプラズモン共鳴素子９の透過率は１０％であり、記録領域４がアモルファスの場合のその透過率は１１％であった。プラズモン共鳴素子９の透過率の変化量は１％となり、再生の変調度は９．１％と計算できた。なお、再生の変調度は、透過率の変化量を、結晶及びアモルファスのうちの大きい方の透過率で除算することにより（＝１／１１）、計算できる。

また、プラズモン共鳴素子９が記録用と再生用を兼ねた構成においては、プラズモン共鳴増強が大きく生じる結晶の方が、記録領域４の記録感度は高くなる傾向がある。従って、記録前の記録領域４の相状態（結晶かアモルファスか）の感度差を考慮した記録光の強度制御が必要である。

また、プラズモン共鳴素子９が記録用と再生用をそれぞれ別にしても良い。上記感度差の補正が、例えば、プラズモン共鳴素子９の長手方向のサイズを調整することにより可能となる。

本実施の形態１の光学情報記録再生装置の製造方法について、図３を用いて詳細に説明する。

図３（ａ）に示す基板１１上に、図３（ｂ）に示すように、例えば、スパッタや蒸着、基板の熱酸化により、第１の誘電体膜２０を形成する工程を行う。このとき、第１の誘電体膜２０を、例えば、エッチングにより、一部削除して、基板１１内もしくは基板１１上に、光検出器１７を形成する工程を有することが好ましい。光検出器１７が基板１１と集積化でき、安定かつ小型軽量化の光学情報記録再生装置が構成できるからである。

次に、第１の誘電体膜２０上に、例えば、スパッタや蒸着により、プラズモニック導波路１３を構成する金属膜１９を形成する工程を行う。このとき、プラズモン共鳴素子９を、上記金属膜１９と実質的に同じ金属膜で形成すれば、工程が簡素化され好ましい。すなわち、図３（ｃ）に示すように、第１の誘電体膜２０上に、金属膜１９を形成する工程で、プラズモニック導波路１３の金属膜１９とプラズモン共鳴素子９の金属が同時に形成できるからである。

次に、図３（ｄ）に示すように、第１の誘電体膜２０上に、例えば、スパッタや蒸着により、第２の誘電体膜２１を形成する工程を行う。プラズモニック導波路１３を構成する誘電体膜と光導波路１５を形成する誘電体膜を実質的に同じにすることにより、上記第２の誘電体膜２１を形成する工程は一度で済むことになり好ましい。

最後に、上記第２の誘電体膜２１から、例えば、表面を所望の厚さになるように削ってプラズモニック導波路１３、光導波路１５を形成する工程を行う。このとき、チャンネル型の光導波路１５ａは、導波領域が回りよりも厚くする必要があるので、例えば、フォトリソグラフィとエッチングを組み合わせて、導波領域以外を薄く削りとるプロセスをさらに行う。

本発明の実施の形態１における別の形態の光学情報記録再生装置は、記録のみを行う形態の光学情報記録再生装置であり、すなわち、光源と、基板と、上記基板上もしくは基板内に形成された導波路と、上記導波路間、導波路内、導波路端近傍のいずれかに形成され、上記記録領域との間でプラズモン共鳴が生じる共鳴部を有するプラズモン共鳴素子を具備し、上記共鳴部を上記記録領域と近接させて配置し、上記光源からの出射光を上記導波路に入射し、上記導波路内もしくは導波路からの照射光を、上記プラズモン共鳴素子に照射し、上記プラズモン共鳴素子の共鳴部から発生した近接場光の少なくとも１部を用いて、上記記録領域に記録する光学情報記録再生装置である。

本発明の実施の形態１における別の形態の光学情報記録再生方法は、記録のみを行う形態の光学情報記録再生方法であり、すなわち、光源と、基板と、上記基板上もしくは基板内に形成された導波路と、上記導波路間、導波路内、導波路端近傍のいずれかに形成され、上記記録領域との間でプラズモン共鳴が生じる共鳴部を有するプラズモン共鳴素子を具備し、上記共鳴部を上記記録領域と近接させて配置し、上記光源からの出射光を上記導波路に入射するステップと、上記導波路内もしくは導波路からの照射光を、上記プラズモン共鳴素子に照射するステップと、上記プラズモン共鳴素子の共鳴部から発生した近接場光の少なくとも１部を用いて、上記記録領域に記録するステップとを含む。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２における光学情報記録再生装置について、図４を用いて上記実施の形態１の光学情報記録再生装置と異なる点を中心に説明する。図４は、本発明の実施の形態２における光学情報記録再生装置の構成と、情報記録媒体に対して情報を記録再生する様子とを示す説明図である。

本実施の形態２の光学情報記録再生装置が、実施の形態１の光学情報記録再生装置と異なる点は、プラズモン共鳴素子９からの反射光１６を光検出器１７で検出することにより再生を行う点である。

すなわち、本実施の形態２の光学情報記録再生装置は、記録領域４を有する情報記録媒体３の光学情報記録再生装置であって、光源１４と、基板１１と、上記基板１１上（もしくは基板１１内）に形成された導波路１５ａ、１３ａ、１３ｂ、１５ｂと、上記導波路１５ｂ端近傍（もしくは上記導波路間、導波路内）、に形成され、上記記録領域４との間でプラズモン共鳴が生じる共鳴部１０を有するプラズモン共鳴素子９と、光検出器１７を具備し、上記共鳴部１０を上記記録領域４と近接させて配置し、上記光源１４からの出射光１２（再生光で、光軸上での偏光方向は８のＹ方向）を上記導波路１５ａに入射し（導波光２２の偏光方向は８’のＹ方向）、上記導波路１５ｂ内（もしくは導波路１５ｂから）の照射光５（偏光方向は８”のＺ方向）を、上記プラズモン共鳴素子９に照射し、上記プラズモン共鳴素子９からの反射光１６を、上記光検出器１７により検出し、上記光検出器１７からの検出信号に基づいて情報記録媒体３の記録領域４に記録された情報を再生する光学情報記録再生装置である。

プラズモン共鳴素子９からの反射光１６を光検出器１７により検出する構成により、折り返し構成となり、基板１１の情報記録媒体３に面した方向（Ｙ方向）のサイズを小さくし、重量も低減できる効果がある。また、プラズモン共鳴素子９は、導波路内や導波路間に必ずしも形成する必要はなくなり、例えば、基板１１の端面（例えば、図４における基板１１の右側の端面）に形成しても良く、設計の自由度が広くなる。

プラズモン共鳴素子９からの反射光１６を検出するために、プラズモニック導波路１３は、プラズモン共鳴素子９の長手方向（Ｚ方向）のサイズの半分以下、例えば、幅が数１０〜５０ｎｍ程度のチャンネル型のものを往路（光源１４からプラズモン共鳴素子９への経路）と復路（プラズモン共鳴素子９から光検出器１７への経路）にそれぞれ、１３ａと１３ｂの２つ形成されている。プラズモニック導波路１３の幅が狭いと、プラズモンポラリトン１８ａ、１８ｂの波長がそれぞれ小さくなって伝搬損失が増える傾向にあるが、より曲率が小さい曲がり導波路１３ａを形成することができる。

往路では、第１の変換部２３ａで導波光２２から表面プラズモンポラリトン１８ａに変換されてＺ方向からＹ方向に折れ曲がって伝搬し、第２の変換部２４ａでは、表面プラズモンポラリトン１８ａから導波光の照射光５に変換され、導波路１５ｂ内で広がってプラズモン共鳴素子９に照射される。

復路では、プラズモン共鳴素子９からの、導波路１５ｂ内の反射光１６は、もう一方の第１の変換部２３ｂで導波光１６から表面プラズモンポラリトン１８ｂに変換されて伝搬し、もう一方の第２の変換部２４ｂで表面プラズモンポラリトン１８ｂから導波光１６’（反射光）に変換されて、導波路１５ｃ内で広がり、光検出器１７で検出される。

共鳴部１０と記録領域４が相互作用してプラズモン共鳴が増強すると、プラズモン共鳴素子９内で誘電損失（吸収）が増加する。その結果、プラズモン共鳴素子９からの反射率が変化することになる。

記録領域４が記録状態と未記録状態では、記録領域４とプラズモン共鳴素子９との共鳴度合いが異なるので、プラズモン共鳴素子９からの反射光量を検出することにより、記録領域４が記録状態及び未記録状態のいずれかであるかを判断して、記録領域４に記録された情報を再生することができる。なお、プラズモン共鳴素子９の設計によっては、プラズモン共鳴が増強すると、反射率が大きくなる場合もあるし、小さくなる場合もある。

記録に関しては、本実施の形態２の光学情報記録再生装置は、実施の形態１の光学情報記録再生装置と同じである。すなわち、本実施の形態２の光学情報記録再生装置は、光源１４からの出射光１２（記録光）を導波路１５ａに入射し、上記導波路内１５ｂ（もしくは導波路１５ｂから）の照射光５を、上記プラズモン共鳴素子９に照射し、上記プラズモン共鳴素子９の共鳴部１０から発生した近接場光７の少なくとも１部を用いて、上記記録領域４に記録する。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３における光学情報記録再生装置について、図５を用いて上記実施の形態１の光学情報記録再生装置と異なる点を中心に説明する。図５は、本発明の実施の形態３における光学情報記録再生装置の構成と、情報記録媒体に対して情報を記録再生する様子とを示す説明図である。

本実施の形態３の光学情報記録再生装置が、実施の形態１の光学情報記録再生装置と異なる点は、導波路が、光源１４側から順に、プラズモニック導波路１３、光導波路１５ｂ、１５ｃの２つの領域（１５ｂと１５ｃは同じ光導波路であるため１つと見なす）から構成される点である。

光源１４からのＹ方向の偏光（光軸上の偏光方向８）を有する出射光１２が、基板１１の端面である第１の変換部２３を介してプラズモニック導波路１３に入射されて、出射光１２から表面プラズモンポラリトン１８に変換されてＺ方向からＹ方向に折れ曲がって伝搬し、第２の変換部２４で、表面プラズモンポラリトン１８から導波光の照射光５（光軸上の偏光方向は８’のＺ方向）に変換され、導波路１５ｂ内で広がってプラズモン共鳴素子９に照射し、導波路１５ｃ内で透過光６として光検出器１７で検出される。光検出器１７からの検出信号に基づいて情報記録媒体３の記録領域４に記録された情報を再生する。

光源１４を、光導波路を介さずに、プラズモニック導波路１３に直接結合する構成により、導波路長を短くでき、その結果、基板１１のＺ方向サイズが短くなり、より小型軽量の光学情報記録再生装置化が構成可能となる。

光導波路は１５ｂと１５ｃはスラブ型が好ましく、光検出器１７への結合効率が良くなる効果がある。

プラズモニック導波路１３は金属膜１９と第２の誘電体膜で構成され、光導波路１５ｂ、１５ｃを形成する誘電体膜は、上記第２の誘電体膜と実質的に同じであることが好ましい。

また、プラズモニック導波路１３は、金属膜１９と第２の誘電体膜で構成され、プラズモン共鳴素子９は金属膜で構成され、上記プラズモニック導波路１３を構成する金属膜と上記プラズモン共鳴素子９を形成する金属膜は、実質的に同じであることが好ましい。どちらも、製造工程が簡素化されるためである。

なお、光源１４に光ファイバーを結合し、その光ファイバーのもう一方の端面を基板１１の端面に接合して、プラズモニック導波路１３に入射させても良い。その場合は、光源１４を十分大きなヒートシンク上に形成しても良いため、部品が増えるが放熱が容易になる。

（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４の光学情報記録再生装置について、図６を用いて、上記実施の形態１の光学情報記録再生装置と異なる点を中心に説明する。

図６（ａ）は本発明の実施の形態４における光学情報記録再生装置の構成と、情報記録媒体に対して情報を記録再生する様子とを示す説明図、（ｂ）は本発明の実施の形態４における光学情報記録再生装置の図６（ａ）のＡ−Ａ’における断面図である。

本実施の形態４の光学情報記録再生装置が、実施の形態１の光学情報記録再生装置と異なる点は、導波路が、光導波路１５のみから構成される点である。光源１４からのＹ方向の偏光（光軸上の偏光方向８）を有する出射光１２は、光導波路１５に入射し、ＴＥ偏光の導波光２２に変換されてＺ方向からＹ方向に折れ曲がって伝搬し、照射光５（光軸上の偏光方向は８’のＺ方向）として、導波路１５内でプラズモン共鳴素子９に照射し、導波路１５内で透過光６として光検出器１７で検出される。光検出器１７からの検出信号に基づいて情報記録媒体３の記録領域４に記録された情報を再生する。

光導波路１５では、導波路幅を波長程度以下にはできないため、また導波路１５の曲がりの曲率も大きいため、基板１１のサイズが大きくなる傾向があるが、金属膜を使わない構成のため、導波路損失が小さいという効果がある。

導波路が、光導波路１５のみという一種類であるため、製造が容易になる。ただし、プラズモン共鳴素子９への照射光５の幅は、数１００〜数１０００ｎｍ程度であるため、プラズモン共鳴素子９の長手方向（Ｚ方向）サイズ、例えば、１００〜２００ｎｍよりもかなり大きくなるため、プラズモン共鳴素子９からの透過光６の光量は小さくなり、再生信号も低下するという短所が生じる。光検出器１７として、例えば、微弱信号が検出できるアバランシェフォトダイオードを使うことが好ましい。

なお、光源１４に光ファイバーを結合し、その光ファイバーのもう一方の端面を基板１１の端面に接合して、光導波路１５に入射させても良い。その場合は、光源１４を十分大きなヒートシンク上に形成しても良いため、部品が増えるが放熱が容易になる。

以上、実施の形態１〜４の光学情報記録再生装置、光学情報記録再生方法、及び光学情報記録再生装置の製造方法について説明してきたが、これらの実施の形態に限定されるものではなく、それぞれの実施の形態の光学情報記録再生装置、光学情報記録再生方法、及び光学情報記録再生装置の製造方法を組み合わせた光学情報記録再生装置、光学情報記録再生方法、及び光学情報記録再生装置の製造方法も本発明に含まれ、同様の効果を奏することができる。

また、上記実施の形態においては、光学情報記録再生装置の対象である情報記録媒体としては、光ディスクを例に挙げて説明したが、同様の光学情報記録再生装置で、厚みや記録密度など複数の仕様の異なる媒体を記録再生することができるように設計されたカード状やドラム状、テープ状の製品に応用することも本発明の範囲に含まれる。

本発明の光学情報記録再生装置、光学情報記録再生方法、及び光学情報記録再生装置の製造方法によれば、特に、良好な再生と高速アクセス可能な、近接場光を利用した小型軽量の光学情報記録再生装置、光学情報記録再生方法、及び光学情報記録再生装置の製造方法の利用が可能である。

１ 媒体基板（情報記録媒体）
２ 記録層
３ 情報記録媒体
４ａ 記録領域（記録状態）
４ｂ 記録領域（未記録状態）
５ 照射光（プラズモン共鳴素子への）
６ 透過光（プラズモン共鳴素子からの）
７ 近接場光
８ 光軸上での光の偏光方向
９ プラズモン共鳴素子
１０ 共鳴部（プラズモン共鳴素子の）
１１ 基板（光学情報記録再生装置）
１２ 出射光
１３ プラズモニック導波路
１４ 光源
１５ 光導波路
１６ 反射光（プラズモン共鳴素子からの）
１７ 光検出器
１８ 表面プラズモンポラリトン
１９ 金属膜
２０ 第１の誘電体膜
２１ 第２の誘電体膜
２２ 導波光
２３ 第１の変換部（光から表面プラズモンポラリトンに変換）
２４ 第２の変換部（表面プラズモンポラリトンから光に変換）

Claims (18)

1. 記録領域を有する情報記録媒体の光学情報記録再生装置であって、光源と、基板と、上記基板上もしくは基板内に形成された導波路と、上記導波路間、導波路内、導波路端近傍のいずれかに形成され、上記記録領域との間でプラズモン共鳴が生じる共鳴部を有するプラズモン共鳴素子と、光検出器を具備し、上記共鳴部を上記記録領域と近接させて配置し、上記光源からの出射光を上記導波路に入射し、上記導波路内もしくは導波路からの照射光を、上記プラズモン共鳴素子に照射し、上記プラズモン共鳴素子からの透過光もしくは反射光を、上記光検出器により検出し、上記光検出器からの検出信号に基づいて上記記録領域に記録された情報を再生する光学情報記録再生装置。
2. 光源からの出射光を導波路に入射し、上記導波路内もしくは導波路からの照射光を、上記プラズモン共鳴素子に照射し、上記プラズモン共鳴素子の共鳴部から発生した近接場光の少なくとも１部を用いて、上記記録領域に記録する請求項１に記載の光学情報記録再生装置。
3. プラズモン共鳴素子の長手方向と記録領域の配置面との角度は４５〜１３５°の範囲内である上記請求項１に記載の光学情報記録再生装置。
4. プラズモン共鳴素子は、導波路と実質的に同一面上に形成された請求項１に記載の光学情報記録再生装置。
5. 基板はＳｉであり、光検出器は、基板上もしくは基板内に形成された請求項１に記載の光学情報記録再生装置。
6. 基板上に第１の誘電体膜を形成し、その上に導波路を形成する請求項１に記載の光学情報記録再生装置。
7. 導波路は、光源側から順に、光導波路、プラズモニック導波路、光導波路の３つの領域から構成される請求項１に記載の光学情報記録再生装置。
8. 光源側に近い光導波路はチャンネル型、他方の光導波路はスラブ型である請求項７に記載の光学情報記録再生装置。
9. 導波路は、光源側から順に、プラズモニック導波路、光導波路の２つの領域から構成される請求項１に記載の光学情報記録再生装置。
10. 光導波路はスラブ型である請求項９に記載の光学情報記録再生装置。
11. プラズモニック導波路は、金属膜と第２の誘電体膜で構成され、プラズモン共鳴素子は金属膜で構成され、上記プラズモニック導波路を構成する金属膜と上記プラズモン共鳴素子を形成する金属膜は、実質的に同じである請求項７もしくは９に記載の光学情報記録再生装置。
12. プラズモニック導波路は金属膜と第２の誘電体膜で構成され、光導波路を形成する誘電体膜は、上記第２の誘電体膜と実質的に同じである請求項７もしくは９に記載の光学情報記録再生装置。
13. 記録領域を有する情報記録媒体の光学情報記録再生装置であって、光源と、基板と、上記基板上もしくは基板内に形成された導波路と、上記導波路間、導波路内、導波路端近傍のいずれかに形成され、上記記録領域との間でプラズモン共鳴が生じる共鳴部を有するプラズモン共鳴素子を具備し、上記共鳴部を上記記録領域と近接させて配置し、上記光源からの出射光を上記導波路に入射し、上記導波路内もしくは導波路からの照射光を、上記プラズモン共鳴素子に照射し、上記プラズモン共鳴素子の共鳴部から発生した近接場光の少なくとも１部を用いて、上記記録領域に記録する光学情報記録再生装置。
14. 記録領域を有する情報記録媒体の光学情報記録再生方法であって、光源と、基板と、上記基板上もしくは基板内に形成された導波路と、上記導波路間、導波路内、導波路端近傍のいずれかに形成され、上記記録領域との間でプラズモン共鳴が生じる共鳴部を有するプラズモン共鳴素子と、光検出器を具備し、上記共鳴部を上記記録領域と近接させて配置し、上記光源からの出射光を上記導波路に入射するステップと、上記導波路内もしくは導波路からの照射光を、上記プラズモン共鳴素子に照射するステップと、上記プラズモン共鳴素子からの透過光もしくは反射光を、上記光検出器により検出し、上記光検出器からの検出信号に基づいて、上記記録領域に記録された情報を再生するステップとを含む光学情報記録再生方法。
15. 光源からの出射光を導波路に入射するステップと、上記導波路内もしくは導波路からの照射光を、上記プラズモン共鳴素子に照射するステップと、上記プラズモン共鳴素子の共鳴部から発生した近接場光の少なくとも１部を用いて、上記記録領域に記録するステップとを含む請求項１４に記載の光学情報記録再生方法。
16. 記録領域を有する情報記録媒体の光学情報記録再生方法であって、光源と、基板と、上記基板上もしくは基板内に形成された導波路と、上記導波路間、導波路内、導波路端近傍のいずれかに形成され、上記記録領域との間でプラズモン共鳴が生じる共鳴部を有するプラズモン共鳴素子を具備し、上記共鳴部を上記記録領域と近接させて配置し、上記光源からの出射光を上記導波路に入射するステップと、上記導波路内もしくは導波路からの照射光を、上記プラズモン共鳴素子に照射するステップと、上記プラズモン共鳴素子の共鳴部から発生した近接場光の少なくとも１部を用いて、上記記録領域に記録するステップとを含む光学情報記録再生方法。
17. 基板上に第１の誘電体膜を形成する工程と、上記第１の誘電体膜上に金属膜を形成する工程と、上記金属膜からプラズモン共鳴素子を形成する工程と、上記第１の誘電体膜上に第２の誘電体膜を形成する工程と、上記第２の誘電体膜から導波路を形成する工程を含む請求項１に記載の光学情報記録再生装置の製造方法。
18. 導波路はプラズモニック導波路を含み、実質的に同じ金属膜から、プラズモン共鳴素子と上記プラズモニック導波路を形成する工程を含む請求項１７に記載の光学情報記録再生装置の製造方法。