JP4837521B2 - Surface plasmon polariton concentrator, information recording head, and recording apparatus - Google Patents

Surface plasmon polariton concentrator, information recording head, and recording apparatus Download PDF

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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。   The present invention relates to a surface plasmon polariton concentrator that focuses surface plasmon polariton, which is a kind of near-field light, and an information recording head and a recording apparatus using the surface plasmon polariton concentrator.

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。   By reducing the diameter of the focal point where light is collected, the so-called light spot, various densities can be achieved in various fields. For example, in the optical recording field in which data is recorded / reproduced on / from a recording medium using laser light, high-density recording / reproduction is possible. Further, in the field of optical processing in which processing of resin, glass or the like is performed using laser light, finer processing can be performed. Furthermore, in the measurement field using a microscope or the like, the measurement resolution can be improved.

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。   Therefore, in each field using light such as optical recording, optical processing, and measurement using a microscope, it has been desired to reduce the diameter of the light spot. However, the size of the light spot is limited to the light wavelength by the diffraction limit of light in ordinary light, and it is difficult to further reduce the diameter. Therefore, the use of locally existing near-field light has attracted attention as a method for forming a light spot smaller than the diffraction limit of light using ordinary light.

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。   Near-field light is light (electromagnetic field) that is generated when light is incident on a minute structure smaller than the wavelength of light, for example, a structure such as an opening, and is localized only in the vicinity of the opening. is there. Near-field light generated in the vicinity of the opening remains in the vicinity of the opening and does not propagate to other parts.

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。   When light is incident on the opening from the light source, when the diameter of the opening is larger than the wavelength of the light, the light is partially blocked by the opening, but without generating near-field light, As it is, the light passes through the opening as propagating light. However, when the diameter of the opening is smaller than the wavelength of the incident light, the light hardly transmits through the opening, and near-field light is generated in the vicinity of the opening. Since the generated near-field light has an intensity distribution having a size substantially the same as the diameter of the opening, a light spot having a diameter smaller than the diffraction limit of the light is obtained around the opening.

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。   The diameter-reduced light spot obtained in this manner is suitably used for the light-assisted magnetic recording method. The optically assisted magnetic recording method is attracting attention as a promising technology for next-generation high-density magnetic recording in the optical recording field, and performs magnetic recording on a magnetic recording medium having a high coercive force that is resistant to thermal fluctuations. is there. Specifically, the coercive force of the magnetic recording medium is reduced by condensing light on the surface of the magnetic recording medium and locally raising the temperature of the magnetic recording medium. This makes it possible to perform magnetic recording on the magnetic recording medium using a normal magnetic head.

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。   However, since the light spot having a reduced diameter obtained by the above-described method causes light that cannot be focused to a spot having a diameter equal to or smaller than the wavelength to be incident on an opening having a wavelength equal to or smaller than the wavelength, the light use efficiency is deteriorated. That is, if the light source is set to the same intensity as the conventional one, the obtained near-field light intensity becomes weaker by the size of the opening with respect to the size of the light irradiated to the opening. Further, since the light is localized, the intensity rapidly decreases as the distance from the light generation position increases.

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。   For this reason, a method is used in which openings are formed in a metal film, surface plasmon polaritons are generated in the metal film, and strong near-field light is generated by amplifying the surface plasmon polaritons. However, it is very difficult to create a minute opening with a size of about several tens of nanometers in a metal film, and surface plasmon polaritons generated on the metal film propagate from the opening to the periphery of the opening. End up. As a result, the available spot size is larger than the size of the opening formed in the metal film.

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。   Therefore, Patent Document 1, Patent Document 2, and Non-Patent Document 1 describe techniques for focusing the generated surface plasmon polaritons more locally to obtain higher density energy. The technique described in Patent Document 1 will be described below with reference to FIG. FIG. 24 is a perspective view showing a conventional concentrator 101 that focuses surface plasmon polaritons.

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。   As shown in FIG. 24, the concentrator 101 described in Patent Document 1 includes a plurality of lens microstructures 103 arranged in a circular arc according to a predetermined rule on a metal film 102. The surface plasmon polariton 4 is collected by the structure 103. When the surface plasmon polariton 4 is propagated from the direction opposite to the center of the circular arc formed by the lens microstructure 103, the surface plasmon polariton 4 is diffracted by the lens microstructure 103 and condensed at the center of the circle. To do. Thus, the concentrator 101 can focus the surface plasmon polariton 4 with a high NA.

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。   Further, the technique described in Patent Document 2 will be described with reference to FIGS. 25 and 26. FIG. FIG. 25 is a perspective view showing a schematic configuration of a conventional metal film 201 having two kinds of film thickness for propagating and bending a surface plasmon polariton wave. FIG. 26 is a perspective view showing a surface plasmon lens 211 for condensing the surface plasmon polariton.

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。   The metal film 201 includes a first metal film 202 and a second metal film 203 having different film thicknesses. By using the fact that the effective refractive index of the surface plasmon polariton is different when the film thickness is different, the first metal film 201 is used. In this configuration, the surface plasmon polariton 4 excited in the film 202 is bent at the boundary formed between the first metal film 202 and the second metal film 203.

ここで、金属膜の実効屈折率nは、   Here, the effective refractive index n of the metal film is

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。 It is represented by Β represents the wave vector in the traveling direction of the surface plasmon polariton, c represents the speed of light, and ω represents the angular frequency of the surface plasmon polariton.

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、   The surface plasmon polariton is attenuated in strength as it travels on the metal film, and the distance at which the intensity of the surface plasmon polariton becomes 1 / e is called the propagation length. The propagation length L, which is a parameter representing the intensity attenuation of such surface plasmon polaritons, is

で表される。 It is represented by

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。   Β, which is the wave vector in the traveling direction of the surface plasmon polariton, depends on the frequency of the surface plasmon polariton, the mode of the surface plasmon polariton, the metal material composing the metal film, the film thickness of the metal film, and the material in contact with the metal film Yes.

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。   The surface plasmon polariton mode will be described below. Surface plasmon polaritons propagating on a metal film generally have two modes. One mode is a symmetry mode in which the surface plasmon polaritons on both surfaces of the metal film are coupled symmetrically, and can be excited in the Kretchmann configuration described later. The other mode is an asymmetric mode in which surface plasmon polaritons on both surfaces of the metal film are asymmetrically coupled, and can be excited in the Otto configuration described later.

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。   Therefore, β, which is the wave vector in the traveling direction of the surface plasmon polariton, has two values corresponding to the two modes of the surface plasmon polariton in each configuration. These details are introduced in detail in Non-Patent Document 1.

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。   In the surface plasmon lens 211, as shown in FIG. 26, a metal film 215 is provided on the upper surface of the dielectric layer 216, and the surface of the metal film 215 opposite to the surface in contact with the dielectric layer 216 is provided. In addition, a first dielectric layer 213 having a low refractive index and a second dielectric layer 214 having a higher refractive index than the first dielectric layer 213 are provided. The first dielectric layer 213 is not shown in FIG. 26 because it may be air.

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)
In the surface plasmon lens 211, when the laser beam 212 is irradiated between the metal film 215 on the side where the first dielectric layer 213 is provided and the dielectric layer 216, the metal film 215 and the first dielectric layer are irradiated. Surface plasmon polariton 204 is excited between 213 and 213. Since the effective refractive index in the metal film 215 varies depending on the medium with which the metal film 215 is in contact, the surface plasmon polariton 204 propagates in the direction of the second dielectric layer 214, and the first dielectric layer 213 and the second dielectric layer 214 Refracts and converges at the boundary formed between the two.
Japanese Patent Laying-Open No. 2006-23410 (released on January 26, 2006) US2003 / 0137772 (published January 24, 2003) “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” JJ Burke and GIStegeman, 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。   Among the above-described technologies, in the technology described in Patent Document 1, the concentrator 101 must form a plurality of lens microstructures 103 on the metal film 102 at submicron intervals. It is very difficult. Furthermore, if the number of lens microstructures 103 is small, the focusing effect of the surface plasmon polariton becomes small. Therefore, in order to increase the focusing effect, it must be manufactured more precisely.

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。   Moreover, in the metal film 201 described in Patent Document 2, the propagation direction of the surface plasmon polariton 4 is changed at the boundary formed between the first metal film 202 and the second metal film 203 having different film thicknesses. It is possible to propagate the surface plasmon polariton to an arbitrary position with a simple configuration. Therefore, by applying the configuration of the metal film 201 to the metal film 215 of the surface plasmon lens 211, it is possible to focus the surface plasmon polariton 4 at an arbitrary position with a simple configuration.

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。   In order to sufficiently focus the surface plasmon polariton 4 at the boundary formed between the first metal film 202 and the second metal film 203, the effective refractive index ratio between the first metal film 202 and the second metal film 203 is sufficient. Need to be considered. However, in order to realize the effective refractive index ratio between the first metal film 202 and the second metal film 203 for causing sufficient focusing of the surface plasmon polariton 4, the first metal film 202 and the second metal film 203 are The difference in film thickness becomes very large.

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。   Therefore, when the surface plasmon polariton 4 propagates on the surfaces of the first metal film 202 and the second metal film 203, the surface plasmon polariton 4 is scattered at the edge of the first metal film 202, and the background due to the scattered light. Noise is generated. Further, when there is such a step, for example, when the metal film 201 is applied to an optically assisted magnetic recording apparatus, it is difficult to cause physical interference with other members or to form a film on the metal film 201. There was a problem.

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。   In the surface plasmon lens 211 described in Patent Document 2, the surface is formed at the boundary formed between the first dielectric layer 213 and the second dielectric layer 214 having different refractive indexes provided on the metal film 215. The propagation direction of the plasmon polariton 4 can be changed, and the surface plasmon polariton can be propagated to an arbitrary position with a simple configuration.

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。   However, the effective refractive index in the surface plasmon lens 211 depends not only on the refractive indexes of the first dielectric layer 213 and the second dielectric layer 214 but also on the thickness of the metal film 215. In the surface plasmon lens 211, since the surface plasmon polariton 4 is excited in an Otto arrangement described later, the surface plasmon polariton 4 is in an asymmetry mode.

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。   Therefore, as described in Non-Patent Document 1, the thinner the metal film 215 is, the larger the effective refractive index and the shorter the propagation length. As a result, when the thickness of the metal film 215 is reduced in order to sufficiently refract the surface plasmon polariton 4 at the boundary formed between the first dielectric layer 213 and the second dielectric layer 214, the surface plasmon lens The propagation length in 211 is about several times the wavelength of the surface plasmon polariton 4 or less than the wavelength.

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。   However, in the surface plasmon lens 211, when the effective refractive index is increased by the refractive index of the dielectric, the propagation length is shortened, the focusing effect is reduced, and a lens having a particularly long focal length cannot be produced. In particular, the refractive index introduced in Patent Document 2 is of the asymmetry mode, and as described in Non-Patent Document 2, the effective refractive index increases as the film thickness decreases. However, according to Non-Patent Document 2, the propagation length is also shortened at this time, which is about several times the wavelength of the surface plasmon polariton. This means that the intensity will be weak unless the focal length is set to the surface plasmon polariton wavelength, but it is not practical to set the focal length to the wavelength.

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。   As described above, in the surface plasmon lens 211, in order to sufficiently refract the surface plasmon polariton 4 at the boundary formed between the first dielectric layer 213 and the second dielectric layer 214, the propagation length is short. There was a problem of becoming.

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。   Further, if one of the first dielectric layer 213 and the second dielectric layer 214 is air having a low dielectric constant in order to increase the refraction angle, the first dielectric layer 213 or the second dielectric layer 214 Since an edge appears, when the surface plasmon polariton 4 propagates on the surface of the metal film 215, the surface plasmon polariton 4 is scattered at the edge, and background noise due to scattered light is generated.

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。   Further, when there is such a step, for example, when the surface plasmon lens 211 is applied to an optically assisted magnetic recording apparatus, it is difficult to cause physical interference with other members or to form a film on the metal film 215. There was a problem. In addition, when near-field light is used from a direction perpendicular to the surface of the metal film 215 on which the first dielectric layer 213 and the second dielectric layer 214 are provided, the thickness of the second dielectric layer 214 is increased. There was a problem that only near-field light of weak intensity could be obtained.

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。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a surface plasmon polariton concentrator that suppresses scattering of surface plasmon polariton at an edge with a simple configuration.

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。   In order to solve the above problems, a surface plasmon polariton concentrator of the present invention is a surface plasmon polariton concentrator that focuses surface plasmon polaritons, and includes a metal film support member and a predetermined surface of the metal film support member. At least two metal films formed adjacent to each other and having an effective refractive index different from that of the adjacent metal films, and each metal film has at least a part of a boundary line between the adjacent metal films The surface that is curved and is opposite to the surface that is in contact with the metal film support member is flush with the surface of the adjacent metal film that is opposite to the surface that is in contact with the metal film support member. It is characterized by being.

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。   With the above configuration, each metal film formed on a predetermined surface of the metal film supporting member and having an effective refractive index different from each other adjacent to each other is a boundary line formed between the metal films. Since at least a part of the curve is a curve, the propagation direction of the surface plasmon polariton can be changed at the boundary line, and the surface plasmon polariton can be focused. At this time, the surface of the metal film opposite to the surface in contact with the metal film support member and the surface of the adjacent metal film opposite to the surface in contact with the metal film support member should be flush with each other. Thus, when the surface plasmon polariton propagates to the adjacent metal films, it is possible to suppress scattering at the edges between the adjacent metal films.

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。   Thus, in the surface plasmon polariton concentrator of the present invention, for example, the effective refractive index of adjacent metal films can be varied by varying the metal material, film thickness, and the like. For this reason, the surface plasmon polariton concentrator of the present invention varies the effective refractive index of the metal film 215 depending on the film thickness of the metal film 215 and the refractive indexes of the first dielectric layer 213 and the second dielectric layer 214. As compared with the configuration of the surface plasmon lens 211, the degree of freedom in design is increased, and the propagation direction of the surface plasmon polariton can be easily controlled. Furthermore, since there is no need to provide a dielectric on the metal film, the surface plasmon polariton on the surface of the metal film can be used directly, and the strength is not attenuated by the dielectric. As a result, the surface plasmon polariton concentrator of the present invention can obtain a strong near-field light.

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。   Further, when the concentrator 101 described in Patent Document 2 is used as a recording / reproducing element for optical recording, for example, when the lens microstructure 103 faces the recording medium, When the recording medium collides with the recording medium, the shape of the lens microstructure 103 changes, and the concentrator 101 changes with time in intensity of the focused surface plasmon polariton. However, the surface plasmon polariton concentrator of the present invention is applied to a recording / reproducing element for optical recording because the surface plasmon polariton of the adjacent metal film propagates on the same surface. Even if the propagation surface and the recording medium come into contact with each other, a change with time is unlikely to occur.

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。   As a result, the surface plasmon polariton concentrator of the present invention increases the intensity of the focused surface plasmon polariton and can suppress the generation of background noise due to scattered light. In addition, when any film is formed on the surface plasmon polariton concentrator, there is no need to worry about the film thickness difference.

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。   In the surface plasmon polariton concentrator according to the present invention, the metal films may have the same film thickness.

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。   Each metal film can be made to have the same film thickness because the effective refractive index can be made different by using different materials. With the above configuration, in the surface plasmon polariton concentrator of the present invention, since no edge appears between the metal films, the surface plasmon polariton scattering at the edge can be suppressed, and the surface propagates to the adjacent metal film The intensity of the plasmon polariton is increased and the influence of background noise due to scattered light can be suppressed.

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。   In the surface plasmon polariton concentrator according to the present invention, the curved portion of the boundary line is formed between the first metal film and the second metal film of each of the metal films, and the effective of the first metal film. When the relationship between the refractive index na and the effective refractive index nb of the second metal film is na <nb, the curve portion of the boundary line has a convex shape with respect to the first metal film. It may be formed as follows.

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。   With the above configuration, when surface plasmon polariton is propagated from the first metal film to the second metal film having an effective refractive index larger than that of the first metal film, or when propagated from the second metal film to the first metal film The surface plasmon polariton can be efficiently focused with a simple configuration by adjusting the convex shape of the curved portion of the boundary line formed between the first metal film and the second metal film. . Further, by adjusting the convex shape of the curved portion of the boundary line, it is possible to change the focusing position, focusing size, etc. of the surface plasmon polariton.

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。   Therefore, for example, the surface plasmon polariton concentrator of the present invention can be suitably used for various applications by appropriately adjusting according to the use as in the case of applying the surface plasmon polariton concentrator to a recording apparatus.

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。   In the surface plasmon polariton concentrator of the present invention, when the surface plasmon polariton propagates from the first metal film to the second metal film, the curved portion of the boundary line may be an elliptical arc.

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。   With the above configuration, when the surface plasmon polariton propagates from the first metal film to the second metal film having an effective refractive index larger than that of the first metal film, the surface plasmon polariton is interposed between the first metal film and the second metal film. By making the curved portion of the formed boundary line into an elliptical arc, it becomes possible to efficiently focus the surface plasmon polaritons in the second metal film, and the focusing size of the surface plasmon polaritons in the second metal film is made very small. be able to. In addition, since the focusing size of the surface plasmon polariton is reduced, the intensity of the focused electric field is increased, so that near-field light having a high intensity can be obtained.

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。   Therefore, for example, when the surface plasmon polariton concentrator having the above-described configuration is applied to a recording apparatus, it is possible to record a minute mark on a recording medium because the converging size is very small.

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。   In the surface plasmon polariton concentrator of the present invention, the propagation direction of the surface plasmon polariton may be parallel to a line connecting two focal points of the elliptic arc.

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。   With the above configuration, the surface plasmon polariton can be efficiently refracted at the boundary line of the elliptic arc formed between the first metal film and the second metal film, and can be focused at the focal point of the elliptic arc.

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。   In the surface plasmon polariton concentrator according to the present invention, when the surface plasmon polariton propagates from the second metal film to the first metal film, the curved portion of the boundary line may be a hyperbola.

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。   When the surface plasmon polariton propagates from the second metal film to the first metal film having an effective refractive index smaller than that of the second metal film, the boundary line formed between the first metal film and the second metal film When the curved portion is an elliptical arc, the surface plasmon polariton diffuses in the first metal film. Therefore, by making the curved portion of the boundary line formed between the first metal film and the second metal film a hyperbola, it becomes possible to focus surface plasmon polaritons in the first metal film, and the first metal film The focusing size of the surface plasmon polariton at can be made very small. In addition, since the focusing size of the surface plasmon polariton is reduced, the intensity of the focused electric field is increased, so that near-field light having a high intensity can be obtained.

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。   Therefore, for example, when the surface plasmon polariton concentrator having the above-described configuration is applied to a recording apparatus, it is possible to record a minute mark on a recording medium because the converging size is very small.

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。   In the surface plasmon polariton concentrator of the present invention, the propagation direction of the surface plasmon polariton may be parallel to a line connecting the two focal points of the hyperbola.

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。   With the above configuration, the surface plasmon polariton can be efficiently refracted at the boundary line of the hyperbola formed between the first metal film and the second metal film, and can be focused at the focal point of the hyperbola.

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。   In the surface plasmon polariton concentrator of the present invention, at least two boundary lines may be formed so as to block the propagation direction of the surface plasmon polariton.

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。   When there is only one boundary line between adjacent metal films through which the surface plasmon polaritons pass, the surface plasmon polariton is converged by only one change in the propagation direction of the surface plasmon polariton because the change in the propagation direction of the surface plasmon polariton occurs only once. It is necessary to design the propagation direction of the surface plasmon polariton and each metal film as possible. For example, in the concentrator 101 described in Patent Document 2, the position where the surface plasmon polaritons are focused is the center of a circle formed by the lens microstructure 103. The radius of the circle formed by the fine structure 103 becomes large, and the entire concentrator 101 becomes large.

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。   Therefore, according to the above configuration of the present invention, the boundary line can be formed without changing the size of the surface plasmon polariton concentrator by forming at least two boundary lines between adjacent metal films in the propagation direction of the surface plasmon polariton. The surface plasmon polariton can be focused more steeply than in the case of one. Further, by changing the distance between at least two boundary lines in the propagation direction of the surface plasmon polariton, it is possible to change the distance until the surface plasmon polariton is focused or the focusing size.

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。   In the surface plasmon polariton concentrator of the present invention, the distance from the surface plasmon polariton propagation start position or the excitation position to the position where the surface plasmon polariton converges may be shorter than the propagation length of the surface plasmon polariton.

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。   With the above configuration, the intensity of the surface plasmon polariton is attenuated when the surface plasmon polariton propagates from the position where the surface plasmon polariton is propagated or the position where the surface plasmon polariton converges from the excitation position in the surface plasmon polariton concentrator of the present invention. This makes it possible to obtain near-field light having a high intensity.

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。   Further, the surface plasmon polariton concentrator of the present invention may be a combination of two or more of the above-described surface plasmon polariton concentrators, and each surface plasmon polariton concentrator may focus the surface plasmon polariton at one point.

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。   With the above configuration, the surface plasmon polariton can be focused at one point using a plurality of surface plasmon polariton concentrators, so that near-field light with high intensity can be obtained. Further, the distance until the surface plasmon polariton converges and the converging size can be changed depending on the combination of the metal materials and the shape of the boundary line.

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。   In the surface plasmon polariton concentrator according to the present invention, it is preferable that an incident beam diameter of the surface plasmon polariton with respect to the curved portion of the boundary line is shorter than a length of the curved portion of the boundary line.

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。   When the length of the curved portion of the boundary line formed between adjacent metal films is shorter than the incident beam diameter of the surface plasmon polariton, a part of the surface plasmon polariton propagating through the metal film is a curved portion of the boundary line. Since the propagation direction of the surface plasmon polariton is not changed, the intensity of the focused near-field light is reduced. Therefore, with the above-described configuration of the present invention, the surface plasmon polariton propagating on the metal film can pass through the curved portion of the boundary line formed between the adjacent metal films. Light can be obtained.

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。   An information recording head of the present invention is an information recording head provided in a recording apparatus for recording on a recording medium, the surface plasmon polariton concentrator described above, a light source, and light emitted from the light source. A near-field light excitation means for converting the surface plasmon polariton to a recording medium; and a near-field light output means for irradiating the recording medium with the near-field light, wherein the surface plasmon polariton concentrator is configured to convert the surface plasmon polariton from the near-field light excitation means. The light is focused on the near-field light output means.

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。   With the above configuration, the surface plasmon polariton converted from the light of the light source in the near-field light excitation unit can be propagated and focused on the near-field light output means for irradiating the recording medium with the near-field light. As described above, the surface plasmon polariton is focused on the near-field light output means by using the surface plasmon polariton concentrator, so that the near-field light output means has a very small size and strong near-field light. Can be irradiated. As a result, the information recording head of the present invention can record very small marks on the recording medium, and the recording density on the recording medium increases. In addition, the information recording head of the present invention has a very strong near-field light emitted from the near-field light output means, so it is possible to increase the transfer rate with respect to the recording medium and have a sufficient distance from the recording medium. Can be made. Therefore, the position where the light source and the near-field light output means are arranged can be set relatively freely.

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。   In the information recording head of the present invention, the near-field light output means may be provided on a metal film on which the surface plasmon polaritons are focused, among the metal films of the surface plasmon polariton concentrator.

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。   With the above configuration, the information recording head of the present invention does not need to propagate the surface plasmon polariton focused by the surface plasmon polariton concentrator to other members or the like. The recording medium can be irradiated. As a result, the information recording head of the present invention can increase the transfer rate with respect to the recording medium, and can provide a sufficient distance from the recording medium.

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。   In the information recording head of the present invention, the near-field light output means may be provided at a position where the surface plasmon polariton of the metal film where the surface plasmon polariton is focused.

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。   With the above configuration, the surface plasmon polariton focused at the surface plasmon polariton concentrator is extracted as near-field light by the near-field light output means at the focus position, and the near-field light output means is located at a position different from the focus position. Compared with the case where it is provided, it is not necessary to propagate the focused surface plasmon polariton on the metal film, and the surface plasmon polariton is not attenuated, and it is possible to extract near-field light having a high intensity. As a result, the information recording head of the present invention can increase the transfer rate with respect to the recording medium, and can provide a sufficient distance from the recording medium.

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。   In the information recording head of the present invention, the near-field light output means may be a metal end of the metal film or an opening, slit, or metal protrusion provided in the metal film.

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。   With the above configuration, it is possible to provide an appropriate near-field light output unit according to the use of the information recording head of the present invention.

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。   In the information recording head of the present invention, among the metal films, the metal film on which the surface plasmon polariton is focused may have a long propagation length of the surface plasmon polariton.

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。   In order to extract strong near-field light from the surface plasmon polariton concentrator of the present invention, it is preferable that a near-field light output means is provided at the focusing position of the surface plasmon polariton as described above. However, if the propagation length of the surface plasmon polariton in the metal film where the surface plasmon polariton is focused is short, the surface plasmon polariton is attenuated until the near-field light output means. Therefore, with the above-described configuration of the present invention, strong near-field light can be obtained even when the distance between the boundary line formed between adjacent metal films and the focusing position of the surface plasmon polariton is designed to be relatively long. Can do. As a result, the information recording head of the present invention can install the light source and the near-field light output means sufficiently separated, and can suppress the background noise.

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。   In the information recording head of the present invention, the metal film supporting member of the surface plasmon polariton concentrator is a substrate having translucency, the near-field light excitation means is the substrate, and the surface plasmon polariton focusing is performed. Surface plasmon polaritons may be excited on at least one of the metal films by obliquely entering light from the side where the substrate is provided with respect to the vessel.

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。   With the above configuration, since the metal film support member, which is a component of the surface plasmon polariton concentrator, can be used as the near-field light excitation means, other members are used as the surface plasmon polariton concentrator to generate the surface plasmon polariton. There is no need to provide it. Therefore, it is possible to easily generate the surface plasmon polariton in the surface plasmon polariton concentrator, and the surface plasmon polariton concentrator can be easily processed.

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。   In the information recording head of the present invention, the predetermined surface of the metal film support member in the surface plasmon polariton concentrator is an emission surface that emits light of the light source, and the near-field light excitation means includes It may be provided on at least one of the membranes.

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。   With the above configuration, since the predetermined surface of the metal film support member in the surface plasmon polariton concentrator is an exit surface that emits light from the light source, each metal film of the surface plasmon polariton concentrator is formed on the exit surface of the light source. ing. Therefore, the surface plasmon polariton concentrator of the present invention can suppress background noise due to propagating light emitted from the light source, and by providing near-field light excitation means on at least one of the metal films, Surface plasmon polaritons can be excited from the light of the light source on the metal film.

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。   As described above, since each metal film of the surface plasmon polariton concentrator is provided on the emission surface of the light source, there is no need for parts for introducing light from the light source to the surface plasmon polariton concentrator, thereby reducing the manufacturing cost. be able to. In addition, as the number of parts is small, the assembly accuracy increases. Furthermore, since there are few adhesion | attachment locations after an assembly, a time-dependent change decreases and reliability improves. Moreover, since there are few assembly processes, manufacturing time can also be shortened. Further, the light emitted from the light source is small and can be used efficiently.

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。   The recording apparatus of the present invention is a recording apparatus for recording on a recording medium, and is characterized by including the above-described information recording head.

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。   With the above configuration, it is possible to obtain a recording apparatus with high degree of design freedom while suppressing scattering of surface plasmon polariton at the edge.

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。   The recording apparatus of the present invention further includes a control unit that controls the position of the information recording head and the recording medium, and the control unit determines the distance between the near-field light output unit and the recording medium as a surface. You may control below the wavelength of a plasmon polariton.

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。   The surface plasmon polariton focused by the surface plasmon polariton concentrator is converted into near-field light by the near-field light output means. However, the intensity of the near-field light decreases as the distance from the near-field light output means increases. Therefore, according to the above configuration of the present invention, the near-field light irradiated from the near-field light output means converts the surface plasmon polariton focused by the surface plasmon polariton concentrator so as to reach the recording medium before the intensity is attenuated. The near-field light can be used more efficiently. Therefore, the recording apparatus of the present invention can irradiate the recording medium with near-intensity light with sufficient intensity, so that not only recording can be performed sufficiently, but also the transfer rate can be increased.

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。   In the recording apparatus, the recording medium is a magnetic recording medium having a high coercive force that is resistant to thermal fluctuation, and includes a magnetic field generation unit that applies a magnetic field to the recording medium, and the magnetic field generation unit A magnetic field may be applied to the recording medium at the same time that the recording medium is irradiated with the near-field light from the light output means.

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。   With the above configuration, near-field light is irradiated to the recording medium from the near-field light output means of the surface plasmon polariton concentrator, and the near-field light and the magnetic field are irradiated by applying a magnetic field to the recording medium by the magnetic field generator. Only the region thus formed becomes a mark in a magnetic recording medium having a high coercive force that is resistant to thermal fluctuations. Since the surface plasmon polariton concentrator of the present invention can make the surface plasmon polariton a small focusing size, a smaller mark can be recorded on the magnetic recording medium, and the recording density can be increased.

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。   Further, the near-field light obtained by converting the surface plasmon polariton focused by the surface plasmon polariton concentrator of the present invention by the near-field light output means has a high intensity, so that the transfer rate can be increased. The intensity of near-field light attenuates with increasing distance from the generation position, but the surface plasmon polariton concentrator of this recording device has a sufficiently strong intensity at the generation position. it can.

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。   The recording apparatus of the present invention may include a reproducing element that reads information recorded on the recording medium, and the reproducing element may be provided at a position away from the light source.

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。   A reproducing element that reads information recorded on a recording medium is easily affected by heat. If a reproducing element is provided close to a heat source such as a light source, the reproducing element may be deteriorated or destroyed. The reliability of the element decreases. For this reason, in the recording apparatus of the present invention, by providing the reproducing element at a position away from the light source, information recorded on the recording medium can be read and the reproducing element can be prevented from being affected by the heat emitted from the light source. Thus, the reliability of the reproducing element can be improved.

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。   In the recording apparatus of the present invention, the recording medium has photosensitivity, and the recording medium is exposed to the near-field light irradiated from the surface plasmon polariton concentrator and information is recorded. Good.

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。   With the above configuration, a fine structure can be recorded by irradiating a recording medium having photosensitivity with near-field light from a surface plasmon polariton concentrator.

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。   As described above, the surface plasmon polariton concentrator of the present invention is a surface plasmon polariton concentrator that focuses the surface plasmon polariton, and is formed on a metal film support member and a predetermined surface of the metal film support member. At least two metal films that are adjacent to each other and have an effective refractive index different from that of the adjacent metal films, and each metal film has a curved line at least part of a boundary line between the adjacent metal films And the surface on the opposite side to the surface in contact with the metal film support member and the surface on the opposite side to the surface in contact with the metal film support member in the adjacent metal film are flush with each other. It is characterized by.

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。   With the above configuration, at least a part of the boundary line of each metal film that is adjacent to each other and has an effective refractive index different from that of the adjacent metal film is a curved line, so that the propagation direction of the surface plasmon polariton is changed at the boundary line. It can be transformed to focus the surface plasmon polaritons. At this time, the surface plasmon polariton of the metal film propagates to the adjacent metal film by making the surface of the metal film that propagates the surface plasmon polariton and the surface of the adjacent metal film that the surface plasmon polariton propagates flush with each other. When this is done, scattering at the edges between the adjacent metal films can be suppressed.

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。   As a result, the surface plasmon polariton concentrator of the present invention increases the intensity of the focused surface plasmon polariton and can suppress the generation of background noise due to scattered light. In addition, when any film is formed on the surface plasmon polariton concentrator, there is no need to worry about the film thickness difference.

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。   An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

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。   The surface plasmon polariton concentrator of the present invention has a metal film supporting member and at least 2 which are formed on a predetermined surface of the metal film supporting member and have effective refractive indexes different from each other adjacent to each other. Each metal film has a curved surface at least a part of a boundary line between the adjacent metal films, and a surface opposite to the surface in contact with the metal film support member; The surface of the adjacent metal film is flush with the surface opposite to the surface in contact with the metal film support member.

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。   The surface plasmon polariton concentrator of the present invention has a role equivalent to a lens for light with respect to the surface plasmon polariton. The shape of the lens with respect to light is determined by the shape of the entrance surface, the shape of the exit surface, and the center thickness. Similarly, the shape of the surface plasmon polariton concentrator is determined by the shape of the incident boundary line, the shape of the output boundary line, and the center distance.

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。   The incident boundary line is a boundary line between adjacent metal films through which the surface plasmon polariton passes for the first time in the surface plasmon polariton concentrator. Further, the emission boundary line is a boundary line between adjacent metal films through which the surface plasmon polariton passes after passing through the incident boundary line in the surface plasmon polariton concentrator. There is only one incident boundary in the surface plasmon polariton concentrator, but there may be more than one exit boundary. However, in the case of the surface plasmon polariton concentrator of the present invention, a configuration having only an incident boundary line may be used.

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。   Even if it has only the incident boundary line, or has the incident boundary line and the output boundary line, the shape of the curved portion at the boundary line of each adjacent metal film only needs to be able to focus the surface plasmon polariton. In addition to arcs, elliptical arcs, hyperbolic curves, parabolas, shapes obtained by modulating them with higher-order functions may be used. Note that the focal point refers to the focal point of the original arc, elliptical arc, hyperbola, parabola, even in the case of the shape of the curved part at the boundary line of each adjacent metal film, even if the shape is modulated by a higher-order function. To do.

〔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。
[First Embodiment]
First, a surface plasmon polariton concentrator 1 according to a first embodiment of the present invention having only an incident boundary will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a top view and a perspective view showing a schematic configuration of a surface plasmon polariton concentrator 1 of the present embodiment. In addition, the arrow in a figure has shown the propagation direction of the surface plasmon polariton 4. FIG.

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。   As shown in FIG. 1, the surface plasmon polariton concentrator 1 of the present embodiment includes a metal film support member 5, a first metal film 2, and a second metal film 3.

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。   The surface plasmon polariton concentrator 1 of the present embodiment propagates the surface plasmon polariton 4 from the first metal film 2 to the second metal film 3, so that the first metal film 2 and the second metal film 3 This is for changing the propagation direction of the surface plasmon polariton 4 at the boundary line formed between them and focusing the surface plasmon polariton 4 on the second metal film 3, and is used for optical recording, optically assisted magnetic recording, and the like. It can be suitably used for a recording apparatus.

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。   In the surface plasmon polariton concentrator 1 of the present embodiment, the surface plasmon polariton 4 may be configured to propagate from the first metal film 2 to the second metal film 3, and the surface plasmon polariton 4 may be used as the first metal film 2. May be used, or may be used as part of a surface plasmon polariton waveguide. Since a method for generating the surface plasmon polariton 4 on the first metal film 2 will be described later, description thereof is omitted here.

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。   The metal film support member 5 serves as a base for forming the first metal film 2 and the second metal film 3. In FIG. 1, the metal film support member 5 is described as a plate having a predetermined thickness, but the present invention is not limited to this. For example, the light-emitting surface of the light source may be the metal film support member 5 and the first metal film 2 and the second metal film 3 may be formed on the light-emitting surface. That is, the metal film support member 5 is not limited to a shape or a configuration, and may be any configuration as long as the first metal film 2 and the second metal film 3 can be formed.

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。   Further, by using the metal film support member 5, it is possible to generate the surface plasmon polariton 4 on the first metal film 2, and in this case, a transparent substrate as the metal film support member 5. Is used.

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。 In this case, as a material constituting the metal film support member 5, for example, crown glass such as fused silica or BK7 (Schott Glass), flint glass such as F2 or SF11, and Lumicera (Murata Manufacturing Co., Ltd.) are used. A suitable ceramic or optical crystal such as SiO 2 or sapphire is preferably used. In addition to the above-mentioned materials, optical resins such as acrylonitrile butadiene styrene, polycarbonate, polystyrene, polypropylene, polyoxymethylene, polyester acrylate, epoxy acrylate, urethane acrylate, polyether acrylate, acrylic resin, and polyolefin resin are suitable. Used. Moreover, the structure which has translucency with respect to only a specific wavelength like a silicon substrate may be sufficient as the metal film support member 5. FIG.

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、TiO、Ta、ZnO、Al、SiN、AlNなどが挙げられる。 Further, when the surface plasmon polariton 4 is generated on the first metal film 2 by using the metal film support member 5, in addition to using a light-transmitting substrate as the metal film support member 5, for example, A dielectric film formed on another support such as an emission surface of the light source may be used. The dielectric material constituting the dielectric film may be a material having translucency, and in addition to the substrate material, MgF 2 , TiO 2 , Ta 2 O 3 , ZnO, Al 2 O 3 , SiN And AlN.

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。   The first metal film 2 and the second metal film 3 have the same thickness and are formed so as to be in contact with each other. Moreover, although the 1st metal film 2 and the 2nd metal film 3 are the same film thickness, since each is comprised with a different kind of metal, an effective refractive index differs. In the surface plasmon polariton concentrator 1, when the effective refractive index of the first metal film 2 is n1 and the effective refractive index of the second metal film 3 is n2, the relationship is n1 <n2. In addition, it is desirable that the film thicknesses of the first metal film 2 and the second metal film 3 of the present embodiment are in the range of several nm to several hundred nm.

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。   The boundary line formed between the first metal film 2 and the second metal film 3 is a curve, and has a convex shape from the second metal film 3 toward the first metal film 2. The focusing of the surface plasmon polariton 4 is in principle the same concept as the focusing of light. In the present embodiment, the convex shape is an elliptical arc in order to provide high focusing performance by reducing wavefront aberration. (See Lens design fundamentals, Rudolf Kingslake, Academic Press). Note that the boundary line formed between the first metal film 2 and the second metal film 3 only needs to be formed on at least the surface on which the surface plasmon polariton 4 propagates.

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。   In addition, the boundary line formed between the first metal film 2 and the second metal film 3 is a case where two kinds of metals forming the boundary line are mixed with each other with a width within the wavelength of the surface plasmon polariton 4. Shall also be included. In this case, the boundary line takes the center of the width where two kinds of metals are mixed.

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。   The refraction by the boundary line formed between the first metal film 2 and the second metal film 3 of the surface plasmon polariton 4 is in principle the same concept as the refraction of light, and the refraction angle is the first metal film. 2 and the effective refractive index ratio between the second metal film 3 and the incident angle of the surface plasmon polariton 4 with respect to the boundary line formed between the first metal film 2 and the second metal film 3.

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。   The incident angle means that the surface plasmon polariton 4 propagates on the surface of the first metal film 2 with respect to the boundary line formed between the first metal film 2 and the second metal film 3. The angle θ1 (θ) formed by the propagation direction of the surface plasmon polariton 4 with respect to the normal of the boundary line is defined as 0 ° <θ1 <90 °. The refraction angle is formed between the first metal film 2 and the second metal film 3 when the surface plasmon polariton 4 propagates from the first metal film 2 onto the surface of the second metal film 3. The angle θ2 formed by the propagation direction of the surface plasmon polariton 4 on the surface of the second metal film 3 with respect to the normal of the boundary line is defined as 0 ° <θ2 <90 °.

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。   Here, the ratio of the effective refractive index between the first metal film 2 and the second metal film 3 and the incidence of the surface plasmon polariton 4 on the boundary line formed between the first metal film 2 and the second metal film 3. The relationship between the angle and the refraction angle will be described.

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、   The relationship between the incident angle and the refraction angle of the surface plasmon polariton 4 with respect to the boundary line formed between the first metal film 2 and the second metal film 3, that is, the magnitude of the conversion of the propagation direction of the surface plasmon polariton 4 is By the same principle as light refraction (Snell's law),

と表される。 It is expressed.

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。   In the present embodiment, the propagation direction of the surface plasmon polariton 4 is parallel to the line connecting the two focal points of the elliptic arc with respect to the boundary line of the elliptic arc formed between the first metal film 2 and the second metal film 3. It is desirable that

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。   When the surface plasmon polariton 4 propagates in parallel to the line connecting the two focal points of the elliptic arc with respect to the boundary line of the elliptic arc formed between the first metal film 2 and the second metal film 3, the first metal film 2 The boundary line formed between the first metal film 3 and the second metal film 3 is an elliptical arc from the second metal film 3 toward the first metal film 2, and the effective refractive index of the first metal film 2 is Is smaller than the effective refractive index of the second metal film 3, the surface plasmon polariton 4 is greatly refracted at the outer part of the boundary line, hardly refracted at the center part of the boundary line, and the surface plasmon polariton 4 at the focal point of the elliptic arc. 4 converge.

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。   That is, in the surface plasmon polariton concentrator 1, the surface plasmon polariton 4 is focused on the second metal film 3 because the refraction angle of the surface plasmon polariton 4 at each position on the boundary line is different.

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。   According to the above configuration, the surface plasmon polaritons can be focused well with a simple configuration, and the distance until the surface plasmon polaritons are focused and the focusing size can be changed by changing the shape of the curved portion. .

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、   Further, the eccentricity e of the ellipse in the elliptical arc of the boundary line formed between the first metal film 2 and the second metal film 3 is the effective refractive index n1 of the first metal film 2 and the effective efficiency of the second metal film 3. Refractive index n2,

という関係であることが好ましい。 It is preferable that the relationship be

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、   Further, the focal length f of the ellipse is given by assuming that the half major axis of the ellipse is a.

となる。 It becomes.

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。   In order to focus all the surface plasmon polaritons 4 reaching the boundary line formed between the first metal film 2 and the second metal film 3 in the second metal film 3, the surface reaching the boundary line is used. It is desirable to design the configuration of the first metal film 2 and the second metal film 3 so that all the plasmon polaritons 4 pass through the boundary line.

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。   Further, as described above, the effective refractive index of the first metal film 2 and the second metal film 3 is not limited to the constituent metal material, but the mode of the surface plasmon polariton 4, the thickness of the metal film, or the medium in contact with the metal film Depends on the refractive index. That is, even if the materials constituting the first metal film 2 and the second metal film 3 are the same, the mode and film thickness of the surface plasmon polariton 4 or the medium with which the first metal film 2 or the second metal film 3 is in contact By making the refractive indexes different, the effective refractive indexes of the first metal film 2 and the second metal film 3 can be made different.

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。   Therefore, in the surface plasmon polariton concentrator 1 of the present embodiment, the effective refractive index of the first metal film 2 and the effective refractive index of the second metal film 3 are made different by making the film thicknesses different from each other. There may be. In this case, the surface of the first metal film 2 opposite to the surface in contact with the metal film support member 5 and the surface of the second metal film 3 opposite to the surface in contact with the metal film support member 5 are provided. It is desirable to be in the same plane. As a result, the surface plasmon polariton 4 propagating from the first metal film 2 to the second metal film 3 is prevented from being scattered by the edge formed between the first metal film 2 and the second metal film 3. be able to. As a result, the surface plasmon polariton concentrator 1 increases the intensity of the focused surface plasmon polariton 4 and can suppress the generation of background noise due to scattered light.

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。   The surface plasmon polariton 4 propagating on the surfaces of the first metal film 2 and the second metal film 3 is attenuated in strength as it travels. The distance at which the intensity of the surface plasmon polariton 4 is 1 / e is called the propagation length, and the propagation length depends on the metal materials and film thicknesses of the first metal film 2 and the second metal film 3 through which the surface plasmon polariton 4 propagates. The propagation length varies greatly from several tens of nanometers to several tens of micrometers depending on the metal materials and film thicknesses of the first metal film 2 and the second metal film 3, so that the first metal film does not become too short. It is necessary to consider the configuration of the second and second metal films 3.

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。   If the distance that the surface plasmon polariton 4 propagates on the surfaces of the first metal film 2 and the second metal film 3 is too long, the intensity of the focused surface plasmon polariton 4 is attenuated. Therefore, when the surface plasmon polariton 4 is excited in the first metal film 2, the distance (focal length) from the position where the surface plasmon polariton 4 is excited to the position where the surface plasmon polariton 4 is focused is also different from that other than the surface plasmon polariton concentrator 1. When the excited surface plasmon polariton 4 is propagated to the first metal film 2, the distance from the propagation start position of the first metal film 2 to the focusing position (focal length) is preferably less than the propagation length. . Thereby, before the intensity | strength of the surface plasmon polariton 4 attenuate | damps, since the surface plasmon polariton 4 can be converged, strong near-field light can be obtained.

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。   In the surface plasmon polariton concentrator 1 of this embodiment, it is desirable that the propagation length in the second metal film 3 is longer than the propagation length in the first metal film 2. In particular, the propagation length of the surface plasmon polariton 4 in the second metal film 3 is the focal length of the surface plasmon polariton 4 in the surface plasmon polariton concentrator 1, the surface plasmon polariton 4 is the first metal film 2, the second metal film 3, In consideration of the fact that the incident beam width incident on the boundary line formed between the layers must be sufficiently larger than the diffraction limit, and obtaining a sufficient interference effect, it is about 5 times the wavelength of the surface plasmon polariton 4. It is desirable that

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。   Thereby, even if the distance from the surface plasmon polariton 4 passing through the boundary line formed between the first metal film 2 and the second metal film 3 to the focusing position is designed to be relatively long, the strength is increased. Strong near-field light. Therefore, when the surface plasmon polariton concentrator 1 of the present embodiment is applied to a recording apparatus or the like, the light source can be installed sufficiently separated from the near-field light output unit (near-field light output means).

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。   By the way, in order to shorten the focal length, the ratio of the effective refractive index between the first metal film 2 and the second metal film 3 or another metal film must be large to some extent. It is preferable that the propagation length is sufficiently longer than the wavelength of the surface plasmon polariton in each metal film.

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。   However, if the metal material and the film thickness are changed so that the propagation length in the first metal film 2 and the second metal film 3 is not too short, the effective refractive index of the first metal film 2 and the second metal film 3 is also increased. Change. Therefore, the first metal film 2 and the second metal film 2 and the second metal film 3 do not become too short and the surface plasmon polariton 4 can achieve a desired focal length. It is desirable to consider the configuration of the membrane 3.

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。   How the effective refractive index and the propagation length in the metal film change when the metal material and the film thickness constituting the metal film are changed will be described below with reference to FIG. FIG. 2 is a graph showing changes in effective refractive index and propagation length of each metal film when the film thickness of the metal film composed of Al and the metal film composed of Ag is changed.

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7.5×1014Hz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。 In FIG. 2, the metal film composed of Al and the metal film composed of Ag are in contact with air on both sides, and propagate the surface plasmon polariton 4 in the symmetry mode having a frequency of 7.5 × 10 14 Hz. Are simulating. The solid line in the figure indicates the effective refractive index of each metal film, and the dotted line indicates how many times the propagation length of the surface plasmon polariton 4 in each metal film is relative to the wavelength of the surface plasmon polariton 4.

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。   Referring to FIG. 2, the metal film composed of Al and the metal film composed of Ag both increase in effective refractive index and decrease in propagation length as the film thickness increases. Specifically, the metal film composed of Al and the metal film composed of Ag both have a propagation length that is shorter than the wavelength of the surface plasmon polariton 4 when the film thickness is greater than about 50 nm. . In addition, in the case of a metal film composed of Ag, the effective refractive index becomes almost constant when the film thickness is greater than about 50 nm. However, in a metal film composed of Al, the effective refractive index increases as the film thickness increases. Become.

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。   Thus, when the materials constituting the metal film are different, the propagation length and the effective refractive index change when the thickness of each metal film is changed. Therefore, when designing the configuration of the first metal film 2 and the second metal film 3, the propagation length and effective refractive index in the metal film depend on the material constituting the metal film and the film thickness of the metal film, Considering that the change in propagation length and effective refractive index when the thickness of the metal film is changed depends on the material constituting the metal film, the thickness of the metal material constituting the metal film and the thickness of the metal film are determined. It is desirable to decide.

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。   Here, the surface plasmon polariton concentrator 1 of the present embodiment has an effective refractive index by making the film thicknesses of the first metal film 202 and the second metal film 203 different as in the metal film 201 shown in FIG. The effective refractive index is made different by making the thickness of the first metal film 2 and the second metal film 3 the same and making the metal material constituting each metal film different. The advantages will be described below.

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。   In the metal film 201 shown in FIG. 25, for example, the first metal film 202 and the second metal film 203 are each made of Ag, the film thickness of the first metal film 202 is 100 nm, and the film thickness of the second metal film 203 is In the case of 20 nm, referring to FIG. 2, the effective refractive index ratio between the first metal film 202 and the second metal film 203 is 1.13.

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。   On the other hand, when the first metal film 2 and the second metal film 3 are configured with the same film thickness using different metal materials as in the surface plasmon polariton concentrator 1 of the present embodiment, for example, the first metal film 2 is composed of Al and the second metal film 3 is made of Ag and the film thickness is 100 nm, and referring to FIG. 2, the ratio of the effective refractive index of the first metal film 2 and the second metal film 3 is 1 .12.

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。   Therefore, the effective refractive index ratio between the first metal film 2 and the second metal film 3 of the surface plasmon polariton concentrator 1 of the present embodiment is the same as that of the metal film 201 and the first metal film 202 and the second metal film 203. The effective refractive index ratio between the first metal film 202 and the second metal film 203 of the metal film 201 can be made substantially the same without changing the film thickness of the first metal film 201.

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。   Further, the propagation lengths of the first metal film 202 of the metal film 201 and the first metal film 2 and the second metal film 3 of the surface plasmon polariton concentrator 1 are shorter than the propagation length of the metal film 201 in the second metal film 203. However, since it has a sufficient length of about 18 times the wavelength of the surface plasmon polariton 4, it does not significantly affect the attenuation of the surface plasmon polariton 4.

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7.5×1014Hz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。 Next, scattering of the surface plasmon polariton 4 caused by the edge of the first metal film 202 of the metal film 201 shown in FIG. 25 will be described with reference to FIG. In FIG. 3, the metal film 201 includes, for example, a first metal film 202 and a second metal film 203 each made of Ag. The film thickness of the first metal film 202 is 100 nm, and the film thickness of the second metal film 203. Is 100 nm or less, the edge intensity at the edge of the first metal film 202 when the surface plasmon polariton 4 in the symmetry mode having a frequency of 7.5 × 10 14 Hz propagates from the first metal film 202 to the second metal film 203. It is a figure which shows ratio and coupling efficiency.

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。   The edge strength ratio is indicated by a solid line in the drawing, and there is no difference in film thickness between the electric field strength at the edge of the first metal film 202 and the first metal film 202 and the second metal film 203. In this case, the ratio is the ratio of the electric field strength at the boundary line formed between the first metal film 202 and the second metal film 203.

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。   The coupling efficiency is indicated by a dotted line in the figure. The electric field strength after the surface plasmon polariton 4 passes through the edge of the first metal film 202, the first metal film 202, the second metal film 203, When the surface plasmon polariton 4 passes through the boundary line formed between the first metal film 202 and the second metal film 203 in the case where there is no difference in film thickness,

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。   As shown in FIG. 3, the edge intensity ratio becomes the maximum value when the film thickness difference between the first metal film 202 and the second metal film 203 is about 20 nm. The edge strength ratio decreases as the thickness decreases and the difference in film thickness increases. Thus, the amount of scattering of the surface plasmon polariton 4 at the edge of the first metal film 202 is maximized when the film thickness difference between the first metal film 202 and the second metal film 203 is a predetermined thickness. Note that the amount of scattering of the surface plasmon polariton 4 at the edge of the first metal film 202 varies depending on the wavelength of the surface plasmon polariton 4 or the materials constituting the first metal film 202 and the second metal film 203.

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。   The coupling efficiency tends to be opposite to the edge intensity ratio because the surface plasmon polariton 4 incident on the edge of the first metal film 202 is scattered at the edge and loses energy. That is, the minimum value is obtained when the difference in film thickness between the first metal film 202 and the second metal film 203 is about 20 nm. The coupling efficiency increases with increasing. Therefore, for example, the first metal film 202 and the second metal film 203 of the metal film 201 are each composed of Ag, the film thickness of the first metal film 202 is 100 nm, and the film thickness of the second metal film 203 is 20 nm ( That is, when the film thickness difference is 80 nm, the surface plasmon polariton 4 is scattered at the edge of the first metal film 202 at 3.1 times the intensity propagating through the first metal film 202 as shown in FIG. The coupling efficiency is 0.45.

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。   As described above, in the configuration of the metal film 201 shown in FIG. 25, the surface plasmon polariton 4 is scattered in a large amount at the edge of the first metal film 202, and the strength of the usable surface plasmon polariton 4 is lowered. Therefore, it is preferable that there is no difference in film thickness between the first metal film 2 and the second metal film 3 as in the surface plasmon polariton concentrator 1 of the present embodiment. As described above, even if the film thicknesses of the first metal film 2 and the second metal film 3 are the same, the effective refractive index of the first metal film 2 and the second metal film 2 are made different by changing the constituent metal materials. It is possible to make a difference from the effective refractive index of the metal film 3. Further, as shown in FIG. 3, by making the first metal film 2 and the second metal film 3 have the same thickness, the surface plasmon polariton 4 is formed between the first metal film 2 and the second metal film 3. It propagates without scattering at the boundary formed between them.

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。   In order to make the effective refractive index of the metal film different, the first dielectric layer 213 and the second dielectric layer having different refractive indexes are formed on one surface of the metal film 215 as in the surface plasmon lens 211 shown in FIG. By providing the body layer 214, the effective refractive index on the side where the first dielectric layer 213 is provided can be made different from the effective refractive index on the side where the second dielectric layer 214 is provided.

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。   Here, the surface plasmon polariton concentrator 1 of the present embodiment makes the refractive index of the dielectric layer provided on one surface of the metal film 215 different as in the surface plasmon lens 211 shown in FIG. The effective refractive index is not changed by making the first metal film 2 and the second metal film 3 have the same film thickness and different metal materials constituting each metal film. The advantages of this are described below with reference to FIG. FIG. 4 shows the effect of each metal film when the refractive index of the dielectric film provided on the metal film composed of Au, the metal film composed of Al, and the metal film composed of Ag is changed. It is a graph which shows the change of a refractive index and propagation length.

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5.5×1014Hz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。 In FIG. 4, a metal film composed of Au, a metal film composed of Al, and a metal film composed of Ag are provided on a substrate having a refractive index of 2.0 with a film thickness of 100 nm, respectively. Is simulated by propagating the surface plasmon polariton 4 in a symmetry mode of 5.5 × 10 14 Hz. The solid line in the figure indicates the effective refractive index of each metal film, and the dotted line indicates how many times the propagation length of the surface plasmon polariton 4 in each metal film is relative to the wavelength of the surface plasmon polariton 4.

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。   In the surface plasmon lens 211 shown in FIG. 26, for example, the metal film 215 is made of Al, the refractive index of the first dielectric layer 213 is 1 (air), and the refractive index of the second dielectric layer 214 is 2. In this case, as shown in FIG. 4, the effective refractive index ratio between the side of the metal film 215 where the first dielectric layer 213 is provided and the side where the second dielectric layer 214 is provided is very large. Become. For example, when the metal film 215 is made of Ag, the refractive index of the first dielectric layer 213 is 1 (air) and the second dielectric layer 214 is the same as when the metal film 215 is made of Al. 4, the effective refraction between the side of the metal film 215 on which the first dielectric layer 213 is provided and the side on which the second dielectric layer 214 is provided is shown in FIG. The rate ratio is very large. However, when the refractive index of the second dielectric layer 214 is 2, the propagation length becomes as short as several times the wavelength of the surface plasmon polariton 4.

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。   As described above, in the configuration of the surface plasmon lens 211 shown in FIG. 26, the effective refraction between the side on which the first dielectric layer 213 of the metal film 215 is provided and the side on which the second dielectric layer 214 is provided. In order to realize a sufficient ratio of the surface plasmon polariton 4 to the ratio of the ratio, it is necessary to increase the refractive index of the second dielectric layer 214, and the second dielectric layer 214 of the metal film 215 is provided. Propagation length on the side of the wire is very short. Therefore, as in the surface plasmon polariton concentrator 1 of the present embodiment, the effective refractive index may be different by making the metal materials of the first metal film 2 and the second metal film 3 different. preferable.

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。   As shown in FIGS. 2 to 4, the effective refractive index and propagation length in the metal film are as follows: the metal material constituting the metal film, the film thickness of the metal film, the material in contact with the metal film, the surface plasmon polariton frequency, and the surface plasmon Although it depends on the polariton mode, the first metal film 2 and the second metal film 3 are made of different metal materials as in the surface plasmon polariton concentrator 1 of the present embodiment, so that the degree of design freedom is further increased. Obviously it will be higher.

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。   The material constituting the first metal film 2 and the second metal film 3 may be any metal capable of propagating the surface plasmon polariton 4, but a metal having high electrical conductivity is used because the propagation length becomes long. It is preferable. Examples of the material suitably used for the first metal film 2 and the second metal film 3 include noble metals such as gold (Au), silver (Ag), and platinum (Pt), aluminum (Al), and copper (Cu). And chromium (Cr).

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。   In the surface plasmon polariton concentrator 1 of this embodiment, a boundary line is formed between the first metal film 2 and the second metal film 3 having the same film thickness. That is, the surface of the first metal film 2 opposite to the surface in contact with the metal film support member 5 and the surface of the second metal film 3 opposite to the surface in contact with the metal film support member 5 are surfaces. It is one. However, in reality, when producing a surface plasmon polariton concentrator, it is difficult to make a film thickness difference completely in the boundary line. In the current film forming apparatus, the film thickness control is about ± 5% of the film thickness although it depends on the size of the region. Therefore, in the present embodiment, “same film thickness” and “same surface” include a film thickness difference of up to 5% of the film thickness.

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、   In FIG. 8, for example, when the film thickness of the first metal film 2 and the second metal film 3 is 100 nm, the film thickness difference between the first metal film 2 and the second metal film 3 is 5 nm. At this time, as shown in FIG. 23, the edge intensity ratio is about 1.9 and the coupling efficiency is about 0.6. However, this value does not greatly affect the scattering of the surface plasmon polariton 4. Further, unevenness called surface roughness is generated on the surface of the metal film. The size of the unevenness depends on the material under the metal film, the compatibility between the surface state of the material below and the material of the metal film, and the film thickness. When there is such surface roughness, the average value of the film thickness at several positions of the metal film is taken as the film thickness of the metal film. Therefore, when the film thickness at the position (x, y) is h (x, y) and the area of the metal film is S, the average film thickness ha is

となる。 It becomes.

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。   Next, a method for extracting the surface plasmon polariton 4 focused on the second metal film 3 as near-field light for use in optical recording or optically assisted magnetic recording by the surface plasmon polariton concentrator 1 of the present embodiment will be described below. Explained.

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。   In order to extract the surface plasmon polariton 4 as near-field light, there are two methods of using near-field light. Two methods for using near-field light will be described below.

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。   For example, when the surface plasmon polariton 4 is used for optical recording or optically assisted magnetic recording, the first method of using near-field light is an object such as a recording medium with respect to the surface plasmon polariton 4 focused on the second metal film 3. In this method, the near-field light of the surface plasmon polariton 4 itself is used by bringing an object closer. At this time, the object and the surface plasmon polariton concentrator 1 may be brought close to a range within a quarter of the wavelength of the surface plasmon polariton 4. However, this method cannot generate a spot smaller than the diffraction limit of the focused surface plasmon polariton 4.

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。   The second method of using near-field light is to scatter the surface plasmon polariton 4 focused on the second metal film 3 by a near-field light output unit (near-field light output means) formed on the metal film. There are the following two methods.

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。   The first method is to scatter at the edge of the second metal film 3 of the surface plasmon polariton concentrator 1. The edge of the second metal film 3 may be an end portion that is an outer peripheral portion of the second metal film 3, and when the opening is provided in the second metal film 3, the edge of the opening is Also good.

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。   The second method is a method of forming a protrusion such as a minute protrusion on the second metal film 3. The protrusion may be, for example, metal fine particles provided on the second metal film 3.

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。   Thus, in the second near-field light utilization method, the near-field light output unit is provided at the metal end of the metal film or the metal film according to the use of the surface plasmon polariton concentrator 1 of the present embodiment. It is preferable to use open openings, slits or metal protrusions.

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。   Since the surface plasmon polariton 4 is attenuated in intensity as it travels, in order to obtain strong near-field light, from the boundary line formed between the first metal film 2 and the second metal film 3, The distance to the edge or protrusion of the second metal film 3 is preferably shorter than the propagation length of the surface plasmon polariton 4.

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。   In the second method and the second method using the second near-field light, it is desirable to provide a scatterer at the focal position of the surface plasmon polariton 4. As a result, the surface plasmon polariton 4 focused by the surface plasmon polariton concentrator 1 can be efficiently extracted as near-field light.

〔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。
[Second Embodiment]
Next, a surface plasmon polariton concentrator 11 according to a second embodiment of the present invention having only an incident boundary will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a top view and a perspective view showing a schematic configuration of the surface plasmon polariton concentrator 11 of the second embodiment. In addition, the arrow in a figure has shown the propagation direction of the surface plasmon polariton 4. FIG. Moreover, the same code | symbol is attached | subjected about the component in the surface plasmon polariton focusing device 1 of 1st Embodiment, and the component which has an equivalent function.

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。   As shown in FIG. 5, the surface plasmon polariton concentrator 11 of the present embodiment includes a metal film support member 5, a first metal film 12, and a second metal film 13. In the surface plasmon polariton concentrator 11 of this embodiment, when the effective refractive index of the first metal film 12 is n10 and the effective refractive index of the second metal film 13 is n20, the relationship is n10> n20.

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。   In the surface plasmon polariton concentrator 11, the surface plasmon polariton 4 is configured to propagate from the second metal film 13 to the first metal film 12, and the surface plasmon polariton 4 is focused on the first metal film 12. That is, the surface plasmon polariton 4 propagates from the first metal film 2 to the second metal film 3 having an effective refractive index larger than that of the first metal film 2 in the first embodiment. The surface plasmon polariton 4 propagates from the metal film 13 to the first metal film 12 having an effective refractive index smaller than that of the second metal film 13.

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。   In the surface plasmon polariton concentrator 11, the surface plasmon polariton 4 propagates from the second metal film 13 to the first metal film 12 having an effective refractive index smaller than that of the second metal film 13, so that the surface plasmon polariton 4 is the same as in the first embodiment. If the boundary line formed between the first metal film 12 and the second metal film 13 is an elliptical arc, the surface plasmon polariton 4 is diffused in the first metal film 12.

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。   Therefore, the boundary line formed between the first metal film 12 and the second metal film 13 is a curve, and has a convex shape from the second metal film 13 toward the first metal film 12. In the present embodiment, the convex shape is a hyperbola in order to provide high focusing performance by reducing wavefront aberration. With the above configuration, the surface plasmon polariton concentrator 11 of the present embodiment has a small focused size of the surface plasmon polariton 4, and thus the focused electric field strength is high, and strong near-field light can be obtained. Therefore, for example, when the surface plasmon polariton concentrator having the above-described configuration is applied to a recording apparatus, it is possible to record a minute mark on a recording medium because the converging size is very small.

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、   Further, the eccentricity e of the hyperbola of the boundary line formed between the first metal film 12 and the second metal film 13 is the effective refractive index n10 of the first metal film 12 and the effective refractive index of the second metal film 13. n20,

という関係であることが好ましい。 It is preferable that the relationship be

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、   The focal length f of the hyperbola is 2a, where the difference in distance from the two hyperbolas to the hyperbola is 2a.

となる。 It becomes.

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。   In this embodiment, the propagation direction of the surface plasmon polariton 4 is parallel to the line connecting the two focal points of the hyperbola with respect to the boundary line of the hyperbola formed between the first metal film 12 and the second metal film 13. It is desirable that

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。   When the surface plasmon polariton 4 propagates in parallel to the line connecting the two focal points of the hyperbola with respect to the boundary line of the hyperbola formed between the first metal film 12 and the second metal film 13, the first metal film 12 The boundary line formed between the second metal film 13 and the second metal film 13 has a hyperbolic convex shape from the second metal film 13 toward the first metal film 12, and the effective refractive index of the first metal film 12 Is smaller than the effective refractive index of the second metal film 13, the surface plasmon polariton 4 is greatly refracted in the outer part of the boundary line, hardly refracts in the central part of the boundary line, and the surface plasmon polariton 4 at the hyperbolic focus. 4 converge.

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。   The first metal film 12 and the second metal film 13 of the present embodiment are different from each other in that the boundary line formed between the first metal film 12 and the second metal film 13 is a hyperbola, that is, each metal The metal material constituting the film, the film thickness of each metal film, the material in contact with each metal film, the wavelength of the surface plasmon polariton 4, the mode of the surface plasmon polariton 4 and the like are the first metal film 2 of the first embodiment. Since it can be set in the same manner as the second metal film 3, the description thereof is omitted here.

〔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。
[Third Embodiment]
Next, a surface plasmon polariton concentrator 21 according to a third embodiment of the present invention having an entrance boundary and an exit boundary will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a top view and a perspective view showing a schematic configuration of the surface plasmon polariton concentrator of the third embodiment. In addition, the arrow in a figure has shown the propagation direction of the surface plasmon polariton 4. FIG. Moreover, the same code | symbol is attached | subjected about the component in the surface plasmon polariton focusing device 1 of 1st Embodiment, and the component which has an equivalent function.

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。   As shown in FIG. 6, the surface plasmon polariton concentrator 21 of the present embodiment includes a metal film support member 5, a first metal film 22, and a second metal film 23 surrounded by the first metal film 22. Has been.

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。   Note that the first metal film 22 and the second metal film 23 of the present embodiment are other than the configuration in which the second metal film 23 is surrounded by the first metal film 22, that is, the metals constituting each metal film. The first metal film 2 and the second metal film according to the first embodiment have different degrees of freedom such as the material, the film thickness of each metal film, the material in contact with each metal film, the wavelength of the surface plasmon polariton 4, the mode of the surface plasmon polariton 4. Since it can be set in the same manner as in FIG. 3, the description thereof is omitted here.

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。   In the surface plasmon polariton concentrator 21 of the present embodiment, since the second metal film 23 is surrounded by the first metal film 22, the surface plasmon polariton 4 propagates from the first metal film 22 to the second metal film 23. Then, the surface plasmon polariton 4 passes through the second metal film 23 and is propagated again to the first metal film 22. Therefore, the surface plasmon polariton 4 passes through the boundary line formed between the first metal film 22 and the second metal film 23 twice. That is, the surface plasmon polariton 4 passes through the incident boundary line and the outgoing boundary line. In the surface plasmon polariton concentrator 21 of the present embodiment, the line connecting the two focal points of the incident boundary line and the line connecting the two focal points of the output boundary line are parallel to each other.

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。   For this reason, the surface plasmon polariton 4 is converged more steeply by changing the propagation direction twice in the boundary line formed between the first metal film 22 and the second metal film 23.

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。   In the present embodiment, by surrounding the second metal film 23 with the first metal film 22, the boundary line where the surface plasmon polariton 4 is formed between the first metal film 22 and the second metal film 23 is formed twice. Although it is designed to pass, the present invention is not limited to this. That is, the first metal film 22 and the second metal film 23 may be provided adjacent to each other in the order of the first metal film 22, the second metal film 23, and the first metal film 22. Further, using the third metal film, a boundary line formed between the first metal film 22 and the second metal film 23 is used as an incident boundary line, and between the second metal film 23 and the third metal film. The formed boundary line may be used as the output boundary line. In this case, it is desirable that n2> n3, where n2 is the effective refractive index of the second metal film and n3 is the effective refractive index of the third metal film.

〔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。
[Fourth Embodiment]
Next, a surface plasmon polariton concentrator 31 according to a fourth embodiment of the present invention having an entrance boundary and two exit boundaries will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a top view and a perspective view showing a schematic configuration of the surface plasmon polariton concentrator 31 of the fourth embodiment. In addition, the arrow in a figure has shown the propagation direction of the surface plasmon polariton 4. FIG. Moreover, the same code | symbol is attached | subjected about the component in the surface plasmon polariton focusing device 1 of 1st Embodiment, and the component which has an equivalent function.

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。   As shown in FIG. 7, the surface plasmon polariton concentrator 31 of this embodiment includes a metal film support member 5, a first metal film 32, a second metal film 33 and a third metal film 33 surrounded by the first metal film 32. And a metal film 34. Since the first metal film 32 and the second metal film 33 of the present embodiment have the same configuration as the first metal film 22 and the second metal film 23 of the third embodiment, description thereof is omitted here.

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。   The structure in which the surface plasmon polariton concentrator 31 of the present embodiment is different from the surface plasmon polariton concentrator 21 of the third embodiment is that a third metal film 34 is provided. The third metal film 34 is made of a metal material different from that of the first metal film 32 and the second metal film 33 and has a different effective refractive index.

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。   In addition, as shown in FIG. 7, the surface plasmon polariton concentrator 31 has a boundary line formed between the first metal film 32 and the third metal film 34 and the first metal film 22 of the third embodiment. The boundary line formed between the second metal film 23 and the output boundary line of the surface plasmon polariton 4 is parallel to the boundary line.

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。   Therefore, the surface plasmon polariton 4 propagating through the surface plasmon polariton concentrator 31 of the present embodiment is a boundary line formed between the first metal film 32 and the second metal film 33, the second metal film 33 and the third metal film 33. The light is emitted to the first metal film 32 via the boundary line formed between the metal film 34 and the boundary line formed between the third metal film 34 and the first metal film 32. That is, the surface plasmon polariton 4 passes through the two output boundary lines, and the propagation direction can be changed three times at the incident boundary line and the two output boundary lines.

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。   Therefore, the surface plasmon polariton concentrator 31 of the present embodiment has the same configuration as the achromatic lens in the case of light, and the focusing performance of the surface plasmon polariton 4 is improved.

〔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。
[Fifth Embodiment]
Next, a surface plasmon polariton concentrator 41 according to a fifth embodiment of the present invention having an entrance boundary and an exit boundary will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a perspective view showing a schematic configuration of the surface plasmon polariton concentrator 41 of the fifth embodiment. In addition, the arrow in a figure has shown the propagation direction of the surface plasmon polariton 4. FIG. In FIG. 8, the shape of the first metal film 42 when viewed from above is a rectangle. In the following description, the longitudinal direction of the first metal film 42 is perpendicular to the x-axis direction and the longitudinal direction. One direction is the y-axis direction, and the film thickness directions of the first metal film 42 and the second metal film 43 are the z direction. Moreover, the same code | symbol is attached | subjected about the component in the surface plasmon polariton focusing device 1 of 1st Embodiment, and the component which has an equivalent function.

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。   As shown in FIG. 8, the surface plasmon polariton concentrator 41 of the present embodiment includes a metal film support member 5, a first metal film 42, and a second metal film 43 surrounded by the first metal film 42. Has been. The second metal film 43 has a shape surrounded by an elliptic arc and a straight line, and the straight line portion is provided perpendicular to a line connecting the two focal points of the ellipse in the elliptic arc portion.

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。   The first metal film 42 and the second metal film 43 of the present embodiment are the first metal of the third embodiment except that the shape of the second metal film 43 is a shape surrounded by an elliptical arc and a straight line. Since it is the same as the film | membrane 22 and the 2nd metal film | membrane 23, description is abbreviate | omitted here. In FIG. 8, the shape of the first metal film 42 when viewed from the top is rectangular, but the present invention is not limited to this. What is necessary is just to set suitably as shapes of the 1st metal film | membrane 42 according to the objective, such as circular and a polygon.

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。   In the surface plasmon polariton concentrator 41, the surface plasmon polariton 4 is a line connecting the two focal points of the ellipse of the elliptic arc part from the elliptical arc part side of the second metal film 43 of the first metal film 42 toward the linear part side. Propagate in parallel.

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。   Therefore, in the surface plasmon polariton concentrator 41, when the surface plasmon polariton 4 is propagated from the elliptical arc portion side of the second metal film 43 of the first metal film 42 toward the linear portion side, the first metal film 42 and the second metal A boundary line formed between the second metal film 43 and the first metal film 42 is convex in an elliptical arc, and the effective refractive index of the first metal film 42 is the second metal. Since it is smaller than the effective refractive index of the film 43, the surface plasmon polariton 4 is largely refracted in the outer portion of the boundary line and hardly refracted in the central portion of the boundary line.

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。   Further, the surface plasmon polariton 4 is further refracted in the linear portion of the boundary line formed between the first metal film 42 and the second metal film 43, and the surface plasmon polariton 4 is focused on the surface of the first metal film 42. Happens. If the ratio of the effective refractive index of the second metal film 43 to the first metal film 42 is large, the focal length is shortened and the focusing effect is increased.

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。   In order to increase the focusing effect of the surface plasmon polariton 4, the effective refractive index ratio and boundary shape of the metal film may be appropriately designed. The effective refractive index of the metal film can be changed depending on the combination of the metal film materials, the film thickness, and the material in contact with the metal film.

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。   The center distance d1 of the second metal film 43 in the x-axis direction is preferably equal to or shorter than the propagation length of the generated surface plasmon polariton 4. This is because when the surface plasmon polariton 4 is excited in the first metal film 42, the distance (focal length) from the position where the surface plasmon polariton 4 is excited to the position where the surface plasmon polariton 4 is focused, or other than the surface plasmon polariton concentrator 41. When propagating the excited surface plasmon polariton 4 to the first metal film 42, if the distance (focal length) from the propagation start position of the first metal film 42 to the focusing position is too long, the surface plasmon polariton 4 is This is because the intensity of the surface plasmon polariton 4 is attenuated before focusing.

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。   Here, the focusing of the surface plasmon polariton 4 in the surface plasmon polariton concentrator 41 of this embodiment will be confirmed with reference to FIG. 9 by simulation using the FDTD method (finite-difference time-domain method). FIG. 9 is a diagram showing the electric field intensity distribution of the surface plasmon polariton 4 on the surfaces of the first metal film 42 and the second metal film 43 of the surface plasmon polariton concentrator 41.

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7.5×1014Hz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。 In the surface plasmon polariton concentrator 41 used for the FDTD method, the first metal film 42 and the second metal film 43 are each made of Al and Ag to a film thickness of 100 nm. At this time, referring to FIG. 2, the effective refractive index of the first metal film 42 is 1.02, and the effective refractive index of the second metal film 43 is 1.14. The elliptical arc portion of the boundary line formed between the first metal film 42 and the second metal film 43 has a center distance of 2 μm, a semi-major axis of 4.3 μm, and a semi-minor axis of 2.1 μm. As shown in FIG. 9, when the surface plasmon polariton 4 having a frequency of 7.5 × 10 14 Hz is propagated from the first metal film 42 of the surface plasmon polariton concentrator 41 to the second metal film 43, the second metal It was confirmed that the surface plasmon polariton 4 converges in the film 43.

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。   Next, the focusing of the surface plasmon polariton 4 in the surface plasmon polariton concentrator 41 is confirmed by the phase distribution of the electric field with reference to FIGS. 10 (a) and 10 (b). 10A is a diagram showing the phase distribution of the electric field component in the traveling direction of the surface plasmon polariton 4 in the surface plasmon polariton concentrator 41, and FIG. 10B is the first metal in the surface plasmon polariton concentrator 41. FIG. 4 is a diagram showing a phase distribution of electric field components perpendicular to the surfaces of a film 42 and a second metal film 43. It can be seen that the phase distributions in FIGS. 10A and 10B once converge and diverge after passing through the second metal film 43. The transition from convergence to divergence is at substantially the same position as the location where the electric field converges in FIG.

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。   Next, the influence of the curvature of the incident boundary line on the focusing effect of the surface plasmon polariton will be described with reference to FIG. 11 and FIG.

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。   First, the relationship between the semi-major axis of the second metal film 43 of the surface plasmon polariton concentrator 41 and the focal position of the surface plasmon polariton 4 will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a graph showing the relationship between the focal length and the half major axis of the elliptical arc portion of the boundary line formed between the first metal film 42 and the second metal film 43 in the surface plasmon polariton concentrator 41. In the graph of FIG. 11, the horizontal axis indicates the half major axis (μm) in the elliptical arc portion of the boundary line formed between the first metal film 42 and the second metal film 43, and the vertical axis indicates the boundary line. The focal length (μm), which is the distance from the straight line portion to the position where the surface plasmon polariton 4 converges, is shown.

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。   Here, the second metal film 43 of the surface plasmon polariton concentrator 41 is made of Ag, and the x-axis in the elliptical arc portion of the boundary line formed between the first metal film 42 and the second metal film 43. The center distance d1 in the direction is 2 μm, and the eccentricity is 0.87. As shown in FIG. 11, when the semi-major axis of the elliptical arc part is changed from 4.3 μm to 6.6 μm, the focal length gradually increases as the semi-major axis increases. It can be confirmed that the surface plasmon polariton 4 is focused.

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。   Next, the semi-major axis in the elliptical arc portion of the boundary line formed between the first metal film 42 and the second metal film 43 is 4.3 μm, the eccentricity is 0.87, and the center distance d1 in the x-axis direction is set. FIG. 12 shows the simulation result when the value is changed. FIG. 12 is a graph showing the relationship between the focal length and the center distance of the elliptical arc portion of the boundary line formed between the first metal film 42 and the second metal film 43 in the surface plasmon polariton concentrator 41. In the graph of FIG. 12, the horizontal axis indicates the center distance d1 in the x-axis direction in the elliptical arc portion of the boundary line formed between the first metal film 42 and the second metal film 43, and the vertical axis indicates the boundary. The focal length which is the distance from the straight line part of a line to the position where the surface plasmon polariton 4 converges is shown.

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。   As shown in FIG. 12, the center distance d1 in the x-axis direction in the elliptical arc portion of the boundary line formed between the first metal film 42 and the second metal film 43 was changed from 1.8 μm to 2.2 μm. However, as the center distance d1 increases, the focal distance greatly decreases, but it can be confirmed that the surface plasmon polariton 4 is focused regardless of the center distance d1.

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。   Even if the configuration of the metal film support member 5 changes, it is easily predicted that the same result corresponding to the effective refractive index ratio between the first metal film 42 and the second metal film 43 can be obtained. Non-Patent Document 1 specifically describes the effective refractive index when a metal film is provided on a substrate.

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。   When the surface plasmon polariton 4 focused by the surface plasmon polariton concentrator 41 of the present embodiment is scattered and used, a slit 44 may be provided on the first metal film 42 as shown in FIG. . The slit 44 extends from the converging position of the surface plasmon polariton 4 of the first metal film 42 in the direction perpendicular to the straight line portion of the boundary line formed between the first metal film 42 and the second metal film 43. A cut is provided in the thickness direction of the first metal film 42 up to the end of the film 42. As a result, the surface plasmon polariton 4 focused by the surface plasmon polariton concentrator 41 is scattered at the edge of the slit 44 and extracted as near-field light. In the present embodiment, the slit 44 is provided in order to scatter the surface plasmon polariton 4, but the present invention is not limited to this and may be a metal end or an opening or a metal protrusion.

〔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。
[Sixth Embodiment]
Next, a surface plasmon polariton concentrator 51 according to a sixth embodiment of the present invention, which is a modification of the surface plasmon polariton concentrator 41 of the fifth embodiment, will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a perspective view showing a schematic configuration of the surface plasmon polariton concentrator 51 of the sixth embodiment. In addition, the arrow in a figure has shown the propagation direction of the surface plasmon polariton 4. FIG. Moreover, the same code | symbol is attached | subjected about the component in the surface plasmon polariton focusing device 1 of 1st Embodiment, and the component which has an equivalent function.

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。   As shown in FIG. 14, the surface plasmon polariton concentrator 51 of the present embodiment includes an objective lens 55 (metal film support member), a first metal film 52, and two second metal films surrounded by the first metal film 52. The metal film 53 includes a near-field light output unit 54 (near-field light output means).

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。   The surface plasmon polariton concentrator 51 of this embodiment has a configuration in which two surface plasmon polariton concentrators 41 of the fifth embodiment are combined on an objective lens 55. Therefore, the configurations of the first metal film 52 and the second metal film 53 of the present embodiment are the same as the configurations of the first metal film 42 and the second metal film 43 of the fifth embodiment, and thus description thereof is omitted here. To do. In the present embodiment, an objective lens 55 is used instead of the metal film support member 5 as a base on which the first metal film 52 and the second metal film 53 are formed.

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。   The objective lens 55 is configured such that one surface is a flat surface and the other surface is a convex surface. The first metal film 52 and the second metal film 53 of the surface plasmon polariton concentrator 51 of the present embodiment are provided on the plane of the objective lens 55, and the two second metal films 53 are the first metal film 52. And a linear portion of the boundary line formed between the second metal film 53 and the second metal film 53 are provided so as to face each other symmetrically with respect to the optical axis of the objective lens 55. A near-field light output unit 54 made of a metal protrusion is provided at an intermediate position between the two second metal films 53. That is, the near-field light output unit 54 is provided at a position where the optical axis of the objective lens 55 and the first metal film 52 intersect.

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。   When the incident light 56 is irradiated from the convex surface side of the objective lens 55, the first metal film 52 is p-polarized light and has a predetermined angle at the objective lens 55 by the Kretchmann arrangement described later. The surface plasmon polariton 4 is excited on the first metal film 52 from the elliptical arc portion side of the two metal film 53 toward the center of the first metal film 52. The surface plasmon polariton 4 is focused at the near-field light output portion 54 of the first metal film 52 by passing from the elliptical arc portion of each second metal film 53 to the straight line portion.

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。   As described above, the surface plasmon polariton concentrator 51 of the present embodiment is configured by combining two surface plasmon polariton concentrators 41 of the fifth embodiment, and the surface plasmon polariton 4 is adjacent to each other in each second metal film 53. Since the light can be focused on one point of the field light output unit 54, near-field light having high intensity can be obtained. Further, the distance until the surface plasmon polariton converges and the converging size can be changed depending on the combination of the metal materials and the shape of the boundary line.

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。   In this embodiment, a configuration in which two surface plasmon polariton concentrators 41 according to the fifth embodiment are combined is described, but the present invention is not limited to this, and two or more surface plasmon polariton concentrators 41 are provided. A combined configuration may also be used.

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。   In the surface plasmon polariton concentrator 51 of the present embodiment, the focused surface plasmon polariton 4 is extracted as near-field light by providing a metal protrusion as the near-field light output unit 54. However, the present invention is not limited to this. I can't. That is, the first metal film 52 may be provided with a minute opening as the near-field light output unit 54. In this case, the near-field light is generated even when the incident light 56 is directly applied to the minute opening. To do.

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。   In the surface plasmon polariton concentrators of the first to sixth embodiments described above, the adjacent metal films are all the same film thickness, and all the metal films are air. The thickness of each metal film may be changed, or another dielectric may be provided on each metal film.

〔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。
[Method of manufacturing surface plasmon polariton concentrator]
Here, the manufacturing method of the surface plasmon polariton concentrator of this invention is demonstrated based on Fig.15 (a)-FIG.15 (e). 15 (a) to 15 (e) are cross-sectional views showing a method for manufacturing the surface plasmon polariton concentrator of the present invention. In addition, the manufacturing method of the surface plasmon polariton concentrator of this invention is applicable to the surface plasmon polariton concentrator 1, 11, 21, 31, 41, 51 mentioned above. In the following description, a method for manufacturing the surface plasmon polariton concentrator 1 will be described.

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。   First, as shown in FIG. 15A, the first metal film 2 is formed on the metal film support member 5 by sputtering or vapor deposition. Then, a photoresist 7 is applied to the entire surface of the first metal film 2 by a spin coater or the like. At this time, when the photoresist 7 is a positive type, the photoresist 7 other than the portion where the second metal film 3 is formed is covered with the mask 6. As shown in FIG. 15A, the mask 6 and the photoresist 7 may be set apart from each other, or may be exposed in close contact with each other. Further, the shape of the mask 6 may be transferred to the photoresist 7 at the same magnification or may be reduced.

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。   Next, by exposing and developing the metal film supporting member 5 in a state where the photoresist 7 is covered with the mask 6, as shown in FIG. 15B, a portion of the photoresist not covered with the mask 6 is exposed. 7 is removed.

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。   Next, as shown in FIG. 15C, the first metal film 2 is etched by etching the first metal film 2 where the photoresist 7 has been removed, that is, where the second metal film 3 is to be formed. Remove. During this etching process, all of the first metal film 2 that is not covered with the photoresist 7 is removed.

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。   Next, as shown in FIG. 15D, when the second metal film 3 is formed by sputtering or vapor deposition, and the remaining photoresist 7 covered with the mask 6 is removed, as shown in FIG. 15E. In addition, the first metal film 2 and the second metal film 3 are adjacent to each other. If there are burrs on the surface of the metal film, the surface may be polished.

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。   For manufacturing the surface plasmon polariton concentrator, a wet etching process and a dry etching process such as ion etching or reactive ion etching (RIE) are used.

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。   In the method for manufacturing the surface plasmon polariton concentrator 1 described above, an aligner or a stepper is mainly used for exposure. Further, instead of etching, a process by FIB (Focused Ion Beam) or nanoimprint may be used.

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。   Further, when a slit is provided on the first metal film 42 as in the surface plasmon polariton concentrator 41 of the fifth embodiment shown in FIG. 13, as shown in FIG. 15 (f), etching, FIB, It is possible to provide slits and openings by a method such as nanoimprinting. Further, when a metal protrusion such as the near-field light output unit 54 in the surface plasmon polariton concentrator 51 of the sixth embodiment shown in FIG. 14 is provided on the first metal film 52, A protrusion may be formed at a desired position.

〔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。
[Excitation method of surface plasmon polariton]
Here, the surface plasmon polariton excitation method in the surface plasmon polariton concentrator of the present invention will be described with reference to FIGS. 20-23 (Surface Plasmons on smooth and rough surfaces and on gratings, Heinz Raether, Springer-Verlag, 1988 p. .118-p.123). In the following description, in order to simplify the description, a description will be given using a surface plasmon polariton excitation unit including a substrate, a metal film, and a dielectric.

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。   In general, in order to excite surface plasmon polaritons in the surface plasmon polariton excitation unit, there are three methods described below, namely, a first excitation method, a second excitation method, and a third excitation method.

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。   The first excitation method is a method in which incident light is incident on the surface plasmon polariton excitation unit including a substrate, a metal film, and a dielectric layer at an appropriate angle from the substrate side.

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。   The configuration of the surface plasmon polariton excitation unit using the first excitation method includes a Kretchmann arrangement and an Ototo arrangement depending on the arrangement of the substrate, the metal film, and the dielectric layer. Hereinafter, the Kretchmann arrangement and the Ototo arrangement will be described with reference to FIGS. 20 and 21. FIG.

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。   FIG. 20 is a perspective view of the surface plasmon polariton excitation unit 301 configured by the Kretchmann arrangement. In the Kretchmann arrangement, as shown in FIG. 20, a metal film 303 is formed on a transparent substrate 302, and the side opposite to the surface of the metal film 303 in contact with the transparent substrate 302 (the side opposite to the surface on which light is incident). This surface is in contact with a dielectric layer having a refractive index smaller than that of the transparent substrate 302 (corresponding to air in the structure shown in FIG. 20). When the surface plasmon polariton excitation unit 301 excites the surface plasmon polariton, incident light 304 is incident from the transparent substrate 302 side toward the interface between the transparent substrate 302 and the metal film 303 at an appropriate angle. Then, as indicated by an arrow 305 in FIG. 20, plasmon resonance occurs in the metal film 303, and both surfaces of the metal film 303, that is, the surface in contact with the transparent substrate 302 (the surface on which light is incident) and the opposite surface. Furthermore, surface plasmon polaritons are generated as surface waves that travel in the direction of the component parallel to the metal film 303 of the wave number vector of the incident light 304 (indicated by the arrow 305 in FIG. 20).

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。   FIG. 21 is a perspective view of the surface plasmon polariton excitation unit 311 configured by the Otto arrangement. In the Otto arrangement, as shown in FIG. 21, a dielectric layer 306 having a refractive index lower than that of the transparent substrate 302 is formed on the transparent substrate 302, and a metal film 303 is formed on the dielectric layer 306. When the surface plasmon polariton excitation unit 311 excites the surface plasmon polariton 305, incident light 304 is directed from the transparent substrate 302 side toward the interface between the transparent substrate 302 and the metal film 303 at an appropriate angle with respect to the interface. Make it incident. Then, the surface plasmon polariton 305 is generated as a surface wave traveling in the direction of the component parallel to the metal film 303 of the wave number vector of the incident light 304, as in the Kretchmann arrangement. The difference from the Kretchmann arrangement is that the Otto arrangement excites a surface plasmon polariton in a mode having a higher effective refractive index and a shorter propagation length. For this reason, when the surface plasmon polariton 305 is excited by the Kretchmann arrangement, the refraction angle at the boundary line of the adjacent metal film of the surface plasmon polariton concentrator of the present invention cannot be increased so much, but the propagation length after refraction becomes sufficiently long. On the other hand, when the surface plasmon polariton 305 is excited by the Otto arrangement, the refraction angle at the boundary line between adjacent metal films of the surface plasmon polariton concentrator of the present invention can be increased, but the propagation length after refraction is shortened.

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。   In these first excitation methods, the most efficient when the polarization direction of the incident light 304 is p-polarized with respect to the interface between the transparent substrate 302 and the metal film 303 in either the Kretchmann arrangement or the Ototo arrangement. The surface plasmon polariton 305 can be excited.

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。   The incident angle of the incident light 304 with respect to the interface between the transparent substrate 302 and the metal film 303 is not particularly limited as long as it is an angle that can excite the surface plasmon polariton 305. However, since the surface plasmon polariton 305 converts the energy of the incident light 304, the incident angle is preferably an angle at which the energy of the incident light 304 is converted into the surface plasmon polariton 305 most efficiently. That is, the incident angle is preferably an angle at which the reflectance of the incident light 304 with respect to the metal film 303 becomes a minimum value. Thus, the optimum incident angle with the highest light utilization efficiency is around 45 degrees, although it depends on the materials of the transparent substrate 302 and the metal film 303. The optimum incident angle is realized by making the transparent substrate 302 itself a prism or by bonding the transparent substrate 302 to the prism.

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。   Next, the second excitation method will be described with reference to FIG. FIG. 22 is a perspective view of the surface plasmon polariton excitation unit 321 using the second excitation method. The second excitation method is a method of irradiating the edge of the metal film 303 with incident light 304 as shown in FIG. In this method, the surface plasmon polariton 305 can be excited most efficiently when the polarization direction of incident light is perpendicular to the edge. When the edge of the metal film 303 is irradiated with light, the free electrons at the edge portion are shaken by the electric field of the light, and this vibration is transmitted to the electrons on the surface of the metal film 303, thereby generating surface plasmon polaritons 305. The surface plasmon polariton 305 travels in a direction substantially perpendicular to the edge of the metal film 303.

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。   According to the second excitation method, the surface plasmon polariton 305 can be excited if the incident light contains a component having a polarization direction perpendicular to the edge. That is, the degree of freedom in selecting the refractive index and film thickness of the metal material is increased.

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。   The angle at which the incident light 304 is incident on the edge may be perpendicular to the metal film 303, and an appropriate angle with respect to the interface between the transparent substrate 302 and the metal film 303 as in the first excitation method. That is, it may be incident at an appropriate angle in order to generate surface plasmon polaritons.

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。   When the incident light 304 is incident on the metal film 303 perpendicularly, the transparent substrate 302 may be a parallel plane substrate, which is easier to design than a case where a prism or the like is used, and is suitable for miniaturization. Further, since the allowable range of the incident angle error is wider than that of the first excitation method, assembly is easy, and both the manufacturing time and cost can be reduced.

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。   On the other hand, when the incident light 304 is incident on the interface between the transparent substrate 302 and the metal film 303 at an angle suitable for exciting the surface plasmon polariton 305, the surface plasmon polariton 305 is incident on the part other than the edge. And the surface plasmon polariton 305 generated from the vibration of free electrons is excited at the edge portion. Therefore, in this case, the light utilization efficiency is higher than when the surface plasmon polariton 305 is excited using only the edge portion.

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。   Further, the edge, which is the incident light irradiation part in the second excitation method, can be produced at a desired position by providing an opening or a slit (hereinafter referred to as an opening or the like) in the metal film.

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。   Next, the third excitation method will be described with reference to FIG. FIG. 23 is a perspective view of the surface plasmon polariton excitation unit 331 using the third excitation method. As shown in FIG. 23, the third excitation method is a method of irradiating incident light 304 onto the diffraction grating 307 of the metal film 303 at an appropriate angle. When the wave number of light diffracted by the diffraction grating 307 matches the wave number of the surface plasmon polariton, the surface plasmon polariton can be excited. The incident angle is not particularly limited as long as the surface plasmon polariton 305 can be excited. However, since the surface plasmon polariton 305 converts the energy of the incident light 304, the incident angle is preferably an angle at which the energy of the incident light 304 is converted into the surface plasmon polariton 305 most efficiently. That is, the incident angle is preferably an angle at which the reflectance of the incident light 304 with respect to the metal film 303 becomes a minimum value. The grating interval of the diffraction grating 307 is about the wavelength although it depends on the incident angle and the wave number of the surface plasmon polariton.

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。   In the embodiment of the surface plasmon polariton concentrator of the present invention described below, when generating the surface plasmon polariton, the first excitation method may be used, and the second excitation method or the third excitation method may be used. It may be used. Further, the arrangement of the substrate, the metal film, and the dielectric layer may be a Kretchmann arrangement or an Ototo arrangement.

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。   Further, when the irradiation area of the incident light 304 is reduced by a lens or a beam expander, the area irradiated with the incident light can be narrowed down to an area where the distance to the near-field light output unit is less than the propagation length of the surface plasmon polariton. As a result, the utilization efficiency of the incident light 304 is increased. When the incident light 304 is narrowed by a lens, the incident light 304 includes light beams having various incident angles, and includes light beams that do not meet the optimum conditions for exciting the surface plasmon polariton. However, since the irradiation area can be reduced, there is an advantage that the utilization efficiency of the incident light 304 is high, and the generation area of the generated surface plasmon polariton can be reduced to a desired area.

〔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。
[Optical assisted magnetic recording device]
Next, an optically assisted magnetic recording apparatus 60 (recording apparatus) that performs optically assisted magnetic recording using the surface plasmon polariton concentrator of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 16 is a perspective view of an optically assisted magnetic recording apparatus 60 using the surface plasmon polariton concentrator of the present invention.

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。   As shown in FIG. 16, the optically assisted magnetic recording device 60 includes a spindle 61, a drive unit 62, and a control unit 63. The optically assisted magnetic recording device 60 is for recording information on the magnetic recording medium 64 by light and magnetism.

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。   The spindle 61 corresponds to a spindle motor that rotates the magnetic recording medium 64.

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。   The drive unit 62 includes an arm 65, a rotation shaft 66, and a slider unit (information recording head) 57. The arm 65 is for moving the slider portion 57 in the substantially radial direction of the disk-shaped magnetic recording medium 64, and is a support portion of a swing arm structure. The arm 65 is supported by a rotating shaft 66 and can rotate around the rotating shaft 66. The slider portion 57 is for irradiating the magnetic recording medium 64 with near-field light and a magnetic field, and includes the surface plasmon polariton concentrator of the present invention.

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。   The control unit 63 includes an access circuit 69, a recording circuit 70, a spindle drive circuit 71, and a control circuit 68. The access circuit 69 is for controlling the rotational position of the arm 65 in the drive unit 62 in order to scan the slider unit 57 to a desired position on the magnetic recording medium 64. The recording circuit 70 is for controlling the intensity of near-field light and the laser beam irradiation time in the slider portion 57. The spindle drive circuit 71 is for controlling the rotational drive of the magnetic recording medium 64. The control circuit 68 controls the access circuit 69, the recording circuit 70, and the spindle drive circuit 71 in an integrated manner.

〔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。
[Slider part comparison example]
As described above, in the optically assisted magnetic recording apparatus 60, the surface plasmon polariton concentrator of the present invention is provided on the slider portion 57. Therefore, first, a slider portion in which the surface plasmon polariton concentrator of the present invention is not provided will be described as a comparative example with reference to FIG. FIG. 17 is a plan view of a slider 97, which is a comparative example of the slider 57, as viewed from the magnetic recording medium 64 side.

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。   The slider unit 97 includes a light source 80, a near-field light excitation unit (near-field light excitation unit) 81, a magnetic field generation unit 83, a magnetic shield layer 84, a reproducing element 85, and a slider 86.

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。   The light source 80 is preferably small in consideration of being mounted on the slider portion 97, and a semiconductor laser is preferable.

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。   The near-field light excitation unit 81 is for exciting near-field light with light (propagation light) from the light source 80. The near-field light excitation unit 81 is provided in the vicinity of the center of the metal film formed on the emission surface side of the light source 80 and is a minute opening having a diameter smaller than the wavelength of light from the light source 80. Therefore, near-field light is generated in the near-field light excitation unit 81 when light is emitted from the light source 80.

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。   In addition, although the near-field light excitation part 81 is made into the minute opening in this embodiment, this invention is not limited to this. That is, the near-field light excitation unit 81 may be metal fine particles provided on the metal film. In addition, as a method for irradiating the near-field light excitation unit 81 with light from the light source 80, the light from the light source 80 may be obliquely incident on a grating, a prism, or the like. In the present embodiment, the light source 80 and the near-field light excitation unit 81 are integrated and mounted on the drive unit 62, but may be provided separately.

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。   For example, in the case where the light source 80 and the near-field light excitation unit 81 are integrated, as described above, a near-field is formed by forming a metal film directly on the emission surface of the light source 80 and performing a process such as creating a minute opening. The photoexcitation unit 81 may be created. In this case, the integrated light source 80 and near-field light excitation unit 81 are both mounted on the slider 86. As described above, when the light source 80 and the near-field light excitation unit 81 are integrated, the number of parts constituting the slider unit 97 is reduced and the assembly accuracy is increased, so that the reliability is improved. Further, there is an advantage that the slider portion 97 becomes small.

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。   Further, when the light source 80 and the near-field light excitation unit 81 are individually provided, it is necessary to separately provide a means for guiding the light from the light source 80 to the near-field light excitation unit 81. As a means for guiding light to the near-field light excitation unit 81, a combination of optical components such as a lens or a mirror may be used, or a waveguide such as an optical fiber may be used.

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。   Thus, when the light source 80 and the near-field light excitation unit 81 are individually provided, the light source 80 and the near-field light excitation unit 81 are spatially separated from each other. There is an advantage that light oscillation is stabilized without being affected by the generated heat.

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。   The magnetic field generator 83 is for applying a magnetic field to the magnetic recording medium 64 to record a recording mark, and is made of a magnetic material such as NiFe or NiFeTa. In general, a coil is wound around a part of the magnetic field generator 83, and the direction of the recording magnetic field is controlled by the direction of the current flowing through the coil.

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。   The magnetic shield layer 84 is for shielding the magnetic field of the magnetic field generator 83 so that the reproducing element 85 does not read the magnetic field of the magnetic field generator 83. The magnetic shield layer 84 may be configured using a magnetic material such as NiFe or NiFeTa, for example, similarly to the magnetic field generator 83. The magnetic shield layer 84 is provided adjacent to the slider 86 and surrounds the reproducing element 85. The magnetic shield layer 84 is provided with a magnetic field generator 83 on the side opposite to the side to which the slider 86 is connected.

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。   The reproducing element 85 is for reading a recording mark recorded on the magnetic recording medium 64 and for tracking at the time of recording. For example, GMR (Giant Magneto Resistive) or TMR (Tunneling Magneto Resistive) may be used as the reproducing element 85. In addition, the reproducing element 85 is provided with a magnetic shield layer 84 around it so as to prevent a magnetic field from the magnetic field generator 83 in order to detect a leakage magnetic field from the magnetic recording medium 64. Furthermore, since the slider unit 97 includes the light source 80 in addition to the magnetic field generation unit 83 and the reproducing element 85, the light source 80, which is a heat source, is used to suppress the reproducing element 85 from being deteriorated and destroyed by heat. Further, it is necessary to separate from the near-field light excitation unit 81. Therefore, the light source 80 is provided on the side opposite to the side where the magnetic shield layer 84 of the magnetic field generation unit 83 is provided. Further, the reproducing element 85 is provided on the slider 86 side in the magnetic shield layer 84.

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。   The slider 86 is for controlling the distance between the slider portion 97 and the magnetic recording medium 64. The slider 86 is provided with an uneven structure for controlling the flying height of the slider portion 97 from the magnetic recording medium 64 on the surface facing the magnetic recording medium 64. In FIG. 17, the uneven structure for controlling the flying height created on the slider 86 is omitted.

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。 The near-field light excited by the near-field light excitation unit 81 and the magnetic field generated by the magnetic field generation unit 83 decrease in intensity as the distance from the generation position, and the intensity distribution widens, so the near-field light excitation unit 81 and the magnetic field generation unit 83. Is preferably as close to the magnetic recording medium 64 as possible. Furthermore, it is preferable that the reproducing element 85 be as close as possible to the magnetic recording medium 64 in order to reduce the influence of the leakage magnetic field from the adjacent mark when reading the leakage magnetic field from the magnetic recording medium 64. That is, it is preferable that the slider portion 97 be as close to the magnetic recording medium 64 as possible by the slider 86, and is generally about several nanometers. As a material constituting the slider 86, an AlTiC substrate or a ZrO 2 substrate is preferably used. Further, in order to integrally form the semiconductor laser as the light source 80 with the slider 86, the slider 86 may be made of a semiconductor laser material.

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。   In the slider unit 97 of the comparative example, the surface plasmon polariton excited in the near-field light excitation unit 81 proceeds in a direction parallel to the polarization direction of the excited light (arrow in the figure), that is, in a direction parallel to the active layer. . For this reason, the near-field light is generated at a position away from the magnetic field generator 83, which is not preferable for applying the slider 97 to the optically assisted magnetic recording apparatus.

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。   In the slider portion 97, it is possible to excite the surface plasmon polariton 4 so as to advance to the magnetic field generating portion 83 by rotating the light source 80 by 90 °. In this case, the light source 80 is integrated with the slider portion. Since it is difficult to form, the components other than the light source 80 are integrally formed and then attached to the side surface of the magnetic field generator 83. However, when the light source 80 is attached later, unless the position of the light source 80 is precisely adjusted with respect to the position of the magnetic field generating unit 83, the positions of the near-field light and the recording magnetic field are shifted, and the recording mark spreads. cause.

〔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。
[First Example of Slider]
Therefore, in order to propagate the surface plasmon polariton 4 excited in the near-field light excitation unit 81 to the vicinity of the magnetic field generation unit 83, the configuration of the slider unit 57 using the surface plasmon polariton concentrator of the present invention will be described with reference to FIG. I will explain. FIG. 18 is a plan view of the slider portion 57 according to the first embodiment of the slider portion as viewed from the magnetic recording medium 64 side. In FIG. 18, the uneven structure for controlling the flying height provided on the slider 86 is omitted. Further, constituent elements having the same functions as constituent elements in the slider portion 97 of the comparative example are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

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。   The slider unit 57 of this embodiment includes a surface plasmon polariton concentrator 1, a light source 80, a near-field light excitation unit 81, a near-field light output unit (near-field light output means) 82, a magnetic field generation unit 83, A magnetic shield layer 84, a reproducing element 85, and a slider 86 are mounted. Note that any of the above-described surface plasmon polariton concentrators 1, 11, 1311, 41, and 51 may be mounted on the slider portion 57 of the present embodiment, but here, the surface plasmon polariton concentrator 1 will be described.

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。   In the surface plasmon polariton concentrator 1, the first metal film 2 and the second metal film 3 are directly formed on the emission surface of the light source 80, and a minute opening is provided in the first metal film 2 as the near-field light excitation unit 81. That is, in the slider part 57 of this embodiment, the emission surface of the light source 80 has a role as the metal film support member 5 of the surface plasmon polariton concentrator 1. Note that the configuration of the surface plasmon polariton concentrator 1 formed on the emission surface of the light source 80 is not limited to the above-described configuration, and the emission surface of the light source 80 is made of a material having translucency as the metal film support member 5. The first metal film 2 and the second metal film 3 may be formed on the dielectric layer after forming the dielectric layer.

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。   The near-field light output unit 82 is a metal protrusion provided on the surface of the surface plasmon polariton concentrator 1 facing the magnetic recording medium 64 and in the vicinity of the magnetic field generation unit 83. The near-field light output unit 82 converts the surface plasmon polariton 4 propagated and focused by the surface plasmon polariton concentrator 1 into near-field light (local surface plasmon polariton), and records the near-field light on the magnetic recording medium 64. By irradiating the surface, the magnetic recording medium 64 is locally heated, and a recording mark is recorded only on the local portion.

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。   By providing a metal protrusion as the near-field light output unit 82, the surface on which the surface plasmon polariton 4 propagates is disposed to face the magnetic recording medium 64, and the near-field light generated at the minute aperture of the near-field light excitation unit 81 is magnetic. Even when the recording medium 64 is irradiated, the strength is attenuated by the height of the metal protrusion, and the influence on the magnetic recording medium 64 can be reduced.

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。   Further, the near-field light output unit 82 may be an opening, a slit, or an edge of the metal film itself. Further, it is preferable that the near-field light output unit 82 has a configuration in which the propagation distance of the surface plasmon polariton 4 from the near-field light excitation unit 81 is shorter than the propagation length of the surface plasmon polariton 4. As a result, the near-field light output unit 82 can generate near-field light having a high intensity because the intensity attenuation of the surface plasmon polariton 4 is small.

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。   When the surface plasmon polariton concentrator 41 of the fifth embodiment or the surface plasmon polariton concentrator 51 of the sixth embodiment is mounted on the slider unit 57, the slit 44 or the near-field light output unit 54 is the near-field light output unit. 82 is used.

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。   Since the constituent elements other than those described above have the same configuration and arrangement as the slider portion 97 of the comparative example, description thereof is omitted here.

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。   With the above configuration, the surface plasmon polariton 4 excited in the near-field light excitation unit 81 can be propagated to the vicinity of the magnetic field generation unit 83 with a simple configuration.

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。   Further, by using the surface plasmon polariton concentrator of the present invention, even when the light source 80 is rotated by 90 °, after the light source 80 other than the light source 80 is integrally formed, it is attached to the side surface of the magnetic field generator 83. In addition, the position of the near-field light excitation unit 81 can be precisely adjusted with respect to the position of the magnetic field generation unit 83.

〔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。
[Second Embodiment of Slider]
Next, a slider portion 67 according to a second embodiment of the slider portion will be described with reference to FIG. FIG. 19 is a plan view of the slider portion 67 according to the second embodiment of the slider portion as viewed from the magnetic recording medium 64 side. In FIG. 19, the uneven structure for controlling the flying height provided on the slider 86 is omitted.

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。   Each component of the slider portion 67 according to the second embodiment has the same function as each component of the slider portion 57 of the first embodiment, and only the arrangement is different. Hereinafter, the arrangement of the slider portion 67 will be described.

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。   As shown in FIG. 19, after the slider 86 and the magnetic field generator 83 are integrally formed, the light source 80 is attached to the side wall of the slider 86. At this time, the emission surface of the light source 80 is provided so as to be perpendicular to the magnetic recording medium 64. The surface plasmon polariton concentrator 1 is formed from the emission surface of the light source 80 to the magnetic field generator 83. Further, the magnetic shield layer 84 and the reproducing element 85 are formed on the side opposite to the side on which the slider 86 of the magnetic field generator 83 is provided.

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。   With the above configuration, the light emitted from the emission surface of the light source 80 is converted into the surface plasmon polariton 4 in the near-field light excitation unit 81 provided in the surface plasmon polariton concentrator 1, and the surface plasmon polariton 4 is converted into the magnetic recording medium 64. On the other hand, the light propagates to the near-field light output unit 82 in a plane perpendicular to the surface.

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。   As described above, since the emission surface of the light source 80 is in a plane perpendicular to the magnetic recording medium 64, it is possible to suppress the propagation light from the light source 80 from being applied to the magnetic recording medium 64. Therefore, background noise can be suppressed.

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。   Further, since the surface on which the surface plasmon polariton 4 of the surface plasmon polariton concentrator 1 propagates does not face the magnetic recording medium 64, a near-field light excitation unit 81 is provided in advance by providing a metal protrusion as the near-field light output unit 82. Even if the height of the near-field light output unit 82 is not changed, the height from the magnetic recording medium 64 to the near-field light output unit 82 and the magnetic field generation unit 83 can be made equal. In addition, since the surface on which the surface plasmon polariton 4 of the surface plasmon polariton concentrator 1 propagates is not directed to the magnetic recording medium 64, the slider 67 of this embodiment is close to the edge part of the surface plasmon polariton concentrator 1 The field light output unit 82 can also suppress the surface plasmon polariton 4 propagating through the surface plasmon polariton concentrator 1 from being irradiated to the magnetic recording medium 64. Therefore, background noise can be suppressed.

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。   Here, the configuration in which the surface plasmon polariton concentrator of the present invention is applied to an optically assisted magnetic recording apparatus has been described, but the application example of the surface plasmon polariton concentrator of the present invention is not limited thereto. In other words, the slider portion on which the surface plasmon polariton concentrator of the present invention is mounted does not include the magnetic field generator 83 and the reproducing element 85, and is an optical recording medium only with near-field light irradiated from the near-field light output portion 82. Alternatively, the recording may be performed on a photosensitive recording medium.

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。   When recording is performed only with the near-field light irradiated from the near-field light output unit 82, a small mark can be recorded with the near-field light generated by the surface plasmon polariton concentrator of the present invention, and the recording density can be increased. Moreover, since the near-field light obtained by converting the surface plasmon polariton 4 focused by the surface plasmon polariton concentrator of the present invention by the near-field light output unit 82 has a high intensity, the transfer rate can be increased. In addition, although the intensity of near-field light attenuates as it moves away from the generation position, the surface plasmon polariton concentrator of the recording apparatus has a sufficiently strong intensity at the generation position, so that it is possible to give a margin to the distance from the recording target. .

〔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。
[Operation of Optically Assisted Magnetic Recording Device 60]
Next, the operation of the optically assisted magnetic recording device 60 will be described with reference to FIG.

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。   When the optically assisted magnetic recording device 60 records or reproduces information on the magnetic recording medium 64, that is, during operation, the spindle drive circuit 71 in the control unit 63 moves the spindle 61 on which the magnetic recording medium 64 is installed. Rotate at an appropriate speed. Further, the access circuit 69 in the control unit 63 scans the slider units 57 and 67 described above to a desired location on the magnetic recording medium 64 by moving the drive unit 62.

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。   The recording circuit 70 causes the light source 80 to emit light at a predetermined intensity and time interval, and causes the magnetic field generator 83 to generate a magnetic field. Specifically, the recording circuit 70 emits light from the light source 80 to irradiate the near-field light excitation unit 81 with light, and the near-field light excitation unit 81 excites the surface plasmon polariton 4. The excited surface plasmon polariton 4 is propagated and focused from the near-field light excitation unit 81 to the near-field light output unit 82 by the surface plasmon polariton concentrators 1, 11, 21, 31, 41, 51, and the near-field light output unit 82. , The magnetic recording medium 64 is irradiated as local surface plasmon polaritons. At substantially the same time, the recording circuit 70 can irradiate the magnetic recording medium 64 with the near-field light and the magnetic field at the same time by causing the magnetic field generator 83 to generate a magnetic field.

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。   Even if the light source 80 always emits light, if the direction of the magnetic field generated by the magnetic field generator 83 is modulated, recording can be performed on the magnetic recording medium 64 corresponding to the direction of the magnetic field.

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。   When the position of the near-field light and the magnetic field is deviated, it is preferable that the magnetic recording medium 64 be irradiated with the near-field light before the magnetic field.

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。   As described above, the mark is recorded on the magnetic recording medium 64 by the intensity corresponding to the light emission of the light source 80 and the local magnetic field generated at time intervals. In the control circuit 68, the light emission of the light source 80, the operation of the drive unit 62, and the rotation of the spindle 61 are summarized, and instructions are given to each circuit so that desired recording can be performed at a desired location.

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。   The magnetic recording medium 64 is a magneto-optical recording medium that is recorded by light and magnetism. At the time of recording, the recording layer of the magnetic recording medium 64 is heated by near-field light generated from the near-field light output unit 82 to generate a magnetic field. By applying a magnetic field generated from the portion 83, the direction of the magnetic moment inside the recording layer is reversed. The portion where the magnetic moment is reversed becomes a recording mark.

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。   The size of the recording mark on the magnetic recording medium 64 is determined by the overlap between the region sufficiently heated by the near-field light and the region irradiated with the magnetic field. Therefore, the recording density can be improved by using the near-field light output unit 82 that generates near-field light having a small spot diameter. Further, the recording mark formation speed of the magnetic recording medium 64, that is, the recording speed depends on the heating rate of the recording layer, and this heating rate depends on the intensity of the near-field light applied. That is, when the intensity of the irradiated near-field light is strong, the time for heating the magnetic recording medium 64 to the required temperature is shortened, so that the transfer rate can be improved.

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。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.

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。   The present invention can be suitably used for an optical recording apparatus or an optically assisted magnetic recording apparatus that records on a recording medium by optical recording or optically assisted magnetic recording.

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。It is the top view and perspective view which show schematic structure of the surface plasmon polariton focusing device of 1st Embodiment of this invention. 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。It is a graph which shows the change of the effective refractive index and propagation length of each metal film at the time of changing the film thickness of the metal film comprised with Al, and the metal film comprised with Ag. 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7.5×1014Hz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。25, for example, when the first metal film and the second metal film are each composed of Ag, the thickness of the first metal film is 100 nm, and the thickness of the second metal film is 100 nm or less. FIG. 5 is a diagram showing edge intensity ratios and coupling efficiencies at the edges of the first metal film when surface plasmon polaritons in a symmetry mode with a frequency of 7.5 × 10 14 Hz propagate from the first metal film to the second metal film. . 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。Effective refractive index and propagation of each metal film when the refractive index of the dielectric provided on the metal film composed of Au, the metal film composed of Al, and the metal film composed of Ag is changed It is a graph which shows change of length. 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。It is the top view and perspective view which show schematic structure of the surface plasmon polariton focusing device of 2nd Embodiment of this invention. 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。It is the top view and perspective view which show schematic structure of the surface plasmon polariton focusing device of 3rd Embodiment of this invention. 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。It is the top view and perspective view which show schematic structure of the surface plasmon polariton focusing device of 4th Embodiment of this invention. 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。It is a perspective view which shows schematic structure of the surface plasmon polariton focusing device of 5th Embodiment of this invention. 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。It is a figure which shows electric field strength distribution of the surface plasmon polariton 4 on the surface of the 1st metal film and 2nd metal film of the surface plasmon polariton focusing device of 5th Embodiment. (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。(A) is a figure which shows phase distribution of the electric field component of the advancing direction of surface plasmon polariton in a surface plasmon polariton concentrator, (b) is a figure of the 1st metal film and 2nd metal film in a surface plasmon polariton concentrator. It is a figure which shows phase distribution of an electric field component perpendicular | vertical to the surface. 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。It is a graph which shows the relationship between the half major axis of the elliptical arc part of the boundary line formed between the 1st metal film and the 2nd metal film in the surface plasmon polariton focusing device of 5th Embodiment, and a focal distance. 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。It is a graph which shows the relationship between the center distance of the elliptical arc part of the boundary line formed between the 1st metal film and the 2nd metal film in the surface plasmon polariton focusing device of 5th Embodiment, and a focal distance. 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。In the surface plasmon polariton concentrator of 5th Embodiment, it is the perspective view which showed providing the slit in order to scatter surface plasmon polariton. 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。It is a perspective view which shows schematic structure of the surface plasmon polariton focusing device of 6th Embodiment of this invention. (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。(A)-(e) is sectional drawing which shows the manufacturing method of the surface plasmon polariton focusing device of this invention. 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。1 is a perspective view of an optically assisted magnetic recording apparatus using a surface plasmon polariton concentrator of the present invention. 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。It is the top view which looked at the slider part which is a comparative example of a slider part from the magnetic recording medium side. 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。It is the top view which looked at the slider part which concerns on 1st Example of a slider part from the magnetic recording medium side. 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。It is the top view which looked at the slider part which concerns on 2nd Example of a slider part from the magnetic recording medium side. 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。It is a perspective view of the surface plasmon polariton excitation part comprised by Kretchmann arrangement | positioning. 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。It is a perspective view of the surface plasmon polariton excitation part 311 comprised by Otto arrangement | positioning. 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。It is a perspective view of the surface plasmon polariton focusing device using the 2nd excitation method. 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。It is a perspective view of the surface plasmon polariton focusing device using the 3rd excitation method. 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。It is a perspective view which shows the conventional concentrator which focuses surface plasmon polariton. 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。It is a perspective view which shows schematic structure of the conventional metal film which has two types of film thickness which propagates and bends a surface plasmon polariton wave. 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。It is a perspective view which shows the surface plasmon lens for condensing surface plasmon polariton.

符号の説明Explanation of symbols

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
1, 11, 21, 31, 41, 51 Surface plasmon polariton concentrator 2, 12, 22, 32, 42, 52 First metal film 3, 13, 23, 33, 43, 53 Second metal film 4 Surface plasmon polariton 5 Metal film support member 6 Mask 7 Photoresist 44 Slit 54 Near-field light output section (Near-field light output means)
55 Objective lens (metal film support member)
57, 67, 97 Slider section (information recording head)
60 Optically assisted magnetic recording device (recording device)
61 Spindle 62 Drive unit 63 Control unit 64 Magnetic recording medium 65 Arm 66 Rotating shaft 68 Control circuit 69 Access circuit 70 Recording circuit 71 Spindle drive circuit 81 Near-field light excitation unit (near-field light excitation means)
82 Near-field light output section (Near-field light output means)
83 Magnetic field generator 84 Magnetic shield layer 85 Reproducing element 86 Slider 301, 311, 321 Surface plasmon polariton excitation unit 302 Substrate 303 Metal film 304 Incident light 306 Dielectric layer 307 Diffraction grating

Claims (23)

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。
In a surface plasmon polariton concentrator that focuses surface plasmon polaritons,
A metal film support member;
At least two metal films formed on a predetermined surface of the metal film support member, adjacent to each other and having an effective refractive index different from the adjacent metal films,
In each of the metal films, at least a part of the boundary line between the adjacent metal films is a curve, and the surface opposite to the surface in contact with the metal film support member and the adjacent metal film A surface plasmon polariton concentrator characterized in that a surface opposite to a surface in contact with the metal film support member is flush with the surface.
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。   2. The surface plasmon polariton concentrator according to claim 1, wherein each of the metal films has the same thickness. 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。
The curved portion of the boundary line is formed between the first metal film and the second metal film of each metal film,
When the relationship between the effective refractive index na of the first metal film and the effective refractive index nb of the second metal film is na <nb, the curved line portion of the boundary line is that the second metal film is the first metal film. The surface plasmon polariton concentrator according to claim 1, wherein the surface plasmon polariton concentrator is formed to have a convex shape.
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。   The surface plasmon polariton concentrator according to claim 3, wherein when the surface plasmon polariton propagates from the first metal film to the second metal film, a curved portion of the boundary line is an elliptical arc. 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。   5. The surface plasmon polariton concentrator according to claim 4, wherein the propagation direction of the surface plasmon polariton is parallel to a line connecting two focal points of the elliptical arc. 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。   The surface plasmon polariton concentrator according to claim 3, wherein when the surface plasmon polariton propagates from the second metal film to the first metal film, a curved portion of the boundary line is a hyperbola. 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。   The surface plasmon polariton concentrator according to claim 6, wherein the propagation direction of the surface plasmon polariton is parallel to a line connecting two focal points of the hyperbola. 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。   The surface plasmon polariton concentrator according to any one of claims 1 to 7, wherein at least two boundary lines are formed so as to block a propagation direction of the surface plasmon polariton. 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。   The surface plasmon polariton focusing according to claim 1, wherein a distance from a propagation start position or excitation position of the surface plasmon polariton to a position where the surface plasmon polariton is focused is shorter than a propagation length of the surface plasmon polariton. vessel. 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。
Two or more surface plasmon polariton concentrators according to any one of claims 1 to 9 are combined,
The surface plasmon polariton concentrator focuses the surface plasmon polariton at one point by the surface plasmon polariton concentrator.
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。   The surface plasmon polariton concentrator according to any one of claims 1 to 10, wherein an incident beam diameter of the surface plasmon polariton with respect to the curved part of the boundary line is shorter than a length of the curved part of the boundary line. . 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。
In an information recording head provided in a recording apparatus for recording on a recording medium,
A surface plasmon polariton concentrator according to claims 1-11;
A light source;
Near-field light excitation means for converting light emitted from the light source into surface plasmon polaritons;
A near-field light output means for irradiating the recording medium with near-field light,
The information recording head, wherein the surface plasmon polariton concentrator focuses the surface plasmon polariton from the near-field light excitation unit to the near-field light output unit.
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。   13. The information recording head according to claim 12, wherein the near-field light output means is provided on a metal film on which the surface plasmon polariton is focused, among the metal films of the surface plasmon polariton concentrator. 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。   14. The information recording head according to claim 13, wherein the near-field light output means is provided at a position where the surface plasmon polariton of the metal film is focused by the surface plasmon polariton. 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。   15. The information recording head according to claim 13, wherein the near-field light output means is a metal end of the metal film or an opening, slit, or metal protrusion provided in the metal film. 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。   16. The information recording head according to claim 14, wherein the metal film on which the surface plasmon polariton is focused among the metal films has a long propagation length of the surface plasmon polariton. 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。
The metal film support member of the surface plasmon polariton concentrator is a substrate having translucency,
The near-field light excitation means is the substrate, and surface plasmon polaritons are applied to at least one of the metal films by obliquely incident light from the side on which the substrate is provided with respect to the surface plasmon polariton concentrator. The information recording head according to claim 12, wherein the information recording head is excited.
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。
The predetermined surface of the metal film support member in the surface plasmon polariton concentrator is an emission surface that emits light of the light source,
The information recording head according to claim 12, wherein the near-field light excitation unit is provided on at least one of the metal films.
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。
In a recording apparatus for recording on a recording medium,
A recording apparatus comprising the information recording head according to claim 12.
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。
A control unit for controlling the position of the information recording head and the recording medium;
The recording apparatus according to claim 19, wherein the control unit controls a distance between the near-field light output unit and the recording medium to be equal to or less than a wavelength of a surface plasmon polariton.
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。
The recording medium is a magnetic recording medium having a high coercive force that is resistant to thermal fluctuations,
A magnetic field generator for applying a magnetic field to the recording medium;
21. The magnetic field generation unit according to claim 19 or 20, wherein the magnetic field generator applies a magnetic field to the recording medium at the same time as the recording medium is irradiated with the near-field light from the near-light output unit. Recording device.
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。
Comprising a reproducing element for reading information recorded on the recording medium,
The recording apparatus according to any one of claims 19 to 21, wherein the reproducing element is provided at a position distant from the light source.
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。
The recording medium has photosensitivity,
The recording apparatus according to claim 19, wherein the recording medium is sensitized by near-field light irradiated from the surface plasmon polariton concentrator and information is recorded.
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