JP5112474B2 - 導波路、記録ヘッドおよび記録装置 - Google Patents

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Description

本発明は、導波路、記録ヘッドおよび記録装置に関するものである。
近年、伝播光を近接場光に変換する導波路が精力的に開発されており、光回路の光配線だけでなく、記録ヘッドおよび記録装置への応用が盛んに提案されている。光記録においては、高密度化のために光スポットの微小化が進み、近接場光を用いることが提案されている。このとき、高Ｓ/Ｎのために強い近接場光の強度が求められるが、このために、特に表面プラズモンポラリトン技術を用いて、伝播光を近接場光に変換する導波路が用いられる。
また、光アシスト磁気記録においては、磁気ポールや再生素子との相対位置なども考慮する必要がある。
例えば特許文献１に開示されている光アシスト磁気記録用ヘッドでは、金属膜に矩形またはＶ字型の狭窄部を形成することで、金属膜に流す電流により発生する磁界と、狭窄部に照射された光により発生する近接場光との発生位置を一致させている。このとき、入射光の偏光方向は、狭窄部の長手方向に平行な方向である。
また、特許文献２および特許文献３に開示されている光アシスト磁気記録用ヘッドでは、断面が三角形の導波路を形成し、主磁極側に向いた三角形の一辺に垂直な偏光方向を導入することで、近接場光を該三角形の一辺に集中的に局在化させるとともに、主磁極に近い位置に近接場光を発生させている。
また、特許文献４に開示されている光アシスト磁気記録用ヘッドでは、半導体レーザの出力端に開口を有する金属膜を形成することで、金属膜で表面プラズモンポラリトン増強を用いて近接場光を発生させている。開口の一例として三角形が挙げられており、このとき入射光の偏光方向は、三角形の一辺に垂直な方向である。
いずれも、金属膜に照射された光は近接場光の１種である表面プラズモンポラリトンとなり、狭窄部の先端や、三角形の一辺をつたい、出射面へ到達する。
一方で、非特許文献１より、Ｖ字型導波路にＶ字の幅方向の偏光を入射した場合、発生した表面プラズモンポラリトンがＶ字先端に集中することが知られている。
これについて、図１５（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。図１５（ａ）は、非特許文献１に記載の導波路の構成を表す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の導波路のＸＹ平面に平行な方向の断面図を表し、（ｃ）は（ａ）の導波路のＹＺ平面の断面図を表し表面プラズモンポラリトンの伝播の様子を表す図であり、（ｄ）は（ｃ）の表面プラズモンポラリトンの伝播の様子を説明する図である。
図１５（ａ）に示すように、ＸＹＺ軸をとる。導波路１００は、金属体１０１と、誘電体１０２とからなっている。金属体１０１には、ＸＹ平面に平行な方向の断面がＶ字形状となる溝が設けられており、その溝に誘電体１０２が設けられている。
図１５（ｂ）に示すように、金属体１０１に設けられた溝のＸ軸方向の幅（すなわち誘電体１０２の幅）は、Ｙ軸＋方向から−方向に向けて狭くなっていく。この導波路１００に、Ｘ軸方向の偏光を照射した場合に励起される表面プラズモンポラリトンにとっては、Ｘ軸方向の溝の幅が狭いほど、実効屈折率が大きくなる。このときの、金属体１０１の溝内を伝播する表面プラズモンポラリトンの伝播の軌跡は、図１５（ｃ）に示す矢印Ａのようになる。つまり、金属体１０１の溝内を伝播する表面プラズモンポラリトンは、溝の先端部分へと伝播方向を変化させる。
ここで、入射光が屈折率の小さい媒質から、屈折率の大きい媒質に向かって入射されると、スネルの法則により、図１５（ｄ）に示すようにθ４＜θ３となる。導波路１００のようなＶ字型導波路の溝は、屈折率が徐々に変化する層の集まりと考えることができるので、金属体１０１の溝を伝播する表面プラズモンポラリトンは、溝のＶ字先端に集まることになる。
また、図１５（ｄ）の破線で示すように、通常、屈折率の異なる媒質の界面では、光（表面プラズモンポラリトン）は反射される。しかし、屈折率差が非常に小さければ、反射率も小さくなる。つまり、溝のＶ字の開き角を小さくすることで、実効屈折率の変化率を小さくすることができる。このため、Ｖ字型の導波路１００で反射を少なくし、表面プラズモンポラリトンをＺ軸（溝の先端）に集めることができる。
特開２００６−１２０２９４号公報（２００６年５月１１日公開） 特開２００８−１５２８９７号公報（２００８年７月３日公開） 特開２００９−３７６６１号公報（２００９年２月１９日公開） 特開２００６−３５１０９１号公報（２００６年１２月２８日公開）
しかしながら、特許文献１のように、狭窄部の長手方向に平行な方向の偏光を入射させることは、非特許文献１に開示する方法のように表面プラズモンポラリトンをＶ字先端に集中させるものではないため、特許文献１の狭窄部の先端以外に照射された光は利用されない光となる。また、後述の通り、特許文献１の狭窄部の先端を向かない方向に照射された光は、狭窄部の先端で発生する近接場光に寄与しない。このため、例えば半導体レーザの出射口に隣接して金属膜を形成する場合のように、金属膜に発散光が照射された場合には、効率が十分ではないという問題があった。
また、金属膜の密着性や耐熱性の問題から、金属膜の膜厚が数１００ｎｍのオーダーになると、出射面に到達する表面プラズモンポラリトン強度がさらに弱くなってしまうという問題もあった。
また、半導体レーザの出射口に隣接して金属膜を形成する場合、ＴＭ偏光の半導体レーザを用いると、ＴＥ偏光の半導体レーザより閾値が高いため、半導体レーザ近辺に熱が溜まりやすい。また、半導体レーザの出射パワーの上限値も低いため、金属膜で発生する近接場光の上限値も低くなる。一方、ＴＥ偏光の半導体レーザを用いて、狭窄部の長手方向に平行な方向の偏光で入射させる構成の場合、電極も含めた形成が困難であるという問題があった。
特許文献２〜４の方法では、いずれも三角形の一辺に近接場光を局在化させているため、近接場光スポットは、三角形の一辺のサイズに広がってしまい、記録マークの大きさが大きくなるとともに、近接場光スポットが広がる分、強度が弱いという問題がある。また、近接場光の発生位置と磁界の発生位置とがそもそもずれた構成であるという問題もある。
また、非特許文献１に開示された方法をそのまま利用する場合でも、レーザ光源と隣接して導波路を設置した場合、レーザの放射角に対応して表面プラズモンポラリトンが発生するため、Ｖ字先端に集中しない光があるという問題があった。また、レーザ光源と隣接して導波路を設置した記録ヘッドを構成する場合、導波路のＶ字先端に近接場光を集中させるためには、非常に長い導波路としなければならない。よって、膜厚が数μｍオーダーと非常に厚くなり、導波路を作成しにくいという問題があった。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、入射光を効率よく、スポットサイズの小さな近接場光へ変換することである。
上記の課題を解決するために、本発明の導波路は、入射光を近接場光に変換する導波路であって、上記導波路は、金属材料からなる金属体と、誘電材料からなる誘電体とからなり、上記金属体は、上記誘電体を狭んで配されている第１及び第２の界面を含み、上記第１の界面と、上記第２の界面とは、一方の端部から他方の端部にかけて、互いの距離である界面間距離が小さくなるように配されており、上記第１の界面と、上記第２の界面とのうち、少なくとも一方は、屈曲部により屈曲されていることを特徴としている。
上記構成によると、上記金属体には、上記誘電体を挟んで、第１及び第２の界面が配されているので、金属体に対する入射光を、上記第１及び第２の界面で、表面プラズモンポラリトンに変換することができる。
ここで、第１の界面と、第２の界面との距離が大きい箇所では、表面プラズモンポラリトンの実効屈折率は小さくなり、第１の界面と、第２の界面との距離が小さい箇所では、表面プラズモンポラリトンの実効屈折率は大きくなる。そして、第１及び第２の界面を伝播する表面プラズモンポラリトンは、実効屈折率が大きくなる方向へ伝播方向を変化させる。
上記構成によると、上記第１の界面と、上記第２の界面とは、一方の端部から他方の端部にかけて、互いの距離である界面間距離が小さくなるように配されているので、第１の界面と第２の界面との距離が大きい箇所を伝播する表面プラズモンポラリトンを、第１の界面と第２の界面との距離が小さくなっていく方向へと伝播方向を変化させることができる。
このように、上記第１の界面と、上記第２の界面とを、一方の端部から他方の端部にかけて、互いの距離である界面間距離が小さくなるように配することで、第１及び第２の界面を平行に配した場合と比較して、第１及び第２の界面を伝播していく表面プラズモンポラリトンを、上記他方の端部に集光することができる。これにより、金属体から出射する近接場光の強度を向上させることができると共に、スポットサイズを小さくすることができる。
さらに、上記構成によると、上記第１の界面と、上記第２の界面とのうち、少なくとも一方は、屈曲部により屈曲されている。これにより、第１及び第２の界面を伝播する表面プラズモンポラリトンを、上記屈曲部によって反射させて、伝播方向を変化させることができる。このため、第１及び第２の界面の少なくとも一方に屈曲部を設けていない場合と比較して、第１及び第２の界面を伝播する表面プラズモンポラリトンを、より集光することができる。これにより、金属体から出射する近接場光の強度を向上させることができると共に、スポットサイズを小さくすることができ、近接場光の強度を向上させることができる。さらに、近接場光の強度を向上させ、スポットサイズを小さくすることができるので、導波路の薄膜化を行うことができる。
このように、上記構成によると、入射光を効率よく、スポットサイズの小さな近接場光へと変換することができる。
また、上記誘電体を狭む金属体と、当該金属体によって挟まれている誘電体とを含む領域であり、上記屈曲部によって区別される第１の領域及び第２の領域が配されており、上記界面間距離は、上記第１の領域と比べて、上記第２の領域の方が狭くなっていることが好ましい。
上記構成によると、上記界面間距離は、上記第１の領域と比べて、上記第２の領域の方が狭くなっている。このため、上記第１及び第２の界面の実効屈折率は、上記第１の領域より上記第２の領域の方が大きい。これにより、第１の領域における第１及び第２の界面を伝播する表面プラズモンポラリトンの伝播方向を、第２の領域が配されている方向へと変化させることができるので、第２の領域における第１及び第２の界面に、表面プラズモンポラリトンを集光することができる。このため、導波路から出射する近接場光の強度を向上させることができる。
また、上記第１の界面及び上記第２の界面の上記一方の端部間では、上記界面間距離が最大となっており、上記第１の界面及び上記第２の界面の上記他方の端部間では、上記界面間距離が最小となっていることが好ましい。
上記構成により、上記第１の界面及び上記第２の界面の上記一方の端部間では、上記界面間距離が最大となっており、上記第１の界面及び上記第２の界面の上記他方の端部間では、上記界面間距離が最小となっているので、上記第１の界面及び第２の界面を伝播する表面プラズモンポラリトンを、上記界面間距離が最小となっている端部に近づく方向へと伝播方向を変化させることができる。このため、第１及び第２の界面を伝播する表面プラズモンポラリトンを、上記界面間距離が最小となる端部に集光することができる。これにより、導波路から出射する近接場光の強度を向上させることができると共に、スポットサイズを小さくすることができる。
また、上記第１及び第２の界面の界面間距離の変化率が、上記屈曲部を境に異なっていることが好ましい。
上記構成により、上記第１の界面及び第２の界面のうち、少なくとも一方に上記屈曲部を構成することができる。これにより、第１及び第２の界面を伝播する表面プラズモンポラリトンを、上記屈曲部によって反射させることができるので、入射光を効率よく、スポットサイズの小さな近接場光へと変換することができる。
また、上記第１の領域における上記第１及び第２の界面の界面間距離の変化率は、上記第２の領域における上記第１及び第２の界面の界面間距離の変化率と比べて大きいことが好ましい。
上記構成により、第１の領域における第１及び第２の界面での表面プラズモンポラリトンの実効屈折率の変化率は、第２の領域における第１及び第２の界面での表面プラズモンポラリトンの実効屈折率の変化率と比べて大きくなる。
このため、表面プラズモンポラリトンの実効屈折率の変化率が小さい第２の領域の第１及び第２の界面を伝播する表面プラズモンポラリトンのうち、実効屈折率が大きい第１の領域の第１及び第２の界面へと伝播した表面プラズモンポラリトンの一部は、第１の領域の第１及び第２の界面の実効屈折率の変化率の大きさにより、伝播方向を変化させる（反射する）。
このため、第２の領域の第１及び第２の界面から屈曲部を越えて、第１の領域の第１及び第２の界面へと伝播した表面プラズモンポラリトンを、第２の領域の第１及び第２の界面へと戻すことができる。これにより、導波路から出射する近接場光の強度を向上させることができる。
また、上記第１の領域における上記第１及び第２の界面の界面間距離の変化率は、上記第２の領域における上記第１及び第２の界面の界面間距離の変化率と比べて小さいことが好ましい。
上記構成により、上記第１及び第２の界面の界面間距離がより広い上記第１の領域において、界面間距離の変化率が小さいため、第１の領域での界面間距離が入射光の波長以下となる領域を広くすることができる。これにより、第１の領域のうち、入射光をそのまま透過させてしまう領域をなくすことができる。または、該領域を小さくかつ近接場光が発生する領域から離すことができる。よって、得られる近接場光に対するバックグラウンドノイズをなくす、または影響を小さくすることができる。
また、上記第１の界面と、上記第２の界面とは、上記界面間距離が最小となる端部を含む互いの成す角が鋭角となっていることが好ましい。
これにより、界面間距離が最小となる端部から出射される近接場光のスポットサイズを小さくすることができる。
また、上記第１及び第２の界面は、上記界面間距離が最小となる端部で接触していることが好ましい。
ここで、導波路から出射する近接場光のスポットサイズは、界面間距離に依存する。そこで、上記構成により、導波路から出射する近接場光のスポットサイズを小さくすることができる。
また、上記第１の領域における第１及び第２の界面と、上記第２の領域における第１及び第２の界面とは、平面であり、互いに傾いて配されていることが好ましい。
ここで、表面プラズモンポラリトンが伝播する面が曲面である場合、曲面を伝播する表面プラズモンポラリトンは、その曲面に対応して伝播方向を変えなければならない。伝播方向を変えると、表面プラズモンポラリトンに散乱・反射などが起こり、ロスが生じる。
一方、上記構成のように、平面内を伝播する表面プラズモンポラリトンは、伝播方向を変える必要がないので、散乱・反射などにより、表面プラズモンポラリトンにロスが生じることを押さえることができる。このため、導波路の出射面で得られる近接場光の強度を強くすることができる。すなわち、入射光を効率よく、スポットサイズの小さな近接場光へと変換することができる。
また、上記第１の領域における第１及び第２の界面と、上記第２の領域における第１及び第２の界面とは、曲面であることが好ましい。
上記構成により、上記第１及び第２の界面が平面である場合と比較して、上記第１の界面と、上記第２の界面とのそれぞれの一方の端部間から、他方の端部間にかけて変化する界面間距離の変化率を大きくすることができるので、上記第１及び第２の界面を伝播する表面プラズモンポラリトンの伝播方向の変化率を、より大きくすることができる。このため、第１及び第２の界面の界面間距離が小さい端部に、より表面プラズモンポラリトンを集光することができるので、導波路の出射面で得られる近接場光の強度を強くすることができる。すなわち、入射光を効率よく、スポットサイズの小さな近接場光へと変換することができる。
また、上記屈曲部は、上記第１の界面と、上記第２の界面との両方に配されており、
上記第１の界面と、上記第２の界面とは、対称な形状となっていることが好ましい。
上記構成によると、第１の界面と、第２の界面との間に作用する表面プラズモンポラリトンの電界成分が常に、一定方向となるため、上記第１及び第２の界面のそれぞれを伝播する表面プラズモンポラリトンのロスが小さくなり、得られる近接場光の強度が強くなる。すなわち、入射光を効率よく、スポットサイズの小さな近接場光へ変換できる。
また、上記金属体の金属材料は、金、銀、銅、プラチナ、クロム、アルミニウムのいずれかを主成分としていることが好ましい。
上記構成によると、第１及び第２の界面を伝播するそれぞれの表面プラズモンポラリトンの励起強度を向上させることができる。このため、導波路から出射する近接場光の強度を強くすることができる。すなわち、入射光を効率よく、スポットサイズの小さな近接場光へと変換することができる。
本発明の記録ヘッドは、上記導波路と、当該導波路に対して、直線偏光の光を入射させるための光源とを備えていることが好ましい。
上記構成によると、光源から出射される直線偏光を上記導波路の入射光として、上記導波路の上記第１及び第２の界面で表面プラズモンポラリトンを伝播させ、強い強度の近接場光を得ることができる。このため、例えば、上記近接場光を媒体に対して照射する場合、Ｓ／Ｎ比が高いマークを記録することができる記録ヘッドを構成することができる。
また、上記光源は、上記界面間距離が最小となる端部を含んで、上記導波路に対して直線偏光の光を入射させ、上記直線偏光の偏光方向は、上記第１及び第２の界面に対して垂直な断面における、上記第１の領域または上記第２の領域の上記第１及び第２の界面からの距離が等しい点を結ぶ直線に対して垂直な方向の偏光方向を少なくとも含むことが好ましい。
上記構成によると、第１及び第２の界面を伝播する表面プラズモンポラリトンの励起強度が大きくなり、得られる近接場光の強度が強くなる。すなわち、入射光を効率よく、スポットサイズの小さな近接場光へ変換できる。
また、上記光源と、上記導波路とは一体化して形成されていることが好ましい。
上記構成により、記録ヘッドを小型化することができると共に、余計な光学系が必要なく、光軸のズレなどの経時変化が起こり難い。また、記録ヘッドを製造するためのコストを抑えることができる。
また、上記導波路に含まれている上記金属体に電流を流すことにより、上記界面間距離が最小となる端部間の上記導波路の出射面の近傍に磁界を発生させる磁界発生部を備えていることが好ましい。
上記構成により、上記界面間距離が最小となる端部間の上記導波路の出射面の近傍に近接場光を発生させると共に、磁界を発生させることができるので、上記導波路の出射面側に、例えば媒体などを配することで、当該媒体に対して磁気記録を行うことができる。また、上記導波路により、近接場光のスポットサイズを小さくすることができるので、媒体に対して記録する磁気のサイズも小さくすることできる。このため、上記構成によると高密度な磁気記録を行うことができる記録ヘッドを構成することができる。
また、本発明の記録装置は、上記記録ヘッドを備えていることが好ましい。
上記構成によると、上記記録装置に装填された媒体に対して、Ｓ/Ｎの高いマークを記録できる記録装置、または小型で経時変化が小さく低コストの記録装置、または高密度な光アシスト磁気記録が可能である記録装置を構成することができる。
本発明の導波路は、金属材料からなる金属体と、誘電材料からなる誘電体とからなり、上記金属体は、上記誘電体を狭んで配されている第１及び第２の界面を含み、上記第１の界面と、上記第２の界面とは、一方の端部から他方の端部にかけて、互いの距離である界面間距離が小さくなるように配されており、上記第１の界面と、上記第２の界面とのうち、少なくとも一方は、屈曲部により屈曲されている。
これにより、入射光を効率よく、スポットサイズの小さな近接場光へと変換することができるという効果を奏する。
本発明の導波路の概略構成を示す斜視図である。 本発明の第１の実施の形態の導波路の断面図である。 本発明の導波路に光を照射した場合の、強度分布および位相分布を示す図である。 比較例の導波路に光を照射した場合の、強度分布および位相分布を示す図である。 比較例の導波路に光を照射した場合の、強度分布および位相分布を示す図である。 本発明の導波路、図４に示す比較例の導波路、特許文献１に示す導波路の出射面におけるＹ方向の強度分布を示す図である。 本発明の別の導波路の断面図である。 本発明の別の導波路の断面図である。 本発明の別の導波路の断面図である。 本発明の別の導波路の断面図である。 本発明の記録ヘッドの製造方法を示す図であり、（ａ）はフォトレジストを塗布した金属体を表す図であり、（ｂ）は（ａ）のフォトレジストにマスク露光を行なっている様子を表す図であり、（ｃ）は（ｂ）のフォトレジストをパターニングした様子を表す図であり、（ｄ）は（ｃ）のフォトレジストを取り除いた金属体の様子を表す図である。 本発明の記録ヘッドの斜視図である。 本発明の記録ヘッドの斜視図である。 本発明の記録ヘッドを用いた記録装置の斜視図である。 （ａ）は、従来の導波路の構成を表す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の導波路のＸＹ平面に平行な方向の断面図を表し、（ｃ）は（ａ）の導波路のＹＺ平面の断面図を表し表面プラズモンポラリトンの伝播の様子を表す図であり、（ｄ）は（ｃ）の表面プラズモンポラリトンの伝播の様子を説明する図である。 導波路の出射面（ＸＹ平面）におけるＹ方向の近接場光の強度を示す図である。 第１の実施の形態に係る導波路の出射面での近接場光の強度分布を示す図である。 本発明の第２の実施の形態の導波路の入射面を表す図である。 導波路の出射面（ＸＹ平面）におけるＹ方向の距離に対する表面プラズモンポラリトンの強度分布を示す図である。 第２の実施の形態に係る導波路の出射面での近接場光の強度分布を示す図である。 本発明の導波路における界面間距離、及び屈曲部を説明するための図である。 （ａ）は本発明の導波路のＹ軸方向に対する界面間距離を表す図であり、（ｂ）は（ａ）の界面間距離の変化率の様子を表す図である。 本発明の導波路における界面間距離、及び屈曲部を説明するための図である。
〔実施の形態１〕
以下、本発明の第１の実施形態について説明する。本発明の一実施形態に係る導波路１０について、図１〜１４、１６を参照して説明すると以下の通りである。
（導波路の構成）
まず、図１、２を用い、本実施の形態に係る導波路の構成について説明する。
図１は、本実施形態に係る導波路１０の概略構成を示す斜視図である。また、図２は、本実施形態に係る導波路１０の入射面を示す図である。
導波路１０は、例えばレーザなど、光源から導波路１０に対して照射される光（入射光）によって表面プラズモンポラリトンが励起され、当該励起された表面プラズモンポラリトンを伝播することで、近接場光を生成するものである。
導波路１０は、金属材料からなる金属体１１と、誘電体材料からなる誘電体１２とからなる。導波路１０の、光が照射される側の面が入射面である。導波路１０は、入射面側からの入射光を表面プラズモンポラリトンポラリトンへと変換し、当該変換した表面プラズモンポラリトンを、入射面と逆側の面である出射面から近接場光として外部に出射する。
金属体１１を構成する金属体材料は、金属体１１への入射光の波長にも依るが、表面プラズモンポラリトンを強く励起するものであればよい。具体的には、金属体１１を構成する金属体材料は、金、銀、銅、プラチナ、クロム、アルミニウムのいずれかを主成分とすることが好ましい。
誘電体１２は、光源の波長の光を透過する材料であればよく、空気、酸化珪素、ガラス類、酸化アルミ、酸化チタンなどの酸化物、窒化アルミなどの窒化物でもよい。
金属体１１は、誘電体１２との界面である第１の界面１６及び第２の界面１８を有している。第１の界面１６と、第２の界面１８とは、誘電体１２を挟んで、互いに傾いて、対向して配されている。
第１の界面１６と、第２の界面１８とは、対称軸に対して対象となるように配されている。そして、第１の界面１６は、屈曲部Ｐ１６を有しており、この屈曲部Ｐ１６によって、互いに屈曲して配されている第１の界面１６ａと、第１の界面１６ｂとを有する。また、第１の界面１６は、第２の界面１８との距離である界面間距離が最大となる端部１６ｃ（一方の端部）と、第２の界面１８との界面間距離が最小となる端部１６ｄ（他方の端部）とを有する。
第２の界面１８は、屈曲部Ｐ１８を有しており、この屈曲部Ｐ１８によって、互いに屈曲して配されている第２の界面１８ａと、第２の界面１８ｂとを有する。また、第２の界面１８は、第１の界面１６との界面間距離が最大となる端部１８ｃ（一方の端部）と、第１の界面１６との界面間距離が最小となる端部１８ｄ（他方の端部）とを有する。
第１の界面１６と、第２の界面１８とは、それぞれの端部１６ｃ・１８ｃ間で、互いの距離が最大となり、それぞれの端部１６ｄ・１８ｄに向けて次第に界面間距離が小さくなるように配されており、それぞれの端部１６ｄ・１８ｄで接触している。
すなわち、第１の界面１６と、第２の界面１８との界面距離の変化率が、屈曲部Ｐ１６・Ｐ１８を境に異なっている。このようにして、第１の界面１６及び第２の界面１８に、屈曲部Ｐ１６・Ｐ１８を構成している。これにより、後述するように、第１の界面及び第２の界面を伝播する表面プラズモンポラリトンを、屈曲部Ｐ１６・Ｐ１８によって反射させることができる。このため、導波路１０への入射光を効率よく、スポットサイズの小さな近接場光へと変換することができる。
ここで、導波路１０を、第１の領域１３、第２の領域１４、及び第３の領域１５の順に隣接して配されている３つの領域に分割して説明する。
第１の領域１３と、第２の領域１４とは、誘電体１２を挟む金属体１１の領域及び金属体１１に挟まれている誘電体１２を含む領域である。第１の領域１３と、第２の領域１４とは、屈曲部Ｐ１６及び屈曲部Ｐ１８によって区別（区画）される領域である。また、第３の領域１５は、第１の界面１６の端部１６ｄ及び第２の界面１８の端部１８ｄによって区別（区画）される領域である。
第１の界面１６のうち、第１の界面１６ａは、第１の領域１３に含まれている領域であり、第１の界面１６ｂは、第２の領域１４に含まれている領域である。換言すると、第１の界面１６のうち、屈曲部Ｐ１６より、第２の界面１８との距離が近い領域が第１の領域１３に含まれている第１の界面１６ａである。また、第１の界面１６のうち、屈曲部Ｐ１６より、第２の界面１８との距離が遠い領域が第２の領域１４に含まれている第１の界面１６ｂである。
第２の界面１８のうち、第２の界面１８ａは、第１の領域１３に含まれている領域であり、第２の界面１８ｂは、第２の領域１４に含まれている領域である。換言すると、第２の界面１８のうち、屈曲部Ｐ１８より、第１の界面１６との距離が近い領域が第１の領域１３に含まれている第２の界面１８ａである。また、第２の界面１８のうち、屈曲部Ｐ１８より、第１の界面１６との距離が遠い領域が第２の領域１４に含まれている第２の界面１８ｂである。
第３の領域１５は、誘電体１２を含まず、金属体１１の一部領域のみからなる領域である。第３の領域１５は、誘電体１２を挟んでいる金属体１１の領域を接続している領域である。
また、以降の説明では、図１等に示すように、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸を取る。すなわち、互いに直交する軸であるＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸が交差する点を原点とし、Ｚ軸に第１の界面１６の端部１６ｄ及び第２の界面１８の端部１８ｄが含まれるように配する。つまり、導波路１０のＸＹ平面に平行な断面では、端部１６ｄ・１８ｄは原点の位置となる。そして、第１の界面１６と第２の界面１８との距離（すなわち界面間距離）を示す方向をＸ軸方向とし、Ｚ軸及びＸ軸と直交する方向をＹ軸方向とする。
また、Ｚ軸のうち、導波路１０の光の出射面側から入射面側への方向をＺ軸の＋（正）方向とし、逆方向をＺ軸の−（負）方向とする。また、Ｘ軸のうち、第１の界面１６から第２の界面１８へ向かう方向をＸ軸の＋方向とし、逆方向をＸ軸の−方向とする。そして、Ｙ軸のうち、第１の界面１６と第２の界面１８との界面間距離が次第に減少していく方向を＋方向とし、第１の界面１６と第２の界面１８との界面間距離が次第に増加していく方向を−方向とする。
導波路１０では、Ｙ軸には、第１の界面１６と第２の界面１８とがなす角の二等分線が含まれるものとする。つまり、導波路１０は、Ｙ軸を対称軸とし、このＹ軸に対して対称な形状である。
また、第１の界面１６と第２の界面１８との界面間距離とは、対称軸であるＹ軸に対して直交する方向の界面間の距離と表現できる。
また、導波路１０がＹ軸に対して非対称な形状であった場合でも、第１の界面１６と第２の界面１８とがなす角の二等分線を含むＹ軸に対して直交する方向を、界面間の距離と表現できる。
このＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を用いて導波路１０の構成を説明すると以下の通りである。
金属体１１の誘電体１２との界面である第１の界面１６と第２の界面１８とは、第１の領域１３において、Ｙ軸の正方向に向かうにつれ、次第に接近していき、屈曲部Ｐ１６・Ｐ１８でそれぞれ接近していく角度を変える。そして、第１の界面１６と第２の界面１８とは、第２の領域１４において、Ｙ軸の正方向に向かうにつれ次第に接近していき、端部１６ｄ・１８ｄにて接続されている。
また、第１の界面１６と第２の界面１８とのうち、Ｙ軸の正方向に向かうにつれ次第に接近していく界面間距離の変化率は、第１の領域１３内の方が、第２の領域１４内より、急になっている。導波路１０のＸＹ平面に平行な断面では、屈曲部Ｐ１６・Ｐ１８は、端部１６ｃ・端部１８ｃと、端部１６ｄ・端部１８ｄとの間の直線の傾きを変化させる（界面間距離が変化する変化率を変化させる）変化点であるとも表現できる。
また、導波路１０には、金属体１１に、誘電体１２からなり、端部１６ｄ・１８ｄを先端部とする溝が形成されており、該溝の幅は、Ｙ軸の正方向に向かうにつれ次第に減少していき、その溝の幅を規定するそれぞれの側面には、溝の幅が減少する割合が変化する屈曲部Ｐ１６・Ｐ１８が配されているとも言える。
端部１６ｄ・１８ｄを含む第１の界面１６と第２の界面１８とが成す角は鋭角であることが好ましい。これにより、導波路１０から出射する近接場光スポットのサイズを小さくすることができる。加えて、端部１６ｄ・１８ｄを含む第１の界面１６と第２の界面１８とが成す角は鋭い方が好ましい。つまり、第１の界面１６ｂと、第２の界面１８ｂとは、それぞれ完全な平面であり、互いに端部１６ｄ・１８ｄで接続されていることが好ましい。
しかし、製造上、完全な平面同士で接続することにより端部１６ｄ・１８ｄを形成することは困難である。また、例えば、端部１６ｄ・１８ｄを含む第１の界面１６ｂと、第２の界面１８ｂとが成す角が曲線となり、その曲率半径が大きいと、得られる近接場光スポットのサイズは大きくなってしまう。
しかし、導波路１０では、後述のシミュレーション結果にて示すように、近接場光スポット（近接場光）が端部１６ｄ・１８ｄに対して、誘電体１２側に現れる。このため、端部１６ｄ・１８ｄを含む第１の界面１６ｂ・第２の界面１８ｂ間が成す角が、ある程度以上に鋭い形状であれば、近接場光スポットのサイズは、端部１６ｄ・１８ｄで完全な平面同士で接続されている理想的な場合と同等のサイズとなる。
上述したように、導波路１０では、第１の界面１６・第２の界面１８は、屈曲部Ｐ１６・Ｐ１８を除いて、端部１６ｄ・１８ｄに向けて次第に減少していく界面間距離の減少する割合が、Ｙ軸に対して一定である。つまり、第１の界面１６ａ・１６ｂ及び第２の界面１８ａ・１８ｂは、共に平面であり、互いに傾いて配されている。
ここで、入射面側または出射面側から導波路１０を見た場合、第１の界面１６ａ及び第２の界面１８ａを延長して、交わる位置を位置Ｑとすると、導波路１０は、端部１６ｃ・位置Ｑ・端部１８ｃからなるＶ字型の傾斜と、屈曲部Ｐ１６・端部１６ｄ（端部１８ｄ）・屈曲部Ｐ１８とからなるＶ字型の傾斜とを有している。導波路１０は、Ｙ軸に対して対称な形状であるので、位置Ｑは、Ｙ軸上に含まれることになる。
なお、以降の説明では、第１の界面１６ａ及び第２の界面１８ａの延長線と、その延長線が交わる位置Ｑとが成す角（端部１６ｃ・位置Ｑ・端部１８ｃが成す角）を第１の頂角θ１（図２におけるθ１）、第１の界面１６ｂ及び第２の界面１８ｂが成す角（屈曲部Ｐ１６・端部１６ｄ（端部１８ｄ）・屈曲部Ｐ１８が成す角）を第２の頂角θ２（図２におけるθ２）と称する。また、導波路１０のＹ‐Ｚ断面における、屈曲部Ｐ１６・Ｐ１８のＹ座標の位置を位置ＹＯ、端部１６ｃ・１１８ｃのＹ座標の位置を位置Ｙ１、端部１６ｄ・１８ｄのＹ座標の位置を位置Ｙ２と称する。
（近接場光について）
次に、本実施形態の導波路１０で生成される近接場光について、ＦＤＴＤ法（finite-difference time-domain method）を用いたシミュレーション結果である、図３〜６を参照して説明する。
また、比較例として、金属体の誘電体との界面に、互い屈曲した領域が配されていない導波路１１０・２１０の表面プラズモンポラリトンの強度分布と、位相分布とを表す。
図３（ａ）は、導波路１０にレーザを照射した場合のＹ‐Ｚ断面での表面プラズモンポラリトンの強度分布を表す図であり、（ｂ）は（ａ）で表す表面プラズモンポラリトンの位相分布を表す図である。
図４（ａ）は、比較例である導波路１１０にレーザを照射した場合のＹ‐Ｚ断面での表面プラズモンポラリトンの強度分布を表し、（ｂ）は（ａ）で表す表面プラズモンポラリトンの位相分布を表す図である。
図５（ａ）は、他の比較例である導波路２１０にレーザを照射した場合のＹ‐Ｚ断面での表面プラズモンポラリトンの強度分布を表し、（ｂ）は（ａ）で表す表面プラズモンポラリトンの位相分布を表す図である。
導波路１１０は、導波路１０の第１の界面１６・第２の界面１８が、第１の界面１６ｂ・第２の界面１８ｂを含む平面からなる構成である。つまり、導波路１１０の誘電体との界面である第１の界面（不図示）・第２の界面（不図示）はそれぞれ１つの平面からなり、それぞれの界面が成す頂角の角度はθ２となっている。領域１１４は、導波路１１０の誘電体を挟む金属体の領域及び当該金属体に挟まれている誘電体を含む領域であり、導波路１０の第２の領域１４に対応するものである。
導波路２１０は、導波路１０の第１の界面１６ｂ・第２の界面１８ｂを省略し、第１の界面１６ａ・第２の界面１８ａを接続した構成である。つまり、導波路２１０の誘電体との界面である第２の界面（不図示）と、第１の界面（不図示）とはそれぞれ１つの平面からなり、それぞれの平面が成す頂角の角度はθ１である。領域２１３は、導波路２１０の誘電体を挟む金属体の領域及び当該金属体に挟まれている誘電体を含む領域であり、導波路１０の第１の領域１３に対応するものである。
図３（ａ）（ｂ）〜図５（ａ）（ｂ）で、破線は第１及び第２の界面が接続されている端部の位置（位置Ｙ２）を示している。また、図３（ａ）（ｂ）で、一点鎖線は、位置ＹＯを示している。
シミュレーションでは、金属体１１の材料を金、誘電体１２の材料を空気、第１の頂角θ１を９０°、第２の頂角θ２を１１°とした。位置ＹＯは、Ｙ方向−５２０（ｎｍ）の位置としている。
また、入射光は、波長６３５ｎｍで、１/ｅ２の幅が１μｍのガウス分布であるレーザを、Ｚ軸から−Ｙ方向にα＝１０°傾斜した方向へ、入射面の位置Ｙ２に対して入射させた。
これは、入射光が発散光の場合を想定し、本来、入射面の位置Ｙ２に集中しにくい角度で入射する光の様子を確認するためである。また、入射光の偏光方向はＸ軸方向としている。
図３（ａ）と図４（ａ）および図５（ａ）とを比較すると、第１の領域１３と第２の領域１４とからなる本実施形態に係る導波路１０の方が、領域１１４からなる導波路１１０及び領域２１３からなる導波路２１０と比べて、位置Ｙ２近辺での最高強度が大きく、かつ表面プラズモンポラリトンが集まっているＺ軸方向の距離が長い。これは、図３（ｂ）と図４（ｂ）および図５（ｂ）とから以下のように説明できる。
本実施の形態に係る導波路１０は、入射面側であって、第２の領域１４の位置Ｙ２近傍で励起された表面プラズモンポラリトンは、第１の領域１３と第２の領域１４との境界である位置Ｙ０で反射され、再び位置Ｙ２の近傍へと向かう表面プラズモンポラリトンとなる（図３（ｂ）の矢印ａ）。さらに、第１の領域１３では、第２の領域１４と比較して界面間距離の変化が急であるため、第１の領域１３では、第２の領域１４と比べて、表面プラズモンポラリトンの実効屈折率が大きくなる割合も急である。
つまり、第２の領域１４から位置ＹＯを超えて第１の領域１３に伝播した表面プラズモンポラリトンの実効屈折率が小さくなるように、急激に変化するので、位置ＹＯを越えて第１の領域１３に伝播した表面プラズモンポラリトンは、徐々に伝播方向を変え、最終的に実効屈折率が大きい端部１８ｄ近辺に集中していくことがわかる（図３（ｂ）の矢印ｂ）。
また、さらに、第１の領域１３では、第２の領域１４と比較して界面間距離の変化が急であり、表面プラズモンポラリトンの実効屈折率の変化が急であるため、第１の領域１３を有さない導波路と比べて、入射面の位置Ｙ２近傍から、一旦離れて伝播した表面プラズモンポラリトンが伝播方向を変えて、再び位置Ｙ２の近傍へと戻ってくる位置が、入射面に近くなる。このため、第１の領域１３を有さない導波路と比べて、導波路１０の厚さを、作成が容易な程度に十分薄くすることができる。
一方、導波路１１０では、金属体の誘電体との界面には互いに屈曲する領域が配されていないので、第１の界面及び第２の界面のそれぞれの界面間距離が最大となる位置Ｙ１から界面間距離が最小となる位置Ｙ２にかけて変化する界面間距離の変化の割合が緩やかであり、表面プラズモンポラリトンの実行屈折率の変化も緩やかとなる。このため、図４（ｂ）に示すように、入射面側であって、位置Ｙ２近傍で励起された表面プラズモンポラリトンが、領域１１４内で反射し（伝播方向を変化させ）、再び位置Ｙ２の近傍へと伝播していく表面プラズモンポラリトンの割合が少ないと共に、伝播方向の変化も緩やかであるため、領域１１４内で反射した表面プラズモンポラリトン（図４（ｂ）の矢印ｃ）が位置Ｙ２の近辺に到達する位置も、入射面から遠く離れてしまう。このため、導波路１１０の構成では、導波路１１０の厚さを厚くする必要がある。
また、導波路２１０では、位置Ｙ２を含む界面間がなす頂角の角度がθ１であり、導波路１０の第２の頂角θ２より大きい。つまり、導波路２１０の領域２１３は、位置Ｙ１から位置Ｙ２にかけて変化する界面間距離の変化の割合が導波路１０の第２の領域１４より大きい。
つまり、導波路２１０の領域２１３では、導波路１０の第２の領域１４より、表面プラズモンポラリトンの実効屈折率が急激に変化する。このため、入射面側であって、位置Ｙ２の近傍で励起された表面プラズモンポラリトンは、実効屈折率の急激な変化により領域２１３内で反射されることで伝播方向を変え、再び位置Ｙ２の近傍へと伝播していく（図５（ｂ）の矢印ｄ）。
しかし、導波路２１０の構成によると、位置Ｙ２を含む界面間の頂角がθ１と大きいので、入射光のほとんどは界面間距離が広い領域（位置Ｙ１の近傍）に照射されることになる。このように位置Ｙ１の近傍に照射された入射光は、表面プラズモンポラリトンに変換されず、伝播光のまま位置Ｙ１から領域２１３の外部方向へと伝播してしまう（図５（ｂ）の矢印ｅ）。導波路２１０の構成で近接場光の強度が弱いのは、このためである。
これらに対して本実施の形態に係る導波路１０は、第１の領域１３と第２の領域１４とからなる構成であるため、その境界である位置ＹＯ（すなわち屈曲部Ｐ１６・Ｐ１８）で反射された表面プラズモンポラリトンと、第１の領域１３内で反射された表面プラズモンポラリトンとが、最終的に出射面近傍の位置Ｙ２に集中することにより、強度が強い近接場光が得られる。
図６は、図３（ａ）（ｂ）、図４（ａ）（ｂ）の結果における、Ｚ方向の距離に対する表面プラズモンポラリトンの強度分布を示す図である。図６の実線は本実施の形態に係る導波路１０、破線は導波路１１０、一点鎖線は幅２００ｎｍの矩形のスリットにＹ偏光の光を入射した、特許文献１の導波路の結果である。それぞれ、ＸＹ面内の最も強度が強い点における、Ｚ方向距離に対する依存性を示しており、Ｚ＝１００ｎｍが入射面である。
図６より、第１の領域１３と第２の領域１４を備える導波路１０は、屈曲部Ｐ１６・Ｐ１８のない導波路１１０に比べて強い強度が得られることがわかる。また、特許文献１の矩形スリットを設けた導波路の場合では、入射面から、強度が減衰していくだけだが、Ｖ字型にすることにより、表面プラズモンポラリトンを入射面から約４００ｎｍの位置に、再度集めることができているとわかる。
さらに、より現実的な状態を想定して、導波路１０と導波路１１０とに生成される近接場光の比較実験を行った。これについて、図２、図３（ａ）（ｂ）、図４（ａ）（ｂ）、図１６、１７を用いて説明する。実験は、ＦＤＴＤ法を用いたシミュレーションにより行った。
導波路１０および導波路１１０について、Ｚ方向の距離（導波路の厚み）を４００ｎｍとした。また、導波路１０および導波路１１０に対する入射光は、半導体レーザの放射角の一例として、強度が１/ｅ２となる角度が、Ｘ方向に１０°、Ｙ方向に２０°であるガウス分布のレーザとした。そして、その入射光を、入射面の端部１６ｄ（端部１８ｄ）の位置に、強度中心を設定してシミュレーションした。入射光の偏光方向はＸ方向である。
導波路１０は、金属体１１の材料を金、誘電体１２の材料を空気、第１の頂角θ１を２０°、第２の頂角θ２を１０°とした。位置ＹＯは、Ｙ方向−１０００（ｎｍ）の位置としている。
また、比較のために、特許文献１の構成として、Ｚ方向の距離が４００ｎｍである金属体に、幅４００ｎｍの矩形のスリットが形成された導波路に、Ｙ方向の偏光方向の光を照射した場合もシミュレーションした。
図１６は、出射面（ＸＹ平面）におけるＹ方向の近接場光の強度を示す図である。図１６の実線（屈曲部あり）は本実施の形態に係る導波路１０、破線（屈曲部なし）は導波路１１０、太い実線（slit；スリット）は、幅４００ｎｍの矩形のスリットとした特許文献１の導波路の結果である。導波路１０、および導波路１１０では、端部１８ｄ・２１８ｄの手前（端部１８ｄ・２１８ｄの近傍であって−Ｙの位置）に光がたまる。これは、導波路１０において、近接場光スポットが端部１８ｄ（端部１６ｄ）に対して、誘電体１２側に現れていることを示している。
しかし、特許文献１の矩形のスリットを設けた導波路にＹ方向の偏光方向の光を照射した場合は、表面プラズモンポラリトンが金属体のエッジに沿って進むためＹ＝０に近接場光スポットが現れている。また、図１６に示すグラフより、本実施の形態に係る導波路１０から出射される近接場光が最も強い強度となることがわかる。
図１７は、本実施の形態に係る導波路１０の出射面での近接場光の強度分布を示す図である。図１７に示すように、近接場光スポットは、５０ｎｍ径以下の微小な近接場スポットになっていることがわかる。
よって、本実施の形態に係る導波路１０のように、金属体１１の誘電体１２との第１の界面１６・第２の界面１８を、第１の界面１６ａ・第２の界面１８ａと、第１の界面１６ａ・第２の界面１８ａに対して屈曲して配される第１の界面１６ｂ・第２の界面１８ｂとからなる構成にすることで、作成が容易な程度に膜厚が十分薄く、かつ、入射光を効率よく、スポットサイズの小さな近接場光へ変換できる。
図６の例では、表面プラズモンポラリトンの集まる位置が４００ｎｍの場合の結果を示したが、特許文献２および特許文献３のような導波路として用いる場合でも、Ｙ０、θ１、θ２といった構造パラメータを調整することによって、導波路の出射面で強い強度が得られる。従って、導波路の長さ（Ｚ方向の距離）に依らず、金属体１１の誘電体１２との第１の界面１６・第２の界面１８は、第１の界面１６ａ・第２の界面１８ａと、第１の界面１６ａ・第２の界面１８ａと屈曲して配される第１の界面１６ｂ・第２の界面１８ｂとが配された構成が好ましいことがわかる。
導波路１０は、第１の界面１６・第２の界面１８の界面間距離が、端部１６ｃ・１８ｃから端部１６ｄ・１８ｄにかけて減少していく割合の変化量は、屈曲部Ｐ１６・Ｐ１８を除いて一定である。つまり、導波路１０のＸ-Ｙ平面に平行な方向の断面形状では、第１の界面１６ａ・第２の界面１８ａと、第１の界面１６ｂ・第２の界面１８ｂとが直線となっているので、導波路１０の断面形状は、Ｖ字型の傾斜が２段階となった形状をしているとも表現できる。
しかし、上述の通り、金属体１１の誘電体１２との界面である第１の界面１６・第２の界面１８は、屈曲部Ｐ１６・Ｐ１８もしくは、第１の界面１６ａ・第２の界面１８ａ内で表面プラズモンポラリトンが反射される構成であればよい。
（導波路の変形例）
次に、図７〜図９を用い、導波路１０の変形例について説明する。
導波路１０は、図７に示す導波路２０、図８に示す導波路３０、図９に示す導波路４０、図１０に示す導波路１０ｂなどの構成であってもよい。
導波路１０の第１の界面１６と、第２の界面１８とは、湾曲した形状であってもよい。
図７は、第１の界面と第２の界面とがなだらかな曲面である導波路の構成を表す図である。
導波路２０の金属体２１の誘電体２２との界面には、第１の界面２６と、第２の界面２８とが配されている。そして、第１の界面２６と、第２の界面２８とは、一方の端部２６ｄ・２８ｄで互いに接続されている。
第１の界面２６には、互いに屈曲して配されている第１の界面２６ａと、第１の界面２６ｂとが配されている。第１の界面２６ａと第１の界面２６ｂとの境界部分が屈曲部Ｐ２６である。
第２の界面２８には、互いに屈曲して配されている第２の界面２８ａと、第２の界面２８ｂとが配されている。第２の界面２８ａと第２の界面２８ｂとの境界部分が屈曲部Ｐ２８である。
第１の界面２６ａ・第２の界面２８ａは、なだらかな曲面となっており、屈曲部Ｐ２６・Ｐ２８によって、互いに屈曲して接続されている。他の構成は導波路１０と同様である。
第１の領域２３と、第２の領域２４とは、屈曲部Ｐ２６及び屈曲部Ｐ２８によって区別（区画）される領域である。また、第３の領域２５は、第１の界面２６の端部２６ｄ及び第２の界面２８の端部２８ｄによって区別（区画）される領域である。
第１の界面２６のうち、第１の界面２６ａは、第１の領域２３に含まれ、第１の界面２６ｂは、第２の領域２４に含まれている。
このように、第１の界面２６ａ及び第２の界面２８ａと、第１の界面２６ｂ及び第２の界面２８ｂとを曲面とする（湾曲させる）ことにより、第１の界面１６ａ及び第２の界面１８ａと、第１の界面１６ｂ及び第２の界面１８ｂとのように平面とした場合と比較して、端部２６ｄ・端部２８ｄ間から、屈曲部Ｐ２６・屈曲部Ｐ２８間にかけて変化する界面間距離の変化率、及び屈曲部Ｐ２６・屈曲部Ｐ２８間から端部２６ｃ・端部２８ｃ間にかけて変化する界面間距離の変化率を大きくすることができる。
このため、第１の界面２６ａ及び第２の界面２８ａと、第１の界面２６ｂ及び第２の界面２８ｂとを伝播する表面プラズモンポラリトンを、より、端部２６ｄ・端部２８ｄへと集光することができる。このため、導波路２０の出射面で得られる近接場光の強度を強くすることができる。すなわち、入射光を効率よく、スポットサイズの小さな近接場光へと変換することができる。
また、屈曲部Ｐ２６・Ｐ２８も曲面であってもよく、屈曲部Ｐ２６・Ｐ２８が表面プラズモンポラリトンの波長より十分に小さければ、導波路１０の屈曲部Ｐ１６・Ｐ１８と同様に、第１の界面２６ａ・第２の界面２８ａと、第１の界面２６ｂ・第２の界面２８ｂとの境界として認識される。つまり、端部２６ｄ・２８ｄの近傍で励起された表面プラズモンポラリトンは、屈曲部Ｐ２６・Ｐ２８で反射される。一方、屈曲部Ｐ２６・Ｐ２８が表面プラズモンポラリトンの波長より大きければ、屈曲部Ｐ２６・Ｐ２８で表面プラズモンポラリトンは反射されず、第１の界面２６ａ・第２の界面２８ａでの反射が主になる。
図８は、金属体の誘電体との界面のうち、一方の界面に屈曲部が配されている導波路３０の構成を表す図である。
導波路３０は、導波路２０の金属体２１の第１の界面２６と、第２の界面２８とのうち、第１の界面２６を１つの平面とした構成である。他の構成は、導波路２０と同様である。
つまり、金属体３１の第１の界面３６は、屈曲部が配されておらず、１つの平面からなる。そして、金属体３１の第２の界面３８には、上述した金属体２１の第２の界面２８ａ・２８ｂと対応する第２の界面３８ａ・３８ｂが配されている。
そして、第１の界面３６の一方の端部３６ｄと、第２の界面３８の一方の端部３８ｄとは接触している。
第１の領域３３と、第２の領域３４とは、屈曲部Ｐ３８によって区別（区画）される領域である。また、第３の領域５５は、第１の界面３６の端部３６ｄ及び第２の界面３８の端部３８ｄによって区別（区画）される領域である。
第２の界面３８のうち、第２の界面３８ａは、第１の領域３３に含まれ、第２の界面３８ｂは、第２の領域３４に含まれている。
また、第２の界面３８ａ・第２の界面３８ｂのそれぞれは、導波路１０のように平面であってもよい。
ここで、第２の界面３８ａ・３８ｂが曲面の場合、曲面を伝播する表面プラズモンポラリトンは、常に伝播方向を変えなければならなくなる。曲面の曲率が緩やかであれば問題ないが、曲率が急である場合は、曲面を伝播する表面プラズモンポラリトンに散乱・反射などが起こり、ロスとなってしまう。
また、導波路３０のように、金属体３１の誘電体３２との一方の界面である第２の界面３８のみが屈曲することにより、第１の界面３６と、第２の界面３８とが非対称である場合、屈曲部Ｐ３８の位置を境に、第１の界面３６と、第２の界面３８との間に作用している電界ベクトルの向きが変わることになる。これにより、第１の界面３６・第２の界面３８を伝播する表面プラズモンポラリトンにロスが生じることになる。
このため、導波路１０のように、第１の界面１６と、第２の界面１８とが対象な形状となっており、第１の界面１６ａ・１６ｂと、第２の界面１８ａ・１８ｂとが平面であり、互いに傾いて配されている構成が、最も界面を伝播する表面プラズモンポラリトンのロスの発生を防止することができる。
なお、導波路３０の場合、第２の界面３８ａの延長線と、第１の界面３６とが交わる点が位置Ｑである。そして、第１の頂角θ１は、位置Ｑを含み、第２の界面３８ａの延長線と、第１の界面３６とが成す角である。
図９は、界面間距離が最小となる端部が離れている導波路４０の構成を表す図である。
導波路４０には、金属体４１の誘電体４２との界面として、屈曲部Ｐ４３が配されている第１の界面４６と、屈曲部Ｐ４４が配されている第２の界面４８とを有する。
そして、第１の界面４６と、第２の界面４８とは接続されておらず、界面間距離が最小となるそれぞれの端部４６ｄと、端部４８ｄとは離れて配されている。他の構成は、導波路２０と同様である。
導波路４０では、界面間距離が最小となるそれぞれの端部４６ｄ・４８ｄ間近傍に表面プラズモンポラリトンが集中し、近接場光が出射される。
図１０は、導波路１０の第１の領域１３の構成が非対称と成っている導波路の構成を表す図である。
図１０の導波路１０ｂの金属体１１ｂに示すように、第１の界面１６ａと、第２の界面１８ａとが非対称となっていてもよい。この場合、第１の界面１６ａ・第２の界面１８ａの延長線は、Ｙ軸上では交わらず、Ｙ軸からずれた位置Ｑ２で交わることになる。
なお、本実施形態においては、入射光をＺ軸に垂直な面に照射したが、Ｙ軸に垂直な面に照射してもよい。また、いずれの場合でも、面に対して傾いて照射されてもよい。
ここで、界面間距離や、屈曲部について、特に、第１の界面および第２の界面の少なくとも一方が曲面となっており、第１の頂角θ１や第２の頂角θ２を判断するのが困難な場合、次のように考えることができる。
Ｙ軸に対して、非対称な場合の導波路の一例として、導波路３０の構成に基づいて説明する。
図２１は、導波路３０における界面間距離、及び屈曲部を説明するための図である。
位置Ｙ１は、端部３６ｃ・３８ｃのＹの位置であり、位置Ｙ２は、端部３６ｄ・３８ｄのＹの位置である。
導波路３０の第１の界面３６と第２の界面３８の両方に接する円（球）Ｓ３０を考える。
端部３６ｃ・３８ｃから、端部３６ｄ・３８ｄへ向かうにつれ、円Ｓ３０の半径は次第に小さくなっていく。この円Ｓ３０の中心ＳＯ３０をつなぐ線は、広い意味で第１の界面３６と第２の界面３８とがなす角の二等分線と言える。
図２１に、円Ｓ３０の中心ＳＯ３０をつなぐ線を一点鎖線で示した。ここでは、簡単のため３つの円を示したが、実際には円Ｓ３０は無数にあることになる。
この円Ｓ３０の中心ＳＯ３０をつなぐ線上の各点において、当該線に垂直な方向で、第１の界面３６から第２の界面３８までの距離が、第１の界面３６と第２の界面３８との界面間距離であると言える。
また、このようにして得た界面間距離、またはこの変化率の変極点が、屈曲部に対応する。
この界面間距離と、この変化率（Ｙ軸方向の距離に対する微分値）を図２２（ａ）（ｂ）に示す。
図２２（ａ）は導波路３０のＹ軸方向に対する界面間距離を表す図であり、図２２（ｂ）は図２２（ａ）の界面間距離の変化率の様子を表す図である。
図２２（ａ）（ｂ）に示すように、位置Ｙ１から位置Ｙ２に向かうにつれて、次第に界面間距離が小さくなっており、位置ＹＯにて、界面間距離の変化率が変極点を持つことがわかり、位置Ｙ０が屈曲部Ｐ３８の位置であると判断できる。
次に、Ｙ軸に対して、対称な場合の導波路の一例として、導波路２０の構成に基づいて説明する。Ｙ軸に対して対称な形状の導波路の場合も、上述したように、Ｙ軸に対して非対称な形状の導波路３０と同様に説明することができる。
図２３は、導波路２０における界面間距離、及び屈曲部を説明するための図である。
位置Ｙ１は、端部２６ｃ・２８ｃのＹの位置であり、位置Ｙ２は、端部２６ｄ・２８ｄのＹの位置である。円（球）Ｓ２０は、導波路２０の第１の界面２６と第２の界面２８の両方に接する。
端部２６ｃ・２８ｃから、端部２６ｄ・２８ｄへ向かうにつれ、円Ｓ２０の半径は次第に小さくなっていく。この円Ｓ２０の中心ＳＯ２０をつなぐ線も、広い意味で第１の界面２６と第２の界面２８とがなす角の二等分線と言える。
図２３では、円Ｓ２０の中心ＳＯ２０をつなぐ線はＹ軸である。なお、実際には円Ｓ２０は無数にあることになる。
この円Ｓ２０の中心ＳＯ２０をつなぐ線上の各点において、当該線に垂直な方向で、第１の界面２６から第２の界面２８までの距離が、第１の界面２６と第２の界面２８との界面間距離であると言える。
また、このようにして得た界面間距離、またはこの変化率の変極点が、屈曲部に対応する。
図２３の場合、Ｙ軸が第１の界面２６と第２の界面２８とがなす角（図２３のθ３）の二等分線であり、これに直交するＸ軸の方向で、第１の界面２６から第２の界面２８までの距離を、第１の界面２６と第２の界面２８との界面間距離とすることができる。
この界面間距離と、この変化率（Ｙ軸方向の距離に対する微分値）とは、図２２（ａ）（ｂ）に示したグラフと同様に表すことができる。
図２２（ａ）（ｂ）に示したように、導波路２０でも、位置Ｙ１から位置Ｙ２に向かうにつれて、次第に界面間距離が小さくなり、位置ＹＯにて、界面間距離の変化率が変極点を持つことがわかり、位置Ｙ０が屈曲部Ｐ２６・Ｐ２８の位置であると判断できる。
このようなグラフを他の形状の導波路１０・４０・１０ｂ（図２、図８、図９、図１０）についても描くことにより、同様に屈曲部の位置の判断が可能である。
（導波路の製造方法）
次に、図１１（ａ）〜（ｄ）を用いて、本実施の形態に係るの導波路１０の製造方法について説明する。図１１（ａ）はフォトレジストを塗布した金属体を表す図であり、（ｂ）は（ａ）のフォトレジストにマスク露光を行なっている様子を表す図であり、（ｃ）は（ｂ）のフォトレジストをパターニングした様子を表す図であり、（ｄ）は（ｃ）のフォトレジストを取り除いた金属体の様子を表す図である。
なお、図１１（ａ）〜（ｄ）は、−Ｙ方向から導波路１０を見た図である。
まず、図１１（ａ）に示すように、金属体１１となる金属材１１ａの一面に、フォトレジスト６をスピンコーター等により塗布する。図１１（ｂ）に示すように、金属体１１の断面形状（Ｘ‐Ｙ平面に平行な面の断面形状）に対応したマスク７を用いて、金属材１１ａに塗布したフォトレジスト６を露光および現像すると、フォトレジスト６はマスク７に対応する形状にパターニングされる。図１１（ｃ）に示すように、パターニングされたフォトレジスト６をマスクとして、金属材１１ａをエッチングすると、フォトレジスト６に対応した形状に金属材１１ａがパターングされる。図１１（ｄ）に示すように、フォトレジスト６を取り除くことにより、金属体１１が形成される。誘電体１２が空気の場合は、これにより導波路１０は完成する。
また、誘電体１２に空気以外の材料を用いる場合は、図１１（ｃ）に示すパターングされたフォトレジスト６上から、誘電材料をスパッタまたは蒸着することにより成膜した後、フォトレジスト６と、誘電材料を取り除くことにより、導波路１０が形成される。
また、上述と同様の方法で、誘電材料の一部をエッチングすることで、先に誘電体１２を形成してから、金属体１１を形成することにより導波路１０を形成してもよい。また、金属体１１または誘電体１２を基板に製膜したのち、上述の工程を行ってもよい。
なお、上述の工程は、Ｚ方向から行ってもよいし、Ｙ方向から異方性エッチングを用いて導波路１０を製造してもよい。
エッチングには、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。また、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。さらに、エッチングの代わりにＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ ｉｏｎ ｂｅａｍ）や電子線露光や、ナノインプリントによるプロセスを用いてもよい。
（記録ヘッド）
次に、図１２、図１３を用いて、導波路１０を備える記録ヘッドについて説明する。
図１２は、導波路１０を備える記録ヘッド５０の構成を表す斜視図である。
記録ヘッド５０は、少なくとも導波路１０と光源５１とスライダ５２とからなっている。
光源５１は、小型化のために半導体レーザが好ましい。波長は導波路１０にて表面プラズモンポラリトンを励起できるように選ぶため、主に金属体１１の金属膜材料との組み合わせで選択するのが好ましい。
記録ヘッド５０では、光源５１は、導波路１０に対して、直線偏光の光を入射させる。
光源５１が照射する直線偏光の偏光方向は、導波路１０の第１の界面１６・第２の界面１８に対して垂直な断面における、第１の界面１６・第２の界面１８からの距離が等しい点を結ぶ直線（図２に示すＹ軸）に対して垂直な方向（Ｘ軸方向）である。
これにより、光源５１は、導波路１０の第１の界面１６・第２の界面１８で表面プラズモンポラリトンを伝播させ、強い強度の近接場光を得ることができる。このため、例えば、近接場光スポットを媒体に対して照射する場合、Ｓ／Ｎ比が高いマークを記録することができる。なお、他の偏光方向を含んでいてもよいが、光源５１は、少なくともＸ軸方向の偏光成分が含まれていればよい。
さらに、導波路１０が、例えば図１０の導波路１０ｂのように、Ｙ軸に対して非対称である場合、光源５１の偏光方向は、第１の界面１６ａ・第２の界面１８ａからの距離が等しい点を結ぶ直線（図１０の破線Ｒ）に対して垂直な方向であってもよい。
スライダ５２の材料は、ＡｌＴｉＣが好ましいが、光源５１を構成する材料の１つでもよい。スライダ５２の一面には、媒体上を安定に浮上するために空気流および空気圧を制御するための凹凸（ＡＢＳ）が形成されている。
導波路１０と光源５１とスライダ５２とは、図１２に示すように、小型化のために一体化されていることが好ましい。また、光源５１の出射面に導波路１０が形成されていることが好ましい。
スライダ５２の一面に光源５１が配されており、その光源５１の出射面に導波路１０が配されている。導波路１０の出射面は、スライダ５２に配されているＡＢＳを含む同一平面上か、それより媒体側に出ているのが好ましい。これにより、導波路１０で発生させる近接場光を、十分短い距離で媒体に照射することができる。
光源５１と導波路１０との間には、屈折率制御や密着性向上、光源５１のショート防止などのため、別の膜を設けてもよい。また、導波路１０の出射面に、保護膜を設けてもよい。
また、光源５１と導波路１０は一体化されていなくてもよく、間に別の導波路やレンズ、プリズムなどの光学系などを設けてもよい。この場合、光源５１は、スライダ５２のうち、導波路１０が形成される面とは別の面に形成することができる。
記録ヘッド５０は、媒体のトラック方向に対して図１などで示した導波路１０のＹ軸方向が平行であっても、垂直であってもよい。
なお、この導波路１０に電流を流すと、特許文献１で説明されているように、近接場光とほぼ同じ位置に磁界を発生させることができる。よって、高効率で作成容易な光アシスト磁気記録ヘッドとなる。
図１３は、記録ヘッド５６の構成を表す図である。
記録ヘッド５６は、磁界を発生させることで、媒体に磁気記録を行う光アシスト磁気記録ヘッドである。
記録ヘッド５６は、光源５１が、スライダ５２のＡＢＳが配されている面とは逆側の面から突出して配されており、この突出している部分の光源５１の側面に、再生素子５４が形成されており、さらに、光源５１の端面には導波路１０が配されている。そして、導波路１０の再生素子５４が配されている側とは逆側の端面に磁気ポール（磁界発生部）５３が配されている。つまり、スライダ５２が配されている側から順に、再生素子５４、導波路１０、磁気ポール５３が配されている。
再生素子５４、導波路１０、磁気ポール５３の配置順は上記に限らず、磁界と近接場光による熱の強度分布とが媒体上で重なればよい。
磁気ポール５３は、導波路１０の界面間距離が最小となる端部１６ｄ・１８ｄの出射面の近傍に磁界を発生させるものである。
本記録ヘッド５６では、光源５１から出射された光は、導波路１０の第１の界面１６ａ・第２の界面１８ａ側から入射される。つまり、光源５１は、導波路１０に対して、図２に示すＹ軸−方向から＋方向に向けて光を照射する。
なお、図１３に示す記録ヘッド５６での導波路１０の入射面は、ＸＺ平面に平行な方向の断面である。
記録ヘッド５６の構成によると、磁気ポール５３から導波路１０に対して電流を流すことで、導波路１０から出射される近接場光とほぼ同じ位置に磁界を発生させることができる。
（記録装置）
次に、図１４を用いて、本実施の形態に係る記録ヘッドを用いて光記録を行う記録装置７０について説明する。なお、本実施の形態に係る記録装置７０は、上述した記録ヘッド５０・５５に適用することが可能である。以下の説明では、記録ヘッド５０・５５を用いた記録装置７０について説明する。
図１４は、本実施の形態に係る記録ヘッド５０・５５を用いた記録装置７０の構成を表す図である。
記録装置７０は、図１４に示すように、スピンドル６１と、駆動部５９と、制御部６０とを備えている。記録装置７０は、少なくとも光を利用して、記録媒体６７に情報を記録するためのものである。
スピンドル６１は、記録媒体６７を回転させるスピンドルモータに相当するものである。
駆動部５９は、アーム５７と、回転軸５８と、スライダ５２とを備えている。アーム５７は、ディスク形状の記録媒体６７の略半径方向にスライダ５２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５７は、回転軸５８によって支持されており、回転軸５８を中心に回転することが可能となっている。スライダ５２は、記録媒体６７に対して、設計された距離を保って浮上するためのものである。本発明の記録ヘッド５０・５５は、スライダ５２に搭載され、記録媒体６７に光スポットを照射する。
制御部６０は、制御回路６２と、アクセス回路６３と、記録用回路６４と、スピンドル駆動回路６５とを備えている。アクセス回路６３は、スライダ５２を記録媒体６７の所望の位置に走査するために、駆動部５９におけるアーム５７の回転位置を制御するためのものである。記録用回路６４は、記録ヘッド５０・５５の光源５１の強度および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６５は、記録媒体６７の回転駆動を制御するためのものである。制御回路６２は、アクセス回路６３、記録用回路６４およびスピンドル駆動回路６５を統括的に制御するためのものである。
次に、記録装置７０の動作について図１４を参照して説明する。
記録装置７０が記録媒体６７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６０中のスピンドル駆動回路６５は、記録媒体６７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６０中のアクセス回路６３は、駆動部５９を動かすことによって、上述したスライダ５２を記録媒体６７上の所望の場所へと走査する。
記録用回路６４は、決められた強度および時間間隔で光源５１を発光させる。具体的には、記録用回路６４は、光源５１を発光させることにより、導波路１０に光が照射され、近接場光スポットが発生し、記録媒体６７へ照射される。光だけでなく磁界も利用する場合には、記録用回路６４は、磁界の強度および時間間隔を制御し、記録媒体６７に対して磁界を照射する。このとき、光源５１は、磁界と同様の時間制御をしてもよいし、照射し続けてもよい。
以上のようにして光源５１の発光に対応した強さ、時間間隔で発生する光スポットにより、記録媒体６７にマークが記録される。制御回路６２では、光源５１の発光、駆動部５９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。
記録媒体６７は、光によって記録される光記録媒体であり、相変化媒体を用いればよく、その場合、記録媒体６７の記録層が光スポットにより昇温されると、結晶相からアモルファス相へと変化し、記録マークとなる。また、記録媒体６７は、光と磁界によって記録される磁気記録媒体であってもよく、その場合、記録媒体６７の記録層が光スポットにより昇温されると同時に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、記録マークとなる。本願の構成では、既に述べたように、導波路１０に電流を流すことにより、端部１６ｄ（端部１８ｄ）近辺の近接場光スポットとほぼ同じ位置に、磁界を発生させることができる。電流の流す方向により、記録媒体６７へ印加される磁界の方向を上向きまたは下向きに制御することができる。
また、記録媒体６７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光スポットの強度に依存する。つまり、照射される光スポットの強度が強いと、記録媒体６７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。
〔実施の形態２〕
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本発明の一実施形態に係る導波路８０について、図１８〜２０を参照して説明すると以下の通りである。なお、本実施形態の説明では、第１の実施形態と異なる点について説明する。また、説明の便宜上、前記実施の形態１にて説明した図面と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
（導波路の構成）
まず、図１８を用い、本実施の形態に係る導波路８０の構成について説明する。
図１８は、本実施形態に係る導波路８０の入射面を表す図である。
第１の実施形態において導波路１０は、第１の界面１６ａ及び第２の界面１８ａによる界面間距離の＋Ｙ方向に減少する割合が、第１の界面１６ｂ及び第２の界面１８ｂによる界面間距離の＋Ｙ方向に減少する割合より大きくなっていた。
一方、本実施の形態の導波路８０では、第１の界面１６ａ及び第２の界面１８ａの界面間距離が＋Ｙ方向に向かうにつれ次第に減少する割合は、第１の界面１６ｂ及び第２の界面１８ｂの界面間距離が＋Ｙ方向に向かうにつれ次第に減少する割合より小さくなっている。すなわち、導波路８０では、第１の領域１３における第１の界面１６ａ・第２の界面１８ａの界面間距離の変化率が、第２の領域１４における第１の界面１６ｂ・第２の界面１８ｂの界面間距離の変化率と比べて小さい。よって、第１の頂角θ１が第２の頂角θ２よりも小さくなっている。
（近接場光について）
次に、本実施形態の導波路８０でも、屈曲部Ｐ１６・Ｐ１８を設けることによって、得られる近接場光強度が強くなることを示す。本実施形態の導波路８０で生成される近接場光について、ＦＤＴＤ法（finite-difference time-domain method）を用いたシミュレーション結果である、図１９、２０を参照して説明する。
シミュレーションでは、金属体１１の材料を金、誘電体１２の材料を空気、第１の頂角θ１を５°、第２の頂角θ２を１０°とした。位置ＹＯは、Ｙ方向−１０００（ｎｍ）の位置としている。導波路８０の膜厚は５００ｎｍである。
また、入射光は、波長７８０ｎｍで、半導体レーザの放射角の一例として、１/ｅ２となる角度がＸ方向に１０°、Ｙ方向に２０°であるガウス分布とし、入射面の端部１６ｄ（端部１８ｄ）の位置に強度中心を設定してシミュレーションした。また、入射光の偏光方向はＸ軸方向としている。
図１９は、出射面（ＸＹ平面）におけるＹ方向の距離に対する表面プラズモンポラリトンの強度分布を示す図である。図１９の実線（屈曲部あり）は本実施の形態に係る導波路８０、破線（屈曲部なし）はθ１、θ２ともに１０°（すなわち導波路８０の第１の界面１６・第２の界面１８を平面とした）導波路（不図示）の結果である。
図１９より、第１の領域１３と第２の領域１４を備える導波路８０（屈曲部あり）は、屈曲部Ｐ１６・Ｐ１８のない導波路（屈曲部なし）に比べて強い強度が得られることがわかる。
よって、本実施の形態に係る導波路８０のように、金属体１１の誘電体１２との第１の界面１６・第２の界面１８を、第１の界面１６ａ・第２の界面１８ａと、第１の界面１６ａ・第２の界面１８ａに対して屈曲して配される第１の界面１６ｂ・第２の界面１８ｂとからなる構成にすることで、θ１がθ２よりも小さい場合でも、作成が容易な程度に膜厚が十分薄く、かつ、入射光を効率よく、スポットサイズの小さな近接場光へ変換できる。
図１９の例では、導波路８０の膜厚を５００ｎｍとした場合の結果を示したが、特許文献２および特許文献３のような導波路（光導波路）として用いる場合でも、Ｙ０、θ１、θ２といった構造パラメータを調整することによって、導波路の出射面で強い強度が得られる。従って、導波路の長さ（Ｚ方向の距離）に依らず、金属体１１の誘電体１２との第１の界面１６・第２の界面１８は、第１の界面１６ａ・第２の界面１８ａと、第１の界面１６ｂ・第２の界面１８ｂとが屈曲して配された構成が好ましいことがわかる。
図１８に示したように、導波路８０は、第１の界面１６・第２の界面１８の界面間距離が、端部１６ｃ・１８ｃから端部１６ｄ・１８ｄにかけて減少していく割合の変化量は、屈曲部Ｐ１６・Ｐ１８を除いて一定である。つまり、導波路８０のＸ-Ｙ平面に平行な方向の断面形状では、第１の界面１６ａ・第２の界面１８ａと、第１の界面１６ｂ・第２の界面１８ｂとが直線となっているので、導波路８０の断面形状は、Ｖ字型の傾斜が２段階となった形状をしているとも表現できる。
導波路８０の構成によると、第１の領域１３と第２の領域１４とで、界面間距離がより広い第１の領域１３において、界面間距離の変化率が小さい。このため第１の領域１３でも、界面間距離が入射光の波長以下となる領域を広くすることができる。このため、第１の領域１３のうち、入射光をそのまま透過させてしまう領域をなくすことができる。または、このように、入射光をそのまま透過してしまう領域を小さくかつ近接場光が発生する領域から離すことができる。よって、導波路８０の構成によると、得られる近接場光に対するバックグラウンドノイズをなくす、または影響を小さくすることができる。
しかし、上述の通り、導波路８０では、金属体１１の誘電体１２との界面である第１の界面１６・第２の界面１８は、屈曲部Ｐ１６・Ｐ１８もしくは、第１の界面１６ａ・第２の界面１８ａ内で表面プラズモンポラリトンが反射される構成であればよい。
図２０は、本実施の形態に係る導波路８０の出射面での近接場光の強度分布を示す図である。図２０に示すように、近接場光スポットは、５０ｎｍ径以下の微小な近接場スポットになっていることがわかる。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明の導波路は、入射光を近接場光に変換する導波路が、金属体に挟まれた誘電体からなり、該導波路断面において、誘電体を挟む金属体間距離が減少する領域を含み、かつその減少する割合が変極点を持つことを特徴としている。
上記構成によると、変極点で表面プラズモンポラリトンが反射されることにより、金属体間距離が小さくとなる方向に戻る。よって、金属体間距離が最小となる位置近辺で生成される微小近接場光スポットの強度が強くなる。すなわち、入射光を効率よく、スポットサイズの小さな近接場光へ変換できる。
本発明の導波路は、さらに、該誘電体を挟む金属体間距離が減少する領域において、
変極点より金属体間距離が小さい領域で金属体間距離が減少する割合に対して、変極点より金属体間距離が大きい領域で金属体間距離が減少する割合が大きいことを特徴としている。
上記構成によると、変極点および変極点より金属体間距離が大きい領域で表面プラズモンポラリトンが反射されることにより、金属体間距離が小さくとなる方向に戻る。よって、金属体間距離が最小となる位置近辺で生成される微小近接場光スポットの強度が強くなる。すなわち、入射光を効率よく、スポットサイズの小さな近接場光へ変換できる。
本発明の導波路は、さらに、該導波路断面において、誘電体を挟む金属体間距離が減少し、最終的に接続されることを特徴としている。
上記構成によると、金属体間距離が最小となる位置近辺でできる近接場光スポットのサイズは、その金属体間距離に依存するため、近接場光スポットのサイズを小さくすることができる。
本発明の導波路は、さらに、該導波路断面における、変極点を除く誘電体を挟む金属体間距離が減少する領域において、誘電体と金属体の境界が直線的であることを特徴としている。
上記構成によると、金属体間を作用する表面プラズモンポラリトンの電界成分が常に一定方向となるため、誘電体と金属体の境界面を伝播する表面プラズモンポラリトンのロスが小さくなり、得られる近接場光スポットの強度が強くなる。すなわち、入射光を効率よく、スポットサイズの小さな近接場光へ変換できる。
本発明の導波路は、さらに、該誘電体を挟む金属体間距離が減少する領域において、金属体間距離が減少する方向が同一であることを特徴としている。
上記構成によると、金属体間を作用する表面プラズモンポラリトンの電界成分が常に一定方向となるため、誘電体と金属体の境界面を伝播する表面プラズモンポラリトンのロスが小さくなり、得られる近接場光スポットの強度が強くなる。すなわち、入射光を効率よく、スポットサイズの小さな近接場光へ変換できる。
本発明の導波路は、さらに、金属体の材料が、金、銀、銅、プラチナ、クロム、アルミニウムのいずれかを主成分とすることを特徴としている。
上記構成によると、誘電体と金属体の境界面を伝播する表面プラズモンポラリトンの励起強度が大きくなり、得られる近接場光スポットの強度が強くなる。すなわち、入射光を効率よく、スポットサイズの小さな近接場光へ変換できる。
本発明の導波路は、さらに、入射光が、該誘電体を挟む金属体間距離が減少する領域に照射され、該照射領域内の該誘電体を挟む金属体間距離が減少する方向のうち、少なくとも一方向に対して、垂直な偏光方向で入射されることを特徴としている。
上記構成によると、誘電体と金属体の境界面を伝播する表面プラズモンポラリトンの励起強度が大きくなり、得られる近接場光スポットの強度が強くなる。すなわち、入射光を効率よく、スポットサイズの小さな近接場光へ変換できる。
本発明の記録ヘッドは、少なくとも光源と、前述の導波路を備えることを特徴としている。
上記構成によると、光源の放射する光を導波路の誘電体を挟む金属体間距離が最小となる位置近辺に集中させることができ、強い強度の近接場光スポットが得られるため、Ｓ/Ｎの高いマークを記録できる。
本発明の記録ヘッドは、さらに、光源と導波路が一体化されていることを特徴としている。
上記構成によると、ヘッドが小型になるとともに、余計な光学系がないため、光軸ずれなどの経時変化が起こりにくい。また、コストがかからない。
本発明の記録ヘッドは、さらに、導波路の金属に電流を流すことにより、出射面の金属体間距離が最小となる位置に、磁界を発生させることを特徴としている。
上記構成によると、出射面の金属体間距離が最小となる位置近辺に、近接場光と磁界を発生できるため、光アシスト磁気記録により、小さなマークを記録でき、高密度な記録ができる。
本発明の記録装置は、前述のいずれかの記録ヘッドを備えることを特徴としている。
上記構成によると、Ｓ/Ｎの高いマークを記録できる記録装置、または小型で経時変化が小さく低コストの記録装置、または高密度な光アシスト磁気記録が可能となる。
本発明は以上のように、入射光を近接場光に変換する導波路が、金属体に挟まれた誘電体からなり、該導波路断面において、誘電体を挟む金属体間距離が減少する領域を含み、かつその減少する割合が変極点を持つことを特徴としている。
その結果、入射光を効率よく、スポットサイズの小さな近接場光へ変換し、レーザの直後に形成される場合でも、その膜厚が十分薄く、作成が容易な導波路を提供することが可能となる。
本発明は、記録媒体に対して光記録を行う記録装置に好適に用いることができる。
１０・１０ｂ・２０・３０・４０・８０ 導波路
１１ 金属体
１２ 誘電体
１３ 第１の領域
１４ 第２の領域
１６ 第１の界面
１６ｃ 端部（一方の端部）
１６ｄ 端部（他方の端部）
１８ 第２の界面
１８ｃ 端部
１８ｄ 端部
５０・５６ 記録ヘッド
５１ 光源
５３ 磁気ポール（磁界発生部）

Claims (14)

  1. 入射光を近接場光に変換する導波路であって、
    上記導波路は、金属材料からなる金属体と、誘電材料からなる誘電体とからなり、
    上記金属体は、上記誘電体を狭んで配されている第１及び第２の界面を含み、
    上記第１の界面と、上記第２の界面とは、一方の端部から他方の端部にかけて、互いの距離である界面間距離が小さくなるように配されており、
    上記第１及び第２の界面を挟み当該第１及び第２の界面によって互いの位置が規定されている二つの面のうち一方を上記入射光の入射面とし、
    上記第１の界面と、上記第２の界面とのうち、少なくとも一方は、屈曲部により上記界面間距離の変化率が変化するよう屈曲されており、
    上記誘電体を狭む金属体と、当該金属体によって挟まれている誘電体とを含む領域であり、上記屈曲部によって区別される第１の領域及び第２の領域が配されており、上記界面間距離は、上記第１の領域と比べて、上記第２の領域の方が狭くなっており、
    上記第１の領域における上記第１及び第２の界面の界面間距離の変化率は、上記第２の領域における上記第１及び第２の界面の界面間距離の変化率と比べて大きいことを特徴とする導波路。
  2. 上記第１の界面及び上記第２の界面の上記一方の端部間では、上記界面間距離が最大となっており、上記第１の界面及び上記第２の界面の上記他方の端部間では、上記界面間距離が最小となっていることを特徴とする請求項１に記載の導波路。
  3. 上記第１及び第２の界面の界面間距離の変化率が、上記屈曲部を境に異なっていることを特徴とする請求項１又は２に記載の導波路。
  4. 上記第１の界面と、上記第２の界面とは、上記界面間距離が最小となる端部を含む互いの成す角が鋭角となるように配されていることを特徴とする請求項２に記載の導波路。
  5. 上記第１及び第２の界面は、上記界面間距離が最小となる端部で接触していることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の導波路。
  6. 上記第１の領域における第１及び第２の界面と、上記第２の領域における第１及び第２の界面とは平面であり、互いに傾いて配されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の導波路。
  7. 上記第１の領域における第１及び第２の界面と、上記第２の領域における第１及び第２の界面とは、曲面であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の導波路。
  8. 上記屈曲部は、上記第１の界面と、上記第２の界面との両方に配されており、
    上記第１の界面と、上記第２の界面とは、対称な形状となっていることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の導波路。
  9. 上記金属体の金属材料は、金、銀、銅、プラチナ、クロム、アルミニウムのいずれかを主成分としていることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の導波路。
  10. 請求項１〜９の何れか１項に記載の導波路と、当該導波路に対して直線偏光の光を入射させるための光源とを備えたことを特徴とする記録ヘッド。
  11. 上記光源は、上記界面間距離が最小となる端部を含んで、上記導波路に対して直線偏光の光を入射させ、
    上記直線偏光の偏光方向は、上記第１及び第２の界面に対して垂直な断面における、上記第１の領域または上記第２の領域の上記第１及び第２の界面からの距離が等しい点を結ぶ直線に対して垂直な方向の偏光方向を少なくとも含むことを特徴とする請求項１０に記載の記録ヘッド。
  12. 上記光源と、上記導波路とは一体化して形成されていることを特徴とする請求項１０または１１に記載の記録ヘッド。
  13. 上記導波路に含まれている上記金属体に電流を流すことにより、上記界面間距離が最小となる端部間の上記導波路の出射面の近傍に磁界を発生させる磁界発生部を備えていることを特徴とする請求項１０〜１２の何れか１項に記載の記録ヘッド。
  14. 請求項１０〜１３の何れか１項に記載の記録ヘッドを備えていることを特徴とする記録装置。
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