JP5676349B2 - 光学素子 - Google Patents
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Description
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
ここで、kspは、導電性薄膜と誘電体の界面に生じる表面プラズモンの波数ベクトル、kxは、入射光の、導電性薄膜の面内方向、すなわち接線方向における波数ベクトル成分、Gは、周期構造の逆格子ベクトル(G=2π/P1)、iは、任意の整数である。
ここで、ωは入射光の角振動数、cは光の速度、εmは導電性薄膜の誘電率、εdは導電性薄膜に隣接する誘電媒体の誘電率を表し、εm<0、|εm|>εdの関係にある。
ここで、mは、一般に任意の整数で成り立つが、強いブラッグ反射の効果を得るためには、通常、mは奇数に限定される。さらに、表面プラズモン・ポラリトンが伝搬距離に応じて減衰していくことを考慮すると、mは小さいほうが、効率が高く、m=1が効率の面からは好ましい。一方、製造上における微細構造の形成の困難さからm=1を選択することが困難である場合、m=3を選択することが望ましい。
この式から、P2/P1=m/2の関係にあるとき、入射光が効率良く開口を通じて伝送されることが分かる。
次に、本発明の第2の実施の形態について、図11乃至図13を参照して説明する。
ここで、mは一般に任意の整数で成り立つが、第3の周期的表面形状の垂直方向への回折を抑制するためには、mは奇数に限定される。さらに、表面プラズモン・ポラリトンが伝搬距離に応じて減衰していくことを考慮すると、mは小さいほうが、効率が高く、m=1が効率の面からは好ましい。一方、製造上における微細構造の形成の困難さからm=1を選択することが困難である場合、m=3を選択することが望ましい。
ここで、ndはεd1/2である。
(周期的表面形状を有する素子の出射側の開口から約20nm離れた位
置における光強度)
/(周期的表面形状の周期長P3=600nmを有する素子の出射側の
開口から約20nm離れた位置における光強度) (式9)
図17は、本発明の光学素子を用いて構成する光ヘッドの一実施形態を示したものである。
20 導電性薄膜
20a 第1の表面
20b 第2の表面
30 開口
40a 第1の周期的表面形状
40b 第2の周期的表面形状
40c 第3の周期的表面形状
50 フォーカスレンズ
60 コリメータレンズ
70 全反射ミラー
80 レーザ
100 光ファイバ
150 光記録媒体
200 光ヘッド
310 回転軸
320 サスペンション
330 ヘッドアクチュエータ
340 光記録媒体
410 光ファイバ
510 プローブ
520 試料
530 光検出器
Claims (22)
- 第1および第2の表面を有するとともに、前記第1の表面から前記第2の表面に連通する少なくとも一つの開口と、前記第1および前記第2の表面の少なくとも一つの表面に設けられた周期的表面形状とを有する導電性薄膜を備え、前記第1の表面に入射し前記開口を通じて前記第2の表面側へ伝送される光の強度が、前記周期的表面形状がない場合に比べて増強される光学素子であって、
前記周期的表面形状が、周期長の異なる第1および第2の周期的表面形状を有し、前記第1の周期的表面形状によって励起される表面プラズモン・ポラリトンが、前記第2の周期的表面形状によって奇数次ブラッグ反射されるように構成されていることを特徴とする光学素子。 - 前記開口を通じて伝送される光の強度が、前記第2の周期的表面形状がない素子の開口を通じて伝送される光の強度に比べて、20%以上増大することを特徴とする請求項1に記載の光学素子。
- 前記第1および第2の周期的表面形状が、前記第1または第2の表面の同一面上にあることを特徴とする請求項1又は2に記載の光学素子。
- 前記第1の周期的表面形状が前記第1の表面に前記光の入射する領域に対応するよう配置されており、かつ前記第2の周期的表面形状が、前記第1の周期的表面形状の外側に配置されていることを特徴とする請求項1,2又は3に記載の光学素子。
- 前記第1の周期的表面形状が設けられた領域が、前記光の入射する領域よりも広いことを特徴とする請求項4に記載の光学素子。
- 第1および第2の表面を有するとともに、前記第1の表面から前記第2の表面に連通する周期的に設けられた複数の開口を有する導電性薄膜を備え、前記第1の表面に入射し前記複数の開口を通じて前記第2の表面側へ伝送される光の強度が、前記複数の開口が周期的ではない場合に比べて増強される光学素子であって、
前記周期的に設けられた複数の開口を第1の周期的開口とし、
前記第1の周期的開口の周期長とは異なる周期長で形成された、前記第1の表面から前記第2の表面に連通する前記複数の開口とは異なる別の複数の開口からなる第2の周期的開口あるいは前記第1及び前記第2の表面のいずれか一方に周期的に形成された周期的表面形状を備え、
前記第1の周期的開口によって励起される表面プラズモン・ポラリトンが、前記第2の周期的開口あるいは前記周期的表面形状によって奇数次ブラッグ反射されるように構成されていることを特徴とする光学素子。 - 前記第1の周期的開口から伝送される光の強度が、前記第2の周期的開口あるいは前記周期的表面形状がない素子の周期的開口から伝送される光の強度に比べて、20%以上増大することを特徴とする請求項6に記載の光学素子。
- 前記第1の周期的開口が前記光が入射する領域に対応するように配置されており、かつ前記第2の周期的開口あるいは前記周期的表面形状が、前記第1の周期的開口の外側に配置されていることを特徴とする請求項6又は7に記載の光学素子。
- 前記第1の周期的開口が設けられた領域が、前記光が入射する領域よりも広いことを特徴とする請求項8に記載の光学素子。
- 第1および第2の表面を有するとともに、前記第1の表面から前記第2の表面に連通する少なくとも一つの開口と、前記第1および前記第2の表面に設けられた複数の周期的表面形状とを有する導電性薄膜を備え、前記第1の表面に入射し前記開口を通じて前記第2の表面側へ伝送される光の強度が、前記周期的表面形状がない場合に比べて増強される光学素子であって、
前記複数の周期的表面形状として、前記第1の表面に設けられた互いに周期長の異なる第1および第2の周期的表面形状と、前記第2の表面に設けられた第3の周期的表面形状とを有し、
前記第1の周期的表面形状によって励起される表面プラズモン・ポラリトンが、前記第2の周期的表面形状によって奇数次ブラッグ反射され、かつ
前記第3の周期的表面形状における表面プラズモン・ポラリトンが、当該第3の周期的表面形状において奇数次ブラッグ反射されるように構成されていることを特徴とする光学素子。 - 前記開口の開口径が、前記入射する光の波長より小さいことを特徴とする請求項1乃至5及び10のいずれか一つに記載の光学素子。
- 前記第1の周期的開口の開口径、及び前記第2の周期的開口を有する場合には第2の周期的開口径、が、前記入射する光の波長より小さいことを特徴とする請求項6乃至9のいずれか一つに記載の光学素子。
- 前記第1の周期的表面形状及び前記第2の周期的表面形状のそれぞれが、同心円状に形成されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに一つに記載の光学素子。
- 前記第1の周期的表面形状、前記第2の周期的表面形状及び前記第3の周期的表面形状のそれぞれが、同心円状に形成されていることを特徴とする請求項10に記載の光学素子。
- 前記第1の周期的開口及び前記第2の周期的開口あるいは周期的表面形状のそれぞれが、同心円状に配置又は形成されていることを特徴とする請求項6乃至9のいずれかに一つに記載の光学素子。
- 前記第1の周期的表面形状及び前記第2の周期的表面形状のそれぞれが、前記開口を中心として周期配列されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一つに記載の光学素子。
- 前記第1の周期的表面形状、前記第2の周期的表面形状及び前記第3の周期的表面形状のそれぞれが、前記開口を中心として周期配列されていることを特徴とする請求項10に記載の光学素子。
- 前記第2の周期的開口あるいは周期的表面形状が、前記第1の周期的開口を中心として周期配列されていることを特徴とする請求項6乃至9のいずれか一つに記載の光学素子。
- 光源からの光によって光記録媒体に情報を記録する光ヘッドであって、前記光源の出力光を導波する導波手段と、該導波手段により導波された光を集光する集光手段と、該集光手段により集光された光の一部を前記光記録媒体に照射する請求項1乃至18のいずれか一つに記載された光学素子とを備え、
前記光学素子の開口が前記光記録媒体に近接して配設される
ことを特徴とする光ヘッド。 - 光源からの光によって光記録媒体に情報を記録する光ヘッドを備えた光記録装置であって、
前記光ヘッドが、請求項19に記載の光ヘッドであることを特徴とする光記録装置。 - 光源からの光の、特定の波長の光のみを集光させる集光装置において、
請求項1乃至18のいずれか一つに記載の光学素子を備え、前記光源からの光を前記第1の表面に受けるように構成されていることを特徴とする集光装置。 - 近接場光学顕微鏡において、
光源からの光の、特定の波長の光のみを集光する請求項1乃至18のいずれか一つに記載の光学素子と、
前記光学素子によって照射された光を受光するための検出手段とを備える、
ことを特徴とする近接場光学顕微鏡。
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