WO2004044907A1

WO2004044907A1 - 光学ヘッド及び情報記憶装置

Info

Publication number: WO2004044907A1
Application number: PCT/JP2002/011834
Authority: WO
Inventors: Shin-Ya Hasegawa; Fumihiro Tawa
Original assignee: Fujitsu Limited
Priority date: 2002-11-13
Filing date: 2002-11-13
Publication date: 2004-05-27
Also published as: US7106664B2; EP1542214A1; AU2002349770A1; KR20050018956A; KR100595777B1; CN100524484C; US20050157393A1; JP4130656B2; CN1695186A; CN1901052A; EP1542214A4; EP1542214B1; JPWO2004044907A1; DE60231919D1; CN100498943C

Abstract

　光学ヘッドであって、第１の屈折率を有する第１誘電体層と、第１誘電体層の両側に隣接して配置された第１の屈折率より大きな第２の屈折率を有する一対の第２誘電体層と、各第２誘電体層に隣接して配置された一対の第３誘電体層と、各第３誘電体層に隣接して配置された第１の屈折率より大きな第３の屈折率を有する一対の第４誘電体層とを含んでいる。第１乃至第４誘電体層の積層方向と直交する方向から光を入射させる。第１及び第３誘電体層は互いに異なる屈折率を有しているか、或いは互いに異なる厚さを有している。

Description

明細書光学へッド及び情報記憶装置技術分野

本発明は、光学へッド及び該光学へッドを用いた情報記憶装置に関する。背景技術

情報化社会の進展に伴い、情報量は増大の一途を迪つている。この情報量の増大に対応して、飛躍的に高い記録密度の情報記録方式及びそれに基づく記録再生装置が待望されている。情報記録再生装置の一種である光ディスク装置では、記録容量に関係する集光ビーム径は光波長により制限される。光デイスク装置の高記録密度化の対策として、使用するレーザの短波長化及び光学レンズの高開口数 ( N A ) 化があるが、回折限界のために高記録密度化に限界がある。光学レンズの高 N A化の対策として、ソリッドイマ一ジョンレンズを用いて、開口数（N A ) を 1以上にして、ソリッドイマ一ジョンレンズの底面から染み出たェヴァネッセント光を利用して、光ディスク媒体に情報を記録する方法が提案されている。しかし、この方法は、ソリッドイマ一ジョンレンズの屈折率により N Aを向上させているため、高記録密度化に自ずと限界がある。

高記録密度実現のための記録方式として、入射光の波長よりも小さい微小開口を作成し、その開口部から発生する近接場光を利用して、光の波長より小さいビ一ムスポットを形成する近接場光記録方式が注目されている。近接場光を発生させる構造（近接場光プローブ）としては、光波長以下の微小開口を持つ先鋭化された光ファイバ（光ファイバプローブ）が広く用いられる。この光ファイバプローブは、光ファイバの一端を加熱しながら引き伸ばしたり、または化学エツチング法を用いることにより先鋭化した後、先端以外を金属でコーティングすることにより作製される。光ファイバ内に光を導入すると、光ファイバ先端に形成された微小開口近傍に近接場光を発生させることができる。しかし、この光ファイバプローブは、光利用効率が低いという欠点を有する。例えば、開口径が 1 0 0 n mのとき、光ファイバに入射する光の強度と光ファイバ先端から出射する光の強度の比は 0. 0 0 1 %以下である。

光利用効率を向上する方法として、以下のようなプローブが提案されている。

( 1 ) 多段階先鋭化ファイバプローブ

光ファイバ先端の尖り角を根元から先端に行くに従い 2段階または 3段階に変化させた光フアイパプ口ーブ（Applied Physics Letters, Vol. 68, No. 19, p2612-2614, 1996； Applied Physics Letters, Vol. 73, No. 15, p2090-2092, 1998)

( 2 ) 金属針プローブ

走査型トンネル顕微鏡（ S TM) の針をプローブとして使うものであり、針先端に光を照射することにより、先端近傍に強い近接場光を発生させる（特開平 6 - 1 3 7 8 4 7号公報）。

( 3 ) 金属微小球つき微小開口ファイバプローブ

光フアイバ先端の微小開口の中心に金属の微小球が形成されたフアイパプ口ーブであり、微小開口から出射した光により、金属微小球中にプラズモンが励起され、金属球近傍に強い近接場光が発生する（特開平 1 1一 1 0 1 8 0 9号公報）。

( 4 ) 金属コートされたガラス片プローブ

三角柱状に切り出したガラス片上に厚さ 5 0 n m程度の金属膜を形成し、金属膜上に表面プラズモンを励起させる。表面プラズモンは頂点に向かって伝播し、頂点近傍には強い近接場光が発生する（Physical Review B， Vol. 55, No. 12, P7977-7984, 1997) ₀

( 5 ) 金属の散乱体つきガラス基板プローブ

ガラス基板底面に金属の散乱体をつけたプローブであり、金属の散乱体近傍に強い近接場光が発生する（特開平 1 1 — 2 5 0 4 6 0号公報）。

ところで、近接場光学系では、近接場光を発生させる微小構造と試料表面の間隔を数 n mから数 1 0 n mにする必要がある。そこで、上記の光ファイバゃガラス片で構成されたプローブを用いる場合、プローブ先端と試料表面の間隔を制御するための特別な制御系が必要となる。一般には、プローブ先端と試料の間に働く原子間力を用いて間隔を測定し、その測定値を使ってサーボ制御を施す。しかし、このサ一ボ制御を利用する場合、サーボ帯域に限界があるので、プローブの走査速度には制限がある。特に、高いデータ転送速度が要求される光記録再生装置においては、プローブを光ディスク上で高速に走査させる必要があり、光ディスクの歪みや傾きから生じる高い周波数の間隔変動を上記のサーポ制御方法では制御しきれないという問題がある。

この問題を解決するために、以下のようなプローブが提案されている。

( 1 ) 平面開口プローブ

シリコン基板中に異方性エッチングを用いて開口を形成したプロ一ブであり、微小開口周辺部が平坦になっているので、プローブを試料に押し付けることにより間隔を一定に保つことができる（The Pacific Rim Conference on Lasers and Electro-Optics, WL2, 199) 。

( 2 ) パッドつき開口プローブ

ガラス基板底面に先端に微小開口を有する四角錐の突起を形成し、その突起周辺にパッドを形成したプロ一ブであり、パッドによってプロ一ブ先端と試料の間隔が一定に保たれる（特開平 1 1— 2 6 5 5 2 0号公報）。

( 3 ) 金属微小チップつき面発光レーザプローブ

面発光レーザ出射口端面に金属の微小開口及び金属の微小突起を形成したプローブであり、構造が平坦になっているので、プローブを試料に押し付けることにより間隔を一定に保つことができる（応用物理 Vol. 68, No. 12， p 1380- 1383， 1999) 。金属の微小突起及び共振構造を持つので光利用効率の向上も見込まれる。

( 4 ) パッチアンテナと同軸ケーブルを光に応用し、近接場光を高効率に発生させる ( Optics Communications Vol. 69, No . 3, 4, p 219- 224, 1989) 。

( 5 ) ボウタイ型の金属片を微小ダイポール-アンテナとすることで、微小な近接場光を高効率に発生させる（米国特許第 5 , 6 9 6 , 3 7 2号）。ところで、近接場光を用いた光メモリの性能としては次の 3点が要求される。 ( a ) 近接場光と記録媒体の間隔を波長より遥かに小さいオーダで且つ厳密に制御すること。

( b ) 微小なビームスポットであること。

( c ) 光利用効率が高いこと、即ち、高速データ転送が可能なこと。

先端の先鋭角を多段階に変えたファイバプローブは一般に使用されているファィバプローブに比べ 1 0〜 1 0 0倍高い効率を有するが、 0 . 5 %以上の光利用効率が要求される光記録再生装置に応用するにはまだ不十分である。また、光フアイパを用いているため機械的に脆く、高速走査は不可能である。金属針プロ一ブ、金属微小球つき微小開口ファイバプローブ、金属コートされたガラス片プローブ、金属の散乱体つきガラス基板プローブは何れも金属の特性を利用して効率の向上を図っており、高い光利用効率が期待できる。しかし、何れもプローブ先端は機械的に脆い形状をしていて高速走査には向かない。特に、金属針プローブ、金属の散乱体つきガラス基板プローブは、針先端または散乱体に当たらない光も試料に入射してしまうため、バックグランド光が多く検出されてしまうという欠点を有する。

高速走査が可能なプローブも上述したようにいくつか提案されているが、平面開口プローブ及ぴパッドつき開口プローブの場合、高速走査は可能であるが光利用効率は小さい。微小開口に対しては、アルミニウムで出来た厚み 5 6 0 n mの基板に 3 0 ° のテーパ角をつけ、微小開口を l O O n m径として、波長 4 0 O n mの光を入射するモデルで F D T D法（フィ -ット · ディファレンス · タイム · ドメイン ' メソッド）により、厳密な電磁界計算を行った。その結果、図 1 に示すように、直径 1 0 0 n mの金属微小開口にビ一ムを入射させると、出射直後の近接場領域でもビームは開口サイズを超える 1 6 0 n m (半値全幅）となり、入射偏光方向に特に角形状を有したプロファイルとなり、高密度記録が難しい。金属微小突起付面発光レーザプローブは、高速走査で光利用効率も高く、バックグランド光も少ないと見込まれる。但し、金属の微小突起を使って強い近接場光を発生させるには、金属の形状を最適化する必要があるが、形状に関しては特開平 1 1 一 1 0 1 8 0 9号には何ら開示されていない。また、その製造方法に関しても何ら開示されていない。

パッチアンテナと同軸ケーブルを光に応用し、近接場光を高効率に発生させる方法や、ボウタイ型の金属片を微小ダイポールアンテナにすることで微小な近接場光を発生させる方法では、金属の自由電子によるプラズモン共鳴条件を用いて光強度を増幅させるが、上記と同様に F D T D法により厳密な電磁計算を行った結果、図 2に示すように、ボウタイアンテナ面から 2〜 3 n mの距離以内に記録面を置かない限り、プラズモン増強を用いない完全導体と同じ効果となる。すなわち、強度の増強はなく、必要な光量 0 . 5 %以上が得られないという問題がある。また、プラズモン条件を満足させるボウタイ型の形などの許容値が小さいという問題もある。

一方、光ディスク媒体の中にレンズ形状の基板を付けて、記録密度を上げる方法力 ^s発表されている ( Optical Data Storage 2001 Technical Digest pp277- 279, Guerra, et. al, April 22- 25, 2001) 。この方法では、塵埃、ヘッドディスクインターフェースなどの問題の解決が目的であるが、近接場光を利用するのではなく、マイクロレンズを內蔵しマイクロレンズで集光した光を利用して記録膜に情報を記録再生するというものである。レンズ用の材料の屈折率を上げることで記録密度を上げるが、屈折率を大きくするのに限界があること及び円周方向の記録密度の向上ができないという問題がある。

発明の開示

よって、本発明の目的は、光利用効率が高く、高速走査が可能な近接場光を用いた光学へッドを提供することである。

本発明の他の目的は、上述した光学へッドを用いて高密度記録が可能な情報記録再生装置を提供することである。

本発明の一側面によると、第 1 の屈折率を有する第 1誘電体層と、前記第 1誘電体層の両側に隣接して配置された、前記第 1 の屈折率より大きな第 2の屈折率を有する一対の第 2誘電体層と、前記各第 2誘電体層に隣接して配置された一対の第 3誘電体層と、前記各第 3誘電体層に隣接して配置された、前記第 1 の屈折率より大きな第 3の屈折率を有する一対の第 4誘電体層とを具備し、前記第 1乃至第 4誘電体層の積層方向と直交する方向から光を入射させることを特徴とする光学へッドが提供される。

好ましくは、第 1及ぴ第 3誘電体層は互いに異なる屈折率を有している。更に好ましくは、第 3誘電体層は第 1 の屈折率より小さな第 4の屈折率を有している。代替案として、第 1及ぴ第 3誘電体層は互いに異なる厚さを有している。好ましくは、第 3誘電体層は第 1誘電体層より厚い厚さを有している。好ましくは、光学へッドに入射される光は各層の積層方向と直交する方向に偏光面を有する直線偏光である。

本発明の他の側面によると、第 1誘電体層と、前記第 1誘電体層の両側に隣接して配置された、負の誘電率を有する一対の第 1金属層と、前記各第 1金属層に隣接して配置された一対の第 2誘電体層と、前記各第 2誘電体層に隣接して配置された、負の誘電率を有する一対の第 2金属層とを具備し、前記第 1及び第 2誘電体層は屈折率が互いに異なるか或いは厚さが互いに異なっており、前記各層の積層方向と直交する方向から光を入射させることを特徴とする光学へッドが提供される。

好ましくは、第 1誘電体層は第 1 の屈折率を有しており、各第 2誘電体層は第 1 の屈折率より大きな第 2の屈折率を有している。代替案として、第 1誘電体層は第 1 の厚さを有しており、各第 2誘電体層は第 1 の厚さより厚い第 2の厚さを有している。好ましくは、光学ヘッドに入射される光は各層の積層方向と直交する方向に偏光面を有する直線偏光である。

本発明の更に他の側面によると、円筒形状光学ヘッドであって、中心に配置された第 1 の屈折率を有する第 1誘電体と、前記第 1誘電体に隣接してその外周に配置された、前記第 1の屈折率より大きな第 2の屈折率を有するリング状第 2誘電体と、前記第 2誘電体に隣接してその外周に配置されたリング状第 3誘電体と、前記第 3誘電体に隣接してその外周に配置された、前記第 1 の屈折率より大きな第 3の屈折率を有するリング状第 4誘電体とを具備し、円筒形状光学へッドの軸方向に光を入射させることを特徴とする光学へッドが提供される。リング状第 2誘電体層に代えて、負の誘電率を有するリング状第 1金属を配置し、リング状第 4誘電体層に代えて、負の誘電率を有するリング状第 2金属を配置するようにしてもよい。

本発明の更に他の側面によると、記録媒体に情報を記録再生する情報記憶装置であって、光ビームを出射する光源と、該光ビームに基づいた光を記録媒体に照射する光学ヘッドとを具備し、前記光学ヘッドは、第 1 の屈折率を有する第 1誘電体層と、前記第 1誘電体層の両側に隣接して配置された、前記第 1 の屈折率より大きな第 2の屈折率を有する一対の第 2誘電体層と、前記各第 2誘電体層に隣接して配置された一対の第 3誘電体層と、前記各第 3誘電体層に隣接して配置された、前記第 1 の屈折率より大きな第 3の屈折率を有する一対の第 4誘電体層とを具備し、前記第 1乃至第 4誘電体層の積層方向と直交する方向から前記光学へッドに光を入射させることを特徴とする情報記憶装置が提供される。

本発明の更に他の側面によると、記録媒体に情報を記録再生する情報記憶装置であって、光ビームを出射する光源と、該光ビームに基づいた光を記録媒体に照射する光学ヘッドとを具備し、前記光学ヘッドは、第 1誘電体層と、前記第 1誘電体層の両側に隣接して配置された、負の誘電率を有する一対の第 1金属層と、前記各第 1金属層に隣接して配置された一対の第 2誘電体層と、前記各第 2誘電体層に隣接して配置された、負の誘電率を有する一対の第 2金属層とを具備し、前記第 1及ぴ第 2誘電体層は屈折率が互いに異なるか或いは厚さが互いに異なつており、前記各層の積層方向と直交する方向から前記光学へッドに光を入射させることを特徴とする情報記憶装置が提供される。

図面の簡単な説明

図 1 は従来の微小開口方式の問題点説明図；

図 2は従来のボウタイ型アンテナ方式の問題点説明；

図 3は本発明第 1実施形態に係る光学へッドの透視図；

図 4は先端部近傍に光閉じ込め部を有しないダイヤモンド台形柱に光を入射したときの X方向のコンピュータシミユレーション画像；

図 5は先端部近傍に光閉じ込め部を有しないダイヤモンド台形柱に光を入射したときの Y方向のコンピュータシミュレーション画像；

図 6は透過部を中央に 1個のみ有する台形柱光学へッドの比較例の断面図；図 7は図 6の比較例に光を入射したときの Υ方向のコンピュータシミュレーション画像；

図 8は複数の光透過部を有する台形柱光学へッドの比較例の断面図；図 9は図 8の比較例に光を入射したときの Υ方向のコンピュータシミュレーション画像；

図 1 0は本発明第 1実施形態の光学へッドの Υ方向に沿った断面図；図 1 1 は本発明第 1実施形態の光学へッドに光を入射したときの Υ方向のコンピュータシミユレーション画像；

図 1 2は本発明第 1実施形態の光学へッドに光を入射したときの X方向のコンピュータシミュレーション画像；

図 1 3は第 1実施形態の光学へッドに光を入射したときの出射面より 1 0 n m の位置でのビームプロフアイゾレ；

図 1 4は本発明第 2実施形態の光学へッドの Y方向に沿った断面図；図 1 5は本発明第 3実施形態に係る光学へッドの透視図；

図 1 6は第 3実施形態の光学へッドの Y方向に沿った断面図；

図 1 7は第 3実施形態の光学へッドに光を入射したときの Y方向のコンビタシミユレーション画像；

図 1 8は第 3実施形態の光学へッドに光を入射したときの X方向のコンビタシミユレーション画像；

図 1 9は第 3実施形態の光学へッドに光を入射したときの出射面より 1 0 n m の位置でのビームプロファイル；

図 2 0は本発明第 4実施形態の光学へッドの Y方向に沿った断面図；図 2 1は本発明の光学へッドを利用した情報記録再生装置の概略構成図；図 2 2は本発明の他の実施形態の光学へッドの斜視図；

図 2 3は図 2 2の他の実施形態の光学へッドに使用する第 5実施形態の円筒状光学へッドの斜視図；図 2 4は本発明第 6実施形態の光学へッドの斜視図；

図 2 5は第 6実施形態の光学へッドの変形例図；

図 2 6は本発明第 7実施形態の光学へッドの斜視図；

図 2 7は図 2 2の光学へッドを利用した情報記録再生装置の概略構成図；図 2 8 A〜図 2 8 Cは第 1実施形態の光学へッドの製造プロセスを示す図；そして

図 2 9 A〜図 2 9 Dは第 3実施形態の光学へッドの製造プロセスを示す図である。

発明を実施するための最良の形態

微小な光を発生させるためには、二次元では微小な開口を用い、一次元では単ースリツトを用いることが考えられるが、光の波長以下の大きさの開口ゃスリツト（例えば長さ 1 0 0 n m程度）では、透過する光は極めて微弱である。本発明者たちは、このような事情に鑑み、周期的に形成した回折格子に注目した。高い屈折率と低い屈折率の屈折率差が非常に大きいときには、光の透過などに対して特異な振る舞いを示すことがあるが、このような状況での光の振る舞いは今まで詳しく検討されてこなかった。このような高い屈折率材料として、 H— V属などのワイドギヤップの半導体などを使用することが注目されている。

通常は、透過型の回折格子であれば、回折格子の周期の長さ（ピッチ）が入射する光の波長より大きいときには、複数の回折格子に入射する光ビームは全て透過するか又は回折する。このため、光ビームである透過光は必然的に近接場では多くの山、谷を持つビームになり、遠視野ではビームは大きくぼけたものになつてしまう。このため、回折限界以下の微細な光ビームを得るためには、回折格子の全面を金属などで覆い、その一箇所に使用する光波長以下で且つ回折限界以下の、例えば 2 0 0 n m程度の微細な開口をフォーカス ' イオン ' ビームなどで空ける方法が提案されている。こうして、金属回折格子によるプラズモン励起光を微小な開口から出射させる。

しかし、この方法では、開口から出る光の利用効率が低いこと、フォーカス，イオン ' ビームの加工は量産製造には向いていないこと、フォーカス ' イオン ' ビームによる開口の加工はその大きさ、形が不安定であるという問題がある。さらに、安価に量産するために、ウェハで製造することを目的とする光デバイスの製造には、この方法は向いていないなどの問題がある。

本発明は、フォーカス ' イオン ' ビーム加工などにより開口を作らずに、回折限界より遥かに小さいビームを高効率に発生できる利点を有する。我々は、非常に周期数が少なく、且つその周期を形成する構成要素が同一ではないという特殊な周期構造を有する光学素子が、光の波長より小さい領域の中を光が減衰することなく增大して透過できることを、計算により初めて見出した。

先ず、光を閉じ込めるために、高い屈折率の媒質と低い屈折率の媒質の屈折率差を利用する方法について述べる。以下の説明では、光記録や再生に用いるレーザは、青紫色レーザダイオード（波長 4 0 0 n m) を使用することとする。ここで、高い屈折率の材料をシリコン（ S i ) とし、波長 4 0 0 n mでの S i の屈折率は 5. 5 6である。一方、低い屈折率の材料をダイャモンドとし、波長 4 0 0 n mでのダイヤモンドの屈折率は 2. 4 7である。屈折率差は 3. 1 と非常に大きくなり、このときの光の振る舞いは後に述べるように異常回折（ a n o m a 1 y ) と呼ばれる特異な現象が生じるのである。

回折格子の周期長さ（ピッチ） dが波長； L以下（ 0は含まず）になると、回折光は生じなくなる。それより更に短い周期では回折格子の作製も困難になることもあり、これまで詳しく検討されてこなかった。しかし、この周期長さ dを更に細かく、例えば , 5以下（ 0は含まず）にすると、透過光が減衰することなく出てくることを本発明者等は計算により見出した。すなわち、ある屈折率とそれより高い屈折率の回折格子を形成し、回折格子の周期長さが使用する波長以下である一定の周期長さ以下になると、透過光が強く出る異常回折現象を計算により見出した。一方、回折格子の周期長さが使用する波長程度以下である一定の周期長さ以上になると、透過光は殆ど出てこないことを計算により見出した。

これらの現象から、中央の組み合わせを、中央に配置された第 1 の屈折率を有する第 1誘電体と、該第 1誘電体の両側に隣接して配置された第 1屈折率より高い屈折率を有する第 2誘電体の組み合わせで、一定の周期長さ以下（ 0は含まず）の幅で形成する。中央の組み合わせの両隣りを、第 2の屈折率を有する第 3 誘電体と、第 2の屈折率より高い屈折率を有する第 4誘電体の組み合わせで、一定の周期長さ以上の幅で形成する。このように形成することにより、中央の組み合わせの隣接部からの透過光は発生せず、光が中央の誘電体の組み合わせ内に閉じ込められ、且つ 0次回折光である透過光として強く出て減衰することなく回折格子內を伝播する。本発明は、多くの周期数を持たなくても、僅か 3個程度の周期数でもこのような光の閉じ込めができることに特徴がある。

以下の光の計算では、 F D T D法により厳密な電磁界計算を行った。また、 X , Z方向のセルは 1 2 0個で各 1 0 n m、 Y方向のセノレは 2 4 0個で各 5 n mの大きさとし、計算も十分定常状態に達した周期数 3 0の結果を利用した。また、負誘電体である金属でも計算の解が安定するように、金属の自由電子モデルであるローレンツによる自由電子の運動方程式を、 F D T D法と同時に連立して計算することにより、正確な解が得られるようになつている。

図 3を参照すると、本発明第 1実施形態の光学へッド 2の概略透視図が示されている。この実施形態では、台形柱 4は互いに平行な一対の台形状主面 4 a と、矩形状底面 4 b と、この矩形状底面 4 b と平行な矩形状頂面 4 c と、頂面 4 c と底面 4 b及び一対の台形状主面 4 a 同士をそれぞれ接続する一対の傾斜側面 4 d を有している。台形柱 4は屈折率 2 . 4 7の使用する光に対しての透明なダイヤモンドから形成されている。台形柱光学ヘッドでは、 X方向の直線偏光を有する青紫光を矩形状底面 4 bに入射させ、台形柱 4の側面 4 dで光が多重反射して干渉することにより、 X方向及ぴ Y方向ともにビームは微小化できるが、特に X方向で縮小されたビームを発生できるものである（特願 2 0 0 2— 1 8 8 5 7 9参照）。

台形柱 4の Y方向の厚み.は 6 0 0 n m、先端の頂角は 3 0 ° であり、台形柱 4 の光進行方向 Zの長さは 1 . である。台形柱 4 の先端部分近傍に光閉じ込め部 6が形成されている。この光閉じ込め部 6は、後で詳細に説明されるように、中央に配置されたダイヤモンド層 8 と、このダイヤモンド層 8 の両側に隣接して配置された一対の S i層 1 0から形成される。ビーム径の一層の縮小のために、使用波長で負誘電率となる材料（例えば金属等）で誘電体を囲うと、擬似的に中の誘電体の屈折率が上がることと同等の効果があるので、台形柱 4の周囲をアルミニゥム（A 1 ) 1 2で囲っている。尚、アルミニウムの使用波長での誘電率の実部は一 2 3 . 3 8であり、ダイヤモンドの誘電率は 6 . 1 であるため、プラズモン励起の条件、即ち、使用波長で負誘電率となる材料の誘電率の実部絶対値が隣の誘電体の誘電率より大きいことを満足している。

先端部近傍に光閉じ込め部 6を有しないダイヤモンド台形柱に光を入射したときの、光の伝播の様子のコンピュータシミュレーション画像を図 4及ぴ図 5に示す。図 4は X方向の光の伝播の様子を、図 5は Y方向の光の伝播の様子を示しており、 X方向及ぴ Y方向共に光が干渉していく様子が示されている。出射面 1 4 で光が最も干渉し、ビームが微細化されるように出射面 1 4を選んでいる。このときの出射面 1 4から 1 O n m出たところでの 1 / e ²のビームサイズは、 X方向で 1 0 0 n m、 Y方向で 6 0 0 n mであり、 X方向は干渉効果によりビ一ムは微細化されているが、 Y方向のビームの一層の微細化が必要であることがわかる。このような一方向のビーム縮小に対しては、本発明の少ない周期構造でのビームの閉じ込めを利用することにより、 X方向の集光性は乱さずに Y方向のビームを縮小することができる。

図 6に光透過部（スリット又は開口） 1 8 を中央に 1個のみ有する台形柱光学ヘッド 1 6 の比較例の断面例を示す図 3 と同様に台形柱 4はダイヤモンドから形成されており、光出射部の中央に設けられた光透過部 1 8 は台形柱 4 と同様なダイヤモンドから形成され、その厚さは 2 5 n mである。光透過部 1 8の両側に隣接して一対の S i層 2 0が形成されている。 2 2は台形柱 4及ぴ S i層 2 0の周囲を囲った厚さ 2 0 0 n mの A 1 層である。この構成のときには、図 7のコンピュータシミュレーション画像に示すように、光は使用する光の波長以下のスリット 1 8 を透過できず、光は出射面 1 4から出射されない。

図 8を参照すると、他の比較例の台形柱光学へッド 2 4の断面図が示されている。この比較例では、台形柱 4を同じくダイヤモンドから形成し、複数のスリツ卜 2 6 と、各スリット 2 6 の両側に隣接した複数の S i層 2 8を形成した。スリッ卜 2 6及ぴ S i 層 2 8は共にその厚さが 2 5 n mである。スリット 2 6はダイャモンドから形成されている。台形柱 4及び S i層 2 8の周囲は厚さ 2 0 0 11 111 の A 1 層 2 2で囲まれている。この比較例の光学へッド 2 4に光を入射すると、図 9 のコンピュータシミュレーション画像に示すように、光が厚さ 2 5 n mのスリット 2 6の中を減衰することなく透過できることを見出した。しかし、このままでは多数の微細ビームが出射面 1 4から出射することになる。

一方、図 8に示したような多層の周期構造で周期間隔を広げると、光が光透過部（開口）を透過できなくなる現象も同様の電磁界の計算により見出した。この計算結果から、中央のみを、低い屈折率の誘電体から形成した透過部（開口）とし、開口の両側に高い屈折率の誘電体層を配置した組み合わせとし、これ以外の回折格子のピッチを広げる力或いは屈折率を異ならせることで、使用する波長以下の微細な光ビームが中央の光閉じ込め部に閉じ込められ、出射面からこの微小な 1個の光ビームが出射することが判明した。

図 1 0に図 3に示した第 1実施形態の光学へッド 2の Y方向に沿つた断面図を示す。光透過部（開口）となる中心の第 1誘電体層 8は台形柱 4 と同じダイヤモンドから形成し、その厚さを 2 0 n mとする。第 1誘電体層 8 の両側に隣接して S i から形成された厚さ 2 5 n mの一対の第 2誘電体層 1 0が配置されている。各第 2誘電体層 1 0に隣接して S i 0 ₂から形成された厚さ 4 O n mの一対の第 3誘電体層 3 0が配置されている。更に、各第 3誘電体層 3 0に隣接して S i 力ら形成された厚さ 1 2 O n mの一対の第 4誘電体層 3 2が配置されている。台形柱 4及ぴ第 4誘電体層 3 2は厚さ 2 0 0 n mの A 1 層 1 2で囲まれている。多層構造の Z方向の長さは 1 0 O n mである。第 1誘電体層 8及び第 3誘電体層 3 0 は使用する光に対して透明である。

この第 1実施形態の光の伝播の様子のコンピュータシミュレーション画像を図 1 1及ぴ図 1 2に示す。図 1 1 は Y方向のシミュレーション画像であり、図 1 2 は X方向のシミュレーション画像である。図 1 1及ぴ図 1 2から明らかなように、光は厚さ 2 0 n mの中央の開口 8 を減衰することなく強度を増大させて伝播していく。このときの、出射面 1 4から 1 0 n m離れた位置でのビームプロファイルを図 1 3に示す。出射面から 1 0 n m出射した位置での l Z e ²のビーム径は X 方向で 1 0 0 n m、 Y方向で 8 6 n m、半値全幅では 6 6 X 4 0 n mと極めて微細化されている。. このときの光学へッドに入射する光量に対する出射光量の比、即ち光利用効率は 2 . 4 %と高効率となり、大容量光ストレージの光学ヘッドとして十分な特性が得られた。

本実施形態では、隣接する誘電体層の間の屈折率差 Δ nが大きいため、積層構造の総数が少なくても十分な光利用効率を達成できる。伹し、中心に配置した低屈折率の誘電体層を一対の高屈折率の誘電体層で挟むだけでは、図 7に示すように光は光学ヘッドを透過できない。これに対し、本実施形態のように 3個の周期を有する多層構造であると、光は中央の開口を減衰することなく強度を増大させて伝播し、出射端面から出射する。但し、 3個の周期構造とは云っても、中央の組み合わせとその両側の組み合わせでは周期の長さ（ピッチ）或いは屈折率が異なるという特殊な周期性であることに注意されたい。尚本実施形態では、 A 1 層 1 2で周囲を囲っているが、 A 1 層 1 2を使用しなくても強度の強い透過光を得ることができる。

上述した第 1実施形態では、第 1誘電体層 8 をダイヤモンドから形成し、第 2 誘電体層 1 0及ぴ第 4誘電体層 3 2を S i から形成し、第 3誘電体層 3 0を S i O ₂から形成しているが、各誘電体層の材料はこれに限定されるものではない。即ち、第 2誘電体層 1 0及び第 4誘電体層 3 2は第 1誘電体層 8 より大きな屈折率を有し、第 3誘電体層 3 0は第 1誘電体層 8 と屈折率が異なるか或いは厚さが互いに異なればよい。好ましくは、第 3誘電体層 3 0は第 1誘電体層 8 より小さな屈折率を有している。代替案として、第 3誘電体層 3 0は第 1誘電体層 8 より厚さが厚いのが好ましい。また、第 1誘電体層 8 と第 2誘電体層 1 0の屈折率差は 2以上であるのが好ましい。

ここで、誘電体層の材質を異ならせることで屈折率を異ならせることが可能である。低い屈折率の誘電体層と高い屈折率の誘電体層の屈折率差は、 0 . 1以上あればよいが、屈折率差が大きい方が効果的である。誘電体層の厚さの差は少しでもあればよく、具体的には数 n m以上数百 n m以下の範囲で選択するのが効果的である。

本実施形態のような積層構造を有する回折格子は広義の一次元フォトニック結晶と見なせるが、入射される光の偏光方向が層の積層方向に直交している場合に光の透過が大きくなり、光の透過率は入射する光の偏光方向に依存する。このような透過現象では、一般的に透過光には強度の腹及ぴ節が進行方向にほぼ周期的に現れ、その周期は光が透過する媒質の屈折率を n とすると、凡そ λ / 2 ηであり、所謂フアブリペロー型の共振モードになっていることが多い。高屈折率で低損失の材料としては、 K N b 0₃, L i N b O 3 , A g B r , T 1 C 1 , Z n S , K P S— 6 , E S O, T i 〇 ₂等が挙げられる。

尚、上述した説明では台形柱 4の中に特殊な周期構造を持つ素子（光学へッド）を説明したが、本発明は台形柱形状に限定されるものではなく、通常のレンズなどにより作り出せる平行光や収束球面波などを、上述したような特殊な周期構造を持つ素子に入射させても、同様に一方向にビームを大幅に縮小化することができる。

図 1 4を参照すると、本発明第 2実施形態の光学へッド 2 Aの断面図が示されている。この実施形態では、第 3誘電体層 3 0を出射端面から所定距離削除する。第 3誘電体層 3 0力 S S i 〇 ₂から形成され、その厚さを Wとすれば、 S i 0₂をエッチングすることにより、奥行き方向で第 3誘電体層 3 0 を W程度まで削除する。 Wは 5 0〜 1 0 0 n m程度である。これにより、第 3誘電体層 3 0からの微弱な光の漏れを防止できる。

図 1 5を参照すると、本発明第 3実施形態の光学へッド 3 4の透視図が示されている。図 1 6は図 1 5の Y方向に沿った断面図である。台形柱 3 6は互いに平行な一対の台形状主面 3 6 a と、矩形状底面 3 6 b と、この矩形状底面 3 6 b と平行な矩形状頂面 3 6 c と、頂面 3 6 c と底面 3 6 b及ぴ一対の台形状主面 3 6 a 同士をそれぞれ接続する一対の傾斜側面 3 6 dを有している。台形柱 3 6の頂角は 3 0° である。本実施形態は、多層膜が光学へッド（光学素子） 3 4の全長に存在する場合である。

図 1 6の断面図において、 4 0は光学へッド 3 4の中心に配置された厚さ 2 0 n mの S i O ₂から形成された第 1誘電体層であり、この第 1誘電体層 4 0 の両側に隣接してそれぞれ厚さ 3 O n mの A 1 から形成された一対の第 1金属層 4 2 が配置されている。各第 1金属層 4 2に隣接してそれぞれ厚さ 1 6 0 n mのダイャモンドから形成された一対の第 2誘電体層 4 4が配置されている。さらに、各第 2誘電体層 4 4に隣接してそれぞれ厚さ 2 0 0 n mの A 1 から形成された一対の第 2金属層 3 8が配置されている。このように本実施形態では、光を遮光する部材として金属を用いている。このとき、使用波長で金属の自由電子の共鳴により光強度を増大させるために、プラズモンが存在する条件を第 1金属層 4 2及び第 2金属層 3 8が満たす必要がある。即ち、金属の誘電率の実部絶対値は隣の誘電体の誘電率より大きいことが必要である。本実施形態では、この条件を満足するアルミニウム（A 1 ) を第 1及び第 2金属層として使用した。第 1誘電体層 4 0及び第 2誘電体層 4 4は使用する光に対して透明である。

第 3実施形態の光学へッド 3 4に光を入射したときの光伝播の様子のコンピュータシミュレーション画像を図 1 7及び図 1 8に示す。図 1 7は Y方向のシミュレーシヨン画像であり、図 1 8は X方向のシミュレーション画像である。図 1 7 及び図 1 8から明らかなように、厚さ 2 0 n mという極めて微細な第 1誘電体層 4 0の中を光が減衰することなく透過している。このときの、出射面から 1 O n m出射した位置のビームプロファイルを図 1 9に示す。出射面から 1 O n m出射した位置での l Z e ²のビーム径は X方向で 1 0 0 n m、 Y方向で 7 1 n mであり、半値全幅では 6 5 X 3 7 n mと極めて微細化されている。本実施形態の光利用効率は 0 . 9 4 %と高効率であり、大容量ストレージの光学へッドとして十分な特性が得られた。

上述した第 3実施形態では、各金属層をアルミニウムから形成しているが、負の誘電率を有する他の金属も使用可能である。金属の誘電率の実部絶対値は、隣接する誘電体層の誘電率より大きいことが必要である。好ましくは、第 2誘電体層 4 4は第 1誘電体層 4 0 より大きな屈折率を有している。或いは、第 2誘電体層 4 4は第 1誘電体層 4 0 より厚い厚さを有している。本実施形態の変形例として、第 1及び第 2実施形態のような誘電体の積層構造としてもよい。更に、第 1 及ぴ第 2実施形態の変形例として、光を遮光する部材としてアルミニウム（A

1 ) 等の金属層を用いるようにしてもよい。

図 2 0は本発明第 4実施形態の光学へッド 4 6の概略断面図を示している。この実施形態は積層構造の周期数を増やした実施形態である。中心に配置した第 1 誘電体層 4 8はダイヤモンドから形成され、第 2誘電体層 5 0は S i から形成され、第 3誘電体層 5 2は S i 0 ₂から形成され、第 4誘電体層 5 4は S i から形成される。即ち、第 1乃至第 4誘電体層の積層構造は、図 1 0に示した第 1 実施形態と同様である。本実施形態では更に、第 5誘電体層 5 6 を S i から形成し、第 6誘電体層 5 8 を S i から形成する。第 7誘電体層 6 0は S i 0 ₂から形成され、第 8誘電体層 6 2は S i から形成される。

本実施形態の光学へッド 4 6 の特徴の一つは、第 5誘電体層 5 6 を高屈折材料から形成し、この部分での光の透過を阻止しょうとするものである。作製の際には、第 4乃至第 6誘電体層 5 4— 5 8は勿論 1 回の成膜ステップで形成する。本実施形態は、図 9で複数のスリットを透過する場合、中央から 3つ目には光が強く透過する現象があるので、これを阻止するものである。この場合、回折格子の周期数を增やすことで、透過強度を強くできる利点がある。第 5誘電体層 5 6に代わって、負の誘電率を有する金属材料を用いるようにしてもよい。

図 2 1 を参照すると、本発明の光学へッドを利用した情報記録再生装置 6 4の概略構成図が示されている。この情報記録再生装置 6 4は光アシスト磁気記録再生装置である。磁気記録媒体 6 6 は矢印 R方向に回転する。下部磁気シールド 6

8 と上部磁気シールド兼下部コア 7 0の間に再生用磁気センサへッド 7 2、光学ヘッド 2が形成されている。光学へッド 2には光導波路 7 4を介して光が入射される。下部コア 7 0上には情報書き込み用のコイル 7 6が形成されている。 7 8 は上部コアである。

この情報記録再生装置 6 4では、磁気記録媒体 6 6 の回転により、再生用磁気センサへッド 7 2、光学へッド 2及ぴ磁場発生用のコイル 7 6 の順にマークを通過する。情報の書き込み時には、光学ヘッド 2から出射された光 3が磁気記録媒体 6 6に照射されて磁気記録媒体 6 6 の温度を上げ、その直後にコイル 7 6で発生された磁界 8 0により情報を書き込むため、比較的小さな磁界強度で磁気記録媒体 6 6に情報を書き込むことができる。この情報記録再生装置 6 4は、ウェハ処理プロセスで完全な一体型へッドとして製造することができる。

尚、情報記録再生装置として光アシス卜磁気記録再生装置について説明したが、本発明の光学へッドの適用はこれに限定されるものではなく、微小なビームスポットを形成できるので、相変化型の光ディスク装置や光磁気ディスク装置の光学ヘッドとしても同様に適用可能である。特に、光磁気ディスク装置の場合には、磁界レーザパルス変調により、円周方向に所謂三日月記録が行え、記録長の短縮化が行えるので、高記録密度化を図ることができる。また、磁界レーザパルス変調によりオーバライト記録が行え、高速な記録再生が可能となる。

図 2 2は本発明の更に他の実施形態を示している。光ビームは対物レンズ 8 2 で集光されてソリッドィマージヨンレンズ 8 4 に入り、このソリッドィマージョンレンズ 8 4 により更に集光される。ソリッドィマージヨンレンズ 8 4 は半球レンズであり、その平面部に第 5実施形態の円筒状光学へッド 8 6が形成されている。円筒状光学ヘッド 8 6は、図 2 3に示すように中心に配置された例えばダイャモンドから形成された第 1誘電体 8 8 と、第 1誘電体 8 8 に隣接してその外周に配置された例えば S i から形成されたリング状第 2誘電体 9 0 と、第 2誘電体 9 0に隣接してその外周に配置された例えば S i O ₂から形成されたリング状第 3誘電体 9 2 と、第 3誘電体 9 2に隣接してその外周に配置された例えば S i から形成されたリング状第 4誘電体 9 4を含んでいる。円筒状光学へッド 8 6 は更に、第 4誘電体 9 4に隣接してその外周に配置された S i O ₂から形成されたリング状第 5誘電体 9 5 と、第 5誘電体 9 5に隣接してその外周に配置された S i から形成されたリング状第 6誘電体 9 6 を含んでいる。

図 2 3の円简状光学へッド 8 6 の変形例として、中心部分 8 8を S i O ₂から形成し、リング状部分 9 0 , 9 4 , 9 6 をアルミニウム等の金属から形成し、リング状部分 9 2， 9 5をダイヤモンドから形成するようにしてもよい。図 2 3に示した第 5実施形態においては、全ての方向についてビームの縮小化を図ることができる。図 2 4は本発明第 6実施形態の光学へッド 9 8を示しており、 S i から形成された円筒体 1 0 2 の中心にダイヤモンドから形成された直方体 1 0 0 を配置し、その周辺に格子状に S i 〇 ₂から形成された直方体 1 0 4を配置して構成される。円筒体 1 0 2をアルミ二ゥム等の金属から形成するようにしてもよい。この場合には、中心の直方体 1 0 0は S i O ₂から形成し、格子状に配置された直方体 1 0 4はダイヤモンドから形成するのが好ましい。図 2 5は図 2 4に示した第 6実施形態の変形例の光学ヘッド 9 8 Aを示している。この変形例においては、図 2 4の直方体 1 0 4に加えて、直方体 1 0 4 と同じ S i 〇 ₂から形成された 4個の直方体 1 0 6が形成されている。図 2 4及ぴ図 2 5に示す実施形態においては、 X方向及ぴ Y方向共ビームの縮小化を図ることができる。

図 2 6は本発明第 7実施形態の光学へッド 1 0 8を示しており、 2つの直交した回折格子 1 1 0， 1 1 2を積層して構成されている。この実施形態においても、 X方向及び Y方向共ビームの縮小化を図ることができる。

図 2 7は図 2 2に示した実施形態を例えば光磁気ディスク装置に応用した構成図を示している。サスペンション 1 1 6に支持されたスライダ 1 1 4には磁界変調用コイル 1 1 8 と、ソリッドィマージヨンレンズ 8 4及ぴ円筒状光学へッド 8 6が形成されている。 1 2 0は光磁気ディスク媒体である。レーザダイオード ( L D ) 1 2 2から出射されたレーザビームはコリメートレンズ 1 2 4でコリメ一卜ビームにされた後、偏光ビームスプリツタ 1 2 6 を透過し、対物レンズ 1 2 8、ソリッドイマ一ジョンレンズ 8 4及び円筒状光学へッド 8 6により光磁気ディク媒体 1 2 0上に集光される。情報の書き込み時には、磁界変調用コイル 1 1 8が書き込むべきデータに応じて変調され、データが光磁気ディスク媒体 1 2 0に書き込まれる。情報の読み出し時には、光磁気ディスク媒体 1 2 0からの反射光が偏光ビームスプリッタ 1 2 6 で反射されて、レンズ 1 3 0で光検知素子 1 3 2上に集光され、光磁気信号が検知される。

本発明の光素子（光学ヘッド）を L Dや L E Dなどの出射面に作製することで光の集光性を高めることができ、効率のよい光デバイスを製造することができる。また、本発明の光素子を光導波路端面に形成することにより、通信用光ファイバとの結合や、光配線などの結合素子として使用することができる。

図 2 8 A〜 2 8 Cは図 3に示した第 1実施形態の光学へッド 2の製造方法の一例を示している。先ず、図 2 8 Aに示すように、スパッタリング、真空蒸着或いは C V D法により、 A 1 層 1 3 6及び多層膜構造 1 3 8を成膜する。次いで、図 2 8 Bに示すように、ダイャモンドからなる台形柱の光透過部分 1 4 0を成膜する。最後に、図 2 8 Cに示すように、多層膜構造 1 3 8及ぴ台形柱 1 4 0上に A 1 1 4 2を成膜する。

図 2 9 A〜図 2 9 Dは図 1 5に示した第 3実施形態の光学へッド 3 4の製造方法の一例を示している。先ず、図 2 9 Aに示すように R Fスパッタリング、真空蒸着或いは C V D法により、多層膜を成膜する。次いで、図 2 9 Bに示すように、フォトレジストを塗布後、ステツパ又は電子ビーム直接描画装置等を使用して、台形 1 4 4のパターユングを行う。次いで、図 2 9 Cに示すように、反応性ィォンエッチング（R I E) 等で形状を仕上げ、最後に図 2 9 Dに示すように、最外周の A 1層 1 4 6の成膜を行う。これらの製造プロセスはウェハプロセスで行い、最後に各チップに切り出し、所定の面が出るように研磨を行う。

上述した各実施形態における台形柱の頂角は、 1 0 ° 〜 1 2 0 ° の範囲で製造面、ビーム設計に応じて適宜選択可能である。また、各実施形態の各層の材料は、製造面、材料費、ビーム設計に応じて適宜選択可能であり、各実施形態の材料に限定されるものではない。例えば、 S i O ₂でなくても S i O ₂を含む S i O ₂ 系材料、 A 1 を含む A 1 系材料であってもよレヽ。

産業上の利用可能性

本発明の光学へッドは、以上詳述したように微小な光ビームを出射可能であるので、情報記録再生装置に適用すると超高密度記録を実現できる。また、基板上に形成する二次元パターンで容易に縮小化された光ビームを出射可能な光学へッドを製造することができ、光学ヘッドの量産化が可能である。更に、再生用へッドと併せてリソグラフィ技術で作製できるため、 1ィンチ平方当たりサブテラビット以上の高密度記録に対応できる光学へッド及びこれを用いた情報記録再生装置を提供することができる。

さらに、本発明の光学ヘッドは、情報記憶装置だけでなく、光通信用部品、半導体加工装置等の光学装置に応用可能である。

Claims

請求の範囲

1 . 第 1 の屈折率を有する第 1誘電体層と、

前記第 1誘電体層の両側に隣接して配置された、前記第 1 の屈折率より大きな第 2の屈折率を有する一対の第 2誘電体層と、

前記各第 2誘電体層に隣接して配置された一対の第 3誘電体層と、

前記各第 3誘電体層に隣接して配置された、前記第 1 の屈折率より大きな第 3 の屈折率を有する一対の第 4誘電体層とを具備し、

前記第 1乃至第 4誘電体層の積層方向と直交する方向から光を入射させることを特徴とする光学へッド。

2 . 前記第 1及ぴ第 3誘電体層は互いに異なる屈折率を有している請求項 1記載の光学へッド。

3 . 前記各第 3誘電体層は前記第 1 の屈折率より小さな第 4の屈折率を有している請求項 2記載の光学へッド。

4 . 前記第 2誘電体層及ぴ前記第 4誘電体層は同一誘電体から形成されている請求項 1記載の光学へッド。

5 . 前記第 1及ぴ第 3誘電体層は互いに異なる厚さを有している請求項 1記載の光学へッド。.

6 . 前記第 1誘電体層は第 1の厚さを有し、前記各第 3誘電体層は前記第 1 の厚さより厚い第 2の厚さを有している請求項 5記載の光学へッド。

7 . 前記第 1乃至第 4誘電体層は互いに異なる厚さを有している請求項 1記載の光学へッド。

8 . 前記第 2及び第 4誘電体層はシリコンから形成され、前記第 3誘電体層は S i O ₂から形成される請求項 1記載の光学へッド。

9 . 前記各第 4誘電体層に隣接して配置された、前記第 3誘電体層と同一の誘電体から形成された一対の第 5誘電体層と、

前記各第 5誘電体層に隣接して配置された、前記第 2誘電体層と同一の誘電体から形成された一対の第 6誘電体層とを更に具備した請求項 4記載の光学へッド。

1 0 . 前記各第 4誘電体層は前記各第 2誘電体層よりも厚い厚さを有している請求項 9記載の光学へッド。

1 1 . 前記光学へッドは光が入射する入射端面と出射する出射端面を有してお •9 、

前記各第 3誘電体層は前記出射端面側で所定距離削除されている請求項 1記載の光学へッド。

1 2 . 前記入射される光は前記第 1乃至第 4誘電体層の積層方向と直交する方向に偏光面を有する直線偏光である請求項 1記載の光学へッド。

1 3 . 第 1誘電体層と、

前記第 1誘電体層の両側に隣接して配置された、負の誘電率を有する一対の第 1隣接層と、

前記各第 1 隣接層に隣接して配置された一対の第 2誘電体層と、

前記各第 2誘電体層に隣接して配置された、負の誘電率を有する一対の第 2隣接層とを具備し、

前記第 1及ぴ第 2誘電体層は屈折率が互いに異なるか或いは厚さが互いに異なつており、

前記各層の積層方向と直交する方向から光を入射させることを特徴とする光学へ、リド、

1 4 . 前記第 1誘電体層は第 1 の屈折率を有しており、前記各第 2誘電体層は前記第 1の屈折率より大きな第 2の屈折率を有している請求項 1 3記載の光学へッド

1 5 . 前記第 1誘電体層は第 1 の厚さを有しており、前記各第 2誘電体層は前記第 1 の厚さより厚い第 2の厚さを有している請求項 1 3記載の光学へッド。

1 6 . 前記第 1及び第 2誘電体層並びに前記第 1及び第 2隣接層は互いに異なる厚さを有している請求項 1 3記載の光学へッド。

1 7 . 前記第 1及ぴ第 2隣接層は同一金属材料から形成されている請求項 1 3 記載の光学へッド。

1 8 . 前記第 1誘電体層は S i O ₂から形成され、前記第 1及び第 2隣接層はアルミニウムから形成されている請求項 1 7記載の光学へッド。

1 9 . 前記各第 2隣接層に隣接して配置された一対の第 3誘電体層と、前記各第 3誘電体層に隣接して配置された一対の第 3隣接層とを更に具備した請求項 1 3記載の光学へッド。

2 0 . 前記第 1乃至第 3隣接層は同一金属材料から形成されており、前記各第 2隣接層は前記第 1 隣接層の厚さより厚い厚さを有している請求項 1 9記載の光学へッド。

2 1 . 前記光学へッドは光が入射する入射端面と出射する出射端面を有しており、

前記各第 2誘電体層は前記出射端面側が所定距離削除されている請求項 1 3記載の光学へッド。

2 2 . 前記入射される光は前記各層の積層方向と直交する方向に偏光面を有する直線偏光である請求項 1 3記載の光学ヘッド。

2 3 . 円筒形状光学ヘッドであって、

中心に配置された第 1 の屈折率を有する第 1誘電体と、

前記第 1誘電体に隣接してその外周に配置された、前記第 1 の屈折率より大きな第 2の屈折率を有するリング状第 2誘電体と、

前記第 2誘電体に隣接してその外周に配置されたリング状第 3誘電体と、前記第 3誘電体に隣接してその外周に配置された、前記第 1 の屈折率より大きな第 3の屈折率を有するリング状第 4誘電体とを具備し、

円筒形状光学へッドの軸方向に光を入射させることを特徴とする光学へッド。

2 4 . 円筒形状光学ヘッドであって、

中心に配置された第 1誘電体と、

前記第 1誘電体に隣接してその外周に配置された負の誘電率を有するリング状第 1隣接材と、

前記第 1 隣接材に隣接してその外周に配置されたリング状第 2誘電体と、前記第 2誘電体に隣接してその外周に配置された、負の誘電率を有するリング状第 2隣接材とを具備し、前記第 1及ぴ第 2誘電体は屈折率が互いに異なるか或いは厚さが互いに異なつており、

円筒形状光学へッドの軸方向に平行な光を入射させることを特徴とする光学へッド。

2 5 . 互いに平行な一対の台形状主面と、矩形状底面と、該矩形状底面と平行な矩形状頂面と、前記頂面と前記底面及び前記一対の台形状主面同士をそれぞれ接続する一対の傾斜側面とを有する光学へッドであって、

第 1 の屈折率を有し、前記台形状主面に平行な第 1誘電体層と、

前記矩形状底面に該底面と直交する方向から光を入射させることを特徴とする光学へッド。

2 6 . 互いに平行な一対の台形状主面と、矩形状底面と、該矩形状底面と平行な矩形状頂面と、前記頂面と前記底面及び前記一対の台形状主面同士をそれぞれ接続する一対の傾斜側面とを有する光学へッドであって、

前記台形状主面と平行な第 1誘電体層と、

前記第 1及び第 2誘電体層は屈折率が互いに異なるか或いは厚さが互いに異なつており、

前記矩形状底面に該底面と直交する方向から光を入射させることを特徴とする光学ヘッド。

2 7 . 平面を有する半球状ソリッドィマージヨンレンズと、

前記ソリッドィマージョンレンズの前記平面上に形成された円筒状光学素子とを具備し、

前記円筒状光学素子は、

第 1の屈折率を有し、中心に配置された第 1誘電体と、

前記円筒状光学素子の軸方向と平行な光を前記ソリツドィマージヨンレンズに入射させることを特徴とする光学へッド。

2 8 - 平面を有する半球状ソリッドィマージヨンレンズと、

前記円筒状光学素子は、

中心に配置された第 1誘電体と、

前記第 1誘電体に隣接してその外周に配置された、負の誘電率を有するリング状第 1隣接材と、

前記リング状第 1 隣接材に隣接してその外周に配置されたリング状第 2誘電体と、

前記リング状第 2誘電体に隣接して配置された、負の誘電率を有するリング状第 2隣接材とを具備し、

前記第 1及び第 2誘電体は屈折率が互いに異なるか或いは厚さが互いに異なつており、

前記円筒状光学素子の軸方向に平行な光を前記ソリツドィマージヨンレンズに入射させることを特徴とする光学へッド。

2 9 . 第 1の屈折率を有する円筒状第 1誘電体と、前記円简状第 1誘電体の中心部分に埋め込められた、前記第 1 の屈折率より小さな第 2の屈折率を有する直方体形状の第 2誘電体と、

前記第 2誘電体の周囲の前記円筒状第 1誘電体中に格子状に埋め込まれた、前記第 1 の屈折率より小さな第 3の屈折率を有する複数の直方体形状の第 3誘電体とを具備し、

前記円筒状第 1誘電体の軸方向から光を入射させることを特徴とする光学へッ

3 0 . 負の誘電率を有する円筒状金属と、

前記円筒状金属の中心部分に埋め込まれた、第 1 の屈折率を有する直方体形状の第 1誘電体と、

前記第 1誘電体の周囲の前記円筒状金属中に格子状に埋め込められた、前記第 1 の屈折率と異なる第 2の屈折率を有する複数の直方体形状の第 2誘電体とを具備し、

前記円筒状金属の軸方向から光を入射させることを特徴とする光学へッド。

3 1 . 記録媒体に情報を記録又は再生する情報記憶装置であって、

光ビームを出射する光源と、

該光ビームに基づいた光を記録媒体に照射する光学へッドとを具備し、前記光学へッドは、

第 1の屈折率を有する第 1誘電体層と、

前記第 1乃至第 4誘電体層の積層方向と直交する方向から前記光学へッドに光を入射させることを特徴とする情報記憶装置。

3 2 . 記録媒体に情報を記録又は再生する情報記憶装置であって、

光ビームを出射する光源と、該光ビームに基づいた光を記録媒体に照射する光学へッドとを具備し、前記光学へッドは、

第 1誘電体層と、

前記第 1誘電体層の両側に隣接して配置された、負の誘電率を有する一対の第 1 隣接層と、

前記各層の積層方向と直交する方向から前記光学へッドに光を入射させることを特徴とする情報記憶装置。