(57)【要約】【課題】  近接場光による微細な光スポットサイズで多層記録が可能な、従来に比して超高記録密度化が可能な光記録システムを提供するにある。【解決手段】光記録システムでは、第１誘電体中に金属或いは半導体で作られ、第１の微小構造が周期的な配列で埋め込まれ、正の屈折率が与えられるプラズモン・レンズを備えている。このレンズ部に接触或いは微小間隙を空けて主面が対向されて記録媒体が配置されている。主面から入射する光に対して少なくともある特定方向で負の屈折率を有する記録媒体は、誘電体層に金属又は半導体で作られた層が積層されている。レンズ部及び記録媒体間の相対位置が微小駆動されて誘電体層或いは金属又は半導体層で作られた層、もしくはその両方に光スポットが形成されて情報が記録される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の誘電体及びこの第１誘電体中に埋め込まれた金属或いは半導体を含み、実質的に周期的な配列された第１の微小構造から構成されるメタマテリアル・レンズ又は金属薄膜と当該金属薄膜に開けられた穴或いはスリット等の開口部を持つプラズモン・レンズを含むレンズ部と、
前記レンズ部に接触或いは微小間隙を空けて配置される主面を有し、第２の誘電体及び金属又は半導体で作られた第２の微小構造体が前記主面に対して略直交する方向に沿って周期的に配置される記録媒体と、
前記レンズ部及び前記記録媒体間の相対位置を微小駆動して前記第２の誘電体或いは前記第２の微小構造体に光スポットを形成する微小駆動部と、
を備えていることを特徴とする多層光記録システム。
【請求項２】
前記微小構造体の周期は、前記第２の誘電体中における前記光の波長の１／２以下であることを特徴とする請求項１に記載の多層光記録システム。
【請求項３】
前記光スポットが前記第２の誘電体或いは前記第２の微小構造体の屈折率、光偏向特性、発光特性、結晶状態、分子状態、磁化状態、強誘電分極状態のいずれかを部分的に変化させて情報を記録することを特徴とする請求項１記載の光記録システム。
【請求項４】
前記記録媒体は、前記主面から入射する光に対して少なくともある特定方向で負の屈折率を有することを特徴とする請求項１記載の多層光記録システム。
【請求項５】
光波を生成し、この光波の波長よりも小さなサイズを有するスポット光源を生成する光源部と、
この光源部に接触或いは微小間隙を空けて配置され、誘電体層及び金属層若しくは半導体層が周期性を有して積層されたメタマテリアルの積層構造で構成される記録媒体であって、前記光波の周波数において、前記光波の波長よりも幅の狭い光ビームのキャナライゼーション現象が生ずる記録媒体と、
前記誘電体層及び金属層若しくは半導体層を選択し、前記スポット光源から伝播された光波で形成された光スポットにより情報を記録する選択回路と、
を具備していることを特徴とする多層光記録システム。
【請求項６】
前記積層構造の周期は、前記誘電体層を構成する誘電体中における前記光波の波長の１／２以下であることを特徴とする請求項５に記載の多層光記録システム。
【請求項７】
前記光スポットが前記積層構造体の屈折率、光偏向特性、発光特性、結晶状態、分子状態、磁化状態、強誘電分極状態のいずれかを部分的に変化させて情報を記録することを特徴とする請求項５記載の光記録システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光で情報を記録する光記録システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、光記録システムは、光（光波）を用いて記録媒体に情報を書き込み、或いは、記録媒体から情報を読み出すシステムとして広く普及している。このシステムは、例えば、ＣＤ、ＤＶＤ等を記録媒体する記録再生システムがその代表格として良く知られている。これらの光記録システムにおいては、より小さなメディアにより多くの情報を記録することが求められ、今日においても、メディアの単位面積当たりの記録密度を高める努力が続けられている。
【０００３】
高密度記録の実現方法として、従前では、より小さな記録ビットで情報を物理的に記録する方策が採用さている。この方法では、光のスポットをより小さく絞り込むことが重要になるが、一般には光の回折現象のために、スポットサイズは、光の波長の１／２程度に絞り込むのが限界とされている。従って、光記録システムにおいては、従来、用いる光の波長を短くすることにより、高記録密度化を達成している。しかしながら、現在、ＤＶＤシステムでは、すでに波長の短い青色レーザーが用いられ、これ以上の短波長化は、光学系などの制約から困難な状況になっている。近年、この様な状況を打破し、より高い記録密度を達成する方法が求められている。
【０００４】
高密度化を達成する方法の一つに、記録ビットサイズ（物理的ビットサイズ）を小さくするのではなく、メディア中に３次元的に情報を記録することにより、ビットサイズを一定のまま、記録密度を高める方法がある。この方法は、従来のシステムが平面状のメディアに２次元的にビットで情報を記録しているに対して、厚さ方向にも情報を記録することにより記録密度の向上を図るものである。２光子吸収現象が用いられるシステムでは、光のスポット位置でのみ情報の書き込が制限されることから、レンズの焦点位置を上下させることにより、ディスク上に書き込むビットの深さ方向（ディスクを構成する媒体の深さ方向）に焦点位置を変化させることが可能となり、３次元的に情報を記録することができる。例えば、１００層に情報の記録が可能であれば、光のスポットサイズを小さくすることなく、記録密度を１００倍にすることができ、結果として、同一波長の光で実質的な高記録密度を達成することができる。
【０００５】
しかし、この方法においては、(a)記録層数が増えるに従って記録媒体も厚くせざるを得ないこと、(b)書き込み位置が余り深くなると光が減衰されて十分な記録強度が得られ難くなること、(c)記録媒体の深い位置に正確に光スポットを作ることは光学的に困難であること等の理由によって、現在の技術ではその積層数は、数百層に留まり、無制限に増加させることは困難であるとされている。
【０００６】
特に、２光子吸収を用いた記録システムにおいては、現在の技術では、積層間隔を小さくすると、層間のクロストーク等が生じ、積層間隔は、数μｍ程度離すことが必要とされ、１ｍｍ厚の媒体に数百層の記録をすることが限界になっている。
【０００７】
また、高密度化を達成する他の方法として、近接場光（ニアフィールド光）を用いることによって、光波の回折限界を超えた微小ビットを実現する方法が提案されている。従来の光記録システムでは、ファーフィールド光（遠隔場光）を用いた一般的な光学レンズシステムが用いられている。しかし、この記録システムでは、光のスポットサイズを光の波長の１／２以下に小さくすることは、難しく、その記録密度は、光の波長で制限されている。ファーフィールド光に対して、近接場光という、物質（例えば、レンズやピンホール）の近傍にのみ存在し、自由空間中を伝播しない光を用いると、光のスポットサイズを光の波長以下に絞ることが出来、微小な記録ビットを形成することができる。
【０００８】
近年では、光波の回折限界よりも小さな近接場光スポットを作る技術として、表面プラズモンを利用したレンズが知られている。表面プラズモンを利用したレンズには、主に２種類のレンズがある。１つは、非特許文献１に開示されるように、金属膜に波長以下の穴が形成され、その穴の周りに同心円状の溝が取り巻いている構造が知られている。この構造では、金属上の溝に光（光波）が照射されることによって、表面プラズモンが発生され、表面プラズモンが中央部の波長以下のサイズの穴を通り抜ける光を増強するレンズとして作用している、従って、この構造では、表面プラズモンの利用により、波長以下のサイズの穴を通り抜けることができる光（光波）の量を大きく増強することができ、強い強度の近接場光スポットを形成することが可能になる。
【０００９】
表面プラズモンを利用した他の１つの構造は、非特許文献２、３及び４に開示されるように金属膜に同心円状に、波長以下のサイズのスリットを形成してレンズを構成し、スリットの配置を最適化することにより、近接領域で、近接場光スポットを形成することができることが知られている。
【００１０】
以下の説明において、表面プラズモンを利用したレンズを総称して、プラズモン・レンズ或いは単にレンズと称する。これらのプラズモン・レンズによれば、近接場領域には強い近接場光スポットを作ることが可能となる。
【００１１】
しかしながら、このようにして生成された近接場光スポットのサイズは、光の波長によって決定される回折限界よりも小さいために、近接場光としてピンホール或いはレンズ等の近傍に局在するという特性がある。従って、近接場光は、遠くに伝播することはできず、ピンホール或いはレンズなどから離れるに従ってそのエネルギー強度は指数関数的に減少してしまう。ピンホール或いはレンズ等から離れた遠くの領域にも、近接場光スポットから発せられた光の一部は、伝播光となって伝播するが、伝播する光成分は、近接場光成分を失っているため、一般的な光学レンズで集光しても、回折限界により、光の波長の半分程度の大きさまでしか、光スポットを絞ることはできない。従って、一般的な方法では、ピンホール或いはレンズなどから離れた媒体の深い場所（光の波長以上に離れた領域）に光の波長の１／２以下のサイズのスポット光を集光することは困難とされている。
【００１２】
また、近年、近接場光を利用する方法として、特に注目を集めている技術に、非特許文献５〜６に開示されるように、負屈折率を有する材料を用いた完全レンズがある。これは誘電率と透磁率がともに負の材料を用いることにより、近接場光をレンズ中で伝播させ、集光することができるレンズである。このレンズを用いると光の回折限界に囚われることなく、光を微小なスポットに集光することが可能になる。
【００１３】
この様な負屈折率を有する材料の作成方法は幾つか知られている。その中の１つに、誘電体中に、金属もしくは半導体微小構造体を埋め込んだメタマテリアルがある。一般的には、微小構造体の大きさは、１０ｎｍから数１００ｎｍ程度の大きさで作成され、光の波長に比べると１／１０以下程度の大きさにすることが望ましいとされている。これは、メタマテリアルでは、微小構造体を光の波長よりも十分に小さく作成することにより、光波が個々の微小構造体で阻害されることなく、全体として平均した誘電率及び透磁率が与えられる。
【００１４】
負屈折率材料は、近接場の増強効果があることが判明し、負屈折率材料の平らな板は、光の波長による回折限界を超えた解像度を実現することができ、レンズとして作用することが判明している。このように負屈折率材料で作られたレンズも光の回折限界を超えた微小ビットを書き込むためのレンズとして強い関心を集めている。
【００１５】
しかしながら、このような負屈折率材料を用いたレンズを用いても、非特許文献７で指摘されるように、レンズから光の波長程度以上に離れた遠い領域に、光の回折限界を超えたナノ・スポットを形成することは困難であることが知られている。これは、負屈折率材料に近接場増強効果があるといえども、やはりレンズ自体から波長以上に離れると、急速に近接場成分が減衰してしまうことに起因している。特に、負屈折率材料が誘電損失を有している場合には、減衰が顕著になり、本質的に解決は困難であるとされている。
【００１６】
従って、このように物質（例えば、レンズ或いはピンホール）の近傍にしか存在できない近接場光では、光スポットサイズの微小化は、可能なものの、媒体のごく表面にしか照射することが出来ないため、単層記録にしか利用できず、記録密度の向上には限界があるという問題がある。
【００１７】
また、負屈折率材料をレンズに使ったシステムとして３次元記録をおこなうシステムが特許文献１で提案されている。この特許文献１では、負屈折率材料によって構成されたレンズを用いることにより、光の波長以下の微小ビットサイズを実現しながら、厚さ方向も含めた３次元記録を実現できるとしている。しかしながら、実際には負屈折率材料で構成した超解像レンズであっても、遠距離に光の回折限界を超えたスポットサイズに光を集光することは困難とされている。なぜなら、負屈折率材料を用いた超解像レンズは、所謂近接場光の増幅という現象を利用して超解像を得ているが、現実には誘電損失によって、遠距離にまで近接場光を届かせることはできないからである。この為、負屈折率材料をレンズに用いるだけでは、十分な焦点距離をとることが出来ず、３次元記録への適用は、困難とされている。
【００１８】
更に、ある種のメタマテリアルにおいては、波長よりも小さな直径を持った光のビームが、拡散することなくそのままの径で、媒質中を伝播してゆく現象が発見され、キャナライゼーション現象、若しくは、自己収束現象として知られている。すなわち一般的には、光ビームはその直径を光の波長より細くしても、回折現象によって自然と広がってしまうのだが、このような媒質中では拡散することなく細いビームのまま直進することが出来、それをキャナライゼーション現象と称している。この様な現象が起こる材料は幾つか知られている。非特許文献８には、誘電体と、金属層もしくは半導体層を積層した多層膜において、膜面垂直方向にキャナライゼーション現象が起こることが開示されている。また、非特許文献９に開示されるように、ある種のフォトニック結晶においても、キャナライゼーション効果が起こることが知られている。しかし、この非特許文献９では、こうした効果の情報記録への適用は示唆されていない。しかも、キャナライゼーション現象では、光のビームが拡散せずに直進するが、逆に収束することもない。つまり光ビームの進路上の特定の位置にのみ選択的に光を照射することは出来ず、本質的に多層記録などに利用することができないという問題がある。
【特許文献１】特開２００７−２０７３９５
【非特許文献１】レーザー研究35, 572(2007)
【非特許文献２】Science 317,927(2007)
【非特許文献３】Science 320,511(2008)
【非特許文献４】Optics Express 13, 6815(2005)
【非特許文献５】J.Comput.Theor.Nanosci. 3, 1(2006)
【非特許文献６】Nature photonics 1, 41(2007)
【非特許文献７】Optics Letters 30, 75(2005)
【非特許文献８】Physical Review B74,075103(2006)
【非特許文献９】IEEE Journal of selected topics in quantum electronics 8, 1246(2002)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
上述のように、記録システムの高記録密度化には、記録層の多層化と光スポットサイズの微細化を両立することが求められている。しかしながら、記録層を多層化した場合には、近接場光を媒体内部にまで集光させることが出来ないため、光スポットサイズが微細化できないという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、上記問題点を解決するためになされてものであり、その目的は、近接場光による微細な光スポットサイズで多層記録が可能な、従来に比して超高記録密度化が可能な光記録システムを提供することにある。
【００２１】
この発明によれば、
第１の誘電体及びこの第１誘電体中に埋め込まれた金属或いは半導体を含み、実質的に周期的な配列された第１の微小構造から構成されるメタマテリアル・レンズ又は金属薄膜とそこに開けられた穴或いはスリット等の開口部を持つプラズモン・レンズを含むレンズ部と、
前記レンズ部に接触或いは微小間隙を空けて配置される主面を有し、第２の誘電体及び金属又は半導体で作られた第２の微小構造体が前記主面に対して略直交する方向に沿って周期的に配置される記録媒体と、
前記レンズ部及び前記記録媒体間の相対位置を微小駆動して前記第２の誘電体或いは前記第２の微小構造体に光スポットを形成する微小駆動部と、
を備えていることを特徴とする多層光記録システムが提供される。
【００２２】
また、この発明によれば、
光波を生成し、この光波の波長よりも小さなサイズを有するスポット光源を生成する光源部と、
この光源部に接触或いは微小間隙を空けて配置され、誘電体層及び金属層若しくは半導体層が周期性を有して積層されたメタマテリアルの積層構造で構成される記録媒体であって、前記光波の周波数において、前記光波の波長よりも幅の狭い光ビームのキャナライゼーション現象が生ずる記録媒体と、
前記誘電体層及び金属層若しくは半導体層を選択し、前記スポット光源から伝播された光波で形成された光スポットにより情報を記録する選択回路と、
を具備していることを特徴とする多層光記録システムが提供される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、光の回折限界を超えた、微小な光スポットを、を記録媒体中の深さ方向(厚み方向）の沿った任意の位置に生成することを可能とし、超解像多層光記録システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に、図面を参照して本発明に係る光記録システムの実施例を詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る多層光記録システムの基本的構成を概略的に示す略図である。
【００２６】
図１に示される多層光記録システムでは、光源として半導体レーザー等のレーザー光源１０のレーザー射出側にアパーチャ１２が配置されてナノ光源１４を形成するナノ光源構造１８を備えている。このナノ光源構造１８におけるナノ光源１４は、レーザー光波をアパーチャ１２に形成したナノ・ホールを通過させて直径１ｎｍ〜１００ｎｍ程度にスポット化して形成される。
【００２７】
このナノ光源１４は、レーザー光源１０に代えてＣｒ或いは金、銀のような金属の薄膜に直径１ｎｍ〜１００ｎｍ程度の円形の穴を開けたアパーチャを設置し、この円形穴に向けて光ファイバーからレーザービームを導波することによっても作ることができる。また、光ファイバーの端面を金属で被覆し、射出部分に直径１〜１００ｎｍの穴を開口してその開口穴から漏れ出る近接波によってナノ光源１４が形成されても良い。更に、ナノ光源は、いわゆるプラズモン・レンズ等のように、金属のプラズモンによる近接場増強効果が用いられて生成されても良く、このナノ光源としては１００ナノメートルから、数ナノメートル径の高強度の近接場光を用いることが望ましい。また、ナノ光源としては、簡便にはソリッドイマルジョン・レンズを用いることもできる。
【００２８】
このナノ光源１４に接するようにレンズ部１６が配置されている。金属若しくは半導体の微細構造１６Ａが規則性を有するように、例えば、マトリックス状に配列或いは周期的に配列されるように誘電体１６Ｂ中に埋め込まれているメタマテリアルの平板でレンズ部１６を構成することができる。このレンズ部１６を構成するメタマテリアル材料は、正の大きな屈折率を持つようにすることが望ましい。正の大きな屈折率を与える為に、金属若しくは半導体の微細構造として、スプリットリング共振器構造或いはペア金属ロッド構造等の共振器構造が誘電体１６Ｂ中に埋め込まれる。この微細構造１６Ａとしての共振器構造１７においては、共振周波数が光の周波数より僅かに大きな値に設定されることで、共振器１７は、大きな正の透磁率μを示し、その結果、メタマテリアル材料では、正の屈折率ｎの値を大きくすることができる。以下の説明においては、メタマテリアル材料で作られたレンズをメタマテリアル・レンズと称するが、以下では、単にレンズ部と称している。
【００２９】
図２には、誘電体１６Ｂ中に配列される１つのスプリットリング共振器１７の１例が示されている。この図２に示されるスプリットリング共振器１６Ａは、同心円状に配置された内周側円環状ストリップ線路部１７Ａ及び外周側円環状ストリップ線路部１７Ｂで構成され、内周側円環状ストリップ線路部及び外周側円環状ストリップ線路部の一部が切欠されて構成されている。
【００３０】
図３において、縦軸は、比透磁率を示し、横軸は、光の周波数を示している。図３から明らかなように、スプリットリング共振器１７においては、共鳴周波数に対応した周波数ｆ０よりも大きな周波数では、比透磁率が負を示し、周波数ｆ０よりも小さな周波数では、比透磁率が正を示し、共鳴周波数に対応した周波数ｆ０を境に急激に透磁率が大きく変動されている。図３から明らかなように、共鳴周波数の少し下で大きな正の透磁率を共振器１７に与えることができる。
【００３１】
このように正の透磁率を共振器１７に与えることにより屈折率を増大させ、レンズ中で伝播することができる光の波数を増大させることができ、これにより真空中では伝播させることが出来なかった、近接場光の高波数成分を伝播させることが可能になる。従って、メタマテリアル材料の正の屈折率ｎの値を大きく増大させ、結果として、真空中では伝播しないようなナノ光源の高波数成分を伝達させることが可能となる。ナノ光源１４からの光（光波）は、このレンズ部１６の中を符号１９で示すように球面状に広がりながら伝播される。このレンズ部１６は、便宜上レンズと称しているが、レンズ部単体で光を集光する機能を持っている必要はない点に注意されたい。
【００３２】
誘電体１６Ｂとして用いる材料は、ナノ光源１４として用いている光の周波数に対して透明な材料を用いることが望ましく、具体的には、可視光に対してＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＮｉＯ、などの酸化物を用いることができる。また、誘電体１６Ｂの材料は、赤外光に対してはＳｉ，ＺｎＳｅ，ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓのような半導体を用いることが出来る。ナノ光源として用いている光の周波数に対して、誘電率εが２を超えていることが望ましいが、必ずしもそれに限定する必要はない。
【００３３】
埋め込む微細構造１６Ａの金属もしくは半導体に用いる材料は、電気伝導度の高い材料を用いることができる。具体的には、可視光に対してはＡｕ，Ａｇ，Ｃｕ等の金属或いはその合金を用いることができる。また、赤外光に対しては、ＭｇＯ、ＺｎＯ，ＮｉＯ等のような透明酸化物に対して十分な量のドーピングがなされ、キャリアが誘起されている縮退半導体を用いることもできる。また、赤外光に対しては、Ｓｉ，ＺｎＳｅ，ＧａＡｓなどのような半導体に対してドーピングがなされ、キャリアが誘起されている半導体を用いても良い。
【００３４】
レンズ部１６を伝播した光(光波）は、ナノ光源１４とは、反対側のレンズ部１６の面に対面している記録媒体２０に到達され、その内に伝播される。レンズ部１６は、記録媒体２０の平坦な主面（上面）７に接触或いは僅かな微小ギャップを空けて配置されている。ここで、微小ギャップは、光の波長よりも短い間隔に設定されている。記録媒体２０は、微小厚さの金属層若しくは半導体層２０Ａと微小厚さの誘電体層２０Ｂとが積層された積層構造に作られている。即ち、記録媒体２０は、膜厚方向(深さ方向とも称する。）に対して１次元のフォトニック・クリスタル構造を有するレンズ部に形成されている。換言すれば、記録媒体２０の主面に対して直交する方向に沿って周期構造を有するように層２０Ａ、２０Ｂが配列されている。従って、記録媒体２０は、レンズ部１６と同様に、その内で光は、周波数分散関係が与えられている。
【００３５】
金属層２０Ａと誘電体層２０Ｂとを積層した1次元フォトニック・クリスタルでは、金属の表面プラズモン共鳴周波数に対応した周波数の近傍において、負の屈折率を持つバンドのブランチを持つようになる。
【００３６】
記録媒体２０に用いる材料においては、ナノ光源１４の周波数に対して、金属材料、誘電体、積層周期を適切に選定することにより、ナノ光源１４の周波数が負の屈折率をもったバンドのブランチ上に来るようにすることができ、そのとき記録媒体２０は、ナノ光源１４からの光に対して負の屈折率を持つことになる。そのため、レンズ部１６を介して媒体面に到達した光は、屈折作用によって、図１に符号２１で示されるように記録媒体２０中で集光され、媒体２０中に光のナノ・スポット２２を形成する。記録媒体２０では、真空中では伝播させることができなかった、近接場光の高波数成分をも伝播させることが可能になり、光は、集光位置にナノ・スポット２２を形成することが可能になる。
【００３７】
尚、図１において、符号２３は、ナノ・スポット２２が形成されて記録媒体２０内に記録された情報ビットを示している。
【００３８】
図４（ａ）及び（ｂ）には、図１に示したレンズ部１６及び記録媒体２０における等周波数曲線の一例が示されている。光の群速度は、図４（ａ）及び（ｂ）に弧状に示される等周波数曲線に直交するため、レンズ部１６中の光は、図４（ａ）に矢印で示されるようにナノ光源１４から放射状に拡散される。その光が記録媒体２０に進入するときには、界面に平行な方向の波数成分であるｋｙは保存されるため、図４（ｂ）に示す同一の波数成分ｋｙを有したまま記録媒体２０上の等周波数曲線上に状態が移される。従って、記録媒体２０内では、光は１点に収束されることとなり、記録媒体２０内でナノ・スポット２２を形成することになる。このとき収差をなくすためには、レンズ部１６内での等周波数曲線と、記録媒体２０内での等周波数曲線とが鏡像関係になっていることが望ましい。
【００３９】
尚、記録媒体２０において得られるナノ・スポット２２のサイズは、積層周期程度の大きさが限界となるため、積層周期は短くするほうが望ましい。また、一般的な方法でも、光の波長の１／２の大きさまではスポットサイズを小さくすることができる為、超解像効果を得る為には、積層周期は用いている誘電体中での光の波長の１／２以下にする必要がある。
【００４０】
誘電体層２０Ｂとして用いる材料としては、レンズ部１６の誘電体１６Ｂと同じものを用いることもできるが、情報の記録を可能とするために、光スポット、即ち、ナノ・スポット２２の位置で情報の記録が行われる材料を用いることが特に望ましい。
【００４１】
金属層又は半導体層２０Ａに用いる材料は、電気伝導度の高い材料を用いることができる。特に半導体にドーピングしてキャリアを誘起した材料で半導体層２０Ａを形成する場合においては、ドーピング量の調整によってプラズマ共鳴周波数を調節することが可能であるため、半導体を用いることがより好ましいとされる。
【００４２】
また、誘電体層２０Ｂは、２光子吸収材料で作ることも可能である。誘電体層２０Ｂは、例えば、有機材料の２光子吸収材料を用いても良い。具体的には、誘電体層２０Ｂとしてフォトクロミック材料であり、ジアリールエテン、ジアリールエテンをドープしたＰＭＭＡを用いることもできる。また、ウレタン−ウレア共重合体を用い、光異性化反応による屈折率変化を生じさせて情報ビット２３を記録することが可能である。そのほか、光の照射によって電子の局在化が起こり、屈折率が変化するフォトリフラクティブ材料を用い、屈折率の変化によって情報ビット２３を記録することができる。また、光の照射によってトランスからシスへの異性体に変化して屈折率が変化する異性化材料、蛍光色素等を用い、屈折率の変化によって情報ビット２３を記録することができる。また、これらの材料では、屈折率の変化に伴って、当然に透過率及び反射率も変化するため、透過率及び反射率の変化を利用して情報ビット２３を記録することも可能である。尚、これらの材料では、光の照射にともなって、異性体への変化等、分子状態が変化していることから、他の観点からは、その分子状態或いは結晶状態の変化によって情報ビットが記録されていることとなる。
【００４３】
蛍光特性(発光特性）が変化する材料を用いた場合には、光源１８としてフェムト秒若しくはピコ秒レーザーを用いて、高エネルギー密度の光スポットを媒体２０中につくり出すことにより、二光子吸収現象を生じさせ、光スポット部分の蛍光発光特性を変化させることが可能で、蛍光発光特性の変化により情報を書き込むことができる。この蛍光発光特性の変化を利用した書き込みでは、読み出し時にも２光子吸収現象を用いることも可能である。即ち、書き込み時よりも低エネルギー密度の光スポット２２を作ることにより、スポット２２の部分からの２光子蛍光発光を観測することにより、情報を読み出すことができる。
【００４４】
尚、発光現象としては蛍光発光に限定する必要はなく、光の照射により励起された電子や分子が緩和するとき放出する光を観測することにより、情報を読み出すことが可能である。
【００４５】
この記録／読み出しのシーケンスは従来の２光子吸収媒体を用いた３次元光記録システムの方式に準じることが出来るのみならず、記録／読み出しに用いる光の回折限界を超えた微細な記録ビット２３への情報の記録、また、この微細ビット２３からの情報の読み出しが可能となる。
【００４６】
尚、この発明の実施例に係る光記録システムにおいては、レンズ部１６の厚さは、媒体２０内におけるナノ・スポット２２が形成される深さに対応している。従って、多層記録を実現するには、図５に示したように厚さを変えた幾つかのレンズ部１６−１〜１６−３を用意するとともにこれらレンズ部１６−１〜１６−３の為のナノ光源構造１８−１〜１８−３が用意されることが好ましい。
【００４７】
図１及び図５に示される光記録システムにおいては、用いている光の波長程度には、レンズ部１６の表面と媒体２０の表面とを離すことも可能であるため、用いる波長によっては数１００ｎｍから１μｍ程度は、レンズ部１６を上下動させることが可能で、このレンズ部１６の上下動により光が集光される誘電体層２０Ｂを選択することができる。従って、この誘電体層２０Ｂを選択し、選択した誘電体層２０Ｂにナノ・スポット２２を形成する為にレンズ部１６及び光源構造１８を一体に記録媒体２０の主面に対して直交する方向に微動する駆動部８が図１に示されるように設けられている。当然に、駆動部８によってレンズ部１６及び光源構造１８は、光の波長程度の範囲内での微動に限定される。また、駆動部８は、選択した誘電体層２０Ｂにおける記録領域を選定する為に（所謂、トラッキングの為に）記録媒体２０の主面に沿って平行にレンズ部１６及び光源構造１８を移動するように構成されていても良い。図５においては、図が複雑化する為に駆動部８が省略されていることに注意されたい。図５に示されるシステムにおいては、駆動部８が個別のレンズ部１６―１〜１６−３及び光源構造１８―１〜１８−３の組み合わせ毎に設けられて個別にレンズ部１６―１〜１６−３及び光源構造１８―１〜１８−３の組み合わせを駆動しても良く、或いは、レンズ部１６―１〜１６−３及び光源構造１８―１〜１８−３の組み合わせた全体を単一の駆動部８で駆動しても良い。
【００４８】
また、図６に示すように、積層構造のレンズ部１６が楔形に形成され、レンズ部１６の楔面上でナノ光源１４が楔面に沿った矢印３０又は３２で示すように駆動部８によって移動されてナノ光源１４から伝播される光が通過するレンズ部１６内の領域を選択することができ、選択されたレンズ領域の厚さを設定することによって記録媒体２０内に形成されるナノ・スポット２２の形成位置を選択することができる。即ち、ナノ光源１４が移動されることによって連続的にレンズ部１６の利用領域の厚さを変えることができ、連続的にナノ・スポット２２が形成される記録媒体２０内の深さを変えるようにしても良い。図６に示す装置においても、用いている光の波長程度にはナノ光源１４とレンズ部１６の表面とを離すことも可能であることから、ナノ光源１４が楔面に沿って移動される場合に限らず、この光の波長の範囲内でレンズ部１６の楔面とナノ光源１４とが駆動部８によって離されるように上下動を伴っても良く、或いは、水平方向（上下動方向に対して直交する方向）に移動されても良い。ここで、ナノ光源１４が上下動される場合には、予め光の波長内で可動量が定められ、この可動量に従ってステップワイズ（段階的）に移動され、ステップワイズな移動に伴い積層構造内の記録すべき層が選択されても良い。
【００４９】
また、記録媒体２０は、ビット２３間のクロストークを無くすために、図７に示されるように情報の書き込みがトラック毎にセグメント化され、基板３４上に形成される各記録セグメント３０―１〜３０−３が略ビット２３の幅と同程度の幅で分離されているように加工されても良い。また、トラッキングのガイドとするために、各記録セグメント３０―１〜３０−３は、ビット２３の幅よりは十分に大きいサイズ（幅）で形成され、微小ギャップ３２を介してトラックごとに分離された構造に形成しても良い。
【００５０】
以上のように、上述した多層光記録システムにおいては、レンズ部１６が正の屈折率を有し、記録媒体２０が負屈折率を有する場合について説明をしたが、本発明は、この構成に限定されるわけではなく、逆にレンズ部１６に負の屈折率を与え、記録媒体２０に正の屈折率を与えても良い。このような多層光記録システムにあっても、ほぼ上述と同様の効果を得ることができる。しかし、記録媒体２０側を負の屈折率とした方がレーザー周波数の揺らぎに対して強くなる為、記録媒体２０側を負の屈折率とすることが望ましい。また、正の高屈折率材料を作成することのほうが、負の屈折率を実現するよりも技術的に困難であるため、記録媒体２０側を負の屈折率とすることが望ましい。また負の屈折率材料には近接場の増強効果があるため、記録媒体２０側を負の屈折率とする事が望ましい。
【００５１】
次に、図８を参照してこの発明の第２の実施の形態に係る多層光記録システムについて説明する。以下の説明においては、図１〜図７で説明した構成要素或いは構成部分に対しては、同一符号を付してその説明を省略する。
【００５２】
図８に示される多層光記録システムにおいては、記録媒体２０は、第１の実施の形態と同様に構成され、負の屈折率が与えられているが、光源系及びレンズ系が異なる系に置き換えられている。即ち、光源系として、通常のレーザー光源４０が用いられ、コリメートされたレーザー光が凹レンズ４２に向けられている。この凹レンズ４２において、コリメートレーザー光が広げられて記録媒体２０に伝播される。このように発散されたレーザー光が記録媒体２０に進入されるが、記録媒体２０が負の屈折率を有する媒体であることから、媒体２０内で生ずるレンズ効果により、媒体２０内の光の伝搬方向の深い位置（媒体の厚さ方向）にナノ・スポット２２が形成されて情報ビット２３が記録される。
【００５３】
このような集光レンズとしては、図９に示したような、金属膜４６に同心円状のスリット４４が穿けられてレーザー光の照射によって表面にプラズモンが生成されるプラズモン・レンズ４８を用いることもできる。このようなナノ・スリット４４を用いたプラズモン・レンズ４８では、適切に設計を行うことにより、微小スリット４４へのレーザー光の照射で微小スリット４４から近接場光が滲み出して記録媒体２０中を伝播され、光の波長限界を超えたナノ・スポットを形成することができる。プラズモン・レンズを媒体に近接して配置する場合には凸レンズとして機能するように、フレネル・レンズのようなスリットを形成することも出来る。即ち、内周部のスリット４４に比べて外周部において高い密度でスリット４４を形成することにより、プラズモン・レンズ４８に凸レンズ効果を与えることができ、記録媒体２０中に増幅された近接場光でナノ・スポットを形成することができる。プラズモン・レンズ４８は、記録媒体２０に十分に近接させることが可能なことから、プラズモン・レンズ４８のナノ・スリット４４において発生した近接場光の高波数成分も大きく減衰させずに媒体２０に到達させることができる。従って、記録媒体２０に十分な集光スポットを与えることができる。
【００５４】
またやや離して配置する場合には、凹レンズとして機能するようにスリットを配置することも出来る。即ち、外周部のスリット４４に比べて内周部においての高い密度でスリット４４を形成することにより、プラズモン・レンズ４８に凹レンズ効果を与えることができる。そして、プラズモン・レンズ４８を負の屈折率を有する記録媒体２０と組み合わせることにより、近接場光を減衰させずに記録媒体中を伝播させて記録媒体２０中の集光位置（媒体２０内の深部）にナノ・スポット２２を形成することが可能になる。プラズモン・レンズ４８は、記録媒体２０に十分に近接させることが可能なことから、プラズモン・レンズ４８のナノ・スリット４４において発生した近接場光の高波数成分も大きく減衰させずに媒体２０に到達させることができる。従って、記録媒体２０に十分な集光特性を与えることができる。
【００５５】
尚、以上の実施例においては、誘電体層２０Ｂに２光子吸収媒体を用いて、記録を保持することを前提としているが、記録の保持方法については、２光子吸収媒体に限定されるものではない。
【００５６】
図１０に示すように、誘電体層２０Ｂが強誘電体材料で作られ、光スポット２２で生じている電場を利用して、強誘電体層２０Ｂの分極方向を反転させて、情報を書き込むこともできる。また、光スポット２２で生じる電場に加えて補助的に記録媒体２２に外部から電場が印加され、誘電分極を容易化するようにしても良い。情報の読出しに際しては、分極が反転された記録部位に光が照射され、この記録部位から発生する２次高調波が観測されて情報ビット２３が再生されても良い。
【００５７】
また、図１１に示すように、金属層２０Ａに代えて磁性体金属層２０Ｃで記録媒体２０が構成され、記録媒体２０に円偏光された状態のレーザービームが照射されてナノ・スポット(光スポット）２２が形成されても良い。そうすると、円偏光であるために、電場の回転に伴って、このナノ・スポット位置に強い磁場が発生し、金属層２０Ｃの磁化が直接反転されて情報を書き込むことができる。即ち、照射されるレーザー光の円偏光の方向が右回転か或いは左回転かに依存して、光スポットが形成される磁性体金属層２０Ｃの領域では、発生する磁場の向きが上向きになったり、或いは、下向きになったりする。従って、スポット位置の磁性体金属層２０Ｃの領域には、円偏光の方向に応じた磁場の向きを有する強い磁場が発生し、結果として、情報ビット２３を書込みことができる。また、読出しに際しては、直線偏向したレーザー光が磁性体金属層２０Ｃの領域に集光され、磁場の向きに応じて偏光面が回転されてこの回転されたレーザー光が読出される。スポット位置では、磁性体のカー効果によって、直線偏向面が回転されて円或いは楕円に偏光され、この回転される偏光角が読み出されて記録領域の位置における磁化の方向が読出される。図１１に示す装置の光学系は、略光磁気光記録システムの構成に準じて構成することができる。このように、記録媒体２０には、光偏向特性の変化によって、情報を記録することが可能である。
【００５８】
また、金属層２０Ａは、相変化材料で作られた相変化層に代えることができる。この相変化層を備えた記録媒体２０では、強い光スポット２０が相変化層に形成されことにより、その集光位置の領域に相変化が引き起され、例えば、アモルファス相から結晶相への変化或いは結晶相からアモルファス相への変化を生じさせることにより情報をその領域に記録することができる。読出しに際しては、同様に光スポットを相変化層上に生じさせ、その相変化層の反射率の変化を相変化層からの反射光でモニターすることによって情報を読み出すことが可能となる。このように、記録媒体２０には、結晶状態の変化によっても情報を記録することが可能である。
【００５９】
次に、図１２は、この発明の第３の実施の形態に係る多層光記録システムの概略構成を示している。
【００６０】
図１〜図１１に示された記録媒体２０は、誘電体２０Ｂ及び金属層又は半導体層２０Ａが積層されている多層構造で構成されて１次元のフォトニック結晶が作られ、フォトニックバンドにより有効的な負の屈折率が作り出されている。しかしながら、有効的な負の屈折率を作り出す方法は、図１〜図１１に示された記録媒体２０の多層膜構造に限定されず、様々な対応で変更することができる。図１２に示されるように、記録媒体２０は、誘電体４２で作られた平板状の記録媒体２０中に、金属又は半導体で作られた微小構造体４４が規則性を有して、例えば、マトリックス状に配列されて、２次元若しくは３次元のフォトニック結晶を作り、この記録媒体２０に有効的な負の屈折率与えられても良い。金属又は半導体で作られた微小構造体４４は、一例として金属の球体で作られ、この金属球体が誘電体中に規則正しく配列されれば良い。また、微小構造体４４は、図２に示されるようにスプリットリング共振器１７で構成されても良い。スプリットリング共振器１６Ａは、図２に示されるように同心円状に配置された内周側円環状ストリップ線路部１７Ａ及び外周側円環状ストリップ線路部１７Ｂで構成され、内周側円環状ストリップ線路部及び外周側円環状ストリップ線路部の一部が切欠されて構成されている。図１２に示されるような構造を有する記録媒体２０では、有効的な負の屈折率を与えることができる。付言すれば、記録媒体としては、コストパフォーマンスが高いことが要求されることから、図１２に示される構造に比べて図１に示されるような多層膜構造である方が、より製造が容易であり、実用上優れている。
【００６１】
図１２に示される多層膜光記録システムは、図１〜図１１に示した光記録システムとは記録媒体２０の構造が異なるのみで、光源及びレンズ系は、図１〜図１１に示した光記録システムにおける光源及びレンズ系を利用することができる。
【００６２】
但し、図１２においては、光源としての光源構造１６及びレンズ系としてのレンズ部１６は、単に情報を書き込み及び情報を読み出すヘッド５０として単純化されて描かれている点に注意されたい。また、通常の光記録システムと同様に、このヘッド５０には、信号処理部５２から記録信号５２Ａが供給され、ヘッド５０からは読みし信号５２Ｂが信号処理部５２に供給される。ヘッド５０内は、通常の光ヘッドと同様に変調器（図示せず）及び検出器（図示せず）を備えている。変調器では、半導体レーザー等の光源構造１８から出力されるレーザー光が記録信号５２Ａに応じて強度変調或いはレーザー光の偏光角を変化させている。また、検出器は、記録媒体２０中の集光スポット２２からの反射光をモニターして反射光の光変調或いは偏光角の変化を検出して読み出し信号５２Ｂを生成している。
【００６３】
図１３は、この発明の第４の実施の形態に係る多層光記録システムの概略構成を示している。
【００６４】
図１３に示される装置においては、図１に示す装置とは異なりレンズ部１６が設けられず、ナノ光源１４が記録媒体２０の前面に設置されている。このナノ光源１４としては、レーザー光をナノ・ホールに照射して、直径１ｎｍ〜１００ｎｍ程度にスポット化して形成されるナノ光源を用いることができる。このナノ光源１４を形成するためには、Ｃｒ、金或いは銀のような金属の薄膜に直径１ｎｍ〜１００ｎｍ程度の円形の穴が開けられたアパーチャ１２が記録媒体２０の前面に設置され、アパーチャ１２に向けてレーザー光を導波するように光ファイバーが設けられても良い。或いは、光ファイバーの端面が金属で被覆され、射出部分に直径１〜１００ｎｍの穴が開けられることによりナノ光源が作られても良い。
【００６５】
このナノ光源１４に接するように、配置される記録媒体２０は、図１に示されると同様に、誘電体２０Ｂ及び金属層若しくは半導体層２０Ａの積層構造を有する平板で構成されている。このような積層構造にすることにより、媒体２０には、光の周波数において、誘電率の強い異方性が与えられている。
【００６６】
既に説明したように、誘電体層２０Ｂ及び金属層若しくは半導体層２０Ａの膜厚比を適当に設計することにより、記録媒体２０の面内の誘電率と比較して、記録媒体２０に対して垂直方向の誘電率が１０倍を超えるような大きな値にすることができる。このように誘電率比を大きくした状態では、ナノ光源１４から媒体２０に入射した光は、記録媒体２０中を拡散することなく光の回折限界よりも細いまま伝達され、キャナライゼーション現象を起こすこととなる。
【００６７】
図１３に示すように、書き込み層を選択する為に、書き込み層選択回路６０が設けられている。この書き込み層選択回路６０では、書き込みラインＬ１〜Ｌnが用意され、書き込みラインＬ１〜Ｌn-1が第1グループの接点端子６２に接続されると共に第１層から第（ｎ−１）層の金属層若しくは半導体層２０Ａに接続され、また、書き込みラインＬ２〜Ｌnが第２グループの接点端子６２に接続されると共に第２層から第ｎ層の金属層若しくは半導体層２０Ａに接続されている。第１及び第２グループの接点端子６２、６４を選択する摺動子６６，６８が設けられ、この摺動子６６，６８が電圧源７０に接続されている。摺動子６６，６８は、協働して動作し、互いに隣接するラインＬi、Li+1（ｉ=１〜(n-1)）を選択するように作動される。従って、ラインＬi、Li+1（ｉ=１〜(n-1)）が選択されると、電圧源７０から電圧が互いに隣接する第ｉ番目の金属層若しくは半導体層２０Ａ及び第（ｉ＋１）番目の金属層若しくは半導体層２０Ａに印加され、その間の誘電体層２０Ｂに電界が印加されて書き込み誘電体層２０Ｂが選択される。この選択された誘電体層２０Ｂにレーザービーム２１が交差すると、この交差した点において情報ビット２３が書き込まれる。
【００６８】
書込みに使う現象としては、エレクトロクロミック現象を用いることができる。即ち、電圧をかけていないときには透明で、電圧をかけたときに発色するエレクトロクロミック材料を誘電体層に用いることができる。層選択のために電圧が印加された誘電体層２０Ｂのエレクトロクロミック材料層のみが発色され、キャナライゼーションしてきたレーザー光線がその選択された誘電体層２０Ｂに吸収され、その誘電体層２０Ｂのエレクトロクロミックの特性を消失させることができる。従って、金属層若しくは半導体層２０Ａに電圧を印加させた際に誘電体層２０Ｂが変色するか、或いは、しないかで記録すべき層が選択され、その変色した誘電体層２０Ｂの領域を更に選択的に色変化或いは透明化させることで情報ビット２３を記録することができる。このようなエレクトロクロミック材料としては、ＷＯ３，ＭｏＯ３，Ｎｂ２Ｏ３などの酸化物をベースにした材料がある。
【００６９】
また、書き込みにつかう他の現象としては、格子欠陥の生成現象を用いることもできる。誘電体層２０Ｂとして、ＺｎＯ，ＮｉＯ，などをベースとした光キャリアが誘起され易い材料を用いる。光キャリアが誘起され易い材料では、キャナライゼーションしてきたレーザー光線に沿って線状にキャリアが誘起され、層選択のために電圧が印加されると、電圧が印加された誘電体層２０Ｂでは、キャリアが加速されて衝突を繰り返し雪崩現象により多数のキャリアが生成され、多くの格子欠陥が形成される。これらの格子欠陥は、光キャリア誘起現象が起こりやすくするため、一度欠陥が形成されると同じレーザー光をあてても、より多くのキャリアが生成されるようになる為、光を当てながら、書込み時より小さな電圧をかけて流れる電流を測定することにより、その領域に書込みがされているかどうかを読み出すことができる。この多くの格子欠陥が形成される誘電体層としてはＺｎＯ、ＮｉＯのような半導体を用いることが望ましい。
【００７０】
金属層１６Ｂとして用いる材料は、ナノ光源１４として用いる光の周波数よりも高い周波数にプラズマ共鳴周波数を持っている必要がある。具体的には、可視光に対しては、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ等の金属或いはその合金を用いることができる。また、赤外光に対しては、ＭｇＯ、ＺｎＯ，ＮｉＯ等のような透明酸化物に対して十分な量のドーピングがなされ、キャリアが誘起されている金属層１６Ｂを用いることもできる。また、赤外光に対しては、Ｓｉ，ＺｎＳｅ，ＧａＡｓなどのような半導体に対してドーピングがなされ、キャリアが誘起されている半導体層１６Ｂを用いても良い。特に、半導体にドーピングしてキャリアを誘起した材料においては、ドーピング量の調整によってプラズマ共鳴周波数を調節することが可能であるため、半導体を用いることがより好ましいとされる。
【００７１】
図１４は、この発明の第５の実施の形態に係る多層光記録システムを概略的に示す略図である。この図１４に示すように、書込み／読出しヘッドとしては、マルチ・プローブタイプのヘッド８０を用いることができる。マルチ・プローブタイプのヘッド８０では、レーザー光は、光導波路８０を介してプローブ８６の先端に導波される。プローブ８６のチップ８４の先端には、ナノ・ホールが開口され、近接場光スポット１４が形成されている。プローブ８６のチップ８４の先端にプラズモン・レンズが形成されても良く、また、このようなマルチプローブヘッド８０が駆動部８を含むＭＥＭＳ機構によって駆動されても良く、更に、ＭＥＭＳメモリのようなチップに多層光記録システムが作り込まれても良い。
【００７２】
図１５は、この発明の第６の実施形態に係る多層光記録システムの概略構成を示している。図１３に示される多層光記録システムでは、媒体２０としての誘電体２０Ｂ及び金属層または半導体層２０Ａの多層構造が用いられ、記録媒体２０中でキャナライゼーション現象を生じさせている。しかしながら、キャナライゼーション現象は、多層膜構造の記録媒体２０中で生じさせることに限定されず、図１５に示すように、誘電体４２中に、金属または半導体の微小構造体４４を規則正しく並べて２次元若しくは３次元のフォトニック結晶を記録層２０中に形成し、この規則性構造中にキャナライゼーション現象を生じさせても良い。
【００７３】
図１５に示す記録媒体２０では、金属の球体４４が誘電体４２中に規則正しく配列されてその内でキャナライゼーション現象をおこすことが可能としている。このような構造では、微小構造体４４を並べる配列を適当に最適化すると、光のキャナライゼーションが起こる方向を複数に設定することもできる。より具体的には、図１５に示される構造では、記録媒体２０は、金属もしくは半導体の微小構造４４を並べているため、個別の層との概念がなく、個々の微小構造４４に電圧を印加することもできない。このことから、図１５に示すように２つ以上のレーザー構造体１８−１，１８−２が用意され、その夫々のナノ・スポット源１４−１、１４−２からの光が記録媒体２０中に伝播されることが好ましい。即ち、キャナライゼーション現象が起こる２つ以上の異なる方向からレーザー光線２１−１、２１−２を照射することにより、その２つのレーザー光線の交点において情報を記録し、その交点位置から情報を読出している。この様に、異なる方向からレーザー光線２１−１、２１−２を交点９０に向けて照射することによって、その交点上の誘電体領域に２光子吸収現象を生じさせ、情報ビット２３を記録することができ、また、その交点上の誘電体領域から情報を読出すことができる。
【００７４】
誘電体層４２は、２光子吸収材料、例えば、有機材料の２光子吸収材料で作ることができる。具体的には、誘電体層４２としてフォトクロミック材料であり、ジアリールエテン、ジアリールエテンをドープしたＰＭＭＡを用いることもできる。また、ウレタン−ウレア共重合体を用いて、光異性化反応による屈折率変化を見ることもできる。そのほか、電子の局在化によって屈折率が変化するフォトリフラクティブ材料を用いることもできる。また、光の照射によってトランスからシスへの異性体に変化して屈折率が変化する異性化材料、蛍光色素等をも用いることもできる。
【００７５】
誘電体層４２として蛍光特性が変化する材料を用いた場合には、光源としてフェムト秒もしくはピコ秒レーザーを用いて、高エネルギー密度の光スポットを媒体２０中につくり出すことにより、二光子吸収現象をおこし、光スポット部分の蛍光発光特性を変化させることが可能であり、その変化により情報を書き込むことができる。この蛍光特性が変化する材料にあっても、情報の読み出しに２光子吸収現象を用いることができる。即ち、書き込み時よりも低エネルギー密度の光スポットを誘電体４２中に作ることにより、スポット２２からの２光子蛍光発光を観測することにより、情報を読み出すことができる。
【００７６】
この記録／読み出しのシーケンスは、従来の２光子吸収媒体を用いた３次元光記録システムの方式に準じることができる。上述したように、発明の実施の形態によれば、記録／読み出しに用いる光の回折限界を超えた微細なビットで記録／読み出しが可能となる。
【００７７】
尚、上述した実施の形態において、記録媒体２０としては、コストパフォーマンスの面から多層膜構造で作られる方が製造に対しては簡便である点を付言しておく。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る多層光記録システムの基本的構成を概略的に示す略図である。
【図２】図１に示される誘電体中に配列される１つのスプリットリング共振器の１例を概略的に示す平面図である。
【図３】図２に示されるスプリットリング共振器の比透磁率に対する周波数依存性を示すグラフである。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、図１に示したレンズ及び記録媒体における等周波数曲線の一例を示している。
【図５】図１に示した多層光記録システムの実施例に係る多層光記録システムを概略的に示す略図である。
【図６】図１に示した多層光記録システムの他の実施例に係る多層光記録システムを概略的に示す略図である。
【図７】図１に示した記録媒体の変形例に係る記録媒体を概略的に示す断面図である。
【図８】この発明の第２の実施の形態に係る多層光記録システムの基本的構成を概略的に示す略図である。
【図９】図８に示された多層光記録システムの変形例に係る多層光記録システムを概略的に示す略図である。
【図１０】図１、図５、図６或いは図８に示された記録媒体の他の変形例を概略的に示す断面図である。
【図１１】図１、図５、図６或いは図８に示された記録媒体の更に他の変形例を概略的に示す断面図である。
【図１２】この発明の第３の実施の形態に係る多層光記録システムを概略的に示す略図である。
【図１３】この発明の第４の実施の形態に係る多層光記録システムを概略的に示す略図である。
【図１４】この発明の第５の実施の形態に係る多層光記録システムを概略的に示す略図である。
【図１５】この発明の第６の実施の形態に係る多層光記録システムを概略的に示す略図である。
【符号の説明】
【００７９】
１０．．．レーザー光源、１２．．．アパーチャ、１４．．．ナノ光源、１６、１６−１〜１６−３．．．レンズ部１６Ａ、４４．．．微細構造、１６Ｂ、４２．．．誘電体、１６Ａ．．．スプリットリング共振器、１７．．．共振構造、１７Ａ、１７Ｂ．．．円環状ストリップ線路部、１８、１８−１〜１８−３．．．ナノ光源構造、２０．．．記録媒体、２０Ａ．．．金属層、２０Ｂ．．．誘電体層、２０Ｃ．．．金属層、２２．．．ナノ・スポット、２１．．．光波或いはレーザービーム、３０−１〜３０−３．．．記録セグメント、３２．．．微小ギャップ、４０．．．レーザー光源、４４．．．ナノ・スリット４４、４６．．．金属膜、４８．．．プラズモン・レンズ、５０．．．ヘッド、５２．．．信号処理部、５２Ｂ．．．読み出し信号、５２Ａ．．．記録信号、６０．．．書き込み層選択回路、６２、６４．．．接点、６６、６８．．．摺動子、７０．．．電圧源、８０．．．光導波路、８４．．．チップ、８６．．．プローブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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