(57)【要約】  表面プラズモンポラリトン方向変換器（１）は、表面プラズモンポラリトン（５）の伝播方向を変換するものであり、金属膜支持部材（２）と、金属膜支持部材（２）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第１金属膜（３）および第２金属膜（４）とを備え、第１金属膜（３）および第２金属膜（４）は、第１金属膜（３）と第２金属膜（４）との間に形成された境界線の少なくとも一部が、該境界線の垂線に対する表面プラズモンポラリトン（５）の伝播方向のなす角θが０度＜θ＜９０度または−９０度＜θ＜０度となるように設けられており、かつ、金属膜支持部材（２）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金属膜支持部材（２）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。これにより、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方向変換器を提供することである。
2008047601.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面プラズモンポラリトンの伝播方向を変換する表面プラズモンポラリトン方向変換器において、
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、該境界線の垂線に対する前記表面プラズモンポラリトンの伝播方向のなす角θが０度＜θ＜９０度または−９０度＜θ＜０度となるように設けられており、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方向変換器。
【請求項２】
前記各金属膜は、第１金属膜、第２金属膜および第３金属膜がこの順に隣接しており、
前記第１金属膜、前記第２金属膜および前記第３金属膜は、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と、該第２金属膜と該第３金属膜との間に形成された境界線とが平行以外となるように設けられてい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方向変換器。
【請求項３】
前記各金属膜は、それぞれ異なる材料からな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方向変換器。
【請求項４】
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３に記載の表面プラズモンポラリトン方向変換器。
【請求項５】
前記各金属膜は、それぞれ異なる膜厚を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の表面プラズモンポラリトン方向変換器。
【請求項６】
前記第１金属膜および前記第３金属膜は、同一の実効屈折率を有することを特徴とする請求項２に記載の表面プラズモンポラリトン方向変換器。
【請求項７】
前記第１金属膜と前記第２金属膜との間に形成された境界線と、該第２金属膜と前記第３金属膜との間の形成された境界線との距離が、前記表面プラズモンポラリトンの伝播長より短いことを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の表面プラズモンポラリトン方向変換器。
【請求項８】
隣り合う前記各金属膜の境界線の一部は、伝播している前記表面プラズモンポラリトンの一部を遮るように設けられてい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方向変換器。
【請求項９】
磁気記録媒体に対して記録および再生を行うための光アシスト磁気記録装置に備えられる情報記録再生ヘッドにおいて、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の表面プラズモンポラリトン方向変換器と、
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、
近接場光を前記磁気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方向変換器は、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伝播することを特徴とする情報記録再生ヘッド。
【請求項１０】
前記表面プラズモンポラリトン方向変換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方向変換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９に記載の情報記録再生ヘッド。
【請求項１１】
前記表面プラズモンポラリトン方向変換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９に記載の情報記録再生ヘッド。
【請求項１２】
前記近接場光励起手段から前記近接場光出力手段までの距離が、前記表面プラズモンポラリトンの伝播長より短いことを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の情報記録再生ヘッド。
【請求項１３】
前記近接場光励起手段は、前記光源から照射された光の波長より小さい微小開口であることを特徴とする請求項１１に記載の情報記録再生ヘッド。
【請求項１４】
前記近接場光出力手段は、金属突起であることを特徴とする請求項９〜１３のいずれか１項に記載の情報記録再生ヘッド。
【請求項１５】
前記光源の光の出射面が、前記磁気記録媒体に対して垂直な面内にあることを特徴とする請求項９〜１４のいずれか１項に記載の情報記録再生ヘッド。
【請求項１６】
磁気記録媒体に対して記録および再生を行うための光アシスト磁気記録装置において、
請求項９〜１５のいずれか１項に記載の情報記録再生ヘッドを備えることを特徴とする光アシスト磁気記録装置。
【請求項１７】
光通信システムにおける周波数分割多重方式の光回路において、
複数の異なる周波数を有する表面プラズモンポラリトンを周波数毎に分波する表面プラズモンポラリトン分波手段を備えており、
前記表面プラズモンポラリトン分波手段は、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方向変換器であることを特徴とする光回路。
【請求項１８】
光通信システムにおける周波数分割多重方式の光回路において、
異なる周波数を有する複数の表面プラズモンポラリトンを合波する表面プラズモンポラリトン合波手段を備えており、
前記表面プラズモンポラリトン合波手段は、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方向変換器であることを特徴とする光回路。
【請求項１９】
光通信システムにおける時分割多重方式の光回路において、
表面プラズモンポラリトンの伝播方向を複数に分岐する表面プラズモンポラリトン分岐手段を備えており、
前記表面プラズモンポラリトン分岐手段は、請求項８に記載の表面プラズモンポラリトン方向変換器であることを特徴とする光回路。
【請求項２０】
光通信システムにおける時分割多重方式の光回路において、
複数の方向から伝播する表面プラズモンポラリトンを統合する表面プラズモンポラリトン統合手段を備えており、
前記表面プラズモンポラリトン統合手段は、請求項８に記載の表面プラズモンポラリトン方向変換器であることを特徴とする光回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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の伝播方向を変換する表面プラズモンポラリトン方向変換器、該表面プラズモンポラリトン方向変換器を用いた情報記録再生ヘッド、光アシスト磁気記録装置および光回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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。【０００４】
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。【０００５】
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。【０００６】
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。【０００７】
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。【０００８】
そのため、開口部を金属膜で作製し、該開口部に光を入射することにより該金属膜上に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。また、表面プラズモンポラリトンを用いることにより、開口部に局在する近接場光を任意の位置に伝播することが可能となる。【０００９】
そこで、光アシスト磁気記録方法に表面プラズモンポラリトンにより任意の位置に伝播された近接場光を用いる技術が特許文献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１４および図１５を参照して説明する。図１４は、光アシスト磁気記録方法に用いられる従来の情報記録再生ヘッド１０１を示す斜視図である。図１５は、図１４の情報記録再生ヘッド１０１の側部から見た断面図である。【００１０】
特許文献１に記載された情報記録再生ヘッド１０１は、レーザビーム１０２が近接場光ヘッド１０３の上面から照射面１０４に対して照射され、照射面１０４に形成されたレーザスポット１０５において電気的振動波（表面プラズモンポラリトン）が励起される。レーザスポット１０５において励起された電気的振動波は、図１５に示すように、導波路１０６を通って放射部１０７へ向かって伝播される。そして、放射部１０７において近接場光１０８が記録媒体１１０に対して照射される。このように、放射部１０７から近接場光１０８が記録媒体１１０に対して照射されることにより記録媒体１１０を加熱し、加熱された領域に対して磁気ヘッド１０９が情報を記録する。【００１１】
なお、近接場光ヘッド１０３では、レーザビーム１０２が照射される側の面から放射部１０７が設けられている側の面に向かって連続的に接続することにより進行方向を変え、かつ、順次狭くなっていることにより、レーザスポット１０５において励起された電気的振動波を放射部１０７に向けて集中させる。しかしながら、この方法では、表面プラズモンポラリトンの進行する面内での方向変換ができないために、記録用磁界発生部および再生素子の配置の自由度が低い。【００１２】
そこで、表面プラズモンポラリトンが進行する面内において、該表面プラズモンポラリトンの進行方向を変換する技術が特許文献２に記載されている。特許文献２に記載された技術について図１６および図１７を参照して説明する。図１６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１７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。【００１３】
金属膜２０１は、図１６に示すように、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２０４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。【００１４】
上記構成により、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２０４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。【００１５】
また、表面プラズモンレンズ２１１は、図１７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。第１誘電体層２１３は、空気であってもよいために、図１７では図示されていない。【００１６】
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する。【００１７】
上記構成により、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２０４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。【００１８】
ただし、特許文献２に記載された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。また、表面プラズモンレンズ２１１では、励起される表面プラズモンポラリトン２０４は後述するアシンメトリーモードである。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。【００１９】
したがって、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２０４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２０４の波長の数倍程度または波長以下と短くなってしまう。【００２０】
また、表面プラズモンレンズ２１１では、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。【００２１】
ここで、金属膜の実効屈折率ｎは、
【数１】
2008047601.tif 000003
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。【００２２】
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る。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、
【数２】
2008047601.tif 000004
で表される。【００２３】
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。【００２４】
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。【００２５】
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。
【特許文献１】日本国公開特許公報「特開２００４−２７３０２１号（公開日：平成１６年９月３０日）」
【特許文献２】米国公開特許公報「ＵＳ２００３／０１３７７７２号（公開日：２００３年１月２４日）
【非特許文献１】“Surface-polariton-like waves guided by thin, lossy metal film”J.J. Burke and G.I.Stegeman, Physical Review B, 33, 5186, (1986)
【非特許文献２】“Electromagnetic energy transfer and switching in nanoparticle chain arrays below the diffraction limit”Mark L. Brongersma, John W. Hartman, and Harry A. Atwater, Physical Review B, 62, 16356, (2000)
【発明の開示】
【００２６】
上記各技術のうち、特許文献２に記載された金属膜２０１では、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２０４を十分に屈折させるためには、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２０４を十分に屈折させるための第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。
【００２７】
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２０４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２０４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。
【００２８】
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、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２０４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２０４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。
【００２９】
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。
【００３０】
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方向変換器、情報記録再生ヘッド、光アシスト磁気記録装置および光回路を提供することである。
【００３１】
本発明の表面プラズモンポラリトン方向変換器は、上記課題を解決するために、表面プラズモンポラリトンの伝播方向を変換する表面プラズモンポラリトン方向変換器であって、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、該境界線の垂線に対する前記表面プラズモンポラリトンの伝播方向のなす角θが０度＜θ＜９０度または−９０度＜θ＜０度となるように設けられており、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。
【００３２】
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の境界線が、該境界線の垂線と該表面プラズモンポラリトンの伝播方向とのなす角θを０度＜θ＜９０度または−９０度＜θ＜０度となるように設けることにより、該表面プラズモンポラリトンの伝播方向を該境界線において屈折させることができる。
【００３３】
そして、上記角θを調節することによって、表面プラズモンポラリトンの伝播方向を調節することができる。そのため、本発明の表面プラズモンポラリトン方向変換器は、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、表面プラズモンポラリトンの伝播方向を変換させる特許文献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。
【００３４】
このとき、金属膜の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該各金属膜間のエッジにおいて散乱し、照射対象に照射されることを抑制することができる。
【００３５】
その結果、本発明の表面プラズモンポラリトン方向変換器は、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発生を抑制できる。また、本表面プラズモンポラリトン方向変換器の上に、何らかの成膜を行う場合、膜厚差を気にする必要がない。
【００３６】
本発明の情報記録再生ヘッドは、磁気記録媒体に対して記録および再生を行うための光アシスト磁気記録装置に備えられる情報記録再生ヘッドにおいて、上述した表面プラズモンポラリトン方向変換器と、光源と、上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、近接場光を上記磁気記録媒体に照射する近接場光出力手段とを備え、上記表面プラズモンポラリトン方向変換器は、上記表面プラズモンポラリトンを上記近接場光励起手段から上記近接場光出力手段へと伝播することを特徴としている。
【００３７】
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、磁気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伝播することができる。
【００３８】
そのため、情報記録再生ヘッドに設けられる、磁界を磁気記録媒体に印加するための磁界発生部と光源とが離れた位置に設けられていても、該磁界発生部の近傍に近接場光出力手段を設けることにより、近接場光と磁界とを近接した位置で磁気記録媒体に対して印加することが可能となる。
【００３９】
また、情報記録再生ヘッドに設けられる再生素子が、光源の熱による劣化および磁界発生部からの磁界の影響を妨げるように、かつ、正確なトラッキングができる程度の距離にするための配置自由度が高く、全体の小型・軽量化を図ることができる。
【００４０】
本発明の光アシスト磁気記録装置は、磁気記録媒体に対して記録および再生を行うための光アシスト磁気記録であって、上述した情報記録再生ヘッドを備えることを特徴としている。
【００４１】
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、設計自由度の高い光アシスト磁気記録装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１ａ】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方向変換器の概略構成を示す斜視図である。
【図１ｂ】第１金属膜と第２金属膜との間に形成された境界線の垂線に対する表面プラズモンポラリトンの入射角および反射角を示した上記表面プラズモンポラリトン方向変換器の平面図である。
【図２】上記表面プラズモンポラリトン方向変換器の第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の位相分布を示す図である。
【図３】上記表面プラズモンポラリトン方向変換器において、表面プラズモンポラリトンの入射角と屈折角との関係を示すグラフである。
【図４】上記表面プラズモンポラリトン方向変換器において、第１金属膜および第２金属膜の膜厚と表面プラズモンポラリトンの屈折角との関係を示すグラフである。
【図５】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方向変換器の概略構成を示す平面図である。
【図６】上記表面プラズモンポラリトン方向変換器の第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の位相分布を示す図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る電磁場発生素子の概略構成を示す平面図である。
【図８】本発明の表面プラズモンポラリトン方向変換器の製造方法を示す断面図である。
【図９】本発明の表面プラズモンポラリトン方向変換器を用いた光アシスト磁気記録装置の斜視図である。
【図１０】上記光アシスト磁気記録装置に備えられるスライダ部の比較例を磁気記録媒体側から見た平面図である。
【図１１】上記光アシスト磁気記録装置に備えられるスライダ部の第１実施例を磁気記録媒体側から見た平面図である。
【図１２】上記光アシスト磁気記録装置に備えられるスライダ部の第２実施例を磁気記録媒体側から見た平面図である。
【図１３】上記光アシスト磁気記録装置に備えられるスライダ部の第３実施例を磁気記録媒体側から見た平面図である。
【図１４】光アシスト磁気記録方法に用いられる従来の情報記録再生ヘッドを示す斜視図である。
【図１５】図１４の情報記録再生ヘッドの側部から見た断面図である。
【図１６】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。
【図１７】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。
【図１８】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。
【図１９】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の斜視図である。
【図２０】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の斜視図である。
【図２１】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の斜視図である。
【図２２】金属膜の膜厚を変化させたときの実効屈折率および伝播長の変化を示すグラフである。
【図２３】表面プラズモンポラリトンが異なる膜厚の金属膜を伝播した際の、エッジにおけるエッジ強度比および結合効率の膜厚差依存性を示す図である。
【図２４】表面プラズモンポラリトンが異なる膜厚の金属膜を伝播した際の、エッジにおける電場強度比および隣接する各金属膜の間に形成された境界線が面一である面における電場強度比の膜厚差依存性を示す図である。
【図２５】従来の光通信システムおよび光コンピューターの光回路における方向変換器を示す図である。
【図２６】光通信システムにおける周波数分割多重方式の光回路の一例を示す図である。
【図２７】光通信システムにおける時分割多重方式の光回路の一例を示す図である。
【図２８】時分割多重方式の光回路の分岐器および合波器として用いられる表面プラズモンポラリトン方向変換器を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１、１１、２１、４１  表面プラズモンポラリトン方向変換器
２                    金属膜支持部材
３、１３、２２、４２  第１金属膜
４、１４、２３、４３  第２金属膜
２４、４４            第３金属膜
５                    表面プラズモンポラリトン
３０                  光源
３１                  近接場光励起部（近接場光励起手段）
３２                  近接場光出力部（近接場光出力手段）
３３                  磁界発生部
３４                  磁気シールド層
３５                  再生素子
３６                  スライダ
５０                  光アシスト磁気記録装置
５１                  スピンドル
５２                  駆動部
５３                  制御部
５４                  磁気記録媒体
５５                  アーム
５６                  回転軸
５７                  スライダ部（情報記録再生ヘッド）
５８                  制御回路
５９                  アクセス回路
６０                  記録用回路
６１                  スピンドル駆動回路
５０１                周波数分割多重方式の光回路
５０２                分波器（表面プラズモンポラリトン分波手段）
５０３                変調器
５０４                合波器（表面プラズモンポラリトン合波手段）
５１１                時分割多重方式の光回路
５１２                分岐器（表面プラズモンポラリトン分岐手段）
５１３                変調器
５１４                遅延器
５１５                合波器（表面プラズモンポラリトン統合手段）
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
本発明の一実施形態について図１〜図１３に基づいて説明すると以下の通りである。【００４５】
本発明の表面プラズモンポラリトン方向変換器は、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少なくとも２つの金属膜を備え、表面プラズモンポラリトンを該各金属膜の少なくとも一方から、該表面プラズモンポラリトンを他方の金属膜に伝播させることにより、該各金属膜の境界線において表面プラズモンポラリトンの伝播方向を変換させるものである。【００４６】
〔第１実施形態〕
まず、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方向変換器１について、図１〜図４を参照して説明する。図１（ａ）は、本実施形態に係る表面プラズモンポラリトン方向変換器１の概略構成を示す斜視図であり、図１（ｂ）は第１金属膜と第２金属膜との間に形成された境界線の垂線に対する表面プラズモンポラリトンの入射角および反射角を示した上記表面プラズモンポラリトン方向変換器の平面図である。なお、図中の矢印は表面プラズモンポラリトン５の伝播方向を示している。【００４７】
本実施形態の表面プラズモンポラリトン方向変換器１は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、金属膜支持部材２と、第１金属膜３と、第２金属膜４とから構成されている。【００４８】
本実施形態の表面プラズモンポラリトン方向変換器１は、表面プラズモンポラリトン５を、第１金属膜３または第２金属膜４から、他方の金属膜に対して伝播させることにより、第１金属膜３と第２金属膜４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５の伝播方向を変換させるためのものであり、光アシスト磁気記録に用いられる磁気記録装置に好適に用いることができる。【００４９】
なお、本実施形態の表面プラズモンポラリトン方向変換器１は、第１金属膜３または第２金属膜４のどちらかにおいて、表面プラズモンポラリトン５を発生させる構成であってもよい。第１金属膜３または第２金属膜４に表面プラズモンポラリトン５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。また、本実施形態の表面プラズモンポラリトン方向変換器１は、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。以下の説明においては、表面プラズモンポラリトン５を第１金属膜３から第２金属膜４に伝播させる場合の構成について説明する。【００５０】
金属膜支持部材２は、第１金属膜３および第２金属膜４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２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２とし、第１金属膜３および第２金属膜４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２は形状や構成に限定されず、第１金属膜３および第２金属膜４を形成可能な構成であればよい。【００５１】
また、金属膜支持部材２を利用することにより、第１金属膜３または第２金属膜４に表面プラズモンポラリトン５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２として透光性を有する基板が用いられる。【００５２】
この場合、金属膜支持部材２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、ＳｉＯ２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２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。【００５３】
さらに、金属膜支持部材２を利用することにより、第１金属膜３または第２金属膜４に表面プラズモンポラリトン５を発生させる場合には、金属膜支持部材２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、ＭｇＦ２、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ３、ＺｎＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＮ、ＡｌＮなどが挙げられる。【００５４】
第１金属膜３および第２金属膜４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３および第２金属膜４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。【００５５】
なお、図１（ａ）および図１（ｂ）では、表面プラズモンポラリトン方向変換器１の形状が長方形となっているが、これに限られない。すなわち、表面プラズモンポラリトン方向変換器１は、同じ膜厚であって、異なる金属材料からなる金属膜が互いに接していればよく、どのような形状であってもかまわない。【００５６】
表面プラズモンポラリトン５の第１金属膜３と第２金属膜４との間に形成された境界線における屈折は、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３と第２金属膜４との実効屈折率の比および表面プラズモンポラリトン５の第１金属膜３と第２金属膜４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。【００５７】
なお、入射角とは、図１（ｂ）に示すように、第１金属膜３表面上を表面プラズモンポラリトン５が第１金属膜３と第２金属膜４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、該境界線の垂線に対する表面プラズモンポラリトン５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３から第２金属膜４表面上に表面プラズモンポラリトン５が伝播していく場合に、第１金属膜３と第２金属膜４との間に形成された境界線の垂線に対する、第２金属膜４表面における表面プラズモンポラリトン５の伝播方向のなす角θ２（ただし、０度＜θ２＜９０度）と定義する。【００５８】
ここで、第１金属膜３と第２金属膜４との実効屈折率の比と、第１金属膜３と第２金属膜４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５の入射角および屈折角との関係について説明する。【００５９】
第１金属膜３と第２金属膜４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５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５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、
【数３】
2008047601.tif 000005
と表される。なお、ｎ１は第１金属膜３の実効屈折率であり、ｎ２は第２金属膜４の実効屈折率を示す。すなわち、ｎ１とｎ２との比が大きければ、第１金属膜３と第２金属膜４との間に形成された境界線において、伝播方向は大きく変換される。【００６０】
また、第１金属膜３および第２金属膜４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５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３および第２金属膜４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５のモード、膜厚または第１金属膜３若しくは第２金属膜４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３と第２金属膜４との実効屈折率を異ならせることができる。【００６１】
第１金属膜３と第２金属膜４との間に形成された境界線は、第１金属膜３から第１金属膜３と第２金属膜４との間に形成された境界線に表面プラズモンポラリトン５を伝播させた場合に、入射角θ１が０度＜θ１＜９０度となるように設けられている。なお、第１金属膜３および第２金属膜４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５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。【００６２】
第１金属膜３および第２金属膜４の表面上を伝播する表面プラズモンポラリトン５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５の強度が１／ｅになる距離を伝播長と呼び、該伝播長は表面プラズモンポラリトン５が伝播する第１金属膜３および第２金属膜４の金属材料および膜厚に依存する。上記伝播長は、第１金属膜３および第２金属膜４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３および第２金属膜４の構成を考慮する必要がある。【００６３】
例えば、波長６００ｎｍの光によって、Ａｌにより構成された金属膜に表面プラズモンポラリトンを後述するＫｒｅｔｃｈｍａｎｎ配置によって励起させた場合、該金属膜の膜厚を約１２ｎｍとすれば、伝播長は約１４μｍとなる。一方、上記構成において表面プラズモンポラリトンを後述するＯｔｔｏ配置によって励起させた場合は、伝播長は約１．５μｍとなる。また、同様に、波長６００ｎｍの光によって、Ａｇにより構成された金属膜に表面プラズモンポラリトンをＫｒｅｔｃｈｍａｎｎ配置によって励起させた場合、該金属膜の膜厚を約５０ｎｍとすれば、伝播長は約２０μｍとなる。このように、光の波長、金属膜を構成する金属および金属膜の膜厚、励起方法を調節することにより、伝播長を調節することができる。【００６４】
ただし、第１金属膜３および第２金属膜４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３および第２金属膜４の実効屈折率も変化する。そのため、第１金属膜３および第２金属膜４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が所望の大きさの伝播方向の変換を実現できるように、第１金属膜３および第２金属膜４の構成を考慮することが望ましい。【００６５】
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２２を用いて以下に説明する。図２２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。【００６６】
図２２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５を伝播させてシミュ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５の伝播長が表面プラズモンポラリトン５の波長に対して何倍かを示している。【００６７】
図２２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。また、Ａｌで構成された金属膜とＡｇで構成された金属膜とでは、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っている。【００６８】
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３および第２金属膜４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。【００６９】
ここで、本実施形態の表面プラズモンポラリトン方向変換器１が、図１６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３と第２金属膜４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。【００７０】
図１６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１３の膜厚を１００ｎｍとし、第２金属膜１４の膜厚を２０ｎｍとした場合、図２２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。【００７１】
これに対し、本実施形態の表面プラズモンポラリトン方向変換器１のように、第１金属膜３および第２金属膜４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３をＡｌ、第２金属膜４をＡｇから構成し、膜厚をそれぞれ１００ｎｍとした場合、図２２を参照すると、第１金属膜３と第２金属膜４との実効屈折率の比は１．１２となる。【００７２】
したがって、本実施形態の表面プラズモンポラリトン方向変換器１の第１金属膜３と第２金属膜４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。【００７３】
次に、図１６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５の散乱について図２３を参照して説明する。図２３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５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。【００７４】
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。【００７５】
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５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５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。【００７６】
図２３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５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５の散乱量は、表面プラズモンポラリトン５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。【００７７】
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５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２３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５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。【００７８】
このように、図１６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５が多量に散乱し、利用可能な表面プラズモンポラリトン５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方向変換器１のように、第１金属膜３と第２金属膜４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３と第２金属膜４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３の実効屈折率と第２金属膜４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２３に示すように、第１金属膜３と第２金属膜４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５は、第１金属膜３と第２金属膜４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。【００７９】
なお、第１金属膜３および第２金属膜４を構成する材料としては、表面プラズモンポラリトン５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３および第２金属膜４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。【００８０】
ここで、本実施形態の表面プラズモンポラリトン方向変換器１における表面プラズモンポラリトン５の伝播方向の変換を、ＦＤＴＤ法（finite-difference time-domain method）を用いたシミュレーションにより図２を参照して確認する。図２は、表面プラズモンポラリトン方向変換器１の第１金属膜３および第２金属膜４の金属膜支持部材２に接している面とは反対側の面上における、表面プラズモンポラリトン５の位相分布を示す図である。【００８１】
ＦＤＴＤ法に用いられる表面プラズモンポラリトン方向変換器１は、第１金属膜３および第２金属膜４が、それぞれＡｌおよびＡｇによって膜厚１０ｎｍに構成されている。表面プラズモンポラリトン方向変換器１の第１金属膜３から第２金属膜４へと、表面プラズモンポラリトン５を入射角４５度で入射させる。その結果、図２に示す波面の方向から、表面プラズモンポラリトン５が、第１金属膜３と第２金属膜４との間に形成された境界線において屈折し、伝播方向を変換していることが確認された。なお、このときの実効屈折率は、後述するＯｔｔｏ配置で励起した場合に対応している。【００８２】
次に、表面プラズモンポラリトン方向変換器１における、表面プラズモンポラリトン５の第１金属膜３および第２金属膜４に対する入射角と屈折角との関係について、図３および図４を参照して説明する。図３は、表面プラズモンポラリトン方向変換器１において、表面プラズモンポラリトン５の入射角と屈折角との関係を示すグラフである。図４は、表面プラズモンポラリトン方向変換器１において、第１金属膜３および第２金属膜４の膜厚と表面プラズモンポラリトンの屈折角との関係を示すグラフである。なお、図４では、表面プラズモンポラリトン５の第１金属膜３と第２金属膜４との間に形成された境界線に対する入射角を４５度とし、第１金属膜３および第２金属膜４を、それぞれＡｌおよびＡｇから構成し、同じ膜厚にしている。【００８３】
図３に示すように、表面プラズモンポラリトン５が第１金属膜３から第１金属膜３と第２金属膜４との間に形成された境界線に入射するときの入射角が大きくなるほど、表面プラズモンポラリトン５が該境界線から第２金属膜４に出射する屈折角も大きくなる。【００８４】
また、図４に示すように、第１金属膜３および第２金属膜４の膜厚を厚くすると、第１金属膜３および第２金属膜４の実効屈折率が変化し、表面プラズモンポラリトン５が屈折しにくくなっていることがわかる。【００８５】
また、図示しないが、表面プラズモンポラリトン方向変換器１の第１金属膜３および第２金属膜４を構成する金属材料および膜厚を変化させ、第１金属膜３と第２金属膜４との間に形成された境界線における屈折角の変化について調べた。【００８６】
まず、第１金属膜３を構成する金属材料をＡｌとし、膜厚を１０ｎｍとした場合、第２金属膜４を構成する金属材料をＣｕとし、膜厚を１０ｎｍとすると、第１金属膜３と第２金属膜４との間に形成された境界線における屈折角は約１７度となる。【００８７】
次に、第１金属膜３を構成する金属材料をＡｌとし、膜厚を１０ｎｍとした場合、第２金属膜４を構成する金属材料をＡｕとし、膜厚を１０ｎｍとすると、第１金属膜３と第２金属膜４との間に形成された境界線における屈折角は約１９度となる。【００８８】
ここでは、第１金属膜３を構成する材料をＡｌに固定したが、第１金属膜３を他の材料から構成したとしても、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。また、第１金属膜３および第２金属膜４を基板上に設けても、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。【００８９】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態の表面プラズモンポラリトン方向変換器１１について図５、図６、図２３および図２４に基づいて説明する。図５は、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方向変換器１１の概略構成を示す斜視図である。なお、第１実施形態の表面プラズモンポラリトン方向変換器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。【００９０】
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方向変換器１では、第１金属膜３および第２金属膜４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ている。金属膜の実効屈折率は、上述したように、表面プラズモンポラリトン５のモード、金属膜の膜厚、金属膜を構成する材料、金属膜の接する媒質の屈折率に依存する。そこで、本実施形態では、第１金属膜および第２金属膜の膜厚を異ならせることにより、該第１金属膜および該第２金属膜の実効屈折率を調整する構成について説明する。【００９１】
表面プラズモンポラリトン方向変換器１１は、図５に示すように、金属膜支持部材１２と、第１金属膜１３と、第２金属膜１４とから構成されている。【００９２】
第１金属膜１３および第２金属膜１４は、所定の厚みを有する板状の金属膜支持部材１２の面上において、互いに接するように形成されている。第１金属膜１３および第２金属膜１４は、第１金属膜１３の膜厚が第２金属膜１４の膜厚よりも厚く、第１金属膜１３の金属膜支持部材１２と接している面とは反対側の面と、第２金属膜１４の金属膜支持部材１２と接している面とは反対側の面（図５の矢印記載面）とが面一となるように構成されている。【００９３】
すなわち、金属膜支持部材１２は、第１金属膜１３が形成されている部分と第２金属膜１４が形成されている部分とでは、厚みが異なっている。なお、金属膜支持部材１２は、図５では所定の厚みを有する板として記載されているが、本発明はこれに限られない。つまり、金属膜支持部材１２は形状や構成に限定されず、第１金属膜１３の金属膜支持部材１２に接している面とは反対側の面と、第２金属膜１４の金属膜支持部材１２に接している面とは反対側の面とが面一となるような構成であればよい。金属膜支持部材１２を構成する材料としては、第１実施形態における金属膜支持部材２と同一であるので、ここでは説明は省略する。【００９４】
このように、第１金属膜１３および第２金属膜１４は、それぞれの膜厚を異ならせることにより、互いに実効屈折率を異ならせている。このような構成により、１種類の金属材料を用いることにより、膜厚を変えることで実効屈折率を調整することができる。【００９５】
なお、図５では、表面プラズモンポラリトン方向変換器１１の形状が長方形となっているが、これに限られない。すなわち、表面プラズモンポラリトン方向変換器１１は、膜厚の異なる金属膜が互いに接しており、かつ、隣接する各金属膜の金属膜支持部材１２と接している面とは反対側の面が面一となる構成であればよく、どのような形状であってもかまわない。【００９６】
また、第１金属膜１３と第２金属膜１４との間に形成された境界線は、第１金属膜１３から第１金属膜１３と第２金属膜１４との間に形成された境界線に表面プラズモンポラリトン５を伝播させた場合に、入射角θ１が０度＜θ１＜９０度となるように設けられている。【００９７】
ここで、本実施形態の表面プラズモンポラリトン方向変換器１１における表面プラズモンポラリトン５の伝播方向の変換を、ＦＤＴＤ法（finite-difference time-domain method）を用いたシミュレーションにより図６を参照して確認する。図６は、表面プラズモンポラリトン方向変換器１１の第１金属膜１３および第２金属膜１４の金属膜支持部材１２に接している面とは反対側の面上における、表面プラズモンポラリトン５の位相分布を示す図である。【００９８】
ＦＤＴＤ法に用いられる表面プラズモンポラリトン方向変換器１１は、第１金属膜１３および第２金属膜１４が、それぞれＡｇによって構成されている。さらに、第１金属膜１３の膜厚が５０ｎｍ、第２金属膜１４の膜厚が１０ｎｍに構成されている。表面プラズモンポラリトン方向変換器１１の第１金属膜１３から第２金属膜１４へと、表面プラズモンポラリトン５を入射角４５度で入射させる。その結果、図６に示す波面の方向から、表面プラズモンポラリトン５が、第１金属膜１３と第２金属膜１４との間に形成された境界線において屈折し、伝播方向を変換していることが確認された。【００９９】
ただし、第１金属膜１３の膜厚が第２金属膜１４の膜厚より厚いために、第１金属膜１３の膜厚のエッジが現れ、表面プラズモンポラリトン５の一部が散乱され、伝播光となってしまう。そのため、図６に示した位相分布が、第１実施形態の表面プラズモンポラリトン方向変換器１における表面プラズモンポラリトン５の伝播を示した図２の位相分布と比較して乱れてしまう。本実施形態では、第１金属膜１３の膜厚を第２金属膜１４の膜厚より厚くした構成であるが、膜厚を逆にした場合であっても、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。【０１００】
しかしながら、本実施形態の表面プラズモンポラリトン方向変換器１１では、第１金属膜１３の金属膜支持部材１２に接している面とは反対側の面と、第２金属膜１４の金属膜支持部材１２に接している面とは反対側の面とが面一であるために、光アシスト磁気記録装置へ応用するときに、表面プラズモンポラリトン５の伝播している面を磁気記録媒体に対向させても、該磁気記録媒体との衝突時にエッジが削られるなどの構造変化を受けにくく、経時変化を少なくすることができる。また、表面プラズモンポラリトン５の伝播面のうち金属膜支持部材１２に接している面とは反対側の面にエッジがないため、該伝播面での散乱が起きにくく、散乱光によるバックグラウンドノイズの影響が少ない。さらに、表面プラズモンポラリトン５の伝播している面のうち金属膜支持部材１２に接している面とは反対側の面に、凹凸がないため、該伝播面の上に別の機能を持つ素子を作成しやすい。【０１０１】
ここで、第１金属膜１３と第２金属膜１４との間に形成された境界線において、第１金属膜１３のエッジが形成されている側のエッジ面と、該エッジ面とは反対側であって面一となっている面一面とにおける表面プラズモンポラリトン５の散乱について図２４を参照して説明する。図２４は、第１金属膜１３および第２金属膜１４がそれぞれＡｇから構成されており、第１金属膜１３の膜厚が１００ｎｍ、第２金属膜１４の膜厚が１００ｎｍ以下の構成であって、上記エッジ面および上記面一面において、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５が第１金属膜１３から第２金属膜１４に伝播したときの電場強度比を示す図である。なお、図中の実線はエッジの存在する面において、点線は面一面において、第１金属膜１３のエッジにおける電場強度と、第１金属膜１３と第２金属膜１４との間に膜厚差がないときの電場強度との比である。【０１０２】
図２４に示すように、上記エッジの存在する面においては、第１金属膜１３と第２金属膜１４との膜厚差が約２０ｎｍのときに電場強度比が約７．５となり、第１金属膜１３のエッジにおいて表面プラズモンポラリトン５が多量に散乱するのに対し、上記面一面においては、第１金属膜１３と第２金属膜１４との膜厚差が５０ｎｍ以内であれば、ほぼ一定の電場強度比となっている。すなわち、上記面一面においては、第１金属膜１３と第２金属膜１４との膜厚差が５０ｎｍ以内であれば、表面プラズモンポラリトン５は第１金属膜１３のエッジによる散乱の影響はほとんどなく、散乱光はほとんど発生しない。【０１０３】
また、表面プラズモンポラリトン方向変換器１１の上記エッジの存在する面に、第１金属膜１３および第２金属膜１４の膜厚の差に等しい誘電体膜を設ければ、エッジにおける散乱は起こるが、媒体との衝突を避けられ、別の素子を作成しやすくなる。【０１０４】
なお、本実施形態では、第１金属膜１３および第２金属膜１４は、同じ金属材料から構成されているものとして記載したが、第１実施形態における表面プラズモンポラリトン方向変換器１の第１金属膜３および第２金属膜４のように、異なる金属材料を用いて構成したとしても、実効屈折率は図２２に示した例のようになり、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。【０１０５】
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態の表面プラズモンポラリトン方向変換器２１について図７に基づいて説明する。図７は、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方向変換器２１の概略構成を示す平面図である。なお、第１実施形態の表面プラズモンポラリトン方向変換器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。【０１０６】
表面プラズモンポラリトン方向変換器２１は、図７に示すように、第１金属膜２２と、第２金属膜２３と、第３金属膜２４とから構成されている。なお、図示していないが、第１金属膜２２、第２金属膜２３および第３金属膜２４は、金属膜支持部材２の面上に形成されている。【０１０７】
第１金属膜２２、第２金属膜２３および第３金属膜２４は、この順に隣接して形成されており、同じ膜厚を有している。また、第１金属膜２２および第２金属膜２３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。なお、第１金属膜２２および第３金属膜２４は、異なる実効屈折率を有していてもよいし、同じ実効屈折率を有していてもよい。第１金属膜２２および第３金属膜２４が異なる実効屈折率を有している場合は、屈折角の設計自由度がより高くなり、第１金属膜２２および第３金属膜２４が同じ実効屈折率を有している場合は、すなわち、同一の金属材料で同一の膜厚により構成されている場合は、作成工程が少なくなる。【０１０８】
なお、図７では、表面プラズモンポラリトン方向変換器２１の形状が長方形となっているが、これに限られない。また、本実施形態では、第１金属膜２２、第２金属膜２３および第３金属膜２４は、同じ膜厚で構成されており、金属材料を異ならせることによって、実効屈折率を異ならせているが、本発明はこれに限られず、同じ金属材料で構成されており、膜厚を異ならせることによって、実効屈折率を異ならせてもよいし、異なる金属材料で構成されており、かつ、膜厚を異ならせることによって実効屈折率を異ならせてもよい。【０１０９】
すなわち、表面プラズモンポラリトン方向変換器２１は、異なる実効屈折率を有する金属膜が互いに接しており、かつ、隣接する各金属膜の金属膜支持部材２と接している面とは反対側の面が面一となる構成であればよく、どのような形状であってもかまわない。【０１１０】
また、第１金属膜２２、第２金属膜２３および第３金属膜２４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と、第２金属膜２３と第３金属膜２４との間に形成された境界線とが、平行以外になるように形成されている。【０１１１】
なお、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は、第１金属膜２２から第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表面プラズモンポラリトン５を伝播させた場合に、入射角θ１が０度＜θ１＜９０度となるように設けられている。また、第２金属膜２３と第３金属膜２４との間に形成された境界線も、第２金属膜２３から第２金属膜２３と第３金属膜２４との間に形成された境界線に表面プラズモンポラリトン５を伝播させた場合に、入射角θ１が０度＜θ１＜９０度（または−９０度＜θ１＜０度）となるように設けられている。【０１１２】
また、上述したように、表面プラズモンポラリトン５は進行するに伴い強度減衰が起こるために、表面プラズモンポラリトン方向変換器２１では、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から、第２金属膜２３と第３金属膜２４との間に形成された境界線までの表面プラズモンポラリトン５の伝播距離は、表面プラズモンポラリトン５の伝播長より短いことが好ましい。【０１１３】
ここで、本実施形態の表面プラズモンポラリトン方向変換器２１における表面プラズモンポラリトン５の方向変換について説明する。【０１１４】
本実施形態の表面プラズモンポラリトン方向変換器２１において、図示しない光源により第１金属膜２２において表面プラズモンポラリトン５を励起させる、または外部から第１金属膜２２に表面プラズモンポラリトン５を伝播させる。そして、表面プラズモンポラリトン５は、第１金属膜２２の表面を伝播し、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屈折する。さらに、表面プラズモンポラリトン５は、第２金属膜２３の表面を伝播し、第２金属膜２３と第３金属膜２４との間に形成された境界線において屈折する。【０１１５】
なお、第１金属膜２２、第２金属膜２３および第３金属膜２４を構成する金属材料や膜厚等については、第１実施形態の表面プラズモンポラリトン方向変換器１と同一であるため、ここでは説明は省略する。【０１１６】
以上のように、第１実施形態、第２実施形態および第３実施形態の表面プラズモンポラリトン方向変換器は、各金属膜の間に境界線が形成されている。現実的には、表面プラズモンポラリトン方向変換器を作成する際に、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、第１実施形態〜第３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。【０１１７】
図２３において、例えば、第１金属膜１３および第２金属膜１４の膜厚を１００ｎｍとする場合、第１金属膜１３と第２金属膜１４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５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、
【数４】
2008047601.tif 000006
となる。【０１１８】
〔表面プラズモンポラリトン方向変換器の製造方法〕
ここで、本発明の表面プラズモンポラリトン方向変換器の製造方法について、図８の（ａ）〜（ｅ）に基づいて説明する。図８の（ａ）〜（ｅ）は、本発明の表面プラズモンポラリトン方向変換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方向変換器の製造方法は、上述した表面プラズモンポラリトン方向変換器１、１１、２１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方向変換器１の製造方法について説明する。【０１１９】
まず、図８の（ａ）に示すように、金属膜支持部材２上に第１金属膜３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３の表面全体に、フォトレジスト６をスピンコーター等により塗布する。このとき、フォトレジスト６がポジ型である場合は、第２金属膜４を形成する部分以外のフォトレジスト６をマスク７により覆う。なお、図８の（ａ）に示すように、マスク７とフォトレジスト６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７の形状を等倍でフォトレジスト６へ転写してもよいし、縮小してもよい。【０１２０】
次に、フォトレジスト６がマスク７により覆われた状態で、金属膜支持部材２を露光および現像することにより、図８の（ｂ）に示すように、マスク７で覆われていない部分のフォトレジスト６は取り除かれる。【０１２１】
次に、図８の（ｃ）に示すように、フォトレジスト６が除去された部分、すなわち、第２金属膜４を形成する部分の第１金属膜３をエッチングすることにより、第１金属膜３を除去する。このエッチングの過程で、フォトレジスト６で覆われていない部分の第１金属膜３は、すべて取り除かれる。【０１２２】
次に、図８の（ｄ）に示すように、第２金属膜４をスパッタまたは蒸着により製膜し、マスク７で覆われて残ったフォトレジスト６を除去すると、図８の（ｅ）に示すように、第１金属膜３と第２金属膜４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。【０１２３】
表面プラズモンポラリトン方向変換器の製造には、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。【０１２４】
なお、上述した表面プラズモンポラリトン方向変換器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。【０１２５】
〔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方向変換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１８〜２１を用いて説明する。以下の説明では、説明を簡略にするために、本発明の表面プラズモンポラリトン方向変換器の代わりに、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。なお、上記基板は、透光性を有する材料から構成されていればよい。【０１２６】
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。【０１２７】
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。【０１２８】
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１８および図１９に基づいて説明する。【０１２９】
図１８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１８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１８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１８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１８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。【０１３０】
図１９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１９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方向変換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方向変換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。【０１３１】
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。【０１３２】
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。【０１３３】
次に第２の励起方法について、図２０に基づいて説明する。図２０は、第２の励起方法を用いた表面プラズモンポラリトン方向変換器３２１の斜視図である。第２の励起方法は、図２０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。【０１３４】
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。【０１３５】
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。【０１３６】
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。【０１３７】
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。【０１３８】
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。【０１３９】
次に、第３の励起方法について、図２１に基づいて説明する。図２１は、第３の励起方法を用いた表面プラズモンポラリトン方向変換器３３１の斜視図である。第３の励起方法は、図２１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。【０１４０】
以下に説明する本発明の表面プラズモンポラリトン方向変換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。【０１４１】
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。【０１４２】
〔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方向変換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５０について、図９を参照して説明する。図９は、本発明の表面プラズモンポラリトン方向変換器を用いた光アシスト磁気記録装置５０の斜視図である。【０１４３】
光アシスト磁気記録装置５０は、図９に示すように、スピンドル５１と、駆動部５２と、制御部５３とを備えている。光アシスト磁気記録装置５０は、光と磁気によって、磁気記録媒体５４に情報を記録するためのものである。【０１４４】
スピンドル５１は、磁気記録媒体５４を回転させるスピンドルモータに相当するものである。【０１４５】
駆動部５２は、アーム５５と、回転軸５６と、スライダ部（情報記録再生ヘッド）５７とを備えている。アーム５５は、ディスク形状の磁気記録媒体５４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５５は、回転軸５６によって支持されており、回転軸５６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５４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方向変換器を備えている。【０１４６】
制御部５３は、アクセス回路５９と、記録用回路６０と、スピンドル駆動回路６１と、制御回路５８とを備えている。アクセス回路５９は、スライダ部５７を磁気記録媒体５４の所望の位置に走査するために、駆動部５２におけるアーム５５の回転位置を制御するためのものである。記録用回路６０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６１は、磁気記録媒体５４の回転駆動を制御するためにスピンドル５１を駆動するものである。制御回路５８は、アクセス回路５９、記録用回路６０およびスピンドル駆動回路６１を統括的に制御するためのものである。【０１４７】
〔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５０は、スライダ部５７に本発明の表面プラズモンポラリトン方向変換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方向変換器が設けられていないスライダ部を比較例として、図１０を参照して説明する。図１０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５４側から見た平面図である。【０１４８】
スライダ部９７は、光源３０と、近接場光励起部（近接場光励起手段）３１と、磁界発生部３３と、磁気シールド層３４と、再生素子３５と、スライダ３６とを備えている。【０１４９】
光源３０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。【０１５０】
近接場光励起部３１は、光源３０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３１は、光源３０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３０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３０から光を照射すると、近接場光励起部３１において近接場光が発生する。【０１５１】
なお、近接場光励起部３１は、本比較例では微小開口としているが、これに限られない。つまり、近接場光励起部３１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３０から近接場光励起部３１に光を照射するための方法としては、光源３０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、本比較例では、光源３０および近接場光励起部３１は、一体化して駆動部５２に搭載されているが、個別に設けてもよい。【０１５２】
例えば、光源３０および近接場光励起部３１を一体化する場合は、上述したように、光源３０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３１を作成してもよい。この場合、一体化された光源３０および近接場光励起部３１が、共にスライダ３６に搭載される。このように、光源３０および近接場光励起部３１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。【０１５３】
また、光源３０および近接場光励起部３１を個別に設ける場合は、光源３０からの光を近接場光励起部３１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３１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。【０１５４】
このように、光源３０および近接場光励起部３１を個別に設けた場合には、光源３０と近接場光励起部３１とが空間的に離れて設置されるため、光源３０が近接場光励起部３１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。【０１５５】
磁界発生部３３は、磁気記録媒体５４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３３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。【０１５６】
磁気シールド層３４は、再生素子３５が磁界発生部３３の磁界を読み取らないように、磁界発生部３３の磁界を遮るためのものである。磁気シールド層３４は、例えば、磁界発生部３３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。磁気シールド層３４は、スライダ３６と隣接して設けられ、スライダ３６が設けられている側とは反対側には磁界発生部３３が設けられ、磁界発生部３３から再生素子３５を隔離するように再生素子３５を囲っている。【０１５７】
再生素子３５は、磁気記録媒体５４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役割とを有している。再生素子３５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３５が磁気記録媒体５４からの漏洩磁界を検出できるように、磁界発生部３３からの磁界を防ぐために、再生素子３５の周囲には磁気シールド層３４が設けられている。【０１５８】
また、再生素子３５は熱の影響を受けやすく、熱による劣化や破壊等が生じるために、熱の影響を考慮してスライダ部９７を設計する必要がある。しかしながら、スライダ部９７では、磁界発生部３３および再生素子３５に加えて光源３０を搭載しており、多量の熱が発生する。【０１５９】
そこで、再生素子３５を熱の影響から守るために、熱源である光源３０および近接場光励起部３１から再生素子３５を離すことが好ましい。そのため、光源３０は、磁界発生部３３の磁気シールド層３４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３５は、磁気シールド層３４内の中心からスライダ３６側よりに設けられている。【０１６０】
スライダ３６は、スライダ部９７と磁気記録媒体５４との距離を制御するためのものである。スライダ３６は、磁気記録媒体５４に面する側の面に、スライダ部９７の磁気記録媒体５４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１０においては、スライダ３６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。【０１６１】
近接場光励起部３１で励起された近接場光および磁界発生部３３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３１および磁界発生部３３を磁気記録媒体５４に対してできるだけ近づけることが好ましい。【０１６２】
さらに、再生素子３５も、磁気記録媒体５４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５４に対してできるだけ近づけることが好ましい。【０１６３】
すなわち、スライダ部９７は、スライダ３６により、できるだけ磁気記録媒体５４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３６を構成する材料としては、ＡｌＴｉＣ基板やＺｒＯ２基板が好適に用いられる。また、光源３０として、半導体レーザをスライダ３６と一体形成するために、スライダ３６は半導体レーザ材料から構成されていてもよい。【０１６４】
本比較例のスライダ部９７では、近接場光励起部３１において励起された表面プラズモンポラリトン５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３３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。【０１６５】
また、スライダ部９７においては、光源３０を９０°回転させることにより、表面プラズモンポラリトン５を磁界発生部３３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３０をスライダ部に一体で形成するのは難しいため、光源３０以外を一体で形成した後に、磁界発生部３３の側面に貼り付けることになる。しかしながら、光源３０を後から貼り付ける場合、光源３０の位置を磁界発生部３３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。【０１６６】
〔スライダ部の第１実施例〕
そこで、近接場光励起部３１において励起された表面プラズモンポラリトン５を、磁界発生部３３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方向変換器を用いたスライダ部５７の構成について図１１を参照して説明する。図１１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５４側から見た平面図である。なお、図１１において、スライダ３６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。【０１６７】
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方向変換器１と、光源３０と、近接場光励起部３１と、近接場光出力部（近接場光出力手段）３２と、磁界発生部３３と、磁気シールド層３４と、再生素子３５と、スライダ３６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方向変換器１、１１、２１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方向変換器１について述べる。【０１６８】
表面プラズモンポラリトン方向変換器１は、光源３０の出射面に直接第１金属膜３および第２金属膜４を製膜し、近接場光励起部３１として第１金属膜３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３０の出射面が表面プラズモンポラリトン方向変換器１の金属膜支持部材２としての役割を有している。なお、光源３０の出射面に形成される表面プラズモンポラリトン方向変換器１の構成は、上述した構成に限られず、光源３０の出射面に金属膜支持部材２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３および第２金属膜４を該誘電体層の上に製膜する構成であってもよい。【０１６９】
なお、本実施例では、表面プラズモンポラリトン方向変換器１の第１金属膜３から第２金属膜４に表面プラズモンポラリトン５を伝播させる構成を前提として、第１金属膜３に近接場光励起部３１を設けているが、本発明はこれに限られない。つまり、表面プラズモンポラリトン方向変換器１の第２金属膜４から第１金属膜３に表面プラズモンポラリトン５を伝播させる構成を前提として、第２金属膜４に近接場光励起部３１を設けてもよい。すなわち、本発明の表面プラズモンポラリトン方向変換器を構成する各金属膜の少なくとも１つに近接場光励起部３１が設けられる構成であればよい。【０１７０】
近接場光出力部３２は、表面プラズモンポラリトン方向変換器１の磁気記録媒体５４に面している面上であって、磁界発生部３３近傍に設けられた金属突起である。近接場光出力部３２は、表面プラズモンポラリトン方向変換器１を伝播してきた表面プラズモンポラリトン５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５４の記録面に対して照射することにより、磁気記録媒体５４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。【０１７１】
近接場光出力部３２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５が伝播する面を磁気記録媒体５４に対向させた配置にし、近接場光励起部３１の微小開口で発生した近接場光が磁気記録媒体５４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５４への影響を小さくすることができる。また、近接場光出力部３２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３２は、近接場光励起部３１からの表面プラズモンポラリトン５の伝播する距離を、表面プラズモンポラリトン５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５の強度減衰が少ない分、近接場光出力部３２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。【０１７２】
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。【０１７３】
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３１において励起された表面プラズモンポラリトン５を磁界発生部３３近傍に伝播することが可能となる。【０１７４】
また、本発明の表面プラズモンポラリトン方向変換器を用いることにより、光源３０を９０°回転させた場合であっても、光源３０以外を一体で形成した後に、磁界発生部３３の側面に貼り付けたとき、近接場光励起部３１の位置を磁界発生部３３の位置に対して精密に調整することができる。【０１７５】
〔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１２を参照して説明する。図１２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５４側から見た平面図である。なお、図１２において、スライダ３６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。【０１７６】
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。【０１７７】
本実施例のスライダ部６７は、図１２に示すように、スライダ３６に磁界発生部３３が隣接して設けられており、磁界発生部３３のスライダ３６が設けられている側とは反対側において、磁気シールド層３４および表面プラズモンポラリトン方向変換器１が磁界発生部３３に隣接して設けられている。再生素子３５は、磁気シールド層３４に囲まれた状態で、磁界発生部３３から離れた位置に設けられている。【０１７８】
上記構成では、スライダ部６７を磁気記録媒体５４側から見た場合に、磁気シールド層３４を第１実施例のスライダ部５７の磁気シールド層３４と比較して半分程度の大きさとし、磁界発生部３３に表面プラズモンポラリトン方向変換器１と隣接して設けるために、スライダ部６７を小型化することが可能である。【０１７９】
さらに、磁気シールド層３４に囲まれた再生素子３５を、磁界発生部３３から離れた位置であって、表面プラズモンポラリトン方向変換器１側よりに設けることにより、再生素子３５を熱および磁界の影響から守りつつ、再生素子３５と近接場光出力部３２および磁界発生部３３との距離を小さくすることができる。これにより、トラッキングエラーを小さくすることができ、より正確にトラッキングを行うことができる。【０１８０】
したがって、本実施例のスライダ部６７では、装置を大型化することなく、かつ、再生素子３５が光源３０、近接場光出力部３２および磁界発生部３３からの影響を受けることなく、正確なトラッキングを行うことができる。【０１８１】
〔スライダ部の第３実施例〕
次に、スライダ部の第３実施例に係るスライダ部７７について図１３を参照して説明する。図１３は、スライダ部の第３実施例に係るスライダ部７７を磁気記録媒体５４側から見た平面図である。なお、図１３において、スライダ３６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。【０１８２】
第３実施例に係るスライダ部７７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７７の配置について説明する。【０１８３】
スライダ部７７は、図１３に示すように、スライダ３６および磁界発生部３３を一体で形成した後に、光源３０がスライダ３６の側壁に貼り付けられる。このとき、光源３０の出射面が、磁気記録媒体５４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方向変換器１が、光源３０の出射面から磁界発生部３３まで形成される。さらに、磁気シールド層３４および再生素子３５が、磁界発生部３３のスライダ３６が設けられている側とは反対側に形成される。【０１８４】
なお、本実施例では、上述したように、表面プラズモンポラリトン方向変換器１は、光源３０の出射面から磁界発生部３３まで形成されている。すなわち、表面プラズモンポラリトン方向変換器１を構成する第１金属膜３および第２金属膜４の少なくとも一部が光源３０の出射面に形成されている構成であるが、本発明はこれに限られず、第１金属膜３および第２金属膜４の全てが光源３０の出射面に形成されていてもよい。また、近接場光励起部３１は、表面プラズモンポラリトン方向変換器１の光源３０の出射面に形成された部分に設けられている。【０１８５】
上記構成により、光源３０の出射面から出射された光は、近接場光励起部３１において表面プラズモンポラリトン５に変換され、表面プラズモンポラリトン５は磁気記録媒体５４に対して垂直な面において近接場光出力部３２へと伝播する。【０１８６】
このように、光源３０の出射面が、磁気記録媒体５４に対して垂直な面内にあるために、光源３０からの伝播光が磁気記録媒体５４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。【０１８７】
また、表面プラズモンポラリトン方向変換器１の表面プラズモンポラリトン５が伝播している面が磁気記録媒体５４に向いていないため、近接場光出力部３２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３１と近接場光出力部３２との高さを変えておかなくても、磁気記録媒体５４から近接場光出力部３２および磁界発生部３３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方向変換器１の表面プラズモンポラリトン５が伝播している面が磁気記録媒体５４に向いていないため、本実施例のスライダ部７７では、表面プラズモンポラリトン方向変換器１のエッジ部を近接場光出力部３２としても、表面プラズモンポラリトン方向変換器１を伝播している表面プラズモンポラリトン５が磁気記録媒体５４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。【０１８８】
〔光アシスト磁気記録装置５０の動作〕
次に、光アシスト磁気記録装置５０の動作について図９を参照して説明する。【０１８９】
光アシスト磁気記録装置５０が磁気記録媒体５４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５３中のスピンドル駆動回路６１は、磁気記録媒体５４が設置されたスピンドル５１を適切な回転数で回転させる。また、制御部５３中のアクセス回路５９は、駆動部５２を動かすことによって、上述したスライダ部５７、６７、７７を磁気記録媒体５４上の所望の場所へと走査する。【０１９０】
記録用回路６０は、決められた強度および時間間隔で光源３０を発光させ、かつ、磁界発生部３３に磁界を発生させる。具体的には、記録用回路６０は、光源３０を発光させることにより、近接場光励起部３１に光が照射され、近接場光励起部３１において表面プラズモンポラリトン５が励起される。励起された表面プラズモンポラリトン５は、近接場光励起部３１から表面プラズモンポラリトン方向変換器１、１１、２１により近接場光出力部３２へ伝播され、近接場光出力部３２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５４へ照射される。これとほぼ同時に、記録用回路６０は、磁界発生部３３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５４に対して照射することができる。【０１９１】
なお、光源３０が常に発光していても、磁界発生部３３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５４へ記録することができる。【０１９２】
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５４に照射される配置にすることが好ましい。【０１９３】
以上のようにして光源３０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５４にマークが記録される。制御回路５８では、光源３０の発光、駆動部５２の動作、スピンドル５１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。【０１９４】
磁気記録媒体５４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５４の記録層が近接場光出力部３２から発生する近接場光により昇温され、磁界発生部３３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。【０１９５】
磁気記録媒体５４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３２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５４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５４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。【０１９６】
〔光回路〕
また、本発明の表面プラズモンポラリトン方向変換器は、上述したような光アシスト磁気記録装置以外に、光通信システムおよび光コンピューターの光回路における方向変換器並びに光通信システムの多重通信方式の光回路における分波器および合波器としても好適に用いることができる。【０１９７】
光通信システムおよび光コンピューターの光回路において、光信号を表面プラズモンポラリトンに変換して用いるためには、表面プラズモンポラリトンの伝播方向を任意の方向に変換・分岐可能な構成とする必要がある。【０１９８】
そこで、従来から、光通信システムおよび光コンピューターの光回路における表面プラズモンポラリトンの方向変換器として、特許文献２に開示された金属膜２０１および表面プラズモンレンズ２１１や、非特許文献２に開示された金属微粒子４０１等が提案されている。非特許文献２に開示された金属微粒子４０１は、図２５に示すように、複数の金属微粒子４０１を隣接して並べ、電気双極子を順に励起していくことにより、点線で示される表面プラズモンポラリトンの伝播方向を変換・分岐させるものである。【０１９９】
しかしながら、光通信システムおよび光コンピューターの光回路における表面プラズモンポラリトンの方向変換器として、特許文献２に開示された金属膜２０１または表面プラズモンレンズ２１１を用いた場合は、上述したように、エッジにおいて表面プラズモンポラリトンが散乱してしまうために、信号強度が低下してしまい、Ｓ／Ｎ比が低下する。さらに、このような段差があると、他の部材と物理的な干渉を招く可能性があり、設計自由度が低下してしまう。【０２００】
また、光通信システムおよび光コンピューターの光回路における表面プラズモンポラリトンの方向変換器として、非特許文献２に開示された金属微粒子４０１を用いた場合は、表面プラズモンポラリトンを任意の方向に、かつ、任意の強度比で伝播させるためには、表面プラズモンポラリトンの偏光方向や、金属微粒子４０１の大きさおよび配置間隔等を調整するという、精密で困難な作業が必要となる。【０２０１】
これに対し、光通信システムおよび光コンピューターの光回路における表面プラズモンポラリトンの方向変換器として、本発明の表面プラズモンポラリトン方向変換器を用いることにより、簡易な構成で、表面プラズモンポラリトンを任意の方向に伝播することができる。さらに、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ことができるために、信号強度が低下するのを抑制することが可能である。【０２０２】
また、本発明の表面プラズモンポラリトン方向変換器は、光通信システムにおける多重通信方式の光回路の分波器および合波器として好適に用いることができる。【０２０３】
光通信システムにおける多重通信方式とは、通信路の大容量化を実現するために、多くの光信号を同時に同一通信路で通信を行うことである。光通信システムにおける多重通信方式としては、大きく分けて、複数の異なる周波数を有する光信号を混合して多重化する周波数分割多重方式と、時間軸上で光信号を多重化する時分割多重方式とがある。【０２０４】
ここで、光通信システムにおける多重通信方式の光回路の一例として、周波数分割多重方式の光回路について、図２６を参照して説明する。図２６は、周波数分割多重方式の光回路の一例を示す図である。【０２０５】
周波数分割多重方式の光回路５０１は、図２６に示すように、分波器（表面プラズモンポラリトン分波手段）５０２と、変調器５０３と、合波器（表面プラズモンポラリトン合波手段）５０４とから構成されている。ここでは、周波数分割多重方式の光回路５０１は並列型であるために、分波器５０２と合波器５０４との間で変調器５０３が並列に３つ設けられている。【０２０６】
なお、周波数分割多重方式の光回路５０１における光信号の分波数は、３つに限られない。周波数分割多重方式の光回路５０１は、光信号の分波数に応じて、分波器５０２と合波器５０４との間に設けられる変調器５０３の数が変化する。【０２０７】
次に、周波数分割多重方式の光回路５０１を用いて光信号を多重化させる方法について説明する。まず、分波器５０２は、光回路５０１に送られてきた３つの異なる周波数ω１、ω２、ω３を有する１つの光信号を、周波数毎に３つの光信号に分波し、該各光信号を並列に設けられた３つの変調器５０３にそれぞれ伝播する。そして、変調器５０３は、上記光信号に対応した変調信号に基づいて該光信号を変調し、合波器５０４に伝播する。合波器５０４は、各変調器５０３から受信した上記各光信号を混合することにより多重化させる。【０２０８】
次に、光通信システムにおける多重通信方式の光回路の他の一例として、時分割多重方式の光回路について、図２７を参照して説明する。図２７は、時分割多重方式の光回路の一例を示す図である。【０２０９】
時分割多重方式の光回路５１１は、図２７に示すように、分岐器（表面プラズモンポラリトン分岐手段）５１２と、変調器５１３と、遅延器５１４と、合波器（表面プラズモンポラリトン統合手段）５１５とから構成されている。ここでは、時分割多重方式の光回路５１１は並列型であるために、１つの変調器５１３と１つの遅延器５１４とが１組となり、分岐器５１２と合波器５１５との間で並列に３組設けられている。【０２１０】
なお、時分割多重方式の光回路５１１における光信号の分岐数は、３つに限られない。時分割多重方式の光回路５１１は、光信号の分岐数に応じて、分岐器５１２と合波器５１５との間に設けられる変調器５１３および遅延器５１４の数が変化する。【０２１１】
次に、時分割多重方式の光回路５１１を用いて光信号を多重化させる方法について説明する。まず、分岐器５１２は、光回路５１１に送られてきた１つの光信号を、３つの光信号に分岐し、該各光信号を並列に設けられた３つの変調器５１３にそれぞれ伝播する。そして、変調器５１３は、上記各光信号に対応した変調信号に基づいて該光信号を変調し、変調器５１３と組み合わされた遅延器５１４に該光信号を伝播する。遅延器５１４は、３つに分岐された上記各光信号を合波した際に時間軸上で互いに重ならないようにするために、上記光信号に遅延を与えるとともに、該光信号を合波器５１５に伝播する。合波器５１５は、各遅延器５１４から受信した上記各光信号を混合することにより多重化させる。【０２１２】
すなわち、周波数分割多重方式の光回路５０１では、複数の異なる周波数を有する１つの光信号を、分波器５０２において周波数毎に分波する構成であるのに対し、時分割多重方式の光回路５１１では、１つの周波数を有する１つの光信号を、分岐器５１２において複数の光信号に分岐する構成である。【０２１３】
上述した周波数分割多重方式の光回路５０１において、光回路５０１に送られてきた光信号が分波器５０２に伝播される前に、該光信号を表面プラズモンポラリトンに変換することにより、分波器５０２および合波器５０４として本発明の表面プラズモンポラリトン方向変換器を用いることが可能である。【０２１４】
ここで、周波数分割多重方式の光回路５０１の分波器５０２および合波器５０４として、本発明の表面プラズモンポラリトン方向変換器を用いた場合に、表面プラズモンポラリトン５が分波・合波する仕組みについて説明する。なお、本実施形態の周波数分割多重方式の光回路５０１における分波器５０２および合波器５０４には、上述した表面プラズモンポラリトン方向変換器１、１１、２１のいずれを用いてもかまわないが、ここでは表面プラズモンポラリトン方向変換器１を用いた場合について述べる。【０２１５】
上述したように、表面プラズモンポラリトン５の第１金属膜３と第２金属膜４との間に形成された境界線における屈折の屈折角は、第１金属膜３と第２金属膜４との実効屈折率の比および表面プラズモンポラリトン５の第１金属膜３と第２金属膜４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。ここで、第１金属膜３および第２金属膜４の実効屈折率は、上述したように、金属膜を構成する金属材料、表面プラズモンポラリトン５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だけでなく、表面プラズモンポラリトン５の周波数にも依存する。【０２１６】
そのため、表面プラズモンポラリトン方向変換器１において、第１金属膜３から第２金属膜４へと複数の異なる周波数を有した表面プラズモンポラリトン５を同一の入射角で入射させると、各周波数に対する第１金属膜３および第２金属膜４の実効屈折率が異なるため、表面プラズモンポラリトン５は第１金属膜３と第２金属膜４との間に形成された境界線において周波数毎に異なる方向に屈折する。【０２１７】
したがって、周波数分割多重方式の光回路５０１の分波器５０２として、表面プラズモンポラリトン方向変換器１を用いることにより、複数の異なる周波数を有する表面プラズモンポラリトン５を周波数毎に分波させることが可能となる。【０２１８】
また、周波数分割多重方式の光回路５０１の合波器５０４として、表面プラズモンポラリトン方向変換器１を用い、表面プラズモンポラリトン５を上述した経路と逆方向に伝播させることにより、周波数毎に分離している複数の表面プラズモンポラリトン５を多重化することができるのは明らかである。【０２１９】
このように、周波数分割多重方式の光回路５０１の分波器５０２および合波器５０４として、本発明の表面プラズモンポラリトン方向変換器を用いることにより、エッジにおける表面プラズモンポラリトン５の散乱を抑制するとともに、設計自由度の高い光回路を得ることができる。【０２２０】
また、周波数分割多重方式の光回路５０１の分波器５０２および合波器５０４として、本発明の第３実施形態の表面プラズモンポラリトン方向変換器２１を用いた場合、金属膜間に形成された境界線が１つである表面プラズモンポラリトン方向変換器１、１１と比較して、表面プラズモンポラリトン５の分岐・合波を短い距離で行うことができるために、表面プラズモンポラリトン５の強度減衰を抑制することができる。【０２２１】
また、上述した時分割多重方式の光回路５１１において、光回路５１１に送られてきた光信号が分岐器５１２に伝播される前に、該光信号を表面プラズモンポラリトンに変換することにより、分岐器５１２および合波器５１５として、本発明の表面プラズモンポラリトン方向変換器を応用した表面プラズモンポラリトン方向変換器４１を用いることが可能である。【０２２２】
まず、表面プラズモンポラリトン方向変換器４１の構成について、図２８を参照して説明する。図２８は、時分割多重方式の光回路５１１の分岐器５１２および合波器５１５として用いられる表面プラズモンポラリトン方向変換器４１を示す平面図である。なお、第１実施形態の表面プラズモンポラリトン方向変換器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、説明を省略している。【０２２３】
表面プラズモンポラリトン方向変換器４１は、図２８に示すように、第１金属膜４２と、第２金属膜４３と、第３金属膜４４とから構成されている。なお、図示していないが、第１金属膜４２、第２金属膜４３および第３金属膜４４は、金属膜支持部材２の面上に形成されている。【０２２４】
第１金属膜４２、第２金属膜４３および第３金属膜４４は、所定の厚みを有する板状の金属膜支持部材２の面上において、互いに接するように形成されており、各金属膜の金属膜支持部材２に接している面とは反対側の面が面一となるように構成されている。【０２２５】
また、第１金属膜４２、第２金属膜４３および第３金属膜４４は、第１金属膜４２と第２金属膜４３および第３金属膜４４とが異なる実効屈折率を有している。なお、第２金属膜４３と第３金属膜４４とは異なる実効屈折率を有していてもよいし、同じ実効屈折率を有していてもよい。第２金属膜４３と第３金属膜４４とが異なる実効屈折率を有している場合は、屈折角の設計自由度がより高くなり、第２金属膜４３と第３金属膜４４とが同じ実効屈折率を有している場合は、すなわち、同一の金属材料で同一の膜厚により構成されている場合は、作成工程が少なくなる。【０２２６】
ここで、第１金属膜４２、第２金属膜４３および第３金属膜４４の形状について、具体的に説明する。なお、以下の説明においては、図２８に示すように、表面プラズモンポラリトン方向変換器４１の全体形状が長方形である場合について説明するが、表面プラズモンポラリトン方向変換器４１の全体形状はこれに限られない。すなわち、表面プラズモンポラリトン方向変換器４１の全体形状は、異なる実効屈折率を有している金属膜が互いに接しており、かつ、各金属膜の金属膜支持部材２に接している面とは反対側の面が面一となるように構成されていればよく、どのような形状であってもかまわない。【０２２７】
表面プラズモンポラリトン方向変換器４１は、長手方向の約３分の１が第１金属膜４２のみで構成されており、約３分の２が第１金属膜４２、第２金属膜４３および第３金属膜４４により長手方向とは垂直な方向に略３等分されている。【０２２８】
また、表面プラズモンポラリトン方向変換器４１の長手方向とは垂直な方向における、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および第１金属膜４２と第３金属膜４４との間に形成された境界線は、第１金属膜４２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および第１金属膜４２と第３金属膜４４との間に形成された境界線に表面プラズモンポラリトン５を伝播させた場合に、入射角θ１が０度＜θ１＜９０度、または−９０度＜θ１＜０度となるように設けられている。【０２２９】
なお、図２８では、表面プラズモンポラリトン方向変換器４１の長手方向における、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および第１金属膜４２と第３金属膜４４との間に形成された境界線は、表面プラズモンポラリトン方向変換器４１の長手方向と平行に設けられているが、これに限られない。【０２３０】
次に、表面プラズモンポラリトン方向変換器４１における表面プラズモンポラリトン５の伝播方向の変換について説明する。表面プラズモンポラリトン５を、図２８の点線で示すように、第１金属膜４２から表面プラズモンポラリトン方向変換器４１の長手方向に沿って伝播させた場合、表面プラズモンポラリトン５は、表面プラズモンポラリトン方向変換器４１の長手方向とは垂直な方向における、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および第１金属膜４２と第３金属膜４４との間に形成された境界線において、空間的に分岐される。また、上記各境界線に入射しなかった表面プラズモンポラリトン５は、そのまま進行方向に直進する。【０２３１】
すなわち、表面プラズモンポラリトン方向変換器４１は、第１金属膜４２を伝播する表面プラズモンポラリトン５を分岐させる複数の伝播経路として、第１金属膜４２、第２金属膜４３および第３金属膜４４を有している。また、表面プラズモンポラリトン方向変換器４１の長手方向とは垂直な方向における、第１金属膜４２、第２金属膜４３および第３金属膜４４による分割比により、各経路に伝播する表面プラズモンポラリトン５の強度比を変化させることができる。【０２３２】
したがって、時分割多重方式の光回路５１１の分岐器５１２として、表面プラズモンポラリトン方向変換器４１を用いることにより、表面プラズモンポラリトン５を空間的に複数の方向に、任意の強度比で分岐させることが可能となる。【０２３３】
なお、第１金属膜４２、第２金属膜４３および第３金属膜４４の形状は、上述した形状に限られない。すなわち、第１金属膜４２、第２金属膜４３および第３金属膜４４の形状は、表面プラズモンポラリトン５の伝播方向を空間的に複数の方向に変換可能なように、隣り合う各金属膜の境界線の一部が伝播している表面プラズモンポラリトン５の一部を遮るように設けられていれば、どのような形状であってもかまわない。【０２３４】
また、第１金属膜４２、第２金属膜４３および第３金属膜４４を用いた構成に限られず、例えば、表面プラズモンポラリトン５を２方向に分岐したい場合には、第１金属膜４２および第２金属膜４３のみを用いた構成としてもよい。【０２３５】
また、表面プラズモンポラリトン５の伝播方向を空間的に複数の方向に変換するためには、上述した構成に限られず、例えば、第１実施形態の表面プラズモンポラリトン方向変換器１の第１金属膜３と第２金属膜４との間に形成された境界線を、第１金属膜３から第２金属膜４に対してくの字形状となる構成としたものを用いてもよい。【０２３６】
また、時分割多重方式の光回路５１１の合波器５１５として、表面プラズモンポラリトン方向変換器４１を用い、表面プラズモンポラリトン５を上述した経路と逆方向に伝播させることにより、空間的に分岐している複数の表面プラズモンポラリトン５を多重化することができるのは明らかである。【０２３７】
このように、時分割多重方式の光回路５１１の分岐器１１２および合波器５１５として、本発明の表面プラズモンポラリトン方向変換器を応用した表面プラズモンポラリトン方向変換器４１を用いることにより、エッジにおける表面プラズモンポラリトン５の散乱を抑制するとともに、設計自由度の高い光回路を得ることができる。【０２３８】
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。【０２３９】
本発明の表面プラズモンポラリトン方向変換器は、上記課題を解決するために、表面プラズモンポラリトンの伝播方向を変換する表面プラズモンポラリトン方向変換器であって、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、該境界線の垂線に対する前記表面プラズモンポラリトンの伝播方向のなす角θが０度＜θ＜９０度または−９０度＜θ＜０度となるように設けられており、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。【０２４０】
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の境界線の少なくとも一部が、該境界線の垂線と該表面プラズモンポラリトンの伝播方向との角θを０度＜θ＜９０度または−９０度＜θ＜０度となるように形成することにより、該表面プラズモンポラリトンの伝播方向を該境界線において屈折させることができる。【０２４１】
そして、上記角θを調節することによって、表面プラズモンポラリトンの伝播方向を調節することができる。そのため、本発明の表面プラズモンポラリトン方向変換器は、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、表面プラズモンポラリトンの伝播方向を変換させる特許文献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。【０２４２】
このとき、金属膜の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該各金属膜間のエッジにおいて散乱し、照射対象に照射されることを抑制することができる。【０２４３】
その結果、本発明の表面プラズモンポラリトン方向変換器は、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発生を抑制できる。また、本表面プラズモンポラリトン方向変換器の上に、何らかの成膜を行う場合、膜厚差を気にする必要がない。【０２４４】
また、本発明の表面プラズモンポラリトン方向変換器は、上記各金属膜は、第１金属膜、第２金属膜および第３金属膜がこの順に隣接しており、上記第１金属膜、上記第２金属膜および上記第３金属膜は、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と、該第２金属膜と該第３金属膜との間に形成された境界線とが平行以外となるように設けられていてもよい。【０２４５】
表面プラズモンポラリトンの伝播方向は、各金属膜の実効屈折率および該各金属膜の境界に対する垂線と表面プラズモンポラリトンの伝播方向のなす角を調節することによって、調節される。そのため、上記構成により、各金属膜の境界が１つである場合と比較して、より正確に表面プラズモンポラリトンを所定の位置に伝播することができる。【０２４６】
また、本発明の表面プラズモンポラリトン方向変換器は、上記各金属膜は、それぞれ異なる材料からなってもよい。【０２４７】
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。そのため、上記構成により、各金属膜を構成する材料を異ならせることにより、該各金属膜の実効屈折率を異ならせることができ、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。また、各金属膜を構成する材料を異ならせることによる該各金属膜間の実効屈折率の比は、誘電体を用いた場合より広い範囲を持たせることが可能であるため、該各金属膜間の境界において、表面プラズモンポラリトンの屈折角を大きくすることができる。【０２４８】
また、本発明の表面プラズモンポラリトン方向変換器は、上記各金属膜は、それぞれ同一の膜厚を有していてもよい。【０２４９】
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方向変換器において、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。【０２５０】
また、本発明の表面プラズモンポラリトン方向変換器は、上記各金属膜は、それぞれ異なる膜厚を有していてもよい。【０２５１】
各金属膜は、膜厚を異ならせることにより、実効屈折率を異ならせることができる。そのため、上記構成により、各金属膜の膜厚を異ならせることにより、該各金属膜の実効屈折率を異ならせることができる。この場合、各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は面一であるために、該表面プラズモンポラリトンが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、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発生を抑制できる。【０２５２】
また、本発明の表面プラズモンポラリトン方向変換器は、上記第１金属膜および上記第３金属膜は、同一の実効屈折率を有していてもよい。【０２５３】
上記構成により、本発明の表面プラズモンポラリトン方向変換器を作成する際に、第１金属膜および第３金属膜を同じ金属材料により構成することができるために、作成工程を減少させることが可能となる。【０２５４】
また、本発明の表面プラズモンポラリトン方向変換器は、上記第１金属膜と上記第２金属膜との間に形成された境界線と、該第２金属膜と上記第３金属膜との間の形成された境界線との距離が、上記表面プラズモンポラリトンの伝播長より短くてもよい。【０２５５】
上記構成により、第１金属膜または第３金属膜において光源からの光を表面プラズモンポラリトンに変換し、該表面プラズモンポラリトンを該第３金属膜または該第１金属膜に伝播させて近接場光を発生させる場合、該表面プラズモンポラリトンが該第３金属膜または該第１金属膜に伝播されるまでに、該表面プラズモンポラリトンが減衰しない。そのため、上記第１金属膜または上記第３金属膜において、十分な強度の近接場光を発生させることができる。【０２５６】
また、本発明の表面プラズモンポラリトン方向変換器では、隣り合う前記各金属膜の境界線の一部は、伝播している前記表面プラズモンポラリトンの一部を遮るように設けられていてもよい。【０２５７】
上記構成により、伝播している表面プラズモンポラリトンの一部は、隣り合う各金属膜の境界線に入射し、該境界線において屈折する。また、上記境界線に入射した表面プラズモンポラリトン以外の表面プラズモンポラリトンは、該境界線に入射せずに直進する。すなわち、本発明の表面プラズモンポラリトン方向変換器は、上記構成により、伝播している表面プラズモンポラリトンを複数の伝播方向に分岐することが可能である。また、隣接する金属膜数を変化させることにより、表面プラズモンポラリトンの伝播方向の分岐数を自由に変化させることができる。【０２５８】
本発明の情報記録再生ヘッドは、磁気記録媒体に対して記録および再生を行うための光アシスト磁気記録装置に備えられる情報記録再生ヘッドにおいて、上述した表面プラズモンポラリトン方向変換器と、光源と、上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、近接場光を上記磁気記録媒体に照射する近接場光出力手段とを備え、上記表面プラズモンポラリトン方向変換器は、上記表面プラズモンポラリトンを上記近接場光励起手段から上記近接場光出力手段へと伝播することを特徴としている。【０２５９】
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、磁気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伝播することができる。そのため、情報記録再生ヘッドに設けられる、磁界を磁気記録媒体に印加するための磁界発生部と光源とが離れた位置に設けられていても、該磁界発生部の近傍に近接場光出力手段を設けることにより、近接場光と磁界とを近接した位置で磁気記録媒体に対して印加することが可能となる。また、情報記録再生ヘッドに設けられる再生素子が、光源の熱による劣化および磁界発生部からの磁界の影響を妨げるように、かつ、正確なトラッキングができる程度の距離にするための配置自由度が高く、全体の小型・軽量化を図ることができる。【０２６０】
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方向変換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方向変換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。【０２６１】
上記構成により、表面プラズモンポラリトン方向変換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方向変換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方向変換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方向変換器の加工も容易となる。さらに、金属膜支持部材を近接場光励起手段として用いることにより、金属膜上に表面プラズモンポラリトンを発生させると、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において、バックグラウンドノイズの発生を抑制することができる。【０２６２】
また、本発明の情報記録再生ヘッドは、前記表面プラズモンポラリトン方向変換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、上記近接場光励起手段は、上記各金属膜の少なくとも１つに設けられていてもよい。【０２６３】
上記構成により、表面プラズモンポラリトン方向変換器の各金属膜が、光源の出射面に形成されているために、該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。【０２６４】
また、本発明の情報記録再生ヘッドは、上記近接場光励起手段から上記近接場光出力手段までの距離が、上記表面プラズモンポラリトンの伝播長より短くてもよい。【０２６５】
上記構成により、近接場光励起手段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が、強度が減衰してしまうまでに近接場光出力手段に伝播されるため、十分な強度の近接場光を発生させることができる。【０２６６】
また、本発明の情報記録再生ヘッドの上記近接場光励起手段は、上記光源から照射された光の波長より小さい微小開口であってもよい。【０２６７】
上記構成によると、光源の光を出射する出射面に設けられている表面プラズモンポラリトン方向変換器の金属膜に近接場光励起手段として微小開口を設け、該光源から該微小開口に光を照射することにより該光を表面プラズモンポラリトンに変換することができる。上記微小開口は表面プラズモンポラリトン方向変換器に設けられているために、表面プラズモンポラリトン方向変換器以外で表面プラズモンポラリトンを励起させ、該表面プラズモンポラリトン方向変換器に伝播させる場合と比較して、表面プラズモンポラリトンの利用効率が高くなる。また、近接場光変換部と光源との間に光学系がないため、部品点数の少ない分作成が容易で、作成精度が高く、小型になる。【０２６８】
また、本発明の情報記録再生ヘッドの上記近接場光発生部は、金属突起であってもよい。【０２６９】
上記構成により、金属突起の高さの分だけ近接場光の強度が減衰する。そのため、表面プラズモンポラリトンの伝播している面を磁気記録媒体に対向させ、表面プラズモンポラリトンを金属突起から構成された近接場光発生部において近接場光に変換し、該近接場光を磁気記録媒体に対して照射した場合も、磁気記録媒体への影響を小さくすることができる。【０２７０】
また、本発明の情報記録再生ヘッドは、上記光源の光の出射面が、上記磁気記録媒体に対して垂直な面内にあってもよい。【０２７１】
上記構成により、光源からの伝播光が磁気記録媒体に照射されることを抑制することができるため、バックグラウンドノイズを抑制することができる。【０２７２】
また、本発明の光アシスト磁気記録装置は、磁気記録媒体に対して記録および再生を行うための光アシスト磁気記録であって、上述した情報記録再生ヘッドを備えることを特徴としている。【０２７３】
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、設計自由度の高い光アシスト磁気記録装置を得ることができる。【０２７４】
本発明の光回路は、光通信システムにおける多重通信方式の光回路であって、複数の異なる周波数を有する表面プラズモンポラリトンを周波数毎に分離する表面プラズモンポラリトン分離手段を備えており、前記表面プラズモンポラリトン分離手段は、上述した表面プラズモンポラリトン方向変換器であることを特徴としている。【０２７５】
また、本発明の光回路は、光通信システムにおける多重通信方式の光回路であって、異なる周波数を有する複数の表面プラズモンポラリトンを混合する表面プラズモンポラリトン混合手段を備えており、前記表面プラズモンポラリトン混合手段は、上述した表面プラズモンポラリトン方向変換器であることを特徴としている。【０２７６】
また、本発明の光回路は、光通信システムにおける時分割多重方式の光回路であって、表面プラズモンポラリトンの伝播方向を複数に分岐する表面プラズモンポラリトン分岐手段を備えており、前記表面プラズモンポラリトン分岐手段は、上述した表面プラズモンポラリトン方向変換器であることを特徴としている。【０２７７】
また、本発明の光回路は、光通信システムにおける時分割多重方式の光回路であって、複数の方向から伝播する表面プラズモンポラリトンを統合する表面プラズモンポラリトン統合手段を備えており、前記表面プラズモンポラリトン統合手段は、上述した表面プラズモンポラリトン方向変換器であることを特徴としている。【０２７８】
光通信システムにおける周波数分割多重方式および時分割多重方式の光回路において、表面プラズモンポラリトン分波手段、表面プラズモンポラリトン合波手段、表面プラズモンポラリトン分岐手段および表面プラズモンポラリトン統合手段として、上述した表面プラズモンポラリトン方向変換器を用いることにより、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、設計自由度の高い光回路を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【０２７９】
本発明は、磁気記録媒体に光アシスト磁気記録方法により記録を行う光アシスト磁気記録装置、光通信システムおよび光コンピューターの光回路における方向変換器並びに光通信システムの多重通信方式の光回路における分波器および合波器として好適に用いることができる。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【国際調査報告】
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