(57)【要約】      （修正有）【課題】近接場光の局在性および強度を向上させるために適した構造の近接場光素子を提供する。【解決手段】真空中の波長がλである光を透過する光素子１であって、λ以下の膜厚を有する金属膜１０と、前記金属膜１０の面内に設けられた、縦横の大きさがいずれもλ以下である矩形領域に内接する多角形の開口部２０と、前記金属膜１０の面内に設けられた、前記多角形の少なくとも１つの頂点より延びる、前記一辺よりも小さな幅のスリット３０とを備える。前記多角形は、２つの三角形を頂点の所定近傍で互いに重なるように並べた形状であり、前記スリット３０は、前記各三角形の前記頂点を通る２辺の延長線上に伸びている。【選択図】図１
2011014192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空中の波長がλである光を透過する光素子であって、
λ以下の膜厚を有する金属膜と、
前記金属膜の面内に設けられた、一辺の大きさがλ以下である正方領域に含まれる多角形の開口部と、
前記金属膜の面内に設けられた、前記多角形の少なくとも１つの頂点より延びる、前記一辺よりも小さな幅のスリットと
を備える光素子。
【請求項２】
前記多角形は、２つの三角形を頂点が互いに接するように並べた形状である
請求項１に記載の光素子。
【請求項３】
前記スリットは、前記各三角形の前記頂点に対向する辺の延長線上に伸びている
請求項２に記載の光素子。
【請求項４】
前記スリットは、前記各三角形の前記頂点を通る２辺の延長線上に伸びている
請求項２に記載の光素子。
【請求項５】
前記スリットは、前記各三角形の、前記頂点とは異なる２頂点より互いに平行に伸びている
請求項２に記載の光素子。
【請求項６】
前記金属膜の面内に、前記開口部とは別に最大幅がλ以下である複数の副開口部が周期的に設けられている
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光素子、特に近接場光素子に関し、とりわけ光記録媒体への高密度記録および再生に用いられる近接場光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学的に情報を記録および再生する光メモリの分野においては、情報通信網のブロードバンド化の進展や情報内容の大容量化に伴い、より大容量の情報を記録できることが望まれている。しかし、自由空間を伝搬する光（伝搬光）を用いた従来の光メモリにおいて、記録密度は光の回折限界で上限が決まり、光の波長程度（約数１００ｎｍ）の記録マークしか記録および再生ができなかった。
【０００３】
それに対して、近年、記録密度を著しく向上する、近接場光記録技術が提案されている。ここで言う近接場光とは、光の波長以下の金属微小開口に伝搬光を照射すると、微小開口近傍に局在する電磁場のことである。電磁場の局在サイズは微小開口のサイズで決まるため、数１０ｎｍの微小開口を設ければ光の回折限界以下の光を生成することができる。
【０００４】
近接場光記録技術は、この発生した近接場光が微小開口に局在することを利用して、微小開口と記録媒体との間隙を数１０ｎｍまで近接することにより、数１０ｎｍという小さい記録マークを信号として書き込み、読み取ることを目指すものである（図１１）。
【０００５】
微小開口への伝搬光の照射方法としては、図１２（Ａ）に示すように、微小開口を設けた素子に外部からレーザ光を照射する方法と、図１２（Ｂ）に示すように、垂直共振器表面発光半導体レーザ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ、以下、単にＶＣＳＥＬと称する）や水平共振器端面発光半導体レーザ（以下、単にエッジエミッタと称する）の光出射端に微小開口を設ける方法が提案されている。
【０００６】
ただし、単純に四角い微小開口を設けただけでは、発生する近接場光の光強度が記録に必要な量に達しない。そこで、非特許文献１において、近接場光の光強度を向上するために、図１３（Ａ）〜図１３（Ｄ）に示されるような様々な形状の微小開口が検討されている。なお、図１３（Ａ）〜図１３（Ｄ）では、微小開口の近傍領域における電場強度の分布を、表示領域内の最小値を白とし最大値を黒とするグレースケールで表している。
【０００７】
その結果、例えば、図１３（Ａ）に示されるボウタイ（蝶ネクタイ）構造と呼ばれる特徴的な形状の微小開口が、電場を局在化させるために有効な形状として提案されている。このボウタイ構造の微小開口（以下、ボウタイ開口と略す）において、電場強度の分布としては面内の半値全幅（Ｆｕｌｌ  Ｗｉｄｔｈ  ａｔ  Ｈａｌｆ  Ｍａｘｉｍｕｍ、以下ＦＷＨＭと称する）は数１０ｎｍであり、電場が局在していることが報告されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｚｈｉｌｏｎｇ  Ｒａｏ，Ｌａｍｂｅｒｔｕｓ  Ｈｅｓｓｅｌｉｎｋ，Ｊａｍｅｓ  Ｓ．Ｈａｒｒｉｓ，“Ｈｉｇｈ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｔｈｒｏｕｇｈ  ｒｉｄｇｅ  ｎａｎｏ−ａｐｅｒｔｕｒｅｓ  ｏｎ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ−Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒｓ”，Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ，Ｖｏｌ．１５，Ｎｏ．１６，ｐｐ．１０４２７−１０４３８，２００７年７月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、非特許文献１で検討されている、図１３（Ａ）〜図１３（Ｄ）に示すような構造においては、電場だけでなく磁場も含めた電磁場の局在が不十分であることを発明者は見出した。例えば、図１３（Ａ）に示されているボウタイ開口に対して時間領域差分法（Ｆｉｎｉｔｅ−Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  Ｔｉｍｅ−Ｄｏｍａｉｎ、以下ＦＤＴＤ法と称する）により近接場光の電磁場強度の分布を計算した結果を、図１４に示す。図１４では、ボウタイ開口の近傍における電磁場強度の分布を、表示領域内の最小値を白とし最大値を黒とするグレースケールで表している。
【００１０】
ボウタイ開口はＧａＡｓ上のＡｕ薄膜に対して設け、Ａｕの膜厚は１５０ｎｍである。ボウタイ開口中央の微小ギャップの間隔は４０ｎｍとした。ＧａＡｓ基板側から伝搬光を照射し（図１４ではＺ方向に相当）、微小ギャップの照射側とは反対側に発生する近接場光を、微小開口からＺ方向に１０ｎｍ離れた位置において評価した。伝搬光の波長は７８０ｎｍ、伝搬光の偏向方向（電場方向）は微小ギャップ方向（図ではＸ方向に相当）である。なお、伝搬光は平行光であり、ボウタイ開口以外も含むシミュレーション領域全体（Ｘ方向に１μｍ、Ｙ方向に１μｍ）に伝搬光を照射している。
【００１１】
図１４に示すように、微小ギャップとは直交する方向（図ではＹ方向に相当）に関する電磁場強度のＦＷＨＭは３００ｎｍと大きい。
【００１２】
図１５（Ａ）および図１５（Ｂ）に、ボウタイ開口近傍に生じる電場および磁場を示す。
【００１３】
図１６（Ａ）〜図１６（Ｃ）に、ＸＹＺ方向に対する電場強度の分布を示し、図１６（Ｄ）、図１６（Ｅ）に、ＹＺ方向に対する磁場強度の分布を示す。図１６（Ｄ）より分かるように、電磁場強度のＦＷＨＭが大きい原因は、Ｙ方向の磁場が閉じ込められていないためである。
【００１４】
このように発生する磁場は、図１５（Ｂ）に示されるように伝搬光の照射により微小ギャップ間を流れる変位電流により生じるが、磁場に対する有効な閉じ込め方法は提案されていない。
【００１５】
また、微小開口以外の領域に照射される伝搬光のエネルギーは、従来の構造では近接場光に変換することができない。すなわち、従来技術では近接場光の発生効率が低いため、記録マークを信号として書き込みや読み取りのための伝搬光の照射強度を高くする必要がある。
【００１６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、近接場光の局在性および強度を向上させるために適した構造の近接場光素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記課題を解決するために、本発明の光素子は、真空中の波長がλである光を透過する光素子であって、λ以下の膜厚を有する金属膜と、前記金属膜の面内に設けられた、一辺の大きさがλ以下である正方領域に含まれる多角形の開口部と、前記金属膜の面内に設けられた、前記多角形の少なくとも１つの頂点より延びる、前記一辺よりも小さな幅のスリットとを備える。
【００１８】
前記多角形は、２つの三角形を頂点が互いに接するように並べた形状であり、前記スリットは、前記各三角形の前記頂点を通る２辺の延長線上に伸びていてもよい。
【００１９】
このような形状の開口部とスリットとが設けられた光素子に真空中の波長がλである伝搬光を照射した場合、伝搬光の照射によりスリット間をスリットの幅方向に流れる変位電流により磁気流が発生する。この磁気流が開口部に流れ込むことにより、開口部に発生する磁場をマクスウェル応力により閉じ込める。その結果、近接場光の局在度を向上することができる。さらに、局在が向上する結果、近接場光の強度も増加する。すなわち、従来技術よりも微小な記録マークを信号として書き込み、読み取ることが、より少ない照射エネルギーにより可能となる。
【００２０】
さらに、本発明の光素子において、前記金属膜の面内に、前記開口部とは別に最大幅がλ以下である複数の副開口部が周期的に設けられていてもよい。
【００２１】
このような周期構造を設けることにより、伝搬光を近接場光に変換する際に、前記開口部が前記複数の副開口部の周期性を乱す欠陥領域変調となる。そのため、よく知られているフォトニック結晶での微小欠陥共振器と同様に、近接場をその領域に閉じ込める共振器となるため、変換した近接場光を前記開口部に集中することができる。その結果、従来技術よりも、記録マークを信号として書き込み、読み取ることが、より少ない照射エネルギーにより可能となる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の近接場光素子により、近接場光の発生効率と空間集中度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１の近接場光素子の構造の一例を表す図
【図２】（Ａ）〜（Ｄ）本発明の実施の形態１の近接場光素子の特性を表す図
【図３】本発明の実施の形態１の近接場光素子に生じる電場および磁場を表す図
【図４】本発明の実施の形態１の近接場光素子の特性を表す図
【図５】（Ａ）〜（Ｄ）本発明の実施の形態１の変形例１の近接場光素子の構造の一例および特性を表す図
【図６】（Ａ）〜（Ｄ）本発明の実施の形態１の変形例２の近接場光素子の構造の一例および特性を表す図
【図７】（Ａ）〜（Ｃ）比較例としての従来技術による近接場光素子の構造の一例および特性を表す図
【図８】（Ａ）〜（Ｃ）本発明の実施の形態２の近接場光素子の構造の一例および特性を表す図
【図９】（Ａ）〜（Ｃ）本発明の実施の形態２の変形例１の近接場光素子の構造の一例および特性を表す図
【図１０】（Ａ）、（Ｂ）本発明の実施の形態２の変形例２の近接場光素子の構造の一例および特性を表す図
【図１１】近接場光記録の原理を説明する図
【図１２】（Ａ）、（Ｂ）近接場光の生成原理を説明する図
【図１３】（Ａ）〜（Ｄ）従来技術による近接場光素子の特性を表す図
【図１４】従来技術による近接場光素子の特性を表す図
【図１５】（Ａ）、（Ｂ）従来技術による近接場光素子に生じる電場および磁場を表す図
【図１６】（Ａ）〜（Ｅ）従来技術による近接場光素子の特性を表す図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（実施の形態１）
図１に本発明の実施の形態１の近接場光素子１の構成の一例を示す。近接場光素子１は、真空中の波長が４００ｎｍである光を透過する光素子であって、ＧａＡｓ基板上に膜厚が０．１５μｍであるＡｕ薄膜１０を形成し、Ａｕ薄膜１０にボウタイ開口２０および微小スリット３０を設けることにより構成されている。図１において、Ａｕ薄膜１０が残されている領域が灰色で示され、ボウタイ開口２０および微小スリット３０が白色で示されている。
【００２５】
ボウタイ開口２０は、図１に示されるように、底辺が４００ｎｍ、高さが２００ｎｍの２つの三角形を頂点が互いに接するように並べた形状であり、一辺が４００ｎｍの正方領域に含まれている。ここでは、２つの三角形の底辺間の距離４００ｎｍを、ボウタイ開口２０の開口幅と定義する。ボウタイ開口２０の中央には、間隔４０ｎｍの微小ギャップ２１が形成されている。
【００２６】
さらに図１４に示す従来技術とは異なり、斜め方向に線状の微小開口である微小スリット３０が設けられている。微小スリット３０の開口幅は、４０ｎｍである。
【００２７】
ボウタイ開口２０および微小スリット３０は、電子ビーム描画リソグラフィや深紫外フォトリソグラフィなどのリソグラフィと、リフトオフやドライエッチングなどを組み合わせて用いてＡｕ薄膜１０をパターニングすることにより、形成することができる。
【００２８】
図２（Ａ）〜図２（Ｄ）に、シミュレーションにより計算した、本実施形態の近接場光素子において発生する近接場光の電場強度分布および磁場強度分布を示す。シミュレーション方法は前述の従来技術の解析に用いたＦＤＴＤ法であり、伝搬光の照射方法や電場および磁場の評価方法なども前述と同じである。
【００２９】
図２（Ａ）はＺ方向の電場強度（｜Ｅｚ｜）分布である。｜Ｅｚ｜から、Ａｕ薄膜１０上の電荷分布を解析することができる。電磁気学のガウスの定理により、電荷から電気力線が湧き出し、もしくは吸い込まれる。電気力線は金属と空気との界面にほぼ垂直に走るため、今回のシミュレーションのようにＡｕ薄膜１０から１０ｎｍの位置での｜Ｅｚ｜は、Ａｕ薄膜１０上の電荷分布をほぼそのまま表している。
【００３０】
図２（Ａ）より、微小ギャップ２１の縁と微小スリット３０の縁に大きな電場強度が計算されることから、光照射により誘導電荷が発生していることがわかる。本実施形態においても従来技術と同様に、微小ギャップ２１の縁に誘導電荷を発生させるために電荷保存則を満たすように、変位電流が微小ギャップ２１に集中し、微小ギャップ２１をＸ方向に変位電流が流れる。同様に、本実施形態の微小スリット間においても同様に、変位電流がＸＹ斜め方向に流れる。図３に、近接場光素子１において発生する変位電流および磁場を示す。
【００３１】
本実施形態においても従来技術と同様に、微小ギャップ２１に流れる変位電流に伴い、アンペールの法則により変位電流を包み込むように、微小ギャップ２１上をＹ方向に磁気流が発生する。ただし、図２（Ｃ）に示す本実施形態におけるＹ方向の磁場強度（｜Ｈｙ｜）の分布の広がりは、図１６（Ｄ）に示す従来技術の｜Ｈｙ｜の分布の広がりより小さい。
【００３２】
このように、本実施形態において微小ギャップ２１上に発生する磁場のＹ方向の局在が強いのは、図２（Ｃ）の｜Ｈｙ｜分布から分かるように、微小スリット３０上に発生している、従来構造では生じていない磁気流のためである。この新たな磁気流が、図２（Ｄ）に示すＺ方向の磁場強度（｜Ｈｚ｜）から分かるように、ボウタイ開口２０の縁をＺ方向に流れる。
【００３３】
すると、図３に示すように、新たな磁気流と微小ギャップ２１上の磁気力線がマクスウェル応力によりお互いに反発しようとするために、微小ギャップ２１上の磁気力線のＹ方向の局在性が強まる。その結果、微小ギャップ２１上に発生する電磁場のＹ方向の強度分布のＦＷＨＭは、図１４に示される従来構造の３００ｎｍに対し、本実施形態では９０ｎｍと約１／３である。
【００３４】
また、局在性が強まる結果、微小ギャップ２１上に発生する電磁場のピーク強度が、図１４に示される従来構造の０．０３６に対し、本実施形態では０．１９と約５．３倍に増強する。なお、この電磁場のピーク強度の数値は、照射光の電磁場強度を１として規格化した場合の数値である。
【００３５】
このように、本実施の形態において電磁場の局在性と強度が向上するため、従来技術よりも微小な記録マークを信号として書き込み、読み取ることが、より少ない照射エネルギーにより可能となる。
【００３６】
なお、上述の実施形態において、微小スリット３０をＸＹ方向の斜めに設けたが、図５（Ａ）の近接場光素子２や図６（Ａ）の近接場光素子３のように、Ｘ方向（照射光の電場方向と平行）およびＹ方向（照射光の電場方向とは直交）に微小スリット３０を設けてもよい。この場合も上述の斜め方向と同様に、図５（Ｂ）および図６（Ｂ）のように｜Ｈｚ｜分布から、微小スリット上に誘起された磁気流がボウタイ開口２０の縁に流入することが分かる。
【００３７】
その結果、マクスウェル応力により、図５（Ｃ）および図６（Ｃ）のように｜Ｈｙ｜分布が従来構造よりも小さくなる。従って、図５（Ｄ）および図６（Ｄ）のように電磁場の強度分布の広がりも従来構造よりも小さくなり、電磁場のピーク強度も増強する。
【００３８】
具体的には、図１４の従来構造と比較すると、電磁場のＹ方向の強度分布のＦＷＨＭは従来構造の３００ｎｍに対して、図５（Ｄ）のＸ方向の微小スリット構造では１７０ｎｍ、図６（Ｄ）のＹ方向の微小スリット構造では１２０ｎｍと、それぞれ局在性が約１／１．８倍、約１／２．５倍に向上している。また、電磁場のピーク強度も図１４の従来構造の０．０３６に対し、図５（Ｄ）のＸ方向の微小スリット構造では０．１５、図６（Ｄ）のＹ方向の微小スリット構造では０．１２と、それぞれ約４．２、約３．３倍に向上している。
【００３９】
なお、電磁場の局在性と電磁場のピーク強度が従来構造から向上する度合いが、図４の斜めＸＹ方向の微小スリット構造の方が、図５（Ｄ）のＸ方向の微小スリット構造もしくは図６（Ｄ）のＹ方向の微小スリット構造よりも大きいのは、次のような理由である。
【００４０】
Ｘ方向の微小スリット構造の場合、微小スリット３０の開口方向（Ｙ方向）が照射光の電場方向（Ｘ方向）と直交であるため、斜めＸＹ方向の微小スリット構造よりも、微小スリット３０に発生する変位電流は弱い。そのため、微小スリット３０上に誘起する磁気流は弱いことが、図２（Ｃ）と図５（Ｃ）の比較より分かる。その結果、微小ギャップ２１上に発生する電磁場のＹ方向の閉じ込めも、斜めＸＹ方向の微小スリットの場合よりも弱い。
【００４１】
一方、Ｙ方向の微小スリット構造の場合、微小スリットの開口方向（Ｘ方向）が照射光の電場方向（Ｘ方向）と平行であるため、斜めＸＹ方向の微小スリット構造よりも、微小スリット３０に発生する変位電流は強い。そのため、微小スリット上に誘起する磁気流が強く、微小ギャップ２１上に発生する電磁場のＹ方向の閉じ込めが強くなることが、図２（Ｃ）と図６（Ｃ）の比較より分かる。
【００４２】
しかし、本来、微小ギャップ２１に集中すべき電磁場のエネルギーがＹ方向の微小スリット構造の場合、微小スリット３０にも漏れていることが、図５（Ｄ）と図６（Ｄ）の比較より分かる。その結果、電磁場強度のピーク増強効果が、Ｙ方向の微小スリット構造よりもＸ方向の微小スリット構造の方が大きい。
【００４３】
斜めＸＹ方向の微小スリット構造は変位電流の発生と電磁場の集中とのバランスが取れ、微小ギャップ２１に発生する電磁場の局在と強度の向上が極大となる。
【００４４】
（実施の形態２）
図７（Ａ）に、本発明の実施の形態２の比較例として、従来構造による近接場光素子９を示す。この近接場光素子９は、従来構造によるため、微小スリットは設けずボウタイ開口２０のみを設けている。ボウタイ開口２０は、実施の形態１と相似の形状であり、開口幅を実施の形態１の４００ｎｍから２００ｎｍに狭めている。
【００４５】
図７（Ｂ）および図７（Ｃ）に、シミュレーションにより明らかとなった、この従来構造の近接場光素子において発生する近接場光の磁場強度分布および電磁場強度分布を示す。シミュレーション方法や評価方法なども前述と同じである。
【００４６】
図７（Ｃ）に電磁場の強度分布を示す。図４のボウタイ開口２０の開口幅が０．４μｍの場合とは異なり、近接場光の電磁場強度のピークが微小ギャップ２１に集中せず、Ｙ方向に２箇所に分裂している。また、図７（Ｂ）の｜Ｈｚ｜分布から分かるように、磁気流のＺ方向の流れがボウタイ開口２０の縁に集中していない。
【００４７】
その結果、電磁場の強度分布のＹ方向のＦＷＨＭは２００ｎｍまで広がる。このように大きく広がりかつ、２箇所にピークを持つ電磁場強度分布の場合、微小な記録マークを信号として書き込み、読み取ることが、困難となる。
【００４８】
このような従来構造の近接場光素子９に対して、図８（Ａ）に示すように斜めＸＹ方向の微小スリットを設けた近接場光素子４では、図８（Ｃ）に示すように微小ギャップ２１に発生する近接場光の電磁場強度のピークが１箇所に集中する。
【００４９】
その結果、図７（Ｃ）の従来構造と比べて、電磁場の強度分布のＹ方向のＦＷＨＭは９５ｎｍと、従来構造の約１／２．１まで狭めることができる。また、電磁場のピーク強度も従来構造の０．００２７と比較し、斜めＸＹ方向の微小スリットを設けた場合、０．０２６と約９．６倍に向上することができる。
【００５０】
これは図８（Ｂ）の｜Ｈｚ｜分布が示すように、実施の形態１と同様に、微小スリット３０による磁気流がボウタイ開口２０の縁に集中しているためである。しかしながら、ボウタイ開口２０の開口幅が狭い場合、微小スリット３０を設けただけでは、近接場光の電磁場が微小ギャップ２１に集中せず、微小スリット３０にも分布してしまう。
【００５１】
近接場光を微小ギャップ２１にさらに集中させるために、図９（Ａ）のように微小スリット３０に加え周期構造を設けた近接場光素子５では、さらに微小ギャップ２１に発生する電磁場の局在性と強度が増強する。周期構造としては、直径８０ｎｍの孔である副開口部４０をＸ方向とＹ方向に間隔２００ｎｍで設けている。
【００５２】
この構造のシミュレーション結果を、図９（Ｂ）および図９（Ｃ）に示す。図９（Ｂ）の｜Ｈｚ｜分布が示すように、微小スリット３０や微小ギャップ２１以外にも、周期構造によって近接場光が生成していることが分かる。周期構造中において微小スリットや微小ギャップは前記周期構造の周期性を乱す欠陥領域変調となる。そのため、よく知られているフォトニック結晶での微小欠陥共振器と同様に、近接場をその領域に閉じ込める共振器となるため、一種の近接場光の共振器として機能する。その結果、微小スリット３０以外に生成した近接場光は、共振器効果によって微小スリット３０や微小ギャップ２１に集中する。
【００５３】
微小スリット３０に近接場光が集中することは、微小スリット３０上に誘起する磁気流が増強することを意味する。従って、ボウタイ開口２０の縁に流れ込む磁気流も増強されるため、微小ギャップ２１に発生する近接場光の電磁場強度の局在性が向上する。
【００５４】
具体的には電磁場強度のＹ方向分布のＦＷＨＭは７０ｎｍと、図７（Ｃ）の従来構造に比べて、約１／２．８倍と狭めることができる。微小スリット３０よりも微小ギャップ２１の開口幅が大きいため、共振器効果による閉じ込めが大きい。
【００５５】
その結果、微小スリット３０を設けた場合の図８（Ｃ）と比べ、さらに周期構造も設けた場合、図９（Ｃ）に示すように微小ギャップ２１に電磁場強度が集中していることが分かる。微小スリット３０と周期構造（周期的な副開口部４０）とを設けた場合の電磁場のピーク強度は、図７（Ｃ）の従来構造の０．００２７と比べ、０．３１と約１１０倍に向上することができる。
【００５６】
このような周期構造による近接場光増強の効果について、周期依存性をシミュレーションした結果を図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）に示す。このシミュレーションでの構造は図１０（Ａ）に示すように、ボウタイ開口２０の開口幅を０．３μｍ、周期構造の孔である副開口部４０の直径を６０ｎｍとしている。
【００５７】
図１０（Ｂ）に微小ギャップ２１に発生する近接場光のＸ方向の電場の強度（｜Ｅｘ｜）の周期依存性を示す。周期に対して｜Ｅｘ｜がほぼ１μｍ間隔に極大となっていること、周期が長いほどピークが下がっていることが分かる。このことから、単純に周期構造を設けるだけでは微小ギャップ２１への近接場光の集中が効果的に行なえないこと、逆に言えば、近接場光の集中が、適切に設けられた周期構造の効果によることが分かる。
【００５８】
Ａｕと空気との界面に発生する近接場光である表面プラズモンの波長は６３ｎｍであるため、１μｍの周期はほぼ、表面プラズモンの２次の回折格子の周期に相当する。照射光に対して周期構造が表面プラズモンに対する２次の回折が及ぼせば、回折効果により照射光の伝播方向（垂直方向）が水平方向に変化することができるため、照射光を効率的に表面プラズモンに変換することができる。ただし、回折次数が高次（２次の倍数、４次、６次など）になるほど回折効率が低下する。従って、可能な限り周期は短いほうが、微小ギャップへ近接場光を集中することができる。
【００５９】
また、上記実施の形態においてはＡｕ薄膜を用いたが、照射光の波長に対して表面プラズモンの損失が小さい材料であればよい。具体的には、ＡｌやＡｇ、Ｃｕなどの金属膜が好適に用いられる。例えば、Ｃｕは波長が１μｍ以上の赤外、Ａｕは波長が６００ｎｍ以下、Ａｇは波長が４００ｎｍ以下の照射光の場合に用いることができる。
【００６０】
また、上記実施の形態においては、Ａｕ薄膜を形成する基板としてＧａＡｓを用いたが、ＩｎＰやＧａＮのようにその他の半導体やＳｉＯ２などの酸化物であっても、本発明の本質的な効果に変化は無い。
【００６１】
また、微小スリットの開口幅や周期構造の孔の直径も、上記実施の形態の数値に限定されるものではない。ただし、微小スリットの開口幅や周期構造の孔の直径が２０ｎｍ以下のように表面プラズモンの波長よりも小さいと、微小スリットや周期構造の効果が十分に発揮できない。また、微小スリットの開口幅や周期構造の孔の直径が１００ｎｍ以上のように表面プラズモンの波長よりも大きくなると、照射光が微小スリットや孔を通過するため、微小ギャップへ近接場光が集中することが妨げられる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明の光素子は、近接場光素子として利用でき、光記録媒体への高密度記録が可能な光記録装置に適用できる。
【符号の説明】
【００６３】
１〜５、９  近接場光素子
１０  Ａｕ薄膜
２０  ボウタイ開口
２１  微小ギャップ
３０  微小スリット
４０  副開口部
【図１１】
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【図１２】
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【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１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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