(57)【要約】【課題】表面プラズモンを利用した光学素子において、出力強度をより増大させて、入射光の光パワー利用効率を向上させる。【解決手段】光学素子１０を、入射光１００に対して光透過性を有する基体１と、基体１の一方の表面に形成された第１導電性膜２とを備える構成とする。そして、第１導電性膜２が基体１側の表面に形成された所定周期の凹凸パターン５を有し、且つ、入射光１００の入射側から見て、第１導電性膜２の入射光１００が照射される端部２ａを画成する辺部の形状が凸状または直線状とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光に対して光透過性を有する基体と、
前記基体側の表面に形成された所定周期の凹凸パターンを有し、前記入射光の入射側から見て前記入射光が照射される端部を画成する辺部の形状が凸状または直線状であり、且つ、前記基体の一方の表面に形成された第１導電性膜と
を備える光学素子。
【請求項２】
前記凹凸パターンが、前記端部の先端部に対して同心円状の形状を有する
請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記凹凸パターンの前記所定周期の基点が、前記端部の先端部である
請求項１に記載の光学素子。
【請求項４】
前記第１導電性膜の前記凹凸パターン側とは反対側の表面は平坦面である
請求項１に記載の光学素子。
【請求項５】
前記凹凸パターンの前記所定周期が、前記入射光が前記第１導電性膜に照射された際に前記凹凸パターンの表面に発生する複数の表面プラズモンが同相で重なるように設定されている
請求項１に記載の光学素子。
【請求項６】
前記第１導電性膜の前記端部の先端部における接線方向と直交する方向の前記第１導電性膜の長さが、前記第１導電性膜の位置おける前記入射光のスポット半径より大きい
請求項１に記載の光学素子。
【請求項７】
前記凹凸パターンの断面が、矩形波状、三角波状、正弦波状、円弧突起状及び円弧溝状のいずれかの形状、または、これらの形状の中から複数の形状を組み合わせた形状である
請求項１に記載の光学素子。
【請求項８】
前記入射光が偏光方向に異方性を有する光であり、前記入射光の電界強度が最大となる偏光方向が、前記第１導電性膜の前記端部の先端部のおける接線方向に対して直交する方向である
請求項１に記載の光学素子。
【請求項９】
さらに、前記第１導電性膜の前記凹凸パターンと同じ構成の凹凸パターンが前記基体側の表面に形成され、前記入射光の入射側から見て前記入射光が照射される端部を画成する辺部の形状が凸状または直線状であり、該端部の先端部が前記第１導電性膜の前記端部の先端部に対して所定距離だけ離れて対向して配置され、且つ、前記基体の一方の表面に形成された第２導電性膜を備える
請求項１に記載の光学素子。
【請求項１０】
前記第１導電性膜の前記先端部と、前記第２導電性膜の前記先端部との間の距離をｇとし、前記入射光の波長をλとしたときに、ｇ＜λの関係を満足する
請求項９に記載の光学素子。
【請求項１１】
前記第１導電性膜の前記凹凸パターンの形成面の外形が略矩形状であり、前記第１導電性膜の先端部の前記形成面の短辺方向における幅が前記第１導電性膜の他の領域の前記形成面の短辺方向における幅より狭い
請求項１に記載の光学素子。
【請求項１２】
入射光に対して光透過性を有する基体、並びに、前記基体側の表面に形成された所定周期の凹凸パターンを有し、前記入射光の入射側から見て前記入射光が照射される端部を画成する辺部の形状が凸状または直線状であり且つ前記基体の一方の表面に形成された導電性膜を有する光学素子と、
前記光学素子の前記基体の導電性膜側とは反対側の表面上に配置され、前記入射光を射出する光源と
を備える光学装置。
【請求項１３】
入射光に対して光透過性を有する基体、並びに、前記基体側の表面に形成された所定周期の凹凸パターンを有し、前記入射光の入射側から見て前記入射光が照射される端部を画成する辺部の形状が凸状または直線状であり且つ前記基体の一方の表面に形成された導電性膜を有する光学素子と、
前記光学素子から射出された光を受光する受光部と
を備える光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子、及び、それを備える光学装置に関し、より詳細には、例えば近接場光等の微小スポット径を有する光を生成することができる光学素子、及び、それを備えた光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報記録媒体へのさらなる高密度記録を実現するため、記録光として、例えば近接場光等の微少なスポット径を有する光を利用する種々の技術が提案されている。近接場光を用いると、光の回折限界を超えた微小な光スポットを実現することができるので、例えば、近接場光を用いた熱アシスト磁気記録技術は、次世代高密度磁気記録の有望な技術として注目されている。また、光磁気記録膜や相変化記録膜を用いる情報記録媒体に対して近接場光を適用する技術についても従来種々検討されている。
【０００３】
そこで、従来、例えば近接場光等の微少なスポット径を有する光を生成するための種々の光学素子が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。
【０００４】
特許文献１には、光学素子本体と、光学素子本体の表面に形成された導電性膜とからなる光学素子が提案されており、導電性膜の中央には円形開口部が形成されている。この光学素子では、光学素子本体を介して導電性膜に光を照射することにより、導電性膜の開口端に表面プラズモンを発生させ、それにより円形開口部と同程度のサイズの微小な光スポット径を有する光を円形開口部から射出する。
【０００５】
また、特許文献１では、導電性膜の光学素子本体側の表面には周期的な凹凸形状が設けられており、これにより生じる表面プラズモンエンハンス効果を利用して円形開口部での透過効率向上を図っている。そして、特許文献１では、導電性膜の円形開口部において大きな透過効率を得るための、入射光の光ビーム径と、導電性膜表面の周期構造との関係を規定している。さらに、特許文献１には、上述のような構成の光学素子を備えた光ヘッド及び光記録再生装置も提案されている。
【０００６】
特許文献２には、上述した特許文献１と同様の構成の光学素子が提案されている。ただし、特許文献２では、導電性膜の円形開口部での透過効率をより向上させるために、円形開口部の軸方向に沿って、開口部の径を段階的に変化させ、光の出口付近の円形開口部の径が最も小さくなるように構成されている。
【０００７】
さらに、従来、上述した表面プラズモンエンハンス効果を利用した光学素子を用いてフォトダイオードを構成する技術が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３９５６９３９号
【特許文献２】特開２００９−２６３６０号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Tsutomu Ishi et al.：“Si Nano-Photodiode with a Surface Plasmon Antenna”，JJAP vol.44, No. 12, 2005, pp.L364-L366
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述のように、例えば、上記特許文献１及び２等で提案されている表面プラズモンを利用した光学素子は、様々な用途への適用が可能な有望な技術として注目されている。それゆえ、近年、上述のような表面プラズモンを利用した光学素子において、出力強度（入射光の光パワー利用効率）のより高い光学素子の開発が望まれている。
【００１１】
本発明は、上記状況を鑑みなされたものであり、本発明の目的は、表面プラズモンを利用した光学素子において、出力強度をより増大させて、入射光の光パワー利用効率を一層向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の光学素子は、入射光に対して光透過性を有する基体と、基体の一方の表面に形成された第１導電性膜とを備える構成とする。そして、第１導電性膜が基体側の表面に形成された所定周期の凹凸パターンを有し、入射光の入射側から見て入射光が照射される端部を画成する辺部の形状が凸状または直線状である構成とする。
【００１３】
本発明の光学素子では、入射光が照射された際には、第１導電性膜の端部の近傍で入射光の波長よりも小さなスポットサイズの光が生成される。この際、本発明では、入射光の入射側から見て、第１導電性膜の端部を画成する辺部の形状が凸状または直線状であるので、第１導電性膜の端部領域における表面プラズモンの伝搬損失を低減することができる。それゆえ、本発明の光学素子では、より強度の大きな光を生成することができる。このことについては、後で詳述する。
【００１４】
また、本発明の光学装置は、上記本発明の光学素子と、光学素子の基体の導電性膜側とは反対側の表面上に配置され、入射光を射出する光源とを備える構成とする。
【００１５】
さらに、本発明の別の光学装置は、上記本発明の光学素子と、光学素子から射出された光を受光する受光部とを備える構成とする。
【発明の効果】
【００１６】
上述のように、本発明の光学素子では、第１導電性膜の端部において、入射光の波長よりも小さな光スポットを有する光を発生させることができる。また、この際、本発明では、第１導電性膜の端部での表面プラズモンの伝搬損失を低減することができる。それゆえ、本発明によれば、入射光の波長よりも小さな光スポットを有する光を生成することができるとともに、出力強度をより増大させて、入射光の光パワー利用効率を一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１（ａ）は、従来の光学素子の概略下面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）中のＡ−Ａ断面図であり、図１（ｃ）は、光学素子の円形開口部付近の拡大下面図である。
【図２】図２（ａ）は、第１の実施形態に係る光学素子の概略下面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）中のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】図３は、第１の実施形態の光学素子における導電性膜の凹凸パターンの周期方向と、入射光の偏光方向との関係を示す図である。
【図４】図４は、第１の実施形態の光学素子に対する入射光の照射位置を示す図である。
【図５】図５は、表面プラズモンエンハンス効果を説明するための図である。
【図６】図６は、表面プラズモンエンハンス効果を説明するための図である。
【図７】図７（ａ）及び（ｂ）は、第１の実施形態の光学素子に対して行ったシミュレーション解析の解析モデルを説明するための図である。
【図８】図８（ａ）及び（ｂ）は、比較例１の光学素子に対して行ったシミュレーション解析の解析モデルを説明するための図である。
【図９】図９（ａ）及び（ｂ）は、比較例１の光学素子に対して行ったシミュレーション解析の結果を示す図である。
【図１０】図１０（ａ）及び（ｂ）は、比較例１の光学素子に対して行ったシミュレーション解析の結果を示す図である。
【図１１】図１１は、比較例１の光学素子に対して行ったシミュレーション解析の結果を示す図である。
【図１２】図１２（ａ）及び（ｂ）は、第１の実施形態の光学素子に対して行ったシミュレーション解析の結果を示す図である。
【図１３】図１３（ａ）は、変形例１の光学素子の概略下面図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）中のＥ−Ｅ断面図である。
【図１４】図１４は、変形例２−１の光学素子における導電性膜の概略断面図である。
【図１５】図１５は、変形例２−２の光学素子における導電性膜の概略断面図である。
【図１６】図１６は、変形例２−３の光学素子における導電性膜の概略断面図である。
【図１７】図１７は、変形例２−４の光学素子における導電性膜の概略断面図である。
【図１８】図１８は、変形例３−１の光学素子における導電性膜のエッジ部の概略構成図である。
【図１９】図１９は、変形例３−２の光学素子における導電性膜のエッジ部の概略構成図である。
【図２０】図２０は、変形例３−３の光学素子における導電性膜のエッジ部の概略構成図である。
【図２１】図２１は、変形例３−４の光学素子における導電性膜のエッジ部の概略構成図である。
【図２２】図２２は、変形例３−５の光学素子における導電性膜のエッジ部の概略構成図である。
【図２３】図２３は、変形例３−６の光学素子における導電性膜のエッジ部の概略構成図である。
【図２４】図２４は、変形例３−７の光学素子における導電性膜のエッジ部の概略構成図である。
【図２５】図２５（ａ）は、第２の実施形態に係る光学素子の概略下面図であり、図２５（ｂ）は、図２５（ａ）中のＦ−Ｆ断面図である。
【図２６】図２６（ａ）は、変形例４の光学素子の概略下面図であり、図２６（ｂ）は、図２６（ａ）中のＧ−Ｇ断面図である。
【図２７】図２７（ａ）及び（ｂ）は、第２の実施形態の光学素子に対して行ったシミュレーション解析の解析モデルを説明するための図である。
【図２８】図２８（ａ）及び（ｂ）は、第２の実施形態の光学素子に対して行ったシミュレーション解析の結果を示す図である。
【図２９】図２９は、比較例２の光学素子の概略構成図である。
【図３０】図３０は、比較例２の光学素子における導電体の長さと、出射光の電界強度との関係を示す図である。
【図３１】図３１は、比較例２の光学素子における導電体の厚さと、出射光の電界強度との関係を示す図である。
【図３２】図３２は、比較例２の光学素子における出射光の電界強度の分布特性である。
【図３３】図３３は、第２の実施形態の光学素子における出射光の電界強度の分布特性である。
【図３４】図３４は、第２の実施形態の光学素子における電界強度分布と、比較例２の光学素子における電界強度分布とを比較した図である。
【図３５】図３５は、変形例４の光学素子の浮上スライダへの実装構成例を示す図である。
【図３６】図３６は、変形例５の光学素子の浮上スライダへの実装構成例を示す図である。
【図３７】図３７は、変形例５の光学素子に対して行ったシミュレーション解析の解析モデルを説明するための図である。
【図３８】図３８は、変形例５の光学素子に対して行ったシミュレーション解析の結果を示す図である。
【図３９】図３９は、変形例５の光学素子に対して行ったシミュレーション解析の結果を示す図である。
【図４０】図４０は、第３の実施形態に係る記録再生装置の概略構成図である。
【図４１】図４１は、第３の実施形態の記録再生装置における浮上スライダヘッド付近の拡大側面図である。
【図４２】図４２は、第３の実施形態の記録再生装置における光ヘッドの概略構成断面図である。
【図４３】図４３は、第３の実施形態の記録再生装置で用いた光学素子の概略下面図である。
【図４４】図４４は、第４の実施形態に係る光検出器の概略構成図である。
【図４５】図４５は、第４の実施形態の光検出器で用いた光学素子の概略下面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明の実施形態に係る光学素子、及び、それを備える光学装置の構成例を、図面を参照しながら以下の順で説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではない。
１．第１の実施形態：光学素子の基本構成例
２．第２の実施形態：光学素子の別の構成例
３．第３の実施形態：本発明の光学素子を備える記録再生装置の構成例
４．第４の実施形態：本発明の光学素子を備える光検出器の構成例
【００１９】
＜１．第１の実施形態＞
まず、本発明の第１の実施形態に係る光学素子の構成例を具体的に説明する前に、例えば特許文献１等で提案されているような構成の光学素子において、本発明者が見出した問題点について説明する。
【００２０】
図１（ａ）〜（ｃ）に、例えば特許文献１等で提案されている光学素子の概略構成を示す。図１（ａ）は、光学素子１５０の下面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）中のＡ−Ａ断面図である。また、図１（ｃ）は、光学素子１５０の円形開口部１５６付近の拡大図である。なお、図１（ａ）及び（ｂ）には、説明を簡略化するため、後述する導電性膜１５２の凹凸パターン１５５が形成されている領域のみを示す。
【００２１】
例えば特許文献１等で提案されているような光学素子１５０は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、主に、基体１５１と、その一方の表面に形成された導電性膜１５２とで構成される。導電性膜１５２の中央には、入射光１００（伝播光）のスポット径より小さな径を有する円形開口部１５６が形成される。また、導電性膜１５２の基体１５１側の表面には、円形開口部１５６の端部を基準（基点）にした所定周期の凹凸パターン１５５が形成される。
【００２２】
凹凸パターン１５５は、リング状の凸部１５３と、リング状の凹部１５４とで構成され、凸部１５３及び凹部１５４は、円形開口部１５６の中心に対して同心円状に交互に配置される。なお、本明細書では、導電性膜に形成された凹凸パターンにおいて、入射光の入射側から見て凸状となる導電性膜の部分を凸部といい、入射光の入射側から見て凹状となる導電性膜の部分を凹部という。
【００２３】
図１に示す光学素子１５０では、入射光１００が基体１５１を介して導電性膜１５２に入射されると、円形開口部１５６の径と同程度のスポット径を有する光が円形開口部１５６から射出される。この際、導電性膜１５２の凹凸パターン１５５において生じる表面プラズモンエンハンス効果により、円形開口部１５６の透過光量が増大する（透過効率が向上する）。なお、図１に示す例では、入射光１００は直線偏光の光であり、その偏光方向１０１は、導電性膜１５２の面内の所定方向、具体的には、図１（ａ）〜（ｃ）のｘ方向とする。
【００２４】
このような構成の光学素子１５０に対して、本発明者が種々の検証実験を行ったところ、円形開口部１５６の径を入射光１００の波長の例えば１／１０以下（数十ｎｍ程度）にすると、円形開口部１５６を透過する光量が急激に低下（減衰）することが分かった。すなわち、図１に示す光学素子１５０では、数十ｎｍ程度の微小スポット径を有する高強度の光を射出することが困難であることが分かった。なお、この現象の詳細については、後述の比較例１で説明する。
【００２５】
上述の円形開口部１５６における透過光量の急激な低下の原因としては、円形開口部１５６の径を小さくしたことだけでなく、円形開口部１５６を画成する端部での表面プラズモンの伝搬損失が増加したことが考えられる。この原因をより具体的に説明すると、図１（ｂ）に示すように所定方向に偏光した入射光１００を入射した場合、表面プラズモンは入射光１００の偏光方向１０１と直交する導電性膜１５２の壁面で発生し、偏光方向１０１と略平行となる金属壁面では発生しない。それゆえ、入射光１００の偏光方向１０１と略平行となる円形開口部１５６の金属壁部分１５６ａ（図１（ｃ）中の破線で囲まれた部分）は、表面プラズモンエンハンス効果に寄与せず、むしろ表面プラズモンの伝搬の妨げになるものと考えられる。したがって、所定方向に偏光した入射光１００を入射した場合、円形開口部１５６が小さくなると、偏光方向１０１と略平行となる円形開口部１５６の端部での表面プラズモンの伝搬損失が増加し、円形開口部１５６での透過光量が急激に低下するものと考えられる。
【００２６】
上述のような透過光量の低下を抑制するためには、入射光１００のパワーを増大する必要がある。しかしながら、例えば、図１に示す光学素子１５０を記録再生装置等に適用して入射光１００のパワーを増大すると、次のような問題が生じる。この場合、記録媒体を記録可能な状態に温度にするための入射光量が大きくなるので、消費電力の増大や、導電性フィルムの温度上昇による信頼性の悪化といった問題が生じる。そこで、本実施形態では、上述のような問題を解決し、例えば数十ｎｍ程度の微小スポット径を有する光をより高強度で射出することのできる光学素子の一構成例を説明する。
【００２７】
［光学素子の構成］
図２（ａ）及び（ｂ）に、本実施形態の光学素子の概略構成を示す。図２（ａ）は、本実施形態の光学素子の概略下面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）中のＢ−Ｂ断面図である。なお、図２（ａ）及び（ｂ）には、説明を簡略化するため、後述する導電性膜２の凹凸パターン５が形成されている領域のみを示す。
【００２８】
光学素子１０は、主に、基体１と、その一方の表面の一部に形成された導電性膜２（第１導電性膜）とで構成される。なお、本実施形態の光学素子１０では、光源（不図示）からの入射光１００は、基体１を介して導電性膜２に照射される。
【００２９】
基体１は、板状の光透過性部材で形成される。基体１の形成材料としては、使用する入射光１００の波長帯域において光透過性を有する材料であれば任意の材料を用いることができる。特に、入射光１００の波長帯域において透過率が約７０％以上の材料を用いることが好ましい。
【００３０】
具体的には、基体１の形成材料として、例えば、ＺｎＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＣｒＯ２、ＣｅＯ２等の酸化物絶縁体、ＳｉＮ等の窒化物絶縁体、プラスチックなどを用いることができる。また、基体１の形成材料として、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ等のＩＶ属半導体、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＳｂ、ＧａＳｂ、ＡｌＮに代表されるＩＩＩ−Ｖ属化合物半導体などを用いてもよい。さらに、基体１の形成材料として、例えば、ＺｎＴｅ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＯ等のＩＩ−ＶＩ属化合物半導体などを用いることもできる。
【００３１】
また、基体１の形成材料として、熱伝導率の高い材料を用いることが好ましい。そのような材料を用いることにより、導電性膜２で発生する熱を拡散させて導電性膜２の温度上昇を抑制することができる。
【００３２】
導電性膜２は、入射光１００の入射側から見て、エッジ部２ａ（端部）を画成する辺部の形状（以下では、単にエッジ部２ａ（端部）の形状という）が凸状の金属膜で形成される。なお、本実施形態では、導電性膜２のエッジ部２ａの形状は、入射光１００の入射側から見て、図２（ａ）に示すように、頂角θのＬ字状（三角状）の形状を有する。すなわち、エッジ部２ａの先端部２ｔから延在する２つの辺部の形状はそれぞれ直線状である。また、エッジ部２ａを画成する２つの辺部は、導電性膜２の先端部２ｔの接線方向（図２（ａ）中のｙ方向）に直交する方向（図２（ａ）中のｘ方向）に対して対称となるように構成される。なお、導電性膜２の先端部２ｔの接線方向に直交する方向（図２（ａ）中のｘ方向）における導電性膜２の長さは、入射光１００のスポットの最大半径より大きくなるように構成される。
【００３３】
また、導電性膜２の基体１側の表面には、所定周期Ｔｇの凹凸パターン５が形成される。凹凸パターン５は、幅一定の円弧状の凸部３（ただし、最内周の凸部３は扇状）と、幅一定の円弧状の凹部４とで構成され、凸部３及び凹部４が導電性膜２の先端部２ｔから外側に向かって同心円状に交互に配置される。なお、本実施形態では、導電性膜２の先端部２ｔを含む最内周部は凸部３とするが、本発明はこれに限定されず、導電性膜２の先端部２ｔを含む最内周部を凹部４で構成してもよい。
【００３４】
本実施形態では、凹凸パターン５の周期構造の基点は導電性膜２の先端部２ｔとする。それゆえ、凹凸パターン５は、凸部３及び凹部４間の境界壁面の法線方向、すなわち、導電性膜２の先端部２ｔを中心とする半径方向において周期的な構造を有する。
【００３５】
なお、凹凸パターン５は、後述するように凸部３及び凹部４間の境界壁面で発生した表面プラズモンが同相で伝搬し、その伝搬した表面プラズモンが導電性膜２の先端部２ｔを画成する金属壁面で発生した表面プラズモンと同相で重なるように構成する。すなわち、本実施形態では、導電性膜２で表面プラズモンエンハンス効果が得られるように、凹凸パターン５の周期Ｔｇ、凸部３の幅Ｔｇ１及び高さｔ、並びに、凹部４の幅Ｔｇ２及び深さｄが適宜設定される（図２（ｂ）参照）。
【００３６】
例えば、凹凸パターン５の周期Ｔｇは、導電性膜２の先端部２ｔ近傍で測定される光強度が、周期構造（凹凸パターン５）が無い場合に比べて大きくなるように設定される。なお、凸部３の幅Ｔｇ１と、凹部４の幅Ｔｇ２とは、同じ値であってもよいし、異なった値としてもよい。また、導電性膜２上で発生する表面プラズモンエンハンス効果を最大限利用するために、凹凸パターン５は、基点から入射光１００のスポット半径以上の範囲に渡って形成されていることが好ましい。
【００３７】
また、本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、導電性膜２の基体１側とは反対側の表面は平坦面とし、その面が基体１の導電性膜２側に露出する表面と面一になるように構成する。
【００３８】
上述のような構成の導電性膜２の形成方法としては、例えば、次のような方法が挙げられる。まず、基体１の表面において導電性膜２を形成する領域に凹部を形成する。次いで、その凹部の底面に凹凸パターン５に対応する凹凸パターンを形成する。次いで、基体１の凹部側の表面に金属膜を積層する。そして、凹部以外の領域において基体１の表面が露出するまで金属膜を研磨する。
【００３９】
導電性膜２の形成材料としては、導電性の良好な材料であれば任意の材料を適用することができる。例えば、金属（例えばＡｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｍｇ、Ｃｒ等）、半導体（例えばＳｉ、ＧａＡｓ等）、カーボンナノチューブなどを用いることができる。
【００４０】
なお、本実施形態の光学素子１０において、導電性膜２と基体１との間に、付着力強化、信頼性向上のために界面層を形成してもよい。この場合、界面層の厚さは、導電性膜２の厚さよりも十分薄いことが好ましい。また、界面層の形成材料としては、例えばＴｉ、Ｃｒ等を用いることができる。
【００４１】
さらに、本実施形態の光学素子１０を、例えば記録再生装置等に適用する場合には、動作時の記録媒体との接触による損傷を防ぐために、導電性膜２の表面に光透過性膜を形成してもよい。この場合、その光透過性膜の形成材料としては、例えばダイヤモンドライクカーボン(ＤＬＣ)等の機械強度の高い材料を用いることが好ましい。また、光透過性膜の形成材料として、上述した基体１と同様の材料を用いてもよい。この場合、基体１及び光透過性膜を同じ材料で形成してもよいし、異なる材料で形成してもよい。
【００４２】
図３に、本実施形態の光学素子１０における導電性膜２の凹凸パターン５の構成と、入射光１００の偏光方向との関係を示す。本実施形態では、入射光１００として直線偏光の光を用い、その偏光方向１０１が、導電性膜２の先端部２ｔの接線方向に対して直交する方向（図３中のｘ方向、以下、周期方向という）と一致するように、入射光１００が入射される。
【００４３】
なお、本実施形態の光学素子１０に対して用い得る入射光１００としては、直線偏光の光だけでなく、偏光方向に異方性を有する光であれば任意の光を用いることができる。例えば、楕円偏光の光を用いてもよい。この場合には、入射光の主たる偏光方向が、導電性膜２の凹凸パターン５の周期方向と一致するように、入射光を照射する。さらに、本実施形態の光学素子１０に対して、円偏光やランダム偏光の入射光を用いることもでき、その場合には、導電性膜２の周期方向は、任意の方向に設定することができる。
【００４４】
図４に、本実施形態の光学素子１０における入射光１００の好ましい照射位置を示す。本実施形態では、凹凸パターン５の周期構造の基点となる導電性膜２の先端部２ｔに最も強い表面プラズモンを励起したいので、入射光１００の強度ピーク部１００ａ（スポット中心部）を導電性膜２の先端部２ｔに合わせることが好ましい。
【００４５】
なお、入射光１００のスポット形状が異方性を有する場合には、図４で説明した入射光１００の強度ピーク部１００ａの配置条件及び図３で説明した偏光方向の条件を優先して決定することが好ましい。そして、その次に、導電性膜２の受光面積が最も大きくなるように、光学素子１０の構成を決定することが好ましい。
【００４６】
［微小スポット径の光の生成原理］
次に、本実施形態の光学素子１０において、微小なスポット径を有する高強度の光が生成される原理を図５及び６を参照しながら説明する。なお、図５は、導電性膜２に発生する表面プラズモンの様子を示す図であり、図６は、導電性膜２で発生した表面プラズモンが導電性膜２の表面を伝搬する様子を示す図である。
【００４７】
基体１を介して導電性膜２に照射される入射光１００の電界ベクトル方向すなわち偏光方向１０１が導電性膜２表面の法線ベクトルの方向成分を有する場合、導電性膜２の表面には電界ベクトルと法線ベクトルの内積に応じた電荷が誘起される。そして、この誘起された電荷により、導電性膜２の基体１側の表面に、表面プラズモンが生成される。
【００４８】
本実施形態のように導電性膜２の表面に凹凸パターン５が形成されている場合、図５に示すように、導電性膜２の先端部２ｔを画成する金属壁面に表面プラズモンＳＰ１が誘起されるとともに、凸部３及び凹部４間の境界壁面にも表面プラズモンＳＰ２が誘起される。そして、発生した各表面プラズモンは凸部３及び凹部４間の境界壁面の法線方向、すなわち、導電性膜２の先端部２ｔを中心とする半径方向に沿って導電性膜２の表面を伝搬する。この際、各表面プラズモンは、導電性膜２の先端部２ｔから外側に向かう方向だけでなく、図６に示すように、導電性膜２の先端部２ｔに向かう方向にも伝搬する（図６中の破線矢印）。
【００４９】
本実施形態では、上述のように、導電性膜２の表面で表面プラズモンエンハンス効果が発生するように凹凸パターン５の周期Ｔｇが設定されている。それゆえ、凸部３及び凹部４間の境界壁面で発生した各表面プラズモンＳＰ２が導電性膜２の表面を伝搬する際、各表面プラズモンＳＰ２の位相は互いに一致して伝搬する。そして、伝搬した表面プラズモンＳＰ２は導電性膜２の先端部２ｔで表面プラズモンＳＰ１と同相で重なる。その結果、導電性膜２の先端部２ｔで強い表面プラズモンが生成され（表面プラズモンエンハンス効果）、導電性膜２の先端部２ｔ付近に、微小のスポット径を有する高強度の光（例えば近接場光等）が発生する。
【００５０】
上述のように、本実施形態の光学素子１０では、導電性膜２の表面における表面プラズモンエンハンス効果を利用して導電性膜２の先端部２ｔ付近に、微小スポット径を有し且つ高強度の光を生成することができる。
【００５１】
また、本実施形態では、表面プラズモンが集中する領域（導電性膜２の先端部２ｔ）には、入射光１００の偏光方向１０１と略平行となる導電性膜２のエッジ領域がほぼ存在しない。それゆえ、本実施形態では、上記図１に示す光学素子１５０で説明したような入射光１００の偏光方向１０１と略平行となるエッジ領域での表面プラズモンの伝搬損失を大幅に低減することができる。すなわち、本実施形態の光学素子１０によれば、上述した図１に示す光学素子１５０での問題を解消することができ、より高強度の光を出射することができる。
【００５２】
［出射光の強度分布］
次に、本実施形態の光学素子１０における出射光の強度（電界強度）分布特性について説明する。ここでは、ＦＤＴＤ（Finite Difference Time Domain：有限差分時間領域）法による電磁界解析シミュレータを用いて、本実施形態の光学素子１０における出射光の強度分布を算出した。図７（ａ）及び（ｂ）に、そのシミュレーション解析における解析モデルの概要を示す。図７（ａ）は、解析モデルにおける光学素子１０の導電性膜２の凹凸パターン５と、入射光１００の偏光方向１０１との関係を示す図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）中のＣ−Ｃ断面図である。
【００５３】
このシミュレーション解析では、基板２０１上に記録層を含む情報記録膜２０２が形成された記録媒体２００に、光学素子１０から光を照射した際の情報記録膜２０２の表面近傍における電界強度を計算した。具体的には、記録媒体２００に光学素子１０から光を照射した際の情報記録膜２０２の光学素子１０側の表面から１ｎｍ内部に入った位置での電界強度を計算した（後述の表１参照）。
【００５４】
なお、この解析では、図７（ａ）に示すように、入射光１００として直線偏光の光を用い、その偏光方向１０１を凹凸パターン５の周期方向（図７（ａ）中のｘ方向）と一致させる。なお、入射光１００の電界強度分布は楕円形状とする。すなわち、図７（ａ）中のｘ方向の電界強度がピーク値の１/e２となる領域のサイズをＬｘとし、ｙ方向の電界強度がピーク値の１/e２となる領域のサイズをＬｙとしたとき、Ｌｘ＞Ｌｙとなる光を用いる。また、このシミュレーション解析では、入射光１００の光スポット中心が導電性膜２の先端部２ｔと一致するように入射光１００を照射する場合を考える。
【００５５】
さらに、ここでは、比較のため、図１に示す従来の光学素子１５０に対しても、本実施形態と同様のシミュレーション解析を行った（比較例１）。図８（ａ）及び（ｂ）に、比較例１の光学素子１５０に対して行ったシミュレーション解析の解析モデルを示す。図８（ａ）は、解析モデルにおける光学素子１５０の導電性膜２の凹凸パターン１５５と、入射光１００の偏光方向１０１との関係を示す図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）中のＤ−Ｄ断面図である。
【００５６】
比較例１の光学素子１５０に対しても、本実施形態のシミュレーション解析と同様に、直線偏光の入射光１００を用いる。すなわち、図８（ａ）に示すように、入射光１００の偏光方向１０１は、図８（ａ）中のｘ方向とする。そして、入射光１００の電界強度分布の１/e２全幅を表すＬｘ及びＬｙの関係も本実施形態のシミュレーション解析と同様の条件（Ｌｘ＞Ｌｙ）とする。また、比較例１のシミュレーション解析では、導電性膜１５２の円形開口部１５６の中心と入射光１００の光スポット中心とが一致するように、入射光１００を照射する場合を考える。なお、比較例１のシミュレーション解析では、入射光１００のパワーは本実施形態のそれと同様とする。
【００５７】
下記表に、シミュレーション解析で用いる本実施形態及び比較例１の光学素子の各部の形成材料、寸法パラメータ、及び、光学素子と記録媒体２００との位置関係等の具体的な計算パラメータ（計算条件）をまとめて示す。なお、下記表には示さないが、本実施形態の光学素子１０の導電性膜２のエッジ部２ａの頂角θは９０度とする。
【００５８】
【表１】
2011040141.tif 000003
【００５９】
上記表１中のグレーティング数は、凹凸パターンの凸部または凹部の数である。また、パラメータ「ａ」は光学素子と記録媒体２００との間隔であり、パラメータ「ｍ」は、記録媒体２００の情報記録膜２０２の厚さである（図７（ｂ）及び図８（ｂ）参照）。また、パラメータ「ｇ」は、比較例１の光学素子１５０の円形開口部１５６の径である（図８（ｂ）参照）。なお、上記表１には、説明の便宜上、後述する第２の実施形態の計算条件も示されているが、これについては、後で詳述する。
【００６０】
まず、比較例１の光学素子１５０における出射光の強度分布の解析結果を説明する。図９〜図１１に、比較例１の光学素子１５０対して行った上記シミュレーション解析の結果を示す。
【００６１】
図９（ａ）は、出射光の電界強度｜Ｅ｜２の図８（ａ）中のｘ方向における分布特性であり、横軸には円形開口部１５６の中心からのｘ方向の位置を示し、縦軸には電界強度｜Ｅ｜２を示す。また、図９（ｂ）は、出射光の電界強度｜Ｅ｜２の図８（ａ）中のｙ方向における分布特性であり、横軸には円形開口部１５６の中心からのｙ方向の位置を示し、縦軸には電界強度｜Ｅ｜２を示す。なお、図９（ａ）及び（ｂ）中の実線で示す特性１６０及び１６２は、導電性膜１５２の円形開口部１５６の径を１００ｎｍとした場合の強度分布特性であり、破線で示す特性１６１及び１６３は円形開口部１５６の径を５０ｎｍとした場合の強度分布特性である。
【００６２】
円形開口部１５６の径が１００ｎｍの場合、図９（ａ）及び（ｂ）中の特性１６０及び１６２に示すように、出射光の電界強度｜Ｅ｜２のピーク値は０．３６５となった。なお、この値は、出射光の電界強度｜Ｅ｜２の入射光のピーク電界強度に対する比である。また、そのピーク曲線のｘ方向における半値幅は１１６ｎｍであり、ｙ方向における半値幅は９８ｎｍであった。それに対して、円形開口部１５６の径が５０ｎｍの場合には、図９（ａ）及び（ｂ）中の特性１６１及び１６３から明らかなように、電界強度に明確な（大きな）ピークが現れなかった。
【００６３】
また、図１０（ａ）及び（ｂ）は、導電性膜１５２の円形開口部１５６の径を２００ｎｍとした場合の電界強度分布特性である。図１０（ａ）は、出射光の電界強度｜Ｅ｜２の図８（ａ）中のｘ方向における分布特性であり、横軸には円形開口部１５６の中心からのｘ方向の位置を示し、縦軸には電界強度｜Ｅ｜２を示す。また、図１０（ｂ）は、出射光の電界強度｜Ｅ｜２の図８（ａ）中のｙ方向における分布特性であり、横軸には円形開口部１５６の中心からのｙ方向の位置を示し、縦軸には電界強度｜Ｅ｜２を示す。
【００６４】
円形開口部１５６の径が２００ｎｍの場合、図１０（ａ）及び（ｂ）中の特性１６４及び１６５に示すように、出射光の電界強度｜Ｅ｜２のピーク値は入射光のピーク電界強度比で５．８７となった。また、そのピーク曲線のｘ方向における半値幅は１７８ｎｍであり、ｙ方向における半値幅は１５４ｎｍであった。
【００６５】
また、図１１に、比較例１の光学素子１５０における出射光の電界強度｜Ｅ｜２のピーク値と、導電性膜１５２の円形開口部１５６の径との関係を示す。なお、図１１の横軸には、導電性膜１５２の円形開口部１５６の直径を示し、縦軸には電界強度｜Ｅ｜２のピーク値を示す。図１１の特性から明らかなように、比較例１の光学素子１５０では、導電性膜１５２の円形開口部１５６の径が小さくなると電界強度が低下する。
【００６６】
上記図９〜図１１の特性から明らかなように、比較例１の光学素子１５０では、導電性膜１５２の円形開口部１５６の径が小さくなると出力（電界強度）が低下する。特に、円形開口部１５６の径を、入射光１００の実空間波長λａ＝５３８ｎｍ(基体（ＳｉＯ２）の屈折率を１．４５として計算)の約１／１０程度となる５０ｎｍに設定すると、円形開口部１５６の中心（ｘ＝０）で電界強度に明確なピークが現れなくなる。これは、出射光が導電性膜１５２を透過する入射光１００に埋もれてしまうためである。すなわち、比較例１の光学素子１５０では、円形開口部１５６の径が入射光１００の実空間波長λａの約１／１０程度になると、微小なスポット径を有する光を生成することが困難になる。
【００６７】
次に、本実施形態の光学素子１０における出射光の強度分布の解析結果を説明する。図１２（ａ）及び（ｂ）に、本実施形態の光学素子１０対して行った上記シミュレーション解析の結果を示す。
【００６８】
図１２（ａ）は、出射光の電界強度｜Ｅ｜２の図７（ａ）中のｘ方向における分布特性であり、横軸には導電性膜２の先端部２ｔからのｘ方向の位置を示し、縦軸には電界強度｜Ｅ｜２を示す。また、図１２（ｂ）は、出射光の電界強度｜Ｅ｜２の図７（ａ）中のｙ方向における分布特性であり、横軸には導電性膜２の先端部２ｔからのｙ方向の位置を示し、縦軸には電界強度｜Ｅ｜２を示す。
【００６９】
本実施形態では、図１２（ａ）及び（ｂ）中の特性１５及び１６に示すように、出射光の電界強度｜Ｅ｜２のピーク値は入射光のピーク電界強度比で５．６となった。また、そのピーク曲線のｘ方向における半値幅は７４ｎｍであり、ｙ方向における半値幅は１０２ｎｍであった。
【００７０】
ここで、上述した本実施形態の光学素子１０の解析結果と、比較例１の光学素子１５０の解析結果とを比較する。まず、電界強度特性のピーク曲線の半値幅を比較すると、本実施形態では、比較例１において円形開口部１５６の直径を１００ｎｍとした場合のスポットサイズとほぼ同等のサイズを有する光を生成することができることが分かる。
【００７１】
しかしながら、上述のように、比較例１の光学素子１５０において、円形開口部１５６の直径を１００ｎｍとした場合には、電界強度のピーク値が入射光のピーク電界強度比で０．３６５となる。それに対して、本実施形態の光学素子１０では出射光強度のピーク値は入射光のピーク電界強度比で５．６となる。すなわち、本実施形態では、スポットサイズが比較例１と同等の場合、ピーク強度を比較例１のそれに比べて約１５倍程度に増大させることができる。
【００７２】
このことはまた、本実施形態では、入射光１００の必要なパワーを比較例１の約１／１５に低減できることを意味する。すなわち、本実施形態の光学素子１０では、波長よりも小さなスポット径を有し且つより高強度の光を得ることが可能であるだけでなく、入射光１００の光パワー利用効率を一層向上させることも可能になる。これは、本実施形態の光学素子１０では、入射光１００の入射側から見て、出射光が発生する導電性膜２のエッジ部２ａの形状を円形状にしないことにより、エッジ部２ａにおける表面プラズモンの伝搬損失を大きく低減できたためであると考えられる。
【００７３】
［変形例１］
上記第１の実施形態では、導電性膜２の基体１側の表面に形成した凹凸パターン５は、幅一定の円弧状の凸部３及び凹部４で構成する例を説明したが、本発明はこれに限定されない。導電性膜２上で表面プラズモンエンハンス効果が発生するような周期パターンであれば任意の周期パターンで凹凸パターン５を構成することができる。ここでは、凹凸パターン５の変形例の一例（変形例１）について説明する。
【００７４】
図１３（ａ）及び（ｂ）に、変形例１の光学素子の概略構成を示す。なお、図１３（ａ）は、光学素子の概略下面図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）中のＥ−Ｅ断面図である。なお、図１３（ａ）及び（ｂ）には、説明を簡略化するため導電性膜の先端部近傍のみを示す。
【００７５】
この例の光学素子２０、主に、基体２１と、その一方の表面に一部に形成された導電性膜２２とで構成される。なお、この例では、入射光１００の偏光方向（図１３（ａ）及び（ｂ）中の破線矢印１０１）を、導電性膜２２の表面に形成された凹凸パターン２５の周期方向（図１３（ａ）及び（ｂ）中のｘ方向）とする。
【００７６】
基体２１は、第１の実施形態の基体１と同様に、板状の光透過性部材で形成され、第１の実施形態と同様の形成材料で形成することができる。
【００７７】
導電性膜２２は、第１の実施形態で説明した導電性膜２と同様の材料からなる金属膜で形成される。また、導電性膜２２のエッジ部２２ａは、第１の実施形態の導電性膜２と同様に頂角θのＬ字状（三角状）の形状を有する。
【００７８】
さらに、導電性膜２２の基体２１側の表面には、幅一定の直線帯状の凸部２３と、幅一定の直線帯状の凹部２４とから構成される周期Ｔｇの凹凸パターン２５が形成される。なお、この例では、凸部２３及び凹部２４の延在方向は、入射光１００の偏光方向１０１と直交する方向（図１３（ａ）及び（ｂ）中のｙ方向）とし、凹凸パターン２５の基点は導電性膜２２の先端部２２ｔとする。なお、凹凸パターン２５の周期Ｔｇ、凸部２３の幅Ｔｇ１及び高さｔ、並びに、凹部２４の幅Ｔｇ２及び深さｄは、第１の実施形態と同様に、表面プラズモンエンハンス効果が得られるように適宜設定される。
【００７９】
上述のように、この例においても凹凸パターン２５の構造は、表面プラズモンエンハンス効果が得られるように適宜設定されている。それゆえ、この例の光学素子２０においても、第１の実施形態の光学素子１０と同様に、導電性膜２２の先端部２２ｔの近傍に高強度で微小スポット径の出射光を生成することができ、入射光１００の光パワー利用効率をより向上させることができる。なお、導電性膜の先端部における表面プラズモンの位相整合性の観点では、凹凸パターンは、第１の実施形態のように同心円状に構成することが好ましい。
【００８０】
［変形例２］
上記第１の実施形態及び変形例１の光学素子では、導電性膜の凹凸パターンの断面形状を矩形波状とし、凸部及び凹部の表面を平坦面とする例を説明したが、本発明はこれに限定されない。導電性膜上で表面プラズモンエンハンス効果が発生するような凹凸パターンの表面形状（導電性膜の断面形状）であれば、任意の構成にするこができる。なお、導電性膜の凹凸パターンの表面形状は、例えば用途等に応じて適宜選択される。変形例２では、導電性膜に形成される凹凸パターンの表面形状（導電性膜の断面形状）の種々の構成例について説明する。
【００８１】
図１４〜１７に、導電性膜に形成される凹凸パターンの表面形状（導電性膜の断面形状）の種々の構成例（変形例２−１〜２−４）を示す。なお、図１４〜１７は、各変形例の導電性膜の凹凸パターンの周期方向（図１４〜１７中のｘ方向）に沿った概略断面図である。
【００８２】
図１４（変形例２−１）に示す導電性膜３０では、その断面形状を三角波状（鋸状）とし、凹凸パターン３１を、２つの斜面部３１ａ及び３１ｂで構成する。なお、図１４に示す導電性膜３０では、斜面部３１ａ及び３１ｂは周期方向（図１４中のｘ方向）において交互に配置され、隣り合う斜面部３１ａ及び３１ｂにより、凹凸パターン３１の谷部または頂部が画成される。
【００８３】
図１５（変形例２−２）に示す導電性膜３２では、その断面形状を正弦波状とし、凹凸パターン３３を、円弧状凸部３３ａと、円弧状凹部３３ｂとで構成する。そして、図１５に示す導電性膜３２では、円弧状凸部３３ａと、円弧状凹部３３ｂとを周期方向（図１５中のｘ方向）において交互に配置する。
【００８４】
図１６（変形例２−３）に示す導電性膜３４では、凹凸パターン３５を、円弧突起状の凸部３５ａと、凸部３５ａ間に形成された平坦面３５ｂとで構成する。なお、本明細書では、図１６に示す導電性膜３４の断面形状を円弧突起状という。
【００８５】
また、図１７（変形例２−４）に示す導電性膜３６では、凹凸パターン３７を、円弧溝状の凹部３７ｂと、凹部３７ｂ間に形成された平坦面３７ａとで構成する。なお、本明細書では、図１７に示す導電性膜３６の断面形状を円弧溝状という。
【００８６】
図１４〜１７に示す種々の導電性膜の凹凸パターンにおいても、凹凸パターンの寸法を、表面プラズモンエンハンス効果が得られるように適宜設定することにより、上記第１の実施形態と同様の効果が得られる。なお、凹凸パターンの形成の容易性という観点では、第１の実施形態のように導電性膜の凹凸パターンの断面形状を矩形波状にし、凸部及び凹部の表面を平坦面とすることが好ましい。
【００８７】
また、導電性膜の凹凸パターンの断面形状として、上述した変形例２−１〜２−４で説明した形状以外では、例えば台形状の断面形状にしてもよい。さらに、上述した第１の実施形態及び変形例２−１〜２−４で説明した形状を適宜組み合わせて、導電性膜の凹凸パターンを構成してもよい。すなわち、第１の実施形態及び変形例２−１〜２−４でそれぞれ説明した矩形波状、三角波状、正弦波状、円弧突起状及び円弧溝状の断面形状の中から複数の形状を適宜組み合わせて、導電性膜の凹凸パターンを構成してもよい。
【００８８】
［変形例３］
上記第１の実施形態では、入射光１００の入射側から見たときの導電性膜２のエッジ部２ａの形状を頂角θのＬ字状（三角状）とする例を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば必要とするスポット径、用途等に応じて、入射光の入射側から見たときの導電性膜のエッジ部の形状を任意の形状で構成することができる。変形例３では、導電性膜のエッジ部の種々の構成例について説明する。
【００８９】
図１８〜２２に、入射光の入射側から見たときの導電性膜のエッジ部の形状の種々の構成例（変形例３−１〜３−５）を示す。なお、図１８〜２２では、説明を簡略化するため、導電性膜の凹凸パターンは省略する。また、図１８〜２２において、第１の実施形態（図２（ａ））の構成と同様の構成には同じ符号を付して示す。
【００９０】
図１８（変形例３−１）に示す光学素子４０では、導電性膜４１のエッジ部４１ａは、頂角θの凸形状を有する。ただし、この例では、エッジ部４１ａを画成し且つエッジ部４１ａの先端部４１ｔから延在する２つの辺部４１ｂ及び４１ｃはともに略Ｌ字状であり、辺部４１ｂ及び４１ｃは、その途中で導電性膜４１の幅が狭くなる方向に折れ曲がっている。そして、エッジ部４１ａを画成する２つのＬ字状の辺部４１ｂ及び４１ｃは、導電性膜４１の先端部４１ｔの接線方向（図１８中のｙ方向）に直交する方向（図１８中のｘ方向）に対して対称である。
【００９１】
図１９（変形例３−２）に示す光学素子４２では、導電性膜４３のエッジ部４３ａの形状を半楕円形状とする。そして、エッジ部４３ａは、導電性膜４３の先端部４３ｔの接線方向（図１９中のｙ方向）に直交する方向（図１９中のｘ方向）に対して対称形状を有する。この場合、エッジ部４３ａの頂角θは、エッジ部４３ａの先端部４３ｔの接線方向となり、１８０度となる。
【００９２】
図２０（変形例３−３）に示す光学素子４４では、導電性膜４５のエッジ部４５ａの形状を幅一定の矩形状とする。エッジ部４５ａは、先端部４５ｔを含む辺部４５ｂと、その両端からエッジ部４５ａの延在方向（図２０中のｘ方向）に延在した直線状の２つの辺部４５ｃ及び４５ｄとで構成される。また、この例の光学素子４４では、エッジ部４５ａの先端部４５ｔを含む辺部４５ｂは直線状であり、その辺部４５ｂの延在方向は、エッジ部４５ａの延在方向（図２０中のｘ方向）と直交する。それゆえ、図２０に示す導電性膜４５では、エッジ部４５ａの頂角θは、１８０度となる。
【００９３】
図２１（変形例３−４）に示す光学素子４６では、導電性膜４７のエッジ部４７ａの構成を、第１の実施形態の導電性膜２においてエッジ部２ａの先端部４７ｔを含む辺部４７ｂを直線状にした構成とする。すなわち、図２１に示す例では、エッジ部４７ａは、台形状の形状を有し、先端部４７ｔを含む辺部４７ｂと、その辺部４７ｂの両端から導電性膜４７の幅が広がる方向に所定の角度で延在した直線状の２つの辺部４７ｃ及び４７ｄとで構成される。また、エッジ部４７ａは、先端部４７ｔの接線方向に直交する方向（図２１中のｘ方向）に対して対称形状を有する。なお、図２１に示す光学素子４６では、エッジ部４７ａの頂角θは、１８０度となる。
【００９４】
図２２（変形例３−５）に示す光学素子４８では、導電性膜４９のエッジ部４９ａの構成を、第１の実施形態の導電性膜２のエッジ部２ａにおいて先端部２ｔを円弧状にした構成とする。すなわち、図２２に示す光学素子４８では、エッジ部４９ａは、先端部４９ｔを含む円弧状の辺部４９ｂと、その辺部４９ｂの両端から、導電性膜４９の幅が広がる方向に所定の角度で延在した直線状の２つの辺部４９ｃ及び４９ｄとで構成される。また、エッジ部４９ａは、先端部４９ｔの接線方向に直交する方向（図２２中のｘ方向）に対して対称形状を有する。なお、図２２に示す光学素子４８では、エッジ部４９ａの頂角θは、１８０度となる。
【００９５】
なお、図１８〜２２に示す例において、導電性膜の表面に形成する凹凸パターンは、第１の実施形態（図２（ａ））と同様に、同心円状に周期性を有する凹凸パターンで構成することができる。また、変形例１（図１３（ａ））と同様に、一方向にのみ周期性を有する凹凸パターンで構成することもできる。
【００９６】
上記図１８〜２２に示す例では、入射光の入射側から見て、導電性膜のエッジ部の先端部を含む辺部が凸状または平坦である例を説明したが、本発明はこれに限定されず、エッジ部の先端部を含む辺部の形状が凹状であってもよい。図２３に、その一例（変形例３−６）を示す。なお、図２３において、第１の実施形態（図２（ａ））の構成と同様の構成には同じ符号を付して示す。
【００９７】
上記第１の実施形態の導電性膜２のエッジ部２ａでは、その先端部２ｔを含む最内周部を扇状表面の凸部３で構成したが、図２３に示す光学素子５０では、エッジ部５１ａの先端部５１ｔを含む最内周部を、幅一定の円弧状の凸部５２で構成する。すなわち、図２３に示す光学素子５０では、エッジ部５１ａは、先端部５１ｔを含む円弧凹状の辺部５１ｂと、その辺部５１ｂの両端から、導電性膜５１の幅が広がる方向に所定の角度で延在した直線状の２つの辺部５１ｃ及び５１ｄとで構成される。この場合、円弧状の凸部５２及び凹部５３からなる凹凸パターン５４の周期構造の基点（基準）は先端部５１ｔを含む円弧凹状の辺部５１ｂとなる。それ以外は、第１の実施形態と同様の構成である。
【００９８】
また、図１８〜２３に示す例では、入射光の入射側から見た導電性膜のエッジ部の全体形状が凸形状となる例を説明したが、本発明はこれに限定されない。導電性膜のエッジ部を画成する辺部をエッジ部全体に渡って直線状にしてもよい。図２４に、その一例（変形例３−７）を示す。なお、図２４において、第１の実施形態（図２（ａ））の構成と同様の構成には同じ符号を付して示す。
【００９９】
図２４に示す光学素子５５では、導電性膜５６のエッジ部５６ａを画成する辺部は所定の方向に直線状に延在して構成される。また、この例のように、エッジ部５６ａ全体の形状を直線状にした場合には、導電性膜５６の基体１側の表面には、エッジ部５６ａを画成する辺部と平行となる直線帯状の凸部５７及び凹部５８を交互に配置して凹凸パターン５９を構成することが好ましい。この場合、導電性膜５６のエッジ部５６ａ（端部）全体が、光の出射部（先端部）となる。
【０１００】
なお、図２４に示す光学素子５５において、第１の実施形態と同様に、円弧状の凸部及び凹部を交互に同心円状に配置して凹凸パターンを構成してもよい。この場合には、凹凸パターンの基点（先端部）近傍で最も強い光が生成される。
【０１０１】
ただし、導電性膜のエッジ部の形状を細くすることにより、出射光の光スポットのサイズをより小さくすることができる。それゆえ、スポット径の微小化という観点からすれば、導電性膜のエッジ部全体の形状は、第１の実施形態や図１８〜２３に示す例のように、凸状にすることが好ましい。また、導電性膜の受光面の面積が大きいほど、集光効果が高くなり強い光スポットを生成することができる。それゆえ、上記スポット径の微小化及び光強度の増大の両観点からすれば、導電性膜のエッジ部の形状は、特に、第１の実施形態の形状が好ましい。
【０１０２】
＜２．第２の実施形態＞
［光学素子の構成］
図２５（ａ）及び（ｂ）に、本発明の第２の実施形態に係る光学素子の概略構成を示す。図２５（ａ）は、本実施形態の光学素子の概略下面図であり、図２５（ｂ）は、図２５（ａ）中のＦ−Ｆ断面図である。なお、図２５（ａ）及び（ｂ）には、説明を簡略化するため、後述する導電性膜の凹凸パターンが形成されている領域のみを示す。
【０１０３】
光学素子６０は、主に、基体６１と、その一方の表面の一部に形成された第１導電性膜６２及び第２導電性膜６６とで構成される。なお、本実施形態では、図２５（ｂ）に示すように、第１導電性膜６２及び第２導電性膜６６の基体６１側とは反対側の表面が平坦面であり、その面が基体６１の表面と面一になるように構成する。また、本実施形態の光学素子６０では、光源（不図示）からの入射光１００は、基体６１を介して第１導電性膜６２及び第２導電性膜６６に照射される。
【０１０４】
基体６１は、板状の光透過性部材で形成され、第１の実施形態で説明した基体１と同様の形成材料で形成することができる。
【０１０５】
第１導電性膜６２は、入射光１００の入射側から見たエッジ部６２ａの形状が凸状の金属膜で形成され、第１の実施形態で説明した導電性膜２と同様の構成である。すなわち、第１導電性膜６２のエッジ部６２ａは、入射光１００の入射側から見て、頂角θのＬ字状（三角状）の形状を有し、エッジ部６２ａの先端部６２ｔから延在する直線状の２つの辺部で画成される。
【０１０６】
また、第１導電性膜６２の基体２１側の表面には、第１の実施形態と同様に、所定周期Ｔｇの第１凹凸パターン６５が形成される。第１凹凸パターン６５は、幅一定の円弧状の凸部６３（ただし、最内周の凸部６３は扇状）と、幅一定の円弧状の凹部６４とで構成され、凸部６３及び凹部６４はエッジ部６２ａの先端部６２ｔに対して同心円状に交互に配置される。なお、本実施形態では、第１導電性膜６２の先端部６２ｔを含む最内周部は凸部６３とするが、本発明はこれに限定されず、第１導電性膜６２の先端部６２ｔを含む最内周部を凹部６４で構成してもよい。
【０１０７】
第２導電性膜６６は、第１導電性膜６２と同様の構成である。すなわち、第２導電性膜６６のエッジ部６６ａの形状及び第２凹凸パターン６９（凸部６７及び凹部６８）の構成は、それぞれ第１導電性膜６２のエッジ部６２ａの形状及び第１凹凸パターン６５と同じとする。そして、第２導電性膜６６は、第１導電性膜６２の先端部６２ｔの接線方向（図２５（ａ）中のｙ方向）に対して、第１導電性膜６２と対称となるように配置される。この際、第１導電性膜６２の先端部６２ｔと、第２導電性膜６６の先端部６６ｔとが、所定間隔ｇ（ギャップ）だけ離れて対向するように配置される。なお、この所定間隔ｇは入射光１００の実空間波長λａ（基体２１内での空間波長）より小さくする。
【０１０８】
なお、第１導電性膜６２及び第２導電性膜６６間のギャップの大きさ（ｇ）は、例えば用途等に応じて適宜設定されるが、照射対象で必要とするスポットサイズ以下の値に設定することが好ましい。これは、本発明の光学素子から出射される光では、そのスポットサイズが導電性膜から離れると大きくなるためである。
【０１０９】
また、本実施形態では、第１導電性膜６２の第１凹凸パターン６５の周期構造の基点は第１導電性膜６２の先端部６２ｔとし、第２導電性膜６６の第２凹凸パターン６９の周期構造の基点は第２導電性膜６６の先端部６６ｔとする。ただし、本発明はこれに限定されず、第１導電性膜６２及び第２導電性膜６６間のギャップは通常微小であるので、第１凹凸パターン６５及び第２凹凸パターン６９の周期構造の基点をともにギャップの中央としてもよい。
【０１１０】
なお、本実施形態においても、各凹凸パターンは、凸部及び凹部間の境界壁面で発生した表面プラズモンが同相で伝搬し、その伝搬した表面プラズモンが各導電性膜の先端部を画成する金属壁面で発生した表面プラズモンと同相で重なるように構成する。すなわち、本実施形態においても、各導電性膜で表面プラズモンエンハンス効果が得られるように、各凹凸パターンの周期Ｔｇ、凸部の幅Ｔｇ１及び高さｔ、並びに、凹部の幅Ｔｇ２及び深さｄを適宜設定する（図２５（ｂ）参照）。例えば、各凹凸パターンの周期Ｔｇは、導電性膜間のギャップ近傍で測定される光強度が、周期構造が無い場合に比べて大きくなるように設定される。なお、各凹凸パターンにおける凸部の幅Ｔｇ１と、凹部の幅Ｔｇ２とは、同じ値であってもよいし、異なった値としてもよい。
【０１１１】
また、本実施形態では、第１導電性膜６２及び第２導電性膜６６の周期方向（図２５（ａ）及び（ｂ）中のｘ方向）の各長さは、入射光１００のスポットの最大半径より大きくなるように構成される。さらに、本実施形態では、表面プラズモンエンハンス効果を最大限利用するために、第１凹凸パターン６５及び第２凹凸パターン６９は、基点から入射光１００のスポット径以上の範囲に渡って形成されていることが好ましい。
【０１１２】
上述のような構成の第１導電性膜６２及び第２導電性膜６６は、第１の形態と同様にして基体６１上に形成することができる。また、第１導電性膜６２及び第２導電性膜６６の形成材料としては、第１の実施形態で説明した導電性膜２と同様の材料を用いることができる。
【０１１３】
また、本実施形態では、第１の実施形態と同様に、基体６１と、第１導電性膜６２及び第２導電性膜６６との間に、付着力強化、信頼性向上のために界面層を積層してもよい。この場合、界面層の厚さは、第１導電性膜６２及び第２導電性膜６６の厚さよりも十分薄いことが好ましい。また、界面層の形成材料としては、例えばＴｉ、Ｃｒ等を用いることができる。
【０１１４】
さらに、本実施形態の光学素子６０を例えば記録再生装置等に適用する場合には、第１の実施形態と同様に、第１導電性膜６２及び第２導電性膜６６の表面に、動作時の記録媒体との接触による損傷を防ぐために、光透過性膜を形成してもよい。この場合、その光透過性膜の形成材料としては、例えばダイヤモンドライクカーボン(ＤＬＣ)等の機械強度の高い材料を用いることが好ましい。なお、光透過性膜の形成材料としては基体６１と同様の材料を用いてもよい。この場合、基体６１と光透過性膜とを同じ材料で形成してもよいし、異なる材料で形成してもよい。
【０１１５】
また、本実施形態において、入射光１００として偏光方向に異方性を有する入射光を用いた場合には、その主たる偏光方向が第１導電性膜６２及び第２導電性膜６６の対向方向（図２５（ａ）及び（ｂ）中のｘ方向）と一致するように入射光１００を入射する。ただし、本実施形態では、入射光１００として円偏光やランダム偏光の入射光を用いてもよく、その場合には、各導電性膜の凹凸パターンの周期方向は、任意の方向にすることができる。
【０１１６】
さらに、本実施形態では、入射光１００の強度ピーク部（スポット中心部）が、第１導電性膜６２及び第２導電性膜６６間のギャップの中央（中間点）と一致するように、入射光の照射位置を調整することが好ましい。
【０１１７】
本実施形態の光学素子６０では、上述のように、第１導電性膜６２及び第２導電性膜６６の各表面で表面プラズモンエンハンス効果がそれぞれ発生するように各凹凸パターンの周期が設定されている。それゆえ、本実施形態では、この表面プラズモンエンハンス効果により、第１導電性膜６２及び第２導電性膜６６間のギャップ付近に、微小のスポット径を有する高強度の光（例えば近接場光等）を発生させることができる。
【０１１８】
また、本実施形態の光学素子６０に対して、偏光方向に異方性を有する入射光１００を照射し、その際、主たる偏光方向を第１導電性膜６２及び第２導電性膜６６の対向方向と一致するように入射光を入射した場合、次のような利点が得られる。この場合、光学素子６０から出射される光の出射領域には、入射光１００の偏光方向と略平行となる導電性膜のエッジ領域がほぼ存在しない。それゆえ、入射光１００の偏光方向と略平行となるエッジ領域における表面プラズモンの伝搬損失を大幅に低減することができ、より高強度の光を出射することができる。
【０１１９】
なお、本実施形態では、各導電性膜の基体６１側の表面に形成した各凹凸パターンは、幅一定の円弧状の凸部及び凹部で構成する例を説明したが、本発明はこれに限定されない。導電性膜上で表面プラズモンエンハンス効果が発生するような周期パターンであれば任意の周期パターンで構成することができる。例えば、変形例１（図１３（ａ）及び（ｂ））で説明したように、幅Ｔｇ１の直線帯状の凸部と、幅Ｔｇ２の直線帯状の凹部とからなる周期Ｔｇの凹凸パターンを各導電性膜の表面に形成してもよい。
【０１２０】
また、本実施形態では、各導電性膜の凹凸パターンの断面形状を矩形波状にし、凸部及び凹部の表面を平坦面とする例を説明したが、本発明はこれに限定されない。各導電性膜上で表面プラズモンエンハンス効果が発生するような、凹凸パターンの表面形状（導電体の断面形状）であれば、任意の構成にするこができる。例えば、各導電性膜の断面形状を、例えば変形例２（図１４〜１７）で説明したような構成にすることができる。
【０１２１】
さらに、本実施形態では、入射光の入射側から見た各導電性膜のエッジ部の形状を頂角θのＬ字状（三角状）である例を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、必要とするスポット径、用途等に応じて、各導電性膜のエッジ部を任意の形状で構成することができる。例えば、入射光の入射側から見た各導電性膜のエッジ部の形状を、変形例３（図１８〜２４）で説明したような構成にすることができる。
【０１２２】
ここで、図２６（ａ）及び（ｂ）に、図２０に示すエッジ部の構成例を本実施形態に適用した際の光学素子の概略構成例（変形例４）を示す。図２６（ａ）は、変形例４の光学素子の概略下面図であり、図２６（ｂ）は、図２６（ａ）中のＧ−Ｇ断面図である。なお、図２６（ａ）及び（ｂ）には、説明を簡略化するため、エッジ部近傍の領域のみを示す。
【０１２３】
この例の構成では、基体７１上に形成された第１導電性膜７２のエッジ部７２ａ及び第２導電性膜７３のエッジ部７３ａは、入射光の入射側から見て、ともに幅一定の矩形状を有する。そして、この例では、第１導電性膜７２のエッジ部７２ａの平坦な先端部と第２導電性膜７３のエッジ部７３ａの平坦な先端部とが所定距離だけ離れて対向するように、第１導電性膜７２及び第２導電性膜７３が配置される。
【０１２４】
［出射光の強度分布］
次に、本実施形態の光学素子６０における出射光の強度（電界強度）分布特性について説明する。ここでは、第１の実施形態と同様に、ＦＤＴＤ法による電磁界解析シミュレータを用いて、本実施形態の光学素子６０における出射光の強度分布を算出した。図２７（ａ）及び（ｂ）に、シミュレーション解析に解析モデルの概要を示す。図２７（ａ）は、解析モデルにおける光学素子６０の各導電性膜の凹凸パターンと、入射光１００の偏光方向との関係を示す図であり、図２７（ｂ）は、図２７（ａ）中のＨ−Ｈ断面図である。
【０１２５】
このシミュレーション解析では、第１の実施形態と同様に、基板２０１上に記録層を含む情報記録膜２０２が形成された記録媒体２００に、光学素子６０から光を照射した際の情報記録膜２０２の表面近傍における電界強度を計算した。具体的には、記録媒体２００に、光学素子６０から光を照射した際の情報記録膜２０２の光学素子６０側の表面から１ｎｍ内部に入った位置での電界強度を計算した（上記表１参照）。
【０１２６】
なお、この解析では、図２７（ａ）に示すように、入射光１００の偏光方向１０１は、第１導電性膜６２及び第２導電性膜６６の対向方向（図２７（ａ）中のｘ方向）と一致させる。入射光１００の電界強度分布の１/e２全幅を表すＬｘ及びＬｙの関係も第１の実施形態と同様にＬｘ＞Ｌｙとする。また、このシミュレーション解析では、入射光１００の光スポットの中心が第１導電性膜６２及び第２導電性膜６６間のギャップの中央と一致するように入射光１００を照射する場合を考える。
【０１２７】
第１の実施形態の説明で述べた上記表１に、本実施形態で行ったシミュレーション解析で用いる光学素子６０の形成材料、寸法パラメータ、及び、光学素子６０と記録媒体２００との位置関係等の具体的な計算パラメータ（計算条件）をまとめて示す。なお、上記表１には示さないが、本実施形態の光学素子６０の各導電性膜のエッジ部の頂角θは９０度とする。
【０１２８】
図２８（ａ）及び（ｂ）に、本実施形態のシミュレーション解析の結果を示す。図２８（ａ）は、出射光の電界強度｜Ｅ｜２の図２７（ａ）中のｘ方向における分布特性であり、横軸には第１導電性膜６２及び第２導電性膜６６間のギャップの中央からのｘ方向の位置を示し、縦軸には電界強度｜Ｅ｜２を示す。また、図２８（ｂ）は、出射光の電界強度｜Ｅ｜２の図２７（ａ）中のｙ方向における分布特性であり、横軸には第１導電性膜６２及び第２導電性膜６６間のギャップの中央からのｙ方向の位置を示し、縦軸には電界強度｜Ｅ｜２を示す。
【０１２９】
本実施形態では、図２８（ａ）及び（ｂ）中の特性８０及び８１に示すように、出射光の電界強度｜Ｅ｜２のピーク値は入射光のピーク電界強度比で１６．３となった。また、そのピーク曲線のｘ方向における半値幅は３４ｎｍであり、ｙ方向における半値幅は４２ｎｍであった。ここで、第１及び第２の実施形態並びに比較例１の光学素子に対して行ったシミュレーション解析の解析結果をまとめた表を以下に示す。なお、下記表には、比較例１の解析結果としては、円形開口部の開口幅が１００ｎｍの結果を示す。
【０１３０】
【表２】
2011040141.tif 000004
【０１３１】
上記表２から明らかなように、本実施形態の光学素子６０では、比較例１に比べて、微小のスポット径を有し且つ高強度の光を生成できることが分かる。さらに、本実施形態の評価結果と第１の実施形態の評価結果との比較から明らかなように、本実施形態の光学素子６０では、第１の実施形態に比べても、微小のスポット径を有し且つ高強度の光を生成できることが分かる。
【０１３２】
この結果から、本実施形態の光学素子６０のように、一対の導電性膜を入射光１００の偏光方向に沿って対向して配置することにより、より一層微小のスポット径を有する光を生成することができることが分かる。また、本実施形態の光学素子６０では、より一層強い出力強度の光を生成することができ、入射光の光パワー利用効率をさらに向上させることができることが分かる。
【０１３３】
［比較例２］
ところで、従来、第２の実施形態の光学素子６０に類似した構造の光学素子として、表面が三角形状の２つの導電体を所定間隔で離間して配置した光学素子（以下、ボウタイ型光学素子という）が提案されている。ここでは、この従来のボウタイ型光学素子と、第２の実施形態の光学素子６０との出射光の強度（電界強度）分布特性の比較を行う。
【０１３４】
図２９に、比較例２のボウタイ型光学素子の概略構成を示す。ボウタイ型光学素子１７０は、基体１７１と、その一方の表面に形成された２つの導電体１７２とで構成される。そして、２つの導電体１７２は、互いの頂角が所定間隔だけ離れて対向するように配置される。また、比較例２のボウタイ型光学素子１７０では、光源（不図示）からの入射光１００（伝播光）は、基体１７１の導電体１７２が形成されていない側の表面から入射される。
【０１３５】
このようなボウタイ型光学素子１７０では、入射光１００が基体１７１を介して導電体１７２に照射されと、一対の導電体１７２間の表面に電荷を誘起され、表面プラズモン共鳴が起こる。これにより、一対の導電体１７２間に入射光の波長より小さなスポット径を有する光が発生する。
【０１３６】
図２９に示す構成のボウタイ型光学素子１７０に対しても、第１の実施形態と同様に、ＦＤＴＤ法による電磁界解析シミュレータを用いて、出射光の強度分布を算出した。なお、このシミュレーション解析では、第１の実施形態と同様に、基板２０１上に記録層を含む情報記録膜２０２が形成された記録媒体２００に、ボウタイ型光学素子１７０から光を照射した際の情報記録膜２０２の表面近傍における電界強度を計算した。具体的には、記録媒体２００に、ボウタイ型光学素子１７０から光を照射した際の情報記録膜２０２のボウタイ型光学素子１７０側の表面から１ｎｍ内部に入った位置での電界強度を計算した。
【０１３７】
ボウタイ型光学素子１７０に対するシミュレーション解析では、基体１７１の形成材料をＳｉＯ２とし、導電体１７２の形成材料をＡｕとした。また、導電体１７２の頂角θは９０度とし、２つの導電体１７２の対向方向における各導電体１７２の長さｌを２４０ｎｍとし、各導電体１７２の厚さｔを１００ｎｍとした。また、２つの導電体１７２間のギャップの大きさｇは１２ｎｍとした。
【０１３８】
なお、ボウタイ型光学素子１７０において、各導電体１７２の長さｌ及び厚さｔを上記値に設定した理由は、次の通りである。
【０１３９】
図３０に、導電体１７２の厚さｔを１００ｎｍとした際のボウタイ型光学素子１７０における導電体１７２の長さｌと出射光の電界強度｜Ｅ｜２との関係を示す。この関係から明らかなように、導電体１７２の長さｌを約２４０ｎｍとすることにより出射光の電界強度｜Ｅ｜２が最大となることが分かる。
【０１４０】
また、図３１に、導電体１７２の長さｌを２２０ｎｍとした際のボウタイ型光学素子１７０における導電体１７２の厚さｔと出射光の電界強度｜Ｅ｜２との関係を示す。この関係から明らかなように、導電体１７２の厚さｔを約１００ｎｍとすることにより出射光の電界強度｜Ｅ｜２が最大となることが分かる。すなわち、図２９に示すボウタイ型光学素子１７０に対するシミュレーション解析では、出射光の電界強度｜Ｅ｜２が最大となるような導電体１７２の長さｌ及び厚さｔの値を選んだ。
【０１４１】
また、比較例２のボウタイ型光学素子１７０に対するシミュレーション解析において、入射光１００のパラメータ（スポット形状、波長、偏光方向、パワー等）は上記表１に示す条件と同様である。また、記録媒体２００の構成条件も上記表１に示す条件と同様である。
【０１４２】
なお、ここでは、第２の実施形態の光学素子６０の各導電性膜の凹凸パターンの周期Ｔｇを４８０ｎｍとし、それ以外のパラメータ条件は表１に示す条件と同様にして、再度シミュレーション解析を行い、その解析結果を比較例２の解析結果と比較した。
【０１４３】
図３２に、比較例２のボウタイ型光学素子１７０に対して行ったシミュレーション解析の結果を示す。図３２は、出射光の電界強度｜Ｅ｜２の図２９中のｙ方向における分布特性であり、横軸には２つの導電体１７２間のギャップの中央からのｙ方向の位置を示し、縦軸には電界強度｜Ｅ｜２を示す。
【０１４４】
また、図３３に、第２の実施形態の光学素子６０に対して行ったシミュレーション解析の結果を示す。図３３は、出射光の電界強度｜Ｅ｜２の図２７（ａ）中のｙ方向における分布特性であり、横軸には第１導電性膜６２及び第２導電性膜６６間のギャップの中央からのｙ方向の位置を示し、縦軸には電界強度｜Ｅ｜２を示す。さらに、図３４に、図３２及び３３の特性をひとつにまとめたグラフを示す。なお、図３４中の破線の特性が図３２の特性８２であり、実線の特性が図３３の特性８３である。
【０１４５】
上述したシミュレーション解析の結果、比較例２のボウタイ型光学素子１７０では、出射光の電界強度｜Ｅ｜２は入射光のピーク電界強度比で約１０．６であった（図３２中の特性８２参照）。それに対して、第２の実施形態の光学素子６０では、出射光の電界強度｜Ｅ｜２は入射光のピーク電界強度比で約４１．５となった（図３３中の特性８３参照）。すなわち、第２の実施形態の光学素子６０では、従来のボウタイ型光学素子１７０に比べて約４倍の最大電界強度が得られることが分かった（図３４参照）。
【０１４６】
また、本実施形態の光学素子６０は、比較例２のボウタイ型光学素子１７０に対して、出射光の強度以外で次のような利点を有する。比較例２のボウタイ型光学素子１７０では、一対の導電体１７２の対向方向（図３０中のｘ方向）の導電体１７２の長さｌは、表面プラズモンが共鳴するように設定される。すなわち、導電体１７２の長さｌは、表面プラズモンの共鳴条件により制限される。それに対して、本実施形態の光学素子６０では、表面プラズモンの共鳴条件に関係なく、第１導電性膜６２及び第２導電性膜６６の対向方向における各導電性膜の長さを設定することができる。それゆえ、本実施形態は比較例２に比べて設計が容易になる。
【０１４７】
また、比較例２のボウタイ型光学素子１７０の導電体１７２の長さｌは、上述のように表面プラズモンの共鳴条件により制限されるので、十分に長くすることが困難である。それゆえ、通常、比較例２のボウタイ型光学素子１７０では、光照射時には、入射光の光スポット内に一対の導電体１７２が収まるような状態になる。この場合、導電体１７２のギャップ側の頂点と対向する辺部領域においても多少近接場光が発生する。また、この導電体１７２の辺部領域では入射光の一部が透過する。このように、導電体１７２のギャップ側の頂点と対向する辺部領域では、上述のような原因により漏れ光が発生し、一対の導電体１７２間に発生した近接場光の強度分布に影響を与える可能性がある。
【０１４８】
それに対して、本実施形態の光学素子６０では、上述のように、第１導電性膜６２及び第２導電性膜６６の対向方向における各導電性膜の長さを十分に長くすることができる。それゆえ、本実施形態の光学素子６０では、導電性膜の形成領域を入射光の光スポットのサイズより大きくすることができるので、上述のような漏れ光の問題を解消することができる。
【０１４９】
［変形例５］
上記第１及び第２の実施形態及び種々の変形例で説明した本発明の光学素子を、例えば熱アシスト磁気記録方式の記録再生装置に用いる場合、光学素子は磁気ヘッドに搭載される。この場合、光学素子は磁気ヘッドに集積化されて搭載されるので、光学素子の製造プロセスと、磁気ヘッドの製造プロセスとの親和性を考慮して光学素子の構成を選択する必要がある。
【０１５０】
ここで、例えば、浮上スライダの先端部に磁気ヘッド及び光学素子を搭載する場合を考える。この場合、浮上スライダの先端面上に、磁気ヘッド及び光学素子の各構成部を順次積層するので、製造プロセス上、光学素子を構成する導電性膜は、その積層方向の厚さ、すなわち、光照射面の幅が一定であること好ましい。具体的には、例えば、浮上スライダの先端部に磁気ヘッド及び光学素子を搭載する場合、製造プロセス上、上記変形例４で説明したような構成の光学素子７０（図２６（ａ）及び（ｂ））を選択することが好ましい。
【０１５１】
図３５に、上記変形例４の光学素子７０を浮上スライダの先端面上に実装した際の光学素子７０近傍の概略構成を示す。この場合、光学素子７０の第１導電性膜７２及び第２導電性膜７３の受光面（凹凸パターン側の面）と直交する面が基体７１を介してスライダ本体１８０の先端面Ｓ２と対向するように、第１導電性膜７２及び第２導電性膜７３が形成される。また、第１導電性膜７２及び第２導電性膜７３の対向方向が入射光１００の偏光方向と一致するように、第１導電性膜７２及び第２導電性膜７３を形成される。さらに、第１導電性膜７２及び第２導電性膜７３の受光面が入射光１００の入射側に配置され、且つ、第１導電性膜７２及び第２導電性膜７３の受光面とは反対側の端面が光射出面Ｓ３に露出するように、第１導電性膜７２及び第２導電性膜７３を形成する。
【０１５２】
図３５に示す実装例において、光学素子７０の作製方法は次の通りである。まず、スライダ本体１８０の記録媒体との対向面Ｓ１に直交するスライダ本体１８０の先端面Ｓ２上に、例えばスパッタ等の手法により、基体７１を構成する第１の絶縁層（不図示）を形成する。次いで、第１の絶縁層上に、例えばスパッタ等の手法により、第１導電性膜７２及び第２導電性膜７３を形成する。そして、第１導電性膜７２及び第２導電性膜７３上に、例えばスパッタ等の手法により、基体７１を構成する第２の絶縁層を形成する。このようにして、光学素子７０がスライダ本体１８０の先端面Ｓ２上に作製される。
【０１５３】
図３５に示す例の光学素子７０の実装例では、光学素子７０から射出される例えば近接場光等の微小光１０２のスポットサイズは、第１導電性膜７２及び第２導電性膜７３間の距離と、第１導電性膜７２及び第２導電性膜の膜厚により決定される。それゆえ、より微小サイズの光を生成するためには、第１導電性膜７２及び第２導電性膜の膜厚をより薄くする必要がある。しかしながら、第１導電性膜７２及び第２導電性膜の膜厚を薄くすると、入射光１００の受光面の面積が小さくなり、入射光１００から微小光１０２への変換効率が低下する。
【０１５４】
変形例５では、上述のような問題を解消し、且つ、例えば磁気ヘッド等の製造プロセスと親和性の高いプロセスで製造可能な光学素子の構成例を説明する。
【０１５５】
図３６に、この例の光学素子をスライダ本体１８０の先端面Ｓ２上に実装した際の概略構成を示す。なお、図３６において、上記図３５に示す変形例４の光学素子７０の実装例と同様の構成には、同じ符号を付して示す。
【０１５６】
この例の光学素子９０は、基体９１と、基体９１の光射出面Ｓ３側に形成された第１導電性膜９２及び第２導電性膜９３とで構成される。なお、第１導電性膜９２及び第２導電性膜９３の配置形態は、上記図３５に示す変形例４の光学素子７０のそれと同じである。また、各導電性膜の入射光１００の受光面には、変形例４の光学素子と同様に、凹凸パターンが形成される。
【０１５７】
ただし、この例の光学素子９０では、第１導電性膜９２及び第２導電性膜９３間の対向面９２ａ及び９３ａに、第１導電性膜９２及び第２導電性膜９３の対向方向に沿ってそれぞれ段差を設ける。すなわち、この例では、第１導電性膜９２及び第２導電性膜９３間の対向面９２ａ及び９３ａの形状をそれぞれ階段状にする。このような構成にすることにより、各導電体膜の先端部の厚さは、それ以外の導電性膜の領域の厚さより薄くなる。
【０１５８】
また、この例では、第１導電性膜９２の第２導電性膜９３側の厚さが薄くなる先端部と、第２導電性膜９３の第１導電性膜９２側の厚さが薄くなる先端部とが対向するように、対向面９２ａ及び９３ａを階段状にする。なお、この例では、各対向面において段差を１つ設ける例を説明したが、本発明はこれに限定されず、各対向面に複数の段差を設けてもよい。また、対向面をテイパー状にしてもよい。さらに、各対向面において、厚さが薄くなる先端部を、対向面の中央に配置してもよい。
【０１５９】
この例の構成では、一対の導電性膜間の距離を最小にする領域（先端部）、すなわち、例えば近接場光等の微小光１０２を発生させたい領域のみを薄厚で形成し、導電性膜のその他の領域では膜厚を十分厚くすることができる。
【０１６０】
それゆえ、この例の光学素子９０では、変形例４の光学素子７０と同程度の微小光１０２を射出することができる。そして、さらに、この例の光学素子９０では、入射光の受光面の面積を大きくすることができるので、入射光１００と導電性膜とのカップリング効率が上がり、入射光１００から微小光１０２への変換効率の低下を抑制することができる。
【０１６１】
なお、この例の光学素子９０の製造方法では、一対の導電性膜間の各対向面を階段状に形成する工程が加わること以外は、上述した変形例４の製造方法と同様である。それゆえ、この例においても、スライダ上に磁気ヘッド及び光学素子９０を搭載する際には、光学素子９０の製造プロセスと、磁気ヘッドの製造プロセスとの間に高い親和性が得られる。すなわち、この例では、磁気ヘッドとの製造プロセスの親和性及び微小光のスポットサイズを維持しながら、入射光１００の利用効率を向上させることができる。
【０１６２】
なお、この例の光学素子９０における各導電性膜の階段状の対向面は、例えば次のような方法（１）または（２）で形成することができる。
（１）まず、一対の導電性膜全体を、膜厚を厚くする領域の厚さで形成する。次いで、一対の導電性膜間の各対向端部の一部をエッチングして除去する。
（２）まず、一対の導電性膜全体を、膜厚を薄くする領域（対向端部）の厚さで形成する。次いで、一対の導電性膜間の各対向端部以外の領域に、導電性膜を積層する。
【０１６３】
また、この例では、この例の光学素子９０で上述した効果が得られることをシミュレーション解析で確認した。図３７に、このシミュレーション解析で用いた光学素子のシミュレーションモデルの概略構成を示す。また、このシミュレーションモデルでは、光学素子９０の基体９１をＡｌ２Ｏ３で形成し、第１導電性膜９２及び第２導電性膜９３をＡｕで形成する場合を考える。また、空気層３１０を介して光学素子９０と対向する記録媒体３００は、ＳｉＯ２からなる基板３０１と、基板３０１上に順次形成されたＣｕ層３０２、ＭｇＯ層３０３及びＦｅ層３０４（記録層）とで構成されるものとした。
【０１６４】
また、この例では、比較のため、変形例４の光学素子７０に対しても同様のシミュレーション解析を行った。なお、この解析では、変形例４の導電性膜の厚さを、変形例５の導電性膜の先端部の厚さと同じとし、両者の光学素子から同程度の光スポットが形成されるようにした。変形例５の光学素子９０及び変形例４の光学素子７０の具体的なシミュレーション条件を下記表にまとめた。
【０１６５】
【表３】
2011040141.tif 000005
【０１６６】
上記表３中の「ｔ１」は、一対の導電性膜間の各対向面における導電性膜の先端部の厚さであり、「ｔ２」は導電性膜の先端部以外の領域の厚さである。「Ｔｇ」は、導電性膜の凹凸パターンの周期である。「ｗ１」は、導電性膜の凸部の幅であり、「ｗ２」は、導電性膜の凸部の幅と凹部の幅との差である。「Ｇ」は、一対の導電性膜間の距離（ギャップ）である。また、「ｃ」は、一対の導電性膜の対向方向における導電性膜の先端部の長さである。
【０１６７】
また、上記表３中の「ｓ」は、空気層３１０の厚さ、すなわち、光学素子９０の光射出面Ｓ３と記録媒体３００のＦｅ層３０４の表面との距離である。「ｍ１」は、Ｆｅ層３０４の厚さであり、「ｍ２」は、ＭｇＯ層３０３の厚さであり、「ｍ３」は、Ｃｕ層３０２の厚さである。
【０１６８】
なお、導電性膜の凹凸パターンの最適な周期は膜厚により異なるので、上記シミュレーション解析では、各変形例の凹凸パターンの周期Ｔｇはそれぞれ最適化されている。そのため、上記表３に示すように、各変形例の周期Ｔｇは互いに異なる。
【０１６９】
このシミュレーション解析では、第１の実施形態と同様に、ＦＤＴＤ法による電磁界解析シミュレータを用いて、記録媒体内の光強度分布を算出した。具体的には、光射出面Ｓ３の面内方向において、一対の導電性膜の対向方向（図３７中のｘ方向）、並びに、その対向方向と直交する方向（図３７中のｙ方向）における光強度分布を算出した。その結果を図３８及び３９に示す。
【０１７０】
図３８は、出射光の電界強度｜Ｅ｜２のｘ方向における分布特性であり、横軸には一対の導電性膜間の中央からのｘ方向の位置を示し、縦軸には電界強度｜Ｅ｜２を示す。一方、図３９は、出射光の電界強度｜Ｅ｜２のｙ方向における分布特性であり、横軸には一対の導電性膜間の中央からのｙ方向の位置を示し、縦軸には電界強度｜Ｅ｜２を示す。なお、図３８及び３９中にそれぞれ実線で示す特性３２０及び３２２は、変形例５の光学素子９０で得られた特性であり、それぞれ破線で示す特性３２１及び３２３は、変形例４の光学素子７０の特性である。
【０１７１】
図３８及び３９の特性において電界強度｜Ｅ｜２のピーク置を比較すると、変形例５の光学素子９０の電界強度｜Ｅ｜２のピーク値が、変形例４のそれの約１．６倍程度になっていることが分かる。また、図３８及び３９の特性から、変形例５の光スポット形状が変形例４より先鋭化されることが分かる。
【０１７２】
上述したシミュレーション解析から、変形例５の構成では、微小光のスポットサイズを維持しながら、入射光１００の利用効率を向上させることができることが確認された。
【０１７３】
なお、この例では、変形例４の光学素子７０の一対の導電性膜の各対向面を階段状にする例を説明したが本発明はこれに限定されない。例えば、変形例４の光学素子７０の一対の導電性膜のうち一方の導電性膜のみを備える光学素子、すなわち、上記変形例３−３の光学素子４４（図２０）の先端部を階段状にしてもよい。この場合にも、変形例５と同様の効果が得られる。
【０１７４】
＜３．第３の実施形態＞
第３の実施形態では、上記第１及び第２の実施形態や上記種々の変形例等で説明した本発明の光学素子を用いた記録再生装置（光学装置）の構成例について説明する。なお、本実施形態では、光学素子から近接場光を記録媒体に出射して情報の記録及び／または再生を行う記録再生装置について説明する。
【０１７５】
［記録再生装置の構成］
図４０に、本実施形態の記録再生装置に記録媒体を装着した際の記録再生システムの概略構成例を示す。記録再生装置２１０は、主に、浮上スライダヘッド２１１と、浮上スライダヘッド２１１を支持するサスペンション２１２と、浮上スライダヘッド２１１を駆動するヘッドアクチュエータ２１３と、記録媒体２４０を回転駆動させるスピンドル２１４とを備える。なお、記録媒体２４０は、スピンドル２１４の回転軸２１５に固定される。
【０１７６】
本実施形態では、記録媒体２４０は、例えば、ディスク状の媒体であり、基板２４１と、その基板２４１上に形成された記録層を含む情報記録膜２４２とを備える（後述の図４２参照）。そして、その情報記録膜２４２が浮上スライダヘッド２１１の下面と対向するように、記録媒体２４０がスピンドル２１４に装着される。なお、記録媒体２４０としては、例えば、光磁気記録媒体、磁気記録媒体、相変化媒体、色素媒体等を用いることができる。また、記録媒体２４０の表面には、記録再生装置２１０の動作時における浮上スライダヘッド２１１と記録媒体２４０との接触による損傷を防ぐために、適宜潤滑剤及び保護膜が薄厚で形成される。
【０１７７】
図４１に、本実施形態の記録再生装置２１０の浮上スライダヘッド２１１付近の拡大側面図を示す。本実施形態では、記録媒体２４０に対して情報記録を行うヘッドとして浮上スライダタイプのヘッドを用いる。浮上スライダヘッド２１１は、スライダ本体２１６と、スライダ本体２１６の先端部に搭載された光ヘッド２２０とを備える。
【０１７８】
スライダ本体２１６は、記録再生装置２１０の動作時には、記録媒体２４０と対向して近接して配置される。この際、光ヘッド２２０もまた、記録媒体２４０と対向するように配置される。光ヘッド２２０は、上述した本発明の光学素子を備えており、その光学素子により発生した近接場光を記録媒体２４０に照射して、情報の記録及び／又は再生を行う。
【０１７９】
図４２及び４３に、本実施形態の浮上スライダヘッド２１１に搭載する光ヘッド２２０の概略構成を示す。なお、図４２は、光ヘッド２２０の概略断面図であり、図４３は、光ヘッド２２０の概略下面図である。
【０１８０】
本実施形態の光ヘッド２２０は、光源２２１と、光源２２１の光射出側に設けられた光学素子２２２とを備える。
【０１８１】
光源２２１は、例えばレーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）等で構成される。また、本実施形態では、光源２２１として直線偏光の光２３０を射出する光源を用いる。なお、光源２２１としては、例えば楕円偏光、円偏光またはランダム偏光等の光を射出する光源を用いてもよい。
【０１８２】
また、本実施形態では、光源２２１から射出される光２３０（入射光）の偏光方向２３１が、後述する一対の導電性膜２２４の対向方向（図４３中のｘ方向）と一致するように、光源２２１から光学素子２２２に光２３０が照射される。
【０１８３】
光学素子２２２は、上述した第１及び第２の実施形態、並びに、種々の変形例等で説明した光学素子のいずれかで構成することができる。図４２及び４３には、光学素子２２２として、第２の実施形態の光学素子（図２５（ａ）及び（ｂ）と同様の構成の光学素子を用いた例を示す。
【０１８４】
光学素子２２２は、基体２２３と、基体２２３の光源２２１側とは反対側（記録媒体２４０側）の表面の一部に形成された一対の導電性膜２２４と、導電性膜２２４の記録媒体２４０側の表面に形成された光透過性膜２２５とを備える。
【０１８５】
基体２２３は、板状の光透過性部材で形成され、第２の実施形態で説明した基体６１と同様の構成である。基体２２３の形成材料としては、第１及び第２の実施形態で説明した基体と同様の材料を用いることができる。例えば、基体２２３を、光学ガラスやＳｉＯ２等の光学透明性材料で形成することができる。
【０１８６】
一対の導電性膜２２４は、ともに入射光２３０の入射側から見たエッジ部２２４ａの形状が凸状である金属膜で形成され、第２の実施形態の第１導電性膜６２及び第２導電性膜６６と同様の構成である。また、各導電性膜２２４に形成される凹凸パターン２２８は、第２の実施形態と同様に、幅一定の円弧状の凸部２２６（ただし、最内周の凸部２２６は扇状）と、幅一定の円弧状の凹部２２７とで構成される。そして、凸部２２６及び凹部２２７は導電性膜２２４のエッジ部２２４ａの先端部から外側に向かって同心円状に交互に配置される。さらに、２つの導電性膜２２４は、互いの先端部が所定間隔だけ離れて対向するように配置される。
【０１８７】
また、導電性膜２２４の形成材料としては、第１及び第２の実施形態で説明した導電性膜と同様の材料を用いることができる。例えば、導電性膜２２４を、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ等の金属膜で形成することができる。
【０１８８】
光透過性膜２２５は、記録再生装置２１０の動作時における記録媒体２４０との接触による損傷を防ぐために設けられる。それゆえ、光透過性膜２２５の形成材料としては、例えばダイヤモンドライクカーボン(ＤＬＣ)等の機械強度の高い材料を用いることが好ましい。なお、光透過性膜２２５の形成材料として基体２２３と同様の材料を用いてもよい。
【０１８９】
上記構成の光ヘッド２２０では、光源２２１から射出された光２３０は、光学素子２２２の基体２２３を介して一対の導電性膜２２４間に入射される。これにより、各導電性膜２２４表面で発生する表面プラズモンエンハンス効果によって、各導電性膜の先端部分に光のエネルギーが集中し、一対の導電性膜２２４間に微小なスポット径を有し且つ強度の強い光、いわゆる近接場光が生成される。なお、より強い表面プラズモンエンハンス効果を得るためには、凹凸パターン２２８を光スポット領域内（図４３中の点線で囲まれた領域）に可能な限り多く形成することが好ましい。
【０１９０】
なお、上述のように、本実施形態の光ヘッド２２０内では、入射光２３０は、基体２２３を介して一対の導電性膜２２４間に入射されるが、本発明はこれに限定されない。基体２２３内の入射光２３０の光路に、例えば屈折率の異なる材料を用いてレンズや導波路等を形成し、光源２２１からの入射光２３０が導電性膜２２４に効率よく伝搬されるような構成にしてもよい。
【０１９１】
また、本実施形態の光ヘッド２２０は、近接場光を用いて情報の記録及び再生の両方を行うヘッドとして用いてもよいし、記録専用ヘッドとして用いてもよい。光ヘッド２２０を記録専用ヘッドとして用いた場合には、再生専用のヘッドを別途設ける。この場合、再生専用ヘッドは、光ヘッド２２０側に設けて、記録媒体２４０からの反射光を検出して情報再生を行っても良い。また、再生専用ヘッドを記録媒体２４０を挟んで、光ヘッド２２０側とは反対側に設け、記録媒体２４０を透過した光を検出して情報再生を行ってもよい。
【０１９２】
さらに、熱アシスト磁気記録方式の記録媒体（磁気的に情報再生を行う媒体）に対しても、本実施形態の光ヘッド２２０は適用可能である。この場合、光ヘッド２２０から出射される近接場光を用いて記録媒体を加熱し、その状態で、光ヘッド２２０に集積化された磁気書き込み用ヘッドで磁気記録を行う。なお、この場合には、再生専用ヘッドとして、媒体からの漏れ磁束を磁気抵抗効果を用いて検出するヘッドを別途設ける。
【０１９３】
［記録再生動作］
次に、本実施形態の記録再生装置２１０の動作を簡単に説明する。まず、記録再生装置２１０は、装置内部に挿入された記録媒体２４０をスピンドル２１４に装着し、記録媒体２４０上の所定位置に浮上スライダヘッド２１１を載置する。次いで、スピンドル２１４は、記録媒体２４０を高速回転させて、記録媒体２４０を浮上スライダヘッド２１１に対して相対的に高速移動させる。これにより、記録媒体２４０と浮上スライダヘッド２１１との間に空気流が発生し、浮上スライダヘッド２１１は記録媒体２４０の表面から浮上する。
【０１９４】
この際、サスペンション２１２の弾性力により、スライダ本体２１６が記録媒体２４０に対して所定の浮上量で浮上しながら相対移動するように調整される。例えば、光ヘッド２２０の導電性膜２２４の記録媒体２４０側の表面と記録媒体２４０との間の距離が１００ｎｍ以下となるように維持される。なお、光ヘッド２２０から射出される近接場光は、その発生箇所から離れるにしたがって強度が小さくなり且つスポットサイズが大きくなる。それゆえ、導電性膜２２４の記録媒体２４０側の表面と記録媒体２４０との距離は可能な限り小さいことが好ましい。例えば、記録媒体２４０と導電性膜２２４との間隔を１０ｎｍ以下とすることが好ましい。
【０１９５】
次いで、スライダ本体２１６と記録媒体２４０との距離が所定距離となった後、光ヘッド２２０は、空気層を介して記録媒体２４０に近接場光を照射して、情報の記録及び／又は再生を行う。本実施形態では、このようにして、本発明の光学素子で生成した近接場光を用いて、記録媒体２４０に情報の記録及び／又は再生を行う。
【０１９６】
本実施形態では、本発明の光学素子を用いて近接場光を生成するので、より微小で高強度の光を用いて情報の記録及び／又は再生を行うことができる。それゆえ、本実施形態の記録再生装置では、一層高密度で且つ安定して情報の記録及び／又は再生を行うことができる。
【０１９７】
なお、図４２及び４３に示す例では、光学素子２２２として第２の実施形態の光学素子と同様の構成の光学素子を用いる例を説明したが、本発明はこれに限定されない。本実施形態では、例えば、上記第１の実施形態で説明した光学素子や、上記種々の変形例で説明した光学素子等を適用することもでき、その場合においても本実施形態と同様の効果が得られる。
【０１９８】
また、本実施形態では、記録再生装置の光ヘッドに本発明の光学素子を適用する例を説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば近接場光等の微小スポット径を有する光を必要とする任意の光学装置に適用可能である。
【０１９９】
＜４．第４の実施形態＞
第４の実施形態では、上記第１及び第２の実施形態や上記種々の変形例等で説明した本発明の光学素子を、光検出器（光学装置）に適用した構成例について説明する。具体的には、本発明の光学素子を例えば上記非特許文献１で提案されているようなフォトダイオードに適用した構成例について説明する。
【０２００】
［光検出器の構成］
図４４に、本実施形態の光検出器の概略構成を示す。また、図４５に、本実施形態の光検出器に適用する本発明の光学素子の概略下面図を示す。
【０２０１】
本実施形態のフォトダイオード２５０（光学装置）は、主に、光学素子６０と、カソード電極２５１と、光学素子６０及びカソード電極２５１間に形成されたＳｉ（シリコン）メサ構造部２５２（受光部）とで構成される。
【０２０２】
本実施形態では、光学素子６０として、第２の実施形態の光学素子を用いる。それゆえ、ここでは光学素子６０の構成の説明は省略する。なお、光学素子６０の第１導電性膜６２及び第２導電性膜６６は、フォトダイオード２５０のアノード電極として作用し、逆バイアス電圧印加用の直流電源２５５の「−」端子に接続される。
【０２０３】
また、本実施形態では、光学素子６０に入射される入射光１００を直線偏光の光とし、その偏光方向は、図４４及び４５に示すように、第１導電性膜６２及び第２導電性膜６６の対向方向（図４４及び４５中のｘ方向）とする。
【０２０４】
カソード電極２５１は、光学素子６０の第１導電性膜６２及び第２導電性膜６６の対向電極であり、負荷抵抗２５６を介して直流電源２５５の「＋」端子に接続される。
【０２０５】
Ｓｉメサ構造部２５２は、例えばＰＮ接合等のように２種類の半導体を接合して構成され、この接合領域（アクティブ領域）に光が照射されることによりアクティブ領域にキャリアを生成し、光電子変換を行う。本実施形態では、Ｓｉメサ構造部２５２は、光学素子６０の第１導電性膜６２及び第２導電性膜６６間のギャップ６０ａの直下に、光学素子６０と接して配置され、光学素子６０のギャップ６０ａで発生する近接場光を受光して、光電子変換を行う。また、Ｓｉメサ構造部２５２は、入射光１００の波長よりも小さなサイズで構成される。
【０２０６】
［フォトダイオードの動作及び効果］
次に、本実施形態のフォトダイオード２５０の動作を簡単に説明する。上記構成のフォトダイオード２５０では、まず、光学素子６０に入射光１００が照射されると、第１導電性膜６２及び第２導電性膜６６間のギャップ６０ａ近傍に近接場光が発生する。この際、第１導電性膜６２及び第２導電性膜６６の基体６１側の表面には所定周期の凹凸パターンが形成されているので、表面プラズモンエンハンス効果が発生して、ギャップ６０ａ近傍に高強度の近接場光が発生する。次いで、発生した近接場光がＳｉメサ構造部２５２内のアクティブ領域に入射されると、Ｓｉメサ構造部２５２内にキャリアが生成され、電子がカソード電極２５１から負荷抵抗２５６に向かって流れる。
【０２０７】
上述のような構成及び動作を行う本実施形態のフォトダイオード２５０では、次のような効果が得られる。一般に、フォトダイオードは、例えばＰＮ接合等のように２種類の半導体を接合して構成され、この接合領域（アクティブ領域）に光が照射されることにより、光電子変換を行う。このようなフォトダイオードにおいて、その応答速度を上げるためには、次の２つの手法が考えられる。
（１）キャリアが電極に移動するまでの時間を短縮する。
（２）空乏層の容量を小さくする。
【０２０８】
上記（１）の項目を達成するためには、空乏層の厚さを薄くする必要がある。しかしながら、単純に空乏層の厚さを薄くすると、空乏層の容量が大きくなり、上記（２）の項目を達成することとができない。すなわち、上記（１）と（２）の項目は相反する関係にある。
【０２０９】
上記２つの項目を同時に達成するためには、空乏層の厚みを薄くするとともに、アクティブ領域のサイズを小さくする必要がある。しかしながら、アクティブ領域のサイズを小さくすると、受光感度が劣化する。それゆえ、上記２つの項目を同時に達成するためにアクティブ領域のサイズを小さくした場合には、狭いアクティブ領域に効率よく光を集中して照射する手段が必要となる。
【０２１０】
それに対して、本実施形態では、光学素子６０で生成した、微小なスポット径を有し且つ高強度の近接場光をＳｉメサ構造部２５２内のアクティブ領域に入射することができる。それゆえ、本実施形態のフォトダイオード２５０では、アクティブ領域を狭くしても効率よく光を集中してアクティブ領域に照射することができ、上記２つの項目を同時に達成することができる。その結果、本実施形態のフォトダイオード２５０では、受光感度を低下させることなく、応答速度を向上させることができる。
【０２１１】
また、図４５に示すように入射光１００として直線偏光の光を用い、その偏光方向が第１導電性膜６２及び第２導電性膜６６の対向方向である場合、次のような効果が得られる。第２の実施形態のシミュレーション解析で説明したように、本実施形態の光学素子６０で発生する近接場光の電界強度は、近接場光の発生部を円形開口部とする場合（比較例１または非特許文献１の構成）に比べて大きくなる。それゆえ、本実施形態では、例えば非特許文献１で提案されているような構成のフォトダイオードに比べて、より微小径で且つ強度の強い近接場光をＳｉメサ構造部２５２内のアクティブ領域に照射することができる。
【０２１２】
さらに、本実施形態のフォトダイオード２５０で用いる光学素子６０は、入射光１００の偏光方向によって、発生する近接場光の電界強度が変化する。すなわち、本実施形態のフォトダイオード２５０の応答は、入射光１００の偏光方向に対して依存性を有する。この性質を利用すると、本実施形態のフォトダイオード２５０を、入射光１００の偏光方向の検出を超高速で行うことができる光検出器として使用することができる。
【０２１３】
なお、本実施形態では、上述のように、入射光として偏光方向に異方性を有する光を用いることができるが、円偏光やランダム偏光の入射光を用いることもできる。入射光の偏光方向が一意に定まらない場合であっても、次の条件を満たすような場合には、本実施形態のフォトダイオード２５０を通常の光検出器として使用可能である。例えば、第１導電性膜６２及び第２導電性膜６６の対向方向における電界成分をＥｘとし、それに垂直な方向の電界成分をＥｙとし、所定の観測（光検出）時間内における各電界成分の時間平均をそれぞれＥｘａｖｅ及びＥｙａｖｅとする。この場合、Ｅｘａｖｅ＝Ｅｙａｖｅを満たすような系であれば通常の光検出器として使用可能である。
【０２１４】
なお、図４４及び４５に示す例では、第２の実施形態の光学素子６０をフォトダイオード２５０に適用する例を説明したが、本発明はこれに限定されない。本実施形態では、例えば、上記第１の実施形態で説明した光学素子や、上記種々の変形例で説明した光学素子等を適用することもでき、その場合においても本実施形態と同様の効果が得られる。
【０２１５】
また、本実施形態では、本発明の光学素子の出射光の受光部として、例えばＰＮ接合等のように２種類の半導体を接合して構成されたＳｉメサ構造部２５２を用いる例を説明したが、本発明はこれに限定されない。光学素子の出射光を受光して、その受光した光を電気信号に変換することが可能な受光機構であれば、任意の受光機構を用いることができる。
【符号の説明】
【０２１６】
１，６１，２２３…基体、２，２２４…導電性膜、２ａ，６２ａ，６６ａ，２２４ａ…エッジ部、２ｔ，６２ｔ，６６ｔ…先端、３，６３，６７，２２６…凸部、４，６４，６８，２２７…凹部、５，６５，６９，２２８…凹凸パターン、１０，６０，２２２…光学素子、６２…第１導電性膜、６６…第２導電性膜、１００，２３０…入射光、１０１，２３１…偏光方向、２００，２４０…記録媒体、２１０…記録再生装置、２１１…浮上スライダヘッド、２１３…ヘッドアクチュエータ、２１４…スピンドル、２１６…スライダ本体、２２０…光ヘッド、２２１…光源、２２５…光透過性膜、２５０…フォトダイオード、２５１…カソード電極、２５２…Ｓｉメサ構造部
【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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【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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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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