(57)【要約】【課題】表面プラズモンエンハンス効果を利用した光学素子において、出力強度（光パワー利用効率）をより増大させる。【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導電性膜２とを備える構成とする。そして、導電性膜２が、開口幅に異方性を有し且つ開口幅が最小となる方向と直交する方向の開口幅が最小開口幅より大きい開口部２ａを有する構成とする。さらに、導電性膜２が、開口部２ａの開口幅が最小となる方向において開口部２ａの中心に対して対称となるように基体１側の表面に形成された所定周期の凹凸パターン５を有する構成とする。【選択図】図２
2011023088.tif 000002
【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、
開口幅に異方性を有し且つ開口幅が最小となる方向と直交する方向の開口幅が最小開口幅より大きい開口部、並びに、該開口部の開口幅が最小となる方向において該開口部の中心に対して対称となるよう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、前記基体の一方の表面に形成された導電性膜と
を備える光学素子。
【請求項２】
前記凹凸パターンが、前記開口部の中心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、前記開口部の最小開口幅を画成する前記導電性膜の一対の端部である
請求項１に記載の光学素子。
【請求項４】
前記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】
前記導電性膜のサイズが、前記導電性膜の位置における前記入射光のスポットサイズより大きい
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】
前記開口部の最小開口幅を画成する前記導電性膜の一対の端部がともに凸状である
請求項１に記載の光学素子。
【請求項９】
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、前記導電性膜の前記開口部の開口幅が最小となる方向と一致する
請求項１に記載の光学素子。
【請求項１０】
前記導電性膜の前記開口部の最小開口幅を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１に記載の光学素子。
【請求項１１】
入射光に対して光透過性を有する基体と、開口幅に異方性を有し且つ開口幅が最小となる方向と直交する方向の開口幅が最小開口幅より大きい開口部、並びに、該開口部の開口幅が最小となる方向において該開口部の中心に対して対称となるよう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、前記基体の一方の表面に形成された導電性膜と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１２】
入射光に対して光透過性を有する基体と、開口幅に異方性を有し且つ開口幅が最小となる方向と直交する方向の開口幅が最小開口幅より大きい開口部、並びに、該開口部の開口幅が最小となる方向において該開口部の中心に対して対称となるよう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、前記基体の一方の表面に形成された導電性膜と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 Ishiet 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導電性膜とを備える構成とする。そして、導電性膜は、開口幅に異方性を有し且つ開口幅が最小となる方向に直交する方向の開口幅が最小開口幅より大きい開口部を有する構成とする。さらに、導電性膜は、開口部の開口幅が最小となる方向において該開口部の中心に対して対称となるように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する構成とする。
【００１３】
本発明の光学素子では、導電性膜に形成された開口部は、その開口幅に異方性を有し、開口幅が最小となる方向と直交する方向の開口幅が最小開口幅より大きくなる。そして、本発明の光学素子では、入射光が照射された際には、主に、導電性膜に形成された開口部の最小開口幅を画成する端部間の領域に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。それゆえ、本発明の光学素子では、開口部の端部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、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、導電性膜に形成された開口部の最小開口幅を画成する端部間の領域において、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。この際、本発明では、導電性膜の開口部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】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】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】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】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】比較例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】変形例１−１の光学素子における導電性膜の概略断面図である。
【図１４】変形例１−２の光学素子における導電性膜の概略断面図である。
【図１５】変形例１−３の光学素子における導電性膜の概略断面図である。
【図１６】変形例１−４の光学素子における導電性膜の概略断面図である。
【図１７】変形例２−１の光学素子における導電性膜の最内凸部の概略構成図である。
【図１８】変形例２−２の光学素子における導電性膜の最内凸部の概略構成図である。
【図１９】変形例２−３の光学素子における導電性膜の最内凸部の概略構成図である。
【図２０】変形例２−４の光学素子における導電性膜の最内凸部の概略構成図である。
【図２１】変形例２−５の光学素子における導電性膜の最内凸部の概略構成図である。
【図２２】変形例３−１の光学素子の概略下面図である。
【図２３】変形例３−２の光学素子の概略下面図である。
【図２４】変形例４−１の光学素子の概略下面図である。
【図２５】変形例４−２の光学素子の概略下面図である。
【図２６】変形例５の光学素子の概略下面図である。
【図２７】第２の実施形態に係る記録再生装置の概略構成図である。
【図２８】第２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２９】第２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３０】第２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３１】第３の実施形態に係る光検出器の概略構成図である。
【図３２】第３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：本発明の光学素子の構成例
２．第２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
３．第３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、その一方の表面に形成された導電性膜２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の略中央には、略ボウタイ状の開口部２ａ（貫通穴）か形成される。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。なお、導電性膜２のサイズは、入射光１００の最大スポット径より大きくなるように構成される。
【００３３】
凹凸パターン５は、幅一定のリング状の凸部３と、幅一定のリング状の凹部４と、最内周の凹部４ａの内周側に接して設けられた表面が扇形状の一対の凸部３ａ（以下、最内凸部という）とで構成される。
【００３４】
リング状の凸部３及び凹部４は、開口部２ａの中心に対して交互に同心円状に配置され、凹凸パターン５の周期構造の基点は一対の最内凸部３ａの先端部（頂角部）とする。また、本実施形態では、一対の最内凸部３ａは、互いの頂角部が所定方向（図２（ａ）ではｘ方向）において所定距離ｇだけ離れて対向するように配置する。なお、一対の最内凸部３ａの対向方向における最内凸部３ａの長さは、リング状の凸部３の幅と同じ値である。また、一対の最内凸部３ａ間の距離ｇは入射光１００の実空間波長λａ（基体１内での空間波長）より小さくする。
【００３５】
開口部２ａは、一対の最内凸部３ａの三角状に突出した辺部（凸状の端部）と、その一対の辺部を繋ぐ最内周の凹部４ａの内周側の円弧状の一対の辺部とで画成される。なお、開口部２ａを画成する一対の最内凸部３ａの三角状の辺部は、その対向方向に直交する方向（図２（ａ）ではｙ方向）に対称形状を有する。
【００３６】
また、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（最内凸部３ａ）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）。例えば、凹凸パターン５の周期Ｔｇは、導電性膜２の最内凸部３ａ間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、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。
【００３７】
なお、本実施形態では、導電性膜２の凹凸パターンの最内周部は凸部（最内凸部３ａ）としたが、本発明はこれに限定されず、導電性膜２の凹凸パターンの最内周部を扇状の凹部４で構成し、リング状の凸部３及び凹部４の配置を本実施形態とは反転させてもよい。
【００３８】
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（先端部）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。
【００３９】
なお、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、その面が開口部２ａに露出する基体１の表面と面一になるように構成する。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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の一対の最内凸部３ａの対向方向（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。
【００４５】
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。
【００４６】
図４に、本実施形態の光学素子１０における導電性膜２と、入射光１００の照射位置との好ましい位置関係を示す。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の一対の最内凸部３ａの先端部に最も強い表面プラズモンを励起する。そのためには、入射光１００の強度ピーク部１００ａ（光スポット中心）を一対の最内凸部３ａ間の中央（開口部２ａの中心）に合わせることが好ましい。
【００４７】
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。
【００４８】
［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。
【００４９】
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方向の成分を有する場合、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。
【００５０】
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の最内凸部３ａの先端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、リング状の凸部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の最内凸部３ａの先端部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の最内凸部３ａの先端部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の最内凸部３ａの先端部に向かう方向にも伝搬する（図６中の破線矢印）。
【００５１】
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の最内凸部３ａの先端部で発生した表面プラズモンＳＰ１と同相で重なる。その結果、最内凸部３ａの先端部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の一対の最内凸部３ａ間の領域に、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。
【００５２】
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の一対の最内凸部３ａ間の領域に微小スポット径を有し且つ強度の強い光を生成することができる。
【００５３】
また、本実施形態では、表面プラズモンが集中する領域（最内凸部３ａの先端部）には、入射光１００の偏光方向１０１と略平行となる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。
【００５４】
さらに、本実施形態の光学素子１０では、最内周の凹部４ａの内周径、すなわち、凹凸パターン５の周期方向に直交する方向（図２ａ（ａ）中のｙ方向）における開口部２ａの開口幅ｈを適宜調整することにより、出射光強度をさらに増大させることが可能になる。入射光１００が導電性膜２に照射されると、入射光１００は、開口部２ａを画成する最内周の凹部４ａの辺部で散乱される。そこで、最内周の凹部４ａの内周径ｈを適宜調整することにより、入射光１００の散乱光を開口部２ａの中心に向かって位相を合わせて集光させることができる。この場合、一対の最内凸部３ａ間の領域への入射光１００に、さらに散乱光が加わるので、開口部２ａからの出射光の強度がさらに増大する。
【００５５】
［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。
【００５６】
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）。
【００５７】
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の一対の最内凸部３ａ間の中央（開口部２ａの中心）と一致するように入射光１００を照射する場合を考える。
【００５８】
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）。図８（ａ）及び（ｂ）に、比較例の光学素子１５０に対して行う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。
【００５９】
比較例の光学素子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。
【００６０】
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の最内凸部３ａの頂角θは９０度とする。
【００６１】
【表１】
2011023088.tif 000003
【００６２】
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、比較例の光学素子１５０の円形開口部１５６の径、及び、本実施形態の光学素子１０における導電性膜２の一対の最内凸部３ａ間の距離である（図７（ｂ）及び図８（ｂ）参照）。
【００６３】
まず、比較例の光学素子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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
また、図１１に、比較例の光学素子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。
【００６９】
上記図９〜図１１の特性から明らかなように、比較例の光学素子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。
【００７０】
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。
【００７１】
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の一対の最内凸部３ａ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。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の一対の最内凸部３ａ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。
【００７２】
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１９．６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３０ｎｍであり、ｙ方向における半値幅は３８ｎｍであった。
【００７３】
ここで、上述した本実施形態の光学素子１０の解析結果と、比較例の光学素子１５０の解析結果とを比較する。上述のように、比較例の光学素子１５０では、円形開口部１５６の径が５０ｎｍである場合に、電界強度に明確な（大きな）ピークが現れなくなり、微小なスポット径を有する光を生成することができなくなる。それに対して、本実施形態の光学素子１０では、一対の最内凸部３ａ間の間隔ｇを１２ｎｍにしても、微小なスポット径を有し且つ高強度の光が出射される。すなわち、本実施形態では、ギャップ長ｇを入射光１００の波長の約１／１０以下にしても、十分高強度の光を生成することができる。
【００７４】
このことはまた、本実施形態では、入射光１００の必要なパワーを大幅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より向上させることも可能になる。これは、本実施形態では、出射光が発生する導電性膜２の開口部２ａの形状を円形状にしないことにより、開口部２ａを画成する導電性膜２の端部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。
【００７５】
［変形例１］
上記第１の実施形態の光学素子１０では、導電性膜２の凹凸パターン５の断面形状を矩形波状とし、凸部３及び凹部４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１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。
【００７６】
図１３〜１６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１−１〜１−４）を示す。なお、図１３〜１６は、各変形例の導電性膜の凹凸パターンの周期方向（図１３〜１６中のｘ方向）に沿った概略断面図である。
【００７７】
図１３（変形例１−１）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１３に示す導電性膜３０では、斜面部３１ａ及び斜面部３１ｂは周期方向（図１３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。
【００７８】
図１４（変形例１−２）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１４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１４中のｘ方向）において交互に配置する。
【００７９】
図１５（変形例１−３）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１５に示す導電性膜３４の断面形状を円弧突起状という。
【００８０】
また、図１６（変形例１−４）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１６に示す導電性膜３６の断面形状を円弧溝状という。
【００８１】
図１３〜１６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。
【００８２】
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１−１〜１−４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１−１〜１−４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１−１〜１−４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。
【００８３】
［変形例２］
上記第１の実施形態では、導電性膜２の最内凸部３ａの表面形状を扇状とし、そのエッジ部の先端部をＬ字状（三角状）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。例えば必要とするスポット径、用途等に応じて、最内凸部３ａの先端部を任意の形状で構成することができる。変形例２では、最内凸部３ａの先端部の種々の構成例について説明する。
【００８４】
図１７〜２１に、導電性膜の最内凸部３ａの先端部の種々の構成例（変形例２−１〜２−５）を示す。なお、図１７〜２１において、第１の実施形態（図２（ａ）及び（ｂ））の構成と同様の構成には同じ符号を付して示す。
【００８５】
図１７（変形例２−１）に示す光学素子４０では、導電性膜の最内凸部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、その途中で最内凸部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、最内凸部４１の先端部４１ｔの接線方向（図１７中のｙ方向）に直交する方向（図１７中のｘ方向）に対して対称である。
【００８６】
図１８（変形例２−２）に示す光学素子４２では、最内凸部４３のエッジ部４３ａの形状を半楕円形状とする。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。
【００８７】
図１９（変形例２−３）に示す光学素子４４では、最内凸部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１９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、この光学素子４４では、エッジ部４５ａの先端部４５ｔを含む辺部４５ｂは、エッジ部４５ａの延在方向（図１９中のｘ方向）に対して平坦とする。それゆえ、図１９に示す最内凸部４５では、エッジ部４５ａの頂角θは、１８０度となる。
【００８８】
図２０（変形例２−４）に示す光学素子４６では、その最内凸部４７の構成を、第１の実施形態において最内凸部３ａの先端部を所定幅で平坦にした構成とする。すなわち、図２０に示す例では、最内凸部４７のエッジ部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の両端から最内凸部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。なお、図２０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。
【００８９】
図２１（変形例２−５）に示す光学素子４８では、その最内凸部４９の構成を、第１の実施形態において最内凸部３ａの先端部を円弧状にした構成とする。すなわち、図２１に示す例では、最内凸部４９のエッジ部４９ａは、先端部４９ｔを含む円弧状の辺部４９ｂと、その辺部４９ｂの両端から最内凸部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。なお、図２１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。
【００９０】
［変形例３］
上記第１の実施形態では、導電性膜２に形成された開口部２ａは、略ボウタイ状の開口部とし、一対の最内凸部３ａの凸状の辺部と、最内周の凹部４の対向する内周側の円弧状の一対の辺部とで画成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、用途等に応じて開口部を任意の形状にすることができる。変形例３では、導電性膜の開口部の種々の構成例について説明する。
【００９１】
図２２に、導電性膜の開口部の第１の変形例（変形例３−１）の概略構成を示す。なお、図２２は、変形例３−１の光学素子５０の下面図であり、ここでは、説明を簡略化するため、開口部５２近傍の領域のみを示す。また、図２２において、第１の実施形態の光学素子１０（図２（ａ））と同様の構成には同じ符号を付して示す。
【００９２】
図２２に示す例では、最内周の凹部４ａの内周側に表面が円形状の最内凸部５１を設け、その最内凸部５１の中央に矩形状の開口部５２を形成する。また、リング状の凸部３及びリング状の凹部４からなる凹凸パターン５は、開口部５２を画成する一対の長辺部５２ａの対向方向（図２２中のｘ方向）において、各長辺部５２ａ上の中間点を基点として所定周期となるように構成される。それ以外は、第１の実施形態と同様の構成である。
【００９３】
ただし、本発明はこれに限定されず、開口部５２を画成する一対の長辺部５２ａ間の距離は通常微小であるので、凹凸パターン５の基点を一対の長辺部５２ａ間の中央（開口部５２の中心）としてもよい。
【００９４】
なお、図２２に示す光学素子５０に、偏光方向に異方性を有する入射光を照射する場合、その入射光の主たる偏光方向が、開口部５２の長辺部５２ａの対向方向（図２２中のｘ方向）と一致するように照射する。これにより、開口部５２の長辺部５２ａ間に微少で且つ高強度の光を生成することができる。
【００９５】
図２３に、導電性膜の開口部の第２の変形例（変形例３−２）の概略構成を示す。なお、図２３は、変形例３−２の光学素子６０の下面図であり、ここでは、説明を簡略化するため、開口部６２近傍の領域のみを示す。また、図２３において、第１の実施形態の光学素子１０（図２（ａ））と同様の構成には同じ符号を付して示す。
【００９６】
図２３に示す例では、最内周の凹部４ａの内周側に表面が円形状の最内凸部６１を設け、その最内凸部６１の中央にボウタイ状の開口部６２を形成する。
【００９７】
ボウタイ状の開口部６２は、所定方向（図２３中のｘ方向）において、互いに三角状（凸状）に突出した一対の第１辺部６２ａと、一対の第１辺部６２ａを繋ぐ一対の第２辺部６２ｂとで構成される。一対の第１辺部６２ａは、その対向方向に直交する方向（図２３中のｘ方向）に対して対称である。一方、一対の第２辺部６２ｂは、ともに直線状であり且つ互いに平行である。
【００９８】
また、図２３に示す例では、リング状の凸部３及び凹部４からなる凹凸パターン５は、開口部６２を画成する一対の第１辺部６２ａの対向方向（図２３中のｘ方向）において、各第１辺部６２ａの先端部６２ｔを基点として所定周期となるように構成される。すなわち、この例では、凹凸パターン５の周期は、各第１辺部６２ａの先端部６２ｔを基点として、凹凸パターン５上で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。それ以外は、第１の実施形態と同様の構成である。
【００９９】
なお、本発明はこれに限定されず、開口部６２を画成する一対の第１辺部６２ａの先端部６２ｔ間（ギャップ）の距離は通常微小であるので、凹凸パターン５の基点をギャップの中央（開口部６２の中心）としてもよい。
【０１００】
また、図２３に示す光学素子６０に、偏光方向に異方性を有する入射光を照射する場合、その入射光の主たる偏光方向が、開口部６２の一対の第１辺部６２ａの対向方向（図２２中のｘ方向）と一致するように照射する。これにより、一対の三角状の第１辺部６２ａ間に微少で且つ高強度の光を生成することができる。
【０１０１】
［変形例４］
上記第１の実施形態及び変形例１〜３では、導電性膜の基体側表面に形成する凹凸パターンを、所定幅を有するリング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。凹凸パターン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、凹凸パターンを直線帯状の凸部及び凹部で構成してもよい。変形例４では、そのような構成例について説明する。
【０１０２】
図２４に、凹凸パターンの第１の変形例（変形例４−１）の概略構成を示す。なお、図２４は、この例の光学素子７０の下面図であり、ここでは、説明を簡略化するため、開口部５２近傍の領域のみを示す。
【０１０３】
この例では、上述した変形例３−１の光学素子５０において、凹凸パターンの構成を変えた例を説明する。それゆえ、図２４において、変形例３−１の光学素子５０（図２２）と同様の構成には同じ符号を付して示す。
【０１０４】
この例では、導電性膜の基体側表面に形成される凹凸パターン７３は、幅一定の直線帯状の凸部７１と、幅一定の直線帯状の凹部７２と、幅一定の直線帯状の最内凸部７１ａとで構成される。そして、矩形状の開口部５２は、最内凸部７１ａの幅方向（図２４ではｘ方向）の中央に形成され、且つ、開口部５２を画成する一対の長辺部５２ａの対向方向が最内凸部７１ａの幅方向と一致するように形成される。
【０１０５】
また、この例では、凸部７１（最内凸部７１ａ）及び凹部７２の延在方向が、開口部５２を画成する長辺部５２ａの延在方向（図２４ではｙ方向）と一致するように配置される。そして、最内凸部７１ａの外側に配置される凸部７１及び凹部７２は、開口部５２を画成する一対の長辺部５２ａの対向方向において、各長辺部５２ａを基準（基点）として所定周期となるように構成される。すなわち、この例では、凹凸パターン７３の周期は、開口部５２を画成する２つの長辺部５２ａを基点として、凹凸パターン７３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。
【０１０６】
より具体的には、図２４上において、開口部５２の右側に配置される凸部７１及び凹部７２の周期は、開口部５２の右側の長辺部５２ａを基点として、凹凸パターン７３上に表面プラズモンエンハンス効果が発生するように適宜設定される。一方、開口部５２の左側に配置される凸部７１及び凹部７２の周期は、開口部５２の左側の長辺部５２ａを基点として、凹凸パターン７３上に表面プラズモンエンハンス効果が発生するように適宜設定される。それ以外は、第１の実施形態と同様の構成である。
【０１０７】
ただし、本発明はこれに限定されず、開口部５２を画成する一対の長辺部５２ａ間の距離は通常微小であるので、凹凸パターン７３の基点を一対の長辺部５２ａ間の中央（開口部５２の中心）としてもよい。
【０１０８】
なお、図２４に示す光学素子７０に、偏光方向に異方性を有する入射光を照射する場合、その入射光の主たる偏光方向が、開口部５２の一対の長辺部５２ａの対向方向（図２４中のｘ方向）と一致するように照射する。これにより、開口部５２の一対の長辺部５２ａ間に微少で且つ高強度の光を生成することができる。
【０１０９】
図２５に、凹凸パターンの第２の変形例（変形例４−２）の概略構成を示す。なお、図２５は、この例の光学素子８０の下面図であり、ここでは、説明を簡略化するため、開口部６２近傍の領域のみを示す。
【０１１０】
この例では、上述した変形例４−１の光学素子７０において、開口部の形状として、上述した３−２の開口部６２の形状を適用した例を説明する。それゆえ、図２５において、変形例４−１の光学素子７０（図２４）及び変形例３−２の光学素子６０（図２３）と同様の構成には同じ符号を付して示す。
【０１１１】
この例では、直線帯状の最内凸部７１ａの幅方向（図２５ではｘ方向）の中央に、ボウタイ状の開口部６２が形成される。この際、ボウタイ状の開口部６２を画成する一対の三角状の第１辺部６２ａの対向方向（図２５中のｘ方向）が、凸部７１及び凹部７２の延在方向と直交するように形成される。
【０１１２】
そして、最内凸部７１ａの外側に配置される凸部７１及び凹部７２は、開口部６２を画成する一対の第１辺部６２ａの対向方向において、各第１辺部６２ａの先端部６２ｔを基点として所定周期となるように構成される。具体的には、図２５上において、開口部６２の右側に配置される凸部７１及び凹部７２の周期は、開口部６２の右側の三角状の第１辺部６２ａの先端部６２ｔを基点として、凹凸パターン７３上に表面プラズモンエンハンス効果が発生するように適宜設定される。一方、開口部６２の左側に配置される凸部７１及び凹部７２の周期は、開口部６２の左側の三角状の第１辺部６２ａの先端部６２ｔを基点として、凹凸パターン７３上に表面プラズモンエンハンス効果が発生するように適宜設定される。それ以外は、第１の実施形態と同様の構成である。
【０１１３】
ただし、本発明はこれに限定されず、開口部６２を画成する一対の第１辺部６２ａ間の距離は通常微小であるので、凹凸パターン７３の基点を一対の第１辺部６２ａ間の中央（開口部６２の中心）としてもよい。
【０１１４】
なお、図２５に示す光学素子７０に、偏光方向に異方性を有する入射光を照射する場合、その入射光の主たる偏光方向が、開口部６２の一対の第１辺部６２ａの対向方向（図２５中のｘ方向）と一致するように照射する。これにより、開口部６２の一対の第１辺部６２ａ間に微少で且つ高強度の光を生成することができる。
【０１１５】
また、変形例４−１及び４−２の光学素子では、導電性膜の凹凸パターンの断面形状を、第１の実施形態と同様に矩形波状としてもよいし、変形例１で説明した種々の断面形状で構成してもよい。
【０１１６】
［変形例５］
上記変形例４では、凹凸パターンを所定方向にのみ周期性を持たせ、それを構成する凸部及び凹部の延在方向の長さが、その延在方向における開口部の開口幅より長い例を説明したが、本発明はこれに限定されない。
【０１１７】
変形例４に示す構成の光学素子では、表面プラズモンは、凸部及び凹部の延在方向に直交する方向に伝搬する。しかしながら、凸部及び凹部の延在方向において、開口部の外側で発生する表面プラズモンは、開口部に伝搬されず、開口部での光の生成に実質寄与しない。それゆえ、変形例４に示す構成の光学素子では、凸部及び凹部の延在方向の長さが、少なくともその延在方向における開口部の開口幅と同じ長さであればよい。変形例５では、凹部の延在長さをその延在方向における開口部の開口幅と等しくした場合の構成例を説明する。
【０１１８】
図２６に、この例の光学素子の概略下面図を示す。なお、図２６には、説明を簡略化するため、開口部５２近傍の領域のみを示す。
【０１１９】
この例では、上述した変形例４−１の光学素子７０において、導電性膜の凹部７２の延在長さを短くした例を示す。それゆえ、図２６において、変形例４−１の光学素子７０（図２４）と同様の構成には同じ符号を付して示す。
【０１２０】
この例の光学素子９０では、導電性膜の基体側表面に形成される凹凸パターン９３を構成する凹部９２の延在方向（図２６ではｙ方向）の長さを、矩形状の開口部５２の長辺部５２ａの長さと同じにする。それ以外は、変形例４−１と同じ構成である。このような構成にすると、凹凸パターン９３上で発生する表面プラズモンエンハンス効果に実質寄与する凸部９１は、凹部９２間の領域となる。
【０１２１】
このような構成であっても、表面プラズモンエンハンス効果に実質寄与する領域には凹凸パターン９３が形成されているので、開口部５２の出射光の強度を増大させることができる。
【０１２２】
なお、図２６には、凹部９２の延在方向の長さを、矩形状の開口部５２の長辺部５２ａの長さと同じにする例を示したが、本発明はこれに限定されず、凸部９１の延在方向の長さを、矩形状の開口部５２の長辺部５２ａの長さと同じにしてもよい。
【０１２３】
＜２．第２の実施形態＞
第２の実施形態では、上記第１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。
【０１２４】
［記録再生装置の構成］
図２７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。
【０１２５】
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２９参照）。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。
【０１２６】
図２８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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
図２９及び３０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２９は、光ヘッド２２０の概略断面図であり、図３０は、光ヘッド２２０の概略下面図である。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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、後述する導電性膜２２４の一対の最内凸部２２６ａの対向方向（図３０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。
【０１３２】
光学素子２２２は、上述した第１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２９及び３０には、光学素子２２２として、第１の実施形態の光学素子（図２（ａ）及び（ｂ））と同様の構成の光学素子を用いた例を示す。
【０１３３】
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。
【０１３４】
基体２２３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と同様の構成である。基体２２３の形成材料としては、第１の実施形態で説明した基体１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。
【０１３５】
導電性膜２２４は、第１の実施形態の導電性膜２と同様の構成である。すなわち、導電性膜２２４の略中央には略ボウタイ状の開口部２２４ａか形成されており、導電性膜２２４の基体２２３側の表面には所定周期の凹凸パターン２２８が形成される。そして、凹凸パターン２２８は、幅一定のリング状の凸部２２６と、幅一定のリング状の凹部２２７と、最内周の凹部２２７ａの内周側に接して設けられた表面が扇形状の一対の最内凸部２２６ａとで構成される。なお、凸部２２６及び凹部２２７は開口部２２４ａの中心に対して交互に同心円状に配置される。また、一対の最内凸部２２６ａの頂角部が所定方向（図３０ではｘ方向）において所定距離だけ離れて対向するように、一対の最内凸部２２６ａは配置される。
【０１３６】
また、導電性膜２２４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。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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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を介して導電性膜２２４に入射される。これにより、導電性膜２２４の表面で表面プラズモンエンハンス効果は発生し、導電性膜２２４の一対の最内凸部２２６ａの先端部に光のエネルギーが集中する。この結果、一対の最内凸部２２６ａ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３０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。
【０１３９】
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を介して導電性膜２２４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からの出射光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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
［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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
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。
【０１４６】
なお、図２９及び３０に示す例では、光学素子２２２として第１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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
＜３．第３の実施形態＞
第３の実施形態では、上記第１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。
【０１４９】
［光検出器の構成］
図３１に、本実施形態の光検出器の概略構成を示す。また、図３２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。
【０１５０】
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１０と、カソード電極２５１と、光学素子１０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。
【０１５１】
本実施形態では、光学素子１０として、第１の実施形態の光学素子を用いる。それゆえ、図３１及び３２において、第１の実施形態（図２（ａ）及び（ｂ））と同じ構成には、同じ符号を付して示す。また、ここでは光学素子１０の構成の説明は省略する。
【０１５２】
なお、本実施形態では、光学素子１０の導電性膜２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。また、本実施形態では、光学素子１０に入射される入射光１００は直線偏光の光とし、その偏光方向は、図３１及び３２に示すように、導電性膜２の一対の最内凸部３ａの対向方向（図３１及び３２中のｘ方向）とする。
【０１５３】
カソード電極２５１は、光学素子１０の導電性膜２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。
【０１５４】
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１０の導電性膜２の開口部２ａの直下に、光学素子１０と接して配置され、導電性膜２の開口部２ａのギャップ１０ａ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。
【０１５５】
［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１０に入射光１００が照射されると、導電性膜２の開口部２ａのギャップ１０ａ近傍に近接場光が発生する。この際、導電性膜２の基体１側の表面には所定周期の凹凸パターン５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１０ａ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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
上記２つの項目を同時に達成するためには、空乏層の厚さ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。
【０１５９】
それに対して、本実施形態では、光学素子１０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。
【０１６０】
また、図３２に示すように入射光１００として直線偏光の光を用い、その偏光方向が導電性膜２の一対の最内凸部３ａの対向方向である場合、次のような効果が得られる。第１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１０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。
【０１６１】
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１０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。
【０１６２】
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、導電性膜２の一対の最内凸部３ａ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。
【０１６３】
なお、図３１及び３２に示す例では、第１の実施形態の光学素子１０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。
【０１６４】
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】
【０１６５】
１，２２３…基体、２，２２４…導電性膜、２ａ，２２４ａ…開口部、３，２２６…凸部、３ａ，２２６ａ…最内凸部、４，２２７…凹部、５，２２８…凹凸パターン、１０，２２２…光学素子、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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