(57)【要約】【課題】伝播効率の伝播方向による依存性を低減することができ、構成の自由度を向上させ、あるいは従来においては作製困難な構成を容易に作製することが可能となるプラズモンポラリトンの導波方法及び励起法、導波路、これらによる素子等を提供する。【解決手段】本発明のプラズモンポラリトンの導波方法等は、少なくとも第一の微小金属粒子１０１と第二の微小金属粒子１０２とを含む複数の微小金属粒子を光の波長以下の距離に近接して配置し、前記第一の微小金属粒子上に励起されたプラズモンポラリトンを、前記第二の微小金属粒子上に伝播させるプラズモンポラリトンの導波方法であって、該第一の微小金属粒子の表面に、該表面を周回して移動する表面電荷１０４を発生させ、プラズモンポラリトンを伝播させるように構成されている。【選択図】            図１
2005351941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第一の微小金属粒子と第二の微小金属粒子とを含む複数の微小金属粒子を光の波長以下の距離に近接して配置し、前記第一の微小金属粒子上に励起されたプラズモンポラリトンを、前記第二の微小金属粒子上に伝播させるプラズモンポラリトンの導波方法であって、
前記第一の微小金属粒子上にプラズモンポラリトンが励起される際に、該第一の微小金属粒子の表面に、該表面を周回して移動する表面電荷を発生させ、プラズモンポラリトンを伝播させることを特徴とするプラズモンポラリトンの導波方法。
【請求項２】
前記第一の微小金属粒子上に励起されるプラズモンポラリトンが、ローカルプラズモン、または表面プラズモンポラリトンであることを特徴とする請求項１に記載のプラズモンポラリトンの導波方法。
【請求項３】
少なくとも第一の微小金属粒子と第二の微小金属粒子とを含む複数の微小金属粒子を光の波長以下の距離に近接して配置し、前記第一の微小金属粒子上に励起されたプラズモンポラリトンを、前記第二の微小金属粒子上に伝播させる際に、該第一の微小金属粒子上へプラズモンポラリトンを励起させるプラズモンポラリトンの励起方法であって、
前記第一の微小金属粒子上へのプラズモンポラリトンの励起が、
前記第一の微小金属粒子の近接配置された表面プラズモンポラリトン導波路を用いて行われ、
または、前記第一の微小金属粒子に対して円偏光を照射して行われ、
または、前記第一の微小金属粒子に近接配置された微小金属粒子に対する第１の直線偏光の照射によって励起されるプラズモンポラリトンと、前記第一の微小金属粒子に近接配置された他の微小金属粒子に対する該第１の直線偏光と直交する偏波面を有する直線偏光の照射によって励起されるプラズモンポラリトンとの位相が、略π／２ずれるようにして行われる、
ことを特徴とするプラズモンポラリトンの励起方法。
【請求項４】
前記第一の微小金属粒子は、その周囲の長さが該微小金属粒子の表面に発生する表面プラズモンポラリトンの波長の略整数倍であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラズモンポラリトンの励起方法。
【請求項５】
前記光の波長以下の距離に近接して配置される複数の微小金属粒子は、その形状が略リング状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のプラズモンポラリトンの励起方法。
【請求項６】
少なくとも第一の微小金属粒子と第二の微小金属粒子とを含む複数の微小金属粒子を光の波長以下の距離に近接して配置し、前記第一の微小金属粒子上に励起されたプラズモンポラリトンを、前記第二の微小金属粒子上に伝播させる際に、該第一の微小金属粒子上へプラズモンポラリトンを励起させるプラズモンポラリトンの導波路であって、
前記プラズモンポラリトンの導波路は、前記第一の微小金属粒子の側方に該第一の微小金属粒子と非平行に、該第一の微小金属粒子から光の波長以下の距離に配置されていることを特徴とするプラズモンポラリトンの導波路。
【請求項７】
少なくとも第一の微小金属粒子と第二の微小金属粒子とを含む複数の微小金属粒子を光の波長以下の距離に近接して配置し、前記第一の微小金属粒子上に励起されたプラズモンポラリトンを、前記第二の微小金属粒子上に伝播させる際に、該第一の微小金属粒子上へプラズモンポラリトンを励起させる微小金属粒子からなるプラズモンポラリトン励起源であって、
前記プラズモンポラリトン励起源は、その微小金属粒子の表面に誘起される表面電荷の分極がある軸上で振動する第一及び第二の、二つのプラズモンポラリトン励起源を有し、
前記二つの励起源が、分極の振動方向は互いに平行ではなく、該二つの励起源の分極の振動は同周期で、且つ位相が相互に異なるように構成され、第一の微小金属粒子に近接して配置されていることを特徴とするプラズモンポラリトン励起源。
【請求項８】
請求項１〜２のいずれか１項に記載のプラズモンポラリトンの導波方法でプラズモンポラリトンを伝播させ、または請求項３〜５のいずれか１項に記載のプラズモンポラリトンの励起方法でプラズモンポラリトンを励起させてプラズモンポラリトンを伝播させる、プラズモンポラリトン導波路を含むことを特徴とする光素子。
【請求項９】
請求項１〜２のいずれか１項に記載のプラズモンポラリトンの導波方法でプラズモンポラリトンを伝播させ、または請求項３〜５のいずれか１項に記載のプラズモンポラリトンの励起方法でプラズモンポラリトンを励起させてプラズモンポラリトンを伝播させる、３つ以上のプラズモンポラリトン導波路が、少なくともひとつの微小金属粒子で結合されていて、
前記３つ以上のプラズモンポラリトン導波路のうち少なくとも一つが入力用導波路であり、他の一つが出力用導波路であることを特徴とする分岐素子。
【請求項１０】
請求項１〜２のいずれか１項に記載のプラズモンポラリトンの導波方法でプラズモンポラリトンを伝播させ、または請求項３〜５のいずれか１項に記載のプラズモンポラリトンの励起方法でプラズモンポラリトンを励起させてプラズモンポラリトンを伝播させる、３つ以上のプラズモンポラリトン導波路が、少なくともひとつの微小金属粒子で結合されていて、
前記３つ以上のプラズモンポラリトン導波路のうち少なくとも一つが入力用導波路であり、他の一つが出力用導波路であることを特徴とする合波素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズモンポラリトンの導波方法及び励起法、導波路、これらによる素子に関し、特に光通信や情報処理等に用いられるプラズモンポラリトンの導波方法及び励起法、導波路、これらによる素子等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信では、その特性を活かして今も高速化、大容量化が進められている。
微小光回路を構成する技術として、例えばフォトニック結晶がある。
フォトニック結晶は光をその波長程度の領域に閉じ込め、伝播させることが可能であるが、その作製の困難さなど、まだ解決すべき課題が山積している。
【０００３】
また、フォトニック結晶のように伝播光を扱うのではなく、金属・誘電体界面に発生する光と電子系の結合状態である表面プラズモンポラリトンを利用する研究も盛んになっている。
例えば、非特許文献１には微小金属粒子をナノオーダーの距離に配列し、これらの粒子に“プラズモンモード”を励起し信号伝達する技術が開示されている。
【非特許文献１】Ｈａｒｒｙ  Ａ．Ａｔｗａｔｅｒ  ｅｔ  ａｌ．Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ  ｖｏｌ６２．２４（２０００）Ｒ１６３５６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記非特許文献１に開示されているように、微小金属粒子に“プラズモンモード”を励起し、信号伝達に用いる場合、プラズモンモードによっては微小金属粒子に誘起される表面電荷分布が双極子であるため、微小金属粒子の配列が前記双極子に対して垂直な場合と平行な場合では、その伝達効率に差が生じてしまうこととなる。このように、信号伝達効率が方向依存性を持ってしまうと、微細な信号伝達回路等を構成する場合、回路構成の自由度を制約するため好ましい現象ではない。また、先述の双極子の向きを、微小金属粒子が配列されている基板平面と垂直にすることは、装置構成上困難である。
【０００５】
そこで、本発明は上記課題に鑑み、伝播効率の伝播方向による依存性を低減することができ、構成の自由度を向上させ、あるいは従来においては作製困難な構成を容易に作製することが可能となるプラズモンポラリトンの導波方法及び励起法、導波路、これらによる素子等を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下のように構成したプラズモンポラリトンの導波方法及び励起法、導波路、これらによる素子等を提供するものである。
すなわち、本発明のプラズモンポラリトンの導波方法は、少なくとも第一の微小金属粒子と第二の微小金属粒子とを含む複数の微小金属粒子を光の波長以下の距離に近接して配置し、前記第一の微小金属粒子上に励起されたプラズモンポラリトンを、前記第二の微小金属粒子上に伝播させるプラズモンポラリトンの導波方法であって、該第一の微小金属粒子の表面に、該表面を周回して移動する表面電荷を発生させ、プラズモンポラリトンを伝播させることを特徴としている。
また、本発明のプラズモンポラリトンの励起方法は、少なくとも第一の微小金属粒子と第二の微小金属粒子とを含む複数の微小金属粒子を光の波長以下の距離に近接して配置し、前記第一の微小金属粒子上に励起されたプラズモンポラリトンを、前記第二の微小金属粒子上に伝播させる際に、該第一の微小金属粒子上へプラズモンポラリトンを励起させるプラズモンポラリトンの励起方法であって、
前記第一の微小金属粒子上へのプラズモンポラリトンの励起が、
前記第一の微小金属粒子の近接配置された表面プラズモンポラリトン導波路を用いて行われ、
または、前記第一の微小金属粒子に対して円偏光を照射して行われ、
または、前記第一の微小金属粒子に近接配置された微小金属粒子に対する第１の直線偏光の照射によって励起されるプラズモンポラリトンと、前記第一の微小金属粒子に近接配置された他の微小金属粒子に対する該第１の直線偏光と直交する偏波面を有する直線偏光の照射によって励起されるプラズモンポラリトンとの位相が、略π／２ずれるようにして行われる、ことを特徴としている。
また、本発明のプラズモンポラリトンの導波路は、少なくとも第一の微小金属粒子と第二の微小金属粒子とを含む複数の微小金属粒子を光の波長以下の距離に近接して配置し、前記第一の微小金属粒子上に励起されたプラズモンポラリトンを、前記第二の微小金属粒子上に伝播させる際に、該第一の微小金属粒子上へプラズモンポラリトンを励起させるプラズモンポラリトンの導波路であって、前記プラズモンポラリトンの導波路は、前記第一の微小金属粒子の側方に該第一の微小金属粒子と非平行に、該第一の微小金属粒子から光の波長以下の距離に配置されていることを特徴としている。
また、本発明のプラズモンポラリトン励起源は、少なくとも第一の微小金属粒子と第二の微小金属粒子とを含む複数の微小金属粒子を光の波長以下の距離に近接して配置し、前記第一の微小金属粒子上に励起されたプラズモンポラリトンを、前記第二の微小金属粒子上に伝播させる際に、該第一の微小金属粒子上へプラズモンポラリトンを励起させる微小金属粒子からなるプラズモンポラリトン励起源であって、前記プラズモンポラリトン励起源は、その微小金属粒子の表面に誘起される表面電荷の分極がある軸上で振動する第一及び第二の、二つのプラズモンポラリトン励起源を有し、前記二つの励起源が、分極の振動方向は互いに平行ではなく、該二つの励起源の分極の振動は同周期で、且つ位相が相互に異なるように構成され、第一の微小金属粒子に近接して配置されていることを特徴としている。
また、本発明の光素子は、上記いずかのプラズモンポラリトンの導波方法でプラズモンポラリトンを伝播させ、または上記いずれかのプラズモンポラリトンの励起方法でプラズモンポラリトンを励起させてプラズモンポラリトンを伝播させる、プラズモンポラリトン導波路を含むことを特徴としている。
また、本発明の分岐素子は、上記いずかのプラズモンポラリトンの導波方法でプラズモンポラリトンを伝播させ、または上記いずれかのプラズモンポラリトンの励起方法でプラズモンポラリトンを励起させてプラズモンポラリトンを伝播させる、３つ以上のプラズモンポラリトン導波路が、少なくともひとつの微小金属粒子で結合されていて、
前記３つ以上のプラズモンポラリトン導波路のうち少なくとも一つが入力用導波路であり、他の一つが出力用導波路であることを特徴としている。
また、本発明の合波素子は、上記いずかのプラズモンポラリトンの導波方法でプラズモンポラリトンを伝播させ、または上記いずれかのプラズモンポラリトンの励起方法でプラズモンポラリトンを励起させてプラズモンポラリトンを伝播させる、３つ以上のプラズモンポラリトン導波路が少なくともひとつの微小金属粒子で結合されていて、
前記３つ以上のプラズモンポラリトン導波路のうち少なくとも一つが入力用導波路であり、他の一つが出力用導波路であることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、伝播効率の伝播方向による依存性を無くすことができ、構成の自由度を向上させ、あるいは従来においては作製困難な構成を容易に作製することが可能となるプラズモンポラリトンの導波方法及び励起法、導波路、これらによる素子等を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の構成を適用した本発明の実施形態におけるプラズモンポラリトンの導波方法は、微小金属粒子がナノスケールで配列されている導波路において、各微小金属粒子上に誘起される表面電荷分布が微小金属粒子表面上を周回するようにし、その結果、微小金属粒子で構成される導波路の伝播効率に面内異方性の無い状態のもとで、プラズモンポラリトンを伝播させるようにしたものである。
【０００９】
以下に、その詳細を図を用いて説明する。
図１は、本発明の実施の形態におけるプラズモンポラリトンの導波方法を説明する図である。
図１には、微小金属粒子Ａ（１０１）、微小金属粒子Ｂ（１０２）、微小金属粒子Ｃ（１０３）が、光の波長以下の距離に近接して配置されている状態が示されている。ここでＡ上にプラズモンポラリトンを励起する。但し、プラズモンポラリトンが励起される際には表面電荷分布（１０４）が発生するが、後述する微小金属粒子の表面を表面電荷を周回させるプラズモンポラリトンの励起方法によって、この表面電荷分布の発生部位が微小金属粒子の表面を周回するようにする。  微小金属粒子Ａにこのようなプラズモンポラリトンが励起されているときに、その近傍にある微小金属粒子Ｂには図１（ａ）に示すような表面電荷分布（１０５）が発生する。但し、その回転方向はＡと逆向きになる。それは、Ａ上の、相対的に正の極性を持つ表面電荷＋δＡがＢに近接するとき、Ｂ上にはそれに対応した負の極性を持つ表面電荷−δＢが発生するからである。このような関係は、同様に微小金属粒子ＢとＣの間でも生じるため、結果として微小金属粒子の列が存在する場合、プラズモンポラリトンが伝播していくことになる（図１（ａ））。
【００１０】
また、微小金属粒子表面に生じる表面電荷分布が周回するため、伝播先の微小金属粒子の配列方向によらず、伝播先の微小金属粒子表面には先述のようにその表面を周回する表面電荷分布が誘起される。そのため、導波路（Ａ⇒Ｇ）が曲がっている場合でも、各最近接な微小金属粒子間の間隔が変わらなければ伝播効率は変わらない（図１（ｂ））。
更に、導波路が枝分かれしていても、微小金属粒子ＤからＥ１、Ｅ２、Ｅ３への伝播効率は変わらない（図１（ｃ））。但し、この場合、図のように微小金属粒子Ｅ１とＥ２とＥ３の間には相互作用が殆ど無い配置とする。
このような特徴により、上述の分岐素子に限らず、合波素子、遅延回路、更には演算回路、スイッチング素子なども、構成可能である。
【００１１】
次に、図２を用いて、上記したように微小金属粒子の表面に表面電荷を周回させる、プラズモンポラリトンの励起方法について説明する。
図２に示すように、微小金属粒子Ａ（２０１）の近傍に、表面プラズモンポラリトンを導波する表面プラズモンポラリトン導波路（２０２）を近接して配置する。例えば、表面プラズモンポラリトン導波路（２０２）は幅５０ｎｍ、高さ５０ｎｍ程度の金属細線で構成する。
【００１２】
ここで、両者の表面電荷の分布は図２（ａ）のようになる。表面プラズモンポラリトン導波路（２０２）上の表面電荷分布（２０３）が、微小金属粒子Ａ（２０１）上に表面電荷分布（２０４）を誘起する。
さらに、表面プラズモンポラリトン導波路（２０２）上の表面電荷分布（２０３）が移動するにつれて、微小金属粒子Ａ（２０１）上に誘起される表面電荷分布（２０４）の位置も移動する。その結果、微小金属粒子Ａ（２０１）上の表面電荷分布（２０４）は、その表面上を周回するように移動する。
このようにして励起されたプラズモンポラリトンは、前述したように微小金属粒子Ｂ（２０５）へ伝播していく。
【００１３】
この励起方法においては、微小金属粒子Ａの周囲の長さが、微小金属粒子Ａの表面で発生する表面プラズモンポラリトンの波長の略整数倍であることが望ましい。また、微小金属粒子Ａの周囲の長さが微小金属粒子Ａの表面で発生する表面プラズモンポラリトンの波長と同等またはそれ以下である場合は、微小金属粒子Ａの直径がローカルプラズモン共鳴できる大きさであることが好ましい。
【００１４】
微小金属粒子上の表面電荷が周回するようなプラズモンポラリトンの励起方法は以上に限らない。別の方法としては例えば以下の方法がある。
３つの微小金属粒子、微小金属粒子Ａ（２０６）、微小金属粒子Ｂ（２０７）、微小金属粒子Ｃ（２０８）を近接させて図２（ｂ）のように配置する。そして、微小金属粒子Ａ（２０６）上にプラズモンポラリトンを発生しておく。
このとき、微小金属粒子Ａ（２０６）上の表面電荷分布（２０９）はＡに図内横方向の偏波面をもつ直線偏光を照射することで励起できる。照射は、例えばＭＥＭＳプローブやファイバープローブなど、微小開口を有するプローブを用いて近接場光や伝播光を発生しこれを用いる方法があるがこれに限らない。
【００１５】
一方微小金属粒子Ｂ（２０７）上には、微小金属粒子Ａ（２０６）に照射される光と直交する偏波面をもつ直線偏光を用いてプラズモンポラリトンを励起しておく。
そして、両者に励起されるプラズモンポラリトンの位相が略π／２ずれるようにしておく。
このとき、微小金属粒子Ｃ（２０８）上には微小金属粒子Ａ（２０６）と微小金属粒子Ｂ（２０７）からプラズモンポラリトンが交互に励起され、その表面電荷分布（２１０）の位置は微小金属粒子Ｃ（２０８）上を周回するようになる。そして微小金属粒子Ｄ（２１１）や微小金属粒子Ｅ（２１２）にプラズモンポラリトンが伝播していく。
【００１６】
この励起方法においては、微小金属粒子Ｃの大きさとして、その周囲の長さが微小金属粒子Ｃの表面で発生する表面プラズモンポラリトンの波長以下であるならば、直径がローカルプラズモン共鳴できる大きさであることが好ましい。
また、周囲の長さが表面プラズモンポラリトンの波長の略整数倍であることも好ましい。この場合、微小金属粒子Ａ及びＢ上の表面電荷が発生する周波数、つまり微小金属粒子ＡおよびＢに照射される光の周波数は、微小金属粒子Ｃ上の表面プラズモンポラリトンが微小金属粒子Ｃの表面を周回する周波数に一致させることが好ましい。
【００１７】
更に別の方法としては図２（ｃ）のように、微小金属粒子Ａ（２１３）に円偏光を照射しても表面電荷分布（２１４）が周回するプラズモンポラリトンを励起できる。この励起方法の場合も、周囲の長さが表面プラズモンポラリトンの波長の略整数倍であることが好ましく、また微小金属粒子の直径がローカルプラズモンと共鳴できる大きさであることが好ましい。
【００１８】
次に微小金属粒子の形状について述べる。
微小金属粒子の形状が例えば例えば図３（ａ）のように円形状であるとする。この粒子に直線偏光を照射するとき、微小金属粒子中の自由電子は図の様に直線的に振動する。その結果微小金属粒子の表面に表面電荷が発生する。このようにして励起された表面電荷はこのままでは微小金属粒子の表面を周回しないので、微小金属粒子の配置や励起方法を図１や図２のようにすることが必要である。
また、微小金属粒子の形状が図３（ｂ）のようにリング状である場合、その形状から、前述のような自由電子の直線的振動は誘起されない。また、リング表面を周回するプラズモンポラリトンは、微小金属粒子の形状がバルク状である場合と比較して、電荷密度分布を形成する自由電子数が少ないために微小金属粒子内での損失が少なくなる。
【実施例】
【００１９】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１は、本発明の実施の形態における構成を適用し、プラズモンポラリトン導波路を構成した具体例である。
図４に、本実施例におけるプラズモンポラリトン導波路の構成を示す。
図４（ａ）に示すように、表面プラズモンポラリトン導波路（４０１）と微小金属粒子Ａ（４０２）を、プリズム（４０３）の上に形成する。
表面プラズモンポラリトン導波路（４０１）、及び微小金属粒子Ａ（４０２）、及び微小金属粒子Ｂ（４０４）、励起部（４０５）はＡｇとするが、他の金属でもよい。プリズム（４０３）は誘電体が好ましい。本実施例ではＳｉＯ2を用いるがこれに限らない。表面プラズモンポラリトン導波路（４０１）と微小金属粒子Ａ（４０２）、及び微小金属粒子Ｂ（４０４）との間隔を１００ｎｍ以下程度にしておく。また、各微小金属粒子は直径１１０ｎｍ程度、高さ５０ｎｍ程度の円柱状としておく。ここで微小金属粒子の周長は略表面プラズモンポラリトンの波長（約３６０ｎｍ）の１波長分に相当する。
【００２０】
ここで、図４（ｂ）に示す構成を用いてプラズモン導波路（４０１）に、表面プラズモンポラリトンを導波させる。
図４（ｂ）は、図４（ａ）の側面図である。図４（ｂ）において、プリズム（４０３）を通して励起部（４０５）に励起光（４０６）を照射する。本実施例ではＨｇランプのｇ線（波長４３６ｎｍ）を用いる。このとき励起部（４０５）の表面に表面プラズモンポラリトンが励起され、これが表面プラズモンポラリトン導波路（４０１）上に伝播し、表面プラズモンポラリトン導波路（４０１）上に表面電荷分布が生じる。この表面電荷分布が微小金属粒子Ａ（４０２）上に表面電荷を誘起する。
【００２１】
このようにして励起された、微小金属粒子表面を周回するプラズモンポラリトンは同様の機構により微小金属粒子Ａ（４０２）から微小金属粒子Ｂ（４０４）へと伝播する。したがって、表面プラズモンポラリトン導波路（４０１）から微小金属粒子Ｂ（４０４）まで伝播してきたエネルギーを例えばＭＥＭＳプローブなどを用いて散乱光として取り出すこともできる。
このように、微小金属粒子を近接して配置することにより、微小金属粒子列をプラズモンポラリトン導波路として機能させることができる。
【００２２】
また、プラズモンポラリトン導波路を構成する微小金属粒子の配列が例えば図１（ｂ）のように曲がっていても、微小金属粒子間の表面電荷の誘起機構、及び誘起される表面電荷は同じであるため、その伝播効率は直線状の配列の導波路と同等である。
また、微小金属粒子の形状は本実施例の様に円柱状に限るものではない。球形や円筒状などでも良い。
また微小金属粒子の形状はリング状であってもよい。
リング状である場合には、表面電荷分布がリングの周上を周回する時の損失を低減できるため、より高効率なエネルギー伝播が可能となる。
【００２３】
［実施例２］
実施例２は、本発明の実施の形態における構成を適用し、実施例１とは別の形態のプラズモンポラリトン導波路を構成した具体例である。
図５に、本実施例におけるプラズモンポラリトン導波路の構成を示す。
図５に示すように、微小金属粒子Ａ（５０１）と微小金属粒子Ｂ（５０２）を、基板（５０３）の上に形成する。基板（５０３）はＳｉ3Ｎ4で作製するが他の誘電体でも良い。さらに微小金属粒子Ｃ（５０４）を微小金属粒子Ａ（５０１）及び微小金属粒子Ｂ（５０２）と１００ｎｍ以下の距離に近接して配置する。
また、各微小金属粒子はＡｇで作製し直径５０ｎｍ程度、高さ５０ｎｍ程度の円柱状としておく。この場合微小金属粒子の周長は、表面プラズモンポラリトンの波長（約３６０ｎｍ）の半分以下である。さらに、微小金属粒子Ａ（５０１）と微小金属粒子Ｃ（５０４）の配列方向は、微小金属粒子Ｂ（５０２）と微小金属粒子Ｃ（５０４）の配列と略直角を成すようにしておく。さらに、微小金属粒子Ｃ（５０４）から見て、微小金属粒子Ａ（５０１）と微小金属粒子Ｂ（５０２）の距離は略等しいことが好ましい。
【００２４】
ここで、微小金属粒子Ａ（５０１）に図面内横方向の偏光方向を持つＨｅ−Ｃｄレーザー光（波長４４２ｎｍ）を照射し、図のような自由電子の運動方向を持つプラズモンポラリトンを励起しておく。また同様に微小金属粒子Ｂ（５０２）上には図面内縦方向の偏光方向を持つ直線偏光を照射し図５のような自由電子の運動方向をもつプラズモンポラリトンを励起しておく。
そして、微小金属粒子Ａ（５０１）上の表面電荷と微小金属粒子Ｂ（５０２）上の表面電荷が約位相差π／２ずれて励起されることにより、微小金属粒子Ｃ（５０４）上には、その表面を図の様に周回する表面電荷が誘起される。
このようにして微小金属粒子Ａ（５０１）及び微小金属粒子Ｂ（５０２）から微小金属粒子Ｃ（５０４）上へ、プラズモンポラリトンを励起できる。
【００２５】
このようにして励起された、微小金属粒子表面を周回するプラズモンポラリトンは同様の機構により微小金属粒子Ｃ（５０４）から微小金属粒子Ｄ（５０５）へと伝播する。
このように、微小金属粒子を近接して配置することにより、これらをプラズモンポラリトン導波路として機能させることができる。
また、プラズモンポラリトン導波路を構成する微小金属粒子の配列が、例えば図１（ｂ）のように曲がっていても、微小金属粒子間の表面電荷の誘起機構、及び誘起される表面電荷は同じであるため、その伝播効率は直線状の配列の導波路と同等である。
また、微小金属粒子の形状は本実施例の様に円柱に限るものではない。球形や円筒状などでも良い。
また微小金属粒子の形状はリング状であってもよい。
リング状である場合には、表面電荷分布がリングの周上を周回する時の損失を低減できるため、より高効率なエネルギー伝播が可能となる。
【００２６】
［実施例３］
実施例３は、本発明の実施の形態における構成を適用し、ｎ分岐導波路を構成した具体例である。
図６に、本実施例におけるｎ分岐導波路の構成を示す。
図６に示すように、微小金属粒子Ａ（６０１）から微小金属粒子Ｆ３（６１０）を、基板（６１１）の上に図のように配置する。基板（６１１）はＳｉ3Ｎ4で作製するが他の誘電体でも良い。
微小金属粒子Ｄ（６０４）はＡｇで作製し、直径２２０ｎｍ、高さ５０ｎｍ程度の円柱状にする。微小金属粒子Ｄの周長は微小金属粒子Ｄの表面で発生する表面プラズモンポラリトンの波長（約３６０ｎｍ）の２倍である。微小金属粒子Ｄ（６０４）以外の各微小金属粒子はＡｇで作製し直径１１０ｎｍ程度、高さ５０ｎｍ程度の円柱状にする。また最近接な微小金属粒子間の距離が１００ｎｍ以下の距離になるように近接して配置する。但し、微小金属粒子Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３間の距離は１００ｎｍ以上離れていることが望ましい。さらに微小金属粒子Ｅ１（６０５）、微小金属粒子Ｅ２（６０７）、微小金属粒子Ｅ３（６０９）を微小金属粒子Ｄ（６０４）から略等距離に配置しておく。
【００２７】
ここで、微小金属粒子Ａ（６０１）にＨｅ−Ｃｄレーザーからの円偏光（波長４４２ｎｍ）を照射して微小金属粒子Ａ（６０１）上には図のように表面電荷分布が微小金属Ａ上を周回するようなプラズモンポラリトンを励起しておく。
このようにして励起された、微小金属粒子表面を周回するプラズモンポラリトンは微小金属粒子Ａ（６０１）から微小金属粒子Ｂ（６０２）、微小金属粒子Ｃ（６０３）を経て微小金属粒子Ｄ（６０４）へと伝播する。
微小金属粒子Ｅ１、微小金属粒子Ｅ２、微小金属粒子Ｅ３には、前述した機構により、その表面を表面電荷が周回するプラズモンポラリトンが励起される。微小金属粒子Ｄから微小金属粒子Ｅ１、微小金属粒子Ｅ２、微小金属粒子Ｅ３の各粒子への伝播は全く同様の機構で行なわれるため、各粒子への伝播効率は略等しい。その結果、微小金属粒子Ｄまで導波してきたエネルギーを微小金属粒子Ｅ１、微小金属粒子Ｅ２、微小金属粒子Ｅ３によって３等分できる。
【００２８】
本実施例では３等分したが、３等分に限るものではない。
本実施例に示したように、本発明の導波路ならば、従来は高効率な構成が困難であった、エネルギーを等分するｎ本分岐の導波路が作製可能となる。
本実施例では分岐導波路によって分岐素子を構成したが、微小金属粒子の配列によって、合波素子や演算素子、遅延回路等も構成してもよい。
また、微小金属粒子の形状は本実施例の様に円柱状に限るものではない。球形や円筒状などでも良い。
また微小金属粒子の形状はリング状であってもよい。
リング状である場合には、表面電荷分布がリングの周上を周回する時の損失を低減できるため、より高効率なエネルギー伝播が可能となる。
【００２９】
［実施例４］
実施例４は、本発明の実施の形態における構成を適用し、合波素子を構成した具体例である。
図７に、本実施例における合波素子の構成を示す。
図７に示すように、微小金属粒子Ａ（７０１）から微小金属粒子Ｆ３（７１０）を、基板（７１１）の上に図のように配置する。基板（７１１）はＳｉ3Ｎ4で作製するが他の誘電体でも良い。微小金属粒子Ｄ（７０４）はＡｇで作製し、直径２２０ｎｍ、高さ５０ｎｍ程度の円柱状にする。微小金属粒子Ｄの周長は微小金属粒子Ｄの表面で発生する表面プラズモンポラリトンの波長（約３６０ｎｍ）の２倍である。微小金属粒子Ｄ（７０４）以外の各微小金属粒子はＡｇで作製し直径１１０ｎｍ程度、高さ５０ｎｍ程度の円柱状にする。また最近接な微小金属粒子間の距離が１００ｎｍ以下の距離になるように近接して配置する。但し、微小金属粒子Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３間の距離は１００ｎｍ以上離れていることが望ましい。さらに微小金属粒子Ｅ１（７０５）、微小金属粒子Ｅ２（７０７）、微小金属粒子Ｅ３（７０９）を微小金属粒子Ｄ（７０４）から略等距離に配置しておく。
【００３０】
ここで、微小金属粒子Ａ（７０１）にＨｅ−Ｃｄレーザーからの円偏光（波長４４２ｎｍ）を照射して微小金属粒子Ａ（７０１）上には図のように表面電荷分布が微小金属Ａ上を周回するようなプラズモンポラリトンを励起しておく。
同様に微小金属粒子Ｆ１（７０６）及び微小金属粒子Ｆ３（７１０）にもプラズモンポラリトンを励起しておく。但し、本実施例では、微小金属粒子Ｆ１及びＦ３には図中右回りにプラズモンポラリトンが周回するように励起するものとする。
このようにして励起された、微小金属粒子表面を周回するプラズモンポラリトンは微小金属粒子Ａ（７０１）から微小金属粒子Ｂ（７０２）、微小金属粒子Ｃ（７０３）を経て微小金属粒子Ｄ（７０４）へと伝播する。また微小金属粒子Ｆ１（７０６）から微小金属粒子Ｅ１（７０５）を経て微小金属粒子Ｄ（７０４）へ、そして微小金属粒子Ｆ３（７１０）から微小金属粒子Ｅ３（７０９）を経て微小金属粒子Ｄ（７０４）へ同様のプラズモンポラリトンが伝播する。
また、微小金属粒子Ｃ、Ｅ１、Ｅ３に励起される位相関係はＥ３、Ｃ、Ｅ１の順にπ／２ずつ遅らせておく。このようにすることで微小金属粒子Ｄには微小金属粒子Ｅ３、Ｃ，Ｅ１から同相でエネルギーを伝達できる。
微小金属粒子ＤからはＥ２，Ｆ２へエネルギーが伝播される。
【００３１】
本実施例では３本の導波路から合波したが、３本に限るものではない。
本実施例では合波型導波路によって合波素子を構成したが、微小金属粒子の配列によって、分岐素子や演算素子、遅延回路等も構成してもよい。
また、微小金属粒子の形状は本実施例の様に円柱状に限るものではない。球形や円筒状などでも良い。
また微小金属粒子の形状はリング状であってもよい。
リング状である場合には、表面電荷分布がリングの周上を周回する時の損失を低減できるため、より高効率なエネルギー伝播が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態におけるプラズモンポラリトンの導波方法を説明する概略図。
【図２】本発明の実施の形態における微小金属粒子の表面に表面電荷を周回させる、プラズモンポラリトンの励起方法について説明する概略図。
【図３】本発明の実施の形態における微小金属粒子の形状について説明する概略図。
【図４】本発明の実施例１を説明する図であり、（ａ）は本実施例のプラズモンポラリトン導波路の構成を示す図、（ｂ）は（ａ）の側面図である。
【図５】本発明の実施例２におけるプラズモンポラリトン導波路の構成を示す図。
【図６】本発明の実施例３におけるｎ分岐導波路の構成を示す図。
【図７】本発明の実施例４における合波素子の構成を示す図。
【符号の説明】
【００３３】
１０１：微小金属粒子Ａ
１０２：微小金属粒子Ｂ
１０３：微小金属粒子Ｃ
１０４：表面電荷分布
１０５：表面電荷分布
【図１】
2005351941.tif 000003
【図２】
2005351941.tif 000004
【図３】
2005351941.tif 000005
【図４】
2005351941.tif 000006
【図５】
2005351941.tif 000007
【図６】
2005351941.tif 000008
【図７】
2005351941.tif 000009