JP2003042930A - 近接場光発生素子及びこれを具備してなる光学装置 - Google Patents
近接場光発生素子及びこれを具備してなる光学装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 近接場光の存在する領域を狭くしつつ近接場
光の強度を増加させる。 【解決手段】 近接場光発生素子（１０）は、光源から
出射される光の光路に配置されると共に該光の波長以下
の径を有する微小開口（２０）を規定する遮光部材（１
２）と、前記微小開口に密着配置された誘電体膜（１
３）とを備える。或いは、近接場光発生素子（１０’）
は、光源から出射される光の光路に配置されると共に該
光の波長以下の径を有する微小開口（２０’）を規定す
る遮光部材（１２’）を備えており、前記遮光部材は、
前記微小開口の基本形状を規定する主部と、該主部から
前記微小開口の中央に向かって突出している突起部（３
１）とを有する。
光の強度を増加させる。 【解決手段】 近接場光発生素子（１０）は、光源から
出射される光の光路に配置されると共に該光の波長以下
の径を有する微小開口（２０）を規定する遮光部材（１
２）と、前記微小開口に密着配置された誘電体膜（１
３）とを備える。或いは、近接場光発生素子（１０’）
は、光源から出射される光の光路に配置されると共に該
光の波長以下の径を有する微小開口（２０’）を規定す
る遮光部材（１２’）を備えており、前記遮光部材は、
前記微小開口の基本形状を規定する主部と、該主部から
前記微小開口の中央に向かって突出している突起部（３
１）とを有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光メモリの光ヘッ
ド用或いはプローブアレイヘッド用、顕微鏡のファイバ
ープローブ用、露光装置を含む微細加工装置における露
光ヘッド用などに好適に用いられる近接場光発生素子及
びこれを具備してなる各種光学装置の技術分野に属す
る。
ド用或いはプローブアレイヘッド用、顕微鏡のファイバ
ープローブ用、露光装置を含む微細加工装置における露
光ヘッド用などに好適に用いられる近接場光発生素子及
びこれを具備してなる各種光学装置の技術分野に属す
る。
【０００２】
【従来の技術】記録可能な光ディスク等の光メモリに対
して用いられる光ヘッドから照射される光は、記録密度
を高めるためには、基本的に小さく絞り込む必要があ
る。このため、赤色レーザ光に代えて、波長のより短い
青色レーザ光を用いたり、固侵レンズ（Solid Immersio
n lens）等のレンズにおける絞り込み性能を高めること
が従来から行なわれている。ここで一般に、光は回折す
るので、その波長より小さい物質を扱うことは原理的に
不可能に近いとされている。この光の回折に応じて扱う
ことのできる最小寸法を回折限界というが、この回折限
界に鑑みれば、上記光メモリにより、記録密度を飛躍的
に高めることは既に困難になっている。同様に、回折限
界に鑑みれば、光学顕微鏡においても、通常のレンズを
用いた光学系で解像度を高めることは、既に困難になっ
ており、光学的な微細加工装置や更に光通信システム或
いは光デバイス等の各種光学装置においても、飛躍的な
高性能化は既に困難になっている。従って、波長を短く
したりレンズ性能を向上させるのではなく、他の原理で
光を実質的に小さく絞り込む技術の開発が要請されてい
る。
して用いられる光ヘッドから照射される光は、記録密度
を高めるためには、基本的に小さく絞り込む必要があ
る。このため、赤色レーザ光に代えて、波長のより短い
青色レーザ光を用いたり、固侵レンズ（Solid Immersio
n lens）等のレンズにおける絞り込み性能を高めること
が従来から行なわれている。ここで一般に、光は回折す
るので、その波長より小さい物質を扱うことは原理的に
不可能に近いとされている。この光の回折に応じて扱う
ことのできる最小寸法を回折限界というが、この回折限
界に鑑みれば、上記光メモリにより、記録密度を飛躍的
に高めることは既に困難になっている。同様に、回折限
界に鑑みれば、光学顕微鏡においても、通常のレンズを
用いた光学系で解像度を高めることは、既に困難になっ
ており、光学的な微細加工装置や更に光通信システム或
いは光デバイス等の各種光学装置においても、飛躍的な
高性能化は既に困難になっている。従って、波長を短く
したりレンズ性能を向上させるのではなく、他の原理で
光を実質的に小さく絞り込む技術の開発が要請されてい
る。
【０００３】このような要請下で、非常に小さく絞られ
た光と等価な光として利用可能である近接場光を用いた
光メモリの光ヘッドや光学顕微鏡に係る研究が進められ
ており、既にファイバープローブの先端で近接場光を発
生される形式の光学顕微鏡については実用化に至ってい
る。
た光と等価な光として利用可能である近接場光を用いた
光メモリの光ヘッドや光学顕微鏡に係る研究が進められ
ており、既にファイバープローブの先端で近接場光を発
生される形式の光学顕微鏡については実用化に至ってい
る。
【０００４】ここに「近接場光（optical nearfiel
d）」とは、遮光膜に光の波長よりも小さい径の穴を開
けて一方の側（入射側）から穴に向けて光を照射する
と、穴を抜けて透過又は散乱する代わりに、出射側にお
ける微小開口の近隣に球状に封じ込められる表面波（即
ち球面をなす薄い膜として存在する光）のことをいう。
例えば、４００ｎｍの波長の光であれば、４００ｎｍ以
下の径の穴に対して、指数的に減衰する表面波が概ね４
００ｎｍ程の半径の球面内に集中して存在する。また、
１００ｎｍの径であれば、指数的に減衰する表面波が、
概ね１００ｎｍ程の半径の球面内に集中して存在する。
そして、このような表面波は、この状態では出射側から
出射或いは伝播されることはない。しかるに、この近接
場光が発生している状態で、例えば光メモリとして光記
録媒体の表面や顕微鏡の検査対象物の表面を、この近接
場光たる表面波をなす光の薄膜に触れるまで、即ち数百
ｎｍから数十ｎｍ程度にまで近付けると、この極狭い領
域に封じ込められた表面波は、穴の出射側から当該近接
した表面に向けて出射される。従って、近接場光は、非
常に小さく絞られた光と等価な光として利用可能であ
り、次世代の光学装置における高密度記録化、高解像度
化、超微細化工等への応用が期待されている。
d）」とは、遮光膜に光の波長よりも小さい径の穴を開
けて一方の側（入射側）から穴に向けて光を照射する
と、穴を抜けて透過又は散乱する代わりに、出射側にお
ける微小開口の近隣に球状に封じ込められる表面波（即
ち球面をなす薄い膜として存在する光）のことをいう。
例えば、４００ｎｍの波長の光であれば、４００ｎｍ以
下の径の穴に対して、指数的に減衰する表面波が概ね４
００ｎｍ程の半径の球面内に集中して存在する。また、
１００ｎｍの径であれば、指数的に減衰する表面波が、
概ね１００ｎｍ程の半径の球面内に集中して存在する。
そして、このような表面波は、この状態では出射側から
出射或いは伝播されることはない。しかるに、この近接
場光が発生している状態で、例えば光メモリとして光記
録媒体の表面や顕微鏡の検査対象物の表面を、この近接
場光たる表面波をなす光の薄膜に触れるまで、即ち数百
ｎｍから数十ｎｍ程度にまで近付けると、この極狭い領
域に封じ込められた表面波は、穴の出射側から当該近接
した表面に向けて出射される。従って、近接場光は、非
常に小さく絞られた光と等価な光として利用可能であ
り、次世代の光学装置における高密度記録化、高解像度
化、超微細化工等への応用が期待されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする】しかしながら、近接場光を
発生させる場合、入射光の強度或いは光量に対して、出
射側で近接場光として利用可能な光の強度は、極めて小
さい。例えば、近接場光として利用可能な光量を、穴を
透過する透過率に換算すれば、０．００数％〜０．０数
％程度に過ぎない。しかも、この透過率は、穴を小さく
することで近接場光を小さく絞れば絞る程、低下してし
まう。従って、光メモリの高密度化等を図るべく、近接
場光を小さく絞る程、利用可能な光量が減ってしまうの
で、結局、その実用化は本質的に困難であるという問題
点がある。
発生させる場合、入射光の強度或いは光量に対して、出
射側で近接場光として利用可能な光の強度は、極めて小
さい。例えば、近接場光として利用可能な光量を、穴を
透過する透過率に換算すれば、０．００数％〜０．０数
％程度に過ぎない。しかも、この透過率は、穴を小さく
することで近接場光を小さく絞れば絞る程、低下してし
まう。従って、光メモリの高密度化等を図るべく、近接
場光を小さく絞る程、利用可能な光量が減ってしまうの
で、結局、その実用化は本質的に困難であるという問題
点がある。
【０００６】特に、顕微鏡の如く、速度が重要な要素で
ない用途であれば、微弱な近接場光を非効率的に用いる
ことによっても、実用化は可能である。しかしながら、
書き込み速度や読み出し速度が要求される光メモリの如
き用途、動作速度が要求される光通信システム或いは光
デバイスの如き用途、露光速度等の加工速度が要求され
る微細加工装置などの用途では、たとえ光を小さく絞り
込めたとしても、その光強度が極端に低下したのでは、
実用上の利用価値は殆ど無いので、この問題点は実用上
極めて深刻なものである。
ない用途であれば、微弱な近接場光を非効率的に用いる
ことによっても、実用化は可能である。しかしながら、
書き込み速度や読み出し速度が要求される光メモリの如
き用途、動作速度が要求される光通信システム或いは光
デバイスの如き用途、露光速度等の加工速度が要求され
る微細加工装置などの用途では、たとえ光を小さく絞り
込めたとしても、その光強度が極端に低下したのでは、
実用上の利用価値は殆ど無いので、この問題点は実用上
極めて深刻なものである。
【０００７】本発明は上述の問題点に鑑みなされたもの
であり、近接場光の存在する領域を狭くしつつ近接場光
の強度を増加させることが可能である近接場光発生素子
及びそのような近接場光発生素子を備えた各種の光学装
置を提供することを課題とする。
であり、近接場光の存在する領域を狭くしつつ近接場光
の強度を増加させることが可能である近接場光発生素子
及びそのような近接場光発生素子を備えた各種の光学装
置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の近接場光
発生素子は上記課題を解決するために、光源から出射さ
れる光の光路に配置されると共に該光の波長以下の径を
有する微小開口を規定する遮光部材と、前記微小開口に
密着配置された誘電体膜とを備える。
発生素子は上記課題を解決するために、光源から出射さ
れる光の光路に配置されると共に該光の波長以下の径を
有する微小開口を規定する遮光部材と、前記微小開口に
密着配置された誘電体膜とを備える。
【０００９】本発明の第１の近接場光発生素子によれ
ば、光源から光が出射されると、その光路に配置された
遮光部材により規定された、光の波長以下の径を有する
微小開口により、光が入射したのと反対側における微小
開口の近隣に近接場光が発生する。ここで、理論上は、
近接場光の強度を増加させるためには、微小開口内に光
を封じ込める必要がある。このため、例えば空気から構
成されたり、光ファイバ、ガラス等の導光部材等から構
成される、光入射側の光路における屈折率よりも、誘電
体膜の屈折率が高ければ、微小開口内に光を効率良く封
じ込めることができ、これにより、近接場光の強度を効
率良く増加させることができる。そして実際上は、本発
明の第１の近接場光発生素子によれば、微小開口には、
誘電体膜が密着配置されているので、当該誘電体膜が無
い場合と比較して、この近接場光の強度は、その誘電体
膜の屈折率に応じて増加することが本願発明者により確
認されている。より具体的には、誘電体膜の屈折率が高
い程、近接場光の強度が高まり、例えば、この屈折率が
１．５〜２．０程度であれば、近接場光の強度は、誘電
体膜の存在しない場合と比較して透過率換算で数倍のオ
ーダに増加することが確認されており、更に高い屈折率
を持つ誘電体膜を用いれば、近接場光の強度は、誘電体
膜の存在しない場合と比較して透過率換算で数倍から十
数倍以上にまで飛躍的に増加することも確認されてい
る。このように遮光部材を構成する遮光膜に開ける微小
開口を小さくしつつ、その微小開口部に誘電体膜を密着
配置しておけば、存在領域が小さく且つ誘電体膜により
強度が高められた近接場光を発生させることが可能とな
る。
ば、光源から光が出射されると、その光路に配置された
遮光部材により規定された、光の波長以下の径を有する
微小開口により、光が入射したのと反対側における微小
開口の近隣に近接場光が発生する。ここで、理論上は、
近接場光の強度を増加させるためには、微小開口内に光
を封じ込める必要がある。このため、例えば空気から構
成されたり、光ファイバ、ガラス等の導光部材等から構
成される、光入射側の光路における屈折率よりも、誘電
体膜の屈折率が高ければ、微小開口内に光を効率良く封
じ込めることができ、これにより、近接場光の強度を効
率良く増加させることができる。そして実際上は、本発
明の第１の近接場光発生素子によれば、微小開口には、
誘電体膜が密着配置されているので、当該誘電体膜が無
い場合と比較して、この近接場光の強度は、その誘電体
膜の屈折率に応じて増加することが本願発明者により確
認されている。より具体的には、誘電体膜の屈折率が高
い程、近接場光の強度が高まり、例えば、この屈折率が
１．５〜２．０程度であれば、近接場光の強度は、誘電
体膜の存在しない場合と比較して透過率換算で数倍のオ
ーダに増加することが確認されており、更に高い屈折率
を持つ誘電体膜を用いれば、近接場光の強度は、誘電体
膜の存在しない場合と比較して透過率換算で数倍から十
数倍以上にまで飛躍的に増加することも確認されてい
る。このように遮光部材を構成する遮光膜に開ける微小
開口を小さくしつつ、その微小開口部に誘電体膜を密着
配置しておけば、存在領域が小さく且つ誘電体膜により
強度が高められた近接場光を発生させることが可能とな
る。
【００１０】尚、本発明における遮光部材は、光の透過
率が５０％程度以下であって光を遮る部材をいう。この
ような遮光部材は、例えば金属膜等からなる。また、誘
電体膜は、蒸着等で形成すればよい。
率が５０％程度以下であって光を遮る部材をいう。この
ような遮光部材は、例えば金属膜等からなる。また、誘
電体膜は、蒸着等で形成すればよい。
【００１１】本発明の第１の近接場光発生素子の一態様
では、前記微小開口は、前記光の波長の１／２以下の径
を有する。
では、前記微小開口は、前記光の波長の１／２以下の径
を有する。
【００１２】この態様によれば、光の波長の１／２以下
という比較的小径の微小開口により近接場光の存在する
領域を狭めつつ、誘電体膜により近接場光の強度を増加
させることが可能となる。
という比較的小径の微小開口により近接場光の存在する
領域を狭めつつ、誘電体膜により近接場光の強度を増加
させることが可能となる。
【００１３】本発明の第１の近接場光発生素子の他の態
様では、前記誘電体膜の屈折率は、前記光が入射する側
の前記光路における屈折率よりも高い。
様では、前記誘電体膜の屈折率は、前記光が入射する側
の前記光路における屈折率よりも高い。
【００１４】この態様によれば、遮光部材の光入射側
で、例えば、空気或いは光ファイバ、ガラス等の導光部
材からなる光路における屈折率よりも、誘電体膜の屈折
率が高いので、微小開口内に光を効率良く封じ込めるこ
とができ、これにより近接場光の強度を効率良く増加さ
せることができる。
で、例えば、空気或いは光ファイバ、ガラス等の導光部
材からなる光路における屈折率よりも、誘電体膜の屈折
率が高いので、微小開口内に光を効率良く封じ込めるこ
とができ、これにより近接場光の強度を効率良く増加さ
せることができる。
【００１５】本発明の第１の近接場光発生素子の他の態
様では、前記誘電体膜は、単一層膜からなる。
様では、前記誘電体膜は、単一層膜からなる。
【００１６】この態様によれば、単一層膜からなる誘電
体膜を密着配置することで、比較的簡単な構成を用い
て、近接場光の強度を高められる。
体膜を密着配置することで、比較的簡単な構成を用い
て、近接場光の強度を高められる。
【００１７】或いは本発明の第１の近接場光発生素子の
他の態様では、前記誘電体膜は、多層膜からなる。
他の態様では、前記誘電体膜は、多層膜からなる。
【００１８】この態様によれば、二層或いは三層以上の
多層膜からなる誘電体膜により、その屈折率を比較的容
易に高めることも可能となり、これを密着配置すること
で、近接場光の強度を効率的に高められる。
多層膜からなる誘電体膜により、その屈折率を比較的容
易に高めることも可能となり、これを密着配置すること
で、近接場光の強度を効率的に高められる。
【００１９】本発明の第１の近接場光発生素子の他の態
様では、前記誘電体膜に代えて又は加えて、前記微小開
口に密着配置された光透過性の金属膜を備える。
様では、前記誘電体膜に代えて又は加えて、前記微小開
口に密着配置された光透過性の金属膜を備える。
【００２０】この態様によれば、微小開口には、光透過
性の金属膜が密着配置されているので、当該金属膜が無
い場合と比較して、この近接場光の強度は増加する。即
ち、近接場光の強度を増加させるためには、微小開口内に
光を封じ込める必要があるが、この態様によれば、誘電
体膜に金属膜を組み合わせることによって微小開口内に
おける光の封じ込め効果を増強できるのである。従っ
て、遮光部材に開ける微小開口を小さくしつつ、その微
小開口部に金属膜を密着配置しておけば、存在領域が小
さく且つ金属膜により強度が高められた近接場光を発生
させることが可能となる。
性の金属膜が密着配置されているので、当該金属膜が無
い場合と比較して、この近接場光の強度は増加する。即
ち、近接場光の強度を増加させるためには、微小開口内に
光を封じ込める必要があるが、この態様によれば、誘電
体膜に金属膜を組み合わせることによって微小開口内に
おける光の封じ込め効果を増強できるのである。従っ
て、遮光部材に開ける微小開口を小さくしつつ、その微
小開口部に金属膜を密着配置しておけば、存在領域が小
さく且つ金属膜により強度が高められた近接場光を発生
させることが可能となる。
【００２１】本発明の第１の近接場光発生素子の他の態
様では、前記遮光部材は、前記微小開口の基本形状を規
定する主部と、該主部から前記微小開口の中央に向かっ
て突出している突起部とを有する。
様では、前記遮光部材は、前記微小開口の基本形状を規
定する主部と、該主部から前記微小開口の中央に向かっ
て突出している突起部とを有する。
【００２２】この態様によれば、微小開口は、遮光部材
の主部により、その基本形状が、例えば、円形又は楕円
形若しくは多角形というように規定されている。そして
特に、遮光部材の突起部が、微小開口の中央に向かって
突出しており、基本形状が局所的に狭められているの
で、当該突起部が無い場合と比較して、近接場光の存在
する領域が狭くなることが本願発明者により確認されて
いる。理論上は、このような突起部の存在により、当該突
起部で規定される微小開口内に封じ込められる光の量が
増加させられていると考察される。従って、突起部によ
り、近接場光の存在する領域を狭くすると同時に、誘電
体膜により近接場光の強度を高められる。
の主部により、その基本形状が、例えば、円形又は楕円
形若しくは多角形というように規定されている。そして
特に、遮光部材の突起部が、微小開口の中央に向かって
突出しており、基本形状が局所的に狭められているの
で、当該突起部が無い場合と比較して、近接場光の存在
する領域が狭くなることが本願発明者により確認されて
いる。理論上は、このような突起部の存在により、当該突
起部で規定される微小開口内に封じ込められる光の量が
増加させられていると考察される。従って、突起部によ
り、近接場光の存在する領域を狭くすると同時に、誘電
体膜により近接場光の強度を高められる。
【００２３】本発明の第２の近接場光発生素子は上記課
題を解決するために、光源から出射される光の光路に配
置されると共に該光の波長以下の径を有する微小開口を
規定する遮光部材を備えており、前記遮光部材は、前記
微小開口の基本形状を規定する主部と、該主部から前記
微小開口の中央に向かって突出している突起部とを有す
る。
題を解決するために、光源から出射される光の光路に配
置されると共に該光の波長以下の径を有する微小開口を
規定する遮光部材を備えており、前記遮光部材は、前記
微小開口の基本形状を規定する主部と、該主部から前記
微小開口の中央に向かって突出している突起部とを有す
る。
【００２４】本発明の第２の近接場光発生素子によれ
ば、光源から光が出射されると、その光路に配置された
遮光部材により規定された、光の波長以下の径を有する
微小開口により、光が入射したのと反対側における微小
開口の近隣に近接場光が発生する。ここで、遮光部材の
突起部が、微小開口の中央に向かって突出しており、例
えば円形又は楕円形若しくは多角形などの基本形状が局
所的に狭められているので、当該突起部が無い場合と比
較して、近接場光の存在する領域が狭くなることが本願
発明者により確認されている。より具体的には、例え
ば、四角形の基本形状において相対向する２辺に突起部
を形成することにより、近接場光の強度は、突起部がな
い場合と比較して透過率換算で数倍のオーダ或いはそれ
以上に増加することが確認されている。理論上は、この
ような突起部の存在により、当該突起部で規定される微
小開口内に封じ込められる光の量が増加させられている
と考察される。従って、遮光部材に開ける微小開口を小
さくしつつ、その微小開口部に突起部を設ければ、存在
領域がより一層小さく且つ強度が高められた近接場光を
発生させることが可能となる。
ば、光源から光が出射されると、その光路に配置された
遮光部材により規定された、光の波長以下の径を有する
微小開口により、光が入射したのと反対側における微小
開口の近隣に近接場光が発生する。ここで、遮光部材の
突起部が、微小開口の中央に向かって突出しており、例
えば円形又は楕円形若しくは多角形などの基本形状が局
所的に狭められているので、当該突起部が無い場合と比
較して、近接場光の存在する領域が狭くなることが本願
発明者により確認されている。より具体的には、例え
ば、四角形の基本形状において相対向する２辺に突起部
を形成することにより、近接場光の強度は、突起部がな
い場合と比較して透過率換算で数倍のオーダ或いはそれ
以上に増加することが確認されている。理論上は、この
ような突起部の存在により、当該突起部で規定される微
小開口内に封じ込められる光の量が増加させられている
と考察される。従って、遮光部材に開ける微小開口を小
さくしつつ、その微小開口部に突起部を設ければ、存在
領域がより一層小さく且つ強度が高められた近接場光を
発生させることが可能となる。
【００２５】尚、本発明における遮光部材は、例えば金
属膜等からなり、誘電体膜は、蒸着等で形成すればよ
い。
属膜等からなり、誘電体膜は、蒸着等で形成すればよ
い。
【００２６】本発明の第２の近接場光発生素子の一態様
では、前記微小開口の基本形状は、多角形である。
では、前記微小開口の基本形状は、多角形である。
【００２７】この態様によれば、三角形、四角形、五角
形、六角形、八角形等の多角形の基本形状において、辺
や頂点から一又は複数の突起部が突出することにより、
微小開口の形状が規定される。
形、六角形、八角形等の多角形の基本形状において、辺
や頂点から一又は複数の突起部が突出することにより、
微小開口の形状が規定される。
【００２８】或いは本発明の第２の近接場光発生素子の
他の態様では、前記微小開口の基本形状は、円形又は楕
円形である。
他の態様では、前記微小開口の基本形状は、円形又は楕
円形である。
【００２９】この態様によれば、円形又は楕円形の基本
形状において、周から一又は複数の突起部が突出するこ
とにより、微小開口の形状が規定される。
形状において、周から一又は複数の突起部が突出するこ
とにより、微小開口の形状が規定される。
【００３０】第１の近接場光発生素子における突起部を
有する態様又は第２の近接場光発生素子の他の態様で
は、前記突起部は、前記微小開口の中心に対して点対称
な位置に複数設けられているように構成してもよい。
有する態様又は第２の近接場光発生素子の他の態様で
は、前記突起部は、前記微小開口の中心に対して点対称
な位置に複数設けられているように構成してもよい。
【００３１】このように構成すれば、点対称な位置に設
けられた複数の突起部により、微小開口が狭められるの
で、微小開口の近隣にその中心に対して点対称な近接場
光を発生可能となる。
けられた複数の突起部により、微小開口が狭められるの
で、微小開口の近隣にその中心に対して点対称な近接場
光を発生可能となる。
【００３２】第１又は第２の近接場光発生素子の他の態
様では、前記光源からの光を前記微小開口に導く導光部
材を更に備えており、前記遮光部材は、前記光の進行方
向に対する前記導光部材の先端に設けられる。
様では、前記光源からの光を前記微小開口に導く導光部
材を更に備えており、前記遮光部材は、前記光の進行方
向に対する前記導光部材の先端に設けられる。
【００３３】この態様によれば、光源から光が出射され
ると、例えば光ファイバー、固侵レンズ等の導光部材に
より、その先端に位置する微小開口に導かれ、この微小
開口により、その近隣に近接場光が発生する。従って、
光源からの光を導光部材により導くことで確実に近接場
光を発生できる。
ると、例えば光ファイバー、固侵レンズ等の導光部材に
より、その先端に位置する微小開口に導かれ、この微小
開口により、その近隣に近接場光が発生する。従って、
光源からの光を導光部材により導くことで確実に近接場
光を発生できる。
【００３４】尚、この場合、誘電体の屈折率は、遮光部材
の光入射側の光路を構成する、導光部材の屈折率よりも
高いことが望ましい。これにより、効率良く微小開口内
に光を封じ込めることができる。
の光入射側の光路を構成する、導光部材の屈折率よりも
高いことが望ましい。これにより、効率良く微小開口内
に光を封じ込めることができる。
【００３５】この導光部材を備えた態様では、前記導光
部材は、光ファイバーからなってもよい。
部材は、光ファイバーからなってもよい。
【００３６】このように構成すれば、光メモリ用のファ
イバーアレイヘッド、顕微鏡のファイバープローブ等の
先端に、存在領域が狭く且つ強度の高い近接場光を確実
に発生させることが可能となる。
イバーアレイヘッド、顕微鏡のファイバープローブ等の
先端に、存在領域が狭く且つ強度の高い近接場光を確実
に発生させることが可能となる。
【００３７】更にこの場合、前記光ファイバーは、金属
膜で被覆されており、該金属膜から前記遮光部材が構成
されていてもよい。
膜で被覆されており、該金属膜から前記遮光部材が構成
されていてもよい。
【００３８】このように構成すれば、比較的容易に光フ
ァイバーの先端で近接場光を発生させる構造が得られ
る。
ァイバーの先端で近接場光を発生させる構造が得られ
る。
【００３９】尚、既存の微細加工技術により、光ファイ
バーの先端を２０〜３０ｎｍ程度にまで絞ることがで
き、コーティング或いは蒸着により金属膜で被覆すれ
ば、このように光ファイバーの先端に近接場光発生用の
微小開口を有する構成が比較的簡単に得られる。
バーの先端を２０〜３０ｎｍ程度にまで絞ることがで
き、コーティング或いは蒸着により金属膜で被覆すれ
ば、このように光ファイバーの先端に近接場光発生用の
微小開口を有する構成が比較的簡単に得られる。
【００４０】或いはこの導光部材を備えた態様では、前
記導光部材は、固侵レンズからなってもよい。
記導光部材は、固侵レンズからなってもよい。
【００４１】このように構成すれば、光メモリ用の光ヘ
ッドの先端に、存在領域が狭く且つ強度の高い近接場光
を確実に発生させることが可能となる。
ッドの先端に、存在領域が狭く且つ強度の高い近接場光
を確実に発生させることが可能となる。
【００４２】第１又は第２の近接場光発生素子の他の態
様では、前記光源を含む。
様では、前記光源を含む。
【００４３】この態様によれば、光源内蔵型の近接場光
発生素子を構築できる。
発生素子を構築できる。
【００４４】本発明の光学装置は上記課題を解決するた
めに、上述した本発明の近接場光発生素子（但し、その
各種態様も含む）を具備してなる。
めに、上述した本発明の近接場光発生素子（但し、その
各種態様も含む）を具備してなる。
【００４５】本発明の光学装置によれば、上述した本発
明の近接場光発生素子を備えているので、存在領域が狭
く且つ高強度の近接場光を効率良く発生する、光メモリ
の光ヘッド、顕微鏡のファイバープローブ、露光装置を
含む微細加工装置における露光ヘッドなどの各種光学装
置を実現できる。特に、小さく絞り込まれており光強度
に優れた光を発生するので、書き込み速度や読み出し速
度が要求される光メモリの如き用途、動作速度が要求さ
れる光通信システム或いは光デバイスの如き用途、露光
速度等の加工速度が要求される微細加工装置などの用途
で、実用上の利用価値が高い。
明の近接場光発生素子を備えているので、存在領域が狭
く且つ高強度の近接場光を効率良く発生する、光メモリ
の光ヘッド、顕微鏡のファイバープローブ、露光装置を
含む微細加工装置における露光ヘッドなどの各種光学装
置を実現できる。特に、小さく絞り込まれており光強度
に優れた光を発生するので、書き込み速度や読み出し速
度が要求される光メモリの如き用途、動作速度が要求さ
れる光通信システム或いは光デバイスの如き用途、露光
速度等の加工速度が要求される微細加工装置などの用途
で、実用上の利用価値が高い。
【００４６】本発明の光学装置の一態様では、前記近接
場光発生素子をアレイ状に複数具備してなる。
場光発生素子をアレイ状に複数具備してなる。
【００４７】この態様によれば、存在領域が狭く且つ高
強度の近接場光を効率良く発生する、光メモリのプロー
ブアレイヘッド等の光学装置を実現できる。
強度の近接場光を効率良く発生する、光メモリのプロー
ブアレイヘッド等の光学装置を実現できる。
【００４８】本発明のこのような作用及び他の利得は次
に説明する実施の形態から明らかにされる。
に説明する実施の形態から明らかにされる。
【００４９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。
に基づいて説明する。
【００５０】（第１実施形態）先ず、第１実施形態の近
接場光発生素子について図１から図４を参照して説明す
る。図１は、本発明の第１実施形態に係る近接場光発生
素子の微小開口付近における拡大断面図である。図２
は、シミュレーションにより得られる、微小開口に密着
配置される誘電体膜の膜厚に応じた光透過率及び光増強
効果を示す図表である。図３は、シミュレーションによ
り得られる、微小開口の口径を１２０ｎｍに固定した場
合における誘電体膜の各種膜厚についての、屈折率と光
透過率との関係を示す特性図であり、図４は、シミュレ
ーションにより得られる、誘電体膜の膜厚を１８ｎｍに
固定した場合における各種口径についての、誘電体膜の
屈折率と光透過率との関係を示す特性図である。
接場光発生素子について図１から図４を参照して説明す
る。図１は、本発明の第１実施形態に係る近接場光発生
素子の微小開口付近における拡大断面図である。図２
は、シミュレーションにより得られる、微小開口に密着
配置される誘電体膜の膜厚に応じた光透過率及び光増強
効果を示す図表である。図３は、シミュレーションによ
り得られる、微小開口の口径を１２０ｎｍに固定した場
合における誘電体膜の各種膜厚についての、屈折率と光
透過率との関係を示す特性図であり、図４は、シミュレ
ーションにより得られる、誘電体膜の膜厚を１８ｎｍに
固定した場合における各種口径についての、誘電体膜の
屈折率と光透過率との関係を示す特性図である。
【００５１】図１に示すように、本実施形態の近接場光
発生素子１０は、光源から出射される光Ｌ１を導く導光
部材１１と、導光部材１１における光Ｌ１の光路に配置
されると共に光Ｌ１の波長以下の径を有する微小開口２
０を規定する遮光部材１２と、微小開口２０に密着配置
された誘電体膜１３とを備える。
発生素子１０は、光源から出射される光Ｌ１を導く導光
部材１１と、導光部材１１における光Ｌ１の光路に配置
されると共に光Ｌ１の波長以下の径を有する微小開口２
０を規定する遮光部材１２と、微小開口２０に密着配置
された誘電体膜１３とを備える。
【００５２】導光部材１１は例えば、ガラス、石英、プ
ラスチック等の光透過性の材料から形成される、光ファ
イバー、レンズ等からなる。
ラスチック等の光透過性の材料から形成される、光ファ
イバー、レンズ等からなる。
【００５３】遮光部材１２は、例えば光の透過率が５０
％程度以下であって、光を遮る部材からなり、より具体
的には例えば金属膜、合金膜、金属シリサイド、有機膜
等の遮光性の材料から形成される。遮光部材１２は、蒸
着、コーティング等により、導光部材１１の外面（図１
中、導光部材１１の下側表面）を被覆するように形成さ
れる。その膜厚は、例えば数ｎｍから数百ｎｍである
が、材質や膜厚については、微小開口２０を開口可能で
ある限りにおいて、特に限定されない。
％程度以下であって、光を遮る部材からなり、より具体
的には例えば金属膜、合金膜、金属シリサイド、有機膜
等の遮光性の材料から形成される。遮光部材１２は、蒸
着、コーティング等により、導光部材１１の外面（図１
中、導光部材１１の下側表面）を被覆するように形成さ
れる。その膜厚は、例えば数ｎｍから数百ｎｍである
が、材質や膜厚については、微小開口２０を開口可能で
ある限りにおいて、特に限定されない。
【００５４】微小開口２０の口径は、光Ｌ１の波長以下
に設定されている。従って、この微小開口２０の出射側
（図１中、下側）には、空気５０内に、口径に近い半径
を有する球状の近接場光Ｌ２が発生する。例えば、波長
５００〜８００ｎｍ程度の可視光を含んだ波長帯域の光
に対して、５００ｎｍ或いはそれ以下の口径が設定され
る。
に設定されている。従って、この微小開口２０の出射側
（図１中、下側）には、空気５０内に、口径に近い半径
を有する球状の近接場光Ｌ２が発生する。例えば、波長
５００〜８００ｎｍ程度の可視光を含んだ波長帯域の光
に対して、５００ｎｍ或いはそれ以下の口径が設定され
る。
【００５５】誘電体膜１３は、例えば酸化チタン、酸化
シリコン等の誘電体膜から形成される。誘電体膜１３
は、微小開口２０を含む遮光部材１２の外面（図１中、
遮光部材１２の下側表面）に密着配置されている。誘電
体膜１３の膜厚は例えば、数ｎｍ〜数百ｎｍであり、好
ましくは、近接場光の強度が高まるように光の波長の１
／２以下の膜厚に設定される。
シリコン等の誘電体膜から形成される。誘電体膜１３
は、微小開口２０を含む遮光部材１２の外面（図１中、
遮光部材１２の下側表面）に密着配置されている。誘電
体膜１３の膜厚は例えば、数ｎｍ〜数百ｎｍであり、好
ましくは、近接場光の強度が高まるように光の波長の１
／２以下の膜厚に設定される。
【００５６】以上のように構成された近接場光発生素子
１０によれば、光源から光Ｌ１が出射されると、導光部
材１１により導光され、遮光部材１２に開けられた微小
開口２０により、光が入射したのと反対側における微小
開口２０の近隣に近接場光Ｌ２が発生する。ここで、空
気５０に接している限り、近接場光Ｌ２は、微小開口２
０の近隣に止まったまま、外界に対して何らの物理的作
用を及ぼさない。しかるに、この状態で、近接場光Ｌ２
の光を吸い上げることが可能な物体（例えば、記録媒
体、顕微鏡の対象物）の表面６０を、誘電体膜１３の表
面に対して、数十ｎｍ〜数百ｎｍ程度にまで近付ける、
即ち、近接場光Ｌ２の表面波が存在する領域にまで近付
けると、近接場光Ｌ２から、光が表面６０に対して照射
される。従って、近接場光Ｌ２の存在する領域程度の微
小な領域を、光を照射する単位として利用できる。この
結果、後述の如く、回折限界を超えるまで光メモリにお
ける記録密度を高めたり、回折限界を超えるまでファイ
バープローブにおける解像度を高めたりすることが可能
となる。
１０によれば、光源から光Ｌ１が出射されると、導光部
材１１により導光され、遮光部材１２に開けられた微小
開口２０により、光が入射したのと反対側における微小
開口２０の近隣に近接場光Ｌ２が発生する。ここで、空
気５０に接している限り、近接場光Ｌ２は、微小開口２
０の近隣に止まったまま、外界に対して何らの物理的作
用を及ぼさない。しかるに、この状態で、近接場光Ｌ２
の光を吸い上げることが可能な物体（例えば、記録媒
体、顕微鏡の対象物）の表面６０を、誘電体膜１３の表
面に対して、数十ｎｍ〜数百ｎｍ程度にまで近付ける、
即ち、近接場光Ｌ２の表面波が存在する領域にまで近付
けると、近接場光Ｌ２から、光が表面６０に対して照射
される。従って、近接場光Ｌ２の存在する領域程度の微
小な領域を、光を照射する単位として利用できる。この
結果、後述の如く、回折限界を超えるまで光メモリにお
ける記録密度を高めたり、回折限界を超えるまでファイ
バープローブにおける解像度を高めたりすることが可能
となる。
【００５７】ここで、誘電体膜１３を、近接場光Ｌ２発
生用の微小開口２０に密着配置することによる、光の利
用効率の向上或いは光透過率の向上について、シミュレ
ーションによる検討を加える。
生用の微小開口２０に密着配置することによる、光の利
用効率の向上或いは光透過率の向上について、シミュレ
ーションによる検討を加える。
【００５８】先ず、光と波長以下の大きさの物体との相
互作用を計算する場合、従来における物体の大きさが波
長以上の世界を対象とする幾何光学による方法では正確
な階を得ることはできず、正確な現象を把握するために
は、波動方程式を厳密に解く必要がある。しかしなが
ら、単純な計算モデルでなければ、厳密解を得ることは
出来ないため、数値解析手法を用いることにする。
互作用を計算する場合、従来における物体の大きさが波
長以上の世界を対象とする幾何光学による方法では正確
な階を得ることはできず、正確な現象を把握するために
は、波動方程式を厳密に解く必要がある。しかしなが
ら、単純な計算モデルでなければ、厳密解を得ることは
出来ないため、数値解析手法を用いることにする。
【００５９】ここでは、電磁界現象の基本方程式である
マックスウェル（Maxwell）方程式を、空間的及び時間
的に差分化した時間領域差分方法（Finite Difference
TimeDomain Method：FDTD法）を用いて計算を行なう。
尚、この計算方法については、例えば、「K.Yee, “Num
erical solution of initial boundary value problems
involving Maxwell's equations in isotropic medi
a”, IEEE Trans. Antennas Propagat., vol. 14, pp30
2-307, 1966」に詳しい。
マックスウェル（Maxwell）方程式を、空間的及び時間
的に差分化した時間領域差分方法（Finite Difference
TimeDomain Method：FDTD法）を用いて計算を行なう。
尚、この計算方法については、例えば、「K.Yee, “Num
erical solution of initial boundary value problems
involving Maxwell's equations in isotropic medi
a”, IEEE Trans. Antennas Propagat., vol. 14, pp30
2-307, 1966」に詳しい。
【００６０】具体的には、光の波長を６５０ｎｍとし、
微小開口２０を１２０ｎｍ角の正方形とし、誘電体膜１
３の材質として屈折率ｎ＝２．８であるＭｇＦ２（フッ
化マグネシウム）を用いた場合について、この計算を、
（i）誘電体膜１３の膜厚が０の場合（即ち、誘電体膜
１３を付けない場合）、（ii）誘電体膜１３の膜厚が３
３ｎｍの場合、（iii）誘電体膜１３の膜厚が２１ｎｍ
の場合、及び（iv）誘電体膜１３の膜厚が９ｎｍである
場合の四種類について行なう。
微小開口２０を１２０ｎｍ角の正方形とし、誘電体膜１
３の材質として屈折率ｎ＝２．８であるＭｇＦ２（フッ
化マグネシウム）を用いた場合について、この計算を、
（i）誘電体膜１３の膜厚が０の場合（即ち、誘電体膜
１３を付けない場合）、（ii）誘電体膜１３の膜厚が３
３ｎｍの場合、（iii）誘電体膜１３の膜厚が２１ｎｍ
の場合、及び（iv）誘電体膜１３の膜厚が９ｎｍである
場合の四種類について行なう。
【００６１】これらのシミュレーション計算の結果とし
て得られる、微小開口２０における光透過率及び、誘電
体膜１３を付けない場合を基準（１倍）とする増強効果
を図２の図表に示す。
て得られる、微小開口２０における光透過率及び、誘電
体膜１３を付けない場合を基準（１倍）とする増強効果
を図２の図表に示す。
【００６２】図２に示すように、図１の構成において誘
電体膜１３を設けない比較例の場合には、光透過率は、
０．０１％に過ぎない。これに対して、膜厚３３ｎｍの
誘電体膜１３を密着配置した場合には、光透過率は、
０．３％にまで上昇し、近接場光Ｌ２の強度は、誘電体
膜１３を設けない比較例と比較して、３０倍に急上昇し
ている。また、膜厚２１ｎｍの誘電体膜１３を密着配置
した場合には、光透過率は、０．０６％にまで上昇し、
近接場光Ｌ２の強度は、誘電体膜１３を設けない比較例
と比較して、６倍に急上昇している。更に、膜厚９ｎｍ
の誘電体膜１３を密着配置した場合には、光透過率は、
０．０２％にまで上昇し、近接場光Ｌ２の強度は、誘電
体膜１３を設けない比較例と比較して、２倍に急上昇し
ている。
電体膜１３を設けない比較例の場合には、光透過率は、
０．０１％に過ぎない。これに対して、膜厚３３ｎｍの
誘電体膜１３を密着配置した場合には、光透過率は、
０．３％にまで上昇し、近接場光Ｌ２の強度は、誘電体
膜１３を設けない比較例と比較して、３０倍に急上昇し
ている。また、膜厚２１ｎｍの誘電体膜１３を密着配置
した場合には、光透過率は、０．０６％にまで上昇し、
近接場光Ｌ２の強度は、誘電体膜１３を設けない比較例
と比較して、６倍に急上昇している。更に、膜厚９ｎｍ
の誘電体膜１３を密着配置した場合には、光透過率は、
０．０２％にまで上昇し、近接場光Ｌ２の強度は、誘電
体膜１３を設けない比較例と比較して、２倍に急上昇し
ている。
【００６３】このように、誘電体膜１３が存在しない、
従来の技術によれば、光の利用効率は低く、近接場光Ｌ
２の強度を実用化可能なレベルにまで高めるのは困難で
あると言える。逆に、本実施形態の如く、誘電体膜１３
を微小開口２０に密着配置する構成を採れば、光の利用
効率は飛躍的に高まり、近接場光Ｌ２の強度を実用化可
能なレベルにまで高めることが可能になると言える。
従来の技術によれば、光の利用効率は低く、近接場光Ｌ
２の強度を実用化可能なレベルにまで高めるのは困難で
あると言える。逆に、本実施形態の如く、誘電体膜１３
を微小開口２０に密着配置する構成を採れば、光の利用
効率は飛躍的に高まり、近接場光Ｌ２の強度を実用化可
能なレベルにまで高めることが可能になると言える。
【００６４】更に上述のシミュレーション（誘電体膜１
３の屈折率を２．８に固定している）において、誘電体
膜１３の屈折率を変化させた場合の光透過率の変化を、
上記三種類の膜厚（３３ｎｍ、２１ｎｍ及び９ｎｍ）に
ついて夫々、図３の特性図に示す。
３の屈折率を２．８に固定している）において、誘電体
膜１３の屈折率を変化させた場合の光透過率の変化を、
上記三種類の膜厚（３３ｎｍ、２１ｎｍ及び９ｎｍ）に
ついて夫々、図３の特性図に示す。
【００６５】図３に示すように、膜厚３３ｎｍとすれ
ば、誘電体膜１３の屈折率が３付近で、光透過率は極大
値をとり、膜厚２１ｎｍとすれば、誘電体膜１３の屈折
率が４付近で、光透過率は極大値をとり、膜厚９ｎｍと
すれば、誘電体膜１３の屈折率が６付近で、光透過率は
極大値をとる。
ば、誘電体膜１３の屈折率が３付近で、光透過率は極大
値をとり、膜厚２１ｎｍとすれば、誘電体膜１３の屈折
率が４付近で、光透過率は極大値をとり、膜厚９ｎｍと
すれば、誘電体膜１３の屈折率が６付近で、光透過率は
極大値をとる。
【００６６】更に上述のシミュレーションにおいて、誘
電体膜１３の膜厚を１８ｎｍに固定して、誘電体膜１３
の屈折率を変化させた場合の光透過率の変化を、微小開
口２０の三種類の開口（１２０ｎｍ、８０ｎｍ及び４０
ｎｍ）について夫々、図４の特性図に示す。
電体膜１３の膜厚を１８ｎｍに固定して、誘電体膜１３
の屈折率を変化させた場合の光透過率の変化を、微小開
口２０の三種類の開口（１２０ｎｍ、８０ｎｍ及び４０
ｎｍ）について夫々、図４の特性図に示す。
【００６７】図４に示すように、微小開口２０の口径を
１２０ｎｍとすれば、誘電体膜１３の屈折率が４付近
で、光透過率は極大値をとり、口径を８０ｎｍとすれ
ば、誘電体膜１３の屈折率が５．５付近で、光透過率は
極大値をとり、口径を４０ｎｍとすれば、誘電体膜１３
の屈折率が８付近で、光透過率は極大値をとる。
１２０ｎｍとすれば、誘電体膜１３の屈折率が４付近
で、光透過率は極大値をとり、口径を８０ｎｍとすれ
ば、誘電体膜１３の屈折率が５．５付近で、光透過率は
極大値をとり、口径を４０ｎｍとすれば、誘電体膜１３
の屈折率が８付近で、光透過率は極大値をとる。
【００６８】以上図２から図４に示したように、実際の
近接場光発生素子１０の仕様における波長等の条件に応
じて個別具体的に、最大限に光の利用効率が高くなるよ
うに、誘電体膜１３の膜厚及び屈折率並びに微小開口２
０の口径等を選択することで、当該光の利用効率を最大
限に高めることが可能となる。尚、このような誘電体膜
１３の膜厚設定及び屈折率設定並びに微小開口２０の口
径設定等は、上述の如きシミュレーションに基づいて行
なってもよいし、実験的、経験的に行なってもよい。
近接場光発生素子１０の仕様における波長等の条件に応
じて個別具体的に、最大限に光の利用効率が高くなるよ
うに、誘電体膜１３の膜厚及び屈折率並びに微小開口２
０の口径等を選択することで、当該光の利用効率を最大
限に高めることが可能となる。尚、このような誘電体膜
１３の膜厚設定及び屈折率設定並びに微小開口２０の口
径設定等は、上述の如きシミュレーションに基づいて行
なってもよいし、実験的、経験的に行なってもよい。
【００６９】以上説明したように第１実施形態によれ
ば、微小開口２０には、誘電体膜１３が密着配置されて
いるので、近接場光Ｌ２の存在領域を狭くしつつ、近接
場光Ｌ２の強度を顕著に高めることができる。特に、誘
電体膜１３の膜厚を光の波長の１／２以下であるように
薄くすることにより、一般的な屈折率を有する誘電体膜
１３によって、近接場光Ｌ２の強度を効率良く高められ
る。尚、このような誘電体膜１３の屈折率は、導光部材
１１の屈折率以上であり且つ空気５０の屈折率以上であ
れば、近接場光Ｌ２の強度を高める効果は顕在化する
が、好ましくは２以上といった、比較的高屈折率の誘電
体膜１３を用いることにより、近接場光Ｌ２の強度を、
より効率良く高められる。
ば、微小開口２０には、誘電体膜１３が密着配置されて
いるので、近接場光Ｌ２の存在領域を狭くしつつ、近接
場光Ｌ２の強度を顕著に高めることができる。特に、誘
電体膜１３の膜厚を光の波長の１／２以下であるように
薄くすることにより、一般的な屈折率を有する誘電体膜
１３によって、近接場光Ｌ２の強度を効率良く高められ
る。尚、このような誘電体膜１３の屈折率は、導光部材
１１の屈折率以上であり且つ空気５０の屈折率以上であ
れば、近接場光Ｌ２の強度を高める効果は顕在化する
が、好ましくは２以上といった、比較的高屈折率の誘電
体膜１３を用いることにより、近接場光Ｌ２の強度を、
より効率良く高められる。
【００７０】以上説明した本実施形態における誘電体膜
１３は、単一層膜からなってもよいし、多層膜からなっ
てもよい。単一膜から構成すれば、成膜工程及び構造が
簡単で済む。他方、多層膜から構成すれば、単一層膜で
は得られないような所望の屈折率や高い屈折率を得るこ
とも可能となる。
１３は、単一層膜からなってもよいし、多層膜からなっ
てもよい。単一膜から構成すれば、成膜工程及び構造が
簡単で済む。他方、多層膜から構成すれば、単一層膜で
は得られないような所望の屈折率や高い屈折率を得るこ
とも可能となる。
【００７１】加えて、本実施形態では、遮光部材１２の
光源側（図１で上側）には、ガラス等からなる導光部材
１１を配置させたが、微小開口２０で近接場光Ｌ２が発
生する限りにおいて、導光部材として空気を利用するこ
とも可能である。
光源側（図１で上側）には、ガラス等からなる導光部材
１１を配置させたが、微小開口２０で近接場光Ｌ２が発
生する限りにおいて、導光部材として空気を利用するこ
とも可能である。
【００７２】（第２実施形態）次に、第２実施形態の近
接場光発生素子について図５から図８を参照して説明す
る。図５は、本発明の第２実施形態に係る近接場光発生
素子の微小開口付近における拡大断面図である。図６及
び図７は夫々、第２実施形態における微小開口の形状に
係る各種具体例を夫々示す微小開口の平面図である。図
８は、シミュレーションにより得られる、微小開口付近
における近接場光の光強度の二次元的な分布を示す特性
図である。
接場光発生素子について図５から図８を参照して説明す
る。図５は、本発明の第２実施形態に係る近接場光発生
素子の微小開口付近における拡大断面図である。図６及
び図７は夫々、第２実施形態における微小開口の形状に
係る各種具体例を夫々示す微小開口の平面図である。図
８は、シミュレーションにより得られる、微小開口付近
における近接場光の光強度の二次元的な分布を示す特性
図である。
【００７３】図５に示すように、本実施形態の近接場光
発生素子１０’は、光源から出射される光Ｌ１を導く導
光部材１１と、導光部材１１における光Ｌ１の光路に配
置されると共に光Ｌ１の波長以下の径を有する微小開口
２０’を規定する遮光部材１２’とを備える。
発生素子１０’は、光源から出射される光Ｌ１を導く導
光部材１１と、導光部材１１における光Ｌ１の光路に配
置されると共に光Ｌ１の波長以下の径を有する微小開口
２０’を規定する遮光部材１２’とを備える。
【００７４】導光部材１１は例えば、ガラス、石英、プ
ラスチック等の光透過性の材料から形成される、光ファ
イバー、レンズ等からなる。
ラスチック等の光透過性の材料から形成される、光ファ
イバー、レンズ等からなる。
【００７５】遮光部材１２’は、例えば光の透過率が５
０％程度以下であって、光を遮る部材からなり、より具
体的には例えば金属膜、合金膜、金属シリサイド、有機
膜等の遮光性の材料から形成される。遮光部材１２’
は、蒸着、コーティング等により、導光部材１１の外面
（図５中、導光部材１１の下側表面）を被覆するように
形成される。その膜厚は、例えば数ｎｍから数百ｎｍで
あるが、材質や膜厚については、微小開口２０’を開口
可能である限りにおいて、特に限定されない。
０％程度以下であって、光を遮る部材からなり、より具
体的には例えば金属膜、合金膜、金属シリサイド、有機
膜等の遮光性の材料から形成される。遮光部材１２’
は、蒸着、コーティング等により、導光部材１１の外面
（図５中、導光部材１１の下側表面）を被覆するように
形成される。その膜厚は、例えば数ｎｍから数百ｎｍで
あるが、材質や膜厚については、微小開口２０’を開口
可能である限りにおいて、特に限定されない。
【００７６】第２実施形態では特に、遮光部材１２’
は、微小開口２０’の基本形状を規定する主部と、該主
部から微小開口２０’の中央に向かって突出している突
起部とを有する。
は、微小開口２０’の基本形状を規定する主部と、該主
部から微小開口２０’の中央に向かって突出している突
起部とを有する。
【００７７】微小開口２０’のうち、遮光部材１２’の
主部（即ち、突起部を除く部分）により規定される部分
の口径は、光Ｌ１の波長以下に設定されている。従っ
て、この微小開口２０’の出射側（図５中、下側）に
は、空気５０内に、口径に近い半径を有する概ね球状の
近接場光Ｌ２が発生する。
主部（即ち、突起部を除く部分）により規定される部分
の口径は、光Ｌ１の波長以下に設定されている。従っ
て、この微小開口２０’の出射側（図５中、下側）に
は、空気５０内に、口径に近い半径を有する概ね球状の
近接場光Ｌ２が発生する。
【００７８】より具体的には、遮光部材１２’は、図６
の（ａ）〜（ｄ）に夫々示すように、基本形状として
「四角形」の微小開口２０’を規定する主部と、該主部
から微小開口２０’の中央に向かって突出する突起部３
１とを有する。即ち、図６（ａ）は、遮光部材１２’が
突起部３１を一つ有する具体例であり、図６（ｂ）は、
遮光部材１２’が突起部３１を二つ有する具体例であ
り、図６（ｃ）は、遮光部材１２’が突起部３１を三つ
有する具体例であり、図６（ｄ）は、遮光部材１２’が
突起部３１を四つ有する具体例である。
の（ａ）〜（ｄ）に夫々示すように、基本形状として
「四角形」の微小開口２０’を規定する主部と、該主部
から微小開口２０’の中央に向かって突出する突起部３
１とを有する。即ち、図６（ａ）は、遮光部材１２’が
突起部３１を一つ有する具体例であり、図６（ｂ）は、
遮光部材１２’が突起部３１を二つ有する具体例であ
り、図６（ｃ）は、遮光部材１２’が突起部３１を三つ
有する具体例であり、図６（ｄ）は、遮光部材１２’が
突起部３１を四つ有する具体例である。
【００７９】或いは、図５に示した遮光部材１２’は、
図７の（ａ）〜（ｄ）に夫々示すように、基本形状とし
て「円形」の微小開口２０’を規定する主部と、該主部
から微小開口２０’の中央に向かって突出する突起部３
１とを有する。即ち、図７（ａ）は、遮光部材１２’が
突起部３１を一つ有する具体例であり、図７（ｂ）は、
遮光部材１２’が突起部３１を二つ有する具体例であ
り、図７（ｃ）は、遮光部材１２’が突起部３１を三つ
有する具体例であり、図７（ｄ）は、遮光部材１２’が
突起部３１を四つ有する具体例である。
図７の（ａ）〜（ｄ）に夫々示すように、基本形状とし
て「円形」の微小開口２０’を規定する主部と、該主部
から微小開口２０’の中央に向かって突出する突起部３
１とを有する。即ち、図７（ａ）は、遮光部材１２’が
突起部３１を一つ有する具体例であり、図７（ｂ）は、
遮光部材１２’が突起部３１を二つ有する具体例であ
り、図７（ｃ）は、遮光部材１２’が突起部３１を三つ
有する具体例であり、図７（ｄ）は、遮光部材１２’が
突起部３１を四つ有する具体例である。
【００８０】以上のように構成された近接場光発生素子
１０’によれば、光源から光Ｌ１が出射されると、導光
部材１１により導光され、遮光部材１２’に開けられた
微小開口２０’により、光が入射したのと反対側におけ
る微小開口２０’の近隣に近接場光Ｌ２が発生する。こ
こで、空気５０に接している限り、近接場光Ｌ２は、微
小開口２０’の近隣に止まったまま、外界に対して何ら
の物理的作用を及ぼさない。しかるに、この状態で、近
接場光Ｌ２の光を吸い上げることが可能な物体（例え
ば、記録媒体、顕微鏡の対象物）の表面６０を、遮光部
材１２’の表面に対して、数十ｎｍ〜数百ｎｍ程度にま
で近付ける、即ち、近接場光Ｌ２の表面波が存在する領
域にまで近付けると、近接場光Ｌ２から、光が表面６０
に対して照射される。従って、近接場光Ｌ２の存在する
領域程度の微小な領域を、光を照射する単位として利用
できる。この結果、後述の如く、回折限界を超えるまで
光メモリにおける記録密度を高めたり、回折限界を超え
るまでファイバープローブにおける解像度を高めたりす
ることが可能となる。
１０’によれば、光源から光Ｌ１が出射されると、導光
部材１１により導光され、遮光部材１２’に開けられた
微小開口２０’により、光が入射したのと反対側におけ
る微小開口２０’の近隣に近接場光Ｌ２が発生する。こ
こで、空気５０に接している限り、近接場光Ｌ２は、微
小開口２０’の近隣に止まったまま、外界に対して何ら
の物理的作用を及ぼさない。しかるに、この状態で、近
接場光Ｌ２の光を吸い上げることが可能な物体（例え
ば、記録媒体、顕微鏡の対象物）の表面６０を、遮光部
材１２’の表面に対して、数十ｎｍ〜数百ｎｍ程度にま
で近付ける、即ち、近接場光Ｌ２の表面波が存在する領
域にまで近付けると、近接場光Ｌ２から、光が表面６０
に対して照射される。従って、近接場光Ｌ２の存在する
領域程度の微小な領域を、光を照射する単位として利用
できる。この結果、後述の如く、回折限界を超えるまで
光メモリにおける記録密度を高めたり、回折限界を超え
るまでファイバープローブにおける解像度を高めたりす
ることが可能となる。
【００８１】ここで、微小開口２０’を、図６及び図７
に示したように、突起部３１を用いて特殊形状にするこ
とによる、光の利用効率の向上或いは光透過率の向上に
ついて、シミュレーションによる検討を加える。
に示したように、突起部３１を用いて特殊形状にするこ
とによる、光の利用効率の向上或いは光透過率の向上に
ついて、シミュレーションによる検討を加える。
【００８２】第２実施形態においても、前述した第１実
施形態の場合と同様に、時間領域差分方法を用いて計算
を行なう。
施形態の場合と同様に、時間領域差分方法を用いて計算
を行なう。
【００８３】具体的には、光の波長を６５０ｎｍとし、
微小開口２０’として、（i）図８（ａ）の左側に示す
ように１２０ｎｍ角の正方形としたもの、（ii）図８
（ｂ）の左側に示すように１２０ｎｍ角の正方形を基本
形状として、上下に２０ｎｍだけ中央に突出した突起部
が二つ設けられてなるもの、（iii）図８（ｃ）の左側
に示すように１２０ｎｍ角の正方形を基本形状として、
上下に４０ｎｍだけ中央に突出した突起部が二つ設けら
れてなるものの三種類について、このシミュレーション
計算を行なう。
微小開口２０’として、（i）図８（ａ）の左側に示す
ように１２０ｎｍ角の正方形としたもの、（ii）図８
（ｂ）の左側に示すように１２０ｎｍ角の正方形を基本
形状として、上下に２０ｎｍだけ中央に突出した突起部
が二つ設けられてなるもの、（iii）図８（ｃ）の左側
に示すように１２０ｎｍ角の正方形を基本形状として、
上下に４０ｎｍだけ中央に突出した突起部が二つ設けら
れてなるものの三種類について、このシミュレーション
計算を行なう。
【００８４】これらのシミュレーション計算の結果とし
て得られる、微小開口を含む各（ｘ，ｙ）地点における
近接場光の光強度を図８（ａ）〜（ｃ）に夫々示す。
尚、図８（ａ）〜（ｃ）では夫々、微小開口を含む面内
の各（ｘ、ｙ）地点における近接場光の光強度をｚ軸に
示している。また、ｘ、ｙ、ｚの各座標を示す目盛り
は、相対的なものであるが、図８（ａ）〜（ｃ）間にお
いて、ｚ軸に対して同一単位による目盛り付けが行なわ
れている。
て得られる、微小開口を含む各（ｘ，ｙ）地点における
近接場光の光強度を図８（ａ）〜（ｃ）に夫々示す。
尚、図８（ａ）〜（ｃ）では夫々、微小開口を含む面内
の各（ｘ、ｙ）地点における近接場光の光強度をｚ軸に
示している。また、ｘ、ｙ、ｚの各座標を示す目盛り
は、相対的なものであるが、図８（ａ）〜（ｃ）間にお
いて、ｚ軸に対して同一単位による目盛り付けが行なわ
れている。
【００８５】図８（ａ）と図８（ｂ）及び（ｃ）とを比
較して分かるように、突起部が存在した方が、近接場光
の存在領域が狭くなると共に、近接場光の光強度が高ま
っている。更に、図８（ｂ）と図８（ｃ）とを比較して
分かるように、突起部の突出度合いが大きい方が、近接
場光の存在領域が狭くなると共に、近接場光の光強度が
高まっている。
較して分かるように、突起部が存在した方が、近接場光
の存在領域が狭くなると共に、近接場光の光強度が高ま
っている。更に、図８（ｂ）と図８（ｃ）とを比較して
分かるように、突起部の突出度合いが大きい方が、近接
場光の存在領域が狭くなると共に、近接場光の光強度が
高まっている。
【００８６】以上図５から図８に示したように、実際の
近接場光発生素子１０’の仕様における波長等の条件に
応じて個別具体的に、近接場光Ｌ２の存在領域が狭くな
り且つ光強度が高くなるように、微小開口２０’の形状
を選択することで、当該近接場光Ｌ２の存在領域を狭く
でき且つ光強度を高められる。尚、このような微小開口
２０’の形状等は、上述の如きシミュレーションに基づ
いて行なってもよいし、実験的、経験的に行なってもよ
い。
近接場光発生素子１０’の仕様における波長等の条件に
応じて個別具体的に、近接場光Ｌ２の存在領域が狭くな
り且つ光強度が高くなるように、微小開口２０’の形状
を選択することで、当該近接場光Ｌ２の存在領域を狭く
でき且つ光強度を高められる。尚、このような微小開口
２０’の形状等は、上述の如きシミュレーションに基づ
いて行なってもよいし、実験的、経験的に行なってもよ
い。
【００８７】以上説明したように第２実施形態によれ
ば、微小開口の形状が四角形或いは円形等である従来の
技術と比べて、微小開口２０’に突起部３１を設けるこ
とにより（図６及び図７参照）、近接場光Ｌ２の存在領
域を狭めると同時に光の利用効率を高めることが可能と
なる。
ば、微小開口の形状が四角形或いは円形等である従来の
技術と比べて、微小開口２０’に突起部３１を設けるこ
とにより（図６及び図７参照）、近接場光Ｌ２の存在領
域を狭めると同時に光の利用効率を高めることが可能と
なる。
【００８８】尚、第２実施形態では、微小開口２０’の
基本形状は、図６及び図７に示したように四角形や円形
に限らず、三角形、五角形、六角形、八角形等の多角形
でもよいし、楕円形でもよい。いずれの場合であって
も、基本形状の辺や頂点から一又は複数の突起部を突出
させることで、上述の如き近接場光の存在領域を狭める
と共にその光強度を高めるという効果は大なり小なり得
られる。
基本形状は、図６及び図７に示したように四角形や円形
に限らず、三角形、五角形、六角形、八角形等の多角形
でもよいし、楕円形でもよい。いずれの場合であって
も、基本形状の辺や頂点から一又は複数の突起部を突出
させることで、上述の如き近接場光の存在領域を狭める
と共にその光強度を高めるという効果は大なり小なり得
られる。
【００８９】また、このような突起部を、微小開口２
０’の中心に対して点対称な位置に複数設けてもよく、
これにより、微小開口２０’の近隣にその中心に対して
点対称な近接場光Ｌ２を発生可能となる。
０’の中心に対して点対称な位置に複数設けてもよく、
これにより、微小開口２０’の近隣にその中心に対して
点対称な近接場光Ｌ２を発生可能となる。
【００９０】加えて、本実施形態では、遮光部材１２’
の光源側（図５で上側）には、ガラス等からなる導光部
材１１を配置させたが、微小開口２０’で近接場光Ｌ２
が発生する限りにおいて、導光部材として空気を利用す
ることも可能である。
の光源側（図５で上側）には、ガラス等からなる導光部
材１１を配置させたが、微小開口２０’で近接場光Ｌ２
が発生する限りにおいて、導光部材として空気を利用す
ることも可能である。
【００９１】（第３実施形態）次に、第３実施形態の近
接場光発生素子について図１並びに図６及び図７を参照
して説明する。
接場光発生素子について図１並びに図６及び図７を参照
して説明する。
【００９２】第３実施形態の近接場光発生素子は、図１
に示した第１実施形態の構成において、微小開口２０の
形状を、図６及び図７に示した第２実施形態の如き、突
起部３１により形状が変形された微小開口２０’に置き
換えたものである。その他の構成については、第１実施
形態と同様である。
に示した第１実施形態の構成において、微小開口２０の
形状を、図６及び図７に示した第２実施形態の如き、突
起部３１により形状が変形された微小開口２０’に置き
換えたものである。その他の構成については、第１実施
形態と同様である。
【００９３】従って、第３実施形態によれば、微小開口
を規定する遮光部材に設けられた突起部により、近接場
光の存在領域を狭めることができ且つその光強度を高め
られ、同時に、微小開口に密着配置された誘電体膜によ
り、その光強度を一層高めることが可能となる。
を規定する遮光部材に設けられた突起部により、近接場
光の存在領域を狭めることができ且つその光強度を高め
られ、同時に、微小開口に密着配置された誘電体膜によ
り、その光強度を一層高めることが可能となる。
【００９４】（変形形態）次に、以上説明した各実施形
態の変形形態について図９及び図１０を参照して説明す
る。ここに、図９（ａ）〜（ｄ）及び図１０（ａ）〜
（ｅ）は夫々、図１と同じく近接場光発生素子の微小開
口付近における拡大断面図である。
態の変形形態について図９及び図１０を参照して説明す
る。ここに、図９（ａ）〜（ｄ）及び図１０（ａ）〜
（ｅ）は夫々、図１と同じく近接場光発生素子の微小開
口付近における拡大断面図である。
【００９５】図９（ａ）〜（ｄ）は夫々、誘電体膜が微
小開口に設けられた第１又は第３実施形態の変形形態を
示しており、誘電体膜の膜厚や、誘電体膜を設ける領域
或いは場所について第１又は第３実施形態に対して、変
形が加えられたものである。
小開口に設けられた第１又は第３実施形態の変形形態を
示しており、誘電体膜の膜厚や、誘電体膜を設ける領域
或いは場所について第１又は第３実施形態に対して、変
形が加えられたものである。
【００９６】即ち図９（ａ）の変形形態では、誘電体膜
１３ａは、微小開口内にのみ設けられており且つその膜
厚は遮光部材１２と同一である。
１３ａは、微小開口内にのみ設けられており且つその膜
厚は遮光部材１２と同一である。
【００９７】図９（ｂ）の変形形態では、誘電体膜１３
ｂは、微小開口内にのみ設けられており且つその膜厚
は、遮光部材１２よりも薄い。
ｂは、微小開口内にのみ設けられており且つその膜厚
は、遮光部材１２よりも薄い。
【００９８】図９（ｃ）の変形形態では、誘電体膜１３
ｃは、微小開口内及び遮光部材１２の光入射側に設けら
れている。
ｃは、微小開口内及び遮光部材１２の光入射側に設けら
れている。
【００９９】図９（ｄ）の変形形態では、誘電体膜１３
ｅは、微小開口内並びに遮光部材１２の光入射側及び光
出射側の両方に設けられている。
ｅは、微小開口内並びに遮光部材１２の光入射側及び光
出射側の両方に設けられている。
【０１００】以上説明した図９（ａ）〜（ｄ）の各変形
形態においても、誘電体膜が微小開口に密着配置されて
いるので、近接場光を強めることができる。
形態においても、誘電体膜が微小開口に密着配置されて
いるので、近接場光を強めることができる。
【０１０１】図１０（ａ）〜（ｅ）は夫々、誘電体膜が
微小開口に設けられた第１又は第３実施形態の変形形態
を示している。上述した図１０（ａ）〜（ｃ）の変形形
態は、図９（ａ）〜（ｃ）の変形形態に対して更に誘電
体膜における光出射側に金属膜を設けるという変形が加
えられたものである。図１０（ｄ）の変形形態は、図１
の実施形態に対して更に誘電体膜における光出射側に金
属膜を設けるという変形が加えられたものである。そし
て、図１０（ｅ）の変形形態は、図９（ｄ）の変形形態
に対して更に誘電体膜における光出射側に金属膜を設け
るという変形が加えられたものである。
微小開口に設けられた第１又は第３実施形態の変形形態
を示している。上述した図１０（ａ）〜（ｃ）の変形形
態は、図９（ａ）〜（ｃ）の変形形態に対して更に誘電
体膜における光出射側に金属膜を設けるという変形が加
えられたものである。図１０（ｄ）の変形形態は、図１
の実施形態に対して更に誘電体膜における光出射側に金
属膜を設けるという変形が加えられたものである。そし
て、図１０（ｅ）の変形形態は、図９（ｄ）の変形形態
に対して更に誘電体膜における光出射側に金属膜を設け
るという変形が加えられたものである。
【０１０２】即ち図１０（ａ）の変形形態では、誘電体
膜１３ａは、微小開口内にのみ設けられており且つその
膜厚は遮光部材１２と同一であり、更にその光出射側に
金属膜１４ａが設けられている。
膜１３ａは、微小開口内にのみ設けられており且つその
膜厚は遮光部材１２と同一であり、更にその光出射側に
金属膜１４ａが設けられている。
【０１０３】図１０（ｂ）の変形形態では、誘電体膜１
３ｂは、微小開口内にのみ設けられており且つその膜厚
は遮光部材１２よりも薄く、更にその光出射側に金属膜
１４ｂが設けられている。
３ｂは、微小開口内にのみ設けられており且つその膜厚
は遮光部材１２よりも薄く、更にその光出射側に金属膜
１４ｂが設けられている。
【０１０４】図１０（ｃ）の変形形態では、誘電体膜１
３ｃは、微小開口内及び遮光部材１２の光入射側に設け
られており、更にその光出射側に金属膜１４ｃが設けら
れている。
３ｃは、微小開口内及び遮光部材１２の光入射側に設け
られており、更にその光出射側に金属膜１４ｃが設けら
れている。
【０１０５】図１０（ｄ）の変形形態では、誘電体膜１
３ｄは、微小開口内及び遮光部材１２の光出射側に設け
られており、更にその光出射側に金属膜１４ｄが設けら
れている。
３ｄは、微小開口内及び遮光部材１２の光出射側に設け
られており、更にその光出射側に金属膜１４ｄが設けら
れている。
【０１０６】図１０（ｅ）の変形形態では、誘電体膜１
３ｅは、微小開口内並びに遮光部材１２の光入射側及び
光出射側の両方に設けられており、更にその光出射側に
金属膜１４ｅが設けられている。
３ｅは、微小開口内並びに遮光部材１２の光入射側及び
光出射側の両方に設けられており、更にその光出射側に
金属膜１４ｅが設けられている。
【０１０７】以上説明した図１０（ａ）〜（ｅ）の各変
形形態においても、誘電体膜が微小開口に密着配置され
ており、更に金属膜が設けられているので、近接場光を
強めることができる。
形形態においても、誘電体膜が微小開口に密着配置され
ており、更に金属膜が設けられているので、近接場光を
強めることができる。
【０１０８】更に、図１０（ａ）〜（ｅ）に示した変形
形態では、金属膜が誘電体膜の光出射側に設けられてい
るが、このような金属膜は、第１又は第３実施形態にお
いて、誘電体膜の光入射側に設けられてもよいし、更に、
誘電体膜の光入射側及び光出射側の両方に設けられても
よい。
形態では、金属膜が誘電体膜の光出射側に設けられてい
るが、このような金属膜は、第１又は第３実施形態にお
いて、誘電体膜の光入射側に設けられてもよいし、更に、
誘電体膜の光入射側及び光出射側の両方に設けられても
よい。
【０１０９】以上のように、遮光部材１２の光入射側の
媒体と異なり且つ光出射側の媒体と異なる物質からなる
誘電体膜が、微小開口付近に設けられることを条件とし
て、第１又は第３実施形態においては、各種変形形態が
可能である。特に、誘電体膜の屈折率をｎ（ｄ）とし、
遮光膜の光入射側の媒体の屈折率をｎ（in）とし、遮光
膜の光出射側の媒体の屈折率をｎ（out）とするとき、 ｎ（ｄ）≧ｎ（in） 且つ ｎ（ｄ）≧ｎ（out） を満たすことにより、近接場光を効率的に強めることが
可能な各種形態を構築できる。
媒体と異なり且つ光出射側の媒体と異なる物質からなる
誘電体膜が、微小開口付近に設けられることを条件とし
て、第１又は第３実施形態においては、各種変形形態が
可能である。特に、誘電体膜の屈折率をｎ（ｄ）とし、
遮光膜の光入射側の媒体の屈折率をｎ（in）とし、遮光
膜の光出射側の媒体の屈折率をｎ（out）とするとき、 ｎ（ｄ）≧ｎ（in） 且つ ｎ（ｄ）≧ｎ（out） を満たすことにより、近接場光を効率的に強めることが
可能な各種形態を構築できる。
【０１１０】加えて、前述の第２実施形態の変形形態と
して、図１０（ａ）〜（ｅ）の如き金属膜を光出射側又
は光入射側に設けてもよい。
して、図１０（ａ）〜（ｅ）の如き金属膜を光出射側又
は光入射側に設けてもよい。
【０１１１】（第４実施形態）次に、本発明の第４実施
形態に係る光学装置の一例たるファイバープローブにつ
いて図１１を参照して説明する。図１１は、ファイバー
プローブの近接場光を発生する部位における拡大断面図
である。
形態に係る光学装置の一例たるファイバープローブにつ
いて図１１を参照して説明する。図１１は、ファイバー
プローブの近接場光を発生する部位における拡大断面図
である。
【０１１２】図１１に示すように、光学顕微鏡用のファ
イバープローブ１００は、導光部材として、光ファイバ
ー１０１を備える。光ファイバー１０１は、遮光部材の
一例を構成する金属膜１０２によりコーティングされて
いる。そして、光ファイバー１０１の先端における金属
膜１０２に開けられた微小開口には、第１実施形態の如
き誘電体膜１０３が密着配置されている。
イバープローブ１００は、導光部材として、光ファイバ
ー１０１を備える。光ファイバー１０１は、遮光部材の
一例を構成する金属膜１０２によりコーティングされて
いる。そして、光ファイバー１０１の先端における金属
膜１０２に開けられた微小開口には、第１実施形態の如
き誘電体膜１０３が密着配置されている。
【０１１３】尚、既存の微細加工技術により、光ファイ
バー１０１の先端を２０〜３０ｎｍ程度にまで絞ること
ができ、コーティング或いは蒸着により金属膜１０２で
被覆すれば、このように光ファイバー１０１の先端に近
接場光発生用の微小開口を有する構成が比較的簡単に得
られる。後は、この先端に所定膜厚の誘電体膜１０３を
密着配置すればよい。
バー１０１の先端を２０〜３０ｎｍ程度にまで絞ること
ができ、コーティング或いは蒸着により金属膜１０２で
被覆すれば、このように光ファイバー１０１の先端に近
接場光発生用の微小開口を有する構成が比較的簡単に得
られる。後は、この先端に所定膜厚の誘電体膜１０３を
密着配置すればよい。
【０１１４】従って、第４実施形態によれば、対象物体
１１０の表面に例えば数十ｎｍ程の距離を隔ててファイ
バープローブ１００を近接配置することで、入射光Ｌ１
に基づくと共に存在領域が狭い近接場光により回折限界
を超えた高解像度の撮像が可能となり、しかも入射光Ｌ
１に基づくと共に高い光強度を持つ近接場光により比較
的短時間での撮像が可能となる。
１１０の表面に例えば数十ｎｍ程の距離を隔ててファイ
バープローブ１００を近接配置することで、入射光Ｌ１
に基づくと共に存在領域が狭い近接場光により回折限界
を超えた高解像度の撮像が可能となり、しかも入射光Ｌ
１に基づくと共に高い光強度を持つ近接場光により比較
的短時間での撮像が可能となる。
【０１１５】尚、第４実施形態においても、第２実施形
態又は第３実施形態と同じく、誘電体膜１０３を設ける
のに代えて又は加えて、微小開口を規定する個所におけ
る金属膜１０２に突起部（図６及び図７参照）を設ける
ようにしてもよい。
態又は第３実施形態と同じく、誘電体膜１０３を設ける
のに代えて又は加えて、微小開口を規定する個所におけ
る金属膜１０２に突起部（図６及び図７参照）を設ける
ようにしてもよい。
【０１１６】加えて、第４実施形態のファイバープロー
ブ１００は、光源を含んでなる、光源内蔵型のファイバ
ープローブとして構築されてもよい。
ブ１００は、光源を含んでなる、光源内蔵型のファイバ
ープローブとして構築されてもよい。
【０１１７】（第５実施形態）次に、本発明の第５実施
形態に係る光学装置の一例たる光ヘッドについて図１２
を参照して説明する。図１２は、光ヘッドの近接場光を
発生する部位における拡大断面図である。
形態に係る光学装置の一例たる光ヘッドについて図１２
を参照して説明する。図１２は、光ヘッドの近接場光を
発生する部位における拡大断面図である。
【０１１８】図１２に示すように、光ディスク等の光記
録媒体に対して、データを高密度記録したり、光ディス
ク等からこのようなデータを読み出したりする、光メモ
リ用の光ヘッド２００は、導光部材として、固侵レンズ
２０１を備える。固侵レンズ２０１の平坦面には、遮光
部材の一例を構成するマスク２０２が配置されており、
固侵レンズ２０１の平坦面中央におけるマスク２０２に
開けられた微小開口には、第１実施形態の如き誘電体膜
２０３が密着配置されている。
録媒体に対して、データを高密度記録したり、光ディス
ク等からこのようなデータを読み出したりする、光メモ
リ用の光ヘッド２００は、導光部材として、固侵レンズ
２０１を備える。固侵レンズ２０１の平坦面には、遮光
部材の一例を構成するマスク２０２が配置されており、
固侵レンズ２０１の平坦面中央におけるマスク２０２に
開けられた微小開口には、第１実施形態の如き誘電体膜
２０３が密着配置されている。
【０１１９】従って、第５実施形態によれば、記録媒体
２１０の表面に例えば数十ｎｍ程の距離を隔てて光ヘッ
ド２００を近接配置することで、入射光Ｌ１に基づくと
共に存在領域が狭い近接場光により回折限界を超えた高
密度の光記録が可能となり、しかも入射光Ｌ１に基づく
と共に高い光強度を持つ近接場光により実用上利用可能
な、書き込み速度や読み出し速度での記録や再生が可能
となる。
２１０の表面に例えば数十ｎｍ程の距離を隔てて光ヘッ
ド２００を近接配置することで、入射光Ｌ１に基づくと
共に存在領域が狭い近接場光により回折限界を超えた高
密度の光記録が可能となり、しかも入射光Ｌ１に基づく
と共に高い光強度を持つ近接場光により実用上利用可能
な、書き込み速度や読み出し速度での記録や再生が可能
となる。
【０１２０】尚、第５実施形態においても、第２実施形
態又は第３実施形態と同じく、誘電体膜２０３を設ける
のに代えて又は加えて、微小開口を規定する個所におけ
るマスク２０２に突起部（図６及び図７参照）を設ける
ようにしてもよい。
態又は第３実施形態と同じく、誘電体膜２０３を設ける
のに代えて又は加えて、微小開口を規定する個所におけ
るマスク２０２に突起部（図６及び図７参照）を設ける
ようにしてもよい。
【０１２１】加えて、第５実施形態の光ヘッド２００
は、光源を含んでなる、光源内蔵型の光ヘッドとして構
築されてもよい。
は、光源を含んでなる、光源内蔵型の光ヘッドとして構
築されてもよい。
【０１２２】（第６実施形態）次に、本発明の第６実施
形態に係る光学装置の一例たるプローブアレイヘッドに
ついて図１３を参照して説明する。図１３は、プローブ
アレイヘッドの近接場光を発生する部位における拡大断
面図である。
形態に係る光学装置の一例たるプローブアレイヘッドに
ついて図１３を参照して説明する。図１３は、プローブ
アレイヘッドの近接場光を発生する部位における拡大断
面図である。
【０１２３】図１３に示すように、光ディスク等の光記
録媒体に対して、データを高密度記録したり、光ディス
ク等からこのようなデータを読み出したりする、プロー
ブアレイヘッド３００は、複数配列された微小開口を規
定する遮光部材３０２を備えており、これらの微小開口
には、第１実施形態の如き誘電体膜３０３が密着配置さ
れている。
録媒体に対して、データを高密度記録したり、光ディス
ク等からこのようなデータを読み出したりする、プロー
ブアレイヘッド３００は、複数配列された微小開口を規
定する遮光部材３０２を備えており、これらの微小開口
には、第１実施形態の如き誘電体膜３０３が密着配置さ
れている。
【０１２４】従って、第６実施形態によれば、記録媒体
３１０の表面に例えば数十ｎｍ程の距離を隔ててプロー
ブアレイヘッド３００を近接配置することで、入射光Ｌ
１に基づくと共に存在領域が狭い近接場光により回折限
界を超えた高密度の光記録が可能となり、しかも入射光
Ｌ１に基づくと共に高い光強度を持つ近接場光により実
用上利用可能な、書き込み速度や読み出し速度での記録
や再生が可能となる。
３１０の表面に例えば数十ｎｍ程の距離を隔ててプロー
ブアレイヘッド３００を近接配置することで、入射光Ｌ
１に基づくと共に存在領域が狭い近接場光により回折限
界を超えた高密度の光記録が可能となり、しかも入射光
Ｌ１に基づくと共に高い光強度を持つ近接場光により実
用上利用可能な、書き込み速度や読み出し速度での記録
や再生が可能となる。
【０１２５】尚、第６実施形態においても、第２実施形
態又は第３実施形態と同じく、誘電体膜３０３を設ける
のに代えて又は加えて、微小開口を規定する個所におけ
る遮光部材３０２に突起部（図６及び図７参照）を設け
るようにしてもよい。
態又は第３実施形態と同じく、誘電体膜３０３を設ける
のに代えて又は加えて、微小開口を規定する個所におけ
る遮光部材３０２に突起部（図６及び図７参照）を設け
るようにしてもよい。
【０１２６】加えて、第６実施形態のプローブアレイヘ
ッド３００は、光源を含んでなる、光源内蔵型のプロー
ブアレイヘッドとして構築されてもよい。
ッド３００は、光源を含んでなる、光源内蔵型のプロー
ブアレイヘッドとして構築されてもよい。
【０１２７】尚、以上第４から第６実施形態に係る光学
装置の他にも、例えば、レーザ加工装置等に代わる露光
装置などの光学的な微細加工装置、若しくは光スイッチ
用デバイス又は光変調器や光源等の光通信システム用の
光デバイスなどの各種光学装置に対しても適用可能であ
る。
装置の他にも、例えば、レーザ加工装置等に代わる露光
装置などの光学的な微細加工装置、若しくは光スイッチ
用デバイス又は光変調器や光源等の光通信システム用の
光デバイスなどの各種光学装置に対しても適用可能であ
る。
【０１２８】本発明は、上述した実施形態に限られるも
のではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる
発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能で
あり、そのような変更を伴なう近接場光発生素子及び光
学装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものであ
る。
のではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる
発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能で
あり、そのような変更を伴なう近接場光発生素子及び光
学装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものであ
る。
【０１２９】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、近接場光の存在する領域を狭くしつつ近接場光の
強度を増加させることが可能となる。これにより、回折
限界を超えた光記録における記録密度や、回折限界を超
えた光学顕微鏡における解像度等が実現可能となる。
れば、近接場光の存在する領域を狭くしつつ近接場光の
強度を増加させることが可能となる。これにより、回折
限界を超えた光記録における記録密度や、回折限界を超
えた光学顕微鏡における解像度等が実現可能となる。
【図１】本発明の第１実施形態に係る近接場光発生素子
の微小開口付近における拡大断面図である。
の微小開口付近における拡大断面図である。
【図２】第１実施形態に係るシミュレーションにより得
られる、微小開口に密着配置される誘電体膜の膜厚に応
じた光透過率及び光増強効果を示す図表である。
られる、微小開口に密着配置される誘電体膜の膜厚に応
じた光透過率及び光増強効果を示す図表である。
【図３】第１実施形態に係るシミュレーションにより得
られる、微小開口の口径を１２０ｎｍに固定した場合に
おける誘電体膜の各種膜厚についての、屈折率と光透過
率との関係を示す特性図である。
られる、微小開口の口径を１２０ｎｍに固定した場合に
おける誘電体膜の各種膜厚についての、屈折率と光透過
率との関係を示す特性図である。
【図４】第１実施形態に係るシミュレーションにより得
られる、誘電体膜の膜厚を１８ｎｍに固定した場合にお
ける各種口径についての、誘電体膜の屈折率と光透過率
との関係を示す特性図である。
られる、誘電体膜の膜厚を１８ｎｍに固定した場合にお
ける各種口径についての、誘電体膜の屈折率と光透過率
との関係を示す特性図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る近接場光発生素子
の微小開口付近における拡大断面図である。
の微小開口付近における拡大断面図である。
【図６】第２実施形態における微小開口の形状に係る各
種具体例を夫々示す微小開口の平面図（その１）であ
る。
種具体例を夫々示す微小開口の平面図（その１）であ
る。
【図７】第２実施形態における微小開口の形状に係る各
種具体例を夫々示す微小開口の平面図（その２）であ
る。
種具体例を夫々示す微小開口の平面図（その２）であ
る。
【図８】第２実施形態に係るシミュレーションにより得
られる、微小開口付近における近接場光の光強度の二次
元的な分布を示す特性図である。
られる、微小開口付近における近接場光の光強度の二次
元的な分布を示す特性図である。
【図９】本発明の各種変形形態に係る近接場光発生素子
の微小開口付近における拡大断面図である。
の微小開口付近における拡大断面図である。
【図１０】本発明の各種変形形態に係る近接場光発生素
子の微小開口付近における拡大断面図である。
子の微小開口付近における拡大断面図である。
【図１１】第４実施形態に係るファイバープローブの近
接場光を発生する部位における拡大断面図である。
接場光を発生する部位における拡大断面図である。
【図１２】第５実施形態に係る光ヘッドの近接場光を発
生する部位における拡大断面図である。
生する部位における拡大断面図である。
【図１３】第６実施形態に係るプローブアレイヘッドの
近接場光を発生する部位における拡大断面図である。
近接場光を発生する部位における拡大断面図である。
１０、１０’…近接場光発生素子
１１…導光部材
１２、１２’…遮光部材
２０、２０’…微小開口
１３、１３ａ〜１３ｅ…誘電体膜
１４ａ〜１４ｅ…金属膜
５０…空気
６０…表面
１００…ファイバープローブ
１０２…金属膜
１０３…誘電体膜
２００…光ヘッド
２０１…固侵レンズ
２０３…誘電体膜
３００…プローブアレイヘッド
３０２…遮光部材
３０３…誘電体膜
Claims (18)
- 【請求項１】 光源から出射される光の光路に配置され
ると共に該光の波長以下の径を有する微小開口を規定す
る遮光部材と、 前記微小開口に密着配置された誘電体膜とを備えたこと
を特徴とする近接場光発生素子。 - 【請求項２】 前記微小開口は、前記光の波長の１／２
以下の径を有することを特徴とする請求項１に記載の近
接場光発生素子。 - 【請求項３】 前記誘電体膜の屈折率は、前記光が入射
する側の前記光路における屈折率よりも高いことを特徴
とする請求項１又は２に記載の近接場光発生素子。 - 【請求項４】 前記誘電体膜は、単一層膜からなること
を特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の近
接場光発生素子。 - 【請求項５】 前記誘電体膜は、多層膜からなることを
特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の近接
場光発生素子。 - 【請求項６】 前記誘電体膜に代えて又は加えて、前記
微小開口に密着配置された光透過性の金属膜を備えたこ
とを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の
近接場光発生素子。 - 【請求項７】 前記遮光部材は、前記微小開口の基本形
状を規定する主部と、該主部から前記微小開口の中央に
向かって突出している突起部とを有することを特徴とす
る請求項１から６のいずれか一項に記載の近接場光発生
素子。 - 【請求項８】 光源から出射される光の光路に配置され
ると共に該光の波長以下の径を有する微小開口を規定す
る遮光部材を備えており、 前記遮光部材は、前記微小開口の基本形状を規定する主
部と、該主部から前記微小開口の中央に向かって突出し
ている突起部とを有することを特徴とする近接場光発生
素子。 - 【請求項９】 前記微小開口の基本形状は、多角形であ
ることを特徴とする請求項７又は８に記載の近接場光発
生素子。 - 【請求項１０】 前記微小開口の基本形状は、円形又は
楕円形であることを特徴とする請求項７又は８に記載の
近接場光発生素子。 - 【請求項１１】 前記突起部は、前記微小開口の中心に
対して点対称な位置に複数設けられていることを特徴と
する請求項７から１０のいずれか一項に記載の近接場光
発生素子。 - 【請求項１２】 前記光源からの光を前記微小開口に導
く導光部材を更に備えており、 前記遮光部材は、前記光の進行方向に対する前記導光部
材の先端に設けられることを特徴とする請求項１から１
１のいずれか一項に記載の近接場光発生素子。 - 【請求項１３】 前記導光部材は、光ファイバーからな
ることを特徴とする請求項１２に記載の近接場光発生素
子。 - 【請求項１４】 前記光ファイバーは、金属膜で被覆さ
れており、該金属膜から前記遮光部材が構成されている
ことを特徴とする請求項１３に記載の近接場光発生素
子。 - 【請求項１５】 前記導光部材は、固侵レンズからなる
ことを特徴とする請求項１２に記載の近接場光発生素
子。 - 【請求項１６】 前記光源を含むことを特徴とする請求
項１から１５のいずれか一項に記載の近接場光発生素
子。 - 【請求項１７】 請求項１から１６のいずれか一項に記
載の近接場光発生素子を具備してなることを特徴とする
光学装置。 - 【請求項１８】 前記近接場光発生素子をアレイ状に複
数具備してなることを特徴とする請求項１７に記載の光
学装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001236110A JP2003042930A (ja) | 2001-08-03 | 2001-08-03 | 近接場光発生素子及びこれを具備してなる光学装置 |
| EP02017410A EP1282121A3 (en) | 2001-08-03 | 2002-08-02 | Optical near-field generating element and optical apparatus including the same |
| EP04024969A EP1501088A1 (en) | 2001-08-03 | 2002-08-02 | Optical near-field generating element and optical apparatus including the same |
| US10/209,975 US6839191B2 (en) | 2001-08-03 | 2002-08-02 | Optical near-field generating element and optical apparatus including the same |
| US10/917,366 US6970307B2 (en) | 2001-08-03 | 2004-08-13 | Optical near-field generating element and optical apparatus including the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001236110A JP2003042930A (ja) | 2001-08-03 | 2001-08-03 | 近接場光発生素子及びこれを具備してなる光学装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003042930A true JP2003042930A (ja) | 2003-02-13 |
Family
ID=19067445
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001236110A Pending JP2003042930A (ja) | 2001-08-03 | 2001-08-03 | 近接場光発生素子及びこれを具備してなる光学装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6839191B2 (ja) |
| EP (2) | EP1282121A3 (ja) |
| JP (1) | JP2003042930A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007333497A (ja) * | 2006-06-14 | 2007-12-27 | Hitachi High-Technologies Corp | 蛍光検出デバイスおよび装置 |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP4350446B2 (ja) * | 2003-07-11 | 2009-10-21 | キヤノン株式会社 | 電場の発生方法、電場の発生装置 |
| US7149395B1 (en) * | 2005-08-09 | 2006-12-12 | Instrument Technology Research Center | Light-enhancing component and fabrication method thereof |
| US8737178B2 (en) * | 2006-09-05 | 2014-05-27 | Seagate Technology Llc | Alignment feature for near-field transducers |
| US7759630B2 (en) * | 2006-12-26 | 2010-07-20 | Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. | Method and apparatus for the generation and control of multiple near-field light sources at subwavelength resolution |
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