光学装置及光学设备

申请号 CN201010227480.7 申请日 2010-07-12 公开(公告)号 CN101958128A 公开(公告)日 2011-01-26
申请人 索尼公司; 发明人 本乡一泰;
摘要 本 发明 提供一种光学装置及光学设备,该光学装置包括:基底,透射入射光;以及第一导电膜,形成在该基底的一个表面上,并且包括形成在基底侧表面上的预定周期的凹凸图案,其中限定入射光辐照的边缘部分的边部从入射光的入射侧看时具有凸起形状或直线形状。
权利要求

1.一种光学装置,包括:
基底,透射入射光;以及
第一导电膜,形成在所述基底的一个表面上,并且包括形成在基底侧表面上的预定周期的凹凸图案,其中限定被所述入射光辐照的边缘部分的边部从所述入射光的入射侧看具有凸起形状或直线形状。
2.根据权利要求1所述的光学装置,其中所述凹凸图案相对于所述边缘部分的端部同心。
3.根据权利要求1所述的光学装置,其中所述凹凸图案的所述预定周期的基点是所述边缘部分的端部。
4.根据权利要求1所述的光学装置,其中所述第一导电膜的与所述凹凸图案相反的表面是平坦的。
5.根据权利要求1所述的光学装置,其中所述凹凸图案的所述预定周期设定为使得所述入射光入射在所述第一导电膜上时在所述凹凸图案的表面上产生的表面等离子体激元同相地交叠。
6.根据权利要求1所述的光学装置,其中所述第一导电膜沿着在所述第一导电膜的所述边缘部分的端部的切线方向的正交方向的长度大于所述入射光在所述第一导电膜上的光斑半径。
7.根据权利要求1所述的光学装置,其中所述凹凸图案的截面形状为矩形波、三波、正弦波、弧形凸起和弧形槽中的任何一种,或者截面形状为矩形波、三角波、正弦波、弧形凸起和弧形槽中的两种或更多种的结合。
8.根据权利要求1所述的光学装置,其中所述入射光在偏振方向上具有各向异性,并且其中所述入射光具有最大电场强度的偏振方向是在所述第一导电膜的所述边缘部分的端部的切线方向的正交方向。
9.根据权利要求1所述的光学装置,还包括:
第二导电膜,形成在所述基底的一个表面上,该第二导电膜包括以与所述第一导电膜相同的构造形成在基底侧表面上的凹凸图案,其中限定被所述入射光辐照的边缘部分的边部从所述入射光的入射侧看具有凸起形状或直线形状,并且其中所述边缘部分的端部面对所述第一导电膜的所述边缘部分的端部,其间具有预定的距离。
10.根据权利要求9所述的光学装置,其中所述第一导电膜的所述端部和所述第二导电膜的所述端部以距离g彼此分隔,并且当λ为所述入射光的波长时,满足关系g<λ。
11.根据权利要求1所述的光学装置,
其中所述第一导电膜在提供有所述凹凸图案的表面上具有基本上为矩形的轮廓,并且其中所述第一导电膜的端部沿着提供有所述凹凸图案的表面的短边的宽度小于所述第一导电膜的其它区域沿着所述短边的宽度。
12.一种光学设备,包括:
光学装置,其包括
基底,透射入射光;以及
导电膜,形成在所述基底的一个表面上,该导电膜包括形成在基底侧表面上的预定周期的凹凸图案,其中限定被入射光辐照的边缘部分的边部从入射光的入射侧看具有凸起形状或直线形状;以及
光源,设置在所述光学装置的所述基底的与所述导电膜相反的表面上,并且发射所述入射光。
13.一种光学设备,包括:
光学装置,其包括
基底,透射入射光;以及
导电膜,形成在所述基底的一个表面上,该导电膜包括形成在基底侧表面上的预定周期的凹凸图案,其中限定被入射光辐照的边缘部分的边部从入射光的入射侧看具有凸起形状或直线形状;以及
光接受部,接收由所述光学装置出射的光。

说明书全文

光学装置及光学设备

技术领域

[0001] 本发明涉及光学装置和提供有光学装置的光学设备,具体地,涉及能够产生微光斑尺寸的光,例如,诸如近场光的光学装置和提供有这样的光学装置的光学设备。

背景技术

[0002] 为了在信息记录介质中实现高密度记录,已经提出了利用诸如近场光的微光斑尺寸的光作为记录光的各种技术。例如,因为近场光的利用实现了超过光衍射极限的微光斑,所以利用近场光的热辅助磁记录技术作为下一代高密度磁记录的有希望的技术已经引起人们的注意。此外,已经研究了利用近场光用于采用磁光记录膜或相变记录膜的信息记录介质的各种技术。
[0003] 关于这一点,已经提出了产生诸如近场光的微光斑尺寸的光的各种类型的光学装置(例如,见日本专利No.3956939,专利文件1;和JP-A-2009-26360,专利文件2)。
[0004] 专利文件1提出的光学装置包括光学装置主体和形成在光学装置主体的表面上的导电膜。圆孔(circu1ar aperture)形成在导电膜的中心。在该公开中揭示的光学装置中,光通过光学装置主体照射在导电膜上,以在导电膜的孔边缘处产生表面等离子体激元(surface plasmon),并且微光斑尺寸基本上等于圆孔尺寸的光出射通过该圆孔。
[0005] 此外,在专利文件1中,导电膜在光学装置主体侧的表面上形成周期凹凸,并且利用凹凸产生的表面等离子体激元增强效应用来改善通过圆孔的透射效率。此外,专利文件1确定了入射光的束尺寸与导电膜表面的周期结构之间的关系,以改善通过导电膜圆孔的透射效率。专利文件1还提出了包括上述构造的光学装置的光学头(optical head)和光学记录与再现设备。
[0006] 专利文件2提出了构造与专利文件1中描述相类似的光学装置。在专利文件2中,为了改善通过导电膜的圆孔的透射效率,孔尺寸沿着圆孔的轴向逐步变化,以便在出光部分附近最小化圆孔的尺寸。
[0007] 此外,已经提出了有关光敏二极管的技术,该光敏二极管采用利用表面等离子体激元增强效应的光学装置而构造(例如,见Tsutomu Ishi等的SiNano-Photodiode with a Surface Plasmon Antenna,JJAP vo1.44,No.12,2005,pp.L364-L366,非专利文件1)。

发明内容

[0008] 如上所述,例如,利用专利文件1和2中提出的表面等离子体激元的光学装置作为在各种广泛的应用中具有潜的前瞻技术已经引起人们的注意。从而,需要开发利用表面等离子体激元来改善输出强度的光学装置(改善利用入射光功率的效率)。
[0009] 因此,所希望的是在利用表面等离子体激元的光学装置中改善利用入射光功率的效率。
[0010] 根据本发明的实施例,所提供的光学装置包括:基底,透射入射光;以及第一导电膜,形成在该基底的一个表面上。第一导电膜包括形成在基底侧表面上的预定周期的凹凸图案,其中限定该入射光辐照的边缘部分的边部从该入射光的入射侧看时具有凸起形状或直线形状。
[0011] 在本发明实施例的光学装置中,当入射光辐照时,光斑尺寸小于入射光波长的光产生在第一导电膜的边缘部分附近。这里,因为限定第一导电膜的边缘部分的边部从入射光的入射侧看时具有凸起形状或直线形状,所以可以减少表面等离子体激元在第一导电膜的边缘区域处的传播损失。因此,本发明实施例的光学装置能够产生改善强度的光,具体情况如后面所述。
[0012] 根据本发明另一个实施例的光学设备包括本发明实施例的光学装置和设置在光学装置的基底与导电膜相反的表面上且发射入射光的光源
[0013] 根据本发明再一个实施例的光学设备包括本发明实施例的光学装置和接收光学装置的出射光的光接受部。
[0014] 如上所述,本发明实施例的光学装置在第一导电膜的边缘部分处能够产生光斑尺寸小于入射光波长的光。在本发明的实施例中,可以减少表面等离子体激元在第一导电膜的边缘部分处的传播损失。因此,对于本发明的实施例,可以产生光斑尺寸小于入射光波长的光,并且输出强度可以提高,以进一步改善利用入射光功率的效率。附图说明
[0015] 图1A是现有技术的光学装置的示意性仰视图,图1B是沿着图1A的A-A剖取的截面图,而图1C是光学装置的圆孔附近的放大仰视图。
[0016] 图2A是根据第一实施例的光学装置的示意性仰视图,而图2B是沿着图2A的B-B剖取的截面图。
[0017] 图3表示第一实施例的光学装置的导电膜的凹凸图案的周期方向和入射光的偏振方向之间的关系。
[0018] 图4表示在第一实施例的光学装置上入射光的辐照位置
[0019] 图5是说明表面等离子体激元增强效应的示意图。
[0020] 图6是说明表面等离子体激元增强效应的示意图。
[0021] 图7A和7B是说明对第一实施例的光学装置进行的模拟分析的分析模型的示意图。
[0022] 图8A和8B是说明对比较示例1的光学装置进行的模拟分析的分析模型的示意图。
[0023] 图9A和9B是表示对比较示例1的光学装置进行的模拟分析的结果的示意图。
[0024] 图10A和10B是表示对比较示例1的光学装置进行的模拟分析的结果的示意图。
[0025] 图11是表示对比较示例1的光学装置进行的模拟分析的结果的示意图。
[0026] 图12A和12B是表示对第一实施例的光学装置进行的模拟分析的结果的示意图。
[0027] 图13A是变形1的光学装置的示意性仰视图,图13B是沿着图13A的E-E剖取的截面图。
[0028] 图14是变形2-1的光学装置的导电膜的示意性截面图。
[0029] 图15是变形2-2的光学装置的导电膜的示意性截面图。
[0030] 图16是变形2-3的光学装置的导电膜的示意性截面图。
[0031] 图17是变形2-4的光学装置的导电膜的示意性截面图。
[0032] 图18是示意性地图解变形3-1的光学装置的导电膜的边缘部分的构造的示意图。
[0033] 图19是示意性地图解变形3-2的光学装置的导电膜边缘部分的构造的示意图。
[0034] 图20是示意性地图解变形3-3的光学装置的导电膜边缘部分的构造的示意图。
[0035] 图21是示意性地图解变形3-4的光学装置的导电膜边缘部分的构造的示意图。
[0036] 图22是示意性地图解变形3-5的光学装置的导电膜边缘部分的构造的示意图。
[0037] 图23是示意性地图解变形3-6的光学装置的导电膜边缘部分的构造的示意图。
[0038] 图24是示意性地图解变形3-7的光学装置的导电膜边缘部分的构造的示意图。
[0039] 图25A是根据第二实施例的光学装置的示意性仰视图,图25B是沿着图25A的F-F剖取的截面图。
[0040] 图26A是变形4的光学装置的示意性仰视图,图26B是沿着图26A的G-G剖取的截面图。
[0041] 图27A和27B是说明对第二实施例的光学装置进行的模拟分析的分析模型的示意图。
[0042] 图28A和28B是表示对第二实施例的光学装置进行的模拟分析的结果的示意图。
[0043] 图29是示意性地图解比较示例2的光学装置的构造的示意图。
[0044] 图30是表示比较示例2的光学装置的导体长度与出射光的电场强度之间的关系的图。
[0045] 图31是表示比较示例2的光学装置的导体厚度与出射光的电场强度之间的关系的图。
[0046] 图32表示比较示例2的光学装置中出射光的电场强度的分布特性。
[0047] 图33表示第二实施例的光学装置中出射光的电场强度的分布特性。
[0048] 图34是比较第二实施例的光学装置的电场强度分布和比较示例2的光学装置的电场强度分布的图。
[0049] 图35是图解变形4的光学装置在飞行滑上的安装构造示例的图。
[0050] 图36是图解变形5的光学装置在飞行滑块上的安装构造示例的图。
[0051] 图37是说明对变形5的光学装置进行模拟分析的分析模型的图。
[0052] 图38是表示对变形5的光学装置进行模拟分析的结果的图。
[0053] 图39是表示对变形5的光学装置进行模拟分析的结果的图。
[0054] 图40是示意性图解根据第三实施例的记录和再现设备的构造的图。
[0055] 图41是在第三实施例的记录和再现设备中飞行滑块头附近的放大侧视图。
[0056] 图42是示意性图解在第三实施例的记录和再现设备中光学头的构造的截面图。
[0057] 图43是在第三实施例的记录和再现设备中采用的光学装置的示意性仰视图。
[0058] 图44是示意性图解根据第四实施例的光电探测器的构造的图。
[0059] 图45是在第四实施例的光电探测器中采用的光学装置的示意性仰视图。

具体实施方式

[0060] 下面参考附图按着下面的顺序描述根据本发明实施例的光学装置的示范性构造和包括该光学装置的光学设备的示范性构造。本发明不限于下面的描述。
[0061] 1.第一实施例:光学装置的示范性基本构造
[0062] 2.第二实施例:光学装置的另一个示范性构造
[0063] 3.第三实施例:包括本发明实施例的光学装置的记录和再现设备的示范性构造[0064] 4.第四实施例:包括本发明实施例的光学装置的光电探测器的示范性构造[0065] <1.第一实施例>
[0066] 在说明根据本发明第一实施例的光学装置的具体示范性构造前,首先针对于本发明的发明人发现的问题,描述例如专利文件1中提出的构造的光学装置。
[0067] 图1A至1C图解了例如专利文件1中提出的光学装置的示意性构造。图1A是光学装置150的仰视图,而图1B是沿着图1A的A-A剖取的截面图。图1C是光学装置150的圆孔156附近的放大图。为了说明方便起见,图1A和1B仅图解了导电膜152(稍后描述)形成凹凸图案155的区域。
[0068] 如图1A和1B所示,例如,专利文件1提出的光学装置150构造为主要包括基底151和形成在基底151的一个表面上的导电膜152。直径小于入射光100(传播光)的光斑尺寸的圆孔156形成在导电膜152的中心。导电膜152在基底151侧的表面具有预定周期的凹凸图案155,其从作为基准点的圆孔156的边缘开始。
[0069] 凹凸图案155包括环形凸起部分153和环形凹陷部分154。凸起部分153和凹陷部分154与圆孔156的中心同心并交替设置。正如这里所采用的,导电膜上形成的凹凸图案的凸起部分是导电膜向上朝着入射光的入射侧的部分,并且凹凸图案的凹陷部分是导电膜从入射光的入射侧向下的部分。
[0070] 在图1A至1C所示的光学装置150中,导电膜152上的入射光100通过基底151入射时,光斑尺寸基本上与圆孔156的直径匹配的光出射通过圆孔156。这里,通过圆孔156透射的光量由导电膜152的凹凸图案155产生的表面等离子体激元增强效应提高(透射效率提高)。在图1A至1C的示例中,入射光100是线性偏振光,并且偏振方向101是导电膜152的预定面内方向,具体地讲为图1A至1C中的x方向。
[0071] 本发明的发明人采用前述构造的光学装置150进行多种验证试验显示,当圆孔156的直径减少到例如入射光100波长的1/10以下(约几十纳米)时,光通过圆孔156的透射量急剧减少(衰减)。换言之,试验发现,对于图1A至1C的光学装置150来说,难以实现光斑尺寸为约几十纳米的高强度光的发射。在下面的比较示例1中将更加详细地描述这一现象。
[0072] 光通过圆孔156的透射量的急剧下降不仅可以归因于圆孔156的减小的直径,而且可以归因于在限定圆孔156的边缘部分处表面等离子体激元中增加的传播损失。具体地,当如图1B所示在预定方向偏振的入射光100入射时,表面等离子体激元产生在导电膜152垂直于入射光100的偏振方向101的壁表面上,而不是产生在基本上平行于偏振方向
101的金属壁表面上。因此认为,圆孔156基本上平行于入射光100的偏振方向101的金属壁部分156a(图1C中虚线围绕的部分)不贡献于表面等离子体激元增强效应,而取而代之的是阻碍了表面等离子体激元的传播。因此,当预定偏振方向的入射光100入射时,认为减小尺寸的圆孔156增加了圆孔156基本上平行于偏振方向101的边缘部分处表面等离子体激元的传播损失,因此急剧减少了光通过圆孔156的透射量。
[0073] 需要增加入射光100的功率来抑制光透射量的减少。然而,例如,随着记录和再现设备中采用的图1A至1C的光学装置150的入射光100功率的增加,导致下面的问题。增加的功率意味着增加了使记录介质到可记录温度所需的入射光量,因此增加了功耗。此外,导电膜中温度的增加有损于可靠性。现在描述本发明的实施例,其有关能够解决这些问题的光学装置的示范性构造,并且可以以增加的强度射出例如约几十纳米的微光斑尺寸的光。
[0074] [光学装置的构造]
[0075] 图2A和2B图解了本实施例的光学装置的示意性构造。图2A是本实施例的光学装置的示意性仰视图,而图2B是沿着图2A的B-B剖取的截面图。为了说明方便起见,图2A和2B仅图解了导电膜2(稍后描述)形成凹凸图案5的区域。
[0076] 光学装置10构造为主要包括基底1和导电膜2(第一导电膜),导电膜2在基底表面之一上形成在部分基底1中。在本实施例的光学装置10中,来自光源(未示出)的入射光100经由基底1照射在导电膜2上。
[0077] 基底1是板状透光件。基底1可以采用任何材料,只要它在所用入射光100的波长范围内是透光的。具体地,优选采用在入射光100的波长范围内透射比为约70%以上的材料。
[0078] 基底1材料的具体示例包括化物绝缘体,如ZnO、A12O3、SiO2、TiO2、CrO2和CeO2;氮化物绝缘体,如SiN;及塑料。此外,例如,作为基底1的材料,可以采用如Si和Ge的IV族半导体以及III-V族化合物半导体,如以GaAs、A1GaAs、GaN、InGaN、InSb、GaSb和A1N为代表。作为基底1的材料,例如,也可以采用II-VI族化合物半导体,如ZnTe、ZnSe、ZnS和ZnO。
[0079] 优选地,具有高导热性的材料用作基底1的材料。具有高导热性的材料扩散导电膜2中产生的热,因此抑制导电膜2中温度的升高。
[0080] 导电膜2是金属膜,其中限定边缘部分(边缘)2a的边部(在下文,简称为边缘部分(边缘)2a)从入射光100的入射侧看具有凸起形状。在本实施例中,导电膜2的边缘部分2a从入射光100的入射侧看具有带顶θ的字母L(三角形)的形状,如图2A所示。换言之,从边缘部分2a的端部2t延伸出来的两个边部为线。此外,限定边缘部分2a的边部形成为关于导电膜2的端部2t的切线方向(图2A中的y方向)的正交方向(图2A中的x方向)对称。导电膜2沿着垂直于导电膜2的端部2t的切线方向(图2A中的y方向)的方向(图2A中的x方向)的长度大于入射光100的光斑的最大半径。
[0081] 预定周期Tg的凹凸图案5形成在导电膜2在基底1侧的表面上。凹凸图案5包括不变宽度的弧形凸起部分3(最里面的凸起部分3为扇形)和不变宽度的弧形凹陷部分4。凸起部分3和凹陷部分4以同心的方式从导电膜2的端部2t向外交替设置。在本实施例中,导电膜2的包括端部2t的最里面的部分是凸起部分3。然而,本发明不限于此,而是导电膜2的包括端部2t的最里面的部分可以构造为凹陷部分4。
[0082] 在本实施例中,凹凸图案5的周期结构的基点是导电膜2的端部2t。因此,在凸起部分3和凹陷部分4的边界壁表面的法线方向上,具体地,在以导电膜2的端部2t为中心的径向方向上,凹凸图案5具有周期结构。
[0083] 凹凸图案5构造为使得以下面描述的方式在凸起部分3和凹陷部分4的边界壁表面上产生的表面等离子体激元同相传播,并且以这样方式传播的表面等离子体激元与限定导电膜2的端部2t的金属壁表面上产生的表面等离子体激元同相交叠。具体地,在本实施例中,凹凸图案5的周期Tg、凸起部分3的宽度Tg1和高度t以及凹陷部分4的宽度Tg2和深度d适当设定,以便在导电膜2上获得表面等离子体激元增强效应(见图2B)。
[0084] 例如,凹凸图案5的周期Tg设定为使得在导电膜2的端部2t附近测得的光强变为大于没有周期结构(凹凸图案5)的光强。凸起部分3的宽度Tg1和凹陷部分4的宽度Tg2可以相同或不同。此外,为了完全利用导电膜2上产生的表面等离子体激元增强效应,优选凹凸图案5形成在相对于基点在等于或大于入射光100的光斑半径的区域上。
[0085] 在本实施例中,如图2B所示,导电膜2与基底1相反的表面是平坦表面,该平坦表面与基底1暴露在导电膜2侧的表面齐平。
[0086] 例如,这样构造的导电膜2可以如下形成。首先,在将要形成导电膜2的区域中,在基底1的表面上形成凹陷。然后,在凹陷的底表面上形成对应于凹凸图案5的凹凸图案。然后,在基底1的凹陷侧表面上方层叠金属膜。其后,抛光金属膜,直到在凹陷区域之外的区域中暴露基底1的表面。
[0087] 导电膜2可以采用任何材料,只要它具有所希望的导电性。这样材料的示例包括金属(例如,Au、Ag、Pt、Cu、Al、Ti、W、Ir、Pd、Mg和Cr)、半导体(例如,Si和GaAs)以及纳米管
[0088] 在本实施例的光学装置10中,导电膜2和基底1之间可以形成界面层,从而改善附着性和可靠性。在此情况下,优选界面层充分比导电膜2薄。界面层可以采用诸如Ti和Cr的材料。
[0089] 当采用本实施例的光学装置10用于例如记录和再现设备时,在导电膜2的表面上可以形成透光膜,以防止操作期间与记录介质接触引起的损坏。在此情况下,作为透光膜的材料,优选采用高机械强度的材料,例如,类金刚石碳(DLC)。透光膜也可以采用形成基底1所采用的材料。在此情况下,基底1和透光膜所用材料可以相同或不同。
[0090] 图3表示与入射光100的偏振方向相关的在本实施例的光学装置10中导电膜2的凹凸图案5的构造。在本实施例中,线偏振光用作入射光100,并且入射光100以这样的方式入射,偏振方向101与垂直于导电膜2的端部2t的切线方向的方向(图3中的x方向;在下文,称为″周期方向″)一致。
[0091] 除了线偏振光外,还可以采用任何光作为本实施例的光学装置10所采用的入射光100,只要它在偏振方向上具有各向异性。例如,可以采用椭圆偏振光。在此情况下,入射光以这样的方式照射,入射光的主偏振方向与导电膜2的凹凸图案5的周期方向一致。此外,本实施例的光学装置10可以采用圆形偏振入射光或者随机偏振入射光。在此情况下,导电膜2的周期方向可以设定在任何方向上。
[0092] 图4图解了在本实施例的光学装置10中入射光100的优选辐照位置。在本实施例中,因为最强的表面等离子体激元应当在端部2t--导电膜2的凹凸图案5的周期结构的基点被激发,所以优选入射光100的强度峰值部分100a(光斑中心)与导电膜2的端部2t一致。
[0093] 当入射光100的光斑形状具有各向异性时,优选在决定光学装置10的构造之前,首先确定有关入射光100的强度峰值部分100a的位置(图4)和偏振方向(图3)的条件,以便最大化导电膜2的光接受面积。
[0094] [微光斑尺寸的光的产生原理]
[0095] 下面,参考图5和图6描述在本实施例的光学装置10中产生微光斑尺寸的高强度光的原理。图5图解了在导电膜2上如何产生表面等离子体激元。图6图解了在导电膜2的表面上如何传播导电膜2上产生的表面等离子体激元。
[0096] 当入射光100的电场矢量方向经由基底1照射到导电膜2,或者具体地,偏振方向101具有导电膜2的表面法向矢量上的方向分量时,在导电膜2的表面上诱导根据电场矢量与法向矢量内积的电荷。诱导的电荷在导电膜2在基底1侧的表面上产生表面等离子体激元。
[0097] 在本实施例中,当凹凸图案5形成在导电膜2的表面上时,表面等离子体激元SP1诱导在限定导电膜2的端部2t的金属壁表面上,并且表面等离子体激元SP2诱导在凸起部分3和凹陷部分4的边界壁表面上,如图5所示。表面等离子体激元沿着凸起部分3和凹陷部分4的边界壁表面的法线方向,具体地,沿着以导电膜2的端部2t为中心的径向,在导电膜2的表面上传播。如图6所示,表面等离子体激元的传播方向不仅从导电膜2的端部2t向外,而且向内朝着导电膜2的端部2t(图6中由虚线箭头表示)。
[0098] 如上所述,在本实施例中,凹凸图案5的周期Tg设定为使得在导电膜2的表面上产生表面等离子体激元增强效应。因此,产生在凸起部分3和凹陷部分4的边界壁表面上的表面上的等离子体激元SP2同相地在导电膜2上传播。以这样的方式传播的表面等离子体激元SP2与导电膜2的端部2t处的表面等离子体激元SP1同相交叠。结果,强表面等离子体激元产生在导电膜2的端部2t(表面等离子体激元增强效应),并且微光斑尺寸的高强度光(例如,近场光)产生在导电膜2的端部2t附近。
[0099] 以这样的方式,在本实施例的光学装置10中,通过利用产生在导电膜2表面上的表面等离子体激元增强效应,在导电膜2的端部2t附近可以产生微光斑尺寸的高强度光。
[0100] 此外,在本实施例中,在表面等离子体激元的集中区域(导电膜2的端部2t),导电膜2实质上没有与入射光100的偏振方向101基本上平行的边缘区域。因此,在本实施例中可以大大减少如结合图1A至1C的光学装置150所描述的在基本上平行于入射光100的偏振方向101的边缘区域处表面等离子体激元的传播损失。换言之,对于本实施例的光学装置10,可以解决与图1A至1C的光学装置150相关的问题,并且可以出射提高强度的光。
[0101] [出射光的强度分布]
[0102] 下面描述本实施例的光学装置10中所出射光的强度(电场强度)分布特性。采用根据FDTD(时域有限差分)法的电磁场分析模拟器,计算本实施例的光学装置10中出射光的强度分布。图7A和7B示意性地表示模拟分析的分析模型。图7A表示在分析模型中光学装置10的导电膜2的凹凸图案5与入射光100的偏振方向101之间的关系。图7B是沿着图7A的C-C剖取的截面图。
[0103] 在模拟分析中,来自光学装置10的光照射在记录介质200上,记录介质200包括记录层-包括基板201上的信息记录膜202,并且计算信息记录膜202表面附近产生的电场强度。具体地,在用来自光学装置10的光辐照记录介质200时,在信息记录膜202从光学装置10侧的表面向下1nm的位置处进行电场强度的计算(见下面的表1)。
[0104] 在该分析中,如图7A所示,线偏振光用作入射光100,并且偏振方向101与凹凸图案5的周期方向(图7A中的x方向)一致。入射光100的电场强度分布为椭圆。具体地,2
采用满足关系式Lx>Ly的光,其中Lx为图7A中x方向上的电场强度为峰值1/e 的区域
2
尺寸,而Ly为其中y方向上的电场强度为峰值1/e 的区域尺寸。此外,该模拟分析考虑了入射光100以光斑中心与导电膜2的端部2t一致的方式照射的情况。
[0105] 为了比较,对于图1A至1C所示的现有技术的光学装置150(比较示例1)进行类似的模拟分析。图8A和8B表示对比较示例1的光学装置150进行的模拟分析的分析模型。图8A表示该分析模型中光学装置150的导电膜152的凹凸图案155与入射光100的偏振方向101之间的关系。图8B是沿着图8A的D-D线剖取的截面图。
[0106] 与本实施例的模拟分析一样,在比较示例1的光学装置150中,线偏振光用作入射光100。具体地,如图8A所示,入射光100的偏振方向101是图8A中的x方向。此外,与本实施例的模拟分析一样,表示入射光100的电场强度分布的1/e2总宽度的Lx和Ly满足条件Lx>Ly。比较示例1的模拟考虑了入射光100以这样的方式照射的情况:其光斑中心与导电膜152的圆孔156的中心一致。在比较示例1的模拟分析中,入射光100的功率与本实施例中的相同。
[0107] 下面的表1表示在本实施例和比较示例1的模拟分析中采用的具体的计算参数(计算条件),包括光学装置每个部件的材料、尺寸参数和光学装置与记录介质200之间的位置关系。尽管表1中没有包括,但是本实施例的光学装置10的导电膜2的边缘部分2a的顶角θ为90°。
[0108] 表1
[0109]
[0110] 在表1中,光栅数为凹凸图案中凸起部分和凹陷部分的数量。参数a是光学装置与记录介质200之间的距离,参数m是记录介质200的信息记录膜202的厚度(见图7B和图8B)。参数g是比较示例1的光学装置150的圆孔156的直径(见图8B)。为了方便起见,表1还示出了稍后描述的第二实施例的计算条件。
[0111] 首先说明关于比较示例1的光学装置150中出射光的强度分布的分析结果。图9A和9B、图10A和10B以及图11表示对比较示例1的光学装置150进行模拟分析的结果。
[0112] 图9A表示所出射的光的电场强度|E|22沿着图8A的x方向的分布特性。
[0113] 横轴表示从圆孔156的中心沿着x方向的位置,而纵轴表示电场强度|E|2。图9B表示所出射的光的电场强度|E|2沿着图8A的y方向的分布特性。横轴表示从圆孔156的中心沿着y方向的位置,而纵轴表示电场强度|E|2。图9A和9B中由实线表示的特性160和162是导电膜152的圆孔156的直径为100nm时的强度分布特性。虚线表示的特性161和163是圆孔156的直径为50nm时的强度分布特性。
[0114] 当圆孔156的直径为100nm时,所出射光的电场强度|E|2的峰值为0.365,如图9A和9B中的特性160和162所示。该值是所出射光的电场强度|E|2相对于入射光的峰值电场强度的比。峰值曲线的半宽度在x方向上为116nm,且在y方向上为98nm。相反,当圆孔156的直径为50nm时,电场强度上的峰值不明显(不大),如图9A和9B中的特性161和
163明显可见。
[0115] 图10A和10B表示导电膜152的圆孔156的直径为200nm时电场强度的分布特2
性。图10A表示所出射光的电场强度|E| 沿着图8A的x方向的分布特性。横轴表示从圆
2
孔156的中心沿着x方向的位置,而纵轴表示电场强度|E|。图10B表示所出射光的电场
2
强度|E| 沿着图8A的y方向的分布特性。横轴表示从圆孔156的中心沿着y方向的位置,
2
而纵轴表示电场强度|E|。
[0116] 当圆孔156的直径为200nm时,根据相对于入射光的峰值电场强度的比,所出射光2
的电场强度|E| 的峰值为5.87,如图10A和10B中的特性164和165所示。峰值曲线的半宽度在x方向上为178nm,且在y方向上为154nm。
[0117] 图11表示在比较示例1的光学装置150中所出射光的电场强度|E|2的峰值与导电膜152的圆孔156的直径之间的关系。在图11中,横轴表示导电膜152的圆孔156的直2
径,而纵轴表示电场强度|E| 的峰值。由图11所示的特性清楚可见,比较示例1的光学装置150中电场强度随着导电膜152的圆孔156直径变小而下降。
[0118] 由图9A和9B、图10A和10B以及图11所示的特性清楚可见,比较示例1的光学装置150中,输出(电场强度)随着导电膜152的圆孔156的直径的变小而下降。特别是,当圆孔156的直径设定到50nm,其是入射光100的实空间波长(real space wavelength)λa=538nm(用基底(SiO2)的折射系数1.45计算)的约1/10时,在圆孔156的中心处没有产生清晰的电场强度的峰值。这是因为,所出射的光混在通过导电膜152的入射光100中。总而言之,在比较示例1的光学装置150中,当圆孔156的直径为入射光100的实空间波长λa的约1/10时,微光斑尺寸的光变得难以产生。
[0119] 下面说明在本实施例的光学装置10中有关所出射光的强度分布的分析结果。图12A和12B表示对本实施例的光学装置10进行的模拟分析的结果。
[0120] 图12A表示所出射光的电场强度|E|2沿着图7A的x方向的分布特性。横轴表示2
从导电膜2的端部2t沿着x方向的位置,而纵轴表示电场强度|E|。图12B表示所出射光
2
的电场强度|E| 沿着图7A中的y方向的分布特性。横轴表示从导电膜2的端部2t沿着y
2
方向的位置,而纵轴表示电场强度|E|。
[0121] 在本实施例中,根据相对于入射光的峰值电场强度的比,所出射光的电场强度2
|E| 的峰值为5.6,如图12A和12B中的特性15和16所示。峰值曲线的半宽度在x方向上为74nm,且在y方向上为102nm。
[0122] 关于本实施例的光学装置10的分析结果与从比较示例1的光学装置150获得的分析结果进行了比较。通过比较电场强度特性的峰值曲线的半宽度,可以看到,本实施例可以产生与比较示例1的圆孔156的直径为100nm时获得的光斑尺寸基本上相同尺寸的光。
[0123] 然而,如上所述,当比较示例1的光学装置150中圆孔156的直径为100nm时,根据相对于入射光的峰值电场强度的比,电场强度的峰值为0.365。相反,在本实施例的光学装置10中,根据相对于入射光的峰值电场强度的比,所发射光的强度峰值为5.6。换言之,与比较示例1相比,对于与比较示例1基本上相同尺寸的光斑,本实施例可以增加峰值强度约15倍。
[0124] 这说明,在本实施例中,入射光100所需的功率可以减少到比较示例1的约1/15。换言之,在本实施例的光学装置10中,可以获得光斑尺寸小于波长的较高强度光,并且可以更有效地利用入射光100的功率。显然,在本实施例的光学装置10中,这可以由产生出射光的边缘部分2a从入射光100的入射侧看为非圆形的形状实现,大大减少了导电膜2的边缘部分2a处的表面等离子体激元的传播损失。
[0125] [变形1]
[0126] 第一实施例描述了凹凸图案5形成在导电膜2在基底1侧的表面上的示范性构造,该凹凸图案5包括不变宽度的弧形凸起部分3和凹陷部分4。然而,本发明不限于此。凹凸图案5可以具有任何的周期图案,只要它可以在导电膜2上产生表面等离子体激元增强效应。下面描述这样的凹凸图案5变化的示例(变形1)。
[0127] 图13A和13B图解了变形1的光学装置的示意性构造。图13A是该光学装置的示意性仰视图,图13B是沿着图13A的E-E剖取的截面图。为了说明方便起见,图13A和13B仅图解了导电膜在端部附近的部分。
[0128] 该示例的光学装置20构造为主要包括基底21和导电膜22,在基底表面之一上导电膜22形成在部分基底21中。在该示例中,入射光100的偏振方向(图13A和13B中的虚线箭头101)沿着形成在导电膜22表面上的凹凸图案25的周期方向(图13A和13B中的x方向)。
[0129] 与第一实施例的基底1一样,基底21是板状透光件,并且可以采用第一实施例中采用的材料形成。
[0130] 导电膜22是金属膜,由与第一实施例的导电膜2采用的相同种类的材料形成。与第一实施例的导电膜2一样,导电膜22的边缘部分22a为带有顶角θ的字母L(三角形)的形状。
[0131] 导电膜22在基底21侧的表面具有周期Tg的凹凸图案25,凹凸图案25包括不变宽度的直线条凸起部分23和不变宽度的直线条凹陷部分24。在该示例中,凸起部分23和凹陷部分24的延伸方向为垂直于入射光100的偏振方向101的方向(图13A和13B中的y方向)。凹凸图案25的基点为导电膜22的端部22t。与第一实施例一样,凹凸图案25的周期Tg、凸起部分23的宽度Tg1和高度t以及凹陷部分24的宽度Tg2和深度d适当设定以获得表面等离子体激元增强效应。
[0132] 这样,与前述示例一样,凹凸图案25适当地设定为具有能获得表面等离子体激元增强效应的结构。因此,与第一实施例的光学装置10一样,该示例的光学装置20也可以在导电膜22的端部22t附近产生微光斑尺寸的高强度出射光,并且可以以提高的效率利用入射光100的功率。从导电膜的端部处表面等离子体激元的相位匹配的观点看,与第一实施例一样,优选形成同心构造的凹凸图案。
[0133] [变形2]
[0134] 在第一实施例和变形1的光学装置中,导电膜的凹凸图案的截面形状具有矩形波的形状,并且凸起部分和凹陷部分的表面为平坦的。然而,本发明不限于此。任何构造都是可以的,只要凹凸图案的表面轮廓(导电膜的截面形状)使得在导电膜上产生表面等离子体激元增强效应。导电膜的凹凸图案的表面轮廓可以根据例如期望的用途适当选择。在变形2中,描述了形成在导电膜上的凹凸图案的表面轮廓(导电膜的截面形状)的各种示范性构造。
[0135] 图14至17图解了形成在导电膜上的凹凸图案的表面轮廓(导电膜的截面形状;变形2-1至2-4)的各种示范性构造。图14至17是沿着每种变形的导电膜的周期方向(图
14至17的x方向)的示意性截面图。
[0136] 图14所示的导电膜30(变形2-1)具有三角波(锯齿形)截面形状,并且包括具有倾斜部分31a和31b的凹凸图案31。在图14所示的导电膜30中,倾斜部分31a和31b交替设置在周期方向(图14的x方向)上,并且相邻的倾斜部分31a和31b限定了凹凸图案31的谷或峰。
[0137] 图15所示的导电膜32(变形2-2)具有正弦波截面形状,并且包括具有弧形凸起部分33a和弧形凹陷部分33b的凹凸图案32。在图15所示的导电膜32中,弧形凸起部分33a和弧形凹陷部分33b交替设置在周期方向(图15中的x方向)上。
[0138] 图16所示的导电膜34(变形2-3)具有凹凸图案35,其包括弧形形状、突出的凸起部分35a和形成在凸起部分35a之间的平坦表面35b。正如这里所使用的,图16所示的导电膜34的截面形状称为弧形凸起。
[0139] 图17所示的导电膜36(变形2-4)具有凹凸图案37,其包括弧形形状、凹槽的凹陷部分37b和形成在凹陷部分37b之间的平坦表面37a。正如这里所使用的,图17所示的导电膜36的截面形状称为弧形凹槽。
[0140] 通过适当设定凹凸图案的尺寸以便获得表面等离子体激元增强效应,第一实施例的优点也可以利用图14至17的导电膜的各种凹凸图案来获得。从易于形成凹凸图案的观点看,与第一实施例一样,优选用矩形波截面形状以及平坦表面的凸起和凹陷部分形成导电膜的凹凸图案。
[0141] 除了变形2-1至2-4中描述的导电膜的凹凸图案的截面形状外,例如,凹凸图案可以具有梯形的截面形状。此外,导电膜的凹凸图案可以通过适当结合第一实施例和变形2-1至2-4中描述的形状来构造。具体地,导电膜的凹凸图案可以通过适当结合第一实施例和变形2-1至2-4中描述的矩形波、三角波、正弦波、弧形凸起和弧形凹槽截面形状的两种或多种而构造。
[0142] [变形3]
[0143] 第一实施例描述了这样的示范性构造,其中从入射光100的入射侧看,导电膜2的边缘部分2a具有带顶角θ的字母L(三角形)的形状。然而,本发明不限于此。从入射光的入射侧看时,导电膜的边缘部分可以构造为具有根据例如所需的光斑尺寸和使用愿望的任何形状。在变形3中,描述了导电膜的边缘部分的各种示范性构造。
[0144] 图18至22图解了从入射光的入射侧看时导电膜的边缘部分形状的各种示范性构造(变形3-1至3-5)。为了说明方便起见,图18至22中没有示出导电膜的凹凸图案。此外,在图18至22中,与第一实施例(图2A)中描述的类似元件以相同的参考数字示出。
[0145] 图18所示的光学装置40(变形3-1)具有导电膜41,其带有顶角θ的凸起边缘部分41a。在该示例中,限定边缘部分41a且从边缘部分41a的端部41t延伸的两个边部41b和41c基本上为字母L的形状,并且在导电膜41的收缩方向上沿途弯曲。此外,限定边缘部分41a的L状边部41b和41c关于导电膜41的端部41t的切线方向(图18中的y方向)的正交方向(图18中的x方向)对称。
[0146] 图19所示的光学装置42(变形3-2)具有导电膜43,其带有半椭圆的边缘部分43a。边缘部分43a关于导电膜43的端部43t的切线方向(图19中的y方向)的正交方向(图19中的x方向)对称。在此情况下,在边缘部分43a的端部43t的切线方向,边缘部分43a的顶角θ为180°。
[0147] 图20所示的光学装置44(变形3-3)具有导电膜45,其带有不变宽度的矩形边缘部分45a。边缘部分45a由包括端部45t的边部45b和两个边部45c和45d形成,两个边部45c和45d从边部45b的末端沿着边缘部分45a的延伸方向(图20中的x方向)延伸出来。此外,在该示例的光学装置44中,边缘部分45a的包括端部45t的边部45b是直线,并且边部45b的延伸方向垂直于边缘部分45a的延伸方向(图20中的x方向)。因此,在图20的导电膜45中,边缘部分45a的顶角θ为180°。
[0148] 图21所示的光学装置46(变形3-4)具有导电膜47,其边缘部分47a(与第一实施例的导电膜2的边缘部分2a相对应)构造为包括端部47t的边部47b为直线状。具体地,在图21所示的示例中,边缘部分47a的形状为梯形,并且包括含端部47t的边部47b和边部47c和47d,边部47c和47d在导电膜47的加宽方向上以预定的角度从边部47b的端部延伸出来。边缘部分47a关于端部47t的切线方向的正交方向(图21的x方向)对称。在图21的导电膜46中,边缘部分47a的顶角θ为180°。
[0149] 图22所示的光学装置48(变形3-5)具有导电膜49,其边缘部分49a构造为端部49t(与第一实施例的导电膜2的边缘部分2a的端部2t相对应)是弧形。具体地,在图22的光学装置48中,边缘部分49a包括具有端部49t的弧形边部49b和两个边部49c和49d,两个边部49c和49d在导电膜49的加宽方向上以预定的角度从边部49b的端部线性延伸。
边缘部分49a关于端部49t的切线方向的正交方向(图22中的x方向)对称。在图22的导电膜48中,边缘部分49a的顶角θ为180°。
[0150] 在图18至22所示的示例中,与第一实施例(图2A)一样,形成在导电膜表面上的凹凸图案可以是同中心形成的周期图案。此外,与变形1(图13A)一样,凹凸图案可以仅在一个方向上是周期性的。
[0151] 在图18至22所示的示例中,导电膜边缘部分的包括端部的边部(或多个边部)从入射光的入射侧看时是凸起形状或平坦形状。然而,本发明不限于此,而是包括边缘部分的端部的边部(或多个边部)可以具有凹陷形状。图23图解了这样构造的示例(变形3-6)。在图23中,与第一实施例(图2A)中描述的类似元件以相同的参考数字示出。
[0152] 在第一实施例的导电膜2中,边缘部分2a的包括端部2t的最里面部分是具有扇形表面的凸起部分3。在图23所示的光学装置50中,边缘部分51a包括端部51t的最里面部分是不变宽度的弧形凸起部分52。具体地讲,在图23的光学装置50中,边缘部分51a包括含端部51t的弧形凹陷边部51b和两个边部51c和51d,两个边部51c和51d在导电膜51的加宽方向上以预定的角度从边部51b的端部线性延伸出来。在此情况下,包括弧形凸起部分52和凹陷部分53的凹凸图案54的周期结构的基点(基准)是包括端部51t的弧形凹陷边部51b。其它构造与第一实施例的相同。
[0153] 在图18至23所示的示例中,导电膜的边缘部分从入射光的入射侧看时具有整体凸起的形状。然而,本发明不限于此。限定导电膜的边缘部分的边部遍及边缘部分可以是线形的。图24图解了这样的构造(变形3-7)的示例。在图24中,与第一实施例(图2A)相同的元件以相同的参考数字示出。
[0154] 在图24所示的光学装置55中,限定导电膜56的边缘部分56a的边部在预定的方向上线性延伸。当边缘部分56a的整体形状为该示例一样的线形时,优选在导电膜56于基底1侧的表面上形成的凹凸图案59包括交替设置的凸起部分57和凹陷部分58,它们形成为平行于定义边缘部分56a的边部的直线条。在此情况下,导电膜56的边缘部分56a(边缘)整体变为出光部(端部)。
[0155] 在图24的光学装置55中,凹凸图案可以构造为与第一实施例一样,包括交替设置的同心图案的弧形凸起部分和凹陷部分。在此情况下,最高强度的光产生在凹凸图案的基点(端部)附近。
[0156] 然而,应当注意的是,所出射光的光斑尺寸还可以通过窄化导电膜的边缘部分的形状而减小。因此,从减小光斑尺寸的观点看,优选导电膜的边缘部分与第一实施例和图18至23所示的示例一样具有整体凸起的形状。此外,光斑的强度可以随着导电膜受光面面积的增加而增加,这是因为增加的受光面改善了聚光效果。因此,从减小光斑尺寸和增加光强的观点看,导电膜的边缘部分优选具有第一实施例中描述的形状。
[0157] <2.第二实施例>
[0158] [光学装置的构造]
[0159] 图25A和25B图解了根据本发明第二实施例的光学装置的示意性构造。图25A是本实施例的光学装置的示意性仰视图,而图25B是沿着图25A的F-F剖取的截面图。为了说明方便起见,图25A和25B仅图解了导电膜形成凹凸图案的区域(稍后描述)。
[0160] 光学装置60构造为主要包括基底61以及在基底表面之一上形成在部分基底61中的第一导电膜62和第二导电膜66。在本实施例中,如图25B所示,第一导电膜62和第二导电膜66与基底61相反的表面是平坦表面,其与基底61的表面齐平。此外,在本实施例的光学装置60中,来自光源(未示出)的入射光100经由基底61照射在第一导电膜62和第二导电膜66上。
[0161] 基底61是板状透光件,并且可以采用第一实施例的基底1所采用的材料形成。
[0162] 第一导电膜62是金属膜,其中与第一实施例中描述的导电膜2一样,边缘部分62a从入射光100的入射侧看时具有凸起形状。具体地,第一导电膜62的边缘部分62a从入射光100的入射侧看时为具有顶角θ的字母L(三角形)的形状,并且由从边缘部分62a的端部62t线性延伸的两个边部限定。
[0163] 与第一实施例一样,预定周期Tg的第一凹凸图案65形成在第一导电膜62于基底61侧的表面上。第一凹凸图案65包括不变宽度的弧形凸起部分63(最里面的凸起部分63是扇形)和不变宽度的弧形凹陷部分64。凸起部分63和凹陷部分64交替设置,同心于边缘部分62a的端部62t。在本实施例中,第一导电膜62包括端部62t的最里面部分是凸起部分63。然而,本发明不限于此,而是第一导电膜62包括端部62t的最里面部分可以是凹陷部分64。
[0164] 第二导电膜66与第一导电膜62具有相同的构造。具体地,第二导电膜66的边缘部分66a的形状和第二凹凸图案69(凸起部分67和凹陷部分68)的构造与第一导电膜62的边缘部分62a的形状和第一凹凸图案65的构造相同。第二导电膜66关于第一导电膜62的端部62t的切线方向(图25A中的y方向)与第一导电膜62对称设置。这里,第一导电膜62的端部62t和第二导电膜66的端部66t面对面设置,其间具有预定间隙g(间隙)。预定间隙g小于入射光100的实空间波长λa(基底21中的空间波长)。
[0165] 第一导电膜62和第二导电膜66之间的间隙(g)的尺寸例如根据使用愿望的因素适当设定。优选地,该间隙设定为等于或小于辐照目标所需的光斑尺寸。这是因为从本发明实施例的光学装置出射的光随着其远离导电膜的行进而增加其光斑尺寸。
[0166] 在本实施例中,第一导电膜62的第一凹凸图案65的周期结构的基点是第一导电膜62的端部62t,并且第二导电膜66的第二凹凸图案69的周期结构的基点是第二导电膜66的端部66t。然而,本发明不限于此,而是第一凹凸图案65和第二凹凸图案69的周期结构的基点可以在间隙的中心,这是因为第一导电膜62和第二导电膜66之间的间隙通常非常小。
[0167] 在本实施例中,凹凸图案构造为使得产生在凸起部分和凹陷部分的边界壁面上的表面等离子体激元同相传播,并且使得以这样的方式传播的表面等离子体激元与限定导电膜端部的金属壁表面上产生的表面等离子体激元同相交叠。具体地,在本实施例中,每个凹凸图案的周期Tg、凸起部分的宽度Tg1和高度t以及凹陷部分的宽度Tg2和深度d被适当地设定为以便在导电膜上获得表面等离子体激元增强效应(见图25B)。例如,每个凹凸图案的周期Tg设定为使得在导电膜之间的间隙附近测量的光强变为大于没有周期结构而产生的光强。每个凹凸图案中凸起部分的宽度Tg1和凹陷部分的宽度Tg2可以是相同的或不同的。
[0168] 在本实施例中,第一导电膜62和第二导电膜66沿着周期方向(图25A和25B中的x方向)的长度大于入射光100光斑的最大半径。此外,为了充分利用表面等离子体激元增强效应,优选第一凹凸图案65和第二凹凸图案69形成在相对于基点等于或大于入射光100的光斑尺寸的整个区域上。
[0169] 如上构造的第一导电膜62和第二导电膜66可以以第一实施例中描述的方式形成基底61上。此外,第一导电膜62和第二导电膜66可以采用第一实施例中描述的导电膜2所采用的相同材料形成。
[0170] 此外,在本实施例中,与第一实施例一样,在基底61与第一和第二导电膜62和66之间可以层叠界面层,以便改善附着性和可靠性。在此情况下,优选界面层充分薄于第一导电膜62和第二导电膜66。界面层例如可以采用诸如Ti和Cr的材料形成。
[0171] 与第一实施例一样,当例如记录和再现设备采用本实施例的光学装置60时,在第一导电膜62和第二导电膜66的表面上可以形成透光膜,以防止操作期间由于与记录介质接触而引起损坏。在此情况下,优选采用具有高机械强度的材料,例如,类金刚石碳(DLC)作为透光膜的材料。透光膜也可以采用形成基底61所用的材料。在此情况下,基底61和透光膜所用材料可以相同或者不同。
[0172] 在本实施例中,当入射光100是在偏振方向上具有各向异性的入射光时,入射光100以这样的方式入射,其主偏振方向与第一导电膜62和第二导电膜66的对向方向(图
25A和25B中的x方向)一致。应当注意的是,在本实施例中,圆形偏振或者随机偏振的入射光可以用作入射光100。在此情况下,每个导电膜的凹凸图案的周期方向可以设定在任何方向上。
[0173] 在本实施例中,优选调整入射光的辐照位置,使得入射光100的强度峰值部分(光斑中心)与第一导电膜62和第二导电膜66之间的间隙的中心(中间点)一致。
[0174] 在本实施例的光学装置60中,如上所述,每个凹凸图案的周期设定为使得在第一导电膜62和第二导电膜66的各表面上产生表面等离子体激元增强效应。因此,在本实施例中,在第一导电膜62和第二导电膜66之间的间隙附近由表面等离子体激元增强效应可以产生微光斑尺寸的高强度光(例如,近场光)。
[0175] 当照射在本实施例的光学装置60上的入射光100在偏振方向上具有各向异性,并且其主偏振方向与第一导电膜62和第二导电膜66的对向方向一致入射时,可以获得下面的优点。在此情况下,在从光学装置60出射光的区域中,导电膜实质上没有基本上平行于入射光100的偏振方向的边缘部分。因此,可以大大减少表面等离子体激元在基本上平行于入射光100的偏振方向的边缘区域中的传播损失,并且可以出射较高强度的光。
[0176] 本实施例已经根据这样的示范性构造进行了描述,其中在导电膜于基底61侧的表面上形成的每个凹凸图案具有不变宽度的弧形凸起部分和凹陷部分。然而,本发明不限于此。可以形成任何周期图案,只要它能够在导电膜上产生表面等离子体激元增强效应。例如,如变形1(图13A和13B)所述,在每个导电膜上可以形成周期Tg的凹凸图案,其包括宽度Tg1的直线条凸起部分和宽度Tg2的直线条凹陷部分。
[0177] 此外,本实施例描述了每个导电膜的凹凸图案具有矩形波截面形状以及凸起部分和凹陷部分的表面是平坦的示例。然而,本发明不限于此。凹凸图案可以具有任何构造,只要它具有在导电膜上可产生表面等离子体激元增强效应的表面轮廓(导体截面形状)。例如,每个导电膜可以具有例如变形2(图14至17)中描述的截面形状。
[0178] 此外,本实施例描述了每个导电膜的边缘部分从入射光的入射侧看时为带有顶角θ的字母L(三角形)形状的示例。然而,本发明不限于此。例如,每个导电膜的边缘部分可以具有根据例如所需光斑尺寸和使用愿望的任何形状。例如,每个导电膜的边缘部分从入射光的入射侧看时可以具有变形3(图18至24)中描述的形状。
[0179] 图26A和26B图解了通过将图20的边缘部分的示范性构造应用于本实施例(变形4)而获得的光学装置的示意性构造的示例。图26A是变形4的光学装置的示意性仰视图,而图26B是沿着图26A的G-G剖取的截面图。为了说明方便起见,图26A和26B仅图解了边缘部分附近的区域。
[0180] 在该示范性构造中,形成在基底71上的第一导电膜72和第二导电膜73分别具有边缘部分72a和边缘部分73a,它们从入射光的入射侧看时为具有不变宽度的矩形形状。在该示例中,第一导电膜72和第二导电膜73以这样的方式设置:第一导电膜72的边缘部分72a的平坦端部和第二导电膜73的边缘部分73a的平坦端部在相对侧上以预定距离彼此相隔。
[0181] [出射光的强度分布]
[0182] 下面描述在本实施例的光学装置60中出射光的强度(电场强度)分布特性。与第一实施例一样,本实施例的光学装置60中出射光的强度分布根据FDTD法采用电磁场分析模拟器计算。图27A和27B示意性地表示模拟分析的分析模型。图27A表示在分析模型中光学装置60的每个导电膜的凹凸图案和入射光100的偏振方向之间的关系。图27B是沿着图27A的H-H剖取的截面图。
[0183] 与第一实施例一样,在该模拟分析中,来自光学装置60的光照射在记录介质200上,记录介质200包括记录层-包括基板201上的信息记录膜202,并且计算在信息记录膜202的表面附近产生的电场强度。具体地讲,在用来自光学装置60的光辐照记录介质200时,在信息记录膜202距光学装置60侧表面向下1nm的位置进行电场强度的计算(见表
1)。
[0184] 在该分析中,如图27A所示,入射光100的偏振方向101与第一导电膜62和第二导电膜66的对向方向(图27A中的x方向)一致。与第一实施例一样,表示入射光100的2
电场强度分布的1/e 总宽度的Lx和Ly满足条件Lx>Ly。此外,该模拟分析考虑到入射光100以这样方式照射的情况,其光斑的中心与第一导电膜62和第二导电膜66之间的间隙中心一致。
[0185] 第一实施例中给出的表1表示本实施例的模拟分析中采用的具体计算参数(计算条件),该参数包括光学装置60的材料,尺寸参数以及光学装置60和记录介质200之间的位置关系。尽管表1中没有包括,但是本实施例的光学装置60的每个导电膜的边缘部分的顶角θ为90°。
[0186] 图28A和28B表示根据本实施例的模拟分析的结果。图28A表示出射光的电场强2
度|E| 沿着图27A的x方向的分布特性,其中横轴表示从第一导电膜62和第二导电膜66
2
之间的间隙中心沿着x方向的位置,而纵轴表示电场强度|E|。图28B表示出射光的电场
2
强度|E| 沿着图27A的y方向的分布特性,其中横轴表示从第一导电膜62和第二导电膜
2
66之间的间隙中心沿着y方向的位置,而纵轴表示电场强度|E|。
[0187] 在本实施例中,如图28A和28B中的特性80和81所示,出射光的电场强度|E|2的峰值根据相对于入射光的峰值电场强度的比为16.3。峰值曲线的半宽度为沿着x方向的34nm和沿着y方向的42nm。下面的表2总结了对第一和第二实施例以及比较示例1的光学装置执行模拟分析的结果。在该表中,比较示例1的分析结果基于孔宽度为100nm的圆孔。
[0188] 表2
[0189]峰值(关于入射 半宽度 半宽度
光强度峰值的 [nm] [nm]
比) (x方向) (y方向)
第一实施例 5.6 74 102
第二实施例 16.3 34 42
比较示例1
0.356 116 98
(孔尺寸:100nm)
[0190] 表2中清楚可见,本实施例的光学装置60能够产生微光斑尺寸小于比较示例1获得的尺寸的较高强度光。此外,由本实施例与第一实施例之间的评估结果的比较可见,本实施例的光学装置60甚至能够产生微光斑尺寸小于第一实施例获得的微光斑尺寸的较高强度光。
[0191] 因此,该结果显示,像本实施例的光学装置60那样,通过沿着入射光100的偏振方向面对面设置成对的导电膜,甚至可以产生光斑尺寸更小的光。还可以看到,本实施例的光学装置60可以产生甚至更高输出强度的光,因此甚至可以更加有效地利用入射光的功率。
[0192] [比较示例2]
[0193] 现有技术中已经提出了结构类似于第二实施例的光学装置60的光学装置,具体地讲是两个具有三角形表面的导体以预定的间隙分开设置的结构的光学装置(在下文,称为″蝶形领结(bow-tie)光学装置″)。在该示例中,这样的现有技术的蝶形领结光学装置与第二实施例的光学装置60就出射光的强度(电场强度)分布特性进行比较。
[0194] 图29图解了比较示例2的蝶形领结光学装置的示意性构造。蝶形领结光学装置170构造为包括基底171以及形成在基底171的表面之一上的两个导体172。导体172面对面设置,从而它们的顶角以预定的间隙彼此分隔。此外,在比较示例2的蝶形领结光学装置170中,来自光源(未示出)的入射光100(传播光)从没有提供导体172的侧入射到基底171上。
[0195] 在蝶形领结光学装置170中,在入射光100经由基底171入射在导体172上时,在导体172之间的表面上诱生电荷,产生表面等离子体激元谐振。结果,在导体172之间产生光斑尺寸小于入射光波长的光。
[0196] 与第一实施例一样,采用根据FDTD法的电磁场分析模拟器,对图29所示构造的蝶形领结光学装置170也计算了出射光的强度分布。与第一实施例一样,在该模拟分析中,来自蝶形领结光学装置170的光照射在记录介质200上,记录介质200包括记录层-包括基板201上的信息记录膜202,并且计算在信息记录膜202表面附近产生的电场强度。具体地,在用来自蝶形领结光学装置170的光辐照记录介质200时,在信息记录膜202的从蝶形领结光学装置170侧的表面向下1nm的位置进行电场强度的计算。
[0197] 在蝶形领结光学装置170的模拟分析中,SiO2用作基底171的材料,并且Au用作导体172的材料。导体172的顶角θ为90°,每个导体172沿着导体172的对向方向的长度1为240nm,每个导体172的厚度t为100nm。导体172之间的间隙g为12nm。
[0198] 蝶形领结光学装置170中每个导体172的长度1和厚度t因为下面的原因设定到这些值。
[0199] 图30表示在蝶形领结光学装置170中厚度为100nm的导体172的长度1与出射2
光的电场强度|E| 之间的关系。由该关系可见,当导体172的长度1为约240nm时,出射
2
光的电场强度|E| 被最大化。
[0200] 图31表示在蝶形领结光学装置170中长度1为220nm的导体172的厚度t与出2
射光的电场强度|E| 之间的关系。由该关系可见,当导体172的厚度t为约100nm时,出射
2
光的电场强度|E| 被最大化。因此,在图29所示的蝶形领结光学装置170的模拟分析中,
2
最大化出射光的电场强度|E| 的值被选为导体172的长度1和厚度t。
[0201] 在比较示例2的蝶形领结光学装置170的模拟分析中,入射光100的参数(包括光斑形状、波长、偏振方向和功率)与表1所示的条件相同。有关记录介质200构造的条件也与表1相同。
[0202] 在该示例中,除了第二实施例的光学装置60的每个导电膜的凹凸图案的周期Tg设定到480nm外,在表1的参数条件下进行模拟分析。然后,该分析结果与比较示例2的结果进行比较。
[0203] 图32示出了对比较示例2的蝶形领结光学装置170进行模拟分析的结果。图322
表示出射光的电场强度|E| 沿着图29中的y方向的分布特性,其中横轴表示从两个导体
2
172之间的间隙中心沿着y方向的位置,纵轴表示电场强度|E|。
[0204] 图33示出了对第二实施例的光学装置60进行模拟分析的结果。图33表示出射2
光的电场强度|E| 沿着图27A中的y方向的分布特性,其中横轴表示从第一导电膜62和
2
第二导电膜66之间的间隙中心沿着y方向的位置,并且纵轴表示电场强度|E|。图34示出了一起表征图32和图33的特性的图线。在图34中,虚线表示的特性是图32的特性82,并且实线表示的特性是图33的特性83。
[0205] 由模拟分析的结果可见,比较示例2的蝶形领结光学装置170中出射光的电场强2
度|E| 根据相对于入射光的峰值电场强度的比为约10.6(见图32中的特性82)。相反,在
2
第二实施例的光学装置60中,出射光的电场强度|E| 按着相对于入射光的峰值电场强度的比为约41.5(见图33中的特性83)。换言之,第二实施例的光学装置60被显示:能够产生的最大电场强度是现有技术的蝶形领结光学装置170的4倍(见图34)。
[0206] 此外,第二实施例的光学装置60与比较示例2的蝶形领结光学装置170相比,其优点除了出射光的强度外在于如下方面。在比较示例2的蝶形领结光学装置170中,导体172在导体172的对向方向(图30中的x方向)上的长度1被设定为以便谐振表面等离子体激元。这样,导体172的长度1由表面等离子体激元的谐振条件限定。相反,在第二实施例的光学装置60中,在第一导电膜62和第二导电膜66的对向方向上,每个导电膜的长度可以与表面等离子体激元的谐振条件无关地设定。因此,第二实施例与比较示例2相比在易于设计方面是有利的。
[0207] 在比较示例2的蝶形领结光学装置170中,因为导体172的长度1由表面等离子体激元的谐振条件限定,所以难以为导体172提供足够的长度。因此,在比较示例2的蝶形领结光学装置170中,导体172在辐照期间通常限定在入射光的光斑范围内。在此情况下,一些近场光产生在导体172的间隙处的顶点的对向侧的边部区域中。此外,一些入射光在导体172的边部区域中透射。这样,在导体172的间隙处顶点的相对侧的边部区域中会产生光泄漏,并且这会影响导体172之间产生的近场光的强度分布。
[0208] 相反,在第二实施例的光学装置60中,如上所述,对于每个导电膜可以沿着第一导电膜62和第二导电膜66的对向方向提供足够的长度。因此,在第二实施例的光学装置60中,可以解决光泄漏问题,这是因为导电膜的区域可以制作为大于入射光的光斑尺寸。
[0209] [变形5]
[0210] 当第一和第二实施例以及前述变形中描述的光学装置用于例如热辅助磁记录方案的记录和再现设备时,光学装置安装在磁头上。因为光学装置通过与磁头集成而被安装,所以应当考虑光学装置和磁头的制造工艺之间的兼容性而选择光学装置的构造。
[0211] 下面考虑磁头和光学装置安装在例如飞行滑块的前端部的情况。在此情况下,因为磁头和光学装置的元件依次层叠在飞行滑块的前端表面,所以根据制造工艺,优选光学装置的导电膜在层叠方向上具有不变的厚度,具体地,在光辐照表面上具有不变的宽度。具体地讲,当磁头和光学装置安装在例如飞行滑块的前端部时,根据制造工艺,优选采用变形4中所描述的构造的光学装置70(图26A和26B)。
[0212] 图35图解了安装在飞行滑块的前端表面上的变形4的光学装置70附近的示意性构造。这里,第一导电膜72和第二导电膜73以这样的方式形成,光学装置70的第一导电膜72和第二导电膜73垂直于光接收面(凹凸图案侧)的表面经由基底71面对滑块主体180的前端面S2。此外,第一导电膜72和第二导电膜73形成为使得第一导电膜72和第二导电膜73的对向方向与入射光100的偏振方向一致。此外,第一导电膜72和第二导电膜
73形成为使得第一导电膜72和第二导电膜73的光接收面在入射光100的入射侧,并且第一导电膜72和第二导电膜73的光接收面的相反侧的端表面暴露在光出射面S3上。
[0213] 在图35的示范性安装构造中,以下面的方式制造光学装置70。首先,形成基底71的第一绝缘层(未示出)采用诸如溅射的技术形成在滑块主体180垂直于面对记录介质的相对面S1的前端面S2上。然后,第一导电膜72和第二导电膜73采用诸如溅射的技术形成在第一绝缘层上。然后,形成基底71的第二绝缘层采用诸如溅射的技术形成在第一导电膜72和第二导电膜73上。光学装置70以这样的方式制造在滑块主体180的前端面S2上。
[0214] 在图35所示的光学装置70的示范性安装构造中,光学装置70出射的诸如近场光的微光102的光斑尺寸取决于第一导电膜72和第二导电膜73之间的距离以及第一导电膜72和第二导电膜73的厚度。因此,为了产生较小尺寸的光,第一导电膜72和第二导电膜
73的厚度需要进一步减小。然而,第一导电膜72和第二导电膜73厚度的减小意味着用于入射光100的光接收面面积的减少,因此减少了入射光100到微光102的转换效率。
[0215] 变形5描述了光学装置的示范性构造,其能够解决前述问题,并且可以由与例如磁头的制造工艺高度兼容的工艺制造。
[0216] 图36图解了安装在滑块主体180的前端面S2上具有这样构造的光学装置的示意性构造。在图36中,与图35所示的变形4的光学装置70的安装中所描述类似的元件以相同的参考数字示出。
[0217] 该示例的光学装置90构造为包括基底91以及形成在基底91的光出射面S3侧的第一导电膜92和第二导电膜93。第一导电膜92和第二导电膜93的布置与图35所示的变形4的光学装置70相同。此外,与变形4的光学装置一样,凹凸图案在接收入射光100侧形成在每个导电膜上。
[0218] 然而,在光学装置90中,第一导电膜92和第二导电膜93分别包括相对表面92a和93a,其每一个都具有沿着第一导电膜92和第二导电膜93的对向方向的台阶。具体地讲,在该示例中,第一导电膜92和第二导电膜93的相对表面92a和93a为台阶状形状。在该构造中,每个导电膜的端部都薄于导电膜的其它区域。
[0219] 此外,在该示例中,相对表面92a和93a为台阶状形状,从而第一导电膜92在第二导电膜93侧的薄端部面对第二导电膜93在第一导电膜92侧的薄端部。在该示例中,每个相对表面描述为具有单个台阶。然而,本发明不限于此,而是每个相对表面可以提供多于一个台阶的台阶。此外,相对表面可以是渐缩的。此外,每个相对表面的薄端部可以在相对表面的中心。
[0220] 根据该示例的构造,导电膜的厚度可以仅在导电膜之间的距离最小化的区域(端部)中减小,具体地,仅在要产生诸如近场光的微光102的区域中减小,并且对于导电膜的其它区域可以提供足够的厚度。
[0221] 因此,光学装置90能够出射尺寸与变形4的光学装置70出射尺寸的类似的微光102。此外,因为光学装置90可以具有用于入射光的增加的光接收面,所以可以提高入射光
100和导电膜之间的耦合效率,可以抑制入射光100到微光102转换效率的减小。
[0222] 光学装置90的制造方法与变形4中描述的方法一样,除了该方法附加地包括在导电膜的相对表面上形成台阶的步骤。因此,安装在滑块上的光学装置90和磁头的制造工艺之间具有很高的兼容性。换言之,在该示例中,可以以提高的效率利用入射光100,而同时保持与磁头制造工艺的兼容性,并且可实现微光的光斑尺寸。
[0223] 光学装置90中导电膜的台阶状相对表面可以采用例如下面的方法(1)或(2)形成。
[0224] (1)导电膜的较厚区域形成所需的厚度。然后,通过蚀刻部分去除导电膜的相对端部。
[0225] (2)导电膜的较薄区域(相对端部)形成所需的厚度。然后,在这些导电膜的相对端部之外的区域上层叠导电膜。
[0226] 模拟分析确认,光学装置90具有上述效果。图37图解了模拟分析中采用的光学装置的模拟模型的示意型构造。在该模拟模型中,光学装置90的基底91由Al2O3形成,并且第一导电膜92和第二导电膜93由Au形成。设置为通过空气层310面对光学装置90的记录介质300包括SiO2基板301,以及依次形成在基板301上的Cu层302、MgO层303和Fe层304(记录层)。
[0227] 为了比较,对变形4的光学装置70进行类似的模拟分析。在该分析中,变形4的导电膜的厚度设定为变形5的导电膜的端部的厚度,以产生尺寸与光学装置70和90基本上相同的光斑。以下的表3给出了变形5的光学装置90和变形4的光学装置70的具体模拟条件。
[0228] 在表3中,t2是在导电膜相对表面上每个导电膜的端部的厚度,而t1是导电膜在端部之外的区域中的厚度。Tg是导电膜的凹凸图案的周期。符号w1是导电膜的凸起部分的宽度,而w2是导电膜的凸起部分和凹陷部分之间的宽度差。G是导电膜之间的距离(间隙)。符号c是每个导电膜沿着导电膜的相对方向的端部长度。
[0229] 此外,在表3中,符号s是空气层310的厚度,具体地,是光学装置90的出光面S3和记录介质300的Fe层304之间的距离。符号ml是Fe层304的厚度,m2是MgO层303的厚度,而m3是Cu层302的厚度。
[0230] 表3
[0231]变形5 变形4
t1[nm] 60 20
t2[nm] 20 20
Tg[nm] 130 100
wl[nm] 50 50
w2[nm] 50 50
G[nm] 20 20
c[nm] 20
s[nm] 7.5 7.5
ml[nm] 12.5 12.5
m2[nm] 5 5
m3[nm] 50 50
[0232] 导电膜的凹凸图案的优选周期取决于厚度,正如在模拟分析中优化的每个变形的凹凸图案的周期Tg。因此,每个变形的周期Tg在表3中不同。
[0233] 在模拟分析中,与第一实施例一样,采用根据FDTD法的电磁场分析模拟器计算记录介质中的光强分布。具体地,沿着导电膜的对向方向(图37中的x方向)及沿着垂直于该对向方向的方向(图37中的y方向),计算在出光面S3的面内方向的光强分布。结果如图38和39所示。2
[0234] 图38表示出射光的电场强度|E| 沿着x方向的分布特性,其中横轴表示从导电膜2
之间的间隙中心沿着x方向的位置,而纵轴表示电场强度|E|。图39表示出射光的电场强
2
度|E| 沿着y方向的分布特性,其中横轴表示从导电膜之间的间隙的中心沿着y方向的位
2
置,而纵轴表示电场强度|E|。在图38和39中,由实线表示的特性320和322是在变形5的光学装置90中获得的特性,并且虚线表示的特性321和323是变形4的光学装置70的特性。
2
[0235] 通过比较图38和39所示的特性中电场强度|E| 的峰值,可见变形5的光学装置2
90的电场强度|E| 的峰值超过变形4约1.6倍。由图38和39所示的特性还可见,变形5中获得的光斑的形状比变形4更尖锐。
[0236] 模拟分析确认,变形5的构造能够改善利用入射光100的效率,而同时保持微光的光斑尺寸。
[0237] 该示例描述了基于变形4的光学装置70的导电膜的台阶状相对表面构造。然而,本发明不限于此。例如,台阶状端部可以提供在仅包括变形4的光学装置70中提供的导电膜之一的光学装置中,具体地,变形4的光学装置70为变形3-3的光学装置44(图20)。在此情况下也可以获得变形5中获得的效果。
[0238] <3.第三实施例>
[0239] 第三实施例描述了采用前面的示范性第一和第二实施例及变形中描述的光学装置的记录和再现设备(光学设备)的示范性构造。在本实施例中,将描述采用从光学装置照射在记录介质上的近场光记录和/或再现信息的记录和再现设备。
[0240] [记录和再现设备的构造]
[0241] 图40图解了包括安装在本实施例的记录和再现设备中的记录介质的记录和再现系统的示意性示范性构造。记录和再现设备210主要包括飞行滑块头211、支撑飞行滑块头211的悬架(suspension)212、驱动飞行滑块头211的头驱动器(head actuator)213以及旋转地驱动记录介质240的主轴214。记录介质240固定在主轴214的旋转轴215上。
[0242] 在本实施例中,例如,记录介质240是盘状介质,并且包括基板241和形成在基板241上的记录层-包含信息记录膜242(见稍后描述的图42)。记录介质240以这样的方式安装在主轴214上,记录介质240的信息记录膜242面对飞行滑块头211的底面。记录介质240可以是例如磁光记录介质、磁记录介质、相变介质或染料介质。润滑剂的薄层或者薄保护膜适当地形成在记录介质240的表面上,以防止记录和再现设备210操作期间飞行滑块头211和记录介质240之间的接触引起的损坏。
[0243] 图41是本实施例的记录和再现设备210的飞行滑块头211附近的放大侧视图。在本实施例中,飞行滑块型头用作用于记录介质240的信息记录头。飞行滑块头211包括滑块主体216和连接到滑块主体216前端部分的光学头220。
[0244] 在记录和再现设备210工作期间,滑块主体216设置为靠近相对侧的记录介质240。因此,光学头220也设置在记录介质240的相对侧。光学头220包括本发明实施例的光学装置,并且通过用光学装置产生的近场光辐照记录介质240而执行信息的记录和/或再现。
[0245] 图42和43图解了本实施例的安装在飞行滑块头211上的光学头220的示意性构造。图42是光学头220的示意性截面图。图43是光学头220的示意性仰视图。
[0246] 本实施例的光学头220包括光源221和提供在光源221的出光侧的光学装置222。
[0247] 例如,光源221构造为激光二极管(LD)。在本实施例中,发射线性偏振光230的光源用作光源221。应当注意的是,例如,光源221可以是发射椭圆偏振光、圆形偏振光或随机偏振光的光源。
[0248] 在本实施例中,光源221以这样的方式向光学装置222发射光230(入射光),光230的偏振方向231与一对导电膜224(稍后描述)的对向方向(图43中的x方向)一致。
[0249] 光学装置222可以构造为第一和第二实施例及变形中描述的任何光学装置。图42和43所示的光学装置222是例如第二实施例中所描述构造的光学装置(图25A和25B)。
[0250] 光学装置222包括基底223、形成在基底223于与光源221相反的表面(记录介质240侧的表面)上的部分中的成对导电膜224以及形成在导电膜224于记录介质240侧的表面上的透光膜225。
[0251] 基底223是板状透光构件,并且与第二实施例中描述的基底61具有相同的构造。基底223可以采用第一和第二实施例中描述的基底相同的材料形成。例如,基底223可以采用诸如光学玻璃和SiO2的光学透明材料形成。
[0252] 每个导电膜224都是金属膜,其边缘部分224a从入射光230的入射侧看时具有凸起的形状,并且与第二实施例的第一导电膜62和第二导电膜66具有相同的构造。每个导电膜224都包括凹凸图案228,与第二实施例一样,凹凸图案228包括不变宽度的弧形凸起部分226(最里面的凸起部分226为扇形形状)和不变宽度的弧形凹陷部分227。凸起部分226和凹陷部分227以同心的方式从导电膜224的边缘部分224a的端部向外交替设置。导电膜224设置为使得它们的端部以相对侧的预定间隙彼此分隔。
[0253] 导电膜224可以采用第一和第二实施例中描述的相同的导电膜材料形成。例如,导电膜224可以是Au、Ag或Cu的金属膜。
[0254] 透光膜225提供为防止记录和再现设备210操作期间与记录介质240的接触引起的损坏。因此,优选采用例如具有高机械强度的材料诸如类金刚石碳(DLC)作为透光膜225的材料。透光膜225可以采用与基底223所采用的相同材料形成。
[0255] 在前述构造的光学头220中,光源221发射的光230经由光学装置222的基底223入射在导电膜224之间。通过产生在每个导电膜224的表面上的表面等离子体激元增强效应,光能聚集在导电膜224的端部,结果,微光斑尺寸的高强度光,即近场光产生在导电膜224之间。为了进一步提高表面等离子体激元增强效应,优选尽可能增加凹凸图案228落入光斑区域(图43中虚线围绕的区域)的凹凸数。
[0256] 如上所述,在本实施例的光学头220中,入射光230经由基底223入射在导电膜224之间。然而,本发明不限于此。例如,可以采用例如具有不同折射系数的材料在基底223中入射光230的光路中形成透镜或波导,从而来自光源221的入射光230可以有效地传播到导电膜224。
[0257] 本实施例的光学头220可以适合于采用近场光进行记录和再现信息,或者可以仅是记录头。当光学头220用作仅记录头时,分开提供仅再现头。在此情况下,仅再现头可以提供在光学头220侧,并且可以通过检测来自记录介质240的反射光而再现信息。作为选择,仅再现头可以提供在与光学头220相反的一侧,仅再现头与光学头220之间具有记录介质240,并且可以通过检测通过记录介质240的光来再现信息。
[0258] 本实施例的光学头220也可应用于热辅助磁记录方案的记录介质(用于磁信息再现的介质)。在此情况下,光学头220出射的近场光用于加热记录介质,并且采用与光学头220集成的磁写头在加热的介质中磁记录信息。应当注意的是,在此情况下,采用磁致电阻效应检测来自介质的泄漏磁通量的头分开提供为仅再现头。
[0259] [记录和再现操作]
[0260] 下面,简要地描述本实施例的记录和再现设备210的操作。首先,插入记录和再现设备210中的记录介质240安装在主轴214上,并且飞行滑块头211放置在记录介质240的预定位置上方。主轴214高速旋转记录介质240,以使记录介质240相对于飞行滑块头211高速移动。结果,在记录介质240和飞行滑块头211之间产生气流,并且飞行滑块头211浮置在记录介质240的表面之上。
[0261] 这里,通过悬架212的弹性力,滑块主体216的位置以这样的方式被调整:允许相对于记录介质240以在记录介质240上方的预定浮置量进行相对运动。例如,记录介质240和光学头220的导电膜224在记录介质240侧的表面之间的距离保持为100nm或更小。应当注意的是,光学头220出射的近场光在强度上变得较弱,并且光的光斑尺寸随着光远离基点位置传播而增加。因此,优选记录介质240与导电膜224在记录介质240侧的表面之间的距离尽可能小。例如,记录介质240与导电膜224之间的距离优选为10nm或更小。
[0262] 在滑块主体216和记录介质240之间实现预定的距离后,光学头220经由空气层在记录介质240上照射近场光以记录和/或再现信息。在本实施例中,采用本发明实施例的光学装置产生的近场光以上述方式在记录介质240中记录信息或从记录介质240再现信息。
[0263] 在本实施例中,因为近场光采用本发明实施例的光学装置产生,所以可以采用改善的强度和减小的光斑尺寸的光记录和/或再现信息。因此,就本实施例的记录和再现设备而言,可以以较高的密度更加稳定地记录和/或再现信息。
[0264] 图42和43所示的示例描述了第二实施例中所描述构造的光学装置222。然而,本发明不限于此。例如,在本实施例中,也可以采用第一实施例和变形中描述的光学装置。在此情况下,也可以获得本实施例中获得的效果。
[0265] 此外,本实施例已经通过本发明实施例的光学装置应用于记录和再现设备的光学头的情况进行了描述。然而,本发明不限于此。例如,该光学装置也可应用于需要诸如近场光的微光斑尺寸的光的任何光学设备。
[0266] <4.第四实施例>
[0267] 第四实施例描述了例如第一和第二实施例及变形中描述的光学装置应用于光电探测器(光学设备)的示范性构造。具体地讲,下面描述本发明实施例的光学装置应用于例如非专利文件1中建议的光敏二极管的示范性构造。
[0268] [光电探测器的构造]
[0269] 图44图解了本实施例的光电探测器的示意型构造。图45是应用于本实施例的光电探测器的本发明实施例的光学装置的示意性仰视图。
[0270] 本实施例的光敏二极管250(光学设备)构造为主要包括光学装置60、阴极电极251以及形成在光学装置60和阴极电极251之间的Si()台结构(mesa structure)部
252(光接受部)。
[0271] 在本实施例中,第二实施例的光学装置用作光学装置60。这样,将不描述光学装置60的构造。应当注意的是,光学装置60的第一导电膜62和第二导电膜66用作光敏二极管250的阳极电极,并且连接到提供为施加反向偏压电压的DC电源255的负端。
[0272] 在本实施例中,入射在光学装置60上的入射光100是线性偏振光,并且如图44和45所示,偏振方向为沿着第一导电膜62和第二导电膜66的对向方向(图44和45中的x方向)。
[0273] 阴极电极251是光学装置60的第一导电膜62和第二导电膜66的对电极,并且经由负载电阻器256连接到DC电源255的正端。
[0274] Si台结构部252通过诸如以PN结方式接合两种类型的半导体而构成。结区域(有源区域)的光辐照在其中产生用于光电转换的载流子。在本实施例中,Si台结构部252设置在光学装置60的第一导电膜62和第二导电膜66之间的间隙60a正下方,与光学装置60接触,并且通过接收光学装置60的间隙60a处产生的近场光而进行光电转换。Si台结构部252的尺寸成型为小于入射光100的波长。
[0275] [光敏二极管的操作及效果]
[0276] 下面简要地描述本实施例的光敏二极管250的操作。在前述构造的光敏二极管250中,用入射光100辐照光学装置60在第一导电膜62和第二导电膜66之间的间隙60a附近产生近场光。这里,在第一导电膜62和第二导电膜66于基底61侧的表面上形成的预定周期的凹凸图案产生表面等离子体激元增强效应,并且在间隙60a附近产生高强度近场光。在Si台结构部252的有源区域上辐照近场光时,在Si台结构部252中产生载流子,并且电子从阴极电极251流到负载电阻器256。
[0277] 本实施例的以这样方式操作的前述构造的光敏二极管250具有以下效果。通常,光敏二极管通过诸如以PN结形式接合两种类型的半导体而构造,并且通过用光辐照结区域(有源区域)而进行光电转换。有两种方法增加光敏二极管的响应速度:
[0278] (1)减少载流子到电极的行程时间。
[0279] (2)减小耗尽层的电容。
[0280] 为了实现选项(1),需要减小耗尽层的厚度。然而,简单地减少耗尽层的厚度增加了耗尽层的电容,使其难以实行选项(2)。换言之,选项(1)和选项(2)是不兼容的。
[0281] 为了同时实现两个选项,需要减小耗尽层的厚度而同时减小有源区域的尺寸。然而,减小有源区域的尺寸降低了对光的灵敏度。因此,为了减小有源区域的尺寸来同时满足两个选项的要求,需要有效地将光聚集在狭窄的有源区域上的措施。
[0282] 关于这一点,在本实施例中,可以使产生在光学装置60中的微光斑尺寸的高强度近场光入射在Si台结构部252的有源区域上。因此,本实施例的光敏二极管250使光能够有效地聚集在甚至狭窄的有源区域上,因此同时实现前面的两项。因此,本实施例的光敏二极管250能够改善响应速度而不降低对光的灵敏度。
[0283] 此外,如图45所示,当线性偏振光用作入射光100,且偏振方向为沿着第一导电膜62和第二导电膜66的对向方向时,可以获得下面的效果。如第二实施例的模拟分析中所描述,本实施例的光学装置60产生的近场光的电场强度大于近场光产生在圆形孔处(比较示例1或非专利文件1的构造)时的电场强度。因此,在本实施例中,例如,与非专利文件
1中所提出构造的光敏二极管相比,减小光斑尺寸的较高强度的近场光可以照射到Si台结构部252的有源区域上。
[0284] 在本实施例的光敏二极管250中采用的光学装置60中,近场光的电场强度根据入射光100的偏振方向而变化。就是说,本实施例的光敏二极管250的响应取决于入射光100的偏振方向。考虑到这样的优点,本实施例的光敏二极管250可以用作能够以非常高的速度检测入射光100的偏振方向的光电探测器。
[0285] 在本实施例中,如上所述,在偏振方向上具有各向异性的光可以用作入射光。然而,圆偏振或者随机偏振的入射光也是可用的。甚至在入射光不具有唯一的偏振方向时,只要满足下面的条件,本实施例的光电探测器250也可以用作普通的光电探测器。例如,当满足条件Exave=Eyave时,光电探测器250可以用作普通的光电探测器,其中Exave中的Ex是在第一导电膜62和第二导电膜66的对向方向上的电场分量,Eyave中的Ey是在垂直于第一导电膜62和第二导电膜66的对向方向的电场分量,并且Exave和Eyave是在预定观察(光检测)时间周期内的各电场分量的时间平均值。
[0286] 在图44和45的示例中,第二实施例的光学装置60应用于光敏二极管250。然而,本发明不限于此。例如,本实施例可以采用第一实施例和变形中描述的光学装置。在此情况下也可以获得本实施例中获得的效果。
[0287] 此外,本实施例已经通过以诸如PN结的方式接合两种类型的半导体制备Si台结构部252构造用作本发明实施例的光学装置出射光的接收部分的情况进行了描述。然而,本发明不限于此。可以采用任何光接收机构,只要它能够接收光学装置的出射光,并且将所接收的光转换成电信号
[0288] 本申请包含分别于2009年7月17日和2009年10月15日提交日本专利局的日本优先权专利申请JP2009-169344和JP2009-238114中公开的相关主题事项,其全部内容通过引用结合于此。
[0289] 本领域的技术人员应当理解的是,在所附权利要求或其等同方案的范围内,根据设计需要和其他因素,可以进行各种修改、结合、部分结合和替换。
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